JPH01259210A - 表面形状測定装置 - Google Patents
表面形状測定装置Info
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- JPH01259210A JPH01259210A JP8663288A JP8663288A JPH01259210A JP H01259210 A JPH01259210 A JP H01259210A JP 8663288 A JP8663288 A JP 8663288A JP 8663288 A JP8663288 A JP 8663288A JP H01259210 A JPH01259210 A JP H01259210A
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- Japan
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- displacement sensor
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- probe
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Links
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
半導体、磁気記録媒体、光記録媒体などにおける表面の
欠陥は、これらの性能や分留りに大きな影響を与える。
欠陥は、これらの性能や分留りに大きな影響を与える。
これらの欠陥はミクロン以下の大きさでも問題になり、
時には原子レベルの大きさのものでさえ欠陥成長の原因
として問題になることがある。これらの欠陥は、表面の
凹凸を測定することにより観測することができる。しか
し、これまでミクロン以下の面分解能で測定することは
困難であった。本発明はこれを測定する表面形状装置に
関するものである。
時には原子レベルの大きさのものでさえ欠陥成長の原因
として問題になることがある。これらの欠陥は、表面の
凹凸を測定することにより観測することができる。しか
し、これまでミクロン以下の面分解能で測定することは
困難であった。本発明はこれを測定する表面形状装置に
関するものである。
（従来技術及び発明が解決しようとする課題）表面の凹
凸を測定するもっとも一般的な測定器は、触針を表面に
押し利は表面をなぞる従来の触針式表面粗さ計である。
凸を測定するもっとも一般的な測定器は、触針を表面に
押し利は表面をなぞる従来の触針式表面粗さ計である。
これは触針の表面への押し付は荷重は１０ミリグラムオ
ーダもしくはそれ以上であり、この荷重に触針が耐える
ためにはその先端半径はミクロンオーダにする必要があ
る。よってミクロン以下のピッチを微細な凹凸は検出で
きない。さらにこの大きな荷重で表面を損傷する危険も
ある。さらに触針の変位を高感度に検出しようとすると
センサの測定範囲が狭くなり、汎用性に欠ける欠点があ
った。
ーダもしくはそれ以上であり、この荷重に触針が耐える
ためにはその先端半径はミクロンオーダにする必要があ
る。よってミクロン以下のピッチを微細な凹凸は検出で
きない。さらにこの大きな荷重で表面を損傷する危険も
ある。さらに触針の変位を高感度に検出しようとすると
センサの測定範囲が狭くなり、汎用性に欠ける欠点があ
った。
最近、非接触で表面の凹凸を光で検出する先代表面粗さ
計も用いられるようになった。これは表面を損傷する危
険はないが、光スポットの直径は１ミクロン以上あり、
やはりミクロン以下のピッチの微小凹凸の測定には分解
能力（不足である。
計も用いられるようになった。これは表面を損傷する危
険はないが、光スポットの直径は１ミクロン以上あり、
やはりミクロン以下のピッチの微小凹凸の測定には分解
能力（不足である。
また、走査型電子顕微鏡は高い面分解能を持っているが
、凹凸の高さを直接求めることはできない。しかも測定
は真空中で行わなければならない。
、凹凸の高さを直接求めることはできない。しかも測定
は真空中で行わなければならない。
サラ゛に、鋭い針を表面にオングストロームオーダまで
近付け、その間に流れるトンネル電流を検出する走査型
トンネル顕微鏡が開発された。分解能は原子レベルまで
期待でき、空気中でも測定可能であるが、トンネル電流
を利用するかぎり表面は導体に限定されるという大きな
欠点があった。
近付け、その間に流れるトンネル電流を検出する走査型
トンネル顕微鏡が開発された。分解能は原子レベルまで
期待でき、空気中でも測定可能であるが、トンネル電流
を利用するかぎり表面は導体に限定されるという大きな
欠点があった。
本発明は、これら従来の測定装置の欠点を解消するため
に提案されたもので、その目的は、あらゆる物質の表面
に対して、気体中、真空中を問わず、容易な操作かつ高
い分解能で表面形状を微小な凹凸から大きな凹凸まで広
い範囲で測定できる表面形状測定装置を提供することに
ある。
に提案されたもので、その目的は、あらゆる物質の表面
に対して、気体中、真空中を問わず、容易な操作かつ高
い分解能で表面形状を微小な凹凸から大きな凹凸まで広
い範囲で測定できる表面形状測定装置を提供することに
ある。
（課題を解決するための手段）
本発明は上記の目的を達成するため、本発明の特徴とす
る表面形状測定装置は、 （１）ばねの先端に触３１を設置した軽量な触針ばね支
持機構 （ｉｉ） ばねの変位を検出する変位センサ（ｉｉＤ
触針が測定表面を走査するとき、触針の動きに応じ
て常に変位センサとばねの距離を一定に保つよう変位セ
ンサを駆動制御する機構とを具備する点にある。
る表面形状測定装置は、 （１）ばねの先端に触３１を設置した軽量な触針ばね支
持機構 （ｉｉ） ばねの変位を検出する変位センサ（ｉｉＤ
触針が測定表面を走査するとき、触針の動きに応じ
て常に変位センサとばねの距離を一定に保つよう変位セ
ンサを駆動制御する機構とを具備する点にある。
（作用）
本発明は叙上のように構成されているので、極めて微小
な荷重で表面形状を測定でき、従来装置では実現できな
かった鋭い触針を破壊の危険がなく使用できる。また高
い分解能のセンサを使用して小さな凹凸から大きな凹凸
まで広い測定範囲で精密な表面形状を測定できるもので
ある。
な荷重で表面形状を測定でき、従来装置では実現できな
かった鋭い触針を破壊の危険がなく使用できる。また高
い分解能のセンサを使用して小さな凹凸から大きな凹凸
まで広い測定範囲で精密な表面形状を測定できるもので
ある。
（実施例）
次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例は
一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で
、種々の変更あるいは改良を行いうることは言うまでも
ない。
一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で
、種々の変更あるいは改良を行いうることは言うまでも
ない。
第１図は本発明の実施例の側面と制御回路を示す図であ
る。
る。
図において、■は触針、２は板ばねである。触針１は板
ばね２の先端に固定されている。３は測定面で、触針１
はこの上を接触摺動する。触針１の先端半径はサブミク
ロンの分解能を得るのにサブミクロンもしくはそれ以下
にする。板ばね２はたわみやすいものとし、例えば長さ
１０ｍｍ、幅１ ｍｍ。
ばね２の先端に固定されている。３は測定面で、触針１
はこの上を接触摺動する。触針１の先端半径はサブミク
ロンの分解能を得るのにサブミクロンもしくはそれ以下
にする。板ばね２はたわみやすいものとし、例えば長さ
１０ｍｍ、幅１ ｍｍ。
厚さＩｏｎとすれば１０μｇＩｎ程度の剛性が得られる
。
。
また、フォトリソグラフィによるエツチング技術を使い
ミリメートル以下の極く薄いばねを形成し、それを用い
てもよい。
ミリメートル以下の極く薄いばねを形成し、それを用い
てもよい。
４は板ばね２の変位を検出する変位センサで静電容量や
光などを検出原理に用いる。５ば板ばね２を吸引しばね
位置を調整する電磁石である。６は変位センサ４と板ば
ね２の距離を調整する駆動機構で積層ピエゾ素子などを
用いる。７はフレームである。８は変位センサ４で検出
される位置情報により電磁石５および駆動機構６を制御
する制御装置である。９は電磁石５の電磁石駆動回路、
ＩＯはフレーム７を測定面３に接近・離反させる位置決
め機構でモータ駆動の送りねし機構などを用いる。１１
は位置決め機構１０のモータ駆動回路、１２は駆動機構
６の制御回路である。１３は表面形状を示す表示装置で
ある。
光などを検出原理に用いる。５ば板ばね２を吸引しばね
位置を調整する電磁石である。６は変位センサ４と板ば
ね２の距離を調整する駆動機構で積層ピエゾ素子などを
用いる。７はフレームである。８は変位センサ４で検出
される位置情報により電磁石５および駆動機構６を制御
する制御装置である。９は電磁石５の電磁石駆動回路、
ＩＯはフレーム７を測定面３に接近・離反させる位置決
め機構でモータ駆動の送りねし機構などを用いる。１１
は位置決め機構１０のモータ駆動回路、１２は駆動機構
６の制御回路である。１３は表面形状を示す表示装置で
ある。
これを動作させるには、まず触針１が測定面３に接触し
ていない状態で、板ばね２を電磁石５で吸引し、変位セ
ンサ４の測定範囲のほぼ中央に変位させる。この動作は
制御装置８が変位センサ４の位置信号により電磁石駆動
回路９を動作することによって行う。動作が完了すれば
電磁石５の電流を、その状態で固定し初期設定とする。
ていない状態で、板ばね２を電磁石５で吸引し、変位セ
ンサ４の測定範囲のほぼ中央に変位させる。この動作は
制御装置８が変位センサ４の位置信号により電磁石駆動
回路９を動作することによって行う。動作が完了すれば
電磁石５の電流を、その状態で固定し初期設定とする。
つぎにフレーム７を測定面３へ近付は触針１を測定面３
に接触させる。この動作は制御装置８が変位センサ４の
位置信号によりモータ駆動回路１１を動作することによ
って行う。ここで生じる接触荷重は、板ばね２の剛性が
小さいため極めて小さな値、たとえば触針と測定面とに
作用するファンデルブアールス力と同程度の１０μｇの
オーダにできる。よって、接触による表面の損傷を避け
ることができる。
に接触させる。この動作は制御装置８が変位センサ４の
位置信号によりモータ駆動回路１１を動作することによ
って行う。ここで生じる接触荷重は、板ばね２の剛性が
小さいため極めて小さな値、たとえば触針と測定面とに
作用するファンデルブアールス力と同程度の１０μｇの
オーダにできる。よって、接触による表面の損傷を避け
ることができる。
この状態で測定面３もしくはフレーム７を測定面に沿っ
て走査すると、板ばね２ば測定面の形状に応して触針が
変位しそれを変位センサ４で検出できるが、変位センサ
が光干渉の原理のものであるとセンサの測定範囲はサブ
ミクロンと狭い。また静電容量検出の原理のものである
と変位と容量変化量は比例せず補正を必要とする。そこ
で本発明では板ばね２の変位に応じて変位センサ４を駆
動機構６で動かし、常に変位センサ４と板ばね２の距離
を初期設定の値に保持する。この動作は制御装置８が変
位センサ４の位置信号により制御回路１２を動作するこ
とによって行う。たとえば駆動機構６に積層ピエゾ素子
を用いた場合、積層ピエゾ素子の動作範囲はＩｏｎもし
くはそれ以上にとれるので、荒い凹凸面や測定面が傾い
ている場合の測定にも十分な測定範囲がとれる。さらに
、板ばねの変位による触針の接触荷重の変動を避ける必
要がある時は、電磁石５の電流を制御装置８で制御すれ
ば常に一定荷重での測定も可能である。
て走査すると、板ばね２ば測定面の形状に応して触針が
変位しそれを変位センサ４で検出できるが、変位センサ
が光干渉の原理のものであるとセンサの測定範囲はサブ
ミクロンと狭い。また静電容量検出の原理のものである
と変位と容量変化量は比例せず補正を必要とする。そこ
で本発明では板ばね２の変位に応じて変位センサ４を駆
動機構６で動かし、常に変位センサ４と板ばね２の距離
を初期設定の値に保持する。この動作は制御装置８が変
位センサ４の位置信号により制御回路１２を動作するこ
とによって行う。たとえば駆動機構６に積層ピエゾ素子
を用いた場合、積層ピエゾ素子の動作範囲はＩｏｎもし
くはそれ以上にとれるので、荒い凹凸面や測定面が傾い
ている場合の測定にも十分な測定範囲がとれる。さらに
、板ばねの変位による触針の接触荷重の変動を避ける必
要がある時は、電磁石５の電流を制御装置８で制御すれ
ば常に一定荷重での測定も可能である。
表面形状と駆動機構６の制御量から知ることができ、表
示装置１１を示すことができる。
示装置１１を示すことができる。
なお、本発明の実施例の板状ばねのかわりに棒状ばねを
用いても本発明の効果は失われない。また、電磁石のか
わりに静電力など他の吸引力を発生ずる機構を用いても
本発明の効果は失われない。
用いても本発明の効果は失われない。また、電磁石のか
わりに静電力など他の吸引力を発生ずる機構を用いても
本発明の効果は失われない。
（発明の効果）
以上述べたごとく、本発明によれば、触針を測定面に接
触摺動させて表面形状を測定する装置において、触針を
支持するばねと、前記ばねの変位を検出する変位センサ
と、前記ばねを変位センサの所定の位置に吸引する機構
と、触針の動きに応し前記変位センサと前記ばねとの距
離を一定に保つよう変位センサを駆動する機構とを具備
したことにより、極めて微小な荷重で表面形状を測定で
き、従来装置では実現できなかった鋭い触針を破壊の危
険がなく使用できる。また高い分解能のセンサを使用し
て小さな凹凸から大きな凹凸まで広い測定範囲で精密な
表面形状を測定できる。
触摺動させて表面形状を測定する装置において、触針を
支持するばねと、前記ばねの変位を検出する変位センサ
と、前記ばねを変位センサの所定の位置に吸引する機構
と、触針の動きに応し前記変位センサと前記ばねとの距
離を一定に保つよう変位センサを駆動する機構とを具備
したことにより、極めて微小な荷重で表面形状を測定で
き、従来装置では実現できなかった鋭い触針を破壊の危
険がなく使用できる。また高い分解能のセンサを使用し
て小さな凹凸から大きな凹凸まで広い測定範囲で精密な
表面形状を測定できる。
第１図は本発明の実施例の側面と制御回路を示す図であ
る。 １・・・・・触針 ２・ ・・・板ばね ３・・・・・測定面 ４・・・・・変位センサ ５・・・・・電磁石 ６・・・・・駆動機構 ７・・・・・フレーム ８・・・・・制御装置 ９・・・・・電磁石駆動回路 １０・・・・・位置決め機構 １１・・・・・モータ駆動回路 １２・・・・・制御回路 １３・・・・・表示装置 １− 触針 ２− 販＋ｊ゛υ ３−１り定ａ ４−一−づεイ１１に〉゛す′ ５−電≠石 ６−、弓ε動沢・、桶− ７−一−フし−ム ８ −−− ｅ］Ｊｌｐｉ（１ １３−表、Ｔ、装置
る。 １・・・・・触針 ２・ ・・・板ばね ３・・・・・測定面 ４・・・・・変位センサ ５・・・・・電磁石 ６・・・・・駆動機構 ７・・・・・フレーム ８・・・・・制御装置 ９・・・・・電磁石駆動回路 １０・・・・・位置決め機構 １１・・・・・モータ駆動回路 １２・・・・・制御回路 １３・・・・・表示装置 １− 触針 ２− 販＋ｊ゛υ ３−１り定ａ ４−一−づεイ１１に〉゛す′ ５−電≠石 ６−、弓ε動沢・、桶− ７−一−フし−ム ８ −−− ｅ］Ｊｌｐｉ（１ １３−表、Ｔ、装置
Claims (1)
- 触針を測定面に接触摺動させて表面形状を測定する装置
において、触針を支持するばねと、前記ばねの変位を検
出する変位センサと、前記ばねを変位センサの所定の位
置に吸引する機構と、触針の動きに応じ前記変位センサ
と前記ばねとの距離を一定に保つよう変位センサを駆動
する機構とを具備したことを特徴とする表面形状測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8663288A JPH01259210A (ja) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | 表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8663288A JPH01259210A (ja) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | 表面形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01259210A true JPH01259210A (ja) | 1989-10-16 |
Family
ID=13892402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8663288A Pending JPH01259210A (ja) | 1988-04-08 | 1988-04-08 | 表面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01259210A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6078174A (en) * | 1997-04-15 | 2000-06-20 | Hokkaido University | Apparatus for measuring exchange force |
| US6297502B1 (en) | 1998-06-30 | 2001-10-02 | Angstrom Technology Partnership | Method and apparatus for force control of a scanning probe |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62130302A (ja) * | 1985-11-26 | 1987-06-12 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | サンプルの表面を検査する方法及び装置 |
| JPS62140002A (ja) * | 1985-12-13 | 1987-06-23 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 表面粗さ測定方法及び装置 |
-
1988
- 1988-04-08 JP JP8663288A patent/JPH01259210A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62130302A (ja) * | 1985-11-26 | 1987-06-12 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | サンプルの表面を検査する方法及び装置 |
| JPS62140002A (ja) * | 1985-12-13 | 1987-06-23 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 表面粗さ測定方法及び装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6078174A (en) * | 1997-04-15 | 2000-06-20 | Hokkaido University | Apparatus for measuring exchange force |
| US6297502B1 (en) | 1998-06-30 | 2001-10-02 | Angstrom Technology Partnership | Method and apparatus for force control of a scanning probe |
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