(57)【要約】【課題】触針走査式の形状測定機や表面粗さ測定機によって鋸刃状溝列の形状を測定する際、測定不可領域を減らして精度良く測定できるようにする。【解決手段】被測定物と接触し、被測定面への形状にならって移動する触針と、前記被測定物と前記触針とを相対的に移動させる走査手段と、前記被測定物の被測定面形状にならって移動する前記触針の移動量を検出する移動量検出手段とを備え、前記触針の前記被測定面に対する角度を任意の角度に設定できるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の被測定面と接触し、前記被測定面の形状に沿って相対移動する触針と、
前記被測定物と前記触針とを相対的に移動させる走査手段と、
前記被測定物の被測定面形状に沿って相対移動する前記触針の移動量を検出する移動量検出手段と、
前記触針の前記被測定面に対する角度を任意の角度に設定する手段とを備えたことを特徴とする微細形状測定機。
【請求項２】
被測定物の被測定面と接触し、前記被測定面の形状に沿って相対移動する触針の中心軸が、前記被測定物が載置される面に対し、垂直の角度から所定角度傾いた位置に固定された触針と、
前記被測定物と前記触針とを相対的に移動させる走査手段と、
前記被測定物の前記被測定面形状に沿って相対移動する前記触針の移動量を検出する移動量検出手段とを備えたことを特徴とする微細形状測定機。
【請求項３】
前記走査手段は、前記被測定物が載置されるＸＹテーブルであることを特徴とする請求項１或いは２のいずれかに記載の微細形状測定機。
【請求項４】
前記走査手段は、前記触針を前記被測定面の面方向に移動させる手段であることを特徴とする請求項１或いは２のいずれかに記載の微細形状測定機。
【請求項５】
被測定面に対する垂直線を基準にした際の触針の中心軸の角度の設定角度を設定する工程と、
前記触針の先端と前記被測定物の被測定面を接触させる工程と、
前記触針の先端を前記被測定面に接触させた状態で、前記触針と前記被測定物とを相対的に移動させる工程と、
前記触針と前記被測定物との相対的な移動に伴う前記触針の動きを検知する工程とを備えたことを特徴とする微細形状測定方法。
【請求項６】
相対移動は前記被測定物を移動させておこなう工程であることを特徴とする請求項５記載の微細形状測定方法。
【請求項７】
相対移動は前記触針を移動させておこなう工程であることを特徴とする請求項５記載の微細形状測定方法。
【請求項８】
前記触針の先端部分の頂角αと、被測定面に対する垂直線を基準にした際の触針の中心軸の角度である設定角度βと、溝が形成された被測定面における溝の根元の角度θの関係が、θ＞α、β＞α／２を満たしていることを特徴とする請求項５記載の微細形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば回折格子に形成された微細溝列や、微細溝列を有する回折格子を成型するための金型に形成された微細溝列などの微細形状を測定するための微細形状測定機及び微細形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回折格子に形成された、直線並列もしくは同心円状に配列された断面が鋸刃状の微細溝列や、そのような形状の回折格子を成型により製造する際の成型用金型の微細溝列は、単結晶ダイヤモンドバイトなどの工具を利用した切削加工、あるいは電子やイオンを利用したビーム加工などにより形成される。これらの形成された微細溝列の精度評価方法として、主に触針走査式の形状測定機あるいは表面粗さ測定機が用いられる。
【０００３】
図５には被測定物１２の被測定面に形成された高さＨ、幅Ｗの微細溝列と、この微細溝列に接触する先端部（頂角α＝９０度）をもつ触針１４が示されている。従来の触針走査式の形状測定機あるいは表面粗さ測定機では、頂角αが６０度〜９０度の円錐型あるいは、斧型のダイヤモンド製触針１４が用いられる。そして、触針１４の取り付け方向、すなわち触針１４の中心部と先端部分の頂角を通る中心軸３０は触針の進む方向に直角となっている（例えば、特許文献１参照）。斧型の触針１４に関しては触針の長手方向に伸びている先端部において先端部の中心部と触針の中心部を結んだ線が中心軸３０になる。
【０００４】
【特許文献１】特公平４−６４５６１号公報（第８頁、図６）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すような測定機を用いて鋸刃状微細溝列の形状を測定する場合、触針１４の先端が届かない部分（触針頂角が微細溝列の角度よりも大きいことと、触針の取り付け方向が固定されていることによる測定不可領域）がある。
【０００５】
例えば，被測定形状が溝列ピッチＷ＝５μｍ，溝山高さＨ＝０．６μｍの鋸刃状溝列を、頂角α＝９０度の触針１４を用いて測定した場合、理論上、測定不可面（ｄｗ）が約１１％（ｄｗ／Ｗ）発生する。このため微細溝列の形状を精度良く測定することが困難である。
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、微細形状を精度良く測定できる微細形状測定機及び微細形状測定方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細形状測定機は、被測定物の被測定面と接触し、被測定面の形状に沿って相対移動する触針と、被測定物と触針とを相対的に移動させる走査手段と、被測定物の被測定面形状に沿って相対移動する触針の移動量を検出する移動量検出手段と、触針の被測定面に対する角度を任意の角度に設定する手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の微細形状測定方法は、被測定面に対する垂直線を基準にした際の触針の中心軸の角度の設定角度を設定する工程と、触針の先端と被測定物の被測定面を接触させる工程と、触針の先端を被測定面に接触させた状態で、触針と被測定物とを相対的に移動させる工程と、触針と被測定物との相対的な移動に伴う触針の動きを検知する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施の形態にかかる微細形状測定機及び微細形状測定方法に関し、図１及び図２を参照して説明する。図１は微細形状測定機の概要を示した図、図２は触針先端と被測定物の被測定面の関係を示す一部拡大図である。
【０００８】
図１中の１は上面（例えば被測定物載置面）に載置された被測定物２をＸＹ方向に移動可能な移動テーブル１である（Ｙ方向は図面の紙面に対して垂直方向）。被測定物２は例えば微細溝列が形成された回折格子や、そのような微細溝列を有する回折格子を成型するための金型等である。回折格子の材質は銅、銅合金、超硬合金、セラミックスなどが考えられる。
【０００９】
被測定物２は、その被測定面２ａを上に向けて移動テーブル１の被測定物載置面１ａ上に置かれる。移動テーブル１の被測定物載置面１ａと対向する位置には、先端が被測定面２ａに接触する触針４があり、これと移動テーブル１とは走査方向に対して相対的に移動する。本実施の形態においては移動テーブル１を走査手段としている。
【００１０】
触針４は、主に円錐型や斧型の形状をなしている。触針４の先端部４ａの被測定物２の被測定面２ａに接触し、被測定面２ａの形状にならって、移動テーブル１の被測定物載置面１ａに対して接離方向（図１中矢印Ｂ方向）に移動可能である。この触針４は傾斜ブロック３の傾斜面３ａに取り付けられている。触針４と傾斜ブロック３の傾斜面３ａとは中心軸（例えば図２中の中心軸１０）に対して同じ角度で取り付けられている。図１では設定する角度ごとに準備が必要な傾斜ブロック３を用いているが、ブロックの傾きを自在に動かすことのできる機構を用いてもよい。例として図４に示すように軸１１の先端を丸くし、その部分を同様の形にくり抜いたブロック１３に差込み、ブロック１３の傾きを自在に動かすことができる構造が挙げられる。傾斜ブロック３は軸１１を介してスプリング７とつながっており、軸１１は軸受け９に支えられている。軸受け９の周囲には、軸１１の矢印Ｂ方向の動き量を検出することで触針４の動きを検出する差動トランスなどの移動量検出手段５がある。斧型の触針４は図面の紙面に対しての垂直方向が長手方向となっている。また、これらの部材（移動量検出手段５、スプリング７、軸受け９、軸１１）は筐体６内に設置されている。
【００１１】
次に、形状測定手順について説明する。移動テーブル１の被測定物載置面１ａ上に被測定面２ａを上に向けて被測定物２を置く。触針４と軸１１を介してつながっている筐体６が下方に移動して、被測定物２の被測定面２ａに触針４の先端を接触させる。
【００１２】
そして触針４の先端を被測定物２に接触させた状態で、移動テーブル１を矢印Ｘ方向に移動させ、触針４と相対移動をさせる。
触針４は被測定物２の被測定面２ａの形状にならって矢印Ｚ方向に移動する。スプリング７とブロック３も矢印方向Ｚ方向に移動し、筐体６に保持されたスプリング７によりその移動量を吸収している。
【００１３】
被測定物２の被測定面２ａの形状によって、矢印Ｂ方向に移動する触針４の移動量は軸１１に反映されるので、軸１１の矢印Ｂ方向の移動量を差動トランスなどの移動量検出手段５で検知する。移動量検出手段５による検知が終わると、触針４は筐体６と共に再び上方に上がっていく。
【００１４】
次に、被測定面２ａの形状が溝列ピッチＷ＝５μｍ、溝山高さＨ＝０．６μｍの鋸刃状溝列をなし、頂角α＝９０度の触針４を用いて，かつ触針４の中心軸１０を設定角度（移動テーブル１の被測定物載置面１ａに対する傾き角度）β＝３０度として測定した場合における具体的な形状測定方法について図２を参照して説明する。被測定物２に向かって触針４を下ろしていき、被測定面２ａと接触した時点で停止し測定の基準とする。移動テーブル１を矢印Ａ方向に移動させて被測定面２ａの形状にならって動く触針４の動きを、軸１１を介して移動量検出手段５において検出し、信号として出力する。図示しない制御部においてその信号を受信し、被測定面２ａの凹凸形状を出力する。測定が終わった後、移動テーブル１は移動を停止し、触針４は再び上方へ移動する。
上述した条件で被測定面２ａの形状を測定すると、測定不可領域を従来の約１１％から約３％（ｄｗ／Ｗ）に減少させることが可能である。
【００１５】
（第２の実施の形態）
図３は、第１の実施形態における条件を変えた図２相当図であり、他の構成等は上記第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。本実施の形態における触針２４は、その先端の頂角α＝７０度に設定し、かつ触針４の中心軸２０の設定角度β＝３５度とした条件で測定している。この場合、被測定面２ａの形状に対して触針２４は干渉しないため、測定不可領域は発生しない。被測定面２ａの形状と触針２４が干渉しない条件としては、θ＞α、β＞α／２を満たすことが必要であり、α＝７０度、β＝３５度に限られるものではない（θは溝の根元の角度を示す）。上述した第１及び第２の実施の形態では、移動テーブル１を動かして被測定面２ａを計測しているが、移動テーブル１を固定して触針４を動かすことにより測定することも可能である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、微細形状測定機の走査方向に対する触針の取り付け方向（触針の中心軸の設定角度β）や触針の頂角αを所望の角度に設定することによって、鋸刃状溝列の形状測定の際に触針の先端が届かない部分（触針頂角形状による測定不可領域）を縮小または回避することにより、高精度な形状測定を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微細形状測定機の構成概略図。
【図２】本発明の微細形状測定機の触針部を示した要部断面図。
【図３】本発明の微細形状測定機の触針部を示した要部断面図。
【図４】本発明の微細形状測定機の軸、ブロックを示した要部断面図。
【図５】従来の微細形状測定機の触針部を示した要部断面図。
【符号の説明】
１・・・移動テーブル  １ａ・・・被測定物載置面  ２・・・被測定物  ２ａ・・・被測定面３・・・傾斜ブロック  ３ａ・・・傾斜面  ４・・・触針  ５・・・移動量検出手段  ６・・・筐体  ７・・・スプリング  ９・・・軸受け  １０・・・中心軸  １１・・・軸  １２・・・被測定物  １３・・・ブロック  １４・・・触針  ２０・・・中心軸  ２４・・・触針  ３０・・・中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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