JP3961258B2 - タッチセンサ、および微細形状測定装置用プローブ - Google Patents
タッチセンサ、および微細形状測定装置用プローブ Download PDFInfo
- Publication number
- JP3961258B2 JP3961258B2 JP2001312927A JP2001312927A JP3961258B2 JP 3961258 B2 JP3961258 B2 JP 3961258B2 JP 2001312927 A JP2001312927 A JP 2001312927A JP 2001312927 A JP2001312927 A JP 2001312927A JP 3961258 B2 JP3961258 B2 JP 3961258B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stylus
- signal
- probe
- touch sensor
- shape measuring
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims description 31
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 90
- 241001422033 Thestylus Species 0.000 claims description 69
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 44
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 36
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 19
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 52
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
- G01Q60/32—AC mode
-
- 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
- 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
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、微細形状測定機や表面粗さ測定機などによって被測定物の微細な表面形状を測定する場合、あるいは、小穴測定機で穴の内面形状を測定する場合などに用いられるプローブ用のタッチセンサ、および微細形状測定装置用プローブに関する。
【0002】
【背景技術】
従来より、精密機械加工または半導体製造分野での研究、開発および生産現場での検査において、触針を上下に振動させるとともに被測定物に接触させて移動させ、そのときの触針の上下振動変化を電気信号に変換して読み取り、加工面の表面粗さや段差、うねりおよび薄膜の厚さなどの微少な寸法を読み取る微細形状測定機が使用されている。
【0003】
たとえば、このような微細形状測定機に用いられる触針機構として、特願平11−272451号に開示されるタッチセンサがある。図6において、このタッチセンサ10は、スタイラスホルダ11と、このスタイラスホルダ11のスタイラス取付部13,14,15,16によって保持されかつ先端に被測定物に接触する触針12Aを有したスタイラス12と、スタイラス取付部13,14,15,16の上下面に固定された圧電素子19とを備えている。ここで、圧電素子19には、その中央で分割された加振手段17と検出手段18が形成されている。
【0004】
このような構成において、この加振手段17に適当な加振周波数の電気的交流信号を印加すると、スタイラス12はスタイラス軸方向に共振状態で振動する。この共振状態において、スタイラス12の一端の触針12Aが被測定物に接触すると共振状態が変化し、この状態の変化を検出手段18の出力より検出することができる。
【0005】
ところで、このようなタッチセンサを使用して、微細形状を読み取る精密測定においては、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し、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することが重要な課題となっている。このような課題に対して、測定力を所定値以下に制御する機構を備えたプローブが用いられている。
【0006】
たとえば、特願2000−70216に開示される微細形状測定機用プローブがある。図7において、この微細形状測定機用プローブは、上記のタッチセンサ10と圧電素子(PZT)を利用した微動機構21が、スタイラス12の振動軸上で連結され、かつ、これらが移動可能な部材22に取り付けられている。
【0007】
このような構成において、加振回路3から加振周波数と加振電圧で定められる電気的交流信号を加振手段17に印加すると、スタイラス12がスタイラス軸方向に共振状態で振動する。この状態で、触針12Aが被測定物Wに接触すると、スタイラス12の共振状態に変化が生じるため、この変化を検出手段18によって出力することで、触針12Aと被測定物Wとの接触を検出できる。検出手段18による出力が検出信号1として検出回路4へ与えられる。検出回路4は、検出信号1を振幅変化を表す検出信号2に変換する。検出信号2はフィルタ51に通してノイズが除去された後、検出信号3として信号演算処理部62へ与えられる。信号演算処理部62では、検出信号3と測定力を決める閾値との差を演算し、その差を制御回路61へ与える。制御回路61は、その差に基づいて、PZT駆動回路72を介して微動機構21を駆動する。このような微動機構制御系により、微動機構21と被測定物Wを相対的に走査したときも被測定物Wの凹凸に対して、検出信号3を一定にすることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シリコンウェハ等の被測定物を非破壊で測定するためには、測定力をいかに小さくすることができるかが重要となってくる。測定力を小さくするためには、タッチセンサの感度を上げること、あるいは、閾値を上げることがポイントである。これまで測定力の低減化はタッチセンサの構成の工夫によるタッチセンサの高感度化で行ってきたが、微細形状測定機に用いるための性能を十分満足できなかった。
