DE4035084A1 - ARRANGEMENT FOR MEASURING LINEAR DIMENSIONS ON A STRUCTURED SURFACE OF A MEASURED OBJECT - Google Patents

ARRANGEMENT FOR MEASURING LINEAR DIMENSIONS ON A STRUCTURED SURFACE OF A MEASURED OBJECT

Info

Publication number
DE4035084A1
DE4035084A1 DE4035084A DE4035084A DE4035084A1 DE 4035084 A1 DE4035084 A1 DE 4035084A1 DE 4035084 A DE4035084 A DE 4035084A DE 4035084 A DE4035084 A DE 4035084A DE 4035084 A1 DE4035084 A1 DE 4035084A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring
resonator
arrangement
shock absorber
probe tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE4035084A
Other languages
German (de)
Inventor
Karlheinz Dipl Ing Bartzke
Rolf Thiemer
Erhard Mende
Bernhard Dipl Phys Retschke
Wolfgang Dipl Ing Krausse
Manfred Dr Rer Nat Weihnacht
Helke Dr Rer Nat Guenter
Joachim Dr Heim
Eike Dipl Ing Wehrsdorfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik AG
Original Assignee
Jenoptik Jena GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Jena GmbH filed Critical Jenoptik Jena GmbH
Priority to DE4035084A priority Critical patent/DE4035084A1/en
Priority to PCT/EP1991/002089 priority patent/WO1992008102A1/en
Publication of DE4035084A1 publication Critical patent/DE4035084A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/28Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/34Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces

Abstract

The device proposed, which is designed to measure linear dimensions on the patterned surface (8) of a body (9), has a pointed sensor tip (7) coupled to a resonator (5) which is connected in turn to an oscillator circuit (10). The device also includes a control circuit (12) which is connected to resonator-position control elements (1, 2) acting at right angles to the surface (8), a shock isolator (6) connected to the control circuit (12) being located between the sensor tip (7) and the resonator (5).

Description

Die Erfindung ist zum Messen von linearen Abmessungen auf der Oberfläche eines Meßobjektes anwendbar, insbesondere bei Zweikoordinatenmeßgeräten, bei Meßgeräten für die Ultra-Präzisions-Bearbeitungstechnik, bei Tastschnittgeräten, bei Meßgeräten für die Messung von mikroelektronischen Halbleiterstrukturen, bei Rauheitsmeßgeräten, bei Profilmeßgeräten und zur Erzeugung von Mikrostrukturen auf Oberflächen.The invention is for measuring linear dimensions on the Surface of a measuring object can be used, in particular with two-coordinate measuring devices, for measuring devices for ultra-precision machining technology, with stylus cutters, with measuring devices for the measurement of microelectronic semiconductor structures in roughness measuring devices, in profile measuring devices and for the production of microstructures on surfaces.

Zur Messung linearer Abmessungen von Halbleiterstrukturen sind optische Anordnungen bekannt, die mit Hilfe von optischen Abbildungssystemen und optoelektronischen Empfängern eine lineare Auflösung von ca. 0,7 µm erreichen.For measuring linear dimensions of semiconductor structures Optical arrangements known using optical imaging systems and optoelectronic receivers have a linear resolution 0.7 µm.

Eine wesentliche Steigerung der lateralen Auflösung unter 0,7 µm ist wegen des Wellencharakters des Lichtes nicht möglich. Infolge von optischen Beugungserscheinungen, die für jeden Meßpunkt die wirkliche Lage der Strukturkanten verfälschen, entstehen Meßfehler, insbesondere bei der Messung von Strukturbreiten unter 1 µm (Feingerätetechnik 32 (1983) 9, S. 402-406; Technisches Messen 54 (1987) 6, S. 243-252; Journal für Optik und Feinmechanik 35 (1988), S. 196-235).A significant increase in lateral resolution below 0.7 µm is not possible due to the wave character of the light. As a result of optical diffraction phenomena, which for each measuring point falsify the actual position of the structure edges, measurement errors occur, especially when measuring structure widths below 1 µm (Feingerätetechnik 32 (1983) 9, pp. 402-406; technical measuring 54 (1987) 6, pp. 243-252; Journal for optics and precision engineering 35 (1988), pp. 196-235).

Des weiteren sind elektronenmikroskopische Meßanordnungen bekannt, bei denen die Meßobjekte eine elektrisch leitende Oberflächenschicht aufweisen müssen. Der Meßvorgang erfolgt im Vakuum, so daß die bei Wafern übliche Vakuumaufspannung nicht anwendbar ist, und damit Messungen an Wafern mit diesen Anordnungen nur eingeschränkt durchführbar sind. Wie bei einer optischen Meßanordnung entstehen auch hier Meßfehler infolge elektronenoptischer Abbildungsfehler (Reimer, L.; Pfefferkorn, G.: "Raster-Elektronenmikroskopie", Springer-Vlg. Berlin, 1977).Furthermore, electron microscopic measuring arrangements are known in which the test objects have an electrically conductive surface layer  must have. The measuring process takes place in a vacuum, so that the usual vacuum clamping for wafers is not applicable, and thus measurements on wafers with these arrangements are only limited are feasible. As with an optical measuring arrangement here too measurement errors due to electron-optical imaging errors (Reimer, L .; Pfefferkorn, G .: "Scanning Electron Microscopy", Springer-Vlg. Berlin, 1977).

