JP2003014431A - レーザープローブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法 - Google Patents
レーザープローブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法Info
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- JP2003014431A JP2003014431A JP2001202813A JP2001202813A JP2003014431A JP 2003014431 A JP2003014431 A JP 2003014431A JP 2001202813 A JP2001202813 A JP 2001202813A JP 2001202813 A JP2001202813 A JP 2001202813A JP 2003014431 A JP2003014431 A JP 2003014431A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定点の傾きやレンズの固有差による影響を
是正することができる。 【解決手段】 基準体の表面を測定して得た高さ寸法デ
ータと、既知の寸法から演算して得た基準体表面の演算
高さ寸法データとを比較して、測定点の傾きに基づいた
誤差を是正する補正値を予め検出しておき、この補正値
を、測定したワーク表面の高さ寸法データに加算してい
るため、傾きやレンズ固有差による誤差が生じない高精
度なレーザープローブ式形状測定を実現することができ
る。
是正することができる。 【解決手段】 基準体の表面を測定して得た高さ寸法デ
ータと、既知の寸法から演算して得た基準体表面の演算
高さ寸法データとを比較して、測定点の傾きに基づいた
誤差を是正する補正値を予め検出しておき、この補正値
を、測定したワーク表面の高さ寸法データに加算してい
るため、傾きやレンズ固有差による誤差が生じない高精
度なレーザープローブ式形状測定を実現することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザープロー
ブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法に関する
ものである。
ブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】ある形状を有するワーク（物体）の表面
形状を測定する場合、プローブをワークの表面に接触さ
せながら表面形状を探る接触式寸法測定装置と、レーザ
ープローブをスキャンさせながら表面形状を探る非接触
寸法測定装置とがあるが、接触式はプローブの摩耗によ
る経年変化や、プローブによりワークの表面を傷つける
おそれがあることから、非接触寸法測定装置の方が優れ
ているとされている（例えば、特開２０００−１４６５
３２号公報参照）。
形状を測定する場合、プローブをワークの表面に接触さ
せながら表面形状を探る接触式寸法測定装置と、レーザ
ープローブをスキャンさせながら表面形状を探る非接触
寸法測定装置とがあるが、接触式はプローブの摩耗によ
る経年変化や、プローブによりワークの表面を傷つける
おそれがあることから、非接触寸法測定装置の方が優れ
ているとされている（例えば、特開２０００−１４６５
３２号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、非接触
のレーザープローブ式形状測定器にも欠点はある。
のレーザープローブ式形状測定器にも欠点はある。
【０００４】第１は、レーザープローブの反射光が測定
面の傾きに影響を受けやすいことである。測定面の傾き
が大きくなると、レーザーの反射光の光軸中心（重心）
が変位して、誤差が生じやすくなる。
面の傾きに影響を受けやすいことである。測定面の傾き
が大きくなると、レーザーの反射光の光軸中心（重心）
が変位して、誤差が生じやすくなる。
【０００５】第２は、対物レンズの光軸ずれ等、対物レ
ンズの固有差により、レーザープローブのスポット形状
が完全な軸対象とならず、誤差が生じやすい。
ンズの固有差により、レーザープローブのスポット形状
が完全な軸対象とならず、誤差が生じやすい。
【０００６】この発明は、このような従来の技術に着目
してなされたものであり、測定点の傾きや、レンズの固
