JPS6165109A - 非接触型微小変位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、物体のまたは物体間の微小寸法を測定するた
めの非接触型変位計に関し゛、特に、半導体製造装置と
してのウェハの厚さ検出装置や露光装置の露光用光学系
のフォーカス位置検出などに適した非接触型微小変位計
に関する。

［発明の背景１ 従来、この種の微小寸法測定装置においては、第３図に
示すように、円筒の中心に第１の電極１を配置し、その
外周を絶縁体２でくるみ、絶縁体２の外周に第２の電極
３を配置して静電容白型の近接センサを構成し、第１の
電極１と第２の電極３および誘電体または導体としての
被測定物体４等からなるコンチングの静電容量の変化を
検出する方法をとっていた。しかし、この方法によると
、第１および第２の電極の面積を大きくしないと測定レ
ンジが大きく取れないこと、また、基準ゼロ距離と呼ば
れる被測定物４と両電極間の相対間隔も大きくできない
などの欠点があった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述従来例の欠点を除去すると同時に
、被測定物の誘電率の４いによって生じる測定誤差をな
くした非接触型変位計を提供することにある。

［実施例の説明］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る非接触型変位計の構
成を示す。同図において、５は被測定物４と測定子の間
に空気層を形成させる為のエアーパッド付き変位測定プ
ローブ、６は変位測定プローブ５を保持する為のレバー
、７はレバー６を自由支持する為の静圧回転空気軸受け
、８はレバー６の変位測定プローブ５とは反対の端に取
付けられた可動電極、９は可動電極と対向して配置した
固定電極、１０は変位測定プローブと被測定物の間の空
気間隔を一定に保たせる為の測定圧印加機構である。

次に、第１図の非接触型変位計の動作を第２図を参照し
ながら説明する。この非接触型変位計においては、変位
測定プローブ５に一定圧力のエアーを供給し、測定圧印
加機構１０からの測定圧と釣合せる。これにより、変位
測定プローブ５と被測定物４との距離が常時一定値に保
たれる。ここで、被測定物の位置が４から４ａに変化し
たものとすると、変位測定プローブ５は、被測定物４と
の空気間隔を同じに保ったまま被測定物４の位置が変化
した分だけ押し上げられる。この押し上げられた但は、
テコの原理によって自由支点７からの距離の比率弁を掛
けた吊として可＃電極８を移動させる。したがって、固
定電極９と可動電極８の間の静電容量が変化し、この静
電容量の変化を公知の手法で電気的に測定することによ
り、被測定物４の位置変化を計測することができる。

なお、ここで、変位測定プローブ５の被測定物４との接
触点からレバー６の静圧空気軸受け７による支持点まで
の長さと、この支持点から可動電極８までの長さとの比
は、自由に設定することができるが、この比を１以上に
設定すれば、被測定物４の変位を拡大することができる
。また、この支持点を挟んで変位測定プローブ５側と可
肋電（曳８側との静的および動的バランスをとることに
より、変位測定プローブ５、レバー６および可動電極８
等またはこの微小変位計の動作時の姿勢差による測定誤
差を減少させることができる。

さらに、各電極８，９は、各電極８．９を構成する極板
を交互に配置する場合、一方の極板を１枚多くしてこれ
により両端に配置されることとなる２枚の極板を接地し
、弱る極板で静電容岱型変換器を構成すれば、この両端
の２枚の極板が外来ノイズに対してシールドとなり、外
来ノイズによる測定誤差および測定のし難さを防止する
ことができる。

［実施例の変形例］ なお、本発明は上述の実施例に限定されることなく適宜
変形して実施することができる。例えば、上述において
は、変位測定プローブ５と非測定物４との間隔を一定に
保つための手段として測定圧印加機構１０を用いている
が、例えば測定圧印加機構１０の取イ」け位置におもり
を吊り下げる等、重力を利用して被測定物４と変位測定
プローブ５との空気間隔を一定に深つようにしてもよい
。この場合、変位測定プローブ５と非測定物４との間隔
は必ずしも一定に保つ必要はなく、例えば変位測定プロ
ーブ５の変位または可動電極８と固定電極９とからなる
コンデンサの静電容量に対する変位測定プローブ５と非
測定物４との間隔を予め」１１定し、静電容量または変
位を実よｌ後、測定器をこの関係により較正するように
してもよい。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、変位測定プローブと支点
までのレバー長さと支点から可動電極までの各レバーの
長さおよび長さの比を自由に選べることから、測定範囲
か広く、分力’／ｆｌとの高い測定器を構成でき、エア
ーパッドに加える供給圧と測定圧印加機構の力のバラン
スを変えることによって基準ゼロ距離ら大きくできる利
点がある。ざらに、変位測定プローブのエアーバット面
積は１ｍｍφ程度にすることも可能であり、小さな被測
定物あるいは被測定物の小さな領域の寸法変化等も計測
できるようになった。また、本発明によ机ば、微小変位
を電気信号に変換するためのコンデンサは非測定物とは
独立に構成されているため、’ｍ　’ＪＩＵ定物の誘電
率の違いによる測定誤差が生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る非接触型微小変位計
の概略構成図、 第２図は、第１図の微小変位計の動作説明の為の図、 第３図は、従来の非接触型微小変位測定装置の概１８構
成図である。 ５・・・変位測定プローブ、６・・・レバー、７・・・
静圧回転空気軸受け、８・・・可動電極、９・・・固定
電極、１０・・・測定圧印加機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物との接触部に空気層を形成する為のエアー
   パッドを有する変位測定プローブ、該エアーパツドによ
   る被測定物と変位測定プローブとの間隔を制御する手段
   、該変位測定プローブを一端で保持するレバー、該レバ
   ーを自由支持する回転軸受け、該レバーの他端部に固着
   された可動電極、および該可動電極と対向して設けられ
   た固定電極とを具備し、レバーの端部に取付けた可動電
   極と固定電極で静電容量型の変位−電気信号変換器を構
   成させたことを特徴とする非接触型微小変位計。 ２、前記回転軸受けが、静圧空気軸受けであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の非接触型微小変位
   計。 ３、前記変位測定プローブの被測定物との接触点から前
   記レバーの支持点までの長さと、該支持点から前記可動
   電極までの長さとの比を１以上に設定し、変位の拡大を
   行なつたことを特徴とする特許請求の範囲第１または２
   項記載の非接触型変位計。 ４、前記支持点を挟んで、前記変位測定プローブ側と前
   記可動電極側との静的および動的バランスをとり、動作
   時の姿勢差による測定誤差を減少させたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１、２または３項記載の非接触型変
   位計。 ５、ｎを整数として、前記可動電極または固定電極のい
   ずれか一方をｎ、他方をｎ＋１枚の極板で構成し、ｎ＋
   １枚の極板で構成した方の電極の両端の２枚の極板を接
   地して残る２ｎ−１枚の極板で静電容量型変換器を構成
   させたことを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項のい
   ずれか１つに記載の非接触型変位計。 ６、前記間隔制御手段が、前記変位測定プローブのエア
   ーパッドからの吹き出し圧に対して前記被測定物と該変
   位測定プローブとの間隔を一定に保つ為の測定圧印加機
   構からなることを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項
   のいずれか１つに記載の非接触型変位計。 ７、前記間隔制御手段が、重力を利用して前記被測定物
   と変位測定プローブとの空気間隔を一定に保つことを特
   徴とする特許請求の範囲第１〜５項のいずれか１つに記
   載の非接触型変位計。