(57)【要約】【課題】  表面形状測定用触針式段差計における力の探針位置への依存性及び部品寸法のばらつきを補償できる表面形状測定用触針式段差計の力の補正方法を提供する。【解決手段】  支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を設け、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設け、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを支持体に取付け、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触針式段差計の力の補正方法において、  探針の針先の変位成分ｚと探針の針先での力の関係を予め測定して関係式を求めてコンピュータにプログラムしておき、表面形状測定時には探針の針先の変位成分ｚをリアルタイムでモニターし、その関係式を用いて力発生用コイルに流す電流をコンピュータで制御することにより、探針の針先の変位成分ｚの変化を補償する。【選択図】  図１２
2007327826.tif 000002
【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設け、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設け、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを支持体に取付け、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触針式段差計の力の補正方法において、
探針の針先の変位成分ｚと探針の針先での力の関係を予め測定して関係式を求めてコンピュータにプログラムしておき、表面形状測定時には探針の針先の変位成分ｚをリアルタイムでモニターし、その関係式を用いて力発生用コイルに流す電流をコンピュータで制御することにより、探針の針先の変位成分ｚの変化を補償することを特徴とする触針式段差計の力の補正方法。
【請求項２】
探針の針先の変位成分ｚをリアルタイムでモニターし、力の補正量ｆ（ｚ）を計算し、探針の針先の変位成分ｚと探針の針先での力の関係を予め測定して求めた関係式により出力すべきコイル電流を求めることを特徴とする請求項１に記載の触針式段差計の力の補正方法。
【請求項３】
長期間の使用に伴う支点用針先の摩耗時には、探針の針先の変位成分ｚと探針の針先での力との関係式を求め直してコンピュータにおけるプログラムを変更することにより探針位置と力の関係の変化を補償して力を一定にすることを特徴とする請求項１に記載の触針式段差計の力の補正方法。
【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の力の補正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（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平３−８７６３７号
【０００４】
本発明者は、先に、特願２００５−１９９３３７において、表面形状測定用触針式段差計を提案した。この触針式段差計は、添付図面の図１〜図６に示すように、棒状の第１の支持部材１を有し、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６）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。
【０００５】
また、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。
【０００６】
また、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。
【０００７】
また図１、図２、図４及び図６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１に第２の支持部材１４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。
【０００８】
また、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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
