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JP2014066613A - Contact probe and contact profilometer - Google Patents

Contact probe and contact profilometer Download PDF

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JP2014066613A
JP2014066613A JP2012212252A JP2012212252A JP2014066613A JP 2014066613 A JP2014066613 A JP 2014066613A JP 2012212252 A JP2012212252 A JP 2012212252A JP 2012212252 A JP2012212252 A JP 2012212252A JP 2014066613 A JP2014066613 A JP 2014066613A
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JP
Japan
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probe
contact
measured
weight
shape
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012212252A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryusuke Nakajima
隆介 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a contact probe and a contact profilometer which can perform highly-accurate profile measurement by reducing the influence of floating of the probe from a measured object in association with vibration of the probe.SOLUTION: A contact probe used for a profilometer measures a profile of a measured object by scanning a surface of the measured object while contacting with the measured object and also by measuring a position of the contact probe itself. A space is provided inside the contact probe, and heavy bobs are movably arranged in the space.

Description

本発明は、レンズやミラーなど光学素子、及び光学素子を製作するための型の表面形状などを測定する接触式プローブを有する形状測定装置に関する。また、接触式プローブの変位を、光を用いる変位センサで検出して被測定物面の形状を測定する接触式プローブに関する。   The present invention relates to a shape measuring apparatus having an optical element such as a lens and a mirror, and a contact probe for measuring the surface shape of a mold for manufacturing the optical element. The present invention also relates to a contact probe that detects the displacement of the contact probe with a displacement sensor using light and measures the shape of the surface of the object to be measured.

レンズやミラーもしくは金型の表面など3次元的な構造を有する被測定物の形状や特定部位の座標を測定する形状測定方法として、プローブと呼ばれるシャフト状の触針を用いる形状測定方法がある。この測定方法はプローブを被測定物の表面に所定の接触力で押圧しながら被測定物の表面に倣って移動させ、定められた原点からのプローブの位置やプローブの姿勢を計測することで、その計測値に基づき被測定物の形状を測定するものである。   There is a shape measuring method using a shaft-like stylus called a probe as a shape measuring method for measuring the shape of an object to be measured having a three-dimensional structure such as a lens, a mirror or the surface of a mold or the coordinates of a specific part. This measurement method moves the probe along the surface of the object to be measured while pressing it against the surface of the object to be measured with a predetermined contact force, and measures the position of the probe and the posture of the probe from a predetermined origin. The shape of the object to be measured is measured based on the measured value.

しかしながら、プローブに発生した振動などにより、形状測定中においてプローブが被測定物に対して接触を保てなくなる場合、その被測定物に対する浮き上がり量はそのまま測定誤差に現れる。従って、形状測定中にプローブと被測定物の間の接触を如何に保ちつつ形状計測を行うかが重要な技術課題となっていた。   However, when the probe cannot keep contact with the object to be measured during shape measurement due to vibration or the like generated in the probe, the floating amount with respect to the object to be measured appears as a measurement error as it is. Therefore, how to perform shape measurement while maintaining contact between the probe and the object to be measured during shape measurement has been an important technical issue.

従来、このような3次元形状計測方法においては、特許文献1に開示されているようなプローブが知られている。特許文献1に記載のプローブでは、プローブはハウジングに配置された空気軸受けによってプローブのラジアル方向に懸架され、スラスト方向には板バネにより懸架されている。このことにより、プローブはスラスト方向に変位可能に支持され、板バネによりその変位に比例した反力が発生する。また、プローブの被測定物と接触する側には先端球、先端球とは逆側の端部の変位を測定するように、変位計をハウジングに配してあり、ハウジングは移動ステージに搭載されている。   Conventionally, in such a three-dimensional shape measurement method, a probe as disclosed in Patent Document 1 is known. In the probe described in Patent Document 1, the probe is suspended in the radial direction of the probe by an air bearing disposed in the housing, and is suspended by a leaf spring in the thrust direction. As a result, the probe is supported so as to be displaceable in the thrust direction, and a reaction force proportional to the displacement is generated by the leaf spring. In addition, a displacement gauge is arranged in the housing so that the displacement of the tip sphere on the side of the probe in contact with the object to be measured and the end opposite to the tip sphere is measured. The housing is mounted on the moving stage. ing.

