JP2003269952A - ３次元形状測定装置および方法 - Google Patents
３次元形状測定装置および方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】干渉形状計測器の測定面積を越えるような被測
定面の三次元形状を部分分割して測定し、それらをつな
ぎ合わせる際に生じるつなぎ合わせ誤差を低減する。 【解決手段】３次元形状を有する被測定面を複数の領域
に分割して、分割した複数の領域毎に被測定面の形状を
計測する計測器１０５と、被測定面上の３点以上の点の
位置を計測することにより被測定面の姿勢を求める姿勢
測定器１０６Ａ〜１０６Ｃとを具備し、姿勢測定器によ
り求めた測定値に基づく第１の補正量を用いて、複数の
領域毎の計測値をつなぎ合わせる。
定面の三次元形状を部分分割して測定し、それらをつな
ぎ合わせる際に生じるつなぎ合わせ誤差を低減する。 【解決手段】３次元形状を有する被測定面を複数の領域
に分割して、分割した複数の領域毎に被測定面の形状を
計測する計測器１０５と、被測定面上の３点以上の点の
位置を計測することにより被測定面の姿勢を求める姿勢
測定器１０６Ａ〜１０６Ｃとを具備し、姿勢測定器によ
り求めた測定値に基づく第１の補正量を用いて、複数の
領域毎の計測値をつなぎ合わせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置な
どに搭載する球面レンズ等の三次元形状を有する被測定
面の形状を高精度に測定する技術に関するものである。
どに搭載する球面レンズ等の三次元形状を有する被測定
面の形状を高精度に測定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、被測定面が干渉形状計測器の測定
面積より大きい場合の測定方法として、測定面を分割
し、分割して評価した形状をつなぎあわせて被測定面全
体を評価する分割開口干渉法が知られている。これにつ
いては例えば「精密機械」第５１巻４月号３７ページ
（１９８５）以降に紹介されている全周干渉法が挙げら
れる。
面積より大きい場合の測定方法として、測定面を分割
し、分割して評価した形状をつなぎあわせて被測定面全
体を評価する分割開口干渉法が知られている。これにつ
いては例えば「精密機械」第５１巻４月号３７ページ
（１９８５）以降に紹介されている全周干渉法が挙げら
れる。
【０００３】図８にその全周干渉法の概略を示す。
【０００４】レーザ８０１より出射した光はレンズ８０
２、ビームスプリッタ８０３、レンズ８０４を介して平
行光に変換される。８０５は所定の曲率の球面波に変換
するＴＳレンズであり、射出面８０６が被測定物と干渉
させる参照光を反射させる参照面となっている。被測定
物であるテスト軸受８１１で反射される光はカメラ８１
０で参照光と干渉して干渉縞を形成する。テスト軸受８
１１は周方向とそれに直行する方向で曲率が異なるた
め、干渉縞の観察できる面積が限られる。また被測定物
の形状に起因して１回の計測で全周の計測ができない。
そこで、回転ステージ８０７をある角度づつ回転させて
テスト軸受８１１の各部分の測定データを取り込み、そ
の上でコンピュータ８０９内でつなぎ合わせる演算処理
をして展開図を得ている。
２、ビームスプリッタ８０３、レンズ８０４を介して平
行光に変換される。８０５は所定の曲率の球面波に変換
するＴＳレンズであり、射出面８０６が被測定物と干渉
させる参照光を反射させる参照面となっている。被測定
物であるテスト軸受８１１で反射される光はカメラ８１
０で参照光と干渉して干渉縞を形成する。テスト軸受８
１１は周方向とそれに直行する方向で曲率が異なるた
め、干渉縞の観察できる面積が限られる。また被測定物
の形状に起因して１回の計測で全周の計測ができない。
そこで、回転ステージ８０７をある角度づつ回転させて
テスト軸受８１１の各部分の測定データを取り込み、そ
の上でコンピュータ８０９内でつなぎ合わせる演算処理
をして展開図を得ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光学素子に対
する形状精度が厳しくなるにつれて、上記の方法ではつ
なぎ合わせの精度が不足するという問題がある。この問
題を解決する方法としては、被測定面に取り付けるステ
ージの絶対精度および取り付け誤差を小さくすることが
挙げられるが、干渉計測で測定する精度は、通常、測定
波長以下であるということを考慮すると、そのオーダー
まで精度を上げることは困難である。また、被測定面の
姿勢を検出するために、被測定面を保持している治具を
測長器等で計測する方法もあるが、被測定物と治具とが
ナノメータオーダでは一体となって運動しているわけで
はないので姿勢検出精度が劣化する。
する形状精度が厳しくなるにつれて、上記の方法ではつ
なぎ合わせの精度が不足するという問題がある。この問
題を解決する方法としては、被測定面に取り付けるステ
ージの絶対精度および取り付け誤差を小さくすることが
挙げられるが、干渉計測で測定する精度は、通常、測定
波長以下であるということを考慮すると、そのオーダー
まで精度を上げることは困難である。また、被測定面の
姿勢を検出するために、被測定面を保持している治具を
測長器等で計測する方法もあるが、被測定物と治具とが
ナノメータオーダでは一体となって運動しているわけで
はないので姿勢検出精度が劣化する。
【０００６】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、干渉形状計測器の測定
