JP2005214880A - Instrument and method for measuring surface shape - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定面上でプローブを走査させて、被測定物の表面形状を測定する表面形状測定装置、及び表面形状測定方法に関する。 The present invention relates to a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method for measuring the surface shape of an object to be measured by scanning a probe on the surface to be measured.
従来、被測定物の表面形状を測定する装置として表面形状測定装置がある。この表面形状測定装置は、被測定面上をプローブ又はカンチレバーを走査させて、例えば、光学部品や金型などの表面形状を測定する。このような表面形状測定装置としては、例えば、次の特許文献１に記載の表面形状測定装置がある。
特許文献１に記載の表面形状測定装置は、図１１に示すように、プローブ（触針）１０１と、ピックアップ１０２と、ステージ（シャフト）１０３と、プローブ１０１を測定方向（Ｘ方向）に移動させる駆動部１０４と、処理部１０５を有している。
ここで、プローブ１０１はＺ方向に移動し、被測定物１０６の被測定面の凹凸を検出する。ピックアップ１０２はプローブ１０１を揺動自在に支持し、プローブ１０１のＺ方向の変位信号を処理部１０５に出力する。ステージ１０３は、ピックアップ１０２をステージ１０３の軸方向（Ｘ方向）に移動させるように構成されている。これにより、ピックアップ１０２のプローブ１０１が、被測定物１０６の表面上を直線移動する。駆動部１０４は、例えば回転モータとボールネジの組み合わせ、あるいはリニアモータなどの直動モータから構成される駆動系を有している。この駆動系を制御することにより、ステージ１０３をＸ方向に移動させる。
このように構成された表面形状測定装置では、プローブ１０１を被測定物１０６の表面上で移動させ、そのときのプローブ１０１の変位により表面形状を測定する。
As shown in FIG. 11, the surface shape measuring apparatus described in Patent Document 1 moves the probe (stylus) 101, the pickup 102, the stage (shaft) 103, and the probe 101 in the measurement direction (X direction). A driving unit 104 and a processing unit 105 are included.
Here, the probe 101 moves in the Z direction, and detects the unevenness of the measurement target surface of the measurement object 106. The pickup 102 supports the probe 101 in a swingable manner, and outputs a displacement signal of the probe 101 in the Z direction to the processing unit 105. The stage 103 is configured to move the pickup 102 in the axial direction (X direction) of the stage 103. Thereby, the probe 101 of the pickup 102 moves linearly on the surface of the object to be measured 106. The drive unit 104 has a drive system composed of, for example, a combination of a rotary motor and a ball screw, or a linear motion motor such as a linear motor. By controlling this drive system, the stage 103 is moved in the X direction.
In the surface shape measuring apparatus configured as described above, the probe 101 is moved on the surface of the object 106 to be measured, and the surface shape is measured by the displacement of the probe 101 at that time.
しかしながら、この表面形状測定装置では、駆動部１０４内部の回転モータあるいは直動モータを駆動することにより、ステージ１０３をＸ方向に移動させている。これらモータは、それ自身が振動の発生源となる。このため、被測定物１０６の表面形状を測定中に、駆動部１０４内部のモータの振動が、測定データにノイズとして加わってしまう。このノイズは、被測定物の表面形状のみのデータと分離することが難しいため、正確な表面形状の測定ができない。 However, in this surface shape measuring apparatus, the stage 103 is moved in the X direction by driving a rotary motor or a linear motor in the drive unit 104. These motors themselves are sources of vibration. For this reason, during measurement of the surface shape of the device under test 106, the vibration of the motor inside the drive unit 104 is added to the measurement data as noise. Since it is difficult to separate this noise from the data of only the surface shape of the object to be measured, it is impossible to accurately measure the surface shape.
本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、振動のノイズを低減し、被測定物の表面の形状を高精度に測定できる表面形状測定装置、及び表面形状測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and reduces the vibration noise and can measure the surface shape of the object to be measured with high accuracy, and the surface shape measurement. It aims to provide a method.
上記目的を達成するため、本発明による表面形状測定装置は、被測定物に対向配置されたプローブと、該プローブを移動させるプローブ移動機構と、前記プローブの位置を測定する測長器と、該測長器からの信号を処理する処理部を備えた表面形状測定装置であって、前記プローブ移動機構が、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内で前記プローブを第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の副移動機構と、前記プローブを前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させるための第２の副移動機構を備え、前記第２の副移動機構が、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αが鋭角となるように設けられていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a surface shape measuring apparatus according to the present invention comprises a probe arranged opposite to a measurement object, a probe moving mechanism for moving the probe, a length measuring device for measuring the position of the probe, A surface shape measuring apparatus including a processing unit that processes a signal from a length measuring device, wherein the probe moving mechanism includes a Z 1 axis that is a vertical coordinate axis and an X 1 axis that is a horizontal coordinate axis. A first sub-movement mechanism that linearly moves the probe in a first direction (Z 2 axis direction) in a plane; and a linear movement of the probe in a second direction (X 2 axis direction) in the XZ plane. The second sub moving mechanism is provided such that the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis is an acute angle.
また、本発明による表面形状測定方法は、プローブを被測定物に対向配置する工程と、前記プローブを移動する工程と、測長器で前記プローブの位置を測定する工程と、前記測長器からの信号を処理する工程を具備し、前記プローブを移動する工程が、前記プローブを、第１の副移動機構を介して、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内で第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の移動工程と、前記プローブを、第２の副移動機構を介して、前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させる第２の移動工程とを有し、該第２の移動工程において、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αが鋭角となるように、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とを位置決めすることを特徴としている。 Further, the surface shape measuring method according to the present invention includes a step of placing a probe facing an object to be measured, a step of moving the probe, a step of measuring the position of the probe with a length measuring device, and the length measuring device. The step of moving the probe includes the step of moving the probe via the first sub-movement mechanism, the Z 1 axis which is the vertical coordinate axis and the X 1 which is the horizontal coordinate axis. a first moving step of linearly moving in a first direction within the XZ plane including the axis (Z 2 axial direction), the probe, through the second sub-moving mechanism, the second in the XZ plane A second movement step of linearly moving in the direction (X 2 axis direction), and in the second movement step, an angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis is an acute angle. The X 1 axis and the X 2 axis are positioned.
本発明の表面形状測定装置、及び表面形状測定方法によれば、測定中に駆動部内部の動力源であるモータにより生じる振動のノイズを低減し、被測定物の表面の形状を高精度に測定できる。 According to the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method of the present invention, the noise of vibration generated by the motor that is the power source inside the drive unit during measurement is reduced, and the shape of the surface of the object to be measured is measured with high accuracy. it can.