一方、中空円筒としたプローブ内部に、球形の重錘とそれを上下に引っ張る上下のコイルバネ、重錘に対して摩擦力を与える高分子材料を備えている。これら、重錘、コイルバネと高分子材料によって、プローブ本体に対する動吸振器を構成している。被測定物の形状を測定する際には、変位計によるプローブとハウジングの変位と、被測定物を倣い走査させたときのハウジングの位置を計測することによって、被測定物の形状を測定するものである。   On the other hand, a spherical cylinder is provided with a spherical weight, upper and lower coil springs for pulling it up and down, and a polymer material that gives a frictional force to the weight. These dynamic weight, coil spring and polymer material constitute a dynamic vibration absorber for the probe body. When measuring the shape of the object to be measured, the shape of the object to be measured is measured by measuring the displacement of the probe and the housing by the displacement meter and the position of the housing when the object to be measured is scanned. It is.

被測定物に一定押圧で接触しつつ走査されるプローブは、被測定物表面と先端球との間に生じるスティックスリップ等により発生した衝撃により、プローブは懸架剛性の弱いスラスト方向に振動させられることがある。図4は、プローブにて球体上を倣い走査したときに得られたプローブ押圧の時間変化を表す。図4によると、球体の面傾斜が大きくなるに従って振動が大きくなっていることがわかる。このとき、特許文献1の方式に依れば、プローブのスラスト方向の振動は、適切な動吸振器を構成することで、低減させることが可能であり、形状測定中に被測定物に対するプローブの浮き上がりを発生させにくいという特徴を持っている。   The probe that is scanned while contacting the object to be measured with a constant pressure must be vibrated in the thrust direction where the suspension rigidity is weak due to the impact generated by stick-slip or the like generated between the surface of the object to be measured and the tip sphere. There is. FIG. 4 shows the time change of the probe pressing obtained when the probe is scanned following the sphere. According to FIG. 4, it can be seen that the vibration increases as the surface inclination of the sphere increases. At this time, according to the method of Patent Document 1, the vibration in the thrust direction of the probe can be reduced by configuring an appropriate dynamic vibration absorber, and the probe with respect to the object to be measured can be measured during shape measurement. It has the feature that it is difficult to raise.

特開2004-61462号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-61462

特許文献1に開示された方法は、プローブ倣い走査時に発生するプローブの振動を低減させ、プローブの浮き上がりに伴う測定誤差の低減には有力な手段ではある。しかしながら、特許文献1に開示された方法では、プローブ内に動吸振器を構成するために、重錘、コイルバネと摩擦要素からなる機構を内蔵しなくてはならない。また、プローブ内部においてプローブと重錘をコイルバネで接続しなくてはならず、プローブに同機構を内蔵させるには、著しい困難を伴う。更には、狭小な箇所においても形状測定が可能となるようにプローブを小型化させた場合には、上記のような動吸振機構をプローブに搭載することは非常に困難となる。   The method disclosed in Patent Document 1 is an effective means for reducing the vibration of the probe that occurs during probe scanning and reducing the measurement error caused by the probe floating. However, in the method disclosed in Patent Document 1, a mechanism composed of a weight, a coil spring, and a friction element must be built in in order to configure a dynamic vibration absorber in the probe. In addition, the probe and the weight must be connected by a coil spring inside the probe, and it is extremely difficult to incorporate the same mechanism in the probe. Furthermore, when the probe is downsized so that the shape can be measured even in a narrow place, it is very difficult to mount the above-described dynamic vibration absorbing mechanism on the probe.

本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものである。即ち、形状測定において、プローブ振動による浮き上がりに起因した測定誤差の低減を、たとえ小型化されたプローブであっても簡易に可能にする、接触式プローブ、及びそれを備えた形状測定装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the unsolved problems of the above-described conventional techniques. That is, the present invention provides a contact-type probe and a shape measuring apparatus including the same that can easily reduce a measurement error caused by floating due to probe vibration even in a shape measurement even if the probe is downsized. It is for the purpose.

