RU20163U1 - NANOMETRIC SCREW - Google Patents
NANOMETRIC SCREW Download PDFInfo
- Publication number
- RU20163U1 RU20163U1 RU2001108071/20U RU2001108071U RU20163U1 RU 20163 U1 RU20163 U1 RU 20163U1 RU 2001108071/20 U RU2001108071/20 U RU 2001108071/20U RU 2001108071 U RU2001108071 U RU 2001108071U RU 20163 U1 RU20163 U1 RU 20163U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- positioning
- possibility
- actuating element
- movement
- housing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
НАНОМЕТРИЧЕСКИЙ ВИНТNANOMETRIC SCREW
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к прецизионным позиционирующим средствам, и может быть широко использовано, например, в прецизионных станках, высокоточных копирующих устройствах, а также в фотолитографических комплексах для электронной промышленности и иных областях техники, преимущественно, для обеспечения дискретности (шага) позиционирования объекта в нанометровом диапазоне при возможности обеспечении общего перемещения этого объекта (относительно базовой системы координат) на расстояние, по меньшей мере, в один метр.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to precision positioning means, and can be widely used, for example, in precision machines, high-precision copying devices, as well as in photolithographic complexes for the electronics industry and other fields of technology, mainly to ensure discreteness (step) positioning an object in the nanometer range with the possibility of ensuring the total movement of this object (relative to the base coordinate system) at a distance of at least one meter.
/Из уровня техники известен магнитомеханический преобразователь (нанометрический винт, сформированный на основе магнитострикционного преобразователя), включающий корпус и ступень точного позиционирования, содержащую установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, относительно, корпуса исполнительный элемент, по меньшей мере, часть которого выполнена из магнитострикционного материала, и источник магнитного поля, выполненный в виде, по меньшей мере, одного постоянного магнита, установленного в зоне той, по меньшей мере, одной части исполнительного элемента, которая выполнена из магнитострикционного материала, с возможностью перемещения относительно последней (RU, №2075797, 1997г.)./ A magnetomechanical transducer (nanometer screw formed on the basis of a magnetostrictive transducer) is known from the prior art, comprising a housing and an exact positioning step comprising an actuating element mounted with the possibility of reciprocating movement relative to the housing, at least part of which is made of magnetostrictive material , and the source of the magnetic field, made in the form of at least one permanent magnet installed in the zone of that, at least least one portion of actuating member which is made of a magnetostrictive material to move relative to the last (RU, №2075797, 1997.).
Основным недостатком данного известного из уровня техники нанометрического устройства для позиционирования перемещаемого объекта является ограниченный диапазон перемещения упомянутого объекта с той точностъю перемещения (дискретностью щага перемещения), которую позволяет обеспечить вышеуказанное, известное из уровня техники, устройство.The main disadvantage of this prior art nanometric device for positioning a moving object is the limited range of movement of the said object with the accuracy of movement (discreteness of the movement step), which can be achieved by the aforementioned device known from the prior art.
В основу заявленного изобретения была положена задача создания такого устройства для позиционирования перемещаемого объекта относительно базовой системы координат, которое обеспечивало бы (при перемещении упомянутогоThe basis of the claimed invention was the task of creating such a device for positioning a movable object relative to the base coordinate system, which would provide (when moving said
МПК GOIB 3/18 IPC GOIB 3/18
объекта на заданное /не менее 1м/) расстояние возможность позиционирования этого объекта с нанометрической точностью, то есть обеспечивало бы шаг (дискретность) позиционирования перемещаемого объекта на заданное расстояние (относительно базовой системы координат) в нанометровом диапазоне, что в значительной степени повышает достоверность результатов известных из уровня техники методов и средств измерения при контрольных замерах положения перемеш;аемого (подвижного) объекта исследования, а также расширяет эксплуатационные возможности устройства.object at a given / not less than 1 m /) distance, the possibility of positioning this object with nanometric accuracy, that is, would provide a step (discreteness) of positioning of a moving object at a given distance (relative to the base coordinate system) in the nanometer range, which significantly increases the reliability of the results of known from the prior art, methods and means of measurement during control measurements of the position of the mixed (movable) object of study, and also extends the operational capabilities and devices.
