JPH0287009A - 表面形状測定方法および装置 - Google Patents
表面形状測定方法および装置Info
- Publication number
- JPH0287009A JPH0287009A JP23869888A JP23869888A JPH0287009A JP H0287009 A JPH0287009 A JP H0287009A JP 23869888 A JP23869888 A JP 23869888A JP 23869888 A JP23869888 A JP 23869888A JP H0287009 A JPH0287009 A JP H0287009A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- leaf spring
- leading end
- probe
- spring
- measured
- Prior art date
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- Granted
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１）発明の目的
［産業上の利用分野］
本発明は、医学、生物学、化学、表面Ｔ学等の分野にお
（Ｊる微細な表面形状を観察する必要に際し、特に高さ
を含む三次元の寸法をミクロンメートル以下の分解能で
測定するのに供せられる表面形状測定方法およびその実
施に直接使用する装置に関する。
（Ｊる微細な表面形状を観察する必要に際し、特に高さ
を含む三次元の寸法をミクロンメートル以下の分解能で
測定するのに供せられる表面形状測定方法およびその実
施に直接使用する装置に関する。
［従来の技術］
従来は、表面形状の一般的な観測手段として光学顕微鏡
や走査型電子顕微鏡があるが、高さを含む三次元の寸法
を測定するには不向きである。さらに、光学顕微鏡は光
の波長で分解能が制限されミクロンメートル以下の観測
は困難である。また電子顕微鏡での観測は真空中で行わ
なければならず、生体など水分を含む試料をそのまま測
定することは出来ない。
や走査型電子顕微鏡があるが、高さを含む三次元の寸法
を測定するには不向きである。さらに、光学顕微鏡は光
の波長で分解能が制限されミクロンメートル以下の観測
は困難である。また電子顕微鏡での観測は真空中で行わ
なければならず、生体など水分を含む試料をそのまま測
定することは出来ない。
高さを含む三次元の寸法を測定する最も一般的な測定器
は、触針を表面におしつけ、表面をなぞる従来の触針式
表面粗さ訓である。これは触針の表面への押し付は荷重
は１０ミリグラムオーダもしくはそれ以上であり、この
荷重に触２１が耐えるためにはその先端半径はミクロン
以下にする必要がある。よってミクロン以下のピッチの
微細な凹凸は検出出来ない。さらにこの大きな荷重で表
面を損傷する危険もある。特に生物組織表面のように柔
らかいものは測定不能である。
は、触針を表面におしつけ、表面をなぞる従来の触針式
表面粗さ訓である。これは触針の表面への押し付は荷重
は１０ミリグラムオーダもしくはそれ以上であり、この
荷重に触２１が耐えるためにはその先端半径はミクロン
以下にする必要がある。よってミクロン以下のピッチの
微細な凹凸は検出出来ない。さらにこの大きな荷重で表
面を損傷する危険もある。特に生物組織表面のように柔
らかいものは測定不能である。
最近、非接触で表面の凹凸を光で検出する光学式表面粗
ざ泪も用いられるようになった。これは表面を損傷する
危険はないが、光スポットの直径は１ミクロン以上であ
り、やはりミクロン以下の面分解能での測定には分解能
が不足である。
ざ泪も用いられるようになった。これは表面を損傷する
危険はないが、光スポットの直径は１ミクロン以上であ
り、やはりミクロン以下の面分解能での測定には分解能
が不足である。
さらに、鋭い針を表面にオングストロームオーダまで近
イ」け、その間に流れるトンネル電流を検出する走査型
トンネル顕微鏡が開発された。
イ」け、その間に流れるトンネル電流を検出する走査型
トンネル顕微鏡が開発された。
分解能は原子レベルまで期待出来、空気中でも測定可能
であるが、１ヘンネル電流を利用するかぎり表面は導体
に限定されるという大きな欠点がある。
であるが、１ヘンネル電流を利用するかぎり表面は導体
に限定されるという大きな欠点がある。
［発明が解決しようどづる課題］
本発明は、前記従来の微細な表面形状の観測手段の欠点
に鑑み、あらゆる物質の表面に対して容易な操作かつ高
い分解能で三次元形状を測定するのに有効適切な表面形
