JP5173292B2 - 試料の表面形状の測定方法 - Google Patents
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Description
センサによる被測定表面上における探針の垂直方向の変位の検出と、探針の変位の検出に基いた探針の速度及び加速度の算出と、及び探針の速度及び加速度の少なくとも一方のリアルタイムでのモニターによる探針のとびの検出と、探針の針圧発生装置への電流制御とから成る制御操作を短時間で行い、探針が空中にあるときにだけ探針にかける針圧を増大し、探針が試料に再び触れる前に探針の針圧を元の状態に戻すことを特徴としている。
F = I/r2 d2z/dt2 (1)
即ち、力Fが働く場での、質量がI/r2の質点の運動とみなすことができる。従って、探針4が飛んでいる間は重力場での質点の自由落下運動とみなすことができ、Fが一定ならd2z/dt2も一定になる。つまり図6の点線(zの軌跡)は放物線になっている。
h = I v0 2 / 2 r2 F (2)
2t0 = 2 I v0 / r2 F (3)
試料9をz=0付近に置き、探針4を0.1 mgfの力の設定値で上方から下ろしたときのz、 v=dz/dt、力F = I/r2 d2z/dt2の時間変化の測定結果をそれぞれ図14、図15及び図16に示す。測定したzを時間微分してvを算出し、2階微分で得たd2z/dt2にI/r2をかけFを求めた。探針4が試料9の表面で跳ね返って振動している様子が分かる。探針4の横方向への走査はしていない。この跳ね返りを走査時の探針4のとびに見立てて、跳ね返り、つまりとびを小さくする実験を行った。実験には図4に示すものと同じ構成の計測制御系を用いた。
(0.114/0.05) / (0.21/0.1)= 1.09
となり、つまり、同じ初速でのとびを比べると1.09倍大きい。従って、高さの減少率を比較できるようにするために、測定した高さを1.09で割ってプロットした。また、1.09で割るだけなので実質的にも問題はない。また力を0.05 mgfから40倍の2 mgfにしているので、特許文献1に記載の制御方式に基づく制御ありの計算値は破線で示し、点線の1/40となっている。特許文献1に記載の制御方式での■でプロットした測定結果は特許文献1に記載の制御方式に基づく「制御ありの計算結果」に達せず走査速度が小さいときにはほとんど効果が得られていない。これは実質的には制御ループを回す速さが遅いことに起因しているが、このことは、制御ループ時間が重要であることを意味している。
2:支点
3:揺動支持棒
4:探針
5:針圧付加手段
6:検出手段
7:試料ホルダー
8:走査ステージ
9:被測定試料
10:制御手段
11:計測器
12:アナログ入出力ボード
13:コントローラ
14:コンピュータ装置
15:電源
Claims (6)
- 探針を被測定試料の表面に接触させて被測定試料の表面形状を測定する方法において、
センサによる被測定表面上における探針の垂直方向の変位の検出と、探針の変位の検出に基いた探針の速度及び加速度の算出と、及び探針の速度及び加速度の少なくとも一方のリアルタイムでのモニターによる探針のとびの検出と、探針の針圧発生装置への電流制御とから成る制御操作を短時間で行い、探針が空中にあるときにだけ探針にかける針圧を増大し、探針が試料に再び触れる前に探針の針圧を元の状態に戻すことを特徴とする試料の表面形状の測定方法。 - 探針のとびの軌跡の頂点付近で、探針にかかる針圧を元の値に戻すことを特徴とする請求項1に記載の試料の表面形状の測定方法。
- 前記制御操作を100μ秒で行うことを特徴とする請求項1に記載の試料の表面形状の測定方法。
- 探針の変位の検出に基いた探針の速度が探針のとびを判断する設定値以上になった時に探針にかける針圧を増大し、その後探針の速度が前記設定値を下回ったら探針の針圧を元の状態に戻すことを特徴とする請求項1又は3に記載の試料の表面形状の測定方法。
- 探針の速度の前記設定値が40μm/sであることを特徴とする請求項4に記載の試料の表面形状の測定方法。
- 探針の変位の検出に基いた探針の加速度が探針のとびを判断する設定値以上になった時に探針にかける針圧を増大し、その後探針の加速度が前記設定値を下回ったら探針の針圧を元の状態に戻すことを特徴とする請求項1又は3に記載の試料の表面形状の測定方法。
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