JP2005090963A - Calibration method and device for measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定装置や検査装置の校正方法および校正装置に関し、平板、プリズム、レンズ面とプリズム面を有する光学素子などの識別子やアラインメントマークの相対的な位置ずれ測定および検査装置の校正方法および校正装置に関するものである。 The present invention relates to a calibration method and a calibration device for a measuring device and an inspection device, and relates to a method for measuring a relative displacement of an identifier or an alignment mark such as a flat plate, a prism, an optical element having a lens surface and a prism surface, and a calibration method for an inspection device. The present invention relates to a calibration device.
顕微鏡の校正等において位置ずれ測定装置、検出装置およびそれを用いた位置決め装置を使用することは従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。
図18は平板でできたチャートに十字のアラインメントマークが付けられている従来の校正方法を説明する概略図である。図19は2枚の平行平板が平行かつ十字のアラインメントマークが重なるように位置決めされている従来の校正方法を説明する概略図である。
図18において、平板でできたチャート22に十字のアラインメントマークが付けられている。このアラインメントマークを、例えばCCDを備えた検出系21で十字のチャート観察像を取得する。
このように何らかの原器、この場合はチャート22を基準に観察し、相対的な位置関係を把握することで測定装置の校正を実施する。次に、厚さがあるワークを測定する、位置ずれ測定装置の校正について説明する。
図19の左側は透明な平行平板で作られるアラインメントマーク入り平板24とその下に同じくアラインメントマーク入り平板25を配置させる。2枚の平行平板24,25は平行かつ十字のアラインメントマークが重なるように位置決めされている。
検出系の焦点深度が上下のアラインメントマークを同時に観察できるほど深ければそのまま観察可能であるが、焦点深度が浅い場合は検出系を上下方向に動かしてそれぞれのアラインメントマークにフォーカスを合わせる。
このとき、検出系21から見て十字のアラインメントマークが重なるように見えると検出系の観察軸と平行平板の平面とが直交していることがわかる。本来ならば、2つの十字線は重なるはずである。
しかしながら、平行平板24,25の位置がずれていると、2枚平板チャート観察像27のように重ならなくなる。このような状態で測定装置を校正しても、正しく校正されないので、2枚の平板位置合わせは非常に重要である。
実際には、2枚の平行平板の位置関係を正しく設置するのは困難なので、図9の右側にあるような、透明な平行厚板の上下にマーキングされた、アラインメントマーク入り厚板26が原器として用いられることもある。このように1枚の厚板にマーキングしてあれば、観察時の取り扱いは容易である。
しかしながら、厚板26の上下十字アラインメントマークの横方向位置を、高精度に一致させて製作することは困難であり、厚板26のチャート観察像28のようにアラインメントマークがずれることがある。厚板方式は校正時の取り扱いが容易なものの、原器そのものを高精度に作成する必要上、高コストになりやすく、精度も期待しにくい。
逆の考え方でいえば、位置ずれがあってもその絶対値がわかればよい。すなわち、別の計測方法で上下マーキングの位置ずれ量が判明すれば、校正データに補正値として入れ込むことが可能である。
しかしながら、そもそも位置ずれ量を正確に測るには、測定用の高精度原器が必要ということもあり、高精度になればなるほど、上下のアラインメントマークを位置ずれなく製造することは難しくなっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, it is known to use a misalignment measuring device, a detecting device, and a positioning device using the same in calibration of a microscope or the like (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 18 is a schematic diagram for explaining a conventional calibration method in which a cross-shaped alignment mark is attached to a chart made of a flat plate. FIG. 19 is a schematic diagram for explaining a conventional calibration method in which two parallel flat plates are positioned so that the parallel alignment marks overlap each other.
In FIG. 18, a cross-shaped alignment mark is attached to a
In this way, the measurement apparatus is calibrated by observing with reference to some original device, in this case the
On the left side of FIG. 19, an alignment mark-containing
If the depth of focus of the detection system is so deep that the upper and lower alignment marks can be observed simultaneously, it can be observed as is, but if the depth of focus is shallow, the detection system is moved in the vertical direction to focus on each alignment mark.
At this time, when the cross alignment marks appear to overlap with each other when viewed from the
However, if the positions of the parallel
Actually, since it is difficult to set the positional relationship between the two parallel flat plates correctly, the
However, it is difficult to make the horizontal position of the upper and lower cross alignment marks of the
In other words, it is only necessary to know the absolute value even if there is a positional deviation. That is, if the positional deviation amount of the upper and lower markings is found by another measurement method, it can be entered as a correction value in the calibration data.
However, in order to accurately measure the amount of misalignment, a high-accuracy measuring instrument is necessary, and the higher the accuracy, the more difficult it is to manufacture the upper and lower alignment marks without misalignment. .
