表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる標準片
【課題】標準片を用いた測定機の性能評価に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現する技術を提供することを課題とする。
【解決手段】標準片10は、断面1−1’で単純な断面形状を呈する複数の溝(10a、10b、10c、10d)を所定方向に含む。また、溝の断面形状の所定方向の長さは、所定方向に隣接する所定数の溝毎に異なる。
【解決手段】標準片10は、断面1−1’で単純な断面形状を呈する複数の溝(10a、10b、10c、10d)を所定方向に含む。また、溝の断面形状の所定方向の長さは、所定方向に隣接する所定数の溝毎に異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる標準片の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
表面性状を測定する測定機の性能評価の一手段として、表面に複数の溝が形成された標準片を用いる方法がある。
【0003】
標準片にはさまざまなものがあるが、現在、規格番号JISB0659−1「製品の幾何特性仕様 (GPS) −表面性状:輪郭曲線方式;測定標準−第1部:標準片」に記載されているような、同形状の溝が一定方向に並んで形成された標準片が広く普及している。
【0004】
標準片の溝の形状としては、評価や加工の容易さなどの観点から、単純な形状が多く、図13(a)から(d)に例示されるような溝101の断面形状が正弦波形状(図13(a)参照)、三角形形状(図13(b)参照)、台形形状(図13(c)参照)、円弧形状(図13(d)参照)となるような標準片100が知られている。
【0005】
測定機の性能は、このような標準片100の溝101の形状を適切に測定できるか否かで評価される。より具体的には、例えば、非特許文献1で記載されているように、溝の幅(周期)に対する溝の深さ(振幅)の測定精度の変化(以降、応答特性と記す。)を調べることで、測定機の性能を評価する方法がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】藤井章弘、柳和久、「表面性状測定器における表面波長に対する応答特性の一考察」、2009年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、p.495-496
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、表面に同形状の溝が一定方向に並んで形成された標準片を用いて測定機の応答特性を調べる場合、以下のような課題がある。
まず、第1の課題は、測定機の性能評価に要する作業時間及び作業負担である。
【0008】
溝の幅に対する溝の深さの応答特性を調べるためには、図14(a)から(f)に例示されるような、溝の深さ(深さD)が等しく溝の幅(幅W1、幅W2、幅W3)が異なる複数の標準片(標準片102、標準片103、標準片104)を用意し、それぞれ測定しなければならない。また、溝の深さによって応答特性が異なることもあるため、より厳密には、溝の深さ毎に、溝の深さが等しく溝の幅が異なる複数の標準片を用意し、それぞれ測定しなければならない。
【0009】
従って、測定機の応答特性の取得及び測定機の性能評価には、多く時間が掛かり、作業者の負担も大きい。このことは、複数の測定機を比較評価する場合に、さらに顕著である。
第2の課題は、性能評価の信頼性である。
【0010】
表面性状を測定する測定機は、触針式に代表される接触式の測定機と、光学式に代表される非接触式の測定機に大別できる。光学式の測定機は、標準片からの反射光を検出することで表面性状を測定する測定機であり、溝の傾斜角度、特に最大傾斜角度が測定結果に影響を及ぼすことが知られている。これは、反射光の検出可否が、測定機の開口数(より厳密には、測定機の対物レンズの開口数)と溝の傾斜角度に依存するためである。
【0011】
溝の深さ及び幅を変数として応答特性を調査する場合、性能評価の信頼性の観点から、傾斜角度による影響は排除されることが望ましい。従って、特に光学式の測定機の性能評価に際しては、溝の傾斜角度、また、最大傾斜角度が互いに一致している標準片を用いることが望ましい。
【0012】
しかしながら、通常、溝の深さDを一定にして溝の幅(W1、W2)を変化させると、溝の傾斜角度は変化してしまう。図15(a)及び(b)では、溝の幅の変化に伴い、断面形状が三角形形状となる溝の傾斜角度が角度θ1から角度θ2に変化している様子が示されている。また、図16(a)及び(b)では、溝の幅の変化に伴い、断面形状が正弦波形状となる溝の最大傾斜角度が角度θ3から角度θ4に変化している様子が示されている。
【0013】
標準片の仕様として溝の傾斜角度は一般的ではなく、溝の傾斜角度に着目した標準片の提供は行われていない。このため、傾斜角度が互いに一致する標準片を用意することは困難である。さらに、溝の深さや幅に加えて溝の傾斜角度を変数とした応答特性を調査する場合、溝の傾斜角度が互いに一致する標準片が傾斜角度毎に複数必要であるが、このような標準片の用意は非常に困難である。
【0014】
従って、光学式の測定機の性能評価の信頼性は、触針式の測定機の性能評価の信頼性に比べて、低くなりがちである。その結果、測定対象物によっては、光学式の測定機と触針式の測定機の間で測定結果に差異が生じてしまうことがある。
以上のような実情を踏まえ、本発明は、測定機の性能評価に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の第1の態様は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる標準片であって、所定方向に複数の溝を含む測定領域を有し、溝の各々は、所定方向に沿った断面で単純な断面形状を呈し、断面形状の所定方向の長さは、所定方向に隣接する所定数の溝毎に異なる標準片を提供する。
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の標準片において、断面形状の所定方向の長さは、所定方向に隣接する所定数の溝毎に減少する標準片を提供する。
【0016】
本発明の第3の態様は、第1の態様または第2の態様に記載の標準片において、断面内で所定方向と直交する方向を深さ方向とするとき、断面形状の深さ方向の長さは、所定方向に並んだ複数の溝で一定である標準片を提供する。
【0017】
本発明の第4の態様は、第1の態様または第2の態様に記載の標準片において、断面内で所定方向と直交する方向を深さ方向とするとき、断面形状の深さ方向の長さは、所定方向に隣接する所定数の溝毎に異なる標準片を提供する。
本発明の第5の態様は、第4の態様に記載の標準片において、断面形状の深さ方向の長さは、所定方向に隣接する所定数の溝毎に減少する標準片を提供する。
【0018】
本発明の第6の態様は、第4の態様または第5の態様に記載の標準片において、所定方向に対する断面形状の輪郭線の最大傾斜角度は、所定方向に並んだ複数の溝で一定である標準片を提供する。
【0019】
本発明の第7の態様は、第3の態様に記載の標準片において、互いに平行に形成された複数の直線状の溝を含む測定領域を有するとき、所定方向は、溝の直線方向と直交する方向である標準片を提供する。
本発明の第8の態様は、第7の態様に記載の標準片において、溝の各々では、溝の深さが直線方向に異なる標準片を提供する。
本発明の第9の態様は、第8の態様に記載の標準片において、溝の各々では、溝の深さが直線方向に漸減する標準片を提供する。
【0020】
本発明の第10の態様は、第3の態様に記載の標準片において、同心円状の複数の溝を含む測定領域を有するとき、所定方向は、同心円の径方向と一致する標準片を提供する。
本発明の第11の態様は、第10の態様に記載の標準片において、溝の各々では、溝の深さが同心円の円周方向に異なる標準片を提供する。
【0021】
本発明の第12の態様は、第6の態様に記載の標準片において、互いに平行に形成された複数の直線状の溝を含む測定領域を有するとき、所定方向は、溝の直線方向と直交する方向である標準片を提供する。
本発明の第13の態様は、第12の態様に記載の標準片において、溝の各々では、所定方向に対する溝の最大傾斜角度が直線方向で異なる標準片を提供する。
本発明の第14の態様は、第13の態様に記載の標準片において、溝の各々では、所定方向に対する溝の最大傾斜角度が直線方向で漸減する標準片を提供する。
【0022】
本発明の第15の態様は、第6の態様に記載の標準片において、同心円状の複数の溝を含む測定領域を有するとき、所定方向は、同心円の径方向と一致する標準片を提供する。
本発明の第16の態様は、第15の態様に記載の標準片において、溝の各々では、溝の最大傾斜角度が同心円の円周方向で異なる標準片を提供する。
本発明の第17の態様は、第3の態様に記載の標準片において、複数の測定領域を有し、断面形状の深さ方向の長さは、測定領域毎に異なる標準片を提供する。
【0023】
本発明の第18の態様は、第6の態様に記載の標準片において、複数の測定領域を有し、所定方向に対する断面形状の輪郭線の最大傾斜角度は、測定領域毎に異なる標準片を提供する。
【0024】
本発明の第19の態様は、第17の態様または第18の態様に記載の標準片において、測定領域の各々が互いに平行に形成された複数の直線状の溝を含むとき、所定方向は、溝の直線方向と直交する方向であり、複数の測定領域は、直線方向に並んでいる標準片を提供する。
本発明の第20の態様は、第1の態様乃至第19の態様のいずれか1つに記載の標準片において、断面形状は、正弦波形状である標準片を提供する。
本発明の第21の態様は、第1の態様乃至第19の態様のいずれか1つに記載の標準片において、断面形状は、円弧形状である標準片を提供する。
本発明の第22の態様は、第1の態様乃至第19の態様のいずれか1つに記載の標準片において、断面形状は、多角形形状である標準片を提供する。
【0025】
本発明の第23の態様は、第1の態様乃至第22の態様のいずれか1つに記載の標準片において、所定方向は、標準片の表面に平行な方向であり、断面は、表面と直交する面である標準片を提供する。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、測定機の性能評価に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】実施例1に係る標準片を例示した図である。
【図2】実施例1に係る標準片の変形例を例示した図である。
【図3】実施例1に係る標準片の他の変形例を例示した図である。
【図4】実施例2に係る標準片を例示した図である。
【図5】実施例2に係る標準片の変形例を例示した図である。
【図6】実施例3に係る標準片を例示した図である。
【図7】実施例3に係る標準片の断面形状を表す関数を図示したものである。
【図8】実施例3に係る標準片の変形例を例示した図である。
【図9】実施例4に係る標準片を例示した図である。
【図10】実施例4に係る標準片の変形例を例示した図である。
【図11】実施例5に係る標準片を例示した図である。
【図12】実施例6に係る標準片を例示した図である。
【図13】従来技術に係る標準片の溝の断面形状を例示した図である。
【図14】溝の幅に対する溝の深さの応答特性を調べるために用いられる従来技術に係る標準片を例示した図である。
【図15】断面形状が三角形形状となる溝の幅と溝の傾斜角度の関係を説明するための図である。
【図16】断面形状が正弦波形状となる溝の幅と溝の最大傾斜角度の関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施例について説明する。
【実施例1】
【0029】
図1は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。図1(a)は、本実施例に係る標準片10の斜視図であり、図1(b)から(d)は、それぞれ異なる標準片10の断面1−1’における断面図である。
【0030】
なお、図1に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片10の表面S、XZ平面と断面1−1’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0031】
標準片10は、表面S上に、X方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。測定機は標準片10の測定領域Rを測定し、その結果に基づいて性能が評価される。表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、X方向に沿った断面である断面1−1’において、単純な断面形状を呈している。なお、図1では、X方向に並んだ溝の断面形状は正弦波形状である。
【0032】
本実施例に係る標準片10では、X方向に並んだ溝の断面形状のZ方向(深さ方向)の長さ(以降、深さと記す。)は一定であるのに対して、断面形状のX方向の長さ(以降、幅と記す。)は一定ではない。
【0033】
溝の断面形状の幅は、X方向に隣接する所定数の溝毎に異なればよい。図1(b)に例示されるように、X方向に並んだ溝の断面形状の幅がそれぞれ異なってもよい。また、図1(c)及び(d)に例示されるように、X方向に隣接する2つの溝毎に、溝の断面形状の幅が異なってもよい。また、X方向に隣接する所定数の溝毎に、溝の断面形状の幅は減少することが望ましい。
【0034】
また、図1(b)及び(c)では、X方向に隣接する溝は連続的に形成されているが特にこれに限られない。図1(d)に例示されるように、溝と溝の間に平面部FLを設けても良い。また、平面部FLのX方向の長さ(以降、幅と記す。)は、それぞれ任意に変更しても良い。例えば、X方向に沿って溝が周期的に生じるように、つまり、溝の断面形状の幅とその溝の片側に隣接する平面部FLの幅との和が一定となるように、平面部FLの幅を調整しても良い。
【0035】
また、図1(b)から(d)では、標準片10の表面Sと溝の上端が一致しているが、特にこれに限られない。例えば、測定領域Rは、表面Sから一段低い面に形成されてもよい。この場合、溝の上端と表面Sは一致しない。
【0036】
また、X方向に並んだ溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝であり、各溝の深さはY方向に沿って一定である。つまり、標準片10の測定領域Rには、互いに平行な複数の直線状の溝が形成されている。従って、標準片10は、断面1−1’と平行な任意の断面で、断面1−1’と同様の断面形状を呈している。
【0037】
標準片10は、例えば、1ピースの単結晶シリコンを集束イオンビーム(Focused Ion Beam:FIB)加工することにより製造される。なお、標準片10の材料及び加工方法は、目的の形状の溝が形成できれば特に限定されない。標準片10の材料はステンレス等の金属やガラスなどでもよい。また、標準片10の加工方法も、FIB加工のようなスパッタリング現象を利用した加工法の他に、エッチング加工やフライス加工でもよい。
【0038】
以上のような標準片10を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、X方向と平行に標準片10の測定領域Rを1回走査するだけで、溝の幅の変化に対する溝の深さの測定精度の変化を示す応答特性を調べることができる。また、測定機の視野が測定領域Rに比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけで上記の応答特性を調べることができる。
【0039】
このため、溝の幅の異なる複数の標準片を順番に測定機で測定し応答特性を取得していた従来の方法に比べて、応答特性の取得に要する作業時間が短縮され、作業負担も軽減される。その結果、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0040】
なお、応答特性を用いた測定機の性能評価については、従来と同様の方法で行われる。例えば、図1(b)に例示される断面を有する標準片10を測定機で走査し、測定機の応答特性を取得したとする。溝10aから溝10cまでは深さDを許容誤差範囲内で計測できたのに対して、溝10dについては許容誤差範囲内で計測できなかった場合、測定機が深さDに対して適切に応答できる幅の限界は、幅W3と評価することができる。
【0041】
図2は、本実施例に係る標準片の変形例を例示した図である。図2(a)から(c)に例示される標準片は、溝の断面形状のみが標準片10と異なっている。図2(a)では、溝11aの断面形状が三角形形状である標準片11が例示されている。図2(b)では、溝12aの断面形状が台形形状である標準片12が例示されている。図2(c)では、溝13aの断面形状が円弧形状または楕円弧形形状である標準片13が例示されている。標準片の溝の断面形状は単純な形状であればよく、その他の多角形形状でもよい。
【0042】
以上、本変形例に係る標準片も、標準片10と同様の効果を有する。つまり、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0043】
図3は、本実施例に係る標準片の他の変形例を例示した図である。図3(a)は、本変形例に係る標準片14の斜視図であり、図3(b)は、標準片14の断面2−2’における断面図である。
【0044】
なお、図3に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片14の表面S、XZ平面と断面2−2’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0045】
本変形例に係る標準片14は、位置Oを中心とした同心円状の複数の溝を含む点が標準片10と異なっている。つまり、標準片14は、表面S上に、同心円の径方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。
【0046】
表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、径方向に沿った断面である断面2−2’において、正弦波形状を呈している。なお、図3では、断面2−2’が中心Oを含むXZ平面となる場合が例示されているが、特にこれに限られない。断面2−2’は、中心Oを含み、且つ、XY平面と直交する平面であればよい。つまり、径方向に沿った断面であればよい。また、溝の断面形状も正弦波形状に限られず、任意の単純形状としてもよい。
【0047】
本実施例に係る標準片14でも、径方向に並んだ溝の断面形状の深さは一定であるのに対して、断面形状の径方向の長さ(以降、幅と記す。)は一定ではない。なお、標準片14の溝は同心円状に形成されているため、図3(b)に例示されるように、位置Oを中心として対象な位置にある溝の幅はそれぞれ等しい。
【0048】
また、各溝14aの深さは同心円の円周方向に沿って一定である。従って、標準片14は、任意の径方向の沿った断面で断面2−2’と同様の断面形状を呈している。
【0049】
以上、本変形例に係る標準片14も、標準片10と同様の効果を有する。つまり、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【実施例2】
【0050】
図4は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。図4(a)は、本実施例に係る標準片15の斜視図であり、図4(b)は、標準片15の断面3−3’における断面図である。
【0051】
なお、図4に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片15の表面S、XZ平面と断面3−3’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0052】
標準片15は、表面S上に、X方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、X方向に沿った断面である断面3−3’において、単純な断面形状を呈している。なお、図4では、X方向に並んだ溝の断面形状は正弦波形状である。
本実施例に係る標準片15では、X方向に並んだ溝の断面形状の幅と深さは、共に一定ではない。
【0053】
溝の断面形状の幅及び深さは、X方向に隣接する所定数の溝毎に異なればよい。図4(b)に例示されるように、X方向に並んだ溝の断面形状の幅及び深さがそれぞれ異なってもよい。また、X方向に隣接する所定数の溝毎に、溝の断面形状の幅及び深さは減少することが望ましい。
【0054】
また、図4(b)では、X方向に隣接する溝は連続して形成されているが特にこれに限られない。溝と溝の間に平面部を設けても良い。また、平面部の幅は、それぞれ任意に変更しても良い。例えば、X方向に沿って溝が周期的に生じるように、平面部の幅を調整しても良い。
【0055】
また、図4(b)では、標準片15の表面Sと溝の上端が一致しているが、特にこれに限られない。例えば、測定領域Rは、表面Sから一段低い面に形成されてもよい。この場合、溝の上端と表面Sは一致しない。また、図4(b)では、各溝の上端の高さが一致しているが、特にこれに限られない。各溝の下端の高さ、または、上端と下端の中間の高さを一致させてもよい。
【0056】
また、X方向に並んだ溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝であり、各溝の深さはY方向に沿って一定である。つまり、標準片15の測定領域Rには、互いに平行な複数の直線状の溝が形成されている。従って、標準片15は、断面3−3’と平行な任意の断面で、断面3−3’と同様の断面形状を呈している。
標準片15の材料及び加工方法は、実施例1に係る標準片10と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0057】
以上のような標準片15を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、X方向と平行に標準片15の測定領域Rを1回走査するだけで、溝の幅及び深さの変化に対する溝の幅及び深さの測定精度の変化を示す応答特性を調べることができる。また、測定機の視野が測定領域Rに比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけで上記の応答特性を調べることができる。
【0058】
このため、溝の幅及び深さの異なる複数の標準片を順番に測定機で測定し応答特性を取得していた従来の方法に比べて、応答特性の取得に要する作業時間が短縮され、作業負担も軽減される。その結果、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0059】
なお、応答特性を用いた測定機の性能評価については、従来と同様の方法で行われる。例えば、図4(b)に例示される断面を有する標準片15を測定機で走査し、測定機の応答特性を取得したとする。溝15aから溝15cまでは幅及び深さを許容誤差範囲内で計測できたのに対して、溝15dについては幅及び/又は深さを許容誤差範囲内で計測できなかった場合、測定機が適切に応答できる幅と深さの組み合わせの限界は、幅W3と深さD3の組み合わせと評価することができる。
また、本実施例に係る標準片も、実施例1の場合と同様に、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝の代わりに、同心円状の複数の溝を含んでもよい。
【0060】
図5は、本実施例に係る標準片の変形例を例示した図である。図5(a)から(c)に例示される標準片は、溝の断面形状のみが標準片15と異なっている。図5(a)では、溝16aの断面形状が三角形形状である標準片16が例示されている。図5(b)では、溝17aの断面形状が台形形状である標準片17が例示されている。図5(c)では、溝18aの断面形状が円弧形状または楕円弧形形状である標準片18が例示されている。また、標準片の溝の断面形状は単純な形状であればよく、その他の多角形形状でもよい。
【0061】
以上、本変形例に係る標準片も、標準片15と同様の効果を有する。つまり、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【実施例3】
【0062】
図6は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。図6(a)は、本実施例に係る標準片19の斜視図であり、図6(b)は、標準片19の断面4−4’における断面図である。
【0063】
なお、図6に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片19の表面S、XZ平面と断面4−4’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0064】
標準片19は、表面S上に、X方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、X方向に沿った断面である断面4−4’において、単純な断面形状を呈している。なお、図6では、X方向に並んだ溝の断面形状は正弦波形状である。
【0065】
本実施例に係る標準片19は、X方向に並んだ溝の断面形状の幅及び深さが共に一定ではない点については、実施例2に係る標準片15と同様である。ただし、標準片19は、X方向に対する溝の断面形状の輪郭線の最大傾斜角度(以降、単に最大傾斜角度と記す。)がX方向に並んだ複数の溝で一定(角度α)である点が、標準片15と異なる。
【0066】
溝の断面形状の幅及び深さは、X方向に隣接する所定数の溝毎に異なればよい。図6(b)に例示されるように、X方向に並んだ溝の断面形状の幅及び深さがそれぞれ異なってもよい。X方向に隣接する所定数の溝毎に、溝の断面形状の幅及び深さは減少することが望ましい。
【0067】
また、図6(b)では、X方向に隣接する溝は連続的に形成されているが特にこれに限られない。溝と溝の間に平面部を設けても良い。また、平面部の幅は、それぞれ任意に変更しても良い。例えば、X方向に沿って溝が周期的に生じるように、平面部の幅を調整しても良い。
【0068】
また、図6(b)では、標準片19の表面Sと溝の上端が一致しているが、特にこれに限られない。例えば、測定領域Rは、表面Sから一段低い面に形成されてもよい。この場合、溝の上端と表面Sは一致しない。また、図6(b)では、各溝の上端の高さが一致しているが、特にこれに限られない。各溝の下端の高さ、または、上端と下端の中間の高さを一致させてもよい。
【0069】
また、図6(b)に例示されるX方向に並んだ溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝であり、各溝の深さはY方向に沿って一定である。つまり、標準片19の測定領域Rには、互いに平行な複数の直線状の溝が形成されている。従って、標準片19は、断面4−4’と平行な任意の断面で、断面4−4’と同様の断面形状を呈している。
標準片19の材料及び加工方法は、実施例1に係る標準片10と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0070】
以下、任意の幅を有するX方向に並んだ溝に対して、最大傾斜角度αを一定に維持する標準片の表面形状の算出方法の一例について説明する。なお、標準片の表面形状の算出方法は、以下の方法に限られず、他の方法で算出しても良い。
【0071】
まず、X方向に並んだ溝の断面形状の幅Wnを任意に決定する。なお、ここで、幅Wnはn番目の溝の断面形状の幅を表している。例えば、幅Wnは等比数列(Wn+1=a×Wn)や等差数列(Wn+1=Wn+b)であってもよい。
【0072】
次に、任意に決定された幅Wnを満たす溝の断面形状を示す関数fnを算出する。このとき、各溝の断面形状は深さ1の正弦波形状で、且つ、各溝が隣接する溝と連続的に形成される状態を想定すると、関数fnは以下の式(1)で表される。
【数1】
【0073】
さらに、各溝の断面形状を示す関数fnを足し合わせることで、任意に決定された幅Wnを満たす標準片の断面形状を示す関数Fが算出される。なお、ここで、溝の個数をNとすると、関数Fは、以下の式(2)で表される。
【数2】
【0074】
図7は、任意に決定された幅Wnを満たす標準片の断面形状を表す関数Fを図示したものである。図7で示されるように、関数Fで表現される標準片は溝の断面形状の深さが一定であるのに対して溝の断面形状の幅が異なっている。このため、最大傾斜角度は、溝毎に異なっている。
次に、各溝の断面形状を示すfnを微分し、各溝の最大傾きmnを算出する。式(2)で表される標準片の各溝の最大傾きmnは、以下の式(3)で表される。
【数3】
【0075】
各溝の最大傾斜角度βnと式(2)で表される標準片の各溝の最大傾きmnの間には、mn=tanβnの関係が成り立つ。従って、式(2)で表される標準片では、最大傾斜角度βnは、各溝の幅Wnに依存している。
【0076】
次に、各溝の断面形状を示す関数fnを修正し、各溝の断面形状の最大傾斜角度を統一する。このとき、最大傾斜角度を角度αに統一すると、最大傾斜角度が統一された各溝の断面形状を示す関数gnは、以下の式(4)で表される。
【数4】
【0077】
最後に、最大傾斜角度が統一された各溝の断面形状を示す関数gnを足し合わせて以下の式(5)を算出する。これにより、任意に決定された幅Wnを満たし、最大傾斜角度が角度αに統一された標準片の断面形状を示す関数Gが算出される。
【数5】
このような算出方法を用いて断面形状を算出することで、任意の溝の幅で、且つ、最大傾斜角度が一定な標準片を容易に製造することが可能となる。
【0078】
以上、本実施例に係る標準片19を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、実施例2の場合と同様に、X方向と平行に標準片19の測定領域Rを1回走査するだけで、溝の幅及び深さの変化に対する溝の幅及び深さの測定精度の変化を示す応答特性を調べることができる。また、測定機の視野が測定領域Rに比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけで上記の応答特性を調べることができる。このため、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0079】
また、標準片19の使用は、特に光学式の測定機の性能評価や、光学式の測定機と触針式の測定機の間での性能比較に好適である。上述したように、光学式の測定機は、標準片からの反射光を検出することで表面性状を測定するため、溝の傾斜角度が測定結果に影響を及ぼしてしまう。しかし、標準片19は、各溝の最大傾斜角度が一定であるため、傾斜角度による影響を排除することができる。従って、光学式の測定機の性能評価の信頼性を、触針式の測定機の性能評価の信頼性と同程度まで向上させることができる。また、光学式の測定機と触針式の測定機の間での測定結果の差異も抑制することができる。
また、本実施例に係る標準片も、実施例1の場合と同様に、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝の代わりに、同心円状の複数の溝を含んでもよい。
【0080】
図8は、本実施例に係る標準片の変形例を例示した図である。図8(a)から(c)に例示される標準片は、溝の断面形状のみが標準片19と異なっている。図8(a)では、溝20aの断面形状が三角形形状である標準片20が例示されている。図8(b)では、溝21aの断面形状が台形形状である標準片21が例示されている。図8(c)では、溝22aの断面形状が円弧形状または楕円弧形形状である標準片22が例示されている。また、標準片の溝の断面形状は単純な形状であればよく、その他の多角形形状でもよい。
【0081】
以上、本変形例に係る標準片も、標準片19と同様の効果を有する。つまり、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。また、光学式の測定機の性能評価の信頼性を、触針式の測定機の性能評価の信頼性と同程度まで向上させることができる。また、光学式の測定機と触針式の測定機の間での測定結果の差異も抑制することができる。
【実施例4】
【0082】
図9は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。図9(a)は、本実施例に係る標準片23の斜視図である。図9(b)は、標準片23の断面5−5’における断面図であり、図9(c)は、標準片23の断面6−6’における断面図である。
【0083】
なお、図9に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片23の表面S、XZ平面と断面5−5’及び断面6−6’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0084】
標準片23は、表面S上に、X方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。より具体的には、標準片23の測定領域Rには、互いに平行な複数の直線状の溝が形成され、溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行である。
【0085】
表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、X方向に沿った断面において、単純な断面形状を呈している。なお、図9では、X方向に並んだ溝の断面形状は正弦波形状である。
【0086】
本実施例に係る標準片23は、X方向に並んだ溝の断面形状の幅及び深さが一定ではなく最大傾斜角度が一定である点については、実施例3に係る標準片19と同様である。ただし、標準片23の溝の各々は、深さ及び最大傾斜角度がY方向(直線方向)で異なる点が、標準片19と異なる。
【0087】
例えば、図9(b)に例示されるように、断面5−5’では、幅W1、W2、W3、W4の各溝の最大傾斜角度が角度α1に統一されている。これに対して、図9(c)に例示されるように、断面6−6’では、幅W1、W2、W3、W4の各溝の最大傾斜角度が角度α2に統一されている。つまり、各溝は、Y方向に溝の幅が一定な状態で、最大傾斜角度を連続的に変化させている。溝の各々では、Y方向に溝の断面形状の深さ及び最大傾斜角度が漸減することが望ましい。
【0088】
溝の断面形状の幅及び深さは、X方向に隣接する所定数の溝毎に異なればよい。図9(b)及び(c)に例示されるように、X方向に並んだ溝の断面形状の幅及び深さがそれぞれ異なってもよい。また、X方向に隣接する所定数の溝毎に、溝の断面形状の幅及び深さは減少することが望ましい。
【0089】
また、図9(b)及び(c)では、X方向に隣接する溝は連続的に形成されているが特にこれに限られない。溝と溝の間に平面部を設けても良い。また、平面部の幅は、それぞれ任意に変更しても良い。例えば、X方向に沿って溝が周期的に生じるように、平面部の幅を調整しても良い。
【0090】
また、図9(b)及び(c)では、標準片23の表面Sと溝の上端が一致しているが、特にこれに限られない。例えば、測定領域Rは、表面Sから一段低い面に形成されてもよい。この場合、溝の上端と表面Sは一致しない。また、図9(b)及び(c)では、各溝の上端の高さが一致しているが、特にこれに限られない。各溝の下端の高さ、または、上端と下端の中間の高さを一致させてもよい。
標準片23の材料及び加工方法は、実施例1に係る標準片10と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0091】
以下、X方向に並んだ溝の最大傾斜角度αを一定に維持しながら、溝の最大傾斜角度αをY方向に変化させた標準片の表面形状の算出方法の一例について説明する。なお、標準片の表面形状の算出方法は、以下の方法に限られず、他の方法で算出しても良い。
【0092】
X方向に関する表面形状は、実施例3と同様である。従って、条件式(1)、(4)及び(5)を利用する。その上で、最大傾斜角度αをY方向に依存した任意の関数α(y)とすればよい。
つまり、各溝の断面形状を示す関数gnは、条件式(4)から以下の条件式(6)のように修正される。
【数6】
なお、最大傾斜角度をY方向に対して直線的に変化させる場合であれば、最大傾斜角度を示す関数α(y)は、以下の式(7)で表される。
【数7】
【0093】
さらに、例えば、測定領域RのY方向の幅が100であり、最大傾斜角度を45度から9度まで変化させる場合であれば、最大傾斜角度を示す関数α(y)は、以下の式(8)で表される。
【数8】
このような算出方法を用いて断面形状を算出することで、最大傾斜角度がY方向で変化する標準片を容易に製造することが可能となる。
【0094】
以上、本実施例に係る標準片23を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、実施例3の場合と同様に、X方向と平行に標準片23の測定領域Rを1回走査するだけで、特定の傾斜角度での、溝の幅及び深さの変化に対する溝の幅及び深さの測定精度の変化を示す応答特性を調べることができる。また、測定機と標準片の相対的な位置をY方向にずらすだけで、他の傾斜角度での応答特性も容易に調べることができる。また、測定機の視野が測定領域Rに比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけでさまざまな傾斜角度の上記の応答特性を調べることができる。このため、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0095】
また、標準片23の使用が、特に光学式の測定機の性能評価や、光学式の測定機と触針式の測定機の間での性能比較に好適である点も標準片19と同様である。このため、光学式の測定機の性能評価の信頼性を、触針式の測定機の性能評価の信頼性と同程度まで向上させることができる。また、光学式の測定機と触針式の測定機の間での測定結果の差異も抑制することができる。
【0096】
また、本実施例に係る標準片も、実施例1の場合と同様に、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝の代わりに、同心円状の複数の溝を含んでもよい。そして、溝の各々で、溝の最大傾斜角度を同心円の円周方向で異ならせても良い。
【0097】
図10は、本実施例に係る標準片の変形例を例示した図である。図10(a)から(c)に例示される標準片は、溝の断面形状のみが標準片23と異なっている。図10(a)では、溝の断面形状が三角形形状である標準片24が例示されている。図10(b)では、溝の断面形状が台形形状である標準片25が例示されている。図10(c)では、溝の断面形状が円弧形状または楕円弧形形状である標準片26が例示されている。また、標準片の溝の断面形状は単純な形状であればよく、その他の多角形形状でもよい。
【0098】
以上、本変形例に係る標準片も、標準片23と同様の効果を有する。つまり、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。また、光学式の測定機の性能評価の信頼性を、触針式の測定機の性能評価の信頼性と同程度まで向上させることができる。また、光学式の測定機と触針式の測定機の間での測定結果の差異も抑制することができる。
【実施例5】
【0099】
図11は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。図11(a)は、本実施例に係る標準片27の斜視図である。図11(b)は、標準片27の断面7−7’における断面図であり、図11(c)は、標準片27の断面8−8’における断面図である。
【0100】
なお、図11に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片27の表面S、XZ平面と断面7−7’及び断面8−8’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0101】