Поставленная задача обеспечивается посредством того, что нанометрический винт, включающий корпус и ступень точного позиционирования, содержащую установленный с возможностью возвратнопоступательного перемещения, относительно, корпуса исполнительный элемент, по меньшей мере, часть которого выполнена из магнитострикционного материала, и источник магнитного поля, выполненный в виде, по меньшей мере, одного постоянного магнита, установленного в зоне той, по меньшей мере, одной части исполнительного элемента, которая выполнена из магнитострикционного материала, с возможностью перемещения относительно последней, согласно изобретению, снабжен ступенью грубого позиционирования, исполнительный элемент которой кинематически связан с корпусом с возможностью возвратнопоступательного перемещения, а ступень точного позиционирования кинематически связана со ступенью грубого позиционирования с возможностью автономного вовратно-поступательного перемещения ее элементов относительно ступени грубого позиционирования в процессе точного позиционирования и синхронного возвратно-поступательного перемещения с последней, в процессе грубого позиционирования объекта.The task is achieved by the fact that the nanometer screw, comprising a housing and an accurate positioning step, comprising an actuating element mounted with the possibility of reciprocating movement relative to the housing, at least a portion of which is made of magnetostrictive material, and a magnetic field source made in the form at least one permanent magnet installed in the area of the at least one part of the actuating element, which is made of magnetically the traction material, with the possibility of moving relative to the latter, according to the invention, is equipped with a rough positioning step, the actuating element of which is kinematically connected with the housing with the possibility of reciprocating movement, and the exact positioning step is kinematically connected with the rough positioning step with the possibility of autonomous reciprocating movement of its elements relative to the stage rough positioning during precise positioning and synchronous return nuclear-translational movement with the latter, in the process of rough positioning of the object.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами.The invention is illustrated in graphic materials.
На фиг. 1 (а) - показана принципиальная схема патентуемого устройства в начальный момент перемещения позиционируемого объекта посредством исполнительного элемента грубой ступени (пунктиром показано начальное положение опорной поверхности позиционируемого объекта).In FIG. 1 (a) shows a schematic diagram of a patented device at the initial moment of movement of a positioned object by means of an executive element of a rough step (the dotted line shows the initial position of the supporting surface of a positioned object).
На фиг. 1 (б) - показана принципиальная схема патентуемого устройства в конечный момент перемещения позиционируемого объекта посредством исполнительного элемента точной ступени.In FIG. 1 (b) shows a schematic diagram of a patented device at the final moment of movement of a positioned object by means of an actuating element of an exact stage.
Нанометрический винт включает корпус 1 и ступень точного позиционирования, содержащую установленный с возможностью возвратнопоступательного перемещения, относительно, корпуса 1 исполнительный элемент 2, по меньшей мере, часть 3 которого выполнена из магнитострикционного материала, и источник магнитного поля, выполненный в виде, по меньшей мере., одного постоянного магнита 4, установленного в зоне той, по меньшей мере, одной части 3 исполнительного элемента 2, которая выполнена из магнитострикционного материала, с возможностью перемещения относительно последней (т.е. части 3) по стрелке Si. Кроме того, нанометрический винт снабжен ступенью грубого позиционирования, исполнительный элемент 5 которой кинематически связан с корпусом 1 с возможностью возвратнопоступательного перемещения (например, посредством резьбового соединения 6). Ступень точного позиционирования кинематически связана со ступенью грубого позиционирования, например, через винт-толкатель 7 (также, например, посредством резьбового соединения 8) с возможностью автономного вовратнопостзшательного перемещения ее элементов (по стрелке Si) относительно ступени грубого позиционирования в процессе точного позиционирования объекта 9 (в направлении стрелки S или противоположном) и синхронного возвратнопоступательного перемещения с последней, в процессе грубого позиционирования объекта (т.е. при перемещении исполнительного элемента 5 грубой ступени /также в направлении стрелки S или противоположном/ посредством приложения крутящего момента / по стрелке V/ ко втулке 9, жестко связанной с исполнительным элементом 5 грубой ступени устройства).The nanometer screw includes a housing 1 and an accurate positioning step, comprising an actuating element 2 mounted with the possibility of reciprocating movement relative to the housing 1, at least part 3 of which is made of magnetostrictive material, and a magnetic field source made in the form of at least. , one permanent magnet 4 mounted in the area of the at least one part 3 of the actuating element 2, which is made of magnetostrictive material, with the possibility of movement relative to the latter (i.e., part 3) along the arrow Si. In addition, the nanometric screw is equipped with a rough positioning step, the actuating element 5 of which is kinematically connected with the housing 1 with the possibility of reciprocating movement (for example, by means of a threaded connection 6). The stage of precise positioning is kinematically connected with the stage of rough positioning, for example, via a pusher screw 7 (also, for example, by means of a threaded connection 8) with the possibility of autonomous back-and-forth movement of its elements (along the arrow Si) relative to the stage of rough positioning during the exact positioning of object 9 ( in the direction of the arrow S or opposite) and synchronous reciprocating movement with the latter, during the rough positioning of the object (i.e., when moving actuator coarse stage 5 / well in the direction of arrow S or in the opposite / by applying torque / the arrow V / to the sleeve 9, is rigidly connected to the actuating member 5 coarse stage apparatus).