特許文献1によれば、複数台の赤外線撮像装置が、XY面に直交する共通光軸を介して各ワークを一方向から同軸的に撮像することを開示している。このとき、撮像光学系の撮像装置として赤外線撮像装置を用いているので、ワークが可視光を透過しない不透明なものであっても、赤外光を透過する材質で形成されていれば、その赤外光によりワークを透かしてアラインメントマークを撮像できる。
したがって、撮像光学系をワークの間に進退させる必要はなく、ワークの位置合わせを行う場合に、そのクリアランスを極めて小さく設定することができ、各ワークを重ね合わせるときの移動距離も短くなる。
また、各赤外線撮像装置の合焦領域は、夫々のアラインメントマークを択一的に撮像できる位置に設定されているので、1つの赤外線撮像装置で2つのアラインメントマークを同時に撮像することはない。
したがって、各撮像装置の出力信号に基づいてアラインメントマークの座標を算出する場合に、夫々の画面には1つのアラインメントマークしか撮像されないので、その画像信号に基づいて各アラインメントマークの中心座標を容易に求めることができる。
この位置ずれ測定装置は測定ターゲットが似ているが、測定装置の校正方法はとくに明記されていない。そのため、前述の従来技術で説明した平面チャート板の上下にアラインメントマークを設置したものを原器として用いていると考えられる。
Therefore, it is not necessary to move the imaging optical system back and forth between the workpieces. When the workpieces are aligned, the clearance can be set very small, and the moving distance when the workpieces are overlapped is shortened.
In addition, since the focus area of each infrared imaging device is set at a position where each alignment mark can be selectively imaged, two alignment marks are not simultaneously imaged by one infrared imaging device.
Therefore, when the coordinates of the alignment mark are calculated based on the output signal of each imaging device, only one alignment mark is captured on each screen, so that the center coordinates of each alignment mark can be easily determined based on the image signal. Can be sought.
This misalignment measurement apparatus has a similar measurement target, but the calibration method of the measurement apparatus is not specified. For this reason, it is considered that an alignment mark provided on the top and bottom of the flat chart plate described in the above-described prior art is used as a master.
しかしながら、従来の原器には、例えば平行平板の両面に、互いが同軸になるようにアラインメントマークを付けた技術がある。この技術は簡単で解り易く、顕微鏡とステージの位置合わせの原器として使用されている。
しかしながら、この手法では、平行平板の両面に付けるアラインメントマーク、例えば円形状のアラインメントマークを付加する場合には、加工時に円形状の中心軸を両面共に一致させる、すなわち両面の軸心を一致させる必要があった。
そのため、アラインメントマークを加工する加工機にも高精度な位置決め技術が求められ、サブμm程度の精度を有する原器を製作するのには非常な困難が伴った。
また、仮に両面のアラインメントマークに相対的な位置ずれが生じている場合でも、位置ずれ量の絶対値が解っていれば原器として使用できる。しかしながら、実際には、位置ずれ量を高精度に測定すること自体が困難であり、高精度な原器として使用することは難しい状況であった。
従来の校正原器では、平行平板の両面に、軸心を高精度に一致させたアラインメントマークを付けることが困難で、加工機の位置決め精度が要求され、原器コストが非常に高い。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、透明度の高い平行平板にアラインメントマークと反射面とを付加したり、透明度の高い円柱の円周方向にマーキングすることで、きわめて高精度な測定装置校正方法および校正装置を提供することにある。
However, the conventional master has a technique in which alignment marks are provided on both sides of a parallel plate so that they are coaxial with each other. This technique is simple and easy to understand, and is used as a prototype for positioning the microscope and stage.
However, with this method, when adding alignment marks to be attached to both sides of a parallel plate, for example, a circular alignment mark, it is necessary to match the center axes of both sides at the time of processing, that is, to align the axes of both sides. was there.
For this reason, a processing machine for processing alignment marks is also required to have a high-precision positioning technique, and it has been extremely difficult to manufacture a master having an accuracy of about sub-μm.
Even if a relative misalignment occurs between the double-sided alignment marks, it can be used as a master if the absolute value of the misalignment amount is known. However, in actuality, it is difficult to measure the positional deviation amount with high accuracy, and it is difficult to use it as a high-accuracy master.
In the conventional calibration prototype, it is difficult to place alignment marks with the axes aligned with high precision on both sides of the parallel plate, and the positioning accuracy of the processing machine is required, and the cost of the prototype is very high.
Therefore, in order to solve the above problems, the object of the present invention is to add an alignment mark and a reflecting surface to a highly transparent parallel plate, or to mark in the circumferential direction of a highly transparent cylinder. An object of the present invention is to provide an accurate measuring apparatus calibration method and calibration apparatus.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、光学素子の測定装置を校正する測定装置校正方法において、任意の基準位置に、少なくとも2つ以上の平面を有する校正原器を設置し、直動ステージをこの直動ステージの移動軸が、前記校正原器の平面の法線に対して平行になるように設置し、前記直動ステージに光学的検出器を設置し、前記直動ステージを第1の位置に位置決めし、前記光学的検出器によって前記校正原器の特徴像を検出し、前記直動ステージを第2の位置に位置決めし、前記光学的検出器によって前記校正原器の特徴像を検出し、必要ならば、さらに複数の位置決めおよび校正原器の像を検出し、これら複数の校正用原器の特徴像情報を、解析装置で解析することによって、前記校正原器の平面の法線と前記直動ステージの移動軸との相対的な角度や、前記直動ステージの機械誤差を求めて前記測定装置を校正する測定装置校正方法を特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、光学素子の測定装置を校正する測定装置校正装置において、任意の基準位置と、直動ステージと、校正原器と、光学的検出器と、解析装置を有する測定装置の校正装置を特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、前記校正原器には、一方の面にアラインメントマークが形成され、透明度の高い平行平板をその反対面が高反射率を有する平行平板上に接するように設置した請求項2記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、前記校正原器には、一方の面にアラインメントマークが形成され、透明度が高い平行平板の、その反対面に反射率が高くなるような加工を施した請求項2記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、前記アラインメントマークが、反射率が低い請求項3または4記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is a measuring device calibration method for calibrating a measuring device for an optical element, wherein a calibration master having at least two planes is provided at an arbitrary reference position. The linear movement stage is installed so that the axis of movement of the linear movement stage is parallel to the normal of the plane of the calibration master, and an optical detector is installed on the linear movement stage, A linear motion stage is positioned at a first position, a characteristic image of the calibration master is detected by the optical detector, the linear motion stage is positioned at a second position, and the calibration is performed by the optical detector. The calibration image is detected by detecting a feature image of the master, and if necessary, further detecting a plurality of positioning and calibration master images and analyzing the feature image information of the plurality of calibration masters with an analyzer. The normal of the original plane and the straight line Relative angle and the movement axis of the stage, and wherein the measuring device calibration method for calibrating the measuring device seeking mechanical error of the linear stage.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a measurement apparatus calibration apparatus for calibrating an optical element measurement apparatus, comprising: an arbitrary reference position, a linear motion stage, a calibration master, an optical detector, and an analysis apparatus. It features a calibration device for a measuring device.
