JP2661314B2 - 形状測定装置及び形状測定方法 - Google Patents
形状測定装置及び形状測定方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高精度な非球面レンズ形状等の自由曲面の形
状測定、半導体の微細なパターン形状の測定、さらに
は、曲面の上にグレーティング等の微細な段差を形成し
たフレネルレンズの形状測定等、微細な面形状を広いダ
イナミックレンジで測定する二次元、ないし、三次元の
形状測定装置及び方法に関するものである。
状測定、半導体の微細なパターン形状の測定、さらに
は、曲面の上にグレーティング等の微細な段差を形成し
たフレネルレンズの形状測定等、微細な面形状を広いダ
イナミックレンジで測定する二次元、ないし、三次元の
形状測定装置及び方法に関するものである。
従来の技術 非球面レンズなどの自由曲面形状測定において、サブ
ミクロンから10nm程度の測定精度が必要となってきてお
り、従来の接触式三次元形状測定装置や干渉計では測定
できない状況があった。そこで、測定精度が十分高く、
非球面、自由曲面も測定できる装置として考えられたも
のが特願昭57−189761号や特願昭60−148715号に記され
ている被測定面上に光を集光し、反射光から面形状を測
定する光プローブを利用した光学式の形状測定装置であ
る。
ミクロンから10nm程度の測定精度が必要となってきてお
り、従来の接触式三次元形状測定装置や干渉計では測定
できない状況があった。そこで、測定精度が十分高く、
非球面、自由曲面も測定できる装置として考えられたも
のが特願昭57−189761号や特願昭60−148715号に記され
ている被測定面上に光を集光し、反射光から面形状を測
定する光プローブを利用した光学式の形状測定装置であ
る。
発明が解決しようとする課題 しかし上記光学式測定装置では、光を被測定面上に集
光して測定する為、光のスポット径で横方向の測定分解
能が制限され、１μｍ以下の微細な形状を測定すること
はできない。また、被測定面からの反射光から測定する
為、表面を無反射コートした面形状は測定できない。こ
れは光学式測定装置の原理的な問題である。
光して測定する為、光のスポット径で横方向の測定分解
能が制限され、１μｍ以下の微細な形状を測定すること
はできない。また、被測定面からの反射光から測定する
為、表面を無反射コートした面形状は測定できない。こ
れは光学式測定装置の原理的な問題である。
一方、接触式の測定装置で、このような高精度測定を
行うには、ステージの真直度、スケールの精度と配置の
問題もあるが、接触圧の問題も大きい。たとえば、0.1
μｍの横分解能を持つ測定を行う為には、0.1μｍ以下
の先端曲率半径を持ったプローブ（接触子）が必要であ
るが、このプローブで被測定面を形成させない為には測
定面の材質によって変わるが、概略、30〜100nN（３〜1
0μｇ）以下の接触圧にする必要がある。
行うには、ステージの真直度、スケールの精度と配置の
問題もあるが、接触圧の問題も大きい。たとえば、0.1
μｍの横分解能を持つ測定を行う為には、0.1μｍ以下
の先端曲率半径を持ったプローブ（接触子）が必要であ
るが、このプローブで被測定面を形成させない為には測
定面の材質によって変わるが、概略、30〜100nN（３〜1
0μｇ）以下の接触圧にする必要がある。
この接触圧は従来の触針プローブの質量、バネ常数で
は達成できない。つまり、プローブの重さのみで接触圧
を決めると、ダイヤモンドで0.1mm立方のみになるし、
バネで支えるにしても、厚さ13μｍ、幅0.25mm、長さ3m
mのタングステンの板バネでバネ常数が1N/mであり、30n
mたわませるだけで30nNの力が必要となる。被測定面の
高さ変化に対しこの接触圧を一定に保つのは至難のわざ
である。このような理由で、触針式で小さい接触圧で測
定することは、従来技術では非常に難しかった。
は達成できない。つまり、プローブの重さのみで接触圧
を決めると、ダイヤモンドで0.1mm立方のみになるし、
バネで支えるにしても、厚さ13μｍ、幅0.25mm、長さ3m
mのタングステンの板バネでバネ常数が1N/mであり、30n
mたわませるだけで30nNの力が必要となる。被測定面の
高さ変化に対しこの接触圧を一定に保つのは至難のわざ
である。このような理由で、触針式で小さい接触圧で測
定することは、従来技術では非常に難しかった。
なお、微細形状を測定する為に考えられたもので、針
の位置を被測定面のトンネル電流の量から能動的に制御
する走査型トンネル顕微鏡があるが、これは測定面が限
られた金属でないと測定できないことや、ピエゾ素子で
針位置をコントロールしているに測定範囲が極めて狭い
ことなどの問題があった。
の位置を被測定面のトンネル電流の量から能動的に制御
する走査型トンネル顕微鏡があるが、これは測定面が限
られた金属でないと測定できないことや、ピエゾ素子で
針位置をコントロールしているに測定範囲が極めて狭い
ことなどの問題があった。
課題を解決するための手段 本発明は上記問題点を解消する為に、反射面にフォー
カス位置がくるように対物レンズを光軸方向であるＺ方
向に移動させるオートフォーカス機能を備えるととも
に、この反射面から反射したレーザ光を参照光と干渉さ