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Для перемещения объекта 9 на заданное расстояние LI в направлении стрелки S первоначально исполнительный элемент 5 грубой ступени приводят в плотный контакт с упорной поверхностью (на чертеже условно показана пунктиром) перемещаемого объекта 9, посредством приложения к упомянутомуTo move the object 9 to a predetermined distance LI in the direction of the arrow S, the initial actuation element 5 of the coarse step is brought into tight contact with the abutment surface (conventionally shown by a dotted line in the drawing) of the moved object 9, by application to the aforementioned
исполнительному элементу 5 крутящего момента по стрелке V, например, с помощью втулки 10. Таким образом обеспечивается перемещение исполнительного элемента 5 на расстояние L. Далее, аналогичным образом, обеспечивают грубое перемещение объекта 9 посредством исполнительного элемента 5 на величину L2, несколько меньшую величины заданного перемещения LI объекта 9. Затем, посредством перемещения постоянных магнитов (по стрелке Si, в том или другом направлении), например посредством вращения винта-толкателя 7 по стрелке Vi, изменяют напряженность магнитного поля в зоне расположения части 3 (выполненной из магнитострикционного материала) исполнительного элемента 2 ступени точного позиционирования. В процессе изменения напряженности магнитного поля (генерируемого постоянными магнитами 4) в зоне части 3 (выполненной из магнитострикционного материала) исполнительного элемента 2 изменяется (в данном случае увеличивается) длина этой части 3. В результате чего дальнейшее перемещение объекта 9 на величину AL обеспечивается посредством исполнительного элемента 2 ступени точного позиционирования объекта 9.the torque actuator 5 in the direction of the arrow V, for example, by means of a sleeve 10. In this way, the actuator 5 is displaced by a distance L. Further, in a similar manner, rough movement of the object 9 by the actuator 5 is ensured by an amount L2 slightly less than the specified displacement LI of object 9. Then, by moving the permanent magnets (in the direction of Si, in one direction or another), for example, by rotating the pusher screw 7 in the direction of Vi, the magnetic total field in the area of the location of part 3 (made of magnetostrictive material) of the actuating element 2 of the exact positioning stage. In the process of changing the magnetic field strength (generated by permanent magnets 4) in the area of part 3 (made of magnetostrictive material) of the actuating element 2, the length of this part 3 changes (in this case, increases). As a result, the further movement of object 9 by the value of AL is ensured by means of the actuating element element 2 of the stage of precise positioning of the object 9.
Необходимо отметить, что особенностью используемого в заявленном устройстве магнитомеханического преобразователя (т.е. ступени точного позиционирования) является то, что в качестве силового элемента (средства перемещения исполнительного элемента) используется стержень (часть 3) из материала с гигантской магнитострикцией (магнитостриктор), который помещен в магнитное поле магнитной системы, сформированной из постоянных магнитов. При изменении (по величине и/или направлению) напряженности магнитного поля магнитной системы происходит изменение линейных размеров магнитостриктора. По сравнению с широко известными магнитострикционными преобразователями (в которых магнитное поле генерируется посредством соленоида) использование в качестве источника магнитного поля постоянных магнитов позволяет в значительной мере сократить энергопотребление в рассматриваемом магнитомеханическом преобразователе, устранить его нагрев, повысить временную стабильность положения исполнительного элемента, во многих случаях обойтись без источника электропитания и, как следствие.It should be noted that a feature of the magnetomechanical transducer used in the claimed device (i.e., the exact positioning step) is that a rod (part 3) made of a material with giant magnetostriction (magnetostrictor) is used as a power element (means for moving the actuating element), which placed in the magnetic field of a magnetic system formed of permanent magnets. With a change (in magnitude and / or direction) of the magnetic field of the magnetic system, the linear dimensions of the magnetostrictor change. Compared with the well-known magnetostrictive transducers (in which a magnetic field is generated by a solenoid), the use of permanent magnets as a magnetic field source can significantly reduce the energy consumption in the magnetomechanical converter under consideration, eliminate its heating, increase the temporary stability of the position of the actuator, in many cases without a power source and, as a result.
