CN102589395B - 形状测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及形状测量方法，在该形状测量方法中精确地执行在基于具有多个周期性的设计段差的设计形状形成的待测量表面的测量的数据与设计形状之间的拟合。根据待测量表面的测量的点序列来指定段差区域和段差高度(S3)。将点序列移动了段差高度(S4)。换句话说，执行用于消除段差的处理，并且获得没有段差的拟合对象数据(S5)。另一方面，从设计形状获得没有多个设计段差的参考形状(S6和S7)。通过最小二乘法等执行在拟合对象数据与参考形状之间的拟合(S8)。

Description

形状测量方法

技术领域

本发明涉及用于精确地测量光学元件或用于制造光学元件的模具(die)的表面形状的形状测量方法，该表面形状是基于具有多个周期性的设计段差(level difference)的设计形状而形成的。

背景技术

随着诸如图像拾取照相机、激光束打印机、复印机和半导体曝光设备之类的各种光学装置的性能的提高，对并入那些光学装置中的光学元件的要求变得更严格。近年来，特别地，利用光衍射现象的衍射光栅光学元件被用于各种产品。许多这种衍射光栅光学元件在表面上具有几纳米到几十微米的规则的不平坦(unevenness)，以便产生光的相位差使得产生衍射现象。为了这样精确地测量光学元件的表面形状或用于模制光学元件的模具的表面形状，必须执行在多个测量点的测量的数据与设计形状之间的精确的拟合，从而消除工件(work)的设置(setting)误差。这里，在测量的数据与设计形状之间的拟合不仅包括测量的数据与设计形状的匹配，而且包括移动设计形状的参数以便将设计形状与测量的数据拟合，以及对设计形状和测量的数据执行预定的转换以用于拟合。

顺便一提，由于存在段差部分，因此难以在基于具有多个周期性的设计段差的设计形状形成的待测量表面的测量的数据与设计形状之间进行拟合。因此，作为将测量的数据与设计形状拟合的方法，已知下面的方法。具体地，通过使用最小二乘法将在其处测量待测量表面的多个测量点的阵列转换为没有段差的非球面或球面之类的近似形状，并且使用的设计形状是没有设计段差的无段差形状。然后，近似形状和无段差形状被拟合(参见日本专利申请公开No.H11-167013)。在该结构的情况下，由于没有段差部分的成分，因此认为能够容易地执行拟合本身。

然而，在日本专利申请公开No.H11-167013中描述的发明的情况下，用于与根据测量点序列确定的近似形状拟合的设计形状不包含段差形状成分，并且因此拟合精度由于在近似形状中包含的段差形状成分的影响而不能被提高。换句话说，待测量表面是段差形状成分和无段差形状成分(例如，曲面形状成分)的组合形状，并且形状测量机器按照组合形状测量。因此，测量点序列包含无段差形状成分和段差形状成分。因此，通过最小二乘法等确定的近似形状也包含段差形状成分。另一方面，在用于拟合的设计形状中仅仅使用无段差形状成分。

因此，由于设计形状不包含段差形状成分，因此在拟合执行时近似形状的段差形状成分受测量噪声等的影响，并且因此不能提高拟合精度。换句话说，由于在包含段差形状成分的形状和没有包含段差形状成分的形状之间执行拟合，因此难以精确地执行拟合。如果拟合精度不好，则不能精确地消除工件设置误差。结果，还降低了测量精度。

发明内容

鉴于那些情形，本发明的一个目的在于，提供使得能够在基于具有多个周期性的设计段差的设计形状形成的待测量表面的测量的数据与设计形状之间进行精确拟合的形状测量方法。

本发明提供了一种形状测量方法，用于通过使用探头扫描来测量基于具有多个周期性的设计段差的设计形状形成的待测量表面，所述形状测量方法包括：测量步骤，利用所述探头扫描所述待测量表面以便获得多个测量点；段差指定步骤，根据所述多个测量点指定在所述待测量表面上的分别存在多个段差的多个段差区域以及所述多个段差中的每一个段差的高度；对象数据产生步骤，在所述多个段差区域外的多个无段差区域之中，将在所述多个段差区域中的各个段差区域两侧彼此相邻的一对无段差区域中的一个无段差区域的多个测量点移动所述多个段差中的对应的段差的高度，从而将所述一对无段差区域中的所述一个无段差区域中的多个测量点的高度调整到所述一对无段差区域中的另一个无段差区域中的多个测量点的高度，以便由此获得拟合对象数据；参考形状获得步骤，根据所述设计形状获得没有多个设计段差的参考形状；以及拟合步骤，执行在所述拟合对象数据与所述参考形状之间的拟合，其中通过在拟合之后确定在所述拟合对象数据与所述参考形状之间的残差来测量所述待测量表面的形状。

