JPH1151946A - Shape measuring device - Google Patents

Shape measuring device

Info

Publication number
JPH1151946A
JPH1151946A JP9227119A JP22711997A JPH1151946A JP H1151946 A JPH1151946 A JP H1151946A JP 9227119 A JP9227119 A JP 9227119A JP 22711997 A JP22711997 A JP 22711997A JP H1151946 A JPH1151946 A JP H1151946A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stylus
shape
shape measuring
measured
deflection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9227119A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ayumi Hirono
歩 広野
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.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP9227119A priority Critical patent/JPH1151946A/en
Publication of JPH1151946A publication Critical patent/JPH1151946A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape measuring device capable of measuring a minute three-dimensional shape. SOLUTION: A probe 1 comprises a tracing needle posture adjusting part 10, a fitting part 11 being the fixed end, a horizontal part 12, a curved part 13, a vertical part 14, and a region 15 being the releasing end, and an end part 16 sharpened in the vertical direction. A scanning device 2 is made up of an X-stage 21, a Y-stage 22, and a Z-stage 23, and carries out main scanning and auxiliary scanning. A contact detecting device 3 is made up of a microscopic optical system consisting of an objective lens 31, a revolver 32 for exchanging objective lens, a halogen light source 33, a coaxial falling-projection lighting mirror cylinder 34, an image pickup part 35 using a two-dimensional CCD camera, and an image processing device 9 connected to the image pickup part. A deflection is caused in the probe 1 when it is brought into contact with a measuring object 5. The contact detecting device 3 detects this deflection, so that the shape of the measuring object 5 can be measured.

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】本発明は形状計測装置に係
り、特に微細な3次元形状の計測に好適な形状計測装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring device, and more particularly to a shape measuring device suitable for measuring a fine three-dimensional shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】各家庭に光ファイバーが敷設される高度
情報化社会の到来を目前に控え、画像出力機器や光通信
に用いられる機能部品には、ますます高解像度化、高密
度化が要求されており、その寸法はμm単位で微細なも
のが求められ、またその形状は自由曲面を含む3次元形
状のものが求められている。例えば、画像出力機器の一
つにインクジェットプリンタがあるが、そこで用いられ
るマーキングヘッドのノズルでは、ピッチ間隔や直径は
100μm〜10μmであり、その形状はインクの吐出
原理に応じて直線形状の組合せから自由曲面を含む複雑
なものまで、さまざまな形状が提案されている。作製方
法としては、生産性の点から成型による加工が多く、こ
れには一般に不導体である樹脂材料がよく用いられる。
[Prior Art] With the advent of an advanced information society in which optical fibers are laid in homes, functional components used in image output equipment and optical communication are required to have higher resolution and higher density. The dimensions are required to be minute in units of μm, and the shape is required to be a three-dimensional shape including a free-form surface. For example, there is an ink jet printer as one of the image output devices. In a nozzle of a marking head used there, a pitch interval and a diameter are 100 μm to 10 μm, and the shape is based on a combination of linear shapes according to an ink ejection principle. Various shapes have been proposed, up to complex ones including free-form surfaces. As a manufacturing method, processing by molding is often performed from the viewpoint of productivity, and a resin material which is generally nonconductive is often used for this.

【0003】加工精度の観察は、この種の形状に対して
は、光学顕微鏡を用いた目視による方法が主体である。
この方法では、定量的な測定について精度が悪いのが現
状である。一方、光学機器を組み合せて微細な3次元形
状を非接触で計測する方法や装置がいくつか提案されて
おり、一部は市販もされている。
[0003] Observation of processing accuracy is mainly performed by visual observation using an optical microscope for this type of shape.
In this method, the accuracy of quantitative measurement is poor at present. On the other hand, several methods and apparatuses for non-contact measurement of a fine three-dimensional shape by combining optical devices have been proposed, and some of them are commercially available.

【0004】例えば、特開平7−113617号公報に
は、共焦点の原理によりセンサ面から測定対象までの距
離を測り、センサ自体を2次元の平面内で走査すること
により、3次元形状を得る技術が提案されている。この
方法は、レーザービーム光を測定対象に投光し対物レン
ズを通して受光センサに受光する。受光センサ前面にピ
ンホールを設置して焦点位置からの反射光だけが通過す
るようにして焦点位置を検出する。対物レンズを高速に
振動させ焦点位置を変えることで測定対象までの距離を
測ることができる。また、別の例として、非点収差法に
より焦点位置を検出し、センサ自体を2次元の平面内で
走査することにより、3次元形状を得る技術が提案され
ている。この方法は、投光したレーザービーム光の反射
光を対物レンズで集光し、円筒レンズを通して4分割受
光素子からなるセンサで受光する。合焦点からの反射光
であれば4つの受光素子に均等に受光するが、前焦点位
置と後焦点位置では受光素子への受光比率が異なってく
る。前焦点と後焦点の情報をもとにセンサを移動するこ
とにより合焦点位置に位置制御することができる。これ
らレーザービーム光を用いた測距手段においては、平面
やなだらかな凸部の傾斜面では反射光が受光素子に戻っ
て計測可能であるが、切り立った傾斜面や溝のエッジ端
部等深さ方向に傾きを持つ面では、ビーム光が戻らず計
測できない。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-113617 discloses that a three-dimensional shape is obtained by measuring the distance from a sensor surface to an object to be measured by the principle of confocal and scanning the sensor itself in a two-dimensional plane. Technology has been proposed. In this method, a laser beam is projected onto a measurement object and received by a light receiving sensor through an objective lens. A pinhole is provided in front of the light receiving sensor, and only the reflected light from the focal position passes to detect the focal position. The distance to the object to be measured can be measured by changing the focal position by vibrating the objective lens at high speed. As another example, a technique has been proposed in which a focus position is detected by an astigmatism method, and a sensor itself is scanned in a two-dimensional plane to obtain a three-dimensional shape. In this method, the reflected light of the emitted laser beam is condensed by an objective lens, and is received by a sensor including a four-division light receiving element through a cylindrical lens. If the light is reflected from the in-focus point, the light is equally received by the four light receiving elements, but the light receiving ratio to the light receiving element differs between the front focus position and the rear focus position. By moving the sensor based on the information of the front focus and the back focus, the position can be controlled to the in-focus position. In these distance measuring means using laser beam light, reflected light can return to the light receiving element and be measured on a flat surface or an inclined surface having a gentle convex portion. On a surface having a tilt in the direction, the light beam does not return and measurement cannot be performed.

【0005】一方、3次元形状の計測に対しては触針を
用いた方法が知られており、輪郭測定器として広く用い
られている。しかし触針の物理的大きさから、加工寸法
が100μm以下の複雑な形状やアスペクト比(開口幅
に対する溝の深さ)の高い溝穴に対しては測定すること
ができなかった。これを解決するものとして、例えば特
開平5−264215号公報には、微細な触針を振動さ
せ、接触面との導通時間の比率から位置を検知する方法
が開示されている。この方法によれば、細くて深い溝の
壁面形状を知ることができるが、水平な面の測定や不導
体の測定ができないという問題や、あるいは微小な隙間
に電圧を印加して発生する高電界による静電吸着の問題
等があった。この問題に対処するため、例えば特開平8
−247743号公報には、光路媒体を触針として、光
量変化、周波数変化、偏光成分変化を捉えて接触を検知
する方法が提案されている。この方法を用いれば、不導
体の測定は可能となるが、光路媒体を形成するのに市販
の最細のシングルモード光ファイバを用いても、その直
径は100μm程度あり、想定した数十μm程度の微細
構造の表面形状の測定は困難である。
On the other hand, a method using a stylus is known for measuring a three-dimensional shape, and is widely used as a contour measuring instrument. However, due to the physical size of the stylus, it was not possible to measure a complex shape having a processing dimension of 100 μm or less or a slot having a high aspect ratio (groove depth to opening width). As a solution to this, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-264215 discloses a method in which a fine stylus is vibrated to detect a position from a ratio of a conduction time with a contact surface. According to this method, it is possible to know the wall shape of the thin and deep groove, but it is not possible to measure a horizontal surface or a nonconductor, or a high electric field generated by applying a voltage to a minute gap. There is a problem of electrostatic attraction due to the above. To cope with this problem, for example,
Japanese Patent Application Publication No. 247743 proposes a method of detecting a contact by using a light path medium as a stylus and capturing a change in light amount, a change in frequency, and a change in polarization component. If this method is used, measurement of non-conductors becomes possible, but even if a commercially available thinnest single-mode optical fiber is used to form the optical path medium, the diameter is about 100 μm, which is assumed to be several tens μm. It is difficult to measure the surface shape of the microstructure.

【0006】また、半導体や数μm以下の光学部品の微
小表面形状を計測するものとして、微小な探針を用い表
面に鉛直方向から近接した時に発生する原子間力により
探針をたわませ、このたわみを光学的に検知することに
より位置を知る走査型原子間力顕微鏡(AFM)が知ら
れている。表面と探針とのあいだで発生する原子間力が
一定になるように表面を倣いながら計測する方法と、1
点1点接触を検知しながら測定する方法が知られてい
る。しかしながら、急傾斜面においては探針を鉛直方向
から近接すると滑りが発生し、傾斜面で十分な分解能が
得られないのが現状である。
Further, as a device for measuring a minute surface shape of a semiconductor or an optical component of several μm or less, a probe is bent by an atomic force generated when approaching the surface from a vertical direction using a minute probe, A scanning atomic force microscope (AFM) that knows the position by optically detecting the deflection is known. A method of measuring while imitating the surface so that the atomic force generated between the surface and the probe is constant, and 1
A method of measuring while detecting point-to-point contact is known. However, on a steeply inclined surface, slipping occurs when the probe approaches the vertical direction, and at present, sufficient resolution cannot be obtained on the inclined surface.