せることにより、反射面のＺ座標を測定する手段を備え
た光プローブ部と、この光プローブ部に支持部材を介し
てＺ方向に移動可能に取り付けられ且つ反射面を備えた
接触子と、前記光プローブ部をＸ又はXY方向に移動させ
る駆動手段と、Ｘ又はXY方向の光プローブ部の位置を測
定するＸ又はXY座標測定手段とを有し、前記接触子を測
定面にトレースし、前記光プローブ部と接触子との間の
距離を一定にするように前記光プローブ部を前記接触子
にオートフォーカス追随することにより、前記測定面の
XY座標又はXYZ座標における測定面の形状を測定する形
状測定装置である。
カス位置がくるように対物レンズを光軸方向であるＺ方
向に移動させるオートフォーカス機能を備えるととも
に、この反射面から反射したレーザ光を参照光と干渉さ
せることにより、反射面のＺ座標を測定する手段を備え
た光プローブ部と、この光プローブ部に支持部材を介し
てＺ方向に移動可能に取り付けられ且つ反射面を備えた
接触子と、前記光プローブ部をＸ又はXY方向に移動させ
る駆動手段と、Ｘ又はXY方向の光プローブ部の位置を測
定するＸ又はXY座標測定手段とを有し、前記接触子を測
定面にトレースし、前記光プローブ部と接触子との間の
距離を一定にするように前記光プローブ部を前記接触子
にオートフォーカス追随することにより、前記測定面の
XY座標又はXYZ座標における測定面の形状を測定する形
状測定装置である。
また、測定面上に反射面を備えた接触子をトレースし
ながら、前記反射面にレーザ光を入射し、この反射面か
ら反射したレーザ光を参照光と干渉させ、反射面のＺ座
標を測定する形状測定方法であって、前記反射面にレー
ザ光を集光させる対物レンズを備えた光プローブ部と前
記接触子との間の距離を一定にするように前記光プロー
ブ部を前記接触子にオートフォーカス追随することによ
り、前記測定面のXY座標又はXYZ座標における測定面の
形状を測定する形状測定方法である。
ながら、前記反射面にレーザ光を入射し、この反射面か
ら反射したレーザ光を参照光と干渉させ、反射面のＺ座
標を測定する形状測定方法であって、前記反射面にレー
ザ光を集光させる対物レンズを備えた光プローブ部と前
記接触子との間の距離を一定にするように前記光プロー
ブ部を前記接触子にオートフォーカス追随することによ
り、前記測定面のXY座標又はXYZ座標における測定面の
形状を測定する形状測定方法である。
Ｚ方向に移動可能な支持部材としては、バネ、又はス
ライド機構などが使用できる。
ライド機構などが使用できる。
作用 上記のように接触子を光プローブ部に取付けたことに
より、接触子が被測定面上を追随してそのＺ方向の位置
がいくら変化しても、光プローブ部は接触子にオートフ
ォーカスにより追随するので、光プローブ部から接触子
までの距離は変わらない。
より、接触子が被測定面上を追随してそのＺ方向の位置
がいくら変化しても、光プローブ部は接触子にオートフ
ォーカスにより追随するので、光プローブ部から接触子
までの距離は変わらない。
従って、例えば支持部材としてバネを使用した場合、
バネのたわみ量が一定になるので、極めて軽い一定の接
触圧で大きな被測定面をトレースすることも可能とな
る。
バネのたわみ量が一定になるので、極めて軽い一定の接
触圧で大きな被測定面をトレースすることも可能とな
る。
また、支持部材としてスライド機構を使用した場合、
スライド機構のスライドストロークはわずかでいいの
で、極めて軽いスライド機構を構成することができ、や
はり、小さな一定の接触厚で大きな被測定面をトレース
することが可能となる。
スライド機構のスライドストロークはわずかでいいの
で、極めて軽いスライド機構を構成することができ、や
はり、小さな一定の接触厚で大きな被測定面をトレース
することが可能となる。
この光プローブ部によって接触子を測定面にトレース
させることにより、測定面のXZ又はXYZ座標、即ち、測
定面の形状を測定することができる。
させることにより、測定面のXZ又はXYZ座標、即ち、測
定面の形状を測定することができる。
実 施 例 本発明の一実施例として、本出願人が出願した特願昭
57−189761号や特願昭60−148715号に記載されている光
ヘテロダイン法を利用した超高精度三次元測定機に接触
プローブ部を搭載した形状測定装置について説明する。
57−189761号や特願昭60−148715号に記載されている光
ヘテロダイン法を利用した超高精度三次元測定機に接触
プローブ部を搭載した形状測定装置について説明する。
第２図に示す同装置の全体構成において、19は本体ベ
ースとしての下部石定盤、20はこの下部石定盤19との間
にＸテーブル21及びＹテーブル22を介してＸ−Ｙ方向に
移動可能な上部石定盤、15は上部石定盤20の全面に設け
られＺ方向に移動可能に支持されたＺ移動部、24は被測
定物25を保持するＬ字状の保持台、26はこの保持台24を
Ｙ方向の軸のまわりを回転させるモータとエヤースピン
ドルと回転角と検出するロータリーエンコーダからなる
回転部、27はこの回転部26を昇降可能に支持し且つＺ方
向の軸Ｑのまわりに旋回可能な旋回台である。
ースとしての下部石定盤、20はこの下部石定盤19との間
にＸテーブル21及びＹテーブル22を介してＸ−Ｙ方向に