上記目的を達成するため、本出願に係る発明は、接触式プローブを被測定物に接触させつつ、前記被測定物の表面を走査させると共に前記接触式プローブの位置を計測することで、前記被測定物の形状を測定する形状測定装置に用いる接触式プローブであって、前記接触式プローブ内に空間が設けられ、前記空間内に重錘を移動可能に配置したことを特徴とする接触式プローブである。   In order to achieve the above object, the invention according to the present application scans the surface of the object to be measured while bringing the contact probe into contact with the object to be measured, and measures the position of the contact probe. A contact probe for use in a shape measuring apparatus for measuring the shape of an object to be measured, wherein a space is provided in the contact probe, and a weight is movably disposed in the space. It is.

また上記接触式プローブを備えた接触式形状測定装置である。   Moreover, it is a contact type shape measuring apparatus provided with the said contact type probe.

上記構成においては、プローブが被測定物の形状を走査測定する時、プローブに振動が発生した際に、重錘に衝撃が伝わることで、重錘がプローブとは分離して、上記空間内を移動できる。このとき、重錘は、プローブの運動量を奪って運動するため、結果としてプローブの、振動に伴う運動は抑制される。従って、プローブの振動に伴う浮き上がりによる測定誤差を低減させることができる。   In the above configuration, when the probe scans and measures the shape of the object to be measured, an impact is transmitted to the weight when vibration occurs in the probe, so that the weight is separated from the probe, and the inside of the space is separated. I can move. At this time, the weight moves while taking the momentum of the probe, and as a result, the movement of the probe due to vibration is suppressed. Therefore, it is possible to reduce a measurement error due to lifting due to probe vibration.

以上説明するように、本出願にかかる発明によれば、プローブ内にプローブから分離して可動な重錘を封入してあることにより、スティックスリップ等によって生じた振動に伴うプローブ浮き上がりによる測定誤差を低減することができる。また、プローブに内蔵しなければならないものは重錘のみであるため、簡易であり小型化の上で有利である。   As described above, according to the invention of the present application, since a movable weight separated from the probe is enclosed in the probe, the measurement error due to the probe lifting due to vibration caused by stick-slip or the like is reduced. Can be reduced. Also, since only the weight must be built in the probe, it is simple and advantageous in terms of miniaturization.

本発明の一実施形態の接触式プローブの構成図である。It is a block diagram of the contact-type probe of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の接触式プローブを備えた接触式形状測定装置の構成図である。It is a block diagram of the contact-type shape measuring apparatus provided with the contact-type probe of one Embodiment of this invention. 本発明のプローブで球体上を走査したときのZp変化の周波数分布である。It is a frequency distribution of Zp change when the sphere is scanned with the probe of the present invention. 本発明によらないプローブで球体上を走査したときのプローブ押し込み量の時間変化である。It is a time change of the probe pushing amount when the sphere is scanned with the probe not according to the present invention.

本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態の接触式プローブの構成図であり、本発明の特徴をもっとも良く表している。図1において1は被測定物4に接触して形状を計測する接触式プローブ(以下、単に「プローブ」と称する)であり、プローブ支持ベース18に対し、複数枚の薄い金属製の板バネ17によって懸架されている。プローブ1は、複数枚の板バネ17によって支持されることにより、Z軸方向のみに可動となるように構成されている。   FIG. 1 is a block diagram of a contact probe according to an embodiment of the present invention, which best represents the features of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a contact type probe (hereinafter simply referred to as “probe”) that contacts the object to be measured 4 and measures the shape, and a plurality of thin metal leaf springs 17 with respect to the probe support base 18. Is suspended by. The probe 1 is configured to be movable only in the Z-axis direction by being supported by a plurality of leaf springs 17.

このプローブ1は、例えばアルミナのような高剛性の部材からなる中空円筒状のプローブシャフト2と、ルビー球からなる先端球16、プローブ1の変位を測定するためのターゲットとなるターゲットミラー8、超硬合金製の重錘3、等によって構成される。先端球16はプローブシャフト2の下端に設けられ、被測定物4と接触する。他方、ターゲットミラー8はプローブシャフト2の上端に設けられ、ターゲットミラー8のZ軸方向の変位を測定することで、先端球16のZ軸方向の変位を得ることができる。プローブ1の内部に画成される空間内(接触式プローブ内の空間内)に重錘を移動可能に配置している。   This probe 1 includes a hollow cylindrical probe shaft 2 made of a highly rigid member such as alumina, a tip sphere 16 made of a ruby sphere, a target mirror 8 that becomes a target for measuring the displacement of the probe 1, It is composed of a hard alloy weight 3 and the like. The tip sphere 16 is provided at the lower end of the probe shaft 2 and contacts the object to be measured 4. On the other hand, the target mirror 8 is provided at the upper end of the probe shaft 2, and the displacement of the tip sphere 16 in the Z-axis direction can be obtained by measuring the displacement of the target mirror 8 in the Z-axis direction. A weight is movably disposed in a space defined in the probe 1 (in the space in the contact probe).