状測定方法および装置を提供せ／、とするものである。
に鑑み、あらゆる物質の表面に対して容易な操作かつ高
い分解能で三次元形状を測定するのに有効適切な表面形
状測定方法および装置を提供せ／、とするものである。
（２）発明の構成
［課題を解決するための手段］
本発明は、触針を支持するばねと、当該ばねの変位を検
出する変位センサを備え、前記触２１を測定面に接触摺
動させて表面形状を測定する装置において、前記測定面
と前記触２１と前記支持ばねと前記変位センサの先端と
を液体中に浸漬せしめ、前記支持ばねの変位挙動の検出
により表面形状を測定するに当り、前記支持ばねに対し
外乱振動を遮断自在かつ粘性減衰を付与自在に液体中測
定をしてミクロンノー１〜ル以下の精密測定を可能どし
てなる。
出する変位センサを備え、前記触２１を測定面に接触摺
動させて表面形状を測定する装置において、前記測定面
と前記触２１と前記支持ばねと前記変位センサの先端と
を液体中に浸漬せしめ、前記支持ばねの変位挙動の検出
により表面形状を測定するに当り、前記支持ばねに対し
外乱振動を遮断自在かつ粘性減衰を付与自在に液体中測
定をしてミクロンノー１〜ル以下の精密測定を可能どし
てなる。
［実 施 例１］
本発明装置の第１実施例を第１図につぎ説明する。
図中１は触針、２板ばねで、掃引吊杆３下端に基端をハ
持ちし水平に突出しである。触針１は板ばね２の先端に
下向固定されている。４ａは基板５上に載置した測定物
４の測定面で、触針１はこの上を接触摺動する。触針１
の先端半径はサブミクロンの分解能を得るためにもサブ
ミクロンもしくはで−れ以下に形成する。板ばね２はた
わみやすいものとし、例えば長さ１０ｍｍ 。
持ちし水平に突出しである。触針１は板ばね２の先端に
下向固定されている。４ａは基板５上に載置した測定物
４の測定面で、触針１はこの上を接触摺動する。触針１
の先端半径はサブミクロンの分解能を得るためにもサブ
ミクロンもしくはで−れ以下に形成する。板ばね２はた
わみやすいものとし、例えば長さ１０ｍｍ 。
幅１ｍｍ 、厚さ１０μｍとすれば１０μｑ／μｍ程度
の剛性が得られる。まｌ〔、フォトリソグラフィにＪ：
るエツチング技術を使いミリノー１〜ル以下の掻く薄い
バネを形成しそれを用いてもよい。
の剛性が得られる。まｌ〔、フォトリソグラフィにＪ：
るエツチング技術を使いミリノー１〜ル以下の掻く薄い
バネを形成しそれを用いてもよい。
６は板ばね２の先端変位の挙動を検出するよう板ばね２
の先端部真上に先端７を臨ませた変位センサで、本実施
例では焦点誤差検出型の光へラドセンサを用いている。
の先端部真上に先端７を臨ませた変位センサで、本実施
例では焦点誤差検出型の光へラドセンサを用いている。
８は容器であって、触針１、板ばね２、測定面４ａおよ
び光へラドセンサ６の先端７を浸）へする液体って満た
されている。
び光へラドセンサ６の先端７を浸）へする液体って満た
されている。
ここで本実施例に本発明方法を作用させるには、触針１
を測定面４ａに接触させる。ここで生じる接触荷重は、
板ばね２の剛性が小さいため極めて小さな値、例えば触
！（１と測定面／ｌａとに作用するファンデルヴアール
ス力と同程度の１０μｑのオーダにできる。よって、接
触による表面の損傷を避けることができる。この状態で
掃引吊杆３の水平移動に伴い板ばね２ど−・体向に触針
１を測定面４に沿って走査する際、板ばね２は測定面４
ａの形状に応じて挙動変位しそれを掃引吊杆３の動きに
同調追従して水平移動する光へラドセンサ６で検出する
。
を測定面４ａに接触させる。ここで生じる接触荷重は、
板ばね２の剛性が小さいため極めて小さな値、例えば触
！（１と測定面／ｌａとに作用するファンデルヴアール
ス力と同程度の１０μｑのオーダにできる。よって、接
触による表面の損傷を避けることができる。この状態で
掃引吊杆３の水平移動に伴い板ばね２ど−・体向に触針
１を測定面４に沿って走査する際、板ばね２は測定面４
ａの形状に応じて挙動変位しそれを掃引吊杆３の動きに
同調追従して水平移動する光へラドセンサ６で検出する
。
この場合、触針１は測定面４ａに極めて小さい接触荷重
で接しているため、板ばね２は振動しやすい。特に空気
中では、音ＩＩの空気振動で板ばね２は共振し、接触を
不安定にする危険が大きい。しかし本発明方法のように
液体９の中に浸漬した液体９中測定に当って、空気振動
は液体９で遮断され、しかも液体９の粘性で板ばね２の
振動に大きな減衰が生じるので共振は生じなくなる。よ
って支定に接触摺動が行える。
で接しているため、板ばね２は振動しやすい。特に空気
中では、音ＩＩの空気振動で板ばね２は共振し、接触を
不安定にする危険が大きい。しかし本発明方法のように
