表面形状測定用触針式段差計及び該段差計における測定精度の改善方法
【課題】表面形状への追随性が良く、かつ、変位雑音が小さい表面形状測定用触針式段差計及び該段差計における測定精度の改善方法を提供する。
【解決手段】変位センサ２０の磁性体コアに固有雑音の小さい強磁性体のコアを使用し、低雑音の差動トランスとして形成し、低雑音の差動トランスの出力を、低雑音のデジタルロックインアンプで計測し、変位の測定結果からセンサ２０の固有振動に起因する雑音を、低域通過フィルターを用いて移動平均法で除去し、低域通過フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くする。
【解決手段】変位センサ２０の磁性体コアに固有雑音の小さい強磁性体のコアを使用し、低雑音の差動トランスとして形成し、低雑音の差動トランスの出力を、低雑音のデジタルロックインアンプで計測し、変位の測定結果からセンサ２０の固有振動に起因する雑音を、低域通過フィルターを用いて移動平均法で除去し、低域通過フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の表面形状を測定する触針式段差計及び該段差計における測定精度の改善方法に関するものである。
【０００２】
本明細書において、用語“試料の表面形状”は試料の段差、膜厚、表面粗さの概念を包含して意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
この種の段差計としては従来、先端が試料表面に接触する探針と、探針を試料表面に一定の負荷で接触させる針圧発生装置と、その負荷方向と直交する方向に振動して探針を試料表面に対して平行運動で往復動させる装置と、振動付加時の探針の試料に対する摩擦力に対応する振動の大きさを検出する検出装置とを備えた構造のものが知られている。
【０００４】
特許文献１において、本発明者は、先に、支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を取付け、この一端に隣接して探針の垂直方向変位を検出する変位センサを成す差動トランスの磁性体コアを取付け、支持体の他端には探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを取付け、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する表面形状測定用触針式段差計を提案した。
【０００５】
このように変位センサに差動トランスを用いた触針式段差計では、例えばロックインアンプの手法により、センサコアの変位は低雑音で高精度に測定される（例えば、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）。
【０００６】
測定された変位雑音を小さくするために、測定結果には通常、遮断周波数が１５Ｈｚ程度の低域通過フィルターがかけられる。それにより雑音の1秒間でのピーク−ピークが１〜２ｎｍ程度となり、表面形状測定に使用される。なお、特許文献１、３のセンサは通常よりも変位雑音は小さく、遮断周波数が１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけたとき、雑音の１秒間でのピーク‐ピークは０．３ｎｍ程度と非常に小さい。
【０００７】
触針式段差計では通常、特許文献１に記載のように探針と変位センサコアが棒状物で接続され、それらを支持する支点から離れて設置されているが、表面の凹凸への探針の追随性を良くするために、本発明者は、支点から探針までの距離を、支点からセンサコアまでの距離よりも大きくすることを提案してきた（特許文献５及び特許文献６参照）。支点から探針までの距離を、支点からセンサコアまでの距離の例えば２倍にすると、探針での変位雑音はコアでの変位雑音の２倍になる。従って、そのような配置設計では、雑音の1秒間でのピーク‐ピークが０．３ｎｍのセンサを用いると、探針での変位雑音は０．６ｎｍとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2007-17296
【特許文献２】特開2008-122254
【特許文献３】特願2009-229525
【特許文献４】特願2010-089355
【特許文献５】特開2006-226964
【特許文献６】特開2009-20050
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、変位雑音を小さくするために、変位センサでの計測結果に、低域通過フィルターがかけられ、その遮断周波数が低いと雑音は小さくなるが、表面形状への追随性が悪くなる。一方、遮断周波数を上げると追随性はよくなるが、変位雑音が大きくなる。このような問題点を解決するため、本発明は、表面形状への追随性が良く、かつ、変位雑音が小さい表面形状測定用触針式段差計及び該段差計における測定精度の改善方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を取付け、この一端に隣接して探針の垂直方向変位を検出する変位センサの磁性体コアを取付け、支持体の他端には探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを取付け、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する表面形状測定用触針式段差計における測定精度の改善方法において、
変位センサの磁性体コアに固有雑音の小さい強磁性体のコアを使用し、低雑音の差動トランスとして形成し、
低雑音の差動トランスの出力を、低雑音のデジタルロックインアンプで計測し、
変位の測定結果からセンサの固有振動に起因する雑音を、低域通過フィルターを用いて移動平均法で除去し、低域通過フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くすること
を特徴としている。
【００１１】
また、本発明の第２の発明によれば、支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を取付け、この一端に隣接して探針の垂直方向変位を検出する変位センサの磁性体コアを取付け、支持体の他端には探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを取付け、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する表面形状測定用触針式段差計において、
変位センサを成し、固有雑音が小さい強磁性体のコアを使用した低雑音の差動トランスと、
低雑音の差動トランスの一次コイル及び二次コイルに接続され、低雑音の差動トランスの出力を測定する低雑音のデジタルロックイン増幅器を備えた測定回路手段と、
測定回路手段で測定した変位の測定結果から変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターを備え、フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くするように構成した雑音除去手段と
を有することを特徴としている。
【００１２】