1軸方向に摺動するプローブ1が一定の力で被測定物4に接触しながら表面形状をなぞり、被測定物4の形状を走査測定する時、被測定物4の形状によってはプローブ1には図4に示すように振動が発生する。これに対して、本発明においては中空円筒状のプローブシャフト2内の重錘3がプローブ1の振動に伴って移動し、プローブ1の運動量を奪うことで、プローブ1の振動を低減する。   When the probe 1 that slides in one axial direction traces the surface shape while contacting the object 4 to be measured with a constant force and scans the shape of the object 4 to be measured, depending on the shape of the object 4 to be measured, Vibrates as shown in FIG. On the other hand, in the present invention, the weight 3 in the hollow cylindrical probe shaft 2 moves in accordance with the vibration of the probe 1 and deprives the momentum of the probe 1, thereby reducing the vibration of the probe 1.

単一の重錘3では一度プローブ1から運動量を奪って分離すると、落下して再びプローブ1に接触するまでは、運動量を奪う効果を期待できない。そのため、重錘3をプローブシャフト2内に数十個封入しており、連続的な振動に対しても運動量を奪う効果を発揮させている。また、複数個封入されている重錘3の形状は、相互の摩擦の影響を抑え、重錘3の可動性を確保するため、接触面積の小さい、球体としている。   With the single weight 3, once the momentum is taken away from the probe 1, the effect of taking away the momentum cannot be expected until it falls and contacts the probe 1 again. For this reason, dozens of weights 3 are enclosed in the probe shaft 2, and the effect of depriving the momentum of continuous vibration is exhibited. Further, the shape of the weight 3 enclosed in a plurality is a sphere having a small contact area in order to suppress the influence of mutual friction and ensure the mobility of the weight 3.

また、重錘を複数個配置することにより、重錘一つ当りの質量を小さくすることができ、微小な振動にも対応できる。また、一度分離した重錘は落下してプローブ1に力を伝えるが、力の方向がプローブ1を被測定物4に押し付ける方向となる。このため、重錘の動きはプローブ1が被測定物4から浮き上がる力を奪い、またプローブ1と被測定物4を押し付ける力となる。一般的な移動体の位置決め動作と異なり、プローブ1の動きは片側に存在する被測定物に対して、常に押し付けようとする力を生じさせることで、本発明の効果を得ることができる。   Further, by arranging a plurality of weights, the mass per weight can be reduced, and minute vibrations can be dealt with. The weight once separated falls and transmits a force to the probe 1, but the direction of the force is the direction in which the probe 1 is pressed against the object 4 to be measured. For this reason, the movement of the weight causes the probe 1 to take away the force of lifting from the object 4 to be measured, and to press the probe 1 and the object 4 to be measured. Unlike the general positioning operation of the moving body, the effect of the present invention can be obtained by causing the force of the probe 1 to always press against the object to be measured present on one side.

一方で、重錘3の可動性確保のため、重錘3が最密充填の形態をとることを防ぐために楕円体形状としても良い。この場合、重錘3の長径を空間の内径の半分よりも大きくすることができる。また、重錘3を球状とした場合、重錘3の径が空間の内径の半分よりも小さくすることもできる。また更に、重錘3の可動性確保のために、重錘3の表面に、例えばDLC(ダイヤモンドライクカーボン)またはフッ素化合物のような摩擦係数を低減させる効果のある表面コーティングを施しても良い。   On the other hand, in order to ensure the mobility of the weight 3, an ellipsoidal shape may be used in order to prevent the weight 3 from taking a close-packed form. In this case, the major axis of the weight 3 can be made larger than half of the inner diameter of the space. Further, when the weight 3 is spherical, the diameter of the weight 3 can be made smaller than half the inner diameter of the space. Furthermore, in order to ensure the mobility of the weight 3, a surface coating having an effect of reducing a friction coefficient such as DLC (diamond-like carbon) or a fluorine compound may be applied to the surface of the weight 3.