面積を越えるような被測定面の三次元形状を部分分割し
て測定し、それらをつなぎ合わせる際に生じるつなぎ合
わせ誤差を低減することである。
されたものであり、その目的は、干渉形状計測器の測定
面積を越えるような被測定面の三次元形状を部分分割し
て測定し、それらをつなぎ合わせる際に生じるつなぎ合
わせ誤差を低減することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる３次元形状測定
方法は、３次元形状を有する被測定面を複数の領域に分
割して、該分割した複数の領域毎に前記被測定面の形状
を計測する計測工程と、前記被測定面上の３点以上の点
の位置を計測することにより前記被測定面の姿勢を求め
る姿勢測定工程と、該姿勢測定工程で求めた測定値に基
づく第１の補正量を用いて、前記複数の領域毎の計測値
をつなぎ合わせるつなぎ合わせ工程とを具備することを
特徴としている。
目的を達成するために、本発明に係わる３次元形状測定
方法は、３次元形状を有する被測定面を複数の領域に分
割して、該分割した複数の領域毎に前記被測定面の形状
を計測する計測工程と、前記被測定面上の３点以上の点
の位置を計測することにより前記被測定面の姿勢を求め
る姿勢測定工程と、該姿勢測定工程で求めた測定値に基
づく第１の補正量を用いて、前記複数の領域毎の計測値
をつなぎ合わせるつなぎ合わせ工程とを具備することを
特徴としている。
【０００８】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記計測工程では、前記被測定面の形状を
光を用いて非接触で測定すると共に、前記姿勢測定工程
では、前記被測定面上の３点以上の点の位置をレーザ測
長器を用いて測定することを特徴としている。
法において、前記計測工程では、前記被測定面の形状を
光を用いて非接触で測定すると共に、前記姿勢測定工程
では、前記被測定面上の３点以上の点の位置をレーザ測
長器を用いて測定することを特徴としている。
【０００９】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記計測工程では、光を球面波に変換する
レンズを用いて略球面形状の前記被測定面の形状を計測
し、前記姿勢測定工程では、前記レーザ測長器から発す
るレーザ光を前記レンズの焦点に向けることにより前記
被測定面上の３点以上の点の位置を測定することを特徴
としている。
法において、前記計測工程では、光を球面波に変換する
レンズを用いて略球面形状の前記被測定面の形状を計測
し、前記姿勢測定工程では、前記レーザ測長器から発す
るレーザ光を前記レンズの焦点に向けることにより前記
被測定面上の３点以上の点の位置を測定することを特徴
としている。
【００１０】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記姿勢測定工程では、前記レーザ測長器
から発するレーザ光を分岐することによって前記被測定
面上の３点以上の点の位置を測定することを特徴として
いる。
法において、前記姿勢測定工程では、前記レーザ測長器
から発するレーザ光を分岐することによって前記被測定
面上の３点以上の点の位置を測定することを特徴として
いる。
【００１１】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記姿勢測定工程では、前記被測定面上の
３点以上の点の位置を３つ以上の測長器を用いて測定す
ることを特徴としている。
法において、前記姿勢測定工程では、前記被測定面上の
３点以上の点の位置を３つ以上の測長器を用いて測定す
ることを特徴としている。
【００１２】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記計測工程では、前記複数の領域を互い
に重複するように計測し、前記つなぎ合わせ工程では、
前記第１の補正量を用いて前記複数の領域毎の計測値の
補正を行なった後に、前記計測工程で重複して計測した
領域での２面の形状データに基づく第２の補正量により
前記複数の領域毎の計測値をさらに補正して、前記複数
の領域毎の計測値をつなぎ合わせることを特徴としてい
る。
法において、前記計測工程では、前記複数の領域を互い
に重複するように計測し、前記つなぎ合わせ工程では、
前記第１の補正量を用いて前記複数の領域毎の計測値の
補正を行なった後に、前記計測工程で重複して計測した
領域での２面の形状データに基づく第２の補正量により
前記複数の領域毎の計測値をさらに補正して、前記複数
の領域毎の計測値をつなぎ合わせることを特徴としてい
る。
【００１３】また、この発明に係わる３次元形状測定方
法において、前記つなぎ合わせ工程では、前記被測定面
をその面に略垂直な軸線回りの０°方向と１８０°方向
から計測した形状データに基づいて、前記複数の領域毎
の計測値を補正することを特徴としている。
法において、前記つなぎ合わせ工程では、前記被測定面
をその面に略垂直な軸線回りの０°方向と１８０°方向
から計測した形状データに基づいて、前記複数の領域毎
の計測値を補正することを特徴としている。
【００１４】また、本発明に係わる３次元形状測定装置
は、３次元形状を有する被測定面を複数の領域に分割し
て、該分割した複数の領域毎に前記被測定面の形状を計
測する計測手段と、前記被測定面上の３点以上の点の位
置を計測することにより前記被測定面の姿勢を求める姿
勢測定手段とを具備し、該姿勢測定手段により求めた測
定値に基づく第１の補正量を用いて、前記複数の領域毎
