Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Störgrößenkompensation bei der Positionierung eines Probenträ gers.

Die genaue Positionierung eines Probenträgers ist z.B. bei son denmikroskopischen Messungen, in der Halbleitertechnologie bei der Einrichtung von Maske und Wafer und der Einkristalltomogra- phie erforderlich.

Sondenmikroskopische Messungen verwenden spezielle Sonden (z.B. Rasterkraftmikroskopie: feine Nadel; Rastertunnelmikroskopie: feine, elektrisch leitende Drahtspitze; optische Pinzette: Par tikel im Brennpunkt eines fokussierten Lasers), um deren Wech selwirkung mit einer Probe mit hoher örtlicher Auflösung von bis zu 0,01 nm zu vermessen und/oder bildgebend darzustellen.

Die Wechselwirkung der Sonde zur Probe hängt von der relativen Position der Sonde zur Probe ab. Alle Geräte dieser Klasse zei gen charakteristische Drifterscheinungen, welche die relative Position der Sonde zur Probe nicht-linear verändern. Drift wird durch thermische Expansion/Kontraktion der strukturellen Bautei le der Apparate, oder durch mechanische Relaxation gefügter Bau teilelemente verursacht. Die mit dem Drift einhergehende Unge nauigkeit der Sondenposition tritt in allen drei Raumrichtungen auf, stellt eine Störgröße bei der Positionierung des Sondenträ gers bzw. der Sonde dar und liegt je nach Bauweise um 4-5 Grö ßenordnung pro Minute über der theoretisch erreichbaren Auflö sung von 0,01 nm. Damit ist ein hochexaktes zeitinvariantes Po sitionieren, sowie ein reproduzierbares Messen an einer in Echt zeit nanometergenau definierten Position über Zeiträume von Mi nuten bis Stunden nicht möglich.

Aus dem Stand der Technik sind zur Kompensation dieser Driftef fekte verschiedene Methoden bekannt: Bauliche Maßnahmen umfassen beispielsweise die Verwendung von Konstruktionsmaterialien mit geringer thermischer Ausdehnung, Minimierung von Verbindungen auf Basis von Haftreibung oder symmetrischen Aufbau. Andere Maß- nahmen umfassen weiterhin Isolation von Schall, Stabilisierung gegenüber Temperaturänderungen oder Vermeidung von Schwingungen durch bauliche Maßnahmen des Raums, der das Gerät beherbergt. Zu weniger aufwändigen Methoden gehören Softwarelösungen wie Adap tionen im Messprotokoll, die Redundanzen und bekannte Marker enthalten, sowie softwaregestützte Korrekturen nach der Messung. Methoden der EchtZeitkorrektur werden technisch über zusätzliche Probenmarker realisiert, die mittels zusätzlicher Sensorsysteme geortet werden können.

Nachteilig an vorgenannten Methoden ist, dass sie sehr kostspie lig (bauliche und nicht-bauliche Maßnahmen) sind, die Messzeit so erhöhen können, dass zeitkritische Messprobleme ausgeschlos sen werden (zusätzliche Redundanzen), oder bewirken, dass die Messung nicht mehr der Messaufgabe entspricht, weil die gewollte relative Position nicht gehalten werden kann (nachträgliche Kor rektur). Ein weiterer Nachteil der etablierten Korrekturmethoden in Echtzeit mittels Probenmarkern besteht darin, dass die Lösung speziell in die Messmethode eingefügt und die Probe hierauf an gepasst und adaptiert werden muss. Dieser Schritt ist nicht all gemein gültig, d.h. nicht alle Probensysteme erlauben das Auf bringen von Markern und potentieller Drift des Detektionssystems an sich wird hierbei ignoriert.

Diese Probleme treten allgemein bei der genauen Positionierung von Probenträgern auf.