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる表面形状測定装置の基本原理を示す説明図である。ここで、Ｚ1軸は鉛直方向の座標軸で、Ｘ1軸は水平方向の座標軸である。また、Ｚ1軸及びＸ1軸は、ＸＺ平面内に含まれている。
本実施形態の表面形状測定装置は、被測定物２に対向配置されたプローブ４と、プローブ４を移動させるプローブ移動機構と、プローブ４の位置を測定する測長器（図示省略）と、該測長器からの信号を処理する処理部（図示省略）を備えている。
プローブ移動機構は、Ｚステージ３とエアースライド１を備えている。ここで、Ｚステージ３は第１の副移動機構であって、ＸＺ平面内で、プローブ４を第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる。このＺステージ３は、エアースライド１のステージ１Ａに設置されている。また、エアースライド１は第２の副移動機構であって、ＸＺ平面内で、プローブ４を第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させる。また、エアースライド１は、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αが鋭角となるように設けられている。
即ち、本実施形態の表面形状測定装置では、Ｚ1Ｘ1座標系において、プローブ４は、被測定物２の被測定面の形状に追従して動くようになっている。この構成では、エアースライド１のステージ１Ａの移動方向であるＸ2軸方向が、Ｘ1軸方向より角度αだけ傾斜している。そのため、ステージ１ＡとＺステージ３とプローブ４の自重により、傾斜方向（Ｘ2軸方向）に、ステージ１Ａが移動する力が発生する。そこで、本実施形態では、自重でこのＸ2軸方向に移動する力を、ステージ１Ａの動力としている。これにより、測定中のステージ１Ａを移動させるための動力源（モータのように自身が振動発生源となるもの）が不要となるので、振動によるノイズを無くすことができる。このため、被測定物２の表面形状を精度良く測定することができる。
このように、本発明の表面形状測定装置によれば、プローブをＸ2軸方向に移動するための動力源を必要としない。このため、動力源による振動が低減され、被測定物の表面形状を高精度に測定できる。
Prior to the description of the embodiments, the effects of the present invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory view showing the basic principle of a surface shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. Here, the Z 1 axis is a vertical coordinate axis, and the X 1 axis is a horizontal coordinate axis. Further, the Z 1 axis and the X 1 axis are included in the XZ plane.
The surface shape measuring apparatus according to the present embodiment includes a probe 4 disposed opposite to the object to be measured 2, a probe moving mechanism that moves the probe 4, a length measuring device (not shown) that measures the position of the probe 4, A processing unit (not shown) for processing a signal from the length measuring device is provided.
The probe moving mechanism includes a Z stage 3 and an air slide 1. Here, the Z stage 3 is a first sub-movement mechanism, and moves the probe 4 linearly in the first direction (Z 2 axis direction) in the XZ plane. The Z stage 3 is installed on the stage 1A of the air slide 1. The air slide 1 is a second sub-movement mechanism, and moves the probe 4 linearly in the second direction (X2-axis direction) in the XZ plane. The air slide 1 is provided so that an angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis is an acute angle.
That is, in the surface shape measuring apparatus of the present embodiment, the probe 4 moves following the shape of the surface to be measured 2 of the object 2 to be measured in the Z 1 X 1 coordinate system. In this configuration, the X 2 axis direction that is the moving direction of the stage 1A of the air slide 1 is inclined by an angle α from the X 1 axis direction. Therefore, due to the weight of the stage 1A and Z stage 3 and probe 4, the inclination direction (X 2 axial direction), the force stage 1A moves occurs. Therefore, in this embodiment, the moving force in the X 2 axis direction by its own weight, and a power stage 1A. This eliminates the need for a power source for moving the stage 1A being measured (such as a motor that itself becomes a vibration generation source), thereby eliminating noise due to vibration. For this reason, the surface shape of the DUT 2 can be measured with high accuracy.
Thus, according to the surface shape measuring apparatus of the present invention does not require a power source for moving the probe in the X 2 axis direction. For this reason, the vibration by a power source is reduced and the surface shape of a to-be-measured object can be measured with high precision.
また、本発明の表面形状測定装置においては、Ｚ2軸が、Ｚ1軸に対して平行であるのが好ましい。
このようにすれば、被測定物に対しＺ2軸は傾けていないので、測定データに対するＺ1方向への座標変換は不要となり、その分、処理が簡略化できる。
また、Ｚ2軸方向は、鉛直方向であり重力方向と同じである。そのため、被測定物の表面形状を測定時にプローブを移動させても、プローブのＸ2軸方向にかかるモーメント力は一定となる。よって、測定誤差や、装置剛性の影響を受けにくい構成になり、被測定物の表面形状を精度よく測定できる。
In the surface shape measuring apparatus of the present invention, it is preferable that the Z 2 axis is parallel to the Z 1 axis.
In this way, since the Z 2 axis is not inclined with respect to the object to be measured, coordinate conversion in the Z 1 direction with respect to the measurement data becomes unnecessary, and the processing can be simplified correspondingly.
Further, Z 2 axial direction is the same as a vertical direction of gravity. Therefore, even if the probe is moved at the time of measurement of the surface profile of the workpiece, the moment force applied to the X 2 axis direction of the probe becomes constant. Therefore, it becomes a structure which is hard to receive to the influence of a measurement error and apparatus rigidity, and can measure the surface shape of a to-be-measured object accurately.
また、本発明の表面形状測定装置においては、Ｚ2軸が、Ｘ2軸に対して垂直であるようにしてもよい。
このようにすれば、第１の副移動機構の移動方向と第２の副移動機構の移動方向とを直角に保ったまま、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを位置決めできる。よって、第１の副移動機構の移動方向を、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αに合わせて調整する必要がない。
In the surface shape measuring apparatus of the present invention, the Z 2 axis may be perpendicular to the X 2 axis.
In this way, it is possible to position the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis while keeping the movement direction of the first sub movement mechanism and the movement direction of the second sub movement mechanism at a right angle. Therefore, it is not necessary to adjust the moving direction of the first sub moving mechanism according to the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis.
また、本発明の表面形状測定装置においては、第２副移動機構を、支持機構により支持する。そして、この支持機構をＸ1軸方向に移動させることにより、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを調整可能となるようにするのが好ましい。
このようにすれば、第２副移動機構を支持する支持機構が移動することで、第２副移動機構のなす角αを任意の角度に調整することができる。また、なす角αが任意に調整可能になるので、プローブ走査速度をコントロールすることができる。このため、被測定物の形状に応じてプローブ走査速度をコントロールすることにより、高速高精度な測定が可能となる。
Moreover, in the surface shape measuring apparatus of this invention, a 2nd sub movement mechanism is supported by a support mechanism. Then, it is preferable that the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis can be adjusted by moving the support mechanism in the X 1 axis direction.
If it does in this way, the angle (alpha) which a 2nd sub moving mechanism makes can be adjusted to arbitrary angles by the support mechanism which supports a 2nd sub moving mechanism moving. Further, the angle α formed can be arbitrarily adjusted, so that the probe scanning speed can be controlled. For this reason, it is possible to perform high-speed and high-precision measurement by controlling the probe scanning speed in accordance with the shape of the object to be measured.
また、本発明の表面形状測定装置においては、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを調整可能な角度調整機構を備えるのが好ましい。
このようにすれば、プローブ走査速度をコントロールすることができる。このため、被測定物の形状に応じてプローブ走査速度をコントロールすることにより、高速高精度な測定が可能となる。
Further, the surface shape measuring apparatus of the present invention preferably comprises an adjustable angle adjusting mechanism the angle α between the X 1 axis and X 2 axis.