図６には図１に示す触針式表面形状測定器を枠体１９に組込んだ状態を示し、二つの支点受け部材４は枠体１９の下部枠部材１９ａ、１９ｂに固定されている。支点上の可動部は枠体１９の中に収められ、枠体１９の外側にはパネル（図示していない）が取付けられ、風による揺れや温度変化を防ぐようにしている。変位センサ５のコイル、支点受け部材４、針圧発生装置８のコイル１０は、この枠体１９内で枠体１９に対して固定されている。図６では見やすくするために変位センサ５のコイル及び針圧発生装置８のコイル１０は省略されている。これら２種のコイルは上方からそれぞれのコイルに被さり、枠体１９にねじ等で固定される。図６の枠体１９を含めた変位センサ５、針圧発生装置、及び支点上のその他の可動部から成る部分をセンサヘッドと呼ぶ。斜め上方からカメラで探針１５をモニターするために、探針１５は枠体１９から突き出す構造にし、探針１５を支える棒状体すなわち第２の支持部材１４に沿った形の細い風除けカバー（図示していない）が枠体１９の前部に取付けられる。第２の支持部材１４の先端付近の上下にはストッパー（図示していない）が設けられ、探針１５の動く範囲が制限される。
【００１３】
このように構成した図示触針式表面形状測定器においては、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。
【００１４】
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。
【００１５】
図７には、支点上の可動部の重心と支点（支点用針３を受ける支点受け部材４）の位置関係の例を示す。支点を×、重心を●で示し、右端が探針１５である。図７の（ａ）は支点と重心のｚ成分が一致している場合で、図７の（ｂ）は重心が支点より下にある場合である。探針が上がると支点まわりの回転運動により、図７の（ｂ）に示すように重心のｘ成分に変化Δｘが生じる。これにより支点と重心のｘ成分の差が変化し、探針１５を上げる力が変化する。探針１５を下げようとする針圧発生装置８（コイル電流とコア９）による力の探針位置への依存は小さいので、トー夕ルの力において重心のｘ成分の変化が問題となる。探針１５の位置（ｚ成分）によって力が変化するようでは、表面形状（探針１５のｚ成分が変化する）を一定の力で測定できないことになる。
【００１６】
この重心のｘ成分の変化は図７から分かるように、支点と重心のｚ成分の差が小さいほど小さい。従って、力の探針位置への依存を小さくするために、可動部の設計、組立において、支点と重心のｚ成分の差を小さくする必要がある。
【００１７】
上記の重心位置の問題の他に、支点を構成する支点用針３の針先の曲率半径の問題もある。針先の曲率半径は０ではなく有限なので、図７に示した回転に伴い、支点用針３の針先と支点受け部材４との間の接触位置が移動すると考えられる。それにより支点と重心間の距離Ｒが変わるので、探針１５での力が変化する。図７でみると、探針１５が上がると、接触点である支点は左に移動し、「重心に働く重力が探針を上げる力」が減り、針圧発生装置８を加えたトータルでは探針１５を下げる力が増す。この支点の移動を小さくするために支点用針３の針先の曲率半径は小さく作られる。しかし、使用するにつれ、支点用針３の針先は摩耗、変形するので、その曲率半径には自ずと限界がある。
【００１８】
図８には探針１５での力の探針位置ｚへの依存性の測定例を示し、上向きの力を正としている。力発生コイル１０に２５．４ｍＡの電流を流し、探針１５が上部ストッパーの位置から降り、下部ストッパーで眺ね返り振動する際のｚの時間変化を測定し、時間で２階微分し加速度を求め、それから力を算出して、探針１５のｚに対してプロットした例である。図９はそのときの探針１５のｚの時間変化、図１０は２階微分して得た加速度から求めた力の時間変化である。なお、加速度と力の間の比例定数は予め電子天秤で実際の力を測定して求めた。
【００１９】
この例では重心のｚを支点のそれに近づけるための特別な微調整（バランス用重りの位置、質量の微調整）は行っていない。このセンサヘッドのｚの使用範囲は±０．１５ｍｍを想定しており、その範囲では、−０．２７５ｍｇｆ／ｍｍの力のｚへの依存がある（図８の破線参照）。つまり、使用範囲の０．３ｍｍでは、０．２７５×０．３＝０．０８２５ｍｇｆだけ力が変化するため、想定している０．０５ｍｇｆの一定の力での表面形状測定ができないことになる。
【００２０】
長時間の手間をかけた試行錯誤により、バランス用重りの位置、質量の微調整を行っても、実際には−０．１５ｍｇｆ／ｍｍ程度が限界であり、使用範囲の０．３ｍｍでは、０．１５×０．３＝０．０４５ｍｇｆだけ力が変化し、必ずしも０．０５ｍｇｆで一定にはならない。或いは、０．０５ｍｇｆで一定であると言えるｚの範囲が狭い。
【００２１】
なお、上記の「ｚに対する力の傾き」が負でないと、表面形状測定時に探針１５が段差部分で上にとんだときに、上がったまま下りてこないことも考えられる。そのことも、上記傾きを０に近づけきれない理由の一つである。
【００２２】
支点用針３は１φの棒の先を研磨により尖らせているために、その部品の全長の誤差として０．１ｍｍ程度は避けられない。つまり、同じ設計のもとに製作しても、支点と重心のｚの差が０．１ｍｍ程度ばらつき、センサヘッドごとにバランス用重りの位置、質量の長時間を要する微調整が必要になる。