本発明の表面形状測定用触針式段差計において、変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターは遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターであり得る。代わりに該フィルターは、バンドストップフィルターでもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の方法によれば、変位センサの磁性体コアに固有雑音の小さい強磁性体のコアを使用し、低雑音の差動トランスとして形成し、低雑音の差動トランスの出力を、低雑音のデジタルロックインアンプで計測し、変位の測定結果からセンサの固有振動に起因する雑音を、低域通過フィルターを用いて移動平均法で除去し、低域通過フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くしていることにより、その固有振動数の雑音を、効果的に消し、他の周波数成分は残すことができ、その結果、低雑音と表面形状への追随性の良さとを両立させることができる。
【００１４】
また本発明の装置によれば、変位センサを成し、固有雑音が小さい強磁性体のコアを使用した低雑音の差動トランスと、低雑音の差動トランスの一次コイル及び二次コイルに接続され、低雑音の差動トランスの出力を測定する低雑音のデジタルロックイン増幅器を備えた測定回路手段と、測定回路手段で測定した変位の測定結果から変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターを備え、フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くするように構成した雑音除去手段とを設けたことにより、変位センサの雑音密度が元々小さく、段差計の固有振動に起因する雑音を移動平均法でそれのみを効果的に除去することで、低雑音と表面形状への追随性の良さとの両立が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の方法を実施している触針式段差計の構成を概略図。
【図２】図１における触針式段差計の要部を下から見た概略線図。
【図３】図１における触針式段差計のホルダー部分の構成を示すＡ−Ｂ線に沿った拡大部分断面図。
【図４】図１における触針式段差計のホルダー部分を下から見た図。
【図５】図１における触針式段差計の支点部の構造を示す拡大断面図。
【図６】本発明における変位測定用計測回路装置の一実施形態を示すブロック線図。
【図７】遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけた後の段差計の探針での変位測定例を示すグラフ。
【図８】図７と同様の測定での１秒間でのピーク−ピークと標準偏差を６０００回、１０時間に渡って記録したグラフ。
【図９】遮断周波数２０Ｈｚの低域通過フィルターの振幅比の周波数特性の例を示すグラフ。
【図１０】段差計における変位センサの入力換算電圧雑音密度の測定例を示すグラフ。
【図１１】２３０Ｈｚ相当の移動平均と遮断周波数７００Ｈｚの低域通過フィルターをかけた例を示すグラフ。
【図１２】２３０Ｈｚ相当の移動平均をかけながらＳｉ基板上を走査した例を示すグラフ。
【図１３】図１２のデータに遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけた結果を示すグラフ。
【図１４】２３０Ｈｚ相当の移動平均をかけながら凹凸のある試料表面を走査した結果を示すグラフ。
【図１５】図１４のデータに遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけた結果を示すグラフ。
【図１６】図１４のデータの一部を拡大して示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明が適用される先に提案した触針式段差計は、添付図面の図１〜図５に示すように、棒状の第１の支持部材１を有し、であり、この第１の支持部材１はその中間部位に左右両横方向にのびる支点用針取付け部材２を備え、支点用針取付け部材２の両端には二つの支点用針３が取付けられている。これら二つの支点用針３は二つの支点受け部材４（図５）で支持され、それにより第１の支持部材１は支点受け部材４に支点用針３を介して揺動自在に支持される。第１の支持部材１の一端には、変位センサ５の測定子すなわちコア６が取付けられている。この変位センサ５は探針の垂直方向変位に応じて電気信号を発生する差動トランスから成り、コイル７を備えている。
【００１７】
第１の支持部材１の他端には、探針に針圧を加える針圧発生装置８のコア９が設けられ、針圧発生装置８はコイル１０を備えている。コア９は、コイル１０の中心から軸方向にずれた位置に配置した高透磁率部材から成っている。
【００１８】
第１の支持部材１における支点用針取付け部材２の両端の二つの支点用針３を結ぶ線上を中心として、第１の支持部材１の下面には、二つの磁石１１を埋め込んだホルダー１２が取付けられている。ホルダー１２は図３に示すように断面台形の長手方向溝１３を備え、この長手方向溝１３の両側壁は下方へ向ってテーパー状に開いており、水平平面に対して傾斜面を構成している。ホルダー１２に埋め込まれた二つの磁石１１は、図１に示すように極性が互いに逆向きになるように配置されている。二つの磁石１１を内蔵したホルダー１２は軽くするためにカーボンで構成されている。
【００１９】
また図１、図２及び図４において、１４は棒状の第２の支持部材でありその先端には探針１５が下向きに取付けられ、他端は高透磁率部材１６で構成されている。高透磁率部材１６の長手方向の両端には上向きにのびるガイド突起１７が形成され、これらガイド突起１７の対向側面は上方に向って開いた傾斜面として形成される。この高透磁率部材１６の傾斜面はホルダー１２における長手方向溝１３の両側壁の傾斜面と共に、第１の支持部材に第２の支持部材を取付ける際の互いの位置決めを確保すると共にガイドの役割を果たしている。第２の支持部材１４の他端における高透磁率部材１６は第１の支持部材１におけるホルダー１２の溝１３に嵌るようにされ、その際に第２の支持部材１４の他端における高透磁率部材１６はホルダー１２の溝の底面に接触し、二つの磁石１１には接触しないように構成されている。また溝と高透磁率材部品には図３に示したような傾斜面を設け、互いの位置決めの確保と取付け時のガイドの役割を果たしている。
【００２０】
第１の支持部材１及び第２支持部材１４は慣性モーメントを小さくするために軽いカーボンで構成されている。一方、密度が高く質量が大きい第２支持部材１４における高透磁率部材１６及び第１の支持部材１におけるホルダー１２内の磁石１１は、支点まわりの慣性モーメントを小さくするために、支点の近くに配置している。
【００２１】
さらに図３に示すように、第２支持部材１４における高透磁率部材１６の下側には板状部材１８が設けられ、この板状部材１８は磁場遮蔽効果を高めるため、高透磁率の材料で構成され、この板状部材１８により交換部品を第１の支持部材１におけるホルダー１２の溝１３に傾けて近づけても正しい位置に収まるようにしている。
【００２２】
上述のように第１の支持部材１におけるホルダー１２に埋め込まれた磁石１１は極性が逆になるように配置したことにより、磁気双極子が離れた場所に作る磁場が小さくなるので、差動トランス５、針圧発生装置８及び試料での磁場を小さくできる。また、この配置により磁石１１の下部では磁力線が第２の支持部材１４における高透磁率部材１６の中を通るので、その下方及び探針位置の試料での磁場が小さくなる。
【００２３】
図５には、支点用針３を受ける支点受け部材４の構造を拡大して示している。支点受け部材４は図示したように支点用針３を受ける凹面４ａを備え、この凹面は逆円錐形状に構成され、支点用針３を精度よく位置決めして受けるようにされている。
【００２４】