In this way, the probe scanning speed can be controlled. For this reason, it is possible to perform high-speed and high-precision measurement by controlling the probe scanning speed according to the shape of the object to be measured.
また、本発明の表面形状測定装置においては、角度調整機構を、回転部材で構成するのが好ましい。
このようにすれば、回転部材の回転により、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを変化させることができる。すなわち、（回転部材の回転角度）＝（なす角）の関係が成り立つことになる。このため、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αの角度制御処理を簡単に行うことができる。
Moreover, in the surface shape measuring apparatus of this invention, it is preferable to comprise an angle adjustment mechanism with a rotation member.
In this way, the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis can be changed by the rotation of the rotating member. That is, the relationship of (rotational angle of the rotating member) = (angle formed) is established. Therefore, the angle control process of the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis can be easily performed.
また、本発明の表面形状測定装置においては、角度調整機構を、Ｚ1軸方向の高さ調整が可能な複数個の調整機構で構成するのが好ましい。
このようにすれば、Ｚ1方向の高さ調整機構を複数個利用することで、装置の重心を低くしたままで、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角の角度調整が可能となる。また、角度調整機構において支持部位が多くなるので、装置が安定する。さらに、この機構は汎用の表面形状測定装置に導入することが容易である。
Further, the surface shape measuring apparatus of the present invention, the angle adjustment mechanism preferably constructed of a plurality of adjusting mechanisms capable of height adjustment of the Z 1 axial direction.
In this way, by using a plurality of height adjustment mechanisms in the Z 1 direction, it is possible to adjust the angle between the X 1 axis and the X 2 axis while keeping the center of gravity of the apparatus low. In addition, since the support portion is increased in the angle adjustment mechanism, the apparatus is stabilized. Furthermore, this mechanism can be easily introduced into a general-purpose surface shape measuring apparatus.
また、本発明の表面形状測定装置においては、角度調整機構は、除振機構を備えるのが好ましい。
角度調整機構に除振機能を取り付けることで、測定中のノイズ原因となる外部からの振動を低減することができる。このため、被測定物の表面形状を精度良く測定することができる。
Moreover, in the surface shape measuring apparatus of this invention, it is preferable that an angle adjustment mechanism is provided with a vibration isolating mechanism.
By attaching a vibration isolation function to the angle adjustment mechanism, it is possible to reduce external vibration that causes noise during measurement. For this reason, the surface shape of the object to be measured can be accurately measured.
また、本発明の表面形状測定装置においては、角度調整機構は、測定中にＸ1軸とＸ2軸とのなす角αの調整が可能となるように構成するのが好ましい。
このようにすれば、測定中に角度調整機構を駆動し、プローブの走査速度を変化させることができる。このようにすれば、接触角度が急なところだけ、プローブ走査速度を遅くするなどの調整を行うことが可能になる。その結果、被測定物の表面形状を高速高精度に測定できる。
In the surface shape measuring apparatus of the present invention, the angle adjusting mechanism is preferably configured so that the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis can be adjusted during measurement.
In this way, the angle adjustment mechanism can be driven during measurement to change the scanning speed of the probe. In this way, it is possible to perform adjustments such as reducing the probe scanning speed only where the contact angle is steep. As a result, the surface shape of the object to be measured can be measured with high speed and high accuracy.
また、本発明の表面形状測定方法では、プローブを被測定物に対向配置する工程と、前記プローブを移動する工程と、測長器で前記プローブの位置を測定する工程と、前記測長器からの信号を処理する工程を具備し、プローブを移動する工程が、プローブを、第１の副移動機構を介して、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内で第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の移動工程と、プローブを、第２の副移動機構を介して、前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させる第２の移動工程とを有し、第２の移動工程において、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αが鋭角となるように、Ｘ1軸とＸ2軸とを位置決めする。このようにすれば、プローブをＸ2軸方向に移動するための動力源（モータのように自身が振動発生源となるもの）を必要としない。このため、振動によるノイズが低減され、被測定物の表面形状を高精度に測定できる。 In the surface shape measuring method of the present invention, the step of disposing the probe to the object to be measured, the step of moving the probe, the step of measuring the position of the probe with a length measuring device, and the length measuring device The step of moving the probe includes the step of moving the probe to the Z 1 axis that is the vertical coordinate axis and the X 1 axis that is the horizontal coordinate axis via the first auxiliary movement mechanism. A first moving step of linearly moving in the first direction (Z 2 axis direction) within the XZ plane including the probe, and the second direction (X and a second moving step of linearly moving in two axial directions), in the second transfer step, as the angle between the X 1 axis and the X 2 axis α is an acute angle, the X 1 axis and X 2 Position the shaft. In this way, a power source for moving the probe in the X 2 axis direction (which itself, such as the motor is vibration generating source) do not require. For this reason, noise due to vibration is reduced, and the surface shape of the object to be measured can be measured with high accuracy.
また、本発明の表面形状測定方法においては、Ｚ2軸が、Ｚ1軸に対して平行であるのが好ましい。
このようにすれば、被測定物に対しＺ2軸は傾けていないので、測定データに対するＺ1軸方向への座標変換は不要で、処理が簡略化できる。
また、Ｚ2軸方向は、重力方向と同じである。そのため、プローブを移動させても、プローブのＸ2軸方向にかかるモーメント力は一定となる。よって、測定誤差や、装置剛性の影響を受けにくい構成になり、被測定物の表面形状を精度よく測定できる。
In the surface shape measurement method of the present invention, it is preferable that the Z 2 axis is parallel to the Z 1 axis.
In this way, since the Z 2 axis is not inclined with respect to the object to be measured, coordinate conversion in the Z 1 axis direction with respect to the measurement data is unnecessary, and the processing can be simplified.
Further, Z 2 axial direction, is the same as the direction of gravity. Therefore, even if the probe is moved, the moment force applied to the X 2 axis direction of the probe becomes constant. Therefore, it becomes a structure which is hard to receive to the influence of a measurement error and apparatus rigidity, and can measure the surface shape of a to-be-measured object accurately.
また、本発明の表面形状測定方法においては、Ｚ2軸が、Ｘ2軸に対して垂直であるようにしてもよい。
このようにすれば、第１の副移動機構の移動方向と第２の福移動機構の移動方向とを直角に保ったまま、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを位置決めできる。よって、第１の副移動機構の移動方向を、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αに合わせて調整する必要がない。
In the surface shape measuring method of the present invention, the Z 2 axis may be perpendicular to the X 2 axis.
In this way, the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis can be positioned while the moving direction of the first sub moving mechanism and the moving direction of the second fork moving mechanism are kept at a right angle. Therefore, it is not necessary to adjust the moving direction of the first sub moving mechanism according to the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis.
また、本発明の表面形状測定方法においては、Ｘ1軸とＸ2軸とのなす角αを調整する角度調整工程を備えるのが好ましい。
このようにすれば、プローブ走査速度をコントロールすることができる。そのため、被測定物の形状に応じてプローブ走査速度をコントロールすることにより、高速高精度な測定が可能となる。
In the surface shape measuring method of the present invention preferably comprises an angle adjustment step of adjusting the angle α between the X 1 axis and X 2 axis.