【0009】
本発明の目的は、測定力を低減して被測定物表面の微細形状を傷つけることなく、非破壊に測定ができるタッチセンサ、および微細形状測定装置用プローブを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
ここで、測定力と検出信号3との関係を説明する。図1には、タッチセンサ単体において、非接触・接触時における検出信号3の静的な特性を求める実験システムが示されている。加振回路3から一定の加振周波数を印加させ、スタイラス12をスタイラス軸方向に振動させた状態で、PZT駆動回路7の駆動電圧を徐々に大きくし、スタイラス12を被測定物Wに近づけ、さらにスタイラス12の触針12Aを接触させていくと、触針12Aに加わる力は次第に大きくなっていく。同時に触針12Aの振動振幅は次第に小さくなっていく。
【0011】
図2に、触針12Aに加わる力(測定力)と検出信号3の関係が示されている。このグラフは横軸に触針12Aに加わる力、縦軸に検出信号3が示されている。検出信号3は非接触時に最大であり、検出信号3が小さくなり始めたところを接触開始位置とすれば、この接触開始位置から触針12Aに加わる力が大きくなっていくと同時に検出信号3は小さくなっていく。このときの勾配を力感度勾配と呼ぶ。タッチセンサの感度が高いほどグラフ上での傾斜は急になる。すなわち、触針に加わる力(測定力)は、力感度勾配と閾値によって決定されるから、測定力を低減するためには力感度勾配を大きくしたり、閾値を上げればよいことが判る。
【0012】
従来の微細形状測定機用プローブにおいては、測定力の低減化をタッチセンサの構成の工夫によるタッチセンサの高感度化で行ってきた。たとえば、図6において、スタイラス取付部13,14,15,16の曲げ剛性をスタイラス12の軸方向の剛性よりも低くし、また、スタイラス取付部13,14,15,16をスタイラス12の軸に対して対称に配置することで、スタイラス12の軸方向に対しての曲げ振動の発生を防止して、タッチセンサ10の感度を高めていた。これにより、力感度勾配が高勾配化するので、触針に加わる力(測定力)を低減できる。
【0013】
本発明者は、タッチセンサの力感度勾配の高勾配化をタッチセンサの構成の工夫により行うのではなく、加振回路から加振手段に印加される電気的交流信号の振幅を調整することにより、前記目的を達成することを考えた。
【0014】
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、前記触針を共振状態で振動させるための加振手段と、前記加振手段に電気的交流信号を印加して前記触針を共振状態で振動させる加振回路と、前記触針の振動状態に応じた信号を出力する検出手段と、前記検出手段からの信号に基づいて前記触針の振動状態の変化を検出し前記振動状態の変化に応じた検出信号を出力する検出回路とを備えたタッチセンサであって、前記加振回路は、前記加振手段に印加する電気的交流信号の振幅を調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
【0015】
この発明によれば、測定力の調整を、加振回路における電気的交流信号を調整することで行う。例えば、加振電圧を小さくすると、力感度勾配が大きくなるから、これによって測定力を調整できる。ちなみに、加振電圧を小さくすることで力感度勾配が大きくなることは後述する結果(図4)からも明らかである。例えば、測定力を一定とした場合に、加振電圧を小さくして、加振力が小さくなっている状態の方が、検出信号の減衰度合が大きい、すなわち、力感度勾配が大きくなる。したがって、これまでのようにタッチセンサの構成の工夫によりタッチセンサの感度を上げ、力感度勾配を調整する必要はなく、これまでのタッチセンサの感度向上による測定力の低減の限界を打破することができる。
また、測定力の調整を、加振回路における電気的交流信号を調整することで行うので、従来公知のスタイラスが設けられたタッチセンサを用いて本発明を実施することが可能となり、その汎用性が著しく向上し、本発明の目的は達成される。
【0016】
請求項2に記載の微細形状測定装置用プローブは、請求項1に記載のタッチセンサと、前記タッチセンサを前記被測定物の表面の高さ方向に移動させる微動機構とを備えていることを特徴とするものである。
【0018】
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用プローブにおいて、前記検出回路から出力される検出信号の振幅と閾値との差を演算し、前記差に基づいて前記微動機構を動作制御する微動機構コントローラを備え、前記微動機構コントローラは、前記加振回路から前記加振手段に印加される電気的交流信号の振幅に基づいて前記閾値を設定することを特徴とするものである。
【0019】
このような構成によれば、測定力と電気的交流信号および閾値との関係を予め求めておけば、電気的交流信号、検出回路における状態量および触針の振動振幅のいずれかをモニタすることで測定力を微細かつ的確に調整することができる。
【0020】
請求項4に記載の発明は、請求項2または請求項3に記載の微細形状測定装置用プローブにおいて、前記検出回路から出力される検出信号を入力し、前記検出信号に加わるノイズを除去するローパスフィルタを備え、前記ローパスフィルタの時定数は、前記電気的交流信号の振幅が調整された際、調整による前記振幅の変化に対して所定の関係を有するように調整されて設定されていることを特徴とするものである。
【0021】
このような構成によれば、検出回路にローパスフィルタを追加することで、非接触時または接触時の検出回路における状態量に加わるノイズを小さくすることができ、閾値を所定値以上に上げ、測定力を調整、つまり、低減化することができる。また、電気的交流信号の調整とローパスフィルタの時定数の調整とを所定の関係で行うことで、電気的交流信号の調整によるノイズの増加をローパスフィルタの時定数の調整により、抑制することができ、閾値を所定値以上に上げた状態で、測定力の調整を行うことができる。つまり、測定力を低減化できる。