液体９の中に浸漬した液体９中測定に当って、空気振動
は液体９で遮断され、しかも液体９の粘性で板ばね２の
振動に大きな減衰が生じるので共振は生じなくなる。よ
って支定に接触摺動が行える。
光へッドレンザ６の先端７は、レンズもしくはレンズを
保護する透明体であるが、これが液体９中に浸漬されて
いるため、液表面で生じる表面波による乱反射や屈折率
変動の影響を受けず、良好な晶質の変位検出が出来る。
保護する透明体であるが、これが液体９中に浸漬されて
いるため、液表面で生じる表面波による乱反射や屈折率
変動の影響を受けず、良好な晶質の変位検出が出来る。
即ち、高粘度、高安定なばね変位の検出が可能となる。
［実 施 例２］
本発明装置の第２実施例を第２図につき説明する。
同図は、前記第１実施例において、触針１を支持するの
に平行ばね２′を用いた実施例である。平行ばね２′は
触２１１が測定面４ａを摺動したとき生じる摩擦力によ
る曲げモーメントに対する剛性が大きく、１枚の板ばね
を使用した場合Ｊ：す、曲げモーメントによるばねの変
形が少ない。よって摩擦力による変位検出誤差を小ざく
出来る、。
に平行ばね２′を用いた実施例である。平行ばね２′は
触２１１が測定面４ａを摺動したとき生じる摩擦力によ
る曲げモーメントに対する剛性が大きく、１枚の板ばね
を使用した場合Ｊ：す、曲げモーメントによるばねの変
形が少ない。よって摩擦力による変位検出誤差を小ざく
出来る、。
［実 施 例３］
本発明装置の第３実施例を第３図につき説明する。
同図は、前記第１実施例における光へッドゼンサ６に代
えて、板ばね２の変位検出に板ばね２先端直上に下端を
臨ませた導電プローブ１０を使用した実施例である。こ
の場合、板ばね２には導電性材料を用いる。導電プロー
ブ１０下端と板ばね２先端の間に電位を与え、極めて近
く接近させると両者の間にトンネル電流が流れる。この
電流は導電プローブ１０と板ばね２の隙間に極めて敏感
に変化する。言い換えると一定のトンネル電流は一定の
隙間に対応する。よって、ピエゾ素子１１で１〜ンネル
電流が一定となるよう、導電プローブ１０を板ばね２先
端と直角対向する方向に駆動してやると導電プロブ１０
下端は板ばね２先端の変位にかかわらずつねに板ばね２
と一定の隙間を保つ。かくして板ばね２の上下挙動変位
は導電プローブ１０の上下挙動変位、即ち、ピエゾ素子
１１の変位に等しくなる。ピエゾ素子１１の変位はピエ
ゾ素子１１に加えられる電圧で知ることが出来るから、
これにより板ばね２の上下挙動変位を測定出来る。使用
する液体９が導電性を持つ場合には、導電プローブ１０
のごく先端部を除き絶縁被覆１２を施してやることによ
り効果的なトンネル電流の検出が可能になる。
えて、板ばね２の変位検出に板ばね２先端直上に下端を
臨ませた導電プローブ１０を使用した実施例である。こ
の場合、板ばね２には導電性材料を用いる。導電プロー
ブ１０下端と板ばね２先端の間に電位を与え、極めて近
く接近させると両者の間にトンネル電流が流れる。この
電流は導電プローブ１０と板ばね２の隙間に極めて敏感
に変化する。言い換えると一定のトンネル電流は一定の
隙間に対応する。よって、ピエゾ素子１１で１〜ンネル
電流が一定となるよう、導電プローブ１０を板ばね２先
端と直角対向する方向に駆動してやると導電プロブ１０
下端は板ばね２先端の変位にかかわらずつねに板ばね２
と一定の隙間を保つ。かくして板ばね２の上下挙動変位
は導電プローブ１０の上下挙動変位、即ち、ピエゾ素子
１１の変位に等しくなる。ピエゾ素子１１の変位はピエ
ゾ素子１１に加えられる電圧で知ることが出来るから、
これにより板ばね２の上下挙動変位を測定出来る。使用
する液体９が導電性を持つ場合には、導電プローブ１０
のごく先端部を除き絶縁被覆１２を施してやることによ
り効果的なトンネル電流の検出が可能になる。
図中１３は直流電源、１４は抵抗、１５は増幅器である
。
。
（３）発明の効果
かくして本発明によれば、極めて微小な荷重で表面形状
を測定でき、従来装置では実現できなかった鋭い触針を
安定にかつ測定面の破壊の危険がなく使用できる。よっ
て高い分解能で三次元の表面形状を測定できる。
を測定でき、従来装置では実現できなかった鋭い触針を
安定にかつ測定面の破壊の危険がなく使用できる。よっ
て高い分解能で三次元の表面形状を測定できる。
さらに整理食塩水や水などの生体の生存可能なもの、タ
ンパク質やアミノ酸など水分を含む有機物の自然状態を
保存するものが使用可能であり、従来の観測手段では観
測出来ながったこれらの物質の自然状態での微細形状が
本発明では測定できる。また、周囲雰囲気で酸化や汚染
が起こり易い活性な表面も、不活性な液体、たとえばシ
リコン油などに浸漬すれば純粋な表面を測定出来る等優
