JP2007127605A - Probe-driving type displacement measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定物体の表面形状を検出するプローブ駆動型変位測定装置に関する。 The present invention relates to a probe-driven displacement measuring apparatus that detects the surface shape of an object to be measured.
近年の微細加工技術の発展に伴い、被測定物体の微細な表面プロファイルを検出する高精度な形状測定が必要とされている。 With the recent development of microfabrication technology, highly accurate shape measurement that detects a fine surface profile of an object to be measured is required.
この形状測定には、プローブ本体に、駆動力となるピエゾ素子等のアクチュエータを設置し、該プローブ本体をアクチュエータの駆動力によって被測定物体の表面を倣わせ、これによって生じる駆動力の変化量等を測定することで、被測定物体の表面形状を検出するプローブ駆動型変位測定装置が知られている(特許文献1)。
しかしながら、このような従来のプローブ駆動型変位測定装置は、ピエゾ素子等のアクチュエータを後からプローブ本体に付加させるため装置全体の構造が大きい。また、プローブ本体やピエゾ素子の個体差が大きいため、プローブ本体にピエゾ素子を付加させたプローブ駆動型変位測定装置は、生産された個体によって特性が異なり、安定した計測精度を有するプローブ駆動型変位測定装置を製造することが難しいという問題点を有する。 However, such a conventional probe-driven displacement measuring device has a large overall structure because an actuator such as a piezo element is added to the probe body later. In addition, since there are large individual differences between the probe body and the piezo elements, the probe-driven displacement measuring device with a piezo element added to the probe body has different characteristics depending on the individual produced, and has a stable measurement accuracy. There is a problem that it is difficult to manufacture a measuring device.
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、装置全体が小型であり、個体間で一定の特性を有し安定した精度で被計測物体表面のプロファイルを計測可能なプローブ駆動型変位測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and is a probe-driven displacement that is capable of measuring the profile of the surface of an object to be measured with a stable characteristic with a certain characteristic between individuals, with the entire apparatus being small. It aims at providing a measuring device.
本発明によるプローブ駆動型変位測定装置は、基板と、この基板に対して測定軸方向に変位可能に弾性支持部材により支持されると共に被測定物と接触するプローブを含む可動部と、を備え、前記可動部は、第1電極部、及び、第1センサ部を有し、前記基板は、前記第1電極部と対向する第2電極部、及び、前記第1センサ部と対向する第2センサ部とを有し、前記第1電極部及び前記第2電極部は、前記プローブを変位駆動させる静電アクチュエータを構成し、前記第1センサ部及び第2センサ部は、前記プローブの変位量を検出するエンコーダを構成し、前記基板及び前記可動部は、微細加工技術により一体形成されていることを特徴とする。 A probe-driven displacement measuring device according to the present invention includes a substrate, and a movable part including a probe that is supported by an elastic support member so as to be displaceable in the measurement axis direction with respect to the substrate and that contacts a measurement object The movable part has a first electrode part and a first sensor part, and the substrate has a second electrode part facing the first electrode part and a second sensor facing the first sensor part. The first electrode part and the second electrode part constitute an electrostatic actuator that drives the probe to be displaced, and the first sensor part and the second sensor part determine the displacement amount of the probe. An encoder to be detected is configured, and the substrate and the movable portion are integrally formed by a fine processing technique.
本発明によれば、基板に弾性支持部材を介して接続されている可動部に、プローブ本体と、アクチュエータを構成する第1電極部と変位検出センサ部を構成する第1センサ部を一体形成し、該基板にアクチュエータを構成する第2電極部と変位検出センサ部を構成する第2センサ部を一体形成することで、プローブ駆動型変位測定装置を小型化することが可能となる。また、プローブ本体とアクチュエータを同一部材により一体形成することができるので、個体間におけるプローブの計測精度のばらつきを低減させる効果が期待できる。 According to the present invention, the probe main body, the first electrode part constituting the actuator, and the first sensor part constituting the displacement detection sensor part are integrally formed on the movable part connected to the substrate via the elastic support member. The probe-driven displacement measuring device can be reduced in size by integrally forming the second electrode part constituting the actuator and the second sensor part constituting the displacement detection sensor part on the substrate. In addition, since the probe main body and the actuator can be integrally formed from the same member, an effect of reducing variations in probe measurement accuracy among individuals can be expected.
