JPH0666509A

JPH0666509A - 形状測定装置

Info

Publication number: JPH0666509A
Application number: JP21788692A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Murayama; 健村山; Kiyoshi Nagasawa; 潔長澤; Takashi Morimoto; 高史森本; Akira Hashimoto; 昭橋本; Teruo Igarashi; 照夫五十嵐; Yasuhiko Fukuchi; 康彦福地
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-08-17
Filing date: 1992-08-17
Publication date: 1994-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】高精度の走査、測定、試料の傾きやうねりの
補正、測定の再現性の確保を行うことができる形状測定
装置を提供すること。【構成】ＸＹ粗動機構１０にＺ軸粗動機構１１が固定
され、その上に６軸の微動機構１２が固定され、その上
に試料２が載置される。ＸＹ粗動機構１０とＺ軸粗動機
構１１により試料２の測定領域がトンネル顕微鏡の探針
５とトンネル電流が発生する間隙で対向せしめられ、微
動機構１２により当該領域の走査およびこの走査中、ト
ンネル電流を一定に保持するＺ軸微動が実行される。こ
のＺ軸微動が形状測定データとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル顕微鏡、原子
間力顕微鏡等を用いた形状測定装置に係り、特に広い領
域の形状測定に好適な形状測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体用の微細回路素子、光ディ
スク、磁気ディスク等、直径１００ｍｍ以上の大きさを
もつ試料の表面の形状を、これら試料表面を切断するこ
となく測定する必要が生じてきた。このような形状測定
のため、トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡等を用いた形
状測定装置が提案されている。

【０００３】図１０はトンネル顕微鏡を用いた従来の形
状測定装置の側面図である。図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは座標軸
を示す。Ｙ軸は紙面に垂直な軸である。１はＸ軸方向お
よびＹ軸方向へ大きなストロークで変位するＸＹ粗動機
構、２はＸＹ粗動機構１に載置された試料である。３は
Ｚ軸方向へ大きなストロークで変位するＺ軸粗動機構、
４はＺ軸粗動機構３の下部に固定された３軸微動機構、
５は３軸微動機構４の下部に固定され、試料２の表面と
対向する探針である。上記３軸微動機構はＸ、Ｙ、Ｚ軸
方向への微小な並進変位を発生する機構であり、その具
体例を図１１および図１２に示す。

【０００４】図１１および図１２はそれぞれ３軸微動機
構の具体例の斜視図である。各図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは座標
軸を示す。図１１で、４０ＸはＸ軸方向に伸縮する圧電
素子、４０ＹはＹ軸方向に伸縮する圧電素子、４０Ｚは
Ｚ軸方向に伸縮する圧電素子であり、それぞれ一端が固
定され、他端は集合して探針５を保持している。各圧電
素子４０Ｘ、４０Ｙ、４０Ｚの電極の図示は省略されて
いる。

【０００５】一方、図１２で、４１は円筒状の圧電素
子、４２Ｘは圧電素子４１の表面の対称位置に設けられ
たＸ軸電極、４２Ｙは圧電素子４１の表面の対称位置に
設けられたＹ軸電極、４２Ｚは圧電素子４１の表面全周
に設けられたＺ軸電極である。

【０００６】圧電素子４１の下端に探針５が固定されて
いる。

【０００７】次に、図１０に示す従来の形状測定装置の
動作を説明する。最初に光学顕微鏡等により全体像を観
察し、この像から測定すべき領域を特定し、ＸＹ粗動機
構１により試料２の当該領域を探針５の下部に移動させ
る。次いで、Ｚ軸粗動機構３により探針５を試料２の表
面へ向かってトンネル電流検出可能位置（試料表面との
距離がナノメートルのオーダの位置）まで移動させる。
この移動後、３軸微動機構４の圧電素子４０Ｘ、４０Ｙ
を駆動することにより、又は、Ｘ軸電極４２ＸおよびＹ
軸電極４２Ｙに所定の電圧を印加することにより、探針
５を試料２の表面Ｘ−Ｙ方向に走査させると同時に、上
記トンネル電流が一定値となるように（探針５と試料表
面との距離が一定となるように）、圧電素子４０Ｚ又は
Ｚ軸電極４２ＺによりＺ軸方向の微動制御を行う。この
Ｚ軸の変位データにより試料表面の形状を観察すること
ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
形状測定装置は、以下の点で必ずしも満足できる装置で
はなかった。（ａ）３軸微動機構４は図１１および図１２の具体例に
示すように、圧電素子が用いられるのが通常である。し
かし、圧電素子は図１３に示すようなヒステリシス特性
を有するため、正確な位置決めが困難である。なお、図
１３で、横軸には圧電素子に印加する電圧が、縦軸には
圧電素子の変位量がとってある。さらに、圧電素子は、
一定電圧を印加していても徐々に変位量が変化するいわ
ゆるドリフトを避けることはできず、この点からも正確
な位置決めが困難である。