有差による影響を是正することができるレーザープロー
ブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法を提供す
るものである。
してなされたものであり、測定点の傾きや、レンズの固
有差による影響を是正することができるレーザープロー
ブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法を提供す
るものである。
【０００７】
【０００８】この発明に係るレーザープローブ式形状測
定器における傾斜面誤差の補正方法は、測定対象である
ワークの表面に対して、レーザープローブによるオート
フォーカスをかけながらワークを相対的に移動させるこ
とにより、ワーク表面の高さ寸法を測定するワーク形状
測定工程と、表面に傾いた部位があり且つ表面形状の寸
法が既知である基準体の表面に対して、レーザープロー
ブによるオートフォーカスをかけながら基準体を相対的
に移動させることにより、基準体表面の高さ寸法を測定
する基準体形状測定工程と、測定した基準体表面の高さ
寸法データと、既知の寸法から演算して得た基準体表面
の演算高さ寸法データとを比較して、各測定点における
接線の傾きから、両者間の高さ寸法の偏差を補正値とし
て検出する補正値検出工程と、測定したワーク表面の高
さ寸法に、検出した補正値を加算して補正する補正演算
工程と、を有する。
定器における傾斜面誤差の補正方法は、測定対象である
ワークの表面に対して、レーザープローブによるオート
フォーカスをかけながらワークを相対的に移動させるこ
とにより、ワーク表面の高さ寸法を測定するワーク形状
測定工程と、表面に傾いた部位があり且つ表面形状の寸
法が既知である基準体の表面に対して、レーザープロー
ブによるオートフォーカスをかけながら基準体を相対的
に移動させることにより、基準体表面の高さ寸法を測定
する基準体形状測定工程と、測定した基準体表面の高さ
寸法データと、既知の寸法から演算して得た基準体表面
の演算高さ寸法データとを比較して、各測定点における
接線の傾きから、両者間の高さ寸法の偏差を補正値とし
て検出する補正値検出工程と、測定したワーク表面の高
さ寸法に、検出した補正値を加算して補正する補正演算
工程と、を有する。
【０００９】この発明によれば、基準体の表面を測定し
て得た高さ寸法データと、既知の寸法から演算して得た
基準体表面の演算高さ寸法データとを比較して、測定点
の傾きに基づいた誤差を是正する補正値を予め検出して
おき、この補正値を、測定したワーク表面の高さ寸法デ
ータに加算しているため、傾きやレンズ固有差による誤
差が生じない高精度なレーザープローブ式形状測定を実
現することができる。
て得た高さ寸法データと、既知の寸法から演算して得た
基準体表面の演算高さ寸法データとを比較して、測定点
の傾きに基づいた誤差を是正する補正値を予め検出して
おき、この補正値を、測定したワーク表面の高さ寸法デ
ータに加算しているため、傾きやレンズ固有差による誤
差が生じない高精度なレーザープローブ式形状測定を実
現することができる。
【００１０】基準体としては、表面形状の測定及び演算
が容易であるため、「基準球」が好適である。ワークと
しては、非球面レンズなど、形状のなだらかな「非球面
体」でも、確実に測定することができる。
が容易であるため、「基準球」が好適である。ワークと
しては、非球面レンズなど、形状のなだらかな「非球面
体」でも、確実に測定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
１〜図４に基づいて説明する。
１〜図４に基づいて説明する。
【００１２】図１は、この実施形態に係るレーザープロ
ーブ式形状測定器の構造を示す図である。レーザ照射装
置１からの半導体レーザーＬを、２枚のミラー２、３を
介して反射させ、対物レンズ４を介して、ステージ５上
のワーク６に対して照射する。このワーク６に照射され
る半導体レーザーＬが、いわゆる「レーザープローブ」
である。ワーク６は、非球面の表面をもつ非球面レンズ
である。
ーブ式形状測定器の構造を示す図である。レーザ照射装
置１からの半導体レーザーＬを、２枚のミラー２、３を
介して反射させ、対物レンズ４を介して、ステージ５上
のワーク６に対して照射する。このワーク６に照射され
る半導体レーザーＬが、いわゆる「レーザープローブ」
である。ワーク６は、非球面の表面をもつ非球面レンズ
である。
【００１３】ワーク６の表面で反射されたれ半導体レー
