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針飛び抑制方法において、試料の段差、探針の走査速度、探針先の曲率半径、探針先の形状、探針を試料に押し付ける力、変位センサを支える支点周りの慣性モーメント、及び支点と探針間の距離のパラメーターで決まる探針の飛びの大きさすなわち飛びの高さ、飛び時間、飛び時間中に進む距離を、前記パラメーターの関数として算出して、飛びが起きない条件を予め求め、前記パラメーターに基く測定条件に応じて探針を試料に押し付ける最小限の力を設定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針飛び抑制方法。探針を試料に押し付ける最小限の力は試料の変形が十分に小さくなるように選定されることを特徴とする請求項1記載の表面形状測定用触針式段差計における針飛び抑制方法。探針を試料に押し付ける最小限の力は探針の走査速度の2乗に比例するように選定されることを特徴とする請求項1記載の表面形状測定用触針式段差計における針飛び抑制方法。図7のように探針は先が細くなる形状であり、その先端は曲率を持ち、段差部で上段に上がる際に上方向に速度を持つので、探針を下に押さえる力が小さいと探針のとびが起きる。走査速度が大きいほど段差部での上方向の速度が大きくなるので、とびは大きくなる。とびの例を図8に示す。約2μmの段差を力0.03mgf、走査速度100μm/sで測定した結果で、5回の測定結果を重ねてプロットしてある。探針のとびにより、段差形状が不明瞭になり、段差の算出が正確にできない。この例での力0.03mgfは、この種の段差計としては最も小さい力であり、走査速度100μm/sは一般的な値である。軟らかい試料の変形を小さくするには、力は小さい方がよいが、そうすると針がとび易くなる。走査速度を小さくすれば針はとび難いが、測定に時間がかかり効率的ではない。針のとびについては、針先の形状、段差の大きさ、力や走査速度の他に、センサヘッド自体の特性も複雑に絡んでいる。変位をリアルタイムでモニターして飛びを検知したら力を増すことで、飛びを小さくする方法も提案されている特許文献1、2参照。しかし、かかる方法では、リアルタイムでの変位及び上方向の速度の監視と力の制御を行うために、応答性のよい専用の計測制御器及び力発生機構の他、複雑なプログラムから成るソフトウェアが必要となり、コストアップとなる。そこで、本発明では、高価なリアルタイムでの力の制御を行わない、安価で使用方法が簡便な触針式段差計において、針とびが起きない範囲での最小の力及び最大の走査速度で、試料の変形を最小かつ、最高の効率最小の測定時間で段差を測定できるようにすることを解決すべき課題としている。すなわち、本発明は、試料の段差部分での探針のとびに関して、とびが起きない最小限の力をあらかじめ算出して、適用することで、特に軟らかい試料を針とびがなく、かつ変形が少ない最適の条件で測定できるようにする触針式段差計の針飛び抑制方法を提供することを目的としている。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針飛びを抑制する方法において、試料の段差、探針の走査速度、探針先の曲率半径、探針先の形状、探針を試料に押し付ける力、変位センサを支える支点周りの慣性モーメント、及び支点と探針間の距離のパラメーターで決まる探針の飛びの大きさすなわち飛びの高さ、飛び時間、飛び時間中に進む距離を、前記パラメーターの関数として算出して、飛びが起きない条件を予め求め、前記パラメーターに基く測定条件に応じて探針を試料に押し付ける最小限の力を設定することを特徴としている。本発明による方法においては、好ましくは、探針を試料に押し付ける最小限の力は、試料の変形が十分に小さくなるように選定され得る。また、探針を試料に押し付ける最小限の力は探針の走査速度の2乗に比例するように選定され得る。この場合には、探針の飛びが起きない最大の走査速度が選択され得る。これにより、効率よくすなわち速く測定することができるようになる。本発明の方法によれば、針飛びが起きない最小限の力、最大限の走査速度を選択して測定することにより、軟らかい試料の変形は最小限で済み、最大の効率最大の速さで軟らかい試料の表面形状を測定できることになる。また、本発明の方法によれば、飛びが起きない最適条件を段差や走査速度などをパラメーターとして予め計算で求めておくので、従来のように、測定時に複雑に絡み合う条件を変えながら、飛びが小さくなる条件を、測定を繰り返して経験的に探す必要がなくなり、測定の効率がよくなる。図9には、探針30と試料31の段差部分31aが触れている例を示す。探針30の先端の曲率半径rは2.5μmであり、探針30の先端の上方部の開度は60度であり、探針30は試料31における1μmの段差部分31aの角部に触れており、角度θを図示したように定義する。また図9には、0.1μmの段差部分31bの角部に探針30が触れている例も示している。1μmの段差部分31aでは、実際の段差部分31aの2μm手前から探針30が上昇し始め、また0.1μmの段差部分31bでは、実際の段差部分31bの0.7μm手前から探針30が上昇し始める。