の計測値をつなぎ合わせることを特徴としている。
は、３次元形状を有する被測定面を複数の領域に分割し
て、該分割した複数の領域毎に前記被測定面の形状を計
測する計測手段と、前記被測定面上の３点以上の点の位
置を計測することにより前記被測定面の姿勢を求める姿
勢測定手段とを具備し、該姿勢測定手段により求めた測
定値に基づく第１の補正量を用いて、前記複数の領域毎
の計測値をつなぎ合わせることを特徴としている。
【００１５】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記計測手段は、前記被測定面の形状を光
を用いて非接触で測定すると共に、前記姿勢測定手段
は、前記被測定面上の３点以上の点の位置をレーザ測長
器を用いて測定することを特徴としている。
置において、前記計測手段は、前記被測定面の形状を光
を用いて非接触で測定すると共に、前記姿勢測定手段
は、前記被測定面上の３点以上の点の位置をレーザ測長
器を用いて測定することを特徴としている。
【００１６】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記計測手段は、光を球面波に変換するレ
ンズを用いて略球面形状の前記被測定面の形状を計測
し、前記姿勢測定手段は、前記レーザ測長器から発する
レーザ光を前記レンズの焦点に向けることにより前記被
測定面上の３点以上の点の位置を測定することを特徴と
している。
置において、前記計測手段は、光を球面波に変換するレ
ンズを用いて略球面形状の前記被測定面の形状を計測
し、前記姿勢測定手段は、前記レーザ測長器から発する
レーザ光を前記レンズの焦点に向けることにより前記被
測定面上の３点以上の点の位置を測定することを特徴と
している。
【００１７】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記姿勢測定手段は、前記レーザ測長器か
ら発するレーザ光を分岐することによって前記被測定面
上の３点以上の点の位置を測定することを特徴としてい
る。
置において、前記姿勢測定手段は、前記レーザ測長器か
ら発するレーザ光を分岐することによって前記被測定面
上の３点以上の点の位置を測定することを特徴としてい
る。
【００１８】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記姿勢測定手段は、前記被測定面上の３
点以上の点の位置を３つ以上の測長器を用いて測定する
ことを特徴としている。
置において、前記姿勢測定手段は、前記被測定面上の３
点以上の点の位置を３つ以上の測長器を用いて測定する
ことを特徴としている。
【００１９】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記計測手段は、前記複数の領域を互いに
重複するように計測し、前記つなぎ合わせを行なう場合
に、前記第１の補正量を用いて前記複数の領域毎の計測
値の補正を行なった後に、前記計測工程で重複して計測
した領域での２面の形状データに基づく第２の補正量に
より前記複数の領域毎の計測値をさらに補正して、前記
複数の領域毎の計測値をつなぎ合わせることを特徴とし
ている。
置において、前記計測手段は、前記複数の領域を互いに
重複するように計測し、前記つなぎ合わせを行なう場合
に、前記第１の補正量を用いて前記複数の領域毎の計測
値の補正を行なった後に、前記計測工程で重複して計測
した領域での２面の形状データに基づく第２の補正量に
より前記複数の領域毎の計測値をさらに補正して、前記
複数の領域毎の計測値をつなぎ合わせることを特徴とし
ている。
【００２０】また、この発明に係わる３次元形状測定装
置において、前記つなぎ合わせを行なう場合に、前記被
測定面をその面に略垂直な軸線回りの０°方向と１８０
°方向から計測した形状データに基づいて、前記複数の
領域毎の計測値を補正することを特徴としている。
置において、前記つなぎ合わせを行なう場合に、前記被
測定面をその面に略垂直な軸線回りの０°方向と１８０
°方向から計測した形状データに基づいて、前記複数の
領域毎の計測値を補正することを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施形態
について、添付図面を参照して詳細に説明する。
について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】まず、球面レンズを測定する例について説
明する。
明する。
【００２３】図１は、本発明の一実施形態の形状測定装
置の概略構成を示す図である。
置の概略構成を示す図である。
【００２４】１０１はＸＹ方向に移動可能なＸＹステー
ジである。１０２はＺ方向に移動可能なＺステージであ
り、Ｚステージ１０２に取り付けられているアームには
Ｙ軸を中心に回転可能なθyステージ１０３が配置され
ており、さらにＺ軸を中心に回転可能なθzステージ１
０４上に被測定物である球面レンズが保持されている。
ジである。１０２はＺ方向に移動可能なＺステージであ
り、Ｚステージ１０２に取り付けられているアームには
Ｙ軸を中心に回転可能なθyステージ１０３が配置され
ており、さらにＺ軸を中心に回転可能なθzステージ１
０４上に被測定物である球面レンズが保持されている。
【００２５】被測定物の形状は干渉計１０５により測定
される。そのときの被測定物の姿勢を測長器１０６Ａ〜
１０６Ｃにより検出する。この測長器１０６Ａ〜１０６
Ｃはミラー１０７Ａ〜１０７Ｃをあおることにより、干