ザーＬは、再度対物レンズ４を通過して、２枚のミラー
２、３で反射され、結像レンズ７を経て、光位置検出装
置８に至る。半導体レーザーＬが光位置検出装置８のセ
ンター８ａからずれた場合には、そのずれを是正するた
め、サーボ機構９により対物レンズ４をフォーカス方向
に移動させ、その対物レンズ４の移動量から、ワーク６
の表面の高さ寸法を測定することができる。
ザーＬは、再度対物レンズ４を通過して、２枚のミラー
２、３で反射され、結像レンズ７を経て、光位置検出装
置８に至る。半導体レーザーＬが光位置検出装置８のセ
ンター８ａからずれた場合には、そのずれを是正するた
め、サーボ機構９により対物レンズ４をフォーカス方向
に移動させ、その対物レンズ４の移動量から、ワーク６
の表面の高さ寸法を測定することができる。
【００１４】ワーク６が載せられたステージ５を、ワー
ク６の表面に半導体レーザーＬを照射させたまま、Ｘ方
向にスキャンさせることにより、スキャン方向における
ワーク６の表面形状を連続的に測定することができる。
ク６の表面に半導体レーザーＬを照射させたまま、Ｘ方
向にスキャンさせることにより、スキャン方向における
ワーク６の表面形状を連続的に測定することができる。
【００１５】図２に示すように、このワーク６の表面
は、前述のように非球面であるため、中央から外側へ変
位するにつれて表面の傾きθが増す。具体的には、中央
の測定点Ｓ１は傾きθが「０」だが、その両側に向けて
徐々に傾きが大きくなり、その両端の測定点Ｓ２、Ｓ３
における接線の傾きθは最大「４０°」となる。
は、前述のように非球面であるため、中央から外側へ変
位するにつれて表面の傾きθが増す。具体的には、中央
の測定点Ｓ１は傾きθが「０」だが、その両側に向けて
徐々に傾きが大きくなり、その両端の測定点Ｓ２、Ｓ３
における接線の傾きθは最大「４０°」となる。
【００１６】中央の測定点Ｓ１では、半導体レーザーＬ
は対物レンズ４を通過することにより収束して測定点Ｓ
１に当たる。測定点Ｓ１では、傾きθが「０」のため、
全ての半導体レーザーＬが反射されて、対物レンズ４に
戻る。従って、その測定点Ｓ１におけるレーザースポッ
トＰ１では、その重心Ｇと測定点Ｓ１とが一致し、誤差
が生じない。
は対物レンズ４を通過することにより収束して測定点Ｓ
１に当たる。測定点Ｓ１では、傾きθが「０」のため、
全ての半導体レーザーＬが反射されて、対物レンズ４に
戻る。従って、その測定点Ｓ１におけるレーザースポッ
トＰ１では、その重心Ｇと測定点Ｓ１とが一致し、誤差
が生じない。
【００１７】ところが、傾きθの大きい両端の測定点Ｓ
２、３は、山側（高い方）で反射されるれ反射光が大き
く対物レンズ４から外れるため、対物レンズ４に戻る成
分が少なくなる。これに対し、谷側（低い方）で反射さ
れる反射光は、確実に対物レンズ４側に戻る。従って、
測定点Ｓ２、Ｓ３におけるレーザースポットＰ２、Ｐ３
は、実質的に谷側だけの半円状となり、その重心Ｇが測
定点Ｓ２、Ｓ３からずれる。
２、３は、山側（高い方）で反射されるれ反射光が大き
く対物レンズ４から外れるため、対物レンズ４に戻る成
分が少なくなる。これに対し、谷側（低い方）で反射さ
れる反射光は、確実に対物レンズ４側に戻る。従って、
測定点Ｓ２、Ｓ３におけるレーザースポットＰ２、Ｐ３
は、実質的に谷側だけの半円状となり、その重心Ｇが測
定点Ｓ２、Ｓ３からずれる。
【００１８】このように傾きθを有する測定点Ｓ２、Ｓ
３側では、半導体レーザーＬの重心Ｇが移動して、本来
なら誤差が生じるところであるが、この実施形態では、
ワーク６とは別の基準球（基準体）を用いて、傾きによ
る誤差を是正する補正値を求めてあり、その補正値を加
算して、誤差が生じないようにしてある。また、誤差
は、傾きだけでなく、対物レンズ４等のレンズの固有差
によっても生じ得るが、前記の補正値は、このような誤
差にも有効である。
３側では、半導体レーザーＬの重心Ｇが移動して、本来
なら誤差が生じるところであるが、この実施形態では、
ワーク６とは別の基準球（基準体）を用いて、傾きによ
る誤差を是正する補正値を求めてあり、その補正値を加
算して、誤差が生じないようにしてある。また、誤差
は、傾きだけでなく、対物レンズ４等のレンズの固有差
によっても生じ得るが、前記の補正値は、このような誤
差にも有効である。
【００１９】図３を用いて、補正値の求め方を説明す
る。予め全ての寸法が知られている基準球を準備し、そ
の基準球を、ワーク６の場合と同様に、半導体レーザー