In this way, the probe scanning speed can be controlled. Therefore, high-speed and high-precision measurement is possible by controlling the probe scanning speed according to the shape of the object to be measured.
また、本発明の表面形状測定方法においては、角度調整工程では、測定中にＸ1軸とＸ2軸とのなす角αを調整するのが好ましい。
測定中に角度調整工程を実施すれば、プローブの走査速度を変化させることができる。このようにすれば、接触角度が急なところだけ、プローブ走査速度を遅くするなどの調整を行うことが可能になる。その結果、被測定物の表面形状を高速高精度に測定できる。なお、角度調整工程は、角度調整機構を駆動することによって実施できる。
In the surface shape measuring method of the present invention, it is preferable that the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis is adjusted during the measurement in the angle adjusting step.
If the angle adjustment step is performed during the measurement, the scanning speed of the probe can be changed. In this way, it is possible to perform adjustments such as reducing the probe scanning speed only where the contact angle is steep. As a result, the surface shape of the object to be measured can be measured with high speed and high accuracy. The angle adjustment step can be performed by driving the angle adjustment mechanism.
図２〜５に本発明の実施例１を示す。図２は本発明の実施例１にかかる表面形状測定装置の主要部を示す概略構成図、図３は実施例１にかかる表面形状測定装置の制御部を表すブロック図、図４は実施例１にかかる表面形状測定装置による測定手順を示すフローチャート、図５は実施例１の表面形状測定装置の一変形例を示す概略構成図である。
実施例１の表面形状測定装置２０では、図２に示すように、鉛直方向をＺ1軸方向、水平方向をＸ1軸方向とした座標系とする。
2 to 5 show Example 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a main part of the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, FIG. 3 is a block diagram illustrating a control unit of the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment, and FIG. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a modification of the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment.
As shown in FIG. 2, the surface shape measuring apparatus 20 according to the first embodiment uses a coordinate system in which the vertical direction is the Z 1 axis direction and the horizontal direction is the X 1 axis direction.
被測定物２は、定盤８の上に設置されている。プローブ４は、Ｚ1軸方向に可動するＺステージ３に設置されている。そして、プローブ４は、被測定物２の被測定面の形状に追従して動くようになっている。なお、プローブ４は、接触式プローブに限定されるものではなく、被測定物２に傷をつけないために非接触式の光プローブを用いてもよい。 The DUT 2 is installed on the surface plate 8. The probe 4 is installed on the Z stage 3 that is movable in the Z 1 axis direction. Then, the probe 4 moves so as to follow the shape of the surface to be measured of the device under test 2. The probe 4 is not limited to a contact type probe, and a non-contact type optical probe may be used so as not to damage the object 2 to be measured.
Ｚステージ３は、エアースライド１のステージ１Ａに設置されている。また、エアースライド１のステージ１Ａは、それぞれ長さの違う支持部材７Ａ及び７Ｂにより支持されている。また、ステージ１Ａは、Ｘ1軸に対して相対角度がαだけ傾斜したＸ2軸方向に支持されている。このステージ１Ａは、不図示のリニアモータにより、Ｘ2軸方向に沿って移動するようになっている。また、Ｚステージ３は、Ｚ1軸に対して平行に配置されている。そして、Ｚステージ３は、Ｚ2軸（Ｚ1＝Ｚ2）方向に移動するようになっている。
したがって、プローブ４とステージ１Ａは、Ｘ2軸方向及びＺ2軸方向に移動可能である。また、エアースライド１にはリニアスケール５が設けられ、Ｚステージ３にはリニアスケール６が設けられている。よって、プローブ４のＸ2軸方向及びＺ2軸方向の位置は、それぞれリニアスケール５及びリニアスケール６により測定されるようになっている。
The Z stage 3 is installed on the stage 1A of the air slide 1. The stage 1A of the air slide 1 is supported by support members 7A and 7B having different lengths. The stage 1A is a relative angle with respect to the X 1 axis is supported by the X 2 axis direction inclined by alpha. This stage 1A is a linear motor (not shown), and moves along the X 2 axis direction. The Z stage 3 is disposed in parallel to the Z 1 axis. The Z stage 3 moves in the Z 2 axis (Z 1 = Z 2 ) direction.
Therefore, the probe 4 and the stage 1A are movable in the X 2 axis direction and the Z 2 axis direction. The air slide 1 is provided with a linear scale 5, and the Z stage 3 is provided with a linear scale 6. Therefore, the positions of the probe 4 in the X 2 axis direction and the Z 2 axis direction are measured by the linear scale 5 and the linear scale 6, respectively.
図３は、実施例１の表面形状測定装置２０に用いられる処理部を表すブロック図である。この処理部は、表面形状測定装置２０と一体に設けても、別体に設けても構わない。
図３に示すように、処理部は、制御手段２１と、傾斜角制御手段２２と、記憶手段２３と、座標変換手段２４を備えている。
制御手段２１は、表面形状測定装置全体の制御を行うように構成されている。傾斜角制御手段２２は、エアースライド１の傾斜角αを制御して、プローブ走査速度の調整を行うように構成されている。記憶手段２３は、形状測定データ等の各種デ一タを記憶するように構成されている。座標変換手段２４は、形状測定データ等の座標変換を行うように構成されている。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a processing unit used in the surface shape measuring apparatus 20 according to the first embodiment. This processing unit may be provided integrally with the surface shape measuring apparatus 20 or may be provided separately.
As shown in FIG. 3, the processing unit includes a control unit 21, an inclination angle control unit 22, a storage unit 23, and a coordinate conversion unit 24.
The control means 21 is configured to control the entire surface shape measuring apparatus. The inclination angle control means 22 is configured to adjust the probe scanning speed by controlling the inclination angle α of the air slide 1. The storage means 23 is configured to store various data such as shape measurement data. The coordinate conversion means 24 is configured to perform coordinate conversion of shape measurement data and the like.
次に、実施例１の表面形状測定装置を用いた表面形状測定方法について、図４を用いて具体的に説明する。
実施例１の表面形状測定装置を用いた表面形状の測定では、まず、被測定物２を定盤８に設置し、位置決め固定する（ステップＳ１）。
ここで、エアースライド１は、上述のように、それぞれ長さの違う支持部材７Ａ及び７Ｂにより、傾斜角αで支持されている。そこで、支持部材７Ａ、７ＢのＸ1軸方向の位置を変化させることで、エアースライド１の傾斜角αを調整する（ステップＳ２）。ただし、傾斜角αを変化させると、プローブ４の被測定物２の表面形状を走査する速度が変化する。このため、傾斜角αは、プローブ４が被測定物２の表面形状に追従できる走査速度を考慮して決定する。
Next, the surface shape measuring method using the surface shape measuring apparatus of Example 1 will be specifically described with reference to FIG.
In the measurement of the surface shape using the surface shape measuring apparatus of Example 1, first, the device under test 2 is placed on the surface plate 8 and positioned and fixed (step S1).