【0007】AFMの探針の製作は半導体プロセスを用
いて行うことが多い。このようなプロセスにおいては、
数十μmの深い細溝の内面を測ることができるように探
針先端部分を長く製作することは、極めて困難である。
AFMの初期的な探針として、タングステンワイヤを折
り曲げて作成した例が、Apply.Physics.
Letter 53(12),19 Septembe
r 1988 pp.1045−1047で報告されて
いるが、深い溝に届く形状とすることは開示されていな
い。一方、「微細型彫り放電加工によるマイクロ形状測
定装置用探針の製作」,1997年度精密工学会春季大
会学術講演会論文集,279−280頁には、微細な触
針の先端に水平、鉛直方向に接触子を形成し、水平面に
対しては鉛直方向に、鉛直な面に対しては水平方向にこ
れを近接し、トンネル電流を検知することによって溝形
状を計測する方法が提案されている。この方法では接触
検知にトンネル電流を用いるので、不導体の測定は困難
である。
[0007] AFM tips are often manufactured using a semiconductor process. In such a process,
It is extremely difficult to make the tip of the probe long so that the inner surface of the deep groove of several tens of μm can be measured.
An example in which a tungsten wire is bent and formed as an initial probe of AFM is described in Apply. Physics.
Letter 53 (12), 19 September
r 1988 pp. Although it is reported in 1045-1047, it is not disclosed that the shape reaches a deep groove. On the other hand, "Preparation of Probe for Micro Profile Measuring Device by Micro Die-Sinking EDM", Proc. 1997 Spring Meeting of Japan Society for Precision Engineering, pp. 279-280, states that the tip of a fine stylus is horizontal and vertical. A method has been proposed in which a contact is formed in a vertical direction, and the contact is made to approach vertically in a horizontal plane and horizontally in a vertical plane, and the groove shape is measured by detecting a tunnel current. . In this method, since a tunnel current is used for contact detection, it is difficult to measure a nonconductor.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述のように微細形状
の計測に対しては多くの提案がなされているが、不導体
を含む数μmから100μm程度の微細形状物の表面形
状で、溝の側壁などの急傾斜角を含みアスペクト比の高
い形状の測定に対しては、満足できる方法がない。上述
のとおり、光を用いる方法では反射光が戻らないため測
定できないし、触針方式では、触針が物理的に測定対象
物と干渉したり、測定対象物に到達できなかったり、も
しくは測定対象物に接触したことを検知できなかったり
して、十分な分解能が得られないなどの問題があり、実
用的な方法が示されていないのが現状である。
As described above, many proposals have been made for the measurement of a fine shape. There is no satisfactory method for measuring a shape having a high aspect ratio including a steep inclination angle such as a side wall. As described above, the method using light cannot measure because reflected light does not return, and in the stylus method, the stylus physically interferes with the measurement object, cannot reach the measurement object, or is not measured. At present, there is a problem that a sufficient resolution cannot be obtained due to a failure to detect contact with an object and a practical method has not been shown at present.

【0009】従って本発明の目的は、上述のような問題
を解決し、微細な3次元形状を計測可能な形状計測装置
を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a shape measuring device capable of measuring a fine three-dimensional shape.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的は、水平部、曲
がり部、鉛直部および先端部を備えた弾性を有する触針
と、前記触針のたわみを検知する検知装置と、前記触針
と被測定物との接触および離隔を行うための走査装置と
を有する形状計測装置によって達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an elastic stylus having a horizontal portion, a bent portion, a vertical portion, and a tip portion, a detecting device for detecting the deflection of the stylus, This is achieved by a shape measuring device having a scanning device for making contact with and separating from an object to be measured.

【0011】ここで走査装置は、被測定物に対して主走
査および副走査を行うものである。主走査の方向は、概
略水平な被測定物表面に対しては鉛直方向、概略鉛直な
被測定物表面に対しては水平方向、穴形状壁面に対して
は概略中心位置に触針を挿入した後に水平方向である。
主走査の方向が水平方向のとき、被測定物を一定角度ご
とに順次回転走査する。また、この走査装置は、触針か
らの待避動作を行う場合、水平方向および鉛直方向の待
避動作を同時に行う。
Here, the scanning device performs main scanning and sub-scanning on the object to be measured. The main scanning direction was such that the stylus was inserted in the vertical direction for the roughly horizontal DUT surface, the horizontal direction for the roughly vertical DUT surface, and the approximate center position for the hole-shaped wall surface. Later in the horizontal direction.
When the main scanning direction is the horizontal direction, the object to be measured is sequentially rotated and scanned at regular intervals. Further, when performing the retraction operation from the stylus, the scanning device simultaneously performs the retraction operations in the horizontal direction and the vertical direction.

【0012】ここで用いる触針の先端部は、被測定対象
により、鉛直方向に先鋭化される場合と、水平方向に先
鋭化される場合がある。触針の先端部先鋭化手段は、触
針の近傍に配置される。また触針は、先端部が所定方向
に向くように調整するための触針姿勢調整部を有する。
触針の先端位置を校正は、基準球面を用いて行う。触針
の形状は、細線をL字型と半円弧状にしたフィレット形
状であり、直径が10μmから3μm、水平部と曲がり
部の半径の合計で10mmから0.5mmであり、鉛直
部は0.5mmから2mm、先端部の先鋭化は曲率半径
0.1μm以上である。
The tip of the stylus used here may be sharpened in a vertical direction or sharpened in a horizontal direction depending on the object to be measured. The tip sharpening means of the stylus is arranged near the stylus. Further, the stylus has a stylus posture adjusting unit for adjusting the tip so as to face a predetermined direction.
The tip position of the stylus is calibrated using the reference spherical surface. The shape of the stylus is a fillet shape in which a thin wire is formed into an L-shape and a semicircular arc, the diameter is 10 μm to 3 μm, the total radius of the horizontal portion and the bent portion is 10 mm to 0.5 mm, and the vertical portion is 0 mm. 0.5 mm to 2 mm, and the sharpened tip portion has a radius of curvature of 0.1 μm or more.

【0013】検知装置は、触針の画像を撮像する撮像部
と画像を処理して触針のたわみを検知する画像処理装置
とを有する。検知装置の撮像部が撮像する対象は、触針
の水平部ないし曲がり部である。画像処理装置によるた
わみ検知は、撮像した画像に現れる触針表面の合焦の程
度を合焦点測度関数により評価し、前記合焦点測度関数
の値が一定の閾値を越えるとき、触針にたわみがある判
定する。この合焦点測度関数は、画像を複数の部分画像
に分割して得られた、個々の部分画像における輝度のば
らつき値、ないしは輝度の平均値に基づくものである。
また、この検知装置は、別のやり方として、触針の水平
部に配設されたひずみゲージおよび抵抗値変化検出器に
より構成することができる。
[0013] The detecting device has an image pickup section for picking up an image of the stylus and an image processing device for processing the image to detect the deflection of the stylus. An object to be imaged by the imaging unit of the detection device is a horizontal portion or a bent portion of the stylus. Deflection detection by the image processing device evaluates the degree of focusing of the stylus surface appearing in the captured image by a focus measurement function, and when the value of the focus measurement function exceeds a certain threshold, the deflection of the stylus is evaluated. Make a decision. The in-focus measure function is based on a luminance variation value or an average luminance value of individual partial images obtained by dividing an image into a plurality of partial images.
Alternatively, the sensing device can alternatively be constituted by a strain gauge and a resistance value change detector arranged on the horizontal portion of the stylus.

【0014】また、本装置は風よけボックスを有し、触
針、検知装置および走査装置を覆うように配置される。
Further, the present device has a windshield box, and is arranged so as to cover the stylus, the detecting device and the scanning device.

【0015】本発明に係る形状計測方法では、水平部、
曲がり部、鉛直部および先端部を備えた弾性を有する触
針と被測定物とを接触させる工程と、この接触状態を触
針のたわみで検知する工程と、触針と被測定物とを離隔
させる工程とを有し、これらの工程を繰り返し行うこと
によって被測定物の形状を測定する。触針のたわみの検
知は、触針の水平部ないし曲がり部で行うのがよい。
[0015] In the shape measuring method according to the present invention, the horizontal portion,
A step of contacting an object to be measured with an elastic stylus having a bent portion, a vertical portion, and a tip, a step of detecting the contact state by deflection of the stylus, and a step of separating the stylus from the object to be measured. And measuring the shape of the object by repeatedly performing these steps. The detection of the deflection of the stylus is preferably performed at a horizontal portion or a bent portion of the stylus.

【0016】本発明は、上述のような構成によって、傾
斜面を含む微細形状である被測定物に、その傾斜方向に
応じた方向から触針が接近し被測定物に接触すると、接
近の方向に関わらず鉛直上方方向にたわみが発生し、こ
のたわみが顕微光学系で焦点ずれ量となって画像に現
れ、判定基準により触針の接触があったことを検知し、
その時の位置座標により1点の位置を知り、順次送り動
作が行われ、最終的に被測定物の3次元表面形状が得ら
れるものである。
According to the present invention, when the stylus approaches the object to be measured having a fine shape including an inclined surface from the direction corresponding to the inclination direction and comes into contact with the object to be measured by the above configuration, the approaching direction is obtained. Regardless of the vertical deflection occurs, this deflection becomes a defocus amount in the microscope optical system and appears in the image, and it is detected that the stylus has been contacted by the determination criterion,
The position of one point is known from the position coordinates at that time, the feeding operation is sequentially performed, and finally the three-dimensional surface shape of the measured object is obtained.

【0017】本発明者の実験から、深溝形状の急傾斜面
では反射光を受光器に得るのは、光の当て方や反射方向
の工夫が必要であり微細形状に対しては困難であるた
め、上述のとおり、接触式を選択した。深い溝に挿入し
て測定するため、タングステンワイヤなどの微細直径の
金属細線が用いられる。また不導体の測定が対称となる
ので、接触の検知に触針のたわみを採用した。さらに深
い溝の側壁など急傾斜面の測定面に対しては、水平方向
から測定面に接近させることが分解能、滑り防止、など
の点から好適である。
According to the experiment of the present inventor, it is difficult to obtain the reflected light on the steeply inclined surface having the deep groove shape in the light receiver because it is necessary to devise the way of applying the light and the reflection direction, and it is difficult to obtain the reflected light. As described above, the contact type was selected. In order to perform measurement by inserting into a deep groove, a fine metal wire having a fine diameter such as a tungsten wire is used. Since the measurement of nonconductors is symmetric, the deflection of the stylus is used to detect contact. Further, it is preferable to approach the measurement surface from a horizontal direction to a measurement surface having a steep slope such as a side wall of a deep groove from the viewpoint of resolution, slip prevention, and the like.