Ｌでオートフォーカスをかけながらスキャンさせること
により、基準球の表面の高さ寸法を測定する。図３の太
線図示部分が、その測定データｒである。
る。予め全ての寸法が知られている基準球を準備し、そ
の基準球を、ワーク６の場合と同様に、半導体レーザー
Ｌでオートフォーカスをかけながらスキャンさせること
により、基準球の表面の高さ寸法を測定する。図３の太
線図示部分が、その測定データｒである。
【００２０】次に、その測定データｒから円Ｎを求め、
その中心座標Ｘと、そのＺ値（Ｚｍｃ）を計算で求め
る。求めた中心座標Ｘから、基準球の真の半径［Ｚｍｃ
−Ｒ（既知）］を中心として、演算による真の基準球Ｍ
を描く。そして、各測定点の接線の傾き（θｘ）を前後
の点から求め、次に、基準球Ｍ上の測定点の各ｘ座標値
に相当するＺ値（Ｚｒｘ）と、測定データｒ上のｘ座標
値（Ｚｍｘ）を求める。そして、ΔＺｘ＝Ｚｍｘ−Ｚｒ
ｘを算出し、これを接線の傾き（θｘ）での補正値とし
て保存する。
その中心座標Ｘと、そのＺ値（Ｚｍｃ）を計算で求め
る。求めた中心座標Ｘから、基準球の真の半径［Ｚｍｃ
−Ｒ（既知）］を中心として、演算による真の基準球Ｍ
を描く。そして、各測定点の接線の傾き（θｘ）を前後
の点から求め、次に、基準球Ｍ上の測定点の各ｘ座標値
に相当するＺ値（Ｚｒｘ）と、測定データｒ上のｘ座標
値（Ｚｍｘ）を求める。そして、ΔＺｘ＝Ｚｍｘ−Ｚｒ
ｘを算出し、これを接線の傾き（θｘ）での補正値とし
て保存する。
【００２１】図４（ａ）は、計算により求めた真の基準
球Ｍの形状で、図４（ｂ）は、基準球を実際に測定した
データｒと、前記基準球Ｍとの偏差を示すグラフで、こ
の偏差が補正値ΔＺである。傾きが大きくなる端部ほ
ど、偏差が大きくなる傾向があり、特に傾きが３０°を
超えてから急減に偏差（誤差）が大きくなっている。ま
た、図４（ｂ）のグラフは、図から明らかなように、中
央（０°）を中心にして、左右対称になっていない。こ
れは、対物レンズ４等のレンズ系における光軸ずれ等の
固有差に起因している。図４（ｃ）は、測定データｒに
補正値ΔＺを加算したデータで、当然ながら誤差が
「０」になっている。このような傾きに基づいた補正値
ΔＺは、球体以外にも適用でき、本実施形態で測定対象
とした非球面のワーク６にも適用できる。従って、前述
のように、傾きθを有する測定点Ｓ２、Ｓ３であって
も、測定データに補正値ΔＺを加算することにより、傾
きやレンズ固有差による誤差を是正した正確なデータを
検出することができる。
球Ｍの形状で、図４（ｂ）は、基準球を実際に測定した
データｒと、前記基準球Ｍとの偏差を示すグラフで、こ
の偏差が補正値ΔＺである。傾きが大きくなる端部ほ
ど、偏差が大きくなる傾向があり、特に傾きが３０°を
超えてから急減に偏差（誤差）が大きくなっている。ま
た、図４（ｂ）のグラフは、図から明らかなように、中
央（０°）を中心にして、左右対称になっていない。こ
れは、対物レンズ４等のレンズ系における光軸ずれ等の
固有差に起因している。図４（ｃ）は、測定データｒに
補正値ΔＺを加算したデータで、当然ながら誤差が
「０」になっている。このような傾きに基づいた補正値
ΔＺは、球体以外にも適用でき、本実施形態で測定対象
とした非球面のワーク６にも適用できる。従って、前述
のように、傾きθを有する測定点Ｓ２、Ｓ３であって
も、測定データに補正値ΔＺを加算することにより、傾
きやレンズ固有差による誤差を是正した正確なデータを
検出することができる。
【００２２】尚、この実施形態では、基準体として基準
球を例にしたが、表面に傾いた部位があり且つ表面形状
の寸法が既知である物ならば、その他の形状であっても
良い。
球を例にしたが、表面に傾いた部位があり且つ表面形状
の寸法が既知である物ならば、その他の形状であっても
良い。
【００２３】
【発明の効果】この発明によれば、基準体の表面を測定
して得た高さ寸法データと、既知の寸法から演算して得
た基準体表面の演算高さ寸法データとを比較して、測定
点の傾きに基づいた誤差を是正する補正値を予め検出し
ておき、この補正値を、測定したワーク表面の高さ寸法
データに加算しているため、傾きやレンズ固有差による
誤差が生じない高精度なレーザープローブ式形状測定を
実現することができる。
して得た高さ寸法データと、既知の寸法から演算して得
た基準体表面の演算高さ寸法データとを比較して、測定
点の傾きに基づいた誤差を是正する補正値を予め検出し