Here, as described above, the air slide 1 is supported at the inclination angle α by the support members 7A and 7B having different lengths. Therefore, the support member 7A, by changing the X 1 in the axial position of 7B, to adjust the inclination angle α of the air slide 1 (step S2). However, when the inclination angle α is changed, the scanning speed of the surface shape of the object 2 to be measured of the probe 4 changes. For this reason, the inclination angle α is determined in consideration of the scanning speed at which the probe 4 can follow the surface shape of the DUT 2.
ここで、エアースライド１の傾斜角αとプローブ４の走査速度との関係、および傾斜角αの決め方について具体的に説明する。
傾斜角αを増加させると、その分、傾斜方向が重力方向に近づき、自重の傾斜方向成分が大きくなる。このため、プローブ走査速度が上がる。そこで、プローブ４と被測定面との接触角を設計式から算出し、最大接触角に対して、プローブ４が被測定物２の表面形状に追従できる最適なプローブ走査速度になるように傾斜角αを設定する。傾斜角αの設定は、始めに水平方向に対して角度の違う幾つかの平面を用意し、エアースライド１の傾斜角αを変化させてそれぞれ測定する。平面の角度の違いは、プローブ４の接触角度の違いに相当する。よって、各平面の角度に対する最適なエアースライド１の傾斜角αを調べておき、それを基準にして傾斜角αの設定を行う。
同時に、Ｚステージ３の移動方向が鉛直方向（Ｚ1軸方向）になるようＺステージ３を調整する（ステップＳ３）。
Here, the relationship between the inclination angle α of the air slide 1 and the scanning speed of the probe 4 and how to determine the inclination angle α will be specifically described.
When the inclination angle α is increased, the inclination direction becomes closer to the gravitational direction and the inclination direction component of its own weight increases. This increases the probe scanning speed. Therefore, the contact angle between the probe 4 and the surface to be measured is calculated from the design formula, and the inclination angle is set so that the probe 4 has an optimum probe scanning speed that can follow the surface shape of the object 2 to be measured with respect to the maximum contact angle. Set α. For setting the inclination angle α, first, several planes having different angles with respect to the horizontal direction are prepared, and the inclination angle α of the air slide 1 is changed to measure each. The difference in the plane angle corresponds to the difference in the contact angle of the probe 4. Therefore, the optimum inclination angle α of the air slide 1 with respect to the angle of each plane is examined, and the inclination angle α is set based on this.
At the same time, the Z stage 3 is adjusted so that the moving direction of the Z stage 3 becomes the vertical direction (Z 1 axis direction) (step S3).
さらに、不図示のリニアモータを介してステージ１Ａを駆動し、プローブ４を被測定物２の測定開始位置まで移動させる（ステップＳ４）。
そして、プローブ４を被測定物２の表面に接触させた状態で、ステージ１Ａを駆動するリニアモータの保持力を解除（電源ＯＦＦの状態に）する。すると、ステージ１ＡとＺステージ３とプローブ４の自重の傾斜方向（Ｘ2軸方向）成分を動力として、ステージ１Ａが移動する。この状態で、プローブ４のＸ2軸方向およびＺ2軸方向の位置を、リニアスケール５，６を介して測定する。このようにして、被測定物２の面形状データを、点列データ（ｘ2，ｚ2）として取得し、記憶手段２３に記憶する（ステップＳ５）。
Further, the stage 1A is driven via a linear motor (not shown), and the probe 4 is moved to the measurement start position of the device under test 2 (step S4).
Then, the holding force of the linear motor that drives the stage 1A is released (the power is turned off) while the probe 4 is in contact with the surface of the DUT 2. Then, the stage 1 </ b > A moves using the components of the inclination direction (X 2 axis direction) of the own weight of the stage 1 </ b > A, the Z stage 3, and the probe 4 as power. In this state, the positions of the probe 4 in the X 2 axis direction and the Z 2 axis direction are measured via the linear scales 5 and 6. In this way, the surface shape data of the DUT 2 is acquired as the point sequence data (x 2 , z 2 ) and stored in the storage means 23 (step S5).
本実施例では、ステージ１Ａは、不図示のリニアモータを介して測定開始位置まで移動（位置制御）させている。しかしながら、形状測定時には、リニアモータ駆動を停止（電源ＯＦＦ）して、リニアモータの保持力を開放している。すなわち、形状測定時には、リニアモータは駆動されていないので、振動を発生しない。 In this embodiment, the stage 1A is moved (position control) to a measurement start position via a linear motor (not shown). However, at the time of shape measurement, the linear motor drive is stopped (power supply OFF), and the holding force of the linear motor is released. That is, at the time of shape measurement, since the linear motor is not driven, no vibration is generated.
次に、座標変換手段２４を介して、ステップＳ５において取得した形状測定データ（ｘ2，ｚ2）を、エアースライド１の傾斜角αを用いて補正し、Ｘ1Ｚ1直交座標系の形状測定データ（ｘ2ｃｏｓα，ｚ2）に変換し、被測定物２の表面形状を評価する（ステップＳ６）。 Next, the shape measurement data (x 2 , z 2 ) acquired in step S5 through the coordinate conversion means 24 is corrected using the inclination angle α of the air slide 1, and the shape of the X 1 Z 1 orthogonal coordinate system is corrected. It converts into measurement data (x 2 cos α, z 2 ) and evaluates the surface shape of the DUT 2 (step S6).
実施例１の表面形状測定装置によれば、図２に示すように、エアースライド１を水平方向より角度αだけ傾斜させている。そして、このようにすることで発生するステージ１ＡとＺステージ３とプローブ４の自重の傾斜方向（Ｘ2軸方向）成分を、ステージ１Ａの動力として利用している。しかも、リニアモータは測定中は駆動されていない。そのため、本実施例の表面形状測定装置によれば、測定中、ステージ１Ａの駆動源であるリニアモータの振動を無くすことができる。そのため、被測定物２の面形状を精度良く測定することができる。 According to the surface shape measuring apparatus of the first embodiment, as shown in FIG. 2, the air slide 1 is inclined by an angle α from the horizontal direction. Then, the inclination direction (X 2 axial direction) component of self-weight of the stage 1A and Z stage 3 and probe 4 generated by doing so, is used as a power stage 1A. Moreover, the linear motor is not driven during measurement. Therefore, according to the surface shape measuring apparatus of the present embodiment, it is possible to eliminate the vibration of the linear motor that is the driving source of the stage 1A during the measurement. Therefore, the surface shape of the DUT 2 can be measured with high accuracy.
なお、実施例１の表面形状測定装置では、エアースライド１の傾斜角αを与えるのに、それぞれ長さの違う支持部材７Ａ，７Ｂを用いた。しかしながら、支持部材７Ａ及び７Ｂの代わりに、図５に示すように傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’を取り付けてもよい。
傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’は、Ｚ1軸方向に伸縮を調整できる部材である。傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’の高さを調整することで、傾斜角αを任意の角度に設定することができる。
In the surface shape measuring apparatus of Example 1, the support members 7A and 7B having different lengths were used to give the inclination angle α of the air slide 1. However, instead of the support members 7A and 7B, tilt angle adjustment mechanisms 7A ′ and 7B ′ may be attached as shown in FIG.
