JP2018163033A - 平面度測定方法及びピン高さ調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多数のピンの上端が成す仮想面のような面の平面度を簡便に測定できる実用的な技術を提供する。
【解決手段】平坦な上面及び下面を有し均一な厚さの測定板の上に水準器６が取り付けられた測定ユニット４を、多数のピンのうちの隣り合う三本のピンの上に載せた状態で、直交する二つの水平方向における測定板５の傾きを水準器６により測定し、このステップを各三本のピンに対して順次行う。二回目以降のステップでは、それまでに選択されたピンのうちの一本を重ねて選択しつつ全てのピンについて測定板５の傾きを選択する。測定板５の傾きから、上端が最も高い位置にあるピンと上端が最も低い位置にあるピンとの高さの差違が平面度として算出される。
【選択図】図２

Description

この出願の発明は、多数のピンの上端が成す仮想面等の面の平面度を求める技術に関するものである。

ある面が高い精度で平面であることは、製品の性能としてしばしば要求される。この場合のある面とは、仮想的な面（仮想面）の場合もあるし、実際の部材の表面の場合もある。
多数のピンの上端が成す仮想面が高い平面度を有していることは、例えばそのようなピンを用いて対象物を保持しながら対象物を取り扱う装置において必要になる。より具体的な例を示すと、各種電子製品や各種ディスプレイ製品の製造では、基板の表面に微細形状を造り込むため、フォトリソグラフィが行われる。フォトリソグラフィでは、基板を水平に保持しつつ所定のパターンの光を基板に照射する露光工程が存在している。露光工程では、基板に対する接触面積をなるべく小さくする等の要請から、垂直な姿勢の多数のピンによって基板を保持する構造が採用される場合がある。

特開２０１５−１８９２７号公報

上述したような露光装置では、精度の高い露光パターンを得る観点から、基板は高い精度で水平姿勢を保っている必要がある。このことは、基板を多数のピンで保持する構造の場合、それらピンの上端で形成される仮想面が高い精度の平面度を有する必要があることを意味する。
しかしながら、発明者が調査したところでは、このような多数のピンの上端が成す仮想面の平面度を簡便に測定できる実用的な技術は、今のところ存在していない。
本願の発明は、この点を考慮して為されたものであり、多数のピンの上端が成す仮想面のような面の平面度を簡便に測定できる実用的な技術を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、この出願の請求項１記載の発明は、水平方向の配置が既知であって垂直に延びる多数のピンの上端の高さ方向の位置の相違を当該多数のピンの先端が成す仮想面の平面度として測定する平面度測定方法であって、
平坦な上面及び下面を有し均一な厚さの測定板と、測定板の上に取り付けられた水準器とから成る測定ユニットを使用する方法であり、
多数のピンのうちの隣り合う三本のピンを選択し、選択された三本のピンの上に測定ユニットを載せた状態で、直交する二つの水平方向における測定板の傾きを水準器により測定する三点測定ステップを含む方法であって、
三点測定ステップを各三本のピンに対して順次行うことで平面度を測定する方法であり、
二回目以降の三点測定ステップは、それまでに選択されたピンのうちの一本を重ねて選択して測定を行うステップであり、
三点測定ステップを順次行うことで全てのピンについて水準器により測定板の傾きを測定する方法であり、
各三点測定ステップにおける前記二つの水平方向の測定板の傾きから、上端が最も高い位置にあるピンと上端が最も低い位置にあるピンとの当該高さの差違を算出するステップを含むという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、水平方向の配置が既知である多数の測定点マークを備えた物体の上面の水平方向での平面度を測定する平面度測定方法であって、
平坦な上面を有する測定板と、測定板の上に取り付けられた水準器と、測定板の下面から下方に垂直に延び、測定板の上面からの長さが均一である三本の足ピンとを備えた測定ユニットを使用する方法であり、
多数の測定点マークの配置は、隣り合ういずれの三個の測定点マークを選択した場合でも測定ユニットの三本の足ピンの配置と同じになる配置であり、
多数の測定点マークのうち隣り合う三個の測定点マークを選択し、選択された三個の測定点マークの上に測定ユニットの足ピンがそれぞれ載る状態で、直交する二つの水平方向における測定板の傾きを水準器により測定する三点測定ステップを含む方法であって、
三点測定ステップを、各三個の測定点マークに対して順次行うことで平面度を測定する方法であり、
二回目以降の三点測定ステップは、それまでに選択された三個の測定点マークのうちの一個を重ねて選択して測定を行うステップであり、
三点測定ステップを順次行うことで全ての測定点マークについて水準器により測定板の上面の傾きを測定する方法であり、
各三点測定ステップにおける前記二つの水平方向の測定板の上面の傾きから、最も高い位置にある測定点マークと最も低い位置にある測定点マークとの高さの差違を算出するステップを含むという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、ベース盤と、ベース盤の上面に取り付けられて垂直上方に延びる多数のピンとを備え、各ピンの突出高さが調整可能であるピンユニットにおいて、各ピンのベース盤からの突出高さを調整するピン高さ調整方法であって、
多数のピンの上端の高さ方向の位置の相違を当該多数のピンの先端が成す仮想面の平面度として測定する平面度測定工程と、
平面度測定工程における平面度の測定結果に従って各ピンの突出高さを調整する調整工程とを有しており、
平面度測定工程は、平坦な上面及び下面を有し均一な厚さの測定板と、測定板の上に取り付けられた水準器とから成る測定ユニットを使用する工程であって、多数のピンのうちの隣り合う三本のピンを選択し、選択された三本のピンの上に測定ユニットを載せた状態で、直交する二つの水平方向における測定板の傾きを水準器により測定する三点測定ステップを含む工程であり、
平面度測定工程は、三点測定ステップを、各三本のピンに対して順次行うことで平面度を測定する工程であり、
二回目以降の三点測定ステップは、それまでに選択された三本のうちの一本を重ねて選択して測定を行うステップであり、
平面度測定工程は、三点測定ステップを順次行うことで全てのピンについて水準器により測定板の傾きを測定する工程であり、
平面度測定工程は、各三点測定ステップにおける前記二つの水平方向の測定板の傾きから、上端が最も高い位置にあるピンと上端が最も低い位置にあるピンとの当該高さの差違を算出するステップを含んであり、
調整工程は、平面度測定工程で測定された高さの差異を小さくするよう各ピンの突出高さを調整する方法であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記調整工程は、前記ベース盤と前記ピンとの間にシムを介在させる工程であり、前記平面度測定工程における測定結果に従ってシムの厚さを選択する工程であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項３又は４の構成において、前記調整工程を行った後、前記平面度測定工程を再度行い、各ピンの上端の高さの差異が一定の範囲内に入っているか判断し、入っていなければ、前記調整工程を再度行うという構成を有する。

