JPH0743144A - Three-dimensional contour measurement device - Google Patents
Three-dimensional contour measurement deviceInfo
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- JPH0743144A JPH0743144A JP19117493A JP19117493A JPH0743144A JP H0743144 A JPH0743144 A JP H0743144A JP 19117493 A JP19117493 A JP 19117493A JP 19117493 A JP19117493 A JP 19117493A JP H0743144 A JPH0743144 A JP H0743144A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は原子間力顕微鏡の原理を
応用したもので、カンチレバーの変位(たわみ)を変位
検出手段で検出し、この変位量に基づき変位検出手段の
感度を較正可能な3次元表面形状測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention applies the principle of an atomic force microscope. The displacement (deflection) of a cantilever can be detected by a displacement detecting means, and the sensitivity of the displacement detecting means can be calibrated based on this displacement amount. The present invention relates to a three-dimensional surface shape measuring device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、物質表面の粗さ等の微細な形状を
測定するため、レーザスポットを使用した非接触式の微
細形状測定装置が使用されている。この微細形状測定装
置においては、被測定面間での距離を測定する方法とし
て、臨界角法、非点収差法、ナイフエッジ法の焦点式検
出法が一般的に使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to measure a fine shape such as roughness of a material surface, a non-contact type fine shape measuring apparatus using a laser spot has been used. In this fine shape measuring apparatus, the focus angle detection method such as the critical angle method, the astigmatism method, and the knife edge method is generally used as the method for measuring the distance between the surfaces to be measured.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、焦点式検出法
では、レーザスポット径が2μm程度までしか焦光でき
ず、そのため横方向の分解能がZ方向と比較して非常に
悪かった。これを解決するために、従来特開平2ー28
1103号公報に記載のように、レーザとサンプルの間
に、原子間力顕微鏡(AFM)用のカンチレバーを配置
し、このカンチレバーでサンプル表面をなぞり、その時
のカンチレバーのたわみを臨界角法で検出する方法が使
用されている。However, in the focus detection method, the laser spot diameter can be focused only up to about 2 μm, so that the lateral resolution is very poor as compared with the Z direction. In order to solve this, Japanese Patent Laid-Open No. 2-28
As described in Japanese Patent Laid-Open No. 1103, a cantilever for an atomic force microscope (AFM) is arranged between a laser and a sample, the sample surface is traced by this cantilever, and the deflection of the cantilever at that time is detected by a critical angle method. The method is being used.
【0004】このような構成において、サンプルの表面
形状を測定する上で問題となるのは、垂直方向の感度の
較正である。このことについて、図5および図6を参照
して説明する。図中、61はカンチレバー、141は探
針、91は段差91aを有するサンプル、L,Rはレー
ザスポットである。In such a configuration, a problem in measuring the surface shape of the sample is calibration of vertical sensitivity. This will be described with reference to FIGS. 5 and 6. In the figure, 61 is a cantilever, 141 is a probe, 91 is a sample having a step 91a, and L and R are laser spots.
【0005】図5(a)はカンチレバー61がたわんで
いない状態を示すものであり、図5(b)はカンチレバ
ー61がサンプル91の段差91aに応答してたわんだ
状態を示している。この場合、レーザスポットがL点に
あるときの方が、R点あるときより感度が高くなる。FIG. 5 (a) shows a state in which the cantilever 61 is not bent, and FIG. 5 (b) shows a state in which the cantilever 61 is bent in response to the step 91a of the sample 91. In this case, the sensitivity is higher when the laser spot is at the L point than when it is at the R point.
【0006】また、図6(a)に示すようにカンチレバ
ー61がレーザ光1rfに対して垂直なときは、均等に
反射光が戻ってくるが、図6(b)に示すようにカンチ
レバー61がレーザ光1rfに対して傾いているとき
は、レーザ光1rfの一部しか戻らず、感度が低下して
しまう。このように、感度はレーザスポットの位置やカ
ンチレバー61の傾きにより大きく変化する。さらに、
カンチレバー61の傾きは、カンチレバー61のたわみ
量の増大に伴い、大きくなるので、現実的には正確な感
度較正を行うことが困難であった。Further, when the cantilever 61 is perpendicular to the laser beam 1rf as shown in FIG. 6A, the reflected light returns uniformly, but as shown in FIG. When tilted with respect to the laser beam 1rf, only a part of the laser beam 1rf is returned and the sensitivity is lowered. In this way, the sensitivity greatly changes depending on the position of the laser spot and the inclination of the cantilever 61. further,
Since the inclination of the cantilever 61 increases as the amount of deflection of the cantilever 61 increases, it is practically difficult to perform accurate sensitivity calibration.
【0007】本発明は、変位検出手段の感度をカンチレ
バーの傾きや光源のスポット位置に関係なく一定に保つ
ことができ、また変位検出手段の感度の非直線性の領域
であっても垂直方向の感度を一定に保つことができる3
次元表面形状測定装置を提供することを目的とする。According to the present invention, the sensitivity of the displacement detecting means can be kept constant irrespective of the inclination of the cantilever and the spot position of the light source, and the sensitivity of the displacement detecting means can be maintained in the vertical direction even in the non-linear region. Sensitivity can be kept constant 3
An object is to provide a three-dimensional surface shape measuring device.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項1に対応する発明は、サンプルをX−Y方向
に走査することが可能で、かつZ方向に移動可能な3次
元アクチュエータと、このアクチュエータに対してX−
Y方向に走査させる信号を与える走査信号発生手段と、
前記アクチュエータをZ方向に一定量動かす基準信号を
発生する基準信号発生手段と、前記サンプル表面の凹凸
形状をトレースさせる探針と、この探針を支持し該探針
の動きに合わせて変位するカンチレバーと、このカンチ
レバーまたは前記探針の変位を測定する変位検出手段
と、この変位検出手段からの変位測定信号を前記サンプ
ルの凹凸と前記基準信号による変位を分離する分離手段
と、前記基準信号による変位から前記変位検出手段の感
度を調整する感度調整手段と、前記走査信号と前記変位
検出手段からの信号により3次元画像を表示する画像表
示手段と、を具備した3次元表面形状測定装置である。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides a three-dimensional actuator capable of scanning a sample in the X-Y direction and movable in the Z direction. , X-for this actuator
Scanning signal generating means for giving a signal for scanning in the Y direction,
Reference signal generating means for generating a reference signal for moving the actuator by a certain amount in the Z direction, a probe for tracing the irregular shape of the sample surface, and a cantilever for supporting the probe and displacing in accordance with the movement of the probe. A displacement detection means for measuring the displacement of the cantilever or the probe, a separation means for separating the displacement measurement signal from the displacement detection means into the unevenness of the sample and the displacement of the reference signal, and the displacement of the reference signal. The three-dimensional surface shape measuring apparatus comprises: sensitivity adjusting means for adjusting the sensitivity of the displacement detecting means; and image display means for displaying a three-dimensional image by the scanning signal and the signal from the displacement detecting means.
【0009】前記目的を達成するため、請求項2に対応
する発明は、サンプルをX−Y方向に走査することが可
能なアクチュエータと、このアクチュエータに対してX
−Y方向に走査させる信号を与える走査信号発生手段
と、前記サンプル表面の凹凸形状をトレースさせる探針
と、この探針を支持し該探針の動きに合わせて変位する
カンチレバーと、このカンチレバーを前記サンプルに押
し付けた状態で前記カンチレバーに光を集光させるため
の光学系可動用アクチュエータに対してZ方向に一定量
動かす基準信号を与える基準信号発生手段と、前記カン
チレバーの変位を測定する変位検出手段と、この変位検
出手段からの変位測定信号を前記サンプルの凹凸と前記
基準信号による変位を分離する分離手段と、前記基準信
号による変位に基づき前記変位検出手段の感度を一定と
なるように調整する感度調整手段と、前記走査信号と前
記変位検出手段からの信号により3次元画像を表示する
画像表示手段と、を具備した3次元表面形状測定装置で
ある。In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 provides an actuator capable of scanning a sample in the XY direction, and an X-axis for this actuator.
The scanning signal generating means for giving a signal for scanning in the −Y direction, the probe for tracing the uneven shape of the sample surface, the cantilever supporting the probe and displaced according to the movement of the probe, and the cantilever Reference signal generating means for giving a reference signal for moving a certain amount in the Z direction to an actuator for moving an optical system for focusing light on the cantilever in a state of being pressed against the sample, and displacement detection for measuring displacement of the cantilever. Means, a separation means for separating the displacement measurement signal from the displacement detection means into the unevenness of the sample and the displacement by the reference signal, and adjusting the sensitivity of the displacement detection means to be constant based on the displacement by the reference signal. Sensitivity adjusting means and image display means for displaying a three-dimensional image by the scanning signal and the signal from the displacement detecting means. A three-dimensional surface shape measurement apparatus Bei.
【0010】[0010]
【作用】請求項1または請求項2に対応する発明によれ
ば、カンチレバーに有する探針をサンプルに押し付けた
状態で、アクチュエータに対してZ方向に一定量の変位
を与え、変位検出手段の垂直方向の出力感度が一定とな
るようにしたので、従来困難であったnmオーダの3次
元形状測定を精度よく行なえ、また従来の原子間力顕微
鏡と比較しても構成が簡単で安価となる。According to the invention corresponding to claim 1 or claim 2, a certain amount of displacement is applied to the actuator in the Z direction in a state in which the probe of the cantilever is pressed against the sample, and the displacement detecting means is perpendicular to the vertical direction. Since the output sensitivity in the direction is made constant, the three-dimensional shape measurement on the order of nm, which has been difficult in the past, can be accurately performed, and the configuration is simple and inexpensive even in comparison with the conventional atomic force microscope.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明による3次元表面形状測定
装置の第1実施例を示す概略構成図であり、これは以下
のように構成されている。すなわち、レーザ光を射出す
るレーザダイオード1と、レーザ光を平行光にするコリ
メータレンズ2と、レーザ光を分割する偏光ビームスプ
リッター3と、ビームスプリッター3で反射されたレー
ザ光を1/4波長板4を介して集光する対物レンズ5
と、対物レンズ5で集光された光をその上面に照射して
光を反射させるカンチレバー6と、カンチレバー6によ
り反射した光を対物レンズ5、1/4波長板4、ビーム
スプリッター3を介して導き光を反射する臨界角プリズ
ム7と、臨界角プリズム7で反射された反射光が入力さ
れ、その差(臨界角プリズム7からの臨海角より小さい
角度で入射した光と、臨界角以上の角度で入射した光の
差)に対応した信号を検出する2分割フォトディテクタ
ー8と、2分割フォトディテクター8からの信号からカ
ンチレバー6の変位を検出する変位検出器15を備えて
いる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention, which is configured as follows. That is, a laser diode 1 for emitting a laser beam, a collimator lens 2 for making the laser beam a parallel beam, a polarization beam splitter 3 for splitting the laser beam, and a laser beam reflected by the beam splitter 3 for a quarter wavelength plate. Objective lens 5 that collects light through 4
And a cantilever 6 which irradiates the light condensed by the objective lens 5 onto its upper surface to reflect the light, and the light reflected by the cantilever 6 through the objective lens 5, the quarter-wave plate 4 and the beam splitter 3. The critical angle prism 7 that reflects the guided light and the reflected light that is reflected by the critical angle prism 7 are input, and the difference (light that enters from the critical angle prism 7 at an angle smaller than the critical angle and angle that is greater than or equal to the critical angle A two-divided photodetector 8 for detecting a signal corresponding to the difference between the incident light and a displacement detector 15 for detecting the displacement of the cantilever 6 from the signal from the two-divided photodetector 8.
【0012】一方、サンプル9をX−Y方向に走査する
ことが可能で、かつZ方向に移動可能な3次元円筒アク
チュエータ10と、このアクチュエータ10にX−Y方
向に走査させる信号を発生する走査信号発生器11と、
アクチュエータ10をZ方向に一定量動かす基準信号を
発生する基準信号発生器13と、サンプル9の表面の凹
凸形状をトレースさせる探針14と、この探針14を支
持し該探針14の動きに合わせて変位するカンチレバー
6と、このカンチレバー6または探針14の変位を測定
する変位検出器15と、この変位検出器15からの変位
測定信号16をサンプル9の凹凸信号20と基準信号1
9による変位を分離するハイパスフィルター17および
ローパスフィルター18と、基準信号20による変位か
ら変位検出器15の感度を調整するゲインコントロール
22および絶対値回路21と、走査信号発生器11から
の走査信号と変位検出器15からの信号により3次元画
像を表示する画像表示装置28を備えている。On the other hand, a three-dimensional cylindrical actuator 10 capable of scanning the sample 9 in the XY directions and movable in the Z direction, and scanning for generating a signal for causing the actuator 10 to scan in the XY directions. A signal generator 11,
A reference signal generator 13 that generates a reference signal that moves the actuator 10 by a certain amount in the Z direction, a probe 14 that traces the uneven shape of the surface of the sample 9, and a probe 14 that supports the probe 14 and changes the movement of the probe 14. A cantilever 6 that is displaced together, a displacement detector 15 that measures the displacement of the cantilever 6 or the probe 14, and a displacement measurement signal 16 from this displacement detector 15 is the uneven signal 20 of the sample 9 and the reference signal 1.
A high-pass filter 17 and a low-pass filter 18 for separating the displacement due to 9; a gain control 22 and an absolute value circuit 21 for adjusting the sensitivity of the displacement detector 15 from the displacement due to the reference signal 20; and a scanning signal from the scanning signal generator 11. An image display device 28 that displays a three-dimensional image according to a signal from the displacement detector 15 is provided.
【0013】なお、走査信号発生器11は走査信号発生
手段を構成し、基準信号発生器13は基準信号発生手段
を構成し、2分割フォトディテクター8と変位検出器1
5は変位検出手段を構成し、ハイパイフィルター17と
ローパスフィルター18は分離手段を構成し、絶対値回
路21と出力ゲイン調整器22は感度調整手段を構成
し、画像表示装置28は画像表示手段を構成している。The scanning signal generator 11 constitutes a scanning signal generating means, the reference signal generator 13 constitutes a reference signal generating means, and the two-division photo detector 8 and the displacement detector 1 are arranged.
5 constitutes displacement detection means, the high-pass filter 17 and the low-pass filter 18 constitute separation means, the absolute value circuit 21 and the output gain adjuster 22 constitute sensitivity adjustment means, and the image display device 28 constitutes image display means. I am configuring.
【0014】次に、このように構成された3次元表面形
状測定装置の動作について説明する。ここでは、臨界角
法を用いた変位検出法について説明する。レーザダイオ
ード1より射出されたレーザ光は、コリメータレンズ2
により平行光にされる。この平行光は、偏光ビームスプ
リッター3で反射された後、1/4波長板4を介して対
物レンズ5に入射し、集光される。この集光された光
は、カンチレバー6の上面で反射され、この反射光は対
物レンズ5、1/4波長板4、ビームスプリッター3を
通り、臨界角プリズム7に入射される。臨界角プリズム
7に反射される反射光は、臨海角より小さい角度で入射
した光と、臨界角以上の角度で入射した光であり、これ
が2分割フォトディテクター8に導かれ、該光の差に応
じた信号が変位検出器15に導かれ、ここでカンチレバ
ー6の変位が検出される。Next, the operation of the thus constructed three-dimensional surface shape measuring apparatus will be described. Here, a displacement detection method using the critical angle method will be described. The laser light emitted from the laser diode 1 is reflected by the collimator lens 2
Is collimated by. The parallel light is reflected by the polarization beam splitter 3 and then enters the objective lens 5 through the quarter-wave plate 4 and is condensed. The condensed light is reflected by the upper surface of the cantilever 6, and the reflected light passes through the objective lens 5, the quarter-wave plate 4 and the beam splitter 3 and is incident on the critical angle prism 7. The reflected light reflected by the critical angle prism 7 is the light that is incident at an angle smaller than the critical angle and the light that is incident at an angle equal to or greater than the critical angle, and this is guided to the two-divided photodetector 8 and the difference between the two is detected. A corresponding signal is guided to the displacement detector 15, where the displacement of the cantilever 6 is detected.
【0015】一方、サンプル9が以下のようにしてXー
Y走査される。すなわち、走査信号発生器11からX信
号、Y信号が生じ、この信号が高圧回路12で増幅され
て3次元円筒アクチュエータ10に印加され、これによ
りXーYに走査される。この場合、基準信号発生器13
から、アクチュエータ10がZ方向に一定量、例えば
0.1μmで動くような高周波変位基準信号がアクチュ
エータ10に与えられる。On the other hand, the sample 9 is XY scanned as follows. That is, an X signal and a Y signal are generated from the scanning signal generator 11, these signals are amplified by the high voltage circuit 12 and applied to the three-dimensional cylindrical actuator 10, thereby scanning in XY. In this case, the reference signal generator 13
Therefore, a high-frequency displacement reference signal is given to the actuator 10 so that the actuator 10 moves in the Z direction by a constant amount, for example, 0.1 μm.
【0016】そして、サンプル9にカンチレバー6の先
端部近くにある探針を14を押付けた状態で、サンプル
9をXーY方向に走査したときの変位検出器15の出力
は、凹凸信号16のような凹凸信号と基準変位信号がた
し合されたものとなっている。このため、変位検出器1
5の出力は、ハイパスフィルター17とローパスフィル
ター18により基準変位信号19と凹凸信号20に分離
される。基準変位信号19の振幅を絶対値回路21で取
り出し、その値により出力ゲイン調整器22のゲインが
調整される。この場合、カンチレバー6の基準信号19
によるたわみが大きいとき、つまり感度が高いときゲイ
ンを下げ、カンチレバー6の基準信号19によるたわみ
が小さいとき、つまり感度が低いときゲインを上げるよ
うに調整される。The output of the displacement detector 15 when the sample 9 is scanned in the X and Y directions while the probe 14 near the tip of the cantilever 6 is pressed against the sample 9 is the uneven signal 16. The uneven signal and the reference displacement signal are added together. Therefore, the displacement detector 1
The output of No. 5 is separated into a reference displacement signal 19 and an unevenness signal 20 by a high pass filter 17 and a low pass filter 18. The absolute value circuit 21 takes out the amplitude of the reference displacement signal 19, and the gain of the output gain adjuster 22 is adjusted by the value. In this case, the reference signal 19 of the cantilever 6
The gain is adjusted to be low when the deflection due to A is large, that is, when the sensitivity is high, and to be increased when the deflection due to the reference signal 19 of the cantilever 6 is small, that is, when the sensitivity is low.
【0017】そして、出力ゲイン調整器22から出力さ
れたZ変位信号と走査信号発生器11から出力されたX
ーY座標位置が画像表示装置28に入力され、ここでサ
ンプル9の表面の3次元凹凸形状が正確に表示される。The Z displacement signal output from the output gain adjuster 22 and the X displacement signal output from the scanning signal generator 11 are output.
The −Y coordinate position is input to the image display device 28, and the three-dimensional uneven shape of the surface of the sample 9 is accurately displayed here.
【0018】以上述べた実施例によれば、探針14をサ
ンプル9に押し付けた状態で、基準信号発生器13から
アクチュエータ10を垂直方向に一定量の変位を与え、
この変位によるカンチレバー6のたわみを変位検出器1
5で取り出し、サンプル9がどのくらい動いたら、変位
検出器15の信号レベルがどのくらい変化するか、つま
り変位検出器15の垂直方向の感度が較正される。これ
は該較正値により、出力ゲイン調整器22の出力ゲイン
を変化させ、常に変位検出器15の出力感度が一定とな
るように制御される。According to the embodiment described above, with the probe 14 pressed against the sample 9, the actuator 10 is vertically displaced by a fixed amount from the reference signal generator 13.
The deflection of the cantilever 6 due to this displacement is detected by the displacement detector 1
5, the movement of the sample 9 and the change in the signal level of the displacement detector 15, that is, the vertical sensitivity of the displacement detector 15 are calibrated. This is controlled so that the output gain of the output gain adjuster 22 is changed by the calibration value and the output sensitivity of the displacement detector 15 is always constant.
【0019】これにより、従来困難であったnmオーダ
ーの3次元形状測定が精度よく行なうことが可能とな
る。この場合、従来の原子間力顕微鏡と比較しても、装
置構成、回路等も比較的シンプルで安価に得ることがで
きる。従来の原子間力顕微鏡は、通常サンプルの凹凸に
合せ、カンチレバーのたわみが一定になるように、サン
プルをZ方向に動かして(サーボをかけて)測定してい
るものに比べて、本実施例ではサーボをかけずに、サン
プル9をXーY方向に走査し、そのときのカンチレバー
6のたわみ(ZP信号)によりサンプル9の凹凸を測定
するモードであるため、構成が簡単である。また変位検
出器15の感度の非直線性の領域であっても垂直方向の
感度を一定に保つことができる。As a result, it becomes possible to accurately perform the three-dimensional shape measurement on the nm order, which has been difficult in the past. In this case, even when compared with the conventional atomic force microscope, the device configuration, the circuit, etc. are relatively simple and can be obtained at low cost. In the conventional atomic force microscope, the sample is moved in the Z direction (servo) so that the deflection of the cantilever is adjusted to be constant according to the unevenness of the sample, and the measurement is performed in comparison with the present embodiment. Is a mode in which the sample 9 is scanned in the XY directions without applying servo and the unevenness of the sample 9 is measured by the deflection (ZP signal) of the cantilever 6 at that time, so the configuration is simple. Further, even in the non-linear region of the sensitivity of the displacement detector 15, the vertical sensitivity can be kept constant.
【0020】さらに、サーボをかけないので、発振せず
に高速スキャンが可能であり、しかもアクチュエータ2
4をZ方向に駆動するための電圧を印加しないので、X
ーY方向の駆動信号とZ方向駆動信号の干渉がなく、そ
のためXーY駆動信号の較正が正確に行なえる。また、
Z方向のクリープ及びヒステリシスの影響がない。Further, since no servo is applied, high speed scanning is possible without oscillation, and the actuator 2
No voltage is applied to drive 4 in the Z direction, so X
There is no interference between the −Y direction drive signal and the Z direction drive signal, so that the XY drive signal can be accurately calibrated. Also,
There is no influence of creep and hysteresis in the Z direction.
【0021】次に、本発明の第2実施例について、図2
を参照して説明する。図2は変位検出器15の感度を較
正するための構成を示すものであり、基準信号発生器1
3から出力された基準信号を、対物レンズ5の上部に配
置した対物レンズ可動用アクチュエータ23に印加し、
対物レンズ5を上下させるように構成したものである。
これ以外の構成は、図1の構成と同一である。Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. FIG. 2 shows a configuration for calibrating the sensitivity of the displacement detector 15, and the reference signal generator 1
The reference signal output from 3 is applied to the objective lens moving actuator 23 disposed above the objective lens 5,
The objective lens 5 is configured to be moved up and down.
The other configuration is the same as that of FIG.
【0022】このような構成とすることにより、サンプ
ル9の移動は、XーYに走査可能なアクチュエータ24
のみで行なえ、構造が簡単になり、サンプル9が大形に
なったときでも対応ができる。With such a structure, the movement of the sample 9 can be moved in the XY direction by the actuator 24.
It can be done only by itself, the structure is simple, and even when the sample 9 becomes large, it can be dealt with.
【0023】さらに、本発明の第3実施例について、図
3および図4を参照して説明する。図3はその概略構成
を示すもので、外側に4電極X,−X,Y,−Yを有す
る円筒型アクチュエータ25の上に、サンプル9を載置
し、さらにその上に探針14を有するカンチレバー6を
介して変位計26でカンチレバー6の変位を読み取り、
これをコンピュータ27に入力するようになっている。
円筒型アクチュエータ25の4電極には、コンピュータ
27から電極X,−X,Y,−Yへ電圧を印加するよう
に構成されている。この構成は、図1の変位検出器15
を変位計26に置き換え、図1のハイパスフィルター1
7とローパスフィルター18と絶対値回路21と出力ゲ
イン調整器22をコンピュータ27に置き換えたものと
同じである。Further, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a schematic structure thereof. The sample 9 is placed on a cylindrical actuator 25 having four electrodes X, -X, Y, -Y on the outside, and a probe 14 is further provided thereon. The displacement of the cantilever 6 is read by the displacement meter 26 via the cantilever 6,
This is input to the computer 27.
To the four electrodes of the cylindrical actuator 25, a voltage is applied from the computer 27 to the electrodes X, -X, Y, -Y. This configuration is equivalent to the displacement detector 15 of FIG.
Is replaced by a displacement meter 26, and the high-pass filter 1 of FIG.
7, the low pass filter 18, the absolute value circuit 21, and the output gain adjuster 22 are replaced with the computer 27.
【0024】このような構成のものにおいて、コンピュ
ータ27から、図4に示すように電極X,−X,Y,−
Yに電圧を印加し、そのとき変位計26によりサンプル
9の変位信号を読み取り、これをコンピュータ27に入
力することにより、サンプル9の凹凸形状を測定するこ
とができる。この場合、変位計26の感度は、走査前に
各電極X,−X,Y,−Yへ同位相で基準信号を入力し
たときの変位により較正する。この構成によれば、装置
の構成が簡略化され、安価となる。なお、図3のコンピ
ュータ27に、図1の画像表示装置28を含めても図3
の実施例と同様な効果が得られる。In such a configuration, the computer 27 sends the electrodes X, -X, Y,-, as shown in FIG.
The uneven shape of the sample 9 can be measured by applying a voltage to Y, reading the displacement signal of the sample 9 by the displacement meter 26 at that time, and inputting this to the computer 27. In this case, the sensitivity of the displacement meter 26 is calibrated by the displacement when the reference signals are input to the electrodes X, -X, Y, -Y in the same phase before scanning. With this configuration, the configuration of the device is simplified and the cost is reduced. Even if the computer 27 of FIG. 3 includes the image display device 28 of FIG.
The same effect as that of the embodiment can be obtained.
【0025】[0025]
【発明の効果】本発明によれば、変位検出手段の感度を
カンチレバーの傾きや光源のスポット位置に関係なく一
定に保つことができ、また変位検出手段の感度が非直線
性の領域であっても垂直方向の感度を一定に保つことが
できる3次元表面形状測定装置を提供することができ
る。According to the present invention, the sensitivity of the displacement detecting means can be kept constant regardless of the inclination of the cantilever and the spot position of the light source, and the sensitivity of the displacement detecting means is in a non-linear region. It is possible to provide a three-dimensional surface shape measuring apparatus capable of maintaining a constant sensitivity in the vertical direction.
【図1】本発明による3次元表面形状測定装置の第1実
施例を示す概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention.
【図2】本発明による3次元表面形状測定装置の第2実
施例を示す概略構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention.
【図3】本発明による3次元表面形状測定装置の第3実
施例を示す概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention.
【図4】図3の3次元表面形状測定装置の動作を説明す
るための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the three-dimensional surface shape measuring apparatus of FIG.
【図5】従来の原子間力顕微鏡の問題点を説明するため
の図。FIG. 5 is a diagram for explaining a problem of a conventional atomic force microscope.
【図6】従来の原子間力顕微鏡の問題点を説明するため
の図。FIG. 6 is a diagram for explaining a problem of a conventional atomic force microscope.
1…レーザダイオード、2…コリメータレンズ、3…偏
光ビームスプリッター、4…1/4波長板、5…対物レ
ンズ、6…カンチレバ、7…臨界角プリズム、8…ディ
テクター、9…サンプル、10…3次元円筒アクチュエ
ータ、11…走査信号発生器、12…高圧回路、13…
基準信号発生器、14…探針、15…変位検出器、16
…凹凸信号、17…ハイパスフィルター、18…ローパ
スフィルター、19…基準変位信号、20…凹凸信号、
21…絶対値回路、22…出力ゲイン調整器、23…対
物レンズ可動用アクチュエータ、24…アクチュエー
タ、25…円筒型アクチュエータ、26…変位計、27
…コンピュータ、28…画像表示装置。1 ... Laser diode, 2 ... Collimator lens, 3 ... Polarization beam splitter, 4 ... Quarter wave plate, 5 ... Objective lens, 6 ... Cantilever, 7 ... Critical angle prism, 8 ... Detector, 9 ... Sample, 10 ... 3 -Dimensional cylindrical actuator, 11 ... Scan signal generator, 12 ... High-voltage circuit, 13 ...
Reference signal generator, 14 ... Probe, 15 ... Displacement detector, 16
... unevenness signal, 17 ... high-pass filter, 18 ... low-pass filter, 19 ... reference displacement signal, 20 ... unevenness signal,
21 ... Absolute value circuit, 22 ... Output gain adjuster, 23 ... Objective lens moving actuator, 24 ... Actuator, 25 ... Cylindrical actuator, 26 ... Displacement meter, 27
... computer, 28 ... image display device.
Claims (2)
可能で、かつZ方向に移動可能な3次元アクチュエータ
と、 このアクチュエータに対してX−Y方向に走査させる信
号を与える走査信号発生手段と、 前記アクチュエータをZ方向に一定量動かす基準信号を
発生する基準信号発生手段と、 前記サンプル表面の凹凸形状をトレースさせる探針と、 この探針を支持し該探針の動きに合わせて変位するカン
チレバーと、 このカンチレバーまたは前記探針の変位を測定する変位
検出手段と、 この変位検出手段からの変位測定信号を前記サンプルの
凹凸と前記基準信号による変位を分離する分離手段と、 前記基準信号による変位から前記変位検出手段の感度を
調整する感度調整手段と、 前記走査信号と前記変位検出手段からの信号により3次
元画像を表示する画像表示手段と、 を具備した3次元表面形状測定装置。1. A three-dimensional actuator capable of scanning a sample in the XY directions and movable in the Z direction, and scanning signal generating means for giving a signal for scanning the actuator in the XY directions. A reference signal generating means for generating a reference signal for moving the actuator in the Z direction by a certain amount; a probe for tracing the uneven shape of the sample surface; and a probe for supporting the probe and displacing in accordance with the movement of the probe. A cantilever, a displacement detecting means for measuring the displacement of the cantilever or the probe, a separating means for separating the displacement measuring signal from the displacement detecting means into the unevenness of the sample and the displacement due to the reference signal, and the reference signal. Sensitivity adjustment means for adjusting the sensitivity of the displacement detection means from the displacement caused by the displacement, and three-dimensional by the scanning signal and the signal from the displacement detection means. Three-dimensional surface shape measurement apparatus comprising image display means for displaying an image, a.
可能なアクチュエータと、 このアクチュエータに対してX−Y方向に走査させる信
号を与える走査信号発生手段と、 前記サンプル表面の凹凸形状をトレースさせる探針と、 この探針を支持し該探針の動きに合わせて変位するカン
チレバーと、 このカンチレバーを前記サンプルに押し付けた状態で前
記カンチレバーに光を集光させるための光学系可動用ア
クチュエータに対してZ方向に一定量動かす基準信号を
与える基準信号発生手段と、 前記カンチレバーの変位を測定する変位検出手段と、 この変位検出手段からの変位測定信号を前記サンプルの
凹凸と前記基準信号による変位を分離する分離手段と、 前記基準信号による変位に基づき前記変位検出手段の感
度を一定となるように調整する感度調整手段と、 前記走査信号と前記変位検出手段からの信号により3次
元画像を表示する画像表示手段と、 を具備した3次元表面形状測定装置。2. An actuator capable of scanning a sample in the XY directions, a scanning signal generating means for giving a signal for scanning the actuator in the XY directions, and tracing the uneven shape of the sample surface. And a cantilever that supports the probe and is displaced in accordance with the movement of the probe, and an actuator for moving an optical system for focusing light on the cantilever while the cantilever is pressed against the sample. On the other hand, a reference signal generating means for giving a reference signal for moving a fixed amount in the Z direction, a displacement detecting means for measuring the displacement of the cantilever, and a displacement measuring signal from the displacement detecting means for the unevenness of the sample and the displacement by the reference signal. And a separation means for separating the displacement detection means and an adjustment means for adjusting the sensitivity of the displacement detection means based on the displacement based on the reference signal Sensitivity adjustment means, the scanning signal and the displacement image display means for displaying the 3-dimensional image by a signal from the detecting means, three-dimensional surface shape measurement apparatus provided with the to.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19117493A JPH0743144A (en) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | Three-dimensional contour measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19117493A JPH0743144A (en) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | Three-dimensional contour measurement device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0743144A true JPH0743144A (en) | 1995-02-10 |
Family
ID=16270135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19117493A Withdrawn JPH0743144A (en) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | Three-dimensional contour measurement device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0743144A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009025126A (en) * | 2007-07-19 | 2009-02-05 | Mitsutoyo Corp | Shape measuring apparatus |
JP2010014591A (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-21 | Mitsutoyo Corp | Micro shape measuring apparatus |
-
1993
- 1993-08-02 JP JP19117493A patent/JPH0743144A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2017599A3 (en) * | 2007-07-19 | 2010-08-04 | Mitutoyo Corporation | Shape measuring apparatus |
US7907288B2 (en) | 2007-07-19 | 2011-03-15 | Mitutoyo Corporation | Shape measuring apparatus |
JP2010014591A (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-21 | Mitsutoyo Corp | Micro shape measuring apparatus |
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