The tilt angle adjusting mechanisms 7A ′ and 7B ′ are members that can adjust expansion and contraction in the Z 1 axis direction. By adjusting the heights of the tilt angle adjusting mechanisms 7A ′ and 7B ′, the tilt angle α can be set to an arbitrary angle.
また、傾斜角度調整機構の代わりに、エアースライド１に、Ｙ軸方向を回転中心として回転する回転機構を取り付けても良い。この回転機構は、Ｙ軸方向（Ｘ1軸及びＺ1軸に直交する方向）を回転中心として回転する。この回転機構としては、例えば、エアースピンドルがある。このような回転機構を取り付けて、傾斜角αを任意の角度に設定するように構成してもよい。 Further, instead of the tilt angle adjustment mechanism, a rotation mechanism that rotates about the Y-axis direction as a rotation center may be attached to the air slide 1. This rotation mechanism rotates around the Y-axis direction (the direction perpendicular to the X 1 axis and the Z 1 axis) as the rotation center. An example of this rotating mechanism is an air spindle. Such a rotation mechanism may be attached and the inclination angle α may be set to an arbitrary angle.
図６〜１０に本発明の実施例２を示す。図６は本発明の実施例２にかかる表面形状測定装置の主要部を示す概略構成図、図７は実施例２にかかる表面形状測定装置による測定手順を示すフローチャート、図８は実施例２の表面形状測定装置の一変形例を示す概略構成図、図９は実施例２の表面形状測定装置の他の変形例を示す概略構成図、図１０は実施例２の表面形状測定装置のさらに他の変形例を示す概略構成図である。
実施例２の表面形状測定装置３０においても、実施例１の表面形状測定装置と同様に、鉛直方向をＺ1軸方向、水平方向をＸ1軸方向とする。
実施例２の表面形状測定装置３０は、実施例１の表面形状測定装置と比べて、Ｚステージ３’の移動軸（Ｚ2軸）がＸ2軸に対して直交している点が異なる。つまり、Ｚ2軸もＺ1軸に対して角度αだけ傾斜している。その他の構成は、実施例１の表面形状測定装置とほぼ同様である。なお、本実施例においても、プローブ４は、接触式プローブに限定されるものではなく、被測定物に傷をつけないために非接触式の光プローブを用いてもよい。
6 to 10 show a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a main part of the surface shape measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention, FIG. 7 is a flowchart showing a measurement procedure by the surface shape measuring apparatus according to the second embodiment, and FIG. FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing another modified example of the surface shape measuring apparatus of the second embodiment, FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing another modified example of the surface shape measuring apparatus of the second embodiment, and FIG. 10 is still another example of the surface shape measuring apparatus of the second embodiment. It is a schematic block diagram which shows the modification of this.
Also in the surface shape measuring apparatus 30 of the second embodiment, the vertical direction is the Z 1 axis direction and the horizontal direction is the X 1 axis direction, similarly to the surface shape measuring apparatus of the first embodiment.
The surface shape measurement apparatus 30 of the second embodiment is different from the surface shape measurement apparatus of the first embodiment in that the movement axis (Z 2 axis) of the Z stage 3 ′ is orthogonal to the X 2 axis. That is, the Z 2 axis is also inclined by an angle α with respect to the Z 1 axis. Other configurations are substantially the same as those of the surface shape measuring apparatus of the first embodiment. Also in this embodiment, the probe 4 is not limited to the contact type probe, and a non-contact type optical probe may be used so as not to damage the object to be measured.
また、実施例２の表面形状測定装置３０に用いられる処理部を表すブロック図は、図３で示した実施例１の表面形状測定装置に用いられる処理部と同様であるので説明は省略する。
次に、実施例２の表面形状測定装置を用いた表面形状測定方法について、図７を用いて具体的に説明する。
ステップＳ１１は、実施例１のステップＳ１における被測定物２の定盤８への設置と同様である。また、ステップＳ１２は、実施例１のステップＳ２におけるエアースライド１の傾斜角αの調整と同様である。よって、これらのステップについては説明を省略する。
The block diagram showing the processing unit used in the surface shape measuring apparatus 30 of the second embodiment is the same as the processing unit used in the surface shape measuring apparatus of the first embodiment shown in FIG.
Next, the surface shape measuring method using the surface shape measuring apparatus of Example 2 will be specifically described with reference to FIG.
Step S11 is the same as the installation of the DUT 2 on the surface plate 8 in step S1 of the first embodiment. Step S12 is the same as the adjustment of the inclination angle α of the air slide 1 in step S2 of the first embodiment. Therefore, description of these steps is omitted.
次に、不図示のリニアモータを介して、エアースライド１のステージ１Ａを駆動し、プローブ４を被測定物２の測定開始位置まで移動させる（ステップＳ１３）。
次に、プローブ４を被測定物２の表面に追従させた状態で、ステージ１Ａを駆動するリニアモータの保持力を解除（電源ＯＦＦの状態に）する。すると、ステージ１ＡとＺステージ３’とプローブ４の自重の傾斜方向（Ｘ2軸方向）成分を動力として、ステージ１Ａが移動する。この状態で、プローブ４のＸ2軸方向およびＺ2軸方向の位置を、リニアスケール５，６を介して測定する。このようにして、被測定物２の面形状データを点列データ（ｘ2，ｚ2）として取得し、記憶手段２３に記憶する（ステップＳ１４）。
Next, the stage 1A of the air slide 1 is driven via a linear motor (not shown), and the probe 4 is moved to the measurement start position of the device under test 2 (step S13).
Next, the holding force of the linear motor that drives the stage 1A is released (the power is turned off) while the probe 4 follows the surface of the DUT 2. Then, the inclination direction (X 2 axial direction) component of self-weight of the stage 1A Z stage 3 'and probe 4 as a power stage 1A moves. In this state, the positions of the probe 4 in the X 2 axis direction and the Z 2 axis direction are measured via the linear scales 5 and 6. In this way, the surface shape data of the DUT 2 is acquired as point sequence data (x 2 , z 2 ) and stored in the storage means 23 (step S14).
次に、測定データ（ｘ2，ｚ2）をＸ1Ｚ1直交座標系の測定データ（ｘ2ｃｏｓα，ｚ2ｃｏｓα）に変換し、被測定物の表面形状を評価する（ステップＳ１５）。 Next, the measurement data (x 2 , z 2 ) is converted into measurement data (x 2 cos α, z 2 cos α) in the X 1 Z 1 orthogonal coordinate system, and the surface shape of the object to be measured is evaluated (step S15).
実施例２の表面形状測定装置によれば、エアースライド１と共にＺステージ３’も傾斜させて測定を行う。従って、実施例１の表面形状測定装置のようにエアースライド１の傾斜に伴い、Ｚステージ３’の移動方向を鉛直方向に調整する必要がない。 According to the surface shape measuring apparatus of the second embodiment, the measurement is performed by tilting the Z stage 3 ′ together with the air slide 1. Therefore, it is not necessary to adjust the moving direction of the Z stage 3 ′ in the vertical direction as the air slide 1 is inclined as in the surface shape measuring apparatus of the first embodiment.
なお、実施例２の表面形状測定装置では、エアースライド１の傾斜角αを与えるのに、それぞれ長さの違う支持部材７Ａ，７Ｂを用いた。しかしながら、支持部材７Ａ及び７Ｂの代わりに、図８に示すように傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’を取り付けてもよい。
傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’は、Ｚ1軸方向に伸縮を調整できる部材である。傾斜角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’の高さを調整することで、傾斜角αを任意の角度に設定する構成とする。
In the surface shape measuring apparatus of Example 2, the support members 7A and 7B having different lengths were used to give the inclination angle α of the air slide 1. However, instead of the support members 7A and 7B, inclination angle adjustment mechanisms 7A ′ and 7B ′ may be attached as shown in FIG.
The tilt angle adjusting mechanisms 7A ′ and 7B ′ are members that can adjust expansion and contraction in the Z 1 axis direction. The inclination angle α is set to an arbitrary angle by adjusting the heights of the inclination angle adjustment mechanisms 7A ′ and 7B ′.
また、傾斜角度調整機構の代わりに、エアースライド１に、Ｙ軸方向を回転中心として回転する回転機構を取り付けても良い。この回転機構は、Ｙ軸方向（Ｘ1軸及びＺ1軸に直交する方向）を回転中心として回転する。この回転機構としては、例えば、エアースピンドルがある。このような回転機構を取り付けて、傾斜角αを任意の角度に設定するように構成してもよい。 Further, instead of the tilt angle adjustment mechanism, a rotation mechanism that rotates about the Y-axis direction as a rotation center may be attached to the air slide 1. This rotation mechanism rotates around the Y-axis direction (the direction perpendicular to the X 1 axis and the Z 1 axis) as the rotation center. An example of this rotating mechanism is an air spindle. Such a rotation mechanism may be attached and the inclination angle α may be set to an arbitrary angle.
図６、図８の構成例では、被測定物２とエアースライド１が相対的に角度αだけ傾いている構成とした。しかしながら、異なる構成としても良い。例えば、実施例２の表面形状測定装置の他の変形例を図９に示す。図９に示すように、測定装置４０全体を角度αだけ傾斜できるように構成してもよい。測定装置４０自体を傾斜させる構成とすると、被測定物２を測定座標系にあわせる必要がなくなる。よって、ステップＳ１５での点列データの座標変換が不要となる。
図９に示す表面形状測定装置４０は、Ｚステージ３’の移動軸（Ｚ2軸）がエアースライド１の移動軸（Ｘ2軸）に直交している。また、エアースライド１が被測定物２に対して平行に設置されている。
また、この変形例では、図９に示すように、傾斜角調整機構７Ａ’，７Ｂ’を測定装置４０のベース１０に取り付ける構成とする。
In the configuration examples of FIGS. 6 and 8, the device under test 2 and the air slide 1 are relatively inclined by an angle α. However, a different configuration may be used. For example, FIG. 9 shows another modification of the surface shape measuring apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, the entire measuring device 40 may be configured to be inclined by an angle α. If the measuring device 40 itself is inclined, it is not necessary to align the device under test 2 with the measurement coordinate system. Therefore, the coordinate conversion of the point sequence data in step S15 becomes unnecessary.
In the surface shape measuring apparatus 40 shown in FIG. 9, the movement axis (Z 2 axis) of the Z stage 3 ′ is orthogonal to the movement axis (X 2 axis) of the air slide 1. An air slide 1 is installed in parallel to the object to be measured 2.
Further, in this modified example, as shown in FIG. 9, the inclination angle adjusting mechanisms 7A ′ and 7B ′ are configured to be attached to the base 10 of the measuring apparatus 40.
また、傾斜角の調整機構としては、図９に示す構成の他に、図１０に示すように回転機構１２を用いて、傾斜角度を調整する構成としてもよい。回転機構１２を介して傾斜角αを変化させる構成の場合は、（回転機構１２の回転角度）＝（エアースライド１の傾斜角α）になる。よって、傾斜角度制御処理を簡略化することができる。 In addition to the configuration shown in FIG. 9, the tilt angle adjustment mechanism may be configured to adjust the tilt angle using the rotation mechanism 12 as shown in FIG. 10. In the case of the configuration in which the inclination angle α is changed via the rotation mechanism 12, (the rotation angle of the rotation mechanism 12) = (the inclination angle α of the air slide 1). Therefore, the tilt angle control process can be simplified.
さらに、図９、図１０に示すように、角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’、または回転機構１２には、ベース１０との間に除振機構１１を取り付けることも可能である。そのようにすれば、測定中のノイズ原因となる外部からの振動を低減することができる。また、測定中に角度調整機構７Ａ’，７Ｂ’、または回転機構１２を駆動しても、除振機構１１により測定装置４０への影響を低減することができる。
また、測定中にプローブ４の走査速度を変化させたい場合がある。この場合、傾斜角αを変化させなくてはならない。そこで、測定中に、角度調整機構７Ａ’及び７Ｂ’、または回転機構１２を駆動する。このようにすれば、被測定物２にプローブ４が追従する速度を、被測定物２の測定範囲中で変化させることが可能となる。よって、被測定物２の設計形状に応じてプローブ４の接触角度が急なところだけプローブ走査速度を遅くするなどの調整を行うことが可能となり、高速高精度な形状測定ができる。
また、除振機構１１を設けておけば、角度調整機構７Ａ’及び７Ｂ’、または回転機構１２の駆動に伴って生じる振動を低減できる。よって、測定中にプローブ４の走査速度を変化させた場合でも、高速高精度な形状測定ができる。
Further, as shown in FIGS. 9 and 10, a vibration isolation mechanism 11 can be attached between the angle adjustment mechanisms 7 </ b> A ′ and 7 </ b> B ′ or the rotation mechanism 12 with the base 10. By doing so, it is possible to reduce external vibration that causes noise during measurement. Further, even if the angle adjustment mechanisms 7A ′ and 7B ′ or the rotation mechanism 12 are driven during the measurement, the vibration isolation mechanism 11 can reduce the influence on the measurement device 40.
In some cases, the scanning speed of the probe 4 may be changed during measurement. In this case, the inclination angle α must be changed. Therefore, the angle adjustment mechanisms 7A ′ and 7B ′ or the rotation mechanism 12 are driven during the measurement. In this way, the speed at which the probe 4 follows the device under test 2 can be changed within the measurement range of the device under test 2. Therefore, it is possible to perform adjustments such as slowing the probe scanning speed only where the contact angle of the probe 4 is steep according to the design shape of the object 2 to be measured, and high-speed and high-precision shape measurement can be performed.
In addition, if the vibration isolation mechanism 11 is provided, vibrations generated by driving the angle adjustment mechanisms 7A ′ and 7B ′ or the rotation mechanism 12 can be reduced. Therefore, even when the scanning speed of the probe 4 is changed during measurement, high-speed and high-precision shape measurement can be performed.