このように構成した図示触針式段差計においては、両端にそれぞれ変位センサ５及び針圧発生装置８を備え、二つの支点受け部材４に支点用針３を介して揺動自在に支持された第１の支持部材１のホルダー１２に、両端にそれぞれ探針１５及び高透磁率部材１６を備えた第２の支持部材１４を磁石の吸着力によって固定する。この場合、ホルダー１２における長手方向溝１３の両側壁の傾斜面と第２の支持部材１４の高透磁率部材１６におけるガイド突起１７の対向傾斜面とにより、第２の支持部材１４は第１の支持部材１のホルダー１２に対して予定の位置に正確に位置決めして簡単に固定できる。
【００２５】
そして、針圧発生装置８のコイル１０に所定の電流を流すことにより、その電流の大きさに応じて力が発生され、この力により針圧発生装置８のコア９はコイル１０の中心へ引き込まれる。それにより第１及び第２の支持部材１、１４は支点用針３を介して揺動し、探針１５を試料に押し当てる。試料又は検出系を走査することにより、探針１５は試料表面をなぞり、その表面形状に応じて、固定された支点のまわりに第１及び第２の支持部材１、１４が微小に回転運動し、差動トランス５のコア６の変位が検出され、このコア６の変位を探針１５の針先の変位に換算することにより試料の表面形状や段差が測定される。
【００２６】
図６には、本発明を実施している制御回路装置の一つの実施形態をブロック線図で示し、２０は触針式段差計の変位センサであり、２１は前置増幅器であり、２２はデジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）であり、２３はアナログ入力ボードであり、２４は設定、表示用のコンピュータである。デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２は、前置増幅器２１を介して触針式段差計の変位センサ２０に接続され、変位センサ２０を構成している差動トランスの二次コイルからの測定信号を受けるようにされている。またデジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２は、図示していないがデジタル−アナログ変換器及び電圧−電流変換回路を介して針圧付加手段の力発生用コイルに接続される。さらにデジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２は、ＲＳ−２３２Ｃシリアル通信系を介して設定、表示用のコンピュータ２４に接続されている。またアナログ入力ボード２３はデジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２におけるデジタル−アナログ変換器（図示していない）からアナログ電圧を受け、そして設定、表示用のコンピュータ２４に接続されている。
【００２７】
デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２では、デジタルロックインアンプの手法により変位センサのコアの位置を算出し、コアと探針の支点からの距離の比を用いて探針の位置を算出する。一般には、その結果に低域通過フィルターをかけて雑音が低減される。かかるフィルターは、デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２とアナログ入力ボード２３の間に設けることができ、そして抵抗、コンデンサを使ったアナログフィルターでも計算によるデジタルフィルターでもよい。デジタルフィルターを使用する場合には、デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２において低域通過フィルターをかけてもよいし、設定、表示用のコンピュータ２４へデータを送信後に設定、表示用のコンピュータ２４において低域通過フィルターをかけることもできる。
【００２８】
図７は、特許文献４に記載のコアを特許文献２に記載の差動トランスのコイルに入れ、図１の段差計を構成して、探針の変位雑音を測定した例である。探針を２ｍｇｆで試料上に押し付け、走査はせず静止した状態で探針の変位を１ｍｓごとにモニターした。支点から探針までの距離は、支点から変位センサのコアまでの２倍あり、探針での変位雑音は変位センサのコアでの変位雑音の２倍になっている。遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけており、１秒間での雑音のピーク−ピークは０．６ｎｍ程度と小さい。フィルターは無限インパルス応答のデジタルフィルターでバタワース特性の４次を用いた。
【００２９】
図８には、図７の測定を繰り返して『１秒間での雑音のピーク−ピーク』と標準偏差を１０時間に渡り６０００回測定した結果を示している。平均はそれぞれ０．６６４ｎｍ、０．１４０ｎｍと十分に小さい値を得た。
【００３０】
図９には、低域通過フィルターの通過前後での振幅比の周波数特性の例を示す。バタワース特性４次とベッセル特性４次の遮断周波数２０Ｈｚの場合である。図７及び図８に示すデータでは１５Ｈｚ以上の雑音が同様の振幅比でカットされて、それにより低雑音（時間軸で見た場合の小さい『ピーク−ピーク』）が達成できている。
【００３１】
低域通過フィルターをかける前の雑音密度の測定例を図１０に示す。差動トランスの励起は５ｋＨｚで行っており、測定する２次電圧信号も同じ周波数である。ロックインアンプの手法では測定信号と参照信号の掛け算の後、その５ｋＨｚ成分を除去する。その除去のために５ｋＨｚ分の移動平均をデジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２で行っている。差動トランスの２次コイルの５ｋＨｚの出力を測定信号として、デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２内で生成した同じく５ｋＨｚだが位相の異なる参照信号と掛け算し、それを低域通過フィルターに通して直流成分を得ると、５ｋＨｚ以外の雑音成分が除去され５ｋＨｚの成分が抽出されて、測定信号の振幅と位相情報が低雑音、高精度に測定できる。図１０には測定信号と参照信号を掛けて５ｋＨｚ分の移動平均を行ったデータを設定、表示用のコンピュータ２４でフーリエ変換した結果で雑音の周波数特性を表わしている。周波数軸のどこでカットするかで測定結果の時間に対する応答の善し悪しが決まる。１５Ｈｚ以上をカットしてしまえば、それ以上速い応答は得られなくなる。
【００３２】
ところで、図１０において２３０Ｈｚには大きいピークがある。これは支点上の棒状部の固有振動によると考えられる。これを効果的に除去すれば、遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターはなくても低雑音が実現できる。１ｋＨｚ以上の成分は必要ないので、遮断周波数７００Ｈｚの低域通過フィルターをかけ、その後、２３０Ｈｚに相当する移動平均を行った結果を図１１に示す。不要な高い周波数成分が除去され、２３０Ｈｚの大きい雑音のピークが減少している。しかし、１００数１０Ｈｚより下では応答が残っていることを示している。そして、この場合の『１秒間での雑音のピーク−ピーク』は２．３ｎｍであった。つまり、遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけなくても、図１１で示すように１００数１０Ｈｚまでの応答性のある変位データにおいて、実用的な使用で問題のない低雑音が得られたことになる。このことは、表面形状への応答が速く、かつ、低雑音なので、これまで見えなかった微細な表面形状が見えることになることを意味している。
【００３３】