получить позиционирующие устройства (в частности, нановинты) со следующими эксплуатационными параметрами:get positioning devices (in particular, nanoscrews) with the following operational parameters:
-минимальный шаг перемещения (позиционирования) - 0,01 нм;-minimum step of displacement (positioning) - 0.01 nm;
-диапазон перемещения - до 1000 мм;- range of movement - up to 1000 mm;
-динамический диапазон - dynamic range -
-усилие на исполнительном органе при его перемещении - 10 Н;- effort on the executive body when moving it - 10 N;
-потребляемая при работе привода мощность - до 5 Вт;- power consumed during operation of the drive - up to 5 W;
-отсутствие энергопотребления при фиксации положения исполнительного элемента.-lack of power consumption when fixing the position of the actuator.
Таким образом заявленное позиционирующее устройство может быть промышленно реализовано для обеспечения позиционирования различных объектов с точностью позиционирования (дискретностью шага позиционирования) не более 5 нм. Этим обеспечивается достижение принципиально новых технологических возможностей в области микроэлектроники, оптического приборостроения,прецизионногоThus, the claimed positioning device can be industrially implemented to provide positioning of various objects with a positioning accuracy (discrete positioning step) of not more than 5 nm. This ensures the achievement of fundamentally new technological capabilities in the field of microelectronics, optical instrumentation, and precision
машиностроения и т.п. Следовательно, патентуемое техническое решение может стать основой для создания нового поколения суперпрецизионного оборудования для технологических процессов резания, гравирования, фрезерования и т.д., а также оборудования для фотолитографических и рентгенолитографических комплексов используемых в микроэлектронной и полиграфической промышленности.mechanical engineering, etc. Therefore, the patented technical solution can become the basis for creating a new generation of super-precision equipment for technological processes of cutting, engraving, milling, etc., as well as equipment for photolithographic and X-ray lithographic complexes used in the microelectronic and printing industries.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001108071/20U RU20163U1 (en) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | NANOMETRIC SCREW |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001108071/20U RU20163U1 (en) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | NANOMETRIC SCREW |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU20163U1 true RU20163U1 (en) | 2001-10-20 |
Family
ID=36114524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001108071/20U RU20163U1 (en) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | NANOMETRIC SCREW |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU20163U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233736C2 (en) * | 2002-07-11 | 2004-08-10 | Раховский Вадим Израилович | Nanometer-range positioning device |
-
2001
- 2001-03-28 RU RU2001108071/20U patent/RU20163U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233736C2 (en) * | 2002-07-11 | 2004-08-10 | Раховский Вадим Израилович | Nanometer-range positioning device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW405161B (en) | Scanning exposure apparatus and device manufacturing method using the same | |
| TWI485957B (en) | Platform device and lithography device | |
| KR100860862B1 (en) | Position measurement system and lithographic apparatus | |
| JP5405605B2 (en) | Electromagnetic actuator, stage apparatus, and lithography apparatus | |
| Kaestner et al. | Advanced electric-field scanning probe lithography on molecular resist using active cantilever | |
| CN101769711A (en) | Tunnel effect based contact type nanometer displacement sensor | |
| US20210263429A1 (en) | Wafer alignment markers, systems, and related methods | |
| US12230546B2 (en) | Wafer registration and overlay measurement systems and related methods | |
| Chen et al. | Novel linear piezoelectric motor for precision position stage | |
| EP1574287A2 (en) | Machining apparatus | |
| RU20163U1 (en) | NANOMETRIC SCREW | |
| RU2233736C2 (en) | Nanometer-range positioning device | |
| US10451982B2 (en) | Actuator assembly including magnetic sensor system for vibrationless position feedback | |
| Ortlepp et al. | Nanofabrication and-metrology by using the nanofabrication machine (NFM-100) | |
| US20240353214A1 (en) | Precision stylus control system | |
| CN220083923U (en) | Magnetic pole gap measuring device of undulator | |
| RU2075797C1 (en) | Magnetic-to-mechanic converter and method for its control | |
| RU2182530C2 (en) | Method for positioning movable member relative to basic coordinate system | |
| US8692504B2 (en) | Apparatus and methods for determining an initially unknown commutation position of a member moved by a planar motor | |
| CN101846760B (en) | A kind of fabrication method of nano grating | |
| JP6533004B2 (en) | Measurement system, lithography apparatus, device manufacturing method, and measurement method | |
| JP2003202359A (en) | Contact pressure control device for contact | |
| CN117406553A (en) | Positioning device, photolithography device and article manufacturing method | |
| KR102708128B1 (en) | Inspection apparatus, lithography apparatus, measuring method | |
| JP4541849B2 (en) | Positioning device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20050329 |