(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動トランスから成る変位センサの測定子、針圧発生装置の磁性体コア、及び支点用針を備えた第一支持部材と、探針を有する第二支持部材とを有し、前記第二支持部材が前記第一支持部材に磁力で吸着されるように構成された触針式表面形状測定器において、
前記第一支持部材及び第二支持部材を収容する収容ケースを設け、
前記収容ケースが、前記第一支持部材及び第二支持部材の周囲を囲む下方が解放したケース本体と、前記ケース本体に下方から着脱可能に構成された蓋部材とから成り、
前記ケース本体に、２つの蓋固定用磁石を、それらの磁極が互いに反対向きになるように隣接して配置すると共に、前記蓋固定用磁石の側面及び一端面を囲むように強磁性体材料から成る周囲壁を設け、
前記蓋部材における、前記ケース本体に装着した時に前記蓋固定用磁石に対面する位置に、強磁性体材料から成る被吸着部を設け、
前記蓋部材を前記ケース本体に装着した時に、前記周囲壁と前記蓋部材の被吸着部とで前記蓋固定用磁石の周囲が囲まれるように構成したこと
を特徴とする触針式表面形状測定器。
【請求項２】
前記蓋固定用磁石が円柱形であること
を特徴とする請求項１記載の触針式表面形状測定器。
【請求項３】
前記蓋固定用磁石を囲む周囲壁が、磁石の側面を覆う円筒状の側壁と、磁石の上面を覆う円板状の上壁とから成ること
を特徴とする請求項２記載の触針式表面形状測定器。
【請求項４】
前記蓋固定用磁石及び周囲壁が、前記ケース本体の下端に配置されていること
を特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の触針式表面形状測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位センサに差動トランスを用いた触針式表面形状測定器に関し、特に、探針交換のために簡単に蓋部材を脱着できる構成を有する触針式表面形状測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、変位センサに差動トランスを用いた触針式表面形状測定器の構成を示す概略側面図、図１０は図９に示した触針式表面形状測定器の概略下面図を示している。
図中、符号５１は棒状の第一支持部材を示している。この第一支持部材５１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５２を備え、支点用針取付け部材５２の両端には二つの支点用針５３が取付けられている。これら二つの支点用針５３は二つの支点受け部材５４で支持され、それにより第一支持部材５１は支点受け部材に支点用針５３を介して揺動自在に支持される。第一支持部材５１の一端には、変位センサ５５の測定子すなわちコア５６が取付けられている。この変位センサ５５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５７を備えている。
前記第一支持部材５１の他端には、探針に針圧を加える針圧発生装置５８のコア５９が設けられ、針圧発生装置５８はコイル６０を備えている。コア５９は、コイル６０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。
また、第一支持部材５１の下面には、二つの磁石６１が埋め込まれている。これらの磁石６１は、前記第一支持部材５１における前記二つの支点用針５３を結ぶ線を中心として、前後に配置されている。
図中、符号６２は、棒状の第二支持部材でありその先端には探針６３が下向きに取付けられ、他端は高透磁率部材６４で構成されている。
上記した構成により、センサを構成する第一支持部材５１に埋め込まれた磁石６１が、探針６３を備えた第二支持部材６２の高透磁率部材６４を引き付けて固定し、探針６３を備えた第二支持部材６２がセンサを構成する第一支持部材５１から着脱可能になっている（〔特許文献１〕特開2007-17296参照）。
図９及び図１０に示すように、変位センサに差動トランスを用いた触針式表面形状測定器では通常、探針６３と変位センサ５５のコア５６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、試料表面での探針の上下の動きが変位センサ５５に伝えられる。