移動可能な上部石定盤、15は上部石定盤20の全面に設け
られＺ方向に移動可能に支持されたＺ移動部、24は被測
定物25を保持するＬ字状の保持台、26はこの保持台24を
Ｙ方向の軸のまわりを回転させるモータとエヤースピン
ドルと回転角と検出するロータリーエンコーダからなる
回転部、27はこの回転部26を昇降可能に支持し且つＺ方
向の軸Ｑのまわりに旋回可能な旋回台である。
第１図に示すＺ移動部15において、半導体レーザ１か
ら発したレーザ光Ｇはコリメートレンズ２、偏光ビーム
スプリッタ３、λ/4波長板４を透過した後、ダイクロイ
ックミラー５を反射し、対物レンズ６によって板バネ７
上に集光する。
ら発したレーザ光Ｇはコリメートレンズ２、偏光ビーム
スプリッタ３、λ/4波長板４を透過した後、ダイクロイ
ックミラー５を反射し、対物レンズ６によって板バネ７
上に集光する。
板バネ７の反射面が傾いていると、半導体レーザ光Ｇ
の反射光の一部は前記対物レンズ６の開口外に向けて反
射させられるが、残部は対物レンズ６の開口内に向けて
反射させられる。板バネ７の反射面はそんなに大きく傾
くことはないが、この光学系はレーザ光Ｇや後述する測
定光Fz1を被測定物25の被測定面18に直接集光しても反
射光から形状測定できるので、反射面がどの方向に最大
±30゜まで傾いても必要な光量が対物レンズ６の開口内
に反射されるよう、後述の傾き補正サーボがかかってい
る。
の反射光の一部は前記対物レンズ６の開口外に向けて反
射させられるが、残部は対物レンズ６の開口内に向けて
反射させられる。板バネ７の反射面はそんなに大きく傾
くことはないが、この光学系はレーザ光Ｇや後述する測
定光Fz1を被測定物25の被測定面18に直接集光しても反
射光から形状測定できるので、反射面がどの方向に最大
±30゜まで傾いても必要な光量が対物レンズ６の開口内
に反射されるよう、後述の傾き補正サーボがかかってい
る。
対物レンズ６に戻ったレーザ光Ｇの反射光はダイクロ
イックミラー５及び偏光プリズム３を全反射し、レンズ
８で集光されてハーフミラー９で２つに分離され、ピン
ホール10を通過し、２つの光検出器11で受光される。２
つの光検出器11の出力の差がフォーカス誤差信号発生部
12でフォーカス誤差信号となり、駆動回路13によって、
このフォーカス誤差信号がゼロとなるようにリニアモー
タ14を制御し、Ｚ移動部15をＺ軸方向に駆動する。Ｚ移
動部15の自重分は渦巻きバネ16により支持される。
イックミラー５及び偏光プリズム３を全反射し、レンズ
８で集光されてハーフミラー９で２つに分離され、ピン
ホール10を通過し、２つの光検出器11で受光される。２
つの光検出器11の出力の差がフォーカス誤差信号発生部
12でフォーカス誤差信号となり、駆動回路13によって、
このフォーカス誤差信号がゼロとなるようにリニアモー
タ14を制御し、Ｚ移動部15をＺ軸方向に駆動する。Ｚ移
動部15の自重分は渦巻きバネ16により支持される。
板バネ７は厚さ10μｍ程度と極めて薄く、光を反射す
る上面側部分は鏡面に研磨しており、下面側には0.1μm
R程度に研磨されたダイヤモンド製の下端部50（第４図
参照）を有する接触子としての針17がついている。被測
定面18が無い時は針17は重力の影響でフォーカス位置よ
り数μ下に下がっており、測定時は被測定面18に下端部
が接触し、フォーカス位置まで対物レンズ６が下がるこ
とによって、対物レンズ６から板バネ７上面までの距離
が常に一定になるようフォーカスサーボによりフォーカ
スサーボ光学系が上下する。Ｚ座標の測定は板バネ７表
面に集光する測定光Fz1で行う。測定光Fz1と半導体レー
ザ光Ｇの板バネ７上での集光位置は略一致する。
る上面側部分は鏡面に研磨しており、下面側には0.1μm
R程度に研磨されたダイヤモンド製の下端部50（第４図
参照）を有する接触子としての針17がついている。被測
定面18が無い時は針17は重力の影響でフォーカス位置よ
り数μ下に下がっており、測定時は被測定面18に下端部
が接触し、フォーカス位置まで対物レンズ６が下がるこ
とによって、対物レンズ６から板バネ７上面までの距離
が常に一定になるようフォーカスサーボによりフォーカ
スサーボ光学系が上下する。Ｚ座標の測定は板バネ７表
面に集光する測定光Fz1で行う。測定光Fz1と半導体レー
ザ光Ｇの板バネ７上での集光位置は略一致する。
次に、He−Neゼーマンレーザ光を用いたXYZ座標の測
定原理を説明する。２つの周波数f1,f2で発振するHe−N
e周波数安定化ゼーマンレーザ28から放射されたレーザ
光Ｆの一部は、第一のハーフミラー29を透過した後、第
二のハーフミラー30で分離されて測定位置のＸ−Ｙ座標
測定に用いられる。一方、第一のハーフミラー29で反射
したレーザ光Fzは、第３図に示すように、偏光プリズム
31で測定光Fz1と参照光Fz2に分離される。測定光Fz1の
周波数f1と参照光Fz2の周波数f2の差は数百ＫHzで、互
いに垂直な直線偏光になっている。尚、Ｘ−Ｙ座標測定
に使用されるレーザ光Fx,Fyも、各光路途中で各偏光ビ
ームスプリッタ32によって測定光Fx1,Fy1と参照光Fx2,F
y2とに分離される。
定原理を説明する。２つの周波数f1,f2で発振するHe−N