れた効果を奏する。
ンパク質やアミノ酸など水分を含む有機物の自然状態を
保存するものが使用可能であり、従来の観測手段では観
測出来ながったこれらの物質の自然状態での微細形状が
本発明では測定できる。また、周囲雰囲気で酸化や汚染
が起こり易い活性な表面も、不活性な液体、たとえばシ
リコン油などに浸漬すれば純粋な表面を測定出来る等優
れた効果を奏する。
第１図は本発明装置の第１実施例を示す一部破断側面図
、第２図は同・第２実施例を示す一部破断側面図、第３
図は同・第３実施例を示す一部破断側面図である。 １・・・触針 ２・・・板ばね２′・・・
平行ばね ４・・・測定物４ａ・・・測定面
６・・・光へッドセンザ７・・・光へラドセン勺
の先端 ８・・・容器 ９・・・液体１０・・・導
電プローブ １１・・・ピエゾ素子１２・・・絶縁被
覆
、第２図は同・第２実施例を示す一部破断側面図、第３
図は同・第３実施例を示す一部破断側面図である。 １・・・触針 ２・・・板ばね２′・・・
平行ばね ４・・・測定物４ａ・・・測定面
６・・・光へッドセンザ７・・・光へラドセン勺
の先端 ８・・・容器 ９・・・液体１０・・・導
電プローブ １１・・・ピエゾ素子１２・・・絶縁被
覆
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、測定面に接触摺動する触針を支持したばねの変位挙
動の検出により表面形状を測定するに当り、前記支持ば
ねに対し外乱振動を遮断自在かつ粘性減衰を付与自在に
液体中測定してミクロンメートル以下の精密測定をする
ことを特徴とする表面形状測定方法 ２ 触針を支持したばねと、当該ばねの変位を検出する
変位センサを備え、前記触針を測定面に接触摺動させて
表面形状を測定する装置において、前記測定面と前記触
針と前記支持ばねと前記変位センサの先端とが液体中に
浸漬されていることを特徴とする表面形状測定装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23869888A JPH0670565B2 (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 表面形状測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23869888A JPH0670565B2 (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 表面形状測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0287009A true JPH0287009A (ja) | 1990-03-27 |
| JPH0670565B2 JPH0670565B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=17033968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23869888A Expired - Lifetime JPH0670565B2 (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 表面形状測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0670565B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04230801A (ja) * | 1990-04-28 | 1992-08-19 | Focus Messtechnik Gmbh & Co Kg | 走査ヘッド |
-
1988
- 1988-09-26 JP JP23869888A patent/JPH0670565B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04230801A (ja) * | 1990-04-28 | 1992-08-19 | Focus Messtechnik Gmbh & Co Kg | 走査ヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0670565B2 (ja) | 1994-09-07 |
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Legal Events
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