【0022】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の微細形状測定装置用プローブにおいて、前記所定の関係は、反比例関係であることを特徴とするものである。
【0023】
このような構成によれば、電気的交流信号の加振電圧が、ローパスフィルタの時定数と反比例関係にあるので、電気的交流信号の加振電圧から、ノイズの増減を容易に推測することができ、さらに、ローパスフィルタの時定数を決定し、効率的に測定力を調整することができる。
【0024】
請求項6に記載の発明は、請求項4または請求項5に記載の微細形状測定装置用プローブにおいて、前記ローパスフィルタの時定数は、前記電気的交流信号の振幅が調整された際、調整による前記振幅の変化に対して前記所定の関係を有するように自動的に調整されて設定されていることを特徴とするものである。
【0025】
このような構成によれば、ローパスフィルタの時定数の調整を所定の関係により、測定力の調整が自動的に行われるので、このような所定の関係を利用して、電気的交流信号から自動的にローパスフィルタの時定数を決定し、測定力を調整することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分または部材と同一または類似の部分等については、同一または類似の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図3には、本発明に係るタッチセンサの動作制御構造を組み込んだ微細形状測定装置用プローブ1が示されている。
【0027】
この微細形状測定装置用プローブ1は、測定装置用プローブ本体2、加振回路3、検出回路4、調整機構5、微動機構コントローラ6およびPZT駆動回路7を含んで構成される。
【0028】
測定装置用プローブ本体2は、被測定物Wに対して該被測定物Wの表面形状を測定するものであり、被測定物Wに接触する触針12Aを有したタッチセンサ10と、触針12Aを上下方向(被測定物Wの表面の高さ方向)へ移動させる微動機構21とを備えている。
【0029】
タッチセンサ10は、前述した図6に示す構造と同一のものが用いられている。なお、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。
微動機構21は、タッチセンサ10のスタイラス軸方向に連続して部材22とタッチセンサ10との間に介在し、圧電素子(PZT)の薄板を積層して構成されたものである。
【0030】
加振回路3は、加振手段17が所定の振幅、所定の周波数で動作するような電気信号を発生させる発信器を備え、振幅、周波数は適宜、調整することが可能となっている。
このような構成では、加振回路3から加振手段17に所定の信号が送られると、スタイラス12がその軸方向に共振状態で振動する。スタイラス12の触針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、この信号が検出回路4、調整機構5を介して微動機構コントローラ6に出力される。
【0031】
調整機構5は、検出回路4から出力された検出信号2に加わるノイズを除去する部分であり、ローパスフィルタ51と、ローパスフィルタ51の時定数を制御するDSP(Digital Signal Processor)52とを備えて構成される。
DSP52は、加振回路3からの電気的交流信号を入力するとともに、電気的交流信号と時定数との相関関係から演算処理を行い、ローパスフィルタ51に出力し、ローパスフィルタ51の時定数を調整するものである。具体的には、加振回路3からの電気的交流信号に応じて、ローパスフィルタ51の時定数を調整し、ローパスフィルタ51の通過周波数帯域を調整することで、検出信号2に重畳されているノイズの影響を小さくするものである。
【0032】
微動機構コントローラ6は、調整機構5から出力された検出信号3を受けて、PZT駆動回路7を介して、微動機構21を動作制御する部分であり、制御回路61、信号演算処理部62を備えている。
信号演算処理部62では、加振回路3からの電気的交流信号に基づいて閾値(測定力を決定する値)を設定するパーソナルコンピュータ63を備えており、調整機構5から出力された検出信号3と該閾値との差を演算し、制御回路61に出力する。
制御回路61では、信号演算処理部62からの信号に基づいて、測定装置用プローブ本体2の微動機構21の動作制御を行うとともに、調整機構5からの検出信号3と前記閾値とから算出される測定力が一定となるように、PZT駆動回路7を介して微動機構21の動作制御を行う。
【0033】
次に上述した微細形状測定装置用プローブ1の動作を説明する。
まず、パーソナルコンピュータ63から制御回路61に制御信号を出力し、制御回路61から PZT駆動回路7に信号を送ることで微動機構21を動作させ、所定の測定力が作用するように、触針12Aを被測定物Wに接触させる。尚、所定の測定力が作用しているか否かは、加振回路3によりスタイラス12を軸方向に振動させた状態で、検出回路4から調整機構5を通った検出信号3が所定の閾値となっているかによって判断される。
【0034】
ここで、測定装置用プローブ本体2のスタイラス12を被測定物Wに対して移動することで、被測定物Wの表面の走査が行われる。被測定物Wの表面を走査している間、検出回路4からの検出信号3が測定当初に比較して大きくなってきた場合、被測定物Wの表面が触針12Aから遠ざかる方向に湾曲していると考えられる。そこで、制御回路61は、この検出信号3の状態量の変化、すなわち、検出信号3の振幅の変化に基づいて、触針12Aを被測定物Wの表面に接近させる方向に微動機構21を動作させる制御信号を出力する。一方、検出信号3が測定当初に比較して小さくなってきた場合、被測定物Wの表面が触針12Aに接近する方向に湾曲していると考えられるので、制御回路61は、触針12Aが被測定物Wの表面から離隔する方向の制御信号を微動機構21に出力する。
【0035】
