JP2003520950A - 測定値記録をトリガするための位置発生器を用いた走査方法 - Google Patents

測定値記録をトリガするための位置発生器を用いた走査方法

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JP2003520950A
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JP2001554016A
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ヴァレンティン ユルゲン
グリガート マルクス
シュライアー ハンス−ヘルマン
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オーエム エンジニアリング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/30—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring roughness or irregularity of surfaces

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Abstract

(57)【要約】 顕微鏡的分解能による表面トポロジーの測定にあたり、搬送運動のスタートがソフトウェア命令（２，３）によって指示される。離散した位置間隔で位置発生器を介してトリガパルスが生成され、これはセンサ（１）における測定値記録のトリガに用いられる。得られた測定値は格納され、ついで非同期でコントローラ（４）に伝送される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、測定方法たとえば顕微鏡的分解能による表面トポロジーの測定方法
に関する。この場合、測定センサおよび検出すべきサンプルがｘｙ方向で互いに
相対的に搬送され、該搬送の動きはセンサ測定値を受け取るコントローラにより
制御され、センサおよび搬送運動のスタート後、規定の間隔でセンサの読み出し
が行われ、プロフィル方向に対し垂直に位置する次元で互いに位置のずらされて
いる個々の検出プロフィルが、測定完了後に１つの測定平面にまとめられる。
【０００２】 さらに本発明は、この方法を実施するための装置に関する。この場合、サンプ
ル表面の上方に配置された間隔センサとサンプル支持体が設けられており、これ
らは互いに相対的にｘｙ方向でモータにより搬送され、搬送運動制御装置とコン
トローラが設けられており、該コントローラは一方ではセンサ測定値記録用のセ
ンサと接続されており、他方では搬送運動制御装置と接続されている。
【０００３】 この種の表面測定装置は、顕微鏡的分解能で工業技術的な表面検査のために用
いられる。このような検査では、あるサンプルにおける規定の個所で表面の高さ
を測定することができる。これに加えて測定装置にはさらに、精密な座標制御装
置が備えられている。この装置はマイクロストラクチャ技術のあらゆる分野で適
用される。センサの局所分解能は１μｍのオーダにある。
【０００４】 従来の技術によれば、高さプロフィルないしは高さ断面の測定のためサンプル
を支持するテーブルが連続的な動きで２つの位置の間を動かされ、その際に同時
に規定のタイムインターバルでセンサの読み出しが行われる。
【０００５】 この場合、ソフトウェアスタート信号によって、テーブルとセンサが少し相前
後してスタートさせられる。両方の次元で関連し合う位置領域を測定するため、
プロフィル方向ないし断面方向に対し垂直な次元で互いに位置のずらされている
個々のプロフィルが、測定完了後に１つの測定平面にまとめられる。
【０００６】 このようにして測定されたプロフィルにおいて互いに隣り合う測定点ｄｘの間
隔は、以下のように表すことができる： ｄｘ＝ｖ*ｄｔ したがって搬送速度ｖが一定であるものとし、タイムインターバルｄｔで値が
測定されるならば、ｉ番目の測定点の位置ｘは以下のようにしてあとから求めら
れる（スタート点を基準点とみなす）： Ｘ（ｉ）＝ｉ*ｄｘ このような公知の方法の問題点は、テーブルとセンサ読み出しのスタートに対
し一定の遅延時間が生じないことである。その理由として、テーブル制御装置と
センサはコントローラによってソフトウェア的に制御されること、そのコントロ
ーラは一般にリアルタイムシステムではないことが挙げられる。このことからス
タート点の位置が不精確になる。
【０００７】 このような位置の不精確さは、時間に関連する設計ゆえに上述の式に従い速度
に比例する。高い限界周波数ゆえにかなり高速に（つまりかなり短いタイムイン
ターバルで）読み出すことのできるセンサであると、局所分解能がそのままでも
いっそう高い搬送速度ｖが許される。しかしながらそれによって問題点の影響を
大きくなる。さらに困難な点は、搬送速度ｖが一定ではないことである。
【０００８】 この場合、上述の式に従い位置の不精確さが発生する。一定でないことの理由
はとりわけ質量慣性に起因するテーブルの加速特性にあり、これはテーブル制御
装置の側で加速度ならびに制動についてのランプ関数によって考慮しなければな
らない。
【０００９】 したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式の方法において、位置に関連す
る測定信号の測定にあたり位置の精度を改善することにある。
【００１０】 本発明によればこの課題は請求項１の特徴部分に記載の構成に従い、以下のよ
うにして解決される。すなわち、搬送運動をスタートさせるためソフトウェア命
令によって搬送制御を指示し、離散した一定の位置間隔で搬送中の部材から位置
を発生するトリガパルスを、位置に関連づけられたセンサの読み出しのために取
り出し、そのようにして得られた基本信号から電子的なデータ処理により、それ
自体位置に関連づけられた導出信号を生成し、該導出信号をセンサにおける測定
値記録のトリガに用い、得られた測定値を格納し、ついで非同期でコントローラ
へ伝送することにより解決される。
【００１１】 上記の課題は装置に関しては請求項２の特徴部分に記載の構成に従い、以下の
ようにして解決される。すなわち、搬送可能な部材に位置発生器が設けられてお
り、該位置発生器の信号は、センサの前段に接続されかつ搬送制御装置の後段に
接続さたインタフェースにより、前記センサの測定値記録をトリガするため位置
に関連づけられて導出されたトリガ信号に変換され、方向に依存する位置増分値
がメモリ内に累積され、プログラミングロジックにより方向が識別されることに
より解決される。
【００１２】 このように冒頭で言及した問題点は本発明によれば、センサインタフェースを
介在接続し位置信号を取り出すことで搬送運動のためのスタート信号だけしか必
要としないようにした構成により回避している。
【００１３】 規定されたタイムインターバルでコントローラへ供給される測定値の代わりに
、本発明の方法によれば求められた測定値を非同期で読み出すことができる。
【００１４】 有利には、ｘｙ方向で搬送可能なテーブルの上にサンプルが配置されている。
とはいえセンサを搬送可能とすることも考えられる（請求項４）。
【００１５】 しかしながら以下では、搬送可能なテーブルの実例に基づき本発明について説
明する。
【００１６】 位置間隔が離散しかつ一定である位置を表すトリガパルスを取り出すため、増
分形の角度符号化器がテーブルに設けられており、詳細にはこれはモータの対応
する軸に設けられていて、測定プロフィルないしは測定断面の搬送方向はこのモ
ータの方向に該当する。
【００１７】 しかしこれに対し択一的に、増分形のまたは絶対的に測定を行う位置発生器を
テーブルにじかに取り付けることもでき、これは有利にはいわゆるガラススケー
ルである。
【００１８】 位置発生器から得られた基本信号（１次信号）は電子的なデータ処理により導
出信号に変換され、これ自体は位置に関連づけられている。この目的でたとえば
プログラミング可能なマイクロコントローラが使用される。このようなマイクロ
コントローラをテーブル制御装置の一部分としてもよい。導出された信号は（増
分だけでなく）絶対的な位置測定のために用いられる。
【００１９】 なお、「導出された」信号とは、ディジタル信号として存在している入力信号
から電子的なディジタル回路技術によっても生成されるしマイクロプロセッサの
プログラミングによっても生成される信号、と捉えることができる。したがって
たとえば、ｎ番目のパルスごとにしか測定値信号のトリガが行われないよう基本
信号のディジタル分周を行うことができる（ここでｎ＞１）。
【００２０】 データ処理にあたってはプログラミングロジックのほかメモリロジックも前提
として必要とし、これは絶対的な位置測定には方向に依存する位置の増分の累積
が必要とされるためである。方向の識別はプログラミングロジック内で行われる
。
【００２１】 次に、図面を参照しながら本発明について説明する。
【００２２】 図面 図１は表面測定装置の回路構成概略図であり、図２は従来技術による回路構成
の概略図である。
【００２３】 図２には、従来技術による表面測定装置の構造が略示されている。これは基本
的に間隔センサ１（有利にはレーザスポットセンサ）と搬送テーブル３のｘｙ方
向での搬送運動用の制御装置２から成り、搬送テーブル３の上に検出すべきサン
プルが配置されている。センサ１はサンプル上方に固定的に配置されている。上
にサンプルの置かれたテーブル３は連続的な動きで２つの位置の間を移動し、そ
の際に同時に規定のタイムインターバルでセンサの読み出しが行われる。さらに
測定値が規定されたタイムインターバルでコントローラ４（たとえばＰＣ）へ伝
送される。コントローラ４はスタート信号をセンサ１と制御装置２へそれぞれ送
る。このためテーブルとセンサは少し相前後してスタートさせられる。
【００２４】 この場合、搬送速度ｖが一定であるものとすれば、規定されたタイムインター
バルで値が測定されると位置間隔をあとから対応づけることができる。
【００２５】 図１には、本発明による表面測定装置の構成概略図が描かれている。この測定
装置と公知の測定値が基本的に異なる点は、制御装置１とセンサ１との間にセン
サインタフェース５が介在接続されており、これによってコントローラ４は制御
装置だけにスタート信号を送出することになる。
【００２６】 テーブル３において（たとえば角度符号化器やテーブル３に配置されたガラス
スケールなどにより）継続的に位置信号が取り出され、それらの信号は制御装置
を介してインタフェース５へ供給される。このインタフェースにおいて位置信号
（基本信号）が導出信号に変換され、これはセンサの測定値記録をトリガするた
めに用いられる。この目的でインタフェース５はプログラミングロジックのほか
にメモリロジックも有しており、そこにおいて絶対的な位置測定のため方向に依
存する位置増分値が合計される。プログラミングロジックはたとえば、方向識別
のために必要とされる。ついで格納された測定値は非同期でコントローラ４へ伝
送される。
【００２７】 このようにすることで（つまり導出された信号を用いた絶対的な位置測定によ
り）図２に示した方法に比べ、位置に関連する測定信号の測定にあたり位置の精
度が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 表面測定装置の回路構成概略図である。
【図２】 従来技術による回路構成の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−ヘルマン シュライアー ドイツ連邦共和国 オルデンブルク アウ グスト−ヴェークマン−シュトラーセ ７ Ｆターム(参考） 2F065 AA06 FF67 GG04 HH04 MM01 PP12 UU06 2F069 AA03 AA57 GG59 HH09 HH30 JJ14 MM24

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 測定方法たとえば顕微鏡的分解能による表面トポロジーの測
    定方法であって、 測定センサおよび検出すべきサンプルがｘｙ方向で互いに相対的に搬送され、 該搬送の動きはセンサ測定値を受け取るコントローラにより制御され、 センサおよび搬送運動のスタート後、規定の間隔でセンサの読み出しが行われ
    、プロフィル方向に対し垂直に位置する次元で互いに位置のずらされている個々
    の検出プロフィルが、測定完了後に１つの測定平面にまとめられる形式の測定方
    法において、 搬送運動をスタートさせるためソフトウェア命令によって搬送制御を指示し、 離散した一定の位置間隔で搬送中の部材から位置を発生するトリガパルスを、
    位置に関連づけられたセンサの読み出しのために取り出し、 そのようにして得られた基本信号から電子的なデータ処理により、それ自体位
    置に関連づけられた導出信号を生成し、 該導出信号をセンサにおける測定値記録のトリガに用い、 得られた測定値を格納し、ついで非同期でコントローラへ伝送することを特徴
    とする、 測定方法。
  2. 【請求項２】 サンプル表面の上方に配置された間隔センサとサンプル支持
    体が設けられており、これらは互いに相対的にｘｙ方向でモータにより搬送され
    、 搬送運動制御装置とコントローラが設けられており、該コントローラは一方で
    はセンサ測定値記録用のセンサと接続されており、他方では搬送運動制御装置と
    接続されている、 請求項１記載の方法を実施するための装置において、 搬送可能な部材（１，３）に位置発生器が設けられており、該位置発生器の信
    号は、センサ（１）の前段に接続されかつ搬送制御装置（２）の後段に接続さた
    インタフェースにより、前記センサ（１）の測定値記録をトリガするため位置に
    関連づけられて導出されたトリガ信号に変換され、 方向に依存する位置増分値がメモリ内に累積され、プログラミングロジックに
    より方向が識別されることを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 前記サンプルはｘｙ方向で搬送可能なテーブル（３）の上に
    配置されている、請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記センサ（１）はｘｙ方向で搬送可能である、請求項２記
    載の装置。
  5. 【請求項５】 搬送可能な部材（１，３）において位置を発生するトリガパ
    ルスを取り出すため、増分形角度符号化器が設けられており、該角度符号化器は
    モータの軸に取り付けられていて、測定プロフィルの搬送方向はモータの方向に
    該当する、請求項２から４のいずれか１項記載の装置。
  6. 【請求項６】 搬送可能な部材（１，３）自体において位置を発生するトリ
    ガパルスを取り出すため、増分形のまたは絶対的に測定を行う位置発生器が取り
    付けられている、請求項２から４のいずれか１項記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記位置発生器はガラススケールである、請求項６記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 基本信号導出のために設けられたインタフェース（８）は、
    プログラミング可能であり記憶を行うマイクロコントローラを有している、請求
    項２記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記マイクロコントローラは搬送制御装置（２）の一部分で
    ある、請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記コントローラ（４）はＰＣである、請求項２から９の
    いずれか１項記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記センサ（１）は光学的に動作するセンサである、請求
    項２から１０のいずれか１項記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記センサはレーザスポットセンサである、請求項１１記
    載の装置。
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