図１２及び図１３には、Ｓｉ基板表面を探針で走査した結果の例を示す。図１２に示す例は、前述の２３０Ｈｚ分の移動平均のみで遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけていない結果であり、図１３に示す例は、図１２の結果に遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルター（ベッセル特性、４次）をかけた結果である。探針先端の曲率半径は２．５μｍ、走査速度は１００μｍ／ｓ、探針を試料に押さえ付ける力は０．０４８ｍｇｆである。この力は、この種の触針式段差計としては、かなり小さい値である。試料を載せたピエゾステージを駆動し、探針で試料上の同じ箇所を５回走査した結果である。変位センサの０点は僅かながら時間変化するので、それぞれの測定結果をz方向にシフトさせて重ねてプロットした。図１２及び図１３において全体がたわんでいるのは、５回の走査結果が良く重なり再現性があることから、試料表面のそりと用いたステージの駆動特性によると思われる。
【００３４】
図１２（移動平均２３０Ｈｚ）では図１３（遮断周波数１５Ｈｚ）に比べると雑音は大きいが、例えば１０μｍの走査領域での、たわみを除いた雑音のピーク‐ピークは１〜２ｎｍ程度であり、実用上は問題ない。むしろ、図１３での低雑音が際立っていると言える。
【００３５】
図１４及び図１５には、凹凸のある試料表面を走査した結果を示す。探針先の曲率半径と走査速度は図１２及び図１３と同じで、力は０．２６ｍｇｆである。図１４は前述の２３０Ｈｚ分の移動平均のみで、図１５は図１４の結果に遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルター（ベッセル特性、４次）をかけた結果である。そして同じ箇所での４回の走査結果を重ねてプロットしている。図１６は図１４（移動平均２３０Ｈｚ）の一部を拡大して表示している。図１６において４回の測定結果に再現性があり、試料表面の凹凸を測定できていることが分かる。それに対して図１５（遮断周波数１５Ｈｚ）では再現性はあるものの、表面の微細な形状は見えていない。
【００３６】
本発明によれば、雑音の小さい差動トランスを用いた触針式段差計において、センサ部品の固有振動に起因する雑音を移動平均などの方法で効果的に除去することにより、応答の速い表面形状測定ができ、通常では測定できない微細な表面形状が測定できるようになる。
【００３７】
ところで、固有振動に起因する雑音の除去には、バンドストップフィルター（バンドエリミネイトフィルター）を用いてもよい。かかるフィルターはアナログフィルターでもデジタルフィルターでもよい。
【００３８】
また、遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけた場合でも、走査速度を小さくすれば、図１４のような表面形状は見えてくるが、遮断周波数が１桁程度低いので、走査速度を１桁遅くする必要がある。その場合には計測器としてのスループットが１桁落ち、作業効率が大幅に低下することになる。さらに、１回の走査に１０倍の時間がかかるということは、その間での変位センサ出力の０点のシフトも１０倍に大きくなり、無視できないドリフトを含むような測定結果になり、再現性に問題が出てくる。
【符号の説明】
【００３９】
１：第１の支持部材
２：支点用針取付け部材
３ ：支点用針
４ ：支点受け部材
５ ：変位センサ
６ ：コア
７ ：コイル
８ ：針圧発生装置
９ ：コア
１０：針圧発生装置８のコイル
１５：探針
２０：触針式段差計の変位センサ
２１：前置増幅器
２２：デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）
２３：アナログ入力ボード
２４：設定、表示用のコンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の表面形状を測定する触針式段差計及び該段差計における測定精度の改善方法に関するものである。
【０００２】
本明細書において、用語“試料の表面形状”は試料の段差、膜厚、表面粗さの概念を包含して意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
この種の段差計としては従来、先端が試料表面に接触する探針と、探針を試料表面に一定の負荷で接触させる針圧発生装置と、その負荷方向と直交する方向に振動して探針を試料表面に対して平行運動で往復動させる装置と、振動付加時の探針の試料に対する摩擦力に対応する振動の大きさを検出する検出装置とを備えた構造のものが知られている。
【０００４】
特許文献１において、本発明者は、先に、支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を取付け、この一端に隣接して探針の垂直方向変位を検出する変位センサを成す差動トランスの磁性体コアを取付け、支持体の他端には探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを取付け、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する表面形状測定用触針式段差計を提案した。
【０００５】
このように変位センサに差動トランスを用いた触針式段差計では、例えばロックインアンプの手法により、センサコアの変位は低雑音で高精度に測定される（例えば、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）。
【０００６】
測定された変位雑音を小さくするために、測定結果には通常、遮断周波数が１５Ｈｚ程度の低域通過フィルターがかけられる。それにより雑音の1秒間でのピーク−ピークが１〜２ｎｍ程度となり、表面形状測定に使用される。なお、特許文献１、３のセンサは通常よりも変位雑音は小さく、遮断周波数が１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけたとき、雑音の１秒間でのピーク‐ピークは０．３ｎｍ程度と非常に小さい。
【０００７】
触針式段差計では通常、特許文献１に記載のように探針と変位センサコアが棒状物で接続され、それらを支持する支点から離れて設置されているが、表面の凹凸への探針の追随性を良くするために、本発明者は、支点から探針までの距離を、支点からセンサコアまでの距離よりも大きくすることを提案してきた（特許文献５及び特許文献６参照）。支点から探針までの距離を、支点からセンサコアまでの距離の例えば２倍にすると、探針での変位雑音はコアでの変位雑音の２倍になる。従って、そのような配置設計では、雑音の1秒間でのピーク‐ピークが０．３ｎｍのセンサを用いると、探針での変位雑音は０．６ｎｍとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2007-17296
【特許文献２】特開2008-122254
【特許文献３】特願2009-229525
【特許文献４】特願2010-089355
【特許文献５】特開2006-226964
【特許文献６】特開2009-20050
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、変位雑音を小さくするために、変位センサでの計測結果に、低域通過フィルターがかけられ、その遮断周波数が低いと雑音は小さくなるが、表面形状への追随性が悪くなる。一方、遮断周波数を上げると追随性はよくなるが、変位雑音が大きくなる。このような問題点を解決するため、本発明は、表面形状への追随性が良く、かつ、変位雑音が小さい表面形状測定用触針式段差計及び該段差計における測定精度の改善方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を取付け、この一端に隣接して探針の垂直方向変位を検出する変位センサの磁性体コアを取付け、支持体の他端には探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを取付け、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する表面形状測定用触針式段差計における測定精度の改善方法において、