このとき、触針12Aが被測定物Wに接触している限りにおいて、検出信号3の状態量の変化が最小となるように制御回路61による制御を行えば、スタイラス12は被測定物Wに対して一定の測定力を維持できる。また、触針12Aが被測定物Wに接触していない場合は、図2に示すように、検出信号3の振幅が最大値を示すことや、あるいは、微動機構21を動作させスタイラス12を上下方向に変化させても検出信号3の状態量変化が生じないことからも、触針12Aの被測定物Wへの非接触を検知することができる。
【0036】
次に上述した微細形状測定装置用プローブ1の測定力の調整方法を説明する。
前述したように、測定力は、力感度勾配と閾値によって決定される。力感度勾配は、加振回路3から加振手段17に加える電気的交流信号の加振電圧を小さくすることで、図4に示すように、高勾配化する。
まず、加振回路3の発信器における加振電圧の設定値を小さく設定し、加振手段17にこの加振電圧を印加し、スタイラス12を軸方向に振動させる。検出手段18はスタイラス12の振動を検出信号1として出力し、検出回路4は検出信号1を入力しスタイラス12の振動の振幅変化を表す検出信号2を出力する。
【0037】
ここで、加振回路3は、調整機構5におけるDSP52に電気的交流信号の加振電圧を出力し、DSP52は、加振電圧とローパスフィルタ51の時定数が反比例の関係であることから、加振電圧に基づいて、ローパスフィルタ51の時定数を演算し、ローパスフィルタ51に出力することで、ローパスフィルタ51の時定数を設定する。検出回路4から出力された検出信号2はこのローパスフィルタ51を通ることによってノイズが除去された検出信号3となる。具体的には、電気的交流信号の加振電圧を小さくすることで、検出回路4から出力される検出信号2に加わるノイズは増大する。ノイズが増大することで、測定力を決定する閾値は制限され、これまでより低い値に設定しなければならない。ローパスフィルタ51の時定数を上げることで通過周波数帯域を狭め、ノイズの影響を小さくすることで閾値の調整が制限されないようにしている。
【0038】
さらに、加振回路3は、信号演算処理部62におけるパーソナルコンピュータ63に電気的交流信号の加振電圧を出力し、このパーソナルコンピュータ63は、予め求められた測定力と加振電圧および閾値との関係により、加振電圧に基づいて閾値を設定する。前述したように、ローパスフィルタ51の時定数を上げることにより、ノイズが減少して閾値の制約がなくなるので、図5に示すように、閾値をこれまでよりも高い値に設定することができる。
【0039】
以上のような手順により、測定力は、図5に示すようにこれまでよりも低減した値を示し、触針12Aと被測定物Wとの接触する際に生じる力は低減し、被測定物Wの表面の損傷が防止される。
【0040】
以上のような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)検出信号3の状態量が変化すると、制御回路61が微動機構21を被測定物Wに対して接近または離隔方向に動作制御するように構成されているので、触針12Aを常に一定の測定力で被測定物Wの表面に接触することができ、微細形状測定装置用プローブ1による測定を高精度に行うことができる。
【0041】
(2)触針12Aと被測定物Wとが接触する際に生ずる測定力の調整を、タッチセンサの構成の工夫にて行うのではなく、電気的交流信号の加振電圧を調整することで行うので、従来公知の加振手段および検出手段が設けられたタッチセンサを用いることができ、種々の形状、大きさのタッチセンサで本発明を実施することができる。
【0042】
(3)検出回路4から出力された検出信号2はローパスフィルタ51を通るので、検出信号2に加わるノイズを除去し、本来、ノイズによって制限される信号演算処理部62における閾値を、より幅広く調整可能にすることで、測定力の調整を行うことができる。
【0043】
(4)ローパスフィルタ51の時定数をDSP52によって調整できるので、検出信号2に加わるノイズに応じて、つまり、加振回路3からの加振電圧に応じて、ローパスフィルタ51の時定数を調節することができる。検出回路4から出力された検出信号2に加わるノイズを除去することができるので、閾値の調整範囲を広げ、測定力の調整範囲も同様に広げることができる。
【0044】
(5)信号演算処理部62に加振回路3からの加振電圧をモニタするパーソナルコンピュータ63が設けられているので、予め測定力と加振電圧および閾値を求めておくことで、加振回路3からの加振電圧をモニタし、加振電圧に応じて閾値を設定することができ、測定力を調整することができる。
【0045】
(6)電気的交流信号の加振電圧の調整および閾値の調整をすることによって、また、制御回路61を用いて微動機構21を動作制御することによって、低測定力でかつ一定に表面形状測定を行うことができる。
【0046】
なお、本発明は、前記実施の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、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、タッチセンサ10のスタイラス12はスタイラス軸方向の共振状態で振動させるとしたが、スタイラスの一端に取り付けられた触針が圧電素子により振動し、触針と被測定物との接触した際の変化する状態量を検出する検出回路を備えているタッチセンサであればこの形に限定されるものではない。すなわち、一般に原子間力顕微鏡(AFM)で使用される梁の曲げ振動を利用するタイプであってもよい。
【0047】
前記実施形態では、タッチセンサ10に印加される電気的交流信号の加振電圧によって調整を行ったが、電気的交流信号の加振周波数や加振位相を調整することにより測定力を調整することも可能である。たとえば、加振周波数をスタイラスの共振周波数にするのではなく、スタイラスの共振周波数からずらすことにより調整することも可能である。また、加振回路に発振器を用いて行うのではなく、位相調整を行うことができる自励回路を用いて行う場合において、加振位相を調整することで測定力を調整してもよい。
【0048】