根据本发明，在通过从测量的数据中去除段差形状成分而获得的拟合对象数据与从设计形状获得的无段差形状成分的参考形状之间执行拟合。因此，可以执行在基于具有多个周期性的设计段差的设计形状形成的待测量表面的测量的数据与设计形状之间的精确的拟合。

从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。

附图说明

图1是根据本发明实施例的三维形状测量设备的示意性配置示图。

图2A和图2B是示出形状测量设备的探头(probe)的两个示例的示意性结构的透视图。

图3是在实施例中直到执行拟合处理的流程图。

图4A是示出通过探头扫描待测量表面的透视图。

图4B是示意性地示出通过扫描获得的测量点序列的平面图。

图4C是示出YZ面上的测量点序列的图。

图5A、图5B、图5C、图5D和图5E是用于描述拟合对象数据的示意图，示出了用于将多个测量点移动段差高度的步骤的序列。

图6是示出在拟合对象数据与参考形状之间的拟合的图。

具体实施方式

将参考图1～6描述本发明的实施例。

[形状测量设备]

首先，参考图1描述本实施例的形状测量设备。形状测量设备1包括探头2、平板(surface plate)3、支撑和移动探头2的移动单元4、测量探头2的位移的位移测量单元5、以及控制部分6。形状测量设备1测量置于平板3上的待测量物体(工件)W的待测量表面S的形状。特别地，在本实施例的情况下，待测量物体W是具有不光滑的待测量表面S的物体，诸如具有由几纳米到几十微米的不平坦构成的衍射光栅的衍射光栅光学元件或者用于模制该光学元件的模具。另外，该待测量物体W具有如下的待测量表面S，该待测量表面S是基于具有与上述衍射光栅对应的多个周期性的设计段差的设计形状而形成的。换句话说，在待测量表面S上形成有与多个设计段差对应的(衍射光栅的)多个段差。

探头2是在其顶端处具有小的曲率半径的球(顶端球)21的棒状部件，并且探头2的顶端与待测量物体W的待测量表面S接触。顶端的曲率半径足够小以便检测几纳米到几十微米的不平坦。换句话说，探头2的顶端球21具有足够小的曲率半径以便与衍射光栅的段差的谷地部分的附近接触。该接触型探头2可以具有其中通过任何固定方法将球21固定到探头2的结构或者其中一体化地形成探头2和球21的结构。

平板3被布置为与探头2的顶端相对，并且具有作为与探头2的方向(Z方向)垂直的面(XY面)的表面。然后，待测量物体W被放置在该表面(放置表面)上，使得待测量表面S面向探头2。注意，优选的是，平板3具有防振动功能，以便抑制来自地板的振动的影响。例如，由橡胶等制成的弹性部件可以被布置在地板上的安装部分与放置表面之间。

移动单元4包括X轴台41、Y轴台42、Z轴台43以及用于驱动这些台的诸如步进马达之类的马达44、45和46。经由例如滚珠丝杠(ball screw)机构等，马达44在X轴方向上移动X轴台41，马达45在Y轴方向上移动Y轴台42，并且马达46在Z轴方向上移动Z轴台43。

探头2沿Z轴方向被布置在Z轴台43的一部分处，并且Z轴台43和Y轴台42分别被Y轴台42和X轴台41支撑。因此，如图2A中所示出的，在探头顶端球21与待测量物体W接触的同时，探头2能够在三个轴平移方向上(即在彼此垂直的X、Y和Z方向上)移动。

注意，其它结构是可能的，在该其它结构中平板3可在X和Y轴方向上移动，而探头2仅仅可在Z轴方向上移动。同样在该情况下，探头2能够相对于放置在平板3上的待测量物体W在三个轴平移方向上移动。可替代地，探头2可以被构造为在围绕一个轴的旋转方向上移动并且在两个轴平移方向上移动。例如，X轴台41和Y轴台42中的一个可以用能够围绕与Z轴平行的中心轴旋转(在R方向上移动)的台代替。注意，在该结构中，同样，可以由平板3执行在X轴方向上(或者在Y轴方向上)的移动以及在R方向上的移动。