以下に説明する通り、この出願の請求項１記載の発明によれば、多数のピンの上端が成す仮想面の平面度を簡便に測定することができる。測定に使用するツールについても、水準器と測定板を組み合わせたシンプルなものであるので、低コストで実現することができる。このため、極めて実用的な測定方法となる。
また、請求項２記載の発明によれば、物体の上面の平面度を簡便に測定することができる。測定に使用するツールについても、水準器と測定板と足ピンとを組み合わせたシンプルなものであるので、低コストで実現することができる。このため、極めて実用的な測定方法となる。
また、請求項３記載の発明によれば、測定ユニットを使用して測定ステップを繰り返すことで平面度を測定し、これに基づいてピン高さを調整するので、簡便な手順で測定結果を得て調整を行うことができる。このため、測定と調整を繰り返す場合でも、手間がかからず、煩雑にならない。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、シムを使用するので、各ピンの突出高さの調整が簡便で確実に行える。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、特に高い平面度が要求される場合に好適な方法が提供される。

第一の実施形態の平面度測定方法が実施されるピンユニットの斜視概略図である。 第一の実施形態の方法に使用される測定ユニットの斜視概略図である。 第一の実施形態の平面度測定方法を示した平面概略図である。 第一の実施形態の平面度測定方法を示した平面概略図である。 実施形態の平面度測定方法において、各測定データから平面度を算出する演算処理の要部について示した斜視概略図である。 表計算ソフトによる演算処理ステップの実行例を概略的に示した図である。 実施形態に係るピン高さ調整方法を示した正面概略図である。 第二の実施形態の平面度測定方法の概略を示した斜視図である。

次に、この出願の発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
この出願の発明は、ある面の平面度を測定する方法であるが、その実施形態は、垂直に延びる多数のピンの上端が成す仮想面についてその平面度を測定する方法と、ある部材の上面についてその平面度を測定する方法とに大別される。
以下、第一の実施形態として、多数のピンの上端が成す仮想面の平面度を測定する方法について説明する。図１は、第一の実施形態の平面度測定方法が実施されるピンユニットの斜視概略図である。

実施形態の平面度測定方法が実施されるピンユニット１は、ベース盤２と、ベース盤２の上面に取り付けられた多数のピン３とを備えている。多数のピン３は、図１に示すように、垂直に立てて取り付けられている。ベース盤２の上面は、必要な精度の水平で平坦な面となっている。各ピン３は、ベース盤２の上面からの突出高さが一定になるように取り付けられている。例えば各ピン３は皆同じ長さのもので、ネジ込みにより取り付けられている。したがって、各ピン３の上端は、理論的には同一の仮想の水平面上に位置する筈である。しかしながら、各ピン３の寸法精度、取り付け精度（ネジ込み深さ等）、ベース盤２の上面の平面精度等の各要因が影響し合う結果、各ピン３の上端は、同じ高さの位置に必要な精度で位置することは少ない。即ち、各ピン３の上端が成す仮想面は、必要な平面度を有していない場合があり得る。実施形態の方法は、測定によってこれを検出するものとなっている。
尚、図１に示すように、各ピン３は、碁盤の目上（直角格子の各交点上）の位置に配置されている。隣り合うピン３の間隔は皆同じである。

図２は、第一の実施形態の方法に使用される測定ユニット４の斜視概略図である。図２に示す測定ユニット４は、測定板５と、測定板５の上に取り付けられた水準器６とを備えている。
測定板５は、測定対象である各ピン３と水準器６との間に位置するため、必要な平坦性を有するものとなっている。即ち、測定板５は、十分に平坦な上面及び下面を有する一定の厚みの板となっている。測定板５の材質には特に制限はないが、ステンレスやアルミといった金属の場合が多い。測定板５は、図２に示すように、面取りされた直角二等辺三角形の形状である。

水準器６としては、この実施形態では、デジタル式の二軸水準器が使用されている。即ち、水準器６は、直交する二つの水平方向における測定板５の傾きを測定することが可能なものとなっている。
この実施形態では、水準器６は、無線通信によりデータを送るものとなっている。水準器６は、内蔵された送信部６１と、送信部６１から送信された測定データを受信する受信部６２とを備えている。受信部６２は、水準器６を制御するリモートコントローラとして機能するものである。送信部６１及び受信部６２は、特定小電力無線、赤外線通信、Bluetooth（登録商標）といった適宜の規格により無線通信するものとなっている。このような水準器６としては、例えば坂本電機製作所製のＳＥＬ−１２１ＢＭを使用することができる。

尚、測定ユニット４は、平面度の測定のための演算処理を行う演算処理ユニット７とともに使用される。演算処理ユニット７としては、各種の構成が想定できるが、この実施形態では、デスクトップパソコンのような汎用コンピュータが使用されている。水準器６の受信部６２と演算処理ユニット７としての汎用コンピュータとは、ＵＳＢのような汎用インターフェースのケーブル７１を介して接続されている。演算処理ユニット７には、水準器６から出力される測定データを処理して平面度を算出するプログラムが実装されている。

次に、測定ユニット４を使用した平面度測定方法について、図３及び図４を使用して説明する。図３及び図４は、第一の実施形態の平面度測定方法を示した平面概略図である。
実施形態の平面度測定方法は、直交する二つの水平方向における測定板５の傾きを測定することができるように、多数のピン３のうちの隣り合う三本のピン３を選択し、選択された三本のピン３の上に測定ユニット４を載せた状態で水準器６により測定板５の傾きを測定するステップ（以下、三点測定ステップという）を順次行う方法である。「順次行う」とは、各三本のピン３に対して順次行うということである。二回目以降の三点測定ステップは、それまでに選択された三本ピン３のうちの一本を重ねて（共通して）選択する測定を行うステップである。