渉計１０５の後述するＴＳレンズの焦点１０８に向くよ
うに調整する。以上が本実施形態の形状計測装置の概略
構成である。
される。そのときの被測定物の姿勢を測長器１０６Ａ〜
１０６Ｃにより検出する。この測長器１０６Ａ〜１０６
Ｃはミラー１０７Ａ〜１０７Ｃをあおることにより、干
渉計１０５の後述するＴＳレンズの焦点１０８に向くよ
うに調整する。以上が本実施形態の形状計測装置の概略
構成である。
【００２６】次に図２を参照して、例えば干渉計にフィ
ゾー型干渉計を採用した場合の形状計測方法について詳
細に説明する。
ゾー型干渉計を採用した場合の形状計測方法について詳
細に説明する。
【００２７】被測定物である球面レンズ２０７はθｙス
テージ１０３を用いてあらかじめ傾けておく。光源２０
１から出射した光はレンズ２０２、ビームスプリッタ２
０３、レンズ２０４を通り、ＴＳレンズ２０５を透過す
る光波は球面波に変換される。変換された球面波は球面
レンズ２０７で反射され再びＴＳレンズ２０５を通り、
ビームスプリッタ２０３、レンズ２０９によりＣＣＤカ
メラ２１０に到達し、ＴＳレンズ２０５を参照面とする
光波と干渉する。これにより被測定面である球面レンズ
２０７の一部分の形状を測定できる。
テージ１０３を用いてあらかじめ傾けておく。光源２０
１から出射した光はレンズ２０２、ビームスプリッタ２
０３、レンズ２０４を通り、ＴＳレンズ２０５を透過す
る光波は球面波に変換される。変換された球面波は球面
レンズ２０７で反射され再びＴＳレンズ２０５を通り、
ビームスプリッタ２０３、レンズ２０９によりＣＣＤカ
メラ２１０に到達し、ＴＳレンズ２０５を参照面とする
光波と干渉する。これにより被測定面である球面レンズ
２０７の一部分の形状を測定できる。
【００２８】なお、光源２０１は球面レンズ２０７の反
射波とＴＳレンズ２０５の参照波が干渉する程度の可干
渉性を有する光源である。
射波とＴＳレンズ２０５の参照波が干渉する程度の可干
渉性を有する光源である。
【００２９】球面レンズ全体を測定するためには球面レ
ンズを部分分割しθzステージ１０４を回転させること
により各部分の形状情報を得ればよい。ＸＹＺ方向の動
作によりアライメントを行った後に測定データを記録す
る。このときの被測定物である球面レンズ２０７の姿勢
は測長器１０６Ａ〜１０６Ｃにより検出される。
ンズを部分分割しθzステージ１０４を回転させること
により各部分の形状情報を得ればよい。ＸＹＺ方向の動
作によりアライメントを行った後に測定データを記録す
る。このときの被測定物である球面レンズ２０７の姿勢
は測長器１０６Ａ〜１０６Ｃにより検出される。
【００３０】なお、本実施形態における測長器とは光ヘ
テロダイン干渉法を用いたレーザ測長器を意味する。測
長器１０６Ａ〜１０６Ｃの発するレーザの向きはＴＳレ
ンズ２０５の焦点１０８にミラー１０７Ａ〜１０７Ｃを
用いて合わせてあり、このとき図３に示すように最低３
点あれば球面レンズ２０７の姿勢を検出できる。
テロダイン干渉法を用いたレーザ測長器を意味する。測
長器１０６Ａ〜１０６Ｃの発するレーザの向きはＴＳレ
ンズ２０５の焦点１０８にミラー１０７Ａ〜１０７Ｃを
用いて合わせてあり、このとき図３に示すように最低３
点あれば球面レンズ２０７の姿勢を検出できる。
【００３１】補正方法の一例としては、図４に示す曲率
半径ｒで理想的な球面レンズの曲率中心を原点とする極
座標系において、球面レンズ上の３点Ｐ1（ｘ1，ｙ1，
ｚ1）、Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）、Ｐ3（ｘ3，ｙ3，ｚ3)を
例えば、 ｘi＝ｒsinθcosφi ｙi＝ｒsinθsinφi ｚi＝ｒcosθ φi＝０,（２／３）π,（４／３）π （i＝１，２，３） …式（１） のようにとる。なお、図５は図４の座標系を示してい
る。
半径ｒで理想的な球面レンズの曲率中心を原点とする極
座標系において、球面レンズ上の３点Ｐ1（ｘ1，ｙ1，
ｚ1）、Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）、Ｐ3（ｘ3，ｙ3，ｚ3)を
例えば、 ｘi＝ｒsinθcosφi ｙi＝ｒsinθsinφi ｚi＝ｒcosθ φi＝０,（２／３）π,（４／３）π （i＝１，２，３） …式（１） のようにとる。なお、図５は図４の座標系を示してい
る。
【００３２】この球面レンズがステージの駆動誤差によ
り図４の座標系においてＸ方向に微少量ｄxだけ変位し
たとする。するとＰ1'（ｘ1'，ｙ1'，ｚ1'）、Ｐ2'（ｘ
2'，ｙ2'，ｚ2'）、Ｐ3'（ｘ3'，ｙ3'，ｚ3')に観測点
が遷移する。このときそれぞれの原点からの距離は２次
の微少量を無視して、 ｒi'＝ｒ＋sinθcosφiｄｘ …式（２） と表せる。このとき測長器では式（２）の第２項を計測
できる。
り図４の座標系においてＸ方向に微少量ｄxだけ変位し
たとする。するとＰ1'（ｘ1'，ｙ1'，ｚ1'）、Ｐ2'（ｘ
2'，ｙ2'，ｚ2'）、Ｐ3'（ｘ3'，ｙ3'，ｚ3')に観測点
が遷移する。このときそれぞれの原点からの距離は２次
の微少量を無視して、 ｒi'＝ｒ＋sinθcosφiｄｘ …式（２） と表せる。このとき測長器では式（２）の第２項を計測
できる。
【００３３】式（２）よりＰ1'、Ｐ2'、Ｐ3'は、
となる。
【００３４】ここで、球面レンズの姿勢はベクトルＰ1
Ｐ2とＰ1Ｐ3の外積で定義する。この場合は
Ｐ2とＰ1Ｐ3の外積で定義する。この場合は
【００３５】
【数１】