プローブシャフト2内に充填する重錘3の個数として、プローブシャフト2内に重錘3が可動である空間を残すような個数を選択してある。またこのとき、重錘3の可動性を確保するために重錘3の直径と、プローブシャフト2の内径の関係は、重錘3が最密充填状態でプローブシャフト2の内径に内接しないように選択することが望ましい。   The number of weights 3 filled in the probe shaft 2 is selected so as to leave a space in the probe shaft 2 where the weights 3 are movable. At this time, in order to ensure the mobility of the weight 3, the relationship between the diameter of the weight 3 and the inner diameter of the probe shaft 2 is set so that the weight 3 is not inscribed in the inner diameter of the probe shaft 2 in the close-packed state. It is desirable to choose.

重錘3はプローブ1に対して、重錘3に働く重力のみで接触しているため、重錘3に働く重力を低減させることができれば、プローブ1に対する接触力を低減でき、より微小な振動に対しても抑制効果を持たせることができる。従って、プローブシャフト2内を液体で満たすことにより、重錘3に浮力を発生させ、プローブ1に対する接触力を低減させても良い。   Since the weight 3 is in contact with the probe 1 only by the gravity acting on the weight 3, if the gravity acting on the weight 3 can be reduced, the contact force with respect to the probe 1 can be reduced and more minute vibrations can be achieved. It is possible to have an inhibitory effect against the above. Therefore, by filling the probe shaft 2 with a liquid, buoyancy may be generated in the weight 3 and the contact force with respect to the probe 1 may be reduced.

図2は本発明の一実施形態の接触式プローブを備えた接触式形状測定装置の構成図である。図2において、床23に接触式形状測定装置50を設置する。まず、床23上に除振台24を設け、その上に計測ベース26を設ける。除振台24により、床23から計測ベース26へ伝わる振動を減衰させることができ、測定誤差を低減させることができる。なお、この計測ベース26は被測定物4と、位置の基準となる3つの基準ミラー、X基準ミラー27,Y基準ミラー(不図示)、Z基準ミラー29とを固定するものであり、接触式形状測定装置50は、これら3つの基準ミラー27,29に対する被測定物4の表面上の点の位置を測定する。   FIG. 2 is a configuration diagram of a contact-type shape measuring apparatus including a contact-type probe according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, a contact-type shape measuring device 50 is installed on the floor 23. First, the vibration isolation table 24 is provided on the floor 23, and the measurement base 26 is provided thereon. The vibration isolation table 24 can attenuate the vibration transmitted from the floor 23 to the measurement base 26, and can reduce measurement errors. The measurement base 26 fixes the object to be measured 4 and three reference mirrors that serve as position references, an X reference mirror 27, a Y reference mirror (not shown), and a Z reference mirror 29, and is a contact type. The shape measuring apparatus 50 measures the positions of points on the surface of the DUT 4 with respect to these three reference mirrors 27 and 29.

接触式形状測定装置50は、1軸方向に摺動するプローブ1を一定の力で被測定物4に接触させながら表面形状を倣い走査し、プローブ1の摺動方向の変位を基準ミラー27,28、29により検出することによって被測定物面の表面形状を測定する。   The contact-type shape measuring device 50 scans the surface shape while bringing the probe 1 sliding in one axial direction into contact with the object 4 to be measured with a constant force, and the displacement of the probe 1 in the sliding direction is changed to the reference mirror 27, By detecting by 28 and 29, the surface shape of the surface of the object to be measured is measured.