【０００９】（ｂ）３軸微動機構４は、その構成上、１
つの軸方向にのみ、例えばＸ軸方向にのみ変位を発生さ
せようとして圧電素子４０Ｘのみを駆動し、又はＸ軸電
極４２Ｘのみに電圧を印加しても、同時に他軸方向の変
位（干渉変位）も発生してしまう。したがって、３軸微
動機構４によりＸ−Ｙ方向の走査を行った場合、正確な
走査を行うことができず、結局、走査領域における各位
置に正確に対応したデータを得ることはできなくなる。

【００１０】（ｃ）試料２が直径１００ｍｍ以上のよう
な大型である場合、試料２に傾きやうねりが存在する。
これら傾きやうねりが３軸微動機構４の微動の範囲より
大きくなると、探針５を追随させることができなくな
り、再度、Ｚ軸粗動機構３による試料２への接近過程が
必要となり、測定時間が大幅に増大する。しかも、この
ようにＺ軸粗動機構３により再度探針５を接近させる場
合、Ｘ軸、Ｙ軸方向への変位をナノメートルのオーダの
範囲内に抑えることは困難であり、したがって、探針５
の位置がずれてその再現性を確保することができない。
又、従来の方法では、試料の広域にわたるうねりと走査
に伴う機械的誤差との合計が測定値として観測されるこ
とになる。この場合、走査に伴う機械的誤差を計測又は
補正する手段がないため、上記広域にわたる試料のうね
りを計測することができない。

【００１１】（ｄ）測定を高速で行うため、Ｘ−Ｙ面の
走査は高周波を用いて行われる。通常、圧電素子はコン
デンサでモデル化することができるが、実際にはコンデ
ンサのみではなく抵抗も存在するので、高周波による走
査時には圧電素子に局部的な熱が発生し、この熱によ
り、３軸微動機構４と探針５との間に熱変形を生じて測
定精度が低下するおそれがある。

【００１２】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、高精度の測定を行うことができ、試料の傾
きやうねりに対処することができる形状測定装置を提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、試料表面を走査し、この走査の間に当該
試料表面と、これに微小間隙をもって近接する探針との
間に生じる現象を用いて当該試料表面の形状を測定する
形状測定装置において、ベースに固定された粗動機構
と、この粗動機構上に設置され前記試料を載置するとと
もに少なくとも走査軸に関する４軸の変位を行う微動機
構と、この微動機構の変位を測定する変位測定手段と、
前記微動機構の目標変位を出力する目標変位発生手段
と、この目標変位発生手段から出力される目標変位およ
び前記変位測定手段により測定された変位に基づいて前
記微動機構の変位を制御する変位制御手段とを設けたこ
とを特徴とする。

【００１４】

【作用】形状測定は、粗動機構により試料の測定領域を
探針に対向させ、当該粗動機構又は探針側に設けられた
粗動機構により探針と試料表面との間隙を所定の間隙以
内とし、次いで、微動機構により走査を行う。この走査
中、当該微動機構又は探針側に設けられた微動機構によ
り、探針と試料表面との間隙が一定に保持されるような
変位が行われる。上記走査を含む変位は、目標変位発生
手段からの目標変位の出力により行われ、変位制御手段
は微動機構を目標変位に応じて駆動させる。試料に傾き
やうねりが存在する場合、それらは微動機構の回転変位
により補正される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る形状測定装置の側面
図である。図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは図１０に示すものと同じ
座標軸を示す。１０はベースに固定されＸ軸およびＹ軸
方向に大きなストロークで変位するＸＹ粗動機構、１１
はＸＹ粗動機構１０上に固定されＺ軸方向に大きなスト
ロークで変位するＺ軸粗動機構である。１２はＺ軸粗動
機構１１上に固定された微動機構であり、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸
方向の微小な並進変位およびＸ、Ｙ、Ｚ軸まわりの微小
な回転変位を発生する。１３は微動機構１２上に設けら
れた変位計測用のミラーであり、レーザ変位計の一部を
構成し、図示しないレーザ光源からのレーザ光線１４を
反射する。図では、Ｙ軸方向に沿ったミラーのみが示さ
れているがＸ軸方向に沿うミラーも設けられる。２は微
動機構１２上に載置された試料、５は上記ベースに剛体
を介して固定された探針である。本実施例では従来の装
置と異なり、探針５は固定部に固定されている。