その変位は例えば、デジタルシグナルプロセッサDSPを用いたデジタルロックインアンプにより低雑音で高精度に測定される。探針６３を試料に接触させるために、図９の針圧発生装置５８のコイル６０に電流を流し、探針６３を試料に押し付ける。
上記した触針式表面形状測定器において探針６３は消耗品であり交換が必要である。そのため、上記したように変位センサ５５などを含む第一支持部材５１に埋め込まれた磁石６１が、探針６３を含む第二支持部材６２の高透磁率部材６４を引き付けて固定するように構成することで、探針６３を含む第二支持部材６２を、変位センサ５５などを含む第一支持部材５１から取り外すことができるようにされている。
上記したように構成された触針式表面形状測定器における第一支持部材５１及び第二支持部材６２は、外部からの電磁気的な雑音を防いだり、計測に影響する風を防いだり、微細な部品を保護する目的で金属製のケース６５で覆われている。
ケース６５は、支点受け部材５４を含む上部ケース本体６６と、蓋部材６７とから成り、消耗品の探針６３を交換することができるように、蓋部材６７は上部ケース本体６６に着脱可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-17296
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように構成された触針式表面形状測定器は、そのケース６５の大きさが数ｃｍ程度と小さいため、蓋部材６７の上部ケース本体６６への固定に例えばネジを用いる場合、使用されるネジもＭ２程度の小さいネジになる。
このため、蓋部材６７の上部ケース本体６６への固定に例えばネジを用いると、その着脱に手間がかかる。
特に、触針式表面形状測定器はクリーンルームで使用されることが多く、クリーン手袋をした状態でM2程度の小さいネジを扱うのは非常に作業性が悪い。
蓋部材６７の着脱を簡単にするために、蓋部材６７の固定に磁石を用いる方法も考えられるが、変位センサ５５の差動トランスは、磁束を計測するので外部からの磁場に敏感であり、また蓋部材６７から変位センサ５５までの距離が1cm程度しかないので、その磁石の磁場の影響を受けやすい。
また、針圧発生装置５８はコイル６０の端に強磁性体のコア５９を置き、そこでの磁場の勾配を利用してコア５９をコイル中心へ引き込んでいる。従って、この機構もまた他から発生する磁場の影響を受けやすい。
さらに、探針６３を着脱可能にするために、探針６３を含む第二支持部材６２に高透磁率部材６４が設けられ、変位センサ５５を含む第一支持部材５１に設けられた磁石６１で第二支持部材６２が第一支持部材５１に固定されている。この第二支持部材６２における高透磁率部材６４も他で発生する磁場があるとその影響を受ける。その磁場で力を受け支点周りに力のモーメントが発生すると、探針を試料に押し付ける力が影響を受ける。探針を試料に押し付ける力が0.03 mgfである、この種の段差計では最も小さい力での段差測定も行うので、それに影響し得る余計な磁場の発生は極力避けたい。
上記したように、蓋部材６７の固定にネジを使うと作業性が著しく悪くなり、蓋部材６７の固定に磁石を用いると、蓋部材６７の着脱が簡単になるが、変位センサ５５等に悪影響を与えるという問題が生じる。
本発明は、変位センサ等に影響を与えずに、蓋部材の着脱を簡単にすることができる触針式表面形状測定器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】
【０００５】
上記した目的を達成するために本発明に係る触針式表面形状測定器は、差動トランスから成る変位センサの測定子、針圧発生装置の磁性体コア、及び支点用針を備えた第一支持部材と、探針を有する第二支持部材とを有し、前記第二支持部材が前記第一支持部材に磁力で吸着されるように構成された触針式表面形状測定器であって、
前記第一支持部材及び第二支持部材を収容する収容ケースを設け、
前記収容ケースが、前記第一支持部材及び第二支持部材の周囲を囲む下方が解放したケース本体と、前記ケース本体に下方から着脱可能に構成された蓋部材とから成り、
前記ケース本体に、２つの蓋固定用磁石を、それらの磁極が互いに反対向きになるように隣接して配置すると共に、前記蓋固定用磁石の側面及び一端面を囲むように強磁性体材料から成る周囲壁を設け、
前記蓋部材における、前記ケース本体に装着した時に前記蓋固定用磁石に対面する位置に、強磁性体材料から成る被吸着部を設け、
前記蓋部材を前記ケース本体に装着した時に、前記周囲壁と前記蓋部材の被吸着部とで前記蓋固定用磁石の周囲が囲まれるように構成したこと