標準片27は、表面S上に、X方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。より具体的には、標準片27の測定領域Rには、互いに平行な複数の直線状の溝が形成され、溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行である。
【0102】
表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、X方向に沿った断面において、単純な断面形状を呈している。なお、図11では、X方向に並んだ溝の断面形状は正弦波形状であるが、特にこれに限られない。三角形形状や台形形状などの多角形形状でもよく、円弧形状や楕円弧形状であってもよい。
【0103】
本実施例に係る標準片27は、X方向に並んだ溝の断面形状の幅が一定ではなく、深さが一定である点については、実施例1に係る標準片10と同様である。ただし、標準片27の溝の各々は、深さがY方向(直線方向)で異なる点が、標準片10と異なる。
【0104】
例えば、図11(b)に例示されるように、断面7−7’では、幅W1、W2、W3、W4の各溝の深さは深さD1である。これに対して、図11(c)に例示されるように、断面8−8’では、幅W1、W2、W3、W4の各溝の深さは深さD2である。つまり、各溝は、Y方向に溝の幅が一定な状態で、深さを連続的に変化させている。溝の各々では、Y方向に溝の断面形状の深さが漸減することが望ましい。
【0105】
溝の断面形状の幅は、X方向に隣接する所定数の溝毎に異なればよい。図11(b)及び(c)に例示されるように、X方向に並んだ溝の断面形状の幅がそれぞれ異なってもよい。また、X方向に隣接する所定数の溝毎に、溝の断面形状の幅は減少することが望ましい。
【0106】
また、図11(b)及び(c)では、X方向に隣接する溝は連続的に形成されているが特にこれに限られない。溝と溝の間に平面部を設けても良い。また、平面部の幅は、それぞれ任意に変更しても良い。例えば、X方向に沿って溝が周期的に生じるように、平面部の幅を調整しても良い。
【0107】
また、図11(b)及び(c)では、標準片27の表面Sと溝の上端が一致しているが、特にこれに限られない。例えば、測定領域Rは、表面Sから一段低い面に形成されてもよい。この場合、溝の上端と表面Sは一致しない。また、図11(b)及び(c)では、各溝の上端の高さが一致しているが、特にこれに限られない。各溝の下端の高さ、または、上端と下端の中間の高さを一致させてもよい。
標準片27の材料及び加工方法は、実施例1に係る標準片10と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0108】
以上のような標準片27を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、X方向と平行に標準片27の測定領域Rを1回走査するだけで、特定の深さでの、溝の幅の変化に対する溝の深さの測定精度の変化を示す応答特性を調べることができる。また、測定機と標準片の相対的な位置をY方向にずらすだけで、他の深さでの応答特性も容易に調べることができる。また、測定機の視野が測定領域Rに比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけで上記の応答特性を調べることができる。
【0109】
このため、溝の幅と深さの異なる複数の標準片を順番に測定機で測定して応答特性を取得していた従来の方法に比べて、応答特性の取得に要する作業時間が短縮され、作業負担も軽減される。その結果、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0110】
また、本実施例に係る標準片も、実施例1の場合と同様に、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝の代わりに、同心円状の複数の溝を含んでもよい。そして、溝の各々で、溝の断面形状の深さを同心円の円周方向で異ならせても良い。その場合、Y方向に溝の断面形状の深さが漸減することが望ましい。
【実施例6】
【0111】
図12は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。本実施例に係る標準片28は、表面S上に複数の測定領域(測定領域R1、測定領域R2、測定領域R3)を有している。複数の測定領域は、Y方向(直線方向)に並べられている。
【0112】
なお、図12に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片28の表面Sは、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0113】
各測定領域には、X方向(所定方向)に複数の溝を含んでいる。各測定領域には、互いに平行な複数の直線状の溝が形成され、溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行である。なお、各溝では、Y方向に溝の幅及び深さが一定である。
【0114】
また、測定領域の表面形状は、実施例1から実施例3に係る標準片の表面形状と同様である。測定領域間では、応答特性の変数となる深さや最大傾斜角度などの状態が異なっている。
【0115】
例えば、測定領域の表面形状が実施例1に係る標準片の表面形状と同様である場合、測定領域R1、測定領域R2、及び測定領域3では、溝の断面形状の深さが異なっている。また、測定領域の表面形状が実施例3に係る標準片の表面形状と同様である場合、測定領域R1、測定領域R2、及び測定領域3では、X方向に対する溝の断面形状の輪郭線の最大傾斜角度が異なっている。
標準片28の材料及び加工方法は、実施例1に係る標準片10と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0116】
以上のような標準片28を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、X方向に沿って標準片28のいずれかの測定領域を1回走査するだけで応答特性を調べることができる。また、測定機と標準片の相対的な位置をY方向にずらし他の測定領域を走査するだけで、深さや最大傾斜角度の異なる応答特性を容易に調べることができる。また、測定機の視野が測定領域に比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけで上記の応答特性を調べることができる。
【0117】
このため、溝の幅や深さの異なる複数の標準片を順番に測定機で測定して応答特性を取得していた従来の方法に比べて、応答特性の取得に要する作業時間が短縮され、作業負担も軽減される。その結果、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0118】
また、標準片28は、領域内でX方向に沿った断面形状が一定となっている。従って、測定機に対する標準片の相対的な位置をY方向にずらす際に必要な位置精度を緩和することができる。その結果、位置ずれによって測定機の性能が誤って評価されることを抑制することができる。
なお、実施例1から実施例6では、標準片の表面Sに溝、つまり、凹状のパターンを形成した場合について説明したが、特にこれに限られない。標準片の表面Sに突起、つまり凸状のパターンを形成した場合でも同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0119】
10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、100、102、103、104・・・標準片
【0120】
10a、10b、10c、10d、10e、10f、11a、12a、13a、14a、15a、15b、15c、15d、16a、17a、18a、19a、19b、19c、19d、20a、21a、22a、23a、23b、23c、23d、27a、27b、27c、27d、101・・・溝
1−1’、2−2’、3−3’、4−4’、5−5’、6−6’、7−7’・・・断面
S・・・表面
FL・・・平面部
R、R1、R2、R3・・・測定領域
【技術分野】
【0001】
本発明は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる標準片の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
表面性状を測定する測定機の性能評価の一手段として、表面に複数の溝が形成された標準片を用いる方法がある。
【0003】
標準片にはさまざまなものがあるが、現在、規格番号JISB0659−1「製品の幾何特性仕様 (GPS) −表面性状:輪郭曲線方式;測定標準−第1部:標準片」に記載されているような、同形状の溝が一定方向に並んで形成された標準片が広く普及している。
【0004】
標準片の溝の形状としては、評価や加工の容易さなどの観点から、単純な形状が多く、図13(a)から(d)に例示されるような溝101の断面形状が正弦波形状(図13(a)参照)、三角形形状(図13(b)参照)、台形形状(図13(c)参照)、円弧形状(図13(d)参照)となるような標準片100が知られている。
【0005】
測定機の性能は、このような標準片100の溝101の形状を適切に測定できるか否かで評価される。より具体的には、例えば、非特許文献1で記載されているように、溝の幅(周期)に対する溝の深さ(振幅)の測定精度の変化(以降、応答特性と記す。)を調べることで、測定機の性能を評価する方法がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】藤井章弘、柳和久、「表面性状測定器における表面波長に対する応答特性の一考察」、2009年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、p.495-496
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、表面に同形状の溝が一定方向に並んで形成された標準片を用いて測定機の応答特性を調べる場合、以下のような課題がある。
まず、第1の課題は、測定機の性能評価に要する作業時間及び作業負担である。
【0008】
溝の幅に対する溝の深さの応答特性を調べるためには、図14(a)から(f)に例示されるような、溝の深さ(深さD)が等しく溝の幅(幅W1、幅W2、幅W3)が異なる複数の標準片(標準片102、標準片103、標準片104)を用意し、それぞれ測定しなければならない。また、溝の深さによって応答特性が異なることもあるため、より厳密には、溝の深さ毎に、溝の深さが等しく溝の幅が異なる複数の標準片を用意し、それぞれ測定しなければならない。
【0009】
従って、測定機の応答特性の取得及び測定機の性能評価には、多く時間が掛かり、作業者の負担も大きい。このことは、複数の測定機を比較評価する場合に、さらに顕著である。
第2の課題は、性能評価の信頼性である。
【0010】
表面性状を測定する測定機は、触針式に代表される接触式の測定機と、光学式に代表される非接触式の測定機に大別できる。光学式の測定機は、標準片からの反射光を検出することで表面性状を測定する測定機であり、溝の傾斜角度、特に最大傾斜角度が測定結果に影響を及ぼすことが知られている。これは、反射光の検出可否が、測定機の開口数(より厳密には、測定機の対物レンズの開口数)と溝の傾斜角度に依存するためである。
【0011】
溝の深さ及び幅を変数として応答特性を調査する場合、性能評価の信頼性の観点から、傾斜角度による影響は排除されることが望ましい。従って、特に光学式の測定機の性能評価に際しては、溝の傾斜角度、また、最大傾斜角度が互いに一致している標準片を用いることが望ましい。
【0012】
しかしながら、通常、溝の深さDを一定にして溝の幅(W1、W2)を変化させると、溝の傾斜角度は変化してしまう。図15(a)及び(b)では、溝の幅の変化に伴い、断面形状が三角形形状となる溝の傾斜角度が角度θ1から角度θ2に変化している様子が示されている。また、図16(a)及び(b)では、溝の幅の変化に伴い、断面形状が正弦波形状となる溝の最大傾斜角度が角度θ3から角度θ4に変化している様子が示されている。
【0013】
標準片の仕様として溝の傾斜角度は一般的ではなく、溝の傾斜角度に着目した標準片の提供は行われていない。このため、傾斜角度が互いに一致する標準片を用意することは困難である。さらに、溝の深さや幅に加えて溝の傾斜角度を変数とした応答特性を調査する場合、溝の傾斜角度が互いに一致する標準片が傾斜角度毎に複数必要であるが、このような標準片の用意は非常に困難である。
【0014】
従って、光学式の測定機の性能評価の信頼性は、触針式の測定機の性能評価の信頼性に比べて、低くなりがちである。その結果、測定対象物によっては、光学式の測定機と触針式の測定機の間で測定結果に差異が生じてしまうことがある。
以上のような実情を踏まえ、本発明は、測定機の性能評価に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の第1の態様は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる標準片であって、所定方向に複数の溝を含む測定領域を有し、溝の各々は、所定方向に沿った断面で単純な断面形状を呈し、断面形状の所定方向の長さは、所定方向に隣接する所定数の溝毎に異なる標準片を提供する。