位移测量单元(位置检测传感器)5使用具有布置在探头2的基端处的反射镜的干涉测量等来测量探头2的三维的位置。例如，参考反射镜被布置在探头2的基端的周边处，并且由激光测量在反射镜和参考反射镜之间的距离，使得能够测量探头2的三维的位置。注意，诸如线性刻度(linear scale)编码器之类的其它位置检测传感器可以被用作位置检测传感器。

控制部分6包括数据采样装置61、作为计算装置的控制和分析计算机62、XY轴控制装置63和Z轴控制装置64。由数据采样装置61以预定时间间隔采样由位移测量单元5测量的探头2的三维的位置。采样的离散数据作为测量的数据被存储在控制和分析计算机62内的存储器中，并且被控制和分析计算机62用于计算待测量表面S的形状。换句话说，控制和分析计算机62由使用CPU等的处理器(未示出)、硬盘驱动器(未示出)和其它存储单元(存储器)构成。形状测量程序被安装在控制和分析计算机62中。

另外，控制和分析计算机62控制移动单元4以沿着预定的扫描轨迹移动探头2。具体地，通过基于驱动控制信号从XY轴控制装置63和Z轴控制装置64供给电力来驱动马达44、45和46，以便由此分别移动台41、42和43。XY轴控制装置63和Z轴控制装置64响应于来自控制和分析计算机62的驱动控制信号而操作。以这种方式，控制移动单元4以使得探头2沿着扫描轨迹移动，并且由位移测量单元5检测探头顶端球21的中心位置的移动轨迹。检测到的移动轨迹数据被传送到如上所述的数据采样装置61并且被控制和分析计算机62用于计算待测量表面S的形状。

这里，详细描述形状测量中的Z轴台43的驱动。在该实施例的情况下，布置有接触力检测部分22，该接触力检测部分22检测接触型探头2和待测量物体W之间的接触力。接触力检测部分22输出与检测到的接触力的水平对应的接触力信号，并且该信号由Z轴控制装置64接收。Z轴控制装置64包括主要由数字信号处理器(DSP)等构成的处理器(未示出)以及由ROM等构成的存储单元(存储器；未示出)。此外，用于执行控制以便将从接触力检测信号检测的接触力信号维持为恒定的控制程序被安装在Z轴控制装置64中。Z轴控制装置64根据控制程序输出Z轴驱动电力，从而将接触力信号维持为恒定值，并且向用于驱动Z轴台43的马达46供应输出驱动电力。然后，驱动Z轴台43以使得维持在探头2和待测量物体W之间的恒定的接触力。

接下来，详细描述在形状测量中的X轴台41和Y轴台42的驱动。控制和分析计算机62根据在形状测量中执行的上述形状测量程序的命令而将驱动控制信号传送到XY轴控制装置63。基于从控制和分析计算机62接收的驱动控制信号，XY轴控制装置63向用于驱动X轴台41和Y轴台42的马达44和45供应驱动电力。然后，由通过驱动电力驱动的马达44和45驱动X轴台41和Y轴台42，并且因此探头2(具体地，探头顶端球21的中心位置)被控制为相对于待测量物体W在X和Y轴方向上被定位。

如上所述，探头2基于X、Y和Z轴台41、42和43的驱动根据由上述形状测量程序设置的测量路径来扫描待测量物体W的待测量表面S。在探头扫描期间，检测探头顶端球21的中心位置的位移测量单元5的输出信号由数据采样装置61以恒定的采样间隔接收。此外，从数据采样装置61到控制和分析计算机62以与由形状测量程序设置的测量条件对应的合适的采样间隔依次地测量接收的数据，并且测量的表面形状数据作为X、Y和Z坐标点的数据被获得。最终，通过在探头扫描完成之后执行稍后描述的形状分析来获得表面形状数据。

注意，在本实施例中如图2A中所示出地使用接触型探头2，但是可以如图2B所示出地使用非接触型探头2a。非接触型探头2a被支撑为在用诸如激光束之类的光照射待测量物体W的待测量表面S的同时可在X、Y和Z轴方向上相对地移动。在上述接触型探头2的情况下，驱动Z轴台43以使得维持与待测量物体W的恒定的接触力。与此对比，非接触型探头2a具有检测在探头2a和待测量物体W之间的距离的功能。然后，在控制为维持该距离恒定的同时驱动Z轴台，而这点与接触型探头2不同。设备的其它结构与包括接触型探头的形状测量设备的结构相同。注意，图1中示出的坐标系为三维形状测量设备的坐标系，而图2A和图2B中示出的坐标系为待测量物体W的坐标系，这两个坐标系彼此不同。