前記実施形態では、測定力と加振電圧および閾値との関係を予め求めておき、電気的交流信号の加振電圧をパーソナルコンピュータ63を用いてモニタすることで、閾値を設定し、測定力を調整したが、検出回路における状態量あるいは触針の振動振幅をモニタすることで、測定力を調整してもよい。
【0049】
【発明の効果】
本発明によれば、タッチセンサの形状や構成の工夫を行うことなく、タッチセンサに印加する電気的交流信号の調整や検出信号に加わるノイズの低減により表面形状測定における測定力の調整が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作用を説明するための実験システムの図である。
【図2】本発明の作用を説明するための検出信号の変化を表すグラフである。
【図3】本発明に係るタッチセンサの一実施形態を表す模式図である。
【図4】同上実施形態の作用を説明するための検出信号の変化を表すグラフである。
【図5】同上実施形態の作用を説明するための検出信号の変化を表すグラフである。
【図6】従来のタッチセンサの構造を表す概要斜視図である。
【図7】従来のタッチセンサの動作制御を表す模式図である。
【符号の説明】
3 加振回路
4 検出回路
10 タッチセンサ
12A 触針
19 圧電素子
51 ローパスフィルタ
63 モニタを行うパーソナルコンピュータ
W 被測定物
Claims (6)
- 被測定物に接触する触針と、前記触針を共振状態で振動させるための加振手段と、前記加振手段に電気的交流信号を印加して前記触針を共振状態で振動させる加振回路と、前記触針の振動状態に応じた信号を出力する検出手段と、前記検出手段からの信号に基づいて前記触針の振動状態の変化を検出し前記振動状態の変化に応じた検出信号を出力する検出回路とを備えたタッチセンサであって、
前記加振回路は、前記加振手段に印加する電気的交流信号の振幅を調整可能に構成されていることを特徴とするタッチセンサ。 - 請求項1に記載のタッチセンサと、
前記タッチセンサを前記被測定物の表面の高さ方向に移動させる微動機構とを備えていることを特徴とする微細形状測定装置用プローブ。 - 請求項2に記載の微細形状測定装置用プローブにおいて、
前記検出回路から出力される検出信号の振幅と閾値との差を演算し、前記差に基づいて前記微動機構を動作制御する微動機構コントローラを備え、
前記微動機構コントローラは、前記加振回路から前記加振手段に印加される電気的交流信号の振幅に基づいて前記閾値を設定することを特徴とする微細形状測定装置用プローブ。 - 請求項2または請求項3に記載の微細形状測定装置用プローブにおいて、
前記検出回路から出力される検出信号を入力し、前記検出信号に加わるノイズを除去するローパスフィルタを備え、
前記ローパスフィルタの時定数は、前記電気的交流信号の振幅が調整された際、調整による前記振幅の変化に対して所定の関係を有するように調整されて設定されていることを特徴とする微細形状測定装置用プローブ。 - 請求項4に記載の微細形状測定装置用プローブにおいて、
前記所定の関係は、反比例関係であることを特徴とする微細形状測定装置用プローブ。 - 請求項4または請求項5に記載の微細形状測定装置用プローブにおいて、
前記ローパスフィルタの時定数は、前記電気的交流信号の振幅が調整された際、調整による前記振幅の変化に対して前記所定の関係を有するように自動的に調整されて設定されていることを特徴とする微細形状測定装置用プローブ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001312927A JP3961258B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | タッチセンサ、および微細形状測定装置用プローブ |
US10/266,359 US6675637B2 (en) | 2001-10-10 | 2002-10-08 | Touch sensor |
DE10247113.4A DE10247113B4 (de) | 2001-10-10 | 2002-10-09 | Berührungsfühler |
US10/655,292 US7159452B2 (en) | 2001-10-10 | 2003-09-04 | Method for measuring a configuration of an object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001312927A JP3961258B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | タッチセンサ、および微細形状測定装置用プローブ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003121136A JP2003121136A (ja) | 2003-04-23 |
JP3961258B2 true JP3961258B2 (ja) | 2007-08-22 |
Family
ID=19131496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001312927A Expired - Fee Related JP3961258B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | タッチセンサ、および微細形状測定装置用プローブ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6675637B2 (ja) |
JP (1) | JP3961258B2 (ja) |
DE (1) | DE10247113B4 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220170833A1 (en) * | 2020-12-02 | 2022-06-02 | Shimadzu Corporation | Material testing machine and control method of material testing machine |
Families Citing this family (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6922904B2 (en) * | 2003-01-29 | 2005-08-02 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Method and system for analyzing transmitted signals from a probe system |
JP4909548B2 (ja) * | 2005-09-01 | 2012-04-04 | 株式会社ミツトヨ | 表面形状測定装置 |
JP5032031B2 (ja) * | 2006-02-03 | 2012-09-26 | 株式会社ミツトヨ | 接触プローブおよび形状測定装置 |
JP4851819B2 (ja) * | 2006-03-16 | 2012-01-11 | 株式会社ミツトヨ | 測定制御回路の制御ゲイン調整方法および測定制御回路 |
JP5108243B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2012-12-26 | 株式会社ミツトヨ | 表面性状測定装置および表面性状測定方法 |
NL1031573C2 (nl) * | 2006-04-12 | 2007-10-16 | Univ Eindhoven Tech | Meettastelement voor het aftasten van een meetoppervlak. |
JP4939110B2 (ja) * | 2006-05-16 | 2012-05-23 | 株式会社ミツトヨ | プローブ、および、表面性状測定装置 |
US7814779B2 (en) * | 2006-06-06 | 2010-10-19 | Mitutoyo Corporation | Surface texture measuring instrument |
JP2007327826A (ja) * | 2006-06-07 | 2007-12-20 | Ulvac Japan Ltd | 表面形状測定用触針式段差計の力の補正方法 |
JP5009564B2 (ja) * | 2006-07-20 | 2012-08-22 | 株式会社ミツトヨ | 表面追従型測定器 |
KR101360196B1 (ko) * | 2006-10-31 | 2014-02-12 | 엘지전자 주식회사 | 터치 센서의 노이즈 저감 장치 및 방법 |
JP4816414B2 (ja) * | 2006-11-10 | 2011-11-16 | 株式会社島津製作所 | 走査型プローブ顕微鏡 |
JP5192144B2 (ja) * | 2006-12-12 | 2013-05-08 | 株式会社ミツトヨ | 測定器 |
JP5199582B2 (ja) * | 2007-02-14 | 2013-05-15 | 株式会社ミツトヨ | 接触式プローブの倣い制御方法及び接触式測定機 |
KR100868029B1 (ko) | 2007-07-10 | 2008-11-11 | 한국과학기술연구원 | 질감 측정 장치 및 그 방법 |
US8009148B2 (en) * | 2007-12-20 | 2011-08-30 | Tpk Touch Solutions Inc. | Adaptive non-contact testing method for touch panel |
GB0804629D0 (en) * | 2008-03-12 | 2008-04-16 | Finlan Martin F | Imaging apparatus & method |
US8191036B2 (en) * | 2008-05-19 | 2012-05-29 | Apple Inc. | Mechanism to support orphaned and partially configured objects |
JP5297735B2 (ja) * | 2008-09-18 | 2013-09-25 | 国立大学法人東北大学 | 接触式変位センサ |
US20110099830A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Siltronic Corporation | Tool positioning system |
JP5439157B2 (ja) * | 2009-12-22 | 2014-03-12 | 三菱重工業株式会社 | 歯車測定方法 |
JP5639453B2 (ja) * | 2010-01-07 | 2014-12-10 | 株式会社ミツトヨ | てこ式検出器、スタイラス、及びスタイラス自動交換装置 |
JP5754971B2 (ja) * | 2011-02-14 | 2015-07-29 | キヤノン株式会社 | 形状測定装置及び形状測定方法 |
TWI469023B (zh) | 2011-07-21 | 2015-01-11 | Ind Tech Res Inst | 觸控感應裝置 |
FR2989032B1 (fr) | 2012-04-05 | 2015-04-10 | Michelin & Cie | Pneumatique et ensemble pneumatique-roue a mobilite etendue |
CN103737429A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-04-23 | 浙江工业大学 | 球头铣刀精密铣削拼接淬硬钢斜面的切削力测试装置 |
TWI480528B (zh) * | 2013-12-09 | 2015-04-11 | Henghao Technology Co Ltd | 觸控面板的觸壓測試方法 |
DE102014111247A1 (de) * | 2014-08-07 | 2016-02-11 | Breitmeier Messtechnik Gmbh | Verfahren zur Adoption wenigstens einer Eigenschaft eines Rauheitsmessgeräts |