変位センサの磁性体コアに固有雑音の小さい強磁性体のコアを使用し、低雑音の差動トランスとして形成し、
低雑音の差動トランスの出力を、低雑音のデジタルロックインアンプで計測し、
変位の測定結果からセンサの固有振動に起因する雑音を、低域通過フィルターを用いて移動平均法で除去し、低域通過フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くすること
を特徴としている。
【００１１】
また、本発明の第２の発明によれば、支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を取付け、この一端に隣接して探針の垂直方向変位を検出する変位センサの磁性体コアを取付け、支持体の他端には探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを取付け、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する表面形状測定用触針式段差計において、
変位センサを成し、固有雑音が小さい強磁性体のコアを使用した低雑音の差動トランスと、
低雑音の差動トランスの一次コイル及び二次コイルに接続され、低雑音の差動トランスの出力を測定する低雑音のデジタルロックイン増幅器を備えた測定回路手段と、
測定回路手段で測定した変位の測定結果から変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターを備え、フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くするように構成した雑音除去手段と
を有することを特徴としている。
【００１２】
本発明の表面形状測定用触針式段差計において、変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターは遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターであり得る。代わりに該フィルターは、バンドストップフィルターでもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の方法によれば、変位センサの磁性体コアに固有雑音の小さい強磁性体のコアを使用し、低雑音の差動トランスとして形成し、低雑音の差動トランスの出力を、低雑音のデジタルロックインアンプで計測し、変位の測定結果からセンサの固有振動に起因する雑音を、低域通過フィルターを用いて移動平均法で除去し、低域通過フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くしていることにより、その固有振動数の雑音を、効果的に消し、他の周波数成分は残すことができ、その結果、低雑音と表面形状への追随性の良さとを両立させることができる。
【００１４】
また本発明の装置によれば、変位センサを成し、固有雑音が小さい強磁性体のコアを使用した低雑音の差動トランスと、低雑音の差動トランスの一次コイル及び二次コイルに接続され、低雑音の差動トランスの出力を測定する低雑音のデジタルロックイン増幅器を備えた測定回路手段と、測定回路手段で測定した変位の測定結果から変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターを備え、フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くするように構成した雑音除去手段とを設けたことにより、変位センサの雑音密度が元々小さく、段差計の固有振動に起因する雑音を移動平均法でそれのみを効果的に除去することで、低雑音と表面形状への追随性の良さとの両立が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の方法を実施している触針式段差計の構成を概略図。
【図２】図１における触針式段差計の要部を下から見た概略線図。
【図３】図１における触針式段差計のホルダー部分の構成を示すＡ−Ｂ線に沿った拡大部分断面図。
【図４】図１における触針式段差計のホルダー部分を下から見た図。
【図５】図１における触針式段差計の支点部の構造を示す拡大断面図。
【図６】本発明における変位測定用計測回路装置の一実施形態を示すブロック線図。
【図７】遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけた後の段差計の探針での変位測定例を示すグラフ。
【図８】図７と同様の測定での１秒間でのピーク−ピークと標準偏差を６０００回、１０時間に渡って記録したグラフ。
【図９】遮断周波数２０Ｈｚの低域通過フィルターの振幅比の周波数特性の例を示すグラフ。
【図１０】段差計における変位センサの入力換算電圧雑音密度の測定例を示すグラフ。
【図１１】２３０Ｈｚ相当の移動平均と遮断周波数７００Ｈｚの低域通過フィルターをかけた例を示すグラフ。
【図１２】２３０Ｈｚ相当の移動平均をかけながらＳｉ基板上を走査した例を示すグラフ。
【図１３】図１２のデータに遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけた結果を示すグラフ。
【図１４】２３０Ｈｚ相当の移動平均をかけながら凹凸のある試料表面を走査した結果を示すグラフ。
【図１５】図１４のデータに遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけた結果を示すグラフ。
【図１６】図１４のデータの一部を拡大して示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明が適用される先に提案した触針式段差計は、添付図面の図１〜図５に示すように、棒状の第１の支持部材１を有し、であり、この第１の支持部材１はその中間部位に左右両横方向にのびる支点用針取付け部材２を備え、支点用針取付け部材２の両端には二つの支点用針３が取付けられている。これら二つの支点用針３は二つの支点受け部材４（図５）で支持され、それにより第１の支持部材１は支点受け部材４に支点用針３を介して揺動自在に支持される。第１の支持部材１の一端には、変位センサ５の測定子すなわちコア６が取付けられている。この変位センサ５は探針の垂直方向変位に応じて電気信号を発生する差動トランスから成り、コイル７を備えている。
【００１７】
第１の支持部材１の他端には、探針に針圧を加える針圧発生装置８のコア９が設けられ、針圧発生装置８はコイル１０を備えている。コア９は、コイル１０の中心から軸方向にずれた位置に配置した高透磁率部材から成っている。
【００１８】
第１の支持部材１における支点用針取付け部材２の両端の二つの支点用針３を結ぶ線上を中心として、第１の支持部材１の下面には、二つの磁石１１を埋め込んだホルダー１２が取付けられている。ホルダー１２は図３に示すように断面台形の長手方向溝１３を備え、この長手方向溝１３の両側壁は下方へ向ってテーパー状に開いており、水平平面に対して傾斜面を構成している。ホルダー１２に埋め込まれた二つの磁石１１は、図１に示すように極性が互いに逆向きになるように配置されている。二つの磁石１１を内蔵したホルダー１２は軽くするためにカーボンで構成されている。
【００１９】