According to a third aspect of the present invention, in the calibration prototype, an alignment mark is formed on one surface, and a parallel plate having high transparency is in contact with a parallel plate having high reflectivity on the opposite surface. A measuring device calibration apparatus according to claim 2 is provided.
According to a fourth aspect of the present invention, the calibration prototype is processed such that an alignment mark is formed on one surface and a parallel plate having high transparency has a high reflectance on the opposite surface. A measuring apparatus calibration apparatus according to claim 2.
The invention according to claim 5 is characterized in that the alignment mark has a low reflectance, and the calibration device for a measuring apparatus according to claim 3 or 4 is characterized.
また、請求項6に記載の発明は、前記校正原器には、一方は全面が平面で、もう一方は反対面に平行な段違いの複数平面を持つ透明度が高い平行平板があり、全面平面部にはアラインメントマークを作成し、段違いの複数平面部には反射加工を施した請求項4記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
また、請求項7に記載の発明は、前記校正原器には、一方は全面が平面で、もう一方は反対面に平行な段違いの複数平面を持つ透明度が高い平行平板があり、段違い複数平面部にアラインメントマークを作成し、全面平面部には反射加工を施した請求項4記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
また、請求項8に記載の発明は、前記校正原器には、両面ともに段違いの複数平面部を持つ平行板の、片面にアラインメントマークを作成し、もう一方の面には反射加工を施した請求項4記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、前記校正原器を、屈折率が等しい複数の板を組み合わせ、一方は全面が平面で、もう一方は反対面に平行な段違いの複数平面を持つ透明度が高い平行平板を作成し、前記全面平面部にはアラインメントマークを加工し、段違いの複数平面部には反射加工を施した請求項4記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
また、請求項10に記載の発明は、前記校正原器を、屈折率が等しい複数の板を組み合わせて、一方は全面が平面で、もう一方は反対面に平行な段違いの複数平面を持つ透明度が高い平行板を作成し、段違い複数平面部にアラインメントマークを加工し、全面平面部には反射加工を施した請求項4記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
また、請求項11に記載の発明は、前記校正原器を、屈折率が等しい複数の板を組み合わせ、両面ともに段違いの複数平面部を持つ平行板を作成し、片面にアラインメントマークを加工し、もう一方の面には反射加工を施した請求項4記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
また、請求項12に記載の発明は、前記校正原器が、透明度の高い円柱の円周面に、円柱軸と直交する方向に複数のアラインメントマークを作成した請求項2記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
また、請求項13に記載の発明は、前記校正原器が、透明度の高い円柱の円周面に、円柱軸と直交する方向に円状のアラインメントマークを作成した請求項2記載の測定装置の校正装置を特徴とする。
In the invention according to claim 6, the calibration prototype has a highly parallel flat plate, one of which is a flat surface on the one side and the other having a plurality of uneven planes parallel to the opposite surface. 5. The calibration device for a measuring apparatus according to claim 4, wherein an alignment mark is created and reflection processing is applied to a plurality of different flat portions.
In the invention according to claim 7, the calibration prototype has a parallel plate with high transparency, one of which is entirely flat and the other of which is a plurality of uneven planes parallel to the opposite surface. 5. The calibration device for a measuring apparatus according to claim 4, wherein an alignment mark is created in the portion, and a reflection processing is applied to the entire plane portion.
Further, in the invention according to claim 8, the calibration prototype has an alignment mark formed on one side of a parallel plate having a plurality of flat portions on both sides, and the other side is subjected to reflection processing. A measuring apparatus calibration apparatus according to claim 4.