【００２３】
図７を参照して例を挙げて説明する。可動部の質量４．３ｇ、支点と探針１５との間の距離ｒ＝６０ｍｍとする。コイル電流を０にしたときに探針１５が上部ストッパーに戻る速さを考え、そのときは探針１５での力が上向きに２．５ｍｇｆとすると、支点と重心のｚ成分の差はＲ＝３５μｍとなる。このとき、支点と重心ｚ成分の差Ｚが０．１ｍｍとすると、探針１５の針先のｚ成分が＋０．１５ｍｍと−０．１５ｍｍでは、０．０３６ｍｇｆ力が異なることが幾何学的考察から分かる。つまり、支点用針部品の全長寸法の０．１ｍｍの誤差は無規できず、部品ごとにバランス調整が必要となる。なお、支点用針部品の組立においては、その上部で位置決めをせざるを得ないので、全長の誤差は下端、即ち支点部に反映される。しかし、仮に微調整を終えたとしても、その後の使用に伴う支点用針３の針先の摩耗により、「探針位置と力の関係」は変化してしまう。
【００２４】
上記バランス調整（図７のＺを小さくする調整）においては、支点用針３の針先の曲率半径が十分に小さければ、支点上の可動部を実体振り子とみなして、その周期から支点と重心のｚ成分の差Ｚを判断できる。この周期が長くなるようにバランス用重りを配置した後、コイル電流０で探針１５が上がるように、その重りを−ｘ方向（図７で左方向）にずらせばよい。質量Ｍ＝４．３０ｇ、回転軸（支点）周りの慣性モーメントＩ＝７４０ｇｍｍ２の例では、周期Ｔ＝２π（Ｉ／ＭｇｏＬ）０．５  が１秒では、回転軸と重心の距離Ｌは０．６８ｍｍ、Ｔ＝２秒では、Ｌ＝０．１７ｍｍと計算される。前述の−０．１５ｍｇｆ／ｍｍの微調整結果の例では、その依存性の傾きの値から幾何学的考察により図７のＺは０．１２５ｍｍと見積もられ、その場合のバランス時（Ｌ＝０．１２５ｍｍ）の周期は２．３３秒と計算される。これは、このときの周期の測定値２．３秒に一致する。コイル１０に電流を流してバランスさせ、周期を測定してもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上記で説明したように、この種の表面形状測定用触針式段差計においては、支点と重心のｚ成分の僅かなずれは避けられず、また、支点用針の針先の曲率半径は有限であり、それらにより探針のｚが変化すると探針での力が変化し、表面形状を一定の力で測定することができない。また、支点と重心のｚ成分の差、及び、支点用針の針先の曲率半径は、支点用針の針先の摩耗により大きくなり、使用するにつれ、探針での力の探針位置ｚへの依存が大きくなる。
【００２６】
そこで、本発明は、この種の表面形状測定用触針式段差計に伴う問題点を解決して力の探針位置への依存性及び部品寸法のばらつきを補償できる表面形状測定用触針式段差計の力の補正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】
【００２７】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、支点に揺動可能に取付けられた支持体の一端に探針を設け、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設け、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアを支持体に取付け、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触針式段差計の力の補正方法において、
探針の針先の変位成分ｚと探針の針先での力の関係を予め測定して関係式を求めてコンピュータにプログラムしておき、表面形状測定時には探針の針先の変位成分ｚをリアルタイムでモニターし、その関係式を用いて力発生用コイルに流す電流をコンピュータで制御することにより、探針の針先の変位成分ｚの変化を補償することを特徴としている。
【００２８】
本発明による触針式段差計の力の補正方法においては、探針の針先の変位成分ｚをリアルタイムでモニターし、力の補正量ｆ（ｚ）を計算し、探針の針先の変位成分ｚと探針の針先での力の関係を予め測定して求めた関係式により出力すべきコイル電流を求める。
【００２９】
また、長期間の使用に伴う支点用針先の摩耗時には、探針の針先の変位成分ｚと探針の針先での力との関係式を求め直してコンピュータにおけるプログラムを変更することにより探針位置と力の関係の変化を補償して力を一定にする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明による触針式段差計の力の補正方法においては、リアルタイムでモニターする探針位置から、出力すべき力発生用コイル電流値を、予め測定しておいた「探針位置と力の関係」を基にして出力するので、従来避けられなかった「力の探針位置への依存」を簡単かつ確実に小さくできる。その結果、従来行われていた、部品寸法のばらつきに応じてバランス用重りの位置（ｘ、ｚ成分）、質量を試行錯誤で探るという大きな手間を省くことができるようになる。
【００３１】
また、探針を交換して重心のｚ成分が変化しても、「探針位置と力の関係」を求め直してプログラムを書き換えれば、簡単に「力の探針位置への依存」を小さくできる。
【００３２】
さらに、長期使用により支点用針先が摩耗して、「力の探針位置への依存」が変化しても、上記同様、プログラムの変更だけで「力の探針位置への依存」の変化を簡単に補償できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、添付図面の図１１〜図１５を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、触針式段差計としては先に提案した図１〜図６に示す構成のものを使用する。
【００３４】
図１１には測定及び制御系の構成の一例を示している。図１１において、２１はコンピュータ装置で、このコンピュータ装置２１はアナログ入出力ボード２２を介して、針圧発生装置８におけるコイル１０に接続された針圧発生装置用電源２３及び走査ステージ２４の駆動装置２５にそれぞれ接続されている。また、コンピュータ装置２１は、汎用インターフェースボード２６を介してデジタルロックイン増幅器及び発振器を備えた検出回路２７に接続され、この検出回路２７は変位センサ５を成す差動トランス２８の一次コイル及び二次コイルに接続されている。
【００３５】
本発明においては、差動トランス２８の出力電圧を検出回路２７のロックイン増幅器で計測し、そのアナログ出力をコンピュータ装置２１で読み、変位ｚに換算する。この変位ｚの値から針圧発生装置８におけるコイル１０に流すべき電流を計算し、針圧発生装置用電源２３を制御する。この制御を変位ｚの読込みごとに行う。
【００３６】
図１２に計測、制御の時間的流れを示す。針圧発生装置８におけるコイル１０に流すコイル電流Ｘと探針１５での力Ｆの関係はＦ＝ａＸ２＋ｂＸ＋ｃ（ａ、ｂ、ｃは定数）でよくフィットし、ａ、ｂ、ｃを予め求めておき、指定した力に対応するコイル電流をこの式から計算し、出力する。
【００３７】
まず探針１５での力Ｆ０を指定し、この力Ｆ０で測定したいときは、Ｆ０＝ａＸ０２＋ｂＸ０＋ｃを満たすＸＯを求め出力する。しかし、この関係式は例えば変位ｚ＝０での関係式であり、変位ｚが０から変化すると、コイル電流がＸ０のままでは、探針１５での力はＦ０とは異なる値に変化する。
【００３８】
そこで、本発明の方法では、変位ｚを読み、力の補正量ｆ（ｚ）を計算し、出力すべきコイル電流を、Ｆ０＋ｆ（ｚ）＝ａＸ１２＋ｂＸ１＋ｃ  を解いてＸ１を求め出力する。これを数ｍｓ間隔で繰り返す。つまり、変位ｚを読むたびに力を補正するので、変位ｚに依存しない力の発生が可能になる。
【００３９】
力Ｆの補正量ｆ（ｚ）の関数形は予め決めておく。図８の結果を補正する場合には、破線がＦ＝−０．２７５ｚ−０．０７５  なので、補正量はｆ（ｚ）＝０．２７５ｚとすればよい。
【００４０】
図１３には、力、探針１５の針先の変位ｚ、コイル電流Ｘの関係例を示す。探針１５の針先での力ＦＴ（Ｘ、ｚ）は、重心、支点、探針の位置で決まる重力による力ＦＧ（ｚ）と、コイル電流による力ＦＣ（Ｘ）の和と考えられ、トータルの力は
ＦＴ（Ｘ、ｚ）＝ＦＧ（ｚ）＋ＦＣ（Ｘ）
と表される。ＦＣ（Ｘ）の変位ｚへの依存は十分に小さいと考えられるので無視する。
ＦＴ（Ｘ，ｚ）はａＸ２＋ｂＸ＋ｃでフィットできると述べたが、ＦＧ（ｚ）＝ｃ（ｚ）、ＦＣ（Ｘ）＝ａＸ２＋ｂＸと考えられる。Ｘ＝Ｘ０においてｚが０からｚ１に変化すると図１３の（ｂ）に示すようにトータルの力はＦ０からＦｌに変化し、ｆ（ｚ１）＝ｃ（０）−ｃ（ｚ１）だけ小さくなる（力の絶対値は大きくなる）。従って、この分を補正する必要がある。通常はｚ＝１での関数ＦＴ（Ｘ、０）が求められている。つまり、ＦＴ（Ｘ、０）＝ａＸ２＋ｂＸ＋ｃ（０）の関数形が求められている。ｚ＝ｚ１での力を補正することは、ＦＴ（Ｘ、ｚ１）＝ａＸ２＋ｂＸ＋ｃ（ｚ１）＝Ｆ０になるＸ１を求めて出力することであるが、図１３から分かるように、ＦＴ（Ｘ、０）においてＦＴ（Ｘ、０）＝Ｆ０＋ｆ（ｚ１）となるＸ１を求めることと同じである。
ＦＴ（Ｘ、ｚ１）＝ａＸ２＋ｂＸ＋ｃ（ｚ１）＝Ｆ０
に対して、
ＦＴ（Ｘ、０）＝ａＸ２＋ｂＸ＋ｃ（０）＝Ｆ０＋ｆ（ｚ１）
は
ａＸ２＋ｂＸ＋ｃ（０）−ｆ（ｚ１）＝ａＸ２＋ｂＸ＋ｃ（ｚ１）＝Ｆ０
となり同じ式になる。図１３の関数の線が平行移動の関係だからである。以上から、ａＸ２＋ｂＸ＋ｃ（０）＝Ｆ０＋ｆ（ｚ１）を満たすＸ＝Ｘ１を求めればよく、図１２で述べた方法と一致する。
【００４１】