また図１、図２及び図４において、１４は棒状の第２の支持部材でありその先端には探針１５が下向きに取付けられ、他端は高透磁率部材１６で構成されている。高透磁率部材１６の長手方向の両端には上向きにのびるガイド突起１７が形成され、これらガイド突起１７の対向側面は上方に向って開いた傾斜面として形成される。この高透磁率部材１６の傾斜面はホルダー１２における長手方向溝１３の両側壁の傾斜面と共に、第１の支持部材に第２の支持部材を取付ける際の互いの位置決めを確保すると共にガイドの役割を果たしている。第２の支持部材１４の他端における高透磁率部材１６は第１の支持部材１におけるホルダー１２の溝１３に嵌るようにされ、その際に第２の支持部材１４の他端における高透磁率部材１６はホルダー１２の溝の底面に接触し、二つの磁石１１には接触しないように構成されている。また溝と高透磁率材部品には図３に示したような傾斜面を設け、互いの位置決めの確保と取付け時のガイドの役割を果たしている。
【００２０】
第１の支持部材１及び第２支持部材１４は慣性モーメントを小さくするために軽いカーボンで構成されている。一方、密度が高く質量が大きい第２支持部材１４における高透磁率部材１６及び第１の支持部材１におけるホルダー１２内の磁石１１は、支点まわりの慣性モーメントを小さくするために、支点の近くに配置している。
【００２１】
さらに図３に示すように、第２支持部材１４における高透磁率部材１６の下側には板状部材１８が設けられ、この板状部材１８は磁場遮蔽効果を高めるため、高透磁率の材料で構成され、この板状部材１８により交換部品を第１の支持部材１におけるホルダー１２の溝１３に傾けて近づけても正しい位置に収まるようにしている。
【００２２】
上述のように第１の支持部材１におけるホルダー１２に埋め込まれた磁石１１は極性が逆になるように配置したことにより、磁気双極子が離れた場所に作る磁場が小さくなるので、差動トランス５、針圧発生装置８及び試料での磁場を小さくできる。また、この配置により磁石１１の下部では磁力線が第２の支持部材１４における高透磁率部材１６の中を通るので、その下方及び探針位置の試料での磁場が小さくなる。
【００２３】
図５には、支点用針３を受ける支点受け部材４の構造を拡大して示している。支点受け部材４は図示したように支点用針３を受ける凹面４ａを備え、この凹面は逆円錐形状に構成され、支点用針３を精度よく位置決めして受けるようにされている。
【００２４】
このように構成した図示触針式段差計においては、両端にそれぞれ変位センサ５及び針圧発生装置８を備え、二つの支点受け部材４に支点用針３を介して揺動自在に支持された第１の支持部材１のホルダー１２に、両端にそれぞれ探針１５及び高透磁率部材１６を備えた第２の支持部材１４を磁石の吸着力によって固定する。この場合、ホルダー１２における長手方向溝１３の両側壁の傾斜面と第２の支持部材１４の高透磁率部材１６におけるガイド突起１７の対向傾斜面とにより、第２の支持部材１４は第１の支持部材１のホルダー１２に対して予定の位置に正確に位置決めして簡単に固定できる。
【００２５】
そして、針圧発生装置８のコイル１０に所定の電流を流すことにより、その電流の大きさに応じて力が発生され、この力により針圧発生装置８のコア９はコイル１０の中心へ引き込まれる。それにより第１及び第２の支持部材１、１４は支点用針３を介して揺動し、探針１５を試料に押し当てる。試料又は検出系を走査することにより、探針１５は試料表面をなぞり、その表面形状に応じて、固定された支点のまわりに第１及び第２の支持部材１、１４が微小に回転運動し、差動トランス５のコア６の変位が検出され、このコア６の変位を探針１５の針先の変位に換算することにより試料の表面形状や段差が測定される。
【００２６】
図６には、本発明を実施している制御回路装置の一つの実施形態をブロック線図で示し、２０は触針式段差計の変位センサであり、２１は前置増幅器であり、２２はデジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）であり、２３はアナログ入力ボードであり、２４は設定、表示用のコンピュータである。デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２は、前置増幅器２１を介して触針式段差計の変位センサ２０に接続され、変位センサ２０を構成している差動トランスの二次コイルからの測定信号を受けるようにされている。またデジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２は、図示していないがデジタル−アナログ変換器及び電圧−電流変換回路を介して針圧付加手段の力発生用コイルに接続される。さらにデジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２は、ＲＳ−２３２Ｃシリアル通信系を介して設定、表示用のコンピュータ２４に接続されている。またアナログ入力ボード２３はデジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２におけるデジタル−アナログ変換器（図示していない）からアナログ電圧を受け、そして設定、表示用のコンピュータ２４に接続されている。
【００２７】
デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２では、デジタルロックインアンプの手法により変位センサのコアの位置を算出し、コアと探針の支点からの距離の比を用いて探針の位置を算出する。一般には、その結果に低域通過フィルターをかけて雑音が低減される。かかるフィルターは、デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２とアナログ入力ボード２３の間に設けることができ、そして抵抗、コンデンサを使ったアナログフィルターでも計算によるデジタルフィルターでもよい。デジタルフィルターを使用する場合には、デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２において低域通過フィルターをかけてもよいし、設定、表示用のコンピュータ２４へデータを送信後に設定、表示用のコンピュータ２４において低域通過フィルターをかけることもできる。
【００２８】
図７は、特許文献４に記載のコアを特許文献２に記載の差動トランスのコイルに入れ、図１の段差計を構成して、探針の変位雑音を測定した例である。探針を２ｍｇｆで試料上に押し付け、走査はせず静止した状態で探針の変位を１ｍｓごとにモニターした。支点から探針までの距離は、支点から変位センサのコアまでの２倍あり、探針での変位雑音は変位センサのコアでの変位雑音の２倍になっている。遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけており、１秒間での雑音のピーク−ピークは０．６ｎｍ程度と小さい。フィルターは無限インパルス応答のデジタルフィルターでバタワース特性の４次を用いた。
【００２９】
図８には、図７の測定を繰り返して『１秒間での雑音のピーク−ピーク』と標準偏差を１０時間に渡り６０００回測定した結果を示している。平均はそれぞれ０．６６４ｎｍ、０．１４０ｎｍと十分に小さい値を得た。
【００３０】
図９には、低域通過フィルターの通過前後での振幅比の周波数特性の例を示す。バタワース特性４次とベッセル特性４次の遮断周波数２０Ｈｚの場合である。図７及び図８に示すデータでは１５Ｈｚ以上の雑音が同様の振幅比でカットされて、それにより低雑音（時間軸で見た場合の小さい『ピーク−ピーク』）が達成できている。
【００３１】