Further, the invention according to
Further, the invention according to
Further, the invention according to
The invention according to
Further, the invention according to
塵埃の影響を少なくし、極めて同軸度の高い、任意の基準位置と直動ステージの移動軸との位置関係を高精度に校正することができ、また、深度を調整しやすい高精度な原器を得ることができる。 Highly accurate master unit that can calibrate the positional relationship between an arbitrary reference position and the moving axis of the linear motion stage with high accuracy, reducing the influence of dust, and having a very high degree of coaxiality. Can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明による校正方法および校正装置で校正する位置ずれ測定装置を示す概略図である。図1を用いて位置ずれ測定装置の動作を説明する。
除振台(図示せず)上に光学素子の位置調整治具として、XYステージ1、回転ステージ2、弾性ヒンジ4とアクチエータ3と球面ジョイント5からなるリンク式アラインメント機構、光学素子設置用天板6、光学素子取り付け用のホルダ7がある。
検出系には、検出部ベース8にXYステージ16、焦点位置調整用にZ軸ステージ15がある。光学系10には長作動かつ焦点深度の浅い顕微鏡対物レンズ9と光源11、偏光ユニット12、CCD取り付け部13、光電変換ユニットとして高画素のCCDユニット14がある。
まず、ホルダ7に被測定物の光学素子をセットし、位置調整治具に設置する。この光学素子は例えば、ガラス製の透明平板で平板の両平面に十字のアラインメントマークが刻まれているものとする。
次に、光学素子のアラインメントマークが読み取れるように光学系の光軸に対して適正な位置になるようにXYステージ1、回転ステージ2、リンク式アラインメント機構で位置調整を実施する。
次に、透明平板の上部のアラインメントマークに焦点が合うようにZ軸ステージ15を下方向に動かし、上部にあるアラインメントマークの画像を取得する。続いて、Z軸ステージ15をさらに下に動かして、透明平板の下部アラインメントマークに焦点が合う位置に位置決めし、このときのアラインメントマークの画像を取得する。
このように、複数の画像情報を順次取得し、コンピュータなどの解析装置(図示せず)で画像の特徴量を抽出、比較することで、相対的な位置ずれ情報、例えば、透明平板の上部アラインメントマークと下部アラインメントマークの横方向位置ずれ量を検出できる。
このとき、透明平板に記された上部と下部のアラインメントマークに位置ずれ量が無い原器を用いれば、位置ずれ量を観察することで、原器の法線とZ軸ステージ15のステージ移動軸が傾き量を求めることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a misalignment measuring apparatus calibrated by a calibration method and a calibration apparatus according to the present invention. The operation of the misalignment measuring apparatus will be described with reference to FIG.
As an optical element position adjustment jig on an anti-vibration table (not shown), a link type alignment mechanism comprising an XY stage 1, a rotary stage 2, an elastic hinge 4, an actuator 3, and a spherical joint 5, an optical element installation top plate 6. There is a holder 7 for attaching an optical element.
The detection system includes an
First, the optical element of the object to be measured is set in the holder 7 and placed on the position adjusting jig. The optical element is, for example, a glass transparent flat plate with cross alignment marks on both flat surfaces.
Next, position adjustment is performed by the XY stage 1, the rotary stage 2, and the link type alignment mechanism so that the alignment mark of the optical element can be read with respect to the optical axis of the optical system.
Next, the Z-
In this way, a plurality of pieces of image information are sequentially obtained, and image feature amounts are extracted and compared with an analysis device (not shown) such as a computer, thereby comparing relative positional deviation information, for example, upper alignment of a transparent flat plate. The amount of lateral displacement between the mark and the lower alignment mark can be detected.
At this time, if an original device having no misalignment amount between the upper and lower alignment marks written on the transparent flat plate is used, the normal line of the original device and the stage moving axis of the Z-
図2は光学素子の位置ずれ測定装置において、平板の基準面上に校正原器の第1の実施の形態を設置する構成を示す概略斜視図である。図3は図2と異なるアラインメントマークを説明する概略斜視図である。
光学素子の位置ずれ測定装置において、平板33の基準面上に校正用原器を設置する。校正原器としては、例えば平板33上に置かれたロッドレンズ29の円周方向に複数のアラインメントマーク30を設けて使用する。2つのマーク30は、例えば180°隔たった対向位置に設ける。
このとき、直動ステージのステージ移動方向が、基準面の法線と平行になるように設置し、その直動ステージに光学的な検出器21、例えばCCDカメラを設置し、ロッドレンズ29に対して直線運動が可能であるようにする。
ロッドレンズ29には円周方向に複数のアラインメントマーク30がある。アラインメントマーク30の1つがロッドレンズ29の上方に、もう1つがロッドレンズ29の下方に来るようにロッドレンズ29を回転し、固定する。
最初に、ロッドレンズ29の上方のアラインメントマーク30を観察するために、直動ステージを動かして検出器21の焦点位置が上方のアラインメントマーク30になるように位置決めする。検出器21で上部のアラインメントマーク30を検出、例えばCCDによる画像情報として取得する。
次にロッドレンズ29の下方のアレイメントマーク30を観察するために、直動ステージをロッドレンズ29に近づける方向に動かして、検出系21の焦点位置が下方のアラインメントマーク30になるように位置決めする。検出系で上部のアラインメントマークを検出、例えばCCDによる画像情報として取得する。
このとき下方のアラインメントマーク30はロッドレンズ29を透過して観察することになるので、レンズ効果のために直動ステージの移動距離とロッドレンズ29の肉厚が一致するとは限らない。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a configuration in which the first embodiment of the calibration prototype is installed on a flat reference surface in the optical element displacement measuring apparatus. FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining an alignment mark different from FIG.