以下では、探針30の先端の曲率半径rは2.5μm、探針30の先端の上方部の角度は60度とした場合の結果を例として示すが、それら値を変えても同じ考え方が成り立つ。図10には変数の定義を示す。探針30の先端の曲率部分のみを円として表わし、探針30の先端が試料31における段差部分31a又は31bに接触しながら上昇する様子を、上昇し始める時点上昇開始時点と、上昇が完了した時点上昇完了時点と、それらの間の中間時点の3つの時点で表わした。探針30が上昇し始める位置の空間座標をx、z=0、0とし、xとzの座標軸は図10に示すように定義する。探針30の先端の曲率半径r、試料31の段差部分の段差d、並びに試料31の段差部分における段差dと段差角部に探針30の先端が接触する際の角度θはそれぞれ図示したとおりに定義する。また、探針30の上昇開始から完了までのx方向の距離をx0と定義する。図10に示すように、探針30が試料31に接触しながら段差部分を上がるとき、幾何学的考察から探針30の上昇開始から完了までのx方向の距離x0に関する式1、試料31の段差部分における段差dと段差角部に探針30の先端が接触する際の角度θに関する式2、及びxとzの関係式3が得られる。x0={d2rd}0.51cosθ=rd/r2z=[r2{0.5x}2]0.5rd3図11には例としてr=2.5μm、d=1μmでのxとzの関係を示す。走査速度vsを用いると、時間をtとしてx=vstなので3式は次式のように表される。z=[r2{d2rd0.5vst}2]0.5rd4式4のzをtで二階微分した結果は図12に示され、探針30の先端が式4の動きをする際の探針30の先端の加速度である。つまり、探針30が飛ばずに試料31の段差部分の角部に接触しながら上昇する場合の探針30の先端の加速度である。センサに関しては以下の関係が成り立つ特許文献1、2参照。探針30の先端での力をF、探針30の先端のz方向位置をz、支点のまわりの慣性モーメントをI、支点から探針30の先端までの距離をrstとして、支点のまわりの運動方程式を変形すると次の式が得られる例えば特許文献1参照。F=I/rst2d2z/dt25即ち、力Fが働く場合の、質量がI/rst2の質点の運動とみなすことができる。探針30が飛んでいる間は、力発生コイルにより一定の力が発生しているので、一定の重力場での質点の自由落下運動と同じとみなすことができ、Fが一定ならd2z/dt2も一定になる。このような場合、探針30の先端のz方向の初速探針30の先端が試料31の表面から離れるときの速さをv0とし、支点で支えられた可動部分の重心が支点に近いと仮定すると、飛びの到達高さh、探針30の先端が飛んでいる時間探針30の先端が試料31の表面を離れた後、再び同じ高さの表面に戻るまでの時間2t0はそれぞれ次式で表せる。h=Iv02/2rst2F62t0=2Iv0/rst2F7図12の加速度は、式5を用いて力Fに書き変えると図13に示すようになる。つまり、図11に示すように探針30がとばずに、探針30の先端が試料31の段差部分の角部に接触しながら上昇する軌道をとるのに必要な下向きの力を表わす力の符号は上方向を正としている。質点の運動に例えれば、質点の軌道を曲げるのに必要な下向きの力と言える。よって、図13から分かるように、絶対値が0.21mgf以上の力が下向きにかかっていれば、探針30はとばないことになる。図14には、例として探針の先端の曲率半径rが2.5μm、試料31の段差部分の段差dが約2μm、走査速度vsが100μm/sの場合に、上記より若干大きめの力0.26mgf下向きの力で、その絶対値をかけて測定した結果を示す。段差が先の計算とは異なるが、段差が2μmであっても計算結果に大きな差は生じない後述の計算結果を参照。図14のように実際の測定でも、この計算のとおりに探針のとびが起きないことが確認できた。図13は、探針30が上昇中に試料31の段差部分の角部から離れないための条件であるが、例え角部から離れても探針30のとびの高さが段差より小さければ、実質的には問題がない。それを図15に示す。探針30先の先端の曲率半径r、試料31の段差部分における段差d、走査速度vsは図13の場合と同じで、この条件では、幾何学的考察からz方向の初速度vziは133.3μm/sになるが、それら条件の下で下向きの力の大きさを0.05mgfから0.2mgfまで変えて探針30の先端の軌道を、式5を用いて計算した結果を示している。支点のまわりの慣性モーメントI、支点から探針30の先端までの距離rstとしてI/rst2=0.114gとした。これは実際に試作したセンサヘッドでの値である。なお、そのヘッドでのrstは40mmである。図15の太い線は、探針30が試料31の段差部分における角部に接触しながら上昇する場合の探針30の先端の時間-z空間での軌跡である。探針30の先端にかける力の大きさが0.1034mgfでは、試料31の段差部分における角部を探針30の先端が上昇していく途中で一時的にわずかに探針30の先端が角部から離れるが、とびの高さは段差と同じ1μmであり、その後また角部に接触する。そのとびの頂点と角部とのずれは5ms、0.5μmと極小さく、実際の段差測定での段差算出では、そのような角部での上昇中のデータ及び角部に近い領域のデータは用いないので、段差測定に影響はない。