JP2001264050A - 微細形状測定装置 - Google Patents
微細形状測定装置Info
- Publication number
- JP2001264050A JP2001264050A JP2000070216A JP2000070216A JP2001264050A JP 2001264050 A JP2001264050 A JP 2001264050A JP 2000070216 A JP2000070216 A JP 2000070216A JP 2000070216 A JP2000070216 A JP 2000070216A JP 2001264050 A JP2001264050 A JP 2001264050A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stylus
- movement mechanism
- fine
- shape measuring
- measured
- 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.)
- Pending
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 226
- 241001422033 Thestylus Species 0.000 claims abstract description 162
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 30
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 21
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/02—Coarse scanning or positioning
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/12—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring diameters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
- G01Q10/045—Self-actuating probes, i.e. wherein the actuating means for driving are part of the probe itself, e.g. piezoelectric means on a cantilever probe
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
- G01Q10/06—Circuits or algorithms therefor
- G01Q10/065—Feedback mechanisms, i.e. wherein the signal for driving the probe is modified by a signal coming from the probe itself
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
- G01Q20/04—Self-detecting probes, i.e. wherein the probe itself generates a signal representative of its position, e.g. piezoelectric gauge
Abstract
(57)【要約】
【課題】触針の動きを、たとえばナノメートルオーダか
らミリメートルオーダまでの範囲において容易かつ正確
に制御できることで触針を所定の測定力で被測定物表面
に正確に追随させることができて、被測定物および触針
へのダメージを低減できるとともに測定精度を高めるこ
とができる微細形状測定装置を提供すること。 【解決手段】微細形状測定装置１に触針１２を微小およ
び大変位させる微動機構５０および粗動機構６０を設け
た。各機構５０，６０を組み合わせて作動させることで
触針１２の動作を幅広い範囲で容易かつ短時間で制御で
きる。また、微動機構５０に駆動用可動部５２と反対の
方向に動作するバランス用可動部５３を設けた。駆動用
可動部５２の動作の反力は、バランス用可動部５３の動
作の反力によって固定部５１で相殺されるため、各機構
５０，６０間には力学的な干渉が生じず、触針１２の動
作を正確に制御できる。
らミリメートルオーダまでの範囲において容易かつ正確
に制御できることで触針を所定の測定力で被測定物表面
に正確に追随させることができて、被測定物および触針
へのダメージを低減できるとともに測定精度を高めるこ
とができる微細形状測定装置を提供すること。 【解決手段】微細形状測定装置１に触針１２を微小およ
び大変位させる微動機構５０および粗動機構６０を設け
た。各機構５０，６０を組み合わせて作動させることで
触針１２の動作を幅広い範囲で容易かつ短時間で制御で
きる。また、微動機構５０に駆動用可動部５２と反対の
方向に動作するバランス用可動部５３を設けた。駆動用
可動部５２の動作の反力は、バランス用可動部５３の動
作の反力によって固定部５１で相殺されるため、各機構
５０，６０間には力学的な干渉が生じず、触針１２の動
作を正確に制御できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細形状測定装置
に係り、詳しくは、ＬＳＩ、その他の半導体ウェハ等の
表面形状を精密に測定するための微細形状測定装置に関
する。
に係り、詳しくは、ＬＳＩ、その他の半導体ウェハ等の
表面形状を精密に測定するための微細形状測定装置に関
する。
【０００２】
【背景技術】従来より、ＬＳＩ、その他の半導体ウェハ
等の表面形状の精密測定において、被測定物と、この被
測定物表面に接触する触針との間に作用する測定力を所
定値以下に維持することは、極めて重要なニーズとなっ
ている。これは測定力を所定値以下に維持することで、
被測定物および触針にダメージを与えず、かつ、被測定
物の表面形状を触針の動きに正確に反映できるようにな
るからである。そして、このようなニーズに応えるた
め、半導体ウェハ等の表面形状の精密測定においては、
測定力を所定値以下に制御する機構を備えた特殊な測定
装置が用いられている。
等の表面形状の精密測定において、被測定物と、この被
測定物表面に接触する触針との間に作用する測定力を所
定値以下に維持することは、極めて重要なニーズとなっ
ている。これは測定力を所定値以下に維持することで、
被測定物および触針にダメージを与えず、かつ、被測定
物の表面形状を触針の動きに正確に反映できるようにな
るからである。そして、このようなニーズに応えるた
め、半導体ウェハ等の表面形状の精密測定においては、
測定力を所定値以下に制御する機構を備えた特殊な測定
装置が用いられている。
【０００３】このような測定装置の従来例として特願平
１０−３５６１８７号（本出願人が出願したもの）に開
示される測定装置がある。図６において、この測定装置
１００は、揺動自在に設けられたアーム１０１と、この
アーム１０１の一端の下面に設けられて被測定物に接触
する触針１０２を有する触針機構１０３と、触針１０２
に作用する測定力を調整するための測定力調整機構１０
４と、アーム１０１の位置を検出する変位検出器１０５
と、測定力調整機構１０４を制御する測定力制御回路１
０６とを備えている。ここで、１０１Ａはアーム１０１
の揺動支点、１０１Ｂはアーム１０１の他端に設けられ
たバランスウェイトである。
１０−３５６１８７号（本出願人が出願したもの）に開
示される測定装置がある。図６において、この測定装置
１００は、揺動自在に設けられたアーム１０１と、この
アーム１０１の一端の下面に設けられて被測定物に接触
する触針１０２を有する触針機構１０３と、触針１０２
に作用する測定力を調整するための測定力調整機構１０
４と、アーム１０１の位置を検出する変位検出器１０５
と、測定力調整機構１０４を制御する測定力制御回路１
０６とを備えている。ここで、１０１Ａはアーム１０１
の揺動支点、１０１Ｂはアーム１０１の他端に設けられ
たバランスウェイトである。
【０００４】この測定装置１００に用いられる触針機構
１０３として、特願平１１−２７２４５１号（本出願人
が出願したもの）に開示される触針機構がある。この触
針機構１０３は、アーム１０１に取り付けられるホルダ
１０３Ａと、このホルダ１０３Ａに保持されかつ先端に
被測定物に接触する接触部１０２Ａを有した触針１０２
と、この触針１０２を軸方向に共振状態で振動させる加
振手段と、接触部１０２Ａが被測定物に接触する際に生
ずる前記共振状態の変化を検出する検出手段とを備えて
いる。
１０３として、特願平１１−２７２４５１号（本出願人
が出願したもの）に開示される触針機構がある。この触
針機構１０３は、アーム１０１に取り付けられるホルダ
１０３Ａと、このホルダ１０３Ａに保持されかつ先端に
被測定物に接触する接触部１０２Ａを有した触針１０２
と、この触針１０２を軸方向に共振状態で振動させる加
振手段と、接触部１０２Ａが被測定物に接触する際に生
ずる前記共振状態の変化を検出する検出手段とを備えて
いる。
【０００５】測定力調整機構１０４は、アーム１０１上
面に固定された磁性体１０４Ａと、この磁性体１０４Ａ
の直上に配置された電磁石１０４Ｂとを備えた電磁アク
チュエータによって構成されている。電磁石１０４Ｂに
通電すると、磁性体１０４Ａおよび電磁石１０４Ｂ間に
反発力あるいは吸引力が生じてアーム１０１が上下方向
に揺動し、このアーム１０１の一端に設けられた触針１
０２が上下方向に変位する。このような電磁石１０４Ｂ
への通電量を制御することで被測定物表面とアーム１０
１の一端との間の距離を制御し、触針１０２および被測
定物間に作用する測定力を所定値に維持している。
面に固定された磁性体１０４Ａと、この磁性体１０４Ａ
の直上に配置された電磁石１０４Ｂとを備えた電磁アク
チュエータによって構成されている。電磁石１０４Ｂに
通電すると、磁性体１０４Ａおよび電磁石１０４Ｂ間に
反発力あるいは吸引力が生じてアーム１０１が上下方向
に揺動し、このアーム１０１の一端に設けられた触針１
０２が上下方向に変位する。このような電磁石１０４Ｂ
への通電量を制御することで被測定物表面とアーム１０
１の一端との間の距離を制御し、触針１０２および被測
定物間に作用する測定力を所定値に維持している。
【０００６】このような測定装置１００では、触針１０
２を被測定物表面に所定の測定力で接触させるととも
に、当該表面に沿って触針１０２を移動させることで測
定作業が行われる。ここにおいて、触針１０２の接触部
１０２Ａが被測定物の表面と接触した際、触針１０２の
振動変化にともなって検出手段からの出力信号が変化す
る。この出力信号を検出回路１０７で検出し、検出回路
１０７からの情報をもとに測定力制御回路１０６が測定
力調整機構１０４（電磁アクチュエータ）を制御するこ
とで、被測定物および触針１０２間に作用する測定力を
制御している。
２を被測定物表面に所定の測定力で接触させるととも
に、当該表面に沿って触針１０２を移動させることで測
定作業が行われる。ここにおいて、触針１０２の接触部
１０２Ａが被測定物の表面と接触した際、触針１０２の
振動変化にともなって検出手段からの出力信号が変化す
る。この出力信号を検出回路１０７で検出し、検出回路
１０７からの情報をもとに測定力制御回路１０６が測定
力調整機構１０４（電磁アクチュエータ）を制御するこ
とで、被測定物および触針１０２間に作用する測定力を
制御している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この測定装
置１００は、アーム１０１の動き、つまり触針１０２の
接触部１０２Ａの動きを一つの電磁アクチュエータ（測
定力調整機構１０４）によって制御している。半導体ウ
ェハ等の表面形状測定において、所定の測定力で接触部
１０２Ａを被測定物表面に正確に追従させるには、被測
定物の表面の高さ方向に沿って接触部１０２Ａにナノメ
ートルオーダからミリメートルオーダまでの動きをさせ
る必要がある。しかしながら、ナノメートルオーダとミ
リメートルオーダとの間には、１０6の開きがある。こ
のようなオーダの範囲で接触部１０２Ａの動きを一つの
電磁アクチュエータで制御しようとすると、電磁アクチ
ュエータの最小値を１ｍＶで制御する（つまり、１×１
０-6ｍｍを１ｍＶで制御する）場合、最大値を１０００
Ｖで制御する（つまり、１ｍｍを１０００Ｖで制御す
る）必要があり、制御する範囲の値があまりにも大きく
なってしまうため、測定力制御が困難となる。
置１００は、アーム１０１の動き、つまり触針１０２の