【0018】タングステンワイヤの先端を深溝に十分到
達出来る長さで折り曲げ加工し、その先端を細めて作成
したL字型の触針を溝形状の底面に押しつけ、ワイヤの
挙動を顕微鏡で観察したところ、水平部分の触針がたわ
み、また壁面に水平方向から押しつけたところ、同じよ
うに水平部分の触針がたわむことが、実験からわかっ
た。これらのことから、上述のような形状計測装置およ
び方法が得られたものである。
The tip of the tungsten wire was bent to a length sufficient to reach the deep groove, and an L-shaped stylus formed by narrowing the tip was pressed against the bottom of the groove, and the behavior of the wire was observed with a microscope. From the experiment, it was found that the stylus in the horizontal portion was bent, and the stylus in the horizontal portion was similarly bent when pressed against the wall surface from the horizontal direction. From these, the shape measuring apparatus and method as described above have been obtained.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る形状計測装
置の一実施例を示すものである。図示のとおり、座標軸
を次のように定義する。鉛直方向をZ方向、水平方向の
幅方向をX方向、水平方向の奥行き方向をY方向とす
る。X軸回りの回転をφ方向、Y軸回りの回転をψ方向
とする。
FIG. 1 shows an embodiment of a shape measuring apparatus according to the present invention. As shown, the coordinate axes are defined as follows. The vertical direction is the Z direction, the horizontal width direction is the X direction, and the horizontal depth direction is the Y direction. The rotation about the X axis is the φ direction, and the rotation about the Y axis is the ψ direction.

【0020】同図において、触針1はいわゆる直線状の
片持ちはりと円弧状の片持ちはりを組み合せたフィレッ
ト状の片持ちはりであり、触針姿勢調整部10、固定端
である取付部11、水平部12、曲がり部13、鉛直部
14、解放端である先端領域15からなる。先端領域1
5は、鉛直方向に先鋭化された先端部16を有する。
In FIG. 1, a stylus 1 is a fillet-shaped cantilever in which a so-called linear cantilever and an arc-shaped cantilever are combined, and a stylus attitude adjusting unit 10 and a mounting end which is a fixed end. 11, a horizontal portion 12, a bent portion 13, a vertical portion 14, and a distal end region 15 which is an open end. Tip area 1
5 has a tip 16 sharpened in the vertical direction.

【0021】走査装置2は、互いに直交する3軸である
Xステージ21、Yステージ22、Zステージ23から
構成され、主走査と副走査を行う。接触検知装置3は、
装置上方に配置され、顕微鏡光学系により構成される。
顕微鏡光学系は、対物レンズ31、対物レンズを交換す
るレボルバ32、ハロゲン光光源33、同軸落射照明鏡
筒34、2次元CCDカメラを用いた撮像部35、およ
び撮像部に接続された画像処理装置9からなる。対物レ
ンズ31は、接触検知のためのものと、測定位置合わせ
のためのものとがある。
The scanning device 2 comprises an X stage 21, a Y stage 22, and a Z stage 23 having three axes orthogonal to each other, and performs main scanning and sub scanning. The contact detection device 3
It is arranged above the apparatus and is constituted by a microscope optical system.
The microscope optical system includes an objective lens 31, a revolver 32 for exchanging the objective lens, a halogen light source 33, a coaxial epi-illumination barrel 34, an imaging unit 35 using a two-dimensional CCD camera, and an image processing device connected to the imaging unit Consists of nine. The objective lens 31 includes one for contact detection and one for measurement position alignment.

【0022】被測定物5は、ステージ上の試料台24に
設置される。試料台24の隅には、基準球面6が設けら
れている。本装置の右端には、先端部先鋭化手段7が設
置されている。本装置の主要部は、空気定盤8上に配置
された風よけボックス4の中に設置される。
The DUT 5 is set on a sample stage 24 on a stage. A reference spherical surface 6 is provided at a corner of the sample stage 24. A tip sharpening means 7 is provided at the right end of the apparatus. The main part of the present apparatus is installed in a wind shield box 4 arranged on an air base 8.

【0023】触針1は次のように機能する。触針1の先
端部16が被測定物5に鉛直方向で当接すると、被測定
物5の表面がわずかに弾性変形する。この弾性変形によ
り発生する弾性力(荷重)を触針1が受けると、触針1
の水平部12ないしは曲がり部13で鉛直方向上方にた
わみが発生する。触針1は、荷重を受けてたわみが発生
する片持ちはりによるバネ部材と考えればよい。この片
持ちはりの荷重方向に対するたわみを解析し最適な形状
を検討した。荷重方向は、先端部16を被測定物5に当
接する方向である。水平部長さと曲がり部の直径の合計
を一定にして曲がり部の比率をパラメータとして解析す
ると、曲がり部の比率の小さいほど鉛直方向の荷重に対
してバネ定数が小さくなり、鉛直方向へたわみやすいこ
とがわかった。たわみやすいほど、小さな弾性力で触針
1の変位が得られるので、アルミなどの軟質金属のよう
な弾性限度の低い材料の被測定物まで本測定技術が適用
できる。一方、水平方向の荷重に対しては、逆に曲がり
部の比率が0から50%程度まで大きくなるとバネ定数
が小さくなる。またバネ定数は鉛直方向の荷重のほう
が、水平方向の荷重に比べて半分以下であり、たわみや
すい。そこで水平方向の荷重に、よりたわみやすい形状
を優先して採り入れることとすると、曲がり部の比率は
50%程度がよい。
The stylus 1 functions as follows. When the tip 16 of the stylus 1 abuts on the object 5 in the vertical direction, the surface of the object 5 is slightly elastically deformed. When the stylus 1 receives an elastic force (load) generated by this elastic deformation, the stylus 1
In the horizontal portion 12 or the bent portion 13, bending occurs vertically upward. The stylus 1 may be considered as a cantilever spring member that bends under load. The deflection of this cantilever beam in the load direction was analyzed and the optimal shape was examined. The load direction is a direction in which the tip portion 16 contacts the workpiece 5. When analyzing the ratio of the bent portion as a parameter while keeping the sum of the length of the horizontal portion and the diameter of the bent portion constant, the smaller the ratio of the bent portion, the smaller the spring constant with respect to the load in the vertical direction, and the easier it is to bend in the vertical direction. all right. The easier the deflection, the more the displacement of the stylus 1 can be obtained with a small elastic force. Therefore, the present measurement technique can be applied to an object to be measured of a material having a low elastic limit such as a soft metal such as aluminum. On the other hand, for a load in the horizontal direction, when the ratio of the bent portion increases from 0 to about 50%, the spring constant decreases. Further, the spring constant is less than half of the load in the vertical direction as compared with the load in the horizontal direction, and is more easily bent. Therefore, if a shape that is more flexible is preferentially adopted in the horizontal load, the ratio of the bent portion is preferably about 50%.

【0024】触針の直径は細いほど微細形状の被測定物
5に適用でき好適であるが、一方で触針の挙動を顕微鏡
光学系の画像で認識するのには直径数μm程度が必要と
なる。また針の水平部と曲がり部の長さは、長すぎると
自重により取付部11での塑性変形が発生したり、表面
積の増加による気流の影響を受けやすくなる。また短す
ぎるとバネとして硬くなり、被測定物5の表面を損傷す
る恐れがある。以上のことから、水平部と曲がり部直径
を合わせた最適な長さの範囲は、触針の直径10μmの
とき10mmから3mm、直径3μmのとき2mmから
0.5mm程度である。また鉛直部は測定対象の深さに
より500μmから2000μm、先端部の先鋭化は曲
率半径0.1μm以上の範囲とするのが好ましい。例と
して市販のタングステンワイヤを用い直径3μmで水平
部、曲がり部の半径をそれぞれ1mm、鉛直部は長さ5
00μmで製作でき、軟質金属としてアルミニウム表面
を対象に、表面の損傷なく、たわみ動作することが確認
できた。
The smaller the diameter of the stylus, the more suitable it can be applied to the object to be measured 5 having a fine shape. On the other hand, it is necessary to have a diameter of about several μm in order to recognize the behavior of the stylus on the image of the microscope optical system. Become. If the length of the horizontal portion and the bent portion of the needle is too long, plastic deformation of the mounting portion 11 occurs due to its own weight, and the needle is easily affected by airflow due to an increase in surface area. On the other hand, if the length is too short, the spring becomes hard, and the surface of the DUT 5 may be damaged. From the above, the optimal length range combining the horizontal part and the bent part diameter is about 10 mm to 3 mm when the stylus diameter is 10 μm, and about 2 mm to 0.5 mm when the stylus diameter is 3 μm. Further, it is preferable that the vertical portion is in the range of 500 μm to 2000 μm depending on the depth of the object to be measured, and the tip is sharpened in a radius of curvature of 0.1 μm or more. For example, using a commercially available tungsten wire, the diameter of the horizontal portion and the bent portion is 3 mm, and the radius of the bent portion is 1 mm.
It could be manufactured with a thickness of 00 μm, and it was confirmed that the bending operation was performed without damaging the surface of the aluminum surface as a soft metal.

【0025】走査装置2において、各ステージ21、2
2、23はそれぞれ位置座標を知るための光学スケール
を有している。水平方向に主走査を行うときにはXステ
ージ21が用いられ、副走査を行うときにはYステージ
22とZステージ23が用いられる。鉛直方向に主走査
を行うときにはZステージ23を用い、副走査を行うと
きにはXステージ21とYステージ22を用いる。
In the scanning device 2, each of the stages 21, 2
Reference numerals 2 and 23 each have an optical scale for knowing the position coordinates. The X stage 21 is used when performing main scanning in the horizontal direction, and the Y stage 22 and Z stage 23 are used when performing sub-scanning. The Z stage 23 is used for main scanning in the vertical direction, and the X stage 21 and Y stage 22 are used for sub scanning.

【0026】接触検知装置3は、触針1の鉛直上方に設
置される。これは触針1のたわみが鉛直方向に発生する
からである。撮像部35は、対物レンズ31および照明
鏡筒34を介して、触針1の水平部12ないし曲がり部
13の画像を取り込む。走査装置2の主走査が水平方向
か鉛直方向かに係わらず、たわみ検出位置は触針1の鉛
直上方である。主走査の方向に応じて、観察点を設定す
る。鉛直方向に当接して発生する荷重により鉛直方向に
最も変位が現れるのは、触針1の水平部と曲がり部の境
目36にかけてである。
The contact detecting device 3 is installed vertically above the stylus 1. This is because the deflection of the stylus 1 occurs in the vertical direction. The imaging unit 35 captures an image of the horizontal part 12 or the bent part 13 of the stylus 1 via the objective lens 31 and the illumination lens barrel 34. The deflection detection position is vertically above the stylus 1 regardless of whether the main scanning of the scanning device 2 is in the horizontal direction or the vertical direction. An observation point is set according to the main scanning direction. The displacement that appears most in the vertical direction due to the load generated in contact with the vertical direction is at the boundary 36 between the horizontal portion and the bent portion of the stylus 1.