従って、この条件では探針30の先端にかける力の大きさが0.1034mgfでは実質的には、探針30のとびのない段差測定ができる。この例で探針30の先端にかける力の大きさが0.1034mgfのときに、一時的にとんだ後の再接触時に、また探針30が弾み、とぶことが考えられるが、そのとびは小さいので無視してよい。その理由は、図15から分かるように再着地時のz方向の速度等が小さいので、再びとぶときの初速が小さく、とびの高さが初速の2乗で効く式6ことから、2度目のとびが十分小さいことが推測できるからである。図16は、段差dが0.1μmのときの例である。その他条件の探針30の先端の曲率半径r、走査速度vsは図15と同じである。この条件では図10で示したθが45度以下であり、探針30の先端が試料31の段差部分における角部にあたった後、弾性衝突のように上方に弾み、幾何学的考察から初速度vziは53.76μm/sとなる。これは、探針30が試料31の段差部分における角部に接触しながら上昇する際の初速29μm/sよりも大きい。図16の太い線は、探針30が試料31の段差部分における角部に接触しながら上昇する場合であり、また下向きの力の大きさが0.05mgfと0.1681mgfの場合の軌道も示している。力の大きさが0.1681mgfではとびの高さが試料31の段差部分に一致し、前述のように実質的にはとびがないと言える。θが45度以上では、弾性的に跳ね上げられたときの探針30の先端の速度のz成分よりも、接触しながら上昇する際のz方向の初速の方が大きく、それが実際の初速となる。これは、θが45度を境に起きる。z方向の初速vziは幾何学的考察からθの値に応じて以下の式で表される。θ≦45度以下の場合vzi=vssin2θ=2vsrd{d2rd0.5/r28θ>45度の場合vzi=vstanθ=vs{d2rd}0.5/rd9針先曲率半径r=2.5μmの場合の段差dと針先のz方向の初速vziの関係を図17に示す。図9のように針が細くなる部分の角度が60度の場合にはθが60度以上に相当するような大きいdでは、vzi30.5vsとなる。r=2.5μmの場合の、dとθの関係を図18に、dとx0の関係を図19に示す。これらの関係は式1、2などから導出できる。探針30の先端の曲率半径r=2.5μmの場合に、図15及び図16に示す例で説明したのと同様に探針が実質的にとばない力の条件を、試料31の段差dと走査速度vsを変えて計算した結果を図20に示す。図示した力Fの値以上なら探針30はとばない。この図では、下向きの力の絶対値を縦軸にしている。z方向の初速度vziを求める際、θが45度以下では探針が弾性的に弾むとした、つまり、探針の先端を質点の運動とみなしたときの運動エネルギーが保存するとした。しかし、実際には探針の先端が試料の段差部分における角部に衝突する際に、探針を支える棒状部分に振動が起きたり、試料の変形などで運動エネルギーが失われるので、弾性的に弾むわけではない。つまり、実際の初速度は、弾性的と仮定した計算結果より小さいと考えられる。従って、実際の探針のとびの高さは、例えば図16で求めたよりも小さいと考えられる。同様にして考えると、図20のθが45度以下である場合の探針がとばないための力Fの値は、実際にはもう少し小さいと考えられる。実際に初速が小さいので、弱い力で探針のとびを押さえられる。計算例として用いたI/rst2=0.114gの試作センサヘッドにおいて、標準的な走査速度である100μm/sでは、0.14mgf程度あれば探針はとばないことが図20から分かる。通常、数mgfから10mgfの力で段差測定がなされることが多いが、このセンサヘッドでは、その1/10以下の力でも探針のとびがなく測定できることが分かる。式6からとびの高さはz方向の初速の2乗に比例し、力に反比例する。そしてz方向の初速は走査速度vsに比例する。これらのことから、とびを起こさないための力=とびの高さが段差に等しくなる力Fはvsの2乗に比例する。このことは図20に表れている。また、図20において力Fの段差dへの依存性は、図17に示した初速vziの段差dへの依存性を反映している。標準的な走査速度100μm/sの半分の50μm/sでは、探針がとばないための力は1/4になり、0.03mgf程度のこの種の段差計での最も小さい力でも探針がとばないことが分かる。図21には、図20と同様の内容のデータを、横軸を走査速度vsとして、幾つかの段差dでの探針がとばないための力Fを縦軸にプロットしたグラフを示している。力Fが走査速度vsの2乗に比例することが分かる。その力では試料の変形が小さいとして力Fを決定し、段差dの大きさが大体分かっているとき、探針がとばない範囲での最大の走査速度vsが図21から分かる。これにより最大の効率針がとばない範囲での最速の走査速度での測定が可能になる。図20及び図21に示すようなグラフは、任意のセンサヘッド任意のI/rst2、任意の探針の先端形状任意のrに対して計算で算出できる。このようなグラフをあらかじめ作っておけば、任意の段差d、走査速度vsに応じて、探針がとばないための最小限の力Fが分かり、試料の変形を最小限に、最高の効率すなわち最速の走査速度で段差の測定ができる。