接触部１０２Ａの動きを一つの電磁アクチュエータ（測
定力調整機構１０４）によって制御している。半導体ウ
ェハ等の表面形状測定において、所定の測定力で接触部
１０２Ａを被測定物表面に正確に追従させるには、被測
定物の表面の高さ方向に沿って接触部１０２Ａにナノメ
ートルオーダからミリメートルオーダまでの動きをさせ
る必要がある。しかしながら、ナノメートルオーダとミ
リメートルオーダとの間には、１０6の開きがある。こ
のようなオーダの範囲で接触部１０２Ａの動きを一つの
電磁アクチュエータで制御しようとすると、電磁アクチ
ュエータの最小値を１ｍＶで制御する（つまり、１×１
０-6ｍｍを１ｍＶで制御する）場合、最大値を１０００
Ｖで制御する（つまり、１ｍｍを１０００Ｖで制御す
る）必要があり、制御する範囲の値があまりにも大きく
なってしまうため、測定力制御が困難となる。
【０００８】本発明の目的は、触針の動きを、たとえば
ナノメートルオーダからミリメートルオーダまでの範囲
において容易かつ正確に制御できることで触針を所定の
測定力で被測定物表面に正確に追随させることができ
て、被測定物および触針へのダメージを低減できるとと
もに測定精度を高めることができる微細形状測定装置を
提供することにある。
ナノメートルオーダからミリメートルオーダまでの範囲
において容易かつ正確に制御できることで触針を所定の
測定力で被測定物表面に正確に追随させることができ
て、被測定物および触針へのダメージを低減できるとと
もに測定精度を高めることができる微細形状測定装置を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために、触針をナノメートルオーダからマイク
ロメートルオーダまでの範囲において移動させる微動機
構と、触針をマイクロメートルオーダからミリメートル
オーダまでの範囲において移動させる粗動機構との二つ
の機構を組み合わせて触針をナノメートルオーダからミ
リメートルオーダまでの範囲において移動させることを
考えた。ここにおいて、微動機構は、たとえば圧電素子
（ＰＺＴ）等を利用したものであり、粗動機構は、たと
えば電磁アクチュエータ等を利用したものであり、両者
とも公知技術を利用して構成することができる。このよ
うな公知の微動機構および粗動機構の組み合わせは、た
とえば、微動機構の可動部に触針を設け、微動機構の固
定部を粗動機構の可動部に設けることで行うことができ
る。
解決するために、触針をナノメートルオーダからマイク
ロメートルオーダまでの範囲において移動させる微動機
構と、触針をマイクロメートルオーダからミリメートル
オーダまでの範囲において移動させる粗動機構との二つ
の機構を組み合わせて触針をナノメートルオーダからミ
リメートルオーダまでの範囲において移動させることを
考えた。ここにおいて、微動機構は、たとえば圧電素子
（ＰＺＴ）等を利用したものであり、粗動機構は、たと
えば電磁アクチュエータ等を利用したものであり、両者
とも公知技術を利用して構成することができる。このよ
うな公知の微動機構および粗動機構の組み合わせは、た
とえば、微動機構の可動部に触針を設け、微動機構の固
定部を粗動機構の可動部に設けることで行うことができ
る。
【００１０】しかしながら、上述したように微動機構と
粗動機構とを単純に組み合わせた場合、微動機構の可動
部の動きによる反力が微動機構の固定部に影響し、この
固定部が設けられた粗動機構の可動部にまで力が及ぼさ
れる。つまり、微動機構と粗動機構との間に力学的な干
渉が生じてしまう。このような力学的な干渉が微動機構
および粗動機構間に生じると、触針が複雑かつ制御不能
な変位動作をとるため、触針動作の正確な制御による測
定力の制御が不可能となる。触針に作用する測定力の制
御不能は、測定精度の劣化の原因となるばかりでなく、
被測定物および触針のダメージの発生の原因となってし
まう。
粗動機構とを単純に組み合わせた場合、微動機構の可動
部の動きによる反力が微動機構の固定部に影響し、この
固定部が設けられた粗動機構の可動部にまで力が及ぼさ
れる。つまり、微動機構と粗動機構との間に力学的な干
渉が生じてしまう。このような力学的な干渉が微動機構
および粗動機構間に生じると、触針が複雑かつ制御不能
な変位動作をとるため、触針動作の正確な制御による測
定力の制御が不可能となる。触針に作用する測定力の制
御不能は、測定精度の劣化の原因となるばかりでなく、
被測定物および触針のダメージの発生の原因となってし
まう。
【００１１】上述したような微動機構と粗動機構との力
学的干渉を解消するために、微動機構の固定部の質量を
可動部の質量よりも十分に大きくすることで、可動部の
反力を固定部で吸収させて、微動機構から粗動機構へ力
が及ばないようにすることが考えられる。しかし、この
ような場合、微動機構全体の質量が大きくなるととも
に、微動機構が設けられる粗動機構の可動部にかかる質
量が大きくなることで、粗動機構の応答性が低下してし
まい、測定速度を上げることができないという問題が生
じてしまう。
学的干渉を解消するために、微動機構の固定部の質量を
可動部の質量よりも十分に大きくすることで、可動部の
反力を固定部で吸収させて、微動機構から粗動機構へ力
が及ばないようにすることが考えられる。しかし、この
ような場合、微動機構全体の質量が大きくなるととも
に、微動機構が設けられる粗動機構の可動部にかかる質
量が大きくなることで、粗動機構の応答性が低下してし
まい、測定速度を上げることができないという問題が生
じてしまう。
【００１２】本発明の微細形状測定装置は、粗動機構の
可動部の質量を大きく増加させることなく、微動機構と
粗動機構との力学的な相互干渉をなくして、上記目的を
達成するために、以下の構成を備える。具体的に、請求
項１に記載の発明は、被測定物に接触する触針と、この
触針が前記被測定物と接触した際に変化する状態量を検
出する状態量検出手段と、前記触針と前記被測定物とを
前記被測定物の表面の高さ方向へ相対移動させる移動機
構と、この移動機構による前記触針および前記被測定物
間の前記相対移動量を検出する変位検出手段と、前記触
針に作用する測定力を調整する測定制御回路とを備え、
前記移動機構は、固定部およびこの固定部に対して変位
し前記触針または被測定物を微小変位させる駆動用可動
部を有する微動機構と、この微動機構の固定部に取り付
けられる可動部を有し前記触針または被測定物を大変位
させる粗動機構とを含んで構成され、前記微動機構に
は、前記微動機構の駆動用可動部と略同一構造に構成さ
れて前記駆動用可動部の動作方向と反対の方向に動作す
るバランス用可動部が設けられ、前記測定力制御回路
は、前記状態量検出手段からの出力信号をもとに前記微
動機構および前記粗動機構のうちの少なくとも一方の機
構を作動させて前記触針に作用する測定力を調整するこ
とを特徴とするものである。
可動部の質量を大きく増加させることなく、微動機構と
粗動機構との力学的な相互干渉をなくして、上記目的を
達成するために、以下の構成を備える。具体的に、請求
項１に記載の発明は、被測定物に接触する触針と、この
触針が前記被測定物と接触した際に変化する状態量を検
出する状態量検出手段と、前記触針と前記被測定物とを
前記被測定物の表面の高さ方向へ相対移動させる移動機
構と、この移動機構による前記触針および前記被測定物
間の前記相対移動量を検出する変位検出手段と、前記触
針に作用する測定力を調整する測定制御回路とを備え、
前記移動機構は、固定部およびこの固定部に対して変位
し前記触針または被測定物を微小変位させる駆動用可動
部を有する微動機構と、この微動機構の固定部に取り付
けられる可動部を有し前記触針または被測定物を大変位
させる粗動機構とを含んで構成され、前記微動機構に
は、前記微動機構の駆動用可動部と略同一構造に構成さ
れて前記駆動用可動部の動作方向と反対の方向に動作す
るバランス用可動部が設けられ、前記測定力制御回路
は、前記状態量検出手段からの出力信号をもとに前記微
動機構および前記粗動機構のうちの少なくとも一方の機
構を作動させて前記触針に作用する測定力を調整するこ
とを特徴とするものである。
【００１３】この発明によれば、微細形状測定装置は、
たとえば、ナノメートルオーダからマイクロメートルオ
ーダまでの範囲で触針を微小変位させる微動機構と、マ
イクロメートルオーダからミリメートルオーダまでの範
囲で触針を大変位させる粗動機構との二つの機構を備え
ている。ナノメートルオーダからマイクロメートルオー
ダまでの範囲で触針を動作させたいときには微動機構を
作動させ、マイクロメートルオーダからミリメートルオ
ーダまでの範囲で触針を動作させたいときには粗動機構
を作動させればよい。このように微動機構と粗動機構と
を組み合わせて作動させることで触針の動作をナノメー
トルオーダからミリメートルオーダまでの範囲で容易か
つ短時間で制御できる。また、微動機構には、微動機構
の駆動用可動部と略同一構造に構成されて駆動用可動部
の動作方向と反対の方向に動作するバランス用可動部が
設けられているため、駆動用可動部が動作した際の固定
部への反力は、バランス用可動部が動作して固定部への
反力（駆動用可動部の動作によって生じた反力の方向と
反対の方向へ作用する力）が生じることで、微動機構の
固定部において、駆動用可動部による反力と、バランス
用可動部による反力とが相殺される。つまり、微動機構
の駆動用可動部による反力が粗動機構の可動部に影響す
ることがない。従って、微動機構と粗動機構との間には
力学的な干渉が生じないので、触針が複雑かつ制御不能
な変位動作をとることもなく、触針の動作を微動機構お
よび粗動機構で正確に制御できる。これにより、触針に
作用する測定力の制御を正確に行うことができて、被測
定物および触針へのダメージを低減できるとともに測定
精度を高めることができる。
たとえば、ナノメートルオーダからマイクロメートルオ
ーダまでの範囲で触針を微小変位させる微動機構と、マ
イクロメートルオーダからミリメートルオーダまでの範
囲で触針を大変位させる粗動機構との二つの機構を備え
ている。ナノメートルオーダからマイクロメートルオー
ダまでの範囲で触針を動作させたいときには微動機構を
作動させ、マイクロメートルオーダからミリメートルオ
ーダまでの範囲で触針を動作させたいときには粗動機構
を作動させればよい。このように微動機構と粗動機構と
を組み合わせて作動させることで触針の動作をナノメー
トルオーダからミリメートルオーダまでの範囲で容易か
つ短時間で制御できる。また、微動機構には、微動機構
の駆動用可動部と略同一構造に構成されて駆動用可動部
の動作方向と反対の方向に動作するバランス用可動部が
設けられているため、駆動用可動部が動作した際の固定
部への反力は、バランス用可動部が動作して固定部への
反力（駆動用可動部の動作によって生じた反力の方向と
反対の方向へ作用する力）が生じることで、微動機構の
固定部において、駆動用可動部による反力と、バランス
用可動部による反力とが相殺される。つまり、微動機構
の駆動用可動部による反力が粗動機構の可動部に影響す
ることがない。従って、微動機構と粗動機構との間には
力学的な干渉が生じないので、触針が複雑かつ制御不能
な変位動作をとることもなく、触針の動作を微動機構お
よび粗動機構で正確に制御できる。これにより、触針に
作用する測定力の制御を正確に行うことができて、被測
定物および触針へのダメージを低減できるとともに測定
精度を高めることができる。
【００１４】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の微細形状測定装置において、前記触針は、その軸方向
に共振状態で振動し、前記状態量検出手段は、前記触針
の振動状態を検出することを特徴とするものである。一
般に、軸方向の曲げの固有振動数は、軸方向の固有振動
数より低くなるので、軸方向に振動する触針は、軸方向
に対して曲げ振動する触針と比べて応答性が高くなる。
従って、このような応答性の高い触針の振動状態を、触
針が被測定物と接触した際に変化する状態量として状態
量検出手段で検出し、この状態量検出手段からの情報を
もとに微動機構および粗動機構を作動させれば、触針に
作用する測定力をより正確に制御できる。
の微細形状測定装置において、前記触針は、その軸方向
に共振状態で振動し、前記状態量検出手段は、前記触針
の振動状態を検出することを特徴とするものである。一
般に、軸方向の曲げの固有振動数は、軸方向の固有振動
数より低くなるので、軸方向に振動する触針は、軸方向
に対して曲げ振動する触針と比べて応答性が高くなる。
従って、このような応答性の高い触針の振動状態を、触
針が被測定物と接触した際に変化する状態量として状態
量検出手段で検出し、この状態量検出手段からの情報を
もとに微動機構および粗動機構を作動させれば、触針に
作用する測定力をより正確に制御できる。