を特徴とする
前記蓋固定用磁石は、例えば、円柱形であり得る。
また、前記蓋固定用磁石を囲む周囲壁は、磁石の側面を覆う円筒状の側壁と、磁石の上面を覆う円板状の上壁とから成り得る。
さらにまた、前記蓋固定用磁石及び周囲壁は、ケース本体の下端に配置され得る。
【発明の効果】
【０００６】
上記した目的を達成するために本発明に係る触針式表面形状測定器は、ケース本体に、２つの蓋部材固定用磁石を、それらの磁極が互いに反対向きになるように隣接して配置すると共に、蓋部材固定用磁石の側面及び一端面を囲むように強磁性体材料から成る周囲壁を設け、かつ、蓋部材における、ケース本体に装着した時に蓋部材固定用磁石に対面する位置に、強磁性体材料から成る被吸着部を設け、蓋部材をケース本体に装着した時に、ケース本体の周囲壁と前記蓋部材の被吸着部とで前記蓋部材固定用磁石の周囲が囲まれるように構成しているので、蓋固定用磁石からの磁場が、離れた位置では非常に小さくなる。そのため、蓋固定用磁石の磁場が変位センサの差動トランスや針圧発生装置に影響を与えなくなる。
これにより、変位センサに差動トランスを用いて高感度、高精度かつ、微弱な力で測定を行う触針式表面形状測定器において、変位センサ等に影響を与えずに、磁力を用いて蓋部材の着脱を行うことが可能になり、その結果、消耗品の探針の交換作業が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る触針式表面形状測定器の一例を示す概略内部構成図である。
【図２】ケース本体１ａの下方の角部に設けられた蓋固定用磁石をケース本体１ａの底面から見た図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】蓋部材１ｂの上面の角部に設けられた被吸着プレート２５を示す上面図である。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図６】蓋部材１ｂをケース本体１ａに取付けた状態を示す図である。
【図７】着脱ユニットをケース１の底部の四隅に配置した例を示す触針式表面形状測定器の概略側面図である。
【図８】着脱ユニットをケース１の底部の四隅に配置した例を示す触針式表面形状測定器の概略底面図である。
【図９】変位センサに差動トランスを用いた触針式表面形状測定器の構成を示す概略側面図である。
【図１０】図９に示した触針式表面形状測定器の概略下面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下添付図面の図１〜図８を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る触針式表面形状測定器の一例を示す概略内部構成図である。
図中、符号１はケースを示しており、このケース１は、下方が開放したケース本体１ａとケース本体１ａの下側に装着される蓋部材１ｂとから成る。
触針式表面形状測定器は、前記ケース１の内部に収容されている。
図中符号２は棒状の第一支持部材を示しており、この第一支持部材２はその中間部位に下方にのびるホルダー部３が形成されている。該ホルダー部３には、左右両横方向にのびる支点用針取付アーム４が一体に形成されている。支点用針取付アーム４の両端には、それぞれ支点用針５が取付けられている。これら二つの支点用針５は、ケース本体１ａに形成された二つの支点受け部６で支持され、それにより第一支持部材１は、ケース本体１ａの支点受け部材６に支点用針５を介して揺動自在に支持される。
【０００９】
第一支持部材２の一端には、変位センサ７の測定子すなわちコア８が取付けられている。この変位センサ７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９を備えている。
また、第一支持部材１の他端には、探針に針圧を加える針圧発生装置１０のコア１１が設けられ、針圧発生装置１０はコイル１２を備えている。コア１１は、コイル１２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。
【００１０】
また、第一支持部材１のホルダー部３の下部には、断面台形の長手方向溝１３が形成されており、この長手方向溝１３の両側壁は下方へ向かってテーバー状に開いている。ホルダー部３の底部（具体的には前記長手方向溝１３の底面）には、二つの磁石１４が間隔を開けて埋め込まれている。ホルダー部３に埋め込まれた二つの磁石１４は、極性が互いに逆向きになるように配置されている。具体的には、長手方向溝１３の底部の幅は約２ｍｍ、それの入り口の幅は約4ｍｍ、それの深さは約2ｍｍ、それの長さは２０ｍｍであり、また二つの磁石１４はそれぞれ直径１．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍのネオジム磁石から成っている。また、各磁石１４の端面はホルダー部３の長手方向溝１３の底部の面より０．１ｍｍ奥に位置決めされている。
【００１１】
図中、符号１５は棒状の第二支持部材を示しており、この第二支持部材１５は、その先端には探針１６が下向きに取付けられ、他端は高透磁率部材１７で構成されている。高透磁率部材１７の長手方向の両端には上向きにのびるガイド突起１８が形成され、これらガイド突起１８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、各傾斜面の水平平面と成す角度は、ホルダー部３の長手方向溝１３の両側壁が水平平面と成す角度に合わせられている。この高透磁率部材１７の傾斜面は、ホルダー部３における長手方向溝１３の両側壁の傾斜面と共に、第一支持部材２に第二支持部材１５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。
前記第二支持部材１５の他端における高透磁率部材１７は第一支持部材２におけるホルダー部３の溝１３に嵌るようにされ、該第二支持部材１５は、その高透磁率部材１７がホルダー部３に設けられた磁石１４によって保持されるが、その際に高透磁率部材１７はホルダー部３の溝１３の底面には接触するが、二つの磁石１４には接触しないように構成されている。
【００１２】
上述のように第一支持部材２におけるホルダー部３に埋め込まれた二つの磁石１４は、その極性が逆になるように配置されているので、磁気双極子が離れた場所に作る磁場が小さくなり、変位センサ７、針圧発生装置１０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１４の下部では磁力線が第二支持部材１５における高透磁率部材１７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。
【００１３】
一端に探針１６を備え、他端に高透磁率部材１７を備えた前記第二支持部材１５は、交換部品であり、定期的に、ケース本体１ａから蓋部材１ｂを外してケース本体１ａの下方を開放し、第二支持部材１５をホルダー部３から取り外して、新しい第二支持部材１５と交換する。
【００１４】
上記したように構成された触針式表面形状測定器におけるケース１は、その蓋部材１ｂがケース本体１ａに磁力で固定されるように構成されている。
図２は、ケース本体１ａの下方の角部に設けられた蓋固定用磁石をケース本体１ａの底面から見た図を、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図を各々示している。
図面に示すように、蓋固定用磁石は、互いに磁極が反対になるように隣接して配置される二つの円筒状の磁石２０及び２１から成る。これらの磁石２０及び２１は、具体的には、例えば、直径1.5 mm、高さ1.5 mmのネオジム磁石から成る。このように互いに磁極が反対になるように隣接して配置することで離れた位置での磁場が小さくなる。
そして、前記した二つの円筒状の磁石２０及び２１は、図２及び図３に示すように、円筒状の側壁２２及び円板状の上壁２３から成る周囲壁２４で周囲が囲まれている。前記側壁２２及び上壁２３は、強磁性体、例えばSUS430から成り、円板状の上壁２３の寸法は、直径4 mm、板厚0.5 mmであり、円筒状の側壁２２の寸法は、外径4 mm、内径3.1 mm、高さ1.5 mmであり得る。
前記強磁性体から成る周囲壁２４はケース本体１ａに接着剤で固定され、蓋固定用磁石２０及び２１は周囲壁２４に接着剤で固定されている。尚、蓋固定用磁石２０及び２１は互いの磁力でも固定されている。また、これら蓋固定用磁石２０及び２１並びに強磁性体から成る周囲壁２４についても、相互に磁力でも固定されている。
なお、ケース本体１ａ及び蓋１ｂの材質は例えばアルミである。
【００１５】
蓋部材１ａにおける、ケース本体１ａに取付けた時に蓋固定用磁石２０及び２１に対面する角部には、強磁性体から成る円板状の被吸着プレート２５が設けられている。
図４は、蓋部材１ｂの上面の角部に設けられた被吸着プレート２５を示す上面図であり、図５は図４におけるＢ−Ｂ断面図を各々示している。
前記被吸着プレート２５は接着剤で蓋部材１ａの上面に固定されている。この被吸着プレート２５の材質は例えばSUS430であり、その寸法は、例えば、直径6 mm、板厚0.5 mmであり得る。
この吸着プレート２５が、ケース本体１ａに設けられた蓋固定用磁石２０及び２１に引き付けられる。
蓋部材１ｂをケース本体１ａに取付けた状態を図６に示す。
図面に示すように、蓋部材１ｂがケース本体１ａに取付けられると、ケース本体１ａに設けられた蓋固定用磁石２０及び２１が強磁性体から成る側壁２２、上壁２３及び被吸着プレート２５によって囲まれ、蓋固定用磁石２０及び２１から出る磁力線が、これらの強磁性体の中を通るので、強磁性体の外での磁場は非常に小さくなる。
【００１６】
図７及び図８は、前記蓋固定用磁石２０及び２１、周囲壁２４並びに被吸着プレート２５から成る着脱ユニットを、ケース１の底部の四隅に配置した例を示す触針式表面形状測定器の概略側面図及び概略底面図である。
ケース本体１ａの寸法は例えば、長さ50 mm強、高さ20 mm程度、幅30 mm弱である。蓋部材１ｂはその下面全体を覆い、厚さ1 mmのアルミ製である。
このときの磁場を測定した。ケース本体１ａの中には変位センサ等の部品は何も入れていない状態で、蓋部材１ｂを上記の四隅の着脱ユニットで取付け、その磁石による磁場を、変位センサや力発生機構などの位置で測定した。測定結果には地磁気が含まれるので、それを差し引いて評価をした結果、使用した測定器の測定限界の0.1 ガウス以下であった。なお、その着脱ユニットと変位センサなどとの距離は10 mm程度である。
地磁気が0.45ガウス（東京付近）であることを考えると、その着脱ユニットの磁石の、変位センサなどへの影響は実質的にはないと言える。
従って、高精度の変位センサ及び微弱な力発生機構への影響が生じない、磁力による簡便な蓋部材１ｂの着脱機構が実現できた。これにより探針の交換作業が簡便になる。
なお、使用時に、蓋部材１ｂの下方2.5 mmに試料面が来る場合があるが、その位置での磁場は0.5 ガウス以下であった。その結果、試料への影響も実質ないことが確認できた。探針先の位置では、着脱ユニットから20 mm程度離れているので影響はさらに小さい。
【００１７】
上記した実施例では、ケース本体１ａ及び蓋部材１ｂの四隅に着脱ユニットを設けているが、部品点数を減らして着脱ユニットを２つに減らしてもよい。
また、上記した実施例では、着脱ユニットをケース本体１ａの底面に設けているが、着脱ユニットを設ける位置は本実施例に限定されることなく、例えば、ケース本体１ａの側面に設けてもよい。
その場合、側面で磁力で取り付き、L字型の板でケース１の側面と底面を覆ってもよい。
同様に着脱ユニットはケース本体１ａの上面に配置してもよい。その場合、上面で磁力で取り付き、コの字型の板でケース１の上面、側面、底面を覆ってもよい。
【符号の説明】
【００１８】
１  ケース
１ａ  ケース本体
１ｂ  蓋部材
２  第一支持部材
３  ホルダー部
４  支点用針取付けアーム
５  支点用針
６  支点受け部
７  変位センサ
８  コア（変位センサの測定子）
９  コイル
１０  針圧発生装置
１１  コア（針圧発生装置のコア）
１２  コイル
１３  長手方向溝
１４  磁石
１５  第二支持部材
１６  探針
１７  高透磁率部材
１８  ガイド突起
２０  磁石（蓋固定用磁石）
２１  磁石（蓋固定用磁石）
２２  側壁
２３  上壁
２４  周囲壁
２５  被吸着プレート
５１  第一支持部材
５２  支点用針取付け部材
５３  支点用針
５４  支点受け部材
５５  変位センサ
５６  コア
５７  コイル
５８  針圧発生装置
５９  コア
６０  コイル
６１  磁石
６２  第二支持部材
６３  探針
６４  高透磁率部材
６５  ケース
６６  上部ケース本体
６７  蓋部材
【図１】
0005732705.tif 000002
【図２】
0005732705.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005732705.tif 000007
【図７】
0005732705.tif 000008
【図８】
0005732705.tif 000009
【図９】
0005732705.tif 000010
【図１０】
0005732705.tif 000011