JP6212148B2 (ja) * | 2016-02-26 | 2017-10-11 | 株式会社ミツトヨ | 測定プローブ |
JP6216400B2 (ja) * | 2016-02-26 | 2017-10-18 | 株式会社ミツトヨ | 測定プローブ |
JP6680643B2 (ja) * | 2016-08-03 | 2020-04-15 | 株式会社Soken | 面圧計測装置 |
CN106863009B (zh) * | 2017-01-20 | 2018-01-09 | 西北工业大学 | 基于刀杆两点变形的切削力测量方法 |
US9835433B1 (en) * | 2017-05-09 | 2017-12-05 | Tesa Sa | Touch trigger probe |
JP7081814B2 (ja) * | 2018-10-22 | 2022-06-07 | 国立大学法人 香川大学 | 触覚センサ |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5025658A (en) * | 1989-11-28 | 1991-06-25 | Digital Instruments, Inc. | Compact atomic force microscope |
JPH05248847A (ja) | 1992-03-09 | 1993-09-28 | Mitsutoyo Corp | 測定機 |
US5267471A (en) * | 1992-04-30 | 1993-12-07 | Ibm Corporation | Double cantilever sensor for atomic force microscope |
US5519212A (en) * | 1992-08-07 | 1996-05-21 | Digital Instruments, Incorporated | Tapping atomic force microscope with phase or frequency detection |
US5260572A (en) * | 1992-08-13 | 1993-11-09 | Wyko Corporation | Scanning probe microscope including height plus deflection method and apparatus to achieve both high resolution and high speed scanning |
JP3420327B2 (ja) | 1994-05-26 | 2003-06-23 | 株式会社ミツトヨ | タッチ信号プローブ |
JPH08122341A (ja) * | 1994-10-24 | 1996-05-17 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
JP2730673B2 (ja) * | 1995-12-06 | 1998-03-25 | 工業技術院長 | 超音波を導入するカンチレバーを用いた物性の計測方法および装置 |
US5801381A (en) * | 1997-05-21 | 1998-09-01 | International Business Machines Corporation | Method for protecting a probe tip using active lateral scanning control |
US5907096A (en) * | 1997-06-02 | 1999-05-25 | International Business Machines Corporation | Detecting fields with a two-pass, dual-amplitude-mode scanning force microscope |
JP3925991B2 (ja) * | 1997-07-08 | 2007-06-06 | 日本電子株式会社 | 走査プローブ顕微鏡 |
US6079254A (en) * | 1998-05-04 | 2000-06-27 | International Business Machines Corporation | Scanning force microscope with automatic surface engagement and improved amplitude demodulation |
US6666075B2 (en) * | 1999-02-05 | 2003-12-23 | Xidex Corporation | System and method of multi-dimensional force sensing for scanning probe microscopy |
JP3536013B2 (ja) | 1999-07-23 | 2004-06-07 | 株式会社ミツトヨ | 表面形状測定方法 |
JP3650555B2 (ja) | 1999-09-27 | 2005-05-18 | 株式会社ミツトヨ | タッチセンサ |
JP2001141442A (ja) | 1999-11-18 | 2001-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 微細形状測定プローブの破損防止機構およびその制御方法 |
JP2001264050A (ja) * | 2000-03-14 | 2001-09-26 | Mitsutoyo Corp | 微細形状測定装置 |
-
2001