In the optical element misalignment measuring device, a calibration master is installed on the reference surface of the
At this time, the stage movement direction of the linear motion stage is set to be parallel to the normal line of the reference plane, and an
The
First, in order to observe the
Next, in order to observe the
At this time, since the
次に、基準面と直動ステージ軸が直交しているかどうかを判断するために、上部と下部の画像を解析し、2つの画像が重なっていれば直交していると判断できる。もちろん、複数個、2つ以上の画像を取得して解析してもよい。
校正用原器は基準面の法線と、上部および下部アラインメントマーク30を結んだ線が平行になることが望ましい。従来技術で説明したように平板33の上下にアラインメントマーク30を加工する方法では平行にすることは難しいが、円柱状のものであれば回転系で加工できる、例えば旋盤でアラインメントマークの加工ができるので上下のマークを正確に刻むことが可能になる。
またロッドレンズ29をVブロックで保持することで、基準面とロッドレンズ29の回転中心軸との平行出しも容易であり、安価な方法で高精度な位置ずれ校正を実施することが可能になる。
また、ロッドレンズ29のアラインメントマーク30を円周方向に直線状の溝32にすれば、さらに容易になる。例えば、ロッドレンズ29を回転加工機に取り付け、マジックや細い線を印字できるインクジェットヘッドでマークを付ければ、円周方向に回転軸に直交した直線状のアラインメントマークをつけることができる。
また旋盤で加工する場合にはロッドレンズを加工治具にセットし、バイトで溝を加工すればロッドレンズの回転軸に直交した溝を得ることができる。これら円周方向の直線状アラインメントマークで先と同様に位置ずれ測定装置の校正を実施することができる。
Next, in order to determine whether or not the reference plane and the linear motion stage axis are orthogonal, the upper and lower images are analyzed, and if the two images overlap, it can be determined that they are orthogonal. Of course, a plurality of two or more images may be acquired and analyzed.
In the calibration prototype, it is desirable that the normal line of the reference plane and the line connecting the upper and lower alignment marks 30 are parallel to each other. As explained in the prior art, it is difficult to make the
Further, by holding the
Further, if the
When machining with a lathe, a rod lens is set on a machining jig, and a groove perpendicular to the rotation axis of the rod lens can be obtained by machining a groove with a cutting tool. With these linear alignment marks in the circumferential direction, the displacement measuring apparatus can be calibrated as before.
図4は平行平板の片面にアラインメントマークを付した高精度な校正を実施可能な校正原器の第2の実施の形態を説明する概略斜視図である。図5は図4の校正原器を示す正面図である。図6は図4の校正原器で観察されるアラインメントマークを示す概略図である。
図4のような、平行平板35の片面にアラインメントマーク、例えば二重円アラインメントマーク36があるとする。この平行平板35はガラスやプラスチックといった透明体でできており、この平行平板35をミラー加工した高反射率平面板34の上に設置する。
このような構成をとると、二重円アラインメントマークがミラーによる反射で、あたかも平行平板35の表と裏にそれぞれ二重円アラインメントマーク36,36’があるように観察できる。この特性を利用して校正を実施する。
まず基準面に高反射率平面板34と平行平板35を設置し、基準面の法線と平行移動できるように直動ステージを設置し、直動ステージに固定された検出器21、例えばCCDカメラで、その焦点がアラインメントマーク36の位置に合うように、直動ステージを位置決めする。このとき、アラインメントマーク観察像41のような画像が取得できる。
次に、直動ステージを平行平板35に近づけて行くと、アラインメントマーク36がミラー面で反射され、その反射像を観察できる位置にCCDカメラの焦点を合わせることで、アラインメントマーク反射像の観察像42のような画像が取得できる。
次に基準面と直動ステージ軸が直交しているかどうかを判断するために、アラインメントマーク36の観察像41とアラインメントマーク36の反射像の観察像42を解析、比較し、例えば、2つの画像の中心が一致すれば直交していると判断できる。もちろん任意の位置の画像を比較してもよいし、解析画像数も複数個、例えば3つあるいは4つの画像を取得して解析してもよい。
この手法を用いれば平行平板35の片面にアラインメントマーク36を付けるだけできわめて高い同軸度を持つ深さ方向に異なった校正用マークを取得できる。
従来技術で述べたような平行平板の上下にそれぞれマーキングする方法では、マークを加工するさいに、上面と下面の加工機の軸を一致させる必要があり高精度な原器を作ることは困難であったが、この手法を用いることで安価かつ高精度な原器を提供できる。
FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining a second embodiment of a calibration prototype capable of performing high-precision calibration with an alignment mark on one side of a parallel plate. FIG. 5 is a front view showing the calibration prototype of FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing alignment marks observed with the calibration prototype of FIG.
Assume that there is an alignment mark, for example, a double
With such a configuration, it is possible to observe the double circular alignment marks as if they were reflected by the mirror, as if the double circular alignment marks 36 and 36 ′ were on the front and back of the
First, a high reflectivity
Next, when the linear motion stage is moved closer to the parallel
Next, in order to determine whether or not the reference plane and the linear motion stage axis are orthogonal, the
If this method is used, calibration marks different in the depth direction having an extremely high degree of coaxiality can be obtained by simply attaching the
In the method of marking on the top and bottom of the parallel plate as described in the prior art, it is difficult to make a high-accuracy master because it is necessary to align the upper and lower processing machine axes when processing the mark. However, by using this method, an inexpensive and highly accurate original device can be provided.