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係るプローブ駆動型変位測定装置の平面図であり、図2は、図1のA−A’断面図である。なお、図3は、同装置の要部の拡大斜視図である。 FIG. 1 is a plan view of a probe-driven displacement measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 1. FIG. 3 is an enlarged perspective view of the main part of the apparatus.
このプローブ駆動型変位測定装置は、基板1と、この基板1が有するアンカー7によって基板1に接続され、後述する平行板バネ3を備えることによって基板1に対して変位可能に形成された可動部2と、を有して構成されている。可動部2は、被検知物体の表面を倣うプローブ4と、プローブ4が被検知物体を倣う際に加わる応力を弾性変形することにより吸収する平行板バネ3と、プローブ4を構成する部材上に備えられ被検知物体の表面を倣う際に生じる変位を検出する櫛歯状の第1センサ6と、プローブ4の変位方向の両端に設置されプローブを駆動する櫛歯状の一対の第1電極5とを備えて構成されている。また、基板1は、第1センサ6を挟み込むように対向して設置された櫛歯状の一対の第2センサ9を備えて構成されており、第1センサ6及び第2センサ9は、第1センサ6と第2センサ9との相対変位による静電容量の変化量を測定することにより、プローブ4の変位を検出する静電容量式エンコーダを構成している。ここで、エンコーダは、光電式エンコーダ、磁気式エンコーダ、電磁誘導式エンコーダなどを用いてもよい。また、基板1には、第1電極5と対向するように静電容量式の第2電極が設置されており、第1電極5及び第2電極8は、少なくとも一方に電圧を印加することによりプローブ4を駆動する静電容量式アクチュエータを構成している。なお、外部係止部材10は、基板1の上面に突出した形状に形成されており、図示しないカバーガラスなどの外部品との係止部材となっている。
This probe-driven displacement measuring device is connected to a
このように構成されたプローブ駆動型変位測定装置は、例えば、Si基板などからなるベース基板に、SiO2の犠牲層を形成し、更にSi基板を設置した、Si−SiO2−Si貼り合わせ基板を用い、これにフォトリソグラフィ及びエッチング加工などの微細加工を施すことによって、基板1と可動部2とを一体としたまま製造することができる。
The probe-driven displacement measuring apparatus configured as described above is, for example, a Si—SiO 2 —Si bonded substrate in which a sacrificial layer of SiO 2 is formed on a base substrate made of a Si substrate and the Si substrate is further installed. The
このように構成されたプローブ駆動型変位測定装置の効果について説明する。 The effect of the probe-driven displacement measuring device configured as described above will be described.
基板1には、第2電極8及び第2センサ9が一体成形されており、プローブ4を備えた可動部2には、それぞれこれらと対向する位置に第1電極5及び第1センサ6が一体形成されているため、後付けのセンサやアクチュエータを設置する必要がない。また、センサ及びアクチュエータを一体形成するため、製造される装置の個体差が小さく、安定した精度を有するプローブ駆動型変位測定装置を提供することが可能となる。
A
図4は、本発明の第2の実施形態に係るプローブ型変位測定装置の一部拡大斜視図である。また、図5は、図4のB−B’断面図である。 FIG. 4 is a partially enlarged perspective view of a probe-type displacement measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a B-B ′ cross-sectional view of FIG. 4.
第1の実施形態では、プローブ4の変位を検出する静電容量式エンコーダは、プローブ4を構成する部材の延長上に設置された第1センサと、これを平面方向から挟み込む第2センサ9とにより構成されているが、第2の実施形態では、例えばカバーガラスなどの上面カバー部材11の下面に第2センサ9’を配置して、この第2センサ9’と、プローブ4を構成する部材の延長上に設置された第1センサ6とでエンコーダを構成している。
In the first embodiment, the capacitive encoder that detects the displacement of the
次に、このプローブ駆動型変位測定装置の制御方法について説明する。 Next, the control method of this probe drive type displacement measuring apparatus will be described.