…式（４）
よって、ｒとθは既知であることから外積でもとめた法
線ベクトルの変動により球面レンズのＸ方向の微小変位
ｄxを求めることができる。このｄxを用いて以下のよう
に各データのｘ成分からｄxだけ差し引き、原点からの
距離を再計算することにより補正する。
線ベクトルの変動により球面レンズのＸ方向の微小変位
ｄxを求めることができる。このｄxを用いて以下のよう
に各データのｘ成分からｄxだけ差し引き、原点からの
距離を再計算することにより補正する。
【００３６】
【数２】
【００３７】…式（５）
式（５）は任意のθおよびφについても成り立つので、
ＣＣＤカメラ２１０から得られる全データについて上の
ような計算を行なえば、姿勢誤差を補正できる。
ＣＣＤカメラ２１０から得られる全データについて上の
ような計算を行なえば、姿勢誤差を補正できる。
【００３８】なお、Ｙ方向の変位においては上に示した
方法と同様に補正できる。
方法と同様に補正できる。
【００３９】図６のような被測定面の分割において干渉
計のデータを用いて上記のような補正を行うと、ステー
ジの運動誤差のみを除去することが可能となる。
計のデータを用いて上記のような補正を行うと、ステー
ジの運動誤差のみを除去することが可能となる。
【００４０】測長器による３点測定の結果から干渉計の
データを補正すれば、Ａの測定とＢの測定ではステージ
による姿勢の相対的な誤差を除去することができ、例え
ば補正後の干渉計データのうちＡとＢの測定範囲が重複
する領域では加算平均し、重複しないところは補正後の
干渉計データを用いて形状を復元できる。
データを補正すれば、Ａの測定とＢの測定ではステージ
による姿勢の相対的な誤差を除去することができ、例え
ば補正後の干渉計データのうちＡとＢの測定範囲が重複
する領域では加算平均し、重複しないところは補正後の
干渉計データを用いて形状を復元できる。
【００４１】このように測定を行うことにより得られる
全体形状はＡの測定の際に発生したＴＳレンズと球面レ
ンズとのアライメント誤差であるティルト、デフォーカ
スは除去されていない。
全体形状はＡの測定の際に発生したＴＳレンズと球面レ
ンズとのアライメント誤差であるティルト、デフォーカ
スは除去されていない。
【００４２】そこで、全面復元形状の球面レンズの中心
を原点とする２次元座標（Ｘ,Ｙ）と形状データＺを式
（６）のようなゼルニケ多項式を直交座標系で表した多
項式にフィッティングする。
を原点とする２次元座標（Ｘ,Ｙ）と形状データＺを式
（６）のようなゼルニケ多項式を直交座標系で表した多
項式にフィッティングする。
【００４３】
Ａ1＋Ｂ1Ｘ＋Ｃ1Ｙ＋Ｄ1（２Ｘ2＋２Ｙ2−１）＋ｆ（ｘ，ｙ） …式（６
）
ここで、Ａ1は干渉縞のＤＣ成分を表すピストン係数、
Ｂ1とＣ1はＸおよびＹ方向のティルト係数、Ｄ1はデフ
ォーカス係数、関数ｆ（ｘ，ｙ）はゼルニケ多項式のう
ちピストン、ティルト、デフォーカス以外を表す式であ
る。
Ｂ1とＣ1はＸおよびＹ方向のティルト係数、Ｄ1はデフ
ォーカス係数、関数ｆ（ｘ，ｙ）はゼルニケ多項式のう
ちピストン、ティルト、デフォーカス以外を表す式であ
る。
【００４４】全面復元形状データをフィッティングした
ときの係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを算出することにより、全面
復元形状データからティルトおよびデフォーカスの影響
を排除することができる。従って、球面レンズ全体の形
状を高精度に測定することが可能となる。
ときの係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを算出することにより、全面
復元形状データからティルトおよびデフォーカスの影響
を排除することができる。従って、球面レンズ全体の形
状を高精度に測定することが可能となる。
【００４５】また、この実施形態の別の優位な点として
被測定物の姿勢が通常干渉計で測定できる被測定物面の
法線方向のストローク（半波長程度）を越える範囲で変
化しても、測長器を使用しているので検出できるという
点である。
被測定物の姿勢が通常干渉計で測定できる被測定物面の
法線方向のストローク（半波長程度）を越える範囲で変
化しても、測長器を使用しているので検出できるという
点である。
【００４６】この実施形態の変形として、１つあるいは
２つの測長器から発するレーザを３つあるいは２つに分
岐させることにより被測定物上の３点を観測して、装置
の構成を簡略にしてもよい。
２つの測長器から発するレーザを３つあるいは２つに分
岐させることにより被測定物上の３点を観測して、装置
の構成を簡略にしてもよい。
【００４７】また、被測定物上の測定点を３点以上にし
て複数の外積ベクトルを平均化することによって、姿勢
変化の検出精度を向上させることができる。その際、測
長器から発するレーザを３つ以上分岐させて装置構成を
簡略化してもよい。また、レンズ表面の反射率が低い場
合においては、測長器のレーザを分岐すると信号強度が
減少するので３つ以上の測定点を３つ以上の測長器で観
測するとよい。
て複数の外積ベクトルを平均化することによって、姿勢
変化の検出精度を向上させることができる。その際、測
長器から発するレーザを３つ以上分岐させて装置構成を
簡略化してもよい。また、レンズ表面の反射率が低い場
合においては、測長器のレーザを分岐すると信号強度が
減少するので３つ以上の測定点を３つ以上の測長器で観
測するとよい。
【００４８】さらにつなぎ合わせを高精度に行うために
は、面分割する際に互いに重複するようにして分割して