図7は図4に示した構成を簡略化した平行平板の片面にアラインメントマークを付した高精度な校正を実施可能な校正原器の第3の実施の形態を説明する概略斜視図である。図8は図7の校正原器を示す正面図である。図9は図7の校正原器で観察されるアラインメントマークを示す概略図である。
図7および図8にあるような、平行平板35の片面にアラインメントマーク、例えば、二重円アラインメントマーク36があるとする。この平行平板35はガラスやプラスチックといった透明体でできており、この平行平板35の裏面をミラー加工などで反射加工面38にする。
こうすると二重のアラインメントマーク36がミラーによる反射の像で、平行板の表と裏に二重円アラインメントマーク36,36’があたかも存在するかのように観察することができる。
平行平板を2枚用いる方法に比べると、板と板の間に異物が入り角度誤差が発生する可能性が少なく、また1枚の平行平板だけなのでコストダウンも可能である。
この手法を用いれば平行平板の片面にアラインメントマークを付けるだけで極めて高い同軸度を持つ深さ方向に異なった校正用マークを取得できる。従来技術で述べたような平行平板の上下にそれぞれマーキングする方法では、マークを加工するさいに、上面と下面の加工機の軸を一致させる必要があり高精度な原器を作ることは困難であったが、この手法を用いることで安価かつ高精度な原器を提供できる。
図4および図7に用いたアラインメントマーク36は反射率を高める場合と、低くする場合がある。アラインメントマーク36を観察する場合には、反射率が高くても低くても問題ない。
しかしながら、アラインメントマーク反射像を観察する場合には、ミラー面の反射光に埋もれてしまいコントラストが悪化するので、アラインメントマーク36は反射率が低いほうがコントラストを向上でき、校正精度も向上できる。
FIG. 7 is a schematic perspective view for explaining a third embodiment of a calibration prototype capable of performing high-precision calibration in which an alignment mark is attached to one side of a parallel plate obtained by simplifying the configuration shown in FIG. FIG. 8 is a front view showing the calibration prototype of FIG. FIG. 9 is a schematic diagram showing alignment marks observed with the calibration prototype of FIG.
Assume that there is an alignment mark, for example, a double
In this way, the
Compared with the method using two parallel flat plates, there is less possibility of foreign matter entering between the plates and causing an angle error, and the cost can be reduced because there is only one parallel flat plate.
If this method is used, calibration marks different in the depth direction having an extremely high degree of coaxiality can be obtained simply by attaching an alignment mark to one side of a parallel plate. In the method of marking on the top and bottom of the parallel plate as described in the prior art, it is difficult to make a high-accuracy master because it is necessary to align the upper and lower processing machine axes when processing the mark. However, by using this method, an inexpensive and highly accurate original device can be provided.
The
However, when observing the alignment mark reflection image, the contrast is deteriorated because it is buried in the reflected light of the mirror surface. Therefore, the
図10は平行平板の片面の平面部にアラインメントマーク、例えば二重円アラインメントマークがある構成を示す高精度な校正を実施可能な校正原器の第4の実施の形態を説明する概略斜視図である。図11は図10の校正原器を示す正面図である。図12は図10の校正原器で観察されるアラインメントマークを示す概略図である。
前述したように、ミラーを用いればアラインメントマークとアラインメントマークの反射像から高精度な原器を安価に提供できる。しかしながら、観察像の位置は上部か下部の2点であり、直動ステージの限られたストロークしか検証できないので、ストロークに合わせた原器を用意する必要があり、手間とコストが掛かっていた。
図10にあるような、平行平板35の片面の平面部にアラインメントマーク、例えば、二重円アラインメントマーク36(36a、36b)があるとする。この平行平板35の裏面に段部43を付けて裏面を反射加工とする。この平行平板35および段部43はガラスやプラスチックといった透明体でできている。
二重のアラインメントマークがミラーによる反射の像で、平行平板の表と裏に二重円アラインメントマークがあたかも存在するかのように観察できるが、このとき段部43によって平板の厚さが異なっていれば、アラインメントマークの反射像が見える位置に差が出てくる。
最初に、アラインメントマーク36を観察している場合にはアラインメントマーク観察像49が得られる。次に平板に近づけていけば、板厚の薄いところのアラインメントマーク反射像に焦点が合い、アラインメントマーク外側反射像50の像が観察できる。さらに平板に近づけていけば、板厚の厚いところのアラインメントマーク反射像に焦点が合い、アラインメントマーク内側反射像51の像が観察できる。
すなわち、段部43を設置することで、従来は上部と下部の2点しかなかったものが、3点以上に焦点位置を設定でき、ステージ移動中の姿勢状態を検出できる。段部の数を増やせばステージの移動中の挙動を詳細に観察可能である。これより、基準面と直動ステージの校正をより高精度に実施可能となる。
また、この段部を平行平板に直接加工する必要は無く、複数の部材を組み合わせても良い。例えば、2枚の大きさの異なる平行平板を用意し、2枚の板を重ね合わせて固定すれば、同様の効果が得られ、コストダウンも可能となる。
FIG. 10 is a schematic perspective view for explaining a fourth embodiment of a calibration prototype capable of performing high-precision calibration showing a configuration in which an alignment mark, for example, a double circular alignment mark, is provided on a flat surface on one side of a parallel plate. is there. FIG. 11 is a front view showing the calibration prototype of FIG. FIG. 12 is a schematic diagram showing alignment marks observed with the calibration prototype of FIG.