[形状测量方法]

具有上面描述的结构的形状测量设备1通过下面的形状测量方法来测量基于具有多个周期性的设计段差的设计形状而形成的待测量物体W的待测量表面S的形状。具体地，移动单元4移动探头2以便在探头2与待测量表面S接触的状态中扫描待测量表面S。然后，由位移测量单元5测量探头2的三维的位置，并且如下地执行在测量的数据和设计形状之间的拟合，从而测量待测量表面S的形状。

本实施例的形状测量方法包括测量步骤、段差指定步骤、对象数据产生步骤、参考形状获得步骤和拟合步骤。如图3中所示出的，在开始测量(S1)时，首先，在测量步骤中，执行待测量物体W的形状测量。换句话说，探头2扫描待测量表面S，使得获得多个测量点(S2)。获得多个测量点作为在例如探头2的扫描方向上的点序列数据。

接下来，在段差指定步骤中，根据在测量步骤中获得的多个测量点指定在待测量表面S中的存在段差的段差区域以及段差高度(S3)。在指定了段差区域和段差高度时，在对象数据产生步骤中使点序列移动段差高度。换句话说，考虑存在于段差区域两侧的一对无段差区域。该对无段差区域的点序列之中的一个无段差区域的点序列被移动段差高度。然后，使一个无段差区域的点序列的高度与另一个无段差区域的点序列的高度一致(S4)。换句话说，执行消除段差的处理。对于所有段差部分执行这种一个无段差区域的移动(S5)，从而获得没有段差的拟合对象数据。

另一方面，在参考形状获得步骤中，根据设计形状获得没有多个设计段差的参考形状。在本实施例中，还对于用作待测量物体W的基础(base)的设计形状执行段差高度的移动。换句话说，将存在于设计形状的设计段差两侧的一对设计无段差形状中的一个设计无段差形状移动设计段差高度。然后，使一个设计无段差形状的高度与另一个设计无段差形状的高度一致(S6)。换句话说，执行消除设计段差的处理。对于每个设计段差部分执行如上所述的一个设计无段差形状的移动，使得设计形状被转换为没有设计段差的参考形状(S7)。在拟合步骤中，通过例如最小二乘法，在上述步骤S4和S5中获得的拟合对象数据与通过上述步骤S6和S7中的转换获得的参考形状之间执行拟合处理(S9)。然后，消除设置误差，并且确定在拟合之后在拟合对象数据与参考形状之间的残差。从而，待测量表面S的形状被测量，并且该过程完成(S9)。在下文中，详细描述每个步骤。

[测量步骤]

在测量步骤中，探头2被移动为如图4A中所示出地扫描待测量表面S。换句话说，探头2被移动为根据在待测量表面S上形成的段差的周期性来扫描待测量表面S。例如，假定待测量表面S具有圆形形状，并且以与待测量表面S的中心同心的方式形成多个段差。在该情况下，探头2在待测量表面S的直径方向上移动，从而通过待测量表面S的中心。然后，获得由多个测量点构成的一行的点序列数据101，如图4B中所示出的。关于点序列数据101，不可避免的是测量点在与探头2的扫描方向垂直的方向上稍微偏移。例如，即使探头2被移动为在Y轴方向上直线地扫瞄，图4B中示出的点序列数据101也具有X轴方向上的误差。因此，在本实施例的情况下，点序列数据101被投影到与光轴(Z轴)方向平行的面102(如果扫描方向为Y轴方向则为YZ面)，从而产生由图4C中示出的投影的点序列数据103表示的二维数据。

在待测量表面S的沿圆周方向上的多个位置处执行待测量表面S的扫描，并且还对于每个获得的点序列数据101获得投影的点序列数据103，并且然后将投影的点序列数据103用于稍后描述的数据处理。注意，虽然在上述描述中产生点序列数据101的二维数据，但是每个点序列数据可以作为三维数据被处理。

[段差指定步骤]