【0027】図2は、本発明に係る形状計測装置の他の
実施例を示すものである。本実施例が図1のものと異な
るのは、図示のとおり、触針1の先端領域15が水平方
向に先鋭化された先端部17を有する点である。本実施
例では、この先端部17を用いて、深溝の内部側面を走
査する。本実施例においては、水平方向に当接して発生
する荷重により鉛直方向に最も変位が現れるのは、触針
1の曲がり部の先端と鉛直部の境目37にかけてであ
る。従って、この点に接触検知装置3の観察点が設定さ
れる。
FIG. 2 shows another embodiment of the shape measuring apparatus according to the present invention. The present embodiment differs from that of FIG. 1 in that, as shown, the distal end region 15 of the stylus 1 has a distal end portion 17 that is sharpened in the horizontal direction. In the present embodiment, the inner side surface of the deep groove is scanned using the tip portion 17. In the present embodiment, the displacement in the vertical direction due to the load generated by abutting in the horizontal direction appears at the boundary 37 between the tip of the bent portion of the stylus 1 and the vertical portion. Therefore, the observation point of the contact detection device 3 is set at this point.

【0028】図3は、触針姿勢調整手段10の詳細を説
明するための図である。本調整手段10は、触針先端部
16、17がそれぞれ鉛直方向と水平方向になるよう調
整する。本調整手段10は、回転ステージ41及び傾斜
ステージ42からなり、後述する調整方法により鉛直部
14の鉛直方向出しができる。回転ステージ41はX軸
回りのφ方向に、傾斜ステージ42はY軸回りのψ方向
に調整できる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the details of the stylus posture adjusting means 10. The adjusting means 10 adjusts the stylus tip portions 16 and 17 to be vertical and horizontal respectively. The adjusting means 10 includes a rotary stage 41 and a tilting stage 42, and the vertical portion 14 can be set in the vertical direction by an adjusting method described later. The rotary stage 41 can be adjusted in the φ direction around the X axis, and the tilt stage 42 can be adjusted in the ψ direction around the Y axis.

【0029】風よけボックス4は、図1のように、例え
ば厚さ0.5mmのアクリル系樹脂で構成された上面と
四側面を密閉した箱である。これを用いることによっ
て、毎秒0.1m以上の気流から受ける抗力により、触
針1がたわむのを防ぐことができる。これ以下の速度の
気流では、触針1はたわまない。
As shown in FIG. 1, the windshield box 4 is a box made of an acrylic resin having a thickness of, for example, 0.5 mm and having a closed upper surface and four side surfaces. By using this, it is possible to prevent the stylus 1 from bending due to a drag received from an airflow of 0.1 m or more per second. The stylus 1 does not bend in an airflow at a speed lower than this.

【0030】図4は、図1の形状計測装置の動作を示す
流れ図であり、(a)は測定動作を、(b)は校正動作
をそれぞれ示す。測定動作としては、同図(a)のよう
に、ステップS1で測定位置合わせを行い、ステップS
2で接触動作を、ステップS3で接触検知を、ステップ
S4で待避動作を、ステップS5で送り動作をそれぞれ
行う。ステップS6で測定範囲を完了したかどうかを判
定し、これが完了するまでステップS2〜S5を繰り返
す。校正動作としては、同図(b)のように、ステップ
S11で触針先端の先鋭化を行い、ステップ12で触針
姿勢の調整をして、ステップ13で触針先端位置の校正
を行う。
FIGS. 4A and 4B are flow charts showing the operation of the shape measuring apparatus shown in FIG. 1, wherein FIG. 4A shows a measuring operation and FIG. 4B shows a calibration operation. As a measurement operation, as shown in FIG. 3A, measurement position alignment is performed in step S1, and
2, a contact operation is performed, a contact detection is performed in step S3, a retreat operation is performed in step S4, and a feed operation is performed in step S5. In step S6, it is determined whether the measurement range has been completed, and steps S2 to S5 are repeated until the measurement range is completed. In the calibration operation, as shown in FIG. 3B, the tip of the stylus is sharpened in step S11, the stylus posture is adjusted in step 12, and the position of the stylus tip is calibrated in step 13.

【0031】測定位置合わせS1は、接触検知装置3の
レボルバ32により低倍率の対物レンズ31を選択し、
顕微鏡画像を観察しながら触針1の先端を測定位置に合
わせることにより行う。その後、接触検知の為の対物レ
ンズ31をセットする。
In the measurement position alignment S1, a low-magnification objective lens 31 is selected by the revolver 32 of the contact detection device 3,
This is performed by adjusting the tip of the stylus 1 to the measurement position while observing the microscope image. After that, the objective lens 31 for contact detection is set.

【0032】接触動作S2については、図5(a)〜
(d)を用いて説明する。被測定物5の測定面の方向に
応じて、触針1の先端部の方向を選択する。概略水平な
面51に対しては、同図(a)のように、鉛直方向に先
鋭化された先端部16を用いる。Z軸ステージ23によ
り被測定物を鉛直上方52に微小距離ずつ走査する。被
測定物が触針1に鉛直方向に当接すると、同図(b)の
ように、触針1がたわむ。概略鉛直な面53に対して
は、同図(c)のように、水平方向に先鋭化された先端
部17を用いる。X軸ステージ21により被測定物5を
水平方向54に微小距離ずつ走査する。被測定物が触針
1に水平方向に当接すると、同図(d)のように、触針
がたわむ。微小距離が、本計測装置の測定分解能そのも
のとなる。本測定装置では、0.1μm以上の測定分解
能を有するステージが好ましい。概略鉛直な面において
は、特殊な場合がある。まず溝穴内部の形状である。こ
の場合の測定動作は、先ず溝穴中央付近に触針を挿入
し、次に水平方向に微小距離づつ走査する。また、別の
特殊な場合として、円筒状の周辺形状や溝穴の内壁全周
面の測定がある。この場合の測定動作を図9(a)〜
(d)を用いて説明する。用いる触針1は水平方向に先
鋭化されているので、この方向に被測定物の面を向ける
必要がある。これには3軸ステージ21、22、23の
軸交点を回転中心とする回転テーブル91を、同図
(a)のように3軸ステージ上に設置し、(b)のよう
に初期設定位置に対して90度、(c)のように180
度、(d)のように270度の位置に設定して測定すれ
ばよい。
The contact operation S2 is described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. The direction of the tip of the stylus 1 is selected according to the direction of the measurement surface of the DUT 5. For the substantially horizontal surface 51, a tip portion 16 sharpened in the vertical direction is used as shown in FIG. The object to be measured is scanned vertically upward 52 by the Z-axis stage 23 by a small distance. When the object to be measured comes into contact with the stylus 1 in the vertical direction, the stylus 1 bends as shown in FIG. For the approximately vertical surface 53, the tip 17 sharpened in the horizontal direction is used as shown in FIG. The object 5 is scanned by the X-axis stage 21 in the horizontal direction 54 by a small distance. When the object to be measured abuts on the stylus 1 in the horizontal direction, the stylus bends as shown in FIG. The minute distance is the measurement resolution of the present measuring device itself. In the present measuring apparatus, a stage having a measuring resolution of 0.1 μm or more is preferable. There are special cases in the vertical plane. The first is the shape inside the slot. In the measurement operation in this case, a stylus is first inserted near the center of the slot, and then scanning is performed by a minute distance in the horizontal direction. As another special case, there is a measurement of a cylindrical peripheral shape or the entire inner peripheral surface of a slot. The measurement operation in this case is shown in FIGS.
This will be described with reference to FIG. Since the stylus 1 used is sharpened in the horizontal direction, it is necessary to direct the surface of the object to be measured in this direction. For this purpose, a rotary table 91 having a rotation center at the intersection of the three-axis stages 21, 22, and 23 is set on the three-axis stage as shown in FIG. 90 degrees, 180 as shown in (c).
The degree may be set at a position of 270 degrees as shown in FIG.