以上説明したように、本発明の表面形状測定装置及び表面形状測定方法は、特許請求の範囲に記載された発明の他に以下のような特徴を備えている。 As described above, the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method of the present invention have the following features in addition to the invention described in the claims.
（１）前記Ｚ2軸が、前記Ｚ1軸に対して平行であることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。 (1) wherein Z 2 axes, the surface shape measuring apparatus according to claim 1, characterized in that parallel to the Z 1 axis.
（２）前記Ｚ2軸が、前記Ｘ2軸に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。 (2) the Z 2 axes, the surface shape measuring apparatus according to claim 1, characterized in that is perpendicular to the X 2 axis.
（３）前記第２副移動機構が、支持機構により支持され、該支持機構が、前記Ｘ1軸方向に移動することにより前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αを調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。 (3) The second sub-movement mechanism is supported by a support mechanism, and the support mechanism moves in the X 1 axis direction so that the angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis can be adjusted. It is comprised, The surface shape measuring apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
（４）前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αを調整可能な角度調整機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。 (4) The surface shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising an angle adjusting mechanism capable of adjusting an angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis.
（５）前記角度調整機構が、回転部材で構成されていることを特徴とする上記（４）に記載の表面形状測定装置。 (5) The surface shape measuring apparatus according to (4), wherein the angle adjusting mechanism is constituted by a rotating member.
（６）前記角度調整機構が、前記Ｚ1軸方向の高さ調整が可能な複数個の調整機構からなることを特徴とする上記（４）に記載の表面形状測定装置。 (6) The surface shape measuring apparatus according to (4), wherein the angle adjusting mechanism includes a plurality of adjusting mechanisms capable of adjusting the height in the Z 1 axis direction.
（７）前記角度調整機構が、除振機構を備えていることを特徴とする上記（４）に記載の表面形状測定装置。 (7) The surface shape measuring apparatus according to (4), wherein the angle adjustment mechanism includes a vibration isolation mechanism.
（８）前記角度調整機構が、被測定物の表面形状を測定中に前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αの調整が可能に構成されていることを特徴とする上記（４）〜（６）に記載の表面形状測定装置。 (8) The angle adjusting mechanism is configured to be capable of adjusting an angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis during measurement of the surface shape of the object to be measured (4) ) To (6).
（９）前記Ｚ2軸が、前記Ｚ1軸に対して平行であることを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定方法。 (9) The surface shape measuring method according to claim 2, wherein the Z 2 axis is parallel to the Z 1 axis.
（１０）前記Ｚ2軸が、前記Ｘ2軸に対して垂直であることを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定方法。 (10) The surface shape measuring method according to claim 2, wherein the Z 2 axis is perpendicular to the X 2 axis.
（１１）前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸のなす角αを調整する角度調整工程を備えていることを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定方法。 (11) the surface shape measuring method according to claim 2, characterized in that it comprises the X 1 axis and the angle adjustment step of adjusting the angle α of the X 2 axis.
（１２）前記角度調整工程において、被測定物の表面形状を測定中に前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αを調整することを特徴とする上記（１１）に記載の表面形状測定方法。 (12) In the angle adjustment step, an angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis is adjusted during measurement of the surface shape of the object to be measured. Measuring method.
１ エアースライド
１Ａ ステージ
２ 被測定物
３，３’ Ｚステージ
４ プローブ
５，６ リニアスケール
７Ａ，７Ｂ 支持部材
７Ａ’，７Ｂ’ 傾斜角度調整機構
８ 定盤
１０ ベース
１１ 除振機構
１２ 回転機構
２０，３０，４０ 表面形状測定装置
２１ 制御手段
２２ 傾斜角制御手段
２３ 記憶手段
２４ 座標変換手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air slide 1A Stage 2 Measured object 3, 3 'Z stage 4 Probe 5, 6 Linear scale 7A, 7B Support member 7A', 7B 'Inclination angle adjustment mechanism 8 Surface plate 10 Base 11 Vibration isolation mechanism 12 Rotation mechanism 20, 30, 40 Surface shape measuring device 21 Control means 22 Inclination angle control means 23 Storage means 24 Coordinate conversion means
Claims (2)
該プローブを移動させるプローブ移動機構と、
前記プローブの位置を測定する測長器と、
該測長器からの信号を処理する処理部を備えた表面形状測定装置であって、
前記プローブ移動機構が、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内で前記プローブを第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の副移動機構と、前記プローブを前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させるための第２の副移動機構を備え、
前記第２の副移動機構が、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αが鋭角となるように設けられていることを特徴とする表面形状測定装置。 A probe disposed opposite the object to be measured;
A probe moving mechanism for moving the probe;
A length measuring device for measuring the position of the probe;
A surface shape measuring device including a processing unit for processing a signal from the length measuring device,
The probe moving mechanism, a first linearly moving the coordinate axes in the vertical direction Z 1 axial and horizontal coordinate axis in which X said probe within the XZ plane including the single axis first direction (Z 2 axial direction) And a second sub movement mechanism for linearly moving the probe in the second direction (X 2 axis direction) in the XZ plane,
The surface shape measuring apparatus, wherein the second sub-movement mechanism is provided such that an angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis is an acute angle.
前記プローブを移動する工程と、
測長器で前記プローブの位置を測定する工程と、
前記測長器からの信号を処理する工程を具備し、
前記プローブを移動する工程が、前記プローブを、第１の副移動機構を介して、鉛直方向の座標軸であるＺ1軸及び水平方向の座標軸であるＸ1軸を含むＸＺ平面内で第１の方向（Ｚ2軸方向）に直線移動させる第１の移動工程と、前記プローブを、第２の副移動機構を介して、前記ＸＺ平面内で第２の方向（Ｘ2軸方向）に直線移動させる第２の移動工程とを有し、
該第２の移動工程において、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とのなす角αが鋭角となるように、前記Ｘ1軸と前記Ｘ2軸とを位置決めすることを特徴とする表面形状測定方法。 A step of placing the probe opposite the object to be measured;
Moving the probe;
Measuring the position of the probe with a length measuring device;
Comprising a step of processing a signal from the length measuring device,
The step of moving the probe includes a first sub-movement mechanism that moves the probe in an XZ plane including a Z 1 axis that is a vertical coordinate axis and an X 1 axis that is a horizontal coordinate axis. A first moving step for linearly moving in the direction (Z 2 axis direction), and moving the probe in a second direction (X 2 axis direction) in the XZ plane via a second sub moving mechanism. And a second moving step
In the second movement step, the X 1 axis and the X 2 axis are positioned so that an angle α formed by the X 1 axis and the X 2 axis is an acute angle. Method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004024391A JP2005214880A (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Instrument and method for measuring surface shape |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007304037A (en) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Olympus Corp | Shape measuring device |
| JP2009121964A (en) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Movement axis slope detection mechanism and measuring instrument |
| JP2010032323A (en) * | 2008-07-28 | 2010-02-12 | Mitsutoyo Corp | Elevation inclination adjuster |
-
2004
- 2004-01-30 JP JP2004024391A patent/JP2005214880A/en not_active Withdrawn
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