在段差指定步骤中，根据如上所述获得的投影的点序列数据103指定在待测量表面S上的分别存在多个段差的多个段差区域以及多个段差的高度。首先，描述如何指定段差区域。图5A示出在待测量表面S上的存在段差501的预定段差区域502以及在段差区域502外面的预定的无段差区域503。待测量表面S是基于如上所述的具有多个周期性的设计段差的设计形状而形成的。因此，在待测量表面S上周期性地形成有多个段差。因此，该周期性的段差的特性被用于指定段差区域502。

例如，导出投影的点序列数据103的傅里叶变换，并且指定包括在预定阈值内的频率的点序列区域作为段差区域。换句话说，由于具有段差的区域和没有段差的区域具有不同的频率特性，因此基于实验或者经验规则来设置预定阈值，并且包括在阈值内的频率的区域被指定作为存在段差的段差区域。

可替代地，执行自相关处理从而确定周期性的段差的存在或者不存在。然后，确定的段差位于其中的预定区域、即在距离段差位置的横坐标(扫描方向上的坐标)的预定范围内的点序列被指定作为段差区域。特别地，如果基于确定的段差位置的段差间距(在相邻的段差之间的横坐标距离)在整个待测量表面S上不均匀，则根据段差间距的宽度来分开区段，并且在每个区段中限定横坐标的预定范围使得段差区域被指定。例如，在具有短段差间距的区段中该预定范围被设置为较小，而在具有长段差间距的区段中该预定范围被设置为较大。

可替代地，在测量步骤中测量的多个测量点与设计形状进行比较，从而指定设计段差位于其中的预定区域作为段差区域。具体地，设计形状被拟合到所有测量点序列数据、即整个待测量表面S的测量的数据，从而指定段差位置。然后，在距离段差位置的横坐标的预定范围内的点序列被指定作为段差区域。

注意，如果能够如上所述地指定多个段差区域，则也能够指定在多个段差区域外的多个无段差区域。在本实施例中，多个无段差区域被分配有编号以便被指定。例如，如果待测量表面S具有圆形形状，并且以与待测量表面S的中心同心的方式形成多个段差，则多个段差按从中心开始的顺序被编号，使得从中心开始计数的无段差区域的顺序能够被指定。

接下来，描述如何指定段差高度。作为指定段差高度的一种方法，存在使用设计形状的方法。换句话说，存在于如上所述指定的多个段差区域中的每一个中的段差高度被认为是在设计形状的多个设计段差之中的对应的设计段差高度。

可替代地，段差高度可以如下地被指定。具体地，在多个无段差区域之中，考虑在每个段差区域两侧彼此相邻的一对无段差区域。在该情况下，存在于如上所述指定的多个段差区域中的每一个中的段差高度是在能够从该对无段差区域中的一个无段差区域的多个测量点导出的近似线与能够从另一个无段差区域的多个测量点导出的近似线之间的间隔。

更具体的描述如下。如图5A中所示出的，段差区域502包括作为测量的数据的由于在探头通过段差时探头的跳跃(bounding)等的影响而具有低可靠性的点序列。另一方面，远离段差501的无段差区域503几乎不受探头的跳跃等的影响，并且因此包括作为测量的数据的具有高可靠性的点序列。因此，如图5B中所示出的，通过例如最小二乘法从无段差区域503中的多个测量点导出近似线504。

这里，近似线504可以被用作用于确定段差高度的近似线，但是段差区域502也可以包括作为测量的数据的具有高可靠性的点序列。因此，在本实施例中，如下地扩展用于导出用于确定段差高度的近似线的区域。具体地，导出线505，该线505与近似线504平行并且在段差高度方向上距离近似线504预定阈值。基于实验或者经验规则来设置该预定阈值。

接下来，如图5C所示，用于确定近似线的区域被扩展到位于线505下方(即在预定阈值内)的测量点存在的区域。换句话说，在由线505限定的阈值的范围中，用于确定近似线的区域还向段差区域502扩展。在发现阈值外的点序列时，停止区域的扩展，并且在停止之前的测量点的范围被指定作为用于确定近似线的新区域506。然后，通过最小二乘法等从该区域506中的多个测量点导出第二近似线507。由于与上述近似线504相比，从更宽的范围中的测量的数据导出该第二近似线507，因此第二近似线507能够被说成更适合于测量的数据的近似线。

以相同的方式，也针对经由段差区域502邻近于上述无段差区域(例如，一个无段差区域)503的无段差区域(另一个无段差区域)导出第二近似线508。然后，第二近似线507和508两者各自被延伸到段差501，并且第二近似线507和508之间的间隔509被指定作为要确定的段差高度。