図３において、各ピンの配列方向をＸ方向、Ｙ方向とする。ピンは、Ｘ方向にｍ本、Ｙ方向にｎ本であるとする。また、説明を簡単にするため、水準器６の測定方向（二軸の方向）は、Ｘ方向及びＹ方向に等しいとする。したがって、ベース盤２は、予めピンの配列方向が水準器６の測定方向に一致するよう精度良く配置される（位置決めされる）。
図３に示すピンの配列において、各ピンを識別するため、左下のピンをＰ_１１とし、右上のピンをＰ_ｍｎとする。そして、一番下の列をＰ_１１，Ｐ_２１，・・・Ｐ_ｍ１とし、その上の列を、Ｐ_１２，Ｐ_２２，・・・Ｐ_ｍ２とする。同様にして、最も上の列をＰ_１ｎ，Ｐ_２ｎ，・・・Ｐ_ｍｎとする。

実施形態の平面度測定方法では、一本のピン３を重複して選択しながら、隣り合う三本のピン３を順次選択して測定板５の傾きを測定するが、この際に重要なことは、選択された三本のピン３が特定できるようにすることである。この方法としては、ソフトウェア的に実現することも可能であるが、この実施形態では、三本のピン３を選択する順番を決め、この順番を間違わないようにすることで行う。

より具体的な一例を説明すると、図３（１）に示すように、最初の三点測定ステップでは、左下の三本のピン、即ちＰ_１１，Ｐ_２１，Ｐ_１２を選択して三点測定ステップを行う。Ｐ_１１，Ｐ_１２，Ｐ_２１に対してそれらをまたがるようにして測定ユニット４を載せ、水準器６を動作させて測定板５の傾斜を測定させる。測定データは、ＸＹ方向の測定板５の傾きであり、このデータは、送信部６１から受信部６２に送信され、受信部６２から演算処理ユニット７に送られる。これで、最初の回の三点測定ステップは終了である。

次に、図３（２）に示すように、右隣りの組の三本のピンを選択する。即ち、Ｐ_２１，Ｐ_３１，Ｐ_２２を選択して同様に三点測定ステップを行う。この場合、ピンＰ_２１がそれまでの三点測定ステップにおけるものと重複することになる。同様にしてさらに右隣りの組の三本のピンＰ_３１，Ｐ_４１，Ｐ_３２を選択し、三点測定ステップを行う。同様の動作を繰り返し、Ｐ_{（ｍ−１）１}，Ｐ_ｍ１，Ｐ_{（ｍ−１）２}に対して三点測定ステップを行うと、一番下の列のピン３に対する三点測定ステップは終了である。

次に、下から二番目の列のピンに対して三点測定ステップを行う。即ち、図４（１）に示すように、測定ユニット４をそのまま上にずらし、Ｐ_{（ｍ−１）２}，Ｐ_ｍ２，Ｐ_{（ｍ−１）３}に対して三点測定ステップを行う。この場合は、Ｐ_{（ｍ−１）２}が前回の三点測定ステップにおけるものと重複したピンということになる。
そして、その左側の三本のピンＰ_{（ｍ−２）２}，Ｐ_{（ｍ−１）２}，Ｐ_{（ｍ−２）３}に対して三点測定ステップを行い、以後、順次右側にシフトさせながら、三点測定ステップを行う。最も左側の三本のピンＰ_１２，Ｐ_２２，Ｐ_１３に対して三点測定ステップを行う。これで、二列目のピンに対する各三点測定ステップは終了である。
その後、測定ユニット４をそのままの姿勢で上にずらし、すぐ上側の三本のピンＰ_１３，Ｐ_２３，Ｐ_１４に対して三点測定ステップを行う。そして、今度は順次右側にシフトさせながら、各三本のピンに対して三点測定ステップを行う。

このようにして、図４（２）に矢印で示すように列が変わるたびに向きを変えながら（ジグザグ状に）各三本のピンに対して三点測定ステップを行う。そして、最も上の列の端（この例では右端）まで三点測定ステップを行った後、図４（３）に示すように、測定板５の向きを１８０度変えて三点測定ステップを行う。これは、最も上の列の端にあるピン（この例ではピンＰ_ｍｎ）について測定を行うためである。これが最後の三点測定ステップであり、これで、測定データの取得は、全体として終了である。尚、最後の三点測定ステップでは、その直前の回の三点測定ステップに対して、Ｐ_{（ｍ−１）ｎ}とピンＰ_{ｍ（ｎ−１）}の二本のピンが重複している。したがって、最後の三点測定ステップでは、その前の回の三点測定ステップに対して二本のピンが重複していることになる。

このようにして全てのピンに対して、隣接する三本のピンずつ選択しながら三点測定ステップを行い、各測定データを得る。そして、得られた測定データに対して適宜の演算処理を適用する演算処理ステップを行うことで、目的とする平面度が得られる。次に、この点について説明する。

図５は、実施形態の平面度測定方法において、各測定データから平面度を算出する演算処理の要部について示した斜視概略図である。図５では、最初の三点測定ステップにおいて得られた測定データの処理について示されている。
図５において、各ピンＰ_１１，Ｐ_２１，Ｐ_１２の上端の高さをＨ_１１，Ｈ_２１，Ｈ_１２とする。高さは、基準となる水平面が必要であるが、例えばベース盤２の上面とし得る。図５では、ピンＰ_１２の高さＨ_１２が最も高く、ピンＰ_２１の高さが最も低くなっているが、これは測定結果の一例である。

いま、ピンＰ_１１の高さＨ_１１を基準とし、それより高い場合の高さの差異を正、それより低い場合の高さの差異を負とする。この場合、ピンＰ_２１はピンＰ_１１に対してＸ方向の同一直線上にあり、ピンＰ_１２はピンＰ_１１に対してＹ方向の同一直線上にあるので、各差異は以下の式１、式２で表される。

