JP2006337185A - 加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工位置のずれをなくして，高精度な形状修正加工を可能とする。
【解決手段】 （１）非接触の形状計測手段又は、非接触の変位計測手段を用いて，加工装置上での加工領域を特定し，計測データと加工装置の座標系を校正した後，加工データを作成し加工を実施する。
（２）予め加工対象物に計測基準となる形状を付与し，加工装置上で計測基準と加工領域の位置関係を計測し，計測データと加工装置の座標系を校正した後，加工データを作成し加工を実施する。
【選択図】 図１

Description

本発明は高精度な光学素子及び光学金型の製造方法に関し，特に形状計測と加工を繰り返して形状修正を行う加工方法に関するものである。具体的には半導体露光装置および液晶露光装置の照明系および投影系の光学素子等のナノメートルオーダの形状精度を要求される光学素子の製造技術に関するものである。

従来，形状計測と加工を繰り返す形状修正加工に関する干渉計による形状計測手段において，計測データの座標校正を行う方法に関して，特許文献１，特許文献２にその例が説明されている。

また，加工領域の測定点を特定する方法として，特許文献３がある。

特許文献１において，干渉計測定データと三次元座標測定データを使用して座標校正を行っている。

特許文献2において，所定の光量分布を形成するパターンを用いた横座標誤差の計測手段を有する干渉計について開示されている。

特許文献3において，加工面近傍にアライメントマークを形成し，これを基準に形状測定を行い，その測定結果に基づいて加工を行う方法が開示されている。
特開2000-97653号公報 特開2002-333305号公報 特開2003-251552号公報

しかしながら上記従来技術では，以下のような課題がある。

特許文献1，特許文献２では，干渉計の横座標校正に関する開示があるもの，加工面に対して，横座標校正された計測データがどのような位置関係にあるかを特定できるものではない。そのため実際の加工時には，加工装置上に取り付けられたワークの加工面が，加工装置上のどの位置に存在するかを特定し，更に形状計測データの座標系および座標原点と，加工装置の座標系および座標原点の並進および回転のズレを補正しなければならない。しかしながら特許文献１，特許文献２の方法では加工装置上における座標系および座標原点の補正を実現できない。

特許文献３では，加工面近傍のアライメントマークを利用することで加工面上の測定点を特定できるものの，そのアライメントマークを加工装置上でどのように特定して加工を実施するか開示されていない。また，アライメントマークを加工面近傍に形成することが前提であるため，加工面近傍にアライメントマークを形成することが出来ないあるいは許されないワークに対しては実施することが出来ない。

以上のような従来技術の課題に対して
本出願に係る第1の発明の目的は，非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段を用いて，加工装置上での加工領域を特定し，計測データと加工装置の座標系を校正した後，加工データを作成し加工を実施する加工方法を提供することにある。

本出願に係る第２の発明の目的は，予め加工対象物に計測基準となる形状を付与し，加工装置上で計測基準と加工領域の位置関係を計測し，計測データと加工装置の座標系を校正した後，加工データを作成し加工を実施する加工方法を提供することにある。

上記目的を達成するために，本出願に係る第1の発明は
形状計測結果に基づいて形状修正を行う加工方法において，
予め加工対象物の加工領域の形状を計測して形状データを入手する工程と，
研磨装置上に非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段を備える工程と，
前記非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段の前記加工装置上における位置を校正する工程と，
前期加工対象物を前記加工装置上に取り付けた後に，前記加工領域の形状を前記非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段によって計測する工程と，
計測された前記加工領域の形状から前記加工領域の前記加工装置上における位置，姿勢を算出する工程と，
計測された前記加工領域の形状を前記形状データにフィッティングして，両者の位置ズレを算出する工程と，
算出された前記加工領域の前記加工装置上における位置，姿勢と，算出された前記加工領域の形状と前記形状データの位置ズレを補正値として，計測データの座標系および座標原点と，加工装置の座標系および座標原点を校正する工程と，
前記座標系の校正の後に前記加工装置の加工データを作成する工程と，
を具備するものである。