【0033】接触検知S3は、微小走査毎に接触検知装
置3により触針1と被測定物5の接触を検知する。接触
検知S3の手順は、図6に示すように、ステップS22
で画像とりこみを行い、ステップS23で合焦度演算を
行い、ステップS24で接触判定を行う。画像とりこみ
S22は、顕微鏡光学系を通してCCDカメラに撮像さ
れた図7(a)に示すような触針1の画像71を、画像
処理装置9に記録する。合焦度演算S23は、この画像
71を図7(b)に示すようなn画素×m画素の部分画
像72に分割する。n,mの値は3〜5が適当である。
部分画像72毎にオペレータを作用させて合焦度を求め
る。顕微鏡画像の目視観察を行った結果から、直径10
μm程度のワイヤを用いた触針では、焦点の合っている
部分画像72は画素毎の輝度ばらつきが大きく、焦点の
合ってない部分画像72は画素毎の輝度がほとんど同一
であることが分かった。直径3μm程度の微細なワイヤ
を用いた触針では、焦点の合っている度合いに対して、
画素毎の輝度のばらつきの変化は少なくなり、輝度の絶
対値が変化することが判った。つまり、焦点の合ってい
る部分画像は画素毎の輝度値が大きく、焦点の合ってな
い部分画像は画素毎の輝度値が小さい。そこで合焦度を
求める方法として、部分画像72毎に画素輝度値の標準
偏差、もしくは画素輝度値の平均値を用いればよいこと
がわかる。これらを合焦度値とする。合焦度値の値の大
きいほど合焦点に近いことになる。顕微鏡対物レンズの
開口数を0.2から0.7まで変えた場合のデフォーカ
ス量に対する合焦度値のデータを図7(c)に示す。開
口数0.7、倍率で100倍の対物レンズを用いれば合
焦度値の半値幅でデフォーカス量が1μm程度が得ら
れ、この結果から0.1μm程度の測定分解能が達せら
れる。従って接触検知の対物レンズとして、開口数0.
7以上、100倍の対物レンズが適当である。以上が合
焦演算S23の動作である。部分画像72毎に計算され
る合焦度値を分割した部分画像の合計l個について全て
足し合わせた値(以下、合焦測度値と略する)は、触針
の顕微鏡光学系上での奥行き方向、すなわちZ方向の位
置に関係する値を表す。接触によるたわみが発生する
と、接触前に比べて合焦測度値は大きくなるか、もしく
は小さくなるか、いずれかに変化する。そこで、接触前
の合焦測度値に対する変化を求め、合焦測度値の変化幅
が一定の閾値を越えた時、触針の接触によるたわみが発
生したと判断する。以上が接触判定S24の動作であ
る。接触が検知されると、微小走査は終了しこの時点の
走査装置のステージ3軸分の座標値が記録される。
In the contact detection S3, the contact between the stylus 1 and the object 5 is detected by the contact detection device 3 for each minute scan. The procedure of the contact detection S3 is as shown in FIG.
To capture an image, calculate the degree of focus in step S23, and determine contact in step S24. Image capture S22 records an image 71 of the stylus 1 as shown in FIG. 7A captured by the CCD camera through the microscope optical system in the image processing device 9. The focus degree calculation S23 divides this image 71 into a partial image 72 of n pixels × m pixels as shown in FIG. 7B. The values of n and m are suitably from 3 to 5.
An operator operates for each partial image 72 to determine the degree of focus. From the result of visual observation of the microscope image, it was
In the case of a stylus using a wire of about μm, it was found that the focused partial image 72 had a large variation in luminance for each pixel, and the unfocused partial image 72 had almost the same luminance for each pixel. . In the case of a stylus using a fine wire with a diameter of about 3 μm,
It was found that the change in the variation in the luminance for each pixel was small, and the absolute value of the luminance was changed. In other words, the focused partial image has a large luminance value for each pixel, and the out-of-focus partial image has a small luminance value for each pixel. Thus, it can be seen that the standard deviation of the pixel luminance values or the average value of the pixel luminance values may be used for each of the partial images 72 as a method of obtaining the degree of focus. These are defined as focus degree values. The greater the value of the degree of focusing, the closer to the focal point. FIG. 7C shows the data of the focus degree value with respect to the defocus amount when the numerical aperture of the microscope objective lens is changed from 0.2 to 0.7. If an objective lens having a numerical aperture of 0.7 and a magnification of 100 is used, a defocus amount of about 1 μm can be obtained with a half value width of the focusing degree value, and a measurement resolution of about 0.1 μm can be achieved from this result. Therefore, a numerical aperture of 0.
An objective lens of 7 or more and 100 times is suitable. The above is the operation of the focusing calculation S23. The value obtained by adding all the l partial images obtained by dividing the focus value calculated for each partial image 72 (hereinafter abbreviated as focus measure value) is the depth of the stylus on the microscope optical system. Direction, that is, a value related to the position in the Z direction. When the deflection due to the contact occurs, the focus measurement value changes to either larger or smaller than before the contact. Therefore, a change with respect to the focus measure value before the contact is obtained, and when the change width of the focus measure value exceeds a certain threshold value, it is determined that the deflection due to the contact of the stylus has occurred. The above is the operation of the contact determination S24. When the contact is detected, the minute scanning is completed, and the coordinate values for the three axes of the stage of the scanning device at this time are recorded.

【0034】待避動作S4において、概略水平な面に対
しては被測定物は鉛直下方(Z−方向)に、また概略鉛
直な面に対しては被測定物は水平方向反対方向(X−方
向)に待避し、触針は被測定物表面から離れ元の形状に
復する。このとき一旦接触した触針は吸着して接触直前
の位置まで被測定物が待避しても離れない場合がある。
被測定物を引きはなすために大きな力を加えると、触針
には引き離し方向に弾性力が発生し、触針は被測定面の
表面から離れる。ところが、細い溝穴の場合には逆側の
側壁に接触する場合がある。これを図8(a)〜(e)
を用いて詳しく説明する。先ず、同図(a)において触
針のたわみにより接触が検知されると、被測定物は
(b)のように、水平方向反対方向(X−方向)へ移動
する。この際、接触した触針は吸着していることがある
ので、このまま被測定物をX−方向へ移動すると、逆側
の側壁に接触する可能性がある。そこで被測定物は、
(d)のように、Z−方向に大きく移動する。その後、
(e)のように、初期位置に戻るようにした。相対的に
は、斜め上方に触針を抜く動作を行うことによって側壁
への衝突を回避できる。
In the retracting operation S4, the object to be measured is vertically downward (Z-direction) with respect to the substantially horizontal surface, and the object to be measured is horizontally opposite (X-direction) with respect to the substantially vertical surface. ) And the stylus separates from the surface of the object to be measured and returns to its original shape. At this time, the stylus once contacted may be adsorbed and may not be separated even if the measured object is retracted to a position immediately before the contact.
When a large force is applied to pull off the object to be measured, an elastic force is generated in the stylus in the separating direction, and the stylus separates from the surface of the surface to be measured. However, in the case of a thin slot, it may come into contact with the opposite side wall. This is shown in FIGS.
This will be described in detail with reference to FIG. First, when the contact is detected by the deflection of the stylus in FIG. 9A, the object to be measured moves in the opposite horizontal direction (X-direction) as shown in FIG. At this time, the contacted stylus may be adsorbed, and if the object to be measured is moved in the X-direction as it is, there is a possibility that the object will come into contact with the opposite side wall. So the DUT is
It moves largely in the Z-direction as shown in FIG. afterwards,
As shown in (e), it returned to the initial position. Relatively, by performing an operation of pulling out the stylus obliquely upward, collision with the side wall can be avoided.

【0035】送り動作S25は、X軸ステージ21ない
しY軸ステージ22により副走査として、微小距離だけ
送る送り動作を測定範囲内について行い、ステップS2
2に戻る。
In the feed operation S25, a feed operation for feeding a minute distance as a sub-scan by the X-axis stage 21 to the Y-axis stage 22 is performed within the measurement range.
Return to 2.

【0036】校正動作としては、先ず、触針先端の先鋭
化S11を行う。触針先端の先鋭化手段7の構成を図1
0を用いて説明する。先鋭化手段7は、被測定物の代わ
りにステージ試料台に設置された電解液保持板101、
電解液102、陰極電極となる銅線ワイヤ103、数十
Vまで印加可能な直流電源装置104、及び配線105
からなる。先鋭化の方法は、いわゆる電解研磨法であ
り、電気分解により陽極として用いる触針106の先端
エッジ部分が集中して析出し結果的に円錐状に細ること
を利用する。例えば電解液としては、KOH水溶液、陽
極と陰極との間隔を1mm程度にして深さ約10μmを
電解液に浸析させ、数十分間だけ10V程度の直流電圧
を印加すると、直径10μmのタングステンワイヤが先
端直径0.5μm程度まで細ることを確認している。触
針106を取付部に取り付けた後、上記の先鋭化を行う
ので、着脱による先端部欠け等の破損の危険性が少なく
なる。また先端部16の欠けの再生、付着したごみ等異
物の除去も可能である。
In the calibration operation, first, the tip of the stylus is sharpened S11. FIG. 1 shows the configuration of the sharpening means 7 for the tip of the stylus.
Explanation will be made using 0. The sharpening means 7 includes an electrolytic solution holding plate 101 installed on a stage sample stage instead of an object to be measured,
Electrolyte solution 102, copper wire 103 serving as a cathode electrode, DC power supply 104 capable of applying up to several tens of volts, and wiring 105
Consists of The sharpening method is a so-called electropolishing method, which utilizes the fact that the tip edge portion of the stylus 106 used as an anode is concentrated and deposited by electrolysis and consequently narrows in a conical shape. For example, as an electrolytic solution, a KOH aqueous solution, a distance between the anode and the cathode of about 1 mm, a depth of about 10 μm is immersed in the electrolytic solution, and a DC voltage of about 10 V is applied for only a few tens of minutes. It has been confirmed that the wire is thinned to a tip diameter of about 0.5 μm. After the stylus 106 is attached to the attachment portion, the sharpening is performed, so that the risk of breakage such as chipping of the tip due to attachment and detachment is reduced. It is also possible to regenerate the chipping of the tip portion 16 and to remove foreign substances such as attached dust.

【0037】触針姿勢の調整S12は、図11(a)〜
(d)を用いて説明する。触針先端部16、17は、折
り曲げ加工精度や、取付部の取付け精度の点から、鉛
直、水平方向にならない。そこで、次に示す調整手順に
より、水平や鉛直を出す。先ず、測定位置合わせ用の低
倍率の対物レンズを選択する。触針鉛直部14を鉛直上
方から顕微鏡光学系で画像観察する。触針の回転方向の
角度φが下方鉛直方向に対してずれている場合、図11
(a)及び(c)に示すように、触針鉛直部14の画像
111が斜めに見える。この画像111が、水平部1
2、曲り部13の画像113と一直線になるよう、回転
ステージ41を調整する。次に触針の傾斜方向の角度φ
が下方鉛直からずれている場合、図11(b)に示すよ
うに触針鉛直部14の画像112が見える。図11
(d)のように触針鉛直部14の画像112が見えなく
なるように傾斜ステージ42を調整する。これにより鉛
直部14の鉛直方向出しができる。
The adjustment S12 of the stylus posture is performed as shown in FIGS.
This will be described with reference to FIG. The stylus tip portions 16 and 17 do not extend vertically or horizontally in terms of bending accuracy and mounting accuracy of the mounting portion. Therefore, horizontal and vertical are produced by the following adjustment procedure. First, a low-magnification objective lens for measuring position alignment is selected. The image of the stylus vertical portion 14 is observed from above vertically by a microscope optical system. When the angle φ in the rotation direction of the stylus is deviated from the downward vertical direction, FIG.
As shown in (a) and (c), the image 111 of the stylus vertical portion 14 looks oblique. This image 111 is the horizontal part 1
2. Adjust the rotating stage 41 so as to be aligned with the image 113 of the bending portion 13. Next, the angle φ of the inclination direction of the stylus
Is shifted from the downward vertical direction, an image 112 of the stylus vertical portion 14 can be seen as shown in FIG. FIG.
The tilt stage 42 is adjusted so that the image 112 of the stylus vertical portion 14 becomes invisible as shown in FIG. Thus, the vertical portion 14 can be set in the vertical direction.

【0038】触針先端位置の校正S13は、水平方向に
先鋭化された触針の先端部17を基準球面6に対し少な
くとも6点以上の複数点で3次元位置測定を行う。次に
鉛直方向に先鋭化されている触針の先端部16を基準球
面6に対し少なくとも6点以上の複数点で3次元位置測
定を行う。各測定値に対して次式が成り立つ。 (X−X02+(Y−Y02+(Z−Z02=r2.....(式1) ΔR=(Xh−Xv,Yh−Yv,Zh−Zv) .....(式2) ここでΔRは、先端部の3次元位置ずれを示す。基準球
面6の直径2rを予め測っておくことにより、少なくと
も6点以上の複数点の3次元位置データから(式1)を
解き、中心座標(X0,Y0,Z0)を求める。また位置
測定により、基準球面6を水平方向の触針で測った中心
座標Rh(Xh,Yh,Zh)と、鉛直方向の触針で測っ
た中心座標Rv(Xv,Yv,Zv)が得られる。これに
より、(式2)に示すΔRが、水平方向に先鋭化されて
いる先端部17と鉛直方向に先鋭化されている先端部1
6の3次元位置ずれとして求まる。
In the calibration of the stylus tip position S13, the tip portion 17 of the stylus sharpened in the horizontal direction is subjected to three-dimensional position measurement at a plurality of at least six points with respect to the reference spherical surface 6. Next, three-dimensional position measurement is performed on the tip portion 16 of the stylus that is sharpened in the vertical direction at a plurality of at least six points with respect to the reference spherical surface 6. The following equation holds for each measured value. (X−X 0 ) 2 + (Y−Y 0 ) 2 + (Z−Z 0 ) 2 = r 2 . . . . . (Equation 1) ΔR = (X h -X v, Y h -Y v, Z h -Z v). . . . . (Equation 2) Here, ΔR indicates a three-dimensional displacement of the tip. By measuring the diameter 2r of the reference spherical surface 6 in advance, (Equation 1) is solved from the three-dimensional position data of at least six or more points, and the center coordinates (X 0 , Y 0 , Z 0 ) are obtained. Also the position measurement center coordinates Rh of the reference sphere 6 measured in the horizontal direction of the touch needle (X h, Y h, Z h) and center coordinates Rv (X v, measured in vertical direction touch the needle, Y v, Z v ) is obtained. As a result, ΔR shown in (Equation 2) is different between the tip portion 17 sharpened in the horizontal direction and the tip portion 1 sharpened in the vertical direction.
6 is obtained as the three-dimensional displacement.

【0039】図12(a)、(b)は、本発明を構成す
る手段とその動作手順を確かめるために、サンプル測定
形状として、φ50μmのドリル穴の断面形状を測定し
た結果を示すものである。同図(a)は鉛直方向に、同
図(b)は水平方向に、触針先端部を測定面に当接して
測定した結果である。アスペクト比2以上の細溝の内面
形状が、良好に測定出来ていることが判る。
FIGS. 12A and 12B show the results of measuring the cross-sectional shape of a φ50 μm drill hole as a sample measurement shape in order to confirm the means constituting the present invention and the operation procedure thereof. . FIG. 7A shows the results of measurement in the vertical direction, and FIG. 7B shows the results of measurement in the horizontal direction with the tip of the stylus in contact with the measurement surface. It can be seen that the inner surface shape of the narrow groove having an aspect ratio of 2 or more was successfully measured.

【0040】本実施例においては、接触検知の方法とし
て、触針のたわみによる移動を画像焦点ずれを用いて検
知したが、従来から知られている他の方法を用いてもよ
い。図13は本発明に係る他の実施例を示すものであ
り、同図(a)は全体図、(b)は(a)における符号
137部分の拡大図である。たわみの検出手段は、前記
触針の水平部に配設されたひずみゲージと抵抗値変化検
出器からなる。動作は、ひずみゲージのたわみによる抵
抗値変化により触針のたわみを検知する。ひずみゲージ
としてはマンガニンやアドバンスなどの金属細線を用い
る物や、シリコンの応力による抵抗変化(ピエゾ抵抗効
果)が知られている。例えば、図13(a)の触針の曲
がり部137の部材として、(b)のようにシリコン基
材134を用い、表面にSiO2膜131を成膜する。
ピエゾ抵抗素子として、P型シリコンを熱拡散あるいは
イオン注入し、ひずみゲージ132を構成する。最後に
アルミ配線133をパタニングする。直流電源136か
ら電圧を印加し、その変化を電圧計135でとらえ、抵
抗値変化を検出する。いずれも触針1に、ひずみゲージ
構造を埋めこむ追加加工が必要である。触針の直径が数
μmまで細くなると追加加工が困難となる。従って先の
実施例に示した、たわみを検知する方法の方が優れてい
る。
In this embodiment, as a method of contact detection, the movement of the stylus due to the deflection is detected by using the image defocus, but another conventionally known method may be used. FIGS. 13A and 13B show another embodiment according to the present invention. FIG. 13A is an overall view, and FIG. 13B is an enlarged view of a portion 137 in FIG. The deflection detecting means includes a strain gauge and a resistance value change detector arranged at a horizontal portion of the stylus. The operation detects the deflection of the stylus by the change in resistance due to the deflection of the strain gauge. As a strain gauge, a material using a thin metal wire such as manganin or advance, and a resistance change (piezoresistance effect) due to stress of silicon are known. For example, as a member of the bent portion 137 of the stylus in FIG. 13A, a silicon substrate 134 is used as shown in FIG. 13B, and an SiO 2 film 131 is formed on the surface.
A strain gauge 132 is formed by thermally diffusing or ion-implanting P-type silicon as a piezoresistive element. Finally, the aluminum wiring 133 is patterned. A voltage is applied from the DC power supply 136, and the change is detected by the voltmeter 135 to detect a change in the resistance value. In any case, additional processing for embedding the strain gauge structure in the stylus 1 is necessary. When the diameter of the stylus is reduced to several μm, additional processing becomes difficult. Therefore, the method for detecting the deflection shown in the previous embodiment is superior.

【0041】本発明では、弾性を有する触針のたわみを
検出し、3軸の直線ステージで順次走査して測定物表面
の3次元形状を得るようにしたので、表面の傾きや性状
に関わらず3次元形状測定が可能となる。また、微小走
査毎のたわみの検出と、待避動作による触針の復旧と、
送り動作から走査を行うようにしたので、凹凸の急峻な
表面で掃引すると測定不可能となるような性状の表面で
も、3次元形状測定が可能となる。
In the present invention, the deflection of the stylus having elasticity is detected and sequentially scanned by a three-axis linear stage to obtain the three-dimensional shape of the surface of the object to be measured. Three-dimensional shape measurement becomes possible. In addition, detection of the deflection for each minute scan, restoration of the stylus by the retracting operation,
Since scanning is performed from the feeding operation, three-dimensional shape measurement can be performed even on a surface having a property that cannot be measured if the surface is swept on a surface with steep irregularities.

【0042】また、水平な面に対しては鉛直方向、鉛直
な面に対しては水平方向、穴形状に対しては触針を挿入
した後に水平方向に主走査して測定するようにしたの
で、側壁等急傾斜面の3次元形状測定が可能となる。被
測定物を90度ごとに順次回転走査する回転走査装置を
備えることにより、円筒状の測定物の3次元形状測定が
可能となる。待避動作を水平方向および直交する鉛直上
方方向を同時に行うようにしたので、特に微細な穴形状
の側壁の3次元形状測定が可能となる。
The main scanning is performed in the vertical direction for a horizontal surface, the horizontal direction for a vertical surface, and the main scanning in the horizontal direction after inserting a stylus for a hole shape. And three-dimensional shape measurement of steeply inclined surfaces such as side walls. The provision of the rotary scanning device for sequentially rotating and scanning the object to be measured every 90 degrees enables the three-dimensional shape measurement of the cylindrical object to be measured. Since the retreat operation is performed simultaneously in the horizontal direction and the vertically upward direction, the three-dimensional shape measurement of the side wall having a particularly fine hole shape can be performed.

【0043】触針形状については、片端が水平固定、他
の片端は鉛直解放で、フィレット状であり、水平部ない
し曲がり部にたわみが発生するようにしたので、従来の
走査型顕微鏡では達成できなかった深い溝穴の測定が可
能となるとともに、たわみ検知を鉛直上方からだけで行
うことができるため、装置構成を簡素化できる。触針の
鉛直部の先端形状が、水平方向と鉛直方向にそれぞれ先
鋭化しているので、平面のみならず急傾斜面でも高分解
能で3次元形状測定が可能となる。触針の先鋭化を触針
本体に保持させ、電解研磨の手段を有して形状計測装置
上で行うようにしたので、触針の取付けによる破損の危
険が減じ信頼性が向上する。触針の取付け部に鉛直部の
鉛直を出す回転及び傾斜のステージを有しているので、
予め製作する触針の製作精度を緩めることができ、取付
けが容易となり、触針の衝突などによる塑性変形に対し
て修正が容易になるなど、測定装置の操作性が向上す
る。水平方向ないし鉛直方向に先鋭化した先端部に対し
て共通の基準球面を有するようにしたので、2か所ある
接触点の3次元位置の校正が可能となり、深い溝などの
水平面から鉛直面まであるような測定物の3次元形状測
定が可能となる。
With respect to the shape of the stylus, one end is fixed horizontally, and the other end is vertically released and has a fillet-like shape, so that bending occurs at a horizontal portion or a bent portion, so that it can be achieved with a conventional scanning microscope. In addition to being able to measure a deep slot that was not present, the deflection can be detected only from vertically above, so that the device configuration can be simplified. Since the tip shape of the vertical portion of the stylus is sharpened in the horizontal direction and the vertical direction, three-dimensional shape measurement can be performed with high resolution not only on a flat surface but also on a steeply inclined surface. Since the sharpening of the stylus is held by the stylus main body and is performed on the shape measuring device with means for electrolytic polishing, the risk of breakage due to the attachment of the stylus is reduced, and the reliability is improved. Since it has a rotating and tilting stage that puts out the vertical part in the mounting part of the stylus,
The operability of the measuring device is improved, for example, the manufacturing accuracy of the stylus to be manufactured in advance can be reduced, the mounting can be facilitated, and the plastic deformation due to the collision of the stylus can be easily corrected. A common reference spherical surface is provided for the tip that is sharpened in the horizontal or vertical direction, so it is possible to calibrate the three-dimensional position of two contact points, from a horizontal plane such as a deep groove to a vertical plane. This makes it possible to measure a three-dimensional shape of an object.

【0044】たわみの検知方法としては、光を触針に投
光し、照射された部分を顕微鏡光学系で観察し、面受光
器に受光し画像判定により触針のたわみを判定するよう
にしたので、触針に特別の機構を追加加工することなく
非接触に、たわみを検知でき、装置構成を簡素化でき
る。触針のたわみ検知位置は触針の水平部ないし曲がり
部であり、投光手段と観察手段の位置は、主走査の方向
に関わらず鉛直上方であるので、装置構成を簡素化でき
る。
As a method of detecting the deflection, the light is projected onto the stylus, the irradiated portion is observed with a microscope optical system, the light is received by a surface light receiver, and the deflection of the stylus is determined by image judgment. Therefore, the deflection can be detected in a non-contact manner without adding a special mechanism to the stylus, and the configuration of the apparatus can be simplified. The deflection detection position of the stylus is the horizontal portion or the bent portion of the stylus, and the positions of the light projecting means and the observation means are vertically above regardless of the main scanning direction, so that the device configuration can be simplified.

【0045】画像に現れる触針表面の合焦の程度につい
ては、合焦点測度関数により評価し、合焦点測度関数の
値が一定の閾値を越えると触針のたわみ発生と判定する
ようにしたので、触針のたわみが高分解能で得られ、検
査精度が向上する。また顕微鏡画像の範囲に触針が写っ
ていればよいため、光学系の調整精度をゆるめることが
でき、装置構成を簡素化できる。合焦点測度関数は、画
像を複数の画像ブロックに分割して得られた、個々の画
像ブロックにおける輝度ばらつき値、ないしは輝度平均
値に基づくものなので、簡便な方法であり安価な処理ボ
ードでも高速に演算することができ、装置構成を簡素化
できる。
The degree of focusing on the surface of the stylus appearing in the image is evaluated by a focusing function, and if the value of the focusing function exceeds a certain threshold value, it is determined that deflection of the stylus has occurred. In addition, the deflection of the stylus can be obtained with high resolution, and the inspection accuracy is improved. Further, since the stylus only needs to be shown in the range of the microscope image, the adjustment accuracy of the optical system can be relaxed, and the device configuration can be simplified. The in-focus measure function is based on the luminance variation value or the average luminance value in each image block obtained by dividing an image into a plurality of image blocks, so it is a simple method and can be performed quickly even with an inexpensive processing board. Calculation can be performed, and the device configuration can be simplified.

【0046】たわみの検出は、別の方法として、触針の
水平部に配設されたひずみゲージと抵抗値変化検出器を
設け、ゲージのたわみによる抵抗変化により触針のたわ
みを検知するようにしてもよいので、高倍率の顕微鏡光
学系を用いる必要がなく、装置構成を簡素化できる。
As another method for detecting the deflection, a strain gauge and a resistance value change detector disposed at the horizontal portion of the stylus are provided, and the deflection of the stylus is detected by the resistance change due to the deflection of the gauge. Therefore, it is not necessary to use a high magnification microscope optical system, and the apparatus configuration can be simplified.

【0047】触針形状はL字型と半円弧状を組み合せた
細長棒状のフィレットであり、直径が10μmから3μ
m、水平部と曲がり部の半径の合計で10mmから0.
5mmであり、鉛直部は0.5mmから2mm、先端部
の先鋭化は曲率半径0.1μm以上であるとしたので、
軟質金属等弾性限度の低い材料に対しても測定表面を損
傷することなく、また一定以下の気流の影響を受けるこ
となく、水平のみならず鉛直の測定面を含む3次元形状
測定が可能となる。気流抑止手段として風よけボックス
を備えることで、触針付近の毎秒0.1m以上の気流に
より触針がたわむことを防ぐことができ、高精度高信頼
度の3次元形状測定が可能となる。
The shape of the stylus is an elongated rod-like fillet obtained by combining an L-shape and a semi-arc, and has a diameter of 10 μm to 3 μm.
m, the sum of the radii of the horizontal portion and the bent portion from 10 mm to 0.1 mm.
5 mm, the vertical portion is 0.5 mm to 2 mm, and the sharpening of the tip is assumed to have a curvature radius of 0.1 μm or more.
Even for materials with low elasticity limit, such as soft metals, it is possible to measure not only horizontal but also vertical measuring surfaces without damaging the measurement surface and without being affected by airflow below a certain level. . By providing a windshield box as an airflow suppressing means, it is possible to prevent the stylus from being bent by an airflow of 0.1 m / s or more in the vicinity of the stylus, thereby enabling highly accurate and highly reliable three-dimensional shape measurement. .

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、微細な穴形状の側壁や
表面の傾き等の3次元形状を良好に計測することができ
る。
According to the present invention, a three-dimensional shape such as a fine hole-shaped side wall or a surface inclination can be measured well.

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

【図1】本発明に係る形状計測装置の一実施例を示す図
である。
FIG. 1 is a view showing one embodiment of a shape measuring apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係る形状計測装置の他の実施例を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the shape measuring apparatus according to the present invention.

【図3】触針姿勢調整手段の詳細を説明するための図で
ある。
FIG. 3 is a diagram for explaining details of a stylus posture adjustment unit;

【図4】本発明に係る形状計測装置の動作を示すもので
あり、(a)は測定動作を、(b)は校正動作をそれぞ
れ示す流れ図である。
FIGS. 4A and 4B are flowcharts showing the operation of the shape measuring apparatus according to the present invention, in which FIG. 4A shows a measuring operation and FIG. 4B shows a calibration operation.

【図5】(a)〜(d)はそれぞれ触針の接触動作を説
明するための図である。
FIGS. 5A to 5D are diagrams for explaining a contact operation of a stylus;

【図6】触針の接触検知の手順を説明するための図であ
る。
FIG. 6 is a diagram for explaining a procedure for detecting contact of a stylus;

【図7】(a)は触針の画像を示す図、(b)は画像を
分割した部分画像を示す図、(c)はデフォーカス量に
対する合焦度値を示す図である。
7A is a diagram illustrating an image of a stylus, FIG. 7B is a diagram illustrating a partial image obtained by dividing the image, and FIG. 7C is a diagram illustrating a focus degree value with respect to a defocus amount.

【図8】(a)〜(e)はそれぞれ触針の待避動作を説
明するための図である。
FIGS. 8A to 8E are diagrams for explaining the retracting operation of the stylus.

【図9】(a)〜(d)はそれぞれ溝穴の内壁全周面の
測定動作を示す図である。
9 (a) to 9 (d) are diagrams showing the measurement operation of the entire inner wall surface of the slot.

【図10】触針先端の先鋭化手段の構成を説明するため
の図である。
FIG. 10 is a view for explaining a configuration of a sharpening means for a tip of a stylus;

【図11】(a)〜(d)はそれぞれ触針姿勢の調整を
説明するための図である。
FIGS. 11A to 11D are diagrams for explaining adjustment of a stylus posture;

【図12】(a)、(b)はそれぞれサンプル形状を測
定した結果を示す図である。
FIGS. 12 (a) and 12 (b) are diagrams each showing a result of measuring a sample shape.

【図13】本発明に係る他の実施例を示すもので、
(a)は全体図、(b)は一部拡大図である。
FIG. 13 shows another embodiment according to the present invention.
(A) is an overall view, and (b) is a partially enlarged view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 触針 2 走査装置 3 接触検知装置 4 風よけボックス 5 被測定物 6 基準球面 7 先端部先鋭化手段 8 空気定盤 9 画像処理装置 10 触針姿勢調整部 11 取付部 12 水平部 13 曲がり部 14 鉛直部 15 先端領域 16 先端部 21 Xステージ 22 Yステージ 23 Zステージ 24 試料台 31 対物レンズ 32 レボルバ 33 ハロゲン光光源 34 同軸落射照明鏡筒 35 撮像部 36 水平部と曲がり部の境目 DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS 1 stylus 2 scanning device 3 contact detection device 4 windshield box 5 DUT 6 reference spherical surface 7 tip sharpening means 8 air surface plate 9 image processing device 10 stylus attitude adjustment unit 11 mounting unit 12 horizontal unit 13 bending Part 14 Vertical part 15 Tip area 16 Tip part 21 X stage 22 Y stage 23 Z stage 24 Sample table 31 Objective lens 32 Revolver 33 Halogen light source 34 Coaxial epi-illumination lens barrel 35 Imaging unit 36 Boundary between horizontal part and curved part

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水平部、曲がり部、鉛直部および先端部
を備えた弾性を有する触針と、前記触針のたわみを検知
する検知装置と、前記触針と被測定物との接触および離
隔を行うための走査装置とを有することを特徴とする形
状計測装置。
1. An elastic stylus having a horizontal portion, a bent portion, a vertical portion, and a tip portion, a detecting device for detecting deflection of the stylus, and contact and separation between the stylus and an object to be measured. And a scanning device for performing the measurement.
【請求項2】 前記走査装置は、前記被測定物に対して
主走査および副走査を行うものであることを特徴とする
請求項1記載の形状計測装置。
2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the scanning device performs a main scan and a sub-scan on the object to be measured.
【請求項3】 前記主走査の方向は、概略水平な被測定
物表面に対しては鉛直方向、概略鉛直な被測定物表面に
対しては水平方向、穴形状壁面に対しては概略中心位置
に触針を挿入した後に水平方向であることを特徴とする
請求項2記載の形状計測装置。
3. The main scanning direction is a vertical direction with respect to a substantially horizontal surface of the object, a horizontal direction with respect to a substantially vertical surface of the object, and a substantially central position with respect to a hole-shaped wall surface. 3. The shape measuring device according to claim 2, wherein the device is in a horizontal direction after inserting a stylus into the device.
【請求項4】 前記主走査の方向が水平方向のとき、被
測定物を一定角度ごとに順次回転走査することを特徴と
する請求項3記載の形状計測装置。
4. The shape measuring apparatus according to claim 3, wherein when the main scanning direction is a horizontal direction, the object to be measured is sequentially rotated and scanned at a predetermined angle.
【請求項5】 前記走査装置は、前記触針からの待避動
作を行う場合、水平方向および鉛直方向の待避動作を同
時に行うことを特徴とする請求項1記載の計測装置。
5. The measuring apparatus according to claim 1, wherein when the scanning device performs the retreat operation from the stylus, it performs the retraction operations in the horizontal direction and the vertical direction at the same time.
【請求項6】 前記触針の先端部が、鉛直方向に先鋭化
されていることを特徴とする請求項1記載の形状計測装
置。
6. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein a tip portion of the stylus is sharpened in a vertical direction.
【請求項7】 前記触針の先端部が、水平方向に先鋭化
されていることを特徴とする請求項1記載の形状計測装
置。
7. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein a tip portion of the stylus is sharpened in a horizontal direction.
【請求項8】 前記触針の先端部先鋭化手段を前記触針
の近傍に配置したことを特徴とする請求項1記載の形状
計測装置。
8. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the tip of the stylus is sharpened in the vicinity of the stylus.
【請求項9】 前記触針は、前記先端部が所定方向に向
くように調整するための触針姿勢調整部を有することを
特徴とする請求項1記載の形状計測装置。
9. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the stylus has a stylus posture adjustment unit for adjusting the tip so as to face a predetermined direction.
【請求項10】 前記触針の先端位置を校正するための
基準球面を試料台に配置したことを特徴とする請求項1
記載の形状計測装置。
10. The sample sphere according to claim 1, wherein a reference spherical surface for calibrating a tip position of the stylus is arranged on a sample stage.
The shape measuring device as described.
【請求項11】 前記検知装置は、触針の画像を撮像す
る撮像部と前記画像を処理して触針のたわみを検知する
画像処理装置とを有することを特徴とする請求項1記載
の形状計測装置。
11. The shape according to claim 1, wherein the detection device includes an imaging unit that captures an image of a stylus, and an image processing device that processes the image and detects deflection of the stylus. Measuring device.
【請求項12】 前記検知装置の撮像部が撮像する対象
は、前記触針の水平部ないし曲がり部であることを特徴
とする請求項11記載の形状計測装置。
12. The shape measuring device according to claim 11, wherein an object to be imaged by the imaging unit of the detection device is a horizontal portion or a bent portion of the stylus.
【請求項13】 前記画像処理装置によるたわみ検知
は、撮像した画像に現れる触針表面の合焦の程度を合焦
点測度関数により評価し、前記合焦点測度関数の値が一
定の閾値を越えるとき、触針にたわみがある判定するこ
とを特徴とする請求項11記載の形状計測装置。
13. The deflection detection by the image processing device evaluates a degree of focusing of a stylus surface appearing in a captured image by using a focus measure function, and when a value of the focus measure function exceeds a certain threshold value. The shape measuring apparatus according to claim 11, wherein it is determined that the stylus has a deflection.
【請求項14】 前記合焦点測度関数は、画像を複数の
部分画像に分割して得られた、個々の部分画像における
輝度のばらつき値、ないしは輝度の平均値に基づくもの
であることを特徴とする請求項13記載の形状計測装
置。
14. The in-focus measure function is based on a luminance variation value or an average luminance value of individual partial images obtained by dividing an image into a plurality of partial images. 14. The shape measuring device according to claim 13.
【請求項15】 前記検知装置は、前記触針の水平部に
配設されたひずみゲージおよび抵抗値変化検出器からな
ることを特徴とする請求項1記載の形状計測装置。
15. The shape measuring device according to claim 1, wherein the detecting device comprises a strain gauge and a resistance change detector disposed at a horizontal portion of the stylus.
【請求項16】 前記触針は、細線をL字型と半円弧状
にしたフィレット形状であり、直径が10μmから3μ
m、水平部と曲がり部の半径の合計で10mmから0.
5mmであり、鉛直部は0.5mmから2mm、先端部
の先鋭化は曲率半径0.1μm以上であることを特徴と
する請求項1記載の形状計測装置。
16. The stylus has a fillet shape in which a thin wire has an L-shape and a semicircular arc shape, and has a diameter of 10 μm to 3 μm.
m, the sum of the radii of the horizontal portion and the bent portion from 10 mm to 0.1 mm.
2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the shape is 5 mm, the vertical portion is 0.5 mm to 2 mm, and the sharpened tip portion has a radius of curvature of 0.1 μm or more.
【請求項17】 前記触針、検知装置および走査装置を
覆う風よけボックスを備えたことを特徴とする請求項1
記載の形状計測装置。
17. A windshield box for covering the stylus, the sensing device and the scanning device.
The shape measuring device as described.
【請求項18】 水平部、曲がり部、鉛直部および先端
部を備えた弾性を有する触針と被測定物とを接触させ、
前記接触により生じる前記触針のたわみを検知すること
によって被測定物の形状を測定するように構成したこと
を特徴とする形状計測装置。
18. An object to be measured is brought into contact with an elastic stylus having a horizontal portion, a bent portion, a vertical portion, and a tip portion and having elasticity.
A shape measuring apparatus characterized in that the shape of an object to be measured is measured by detecting deflection of the stylus caused by the contact.
【請求項19】 水平部、曲がり部、鉛直部および先端
部を備えた弾性を有する触針と被測定物とを接触させる
工程と、前記接触を前記触針のたわみで検知する工程
と、前記触針と被測定物とを離隔させる工程とを有し、
これらの工程を繰り返し行うことによって被測定物の形
状を測定することを特徴とする形状計測方法。
19. A step of contacting an object to be measured with an elastic stylus having a horizontal portion, a bent portion, a vertical portion, and a tip portion, a step of detecting the contact by the deflection of the stylus, Having a step of separating the stylus and the object to be measured,
A shape measuring method characterized by measuring the shape of an object to be measured by repeating these steps.
【請求項20】 前記触針のたわみの検知は、前記触針
の水平部ないし曲がり部で行うことを特徴とする請求項
19記載の形状計測方法。
20. The shape measuring method according to claim 19, wherein the detection of the deflection of the stylus is performed at a horizontal portion or a bent portion of the stylus.
JP9227119A 1997-08-08 1997-08-08 Shape measuring device Pending JPH1151946A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9227119A JPH1151946A (en) 1997-08-08 1997-08-08 Shape measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9227119A JPH1151946A (en) 1997-08-08 1997-08-08 Shape measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1151946A true JPH1151946A (en) 1999-02-26

Family

ID=16855784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9227119A Pending JPH1151946A (en) 1997-08-08 1997-08-08 Shape measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1151946A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006234507A (en) * 2005-02-23 2006-09-07 Hitachi Constr Mach Co Ltd Scanning probe microscope and its measurement method
US7267839B2 (en) * 2003-08-26 2007-09-11 Tdk Corporation Method of and apparatus for applying liquid material
CN103885461A (en) * 2012-12-21 2014-06-25 宗经投资股份有限公司 Movement method for makeup tool of automatic makeup machine
JP2014122871A (en) * 2012-12-21 2014-07-03 Zong Jing Investment Inc Ranging method and computer program product
JP2014121515A (en) * 2012-12-21 2014-07-03 Zong Jing Investment Inc Method for moving makeup tool of automatic makeup machine
CN110018086A (en) * 2019-05-13 2019-07-16 北京化工大学 A kind of device and method quantitative determining sluggish power between the surface of solids and bubble or drop
CN114910014A (en) * 2022-04-24 2022-08-16 浙江大学 Measuring system and method for surface shape measurement of high-aspect-ratio curved surface component

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7267839B2 (en) * 2003-08-26 2007-09-11 Tdk Corporation Method of and apparatus for applying liquid material
CN100443195C (en) * 2003-08-26 2008-12-17 Tdk株式会社 Method of and apparatus for applying liquid material
JP2006234507A (en) * 2005-02-23 2006-09-07 Hitachi Constr Mach Co Ltd Scanning probe microscope and its measurement method
WO2006098123A1 (en) * 2005-02-23 2006-09-21 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Scanning probe microscope and its measuring method
CN103885461A (en) * 2012-12-21 2014-06-25 宗经投资股份有限公司 Movement method for makeup tool of automatic makeup machine
JP2014122871A (en) * 2012-12-21 2014-07-03 Zong Jing Investment Inc Ranging method and computer program product
JP2014121515A (en) * 2012-12-21 2014-07-03 Zong Jing Investment Inc Method for moving makeup tool of automatic makeup machine
CN110018086A (en) * 2019-05-13 2019-07-16 北京化工大学 A kind of device and method quantitative determining sluggish power between the surface of solids and bubble or drop
CN110018086B (en) * 2019-05-13 2020-07-24 北京化工大学 Device and method for quantitatively measuring hysteresis force between solid surface and bubbles or liquid drops
CN114910014A (en) * 2022-04-24 2022-08-16 浙江大学 Measuring system and method for surface shape measurement of high-aspect-ratio curved surface component

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7865966B2 (en) Method and apparatus of automatic scanning probe imaging
US6489611B1 (en) Atomic force microscope for profiling high aspect ratio samples
KR100841031B1 (en) Probe replacing method for scanning probe microscope
US6388249B2 (en) Surface analyzing apparatus
JP2007085764A (en) Probe control method of scanning probe microscope
US7333191B2 (en) Scanning probe microscope and measurement method using the same
JPH1151946A (en) Shape measuring device
JP4427824B2 (en) Probe manufacturing method, probe, and scanning probe microscope
JPH11183160A (en) Form measuring equipment and form measuring method
US20130014296A1 (en) Probe assembly for a scanning probe microscope
JPWO2015140996A1 (en) Scanning probe microscope
JP2006339472A (en) Apparatus and method for cleaning probe card pin
JP4033468B2 (en) Nozzle tip position measuring device and spotting device using the same
CN112557702A (en) Chromatography detection device and method based on atomic force microscope and ion beam
JP6590429B1 (en) Confocal microscope and imaging method thereof
JP2000028350A (en) Shape measuring device
JP2000180153A (en) Profile measuring apparatus and manufacture of probe group
JPH11351859A (en) Shape measuring equipment
US6452161B1 (en) Scanning probe microscope having optical fiber spaced from point of hp
JP3560095B2 (en) Scanning probe microscope
US6479817B1 (en) Cantilever assembly and scanning tip therefor with associated optical sensor
CN116168996B (en) Electron microscope and working method thereof
JPH07253435A (en) Manufacture of probe
JP2990431B1 (en) Shape measuring method with shape measuring device
JP2001165844A (en) Scan probe microscope

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040120

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040317