e周波数安定化ゼーマンレーザ28から放射されたレーザ
光Ｆの一部は、第一のハーフミラー29を透過した後、第
二のハーフミラー30で分離されて測定位置のＸ−Ｙ座標
測定に用いられる。一方、第一のハーフミラー29で反射
したレーザ光Fzは、第３図に示すように、偏光プリズム
31で測定光Fz1と参照光Fz2に分離される。測定光Fz1の
周波数f1と参照光Fz2の周波数f2の差は数百ＫHzで、互
いに垂直な直線偏光になっている。尚、Ｘ−Ｙ座標測定
に使用されるレーザ光Fx,Fyも、各光路途中で各偏光ビ
ームスプリッタ32によって測定光Fx1,Fy1と参照光Fx2,F
y2とに分離される。
Ｚ座標測定に用いられる測定光Fz1は、第３図に示す
ように、Ｐ偏波を全透過しＳ偏波を部分透過する特殊偏
光プリズム33と、ファラデー素子34と、λ/2板35とを通
過し、Ｓ偏波となって偏光プリズム36で全反射される。
そしてλ/4板37、集光レンズ38を通過し、ミラー39上に
集光して反射した測定光Fz1は前記λ/4板37によってＰ
偏波となり、前記偏光プリズム36を全透過して対物レン
ズ６に入射し、板バネ７に垂直に集光される。
ように、Ｐ偏波を全透過しＳ偏波を部分透過する特殊偏
光プリズム33と、ファラデー素子34と、λ/2板35とを通
過し、Ｓ偏波となって偏光プリズム36で全反射される。
そしてλ/4板37、集光レンズ38を通過し、ミラー39上に
集光して反射した測定光Fz1は前記λ/4板37によってＰ
偏波となり、前記偏光プリズム36を全透過して対物レン
ズ６に入射し、板バネ７に垂直に集光される。
板バネ７からの反射光は上記入射光と同一光路を戻る
が、Ｓ偏波となって特殊偏光プリズム33で一部反射され
た後、偏光プリズム31で全反射され、Ｚ軸光検出器43に
達する。被測定面18の形状測定時は、被測定面18上の測
定点のＺ座標の変動に応じて、針17及び、反射面である
板バネ７も上下し、この上下の変動速度に応じて前記反
射光の周波数がドプラーシフトし、f1＋Δとなる。
が、Ｓ偏波となって特殊偏光プリズム33で一部反射され
た後、偏光プリズム31で全反射され、Ｚ軸光検出器43に
達する。被測定面18の形状測定時は、被測定面18上の測
定点のＺ座標の変動に応じて、針17及び、反射面である
板バネ７も上下し、この上下の変動速度に応じて前記反
射光の周波数がドプラーシフトし、f1＋Δとなる。
反射光の光路が板バネ７の傾きに応じてズレようとす
る際は特殊偏光プリズム33で一部反射された反射光を４
分割光検出器40が検知し、集光レンズ駆動手段55により
集光レンズ38をＸ−Ｙ方向に移動させて入射光の対物レ
ンズ６への入射位置を変化させることにより常に反射光
が同一光路を戻るように傾き補正サーボがかけられる。
る際は特殊偏光プリズム33で一部反射された反射光を４
分割光検出器40が検知し、集光レンズ駆動手段55により
集光レンズ38をＸ−Ｙ方向に移動させて入射光の対物レ
ンズ６への入射位置を変化させることにより常に反射光
が同一光路を戻るように傾き補正サーボがかけられる。
一方、参照光Fz2は前記偏光プリズム31で全反射され
た後、レンズ41によってＺ軸ミラー42上に集光され、反
射して前記Ｚ軸光検出器43に達する。反射光の周波数
は、X,Yテーブル21,22の移動真直度誤差により、f2＋δ
となる。従ってＺ軸光検出器43では、（f1＋Δ）−（f2
＋δ）がビート信号として検出されＺ座標検出装置44に
おいて板バネ７の測定位置のＺ座標が正確に得られる。
前記Δの中には移動真直度誤差であるδ成分が同じだけ
含んでいるので測定値にはX,Yテーブルの移動真直度不
足は誤差として出てはこない。
た後、レンズ41によってＺ軸ミラー42上に集光され、反
射して前記Ｚ軸光検出器43に達する。反射光の周波数
は、X,Yテーブル21,22の移動真直度誤差により、f2＋δ
となる。従ってＺ軸光検出器43では、（f1＋Δ）−（f2
＋δ）がビート信号として検出されＺ座標検出装置44に
おいて板バネ７の測定位置のＺ座標が正確に得られる。
前記Δの中には移動真直度誤差であるδ成分が同じだけ
含んでいるので測定値にはX,Yテーブルの移動真直度不
足は誤差として出てはこない。
尚、測定位置のX,Y座標は、Ｚ移動部15に設置したX,Y
軸ミラー44,45に照射されたFx1,Fy1の反射光と、下部石
定盤１側に設置したX,Y軸ミラー46,47に照射された参照
光Fx2,Fy2の反射光との周波数の差を、X,Y軸光検出器4
8,49で検知することにより得られる。
軸ミラー44,45に照射されたFx1,Fy1の反射光と、下部石
定盤１側に設置したX,Y軸ミラー46,47に照射された参照
光Fx2,Fy2の反射光との周波数の差を、X,Y軸光検出器4
8,49で検知することにより得られる。
次に実施例における触針部について第４図に基づいて
説明する。長さ12mm、幅0.25mm、厚さ12.7μmmの板バネ
７の下面に金属製の針17が接着されその下端部50は先端
曲率半径0.1μｍのダイヤモンドからなっている。
説明する。長さ12mm、幅0.25mm、厚さ12.7μmmの板バネ
７の下面に金属製の針17が接着されその下端部50は先端
曲率半径0.1μｍのダイヤモンドからなっている。
板バネ７のバネ定数ｋは以下のように計算される。ヤ