【００１５】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の微細形状測定装置において、前記微動機構および前記
粗動機構の動作方向は、前記触針の軸方向に沿っている
ことを特徴とするものである。この発明によれば、微動
機構および粗動機構の動作方向が触針の軸方向に沿って
いるので、触針の軸方向が被測定物表面の高さ方向に沿
った状態で、触針と被測定物とを相対移動させることが
できる。つまり、触針をその軸方向に沿って被測定物表
面に確実に押し当てることができるから、軸方向に共振
状態で振動する触針の振動状態の変化をより正確に状態
量検出手段で検出できる。
の微細形状測定装置において、前記微動機構および前記
粗動機構の動作方向は、前記触針の軸方向に沿っている
ことを特徴とするものである。この発明によれば、微動
機構および粗動機構の動作方向が触針の軸方向に沿って
いるので、触針の軸方向が被測定物表面の高さ方向に沿
った状態で、触針と被測定物とを相対移動させることが
できる。つまり、触針をその軸方向に沿って被測定物表
面に確実に押し当てることができるから、軸方向に共振
状態で振動する触針の振動状態の変化をより正確に状態
量検出手段で検出できる。
【００１６】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の微細形状測定装置において、前記触針は、長手方向が
前記微動機構および前記粗動機構の動作方向と略直交配
置されかつ前記動作方向に沿う方向に弾性変形可能な弾
性レバーを介して、前記微動機構に設けられ、前記状態
量検出手段は、前記弾性レバーの弾性変形量を検出する
ことを特徴とするものである。この発明によれば、触針
に作用する測定力により、弾性レバーが弾性変形する。
この弾性レバーの弾性変形量をもとに微動機構および粗
動機構を作動させれば、触針に作用する測定力を制御で
きる。
の微細形状測定装置において、前記触針は、長手方向が
前記微動機構および前記粗動機構の動作方向と略直交配
置されかつ前記動作方向に沿う方向に弾性変形可能な弾
性レバーを介して、前記微動機構に設けられ、前記状態
量検出手段は、前記弾性レバーの弾性変形量を検出する
ことを特徴とするものである。この発明によれば、触針
に作用する測定力により、弾性レバーが弾性変形する。
この弾性レバーの弾性変形量をもとに微動機構および粗
動機構を作動させれば、触針に作用する測定力を制御で
きる。
【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載の微細形状測定装置におい
て、前記微動機構は、圧電素子や磁歪素子等の高速微小
変位固体素子を含んで構成されていることを特徴とする
ものである。この発明によれば、圧電素子として、たと
えば、電歪効果があるＰＺＴ(ジルコンチタン酸鉛)の薄
板を積層すれば、電気的に制御できる微動機構を容易に
構成できる。ここにおいて、高速微小変位固体素子とし
ては、ＰＺＴ等の圧電素子の他、磁歪素子や形状記憶素
子等であってもよい。
請求項４のいずれかに記載の微細形状測定装置におい
て、前記微動機構は、圧電素子や磁歪素子等の高速微小
変位固体素子を含んで構成されていることを特徴とする
ものである。この発明によれば、圧電素子として、たと
えば、電歪効果があるＰＺＴ(ジルコンチタン酸鉛)の薄
板を積層すれば、電気的に制御できる微動機構を容易に
構成できる。ここにおいて、高速微小変位固体素子とし
ては、ＰＺＴ等の圧電素子の他、磁歪素子や形状記憶素
子等であってもよい。
【００１８】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
請求項５のいずれかに記載の微細形状測定装置におい
て、前記粗動機構は、固定部と、この固定部に対して前
記被測定物表面の高さ方向へ移動可能に設けられる可動
部と、一端が前記固定部に他端が前記可動部に弾性ヒン
ジを介して回動可能に設けられかつ前記被測定物表面の
高さ方向に所定間隔を隔てて平行配置される一対のアー
ムとを含んで構成されていることを特徴とするものであ
る。この発明によれば、可動部は、固定部に対して被測
定物表面の高さ方向に所定間隔を隔てて平行配置される
一対のアームに保持されているので、姿勢を変えること
なく可動部を被測定物表面の高さ方向に移動させること
ができる。従って、たとえば、この可動部に触針が設け
られた場合に、触針の姿勢を変えることなく触針を移動
させることができる。また、アームは潤滑油を必要とし
ない弾性ヒンジを介して固定部および可動部に設けられ
ているため、清浄な粗動機構を構成でき、半導体ウェハ
等の表面形状計測に有効である。さらに、弾性ヒンジを
利用したアームの回動は、転がり軸受け等を用いたアー
ムの回動と比べると摩擦が小さいため、遊びのない正確
な平行運動を可動部に行わせることができる。
請求項５のいずれかに記載の微細形状測定装置におい
て、前記粗動機構は、固定部と、この固定部に対して前
記被測定物表面の高さ方向へ移動可能に設けられる可動
部と、一端が前記固定部に他端が前記可動部に弾性ヒン
ジを介して回動可能に設けられかつ前記被測定物表面の
高さ方向に所定間隔を隔てて平行配置される一対のアー
ムとを含んで構成されていることを特徴とするものであ
る。この発明によれば、可動部は、固定部に対して被測
定物表面の高さ方向に所定間隔を隔てて平行配置される
一対のアームに保持されているので、姿勢を変えること
なく可動部を被測定物表面の高さ方向に移動させること
ができる。従って、たとえば、この可動部に触針が設け
られた場合に、触針の姿勢を変えることなく触針を移動
させることができる。また、アームは潤滑油を必要とし
ない弾性ヒンジを介して固定部および可動部に設けられ
ているため、清浄な粗動機構を構成でき、半導体ウェハ
等の表面形状計測に有効である。さらに、弾性ヒンジを
利用したアームの回動は、転がり軸受け等を用いたアー
ムの回動と比べると摩擦が小さいため、遊びのない正確
な平行運動を可動部に行わせることができる。
【００１９】請求項７に記載の発明は、請求項１ないし
請求項５のいずれかに記載の微細形状測定装置におい
て、前記粗動機構は、エアベアリングあるいは弾性板ば
ねを含んで構成されていることを特徴とするものであ
る。この発明によれば、粗動機構には潤滑油を必要とし
ないエアベアリングあるいは弾性板ばねを用いているか
ら、清浄な粗動機構を構成でき、半導体ウェハ等の表面
形状計測に有効である。
請求項５のいずれかに記載の微細形状測定装置におい
て、前記粗動機構は、エアベアリングあるいは弾性板ば
ねを含んで構成されていることを特徴とするものであ
る。この発明によれば、粗動機構には潤滑油を必要とし
ないエアベアリングあるいは弾性板ばねを用いているか
ら、清浄な粗動機構を構成でき、半導体ウェハ等の表面
形状計測に有効である。
【００２０】請求項８に記載の発明は、請求項１ないし
請求項７のいずれかに記載の微細形状測定装置におい
て、前記変位検出手段は、前記微動機構による前記触針
および被測定物間の相対移動量を検出する第１変位検出
手段と、前記粗動機構による前記触針および被測定物間
の相対移動量を検出する第２変位検出手段とを有してい
ることを特徴とするものである。この発明によれば、微
細形状測定装置は、微動機構による触針および被測定物
間の相対移動量を検出する第１変位検出手段と、粗動機
構による触針および被測定物間の相対移動量を検出する
第２変位検出手段とを備えているので、微動機構および
粗動機構による触針と被測定物との相対変位量をそれぞ
れ検出でき、微動機構および粗動機構の個別の制御が容
易にできる。
請求項７のいずれかに記載の微細形状測定装置におい
て、前記変位検出手段は、前記微動機構による前記触針
および被測定物間の相対移動量を検出する第１変位検出
手段と、前記粗動機構による前記触針および被測定物間
の相対移動量を検出する第２変位検出手段とを有してい
ることを特徴とするものである。この発明によれば、微
細形状測定装置は、微動機構による触針および被測定物
間の相対移動量を検出する第１変位検出手段と、粗動機
構による触針および被測定物間の相対移動量を検出する
第２変位検出手段とを備えているので、微動機構および
粗動機構による触針と被測定物との相対変位量をそれぞ
れ検出でき、微動機構および粗動機構の個別の制御が容
易にできる。
【００２１】請求項９に記載の発明は、請求項１ないし
請求項７のいずれかに記載の微細形状測定装置におい
て、前記変位検出手段は、前記微動機構および前記粗動
機構による前記触針および被測定物間の相対移動量を検
出することを特徴とするものである。この発明によれ
ば、微動機構および粗動機構による触針および被測定物
間の相対移動量を検出する変位検出手段は、それ一つで
構成されているため、安価に構成できる。
請求項７のいずれかに記載の微細形状測定装置におい
て、前記変位検出手段は、前記微動機構および前記粗動
機構による前記触針および被測定物間の相対移動量を検
出することを特徴とするものである。この発明によれ
ば、微動機構および粗動機構による触針および被測定物
間の相対移動量を検出する変位検出手段は、それ一つで
構成されているため、安価に構成できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図面
に基づいて説明する。 ［第１実施形態］図１には、本発明の第１実施形態に係
る微細形状測定装置１の概略構成図が示されている。測
定装置１は、被測定物Ｗに接触する触針１２を有した触
針機構１０と、触針１２を上下方向（被測定物Ｗの表面
の高さ方向）へ移動させる移動機構２０と、この移動機
構２０による触針１２の移動量を検出する変位検出手段
３０と、触針１２に作用する測定力を調整する測定制御
回路４０とを備えている。
に基づいて説明する。 ［第１実施形態］図１には、本発明の第１実施形態に係
る微細形状測定装置１の概略構成図が示されている。測
定装置１は、被測定物Ｗに接触する触針１２を有した触
針機構１０と、触針１２を上下方向（被測定物Ｗの表面
の高さ方向）へ移動させる移動機構２０と、この移動機
構２０による触針１２の移動量を検出する変位検出手段
３０と、触針１２に作用する測定力を調整する測定制御
回路４０とを備えている。
【００２３】触針機構１０は、図２に示すように、略コ
字状のホルダ１１と、先端に被測定物Ｗに接触する接触
部１２Ａを有しかつホルダ１１に開口内から先端が突出
した状態で支持された触針１２と、ホルダ１１と触針１
２とを連結する４つの連結部材１３，１４，１５，１６
と、触針１２を軸方向に共振状態で振動させる加振手段
１７と、触針１２の接触部１２Ａが被測定物Ｗに接触し
た際に生ずる共振状態の変化を検出する状態量検出手段
としての検出手段１８とを備えている。
字状のホルダ１１と、先端に被測定物Ｗに接触する接触
部１２Ａを有しかつホルダ１１に開口内から先端が突出
した状態で支持された触針１２と、ホルダ１１と触針１
２とを連結する４つの連結部材１３，１４，１５，１６
と、触針１２を軸方向に共振状態で振動させる加振手段
１７と、触針１２の接触部１２Ａが被測定物Ｗに接触し
た際に生ずる共振状態の変化を検出する状態量検出手段
としての検出手段１８とを備えている。
【００２４】触針１２は、柱状に形成され、その重心１
２Ｂの位置は、略触針１２の軸方向の中心かつ軸上とさ
れている。つまり、触針１２は、その軸方向に略対称な
構造とされている。触針１２の連結部材１３，１４，１
５，１６が連結された各連結部位１３Ａ，１４Ａ，１５
Ａ，１６Ａにおいて、連結部位１３Ａ，１４Ａの触針重
心からの距離は、連結部位１５Ａ，１６Ａの触針重心か
らの距離と一致している。つまり、連結部位１３Ａ，１
４Ａと連結部位１５Ａ，１６Ａとは、触針１２の重心１
２Ｂを対称中心として触針の軸方向に対称となる位置に
それぞれ設けられている。また、連結部位１３Ａおよび
連結部位１４Ａは、触針１２の軸に対して軸対称の位置
にそれぞれ設けられ、同様に、連結部位１５Ａおよび連
結部位１６Ａも、触針１２の軸に対して軸対称の位置に
それぞれ設けられている。すなわち、４つの連結部位１
３Ａ，１４Ａ，１５Ａ，１６Ａは、触針の重心に対して
対称の位置に設けられ、かつ触針軸に対して軸対称の位
置に設けられている。
２Ｂの位置は、略触針１２の軸方向の中心かつ軸上とさ
れている。つまり、触針１２は、その軸方向に略対称な
構造とされている。触針１２の連結部材１３，１４，１
５，１６が連結された各連結部位１３Ａ，１４Ａ，１５
Ａ，１６Ａにおいて、連結部位１３Ａ，１４Ａの触針重
心からの距離は、連結部位１５Ａ，１６Ａの触針重心か
らの距離と一致している。つまり、連結部位１３Ａ，１
４Ａと連結部位１５Ａ，１６Ａとは、触針１２の重心１
２Ｂを対称中心として触針の軸方向に対称となる位置に
それぞれ設けられている。また、連結部位１３Ａおよび
連結部位１４Ａは、触針１２の軸に対して軸対称の位置