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の標準片において、断面形状の所定方向の長さは、所定方向に隣接する所定数の溝毎に減少する標準片を提供する。
【0016】
本発明の第3の態様は、第1の態様または第2の態様に記載の標準片において、断面内で所定方向と直交する方向を深さ方向とするとき、断面形状の深さ方向の長さは、所定方向に並んだ複数の溝で一定である標準片を提供する。
【0017】
本発明の第4の態様は、第1の態様または第2の態様に記載の標準片において、断面内で所定方向と直交する方向を深さ方向とするとき、断面形状の深さ方向の長さは、所定方向に隣接する所定数の溝毎に異なる標準片を提供する。
本発明の第5の態様は、第4の態様に記載の標準片において、断面形状の深さ方向の長さは、所定方向に隣接する所定数の溝毎に減少する標準片を提供する。
【0018】
本発明の第6の態様は、第4の態様または第5の態様に記載の標準片において、所定方向に対する断面形状の輪郭線の最大傾斜角度は、所定方向に並んだ複数の溝で一定である標準片を提供する。
【0019】
本発明の第7の態様は、第3の態様に記載の標準片において、互いに平行に形成された複数の直線状の溝を含む測定領域を有するとき、所定方向は、溝の直線方向と直交する方向である標準片を提供する。
本発明の第8の態様は、第7の態様に記載の標準片において、溝の各々では、溝の深さが直線方向に異なる標準片を提供する。
本発明の第9の態様は、第8の態様に記載の標準片において、溝の各々では、溝の深さが直線方向に漸減する標準片を提供する。
【0020】
本発明の第10の態様は、第3の態様に記載の標準片において、同心円状の複数の溝を含む測定領域を有するとき、所定方向は、同心円の径方向と一致する標準片を提供する。
本発明の第11の態様は、第10の態様に記載の標準片において、溝の各々では、溝の深さが同心円の円周方向に異なる標準片を提供する。
【0021】
本発明の第12の態様は、第6の態様に記載の標準片において、互いに平行に形成された複数の直線状の溝を含む測定領域を有するとき、所定方向は、溝の直線方向と直交する方向である標準片を提供する。
本発明の第13の態様は、第12の態様に記載の標準片において、溝の各々では、所定方向に対する溝の最大傾斜角度が直線方向で異なる標準片を提供する。
本発明の第14の態様は、第13の態様に記載の標準片において、溝の各々では、所定方向に対する溝の最大傾斜角度が直線方向で漸減する標準片を提供する。
【0022】
本発明の第15の態様は、第6の態様に記載の標準片において、同心円状の複数の溝を含む測定領域を有するとき、所定方向は、同心円の径方向と一致する標準片を提供する。
本発明の第16の態様は、第15の態様に記載の標準片において、溝の各々では、溝の最大傾斜角度が同心円の円周方向で異なる標準片を提供する。
本発明の第17の態様は、第3の態様に記載の標準片において、複数の測定領域を有し、断面形状の深さ方向の長さは、測定領域毎に異なる標準片を提供する。
【0023】
本発明の第18の態様は、第6の態様に記載の標準片において、複数の測定領域を有し、所定方向に対する断面形状の輪郭線の最大傾斜角度は、測定領域毎に異なる標準片を提供する。
【0024】
本発明の第19の態様は、第17の態様または第18の態様に記載の標準片において、測定領域の各々が互いに平行に形成された複数の直線状の溝を含むとき、所定方向は、溝の直線方向と直交する方向であり、複数の測定領域は、直線方向に並んでいる標準片を提供する。
本発明の第20の態様は、第1の態様乃至第19の態様のいずれか1つに記載の標準片において、断面形状は、正弦波形状である標準片を提供する。
本発明の第21の態様は、第1の態様乃至第19の態様のいずれか1つに記載の標準片において、断面形状は、円弧形状である標準片を提供する。
本発明の第22の態様は、第1の態様乃至第19の態様のいずれか1つに記載の標準片において、断面形状は、多角形形状である標準片を提供する。
【0025】
本発明の第23の態様は、第1の態様乃至第22の態様のいずれか1つに記載の標準片において、所定方向は、標準片の表面に平行な方向であり、断面は、表面と直交する面である標準片を提供する。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、測定機の性能評価に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】実施例1に係る標準片を例示した図である。
【図2】実施例1に係る標準片の変形例を例示した図である。
【図3】実施例1に係る標準片の他の変形例を例示した図である。
【図4】実施例2に係る標準片を例示した図である。
【図5】実施例2に係る標準片の変形例を例示した図である。
【図6】実施例3に係る標準片を例示した図である。
【図7】実施例3に係る標準片の断面形状を表す関数を図示したものである。
【図8】実施例3に係る標準片の変形例を例示した図である。
【図9】実施例4に係る標準片を例示した図である。
【図10】実施例4に係る標準片の変形例を例示した図である。
【図11】実施例5に係る標準片を例示した図である。
【図12】実施例6に係る標準片を例示した図である。
【図13】従来技術に係る標準片の溝の断面形状を例示した図である。
【図14】溝の幅に対する溝の深さの応答特性を調べるために用いられる従来技術に係る標準片を例示した図である。
【図15】断面形状が三角形形状となる溝の幅と溝の傾斜角度の関係を説明するための図である。
【図16】断面形状が正弦波形状となる溝の幅と溝の最大傾斜角度の関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施例について説明する。
【実施例1】
【0029】
図1は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。図1(a)は、本実施例に係る標準片10の斜視図であり、図1(b)から(d)は、それぞれ異なる標準片10の断面1−1’における断面図である。
【0030】
なお、図1に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片10の表面S、XZ平面と断面1−1’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0031】
標準片10は、表面S上に、X方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。測定機は標準片10の測定領域Rを測定し、その結果に基づいて性能が評価される。表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、X方向に沿った断面である断面1−1’において、単純な断面形状を呈している。なお、図1では、X方向に並んだ溝の断面形状は正弦波形状である。
【0032】
本実施例に係る標準片10では、X方向に並んだ溝の断面形状のZ方向(深さ方向)の長さ(以降、深さと記す。)は一定であるのに対して、断面形状のX方向の長さ(以降、幅と記す。)は一定ではない。
【0033】
溝の断面形状の幅は、X方向に隣接する所定数の溝毎に異なればよい。図1(b)に例示されるように、X方向に並んだ溝の断面形状の幅がそれぞれ異なってもよい。また、図1(c)及び(d)に例示されるように、X方向に隣接する2つの溝毎に、溝の断面形状の幅が異なってもよい。また、X方向に隣接する所定数の溝毎に、溝の断面形状の幅は減少することが望ましい。
【0034】
また、図1(b)及び(c)では、X方向に隣接する溝は連続的に形成されているが特にこれに限られない。図1(d)に例示されるように、溝と溝の間に平面部FLを設けても良い。また、平面部FLのX方向の長さ(以降、幅と記す。)は、それぞれ任意に変更しても良い。例えば、X方向に沿って溝が周期的に生じるように、つまり、溝の断面形状の幅とその溝の片側に隣接する平面部FLの幅との和が一定となるように、平面部FLの幅を調整しても良い。
【0035】
また、図1(b)から(d)では、標準片10の表面Sと溝の上端が一致しているが、特にこれに限られない。例えば、測定領域Rは、表面Sから一段低い面に形成されてもよい。この場合、溝の上端と表面Sは一致しない。
【0036】
また、X方向に並んだ溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝であり、各溝の深さはY方向に沿って一定である。つまり、標準片10の測定領域Rには、互いに平行な複数の直線状の溝が形成されている。従って、標準片10は、断面1−1’と平行な任意の断面で、断面1−1’と同様の断面形状を呈している。
【0037】
標準片10は、例えば、1ピースの単結晶シリコンを集束イオンビーム(Focused Ion Beam:FIB)加工することにより製造される。なお、標準片10の材料及び加工方法は、目的の形状の溝が形成できれば特に限定されない。標準片10の材料はステンレス等の金属やガラスなどでもよい。また、標準片10の加工方法も、FIB加工のようなスパッタリング現象を利用した加工法の他に、エッチング加工やフライス加工でもよい。
【0038】
以上のような標準片10を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、X方向と平行に標準片10の測定領域Rを1回走査するだけで、溝の幅の変化に対する溝の深さの測定精度の変化を示す応答特性を調べることができる。また、測定機の視野が測定領域Rに比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけで上記の応答特性を調べることができる。
【0039】
このため、溝の幅の異なる複数の標準片を順番に測定機で測定し応答特性を取得していた従来の方法に比べて、応答特性の取得に要する作業時間が短縮され、作業負担も軽減される。その結果、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0040】
なお、応答特性を用いた測定機の性能評価については、従来と同様の方法で行われる。例えば、図1(b)に例示される断面を有する標準片10を測定機で走査し、測定機の応答特性を取得したとする。溝10aから溝10cまでは深さDを許容誤差範囲内で計測できたのに対して、溝10dについては許容誤差範囲内で計測できなかった場合、測定機が深さDに対して適切に応答できる幅の限界は、幅W3と評価することができる。
【0041】
図2は、本実施例に係る標準片の変形例を例示した図である。図2(a)から(c)に例示される標準片は、溝の断面形状のみが標準片10と異なっている。図2(a)では、溝11aの断面形状が三角形形状である標準片11が例示されている。図2(b)では、溝12aの断面形状が台形形状である標準片12が例示されている。図2(c)では、溝13aの断面形状が円弧形状または楕円弧形形状である標準片13が例示されている。標準片の溝の断面形状は単純な形状であればよく、その他の多角形形状でもよい。
【0042】
以上、本変形例に係る標準片も、標準片10と同様の効果を有する。つまり、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0043】
図3は、本実施例に係る標準片の他の変形例を例示した図である。図3(a)は、本変形例に係る標準片14の斜視図であり、図3(b)は、標準片14の断面2−2’における断面図である。
【0044】
なお、図3に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片14の表面S、XZ平面と断面2−2’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0045】
本変形例に係る標準片14は、位置Oを中心とした同心円状の複数の溝を含む点が標準片10と異なっている。つまり、標準片14は、表面S上に、同心円の径方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。
【0046】
表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、径方向に沿った断面である断面2−2’において、正弦波形状を呈している。なお、図3では、断面2−2’が中心Oを含むXZ平面となる場合が例示されているが、特にこれに限られない。断面2−2’は、中心Oを含み、且つ、XY平面と直交する平面であればよい。つまり、径方向に沿った断面であればよい。また、溝の断面形状も正弦波形状に限られず、任意の単純形状としてもよい。
【0047】
本実施例に係る標準片14でも、径方向に並んだ溝の断面形状の深さは一定であるのに対して、断面形状の径方向の長さ(以降、幅と記す。)は一定ではない。なお、標準片14の溝は同心円状に形成されているため、図3(b)に例示されるように、位置Oを中心として対象な位置にある溝の幅はそれぞれ等しい。
【0048】
また、各溝14aの深さは同心円の円周方向に沿って一定である。従って、標準片14は、任意の径方向の沿った断面で断面2−2’と同様の断面形状を呈している。
【0049】
以上、本変形例に係る標準片14も、標準片10と同様の効果を有する。つまり、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【実施例2】
【0050】
図4は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。図4(a)は、本実施例に係る標準片15の斜視図であり、図4(b)は、標準片15の断面3−3’における断面図である。
【0051】
なお、図4に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片15の表面S、XZ平面と断面3−3’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0052】
標準片15は、表面S上に、X方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、X方向に沿った断面である断面3−3’において、単純な断面形状を呈している。なお、図4では、X方向に並んだ溝の断面形状は正弦波形状である。
本実施例に係る標準片15では、X方向に並んだ溝の断面形状の幅と深さは、共に一定ではない。
【0053】
溝の断面形状の幅及び深さは、X方向に隣接する所定数の溝毎に異なればよい。図4(b)に例示されるように、X方向に並んだ溝の断面形状の幅及び深さがそれぞれ異なってもよい。また、X方向に隣接する所定数の溝毎に、溝の断面形状の幅及び深さは減少することが望ましい。
【0054】
また、図4(b)では、X方向に隣接する溝は連続して形成されているが特にこれに限られない。溝と溝の間に平面部を設けても良い。また、平面部の幅は、それぞれ任意に変更しても良い。例えば、X方向に沿って溝が周期的に生じるように、平面部の幅を調整しても良い。
【0055】
また、図4(b)では、標準片15の表面Sと溝の上端が一致しているが、特にこれに限られない。例えば、測定領域Rは、表面Sから一段低い面に形成されてもよい。この場合、溝の上端と表面Sは一致しない。また、図4(b)では、各溝の上端の高さが一致しているが、特にこれに限られない。各溝の下端の高さ、または、上端と下端の中間の高さを一致させてもよい。
【0056】
また、X方向に並んだ溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝であり、各溝の深さはY方向に沿って一定である。つまり、標準片15の測定領域Rには、互いに平行な複数の直線状の溝が形成されている。従って、標準片15は、断面3−3’と平行な任意の断面で、断面3−3’と同様の断面形状を呈している。
標準片15の材料及び加工方法は、実施例1に係る標準片10と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0057】
以上のような標準片15を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、X方向と平行に標準片15の測定領域Rを1回走査するだけで、溝の幅及び深さの変化に対する溝の幅及び深さの測定精度の変化を示す応答特性を調べることができる。また、測定機の視野が測定領域Rに比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけで上記の応答特性を調べることができる。
【0058】
このため、溝の幅及び深さの異なる複数の標準片を順番に測定機で測定し応答特性を取得していた従来の方法に比べて、応答特性の取得に要する作業時間が短縮され、作業負担も軽減される。その結果、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0059】
なお、応答特性を用いた測定機の性能評価については、従来と同様の方法で行われる。例えば、図4(b)に例示される断面を有する標準片15を測定機で走査し、測定機の応答特性を取得したとする。溝15aから溝15cまでは幅及び深さを許容誤差範囲内で計測できたのに対して、溝15dについては幅及び/又は深さを許容誤差範囲内で計測できなかった場合、測定機が適切に応答できる幅と深さの組み合わせの限界は、幅W3と深さD3の組み合わせと評価することができる。
また、本実施例に係る標準片も、実施例1の場合と同様に、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝の代わりに、同心円状の複数の溝を含んでもよい。
【0060】
図5は、本実施例に係る標準片の変形例を例示した図である。図5(a)から(c)に例示される標準片は、溝の断面形状のみが標準片15と異なっている。図5(a)では、溝16aの断面形状が三角形形状である標準片16が例示されている。図5(b)では、溝17aの断面形状が台形形状である標準片17が例示されている。図5(c)では、溝18aの断面形状が円弧形状または楕円弧形形状である標準片18が例示されている。また、標準片の溝の断面形状は単純な形状であればよく、その他の多角形形状でもよい。
【0061】
以上、本変形例に係る標準片も、標準片15と同様の効果を有する。つまり、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【実施例3】
【0062】
図6は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。図6(a)は、本実施例に係る標準片19の斜視図であり、図6(b)は、標準片19の断面4−4’における断面図である。
【0063】
なお、図6に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片19の表面S、XZ平面と断面4−4’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0064】
標準片19は、表面S上に、X方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、X方向に沿った断面である断面4−4’において、単純な断面形状を呈している。なお、図6では、X方向に並んだ溝の断面形状は正弦波形状である。
【0065】
本実施例に係る標準片19は、X方向に並んだ溝の断面形状の幅及び深さが共に一定ではない点については、実施例2に係る標準片15と同様である。ただし、標準片19は、X方向に対する溝の断面形状の輪郭線の最大傾斜角度(以降、単に最大傾斜角度と記す。)がX方向に並んだ複数の溝で一定(角度α)である点が、標準片15と異なる。
【0066】
溝の断面形状の幅及び深さは、X方向に隣接する所定数の溝毎に異なればよい。図6(b)に例示されるように、X方向に並んだ溝の断面形状の幅及び深さがそれぞれ異なってもよい。X方向に隣接する所定数の溝毎に、溝の断面形状の幅及び深さは減少することが望ましい。
【0067】
また、図6(b)では、X方向に隣接する溝は連続的に形成されているが特にこれに限られない。溝と溝の間に平面部を設けても良い。また、平面部の幅は、それぞれ任意に変更しても良い。例えば、X方向に沿って溝が周期的に生じるように、平面部の幅を調整しても良い。
【0068】
また、図6(b)では、標準片19の表面Sと溝の上端が一致しているが、特にこれに限られない。例えば、測定領域Rは、表面Sから一段低い面に形成されてもよい。この場合、溝の上端と表面Sは一致しない。また、図6(b)では、各溝の上端の高さが一致しているが、特にこれに限られない。各溝の下端の高さ、または、上端と下端の中間の高さを一致させてもよい。
【0069】
また、図6(b)に例示されるX方向に並んだ溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝であり、各溝の深さはY方向に沿って一定である。つまり、標準片19の測定領域Rには、互いに平行な複数の直線状の溝が形成されている。従って、標準片19は、断面4−4’と平行な任意の断面で、断面4−4’と同様の断面形状を呈している。
標準片19の材料及び加工方法は、実施例1に係る標準片10と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0070】
以下、任意の幅を有するX方向に並んだ溝に対して、最大傾斜角度αを一定に維持する標準片の表面形状の算出方法の一例について説明する。なお、標準片の表面形状の算出方法は、以下の方法に限られず、他の方法で算出しても良い。
【0071】
まず、X方向に並んだ溝の断面形状の幅Wnを任意に決定する。なお、ここで、幅Wnはn番目の溝の断面形状の幅を表している。例えば、幅Wnは等比数列(Wn+1=a×Wn)や等差数列(Wn+1=Wn+b)であってもよい。
【0072】
次に、任意に決定された幅Wnを満たす溝の断面形状を示す関数fnを算出する。このとき、各溝の断面形状は深さ1の正弦波形状で、且つ、各溝が隣接する溝と連続的に形成される状態を想定すると、関数fnは以下の式(1)で表される。
【数1】
【0073】
さらに、各溝の断面形状を示す関数fnを足し合わせることで、任意に決定された幅Wnを満たす標準片の断面形状を示す関数Fが算出される。なお、ここで、溝の個数をNとすると、関数Fは、以下の式(2)で表される。
【数2】
【0074】
図7は、任意に決定された幅Wnを満たす標準片の断面形状を表す関数Fを図示したものである。図7で示されるように、関数Fで表現される標準片は溝の断面形状の深さが一定であるのに対して溝の断面形状の幅が異なっている。このため、最大傾斜角度は、溝毎に異なっている。
次に、各溝の断面形状を示すfnを微分し、各溝の最大傾きmnを算出する。式(2)で表される標準片の各溝の最大傾きmnは、以下の式(3)で表される。
【数3】
【0075】
各溝の最大傾斜角度βnと式(2)で表される標準片の各溝の最大傾きmnの間には、mn=tanβnの関係が成り立つ。従って、式(2)で表される標準片では、最大傾斜角度βnは、各溝の幅Wnに依存している。
【0076】
次に、各溝の断面形状を示す関数fnを修正し、各溝の断面形状の最大傾斜角度を統一する。このとき、最大傾斜角度を角度αに統一すると、最大傾斜角度が統一された各溝の断面形状を示す関数gnは、以下の式(4)で表される。
【数4】
【0077】
最後に、最大傾斜角度が統一された各溝の断面形状を示す関数gnを足し合わせて以下の式(5)を算出する。これにより、任意に決定された幅Wnを満たし、最大傾斜角度が角度αに統一された標準片の断面形状を示す関数Gが算出される。
【数5】
このような算出方法を用いて断面形状を算出することで、任意の溝の幅で、且つ、最大傾斜角度が一定な標準片を容易に製造することが可能となる。
【0078】
以上、本実施例に係る標準片19を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、実施例2の場合と同様に、X方向と平行に標準片19の測定領域Rを1回走査するだけで、溝の幅及び深さの変化に対する溝の幅及び深さの測定精度の変化を示す応答特性を調べることができる。また、測定機の視野が測定領域Rに比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけで上記の応答特性を調べることができる。このため、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0079】
また、標準片19の使用は、特に光学式の測定機の性能評価や、光学式の測定機と触針式の測定機の間での性能比較に好適である。上述したように、光学式の測定機は、標準片からの反射光を検出することで表面性状を測定するため、溝の傾斜角度が測定結果に影響を及ぼしてしまう。しかし、標準片19は、各溝の最大傾斜角度が一定であるため、傾斜角度による影響を排除することができる。従って、光学式の測定機の性能評価の信頼性を、触針式の測定機の性能評価の信頼性と同程度まで向上させることができる。また、光学式の測定機と触針式の測定機の間での測定結果の差異も抑制することができる。
また、本実施例に係る標準片も、実施例1の場合と同様に、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝の代わりに、同心円状の複数の溝を含んでもよい。
【0080】
図8は、本実施例に係る標準片の変形例を例示した図である。図8(a)から(c)に例示される標準片は、溝の断面形状のみが標準片19と異なっている。図8(a)では、溝20aの断面形状が三角形形状である標準片20が例示されている。図8(b)では、溝21aの断面形状が台形形状である標準片21が例示されている。図8(c)では、溝22aの断面形状が円弧形状または楕円弧形形状である標準片22が例示されている。また、標準片の溝の断面形状は単純な形状であればよく、その他の多角形形状でもよい。
【0081】
以上、本変形例に係る標準片も、標準片19と同様の効果を有する。つまり、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。また、光学式の測定機の性能評価の信頼性を、触針式の測定機の性能評価の信頼性と同程度まで向上させることができる。また、光学式の測定機と触針式の測定機の間での測定結果の差異も抑制することができる。
【実施例4】
【0082】
図9は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。図9(a)は、本実施例に係る標準片23の斜視図である。図9(b)は、標準片23の断面5−5’における断面図であり、図9(c)は、標準片23の断面6−6’における断面図である。
【0083】
なお、図9に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片23の表面S、XZ平面と断面5−5’及び断面6−6’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0084】
標準片23は、表面S上に、X方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。より具体的には、標準片23の測定領域Rには、互いに平行な複数の直線状の溝が形成され、溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行である。
【0085】
表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、X方向に沿った断面において、単純な断面形状を呈している。なお、図9では、X方向に並んだ溝の断面形状は正弦波形状である。
【0086】
本実施例に係る標準片23は、X方向に並んだ溝の断面形状の幅及び深さが一定ではなく最大傾斜角度が一定である点については、実施例3に係る標準片19と同様である。ただし、標準片23の溝の各々は、深さ及び最大傾斜角度がY方向(直線方向)で異なる点が、標準片19と異なる。
【0087】
例えば、図9(b)に例示されるように、断面5−5’では、幅W1、W2、W3、W4の各溝の最大傾斜角度が角度α1に統一されている。これに対して、図9(c)に例示されるように、断面6−6’では、幅W1、W2、W3、W4の各溝の最大傾斜角度が角度α2に統一されている。つまり、各溝は、Y方向に溝の幅が一定な状態で、最大傾斜角度を連続的に変化させている。溝の各々では、Y方向に溝の断面形状の深さ及び最大傾斜角度が漸減することが望ましい。
【0088】
溝の断面形状の幅及び深さは、X方向に隣接する所定数の溝毎に異なればよい。図9(b)及び(c)に例示されるように、X方向に並んだ溝の断面形状の幅及び深さがそれぞれ異なってもよい。また、X方向に隣接する所定数の溝毎に、溝の断面形状の幅及び深さは減少することが望ましい。
【0089】
また、図9(b)及び(c)では、X方向に隣接する溝は連続的に形成されているが特にこれに限られない。溝と溝の間に平面部を設けても良い。また、平面部の幅は、それぞれ任意に変更しても良い。例えば、X方向に沿って溝が周期的に生じるように、平面部の幅を調整しても良い。
【0090】
また、図9(b)及び(c)では、標準片23の表面Sと溝の上端が一致しているが、特にこれに限られない。例えば、測定領域Rは、表面Sから一段低い面に形成されてもよい。この場合、溝の上端と表面Sは一致しない。また、図9(b)及び(c)では、各溝の上端の高さが一致しているが、特にこれに限られない。各溝の下端の高さ、または、上端と下端の中間の高さを一致させてもよい。
標準片23の材料及び加工方法は、実施例1に係る標準片10と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0091】
以下、X方向に並んだ溝の最大傾斜角度αを一定に維持しながら、溝の最大傾斜角度αをY方向に変化させた標準片の表面形状の算出方法の一例について説明する。なお、標準片の表面形状の算出方法は、以下の方法に限られず、他の方法で算出しても良い。
【0092】
X方向に関する表面形状は、実施例3と同様である。従って、条件式(1)、(4)及び(5)を利用する。その上で、最大傾斜角度αをY方向に依存した任意の関数α(y)とすればよい。
つまり、各溝の断面形状を示す関数gnは、条件式(4)から以下の条件式(6)のように修正される。
【数6】
なお、最大傾斜角度をY方向に対して直線的に変化させる場合であれば、最大傾斜角度を示す関数α(y)は、以下の式(7)で表される。
【数7】
【0093】
さらに、例えば、測定領域RのY方向の幅が100であり、最大傾斜角度を45度から9度まで変化させる場合であれば、最大傾斜角度を示す関数α(y)は、以下の式(8)で表される。
【数8】
このような算出方法を用いて断面形状を算出することで、最大傾斜角度がY方向で変化する標準片を容易に製造することが可能となる。
【0094】
以上、本実施例に係る標準片23を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、実施例3の場合と同様に、X方向と平行に標準片23の測定領域Rを1回走査するだけで、特定の傾斜角度での、溝の幅及び深さの変化に対する溝の幅及び深さの測定精度の変化を示す応答特性を調べることができる。また、測定機と標準片の相対的な位置をY方向にずらすだけで、他の傾斜角度での応答特性も容易に調べることができる。また、測定機の視野が測定領域Rに比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけでさまざまな傾斜角度の上記の応答特性を調べることができる。このため、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0095】
また、標準片23の使用が、特に光学式の測定機の性能評価や、光学式の測定機と触針式の測定機の間での性能比較に好適である点も標準片19と同様である。このため、光学式の測定機の性能評価の信頼性を、触針式の測定機の性能評価の信頼性と同程度まで向上させることができる。また、光学式の測定機と触針式の測定機の間での測定結果の差異も抑制することができる。
【0096】
また、本実施例に係る標準片も、実施例1の場合と同様に、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝の代わりに、同心円状の複数の溝を含んでもよい。そして、溝の各々で、溝の最大傾斜角度を同心円の円周方向で異ならせても良い。
【0097】
図10は、本実施例に係る標準片の変形例を例示した図である。図10(a)から(c)に例示される標準片は、溝の断面形状のみが標準片23と異なっている。図10(a)では、溝の断面形状が三角形形状である標準片24が例示されている。図10(b)では、溝の断面形状が台形形状である標準片25が例示されている。図10(c)では、溝の断面形状が円弧形状または楕円弧形形状である標準片26が例示されている。また、標準片の溝の断面形状は単純な形状であればよく、その他の多角形形状でもよい。
【0098】
以上、本変形例に係る標準片も、標準片23と同様の効果を有する。つまり、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。また、光学式の測定機の性能評価の信頼性を、触針式の測定機の性能評価の信頼性と同程度まで向上させることができる。また、光学式の測定機と触針式の測定機の間での測定結果の差異も抑制することができる。
【実施例5】
【0099】
図11は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。図11(a)は、本実施例に係る標準片27の斜視図である。図11(b)は、標準片27の断面7−7’における断面図であり、図11(c)は、標準片27の断面8−8’における断面図である。
【0100】
なお、図11に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片27の表面S、XZ平面と断面7−7’及び断面8−8’は、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0101】
標準片27は、表面S上に、X方向(所定方向)に複数の溝を含む測定領域Rを有している。より具体的には、標準片27の測定領域Rには、互いに平行な複数の直線状の溝が形成され、溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行である。
【0102】
表面S上の測定領域Rに形成された溝の各々は、X方向に沿った断面において、単純な断面形状を呈している。なお、図11では、X方向に並んだ溝の断面形状は正弦波形状であるが、特にこれに限られない。三角形形状や台形形状などの多角形形状でもよく、円弧形状や楕円弧形状であってもよい。
【0103】
本実施例に係る標準片27は、X方向に並んだ溝の断面形状の幅が一定ではなく、深さが一定である点については、実施例1に係る標準片10と同様である。ただし、標準片27の溝の各々は、深さがY方向(直線方向)で異なる点が、標準片10と異なる。
【0104】
例えば、図11(b)に例示されるように、断面7−7’では、幅W1、W2、W3、W4の各溝の深さは深さD1である。これに対して、図11(c)に例示されるように、断面8−8’では、幅W1、W2、W3、W4の各溝の深さは深さD2である。つまり、各溝は、Y方向に溝の幅が一定な状態で、深さを連続的に変化させている。溝の各々では、Y方向に溝の断面形状の深さが漸減することが望ましい。
【0105】
溝の断面形状の幅は、X方向に隣接する所定数の溝毎に異なればよい。図11(b)及び(c)に例示されるように、X方向に並んだ溝の断面形状の幅がそれぞれ異なってもよい。また、X方向に隣接する所定数の溝毎に、溝の断面形状の幅は減少することが望ましい。
【0106】
また、図11(b)及び(c)では、X方向に隣接する溝は連続的に形成されているが特にこれに限られない。溝と溝の間に平面部を設けても良い。また、平面部の幅は、それぞれ任意に変更しても良い。例えば、X方向に沿って溝が周期的に生じるように、平面部の幅を調整しても良い。
【0107】
また、図11(b)及び(c)では、標準片27の表面Sと溝の上端が一致しているが、特にこれに限られない。例えば、測定領域Rは、表面Sから一段低い面に形成されてもよい。この場合、溝の上端と表面Sは一致しない。また、図11(b)及び(c)では、各溝の上端の高さが一致しているが、特にこれに限られない。各溝の下端の高さ、または、上端と下端の中間の高さを一致させてもよい。
標準片27の材料及び加工方法は、実施例1に係る標準片10と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0108】
以上のような標準片27を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、X方向と平行に標準片27の測定領域Rを1回走査するだけで、特定の深さでの、溝の幅の変化に対する溝の深さの測定精度の変化を示す応答特性を調べることができる。また、測定機と標準片の相対的な位置をY方向にずらすだけで、他の深さでの応答特性も容易に調べることができる。また、測定機の視野が測定領域Rに比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけで上記の応答特性を調べることができる。
【0109】
このため、溝の幅と深さの異なる複数の標準片を順番に測定機で測定して応答特性を取得していた従来の方法に比べて、応答特性の取得に要する作業時間が短縮され、作業負担も軽減される。その結果、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0110】
また、本実施例に係る標準片も、実施例1の場合と同様に、Y方向(直線方向)に平行な直線状の溝の代わりに、同心円状の複数の溝を含んでもよい。そして、溝の各々で、溝の断面形状の深さを同心円の円周方向で異ならせても良い。その場合、Y方向に溝の断面形状の深さが漸減することが望ましい。
【実施例6】
【0111】
図12は、表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる本実施例に係る標準片を例示した図である。本実施例に係る標準片28は、表面S上に複数の測定領域(測定領域R1、測定領域R2、測定領域R3)を有している。複数の測定領域は、Y方向(直線方向)に並べられている。
【0112】
なお、図12に例示されるXYZ座標系では、Z方向と鉛直方向、XY平面と水平面及び標準片28の表面Sは、それぞれ平行な関係にある。また、X方向、Y方向、Z方向はそれぞれ直交する。
【0113】
各測定領域には、X方向(所定方向)に複数の溝を含んでいる。各測定領域には、互いに平行な複数の直線状の溝が形成され、溝の各々は、Y方向(直線方向)に平行である。なお、各溝では、Y方向に溝の幅及び深さが一定である。
【0114】
また、測定領域の表面形状は、実施例1から実施例3に係る標準片の表面形状と同様である。測定領域間では、応答特性の変数となる深さや最大傾斜角度などの状態が異なっている。
【0115】
例えば、測定領域の表面形状が実施例1に係る標準片の表面形状と同様である場合、測定領域R1、測定領域R2、及び測定領域3では、溝の断面形状の深さが異なっている。また、測定領域の表面形状が実施例3に係る標準片の表面形状と同様である場合、測定領域R1、測定領域R2、及び測定領域3では、X方向に対する溝の断面形状の輪郭線の最大傾斜角度が異なっている。
標準片28の材料及び加工方法は、実施例1に係る標準片10と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0116】
以上のような標準片28を用いて、表面性状を測定する測定機の性能評価を行う場合、X方向に沿って標準片28のいずれかの測定領域を1回走査するだけで応答特性を調べることができる。また、測定機と標準片の相対的な位置をY方向にずらし他の測定領域を走査するだけで、深さや最大傾斜角度の異なる応答特性を容易に調べることができる。また、測定機の視野が測定領域に比べて広い場合は、視野を固定して1回測定するだけで上記の応答特性を調べることができる。
【0117】
このため、溝の幅や深さの異なる複数の標準片を順番に測定機で測定して応答特性を取得していた従来の方法に比べて、応答特性の取得に要する作業時間が短縮され、作業負担も軽減される。その結果、測定機の性能評価全体に要する作業時間の短縮と作業負担の軽減を実現することができる。
【0118】
また、標準片28は、領域内でX方向に沿った断面形状が一定となっている。従って、測定機に対する標準片の相対的な位置をY方向にずらす際に必要な位置精度を緩和することができる。その結果、位置ずれによって測定機の性能が誤って評価されることを抑制することができる。
なお、実施例1から実施例6では、標準片の表面Sに溝、つまり、凹状のパターンを形成した場合について説明したが、特にこれに限られない。標準片の表面Sに突起、つまり凸状のパターンを形成した場合でも同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0119】
10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、100、102、103、104・・・標準片
【0120】
10a、10b、10c、10d、10e、10f、11a、12a、13a、14a、15a、15b、15c、15d、16a、17a、18a、19a、19b、19c、19d、20a、21a、22a、23a、23b、23c、23d、27a、27b、27c、27d、101・・・溝
1−1’、2−2’、3−3’、4−4’、5−5’、6−6’、7−7’・・・断面
S・・・表面
FL・・・平面部
R、R1、R2、R3・・・測定領域
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる標準片であって、
所定方向に複数の溝を含む測定領域を有し、
前記溝の各々は、前記所定方向に沿った断面で単純な断面形状を呈し、
前記断面形状の前記所定方向の長さは、前記所定方向に隣接する所定数の前記溝毎に異なることを特徴とする標準片。
【請求項2】
請求項1に記載の標準片において、
前記断面形状の前記所定方向の長さは、前記所定方向に隣接する前記所定数の前記溝毎に減少することを特徴とする標準片。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の標準片において、
前記断面内で前記所定方向と直交する方向を深さ方向とするとき、
前記断面形状の前記深さ方向の長さは、前記所定方向に並んだ前記複数の前記溝で一定であることを特徴とする標準片。
【請求項4】
請求項1または請求項2に記載の標準片において、
前記断面内で前記所定方向と直交する方向を深さ方向とするとき、
前記断面形状の前記深さ方向の長さは、前記所定方向に隣接する前記所定数の前記溝毎に異なることを特徴とする標準片。
【請求項5】
請求項4に記載の標準片において、
前記断面形状の前記深さ方向の前記長さは、前記所定方向に隣接する前記所定数の前記溝毎に減少することを特徴とする標準片。
【請求項6】
請求項4または請求項5に記載の標準片において、
前記所定方向に対する前記断面形状の輪郭線の最大傾斜角度は、前記所定方向に並んだ前記複数の前記溝で一定であることを特徴とする標準片。
【請求項7】
請求項3に記載の標準片において、
互いに平行に形成された前記複数の直線状の前記溝を含む前記測定領域を有するとき、
前記所定方向は、前記溝の直線方向と直交する方向であることを特徴とする標準片。
【請求項8】
請求項7に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記溝の深さが前記直線方向に異なることを特徴とする標準片。
【請求項9】
請求項8に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記溝の深さが前記直線方向に漸減することを特徴とする標準片。
【請求項10】
請求項3に記載の標準片において、
同心円状の前記複数の前記溝を含む前記測定領域を有するとき、
前記所定方向は、前記同心円の径方向と一致することを特徴とする標準片。
【請求項11】
請求項10に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記溝の深さが前記同心円の円周方向に異なることを特徴とする標準片。
【請求項12】
請求項6に記載の標準片において、
互いに平行に形成された前記複数の直線状の前記溝を含む前記測定領域を有するとき、
前記所定方向は、前記溝の直線方向と直交する方向であることを特徴とする標準片。
【請求項13】
請求項12に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記所定方向に対する前記溝の最大傾斜角度が前記直線方向で異なることを特徴とする標準片。
【請求項14】
請求項13に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記所定方向に対する前記溝の最大傾斜角度が前記直線方向で漸減することを特徴とする標準片。
【請求項15】
請求項6に記載の標準片において、
同心円状の前記複数の前記溝を含む前記測定領域を有するとき、
前記所定方向は、前記同心円の径方向と一致することを特徴とする標準片。
【請求項16】
請求項15に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記溝の最大傾斜角度が前記同心円の円周方向で異なることを特徴とする標準片。
【請求項17】
請求項3に記載の標準片において、
複数の前記測定領域を有し、
前記断面形状の前記深さ方向の前記長さは、前記測定領域毎に異なることを特徴とする標準片。
【請求項18】
請求項6に記載の標準片において、
複数の前記測定領域を有し、
前記所定方向に対する前記断面形状の前記輪郭線の前記最大傾斜角度は、前記測定領域毎に異なることを特徴とする標準片。
【請求項19】
請求項17または請求項18に記載の標準片において、
前記測定領域の各々が互いに平行に形成された前記複数の直線状の前記溝を含むとき、
前記所定方向は、前記溝の直線方向と直交する方向であり、
前記複数の前記測定領域は、前記直線方向に並んでいることを特徴とする標準片。
【請求項20】
請求項1乃至請求項19のいずれか1項に記載の標準片において、
前記断面形状は、正弦波形状であることを特徴とする標準片。
【請求項21】
請求項1乃至請求項19のいずれか1項に記載の標準片において、
前記断面形状は、円弧形状であることを特徴とする標準片。
【請求項22】
請求項1乃至請求項19のいずれか1項に記載の標準片において、
前記断面形状は、多角形形状であることを特徴とする標準片。
【請求項23】
請求項1乃至請求項22のいずれか1項に記載の標準片において、
前記所定方向は、前記標準片の表面に平行な方向であり、
前記断面は、前記表面と直交する面であることを特徴とする標準片。
【請求項1】
表面性状を測定する測定機の性能評価に用いられる標準片であって、
所定方向に複数の溝を含む測定領域を有し、
前記溝の各々は、前記所定方向に沿った断面で単純な断面形状を呈し、
前記断面形状の前記所定方向の長さは、前記所定方向に隣接する所定数の前記溝毎に異なることを特徴とする標準片。
【請求項2】
請求項1に記載の標準片において、
前記断面形状の前記所定方向の長さは、前記所定方向に隣接する前記所定数の前記溝毎に減少することを特徴とする標準片。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の標準片において、
前記断面内で前記所定方向と直交する方向を深さ方向とするとき、
前記断面形状の前記深さ方向の長さは、前記所定方向に並んだ前記複数の前記溝で一定であることを特徴とする標準片。
【請求項4】
請求項1または請求項2に記載の標準片において、
前記断面内で前記所定方向と直交する方向を深さ方向とするとき、
前記断面形状の前記深さ方向の長さは、前記所定方向に隣接する前記所定数の前記溝毎に異なることを特徴とする標準片。
【請求項5】
請求項4に記載の標準片において、
前記断面形状の前記深さ方向の前記長さは、前記所定方向に隣接する前記所定数の前記溝毎に減少することを特徴とする標準片。
【請求項6】
請求項4または請求項5に記載の標準片において、
前記所定方向に対する前記断面形状の輪郭線の最大傾斜角度は、前記所定方向に並んだ前記複数の前記溝で一定であることを特徴とする標準片。
【請求項7】
請求項3に記載の標準片において、
互いに平行に形成された前記複数の直線状の前記溝を含む前記測定領域を有するとき、
前記所定方向は、前記溝の直線方向と直交する方向であることを特徴とする標準片。
【請求項8】
請求項7に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記溝の深さが前記直線方向に異なることを特徴とする標準片。
【請求項9】
請求項8に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記溝の深さが前記直線方向に漸減することを特徴とする標準片。
【請求項10】
請求項3に記載の標準片において、
同心円状の前記複数の前記溝を含む前記測定領域を有するとき、
前記所定方向は、前記同心円の径方向と一致することを特徴とする標準片。
【請求項11】
請求項10に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記溝の深さが前記同心円の円周方向に異なることを特徴とする標準片。
【請求項12】
請求項6に記載の標準片において、
互いに平行に形成された前記複数の直線状の前記溝を含む前記測定領域を有するとき、
前記所定方向は、前記溝の直線方向と直交する方向であることを特徴とする標準片。
【請求項13】
請求項12に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記所定方向に対する前記溝の最大傾斜角度が前記直線方向で異なることを特徴とする標準片。
【請求項14】
請求項13に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記所定方向に対する前記溝の最大傾斜角度が前記直線方向で漸減することを特徴とする標準片。
【請求項15】
請求項6に記載の標準片において、
同心円状の前記複数の前記溝を含む前記測定領域を有するとき、
前記所定方向は、前記同心円の径方向と一致することを特徴とする標準片。
【請求項16】
請求項15に記載の標準片において、
前記溝の各々では、前記溝の最大傾斜角度が前記同心円の円周方向で異なることを特徴とする標準片。
【請求項17】
請求項3に記載の標準片において、
複数の前記測定領域を有し、
前記断面形状の前記深さ方向の前記長さは、前記測定領域毎に異なることを特徴とする標準片。
【請求項18】
請求項6に記載の標準片において、
複数の前記測定領域を有し、
前記所定方向に対する前記断面形状の前記輪郭線の前記最大傾斜角度は、前記測定領域毎に異なることを特徴とする標準片。
【請求項19】
請求項17または請求項18に記載の標準片において、
前記測定領域の各々が互いに平行に形成された前記複数の直線状の前記溝を含むとき、
前記所定方向は、前記溝の直線方向と直交する方向であり、
前記複数の前記測定領域は、前記直線方向に並んでいることを特徴とする標準片。
【請求項20】
請求項1乃至請求項19のいずれか1項に記載の標準片において、
前記断面形状は、正弦波形状であることを特徴とする標準片。
【請求項21】
請求項1乃至請求項19のいずれか1項に記載の標準片において、
前記断面形状は、円弧形状であることを特徴とする標準片。
【請求項22】
請求項1乃至請求項19のいずれか1項に記載の標準片において、
前記断面形状は、多角形形状であることを特徴とする標準片。
【請求項23】
請求項1乃至請求項22のいずれか1項に記載の標準片において、
前記所定方向は、前記標準片の表面に平行な方向であり、
前記断面は、前記表面と直交する面であることを特徴とする標準片。
【図2】
【図3】
【図5】
【図8】
【図13】
【図15】
【図16】
【図1】
【図4】
【図6】
【図7】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図14】
【図3】
【図5】
【図8】
【図13】
【図15】
【図16】
【図1】
【図4】
【図6】
【図7】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図14】
【公開番号】特開2011−43340(P2011−43340A)
【公開日】平成23年3月3日(2011.3.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−189864(P2009−189864)
【出願日】平成21年8月19日(2009.8.19)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年3月3日(2011.3.3)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年8月19日(2009.8.19)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】
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