測定を行い、測長器による被測定物の姿勢補正を行った
後に重複するデータ同士を比較して被測定物の姿勢を求
めて補正する方法がある。すなわち、測長器の補正とは
被測定物の形状情報を含んでいるので、被測定物の形状
程度で姿勢情報は騙される。従って、測長器により形状
誤差以上に大きいステージの駆動誤差の範囲で姿勢補正
を行い、形状誤差以下の補正は重複領域のデータ、すな
わち重複領域において図６のＡとＢの差を計算し、 Ａ2＋Ｂ2Ｘ＋Ｃ2Ｙ＋Ｄ2（２Ｘ2＋２Ｙ2−１） …式（７） 上記式（７）の多項式におけるフィッティングを行い、
係数Ａ2，Ｂ2，Ｃ2，Ｄ2を算出しティルト、デフォーカ
スを補正することによりナノメートルオーダのつなぎ合
わせ精度が達成できる。
は、面分割する際に互いに重複するようにして分割して
測定を行い、測長器による被測定物の姿勢補正を行った
後に重複するデータ同士を比較して被測定物の姿勢を求
めて補正する方法がある。すなわち、測長器の補正とは
被測定物の形状情報を含んでいるので、被測定物の形状
程度で姿勢情報は騙される。従って、測長器により形状
誤差以上に大きいステージの駆動誤差の範囲で姿勢補正
を行い、形状誤差以下の補正は重複領域のデータ、すな
わち重複領域において図６のＡとＢの差を計算し、 Ａ2＋Ｂ2Ｘ＋Ｃ2Ｙ＋Ｄ2（２Ｘ2＋２Ｙ2−１） …式（７） 上記式（７）の多項式におけるフィッティングを行い、
係数Ａ2，Ｂ2，Ｃ2，Ｄ2を算出しティルト、デフォーカ
スを補正することによりナノメートルオーダのつなぎ合
わせ精度が達成できる。
【００４９】また、図２におけるＴＳレンズ２０５の形
状により重複領域での形状情報には差異が生ずる。例え
ば、図６のような分割の場合にＡ面とＢ面の重複領域で
の形状はＴＳレンズ形状の影響を受けてしまう。そこ
で、図７に示すようにθzステージ１０４を用いて被測
定物を回転軸７０２を中心に０°方向、１８０°方向に
回転させたものによってＴＳレンズの形状誤差を求め
る。このＴＳレンズの形状をもとに、部分分割したとき
の形状データを補正することにより高精度なつなぎ合わ
せが可能となる。
状により重複領域での形状情報には差異が生ずる。例え
ば、図６のような分割の場合にＡ面とＢ面の重複領域で
の形状はＴＳレンズ形状の影響を受けてしまう。そこ
で、図７に示すようにθzステージ１０４を用いて被測
定物を回転軸７０２を中心に０°方向、１８０°方向に
回転させたものによってＴＳレンズの形状誤差を求め
る。このＴＳレンズの形状をもとに、部分分割したとき
の形状データを補正することにより高精度なつなぎ合わ
せが可能となる。
【００５０】以上説明したように本実施形態では干渉計
の測定面積を越えるような被測定面を部分分割してつな
ぎ合わせる際、測長器による姿勢誤差の補正を行うこと
により被測定面の形状全体を精度良く求めることが可能
となる。
の測定面積を越えるような被測定面を部分分割してつな
ぎ合わせる際、測長器による姿勢誤差の補正を行うこと
により被測定面の形状全体を精度良く求めることが可能
となる。
【００５１】また、重複するように被測定面の部分分割
領域を測定し、測長器による姿勢誤差の補正の後、重複
している形状データの差分からティルト、デフォーカス
量を算出し補正することによりさらに高精度に形状全体
を求めることが可能となる。
領域を測定し、測長器による姿勢誤差の補正の後、重複
している形状データの差分からティルト、デフォーカス
量を算出し補正することによりさらに高精度に形状全体
を求めることが可能となる。
【００５２】ＴＳレンズの形状を算出し、部分分割した
ときの形状データからＴＳ形状を差し引いて補正し、上
記測長器による補正、重複データの多項式フィッティン
グによる補正をすることによりＴＳ形状の影響を排除し
た高精度な形状を求めることが可能となる。
ときの形状データからＴＳ形状を差し引いて補正し、上
記測長器による補正、重複データの多項式フィッティン
グによる補正をすることによりＴＳ形状の影響を排除し
た高精度な形状を求めることが可能となる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
干渉形状計測器の測定面積を越えるような被測定面の三
次元形状を部分分割して測定し、それらをつなぎ合わせ
る際に生じるつなぎ合わせ誤差を低減することが可能と
なる。
干渉形状計測器の測定面積を越えるような被測定面の三
次元形状を部分分割して測定し、それらをつなぎ合わせ
る際に生じるつなぎ合わせ誤差を低減することが可能と
なる。
【図１】本発明の一実施形態の形状測定装置の概略構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】一実施形態の測定方法を説明するための概要図
である。
である。
【図３】被測定面の姿勢を観測するための方法の一例を
示す図である。
示す図である。
【図４】被測定面の姿勢変化に対する補正方法の一例を
説明する図である。
説明する図である。
【図５】図４における座標系を説明する図である。
【図６】ＴＳレンズの形状誤差が部分分割面の測定の際
に誤差になることを示す図である。
に誤差になることを示す図である。
【図７】ＴＳレンズの形状誤差の補正方法を示す図であ
る。
る。
【図８】従来の干渉装置の説明図である。
１０１ ＸＹステージ
１０２ Ｚステージ
１０３ θｘステージ
１０４ θｚステージ
１０５ 干渉計
１０６Ａ〜Ｃ 測長器
１０７Ａ〜Ｃ ミラー
１０８ ＴＳレンズの焦点
２０１ 光源
２０２ レンズ