As described above, if a mirror is used, a highly accurate original device can be provided at low cost from the alignment mark and the reflection image of the alignment mark. However, the position of the observation image is two points, the upper part and the lower part, and only a limited stroke of the linear motion stage can be verified. Therefore, it is necessary to prepare a prototype corresponding to the stroke, which takes time and cost.
Assume that there is an alignment mark, for example, a double circular alignment mark 36 (36a, 36b), on the flat portion of one side of the
The double alignment mark is an image reflected by the mirror, and it can be observed as if double circular alignment marks exist on the front and back of the parallel plate. At this time, the thickness of the plate differs depending on the
First, when the
That is, by installing the stepped
Moreover, it is not necessary to process this step part directly into a parallel plate, and a plurality of members may be combined. For example, if two parallel plates having different sizes are prepared and the two plates are stacked and fixed, the same effect can be obtained and the cost can be reduced.
図13は平行平板の片面の平面部にアラインメントマーク、例えば二重円アラインメントマークがある構成を示す高精度な校正を実施可能な校正原器の第5の実施の形態を説明する概略斜視図である。図14は図13の校正原器を示す正面図である。図15は図13の校正原器で観察されるアラインメントマークを示す概略図である。
第4の実施の形態で説明したように、段部を付けることによって、平行平板の板厚を変化させることができ、アラインメントマークの反射像の焦点位置を増やすことが可能になる。
前述の構成では、平面部でアラインメントマークを段部にミラーを取り付けたが、逆の構成でも焦点位置を増やすことは可能である。
FIG. 13 is a schematic perspective view for explaining a fifth embodiment of a calibration prototype capable of performing high-precision calibration showing a configuration in which an alignment mark, for example, a double circular alignment mark, is provided on a flat surface on one side of a parallel plate. is there. FIG. 14 is a front view showing the calibration prototype of FIG. FIG. 15 is a schematic diagram showing alignment marks observed with the calibration prototype of FIG.
As described in the fourth embodiment, by adding the stepped portion, the plate thickness of the parallel plate can be changed, and the focal position of the reflected image of the alignment mark can be increased.
In the above-described configuration, the alignment mark is attached to the flat portion and the mirror is attached to the step portion. However, the focal position can be increased even in the reverse configuration.
図13および図14にあるような、平行平板35の片面の平面部に反射加工、この平行平板35の反対面に段部52を付けて、アラインメントマーク、例えば、二重円アラインメントマーク36(36a、36b)があるとする。この平行平板35および段部52はガラスやプラスチックといった透明体でできている。
二重のアラインメントマークがミラーによる反射の像で、平行平板の表と裏に二重円アラインメントマークがあたかも存在するかのように観察できるが、このとき段部52によって平板の厚さが異なっていれば、アラインメントマークの反射像が見える位置に差が出てくる。
最初に、検出器21で、段部52のアラインメントマーク内側36bを観察している場合には、アラインメントマーク内側観察像54が得られる。次に平板に近づけていけば、平行平板のアラインメントマーク外側観察像55が得られる。
さらに、平板に近づけていけば、板厚の薄いところのアラインメントマーク反射像に焦点が合い、アラインメントマーク外側反射像観察像56の像が観察できる。さらに平板に近づけていけば、板厚の厚いところのアラインメントマーク反射像に焦点が合い、アラインメントマーク内側反射像観察像57が観察できる。
すなわち、段部52を設置することで、従来は上部と下部の2点しかなかったものが、4点以上に焦点位置を設定でき、ステージ移動中の姿勢状態を検出できて製作がより簡単である。これより、基準面と直動ステージの校正をより高精度に実施可能となる。
また、この段部を平行平板に直接加工する必要は無く、複数の部材を組み合わせても良い。例えば、2枚の大きさの異なる平行平板を用意し、2枚の板を重ね合わせて固定すれば、同様の効果が得られ、コストダウンも可能となる。
As shown in FIG. 13 and FIG. 14, reflection processing is performed on a flat portion of one side of the parallel
The double alignment mark is an image reflected by the mirror and can be observed as if double circular alignment marks exist on the front and back of the parallel plate. At this time, the thickness of the plate differs depending on the stepped
First, when the
Furthermore, if the distance is closer to a flat plate, the alignment mark reflection image at a thin plate thickness is focused, and the alignment mark outer reflection
In other words, by installing the stepped
Moreover, it is not necessary to process this step part directly into a parallel plate, and a plurality of members may be combined. For example, if two parallel plates having different sizes are prepared and the two plates are stacked and fixed, the same effect can be obtained and the cost can be reduced.