さらに，本出願に係る第2の発明は
形状計測結果に基づいて形状修正を行う加工方法において，
加工対象物に形状計測を実施するための計測基準となる形状を付与する工程と，
予め前記加工対象物の加工領域の形状を計測して形状データを入手する工程と，
加工装置上に非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段を備える工程と，
前記非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段の前記加工装置上における位置を校正する工程と，
前記加工対象物を前記加工装置上に取り付けた後に，該加工対象物の前記計測基準となる形状および外周位置を前記非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段によって計測する工程と，
前記加工対象物の加工領域を前記非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段によって計測する工程と，
計測された前記加工対象物の前記計測基準となる形状および外周位置と，前記計測された前記加工領域の結果から，両者の位置関係を算出する工程と，
計測された前期加工領域の結果と前記算出された位置関係から，前記加工領域の前記加工装置上における位置と姿勢を算出する工程と，
算出された前記加工領域の前記加工装置上における位置と姿勢を補正値として，計測データの座標系および座標原点と，加工装置の座標系および座標原点を校正する工程と，
前記座標系の校正の後に前記加工装置の加工データを作成する工程と，
を具備するものである。

本発明による加工方法によれば，計測データと加工装置上の加工領域を1対1対応とすることが可能となり，横座標のずれを生じることがなく，確実に目標とする加工領域に対して形状修正加工を実施することが可能となる。そのため修正加工後に，加工位置のずれに起因する加工誤差が低減され，高精度な加工が実現できる。特に空間周波数が1mm以下の誤差形状に対しても加工位置のずれなく修正が可能である。

また，加工領域や加工対象物を非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段により計測するため，接触式計測手段で避けられない計測時のキズの発生が皆無である。

さらに，加工領域外に計測箇所がなくとも位置の特定ができ，加工対象物の保持，固定方法に対する制約がない。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図１は本発明の特徴を最もよく表す図面であり，本発明における加工方法のフローチャートを示している。

Ｓ１は加工を実施する前の形状計測で，加工対象の加工領域の形状を計測する。Ｓ２はＳ１で得られた計測結果に基づいて，計測座標系における加工領域の形状を算出する。Ｓ３は加工装置上に非接触の形状計測手段または非接触の変位計を備える工程である。Ｓ４は加工装置上に取り付けられた非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段が，加工装置上のどこに位置しているかを求める工程。Ｓ５は加工装置上に加工対象を取り付ける工程。Ｓ６は加工装置上に取り付けられた加工対象の加工領域を，非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段で計測する工程Ｓ７はＳ６の計測結果に基づいて，加工領域の加工装置上における位置と姿勢を算出する工程。Ｓ８はＳ２で求められた計測座標系における形状データと，Ｓ７で求められた加工座標系における計測結果から両者の位置，姿勢のずれを算出する工程。Ｓ９はＳ８の結果に基づいて，計測座標系と加工座標系を校正する工程。Ｓ１０はＳ９の結果に基づいて，加工装置を制御する加工データを作成する工程。Ｓ１１はＳ１０の加工データに基づいて加工を実施する工程である。

Ｓ１の形状計測は干渉計のような非接触の形状計測手段や三次元座標測定機のような接触式の形状計測手段のいずれでもよい。Ｓ２ではＳ１で得られたデータに基づいて形状データを算出し，設計形状にフィッティングをかけてＳ８，Ｓ９の計算処理に備える。Ｓ３において，加工装置に非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段を備えた例を図５に示す。１は加工対象，２は加工対象である１を搭載し，回転可能な回転テーブル，３および４は回転テーブル２を搭載する，ＸＹステージ。５はＺステージ。６は加工ヘッドで，この例では研磨ヘッドを想定している。７は加工用ツールで，ここでは研磨のポリッシャを想定している。８は非接触の変位計測手段。９は加工装置の加工座標系の原点で，ここでは研磨ヘッドである６において研磨ポリッシャ７の回転中心と，回転テーブル２の回転中心が一致する座標を原点と定義している。８の非接触の変位計測手段は加工装置に対して予め搭載されていてもよく，あるいは使用時に搭載可能であり，加工時は取り外していてもよい。非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段としては三角測量方式のレーザ変位計や共焦点タイプのレーザ変位計などがある。Ｓ４では加工装置上における非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段の位置を工程で，その方法について図６で説明する。図中の符号は図５と同じであり，１０は回転テーブル２の回転中心軸を示す。（ａ）において加工対象である１として，高精度な球面形状を有するワークを搭載する。具体的にはベアリング球などがある。（ｂ）では（ａ）の搭載状態において，加工対象の頂点を検出し，その時のＸＹステージ座標を記憶する。次に回転テーブル２を１８０度回転させ，その状態において（ｃ）のように再度加工対象の頂点を検出し，その時のＸＹステージ座標を記憶する。（ｂ），（ｃ）において記憶されたＸＹステージ座標において，Ｘ軸，Ｙ軸それぞれの座標の中間点が回転テーブル２の回転中心軸１０が存在する座標となる。ここで算出された回転中心軸１０の座標と加工座標系原点９から，非接触の変位計測手段８の位置が校正されることになる。