Bei Meßanordnungen, die auf dem Prinzip der Raster-Tunnel-Mikroskopie (STM) oder auf der Atom-Kraft-Mikroskopie (AFM) beruhen wird eine nanometerfeine Spitze aus Wolfram, Gold, Diamant o. a. im Abstand von wenigen Nanometern über die Prüflingsoberfläche geführt, so daß sich zwischen Spitze und Oberfläche entweder bei einer Spannung von wenigen Millivolt ein Tunnelstrom von einigen Nanoampere ausbildet (STM) oder zwischenatomare Kräfte wirksam werden (AFM), die über einen Abstandsregler konstant gehalten werden.In measuring arrangements based on the principle of scanning tunnel microscopy (STM) or based on atomic force microscopy (AFM) a nanometer-fine tip made of tungsten, gold, diamond or the like at a distance of a few nanometers over the surface of the test specimen performed so that between tip and surface either at a voltage of a few millivolts, a tunnel current of a few Nanoampere (STM) or interatomic forces are effective are kept constant (AFM) via a distance controller will.

Diese Lösungen haben den Nachteil, daß die Prüflingsoberfläche beim STM wegen des Tunnelstromes elektrisch leitend sein muß. Die Anordnungen sind so empfindlich, daß nur Flächen von wenigen Mikrometer Größe abgetastet werden können und die Abtastgeschwindigkeiten sehr niedrig sind.These solutions have the disadvantage that the test specimen surface STM must be electrically conductive due to the tunnel current. The arrangements are so sensitive that only areas of a few Micrometer size can be scanned and the scanning speeds are very low.

Bei diesen Abtastungen entstehen durch die Meßvorgänge auf dem Prüfling Spuren (Proceedings of SPIE, Vol. 897, 1988, S. 8-15; EP 03 38 083 A1; Physical Review Letters 56 (1986) 9, S. 930-933).During these scans, the measurement processes on the DUT tracks (Proceedings of SPIE, Vol. 897, 1988, pp. 8-15; EP 03 38 083 A1; Physical Review Letters 56 (1986) 9, pp. 930-933).

Zur Atom-Kraft-Mikroskopie (AFM) ist eine Anordnung bekannt, bei der auf einem Piezoschwinger eine Tastnadel befestigt ist, deren Spitze hochfrequent schwingend die Oberfläche des Prüflings antastet.An arrangement is known for atomic force microscopy (AFM) a probe is attached to a piezo oscillator, the  Tip vibrates at high frequency and probes the surface of the test object.

Eine elektrische Meßschaltung ermittelt die Verschiebung der Resonanzfrequenz des Piezoschwingers, die durch das Berühren der Prüflingsoberfläche mit der Tastnadel hervorgerufen wird.An electrical measuring circuit determines the displacement of the Resonance frequency of the piezo oscillator, which is caused by touching the Test surface is caused with the stylus.

Eine mit der Meßschaltung in Verbindung stehende Regelschaltung, und eine den Piezoschwinger tragende Stelleinheit, dienen der Profilermittlung.A control circuit connected to the measuring circuit, and an actuator unit supporting the piezo oscillator serve the Profiling.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß die in der Meßanordnung gezeigte würfelförmige Geometrie des Piezoschwingers keine harmonische Schwingung ermöglicht, und daß die im Vergleich zum Piezoschwinger massereiche Tastnadel die Eigenresonanz des Piezoschwingers dämpft.A disadvantage of this arrangement is that in the measuring arrangement shown cube-shaped geometry of the piezo oscillator no harmonic Vibration allows, and that compared to the Piezo transducer massive probe the natural resonance of the piezo transducer dampens.

Des weiteren ist das angewendete Meßverfahren der Resonanzfrequenzdifferenzmessung zeitlich träge und relativ unempfindlich und deshalb als hochdynamisches und zugleich hochempfindliches Meßprinzip weniger geeignet (EP 02 90 647).Furthermore, the measuring method used is the resonance frequency difference measurement slow and relatively insensitive and therefore as a highly dynamic and at the same time highly sensitive measuring principle less suitable (EP 02 90 647).

Zur mechanischen Abtastung von Halbleiterstrukturen und für Rauheitsmessungen sind Tastschnittgeräte bekannt, die mit einer Diamantspitze als Tastspitze in Abhängigkeit von Tastspitzengeometrie und Meßkraft eine laterale Auflösung von 6 nm erreichen. Nachteilig bei diesen herkömmlichen Tastschnittgeräten ist, daß infolge dynamischer Effekte, z. B. Springen der Tastnadel, nur geringe Meßgeschwindigkeiten möglich sind, die hohe Meßzeiten bedingen. Der ständige Kontakt von Diamantspitze und Prüflingsoberfläche erfordert Meßkräfte von mindestens 10-5 N, die Verletzungsspuren auf der Oberfläche des Meßobjektes erzeugen können (Sonderdruck aus Kontrolle 11/12, 1987).For the mechanical scanning of semiconductor structures and for roughness measurements, probe cutters are known which, with a diamond tip as a probe tip, achieve a lateral resolution of 6 nm depending on the probe tip geometry and measuring force. A disadvantage of these conventional stylus devices is that due to dynamic effects, for. B. jumping the stylus, only low measuring speeds are possible, which require long measuring times. The constant contact of the diamond tip and the surface of the test specimen requires measuring forces of at least 10 -5 N, which can create traces of injury on the surface of the test object (special print from control 11/12, 1987).

Des weiteren sind Tastschnittgeräte bekannt, deren Tastspitze auf einem piezoelektrischen Seignettekristall mit großer Piezowirkung befestigt ist. Der Kristall wirkt als Biegefeder, die beim Bewegen der Tastspitze über die Oberfläche eines Meßobjektes elektrische Spannungen erzeugt, welche zur Meßwertgewinnung weiterverarbeitet werden. Nachteilig bei diesen Lösungen ist, daß nur eine geringe Meßgeschwindigkeit möglich ist, und daß die Meßkräfte der Tastspitze zu groß sind (Perthen, J.: "Prüfen und Messen der Oberflächengestalt", Carl Hanser Vlg. München, 1949, S. 118-119).Furthermore, stylus cutters are known, the tip of which is open a piezoelectric seignette crystal with a large piezo effect is attached. The crystal acts as a spiral spring when moving the probe tip over the surface of a measuring object electrical Generates voltages, which are further processed to obtain measured values will. The disadvantage of these solutions is that only a small one Measuring speed is possible, and that the measuring forces of the probe tip are too large (Perthen, J .: "Checking and measuring the surface shape", Carl Hanser Vlg. Munich, 1949, pp. 118-119).

Weiterhin bekannt ist eine Anordnung, bei der zur Rauheitsmessung in einem die Oberfläche mit einer Spitze abtastenden Hebel ein Piezokristall integriert ist, desen ihn belastenden Meßkräfte zur Signalgewinnung verwertet werden. Nachteilig sind die großen Meßkräfte, die ein Abtasten von Mikrostrukturen ohne deren Verletzung erschweren und die nur geringen zulässigen Meßgeschwindigkeiten durch das quasi statische Meßverfahren (G 86 00 738.6 U1).An arrangement is also known in which the roughness measurement in a lever scanning the surface with a tip Piezocrystal is integrated, the measuring forces that stress it Signal acquisition can be used. The large measuring forces are disadvantageous, the scanning of microstructures without damaging them complicate and the only low permissible measuring speeds through the quasi-static measuring method (G 86 00 738.6 U1).

Für die Härtemessung und in Abwandlung zur Oberflächenprofilermittlung ist ein Berührungsdetektor bekannt, bei dem der Kontakt zur Oberfläche durch einen piezoelektrischen Stabresonator ermittelt wird, auf dessen Stirnseite eine Tastspitze, bevorzugt aus Diamant, befestigt ist.For hardness measurement and as a modification for surface profile determination a touch detector is known in which the contact determined to the surface by a piezoelectric rod resonator is on the front side of a probe tip, preferably Diamond is attached.

Der Stabresonator wird über seitliche Elektroden von einem Generator oder Oszillator in Eigenresonanz erregt. Eine elektronische Meßschaltung wertet die bei Berührung der Tastspitze mit der Meßoberfläche auftretenden Frequenz- oder Amplitudenänderungen des Resonators als Kontaktsignal aus, das in Verbindung mit einem Steller zur Profilermittlung dienen kann. Nachteil dieser Anordnung ist, daß der Stabresonator hohe Meßkräfte bewirkt und niedrige Resonanzfrequenzen aufweist, so daß die Meßoberfläche verletzt werden kann und nur geringe Meßgeschwindigkeiten erzielbar sind (WO 89/00672 A1).The rod resonator is operated by a side electrode Generator or oscillator excited in natural resonance. An electronic one Measuring circuit also evaluates when the probe tip is touched frequency or amplitude changes occurring on the measuring surface  of the resonator as a contact signal, which in connection with a Steller can serve to determine the profile. Disadvantage of this arrangement is that the rod resonator produces high measuring forces and low ones Has resonance frequencies, so that the measuring surface is injured can be achieved and only low measuring speeds are (WO 89/00672 A1).

Ein weiteres bekanntes Tastschnittgerät arbeitet nach einem Impulstastverfahren, bei dem eine Tastnadel impulsförmig von der Oberfläche des Meßobjektes angehoben und wieder abgesenkt wird. Das Gerät arbeitet quasi statisch. Das Anheben der Tastnadel dient der Verminderung von Reibkräften und Tangentialkräften in den Lagerstellen des Meßwerkes. Bei diesem Gerät ist es von Nachteil, daß die Impulsgeschwindigkeit gering ist und daß die Meßkräfte zu hoch liegen (Lehmann, R.: "Leitfaden der Längenmeßtechnik", VEB Vlg. Technik Berlin, 1960, S. 277).Another known touch probe device works according to a pulse probe method, in which a stylus is pulsed from the Surface of the measurement object is raised and lowered again. The device works almost statically. The lifting of the stylus serves the reduction of frictional and tangential forces in the Bearings of the measuring mechanism. With this device, it is disadvantageous that the pulse speed is low and that the measuring forces too lie high (Lehmann, R .: "Guide to Length Measurement Technology", VEB Vlg. Technik Berlin, 1960, p. 277).

Ziel der Erfindung ist die Gebrauchswertsteigerung eines Strukturmeßgerätes, insbesondere die Verbesserung der Genauigkeit, die Erhöhung der Meßgeschwindigkeit und die Verringerung der Meßkräfte.The aim of the invention is to increase the utility value of a structure measuring device, especially improving the accuracy that Increasing the measuring speed and reducing the measuring forces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Messen linearer Abmessungen auf der Oberfläche eines Meßobjektes zu entwickeln, die es ermöglicht, die Oberfläche mit geringen Meßkräften hochfrequent mit Hilfe eines piezoelektrischen Resonators abzutasten.The invention has for its object an arrangement for Measuring linear dimensions on the surface of a measuring object to develop that enables the surface with low Measuring forces high frequency with the help of a piezoelectric resonator  to feel.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Anordnung mit einer senkrecht zur Oberfläche des Meßobjektes beweglich installierten Tastspitze, die auf einem Resonator befestigt ist, zwischen der Tastspitze und dem Resonator ein Stoßaufnehmer vorgesehen ist, der mit einer Regelschaltung in Verbindung steht. Der Resonator steht mit einer Oszillatorschaltung in Verbindung und ist mit senkrecht zur Oberfläche wirkenden Stellelementen gekoppelt, welche ebenfalls mit besagter Regelschaltung verbunden sind.The object is achieved in that at a Arrangement with a movable perpendicular to the surface of the measurement object installed probe tip, which is attached to a resonator is a shock absorber between the probe tip and the resonator is provided, which is connected to a control circuit stands. The resonator is in an oscillator circuit Connection and is with control elements acting perpendicular to the surface coupled, which also with said control circuit are connected.

Als Stoßaufnehmer kann Material mit piezoelektrischen oder elektrostriktiven Eigenschaften eingesetzt werden. Hierfür sind wegen des hohen Piezokoeffizienten und der geringen erforderlichen geometrischen Abmessungen im Bereich von Mikrometern gesputtertes und texturiertes Zinkoxid, piezoelektrische Polymerfolie, Lithiumniobat und Piezokeramik besonders geeignet.Material with piezoelectric or electrostrictive properties can be used. For this are because of the high piezo coefficient and the low required geometric dimensions in the range of micrometers sputtered and textured zinc oxide, piezoelectric polymer film, Lithium niobate and piezoceramic are particularly suitable.

Meßtechnisch vorteilhaft ist es, wenn der Resonator als piezoelektrischer, prismatischer Stabschwinger aus Quarz, Lithiumniobat und Piezokeramik ausgebildet ist, an dessen Oberfläche des Meßobjektes zugewandten Stirnseite ein Stoßaufnehmer befestigt ist, und an dessen anderer Stirnseite ein zweiter Stoßaufnehmer befestigt ist, wobei die Stoßaufnehmer elektrisch in Differenz geschaltet sind.In terms of measurement technology, it is advantageous if the resonator as a piezoelectric, prismatic rod oscillator made of quartz, lithium niobate and piezoceramic is formed on the surface of the measurement object facing a shock absorber is attached, and the other end of which a second shock absorber is attached, the shock absorbers are electrically connected in difference.

Die Wirkung der Anordnung beruht darauf, daß bei Berührung der schwingenden Tastspitze mit der zu prüfenden Oberfläche im Stoßaufnehmer infolge der Berührungsstöße elektrische Meßimpulse erzeugt werden, die nach Verstärkung die Eingangsgröße für die Regelschaltung bilden. Das Ausgangssignal der Regelschaltung steuert die Stellelemente, welche den Resonator und die Tastspitze tragen, wobei die Tastspitze so in Kontakt zur Prüflingsoberfläche gebracht wird, daß die Berührungsstöße der Tastspitze stets eine konstante sehr geringe Kraft in der Größenordnung um 10-7 N aufweisen. Der Stoßaufnehmer kann eine Druckempfindlichkeit von ca. 10² V/N aufweisen, so daß die Berührungsstöße zwischen Tastspitze und Oberfläche des Meßobjektes mechanische Einwirkungen auf der Oberfläche hervorrufen, die nur einige Nanometer betragen. Die hohe Eigenresonanz des Resonators ermöglicht hohe Meßgeschwindigkeiten.The effect of the arrangement is based on the fact that when the vibrating probe tip touches the surface to be tested in the shock absorber, electrical measuring pulses are generated in the shock absorber, which form the input variable for the control circuit after amplification. The output signal of the control circuit controls the control elements, which carry the resonator and the probe tip, the probe tip being brought into contact with the test specimen surface in such a way that the contact impacts of the probe tip always have a constant, very low force in the order of 10 -7 N. The shock absorber can have a pressure sensitivity of approx. 10 2 V / N, so that the contact shocks between the probe tip and the surface of the measurement object cause mechanical effects on the surface which are only a few nanometers. The high resonance of the resonator enables high measuring speeds.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigtExemplary embodiments of the invention are shown in the drawing, and shows

Fig. 1: einen Tastsensor mit piezokeramischer Biegeplatte, und Fig. 1: a push button sensor with piezoceramic bending plate, and

Fig. 2: einen Tastsensor mit Stabschwinger aus Quarz. Fig. 2: a push button sensor with rod oscillator made of quartz.

Die Anordnung nach Fig. 1 besteht aus je einem in Reihe geschalteten Grobsteller 1 und Feinsteller 2, die an ein Gestell 3 montiert sind. An dem Feinsteller 2 ist als Resonator über einen Distanzring 4 eine piezokeramische Biegeplatte 5, ein Stoßaufnehmer 6 mit einer Tastspitze 7 befestigt. Die Tastspitze 7 steht mit einer Oberfläche 8 eines Meßobjektes 9 in Berührung.The arrangement of FIG. 1 consist of a series-connected coarse and fine Plate 1 Plate 2, which are mounted on a frame 3. A piezoceramic bending plate 5 and a shock absorber 6 with a probe tip 7 are attached to the fine adjuster 2 as a resonator via a spacer ring 4 . The probe tip 7 is in contact with a surface 8 of a measurement object 9 .

Die Biegeplatte 5 steht mit einer Oszillatorschaltung 10 in Verbindung. Der Stoßaufnehmer 6 ist mit einer Auswerteschaltung 11 verbunden, die mit einer Regelschaltung 12 in Verbindung steht. Die Ausgänge der Regelschaltung 12 sind mit dem Grobsteller 1 und dem Feinsteller 2 verbunden.The bending plate 5 is connected to an oscillator circuit 10 . The shock absorber 6 is connected to an evaluation circuit 11 , which is connected to a control circuit 12 . The outputs of the control circuit 12 are connected to the coarse adjuster 1 and the fine adjuster 2 .

Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist als Resonator ein mittels eines Flansches 13 im Schwingungsknoten gehaltener prismatischer Stabschwinger 14 angeordnet, der z. B. aus Piezokeramik, Lithiumniobat oder Quarz bestehen kann.In the arrangement according to FIG. 2, a prismatic rod oscillator 14 , which is held in the oscillation node by means of a flange 13, is arranged as the resonator. B. may consist of piezoceramic, lithium niobate or quartz.

Zweckmäßig ist ein Stabschwinger 14 aus Quarz so zu orientieren, daß die Stabachse um +71⁰32′ zur z-Achse in der yz-Kristallebene geneigt ist, und die Erregerelektroden für den Schwingvorgang auf den yz-Seitenflächen des Stabes 14 aufgebracht werden. Dann vollführen die Stirnflächen des Stabes 14 günstige kolbenförmige Schwingungen. Die elektrischen Zuleitungen für die Meßelektroden des Stoßaufnehmers 6 sind dann günstig über die mit Elektroden nichtbelegten Seiten des Stabes 14 zum Flansch 13 zu führen.A rod oscillator 14 made of quartz is expediently oriented so that the rod axis is inclined by + 71⁰32 'to the z axis in the yz crystal plane, and the excitation electrodes for the oscillation process are applied to the yz side surfaces of the rod 14 . Then the end faces of the rod 14 perform favorable piston-shaped vibrations. The electrical feed lines for the measuring electrodes of the shock absorber 6 can then be led favorably over the sides of the rod 14 which are not occupied by electrodes to the flange 13 .

Durch das zwischen den Erregerelektroden des Stabes 14 bestehende Wechselfeld, das ein Oszillator erzeugt, wird nicht nur der Stab 14 zu Längsschwingungen angeregt, sondern die Meßleitungen werden zusätzlich mit Störspannungen infolge Induktion beaufschlagt. Das Meßsignal ist deshalb elektronisch, z. B. durch einen Filterverstärker, aus dem Signalgemisch zu gewinnen.Due to the alternating field between the excitation electrodes of the rod 14 , which generates an oscillator, not only the rod 14 is excited to longitudinal vibrations, but the measuring lines are additionally subjected to interference voltages due to induction. The measurement signal is therefore electronic, for. B. by a filter amplifier to gain from the signal mixture.

Im Stoßaufnehmer 6 entstehen nicht nur die durch die Stoßkräfte hervorgerufenen Meßspannungen, sondern auch Störspannungen, die ihre Ursache in den durch die Beschleunigung des Stabschwingers 14 bedingten Massenträgheitskräften des Stoßaufnehmers 6 und seiner Tastspitze 7 haben. Da diese Störspannungen linear mit der Eigenmasse von Stoßaufnehmer 6 und Tastspitze 7 und quadratisch mit der Resonanzfrequenz des Stabschwingers 14 zunehmen, sind diese einflußnehmenden Größen möglichst klein zu wählen. In the shock absorber 6 , not only do the measuring voltages caused by the impact forces arise, but also interference voltages which are caused by the inertial forces of the shock absorber 6 and its probe tip 7 caused by the acceleration of the rod oscillator 14 . Since these interference voltages increase linearly with the inherent mass of the shock absorber 6 and probe tip 7 and quadratically with the resonance frequency of the rod oscillator 14 , these influencing variables are to be chosen as small as possible.

Eine Variante der Störkompensation besteht darin, beide Stirnseiten des Stabschwingers 14 durch je einen Stoßaufnehmer 6 mit Tastspitze 7 zu belegen, wobei eine Seite der Meßsignalgewinnung und die andere der Störsignalkompensation dient. Hierzu werden die Signale beider Stoßaufnehmer 6 elektrisch in Differenz geschaltet, so daß sich die Störsignale kompensieren.A variant of the interference compensation is to occupy both end faces of the rod transducer 14 by means of a shock absorber 6 each with a probe tip 7 , one side serving for the measurement signal acquisition and the other for interference signal compensation. For this purpose, the signals of both shock absorbers 6 are electrically switched in difference, so that the interference signals are compensated for.

Für bestimmte Meßaufgaben sind geneigte Prüflingsoberflächenelemente anzutasten, so daß die Anordnung nach Fig. 1 oder 2 hierfür nicht anwendbar sind. Für diese Fälle sind die Enden des Stabschwingers 14 nach Fig. 2 anzuspitzen oder passive Spitzen ihren Stirnflächen aufzusetzen, die ihrerseits Stoßaufnehmer 14 und Tastspitzen 7 tragen.For certain measuring tasks, inclined test specimen surface elements are to be touched, so that the arrangement according to FIG. 1 or 2 cannot be used for this. For these cases, the ends of the rod transducer 14 according to FIG. 2 are to be pointed or passive tips are to be placed on their end faces, which in turn carry shock absorbers 14 and probe tips 7 .

Claims (3)

1. Anordnung zum Messen linearer Abmessungen auf einer strukturierten Oberfläche eines Meßobjektes, bei der eine Tastspitze, welche auf der Oberfläche beweglich angeordnet ist, mit einem Resonator gekoppelt ist, der mit einer Oszillatorschaltung in Verbindung steht, und bei der eine Regelschaltung vorgesehen ist, die mit senkrecht zur Oberfläche wirkenden Stellelementen für den Resonator verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Tastspitze (7) und Resonator (5) ein Stoßaufnehmer (6) angeordnet ist, der mit der Regelschaltung (12) in Verbindung steht.1. Arrangement for measuring linear dimensions on a structured surface of a measurement object, in which a probe tip, which is movably arranged on the surface, is coupled to a resonator, which is connected to an oscillator circuit, and in which a control circuit is provided which is connected to adjusting elements for the resonator acting perpendicular to the surface, characterized in that a shock absorber ( 6 ) is arranged between the probe tip ( 7 ) and the resonator ( 5 ) and is connected to the control circuit ( 12 ). 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein piezoelektrischer oder ein elektrostriktiver oder ein magnetostriktiver Stoßaufnehmer (6) vorgesehen ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a piezoelectric or an electrostrictive or a magnetostrictive shock absorber ( 6 ) is provided. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (5) als piezoelektrischer, prismatischer Stabschwinger aus Quarz oder Piezokeramik ausgebildet ist, an dessen der Oberfläche (8) des Meßobjektes (9) zugewandten Stirnseite ein Stoßaufnehmer (6) befestigt ist, und an dessen anderer Stirnseite ein zweiter Stoßaufnehmer befestigt ist, wobei die Stoßaufnehmer elektrisch in Differenz geschaltet sind.3. Arrangement according to claim 1 or claim 1 and 2, characterized in that the resonator ( 5 ) is designed as a piezoelectric, prismatic rod oscillator made of quartz or piezoceramic, on the face ( 8 ) of the test object ( 9 ) facing a shock absorber ( 6 ) is fastened, and on the other end face a second shock absorber is fastened, the shock absorbers being electrically connected in difference.
DE4035084A 1990-11-05 1990-11-05 ARRANGEMENT FOR MEASURING LINEAR DIMENSIONS ON A STRUCTURED SURFACE OF A MEASURED OBJECT Ceased DE4035084A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4035084A DE4035084A1 (en) 1990-11-05 1990-11-05 ARRANGEMENT FOR MEASURING LINEAR DIMENSIONS ON A STRUCTURED SURFACE OF A MEASURED OBJECT
PCT/EP1991/002089 WO1992008102A1 (en) 1990-11-05 1991-11-05 Device for measuring linear dimensions on a patterned surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4035084A DE4035084A1 (en) 1990-11-05 1990-11-05 ARRANGEMENT FOR MEASURING LINEAR DIMENSIONS ON A STRUCTURED SURFACE OF A MEASURED OBJECT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4035084A1 true DE4035084A1 (en) 1992-05-07