【００１６】上記微動機構１２の具体例を図２および図
３に示す。図２は微動機構の具体例の分解斜視図、図３
は微動機構の他の具体例の斜視図である。図２に示す微
動機構は、３つのブロック１２０Ｕ_XY、１２０Ｕ_Z、１
２０θ_XYZで構成されている。各ブロックにおいて、符
号Ｇは各軸の変位量測定用のひずみゲージ（各ブロック
における１つのひずみゲージにのみ符号が付されてい
る）、符号Ｐは圧電素子を示す。又、Ｓに数字が付され
た符号は各ブロック相互の結合部分を示し、ブロック１
２０Ｕ_Zは結合部Ｓ₁、Ｓ₂でブロック１２０Ｕ_XYに結
合され、ブロック１２０θ_XYZは結合部Ｓ₃、Ｓ₄でブ
ロック１２０Ｕ_Zに結合されている。ブロック１２０θ
_XYZの結合部Ｓ₅には図示しないテーブルが結合され、
このテーブル上に試料２が載置される。矢印に示すよう
に、ブロック１２０Ｕ_XYはＸ、Ｙ軸方向の並進変位
Ｕ_X、Ｕ_Yを発生し、ブロック１２０Ｕ_ZはＺ軸方向の
並進変位Ｕ_Zを発生し、又、ブロック１２０θ_XYZは
Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸まわりの回転変位θ_X、θ_Y、θ_Zを
発生する。この微動機構の詳細は、昭和６２年精密工学
会春季大会講演論文集「平行平板・放射平板を用いた多
軸位置決め装置の開発」に記載されている。

【００１７】図３に示す微動機構は、６つのアクチュエ
ータ１２１〜１２６とこれら各アクチュエータ１２１〜
１２６に結合されたテーブルＴで構成される。各アクチ
ュエータ１２１〜１２６は同様の構成を有し、アクチュ
エータ１２６に示されるように、ベースＢ、圧電素子
Ｐ、ベースＢと圧電素子Ｐ間およびテーブルＴと圧電素
子Ｐ間を結合する弾性ヒンジＨで構成される。各弾性ヒ
ンジＨは、圧電素子Ｐの伸縮方向に対して剛、その他の
方向には柔である特性を有する。テーブルＴ上に試料２
が載置される。この微動機構で、Ｘ軸方向の並進変位は
アクチュエータ１２４又は１２６、Ｙ軸方向の並進変位
はアクチュエータ１２５、Ｚ軸方向の並進変位はアクチ
ュエータ１２１、１２２、１２３、Ｘ軸回りの回転変位
はアクチュエータ１２２、１２３、Ｙ軸回りの回転変位
はアクチュエータ１２１、１２２、１２３、Ｚ軸回りの
回転変位はアクチュエータ１２４、１２６を駆動するこ
とにより発生する。この微動機構の詳細は、昭和６２年
ロボット学会講演予講集「多自由度のキャリブレーショ
ン」に記載されている。

【００１８】本実施例の微動機構１２において、少なく
ともＺ軸方向の並進変位、Ｘ軸まわりの回転変位および
Ｙ軸まわりの回転変位の各変位量は、微動機構１２に内
蔵された変位計（図２および図３の例ではひずみゲージ
Ｇ）により計測される。このような変位計には、ひずみ
ゲージの他に静電容量型変位測定手段、半導体ゲージ等
が用いられ、１ナノメートルのオーダの計測が可能であ
る。Ｘ、Ｙ軸方向の並進変位およびＺ軸まわりの回転変
位は、前記レーザ変位計で測定される。