Ｓ５で加工装置上に加工対象が取り付けられた後，Ｓ６で加工対象の加工領域を，例えば図５において非接触の変位計測手段である８を用いて形状を計測する。この計測結果に基づいてＳ７において加工装置の加工座標系において，加工領域の位置と姿勢が算出される。この結果とＳ２で求められる形状データを比較して，両者の位置のずれを算出し，Ｓ９において計測座標系と加工座標系の校正を行う。この座標系の校正を図３で説明する。図中，１は計測座標系およびその原点を示し，２は図１のＳ１で得られる，計測座標系で求められた計測データを示し，３は計測データ上の任意の１点を表す。４は加工装置における加工座標系およびその原点を示し，５は図１のＳ６で得られる，加工装置における加工座標系での加工領域の形状データを示し，６は５における任意の１点で，３と同一箇所である。７は計測座標系から加工座標系への変換を示す。形状修正加工においては加工点を正確に把握し，その箇所を確実に加工しなければならいため，形状計測データの各測定点を加工領域の該当する箇所に１対１対応させなければならない。さらに実際の加工を実施する場合は，加工装置上の加工座標系において加工領域の各点がどこに位置するかを正確に把握しなればならない。この位置を正確に把握できなれば加工位置がずれることになり，形状修正を行うことが出来なくなる。

Ｓ１０ではＳ９における計測座標系と加工座標系の校正に基づいて，加工装置を制御する加工データを作成する。加工装置の形態はさまざまな形態をとることができ，ＸＹＺの直交座標系の装置や，Ｒ−θの極座標系の装置でもよい。それら加工装置の各軸を制御し，図５における加工ヘッド６を加工領域に対して作用させ加工を実施する上で，Ｓ９の座標系の校正に基づいてＳ１０において加工データを作成しなければならない。

Ｓ１１ではＳ１０の加工データに基づいて加工を実施する。

図２は本発明における第２の実施例で，請求項２にかかわる。

Ｓ１において加工対象に対して予め計測基準となる形状を付与する。Ｓ２は加工対象の加工領域の形状計測を実施する。Ｓ３ではＳ２で得られた結果に基づいて形状データを算出する。Ｓ４は加工装置上に非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段を用意する。Ｓ５は加工装置上における非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段の位置を校正する。Ｓ６で加工装置上に加工対象を取り付け，Ｓ７において加工装置上に取り付けられた非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段によって加工対象の計測基準および外周位置を計測する。その後，Ｓ８で加工領域の形状を非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段で計測する。Ｓ９ではＳ７，Ｓ８の結果から，加工対象の計測基準および外周位置と加工領域の位置関係を算出する。Ｓ１０はＳ９の結果から加工装置上の加工領域の位置，姿勢を算出する。Ｓ１１以降は図１と同様である。

Ｓ１における計測基準となる形状を付与する例を図４で説明する。１，３は加工対象，２，４は加工領域，５，６は計測基準となる面である。（ａ）は図１の実施例が適用される加工対象を示す。（ｂ）において５，６の平面部分が図２中Ｓ１において付与された計測基準となる形状である。これを計測基準とすることで，形状データと加工領域の対応付けが明確になる。なお，計測基準となる形状は図中５，６で示した平面以外の形状でもよく，またその数量，配置も図中の例に限定されるものではない。

Ｓ７で加工装置上の計測基準と外周位置を計測することで，Ｓ３の形状データを加工装置の加工座標系に対して容易に校正が可能であり，特に本実施例は加工領域が軸対称形状である場合に好適である。加工領域が軸対称である場合，軸周りの加工領域の位置を決定する際に，図４（ｂ）のように計測基準となる形状を付与し，これを加工装置上ですることで，軸周りの位置を容易に決定できる。