[对象数据产生步骤]

在对象数据产生步骤中，根据如上所述指定的段差区域以及段差高度去除测量的数据的段差形状成分，使得获得拟合对象数据。换句话说，在段差区域两侧的相邻的无段差区域中的一个无段差区域的多个测量点被移动了段差高度，由此将一个无段差区域中的多个测量点的高度调整到经由段差区域相邻的另一个无段差区域中的多个测量点的高度。然后，从测量的数据中去除段差形状成分，使得获得拟合对象数据。这里，无段差区域中的多个测量点的上述段差高度移动被称为下面详细描述的段差上升(uplift)。

首先，如上所述，用于确定第二近似线507和508的区域506中的多个测量点作为测量的数据具有高可靠性。因此，如图5D所示，获得由区域506中的多个测量点构成的具有高可靠性的测量的点序列510。

接下来，如上所述，通过使用与无段差区域对应获得的编号和在该编号处的段差高度来执行段差上升。换句话说，图5D所示的测量的点序列510被上升了如图5C所示地确定的段差高度(间隔509)到该图的上侧，使得获得如图5E所示的点序列511。从存在于待测量圆形表面S的中心处的中心段差开始顺序地执行该段差上升处理，并且将下一个外侧段差在高度方向上上升内侧积累的段差高度。

注意，可以从待测量圆形表面S的周边开始执行该段差上升处理。另外，无段差区域中的多个测量点的移动可以在下推的方向上而不是在上述上升的方向上执行。在任意一种情况中，针对在待测量表面S上的每一个段差和每一个线执行段差上升处理或段差下推处理，从而获得如图6所示的从其去除了段差形状成分的测量的点序列(拟合对象数据)601。

注意，为了获得上述描述中的拟合对象数据，移动用于获得第二近似线507和508的区域506中的多个测量点，但是可以仅仅移动无段差区域503中的多个测量点。换句话说，可以消除图5B到5D的步骤，并且在图5E的步骤中上升无段差区域503中的多个测量点而不是测量的点序列511。简而言之，如果通过使用无段差区域503的测量的数据能够去除段差形状成分就足够了，并且能够任意地设置要使用的数据的区域。然而，由于区域506具有比无段差区域503更宽的范围，因此能够更精确地获得拟合对象数据。

[参考形状获得步骤]

在参考形状获得步骤中，从设计形状去除段差形状成分，使得获得参考形状。换句话说，对于设计形状，在设计段差两侧的彼此相邻的一对设计无段差形状中的一个设计无段差形状被移动了设计段差高度，使得一个设计无段差形状的高度被调整到该对设计无段差形状中的另一个设计无段差形状的高度。从而，设计形状被转换成没有设计段差的参考形状，如下面具体描述的。

换句话说，同样，关于设计形状，类似于上述测量的数据，执行设计段差上升或下推。这里，设计形状由设计段差和设计无段差形状形成。设计无段差形状是在设计形状的相邻的段差之间的形状。另外，在本说明书和权利要求中，出于方便缘故，为了与上述测量的数据区分，关于设计形状的段差和无段差形状被称为设计段差和设计无段差形状。

同样关于该设计形状，设计无段差形状从中心开始被分配有编号。然后，使用在编号处的设计段差高度来执行段差上升(或下推，在下面同样如此)。从存在于圆形设计形状的中心处的中心段差开始顺序地执行该段差上升处理，并且将下一个外侧段差在高度方向上上升内侧积累的段差高度。然后，针对设计形状的每一个设计段差和每一个线执行段差上升处理，从而获得从其去除了段差形状成分的参考形状602，如图6所示。注意，从测量的数据获得的段差高度可以被用作段差高度。另外，设计形状意指设计形状自身或者通过改变设计形状的形状参数而获得的形状。

[拟合步骤]

在拟合步骤中，在测量的点序列(拟合对象数据)601与如上所述确定的参考形状602之间执行拟合。换句话说，使用最小二乘法等在测量的点序列601与参考形状602之间执行拟合。

因此，去除待测量物体W的设置误差，即，到形状测量设备1的设置误差。然后，确定在拟合之后在测量的点序列601与参考形状602之间的残差，从而测量待测量表面S的形状。

在本实施例的情况中，在通过从测量的数据去除段差形状成分获得的测量的点序列601与从设计形状获得的没有段差形状成分的参考形状602之间执行拟合。因此，能够在基于具有多个周期性的设计段差的设计形状形成的待测量表面S的测量的数据与设计形状之间精确地执行拟合。由于能够精确地执行拟合，因此也能够精确地去除设置误差，由此也能够精确地测量待测量表面S的形状。

注意，在上述描述中在线之间执行拟合，但是可以在表面形状之间执行拟合。

另外，使用在段差指定步骤中指定的段差区域和段差高度的信息，可以在整个表面形状上而不是以线为单位来执行图5E所示的段差高度上升处理。在该情况下，所有线能够被批处理，使得提高计算速度。另外，由于投影的影响而向作为二维数据的点序列添加了误差。因此，如果在三维点序列的状态中执行上升处理，则还提高了计算精度。

另外，可以用通过将从其提前去除段差的形状成分与曲面形状成分相加而获得的没有段差的平滑参考形状的准备来代替设计形状的上升处理。因此，设计形状的段差上升处理变得不必要，并且提高了计算速度。

此外，在图3的S8中，在拟合中、即在段差被上升的状态中执行设置误差校正，但是也可以使用在此时获得的设置误差量，并且再次返回图3的S3。因此，能够在设置误差量被精确掌握的状态中指定段差位置，并且由此提高精度。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。

附图标记列表

1：形状测量设备

2：探头

3：平板

4：移动单元

5：位移测量单元

6：控制部分

103：投影的点序列数据(多个测量点)

502：段差区域

503：无段差区域

504：近似线

507、508：第二近似线

510：测量点序列(多个测量点)

601：测量点序列(拟合对象数据)

602：参考形状

W：待测量物体

S：待测量表面

Claims (7)

1.一种形状测量方法，用于通过使用探头扫描来测量基于具有多个周期性的设计段差的设计形状形成的待测量表面，所述形状测量方法包括：

测量步骤，利用所述探头扫描所述待测量表面以便获得多个测量点；

段差指定步骤，根据所述多个测量点指定在所述待测量表面上的分别存在多个段差的多个段差区域以及所述多个段差中的每一个段差的高度；

对象数据产生步骤，在所述多个段差区域外的多个无段差区域之中，将在所述多个段差区域中的各个段差区域两侧彼此相邻的一对无段差区域中的一个无段差区域的多个测量点移动所述多个段差中的对应的段差的高度，从而将所述一对无段差区域中的所述一个无段差区域中的多个测量点的高度调整到所述一对无段差区域中的另一个无段差区域中的多个测量点的高度，以便由此获得拟合对象数据；

参考形状获得步骤，根据所述设计形状获得没有多个设计段差的参考形状；以及

拟合步骤，执行拟合使得所述拟合对象数据与所述参考形状之间的差变为最小，

其中通过在拟合之后利用计算在拟合的对象数据与所述参考形状之间的差来确定残差，来测量所述待测量表面的形状。

2.根据权利要求1所述的形状测量方法，其中所述参考形状获得步骤包括：通过将在所述设计段差两侧彼此相邻的一对设计无段差形状中的一个设计无段差区域移动所述设计段差的高度来转换所述设计形状，使得所述一对设计无段差形状中的所述一个设计无段差区域的高度被调整到所述一对设计无段差形状中的另一个设计无段差区域的高度，由此获得所述参考形状。

3.根据权利要求1所述的形状测量方法，其中所述段差指定步骤包括：导出所述多个测量点的傅里叶变换，并且指定包括在预定阈值内的频率的区域作为所述段差区域。

4.根据权利要求1所述的形状测量方法，其中所述段差指定步骤包括：执行多个测量点的自相关处理，从而确定存在或者没有周期性的段差，并且指定确定的周期性的段差位于其中的预定区域作为所述段差区域。

5.根据权利要求1所述的形状测量方法，其中所述段差指定步骤包括：将所述多个测量点与设计形状进行比较，并且指定所述设计段差位于其中的预定区域作为所述段差区域。

6.根据权利要求1所述的形状测量方法，其中在段差指定步骤中指定的多个段差中的每一个段差的高度包括在所述设计形状的多个设计段差之中的对应的设计段差的高度。

7.根据权利要求1所述的形状测量方法，其中在所述段差指定步骤中指定的多个段差中的每一个段差的高度包括在从所述一个无段差区域中的多个测量点导出的近似线与从所述另一个无段差区域中的多个测量点导出的近似线之间的间隔。