一般に、プローブを用いた変位測定装置には、アクチュエータによりプローブを加振させ、被測定物と間欠的に接触するタッピング方式と、被測定物の表面と接触しながら被測定物の表面を倣うコンタクト方式とがある。タッピング方式及びコンタクト方式には、どちらも、プローブの変位量をエンコーダで検出して被測定物の変位量を測定する方法と、プローブ本体の基板部に対する変位量が常に一定となるようにアクチュエータで固定部に対するプローブの位置を制御すると同時に、この制御量によって、変位測定装置を図示しないボイスコイルやピエゾ素子等で駆動することで被測定物とプローブ本体との相対位置を一定に制御し、このときの制御量から被測定物の変位量を測定する方法とがある。なお、タッピング方式及びコンタクト方式において、プローブと被測定物とを実際に接触させずに、プローブが被測定物に接近し静電引力が一定値となる位置を被測定物の表面とする測定方法が広く用いられている。このようなタッピング式やコンタクト方式のいずれの制御方法を用いても、本発明を実施することができる。 Generally, in a displacement measuring device using a probe, a tapping method in which the probe is vibrated by an actuator and intermittently contacts the object to be measured, and a contact that follows the surface of the object to be measured while contacting the surface of the object to be measured. There is a method. In both the tapping method and the contact method, the amount of displacement of the probe is measured by detecting the amount of displacement of the probe with an encoder, and an actuator is used so that the amount of displacement of the probe body relative to the substrate is always constant. At the same time as controlling the position of the probe with respect to the fixed part, the relative position between the object to be measured and the probe body is controlled to be constant by driving the displacement measuring device with a voice coil or a piezo element (not shown) according to this control amount. There is a method of measuring the amount of displacement of the object to be measured from the control amount at the time. In the tapping method and the contact method, a measurement method in which the surface of the object to be measured is a position where the probe approaches the object to be measured and the electrostatic attractive force becomes a constant value without actually contacting the probe and the object to be measured. Is widely used. The present invention can be carried out using any control method such as a tapping type or a contact type.
1…基板、2…可動部、3…平行板バネ、4…プローブ、5…第1電極、6…第1センサ、7…アンカー、8…第2電極、9…第2センサ、10…外部係止部、11…カバーガラス。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
この基板に対して測定軸方向に変位可能に弾性支持部材により支持されると共に被測定物と接触するプローブを含む可動部と、を備え、
前記可動部は、第1電極部、及び、第1センサ部を有し、
前記基板は、前記第1電極部と対向する第2電極部、及び、前記第1センサ部と対向する第2センサ部とを有し、
前記第1電極部及び前記第2電極部は、前記プローブを変位駆動させる静電アクチュエータを構成し、
前記第1センサ部及び第2センサ部は、前記プローブの変位量を検出するエンコーダを構成し、
前記基板及び前記可動部は、微細加工技術により一体形成されていることを特徴とするプローブ駆動型変位測定装置。 A substrate,
A movable part including a probe that is supported by an elastic support member so as to be displaceable in the measurement axis direction with respect to the substrate and that contacts a measurement object
The movable part has a first electrode part and a first sensor part,
The substrate has a second electrode portion facing the first electrode portion, and a second sensor portion facing the first sensor portion,
The first electrode portion and the second electrode portion constitute an electrostatic actuator that drives the probe to be displaced,
The first sensor unit and the second sensor unit constitute an encoder that detects a displacement amount of the probe;
The probe-driven displacement measuring apparatus, wherein the substrate and the movable part are integrally formed by a fine processing technique.
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JP2005322537A JP2007127605A (en) | 2005-11-07 | 2005-11-07 | Probe-driving type displacement measuring instrument |
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JP2005322537A Pending JP2007127605A (en) | 2005-11-07 | 2005-11-07 | Probe-driving type displacement measuring instrument |
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