S8，S9について説明する。形状修正加工を実施すると，わずかであるが加工領域の位置がずれたり姿勢が変化する。高精度な光学素子等では加工領域の形状が設計形状に対して形状精度を満足していても，上記の位置のずれや姿勢の変化によっては，その光学素子としての機能を果たさない場合がある。そこで，さらにS8によって加工領域の形状を計測し，S9により計測基準および外周位置との位置関係を算出し，それらに基づいてS10からS12によって加工データを作成することで，設計形状のみならず，加工領域の位置，姿勢を含めて高精度に加工可能とすることが出来る。

（産業上の利用可能性）
本発明によれば，高精度な光学素子及び光学金型の研磨方法に関し，特に形状計測と加工を繰り返して形状修正研磨を行う研磨方法を適用する分野に利用できるものである。例えば半導体露光装置の投影系のレンズや照明系のレンズ，あるいは液晶露光装置のミラー及びレンズ，あるいはX線露光装置やEUV露光装置の照明系および投影系に用いられるミラー等の光学素子，あるいは天体望遠鏡などのミラー及びレンズ等の光学素子，あるいはプリンタ等事務機器に用いられている走査光学系で使用されるトーリックレンズ等の光学素子及び光学素子用の光学金型，あるいはカメラ，デジタルカメラ，携帯電話用のカメラ及びビデオカメラのレンズ等の光学素子及び光学素子用の金型，DVDドライブ，CDドライブおよびコンピュータ周辺機器および音響機器等に使用される光ピックアップの光学素子用の光学金型などの製造分野において利用可能である。

図１は、本発明の特徴を最もよく表す図で，本発明による加工方法のフローチャートを示す。 図2は、本発明における請求項2にかかわる加工法のフローチャートを表す。 図3は、計測座標系と加工座標系の校正を説明する面。 図4は、本発明の加工対象の例で，（ａ）は請求項1の加工方法が適用される加工対象の形態の例で，（ｂ）は請求項2の加工方法が適用される加工対象の形態の例である。 図5は、加工装置に非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段を備えた例。 図6は、加工装置に取り付けられた非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段の加工装置上における位置を構成する方法を説明する図。

Claims (2)

1. 形状計測結果に基づいて形状修正を行う加工方法において，
   予め加工対象物の加工領域の形状を計測して形状データを入手する工程と，
   研磨装置上に非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段を備える工程と，
   前記非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段の前記加工装置上における位置を校正する工程と，
   前期加工対象物を前記加工装置上に取り付けた後に，前記加工領域の形状を前記非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段によって計測する工程と，
   計測された前記加工領域の形状から前記加工領域の前記加工装置上における位置，姿勢を算出する工程と，
   計測された前記加工領域の形状を前記形状データにフィッティングして，両者の位置ズレを算出する工程と，
   算出された前記加工領域の前記加工装置上における位置，姿勢と，算出された前記加工領域の形状と前記形状データの位置ズレを補正値として，計測データの座標系および座標原点と，加工装置の座標系および座標原点を校正する工程と，
   前記座標系の校正の後に前記加工装置の加工データを作成する工程と，
   を具備することを特徴とする加工方法。
2. 形状計測結果に基づいて形状修正を行う加工方法において，
   加工対象物に形状計測を実施するための計測基準となる形状を付与する工程と，
   予め前記加工対象物の加工領域の形状を計測して形状データを入手する工程と，
   加工装置上に非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段を備える工程と，
   前記非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段の前記加工装置上における位置を校正する工程と，
   前記加工対象物を前記加工装置上に取り付けた後に，該加工対象物の前記計測基準となる形状および外周位置を前記非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段によって計測する工程と，
   前記加工対象物の加工領域を前記非接触の形状計測手段または非接触の変位計測手段によって計測する工程と，
   計測された前記加工対象物の前記計測基準となる形状および外周位置と，前記計測された前記加工領域の結果から，両者の位置関係を算出する工程と，
   計測された前期加工領域の結果と前記算出された位置関係から，前記加工領域の前記加工装置上における位置と姿勢を算出する工程と，
   算出された前記加工領域の前記加工装置上における位置と姿勢を補正値として，計測データの座標系および座標原点と，加工装置の座標系および座標原点を校正する工程と，
   前記座標系の校正の後に前記加工装置の加工データを作成する工程と，
   を具備することを特徴とする加工方法。

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