- 2001-10-10 JP JP2001312927A patent/JP3961258B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-10-08 US US10/266,359 patent/US6675637B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-10-09 DE DE10247113.4A patent/DE10247113B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-09-04 US US10/655,292 patent/US7159452B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220170833A1 (en) * | 2020-12-02 | 2022-06-02 | Shimadzu Corporation | Material testing machine and control method of material testing machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20030066354A1 (en) | 2003-04-10 |
JP2003121136A (ja) | 2003-04-23 |
US7159452B2 (en) | 2007-01-09 |
DE10247113A1 (de) | 2003-07-03 |
US6675637B2 (en) | 2004-01-13 |
DE10247113B4 (de) | 2015-10-15 |
US20040040373A1 (en) | 2004-03-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3961258B2 (ja) | タッチセンサ、および微細形状測定装置用プローブ | |
US7318285B2 (en) | Surface profile measuring instrument | |
JP5095084B2 (ja) | 試料の表面形状の測定方法及び装置 | |
Su et al. | A bimorph based dilatometer for field induced strain measurement in soft and thin free standing polymer films | |
JP5124249B2 (ja) | 表面形状測定用触針式段差計を用いた段差測定方法及び装置 | |
JP3731047B2 (ja) | 微小硬さ試験機 | |
Shi et al. | The application of chaotic oscillator in detecting weak resonant signal of MEMS resonator | |
JP5199582B2 (ja) | 接触式プローブの倣い制御方法及び接触式測定機 | |
RU2442131C1 (ru) | Устройство для измерения параметров рельефа поверхности и механических свойств материалов | |
JP2021110693A (ja) | 磁歪測定装置および磁歪測定方法 | |
JP2001099639A (ja) | 表面形状測定方法 | |
JP4851819B2 (ja) | 測定制御回路の制御ゲイン調整方法および測定制御回路 | |
RU2425356C1 (ru) | Устройство для измерения физико-механических свойств материалов | |
JP3274087B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
JP2002148169A (ja) | 定断面作動体の出力圧の測定方法及び測定装置 | |
JP2004101202A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
JP2009537840A (ja) | 制御される原子間力顕微鏡 | |
JPH0395406A (ja) | 接触検出機構及びその検出方法 | |
JP2003215018A (ja) | 表面情報測定方法及び表面情報測定装置 | |
JP2001280944A (ja) | 接触感知器及び接触感知システム | |
EP2031369B1 (en) | Method and apparatus for detecting measurement position of resonance sensor | |
JPH05264214A (ja) | 表面形状測定方法及び装置 | |
JPH06147882A (ja) | 物理量測定装置 | |
JP5108243B2 (ja) | 表面性状測定装置および表面性状測定方法 | |
JP2001004311A (ja) | 位置決め装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040623 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051206 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070109 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070308 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070508 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070516 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3961258 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100525 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130525 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130525 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160525 Year of fee payment: 9 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |