JPH08240597A - Surface shape measuring device - Google Patents

Surface shape measuring device

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JPH08240597A
JPH08240597A JP34130095A JP34130095A JPH08240597A JP H08240597 A JPH08240597 A JP H08240597A JP 34130095 A JP34130095 A JP 34130095A JP 34130095 A JP34130095 A JP 34130095A JP H08240597 A JPH08240597 A JP H08240597A
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JP
Japan
Prior art keywords
stylus
control signal
light
moving
displacement
Prior art date
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Pending
Application number
JP34130095A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Reizo Kaneko
礼三 金子
Shigemitsu Oguchi
重光 小口
Fumio Uchino
文雄 内野
Shinji Aramaki
晋治 荒巻
Ikuzo Nakamura
郁三 中村
Yasushi Sato
靖 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Olympus Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, Olympus Optical Co Ltd filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP34130095A priority Critical patent/JPH08240597A/en
Publication of JPH08240597A publication Critical patent/JPH08240597A/en
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a surface shape measuring device capable of measuring a surface shape with high accuracy even when a piezoelectric element is utilized as a driving source of a moving mechanism. CONSTITUTION: A subject device comprises a contact probe 22 supported via a spring member and moving means 3-7 that move the contact probe 22 relative to an object to be measured. It also comprises a displacement signal output means 15 that outputs a displacement signal of which displacement is in a vertical direction in accordance with the physical quantity of a force acting between the contact probe 22 and object and a control signal output means that outputs a control signal by which the moving means is controlled in accordance with the output signal of the displacement signal output means. It further comprises a calibration means that converts the control signal of the vertical direction outputted from the control signal output means to a value of a height based on calibration data to calibrate it.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、測定物の微細な
表面形状を測定するための表面形状測定装置に係り、特
に超軽荷重の触針子を備えた触針式の表面形状測定装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape measuring apparatus for measuring a fine surface shape of an object to be measured, and more particularly to a stylus type surface shape measuring apparatus equipped with an ultralight load stylus. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の触針式の表面形状測定装置や光学
式の表面形状測定装置の面分解能はせいぜい1μmであ
った。これに対して最近極めて先端の鋭い触針子を用い
て物体の表面を超軽荷重で走査する事により、最高のも
のでは原子レベルの分解能を有する高分解能のAFM
(Atomic Fource Microscope)が提案されている。
2. Description of the Related Art The surface resolution of a conventional stylus type surface profile measuring device or optical surface profile measuring device has been at most 1 μm. On the other hand, recently, by scanning the surface of an object with an ultra-light load using a stylus with a sharp tip, the highest resolution is a high-resolution AFM with atomic-level resolution.
(Atomic Fource Microscope) has been proposed.

【0003】(G.Binning,C.F.Quate and Ch.Gerber,Ph
ys.Rev.Lett.56.930(1986))このような超軽荷重で物体
表面の走査を行なう触針式の表面形状測定装置によれ
ば、精度の高い測定が期待できる。
(G. Binning, CF Quate and Ch. Gerber, Ph
ys.Rev.Lett.56.930 (1986)) With such a stylus-type surface profile measuring device that scans the surface of an object with an ultra-light load, highly accurate measurement can be expected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一般に、上述のAFM
装置をはじめ、原子レベルで測定物の表面形状等を測定
する装置においては、そのステージや触針子等の移動機
構駆動源として圧電体が用いられている。しかるにこの
圧電体は、周知の如く所謂ヒステリシス、クリープ特性
と呼ばれる変位特性を有しているため、観察者が所望と
する圧電体の変位量を前記ヒステリシス,クリープ特性
に起因する誤差を含む形でしか得ることができず、精度
の高い表面形状測定を行なうことが困難であった。本発
明の目的は、移動機構の駆動源等として圧電体を用いた
場合でも、精度の高い表面形状測定を行なえる表面形状
測定装置を提供することにある。
Generally, the AFM described above is used.
A piezoelectric body is used as a drive source of a moving mechanism such as a stage or a stylus in an apparatus, such as an apparatus, for measuring a surface shape or the like of an object to be measured at an atomic level. However, since this piezoelectric body has displacement characteristics called so-called hysteresis and creep characteristics, as is well known, the amount of displacement of the piezoelectric body desired by the observer can be expressed in a form including an error caused by the hysteresis and creep characteristics. However, it was difficult to perform highly accurate surface shape measurement. An object of the present invention is to provide a surface profile measuring device capable of performing highly accurate surface profile measurement even when a piezoelectric body is used as a driving source of a moving mechanism.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために本発明では次のような手段を講じた。ば
ね部材を介して支持された触針子と、前記触針子と測定
物とを相対的に移動させる移動手段と、前記触針子と前
記測定物との間に働く物理量に基づく前記触針子の高さ
方向の変位信号を出力する変位信号出力手段と、前記変
位信号出力手段の出力信号に基づいて、前記移動手段を
制御する制御信号を出力する制御信号出力手段と、前記
制御信号出力手段から出力された高さ方向の制御信号を
校正データに基づき高さの値に変換し且つ校正する校正
手段と、を備えたものとした。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention takes the following means. A stylus supported via a spring member, a moving unit that relatively moves the stylus and the object to be measured, and the stylus based on a physical quantity that acts between the stylus and the object to be measured. Displacement signal output means for outputting a displacement signal in the height direction of the child, control signal output means for outputting a control signal for controlling the moving means based on the output signal of the displacement signal output means, and the control signal output Calibration means for converting the control signal in the height direction output from the means into a height value based on the calibration data and calibrating it.

【0006】上記手段を講じた結果、次のような作用が
生じる。変位信号出力手段から出力された触針子の高さ
方向の変位信号が、制御信号出力手段に入力され、この
入力された信号に基づく制御信号によって移動手段が制
御され、また制御信号出力手段から出力される高さ方向
の制御信号が、校正手段が有する校正データに基づいて
高さの値に変換され且つ校正されるので、移動機構の駆
動源等として圧電体を用いた場合でも、その変位特性の
影響を受けずにすむ。
As a result of taking the above-mentioned means, the following effects occur. The displacement signal in the height direction of the stylus output from the displacement signal output means is input to the control signal output means, the moving means is controlled by the control signal based on the input signal, and the control signal output means outputs the displacement signal. The output control signal in the height direction is converted into the height value based on the calibration data of the calibration means and is calibrated. Therefore, even when the piezoelectric body is used as the drive source of the moving mechanism, its displacement It is not affected by the characteristics.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】図1および図2は本発明の第1実
施形態に係る表面形状測定装置の構成を一部破断して示
す正面図および側面図である。定盤1上には、Y粗動ス
テ−ジ2およびX粗動ステ−ジ3が定盤面に対して水平
方向にかつそれぞれ移動方向が直交する向き(Y方向お
よびX方向)に移動可能な如く重ねて載置されている。
Y粗動ステ−ジ2はY粗動ステ−ジ移動ハンドル4を手
で回すことにより手動で移動可能となっている。同様に
X粗動ステ−ジ3はX粗動ステ−ジ移動ハンドル5を手
で回すことにより手動で移動可能となっている。X粗動
ステ−ジ3の上には、Y方向に移動するY微動ステ−ジ
6およびX方向に移動するX微動ステ−ジ7が順次重ね
て載置されている。更にX微動ステ−ジ7の上には、
X,Y方向およびX−Y平面に垂直な方向(Z方向)に
移動可能な、トライポッドステ−ジ8が載置されてい
る。このトライポッドステ−ジ8の上面は観察材料をの
せるための試料台9となっている。
1 and 2 are a front view and a side view showing a partially broken configuration of a surface profile measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. On the surface plate 1, the Y coarse movement stage 2 and the X coarse movement stage 3 can be moved in the horizontal direction with respect to the surface of the surface plate and in the directions (Y direction and X direction) whose moving directions are orthogonal to each other. It is piled up like this.
The Y coarse movement stage 2 can be manually moved by turning the Y coarse movement stage moving handle 4 by hand. Similarly, the X coarse movement stage 3 can be manually moved by turning the X coarse movement stage moving handle 5 by hand. On the X coarse movement stage 3, a Y fine movement stage 6 moving in the Y direction and an X fine movement stage 7 moving in the X direction are sequentially stacked. Furthermore, on the X fine movement stage 7,
A tripod stage 8 is mounted which is movable in the X and Y directions and in the direction (Z direction) perpendicular to the XY plane. The upper surface of the tripod stage 8 serves as a sample table 9 on which an observation material is placed.

【0008】定盤1の上に立設された支柱10には、Z
粗動ステ−ジ11が取付けられている。このZ粗動ステ
−ジ11は、Z粗動ハンドル12を手動で回すことによ
り、定盤面に対して垂直なZ方向に移動する。このZ粗
動ステ−ジ11には落射投光管13と、対物レンズ14
を備えた光学的触針子変位検出センサユニット15、が
試料台9の上面を観察できるような状態に取付けられて
いる。落射投光管13の上部にはTVカメラ16が載置
され、触針子変位検出センサユニット15の対物レンズ
14によって結像される光学像を撮影し得るものとなっ
ている。落射投光管13には光ファイバ−束17が接続
され、この光ファイバ−束17により、光学像観察のた
めの光を外部から導入するものとなっている。
The pillar 10 standing on the surface plate 1 has a Z
A coarse movement stage 11 is attached. This Z coarse movement stage 11 is moved in the Z direction perpendicular to the surface plate surface by manually turning the Z coarse movement handle 12. This Z coarse movement stage 11 has an epi-illumination projection tube 13 and an objective lens 14
The optical stylus displacement detection sensor unit 15, which is provided with the above, is attached so that the upper surface of the sample table 9 can be observed. A TV camera 16 is mounted on the epi-illumination tube 13 so that an optical image formed by the objective lens 14 of the stylus displacement detection sensor unit 15 can be captured. An optical fiber bundle 17 is connected to the epi-illumination tube 13, and this optical fiber bundle 17 introduces light for observing an optical image from the outside.

【0009】触針子移動支持機構18は触針子変位検出
センサユニット15に着脱自在に固定されている。この
機構18は、触針子X−Y−Z移動機構19,触針子微
動用Z軸アクチュエ−タ20,触針子支持用板バネ2
1,触針子22,からなる部分全体をX方向に手動で移
動させ、任意の位置で固定化できるものとなっている。
そのときの移動範囲は、触針子22の裏面が対物レンズ
14の視野内から視野外まで移動し得る範囲である。
The stylus movement support mechanism 18 is detachably fixed to the stylus displacement detection sensor unit 15. This mechanism 18 includes a stylus X-Y-Z movement mechanism 19, a Z-axis actuator 20 for fine movement of the stylus, and a leaf spring 2 for supporting the stylus.
The entire portion including the stylus 22 and the stylus 22 can be manually moved in the X direction to be fixed at an arbitrary position.
The movement range at that time is a range in which the back surface of the stylus 22 can move from the inside to the outside of the field of view of the objective lens 14.

【0010】触針子X−Y−Z移動機構19は、触針子
移動支持機構18に着脱自在に固定され、触針子微動用
Z軸アクチュエ−タ20,触針子支持用板バネ21,触
針子22全体を、対物レンズ14に対して、X,Y,Z
の任意の方向に手動で移動させ得るものとなっている。
かくして、触針子変位検出センサユニット15のレ−ザ
−光が触針子裏面に焦点を結ぶように位置調整し、かつ
その状態を保持できるようになっている。
The stylus XYZ moving mechanism 19 is detachably fixed to the stylus moving support mechanism 18, and includes a Z-axis actuator 20 for finely moving the stylus and a leaf spring 21 for supporting the stylus. , The entire stylus 22 with respect to the objective lens 14, X, Y, Z
Can be manually moved in any direction.
Thus, the position of the laser light of the stylus displacement detection sensor unit 15 is adjusted so as to focus on the back surface of the stylus, and the state can be maintained.

【0011】触針子22を固定した触針子支持用板バネ
21は、触針子微動用Z軸アクチュエ−タ20の下端に
一端を固定され、他端がZ軸方向へ変位可能な如く取付
けられている。触針子微動用Z軸アクチュエ−タ20
は、例えば積層型圧電アクチュエ−タから成っている。
そして上記アクチュエ−タ20は、上端を触針子X−Y
−Z移動機構19に固定され、下端に取り付けてある触
針子22および触針子支持用板バネ21を、対物レンズ
14に対してZ方向に移動させるものとなっている。
The stylus supporting leaf spring 21 to which the stylus 22 is fixed has one end fixed to the lower end of the Z-axis actuator 20 for fine movement of the stylus, and the other end is displaceable in the Z-axis direction. Installed. Z-axis actuator 20 for fine movement of stylus
Is composed of, for example, a laminated piezoelectric actuator.
The actuator 20 has a stylus XY at the upper end.
The stylus 22 and the stylus supporting leaf spring 21 fixed to the -Z moving mechanism 19 and attached to the lower end are moved in the Z direction with respect to the objective lens 14.

【0012】カバ−23は定盤1および定盤1の上にあ
るすべての測定部を覆うように設けられている。ケ−ブ
ル類および測定部制御系は上記カバ−23の外側に配置
される。
The cover 23 is provided so as to cover the surface plate 1 and all the measuring portions on the surface plate 1. The cables and the measuring part control system are arranged outside the cover 23.