Die US 2013/0098274 Al zeigt eine Probenvorrichtung, bei der mit Laserinterferometern die Entfernung zu einem Probentisch in x- Richtung und in y-Richtung ermittelt wird. Nachteiligerweise kann damit jedoch eine thermische Expansion des Probentisches nicht kompensiert werden, da diese nicht ermittelt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, zumindest einen der Nach teile des Stands der Technik zu lindern oder zu beseitigen. Ins besondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren und eine Vorrichtung bereitzustellen, bei dem/der methoden unabhängig Störgrößen (insbesondere thermischer Drift und ther mische Expansion) in Bezug auf die Positionierung eines Proben trägers relativ zu einem Sensorträger (insbesondere in Echtzeit) kompensiert werden, vorzugsweise ohne dabei eine besondere Be schaffenheit der Probe zu benötigen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Störgrößenkom pensation bei der Positionierung eines Probenträgers (relativ zu einem Sensorträger), insbesondere bei der Sondenmikroskopie, das die Schritte aufweist:

Messung einer Distanz mit einem ersten Distanzsensor des Sensorträgers zu einer ersten Seite des Probenträgers und einer Distanz mit einem zweiten Distanzsensor des Sensorträgers zu ei ner der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Pro benträgers, wobei die Distanzen im Wesentlichen parallel zu ei ner ersten Achse bestimmt werden;

Messung einer Distanz mit einem dritten Distanzsensor des Sensorträgers zu einer dritten Seite des Probenträgers und einer Distanz mit einem vierten Distanzsensor des Sensorträgers zu ei ner der dritten Seite gegenüberliegenden vierten Seite des Pro benträgers, wobei die Distanzen im Wesentlichen parallel zu ei ner von der ersten Achse verschiedenen zweiten Achse bestimmt werden;

Positionieren des Probenträgers relativ zum Sensorträger mit einem Piezopositionierer.

Weiters wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Stör größenkompensation bei der Positionierung eines Probenträgers (relativ zu einem Sensorträger), wobei die Vorrichtung aufweist:

- den Probenträger;

- einen Sensorträger mit einem ersten Distanzsensor zur Messung der Distanz zu einer ersten Seite des Probenträgers und einem zweiten Distanz sensor zur Messung der Distanz zu einer der ersten Seite gegen überliegenden zweiten Seite des Probenträgers, einem dritten Distanzsensor zur Messung der Distanz zu einer dritten Seite des Probenträgers und einem vierten Distanz sensor zur Messung der Distanz zu einer der dritten Seite gegen überliegenden vierten Seite des Probenträgers, wobei der erste und der zweite Distanzsensor zur Be stimmung der Distanzen im Wesentlichen parallel zu einer ersten Achse eingerichtet sind und der dritte und der vierte Distanz sensor zur Bestimmung der Distanzen im Wesentlichen parallel zu einer von der ersten Achse verschiedenen zweiten Achse einge richtet sind; und

- einen Piezopositionierer, der den Probenträger trägt.

Durch die Distanzmessung zu zwei gegenüberliegenden Seiten des Probenträgers kann sowohl eine Verschiebung, z.B. aufgrund von thermischer Relaxation, als auch eine Ausdehnung des Probenträ gers festgestellt werden, ohne dass dafür weitere Maßnahmen wie spezielle Markierungen notwendig sind. Mit dem ersten und zwei ten Distanzsensor werden diese in Richtung der ersten Achse er mittelt und mit dem dritten und vierten Distanzsensor in Rich tung der zweiten Achse. Diese Messung kann vorteilhafterweise in Echtzeit erfolgen. Unter Störgrößen werden insbesondere (thermi scher) Drift und mechanische Vibration, Schwingungen und/oder Verformungen verstanden.

Die Messung bzw. die Bestimmung der Distanz mit dem ersten Dis tanzsensor erfolgt vorzugsweise in die entgegengesetzte Richtung zur Messung bzw. zur Bestimmung der Distanz mit dem zweiten Dis tanzsensor. Die Messung bzw. die Bestimmung der Distanz mit dem dritten Distanzsensor erfolgt vorzugsweise in die entgegenge setzte Richtung zur Messung bzw. zur Bestimmung der Distanz mit dem vierten Distanzsensor. Vorzugsweise erfolgt die Messung mit dem ersten Distanzsensor und mit dem zweiten Distanzsensor ent lang der ersten Achse. Vorzugsweise erfolgt die Messung mit dem dritten Distanzsensor und mit dem vierten Distanzsensor entlang der zweiten Achse. Der erste, zweite, dritte und vierte Distanz sensor sind dazu eingerichtet, eine Distanz bevorzugt auf weni ger als 10 nm, besonders bevorzugt auf weniger als 1 nm, noch mehr bevorzugt auf weniger als 0,1 nm, genau zu messen. Unter Distanzsensoren werden Abstandssensoren verstanden, die einen Abstand zwischen einem Sensorkopf und einem Ziel bestimmen kön nen, insbesondere mit einer Genauigkeit von vorzugsweise zwi schen 10 ⁸ und 10 ¹² m. Nach einer Kalibrationsphase können optio nal relative Änderungen der Messgrößen anstelle der Messgrößen selbst verwendet werden. Unter der Distanz zur jeweiligen Seite wird insbesondere der Abstand zwischen dem jeweiligen Distanz sensor und der jeweiligen Seite verstanden. Der Sensorträger trägt den ersten Distanzmesser, zweiten Distanzmesser, dritten Distanzmesser und vierten Distanzmesser. Der erste, zweite, dritte und vierte Distanzmesser messen somit jeweils die Distanz von einem Punkt des Sensorträgers zu einem Punkt des Probenträ gers. Der erste und zweite Distanzsensor messen insbesondere die Distanz zu einander gegenüberliegenden Kanten des Probenträgers. Die Punkte des Probenträgers zu denen jeweils die Distanzen ge messen werden, können besonders präpariert sein, beispielsweise ein reflektierendes Material aufweisen. Die erste, zweite, drit te und vierte Seite sind vorzugsweise jeweils voneinander ver schieden. Bevorzugt liegt die dritte Seite zwischen der ersten und der zweiten Seite und/oder die vierte Seite zwischen der zweiten und der ersten Seite.

Das Positionieren des Probenträgers mit dem Piezopositionierer erfolgt vorzugsweise auf Grundlage der vom ersten, zweiten, dritten und vierten Distanzsensor ermittelten Distanzen, wobei insbesondere Störgrößen kompensiert werden. Vorzugsweise erfolgt die Positionierung derart, dass ein angenommener Mittelpunkt des Probenträgers, der auf Grundlage der jeweils von beiden Seiten gemessenen Distanzen bestimmt wird, an einen vorgegebenen (ge wünschten) Mittelpunkt bewegt wird.

Aus den jeweiligen Distanzsensoren, die zu gegenüberliegenden Seiten des Probenträgers messen und die vorteilhafterweise ei nander gegenüberliegen, werden die relative Position und relati ve thermische Ausdehnung von Sensorträger und Probenträger, und somit, wenn diese eine Sonde bzw. eine Probe tragen, auch der Sonde und Probe selbst, bestimmt.

Es kann eine beliebige tragende Konstruktion vorgesehen sein, die den Sensorträger und den Piezopositionierer trägt, wobei der Piezopositionierer den Probenträger trägt. Der Sensorträger weist vorzugsweise eine Apertur auf, durch die vorzugsweise eine Sonde geführt werden kann bzw. geführt sein kann.

Die Messung der Distanz mit dem ersten Distanzsensor des Sensor trägers zur ersten Seite des Probenträgers und der Distanz mit dem zweiten Distanzsensor des Sensorträgers zur zweiten Seite des Probenträgers erfolgt vorzugsweise gleichzeitig. Die Messung der Distanz mit dem dritten Distanzsensor des Sensorträgers zur dritten Seite des Probenträgers und der Distanz mit dem vierten Distanzsensor des Sensorträgers zur vierten Seite des Probenträ gers erfolgt vorzugsweise gleichzeitig. Vorzugsweise erfolgen die Messungen der Distanzen mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Distanzsensor gleichzeitig.

Darunter, dass die erste und die zweite Achse verschieden vonei nander sind, wird insbesondere verstanden, dass die erste und die zweite Achse nicht parallel zueinander sind und nicht iden tisch miteinander sind.

Es ist vorteilhaft, wenn aus den Distanzen parallel zu der ers ten Achse die Position und die Ausdehnung des Probenträgers ent lang (d.h. in Richtung) der ersten Achse bestimmt werden und/oder aus den Distanzen parallel zu der zweiten Achse die Po sition und die Ausdehnung entlang (d.h. in Richtung) der zweiten Achse bestimmt werden. Bevorzugt erfolgt das Positionieren des Probenträgers aufgrund der bestimmten Position (en) und Rich tungien) entlang der ersten und/oder zweiten Achse.

Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren weiter aufweist:

Messung einer Distanz zum Probenträger mit einem fünften Distanzmesser des Sensorträgers, wobei die Distanz im Wesentli chen parallel zu einer dritten Achse bestimmt wird, die von der ersten Achse und der zweiten Achse verschieden ist, wobei vor zugsweise die Position des Probenträgers entlang der dritten Achse bestimmt wird. Wenn mit dem ersten bis vierten Distanz sensor die Position und Ausdehnung beispielsweise in jeweils ho rizontaler Richtung bestimmt werden, kann mit dem fünften Dis tanzmesser auch die Position in vertikaler Richtung ermittelt werden. Da üblicherweise die Probe auf dem Probenträger angeord net ist und sich in Richtung der ersten Achse und der zweiten Achse auf dem Probenträger erstreckt, muss die Ausdehnung des Probenträgers in Richtung der dritten Achse nicht notwendiger weise bestimmt werden. Diese beeinflusst üblicherweise die Posi tion einer am Probenträger vorgesehenen Probe und einer Sonde nicht. Somit kann mit dem ersten bis fünften Distanzsensor eine absolute Positionierung des Probenträgers erzielt werden. Die im Zusammenhang mit dem ersten bis vierten Distanzsensor erwähnten bevorzugten Ausgestaltungen können auch für den fünften Distanz sensor vorgesehen sein. Vorzugsweise erfolgt die Positionierung des Probenträgers auch auf Grundlage der vom fünften Distanz sensor ermittelten Distanz. Die Messung der Distanz mit dem fünften Distanzsensor erfolgt vorzugsweise gleichzeitig mit den Messungen der Distanzen mit dem ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Distanzsensor.

Darunter, dass die dritte Achse von der ersten Achse und der zweiten Achse verschieden ist, wird insbesondere verstanden, dass die dritte Achse und die erste Achse nicht parallel zuei nander sind und nicht identisch miteinander sind und dass die dritte Achse und die zweite Achse nicht parallel zueinander sind und nicht identisch miteinander sind.

Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren weiter aufweist:

Messung einer Distanz zum Probenträger mit einem sechsten Distanzmesser des Sensorträgers und mit einem siebten Distanz messer des Sensorträgers, wobei die Distanzen im Wesentlichen parallel zu der dritten Achse bestimmt werden, wobei vorzugswei se eine Verkippung um eine erste Kippachse des Probenträgers aus den vom sechsten Distanzmesser und vom siebten Distanzmesser be stimmten Distanzen bestimmt wird und/oder eine Verkippung um ei ne zweite Kippachse des Probenträgers aus den vom fünften Dis tanzmesser, sechsten Distanzmesser und siebten Distanzmesser be stimmten Distanzen bestimmt wird. Es kann z.B. aus einer relati ven Distanzänderung gemessen vom sechsten und siebten Distanz sensor ein Kippwinkel des Probenträgers um die erste Kippachse bestimmt werden und/oder aus der relativen Distanzänderung ge messen vom fünften Distanzsensor und dem Mittel des sechsten und siebten Distanzsensors ein Kippwinkel (Neigewinkel) entlang der zweiten Kippachse bestimmt werden. Die erste und die zweite Kippachse sind vorzugsweise orthogonal zueinander. Vorzugsweise ist die erste Kippachse parallel zur ersten Achse und die zweite Kippachse parallel zur zweiten Achse. Vorzugsweise sind der sechste und der siebte Distanzsensor in eine Richtung orthogonal zur ersten Kippachse (bzw. zu einer Parallelen der ersten Kippachse) voneinander beabstandet. Vorzugsweise liegen die Ach sen, entlang derer der fünfte, sechste und siebte Distanzsensor die Entfernungen bestimmen, nicht in einer Ebene. Vorzugsweise messen der fünfte, sechste und siebte Distanzsensor die Distan zen jeweils in die gleiche Richtung (d.h. zur gleichen Seite des Probenträgers) . Die im Zusammenhang mit dem ersten bis fünften Distanzsensor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen können auch im Zusammenhang mit dem sechsten und/oder siebten Distanz sensor vorgesehen sein. Vorteilhafterweise erfolgt die Positio nierung des Probenträgers mit dem Piezopositionierer auch auf Grundlage der vom sechsten und siebten Distanzsensor gemessenen Distanz. Vorzugsweise erfolgt die Positionierung des Probenträ gers mit dem Piezopositionierer auf Grundlage einer ermittelten Position in Richtung der dritten Achse und/oder auf Grundlage eines ermittelten Kippwinkels um die erste Kippachse und/oder auf Grundlage eines ermittelten Kippwinkels um die zweite Kippachse. Die Messungen der Distanzen mit dem fünften Distanz sensor, dem sechsten Distanzsensor und dem siebten Distanzsensor erfolgt vorzugsweise gleichzeitig. Die Messungen der Distanzen mit dem ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten und siebten Distanzsensor erfolgen vorzugsweise gleichzeitig.

Es ist vorteilhaft, wenn eine Regelkreissteuerung erfolgt, wobei mit dem Piezopositionierer Störgrößen (insbesondere thermischer Drift und/oder thermische Ausdehnung) in der Positionierung des Probenträgers kompensiert werden auf Grundlage der mit dem ers ten Distanzsensor und mit dem zweiten Distanzsensor bestimmten Distanzen parallel zu der ersten Achse, insbesondere der be stimmten Position und Ausdehnung des Probenträgers entlang der ersten Achse, und der mit dem dritten Distanzsensor und mit dem vierten Distanzsensor bestimmten Distanzen parallel zu der zwei ten Achse, insbesondere der bestimmten Position und Ausdehnung des Probenträgers entlang der zweiten Achse, und vorzugsweise der mit dem fünften Distanzsensor bestimmten Distanz parallel zu der dritten Achse, insbesondere der bestimmten Position des Pro benträgers entlang der dritten Achse, und optional der mit dem fünften Distanzsensor und/oder sechsten Distanzsensor und/oder siebten Distanzsensor bestimmten Distanzen parallel zu der drit ten Achse.

Es ist vorteilhaft, wenn die Regelkreissteuerung umfasst, dass eine Verkippung des Probenträgers um die erste Kippachse und/oder die zweite Kippachse (die insbesondere mit dem fünften, sechsten und siebten Distanzsensor bestimmt wurde) vom Piezopo sitionierer kompensiert werden. Mit dem Regelkreis wird der Pro- benträger vorzugsweise auf einer vorbestimmten Position und be vorzugt einer vorbestimmten Verkippung gebracht bzw. gehalten.

Es ist vorteilhaft, wenn die erste Achse im Wesentlichen ortho gonal zur zweiten Achse ist und vorzugsweise die erste Achse im Wesentlichen orthogonal zur dritten Achse ist und vorzugsweise die zweite Achse (y) im Wesentlichen orthogonal zur dritten Ach se (z) ist. Insbesondere sind die erste Achse und die zweite Achse und vorzugsweise die dritte Achse nicht parallel zueinan der.

Es ist vorteilhaft, wenn die erste Achse und die zweite Achse im Wesentlichen horizontal verlaufen und vorzugsweise die dritte Achse im Wesentlichen vertikal verläuft.

Es ist vorteilhaft, wenn der erste Distanzsensor, der zweite Distanzsensor, der dritte Distanzsensor und der vierte Distanz sensor (und vorzugsweise der fünfte Distanzsensor, und vorzugs weise der sechste und der siebte Distanzsensor) jeweils mit ei ner Erfassungsrate von zwischen 0,2 Hz und 10 MHz, vorzugsweise von zwischen 1 Hz und 1 MHz, betrieben werden und die Positio nierung des Probenträgers durch den Piezopositionierer mit einer Ansteuerungsrate von zwischen 0,2 Hz und 10 MHz, vorzugsweise von zwischen 1 Hz und 1 MHz, erfolgt. Somit erfolgt die Störgrö ßenkompensation praktisch in Echtzeit.

Es ist vorteilhaft, wenn der Probenträger eine Probe trägt und der Sensorträger eine Sonde zur Wechselwirkung mit der Probe trägt. Vorteilhafterweise ist das Verfahren Teil eines Verfah rens zur Sondenmikroskopie, insbesondere zur Rasterkraftmikro skopie, Rastertunnelmikroskopie oder als optische Pinzette. Die se können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit besonders ho her Genauigkeit und Qualität durchgeführt werden, da Störgrößen besonders gut kompensiert werden.

Bezugnehmend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es vor teilhaft, wenn die Vorrichtung eine Kontrolleinheit aufweist, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemä ße Verfahren (gemäß einer der Ausführungsformen) durchzuführen. Insbesondere ist die Kontrolleinheit dazu eingerichtet, die restlichen Komponenten der Vorrichtung zur Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens (gemäß einer der Ausführungsformen) zu steuern bzw. von diesen Signale zu empfangen.

Es ist vorteilhaft, wenn der erste Distanzsensor, zweite Dis tanzsensor, dritte Distanzsensor und/oder vierte Distanzsensor (und vorzugsweise der fünfte, sechste und/oder siebte Distanz sensor) jeweils ein kapazitativer Distanzsensor oder ein inter- ferometrischer Distanzsensor sind. Mit diesen kann eine beson ders genaue Messung und damit Störgrößenkompensation erzielt werden.

Es ist vorteilhaft, wenn der erste Distanzsensor, zweite Dis tanzsensor, dritte Distanzsensor und/oder vierte Distanzsensor (und vorzugsweise der fünfte, sechste und/oder siebte Distanz sensor) jeweils ein laserinterferometrischer Distanzsensor sind. Vorzugsweise weist der Probenträger reflektierende Flächen auf, auf die Laserstrahlen der Distanzsensoren jeweils ausgerichtet sind.

Es ist vorteilhaft, wenn die Vorrichtung aufweist: einen fünften Distanzsensor zur Messung der Distanz zum Pro benträger, vorzugsweise einen sechsten Distanzsensor zur Messung der Distanz zum Probenträger, vorzugsweise einen siebten Distanzsensor zur Messung der Distanz zum Probenträger, wobei der fünfte Distanzsensor, vorzugsweise der sechste Distanzsensor und vorzugsweise der siebte Distanzsensor zur Be stimmung der Distanzen im Wesentlichen parallel zu einer dritten Achse eingerichtet sind, die von der ersten Achse und der zwei ten Achse verschieden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter er läutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Störgrößenkompensation von schräg oben. Fig. 2 zeigt schematisch dieselbe Ausführungsform der Vorrich tung wie Fig. 1 in einem Schnitt entlang der Ebene AA in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch dieselbe Ausführungsform der Vorrich tung wie Fig. 1 in einem Schnitt entlang der Ebene BB in Fig. 1.

Fig. 4 veranschaulicht in einem Flussdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Störgrößenkompensation.

Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen schematisch eine bevorzugte Aus führungsform einer Vorrichtung 10 zur Störgrößenkompensation bei der Positionierung eines Probenträgers 2. Fig. 1 zeigt die Vor richtung 10 von schräg oben, Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 10 in einer Schnittdarstellung entlang der Ebene AA in Fig. 1 und Fig. 3 zeigt die Vorrichtung 10 in einer Schnittdarstellung entlang der Ebene BB in Fig. 1. In Fig. 3 sind in Klammern auch die Be zugszeichen für einen Schnitt durch eine auf AA und BB orthogo nale Ebene in Fig. 1 eingezeichnet.

Die Vorrichtung 10 weist den Probenträger 2, einen Sensorträger 3 und einen Piezopositionierer 1, der den Probenträger 2 trägt, auf. In Fig. 1 bilden eine erste Achse x, eine zweite Achse y und eine dritte Achse z ein orthogonales Koordinatensystem. Der Sensorträger 3 umgibt den Probenträger 2 in Richtung der ersten Achse x und der zweiten Achse y zumindest teilweise.

Der Sensorträger 3 weist einen ersten Distanzsensor XI zur Mes sung der Distanz dxl zu einer ersten Seite des Probenträgers 2 und einen zweiten Distanzsensor X2 zur Messung der Distanz dx2 zu einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Probenträgers 2 auf. Weiters weist der Sensorträger 3 einen dritten Distanzsensor Y1 zur Messung der Distanz dyl zu einer dritten Seite des Probenträgers 2 und einen vierten Distanz sensor Y2 zur Messung der Distanz dy2 zu einer der dritten Seite gegenüberliegenden vierten Seite des Probenträgers 2 auf. Der erste und der zweite Distanzsensor XI, X2 sind zur Bestimmung der Distanzen dxl, dx2 im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse x eingerichtet und der dritte und der vierte Distanzsensor Yl, Y2 sind zur Bestimmung der Distanzen dyl, dy2 im Wesentli- chen parallel zu der zweiten Achse y eingerichtet. Dabei misst der erste Distanzsensor XI in die entgegengesetzte Richtung zum zweiten Distanzsensor X2 und der dritte Distanzsensor Y1 in die entgegengesetzte Richtung zum vierten Distanzsensor Y2. Durch die Messung jeweils von beiden Seiten kann sowohl thermischer Drift als auch thermische Ausdehnung in Richtung der ersten Ach se x und in Richtung der zweiten Achse y erkannt und kompensiert werden.

Der Sensorträger 3 weist weiter einen fünften Distanzsensor ZI zur Messung der Distanz dzl zum Probenträger 2, einen sechsten Distanzsensor Z2 zur Messung der Distanz dz2 zum Probenträger 2 und einen siebten Distanzsensor Z3 zur Messung der Distanz dz3 zum Probenträger 2 auf. Der fünfte Distanzsensor ZI, der sechste Distanzsensor Z2 und der siebte Distanzsensor Z3 sind zur Be stimmung der Distanzen dzl, dz2, dz3 im Wesentlichen parallel zu der dritten Achse z eingerichtet. Mit diesen kann sowohl die vertikale Position des Probenträgers 2 relativ zum Sensorträger 3 und die Verkippung bzw. Neigung des Probenträgers 2 ermittelt werden. Insbesondere werden die Distanzen dz2, dz3 im Wesentli chen parallel zu der dritten Achse z bestimmt, wobei eine Ver kippung um eine erste Kippachse Y des Probenträgers 2 aus den vom sechsten Distanzmesser Z2 und vom siebten Distanzmesser Z3 bestimmten Distanzen dz2, dz3 bestimmt wird und eine Verkippung um eine zweite Kippachse F des Probenträgers 2 aus den vom fünf ten Distanzmesser ZI, sechsten Distanzmesser Z2 und siebten Dis tanzmesser Z3 bestimmten Distanzen dzl, dz2, dz3 bestimmt wird.

Die Sensoren sind somit in Gruppen und Untergruppen nach Aufga benstellung und Raumrichtung eingeteilt. Die horizontalen Senso ren XI, X2, Yl, Y2 dienen der simultanen EchtZeitbestimmung von relativer lateraler Position des Probenträgers 2 zum Sensorträ ger 3 sowie der aktuellen thermischen Expansion des Probenträ gers 2. Die vertikalen Sensoren ZI, Z2, Z3 dienen der simultanen EchtZeitbestimmung der relativen vertikalen Position des Proben trägers 2 relativ zum Sensorträger 3 sowie der relativen Verkip pung des Probenträgers 2. Hierdurch ist eine zeitlich konstante absolute Positionierung von Probenträger 2 und Sensorträger 3 zueinander in Echtzeit gewährleistet. Das von der ersten Achse x, zweiten Achse y und dritten Achse z gebildete Koordinatensystem entspricht vorzugsweise dem Koordi natensystem des Piezopositionierers 1. Erfindungsgemäß werden aus Sensoren, die sich paarweise gegenüber stehen, die relative Po sition von Sensorträger 3 und Probenträger 2, und damit ggf. von einer Sonde und einer Probe selbst, relative Position und rela tive thermische Ausdehnung bestimmt.

Die gemessene Distanz dzl, dz2, dz3 der vertikalen Distanzsenso ren ZI, Z2, Z3 läuft vorzugsweise der z-Achse des Piezopositio nierers 1 entgegen und wird entsprechend korrigiert. Aus der re lativen Distanzänderung von dz2 und dz3 wird der Kippwinkel um die erste Kippachse Y bestimmt, während aus der relativen Dis tanzänderung von dzl und dem Mittel zwischen dz2 und dz3 der Neigewinkel um die zweite Kippachse F bestimmt wird. Vorzugswei se verfügt der verwendete Piezopositionierer über Kipp- und Nei gefreiheitsgrade, sodass eine Verkippung zwischen Probenträger 2 und Sensorträger 3 mittels der ersten Kippachse Y und der zwei ten Kippachse F sowohl kontrolliert als auch korrigiert wird.