２０３ ビームスプリッタ
２０４ レンズ
２０５ ＴＳレンズ
２０７ 球面レンズ
２０９ レンズ
２１０ ＣＣＤカメラ
７０２ θｚ軸の回転軸
８０１ レーザ
８０２ レンズ
８０３ ビームスプリッタ
８０４ レンズ
８０５ レンズ
８０６ 参照面
８０７ 回転ステージ
８０８ 回転軸
８０９ コンピュータ
８１０ カメラ
８１１ テスト軸受け
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA37 AA53 BB07 BB22
CC22 EE00 FF52 FF61 HH13
JJ03 JJ09 JJ26 LL10 LL13
LL46 PP12 PP13 QQ00 QQ17
2F069 AA04 AA66 AA93 BB40 CC08
DD30 EE23 GG04 GG07 GG11
GG68 HH30 MM02 MM23 NN00
NN18
Claims (14)
- 【請求項１】 ３次元形状を有する被測定面を複数の領
域に分割して、該分割した複数の領域毎に前記被測定面
の形状を計測する計測工程と、 前記被測定面上の３点以上の点の位置を計測することに
より前記被測定面の姿勢を求める姿勢測定工程と、 該姿勢測定工程で求めた測定値に基づく第１の補正量を
用いて、前記複数の領域毎の計測値をつなぎ合わせるつ
なぎ合わせ工程とを具備することを特徴とする３次元形
状測定方法。 - 【請求項２】 前記計測工程では、前記被測定面の形状
を光を用いて非接触で測定すると共に、前記姿勢測定工
程では、前記被測定面上の３点以上の点の位置をレーザ
測長器を用いて測定することを特徴とする請求項１に記
載の３次元形状測定方法。 - 【請求項３】 前記計測工程では、光を球面波に変換す
るレンズを用いて略球面形状の前記被測定面の形状を計
測し、前記姿勢測定工程では、前記レーザ測長器から発
するレーザ光を前記レンズの焦点に向けることにより前
記被測定面上の３点以上の点の位置を測定することを特
徴とする請求項２に記載の３次元形状測定方法。 - 【請求項４】 前記姿勢測定工程では、前記レーザ測長
器から発するレーザ光を分岐することによって前記被測
定面上の３点以上の点の位置を測定することを特徴とす
る請求項２に記載の３次元形状測定方法。 - 【請求項５】 前記姿勢測定工程では、前記被測定面上
の３点以上の点の位置を３つ以上の測長器を用いて測定
することを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定
方法。 - 【請求項６】 前記計測工程では、前記複数の領域を互
いに重複するように計測し、前記つなぎ合わせ工程で
は、前記第１の補正量を用いて前記複数の領域毎の計測
値の補正を行なった後に、前記計測工程で重複して計測
した領域での２面の形状データに基づく第２の補正量に
より前記複数の領域毎の計測値をさらに補正して、前記
複数の領域毎の計測値をつなぎ合わせることを特徴とす
る請求項１に記載の３次元形状測定方法。 - 【請求項７】 前記つなぎ合わせ工程では、前記被測定
面をその面に略垂直な軸線回りの０°方向と１８０°方
向から計測した形状データに基づいて、前記複数の領域
毎の計測値を補正することを特徴とする請求項１に記載
の３次元形状測定方法。 - 【請求項８】 ３次元形状を有する被測定面を複数の領
域に分割して、該分割した複数の領域毎に前記被測定面
の形状を計測する計測手段と、 前記被測定面上の３点以上の点の位置を計測することに
より前記被測定面の姿勢を求める姿勢測定手段とを具備
し、 該姿勢測定手段により求めた測定値に基づく第１の補正
量を用いて、前記複数の領域毎の計測値をつなぎ合わせ
ることを特徴とする３次元形状測定装置。 - 【請求項９】 前記計測手段は、前記被測定面の形状を
光を用いて非接触で測定すると共に、前記姿勢測定手段
は、前記被測定面上の３点以上の点の位置をレーザ測長
器を用いて測定することを特徴とする請求項８に記載の
３次元形状測定装置。 - 【請求項１０】 前記計測手段は、光を球面波に変換す
るレンズを用いて略球面形状の前記被測定面の形状を計
測し、前記姿勢測定手段は、前記レーザ測長器から発す
るレーザ光を前記レンズの焦点に向けることにより前記
被測定面上の３点以上の点の位置を測定することを特徴
とする請求項９に記載の３次元形状測定装置。 - 【請求項１１】 前記姿勢測定手段は、前記レーザ測長
器から発するレーザ光を分岐することによって前記被測
定面上の３点以上の点の位置を測定することを特徴とす
る請求項９に記載の３次元形状測定装置。 - 【請求項１２】 前記姿勢測定手段は、前記被測定面上
の３点以上の点の位置を３つ以上の測長器を用いて測定
することを特徴とする請求項８に記載の３次元形状測定
装置。 - 【請求項１３】 前記計測手段は、前記複数の領域を互
いに重複するように計測し、前記つなぎ合わせを行なう
場合に、前記第１の補正量を用いて前記複数の領域毎の
計測値の補正を行なった後に、前記計測工程で重複して
計測した領域での２面の形状データに基づく第２の補正
量により前記複数の領域毎の計測値をさらに補正して、
前記複数の領域毎の計測値をつなぎ合わせることを特徴
とする請求項８に記載の３次元形状測定装置。 - 【請求項１４】 前記つなぎ合わせを行なう場合に、前
記被測定面をその面に略垂直な軸線回りの０°方向と１
８０°方向から計測した形状データに基づいて、前記複
数の領域毎の計測値を補正することを特徴とする請求項