ング率をＥ、板バネの長さｌ、幅ｂ、厚さｈとすると、
ｋは、 で表される。使用した板バネ７の材質はタングステン
で、Ｅは2.0×1011N/m2であるので、ｋ＝15×10-3N/m＝
15nN/μｍとなる。
ング率をＥ、板バネの長さｌ、幅ｂ、厚さｈとすると、
ｋは、 で表される。使用した板バネ７の材質はタングステン
で、Ｅは2.0×1011N/m2であるので、ｋ＝15×10-3N/m＝
15nN/μｍとなる。
このように極端に軟らかいバネでも被測定面17の高さ
が１μｍ変化するだけで接触圧が15nNだけ変わってしま
う。一方、フォーカスサーボの追随精度は±0.02μｍ程
度であるので、この板バネ７裏面にフォーカスサーボを
掛けると、接触圧の変化は15nN×0.02＝0.3nN以内に収
まる。以下に示すように、この程度の接触圧では、樹脂
などの軟質面で変形を与えることなく測定できる。
が１μｍ変化するだけで接触圧が15nNだけ変わってしま
う。一方、フォーカスサーボの追随精度は±0.02μｍ程
度であるので、この板バネ７裏面にフォーカスサーボを
掛けると、接触圧の変化は15nN×0.02＝0.3nN以内に収
まる。以下に示すように、この程度の接触圧では、樹脂
などの軟質面で変形を与えることなく測定できる。
被測定面の変形量と接触子先端の曲率半径、および接
触圧との関係を述べる。曲率半径1/ρの接触子が平面に
力Ｐで接触した時の変形量δは精密測定 （１） （青木保雄著，コロナ社）23ページより、 で表される。ここで、 θ＝４（１−σ２）/E σ；ポアソン比 で、θ1,θ２はそれぞれ接触子と被測定面の値である。
ダイヤモンドは測定面に比べ十分固いので、θ１＝０と
置ける。Σρは接触子のＸ方向、及び、Ｙ方向の曲率の
和で２×107である。Ｐは接触圧力である。
触圧との関係を述べる。曲率半径1/ρの接触子が平面に
力Ｐで接触した時の変形量δは精密測定 （１） （青木保雄著，コロナ社）23ページより、 で表される。ここで、 θ＝４（１−σ２）/E σ；ポアソン比 で、θ1,θ２はそれぞれ接触子と被測定面の値である。
ダイヤモンドは測定面に比べ十分固いので、θ１＝０と
置ける。Σρは接触子のＸ方向、及び、Ｙ方向の曲率の
和で２×107である。Ｐは接触圧力である。
鋼鉄とポリエチレンという固い面と軟らかい面で、変
形量δを求めている。理科年表によると、鋼鉄はＥ＝２
＊1011でσ＝0.3、ポリエチレンはＥ＝7.6＊108でσ＝
0.46である。これらの値を上式に代入して、鋼鉄の場合
は接触圧が１μＮの時、変形量は0.8nm、ポリエチレン
の場合は接触圧が10nNの時、変形量が0.5nmとなる。こ
の程度の変形では測定面へのキズ付きや測定誤差は問題
とならない。
形量δを求めている。理科年表によると、鋼鉄はＥ＝２
＊1011でσ＝0.3、ポリエチレンはＥ＝7.6＊108でσ＝
0.46である。これらの値を上式に代入して、鋼鉄の場合
は接触圧が１μＮの時、変形量は0.8nm、ポリエチレン
の場合は接触圧が10nNの時、変形量が0.5nmとなる。こ
の程度の変形では測定面へのキズ付きや測定誤差は問題
とならない。
なお、触針部の先端形状，曲率半径や板バネの大き
さ、材質については、被測定物に応じて、選ぶことがで
きる。
さ、材質については、被測定物に応じて、選ぶことがで
きる。
次に本発明の他の実施例における触針部について第５
図に基づいて説明する。
図に基づいて説明する。
Ｚ移動部15の下部に、取付け部53を介して下端面が半
球状の接触子51がＺ方向移動可能に取付けられる。接触
子51の上部は全面取付け部53によってＺ方向移動可能に
案内支持されるスライド部52となっており、その上面は
鏡面になっており、測定中はフォーカスサーボ用半導体
レーザ光Ｇと測定用周波数安定化He−Neゼーマンレーザ
光Fz1が集光される。接触子51は一定の接触圧で被測定
面18上をトレースされ被測定面18の形状が測定される。
球状の接触子51がＺ方向移動可能に取付けられる。接触
子51の上部は全面取付け部53によってＺ方向移動可能に
案内支持されるスライド部52となっており、その上面は
鏡面になっており、測定中はフォーカスサーボ用半導体
レーザ光Ｇと測定用周波数安定化He−Neゼーマンレーザ
光Fz1が集光される。接触子51は一定の接触圧で被測定
面18上をトレースされ被測定面18の形状が測定される。
本発明は上記実施例に示すほか、種々の態様に構成す
ることができる。
ることができる。
たとえば、上記実施例では、凸状の非球面レンズを対
象物にしたが、これ以外の各種のものを対象物とするこ
とができるのはもちろんであり、微細な集積回路の表面
形状等も対象とできる。
象物にしたが、これ以外の各種のものを対象物とするこ
とができるのはもちろんであり、微細な集積回路の表面
形状等も対象とできる。
発明の効果 本発明は上記構成、作用を有するもので、従来よりは
るかに高精度でより微細な形状をキズつけることなく、
非常に広範囲に測定できる。また、非接触の光測定では
測定できない表面を無反射コード膜で覆われた面や、ST
Mや電子顕微鏡では測定できない電気的な絶縁体表面も
測定可能である。従って、従来できなかったレベルの形
状測定が可能となり、産業上、科学技術上の効果は大き
い。