Der Sensorträger 3 und der Probenträger 2 weisen jeweils vor zugsweise eine Apertur W auf, durch die beispielsweise eine Son de geführt werden kann. Zusätzlich zu der Bestimmung der verti kalen relativen Position in Richtung der ersten Achse x und der zweiten Achse y besteht die Möglichkeit einer langsameren Refe renzmessung mittels Weißlichtinterferometrie über den Pfad der Aperturen W an einem Probensystem.

Die Störgrößenkompensation erfolgt vorzugsweise in einer Regel kreissteuerung, wobei mit dem Piezopositionierer 1 Störgrößen in der Positionierung des Probenträgers 2 (d.h. Abweichungen des

Probenträgers 2 von einer vorbestimmten/gewünschten Position) kompensiert (d.h. durch Bewegung des Probenträgers 2 mit dem Piezopositionierer 1 relativ zum Sensorträger 3 ausgeglichen) werden auf Grundlage der mit dem ersten Distanzsensor XI und mit dem zweiten Distanzsensor X2 bestimmten Distanzen dxl, dx2 pa rallel zu der ersten Achse x, insbesondere der bestimmten Posi tion und Ausdehnung des Probenträgers 2 entlang der ersten Achse x, und der mit dem dritten Distanzsensor Y1 und mit dem vierten Distanzsensor Y2 bestimmten Distanzen dyl, dy2 parallel zu der zweiten Achse y, insbesondere der bestimmten Position und Aus dehnung des Probenträgers 2 entlang der zweiten Achse y, und der mit dem fünften Distanzsensor ZI und/oder sechsten Distanzsensor Z2 und/oder siebten Distanzsensor Z3 bestimmten Distanzen dzl, dz2, dz3 parallel zu der dritten Achse x. Weiters umfasst die Regelkreissteuerung, dass eine Verkippung des Probenträgers 2 um die erste Kippachse Y und/oder die zweite Kippachse F vom Pie- zopositionierer 1 kompensiert werden.

Zur Steuerung der restlichen Vorrichtung kann insbesondere eine Kontrolleinheit vorgesehen sein, die die Signale von den Dis tanzsensoren XI, X2, Yl, Y2, ZI, Z2, Z3 empfängt und den Pie- zopositionierer entsprechend steuert, um Abweichungen des Pro benträgers 2 von vorbestimmten Werten zu beheben.

Fig. 4 veranschaulicht in einem Flussdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Störgrößenkompensation. Zu erst kann eine Ausrichtung und Kalibration der Achsen erfolgen 20. Anschließend erfolgt eine Regelkreissteuerung 21, die die folgenden Schritte umfasst:

- Messen 22 der Distanzen dxl, dx2, dyl, dy2, dzl, dz2, dz3 mit dem ersten bis siebten Distanzsensor XI, X2, Yl, Y2, ZI, Z2, Z3 entlang der zugehörigen ersten Achse x, zweiten Achse y bzw. dritten Achse z und Auslesen der Distanzsensoren XI, X2, Yl, Y2, ZI, Z2, Z3;

- Zuordnen 23 der Datenkanäle zu den jeweiligen Achsen x, y, z und Ausrichtung am Koordinatensystem des Piezopositionierers

1;

- Unterscheidung 24 nach den Achsentypen, wobei im Falle der ersten Achse x und der zweiten Achse y die Position und die thermische Ausdehnung des Probenträgers 2 in Richtung der jewei ligen Achse x, y bestimmt werden 25 und im Falle der dritten Achse z die Position des Probenträgers 2 in Richtung der dritten Achse bestimmt wird 26 und die Kippwinkel um die erste Kippachse Y und um die zweite Kippachse F bestimmt werden;

- Darstellung 27 der bestimmten Daten (Position, Ausdehnung und Kippwinkel) und Logging der Daten;

- zur aktiven Positionskontrolle erfolgt 28 ein Vergleich der Daten mit vorbestimmten Sollwerten 29 und darauf basierend das Setzen 30 neuer Positionsdaten für den Piezopositionierer 1 - Entscheiden 31, ob das Verfahren beendet werden 32 soll oder die Schritte wiederholt werden sollen.