式１において、ｄＨ_１は、Ｈ_１１に対するＨ_２１の差異、ｄＨ_２はＨ_１１に対するＨ_２１の差異である。θ_Ｘ１はＸ方向の傾き角、θ_Ｙ１はＹ方向の傾き角であり、それぞれ当該三点測定ステップにおける測定データである。ｗは、各ピンのＸＹ方向の離間間隔である。
傾き角の正負について説明すると、図５において、ピンＰ_１１を原点とし、図３の紙面上右側に向かうＸ方向を＋側とし、これを基準とした反時計回りの向きをＸ方向の傾き角における正の角度とする。Ｙ方向についても、ピンＰ_１１を原点とし、図３の紙面上斜め上側に向かう＋側とし、これを基準にした反時計回りの向きＹ方向の傾き角における正の角度とする。
このようにして、高さＨ_１１に対する高さＨ_２１の差異、高さＨ_１２の差異がそれぞれ算出される。

次に、その隣りの三本のピンＰ_２１，Ｐ_３１，Ｐ_２２の測定データについて検討する。この場合も、高さＨ_２１に対する高さＨ_３１の差異、高さＨ_２１に対する高さＨ_２２の差異が式３、式４によりそれぞれ算出される。

式３、式４において、ｄＨ_３はＨ_２１に対するＨ_３１の差異、ｄＨ_４はＨ_２１に対するＨ_２２の差異である。同様に、θ_Ｘ２はＸ方向の傾き角の測定データ、θ_Ｙ２はＹ方向の傾き角の測定データである。式３、式４に対して、式１、式２の算出結果を代入すると、２回目の三点測定ステップで測定した二本のピンＰ_３１，Ｐ_２２の高さＨ_３１，Ｈ_２２の高さＨ_１１に対する差異が求められる。

以後、説明は省略するが、三回目の三点測定ステップでの測定データによりピンＰ_４１，ピンＰ_３２の高さの高さＨ_１１に対する差異が求められ、四回目の三点測定ステップでの測定データによりピンＰ_５１，ピンＰ_４２の高さの高さＨ_１１に対する差異が求められる。
このようにして、算出結果を次の三点測定ステップでの測定データに代入して適用することで、全てのピンの高さについて、左下のピンＰ_１１の高さＨ_１１に対する差異が求められることになる。

そうすると、全てのピンの中から、上端の位置が最も高いピンと、最も低いピンとが特定できることになり、両者の高さの差異をもって、平面度の測定結果とすることができる。
尚、上記各測定データの処理において、最後の三点測定ステップでの測定データについては、測定ユニット４の向きを逆にして測定しているので、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれについて正負を逆にして傾き角の正負を判断する。

演算処理ステップについて、より具体的な例を説明すると、上述したような演算は、いわゆる表計算ソフトを使用することで簡便に行える。この点について、図６を使用して一例を説明する。図６は、表計算ソフトによる演算処理ステップの実行例を概略的に示した図である。
図６において、あるセル列Ａには、三点測定ステップの番号が入力され、あるセル列Ｂには、対応する三点測定ステップの測定データのうち、Ｘ方向の傾き角が入力され、別のセル列Ｃには、Ｙ方方向の傾き角が入力される。

そして、さらに別のセル列Ｄ〜Ｆには、当該三点測定ステップでの測定データに従って算出された各ピン高さ（厳密には高さの差異）が入力される。図６では、各三点測定ステップにおいて直角二等辺三角形における頂角（９０度の角）に位置したピンを「三角原点ピン」と呼んでおり、セル列Ｄはそのピンの上端の高さが入力される。また、三角原点ピンに対してＸ方向に位置しているピンを「Ｘ方向ピン」と呼んでおり、セル列Ｅには、そのピンの上端の高さが入力される。さらに、三角原点ピンに対してＹ方向に位置しているピンを「Ｙ方向ピン」と呼んでおり、セル列Ｆにはそのピンの上端の高さが入力される。
より具体的には、図６の例では、セルＤ２にピンＰ_１１の高さ（＝０）が入力され、セルＥ２にはピンＰ_２１の高さが入力され、セルＦ２にはピンＰ_１２の高さが入力される。セルＥ２はセルＢ２の測定データを式１に適用して計算した値（埋め込み計算の結果）であり、セルＦ２は、セルＣ２の測定データを式２に適用して計算した値である。このような計算が自動的にされるよう、セルＥ２，Ｆ２には、計算式が予め入力される。

３番のセル行には、２回目の三点測定ステップでの測定データが入力されて計算される。この場合、セルＤ３にピンＰ_２１の高さが入力されるから、セルＥ２の値が計算式ごとそのままコピーされるようセルのリンクが設定される。セルＥ３にはピンＰ_3１の高さが入力され、セルＦ３にはピンＰ_2２の高さが入力される。セルＥ３はセルＢ３の測定データを式１に適用して計算した値（埋め込み計算の結果）であり、セルＦ３は、セルＣ３の測定データを式２に適用して計算した値である。このような計算が自動的にされるよう、リンクや計算式が予め設定される。尚、図６は、各ピン３の離間距離ｗが１００ｍｍの場合の例にしている。

以後、説明は省略するが、各行のセルについて、同様にリンクや計算式が予め設定されており、セル列Ｂとセル列Ｃに測定データが入力されると、セル列Ｄ〜Ｆの各セルのリンクや計算が更新され、各ピン高さの差異が自動計算される。
尚、最後の三点測定ステップでの測定データにおいて、ピンＰ_ｍｎの高さの算出については、ピンＰ_{ｍ（ｎ−１）}の高さを基準として算出しても良いし、ピンＰ_{（ｍ−１）ｎ}の高さを基準として算出しても良く、いずれかを予め設定しておく。

このように表計算ソフトを使用した演算処理において、各セルに対してリンクや計算式を適宜設定しておくことで、全てのピン３の上端の高さが左下のピンＰ_１１を基準にして求められ、上端の最高値と最低値との差が平面度として求められる。
尚、測定データは、水準器６の受信部からＵＳＢを介して演算処理ユニット７に送られるが、セル列Ｂとセル列Ｃに順次測定データが入力されるよう表計算ソフトにおいてマクロプログラムが適宜設けられると好適である。つまり、測定データを受信するとＸ方向の傾き角をセル列Ｂのアクティブなセルに入力し、Ｙ方向の傾き角をセル列Ｃのアクティブなセルに入力した後、一つ下の行のセル列Ｂとセル列Ｃとをアクティブにするようなマクロプログラムが設けられる。

上述した実施形態の平面度測定方法によれば、多数のピン３の上端が成す仮想面の平面度を簡便に測定することができる。測定に使用するツールについても、水準器６と測定板５を組み合わせたシンプルなものであるので、低コストで実現することができる。このため、極めて実用的な測定方法となる。
上記実施形態の平面度測定方法において、各三本のピン３を選択していく順序については、上述した以外の場合もあり得る。一番下の列に対して測定を行った後、下から二列目については左端に戻って同じ向きで順次測定ユニット４をずらしていっても良い。したがって、重複したピンが直前の三点測定ステップで選択したピンでないこともある。重要なことは、どの三本のピン３の組についての測定であるか間違わないようにすることであり、予め決めた順番で各三本のピン３の組を選択して全てピン３について測定を行うことである。

上記の観点では、常に二本のピン３が重複して選択されるようにすることも可能であるが、演算が複雑になり易いので、重複する本数が一本のみである三点測定ステップをなるべく多くするパターンにする方が好ましい。尚、上記の例では、重複して上端の高さの計算が行われるピン３が相当数あるが、上書きして計算しても良いし、最初の計算結果を保持するようにしても良い。
上記説明では、測定ユニット４を作業者が手で持って各位置に配置するように説明したが、ロボット等で自動化する場合もあり得る。例えば、測定ユニット４の配置の位置及びそのルーチンをロボットに対してティーチングして行わせる場合もあり得る。

また、測定ユニット４については、二軸式の水準器が好ましいが、一軸式でも実施は可能である。一軸式の場合には、水準器６を測定板５上で９０度向きを変更できるよう構成する。そして、各三本のピン３に対して水準器６の向きを９０度変更した二回の測定を行うことになる。尚、演算処理ユニット７は、水準器６が内蔵していたり、水準器６に付設されていたりする構造も考えられ、演算処理ユニット７は、水準器６とは別に設けられていない場合もあり得る。さらに、演算処理ユニット７が、露光装置のような基板処理装置の一部として設けられる場合もある。

測定板５の形状としては、三角形以外にもＬ字等の他の形状も考えられる。但し、水準器６を固定するスペースが必要なこと、測定板５の重心位置に水準器６が固定されないと、測定板５の浮き（いずれかのピン３の上端から離れてしまうこと）が生じ易いこと等から、三角形が好ましい。
また、四本のピン３に対して測定ユニット４が載る状態として測定することも考えられ、理論的には平面度の算出も可能であるが、測定板５が四本のピン３の上端すべてに接触した状態とするのは難しいことや演算処理が複雑になることから、三本のピン３に測定ユニット４が載る構造の方が好ましい。
尚、上記説明では、水準器６における二軸とピン３の配列方向のＸＹは一致していると説明したが、一致していなくてもそのずれが既知であれば測定は可能である。水準器６における測定方向とピン３の配列方向のずれ角に応じて平面視での補正をした上で上記演算処理を適用すれば良い。但し、水準器６における二軸とピン３の配列方向が一致した方が演算処理は簡易となる。

次に、ピン高さ調整方法の発明の実施形態について説明する。図７は、実施形態に係るピン高さ調整方法を示した正面概略図である。
実施形態のピン高さ調整方法は、上述した実施形態の平面度測定方法を利用したものである。即ち、上述したように平面度を測定した後、測定結果に応じて各ピン３の突出高さを調整することで各ピン３の上端の高さの差異を一定の範囲内に抑え込んでいくものである。

この実施形態では、各ピン３の突出高さの調整のため、シム（精密スペーサ）８を使用する。シム８は、厚さが高い精度で既知である例えば円環状の部材である。前述したように、各ピン３はベース盤２に対してねじ込みにより固定されているが、各ピン３の下端のねじ切り部は、シム８の中央開口より細く、ねじ切り部より上側の胴部は、シム８の中央開口より小さい。したがって、各ピン３はシム８を挟み込んだ状態でベース盤２に対してねじ込むことができる。シム８の種類（厚さ）及び枚数を適宜選択することで、ベース盤２からのピン３の突出高さが調整される。

実施形態のピン高さ調整方法では、上述した平面度測定方法を実施し、特定のピン３（上記の例ではピンＰ_１１）を基準として上端の高さの差異を測定する。次に、最も上端の高さが高いピン３を基準として差異を計算し直す。差異は、全て負の値となるから、それに応じて（差がゼロになるように）、シム８の種類及び枚数を選択する。この際、差異にぴったり合うシム８の組み合わせがない場合が多く、その場合は最も近い（近似する）シム８の組み合わせを選択する。

例えば、あるピン３の高さの差異が−６９μｍで、厚さ１０μｍのシム８と厚さ５０μｍのシム８がある場合で、１０μｍのシム８を２枚、５０μｍのシム８を１枚用意し、それらを重ね挟み込みながら、当該ピン３をベース盤２にねじ込む。このようにして最も高いピン３に上端の位置が合うように、他の全てのピン３について差異の分のシム８を挟み込みながらピン３をねじ込み直す。

実施形態の方法では、このようにして高さを調整した後、平面度をもう一度測定する。即ち、測定ユニット４を各三本のピン３の上に順次載置して、各三点測定ステップを行う。そして、得られた測定結果、即ち各ピン３の上端の高さの差異を確認する。この場合、高さの差異が一定の範囲に入っていれば、それで調整は終了であるが、多くの場合、一定の範囲に入っていない。一定の範囲とは、平面度の要求精度であり、ピン３の上端の高さの差異がどの程度まで許容されるかということである。一定の範囲に入らない理由は、最初の測定の際の誤差、近似するシム８の選択による影響、シム８の厚さの僅かなばらつき、調整後にねじ込む際のねじ込み深さのバラツキ等である。これらが作用し合って結果的に上端の高さがばらついてしまうことが多い。

いずれにしても、一定の範囲に入っていなければ、再度調整をする。再度の調整では、シム８を取り除いたり追加したりして、必要最小限の調整とすることが好ましい。即ち、各ピン３の上端の高さの平均値を算出し、それを基準にしてプラスマイナスの調整量を算出する。そして、プラスの調整量であれば、それに最も近似するシム８の種類と枚数を判断して追加する。マイナスの調整量であれば、それに最も近似する種類の枚数のシム８を取り除く。
そして、もう一度平坦度を測定し、一定の範囲に入っていれば、調整終了とする。入っていなければ、再度、シム８の抜き差しをして調整し、一定の範囲に入るまで測定と調整を繰り返す。通常は、２〜３回程度の測定と抜き差しで調整は完了する。

実施形態のピン高さ調整方法によれば、測定ユニット４を使用して三点測定ステップを繰り返すことで平面度を測定し、これに基づいてピン高さを調整するので、簡便な手順で測定結果を得て調整を行うことができる。このため、測定と調整を繰り返す場合でも、手間がかからず、煩雑にならない。
また、シム８を使用するので、各ピン３の突出高さが簡便で確実に行える。他の方法として、各ピン３のネジ込み深さを調整しても良い。
尚、測定と調整を繰り返す上記実施形態の方法は、特に高い平面度が要求される場合に好適に採用される。

次に、第二の実施形態の平面度測定方法について説明する。図８は、第二の実施形態の平面度測定の概略を示した斜視図である。
第一の実施形態は、多数のピン３の上端が成す仮想面の平面度を測定する方法であったたが、第二の実施形態は、物体の表面（実際の面）の平面度を測定する方法となっている。この方法は、例えば前述したベース盤２のような機械構造的に基準となる水平面を提供する部材の上面の平面度を測定する際に好適に行われる。

第二の実施形態で使用される測定ユニット４は、第一の実施形態と少し異なっている。即ち、この方法で使用される測定ユニット４は、図８に示すように、測定板５の上面に水準器６が固定され、測定板５の下面から三本の足ピン５１が垂直に下方に延びた構成となっている。
測定板５は、少なくとも上面が平坦な面となっている。平坦性は、測定する平面度の精度との関係で規定される。

測定板５は、同様に三角形状（ここでは直角二等辺三角形状）であり、水準器６は、測定板５の中央に固定されている。水準器６としては、同様にデジタル無線式の二軸水準器が好適に使用される。
下方に延びる三本の足ピン５１は、少なくとも測定板５の上面からの長さが均一であることが必要である。典型的は、測定板５の下面を上面と同様に平坦な面とし、測定板５の厚さを均一なものとするとともに、足ピン５１の長さを全て同じにすることで達成される。

一方、測定対象である物体は、表面に測定点マークを備えている。実施形態の方法は測定ユニット４を物体の上面に載せて測定するが、測定点マークはその際の目印である。マークを物体の上面に直接設けることが難しい場合が多いため、この実施形態では、測定シート９を物体の上面に被せるようにし、測定シート９に測定点マーク９１を設けている。
測定シート９は、フィルム状又は薄い板状であり、フレキシブルなものでない場合もあり得る。測定点マーク９１は、この例では測定シート９に設けた凹部となっている。例えば、薄い金属の板を精度良く切削加工し、測定点マーク９１としての凹部を形成することが考えられる。

測定点マーク９１は、その上に測定ユニット４の各足ピン５１が載る位置として設けられている。したがって、測定点マーク９１は、三本の足ピン５１の配置間隔と同じ間隔で多数設けられている。図８の例では、三本の足ピン５１は、直角二等辺三角形の頂点に相当する位置に設けられているので、測定点マーク９１は、直角格子の交点に相当する位置に各々設けられている。各測定点マーク９１の縦横の離間距離（凹部の中心間の距離）は、三本の足ピン５１の配置間隔と同じである。
各測定点マーク９１としての凹部の深さは、精度良く均一なものとなっている。凹部の開口は、足ピン５１の太さより少し大きい程度である。尚、各足ピン５１の下端を円錐状とし、各測定点マーク９１をピボット状（すり鉢状）とする場合がある。

物体の平面度を測定する手順としては、基本的に第一の実施形態と同様である。例えば、図８に示すように、最初に左下の三個の測定点マーク９１に足ピン５１の下端が入り込むようにして測定ユニット４を物体の上面に載置する。この状態で三点測定ステップを行う。即ち、水準器６を動作させ、その測定データを無線経由で演算処理ユニット７に送る。次に、一つ右側の三個の測定点マーク９１に足ピン５１の下端が入り込むようにして測定ユニット４を載置し、同様に測定する。以後、図４に示すのと同様にジグザグ状に測定点ユニットをシフトさせる向きを変えながら、全ての測定点マーク９１について測定を行う。そして、右上の測定点マーク９１については、測定ユニット４の向きを１８０度変えて測定を行う。

このようにして各三点測定ステップで得られた測定データを演算処理し、物体の上面の平面度を算出する。演算処理についても、基本的に第一の実施形態と同様である。この実施形態では、測定点マーク９１の配置間隔（即ち足ピン５１の配置間隔）が定数（既知の値）とされ、それを組み込んだ形で演算処理がされて平面度が測定される。
尚、この実施形態における平面度は、各測定点マーク９１の直下の地点の高さの差異として表され、表面粗さと同趣旨であるとも言える。

この実施形態の平面度測定方法は、例えば、ベース盤２を製作した際、その上面の粗さをチェックする際に好適に行われる。また、ベース盤２に対して機構部分を組み上げて何らかの装置を構成し、ある程度の期間使用すると、ベース盤２が劣化して上面に湾曲等が生じることがあるが、このようなベース盤２の劣化をチェックする際にも好適に行われる。

この実施形態において、「足ピン」の用語は広く解釈される。足ピン５１は、測定板５の上面に対して一定の距離を確保するためのものであるから、必ずしも「ピン」と呼び得るものである必要はなく、例えば半球状のような突起であっても良い。
また、測定点マークは、必ずしも凹部である必要はなく、印刷等の方法で形成された単なるマークであっても良い。但し、凹部に足ピン５１を嵌め込む構造の方が、測定ユニット４を精度良く配置するのが容易であるので、好適である。尚、測定点マークが物体の上面に直接設けられる場合もある。
さらに、各三点測定ステップの測定結果から平面度を算出する演算処理については、ソフトウェアにより又はハードウェアにより自動的に行われる場合だけではなく、作業者が手計算で行う場合もあり得る。ピンの数が少ない場合には、その方が簡便なこともあり得る。

尚、上記各方法において、ピン３や測定点マーク９１の配置は既知であれば足り、碁盤の目状でなくも良い。例えば、Ｘ方向とＹ方向とで離間距離が異なっていても良い。この場合、Ｘ方向の離間距離ｗ１とＹ方向の離間距離ｗ２が異なる定数として与えられるのみであり、他は同様に行える。さらに、直角格子の交点でない場合であってもよく、例えば菱形の格子状であっても良い。この場合は、その格子の角度が定数として与えられ、水準器６の測定方向に対する角度で補正をした上で演算処理がされ、平面度が測定される。
また、各方法が適用される装置としては、前述した露光装置の他、光配向装置のような他の装置もあり得る。

１ ピンユニット
２ ベース盤
３ ピン
４ 測定ユニット
５ 測定板
５１ 足ピン
６ 水準器
６１ 送信部
６２ 受信部
７ 演算処理ユニット
８ シム
９ 測定シート
９１ 測定点マーク

上記課題を解決するため、この出願の請求項１記載の発明は、水平方向の配置が既知であって垂直に延びる多数のピンの上端の高さ方向の位置の相違を当該多数のピンの先端が成す仮想面の平面度として測定する平面度測定方法であって、
平坦な上面及び下面を有し均一な厚さの測定板と、測定板の上に取り付けられた水準器とから成る測定ユニットを使用する方法であり、
多数のピンのうちの隣り合う三本のピンを選択し、選択された三本のピンの上に測定ユニットを載せた状態で、直交する二つの水平方向における測定板の傾きを水準器により測定する三点測定ステップを含む方法であって、
三点測定ステップを各三本のピンに対して順次行うことで平面度を測定する方法であり、
二回目以降の三点測定ステップは、それまでに選択されたピンのうちの一本を重ねて選択して測定を行うステップであり、
三点測定ステップを順次行うことで全てのピンについて水準器により測定板の傾きを測定する方法であり、
各三点測定ステップにおける前記二つの水平方向の測定板の傾きから、上端が最も高い位置にあるピンと上端が最も低い位置にあるピンとの当該高さの差違を算出するステップを含むという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、水平方向の配置が既知である多数の測定点マークを備えた物体の上面の水平方向での平面度を測定する平面度測定方法であって、
平坦な上面を有する測定板と、測定板の上に取り付けられた水準器と、測定板の下面から下方に垂直に延び、測定板の上面からの長さが均一である三本の足ピンとを備えた測定ユニットを使用する方法であり、
多数の測定点マークの配置は、隣り合ういずれの三個の測定点マークを選択した場合でも測定ユニットの三本の足ピンの配置と同じになる配置であり、
多数の測定点マークのうち隣り合う三個の測定点マークを選択し、選択された三個の測定点マークの上に測定ユニットの足ピンがそれぞれ載る状態で、直交する二つの水平方向における測定板の傾きを水準器により測定する三点測定ステップを含む方法であって、
三点測定ステップを、各三個の測定点マークに対して順次行うことで平面度を測定する方法であり、
二回目以降の三点測定ステップは、それまでに選択された三個の測定点マークのうちの一個を重ねて選択して測定を行うステップであり、
三点測定ステップを順次行うことで全ての測定点マークについて水準器により測定板の上面の傾きを測定する方法であり、
各三点測定ステップにおける前記二つの水平方向の測定板の上面の傾きから、最も高い位置にある測定点マークと最も低い位置にある測定点マークとの高さの差違を算出するステップを含むという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、ベース盤と、ベース盤の上面に取り付けられて垂直上方に延びる多数のピンとを備え、各ピンの突出高さが調整可能であるピンユニットにおいて、各ピンのベース盤からの突出高さを調整するピン高さ調整方法であって、
多数のピンの上端の高さ方向の位置の相違を当該多数のピンの先端が成す仮想面の平面度として測定する平面度測定工程と、
平面度測定工程における平面度の測定結果に従って各ピンの突出高さを調整する調整工程とを有しており、
平面度測定工程は、平坦な上面及び下面を有し均一な厚さの測定板と、測定板の上に取り付けられた水準器とから成る測定ユニットを使用する工程であって、多数のピンのうちの隣り合う三本のピンを選択し、選択された三本のピンの上に測定ユニットを載せた状態で、直交する二つの水平方向における測定板の傾きを水準器により測定する三点測定ステップを含む工程であり、
平面度測定工程は、三点測定ステップを、各三本のピンに対して順次行うことで平面度を測定する工程であり、
二回目以降の三点測定ステップは、それまでに選択された三本のうちの一本を重ねて選択して測定を行うステップであり、
平面度測定工程は、三点測定ステップを順次行うことで全てのピンについて水準器により測定板の傾きを測定する工程であり、
平面度測定工程は、各三点測定ステップにおける前記二つの水平方向の測定板の傾きから、上端が最も高い位置にあるピンと上端が最も低い位置にあるピンとの当該高さの差違を算出するステップを含んでおり、
調整工程は、平面度測定工程で測定された高さの差異を小さくするよう各ピンの突出高さを調整する方法であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記調整工程は、前記ベース盤と前記ピンとの間にシムを介在させる工程であり、前記平面度測定工程における測定結果に従ってシムの厚さを選択する工程であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項３又は４の構成において、前記調整工程を行った後、前記平面度測定工程を再度行い、各ピンの上端の高さの差異が一定の範囲内に入っているか判断し、入っていなければ、前記調整工程を再度行うという構成を有する。

次に、下から二番目の列のピンに対して三点測定ステップを行う。即ち、図４（１）に示すように、測定ユニット４をそのまま上にずらし、Ｐ_{（ｍ−１）２}，Ｐ_ｍ２，Ｐ_{（ｍ−１）３}に対して三点測定ステップを行う。この場合は、Ｐ_{（ｍ−１）２}が前回の三点測定ステップにおけるものと重複したピンということになる。
そして、その左側の三本のピンＰ_{（ｍ−２）２}，Ｐ_{（ｍ−１）２}，Ｐ_{（ｍ−２）３}に対して三点測定ステップを行い、以後、順次左側にシフトさせながら、三点測定ステップを行う。最も左側の三本のピンＰ_１２，Ｐ_２２，Ｐ_１３に対して三点測定ステップを行うと、二列目のピンに対する各三点測定ステップは終了である。
その後、測定ユニット４をそのままの姿勢で上にずらし、すぐ上側の三本のピンＰ_１３，Ｐ_２３，Ｐ_１４に対して三点測定ステップを行う。そして、今度は順次右側にシフトさせながら、各三本のピンに対して三点測定ステップを行う。

物体の平面度を測定する手順としては、基本的に第一の実施形態と同様である。例えば、最初に左下の三個の測定点マーク９１に足ピン５１の下端が入り込むようにして測定ユニット４を物体の上面に載置する。この状態で三点測定ステップを行う。即ち、水準器６を動作させ、その測定データを無線経由で演算処理ユニット７に送る。次に、一つ右側の三個の測定点マーク９１に足ピン５１の下端が入り込むようにして測定ユニット４を載置し、同様に測定する。以後、図４に示すのと同様にジグザグ状に測定点ユニットをシフトさせる向きを変えながら、全ての測定点マーク９１について測定を行う。そして、右上の測定点マーク９１については、測定ユニット４の向きを１８０度変えて測定を行う。

Claims (5)

1. 水平方向の配置が既知であって垂直に延びる多数のピンの上端の高さ方向の位置の相違を当該多数のピンの先端が成す仮想面の平面度として測定する平面度測定方法であって、
   平坦な上面及び下面を有し均一な厚さの測定板と、測定板の上に取り付けられた水準器とから成る測定ユニットを使用する方法であり、
   多数のピンのうちの隣り合う三本のピンを選択し、選択された三本のピンの上に測定ユニットを載せた状態で、直交する二つの水平方向における測定板の傾きを水準器により測定する三点測定ステップを含む方法であって、
   三点測定ステップを各三本のピンに対して順次行うことで平面度を測定する方法であり、
   二回目以降の三点測定ステップは、それまでに選択されたピンのうちの一本を重ねて選択して測定を行うステップであり、
   三点測定ステップを順次行うことで全てのピンについて水準器により測定板の傾きを測定する方法であり、
   各三点測定ステップにおける前記二つの水平方向の測定板の傾きから、上端が最も高い位置にあるピンと上端が最も低い位置にあるピンとの当該高さの差違を算出するステップを含むことを特徴とする平面度測定方法。
2. 水平方向の配置が既知である多数の測定点マークを備えた物体の上面の水平方向での平面度を測定する平面度測定方法であって、
   平坦な上面を有する測定板と、測定板の上に取り付けられた水準器と、測定板の下面から下方に垂直に延び、測定板の上面からの長さが均一である三本の足ピンとを備えた測定ユニットを使用する方法であり、
   多数の測定点マークの配置は、隣り合ういずれの三個の測定点マークを選択した場合でも測定ユニットの三本の足ピンの配置と同じになる配置であり、
   多数の測定点マークのうち隣り合う三個の測定点マークを選択し、選択された三個の測定点マークの上に測定ユニットの足ピンがそれぞれ載る状態で、直交する二つの水平方向における測定板の傾きを水準器により測定する三点測定ステップを含む方法であって、
   三点測定ステップを、各三個の測定点マークに対して順次行うことで平面度を測定する方法であり、
   二回目以降の三点測定ステップは、それまでに選択された測定点マークのうちの一個を重ねて選択して測定を行うステップであり、
   三点測定ステップを順次行うことで全ての測定点マークについて水準器による測定板の上面の傾きを測定する方法であり、
   各三点測定ステップにおける前記二つの水平方向の測定板の上面の傾きから、最も高い位置にある測定点マークと最も低い位置にある測定点マークの高さの差違を算出するステップを含むことを特徴とする平面度測定方法。
3. ベース盤と、ベース盤の上面に取り付けられて垂直上方に延びる多数のピンとを備え、各ピンの突出高さが調整可能であるピンユニットにおいて、各ピンのベース盤からの突出高さを調整するピン高さ調整方法であって、
   多数のピンの上端の高さ方向の位置の相違を当該多数のピンの先端が成す仮想面の平面度として測定する平面度測定工程と、
   平面度測定工程における平面度の測定結果に従って各ピンの突出高さを調整する調整工程とを有しており、
   平面度測定工程は、平坦な上面及び下面を有し均一な厚さの測定板と、測定板の上に取り付けられた水準器とから成る測定ユニットを使用する工程であって、多数のピンのうちの隣り合う三本のピンを選択し、選択された三本のピンの上に測定ユニットを載せた状態で、直交する二つの水平方向における測定板の傾きを水準器により測定する三点測定ステップを含む工程であり、
   平面度測定工程は、三点測定ステップを、各三本のピンに対して順次行うことで平面度を測定する工程であり、
   二回目以降の三点測定ステップは、それまでに選択されたピンのうちの一本を重ねて選択して測定を行うステップであり、
   平面度測定工程は、三点測定ステップを順次行うことで全てのピンについて水準器により測定板の傾きを測定する工程であり、
   平面度測定工程は、各三点測定ステップにおける前記二つの水平方向の測定板の傾きから、上端が最も高い位置にあるピンと上端が最も低い位置にあるピンとの当該高さの差違を算出するステップを含んであり、
   調整工程は、平面度測定工程で測定された高さの差異を小さくするよう各ピンの突出高さを調整する方法であることを特徴とするピン高さ調整方法。
4. 前記調整工程は、前記ベース盤と前記ピンとの間にシムを介在させる工程であり、前記平面度測定工程における測定結果に従ってシムの厚さを選択する工程であることを特徴とする請求項３記載のピン高さ調整方法。
5. 前記調整工程を行った後、前記平面度測定工程を再度行い、各ピンの上端の高さの差異が一定の範囲内に入っているか判断し、入っていなければ、前記調整工程を再度行うことを特徴とする請求項３又は４記載のピン高さ調整方法。

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