【００１９】図４は上記微動機構１２の制御装置のブロ
ック図である。図で、１６は目標変位発生部であり、６
軸（３軸方向の並進変位と３軸まわりの回転変位）の目
標変位を出力する。Ｕ₀は６つの目標変位を示す。１７
は減算器、１８は干渉マトリクスである。干渉マトリク
ス１８は、この微動機構１２に所定の変位を発生させる
ためには各軸の圧電素子にどれだけの大きさの電圧を与
えればよいかを定める当該微動機構１２に特有のマトリ
クスであり、例えば、Ｘ軸方向の並進変位のみを発生さ
せたい場合、目標変位発生部１６ではＸ軸の目標変位の
み設定され他軸の目標変位は０であるが、Ｘ軸並進用圧
電素子のみを駆動したとき生じる干渉変位を除くため、
他の軸の圧電素子に対しても上記マトリクスに従った電
圧が付与され、この結果、正確にＸ軸方向の並進変位が
達成される。Ｃは当該マトリクスを示し、逆ヤコビ行列
と称されている。

【００２０】１９は干渉マトリクス１８で決定された各
軸の信号に基づいて各軸の圧電素子に印加する電圧を発
生させて出力するコントローラであり、入力信号に対し
て比例、積分、微分、増幅等の処理を行う。Ａ（ｓ）は
コントローラの機能を示す。

【００２１】２０はこの微動機構１２の微動部を示し、
Ｇ（ｓ）はその機械的特性を示す。Ｕは微動部２０の動
きにより生じた実際の変位である。２１は微動機構１２
の実際の変位を６軸の変位に換算する換算マトリクスで
あり、換算された各軸の値が減算器１７に入力されるこ
とにより、フィードバック制御が行われる。なお、上記
換算マトリクス２１は論理的な機能を示すものであり、
本実施例では、前述のように、Ｚ軸方向の並進変位、Ｘ
軸まわりの回転変位およびＹ軸まわりの回転変位の各変
位量は、微動機構１２に内蔵された変位計により計測さ
れ、Ｘ、Ｙ軸方向の並進変位およびＺ軸まわりの回転変
位は、前記レーザ変位計で測定され、これらの数値が減
算器に入力されることになる。

【００２２】ここで、本実施例の動作を説明する。試料
２の表面の測定すべき領域を、ＸＹ粗動機構１０により
探針５と対向する位置に移動させ、次いで、Ｚ軸粗動機
構１１によりトンネル電流が発生する間隙になるまで試
料２を探針５に接近させる。

【００２３】ところで、試料２特に大径のものは、その
両端の厚さが異なる等の理由で表面が傾斜していたり、
表面にうねりを有するものがある。これら傾斜やうねり
は、予め判っている場合や、別途計測により判る場合が
ある。図５に試料２の傾斜を示し、図６にうねりを有す
る試料表面を示す。各図の傾斜やうねりは極度に誇張し
て描かれている。

【００２４】試料表面の走査を行う前に、試料表面の傾
斜が図５に示すようにＹ軸のまわりに角度θ_YCだけ傾い
ている場合、微動機構１２の目標変位のうち軸θ_Yの目
標変位をθ_YCに設定しておく。試料表面に図６に示すよ
うなうねりが存在している場合も同様に、軸θ_Yの目標
変位をうねりの傾斜角度に設定しておく。このうねりの
傾斜角度は、例えば図６に示すように、試料２の両端の
点Ａ、Ｂの高さを微動機構１２により計測し、両者の差
に基づいてうねりの中心線Ｏを求め、この中心線Ｏの水
平線に対する傾きを求めることにより得ることができ
る。なお、他の軸まわりの傾斜やうねりに対しても同様
に目標変位を設定することができる。

【００２５】以上のように試料２の傾斜又はうねりに応
じて目標変位発生部１６に目標変位を設定した後、微動
機構１２によるＸ−Ｙ面の走査および一定のトンネル電
流を得るためのＺ軸方向の変位を行う。微動機構１２に
よる上記走査は、走査線上におけるＸＹ座標を目標変位
発生部１６に時間的に順次設定してゆくことにより行わ
れる。又、Ｚ軸方向の変位は、図示しないトンネル電流
検出・制御装置の信号を目標変位発生部１６に順次入力
してゆくことにより行われる。このＺ軸方向の変位が形
状データとなる。

【００２６】このように本実施例では、６軸の微動機構
１２を使用し、これを制御装置により制御するようにし
たので、前述の従来装置における問題点を解決すること
ができる。即ち、（ａ）圧電素子のヒステリシスやドリフトは微動機構１
２を干渉マトリクス１８を有する制御装置で制御するこ
とにより全く無関係となる。（ｂ）同様の理由で、干渉変位を生じることなく走査を
行うことができ、走査領域における各位置に正確に対応
したデータを得ることができる。（ｃ）試料２の傾きやうねりは微動機構１２の回転変位
により補正できるので、Ｚ軸方向の測定範囲が微動機構
１２の微動の範囲より大きくなることはなく、Ｚ軸方向
の再接近過程が不要となり、測定時間の増大を防止する
ことができ、かつ、再現性確保の問題も生じない。又、
仮に再接近過程の必要が生じた場合でも、あるいは他の
理由、例えばある領域を測定しているとき、そのときの
測定の観点と同じ観点で既測定領域を再度測定する必要
が生じた場合でも、上記（ａ）と同一の理由で正確な再
現を行うことができる。（ｄ）探針５は走査を行う微動機構１２とは隔離して固
定部に固定されているので、熱変形による測定精度の低
下を防止することができる。

【００２７】図７は微動機構の制御装置の他の具体例の
ブロック図である。図７で、図４に示す部分と同一又は
等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。この
制御装置ではフィードバック制御は行われず、減算器１
７は省略されている。なお、必要であればフィードバッ
ク制御を行うことができるのは当然である。２２は記憶
装置である。この記憶装置２２には６軸の実際の変位Ｕ
およびコントローラ１９からの出力電圧が順次記憶され
てゆく。なお、本具体例における微動機構は、Ｘ軸方向
の変位およびＹ軸方向の変位を測定する変位計を内蔵し
ている。

【００２８】本具体例の制御装置とさきの具体例の制御
装置とは、前者が記憶装置２２を備えている点で異な
る。この記憶装置２２の機能を以下に説明する。さきの
具体例の制御装置も本具体例の制御装置もＸ、Ｙ方向の
並進変位とＺ軸まわりの回転変位はレーザ変位計で計測
される。ところで、レーザ変位計は長ストロークの計測
が可能であり、大型の試料の測定には適しているが、そ
の分解能は１〜１０ナノメートル程度であり、実際には
測定環境における「ゆらぎ」等の問題が存在するので、
ナノメートルのオーダの計測を正確に行うのは困難であ
って、通常市販されているレーザ変位計は分解能１０ナ
ノメートル程度のものが多い。

【００２９】ここで、本具体例で用いられているレーザ
変位計が１０ナノメートルの分解能を有するものとす
る。このようなレーザ変位計は、１０ナノメートルの変
位を測定する毎に１つのパルスを発生し、発生したパル
スの数を加算することにより変位量を検出する。この場
合、Ｘ−Ｙ面の走査において測定点とし得る座標は最小
１０ナノメートル間隔となる。したがって、さらに詳細
な形状情報が必要な場合、レーザ変位計を使用している
限りはそのような形状情報を得ることはできない。本制
御装置では、このような問題点を解決するものである。

【００３０】本制御装置の動作を図８を参照しながら説
明する。この図で、ｐは実際の変位として記憶装置２２
に記憶されるＸ軸方向又はＹ軸方向のレーザ変位計の出
力パルス、ｖはコントローラ１９から出力され記憶装置
２２に記憶される同一方向の変位を発生させる電圧であ
る。パルスｐが記憶装置２２に入力される毎に電圧ｖの
値（図でｖ₁、ｖ₂）を記憶しておけば、値ｖ₁、ｖ₂
の差に基づいて各パルスの間の位置（座標）を設定する
ことができ、レーザ変位計の所定軸に対する長ストロー
ク測定可能という特徴を生かすとともに、当該軸方向の
より精細な変位測定も可能とすることができる。なお、
圧電素子の印加電圧と変位との間にはヒステリシスやド
リフトが存在するが、１０ナノメートルの微小距離間で
はその影響は無視でき、しかも電圧ｖ₁、ｖ₂の差が１
０ナノメートルに相当することが判っているので、正確
な座標設定が可能である。

【００３１】図９は本発明の他の実施例に係る形状測定
装置の斜視図である。図で、図１に示す部分と同一又は
等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。３０
はＺ軸微動機構、３１はレーザ光源等より成るレーザ変
位計、３２はベース、３３はベース３２に固定されたブ
リッジ型の構造体である。Ｚ軸粗動機構１１は構造体３
３に固定され、Ｚ軸微動機構３０はＺ軸粗動機構１１に
固定され、当該Ｚ軸微動機構３０に探針５が固定されて
いる。レーザ変位計は３個所に設置され（そのうちの１
つが符号３１で示され他は図示が省略されている）、微
動機構１２のＸ、Ｙ軸方向の並進変位およびＺ軸まわり
の回転変位を測定する。微動機構１２の他の変位および
Ｚ軸微動機構３０の変位は内蔵する変位計で測定され
る。