図16は平行平板の片面の平面部にアラインメントマーク、例えば二重円アラインメントマークがある構成を示す高精度な校正を実施可能な校正原器の第6の実施の形態を説明する概略正面図である。図17は図16の校正原器で観察されるアラインメントマークを示す概略図である。
第4および第5の実施の形態で説明したように、段部を付けることによって、平行平板の板厚を変化させることができ、アラインメントマークの反射像の焦点位置を増やすことが可能になる。
前述の構成では、平行平板の一方が平面、もう一方が段面であったが、両面とも段面でも焦点位置を増やすことは可能である。図16にあるような、平行平板35の片面の段部65にアラインメントマーク36(36a、36b)、反対面の段部62に反射加工63を施す。
アラインメントマークは例えば二重円アラインメントマーク36a、36b、があるとする。この平行平板35および段部65,62はガラスやプラスチックといった透明体でできている。
二重のアラインメントマークがミラーによる反射の像で、平行平板の表と裏に二重円アラインメントマーク36a、36b、36a’、36b’があたかも存在するかのように観察できるが、このとき段部によって平板の厚さが異なっていれば、アラインメントマークの反射像が見える位置に差が出てくる。
検出器21で、段部65のアラインメントマーク内側36bを観察している場合にはアラインメントマーク内側観察像66が得られる。次に平板に近づけていけば、平行平板部のアラインメントマーク外側観察像67が得られる。
さらに平板に近づけていけば、平行平板部のアラインメントマーク反射像に焦点が合い、アラインメントマーク内側反射像観察像68の像が観察できる。さらに平板に近づけていけば、段部のアラインメントマーク反射像に焦点が合い、アラインメントマーク外側反射像観察像69が観察できる。
すなわち、段部を設置することで、従来は上部と下部の2点しかなかったものが、4点以上に焦点位置を設定でき、ステージ移動中の姿勢状態を検出でき、製作もがより簡単である。これより、基準面と直動ステージの校正をより高精度に実施可能となる。
また、この段部を平行平板に直接加工する必要は無く、複数の部材を組み合わせても良い。例えば、2枚の大きさの異なる平行平板を用意し、2枚の板を重ね合わせて固定すれば、同様の効果が得られ、コストダウンも可能となる。
FIG. 16 is a schematic front view for explaining a sixth embodiment of a calibration prototype capable of performing high-precision calibration showing a configuration in which an alignment mark, for example, a double circular alignment mark, is provided on a flat portion on one side of a parallel plate. is there. FIG. 17 is a schematic diagram showing alignment marks observed with the calibration prototype of FIG.
As described in the fourth and fifth embodiments, by adding the stepped portion, the plate thickness of the parallel plate can be changed, and the focal position of the reflected image of the alignment mark can be increased.
In the above-described configuration, one of the parallel plates is a flat surface and the other is a step surface. However, the focal position can be increased on both surfaces. As shown in FIG. 16, the alignment mark 36 (36a, 36b) is applied to the stepped
Assume that the alignment marks include, for example, double circle alignment marks 36a and 36b. The parallel
The double alignment mark is an image reflected by the mirror, and it can be observed as if double
When the
Further, if the image is brought closer to the flat plate, the alignment mark reflection image on the parallel flat plate portion is focused, and the alignment mark inner reflection
In other words, by installing a stepped part, it was possible to set the focal position to 4 points or more in the past, which had only two points at the upper and lower parts, detect the posture state while moving the stage, and manufacture is easier. is there. As a result, calibration of the reference plane and the linear motion stage can be performed with higher accuracy.
Moreover, it is not necessary to process this step part directly into a parallel plate, and a plurality of members may be combined. For example, if two parallel plates having different sizes are prepared and the two plates are stacked and fixed, the same effect can be obtained and the cost can be reduced.
15 直動ステージ(Z軸ステージ)
21 光学的検出器
29 校正原器(ロッドレンズ)
36 アラインメントマーク
35 平行平板
41 アラインメントマーク観察像
42 アラインメントマーク反射像の観察像
43 段部
15 Linear motion stage (Z-axis stage)
21
36
Claims (13)
任意の基準位置に少なくとも2つ以上の平面を有する校正原器を設置し、直動ステージをこの直動ステージの移動軸が前記校正原器の平面の法線に対して平行になるように設置し、前記直動ステージに光学的検出器を設置し、前記直動ステージを第1の位置に位置決めして前記光学的検出器によって前記校正原器の特徴像を検出し、前記直動ステージを第2の位置に位置決めして前記光学的検出器によって前記校正原器の特徴像を検出し、必要ならば、さらに複数の位置決めおよび校正原器の像を検出し、これら複数の校正用原器の特徴像情報を解析装置で解析することによって、前記校正原器の平面の法線と前記直動ステージの移動軸との相対的な角度や前記直動ステージの機械誤差を求めて前記測定装置を校正することを特徴とする測定装置校正方法。 In a measuring device calibration method for calibrating an optical element measuring device,
A calibration prototype having at least two planes is installed at an arbitrary reference position, and the linear motion stage is installed so that the movement axis of the linear motion stage is parallel to the normal of the calibration prototype plane. An optical detector is installed on the linear motion stage, the linear motion stage is positioned at a first position, a characteristic image of the calibration master is detected by the optical detector, and the linear motion stage is A characteristic image of the calibration prototype is detected by the optical detector after positioning at a second position, and if necessary, a plurality of positioning and calibration prototype images are further detected, and the plurality of calibration prototypes are detected. The measurement apparatus is configured to obtain a relative angle between a plane normal of the calibration prototype and a moving axis of the linear motion stage and a mechanical error of the linear motion stage by analyzing the characteristic image information of Measurement characterized by calibrating置校 positive way.
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2003
- 2003-09-11 JP JP2003320486A patent/JP2005090963A/en active Pending
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