るかに高精度でより微細な形状をキズつけることなく、
非常に広範囲に測定できる。また、非接触の光測定では
測定できない表面を無反射コード膜で覆われた面や、ST
Mや電子顕微鏡では測定できない電気的な絶縁体表面も
測定可能である。従って、従来できなかったレベルの形
状測定が可能となり、産業上、科学技術上の効果は大き
い。
第１図は本発明の一実施例における主要部の説明図、第
２図は同装置の機構系の全体構成図、第３図は同装置の
Ｚ座標測定光学系の原理図、第４図は同装置の測定用触
針プローブの拡大図、第５図は本発明の他の実施例の主
要部の説明図である。 ６……対物レンズ、７……板バネ、15……Ｚ移動部、17
……針（接触子）、51……接触子、52……スライド部、
53……取付け部。
２図は同装置の機構系の全体構成図、第３図は同装置の
Ｚ座標測定光学系の原理図、第４図は同装置の測定用触
針プローブの拡大図、第５図は本発明の他の実施例の主
要部の説明図である。 ６……対物レンズ、７……板バネ、15……Ｚ移動部、17
……針（接触子）、51……接触子、52……スライド部、
53……取付け部。
Claims (4)
- 【請求項１】反射面にフォーカス位置がくるように対物
レンズを光軸方向であるＺ方向に移動させるオートフォ
ーカス機能を備えるとともに、この反射面から反射した
レーザ光を参照光と干渉させることにより、反射面のＺ
座標を測定する手段を備えた光プローブ部と、この光プ
ローブ部に支持部材を介してＺ方向に移動可能に取り付
けられ且つ反射面を備えた接触子と、前記光プローブ部
をＸ又はXY方向に移動させる駆動手段と、Ｘ又はXY方向
の光プローブ部の位置を測定するＸ又はXY座標測定手段
とを有し、前記接触子を測定面にトレースし、前記光プ
ローブ部と接触子との間の距離を一定にするように前記
光プローブ部を前記接触子にオートフォーカス追随する
ことにより、前記測定面のXY座標又はXYZ座標における
測定面の形状を測定する形状測定装置。 - 【請求項２】支持部材がバネによって構成された請求項
１記載の形状測定装置。 - 【請求項３】支持部材がスライド機構によって構成され
た請求項１記載の形状測定装置。 - 【請求項４】測定面上に、反射面を備えた接触子をトレ
ースしながら、前記反射面にレーザ光を入射し、この反
射面から反射したレーザ光を参照光と干渉させ、反射面
のＺ座標を測定する形状測定方法であって、前記反射面
にレーザ光を集光させる対物レンズを備えた光プローブ
部と前記接触子との間の距離を一定にするように前記光
プローブ部を前記接触子にオートフォーカス追随するこ
とにより、前記測定面のXY座標又はXYZ座標における測
定面の形状を測定する形状測定方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2055330A JP2661314B2 (ja) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| US07/665,224 US5144150A (en) | 1990-03-07 | 1991-03-06 | Configuration measuring apparatus |
| KR1019910003677A KR940003918B1 (ko) | 1990-03-07 | 1991-03-07 | 형상측정장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2055330A JP2661314B2 (ja) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | 形状測定装置及び形状測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03255907A JPH03255907A (ja) | 1991-11-14 |
| JP2661314B2 true JP2661314B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=12995528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2055330A Expired - Lifetime JP2661314B2 (ja) | 1990-03-07 | 1990-03-07 | 形状測定装置及び形状測定方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5144150A (ja) |
| JP (1) | JP2661314B2 (ja) |
| KR (1) | KR940003918B1 (ja) |
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| US5196713A (en) * | 1991-08-22 | 1993-03-23 | Wyko Corporation | Optical position sensor with corner-cube and servo-feedback for scanning microscopes |