低域通過フィルターをかける前の雑音密度の測定例を図１０に示す。差動トランスの励起は５ｋＨｚで行っており、測定する２次電圧信号も同じ周波数である。ロックインアンプの手法では測定信号と参照信号の掛け算の後、その５ｋＨｚ成分を除去する。その除去のために５ｋＨｚ分の移動平均をデジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２で行っている。差動トランスの２次コイルの５ｋＨｚの出力を測定信号として、デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）２２内で生成した同じく５ｋＨｚだが位相の異なる参照信号と掛け算し、それを低域通過フィルターに通して直流成分を得ると、５ｋＨｚ以外の雑音成分が除去され５ｋＨｚの成分が抽出されて、測定信号の振幅と位相情報が低雑音、高精度に測定できる。図１０には測定信号と参照信号を掛けて５ｋＨｚ分の移動平均を行ったデータを設定、表示用のコンピュータ２４でフーリエ変換した結果で雑音の周波数特性を表わしている。周波数軸のどこでカットするかで測定結果の時間に対する応答の善し悪しが決まる。１５Ｈｚ以上をカットしてしまえば、それ以上速い応答は得られなくなる。
【００３２】
ところで、図１０において２３０Ｈｚには大きいピークがある。これは支点上の棒状部の固有振動によると考えられる。これを効果的に除去すれば、遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターはなくても低雑音が実現できる。１ｋＨｚ以上の成分は必要ないので、遮断周波数７００Ｈｚの低域通過フィルターをかけ、その後、２３０Ｈｚに相当する移動平均を行った結果を図１１に示す。不要な高い周波数成分が除去され、２３０Ｈｚの大きい雑音のピークが減少している。しかし、１００数１０Ｈｚより下では応答が残っていることを示している。そして、この場合の『１秒間での雑音のピーク−ピーク』は２．３ｎｍであった。つまり、遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけなくても、図１１で示すように１００数１０Ｈｚまでの応答性のある変位データにおいて、実用的な使用で問題のない低雑音が得られたことになる。このことは、表面形状への応答が速く、かつ、低雑音なので、これまで見えなかった微細な表面形状が見えることになることを意味している。
【００３３】
図１２及び図１３には、Ｓｉ基板表面を探針で走査した結果の例を示す。図１２に示す例は、前述の２３０Ｈｚ分の移動平均のみで遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけていない結果であり、図１３に示す例は、図１２の結果に遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルター（ベッセル特性、４次）をかけた結果である。探針先端の曲率半径は２．５μｍ、走査速度は１００μｍ／ｓ、探針を試料に押さえ付ける力は０．０４８ｍｇｆである。この力は、この種の触針式段差計としては、かなり小さい値である。試料を載せたピエゾステージを駆動し、探針で試料上の同じ箇所を５回走査した結果である。変位センサの０点は僅かながら時間変化するので、それぞれの測定結果をz方向にシフトさせて重ねてプロットした。図１２及び図１３において全体がたわんでいるのは、５回の走査結果が良く重なり再現性があることから、試料表面のそりと用いたステージの駆動特性によると思われる。
【００３４】
図１２（移動平均２３０Ｈｚ）では図１３（遮断周波数１５Ｈｚ）に比べると雑音は大きいが、例えば１０μｍの走査領域での、たわみを除いた雑音のピーク‐ピークは１〜２ｎｍ程度であり、実用上は問題ない。むしろ、図１３での低雑音が際立っていると言える。
【００３５】
図１４及び図１５には、凹凸のある試料表面を走査した結果を示す。探針先の曲率半径と走査速度は図１２及び図１３と同じで、力は０．２６ｍｇｆである。図１４は前述の２３０Ｈｚ分の移動平均のみで、図１５は図１４の結果に遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルター（ベッセル特性、４次）をかけた結果である。そして同じ箇所での４回の走査結果を重ねてプロットしている。図１６は図１４（移動平均２３０Ｈｚ）の一部を拡大して表示している。図１６において４回の測定結果に再現性があり、試料表面の凹凸を測定できていることが分かる。それに対して図１５（遮断周波数１５Ｈｚ）では再現性はあるものの、表面の微細な形状は見えていない。
【００３６】
本発明によれば、雑音の小さい差動トランスを用いた触針式段差計において、センサ部品の固有振動に起因する雑音を移動平均などの方法で効果的に除去することにより、応答の速い表面形状測定ができ、通常では測定できない微細な表面形状が測定できるようになる。
【００３７】
ところで、固有振動に起因する雑音の除去には、バンドストップフィルター（バンドエリミネイトフィルター）を用いてもよい。かかるフィルターはアナログフィルターでもデジタルフィルターでもよい。
【００３８】
また、遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターをかけた場合でも、走査速度を小さくすれば、図１４のような表面形状は見えてくるが、遮断周波数が１桁程度低いので、走査速度を１桁遅くする必要がある。その場合には計測器としてのスループットが１桁落ち、作業効率が大幅に低下することになる。さらに、１回の走査に１０倍の時間がかかるということは、その間での変位センサ出力の０点のシフトも１０倍に大きくなり、無視できないドリフトを含むような測定結果になり、再現性に問題が出てくる。
【符号の説明】
【００３９】
１：第１の支持部材
２：支点用針取付け部材
３ ：支点用針
４ ：支点受け部材
５ ：変位センサ
６ ：コア
７ ：コイル
８ ：針圧発生装置
９ ：コア
１０：針圧発生装置８のコイル
１５：探針
２０：触針式段差計の変位センサ
２１：前置増幅器
２２：デジタルシグナル処理回路（ＤＳＰ）
２３：アナログ入力ボード
２４：設定、表示用のコンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を取付け、この一端に隣接して探針の垂直方向変位を検出する変位センサの磁性体コアを取付け、支持体の他端には探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを取付け、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する表面形状測定用触針式段差計における測定精度の改善方法において、
変位センサの磁性体コアに固有雑音の小さい強磁性体のコアを使用し、低雑音の差動トランスとして形成し、
低雑音の差動トランスの出力を、低雑音のデジタルロックインアンプで計測し、
変位の測定結果からセンサの固有振動に起因する雑音を、低域通過フィルターを用いて移動平均法で除去し、低域通過フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くすること
を特徴とする表面形状測定用触針式段差計における測定精度の改善方法。
【請求項２】
変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターとして遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターを使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を取付け、この一端に隣接して探針の垂直方向変位を検出する変位センサの磁性体コアを取付け、支持体の他端には探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを取付け、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する表面形状測定用触針式段差計において、