８に記載の３次元形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002068274A JP2003269952A (ja) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | ３次元形状測定装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002068274A JP2003269952A (ja) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | ３次元形状測定装置および方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003269952A true JP2003269952A (ja) | 2003-09-25 |
Family
ID=29199412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002068274A Withdrawn JP2003269952A (ja) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | ３次元形状測定装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003269952A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010203915A (ja) * | 2009-03-03 | 2010-09-16 | Canon Inc | 測定方法及び測定装置 |
| WO2011061843A1 (ja) * | 2009-11-19 | 2011-05-26 | キヤノン株式会社 | 被検面の形状を計測する装置及び被検面の形状を算出するためのプログラム |
| WO2012028286A1 (de) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Verfahren zum bestimmen eines höhenprofils und vorrichtung zur durchführung desselben |
| JP2013024781A (ja) * | 2011-07-22 | 2013-02-04 | Canon Inc | 測定方法、測定装置及びプログラム |
| JP2015509599A (ja) * | 2012-03-09 | 2015-03-30 | エシロール アンテルナシオナル （コンパニー ジェネラル ドプティック） | 光学要素の幾何学的構造を測定する方法及びツール |
| WO2020260594A1 (fr) * | 2019-06-27 | 2020-12-30 | Espi France | Machine et méthode de contrôle de pièces mécaniques |
-
2002
- 2002-03-13 JP JP2002068274A patent/JP2003269952A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010203915A (ja) * | 2009-03-03 | 2010-09-16 | Canon Inc | 測定方法及び測定装置 |
| WO2011061843A1 (ja) * | 2009-11-19 | 2011-05-26 | キヤノン株式会社 | 被検面の形状を計測する装置及び被検面の形状を算出するためのプログラム |
| US8843337B2 (en) | 2009-11-19 | 2014-09-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus for measuring shape of test surface, and recording medium storing program for calculating shape of test surface |
| JP5597205B2 (ja) * | 2009-11-19 | 2014-10-01 | キヤノン株式会社 | 被検面の形状を計測する装置及び被検面の形状を算出するためのプログラム |
| WO2012028286A1 (de) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Verfahren zum bestimmen eines höhenprofils und vorrichtung zur durchführung desselben |
| JP2013024781A (ja) * | 2011-07-22 | 2013-02-04 | Canon Inc | 測定方法、測定装置及びプログラム |
| JP2015509599A (ja) * | 2012-03-09 | 2015-03-30 | エシロール アンテルナシオナル （コンパニー ジェネラル ドプティック） | 光学要素の幾何学的構造を測定する方法及びツール |
| WO2020260594A1 (fr) * | 2019-06-27 | 2020-12-30 | Espi France | Machine et méthode de contrôle de pièces mécaniques |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |