JP3821908B2

JP3821908B2 - たわみを有する平板の表面形状測定方法

Info

Publication number: JP3821908B2
Application number: JP09521297A
Authority: JP
Inventors: 伸明植木
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JPH10274514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はたわみを有する平板の表面形状測定方法に関し、詳しくは、大径のサンプルが測定可能な干渉計の基準面等として用いられる、たわみを有する平面の表面形状を測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体表面の平面度を測定する手法として、フィゾー型干渉計等の干渉計による測定が知られている。このような干渉計は高精度で被検面の平面度を測定できるものの、その測定は基準面に対する相対測定であって絶対測定ではない。したがって基準面として極めて高精度な平面が必要とされ、そのためこのような高精度の平面を有する基準面の測定方法が求められている。
【０００３】
このような基準面を測定する手法として、３枚の基準板を作成し、この３枚の中から選択された３つの基準板ペアの組み合わせの各々について基準面相対変位を測定し、この測定結果に基づき連立方程式を解くことで、各基準面の形状を測定する３面合わせ方法が知られている。
【０００４】
以下、この３面合わせ方法について説明する。
３枚の基準板ガラスをＡ，Ｂ，Ｃとする。各基準板ガラスについて図６に示すような座標をとると、これらＡ，Ｂ，Ｃのガラス面の形状はx,yの関数で表すことができるので、それぞれをＡ（x,y),Ｂ(x,y),Ｃ(x,y)とする。なお、図６に示すようなＺ座標をとったのは、ガラス面が凸面のときプラスで表し、凹面のときマイナスで表すようにしたためである。
【０００５】
ここで、例えば基準面をＡ(x,y)とし、被検面をＢ(x,y)とし、これら２つの面を対向させ、フィゾー型干渉計の所定位置にセットする。
次に、この干渉計で測定された両面の相対的形状をφ_AB(x,y)とすれば、
φ_AB(x,y)＝Ａ(x,y)＋Ｂ(x′,y′)
となる。
また、被検面の座標を基準面の座標で表すと、Ｂ(x′,y′)はＢ(x,-y)と置き換えられるので、
φ_AB(x,y)＝Ａ(x,y)＋Ｂ(x,−y)
となる。
【０００６】
同様に、他の組み合わせについては、
φ_CA(x,y)＝Ｃ(x,y)＋Ａ(x,−y)
φ_BC(x,y)＝Ｂ(x,y)＋Ｃ(x,−y)
となる。
ｙ＝０のラインについては、
φ_AB(x,0)＝Ａ(x,0)＋Ｂ(x,0)
φ_CA(x,0)＝Ｃ(x,0)＋Ａ(x,0)
φ_BC(x,0)＝Ｂ(x,0)＋Ｃ(x,0)
となり、実際の測定によりφ_AB(x,0)、φ_CA(x,0)、φ_BC(x,0)が求まっているので、Ａ(x,y)，Ｂ(x,y)，Ｃ(x,y)の各形状はこれら３つの関係式について連立方程式を解くことで求められる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、大径の被検体を測定対象とするものでは基準板も大径となり、特に縦型の干渉計においては、基準板の自重によるたわみが無視できないものとなる。
したがって、上述したような従来からの３面合わせ方法を用いた場合には、この自重によるたわみのために正確に基準板の絶対形状を求めることが困難となる。
【０００８】
すなわち、３面合わせ方法では３つの基準板の中から異なる３つのペアを順次選択し、これら３つのペアの相対変位を測定することとなるが、各基準板にたわみが生じていると、基準板の表面は一方が凸で他方が凹となり、このうち２つのペアは凸面と凹面が対向する組み合わせとしうるが、残りの１つのペアはどうしても凸凸か凹凹の組み合わせとなってしまう。これでは正確な形状測定を行うことが困難である。
また、大径の基準板を３つも製作することはコスト高となり、また、基準板のたわみを減少させるためにその厚みを大とすると、それに比例して重量が大となるとともにコスト高となってしまう。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、大径の平板においても平面全体の表面形状をたわみ形状も含めて正確に測定することができ、コスト的にも安価な、たわみを有する平板の表面形状測定方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のたわみを有する平板の表面形状測定方法は、大径の平板の被測定面の表面形状を測定する方法であって、
前記大径の平板は、縦置のフィゾー型干渉計の基準板として、その自重によるたわみが無視できない状態で使用されるものであり、
この大径の平板を、その自重により、無視できない程度のたわみが生じた状態で保持し、
表面形状が既知の表面を有する、重力によるたわみを無視可能な厚みの小径の平板を、この表面が前記大径の平板の被測定面の一部と対向するように設定してこれら２つの平面の相対変位を測定し、
この後、前記小径の平板を前記被測定面と平行に順次移動させ、その都度これら対向する２つの平面の相対変位を、隣接する測定領域とその一部を重複するようにして測定し、
この測定結果から前記既知の形状を差し引いて得られた複数の該測定領域の表面形状を、開口合成法により接続一体化させて前記被測定面の表面形状を測定することを特徴とするものである。
また、前記予め表面形状が知られている表面の形状は、３面合わせ方法により測定するのが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の測定方法を模式的に示す図である。すなわち、この測定方法は大径の基準板１の被測定面１ａと小径の基準板２の基準面２ａを、干渉縞が生じる所定間隔で対向させ、これら両面１ａ、２ａの相対形状を測定し、次に、この状態で小径の基準板２を平行移動させ、移動終了毎にその測定領域の該相対形状の測定を行い、この測定結果から小径の基準板２の既知の形状を差し引いて得られた複数の該測定領域の表面形状を、開口合成法により接続一体化させて前記被測定面１ａの表面形状を測定するものである。
【００１２】
図示するように、大径の基準板１は、その自重により、無視できない程度のたわみが生じており、一方、小径の基準板２は、そのたわみ量が無視できる程度のものとなっており、たわみを有する大径の基準板１の被測定面１ａを複数の領域に分割して測定し、かつ、この測定結果を開口合成法により接続一体化させることでたわみを含めた被測定面１ａの表面形状を測定するものである。
なお、上記大径の基準板１は保持具３により、また、小径の基準板２は保持具４により各々保持されている。
【００１３】
また、上記小径の基準板２は、前述した３面合わせ方法により、その絶対形状がその方向も含めて予め測定されたものである。
また、上記小径の基準板２の移動は、例えば、まず大径の基準板１の中央部分と対応する位置に、次に、大径の基準板１の周囲部分と対応する各位置に各々配設されるように移動する。そして、各移動位置は、その前の移動位置とその一部が重複することになる。
【００１４】
したがって、大径の基準板１の被測定面１ａの各測定領域は、図２に示すように、第１の測定領域Ｐ１、第２の測定領域Ｐ１′、第３の測定領域Ｐ１″……というように該被測定面１ａが分割されることになり、しかも各測定領域は隣接する測定領域同士が重複するように（例えば、第１の測定領域Ｐ１と第２の測定領域Ｐ１′との間では領域Ｑが重複するように）分割されることになる。
このように、互いに重複するようにして設定された各測定領域における測定形状は、いわゆる開口合成法を用いて接続一体化され、最終的に被測定面１ａ全体の表面形状Ｐ０をたわみも含めて求めることが可能である。
【００１５】
ここで、上記開口合成法とは、一般には、被測定面を複数の被測定領域に分割し、その分割された測定領域毎に測定操作を行い、この測定操作によって得られた各領域毎のデータを合成して被測定面全体の形状を求める手法を意味するものであるが、本明細書においては、隣接する測定領域同士がその一部を互いに重複するようにして測定することまで含めたものとし、その具体的な演算操作などは、本出願人が既に開示している、特開平５−９９６３７号公報や特開平４−２９０９０７号公報（いずれも特許付与済み）に詳述されているので、ここでは詳しく説明しない。
【００１６】
また、上記開口合成法を用いて演算を行う際に、各測定領域毎の重複領域はチルト補正により演算するようにしており、これにより隣接する各測定領域を連続的に、かつ滑らかに接続することが可能である。
なお、本発明の実施形態としては上記のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。例えば、上述した実施形態では小径の基準板２の基準面２ａを３面合わせ方法を用いて求めているが、たわみのない表面の形状を高精度で測定し得るその他の表面形状測定手法を用いて求めることも可能である。
【００１７】
また、被測定面の測定領域の分割パターンとしても上記実施形態のものに限られず、例えば、格子状やラスタ状等に分割することも可能である。ただし、この場合においても隣接する測定領域同士がその一部を互いに重複するように設定する必要がある。
【００１８】
【実施例】
以下、具体的な実施例を用いて本発明方法をさらに詳細に説明する。
縦置のフィゾー型干渉計の基準板として使用する大径の平面ガラス板（３００φ）の表面形状を、このフィゾー型干渉計を用いて測定した。まず、このフィゾー型干渉計の基準板配設位置に、３面合わせ方法を用い、その形状の方向も含めて測定された小径の基準板（１５０φ）を配設し、また、このフィゾー型干渉計の被検体配設位置に上記大径の平面ガラス板を配設した。その際、大径の平面ガラス板の被測定面と小径の基準板の基準面とを対向するように設定した。
【００１９】
次に、これら両面の相対形状を測定することにより、被測定面の一部測定領域（図２のＰ１）の形状を求めた。
次に、この状態で小径の基準板２を平行移動させ、移動終了毎にその測定領域（図２のＰ１′、Ｐ１″……）の該相対形状の測定を行った。
次に、この測定結果から上記小径の基準板２の既知の形状を差し引いて得られた複数の該測定領域の表面形状を、開口合成法により接続一体化させて前記被測定面の表面形状を測定した。
また、図３は、上記フィゾー型干渉計を用い３面合わせ方法（３枚組測定）により求めた小径の基準板の基準面の絶対形状を示す等高線図である。
【００２０】
また、図４は、上記実施例方法を用いて得られた、大径の平面ガラス板の被測定面の絶対形状を示す等高線図である。
なお、図５は小径基準板形状の減算処理をしなかった場合の、大径の平面ガラス板の被測定面の絶対形状を示す等高線図である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のたわみを有する平板の表面形状測定方法によれば、大径の平板の被測定面の表面形状を、３面合わせ方法を直接用いて測定するのではなく、表面形状が既知の表面を有する小径の平板を、この表面が上記大径の平板の被測定面の一部と対向するように設定してこれら２つの平面の相対変位を測定し、この小径の平板を上記被測定面と平行に順次移動させ、その都度これら対向する２つの平面の相対変位を、隣接する測定領域とその一部を重複するようにして測定し、この測定結果から上記既知の形状を差し引いて得られた複数の該測定領域の表面形状を、開口合成法により接続一体化させて上記被測定面の表面形状を測定するようにしているから、大径でたわみを生じている平板においても、平面全体の表面形状をたわみ形状も含めて正確に測定することができる。また、３枚の大径の平板を製作したり、たわみを減少させるために厚みを増加させたりするのに比べて、コスト的にも安価となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る方法を模式的に示す図
【図２】図１に示す方法を説明するための概略図
【図３】図１に示す実施形態において用いられる、小径基準板の基準面の絶対形状を示す等高線図
【図４】図１に示す実施形態により得られた大径ガラス平板の被測定面の絶対形状を示す等高線図
【図５】小径基準板形状の減算処理をしなかった場合の、大径ガラス平板の被測定面の絶対形状を示す等高線図
【図６】３面合わせ方法の説明を行うための概略図
【符号の説明】
１大径の基準板
１ａ被測定面
２小径の基準板
２ａ基準面
３、４保持具

Claims

大径の平板の被測定面の表面形状を測定する方法において、
前記大径の平板は、縦置のフィゾー型干渉計の基準板として、その自重によるたわみが無視できない状態で使用されるものであり、
この大径の平板を、その自重により、無視できない程度のたわみが生じた状態で保持し、
表面形状が既知の表面を有する、重力によるたわみを無視可能な厚みの小径の平板を、この表面が前記大径の平板の被測定面の一部と対向するように設定してこれら２つの平面の相対変位を測定し、
この後、前記小径の平板を前記被測定面と平行に順次移動させ、その都度これら対向する２つの平面の相対変位を、隣接する測定領域とその一部を重複するようにして測定し、
この測定結果から前記既知の形状を差し引いて得られた複数の該測定領域の表面形状を、開口合成法により接続一体化させることにより、前記たわみを含めた前記被測定面の表面形状を測定することを特徴とするたわみを有する平板の表面形状測定方法。
前記表面形状が既知の表面の形状が、３面合わせ方法により測定されることを特徴とする請求項１記載のたわみを有する平板の表面形状測定方法。