| US5351122A (en) * | 1992-05-22 | 1994-09-27 | Micro-G Solutions, Inc. | Absolute gravity inline measuring apparatus incorporating improved operating features |
| JP3000819B2 (ja) * | 1993-03-15 | 2000-01-17 | 松下電器産業株式会社 | 三次元測定用プローブ及び形状測定方法 |
| US5419631A (en) * | 1994-01-12 | 1995-05-30 | Nearfield Systems Incorporated | Three-axis motion tracking interferometer for measurement and correction of positional errors between an article under test and a measurement probe |
| US5825666A (en) * | 1995-06-07 | 1998-10-20 | Freifeld; Daniel | Optical coordinate measuring machines and optical touch probes |
| US5854487A (en) * | 1997-02-28 | 1998-12-29 | Park Scientific Instruments | Scanning probe microscope providing unobstructed top down and bottom up views |
| DE19816272C2 (de) | 1998-04-11 | 2000-05-11 | Werth Messtechnik Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts |
| US7515279B2 (en) | 2001-03-02 | 2009-04-07 | Nanometrics Incorporated | Line profile asymmetry measurement |
| US6856408B2 (en) | 2001-03-02 | 2005-02-15 | Accent Optical Technologies, Inc. | Line profile asymmetry measurement using scatterometry |
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| US7208724B2 (en) * | 2004-11-03 | 2007-04-24 | Omniprobe, Inc. | Apparatus and method of detecting probe tip contact with a surface |
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| KR100764465B1 (ko) * | 2006-07-04 | 2007-10-08 | (주)가하 | 접촉식 삼차원 표면 형상 측정장치 |
| TWI364540B (en) * | 2007-12-28 | 2012-05-21 | Ind Tech Res Inst | Cantilever sensor system and profilers and biosensors using the same |
| US8528110B2 (en) * | 2008-06-06 | 2013-09-03 | Infinitesima Ltd. | Probe detection system |
| JP5654477B2 (ja) | 2008-12-11 | 2015-01-14 | インフィニテシマ・リミテッド | 動的なプローブ検出システム |
| JP6117705B2 (ja) | 2011-01-31 | 2017-04-19 | インフィニテシマ リミテッド | 適応モード走査型プローブ顕微鏡 |
| GB201215546D0 (en) | 2012-08-31 | 2012-10-17 | Infinitesima Ltd | Multiple probe detection and actuation |
| GB201218350D0 (en) | 2012-10-12 | 2012-11-28 | Infinitesima Ltd | Multiple probe actuation |
| US10254306B2 (en) | 2012-11-29 | 2019-04-09 | Infinitesima Limited | Probe calibration or measurement routine |
| US9383386B2 (en) | 2013-03-14 | 2016-07-05 | Oxford Instruments Asylum Research, Inc. | Optical beam positioning unit for atomic force microscope |