【００３２】本実施例は、さきの実施例とはＺ軸粗動機
構１１およびＺ軸微動機構３０が探針５側に設置されて
いる点で異なるのみであり、その動作はさきの実施例の
動作に準じる。又、本実施例の効果もさきの実施例の効
果と同じであるが、さらにその効果に加えて、Ｚ軸微動
機構３０を小型に構成することができるので、機構の共
振点が高くなって振動を抑制することができ、したがっ
て、測定をより高速に行うことができるという効果も有
する。

【００３３】なお、上記実施例の説明では、トンネル顕
微鏡を用いた形状測定装置について説明したが、原子間
力顕微鏡等他の探針型顕微鏡を用いることもできる。
又、変位計測手段として微動機構に内蔵される変位計と
レーザ変位計とを併用する例について説明したが、精度
の観点からレーザ変位計以外の他の適宜の変位計を使用
することもでき、さらに、それほどの長ストロークの変
位を必要としない場合には微動機構に内蔵される変位計
のみを用いることもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、少なく
とも走査軸に関する４軸の変位を行う微動機構を設け、
目標変位に基づいて前記微動機構の変位を制御するよう
にしたので、圧電素子のヒステリシスやドリフトの影響
を排除することができ、又、干渉変位を生じることなく
走査を行うことができ、さらに、試料の傾きやうねりが
存在しても測定時間の増大を防止することができ、さら
に又、測定の再現性を確保することができる。又、探針
は走査を行う微動機構とは隔離して固定側に設けられて
いるので、熱変形による測定精度の低下を防止すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る形状測定装置の側面図で
ある。

【図２】図１に示す微動機構の具体例の斜視図である。

【図３】図１に示す微動機構の他の具体例の斜視図であ
る。

【図４】図１に示す微動機構の制御装置のブロック図で
ある。

【図５】試料の傾斜を示す図である。

【図６】試料のうねりを示す図である。

【図７】図１に示す微動機構の他の制御装置のブロック
図である。

【図８】図８に示す制御装置の動作を説明する図であ
る。

【図９】本発明の他の実施例に係る形状測定装置の側面
図である。

【図１０】従来の形状測定装置の側面図である。

【図１１】図１０に示す微動機構の具体例の斜視図であ
る。

【図１２】図１０に示す微動機構の他の具体例の斜視図
である。

【図１３】圧電素子のヒステリシスを示す特性図であ
る。

【符号の説明】

２試料５探針１０ＸＹ粗動機構１１Ｚ軸粗動機構１２微動機構１３ミラー１６目標変位設定部１８干渉マトリクス１９コントローラ２０微動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本昭茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者五十嵐照夫茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者福地康彦茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料表面を走査し、この走査の間に当該
試料表面と、これに微小間隙をもって近接する探針との
間に生じる現象を用いて当該試料表面の形状を測定する
形状測定装置において、ベースに固定された粗動機構
と、この粗動機構上に設置され前記試料を載置するとと
もに少なくとも走査軸に関する４軸の変位を行う微動機
構と、この微動機構の変位又は前記粗動機構と前記微動
機構との合成変位を測定する変位測定手段と、前記微動
機構の目標変位を出力する目標変位発生手段と、この目
標変位発生手段から出力される目標変位および前記変位
測定手段により測定された変位に基づいて前記微動機構
の変位を制御する変位制御手段とを設けたことを特徴と
する形状測定装置。
【請求項２】請求項１において、前記変位測定手段
は、前記微動機構に設けられたミラーを用いるレーザ干
渉変位計であることを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】請求項１において、前記変位測定手段
は、前記微動機構に内蔵されたひずみゲージであること
を特徴とする形状測定装置。
【請求項４】請求項１において、前記変位測定手段
は、前記微動機構に内蔵された静電容量型変位測定手段
であることを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】請求項１において、前記探針は、前記ベ
ースに剛体を介して固定されていることを特徴とする形
状測定装置。
【請求項６】請求項１において、前記探針は、前記試
料の方向への変位を発生する変位機構に固定されている
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項７】請求項１記載の形状測定装置において、
前記変位測定手段により得られた変位と前記変位制御手
段の前記微動機構の駆動信号をとを同時に記憶する記憶
手段を設けたことを特徴とする形状測定装置。