Family

ID=6417644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4035084A Ceased DE4035084A1 (en) 1990-11-05 1990-11-05 ARRANGEMENT FOR MEASURING LINEAR DIMENSIONS ON A STRUCTURED SURFACE OF A MEASURED OBJECT

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE4035084A1 (en)
WO (1) WO1992008102A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4243284A1 (en) * 1992-12-21 1994-06-30 Zeiss Carl Jena Gmbh Probe element for coordinate measuring systems
DE19549233A1 (en) * 1995-01-06 1996-09-19 Ver Energiewerke Ag Method of destruction-free testing of surfaces using the reflected light pattern
DE10345993B4 (en) * 2003-10-02 2008-07-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for measuring and fine-tuning a tool in a tool holder and method for measuring a machining force

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4331069A1 (en) * 1993-09-13 1995-03-16 Zeiss Carl Fa Coordinate measuring machine with a probe in the form of a solid-state vibrator

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1263373B (en) * 1965-02-05 1968-03-14 Blackstone Corp Ultrasonic transducer
DE2704313A1 (en) * 1976-02-06 1977-08-18 Westinghouse Electric Corp CYLINDRICAL MAGNETOSTRICTIVE CONVERTER
DE2535912B2 (en) * 1975-08-12 1979-04-19 Salje, Ernst, Prof. Dr.-Ing., 2106 Bendestorf
DE2261712B2 (en) * 1972-01-03 1979-12-13 Philips Nv Circuit arrangement for generating ultrasonic vibrations
DE3109445A1 (en) * 1981-03-12 1982-09-23 Rheinmetall GmbH, 4000 Düsseldorf METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING AND DISPLAYING THE LOCATION AND DEPTH OF A RUNNING OF A PIPE INTERIOR SURFACE
DE3226095A1 (en) * 1981-10-01 1983-04-14 Jenoptik Jena Gmbh, Ddr 6900 Jena Surface testing device, in particular for large test objects
DE8708650U1 (en) * 1987-06-22 1987-12-03 Karl Deutsch Pruef- Und Messgeraetebau Gmbh + Co Kg, 5600 Wuppertal, De
EP0290647A1 (en) * 1987-05-12 1988-11-17 International Business Machines Corporation Oscillating quartz atomic force microscope
WO1989000672A1 (en) * 1987-07-20 1989-01-26 Krautkrämer Gmbh & Co. Process for detecting a nearly pinpoint, essentially force-free contact of small area between a probe and a solid object, and contact detector
EP0338083A1 (en) * 1987-10-09 1989-10-25 Hitachi, Ltd. Scanning tunneling microscope with means for correcting surface data
DE3831975A1 (en) * 1988-04-12 1989-10-26 Wegu Messtechnik PIEZO CONTROLLED DYNAMIC PROBE

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1077441B (en) * 1959-04-03 1960-03-10 Sennheiser Electronic Stylus for precision buttons or surface tester
GB2009409A (en) * 1977-12-03 1979-06-13 Beecham Group Ltd Measuring and recording surface profile
CH667835A5 (en) * 1985-10-14 1988-11-15 Elektroniktechnologie Get Tactile sensor scanning workpiece surface - uses sensor pin in mechanical oscillation system with driver coil for intermittent contact with scanned surface
JPS62283542A (en) * 1986-06-02 1987-12-09 Hitachi Ltd High-speed driving piezoelectric element loaded cathode

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1263373B (en) * 1965-02-05 1968-03-14 Blackstone Corp Ultrasonic transducer
DE2261712B2 (en) * 1972-01-03 1979-12-13 Philips Nv Circuit arrangement for generating ultrasonic vibrations
DE2535912B2 (en) * 1975-08-12 1979-04-19 Salje, Ernst, Prof. Dr.-Ing., 2106 Bendestorf
DE2704313A1 (en) * 1976-02-06 1977-08-18 Westinghouse Electric Corp CYLINDRICAL MAGNETOSTRICTIVE CONVERTER
DE3109445A1 (en) * 1981-03-12 1982-09-23 Rheinmetall GmbH, 4000 Düsseldorf METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING AND DISPLAYING THE LOCATION AND DEPTH OF A RUNNING OF A PIPE INTERIOR SURFACE
DE3226095A1 (en) * 1981-10-01 1983-04-14 Jenoptik Jena Gmbh, Ddr 6900 Jena Surface testing device, in particular for large test objects
EP0290647A1 (en) * 1987-05-12 1988-11-17 International Business Machines Corporation Oscillating quartz atomic force microscope
DE8708650U1 (en) * 1987-06-22 1987-12-03 Karl Deutsch Pruef- Und Messgeraetebau Gmbh + Co Kg, 5600 Wuppertal, De
WO1989000672A1 (en) * 1987-07-20 1989-01-26 Krautkrämer Gmbh & Co. Process for detecting a nearly pinpoint, essentially force-free contact of small area between a probe and a solid object, and contact detector
EP0338083A1 (en) * 1987-10-09 1989-10-25 Hitachi, Ltd. Scanning tunneling microscope with means for correcting surface data
DE3831975A1 (en) * 1988-04-12 1989-10-26 Wegu Messtechnik PIEZO CONTROLLED DYNAMIC PROBE

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4243284A1 (en) * 1992-12-21 1994-06-30 Zeiss Carl Jena Gmbh Probe element for coordinate measuring systems
DE19549233A1 (en) * 1995-01-06 1996-09-19 Ver Energiewerke Ag Method of destruction-free testing of surfaces using the reflected light pattern
DE19549233C2 (en) * 1995-01-06 1998-02-26 Ver Energiewerke Ag Method and arrangement for non-destructive material testing by means of a structural impression on a component subject to creep stress under preferably on-site conditions, e.g. B. in a power plant
DE10345993B4 (en) * 2003-10-02 2008-07-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for measuring and fine-tuning a tool in a tool holder and method for measuring a machining force

Also Published As

Publication number Publication date
WO1992008102A1 (en) 1992-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0627068B1 (en) Probe element for coordinate measurement systems
Yong et al. A novel piezoelectric strain sensor for simultaneous damping and tracking control of a high-speed nanopositioner
DE4310349C2 (en) Sensor head and method for its production
EP0711406B1 (en) Acoustic microscope
DE10307561B4 (en) Measuring arrangement for the combined scanning and investigation of microtechnical, electrical contacts having components
EP0372060B1 (en) An acoustic screen scan microscope for the examination of an object in the short-range field of a resonant acoustic oscillator
DE4035084A1 (en) ARRANGEMENT FOR MEASURING LINEAR DIMENSIONS ON A STRUCTURED SURFACE OF A MEASURED OBJECT
DE102012018417B4 (en) Sensing device and measuring device with such a sensing device
DE102016204034A1 (en) A method and apparatus for avoiding damage in analyzing a sample surface with a scanning probe microscope
DE112010004305T5 (en) Wear-free treatment of a material surface with a scanning probe microscope
EP0740793A1 (en) Tunnel effect sensor
WO1992008101A1 (en) Device for measuring linear dimensions on a patterned surface
EP0764261B1 (en) Instrument for determining the topography of a surface
DE19531466C2 (en) Micromechanical probe for scanning microscopes
EP2218075B1 (en) Device and method for an atomic force microscope for the study and modification of surface properties
DE4035076A1 (en) ARRANGEMENT FOR MEASURING LINEAR DIMENSIONS ON A STRUCTURED SURFACE OF A MEASURED OBJECT
EP0407835B1 (en) Atomic force microscope
DE69922205T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR SURFACE TESTING
DE102017202455B4 (en) MEMS- or NEMS-based sensor and method for operating such
DE102007016735B4 (en) Test device for micromechanical components
DE19822286B4 (en) Acoustic Microscope
EP2051069A2 (en) Paramagnetic gas sensor and method of operating the same
WO2010105584A1 (en) Scanning force microscope
DE3820518C2 (en)
DE10300988B4 (en) Device for determining topological and electrical properties of a sample body

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: CARL ZEISS JENA GMBH, O-6900 JENA, DE

8110 Request for examination paragraph 44
8131 Rejection