こうして測定した変位ｚと力の関係を図１４に、比較のため図８と同じスケールで示す。図１４のグラフから認められるように力の変位ｚへの依存をかなり小さくできた。図８と同様に変位ｚの時間変化を測定し、それから加速度を求めて力を算出し、力を変位ｚに対してプロットした。その「変位ｚの時間変化の測定」、即ち、図９に示したような測定の際に、上述の「力の補正の制御」を行った。なお、測定の時定数は１ｍｓ、変位ｚの読取り及び力の出力は２ｍｓごとに行った。
【００４２】
この例では補正量を線形で近似したが、さらに詳細な補正量を設定すれば、力の変位への依存をさらに小さくできる。補正はコンピュータ装置２１ヘのプログラムだけの問題であるので、どのような補正も可能である。図８に示した探針１５の変位ｚと力の関係の例において、１次で表されるものは前述した「重心と支点のｚ成分の差」によるものと考えられ、それからずれるものは「支点用針３の針先曲率半径が有限であることによる支点（接触点）の移動」によると考えられる。
【００４３】
図１４の補正の例では、変位ｚが０付近での探針１５の上下の速さは２×１０−３ｍ／ｓ程度である。実際の表面形状測定では、弱い力で測定する場合にはヘッドまたは試料の走査速度は１×１０−４ｍ／ｓ程度なので、探針１５の上下の速さもその程度である。従って、変位ｚの変化が１桁以上遅いので、リアルタイムの制御はこの実験の例よりも容易である。
【００４４】
実際に使用する範囲は±０．１５ｍｍ程度であるので、その範囲での力の補正の詳細な測定を行った。制御自体は図１４の場合と同様だが、変位計測のアンプの増幅率を５倍に上げた。また、変位ｚが０付近での探針１５の上下の速さを１×１０−３ｍ／ｓ程度に下げ、実際の表面形状測定時の状態に近づけた。下部ストッパーでの跳ね返りではなく、針圧発生装置８におけるコイル１０による力で探針１５を上方へ上げた。つまり、変位ｚが−０．２ｍｍ以上では力の補正を行い、力の変位ｚへの依存を小さくしたが、変位ｚが−０．２ｍｍ以下では補正をせず、従って、そこでは図８と同じ力の依存性である。それにより変位ｚが小さくなると、力が上向きに働き、探針１５が振動する。その振動を利用して、変位ｚの時間変化を測定し、加速度、力を算出し、力を変位ｚに対してプロットした。測定対象の変位ｚが±０．１５ｍｍで、下部ストッパーまで下ろさずに上述のように振動させた。±０．１５ｍｍ程度の範囲で力が−０．０５ｍｇｆ前後になるようにした結果を示すのが図１５である。０．０５ｍｇｆ程度の力で、±０．１５ｍｍ程度の広い範囲で表面形状測定が可能であることを示している。
【００４５】
ところで、図示実施形態では、第１の支持部材を二箇所で支点支持している構造の装置に基いて説明してきたが、当然一つの支点で揺動自在に支持する構造の装置でも同様に実施することができる。また、本発明は、第１の支持部材の両端に設けられる変位センサの測定子と針圧発生装置のコアとの位置関係を逆にした触針式表面形状測定器にも同等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を実施している触針式表面形状測定器の構成を概略図。
【図２】図１における触針式表面形状測定器の要部を下から見た概略線図。
【図３】図１における触針式表面形状測定器のホルダー部分の構成を示す拡大部分断面図。
【図４】図１における触針式表面形状測定器のホルダー部分の構成を示す拡大部分断面図。
【図５】図１における触針式表面形状測定器の支点部の構造を示す拡大断面図。
【図６】触針式表面形状測定器を枠体に組み込んだ構造を示す概略斜視図。
【図７】支点と重心の位置関係を示す線図。
【図８】探針の変位ｚと力の関係を例示するグラフ。
【図９】探針の変位ｚの時間変化を例示するグラフ。
【図１０】探針における力の時間変化を例示するグラフ。
【図１１】計測及び制御系の構成を示すブロック線図。
【図１２】本発明の方法による力の出力の仕方を示すフロー線図。
【図１３】力と変位とコイル電流の関係を示すグラフ。
【図１４】本発明の方法に従って力を補正した結果を示すグラフ。
【図１５】本発明の方法に従って力を補正した結果の詳細測定例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４７】
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
１１  ：磁石
１２  ：ホルダー
１３  ：長手方向溝
１４  ：第２の支持部材
１５  ：探針
１６  ：高透磁率部材
１７  ：ガイド突起
１８  ：板状部材
１９  ：枠体
１９ａ：下部枠部材
２１  ：コンピュータ装置
２２  ：アナログ入出力ボード
２３  ：針圧発生装置用電源
２４  ：走査ステージ
２５  ：駆動装置
２６  ：汎用インターフェースボード
２７  ：検出回路
２８  ：差動トランス
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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