変位センサを成し、固有雑音が小さい強磁性体のコアを使用した低雑音の差動トランスと、
低雑音の差動トランスの一次コイル及び二次コイルに接続され、低雑音の差動トランスの出力を測定する低雑音のデジタルロックイン増幅器を備えた測定回路手段と、
測定回路手段で測定した変位の測定結果から変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターを備え、フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くするように構成した雑音除去手段と
を有することを特徴とする表面形状測定用触針式段差計。
【請求項４】
雑音除去手段が、低雑音の差動トランスの出力を測定する低雑音のデジタルロックイン増幅器の後段に設けられていることを特徴とする請求項３記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項５】
測定回路手段がデジタルシグナル処理回路を備え、該デジタルシグナル処理回路に、変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターが設けられることを特徴とする請求項３記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項６】
変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターが、遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターであることを特徴とする請求項３記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項７】
変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターが、アナログフィルターから成ることを特徴とする請求項３記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項８】
測定回路手段からの出力を受ける設定、表示用のコンピュータを有し、該コンピュータに、変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターが設けられることを特徴とする請求項３記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項９】
デジタルシグナル処理回路に設けられるフィルターがデジタルフィルターであることを特徴とする請求項８記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項１】
支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を取付け、この一端に隣接して探針の垂直方向変位を検出する変位センサの磁性体コアを取付け、支持体の他端には探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを取付け、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する表面形状測定用触針式段差計における測定精度の改善方法において、
変位センサの磁性体コアに固有雑音の小さい強磁性体のコアを使用し、低雑音の差動トランスとして形成し、
低雑音の差動トランスの出力を、低雑音のデジタルロックインアンプで計測し、
変位の測定結果からセンサの固有振動に起因する雑音を、低域通過フィルターを用いて移動平均法で除去し、低域通過フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くすること
を特徴とする表面形状測定用触針式段差計における測定精度の改善方法。
【請求項２】
変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターとして遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターを使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を取付け、この一端に隣接して探針の垂直方向変位を検出する変位センサの磁性体コアを取付け、支持体の他端には探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを取付け、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する表面形状測定用触針式段差計において、
変位センサを成し、固有雑音が小さい強磁性体のコアを使用した低雑音の差動トランスと、
低雑音の差動トランスの一次コイル及び二次コイルに接続され、低雑音の差動トランスの出力を測定する低雑音のデジタルロックイン増幅器を備えた測定回路手段と、
測定回路手段で測定した変位の測定結果から変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターを備え、フィルターの遮断周波数を通常の１５Ｈｚ程度よりも高くするように構成した雑音除去手段と
を有することを特徴とする表面形状測定用触針式段差計。
【請求項４】
雑音除去手段が、低雑音の差動トランスの出力を測定する低雑音のデジタルロックイン増幅器の後段に設けられていることを特徴とする請求項３記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項５】
測定回路手段がデジタルシグナル処理回路を備え、該デジタルシグナル処理回路に、変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターが設けられることを特徴とする請求項３記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項６】
変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターが、遮断周波数１５Ｈｚの低域通過フィルターであることを特徴とする請求項３記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項７】
変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターが、アナログフィルターから成ることを特徴とする請求項３記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項８】
測定回路手段からの出力を受ける設定、表示用のコンピュータを有し、該コンピュータに、変位センサの固有振動に起因する雑音を移動平均法で除去するフィルターが設けられることを特徴とする請求項３記載の表面形状測定用触針式段差計。
【請求項９】
デジタルシグナル処理回路に設けられるフィルターがデジタルフィルターであることを特徴とする請求項８記載の表面形状測定用触針式段差計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−７６６６（Ｐ２０１３−７６６６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０９０１（Ｐ２０１１−１４０９０１）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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