| WO2014158290A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-10-02 | Aleksander Labuda | Optical beam positioning unit for atomic force microscope |
| EP2913682A1 (en) | 2014-02-28 | 2015-09-02 | Infinitesima Limited | Probe actuation system with feedback controller |
| EP2913681A1 (en) | 2014-02-28 | 2015-09-02 | Infinitesima Limited | Probe system with multiple actuation locations |
| US9804193B2 (en) | 2014-03-12 | 2017-10-31 | Oxford Instruments Asylum Research, Inc | Metrological scanning probe microscope |
| US10705114B2 (en) | 2014-03-12 | 2020-07-07 | Oxford Instruments Asylum Research Inc | Metrological scanning probe microscope |
| EP3308172B1 (en) | 2015-06-12 | 2023-08-02 | Infinitesima Limited | Scanning probe system with two prove drivers |
| US9803972B2 (en) * | 2015-12-17 | 2017-10-31 | Mitutoyo Corporation | Optical configuration for measurement device |
| JP6623883B2 (ja) * | 2016-03-28 | 2019-12-25 | 株式会社デンソー | 切削ユニット |
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| KR20240089305A (ko) | 2021-10-07 | 2024-06-20 | 인피니트시마 리미티드 | 프로브를 사용하여 샘플을 스캔하기 위한 방법 및 장치 |
| EP4339624A1 (en) | 2022-09-15 | 2024-03-20 | Infinitesima Limited | Image data segmentation |
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| JPS629211A (ja) * | 1985-07-05 | 1987-01-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学測定装置 |
| US4724318A (en) * | 1985-11-26 | 1988-02-09 | International Business Machines Corporation | Atomic force microscope and method for imaging surfaces with atomic resolution |
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| EP0242407A2 (de) * | 1986-03-26 | 1987-10-28 | Hommelwerke GmbH | Vorrichtung zur Messung kleiner Längen |
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| JPH0758164B2 (ja) * | 1988-04-22 | 1995-06-21 | 三菱電機株式会社 | 走査型トンネル顕微鏡の微動機構 |
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-
1990
- 1990-03-07 JP JP2055330A patent/JP2661314B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1991
- 1991-03-06 US US07/665,224 patent/US5144150A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-03-07 KR KR1019910003677A patent/KR940003918B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR910017165A (ko) | 1991-11-05 |
| US5144150A (en) | 1992-09-01 |
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