ておき、この補正値を、測定したワーク表面の高さ寸法
データに加算しているため、傾きやレンズ固有差による
誤差が生じない高精度なレーザープローブ式形状測定を
実現することができる。
【図１】レーザープローブ式形状測定器の構造を示す概
略図。
略図。
【図２】測定点の傾きと、レーザープローブのスポット
の重心との関係を示す概略図。
の重心との関係を示す概略図。
【図３】補正値の求め方を示す説明図。
【図４】計算された基準球形状（ａ）と、測定した基準
球の誤差（ｂ）と、補正された誤差（ｃ）をそれぞれ示
すグラフ。
球の誤差（ｂ）と、補正された誤差（ｃ）をそれぞれ示
すグラフ。
４ 対物レンズ
６ ワーク
Ｌ 半導体レーザー
Claims (3)
- 【請求項１】 測定対象であるワークの表面に対して、
レーザープローブによるオートフォーカスをかけながら
ワークを相対的に移動させることにより、ワーク表面の
高さ寸法を測定するワーク形状測定工程と、 表面に傾いた部位があり且つ表面形状の寸法が既知であ
る基準体の表面に対して、レーザープローブによるオー
トフォーカスをかけながら基準体を相対的に移動させる
ことにより、基準体表面の高さ寸法を測定する基準体形
状測定工程と、 測定した基準体表面の高さ寸法データと、既知の寸法か
ら演算して得た基準体表面の演算高さ寸法データとを比
較して、各測定点における接線の傾きから、両者間の高
さ寸法の偏差を補正値として検出する補正値検出工程
と、 測定したワーク表面の高さ寸法に、検出した補正値を加
算して補正する補正演算工程と、 を有することを特徴とするレーザープローブ式形状測定
器における傾斜面誤差の補正方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のレーザープローブ式形状
測定器における傾斜面誤差の補正方法であって、 基準体が、基準球であることを特徴とするレーザープロ
ーブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のレーザープ
ローブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法であ
って、 ワークが、非球面体であることを特徴とするレーザープ
ローブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001202813A JP2003014431A (ja) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | レーザープローブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001202813A JP2003014431A (ja) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | レーザープローブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003014431A true JP2003014431A (ja) | 2003-01-15 |
Family
ID=19039550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001202813A Pending JP2003014431A (ja) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | レーザープローブ式形状測定器における傾斜面誤差の補正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003014431A (ja) |
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2001
- 2001-07-03 JP JP2001202813A patent/JP2003014431A/ja active Pending
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| CN112743447B (zh) * | 2020-12-31 | 2022-04-15 | 泉芯集成电路制造(济南)有限公司 | 一种转轴角度确认机构及硅片研磨装置 |
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