計測ベース26は箱状の構造物であり、これに被測定物4を固定し、水平方向の位置基準であるX基準ミラー27、及び図示しないY基準ミラーと鉛直方向の位置基準であるZ基準ミラー29を備えている。これらの計測ベース及び基準ミラーは、測定の基準となるものであるので、線膨張係数の小さな材料、例えば低熱膨張セラミック、或いは低熱膨張鋳鉄や低熱膨張ガラスなどの材料を用いて製作する。これらの基準ミラーは前述の干渉計でプローブ位置を測定するときの位置基準となるものである。   The measurement base 26 is a box-like structure, to which the DUT 4 is fixed, and an X reference mirror 27 that is a horizontal position reference, and a Y reference mirror (not shown) and a Z reference that is a vertical position reference. A mirror 29 is provided. Since these measurement base and reference mirror are used as a measurement reference, they are manufactured using a material having a small linear expansion coefficient, such as a low thermal expansion ceramic, a low thermal expansion cast iron, or a low thermal expansion glass. These reference mirrors serve as position references when the probe position is measured by the interferometer described above.

プローブ支持ベース18状に設けられたZ距離測定用小型ミラー37とターゲットミラー8との変位がZp、Z距離測定用小型ミラー37とZ基準ミラー29との変位がZ1となる。これらのZpとZ1とを用い、
Z = Zp + Z1
とすることで、プローブ1のZ方向の変位Zを求めることができる。二つのX距離測定用小型ミラー42aと42bとの間距離をL1、下のX距離測定用小型ミラー42bから先端球16までの距離をL2とする。X及びY方向については、これらL1、L2とX基準ミラー27とX距離測定用小型ミラー42aと42bの変位X1及びX2を用いて、
X = X1 + ( X2 - X1 ) * ( L1 +L2 ) / L1
と求めることができる。Y方向についても同様である。またY方向においてもY距離測定用小型ミラー(不図示)を設けることができる。
The displacement between the Z distance measuring small mirror 37 and the target mirror 8 provided on the probe support base 18 is Zp, and the displacement between the Z distance measuring small mirror 37 and the Z reference mirror 29 is Z1. Using these Zp and Z1,
Z = Zp + Z1
By doing so, the displacement Z in the Z direction of the probe 1 can be obtained. The distance between the two small X-distance measuring mirrors 42a and 42b is L1, and the distance from the lower X-distance measuring small mirror 42b to the tip sphere 16 is L2. For the X and Y directions, using the displacements X1 and X2 of these L1, L2, the X reference mirror 27, and the X distance measuring small mirrors 42a and 42b,
X = X1 + (X2-X1) * (L1 + L2) / L1
It can be asked. The same applies to the Y direction. Also, a Y-distance measuring small mirror (not shown) can be provided also in the Y direction.

プローブを移動させるスライドについて説明する。架台25上に設けられた走査軸ベース30を固定子として、図中のX方向に相対的に移動可能なX軸スライド31と、X軸モータ32とが走査軸ベース30に設けられている。更に、X軸スライド31に対してY方向に相対的に移動可能なY軸スライド33とY軸モータ34とがX軸スライド31に設けられている。同様にY軸スライド33に対してZ方向に相対的に移動可能なZ軸スライド35とZ軸モータ36とがY軸スライド33に設けられている。   A slide for moving the probe will be described. The scanning axis base 30 provided on the gantry 25 is used as a stator, and an X axis slide 31 and an X axis motor 32 that are relatively movable in the X direction in the figure are provided on the scanning axis base 30. Further, a Y-axis slide 33 and a Y-axis motor 34 that are movable relative to the X-axis slide 31 in the Y direction are provided on the X-axis slide 31. Similarly, a Z-axis slide 35 and a Z-axis motor 36 that can move relative to the Y-axis slide 33 in the Z direction are provided on the Y-axis slide 33.

このような構成をとることで、Z軸スライド14はXYZ方向の3次元的に移動可能となる。Z軸スライド35には、プローブ支持ベース18が固定されており、プローブ支持ベース18に固定された板バネ17によって、プローブシャフト2が弾性支持されている。また板バネ17は、1枚或いは複数枚の薄い金属製の板によって構成されている。これによりプローブ1は、プローブ支持ベース18に対しZ軸方向に移動可能に支持される。   By adopting such a configuration, the Z-axis slide 14 can be moved three-dimensionally in the XYZ directions. A probe support base 18 is fixed to the Z-axis slide 35, and the probe shaft 2 is elastically supported by a plate spring 17 fixed to the probe support base 18. The leaf spring 17 is composed of one or a plurality of thin metal plates. Accordingly, the probe 1 is supported so as to be movable in the Z-axis direction with respect to the probe support base 18.

プローブを走査する場合はXY平面上に、例えばラスター軌道のような走査軌道を上位コントローラ40から与え、X軸スライド31及びY軸スライド33を移動させる。このときのX軸及びY軸の動きは、位置制御器38によってモータを駆動し、各スライドを所望の位置へ動かす位置制御となっている。一方でZ軸スライド35に関しては、Zpによって求めることができる接触力Fを、接触力制御器39により一定に制御する接触力制御による動作によってのみ動かされることとなる。   When scanning the probe, a scanning trajectory such as a raster trajectory is given from the host controller 40 on the XY plane, and the X-axis slide 31 and the Y-axis slide 33 are moved. The movement of the X axis and the Y axis at this time is position control in which the motor is driven by the position controller 38 and each slide is moved to a desired position. On the other hand, the Z-axis slide 35 is moved only by an operation by contact force control in which the contact force F that can be obtained by Zp is controlled to be constant by the contact force controller 39.

Z軸について、被測定物4に対するプローブ1の接触力制御を行いながら、XY軸の位置制御によってプローブ1を移動させることによって、プローブ1が被測定物4上を倣う走査が可能となる。この状態で、干渉計によって得られたXYZの位置基準に対するプローブ位置の変位X、Y、Zを記録することで被測定物4の形状を測定することができる。   With respect to the Z axis, the probe 1 is moved by the position control of the XY axis while controlling the contact force of the probe 1 with respect to the object 4 to be measured, so that the probe 1 can be scanned along the object 4 to be measured. In this state, the shape of the DUT 4 can be measured by recording the displacement X, Y, Z of the probe position with respect to the XYZ position reference obtained by the interferometer.

図3は、本発明のプローブで球体上を走査したときのZp変化の周波数分布を示している。図3(b)はプローブ1によって、実際に球形の被測定物を倣い走査した際のZpの変化を表すグラフである。縦軸はZp、横軸は周波数に変換してある。走査は球の傾斜が60°の箇所から0°を通過し、反対側の60°に達するまで行われている。比較対照として図3(a)に重錘3を有さないプローブを用いた結果も示してある。   FIG. 3 shows the frequency distribution of Zp change when the sphere is scanned with the probe of the present invention. FIG. 3B is a graph showing a change in Zp when the probe 1 actually scans a spherical object to be measured. The vertical axis is converted to Zp, and the horizontal axis is converted to frequency. Scanning is performed until the sphere tilts from 0 ° to 0 ° and reaches 60 ° on the opposite side. As a comparison, FIG. 3 (a) also shows the results using a probe without the weight 3.

図3によると、本発明のプローブの場合でのZpの振幅のピーク値が、比較対照のプローブを用いた場合に比して、抑制されていることがわかる。一方で、図4では走査される被測定物の傾斜の違いにより振動の大きさが変わるだけでなく、その振動周波数も変化する。特に300Hz以下の周波数の振動が大きくなっている。特許文献1に示されているような動吸振器では、内蔵するバネ剛性と重錘の質量で減衰できる周波数が決まってしまうが、本発明においてはプローブ1と重錘3の衝突によって運動量を奪うため、より広域の周波数域に対して振動抑制効果を期待できる。従ってスティックスリップのような、衝撃による広範囲の周波数域に振動をもたらすような振動源からの振動を抑制するには、有利であると考えられる。   According to FIG. 3, it can be seen that the peak value of the amplitude of Zp in the case of the probe of the present invention is suppressed as compared with the case of using the comparative probe. On the other hand, in FIG. 4, not only the magnitude of vibration changes due to the difference in tilt of the object to be scanned, but also the vibration frequency changes. In particular, vibrations with a frequency of 300 Hz or less are increasing. In a dynamic vibration absorber as disclosed in Patent Document 1, the frequency that can be attenuated is determined by the built-in spring rigidity and the mass of the weight. Therefore, a vibration suppression effect can be expected for a wider frequency range. Therefore, it is considered advantageous for suppressing vibration from a vibration source that causes vibration in a wide frequency range due to impact, such as stick-slip.

本発明は上記構成、作用を有するもので、プローブ浮き上がりにより生じる測定誤差を低減し、高精度の測定を行うことが可能になり、産業上、科学技術上の効果は大きい。   The present invention has the above-described configuration and operation, and it is possible to reduce measurement errors caused by probe floating and to perform high-precision measurement, which has a great industrial and scientific effect.

1 プローブ
2 プローブシャフト
3 重錘
4 被測定物
8 ターゲットミラー
16 先端球
17 板バネ
18 プローブ支持ベース
23 床
24 除振台
25 架台
26 計測ベース
27 X基準ミラー
29 Z基準ミラー
30 走査軸ベース
31 X軸スライド
32 X軸モータ
33 Y軸スライド
34 Y軸モータ
35 Z軸スライド
36 Z軸モータ
37 Z距離測定用小型ミラー
38 位置制御器
39 接触力制御器
40 上位コントローラ
42a、42b X距離測定用小型ミラー
50 接触式形状測定装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Probe 2 Probe shaft 3 Weight 4 Measured object 8 Target mirror 16 Tip ball 17 Leaf spring 18 Probe support base 23 Floor 24 Vibration isolator 25 Base 26 Measurement base 27 X reference mirror 29 Z reference mirror 30 Scan axis base 31 X Axis slide 32 X axis motor 33 Y axis slide 34 Y axis motor 35 Z axis slide 36 Z axis motor 37 Z distance measuring small mirror 38 Position controller 39 Contact force controller 40 Host controller 42a, 42b X distance measuring small mirror 50 Contact type shape measuring device

Claims (9)

接触式プローブを被測定物に接触させつつ、前記被測定物の表面を走査させると共に前記接触式プローブの位置を計測することで、前記被測定物の形状を測定する形状測定装置に用いる接触式プローブであって、
前記接触式プローブ内に空間が設けられ、前記空間内に重錘を移動可能に配置したことを特徴とする接触式プローブ。
A contact type used in a shape measuring apparatus for measuring the shape of the object to be measured by scanning the surface of the object to be measured while contacting the object to be measured with the contact type probe and measuring the position of the contact type probe. A probe,
A contact-type probe, wherein a space is provided in the contact-type probe, and a weight is movably disposed in the space.
前記重錘が複数個配置されていることを特徴とする請求項1に記載の接触式プローブ。   The contact probe according to claim 1, wherein a plurality of the weights are arranged. 前記重錘が球体であることを特徴とする請求項1または2に記載の接触式プローブ。   The contact probe according to claim 1, wherein the weight is a sphere. 前記重錘が楕円体であることを特徴とする請求項1または2に記載の接触式プローブ。   The contact probe according to claim 1, wherein the weight is an ellipsoid. 前記重錘に表面コーティングを施してあることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の接触式プローブ。   The contact probe according to any one of claims 1 to 4, wherein the weight is surface-coated. 前記重錘の長径が前記空間の内径の半分よりも大きいことを特徴とする請求項4に記載の接触式プローブ。   The contact probe according to claim 4, wherein a major axis of the weight is larger than half of an inner diameter of the space. 前記重錘の径が上記空間の内径の半分よりも小さいことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の接触式プローブ。   The contact probe according to any one of claims 1 to 5, wherein a diameter of the weight is smaller than half of an inner diameter of the space. 前記重錘はDLCまたはフッ素化合物により前記表面コーティングを施されていることを特徴とする請求項5に記載の接触式プローブ。   The contact probe according to claim 5, wherein the weight is coated with the surface by DLC or a fluorine compound. 1軸方向に摺動する接触式プローブを一定の力で被測定物に接触させながら表面形状を倣い走査し、前記接触式プローブの摺動方向の変位を検出することによって被測定物面の表面形状を測定する接触式形状測定装置において、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の接触式プローブを備えたことを特徴とする接触式形状測定装置。   The surface of the surface of the object to be measured is detected by scanning the surface shape of the contact probe that slides in one axial direction while contacting the object to be measured with a constant force, and detecting the displacement of the contact probe in the sliding direction. A contact-type shape measuring apparatus for measuring a shape, comprising the contact-type probe according to any one of claims 1 to 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016070667A (en) * 2014-09-26 2016-05-09 キヤノン株式会社 Contact-type probe and shape measurement device

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