にそれぞれ設けられ、同様に、連結部位１５Ａおよび連
結部位１６Ａも、触針１２の軸に対して軸対称の位置に
それぞれ設けられている。すなわち、４つの連結部位１
３Ａ，１４Ａ，１５Ａ，１６Ａは、触針の重心に対して
対称の位置に設けられ、かつ触針軸に対して軸対称の位
置に設けられている。
【００２５】加振手段１７および検出手段１８は一体の
圧電素子１９に形成され、この圧電素子１９は、触針１
２の表面および裏面にそれぞれ連結部位１３Ａ，１４
Ａ，１５Ａ，１６Ａを跨るように設けられている。圧電
素子１９の表面には、図示は省略するが、加振電極と検
出電極とが形成され、加振電極に加振電圧を印加するた
めのリード線を設け、検出電極に検出信号を取り出すた
めのリード線を設けることで、それぞれ加振手段１７お
よび検出手段１８が構成されている。図１に戻って、触
針制御回路１０Ａの加振回路１７Ａから加振手段１７に
所定の信号が送られると、触針１２がその軸方向に共振
状態で振動する。触針１２の接触部１２Ａが被測定物Ｗ
に接触すると、共振状態が変化し、この変化が検出手段
１８で検出され、この信号が触針制御回路１０Ａの検出
回路１８Ａを介して測定力制御回路４０に送られる。
圧電素子１９に形成され、この圧電素子１９は、触針１
２の表面および裏面にそれぞれ連結部位１３Ａ，１４
Ａ，１５Ａ，１６Ａを跨るように設けられている。圧電
素子１９の表面には、図示は省略するが、加振電極と検
出電極とが形成され、加振電極に加振電圧を印加するた
めのリード線を設け、検出電極に検出信号を取り出すた
めのリード線を設けることで、それぞれ加振手段１７お
よび検出手段１８が構成されている。図１に戻って、触
針制御回路１０Ａの加振回路１７Ａから加振手段１７に
所定の信号が送られると、触針１２がその軸方向に共振
状態で振動する。触針１２の接触部１２Ａが被測定物Ｗ
に接触すると、共振状態が変化し、この変化が検出手段
１８で検出され、この信号が触針制御回路１０Ａの検出
回路１８Ａを介して測定力制御回路４０に送られる。
【００２６】移動機構２０は、図１および図３に示すよ
うに、ナノメートルオーダからマイクロメートルオーダ
までの範囲で触針１２を微小変位させる微動機構５０
と、マイクロメートルオーダからミリメートルオーダま
での範囲で触針１２を大変位させる粗動機構６０とを備
えている。微動機構５０は、後述する粗動機構６０の可
動部６２に固定される固定部５１と、この固定部５１の
下面に設けられた駆動用可動部５２と、固定部５１の上
面に設けられたバランス用可動部５３とを備えており、
駆動用可動部５２とバランス用可動部５３とは固定部５
１を基点として反対方向に動作するようになっている。
駆動用可動部５２の下面側には、ホルダ１１を介して触
針１２が設けられており、触針１２の軸方向は被測定物
Ｗの高さ方向（つまり、微動機構５０および粗動機構６
０の動作方向）へ沿っている。また、バランス用可動部
５３の上面側には、必要に応じてバランサ５３Ａが設け
られている。
うに、ナノメートルオーダからマイクロメートルオーダ
までの範囲で触針１２を微小変位させる微動機構５０
と、マイクロメートルオーダからミリメートルオーダま
での範囲で触針１２を大変位させる粗動機構６０とを備
えている。微動機構５０は、後述する粗動機構６０の可
動部６２に固定される固定部５１と、この固定部５１の
下面に設けられた駆動用可動部５２と、固定部５１の上
面に設けられたバランス用可動部５３とを備えており、
駆動用可動部５２とバランス用可動部５３とは固定部５
１を基点として反対方向に動作するようになっている。
駆動用可動部５２の下面側には、ホルダ１１を介して触
針１２が設けられており、触針１２の軸方向は被測定物
Ｗの高さ方向（つまり、微動機構５０および粗動機構６
０の動作方向）へ沿っている。また、バランス用可動部
５３の上面側には、必要に応じてバランサ５３Ａが設け
られている。
【００２７】駆動用可動部５２およびバランス用可動部
５３は、圧電素子（ＰＺＴ）の薄板を積層してそれぞれ
構成されたものであり、略同一構造とされている。この
ように構成された駆動用可動部５２およびバランス用可
動部５３に、略同一波形の電圧をかけると、両方の圧電
素子が同時に伸びる、あるいは同時に縮む。これら駆動
用可動部５２およびバランス用可動部５３は、固定部５
１を基点として伸縮するので、圧電素子を伸ばすような
所定の電圧がかけられると、駆動用可動部５２は固定部
５１を基点として下方向に伸び、バランス用可動部５３
は固定部５１を基点として上方向に延びる。一方、圧電
素子を縮ませるような所定の電圧がかけられると、駆動
用可動部５２は固定部５１を基点として上方向に縮み、
バランス用可動部５３は固定部５１を基点として下方向
に縮む。これにより、駆動用可動部５２が動作した際の
固定部５１への反力は、バランス用可動部５３が動作し
て固定部５１への反力（駆動用可動部５２の動作によっ
て生じた反力の方向と反対の方向へ作用する力）が生じ
ることで、微動機構５０の固定部５１において、駆動用
可動部５２による反力と、バランス用可動部５３による
反力とが相殺される。つまり、微動機構５０の駆動用可
動部５２による反力が粗動機構６０の可動部６２に影響
することがない。なお、バランス用可動部５３のバラン
サ５３Ａの質量は、駆動用可動部５２とバランス用可動
部５３との各反力が同一となるように設定されている。
５３は、圧電素子（ＰＺＴ）の薄板を積層してそれぞれ
構成されたものであり、略同一構造とされている。この
ように構成された駆動用可動部５２およびバランス用可
動部５３に、略同一波形の電圧をかけると、両方の圧電
素子が同時に伸びる、あるいは同時に縮む。これら駆動
用可動部５２およびバランス用可動部５３は、固定部５
１を基点として伸縮するので、圧電素子を伸ばすような
所定の電圧がかけられると、駆動用可動部５２は固定部
５１を基点として下方向に伸び、バランス用可動部５３
は固定部５１を基点として上方向に延びる。一方、圧電
素子を縮ませるような所定の電圧がかけられると、駆動
用可動部５２は固定部５１を基点として上方向に縮み、
バランス用可動部５３は固定部５１を基点として下方向
に縮む。これにより、駆動用可動部５２が動作した際の
固定部５１への反力は、バランス用可動部５３が動作し
て固定部５１への反力（駆動用可動部５２の動作によっ
て生じた反力の方向と反対の方向へ作用する力）が生じ
ることで、微動機構５０の固定部５１において、駆動用
可動部５２による反力と、バランス用可動部５３による
反力とが相殺される。つまり、微動機構５０の駆動用可
動部５２による反力が粗動機構６０の可動部６２に影響
することがない。なお、バランス用可動部５３のバラン
サ５３Ａの質量は、駆動用可動部５２とバランス用可動
部５３との各反力が同一となるように設定されている。
【００２８】粗動機構６０は、ベース（図示せず）に固
定された固定部６１と、平行リンク機構を利用して固定
部６１に対して上下方向（被測定物Ｗの表面の高さ方
向）へ移動可能に設けられた可動部６２と、この可動部
６２を上下方向へ移動させる駆動手段６３とを備えてい
る。駆動手段６３は、一端がおよび他端がそれぞれ固定
部６１および可動部６２に回動可能に設けられかつ上下
方向に所定間隔を隔てて平行配置された一対のアーム６
３Ａと、これらアーム６３Ａの端部を固定部６１および
可動部６２に回動可能に支持する弾性ヒンジ６３Ｂと、
この弾性ヒンジ６３Ｂに出力軸が連結されてアーム６３
Ａを回動させる駆動モータ６３Ｃとを含んで構成されて
いる。このうち、一対のアーム６３Ａは、固定部６１お
よび可動部６２の両側面にそれぞれ設けられている。
定された固定部６１と、平行リンク機構を利用して固定
部６１に対して上下方向（被測定物Ｗの表面の高さ方
向）へ移動可能に設けられた可動部６２と、この可動部
６２を上下方向へ移動させる駆動手段６３とを備えてい
る。駆動手段６３は、一端がおよび他端がそれぞれ固定
部６１および可動部６２に回動可能に設けられかつ上下
方向に所定間隔を隔てて平行配置された一対のアーム６
３Ａと、これらアーム６３Ａの端部を固定部６１および
可動部６２に回動可能に支持する弾性ヒンジ６３Ｂと、
この弾性ヒンジ６３Ｂに出力軸が連結されてアーム６３
Ａを回動させる駆動モータ６３Ｃとを含んで構成されて
いる。このうち、一対のアーム６３Ａは、固定部６１お
よび可動部６２の両側面にそれぞれ設けられている。
【００２９】変位検出手段３０は、微動機構５０による
触針１２の移動量を検出する第１変位検出手段３１と、
粗動機構６０による触針１２の移動量を検出する第２変
位検出手段３２とを備えている。第１変位検出手段３１
は、微動機構５０の駆動用可動部５２の下端面に設けら
れた可動電極３１Ａと、この可動電極３１Ａに上下方向
へ所定間隔を隔てて対向配置された固定電極３１Ｂとを
備えている。このうち、固定電極３１Ｂは、リング状に
形成されて一部が粗動機構６０の可動部６２に固定され
ており、上下方向へ移動可能に駆動用可動部５２が挿通
されている。駆動用可動部５２が伸縮すると、駆動用可
動部５２の下端面に設けられた可動電極３１Ａが上下方
向に変位し、可動電極３１Ａと固定電極３１Ｂとの間の
距離が変化する。可動電極３１Ａおよび固定電極３１Ｂ
間の距離が変化すると、可動電極３１Ａおよび固定電極
３１Ｂ間の静電容量が変化するから、この静電容量を検
出することで、可動電極３１Ａおよび固定電極３１Ｂ間
の距離、すなわち駆動用可動部５２の下端面の移動量を
検出できるようになる。
触針１２の移動量を検出する第１変位検出手段３１と、
粗動機構６０による触針１２の移動量を検出する第２変
位検出手段３２とを備えている。第１変位検出手段３１
は、微動機構５０の駆動用可動部５２の下端面に設けら
れた可動電極３１Ａと、この可動電極３１Ａに上下方向
へ所定間隔を隔てて対向配置された固定電極３１Ｂとを
備えている。このうち、固定電極３１Ｂは、リング状に
形成されて一部が粗動機構６０の可動部６２に固定され
ており、上下方向へ移動可能に駆動用可動部５２が挿通
されている。駆動用可動部５２が伸縮すると、駆動用可
動部５２の下端面に設けられた可動電極３１Ａが上下方
向に変位し、可動電極３１Ａと固定電極３１Ｂとの間の
距離が変化する。可動電極３１Ａおよび固定電極３１Ｂ
間の距離が変化すると、可動電極３１Ａおよび固定電極
３１Ｂ間の静電容量が変化するから、この静電容量を検
出することで、可動電極３１Ａおよび固定電極３１Ｂ間
の距離、すなわち駆動用可動部５２の下端面の移動量を
検出できるようになる。
【００３０】第２変位検出手段３２は、粗動機構６０の
可動部６２の変位量を検出し、その結果をデータ処理回
路に出力するものであり、その具体的な構成は限定され
ず、たとえば、インジケータ等によって構成されたもの
であってもよい。そして、これら第１変位検出手段３１
と第２変位検出手段３２とで検出された触針１２の各変
位量の和が、微動機構５０および粗動機構６０による触
針１２の総変位量となる。
可動部６２の変位量を検出し、その結果をデータ処理回
路に出力するものであり、その具体的な構成は限定され
ず、たとえば、インジケータ等によって構成されたもの
であってもよい。そして、これら第１変位検出手段３１
と第２変位検出手段３２とで検出された触針１２の各変
位量の和が、微動機構５０および粗動機構６０による触
針１２の総変位量となる。
【００３１】測定力制御回路４０は、図１に示すよう
に、触針制御回路１０Ａの検出回路１８Ａから送られる
検出信号を受けて、微動機構駆動回路５０Ａおよび粗動
機構駆動回路６０Ａを介して、微動機構５０および粗動
機構６０の作動を制御するものである。検出回路１８Ａ
では、検出手段１８で検出される共振状態の変化が振幅
変化に対応する信号として測定力制御回路４０に出力さ
れ、測定力制御回路４０では、予め設定された測定力制
御回路４０に対応する信号値と検出回路１８Ａからの出
力信号との差が演算され、必要に応じて演算された微分
値や積分値とともに微動機構駆動回路５０Ａおよび粗動
機構駆動回路６０Ａに送られる。
に、触針制御回路１０Ａの検出回路１８Ａから送られる
検出信号を受けて、微動機構駆動回路５０Ａおよび粗動
機構駆動回路６０Ａを介して、微動機構５０および粗動
機構６０の作動を制御するものである。検出回路１８Ａ
では、検出手段１８で検出される共振状態の変化が振幅
変化に対応する信号として測定力制御回路４０に出力さ
れ、測定力制御回路４０では、予め設定された測定力制
御回路４０に対応する信号値と検出回路１８Ａからの出
力信号との差が演算され、必要に応じて演算された微分
値や積分値とともに微動機構駆動回路５０Ａおよび粗動
機構駆動回路６０Ａに送られる。
【００３２】このような測定力制御回路４０は、触針１
２に実際にかかる測定力が所定値より大きくなると、駆
動用可動部５２の下端面を被測定物Ｗから離間させるよ
うに微動機構駆動回路５０Ａおよび粗動機構駆動回路６
０Ａに信号を送る。一方、触針１２に実際にかかる測定
力が所定値より小さくなると、駆動用可動部５２の下端
面を被測定物Ｗに接近させて触針１２を被測定物Ｗに押
圧するように微動機構駆動回路５０Ａおよび粗動機構駆
動回路６０Ａに信号を送る。
２に実際にかかる測定力が所定値より大きくなると、駆
動用可動部５２の下端面を被測定物Ｗから離間させるよ
うに微動機構駆動回路５０Ａおよび粗動機構駆動回路６
０Ａに信号を送る。一方、触針１２に実際にかかる測定
力が所定値より小さくなると、駆動用可動部５２の下端
面を被測定物Ｗに接近させて触針１２を被測定物Ｗに押
圧するように微動機構駆動回路５０Ａおよび粗動機構駆
動回路６０Ａに信号を送る。
【００３３】このような微細形状測定装置１では、触針
１２を被測定物Ｗの表面に所定の測定力で接触させると
ともに、当該表面に沿って触針１２を移動させることで
測定作業が行われる。触針１２を軸方向に共振状態で振
動させた状態で、触針１２の接触部１２Ａを被測定物Ｗ
の表面に接触させながら、触針１２と被測定物Ｗとを水
平方向（被測定物Ｗ表面の高さ方向と直交する方向）へ
相対移動させる。すると、被測定物Ｗ表面の凹凸形状に
より、被測定物Ｗ表面と駆動用可動部５２の下端面との
距離が変化し、これにより被測定物Ｗおよび触針１２間
に作用する測定力が変化する。測定力が変化すると、触
針１２の振動状態が変化するから、この触針１２の振動
状態を検出手段１８で検出し、この信号が検出回路１８
Ａを介して測定力制御回路４０に伝達される。この検出
回路１８Ａからの情報をもとに測定力制御回路４０で演
算が行われ、この演算結果が微動機構駆動回路５０Ａお
よび粗動機構駆動回路６０Ａに伝達されて、各駆動回路
５０Ａ，６０Ａが微動機構５０および粗動機構６０を駆
動させる。これにより、触針１２の振動状態の変化をも
とに、被測定物Ｗ表面と駆動用可動部５２の下端面との
距離を調整でき、被測定物Ｗおよび接触部１２Ａ間に作
用する測定力を所定値に維持できるようになる。一方、
第１変位検出手段３１および第２変位検出手段３２から
触針１２の上下方向への移動量が検出され、この情報を
もとにデータ処理回路１Ａで被測定物Ｗの断面形状が算
出される。
１２を被測定物Ｗの表面に所定の測定力で接触させると
ともに、当該表面に沿って触針１２を移動させることで
測定作業が行われる。触針１２を軸方向に共振状態で振
動させた状態で、触針１２の接触部１２Ａを被測定物Ｗ
の表面に接触させながら、触針１２と被測定物Ｗとを水
平方向（被測定物Ｗ表面の高さ方向と直交する方向）へ
相対移動させる。すると、被測定物Ｗ表面の凹凸形状に
より、被測定物Ｗ表面と駆動用可動部５２の下端面との
距離が変化し、これにより被測定物Ｗおよび触針１２間
に作用する測定力が変化する。測定力が変化すると、触
針１２の振動状態が変化するから、この触針１２の振動
状態を検出手段１８で検出し、この信号が検出回路１８
Ａを介して測定力制御回路４０に伝達される。この検出
回路１８Ａからの情報をもとに測定力制御回路４０で演
算が行われ、この演算結果が微動機構駆動回路５０Ａお
よび粗動機構駆動回路６０Ａに伝達されて、各駆動回路
５０Ａ，６０Ａが微動機構５０および粗動機構６０を駆
動させる。これにより、触針１２の振動状態の変化をも
とに、被測定物Ｗ表面と駆動用可動部５２の下端面との
距離を調整でき、被測定物Ｗおよび接触部１２Ａ間に作
用する測定力を所定値に維持できるようになる。一方、
第１変位検出手段３１および第２変位検出手段３２から
触針１２の上下方向への移動量が検出され、この情報を
もとにデータ処理回路１Ａで被測定物Ｗの断面形状が算
出される。
【００３４】上述のような本実施形態によれば、次のよ
うな効果がある。 （１）微細形状測定装置１は、ナノメートルオーダから
マイクロメートルオーダまでの範囲で触針１２を微小変
位させる微動機構５０と、マイクロメートルオーダから
ミリメートルオーダまでの範囲で触針１２を大変位させ
る粗動機構６０との二つの機構を備えている。ナノメー
トルオーダからマイクロメートルオーダまでの範囲で触
針１２を動作させたいときには微動機構５０を作動さ
せ、マイクロメートルオーダからミリメートルオーダま
での範囲で触針１２を動作させたいときには粗動機構６
０を作動させればよい。このように微動機構５０と粗動
機構６０とを組み合わせて作動させることで触針１２の
動作をナノメートルオーダからミリメートルオーダまで
の範囲で容易かつ短時間で制御できる。また、微動機構
５０には、微動機構５０の駆動用可動部５２と略同一構
造に構成されて駆動用可動部５２の動作方向と反対の方
向に動作するバランス用可動部５３が設けられているた
め、駆動用可動部５２が動作した際の固定部５１への反
力は、バランス用可動部５３が動作して固定部５１への
反力（駆動用可動部５２の動作によって生じた反力の方
向と反対の方向へ作用する力）が生じることで、微動機
構５０の固定部５１において、駆動用可動部５２による
反力と、バランス用可動部５３による反力とが相殺され
る。つまり、微動機構５０の駆動用可動部５２による反
力が粗動機構６０の可動部６２に影響することがない。
従って、微動機構５０と粗動機構６０との間には力学的
な干渉が生じないので、触針１２が複雑かつ制御不能な
変位動作をとることもなく、触針１２の動作を微動機構
５０および粗動機構６０で正確に制御できる。これによ
り、触針１２に作用する測定力の制御を正確に行うこと
ができて、被測定物Ｗおよび触針１２へのダメージを低
減できるとともに測定精度を高めることができる。
うな効果がある。 （１）微細形状測定装置１は、ナノメートルオーダから
マイクロメートルオーダまでの範囲で触針１２を微小変
位させる微動機構５０と、マイクロメートルオーダから
ミリメートルオーダまでの範囲で触針１２を大変位させ
る粗動機構６０との二つの機構を備えている。ナノメー
トルオーダからマイクロメートルオーダまでの範囲で触
針１２を動作させたいときには微動機構５０を作動さ
せ、マイクロメートルオーダからミリメートルオーダま
での範囲で触針１２を動作させたいときには粗動機構６
０を作動させればよい。このように微動機構５０と粗動
機構６０とを組み合わせて作動させることで触針１２の
動作をナノメートルオーダからミリメートルオーダまで
の範囲で容易かつ短時間で制御できる。また、微動機構
５０には、微動機構５０の駆動用可動部５２と略同一構
造に構成されて駆動用可動部５２の動作方向と反対の方
向に動作するバランス用可動部５３が設けられているた
め、駆動用可動部５２が動作した際の固定部５１への反
力は、バランス用可動部５３が動作して固定部５１への
反力（駆動用可動部５２の動作によって生じた反力の方
向と反対の方向へ作用する力）が生じることで、微動機
構５０の固定部５１において、駆動用可動部５２による
反力と、バランス用可動部５３による反力とが相殺され
る。つまり、微動機構５０の駆動用可動部５２による反
力が粗動機構６０の可動部６２に影響することがない。
従って、微動機構５０と粗動機構６０との間には力学的
な干渉が生じないので、触針１２が複雑かつ制御不能な
変位動作をとることもなく、触針１２の動作を微動機構
５０および粗動機構６０で正確に制御できる。これによ
り、触針１２に作用する測定力の制御を正確に行うこと
ができて、被測定物Ｗおよび触針１２へのダメージを低
減できるとともに測定精度を高めることができる。
【００３５】（２）一般に、軸方向の曲げの固有振動数
は、軸方向の固有振動数より低くなるので、軸方向に振
動する触針１２は、軸方向に対して曲げ振動する触針と
比べて応答性が高くなる。従って、このような応答性の
高い触針１２の振動状態を、触針１２が被測定物Ｗと接
触した際に変化する状態量として検出手段１８で検出
し、この検出手段１８からの情報をもとに微動機構５０
および粗動機構６０を作動させれば、触針１２に作用す
る測定力をより正確に制御できる。
は、軸方向の固有振動数より低くなるので、軸方向に振
動する触針１２は、軸方向に対して曲げ振動する触針と
比べて応答性が高くなる。従って、このような応答性の
高い触針１２の振動状態を、触針１２が被測定物Ｗと接
触した際に変化する状態量として検出手段１８で検出
し、この検出手段１８からの情報をもとに微動機構５０
および粗動機構６０を作動させれば、触針１２に作用す
る測定力をより正確に制御できる。
【００３６】（３）微動機構５０および粗動機構６０の
動作方向が触針１２の軸方向に沿っているので、触針１
２の軸方向が被測定物Ｗ表面の高さ方向に沿った状態
で、触針１２を移動させることができる。つまり、触針
１２をその軸方向に沿って被測定物Ｗ表面に確実に押し
当てることができるから、軸方向に共振状態で振動する
触針１２の振動状態の変化をより正確に検出手段１８で
検出できる。
動作方向が触針１２の軸方向に沿っているので、触針１
２の軸方向が被測定物Ｗ表面の高さ方向に沿った状態
で、触針１２を移動させることができる。つまり、触針
１２をその軸方向に沿って被測定物Ｗ表面に確実に押し
当てることができるから、軸方向に共振状態で振動する
触針１２の振動状態の変化をより正確に検出手段１８で
検出できる。
【００３７】（４）電歪効果があるＰＺＴ(ジルコンチ
タン酸鉛)の薄板を積層することで、微動機構５０を構
成しているから、電気的に制御できる微動機構５０を容
易に構成できる。
タン酸鉛)の薄板を積層することで、微動機構５０を構
成しているから、電気的に制御できる微動機構５０を容
易に構成できる。
【００３８】（５）粗動機構６０において、可動部６２
は、固定部６１に対して上下方向に所定間隔を隔てて平
行配置される一対のアーム６３Ａに保持されているの
で、姿勢を変えることなく可動部６２を上下方向に移動
させることができる。従って、この可動部６２に設けら
れた微動機構５０および触針１２の姿勢を変えることな
く微動機構５０および触針１２を移動させることができ
る。また、アーム６３Ａは潤滑油を必要としない弾性ヒ
ンジ６３Ｂを介して固定部６１および可動部６２に設け
られているため、清浄な粗動機構６０を構成でき、半導
体ウェハ等の表面形状計測に有効である。さらに、弾性
ヒンジ６３Ｂを利用したアーム６３Ａの回動は、転がり
軸受け等を用いたアームの回動と比べると摩擦が小さい
ため、遊びのない正確な平行運動を可動部６２に行わせ
ることができる。
は、固定部６１に対して上下方向に所定間隔を隔てて平
行配置される一対のアーム６３Ａに保持されているの
で、姿勢を変えることなく可動部６２を上下方向に移動
させることができる。従って、この可動部６２に設けら
れた微動機構５０および触針１２の姿勢を変えることな
く微動機構５０および触針１２を移動させることができ
る。また、アーム６３Ａは潤滑油を必要としない弾性ヒ
ンジ６３Ｂを介して固定部６１および可動部６２に設け
られているため、清浄な粗動機構６０を構成でき、半導
体ウェハ等の表面形状計測に有効である。さらに、弾性
ヒンジ６３Ｂを利用したアーム６３Ａの回動は、転がり
軸受け等を用いたアームの回動と比べると摩擦が小さい
ため、遊びのない正確な平行運動を可動部６２に行わせ
ることができる。
【００３９】（６）微細形状測定装置１は、微動機構５
０による触針１２の移動量を検出する第１変位検出手段
３１と、粗動機構６０による触針１２の移動量を検出す
る第２変位検出手段３２とを備えているので、微動機構
５０および粗動機構６０による触針１２の変位量をそれ
ぞれ検出でき、微動機構５０および粗動機構６０の個別
の制御が容易にできる。
０による触針１２の移動量を検出する第１変位検出手段
３１と、粗動機構６０による触針１２の移動量を検出す
る第２変位検出手段３２とを備えているので、微動機構
５０および粗動機構６０による触針１２の変位量をそれ
ぞれ検出でき、微動機構５０および粗動機構６０の個別
の制御が容易にできる。
【００４０】［第２実施形態］図４には、本発明の第２
実施形態に係る微細形状測定装置２が示されている。こ
こにおいて、本実施形態と前述の第１実施形態とは、粗
動機構および変位検出手段の構成が異なるのみで、その
他の構成および作用は同一であるから、同一符号を付し
てそれらの説明を省略、または簡略する。粗動機構７０
は、ベース（図示せず）に固定されたヨーク７１および
永久磁石７２からなる磁気回路の空隙中を可動コイル７
３が上下方向へ移動し、この可動コイル７３の下端側に
微動機構５０が設けられることで、微動機構５０および
触針１２が上下方向へ移動する構造となっている。ここ
において、可動コイル７３の下端側にはプレート７４が
固定され、このプレート７４から下方に突出した支持部
材７５に微動機構５０の固定部５１が固定されること
で、微動機構５０が可動コイル７３に設けられている。
このような可動コイル７３に流す電流量を制御すること
で、微動機構５０および触針１２を上下方向へ移動させ
ることができる。なお、可動コイル７３の保持は、たと
えば、可動コイル７３の移動方向へ弾性可能な板ばねの
一端を支持部材７５に他端をベースに固定することで行
えばよい。
実施形態に係る微細形状測定装置２が示されている。こ
こにおいて、本実施形態と前述の第１実施形態とは、粗
動機構および変位検出手段の構成が異なるのみで、その
他の構成および作用は同一であるから、同一符号を付し
てそれらの説明を省略、または簡略する。粗動機構７０
は、ベース（図示せず）に固定されたヨーク７１および
永久磁石７２からなる磁気回路の空隙中を可動コイル７
３が上下方向へ移動し、この可動コイル７３の下端側に
微動機構５０が設けられることで、微動機構５０および
触針１２が上下方向へ移動する構造となっている。ここ
において、可動コイル７３の下端側にはプレート７４が
固定され、このプレート７４から下方に突出した支持部
材７５に微動機構５０の固定部５１が固定されること
で、微動機構５０が可動コイル７３に設けられている。
このような可動コイル７３に流す電流量を制御すること
で、微動機構５０および触針１２を上下方向へ移動させ
ることができる。なお、可動コイル７３の保持は、たと
えば、可動コイル７３の移動方向へ弾性可能な板ばねの
一端を支持部材７５に他端をベースに固定することで行
えばよい。
【００４１】変位検出手段８０は、微動機構５０の駆動
用可動部５２の下面に中間部材８１を介して固定された
可動電極８２と、この可動電極８２に上下方向へ所定間
隔を隔てて対向配置された固定電極８３とを備えてい
る。このうち、固定電極８３は、リング状に形成されて
Ｌ字状の保持部材８４を介して粗動機構７０のヨーク７
１に保持されており、上下方向へ移動可能に中間部材８
１が挿通されている。ここにおいて、変位検出手段８０
は、固定電極８３および可動電極８２間の静電容量を検
出することで、微動機構５０および粗動機構８０による
触針１２の移動量を検出するもので、第１実施形態の第
１変位検出手段３１とは異なっている。具体的には、第
１変位検出手段３１は、固定電極３１Ｂが粗動機構６０
の可動部６２に固定されているため、粗動機構６０の可
動部６２に対しての触針１２の移動量を検出している。
一方、変位検出手段８０は、固定電極８３が粗動機構７
０のベースに固定されたヨーク７１に設けられているた
め、粗動機構７０のヨーク７１（固定部）に対しての触
針１２の移動量を検出している。
用可動部５２の下面に中間部材８１を介して固定された
可動電極８２と、この可動電極８２に上下方向へ所定間
隔を隔てて対向配置された固定電極８３とを備えてい
る。このうち、固定電極８３は、リング状に形成されて
Ｌ字状の保持部材８４を介して粗動機構７０のヨーク７
１に保持されており、上下方向へ移動可能に中間部材８
１が挿通されている。ここにおいて、変位検出手段８０
は、固定電極８３および可動電極８２間の静電容量を検
出することで、微動機構５０および粗動機構８０による
触針１２の移動量を検出するもので、第１実施形態の第
１変位検出手段３１とは異なっている。具体的には、第
１変位検出手段３１は、固定電極３１Ｂが粗動機構６０
の可動部６２に固定されているため、粗動機構６０の可
動部６２に対しての触針１２の移動量を検出している。
一方、変位検出手段８０は、固定電極８３が粗動機構７
０のベースに固定されたヨーク７１に設けられているた
め、粗動機構７０のヨーク７１（固定部）に対しての触
針１２の移動量を検出している。
【００４２】上述のような本実施形態によれば、前述の
第１実施形態の効果（１）〜（４）に加えて、次のよう
な効果がある。 （７）微動機構５０および粗動機構８０による触針１２
の移動量を検出する変位検出手段８０は、それ一つで構
成されているため、安価に構成できる。
第１実施形態の効果（１）〜（４）に加えて、次のよう
な効果がある。 （７）微動機構５０および粗動機構８０による触針１２
の移動量を検出する変位検出手段８０は、それ一つで構
成されているため、安価に構成できる。
【００４３】なお、本発明は前各記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変
形、改良は、本発明に含まれるものである。たとえば、
前記各実施形態では、軸方向に振動するタイプの触針１
２が用いられているが、本発明に係る触針はこれに限定
されるものではなく、たとえば図５に示すような触針９
０であってもよい。触針９０は、長手方向が微動機構お
よび粗動機構の動作方向と略直交配置されかつ前記動作
方向に沿う方向に弾性変形可能な弾性レバー９１を介し
て、微動機構の駆動用可動部に設けられている。このよ
うな触針を被測定物Ｗ表面に接触させた場合、被測定物
Ｗと触針９０との間に作用する測定力は弾性レバー９１
に弾性変形をもたらす。従って、弾性レバー９１の弾性
変形量を検出することで測定力の変化を知ることができ
る。弾性レバー９１の弾性変形量を検出する検出手段
は、たとえば、歪みセンサによって構成されていてもよ
く、レーザ光９２等を弾性レバー９１上面に照射してこ
の上面からの反射光９３をもとに弾性レバ９１ーの変形
量を検出する検出器９４によって構成されていてもよ
い。
るものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変
形、改良は、本発明に含まれるものである。たとえば、
前記各実施形態では、軸方向に振動するタイプの触針１
２が用いられているが、本発明に係る触針はこれに限定
されるものではなく、たとえば図５に示すような触針９
０であってもよい。触針９０は、長手方向が微動機構お
よび粗動機構の動作方向と略直交配置されかつ前記動作
方向に沿う方向に弾性変形可能な弾性レバー９１を介し
て、微動機構の駆動用可動部に設けられている。このよ
うな触針を被測定物Ｗ表面に接触させた場合、被測定物
Ｗと触針９０との間に作用する測定力は弾性レバー９１
に弾性変形をもたらす。従って、弾性レバー９１の弾性
変形量を検出することで測定力の変化を知ることができ
る。弾性レバー９１の弾性変形量を検出する検出手段
は、たとえば、歪みセンサによって構成されていてもよ
く、レーザ光９２等を弾性レバー９１上面に照射してこ
の上面からの反射光９３をもとに弾性レバ９１ーの変形
量を検出する検出器９４によって構成されていてもよ
い。
【００４４】前記各実施形態では、微動機構５０により
触針１２をナノメートルオーダからマイクロメートルオ
ーダまでの範囲で微小変位させ、粗動機構６０，７０に
より触針１２をマイクロメートルオーダからミリメート
ルオーダまでの範囲で大変位させたが、微動機構および
粗動機構による触針の動きの設定範囲は、測定対象物に
よって適宜設定してもよい。
触針１２をナノメートルオーダからマイクロメートルオ
ーダまでの範囲で微小変位させ、粗動機構６０，７０に
より触針１２をマイクロメートルオーダからミリメート
ルオーダまでの範囲で大変位させたが、微動機構および
粗動機構による触針の動きの設定範囲は、測定対象物に
よって適宜設定してもよい。
【００４５】前記各実施形態において、微動機構５０
は、圧電素子によって構成されているが、たとえば、粗
動機構に用いた可動コイルの電磁アクチュエータによっ
て構成されてもよく、可動磁石や可動鉄片等の電磁アク
チュエータによって構成されてもよく、また、磁歪素子
や形状記憶素子等の高速微小変位固体素子によって構成
されてもよく、このような場合も本発明に含まれる。
は、圧電素子によって構成されているが、たとえば、粗
動機構に用いた可動コイルの電磁アクチュエータによっ
て構成されてもよく、可動磁石や可動鉄片等の電磁アク
チュエータによって構成されてもよく、また、磁歪素子
や形状記憶素子等の高速微小変位固体素子によって構成
されてもよく、このような場合も本発明に含まれる。
【００４６】前記各実施形態において、粗動機構６０は
平行リンク機構を利用して構成され、粗動機構７０は可
動コイル７３を利用して構成されているが、本発明に係
る粗動機構はこれに限定されるものではなく、たとえば
エアベアリングあるいは弾性板ばねを含んで構成された
ものであってもよい。このような場合、粗動機構には潤
滑油を必要としないエアベアリングあるいは弾性板ばね
が用いられているから、清浄な粗動機構を構成でき、半
導体ウェハ等の表面形状計測に有効である。
平行リンク機構を利用して構成され、粗動機構７０は可
動コイル７３を利用して構成されているが、本発明に係
る粗動機構はこれに限定されるものではなく、たとえば
エアベアリングあるいは弾性板ばねを含んで構成された
ものであってもよい。このような場合、粗動機構には潤
滑油を必要としないエアベアリングあるいは弾性板ばね
が用いられているから、清浄な粗動機構を構成でき、半
導体ウェハ等の表面形状計測に有効である。
【００４７】前記各実施形態では、触針１２を被測定物
Ｗに対して移動させていたが、被測定物を触針に対して
移動させてもよく、要するに触針と被測定物とを相対移
動させて、測定力を制御すればよい。
Ｗに対して移動させていたが、被測定物を触針に対して
移動させてもよく、要するに触針と被測定物とを相対移
動させて、測定力を制御すればよい。
【００４８】
【発明の効果】本発明の微細形状測定装置によれば、触
針の動きを、たとえばナノメートルオーダからミリメー
トルオーダまでの範囲において容易かつ正確に制御でき
ることで触針を所定の測定力で被測定物表面に正確に追
随させることができて、被測定物および触針へのダメー
ジを低減できるとともに測定精度を高めることができる
という効果がある。
針の動きを、たとえばナノメートルオーダからミリメー
トルオーダまでの範囲において容易かつ正確に制御でき
ることで触針を所定の測定力で被測定物表面に正確に追
随させることができて、被測定物および触針へのダメー
ジを低減できるとともに測定精度を高めることができる
という効果がある。
【図１】本発明の第１実施形態に係る微細形状測定装置
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図２】前記実施形態の触針機構を示す拡大斜視図であ
る。
る。
【図３】前記実施形態の移動機構を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る微細形状測定装置
の要部を示す斜視図である。
の要部を示す斜視図である。
【図５】本発明の変形例を示す斜視図である。
【図６】従来の測定装置を示す概略構成図である。
１ 微細形状測定装置 １２，９０ 触針 １８ 状態量検出手段である検出手段 ２０ 移動機構 ３０，８０ 変位検出手段 ３１ 第１変位検出手段 ３２ 第２変位検出手段 ４０ 測定制御回路 ５０ 微動機構 ５１ 固定部 ５２ 駆動用可動部 ５３ バランス用可動部 ６０，７０ 粗動機構 ６１ 固定部 ６２ 可動部 ６３Ａ アーム ６３Ｂ 弾性ヒンジ ９１ 弾性レバー Ｗ 被測定物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 清和 茨城県つくば市上横場430−１ 株式会社 ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2F069 AA60 BB15 GG02 GG06 GG07 GG62 HH04 JJ06 LL03 MM32 MM38 NN05 NN06 RR01
Claims (9)
- 【請求項１】 被測定物に接触する触針と、この触針が
前記被測定物と接触した際に変化する状態量を検出する
状態量検出手段と、前記触針と前記被測定物とを前記被
測定物の表面の高さ方向へ相対移動させる移動機構と、
この移動機構による前記触針および前記被測定物間の前
記相対移動量を検出する変位検出手段と、前記触針に作
用する測定力を調整する測定制御回路とを備え、 前記移動機構は、固定部およびこの固定部に対して変位
し前記触針または被測定物を微小変位させる駆動用可動
部を有する微動機構と、この微動機構の固定部に取り付
けられる可動部を有し前記触針または被測定物を大変位
させる粗動機構とを含んで構成され、前記微動機構に
は、前記微動機構の駆動用可動部と略同一構造に構成さ
れて前記駆動用可動部の動作方向と反対の方向に動作す
るバランス用可動部が設けられ、 前記測定力制御回路は、前記状態量検出手段からの出力
信号をもとに前記微動機構および前記粗動機構のうちの
少なくとも一方の機構を作動させて前記触針に作用する
測定力を調整することを特徴とする微細形状測定装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の微細形状測定装置にお
いて、前記触針は、その軸方向に共振状態で振動し、前
記状態量検出手段は、前記触針の振動状態を検出するこ
とを特徴とする微細形状測定装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の微細形状測定装置にお
いて、前記微動機構および前記粗動機構の動作方向は、
前記触針の軸方向に沿っていることを特徴とする微細形
状測定装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載の微細形状測定装置にお
いて、前記触針は、長手方向が前記微動機構および前記
粗動機構の動作方向と略直交配置されかつ前記動作方向
に沿う方向に弾性変形可能な弾性レバーを介して、前記
微動機構に設けられ、前記状態量検出手段は、前記弾性
レバーの弾性変形量を検出することを特徴とする微細形
状測定装置。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載の微細形状測定装置において、前記微動機構は、圧電
素子や磁歪素子等の高速微小変位固体素子を含んで構成
されていることを特徴とする微細形状測定装置。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載の微細形状測定装置において、前記粗動機構は、固定
部と、この固定部に対して前記被測定物表面の高さ方向
へ移動可能に設けられる可動部と、一端が前記固定部に
他端が前記可動部に弾性ヒンジを介して回動可能に設け
られかつ前記被測定物表面の高さ方向に所定間隔を隔て
て平行配置される一対のアームとを含んで構成されてい
ることを特徴とする微細形状測定装置。 - 【請求項７】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載の微細形状測定装置において、前記粗動機構は、エア
ベアリングあるいは弾性板ばねを含んで構成されている
ことを特徴とする微細形状測定装置。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれかに記
載の微細形状測定装置において、前記変位検出手段は、
前記微動機構による前記触針および被測定物間の相対移
動量を検出する第１変位検出手段と、前記粗動機構によ
る前記触針および被測定物間の相対移動量を検出する第
２変位検出手段とを有していることを特徴とする微細形
状測定装置。 - 【請求項９】 請求項１ないし請求項７のいずれかに記
載の微細形状測定装置において、前記変位検出手段は、
前記微動機構および前記粗動機構による前記触針および
被測定物間の相対移動量を検出することを特徴とする微
細形状測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000070216A JP2001264050A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 微細形状測定装置 |
| US09/805,309 US6604295B2 (en) | 2000-03-14 | 2001-03-13 | Microscopic geometry measuring device |
| DE10112316A DE10112316A1 (de) | 2000-03-14 | 2001-03-14 | Mikrostrukturmessgerät |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000070216A JP2001264050A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 微細形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264050A true JP2001264050A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=18588984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000070216A Pending JP2001264050A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 微細形状測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6604295B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001264050A (ja) |
| DE (1) | DE10112316A1 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002323312A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Mitsutoyo Corp | 高精度移動機構 |
| JP2003075322A (ja) * | 2001-09-07 | 2003-03-12 | Mitsutoyo Corp | プローブ |
| US6675637B2 (en) | 2001-10-10 | 2004-01-13 | Mitutoyo Corporation | Touch sensor |
| JP2004340710A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Omron Corp | 厚み検出センサ |
| JP2005512100A (ja) * | 2001-12-06 | 2005-04-28 | ビーコ インストルメンツ インコーポレイテッド | 力走査型プローブ顕微鏡 |
| JP2006170971A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-29 | Korea Electronics Telecommun | 駆動ヘッド及びそれを備えた個人用原子顕微鏡 |
| JP2007309684A (ja) * | 2006-05-16 | 2007-11-29 | Mitsutoyo Corp | 測定制御装置、表面性状測定装置、および、測定制御方法 |
| US7814779B2 (en) | 2006-06-06 | 2010-10-19 | Mitutoyo Corporation | Surface texture measuring instrument |
| CN103776347A (zh) * | 2012-10-18 | 2014-05-07 | 株式会社三丰 | 杠杆头 |
| CN109664001A (zh) * | 2017-10-13 | 2019-04-23 | 玛珂系统分析和开发有限公司 | 一种用于定位工具的定位装置 |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6678964B2 (en) * | 2001-10-11 | 2004-01-20 | Robert Bosch Gmbh | Tracer device |
| EP1518101A4 (en) * | 2002-07-03 | 2008-03-19 | Midwest Research Inst | RESPONSE TEST SYSTEM |
| US6859756B2 (en) * | 2002-09-06 | 2005-02-22 | Red X Holdings Llc | Diagnostic method for manufacturing processes |
| JP3795008B2 (ja) * | 2002-11-28 | 2006-07-12 | アサ電子工業株式会社 | タッチセンサ |
| JP3967274B2 (ja) * | 2003-02-27 | 2007-08-29 | 株式会社ミツトヨ | 測定装置 |
| FR2853056B1 (fr) * | 2003-03-28 | 2005-07-15 | Snecma Moteurs | Dispositif et procede de mesure de profil |
| GB0501690D0 (en) | 2005-01-27 | 2005-03-02 | Renishaw Plc | Articulating device |
| JP4783575B2 (ja) * | 2005-03-24 | 2011-09-28 | シチズンホールディングス株式会社 | 接触式変位測長器 |
| DE102005034515B4 (de) * | 2005-07-20 | 2019-06-19 | Immobiliengesellschaft Helmut Fischer Gmbh & Co. Kg | Messstativ zur Aufnahme einer Messvorrichtung |
| JP4909548B2 (ja) * | 2005-09-01 | 2012-04-04 | 株式会社ミツトヨ | 表面形状測定装置 |
| GB0521076D0 (en) * | 2005-10-17 | 2005-11-23 | Anglo Baltic Holdings Ltd | Measurement of micromovements |
| US9421598B2 (en) * | 2006-05-31 | 2016-08-23 | Technomark | Impact detection marker device and a corresponding process method |
| WO2008011879A1 (de) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | Jpk Instruments Ag | Vorrichtung und verfahren für eine sondenmikroskopische untersuchung einer probe |
| GB0620196D0 (en) * | 2006-10-11 | 2006-11-22 | Metryx Ltd | Measuring apparatus |
| GB0804629D0 (en) * | 2008-03-12 | 2008-04-16 | Finlan Martin F | Imaging apparatus & method |
| EP2120037B1 (en) * | 2008-05-16 | 2017-01-25 | Mitutoyo Corporation | Measuring probe for a scanning microscope and method of operation thereof |
| EP2120036B1 (en) * | 2008-05-16 | 2012-07-18 | Mitutoyo Corporation | Measuring probe having one or more support elements for a measuring instrument |
| EP2163906B1 (en) | 2008-09-16 | 2014-02-26 | Mitutoyo Corporation | Method of detecting a movement of a measuring probe and measuring instrument |
| JP5711662B2 (ja) * | 2008-10-14 | 2015-05-07 | プロクシュ，ロジャー | 高精度位置測定用の一体化マイクロアクチュエータおよび線形可変差動変圧器 |
| EP2211187B1 (en) | 2009-01-14 | 2013-10-02 | Mitutoyo Corporation | Method of actuating a system, apparatus for modifying a control signal for actuation of a system and method of tuning such an apparatus |
| US7784195B1 (en) * | 2009-02-20 | 2010-08-31 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method of displaying contours of a surface of a bearing |
| DE102009020294A1 (de) * | 2009-05-07 | 2010-11-18 | Mahr Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Messung eines Oberflächenprofils |
| US20110099830A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Siltronic Corporation | Tool positioning system |
| CN103542828A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-01-29 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 用于测量的开环定位装置及误差消除方法 |
| FR3039280B1 (fr) * | 2015-07-22 | 2019-05-17 | Vmicro S.A.S | Sonde pour microscopie a force atomique a faible encombrement et microscope a force atomique comprenant une telle sonde |
| JP7094821B2 (ja) * | 2018-08-06 | 2022-07-04 | 株式会社ミツトヨ | 形状測定装置 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5857681B2 (ja) * | 1978-12-22 | 1983-12-21 | 株式会社井上ジャパックス研究所 | 精密測定装置 |
| JPS57190206A (en) * | 1981-05-19 | 1982-11-22 | Toshiba Corp | Digital position detecting device |
| DE3136504C2 (de) * | 1981-09-15 | 1986-11-13 | Höfler, Willy, Prof. Dr.-Ing., 7500 Karlsruhe | Gerät zum Prüfen der Flankenform und Flankenrichtung von gerade- oder schrägverzahnten Evolventen-Zahnrädern |
| JPS6186601A (ja) * | 1984-10-05 | 1986-05-02 | Hitachi Ltd | 核燃料酸化膜厚測定装置 |
| JPH0213542A (ja) * | 1988-06-29 | 1990-01-17 | Ricoh Co Ltd | 用紙を使用する装置の手差し用紙挿入部 |
| DE4013742C2 (de) * | 1990-04-28 | 1994-06-30 | Focus Mestechnik Gmbh & Co Kg | Abtastkopf für eine Maschine zum Ausmessen der Mikrooberflächenkontur von Werkstücken |
| GB2263338B (en) * | 1992-01-08 | 1995-06-14 | Rank Taylor Hobson Ltd | Metrological apparatus |
| JP3270165B2 (ja) * | 1993-01-22 | 2002-04-02 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 表面分析及び加工装置 |
| US5705741A (en) * | 1994-12-22 | 1998-01-06 | Tencor Instruments | Constant-force profilometer with stylus-stabilizing sensor assembly, dual-view optics, and temperature drift compensation |
| EP0858015B1 (en) * | 1997-02-10 | 2003-05-07 | Mitutoyo Corporation | Measuring method and measuring instrument with a trigger probe |
| JPH11272451A (ja) | 1998-03-19 | 1999-10-08 | Hitachi Information Systems Ltd | ソフトウェアのインストール制御システムと方法およびそのプログラムを記録した記録媒体 |
| JP3401444B2 (ja) * | 1998-12-15 | 2003-04-28 | 株式会社ミツトヨ | 微細形状測定装置 |
| JP2000199710A (ja) * | 1999-01-06 | 2000-07-18 | Mitsutoyo Corp | タッチ信号プロ―ブの接触部位検出構造 |
| EP1024341A1 (en) * | 1999-01-29 | 2000-08-02 | Renishaw plc | Probe with vibration damped stylus |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000070216A patent/JP2001264050A/ja active Pending
-
2001
- 2001-03-13 US US09/805,309 patent/US6604295B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-03-14 DE DE10112316A patent/DE10112316A1/de not_active Withdrawn
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4689869B2 (ja) * | 2001-04-26 | 2011-05-25 | 株式会社ミツトヨ | 高精度移動機構 |
| JP2002323312A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Mitsutoyo Corp | 高精度移動機構 |
| JP4676658B2 (ja) * | 2001-09-07 | 2011-04-27 | 株式会社ミツトヨ | プローブ |
| JP2003075322A (ja) * | 2001-09-07 | 2003-03-12 | Mitsutoyo Corp | プローブ |
| US6675637B2 (en) | 2001-10-10 | 2004-01-13 | Mitutoyo Corporation | Touch sensor |
| JP2005512100A (ja) * | 2001-12-06 | 2005-04-28 | ビーコ インストルメンツ インコーポレイテッド | 力走査型プローブ顕微鏡 |
| JP2004340710A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Omron Corp | 厚み検出センサ |
| JP2006170971A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-29 | Korea Electronics Telecommun | 駆動ヘッド及びそれを備えた個人用原子顕微鏡 |
| JP2007309684A (ja) * | 2006-05-16 | 2007-11-29 | Mitsutoyo Corp | 測定制御装置、表面性状測定装置、および、測定制御方法 |
| US7814779B2 (en) | 2006-06-06 | 2010-10-19 | Mitutoyo Corporation | Surface texture measuring instrument |
| US8549899B2 (en) | 2006-06-06 | 2013-10-08 | Mitutoyo Corporation | Surface texture measuring instrument |
| US8573036B2 (en) | 2006-06-06 | 2013-11-05 | Mitutoyo Corporation | Surface texture measuring instrument |
| CN103776347A (zh) * | 2012-10-18 | 2014-05-07 | 株式会社三丰 | 杠杆头 |
| CN109664001A (zh) * | 2017-10-13 | 2019-04-23 | 玛珂系统分析和开发有限公司 | 一种用于定位工具的定位装置 |
| US10886150B2 (en) | 2017-10-13 | 2021-01-05 | Weber Machinenbau GmbH Breidenbach | Positioning apparatus |
| CN109664001B (zh) * | 2017-10-13 | 2021-08-10 | 玛珂系统分析和开发有限公司 | 一种用于定位工具的定位装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6604295B2 (en) | 2003-08-12 |
| US20020124427A1 (en) | 2002-09-12 |
| DE10112316A1 (de) | 2001-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001264050A (ja) | 微細形状測定装置 | |
| KR101440450B1 (ko) | 고속 주사 탐침 현미경 구성요소의 능동 댐핑 | |
| JP3401444B2 (ja) | 微細形状測定装置 | |
| JP3511361B2 (ja) | 走査プローブ顕微鏡 | |
| JP3653602B2 (ja) | 磁気ディスク装置 | |
| Bergander et al. | Micropositioners for microscopy applications based on the stick-slip effect | |
| JP4557466B2 (ja) | 接触式プローブ | |
| KR20040036732A (ko) | 기계적 충격 민감성 저감 장치, 로컬 탐침 저장 장치,위치 설정 트랜스듀서 및 탐침 이미징 시스템 | |
| JP5009564B2 (ja) | 表面追従型測定器 | |
| EP2304481A2 (en) | Apparatus and method for the deflection of electromagnetic radiation, in particular of a laser beam | |
| JP3602434B2 (ja) | 高精度移動機構 | |
| KR100971467B1 (ko) | 탐침의 강도를 가변하는 장치와 이를 이용한 전기기계장치 | |
| JP2002090134A (ja) | 微細形状測定装置 | |
| Yong et al. | A z-scanner design for high-speed scanning probe microscopy | |
| JP4220917B2 (ja) | フレッチング摩耗評価装置 | |
| US7690046B2 (en) | Drive stage for scanning probe apparatus, and scanning probe apparatus | |
| JP2883952B2 (ja) | 微小プローブ接近装置 | |
| US8028343B2 (en) | Scanning probe microscope with independent force control and displacement measurements | |
| JPH07243846A (ja) | 変位測定プローブ | |
| Voigtländer et al. | Atomic Force Microscopy Designs | |
| JP4676658B2 (ja) | プローブ | |
| JPH087135B2 (ja) | 表面特性測定装置 | |
| JP3428403B2 (ja) | フリクション・フォース・プローブ顕微鏡およびフリクション・フォース・プローブ顕微鏡を用いた原子種や材料の同定方法 | |
| JP2001074441A (ja) | 表面性状測定プローブ | |
| JP2004069445A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050729 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050802 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050913 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060228 |