【0013】次に、図3〜図8を参照して各部の構成を
詳細に説明する。図3はY微動ステ−ジ6およびX微動
ステ−ジ7の構成を詳細に示した斜視図である。図示の
ごとく、スライド板25上の両側縁に沿って一対のガイ
ドブロック26a,26bが平行に設けられ、かつねじ
止めされている。この一対のガイドブロック26a,2
6bの両端相互間には、矩形状の板ばね27A,27b
がそれぞれネジ止めされている。この矩形状の板バネ2
7a,27bの間に、Yテ−ブル28がその両端を挾持
されている。このYテ−ブル28の一部は、スライド板
25上に基端部を固定された圧電アクチュエ−タ29の
変位端と結合されており、Y方向へ変位駆動されるもの
となっている。Yテ−ブル28上の両側縁に沿って一対
のガイドブロック30a,30bが平行に設置され、か
つねじ止めされている。この一対のガイドブロック30
a,30bの両端相互間には、矩形状の板ばね31A,
31bがそれぞれネジ止めされている。この矩形状の板
バネ31a,31bの間に、Xテ−ブル32がその両端
を挾持されている。このXテ−ブル32の一部は、前記
Yテ−ブル28上に基端部を固定された圧電アクチュエ
−タ33の変位端と結合されており、X方向へ変位駆動
されるものとなっている。Y微動ステ−ジ6,X微動ス
テ−ジ7は、上記のようにそれぞれYテ−ブル28,X
テ−ブル32の内部に積層型圧電アクチュエ−タ29,
33を駆動源として持っているために、極めてコンパク
トな構成の微動ステ−ジとなっている。
Next, the configuration of each part will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a perspective view showing in detail the configuration of the Y fine movement stage 6 and the X fine movement stage 7. As shown in the drawing, a pair of guide blocks 26a and 26b are provided in parallel along both side edges of the slide plate 25 and are screwed. This pair of guide blocks 26a, 2
Between the two ends of 6b, rectangular leaf springs 27A, 27b are provided.
Are respectively screwed. This rectangular leaf spring 2
A Y table 28 is sandwiched between 7a and 27b. A part of the Y-table 28 is connected to a displacement end of a piezoelectric actuator 29 whose base end is fixed on the slide plate 25, and is driven to be displaced in the Y-direction. A pair of guide blocks 30a and 30b are installed in parallel along both side edges of the Y-table 28 and are screwed. This pair of guide blocks 30
Between the two ends of a and 30b, a rectangular leaf spring 31A,
31b are respectively screwed. The X table 32 is sandwiched between the rectangular leaf springs 31a and 31b. A part of the X-table 32 is connected to the displacement end of a piezoelectric actuator 33 whose base end is fixed on the Y-table 28, and is driven to be displaced in the X-direction. ing. The Y fine movement stage 6 and the X fine movement stage 7 respectively have the Y table 28 and X as described above.
Inside the table 32, a laminated piezoelectric actuator 29,
Since 33 is used as a drive source, the fine movement stage has an extremely compact structure.

【0014】なお板バネ27a,27bおよび31a,
31bは、図3の右上に板バネ31bに例をとって分解
表示したように、いずれもその外側面に押さえ部材34
a,34b,34cを当てがった状態でねじ止めされ
る。
The leaf springs 27a, 27b and 31a,
As shown in the exploded view of the leaf spring 31b at the upper right of FIG.
It is screwed with a, 34b, 34c applied.

【0015】図4は、トライポッドステ−ジ8の構成を
詳細に示した図である。アクチュエ−タ支持ブロック3
5は互いに直角な3面を有する構造をしており、変形し
にくい材料で形成されている。X,Y,Z微動用圧電ア
クチュエ−タ36,37,38は、例えば数10μm程
度の伸縮能力を有するものである。そしてこれらの各ア
クチュエ−タ36,37,38は、アクチュエ−タ支持
ブロック35の互いに直角な3面のそれぞれの面に一端
を固定され、それぞれの他端が1つの変形しにくい材質
よりなる移動ブロック39に固定されている。試料台9
は、移動ブロック39の上面にZ微動用圧電アクチュエ
−タ38の移動方向に対して垂直な面が試料載置面とな
るように固定されている。
FIG. 4 is a diagram showing the structure of the tripod stage 8 in detail. Actuator support block 3
Reference numeral 5 has a structure having three surfaces that are perpendicular to each other, and is made of a material that is difficult to deform. The X, Y, and Z fine movement piezoelectric actuators 36, 37, and 38 have expansion and contraction capabilities of, for example, several tens of μm. Each of these actuators 36, 37, 38 has one end fixed to each of the three surfaces of the actuator support block 35 that are perpendicular to each other, and the other end of each actuator is made of a material that is not easily deformed. It is fixed to the block 39. Sample table 9
Is fixed to the upper surface of the moving block 39 so that the surface perpendicular to the moving direction of the Z fine-movement piezoelectric actuator 38 is the sample mounting surface.

【0016】上記した構成のトライポッドステ−ジ8の
各微動用圧電アクチュエ−タ36,37,38に印加す
る電圧を変化させることにより、試料台9はX,Y,Z
の任意な方向に数10μm程度移動することになる。
By changing the voltage applied to each of the fine-movement piezoelectric actuators 36, 37, 38 of the tripod stage 8 having the above-mentioned structure, the sample stage 9 is moved to X, Y, Z.
It moves about several tens of μm in any direction.

【0017】図5の(a)(b)および図6は、変位検
出センサユニット15の構成を詳細に示す図である。図
5の(a)(b)は、ユニット化された高さ計測光学系
を備えた変位検出用センサユニット15の上面図および
側面図である。取付けベ−ス40上に水平方向に立設さ
れている支持板41には、後述する観測光学系と共用さ
れる対物レンズ14が取り付けられている。この対物レ
ンズ14の光軸K上の所定位置には1/4波長板42,
半透鏡43が配置されている。上記光軸Kと直交し、か
つ半透鏡43の中心を通る光軸L上にはビ−ムスプリッ
タ44が配置されている。このビ−ムスプリッタ44の
光入射端に対向するように、直線偏光ビ−ムを発する光
源45が配置されている。なお、光源45としては、本
装置のごとく振動を嫌い、高い感度および小形化を必要
とする装置においては、レ−ザダイオ−ドなどからなる
半導体レ−ザを使用することが望ましい。またビ−ムス
プリッタ44の二つの光出射端に対向するように、一対
の臨界角プリズム46,47をそれぞれ介して第1,第
2の二分割受光素子48,49が配置されている。なお
図中50は、光源45からの直線偏光ビ−ムを受けてビ
−ム形状を整形するシリンドリカルレンズ等の光学要素
である。なおベ−ス40には本ユニット15をステ−ジ
11に対して着脱自在に取付けるための取付孔40a,
40bが設けられている。
FIGS. 5A and 5B and FIG. 6 are views showing the configuration of the displacement detection sensor unit 15 in detail. 5A and 5B are a top view and a side view of the displacement detection sensor unit 15 including the unitized height measurement optical system. An objective lens 14, which is also used as an observation optical system described later, is attached to a support plate 41 which is erected horizontally on a mounting base 40. At a predetermined position on the optical axis K of the objective lens 14, a quarter wavelength plate 42,
A semi-transparent mirror 43 is arranged. A beam splitter 44 is arranged on an optical axis L which is orthogonal to the optical axis K and which passes through the center of the semitransparent mirror 43. A light source 45 that emits a linearly polarized beam is arranged so as to face the light incident end of the beam splitter 44. As the light source 45, it is desirable to use a semiconductor laser composed of a laser diode or the like in a device that dislikes vibration like this device and requires high sensitivity and downsizing. Further, first and second two-divided light receiving elements 48 and 49 are arranged so as to face the two light emitting ends of the beam splitter 44 via a pair of critical angle prisms 46 and 47, respectively. Reference numeral 50 in the figure denotes an optical element such as a cylindrical lens which receives a linearly polarized beam from the light source 45 and shapes the beam shape. The base 40 has a mounting hole 40a for removably mounting the unit 15 to the stage 11.
40b is provided.

【0018】図6は前記変位検出センサユニット15を
観察光学系およびその周辺部と共に示した光学系全体の
構成を示す図である。図中、符号51はフィルタ,52
は半透鏡,53は結像レンズ,54はプリズム,55は
接眼レンズ,56は照明用ランプ,57は集光レンズ,
58は信号処理回路,59はCPUディスプレイ,60
はビデオモニタである。上記以外はすでに説明したとお
りのものである。
FIG. 6 is a view showing the arrangement of the entire optical system in which the displacement detection sensor unit 15 is shown together with the observation optical system and its peripheral portion. In the figure, reference numeral 51 is a filter, 52
Is a semi-transparent mirror, 53 is an imaging lens, 54 is a prism, 55 is an eyepiece lens, 56 is an illumination lamp, 57 is a condenser lens,
58 is a signal processing circuit, 59 is a CPU display, 60
Is a video monitor. Other than the above, it is as described above.

【0019】光源45から発せられたレ−ザ−光すなわ
ち直線偏光ビ−ムは、ビ−ム形状整形要素50により円
形断面を有する平行光となってビ−ムスプリッタ44に
入射し、かつ反射されて光軸Lに沿った光となる。この
光は半透鏡43で反射されて光軸Kに沿った光となる。
The laser light emitted from the light source 45, that is, the linearly polarized beam, becomes parallel light having a circular cross section by the beam shape shaping element 50, enters the beam splitter 44, and is reflected. As a result, the light becomes light along the optical axis L. This light is reflected by the semitransparent mirror 43 and becomes light along the optical axis K.

【0020】一方、ランプ56,レンズ57等により構
成された観察照明用光源からの光は半透鏡52で反射さ
れ、フィルタ51を介して半透鏡43を通り、前記レ−
ザ光と一つになる。
On the other hand, the light from the observation illumination light source constituted by the lamp 56, the lens 57, etc. is reflected by the semi-transparent mirror 52, passes through the semi-transparent mirror 43 through the filter 51, and passes through the ray.
Become one with The Light.

【0021】一つになったレ−ザ−光および照明光は、
1/4波長板42を通り、対物レンズ14に入射する。
なお1/4波長板42を通るとき、レ−ザ−光は直線偏
光から円偏光に変換される。そしてこのレ−ザ−光は、
対物レンズ14により集光され、試料台9上の試料に対
して微細表面形状計測用の微小スポットとして投光され
る。また照明光は対物レンズ14を通して視野全体を照
明する。
The integrated laser light and illumination light are
The light passes through the quarter-wave plate 42 and enters the objective lens 14.
When passing through the quarter-wave plate 42, the laser light is converted from linearly polarized light into circularly polarized light. And this laser light
The light is focused by the objective lens 14 and projected onto the sample on the sample stage 9 as a minute spot for measuring a fine surface shape. The illumination light illuminates the entire field of view through the objective lens 14.

【0022】前記試料から反射した照明光は、対物レン
ズ14,1/4波長板42,半透鏡43,フィルタ5
1,半透鏡52を通り、結像レンズ53で結像され、プ
リズム54で屈折されて接眼レンズ55の視野絞り面に
達する。またプリズム54を透過した光は、CCD撮像
素子等を備えたTVカメラ16に入射し、撮像される。
その撮像信号はビデオモニタ60に送られて表示され
る。なお1/4波長板42は光軸に対する直角方向から
僅かに傾いた状態に設置されている。これにより観察照
明用光源からの照明光が直接反射されて観察光学系に入
射することがなく、フレア−のない鮮明な視野観察像が
得られる。
The illumination light reflected from the sample is the objective lens 14, the quarter-wave plate 42, the semitransparent mirror 43, and the filter 5.
1, passing through the semi-transparent mirror 52, an image is formed by the image forming lens 53, refracted by the prism 54, and reaches the field stop surface of the eyepiece lens 55. Further, the light transmitted through the prism 54 is incident on the TV camera 16 equipped with a CCD image pickup device or the like and is imaged.
The image pickup signal is sent to the video monitor 60 and displayed. The quarter-wave plate 42 is installed in a state in which it is slightly inclined from the direction perpendicular to the optical axis. Thereby, the illumination light from the observation illumination light source is not directly reflected and does not enter the observation optical system, and a clear visual field observation image without flare can be obtained.

【0023】試料から反射したレ−ザ光は、対物レンズ
14,1/4波長板42を通る。このとき、レ−ザ−光
は振動面が入射時に比べ90゜回転した直線偏光とな
る。半透鏡43で反射したレ−ザ光は、ビ−ムスプリッ
タ44に入射して二分される。その一方は臨界角プリズ
ム46を介して二分割受光素子48上に投影され、他方
は臨界角プリズム47を介して二分割受光素子49上に
投影される。各二分割受光素子48,49の出力信号
は、信号処理回路58にて1次的な信号処理をされた
後、コンピュ−タ59で演算処理されてディスプレイ6
1に送られ、立体像として写し出される。
The laser light reflected from the sample passes through the objective lens 14 and the quarter-wave plate 42. At this time, the laser light becomes a linearly polarized light whose vibrating surface is rotated by 90 ° as compared with that at the time of incidence. The laser light reflected by the semi-transparent mirror 43 enters the beam splitter 44 and is divided into two. One of them is projected on the two-divided light receiving element 48 via the critical angle prism 46, and the other is projected on the two-divided light receiving element 49 via the critical angle prism 47. The output signals of the two-divided light receiving elements 48 and 49 are subjected to primary signal processing in the signal processing circuit 58, and then subjected to arithmetic processing in the computer 59 to be displayed on the display 6.
1 and is projected as a stereoscopic image.

【0024】上記立体像を得る手段は、特開昭59−9
0007号公報,特開昭60−38606号公報等に開
示されているものと同様に、いわゆる焦点ずれ検出法を
応用したものである。以下その概略について説明する。
Means for obtaining the three-dimensional image is described in JP-A-59-9.
This is an application of a so-called defocus detection method, similar to those disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 0007 and Japanese Patent Laid-Open No. 60-38606. The outline will be described below.

【0025】試料の表面計測点が対物レンズ14の焦点
位置にあると、対物レンズ14を通過した反射光は平行
光束になる。試料の表面計測点が対物レンズ14の焦点
位置よりも近い位置にあると、対物レンズ14を通った
光は発散光束となり、逆に試料の表面計測点が対物レン
ズ14の焦点位置よりも遠い位置にあると、対物レンズ
を通った光は収束光束となる。つまり焦点位置からずれ
ている場合には、いずれも非平行光束となって臨界角プ
リズム46,47に入射する。臨界角プリズム46,4
7の反射面は、前記平行光束に対して臨界角をなすよう
に予め設定されている。したがって非平行光束が臨界角
プリズム46,47に入射する場合、その中心光線は臨
界角で入射するが、中心から一方にずれた光束は入射角
が臨界角より小さくなり、光の一部がプリズム外へ出て
しまい、残りの光が反射することになる。また中心から
他方へずれている光束は入射角が臨界角より大きくな
り、全反射することになる。このような動作が臨界角プ
リズム内で数回繰返されることにより、臨界角より小さ
な角度で入射した光と、臨界角以上の角度で入射した光
との検出光量差が拡大されることになる。
When the surface measurement point of the sample is at the focal position of the objective lens 14, the reflected light passing through the objective lens 14 becomes a parallel light flux. When the surface measurement point of the sample is closer to the focal position of the objective lens 14, the light passing through the objective lens 14 becomes a divergent light beam, and conversely, the surface measurement point of the sample is far from the focal position of the objective lens 14. In the case, the light passing through the objective lens becomes a convergent light flux. That is, when the light beam is deviated from the focus position, both become non-parallel light beams and enter the critical angle prisms 46 and 47. Critical angle prism 46,4
The reflecting surface 7 is preset so as to form a critical angle with respect to the parallel light flux. Therefore, when the non-parallel light flux enters the critical angle prisms 46 and 47, the central light ray enters at the critical angle, but the light flux deviated to one side from the center has an incident angle smaller than the critical angle, and a part of the light is reflected by the prism. It will go out and the rest of the light will be reflected. Further, the light beam deviated from the center to the other has an incident angle larger than the critical angle and is totally reflected. By repeating such an operation several times within the critical angle prism, the detected light amount difference between the light incident at an angle smaller than the critical angle and the light incident at the angle greater than the critical angle is expanded.

【0026】しかもその場合、試料の表面計測点が対物
レンズ14の焦点位置より近い場合と遠い場合とでは、
大小の関係が逆になる。この様な光を二分割受光素子4
8,49にてそれぞれ受光し、その光電変換された信号
の差を検出すると、試料の表面の凹凸の高さに対し、ほ
ぼリニアな関係を有する出力信号が得られる。
Moreover, in that case, depending on whether the surface measurement point of the sample is closer or farther than the focal position of the objective lens 14,
The relationship between big and small is reversed. Such light is divided into two light-receiving elements 4
When light is received at 8 and 49, and the difference between the photoelectrically converted signals is detected, an output signal having a substantially linear relationship with the height of the unevenness on the surface of the sample is obtained.

【0027】図7の(a)(b)は、触針子X−Y−Z
移動機構19の構成を詳細に示した図である。移動機構
固定台61には4本の棒バネ62,63,64,65で
支えられた棒バネ上板66が設置されている。棒バネ上
板66は4本の棒バネ62〜65の撓みにより、図中の
XY方向に例えば数mm程度移動できるものとなってい
る。そして棒バネ上板66の二端面には、移動機構固定
台61に取り付けられたX移動つまみ67,Y移動つま
み68の各ネジ部先端が直交する向きに2か所で当接す
るように配置されている。
7A and 7B show a stylus XYZ.
It is a figure showing the composition of moving mechanism 19 in detail. A bar spring upper plate 66 supported by four bar springs 62, 63, 64, 65 is installed on the moving mechanism fixing base 61. The rod spring upper plate 66 can move in the XY direction in the figure by, for example, about several mm due to the bending of the four rod springs 62 to 65. The rod spring upper plate 66 is arranged on the two end faces of the X-moving knob 67 and the Y-moving knob 68 attached to the moving mechanism fixing base 61 so that the tip ends of the respective screw portions of the X-moving knob 67 and the Y-moving knob 68 come into contact with each other at two positions in the orthogonal directions. ing.

【0028】アクチュエ−タ固定部材69の基端は板バ
ネ70を介して棒バネ上板66の下面に保持されてい
る。そして上記固定部材69の中央部位に取付けたZ方
向移動ビス71の先端で棒バネ上板66の下面を突っ張
ることにより、棒バネ上板66の下面との距離を一定に
保つよう設けられている。アクチュエ−タ固定部材69
の基端部下端には触針子微動用Z軸アクチュエ−タ20
が取付けられている。
The base end of the actuator fixing member 69 is held on the lower surface of the bar spring upper plate 66 via the plate spring 70. The lower end of the rod spring upper plate 66 is stretched by the tip of the Z-direction moving screw 71 attached to the central portion of the fixing member 69 so that the distance from the lower face of the rod spring upper plate 66 is kept constant. . Actuator fixing member 69
The Z-axis actuator 20 for fine movement of the stylus is at the lower end of the base end of the
Is installed.

【0029】触針子微動用Z軸アクチュエ−タ20は積
層型圧電素子を用いて構成されており、その下端部には
触針子支持用板バネ21および触針子22の取付け台7
5を保持するための保持部材72が固定されている。
The Z-axis actuator 20 for fine movement of the stylus is composed of a laminated piezoelectric element, and the lower end portion thereof has a leaf spring 21 for supporting the stylus and a mounting base 7 for the stylus 22.
A holding member 72 for holding 5 is fixed.

【0030】上記のごとく構成したことにより、X,Y
移動つまみ67,68を回し、これらの各つまみ67,
68のネジ部先端で棒バネ上板66を押すことにより、
棒バネ上板66をそれぞれX方向,Y方向に移動させ、
任意の位置に保持することができる。またZ方向移動ビ
ス71を回し、このビス先端で棒バネ上板66の下面を
押すことにより、アクチュエ−タ固定部材69をZ方向
に変位させ、任意の位置に保持させることができる。
By configuring as described above, X, Y
Rotate the moving knobs 67, 68 to move each of these knobs 67, 68.
By pushing the rod spring upper plate 66 with the tip of the screw portion of 68,
The rod spring upper plate 66 is moved in the X and Y directions,
It can be held in any position. Further, by rotating the Z direction moving screw 71 and pushing the lower surface of the rod spring upper plate 66 with the tip of this screw, the actuator fixing member 69 can be displaced in the Z direction and held at an arbitrary position.

【0031】したがって、X,Y移動つまみ67,68
およびZ方向移動ビス71により、アクチュエ−タ固定
部材69に固定された触針子微動用Z軸アクチュエ−タ
20および触針子支持用板バネ21,触針子22の全体
をX,Y,Z方向の任意の位置に移動させ、かつその状
態を保持することができる構成となっている。
Therefore, the X, Y moving knobs 67, 68
And the Z-axis actuator 20 for fine movement of the stylus, the leaf spring 21 for supporting the stylus, and the stylus 22 are fixed to the actuator fixing member 69 by the Z-direction moving screws 71. It is configured so that it can be moved to an arbitrary position in the Z direction and that state can be maintained.

【0032】図8の(a)(b)は触針子22および触
針子支持用板バネ21の構成例の詳細を示したものであ
る。触針子22は例えばダイヤモンドで作られており、
先端を約0.1μmRに加工されている。この触針子2
2は触針子支持用板バネ21の先端部付近に固定されて
いる。触針子支持用板バネ21は例えばステンレス鋼で
形成されており、長さ3mm,幅2mm,厚さ20μm
程度の寸法に加工されている。
FIGS. 8A and 8B show details of an example of the configuration of the stylus 22 and the stylus supporting leaf spring 21. The stylus 22 is made of diamond, for example,
The tip is processed to about 0.1 μmR. This stylus 2
2 is fixed near the tip of the stylus supporting leaf spring 21. The stylus supporting leaf spring 21 is made of, for example, stainless steel, and has a length of 3 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 20 μm.
It is processed to a certain size.

【0033】触針子支持用板バネ21の基端部は、変形
しにくい材料で形成されている取付け台75に固定され
ている。取付け台75は、取り付け用ビス穴76を有
し、前記保持部材72に対してビス等で固定できるよう
になっている。
The proximal end portion of the stylus supporting leaf spring 21 is fixed to a mounting base 75 made of a material which does not easily deform. The mounting base 75 has mounting screw holes 76, and can be fixed to the holding member 72 with screws or the like.

【0034】上記のように構成することにより、取付け
台75を固定した後、触針子22の先端を試料表面に軽
荷重で接触させ、面方向に走査すると、試料の表面形状
に応じて触針子22が上下動作し、これに伴い触針子支
持用板バネ21が撓むことになる。
With the above-described structure, after fixing the mounting base 75, the tip of the stylus 22 is brought into contact with the sample surface with a light load, and when scanning in the surface direction, the contact is made according to the surface shape of the sample. The needle 22 moves up and down, and the stylus supporting leaf spring 21 bends accordingly.

【0035】図9〜図11は、本装置の測定部及びその
制御を行なう制御部の構成を、三つに分割してそれぞれ
示すブロック図である。図9に示した測定部本体と、図
10に示したコントロール部と、図11に示したコンピ
ュータ部とは、各図に丸印で囲んだ対応する数字によっ
て標示した対応個所で互いに接続されている。
9 to 11 are block diagrams showing the configuration of the measuring unit and the control unit for controlling the measuring unit of the present apparatus, which are divided into three parts, respectively. The measuring unit main body shown in FIG. 9, the control unit shown in FIG. 10, and the computer unit shown in FIG. 11 are connected to each other at corresponding points indicated by corresponding numbers surrounded by circles in each drawing. There is.

【0036】図9〜図11において、高圧アンプ80は
Y微動ステ−ジ6,X微動ステ−ジ7,トライポットス
テ−ジ8及び触針子微動用Z軸アクチュエ−タ20を駆
動するために設けられたものである。この高圧アンプ8
0には同アンプ80に対して制御信号を供給するための
D/Aボ−ド81,82,Z微動調整部83,Z軸フィ
−ドバックコントロ−ラ84が接続されている。
9 to 11, the high-voltage amplifier 80 drives the Y fine movement stage 6, the X fine movement stage 7, the tripot stage 8 and the Z-axis actuator 20 for fine movement of the stylus. It was installed in. This high-voltage amplifier 8
0 is connected to D / A boards 81 and 82 for supplying a control signal to the amplifier 80, a Z fine movement adjusting section 83, and a Z-axis feedback controller 84.

【0037】センサコントロ−ラ85は触針子変位検出
センサユニット15のレ−ザ光を制御すると共に、検出
した高さ情報信号を処理するために設けられたものであ
る。その出力信号はA/Dボ−ド86及び前記Z軸フィ
−ドバックコントロ−ラ84に入力されるように接続さ
れている。なお図示はしていないが、センサ−コントロ
−ラ85には検出した高さ情報に基づく出力信号のモニ
タが可能なメ−タが付設されている。
The sensor controller 85 is provided for controlling the laser light of the stylus displacement detection sensor unit 15 and processing the detected height information signal. The output signal is connected so as to be input to the A / D board 86 and the Z-axis feedback controller 84. Although not shown, the sensor controller 85 is provided with a meter capable of monitoring the output signal based on the detected height information.

【0038】Z軸フィ−ドバックコントロ−ラ84は、
センサコントロ−ラ85の出力信号に基づいて、触針子
裏面と対物レンズ14との距離を一定に保つためのトラ
イポッドステ−ジZ軸制御信号を出力するような電気回
路からなり、上記制御信号を高圧アンプ80を介してト
ライポッドステ−ジ8のZ軸に供給するものとなってい
る。またトライポッドステ−ジZ軸制御信号をA/Dボ
−ド86に入力できるような接続もされている。
The Z-axis feedback controller 84 is
The control signal comprises an electric circuit for outputting a tripod stage Z-axis control signal for keeping the distance between the back surface of the stylus and the objective lens 14 constant based on the output signal of the sensor controller 85. Is supplied to the Z axis of the tripod stage 8 via a high voltage amplifier 80. Also, a connection is made so that a tripod stage Z-axis control signal can be input to the A / D board 86.

【0039】D/Aボ−ド81,82,及びA/Dボ−
ド86は、コンピュ−タ87に接続されており、測定部
走査系及び駆動部のコントロ−ル、高さ情報信号の処理
等を行なうものとなっている。またコンピュ−タ87に
は測定部操作のためのメニュ−や、測定結果を表示する
ためのCRT88と、測定結果をハ−ドコピ−するため
のプロッタ89とが接続されている。
D / A boards 81, 82 and A / D boards
The mode 86 is connected to the computer 87 and controls the measuring system scanning system and the drive system, and processes height information signals. Further, a menu for operating the measuring section, a CRT 88 for displaying the measurement result, and a plotter 89 for hard-copying the measurement result are connected to the computer 87.

【0040】ランプハウス調光装置90は観察用照明の
光源であり調光機能を備えている。このランプハウス調
光装置90はファイバ−束17によって落射投光管13
と接続されており、落射投光管13に照明光を供給する
ことができる。
The lamp house light control device 90 is a light source for observation illumination and has a light control function. This lamp house light control device 90 uses a fiber bundle 17 to make an epi-illumination tube 13
And is capable of supplying illumination light to the epi-illumination tube 13.

【0041】TVカメラ16は、TVカメラ制御用のT
Vカメラコントロ−ラ91に接続されている。またTV
カメラ16によって得られた画像を表示するために、上
記コントロ−ラ91にはカラ−モニタ92(図6のビデ
オモニタ60に相当)が接続されている。
The TV camera 16 is a T for controlling the TV camera.
It is connected to the V camera controller 91. Also TV
A color monitor 92 (corresponding to the video monitor 60 in FIG. 6) is connected to the controller 91 in order to display an image obtained by the camera 16.

【0042】次に上記のごとく構成された本装置の操作
法及び作用について説明する。一般的な操作手順として
は次のとおりである。 (1) 触針子位置調整 (2) 測定位置設定 (3) 触針子と測定試料表面の接触 (4) 表面形状測定 (5) 測定デ−タ処理及び結果表示 (6) 結果出力 上記手順について、以下に詳細に説明する。 (1) 触針子位置調整 触針子22の裏面が、触針子変位検出センサユニット1
5からのレ−ザ光焦点位置にくるように触針子22の位
置を調整する。すなわち図1,図2の触針子移動支持機
構18で、触針子X−Y−Z移動機構19全体を移動さ
せ、触針子22を対物レンズ14の視野内におく。
Next, the operation method and operation of the present apparatus constructed as described above will be described. The general operation procedure is as follows. (1) Adjusting the position of the stylus (2) Setting the measurement position (3) Contact between the stylus and the surface of the sample to be measured (4) Surface shape measurement (5) Measurement data processing and result display (6) Result output Will be described in detail below. (1) Stylus position adjustment The backside of the stylus 22 is the stylus displacement detection sensor unit 1
The position of the stylus 22 is adjusted so as to come to the laser light focus position from 5. That is, the entire stylus XYZ moving mechanism 19 is moved by the stylus moving support mechanism 18 of FIGS. 1 and 2, and the stylus 22 is placed within the field of view of the objective lens 14.

【0043】ランプハウス調光装置90からの照明光を
光ファイバ−束17を通して、落射投光管13に入射す
ることにより、触針子22の裏面の光学像をTVカメラ
16でとらえ、TVカメラコントロ−ラ91を介して、
カラ−モニタ92上に表示する。カラ−モニタ92上の
画像を見ながら、触針子X−Y−Z移動機構19のX移
動つまみ67,Y移動つまみ68及びZ方向移動ビス7
1を回し、触針子裏面中央に、触針子変位検出センサユ
ニット15のレ−ザ光スポットが焦点を結ぶように、触
針子22の位置を調整する。
The illumination light from the lamp house light control device 90 is incident on the epi-illumination tube 13 through the optical fiber bundle 17 to capture the optical image on the back surface of the stylus 22 with the TV camera 16 and the TV camera. Via controller 91,
It is displayed on the color monitor 92. While looking at the image on the color monitor 92, the X-moving knob 67, the Y-moving knob 68, and the Z-direction moving screw 7 of the stylus X-Y-Z moving mechanism 19.
Turn 1 to adjust the position of the stylus 22 so that the laser light spot of the stylus displacement detection sensor unit 15 is focused on the center of the back surface of the stylus.

【0044】この時、Z方向の微調を行う手段として、
Z微動調整部83の調整により、触針子微動用Z軸アク
チュエ−タ20の伸縮動作を使っても良い。上記した一
連の操作により、触針子22の上下動を、変位検出セン
サユニット15で検出することができるようになる。 (2) 測定位置設定 測定試料を試料台9の上面に載置する。手順 (1)の状態
から、触針子移動支持機構18により、触針子22を対
物レンズ14の視野外に出す。カラ−モニタ92上の光
学画像を見ながら、Z軸粗動ハンドル12によりZ粗動
ステ−ジ11を移動させ、測定試料の表面画像を得た
後、Y粗動ステ−ジ2およびX粗動ステ−ジ3を手動で
移動させ、測定したい位置を変位検出センサユニット1
5のレ−ザ光スポット位置に設定する。この時、位置の
微調を行う手段として、Y微動ステ−ジ6およびX微動
ステ−ジ7にコンピュ−タ87からの制御信号をD/A
ボ−ド81,高圧アンプ80を介して与えることによ
り、移動、保持するという手段を使用することもでき
る。
At this time, as means for performing fine adjustment in the Z direction,
By adjusting the Z fine movement adjustment unit 83, the expansion / contraction operation of the Z-axis actuator 20 for fine movement of the stylus may be used. By the series of operations described above, the displacement detection sensor unit 15 can detect the vertical movement of the stylus 22. (2) Measurement position setting The measurement sample is placed on the upper surface of the sample table 9. From the state of step (1), the stylus moving support mechanism 18 brings the stylus 22 out of the field of view of the objective lens 14. While viewing the optical image on the color monitor 92, the Z coarse movement stage 12 is moved by the Z axis coarse movement handle 12 to obtain the surface image of the measurement sample, and then the Y coarse movement stage 2 and the X coarse movement are performed. The moving stage 3 is manually moved to move the position to be measured to the displacement detection sensor unit 1
The laser light spot position of 5 is set. At this time, as a means for finely adjusting the position, the control signal from the computer 87 is applied to the Y fine movement stage 6 and the X fine movement stage 7 by the D / A.
It is also possible to use a means for moving and holding by giving it through the board 81 and the high voltage amplifier 80.

【0045】なお、触針子支持用板バネ21の幅を数1
0μm程度に細くすれば、上記した操作を行なうことに
より、触針子22を対物レンズ14の視野外に出さずに
測定位置の設定を行なうこともできる。 (3) 触針子と測定試料表面の接触 手順(2) の状態から、Z粗動ステ−ジ11を上昇させ、
触針子移動支持機構18により触針子22を対物レンズ
14の視野内に入れる。この操作を行なうことにより、
手順(1) の操作で調整した位置に触針子22が位置設定
される。この状態でZ粗動ステ−ジ11を下降させ、目
測により触針子22の先端が測定試料と接触する直前ま
で移動させる。
The width of the stylus supporting leaf spring 21 is set to
If the diameter is reduced to about 0 μm, the measurement position can be set without taking the stylus 22 out of the field of view of the objective lens 14 by performing the above operation. (3) Contact between the stylus and the surface of the sample to be measured From the state of step (2), raise the Z coarse movement stage 11,
The stylus moving support mechanism 18 brings the stylus 22 into the visual field of the objective lens 14. By performing this operation,
The stylus 22 is set to the position adjusted by the operation of step (1). In this state, the Z coarse movement stage 11 is moved down and moved until just before the tip of the stylus 22 comes into contact with the measurement sample by visual measurement.

【0046】次に、センサコントロ−ラ85の出力信号
を付属のメ−タでモニタしながら、Z微動調整部83を
操作して、触針子微動用Z軸アクチュエ−タ20を動作
させる。触針子22の先端と測定材料とが接触すると、
センサコントロ−ラ85のモニタメ−タが振れるので、
必要な位置に触針子22を設定する。この時モニタメ−
タの振れ量により、触針子22の試料への接触荷重を知
ることができる。
Next, while the output signal of the sensor controller 85 is being monitored by the attached meter, the Z fine movement adjusting section 83 is operated to operate the Z-axis actuator 20 for fine movement of the stylus. When the tip of the stylus 22 comes into contact with the measurement material,
Since the monitor meter of the sensor controller 85 swings,
The stylus 22 is set at a required position. At this time, monitor
The contact load of the stylus 22 on the sample can be known from the amount of deflection of the probe.

【0047】なおZ微動調整部83をコンピュ−タ87
により制御できる構成とすれば、接触の操作はコンピュ
−タ操作により数値的に行なうことが可能となる。 (4) 表面形状測定 手順(3) の状態で、センサコントロ−ラ85の出力信号
をZ軸フィ−ドバックコントロ−ラ84に入力させ、制
御信号としてZ軸制御信号をA/Dボ−ド86に入力さ
せる。こうすることにより、センサコントロ−ラ85の
出力信号が常に一定となるように、すなわち触針子裏面
が常に触針子変位検出用センサユニット15から一定の
距離にあるように、トライポッドステ−ジ8のZ軸がZ
軸フィ−ドバックコントロ−ラ84により、高圧アンプ
80を介して制御される。かくして試料表面位置の変化
をZ軸制御信号から検出することができる。
The Z fine movement adjusting section 83 is replaced with a computer 87.
With the configuration that can be controlled by, the contact operation can be performed numerically by the computer operation. (4) Surface shape measurement In the state of step (3), the output signal of the sensor controller 85 is input to the Z-axis feedback controller 84, and the Z-axis control signal is used as the control signal for the A / D board. Input to 86. By doing so, the output signal of the sensor controller 85 is always constant, that is, the back surface of the stylus is always at a constant distance from the sensor unit 15 for detecting stylus displacement. 8 Z axis is Z
It is controlled by a shaft feedback controller 84 via a high voltage amplifier 80. Thus, the change in the sample surface position can be detected from the Z-axis control signal.

【0048】ここで、トライポッドステ−ジ8のX,Y
軸に、コンピュ−タ87からの制御信号をD/Aボ−ド
82,高圧アンプ80を介して与えて同ステ−ジ8を駆
動することにより、触針子22で試料表面の任意の範囲
を2次元的に走査すれば、試料表面の凹凸に応じて、ト
ライポッドステ−ジ8のZ軸は上下に駆動される。また
同駆動信号をA/Dボ−ド86を介してコンピュ−タ8
7に取り込むことにより、試料表面の凹凸がコンピュ−
タに格納されることになる。このとき試料表面の凹凸
は、トライポッドステ−ジ8のZ軸の移動量、例えば1
0μm程度の範囲まで測定することができる。
Here, X and Y of the tripod stage 8
A control signal from a computer 87 is applied to the shaft through a D / A board 82 and a high-voltage amplifier 80 to drive the stage 8 so that the stylus 22 allows an arbitrary range on the sample surface. Scanning two-dimensionally, the Z axis of the tripod stage 8 is driven up and down according to the unevenness of the sample surface. Further, the same drive signal is sent to the computer 8 via the A / D board 86.
By incorporating in 7, the unevenness of the sample surface is calculated.
Will be stored in the data. At this time, the unevenness of the sample surface is the amount of movement of the tripod stage 8 in the Z-axis, for example, 1
It is possible to measure up to a range of about 0 μm.

【0049】かくして触針子22と前記試料(測定物)
との間に働く物理量に基づく試料と触針子22との高さ
方向の制御信号が得られる。 (5) 測定デ−タ処理および結果表示 手順(4) で測定が終了すると、上述した制御信号出力手
段によって得られた制御信号、すなわち試料表面上の
X,Y位置とその位置での高さ情報とが、測定デ−タと
してコンピュ−タ87内に蓄えられる。
Thus, the stylus 22 and the sample (measurement object)
A control signal in the height direction between the sample and the stylus 22 is obtained based on the physical quantity that acts between and. (5) Measurement data processing and result display When the measurement is completed in step (4), the control signal obtained by the above-mentioned control signal output means, that is, the X and Y positions on the sample surface and the height at that position. Information and the like are stored in the computer 87 as measurement data.

【0050】なお高さ情報を示す上記測定デ−タは、測
定中において1ライン走査ごとに、予めコンピュ−タ8
7に記憶させておいた校正デ−タに基づき、電圧値すな
わち高さ方向の制御信号が高さの値に変換され、かつ校
正されることによって得られる。
The above-mentioned measurement data indicating the height information is stored in advance in the computer 8 for each line scanning during measurement.
It is obtained by converting the voltage value, that is, the control signal in the height direction into a height value and calibrating it based on the calibration data stored in 7.

【0051】測定デ−タは、コンピュ−タCRT88上
に表示されるメニュ−にしたがっての操作を行なうこと
により、CRT上に鳥かん図,等高線図等の形態で表示
することができる。 (6) 結果出力 手順(5) でコンピュ−タCRT88上に表示された測定
デ−タは、上記CRT88上のメニュ−の操作により、
コンピュ−タ87に接続されたプロッタ89に出力する
ことができる。
The measurement data can be displayed on the CRT in the form of a bird chart, a contour map or the like by performing an operation in accordance with the menu displayed on the computer CRT 88. (6) Result output The measurement data displayed on the computer CRT88 in step (5) can be displayed by operating the menu on the CRT88.
It can be output to the plotter 89 connected to the computer 87.

【0052】構成全体の作用について、上記手順 (1)〜
(6) を通して説明したが、とくに手順 (4)〜(6) は、そ
の操作において、CRTメニュ−を見ながらのコンピュ
−タ操作ができるように構成されている。
Regarding the operation of the entire configuration, the above steps (1) to
As described above through step (6), especially steps (4) to (6) are so constructed that the computer can be operated while observing the CRT menu.

【0053】[0053]

【発明の効果】この発明によれば、制御信号出力手段か
ら出力された触針子の高さ方向の制御信号が、校正手段
が有する校正データに基づいて高さの値に変換され且つ
校正されるので、移動機構の駆動源等として圧電体を用
いた場合でも、その変位特性の影響を受けずにすむ。し
たがって精度の高い表面形状測定を行なえる表面形状測
定装置を提供できる。
According to the present invention, the control signal in the height direction of the stylus output from the control signal output means is converted into a height value based on the calibration data of the calibration means and calibrated. Therefore, even when a piezoelectric body is used as a drive source of the moving mechanism, it is possible to avoid being affected by the displacement characteristic. Therefore, it is possible to provide a surface profile measuring device capable of highly accurate surface profile measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る表面形状測定装置
の構成を一部破断して示す正面図。
FIG. 1 is a partially cutaway front view showing the configuration of a surface profile measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態に係る表面形状測定装置
の構成を一部破断して示す側面図。
FIG. 2 is a side view showing a partially broken configuration of the surface profile measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施形態に係るX微動ステ−ジお
よびY微動ステ−ジの構成を詳細に示す分解斜視図。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing in detail the configuration of an X fine movement stage and a Y fine movement stage according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施形態に係るトライポッドステ
−ジの構成を示す斜視図。
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a tripod stage according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施形態に係る変位検出センサユ
ニットの構成を示す図で(a)は上面図、(b)は側面
図。
5A and 5B are views showing a configuration of a displacement detection sensor unit according to the first embodiment of the present invention, FIG. 5A being a top view and FIG. 5B being a side view.

【図6】本発明の第1実施形態に係る変位検出センサユ
ニットを観察光学系等と共に示す光学系全体の構成を示
す図。
FIG. 6 is a diagram showing the overall configuration of an optical system showing the displacement detection sensor unit according to the first embodiment of the present invention together with an observation optical system and the like.

【図7】本発明の第1実施形態に係る触針子X−Y−Z
移動機構の構成を示す図で、(a)は上面図、(b)は
B−B矢視断面図。
FIG. 7 is a stylus XYZ according to the first embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the structure of a moving mechanism, (a) is a top view, (b) is a BB arrow sectional drawing.

【図8】本発明の第1実施形態に係る触針子および触針
子支持用板バネの構成を詳細に示す図で、(a)は側面
図、(b)は下面図。
FIG. 8 is a diagram showing in detail the configuration of a stylus and a stylus supporting leaf spring according to the first embodiment of the present invention, in which (a) is a side view and (b) is a bottom view.

【図9】本発明の第1実施形態に係る測定部本体の構成
を示すブロック図。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a measurement unit main body according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第1実施形態に係るコントロール部
の構成を示すブロック図。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a control unit according to the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第1実施形態に係るコンピュータ部
の構成を示すブロック図。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a computer unit according to the first embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…Y粗動ステ−ジ 3…X粗動ステ−ジ 6…Y微動ステ−ジ 7…X微動ステ−ジ 8…トライポットステ−ジ 9…試料台 11…Z粗動ステ−ジ 13…落射投光管 14…対物レンズ 15…位検出センサユニット 18…触針子挿入支持機構 19…触針子X−Y−Z移動機構 20…触針子微動用Z軸アクチュエ−タ 21…触針子支持用板バネ 22…触針子2 ... Y coarse movement stage 3 ... X coarse movement stage 6 ... Y fine movement stage 7 ... X fine movement stage 8 ... tripot stage 9 ... sample stage 11 ... Z coarse movement stage 13 ... vertical illuminator 14 ... objective lens 15 ... Displacement sensor unit 18 ... touch Hariko insert supporting mechanism 19 ... touch Hariko X-Y-Z movement mechanism 20 ... touch Hariko fine control Z-axis actuator - motor 21 ... Leaf spring for supporting a stylus 22. Stylus

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内野 文雄 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 荒巻 晋治 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 中村 郁三 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 佐藤 靖 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Fumio Uchino 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (72) Shinji Aramaki 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Ikuzo Nakamura 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Sato 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ばね部材を介して支持された触針子と、 前記触針子と測定物とを相対的に移動させる移動手段
と、 前記触針子と前記測定物との間に働く物理量に基づく前
記触針子の高さ方向の変位信号を出力する変位信号出力
手段と、 前記変位信号出力手段の出力信号に基づいて、前記移動
手段を制御する制御信号を出力する制御信号出力手段
と、 前記制御信号出力手段から出力された高さ方向の制御信
号を校正データに基づき高さの値に変換し且つ校正する
校正手段と、 を具備したことを特徴とする表面形状測定装置。
1. A stylus supported via a spring member, a moving means for relatively moving the stylus and the object to be measured, and a physical quantity acting between the stylus and the object to be measured. Displacement signal output means for outputting a displacement signal in the height direction of the stylus based on, and control signal output means for outputting a control signal for controlling the moving means based on an output signal of the displacement signal output means. A surface shape measuring apparatus, comprising: a calibration means for converting a height direction control signal output from the control signal output means into a height value based on calibration data and calibrating the height value.
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