JP5494446B2 - 平面度測定装置 - Google Patents
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図4は、被検面上に例示した格子状の測定ラインを説明する図である。従来技術では、格子を構成する各測定ラインに沿って一次元方向の形状測定を繰り返し行う。平面度測定装置は、たとえば、被検体20を載置した回転ステージを所定の角度(たとえばθ=0度)で固定し、一次元ステージをX方向(図4において横方向)における所定の位置で固定して測定ラインを選択した上で、変位計をY方向(図4において縦方向)へ移動させながら、選択した測定ラインに沿った被検体20上の複数点で被検面の一次元形状を測定する。
図5は、被検面上に例示した放射状の測定ラインを説明する図である。従来技術では、放射状の各測定ラインに沿って一次元方向の形状測定を繰り返し行う。平面度測定装置は、たとえば、被検体20を載置した回転ステージを所定の角度(たとえばθ=0度)で固定し、一次元ステージX方向へ移動させて回転中心O上の位置で固定した上で、変位計をY方向へ移動させながら、測定ラインに沿った被検体20上の複数点で被検面の一次元形状を測定する。
図1〜図3は、本発明の一実施の形態による平面度測定装置を例示する図である。図1は平面図、図2は図1におけるAから見た右側面図、図3は図1におけるBから見た正面図である。
平面度測定装置は、点P1において測定値列DL3の測定値a3にΔP1を加算するように傾きを補正、点P2において測定値列DL1の測定値b1にΔP2を加算するように傾きを補正、点P3において測定値列DL2の測定値c2にΔP3を加算するように傾きを補正する。
参照面162aの校正は、以下の手順で行う。
1.校正物体165の厚さムラ測定
2.参照面162aと校正物体165の上面との間の間隔測定
3.参照面162aと上下反転後の校正物体165の上面との間の間隔測定
4.参照面162aと横方向にずらした校正物体165の上面との間の間隔測定
5.参照面162aとさらに横方向にずらした校正物体165の上面との間の間隔測定
6.測定結果の繋ぎ合わせ
図2、図3における参照物体162の代わりに校正物体165を載置し、該参照物体162を被検体20の代わりに載置する。本実施形態では、校正物体165として参照物体162より長さが短い直方形状の補助鏡を用いる。校正物体165の長さを短くするのは、該校正物体165の自重による変形(撓み)を抑えるためである。図12は、校正物体165の厚さムラ測定を説明する図である。図12(a)はX方向から見た図であり、図12(b)はY方向から見た図である。変位計161をY方向へ移動させながら、校正物体165上の複数点で該校正物体165の厚さムラ(上面Mr1と下面Mr2の間隔)T(y)を測定する。ここで、面が上向きの場合を+、下向きの場合を−で表現するものと統一して、上面Mr1の一次元形状をMr1(y)、下面Mr2の一次元形状を−Mr2(y)とすると、T(y)は次式(1)で表される。なお、厚さムラ測定時は、変位計161の測定光ヘッド161bが上方を向くように反転して、測定光ヘッド161aと161bの測定データ同士の和を求める。
T(y)=Mr1(y)+Mr2(y) (1)
校正物体165を支持部151によって支持し、間隔変化G1(y)を測定する。この場合の支持部151の位置は、自重による撓みを最小にするように2つのベッセル点に相当する。図13は、間隔変化G1(y)の測定を説明する図である。図13(a)はX方向から見た図であり、図13(b)はY方向から見た図である。変位計161をY方向へ移動させながら、校正物体165上の複数点で該校正物体165の上面Mr1と参照物体162の参照面162aの間隔変化G1(y)を測定する。ここで、参照面162aの一次元形状をMs(y)とすると、G1(y)は次式(2)で表される。なお、間隔測定時は、変位計161の測定光ヘッド161bが下方を向くように反転して、測定光ヘッド161aと161bの測定データ同士の差を求める。G1(y)=Mr1(y)−Ms(y+d) (2)
ただし、dは後で校正物体165を横方向にずらす場合のずらし幅であり、G1(y)の測定範囲よりも短いものとする。
校正物体165の向き(上下)を反転させた上で、参照面162aと上下反転後の校正物体165の上面との間の間隔変化G2(y)を測定する。図14は、間隔変化G2(y)の測定を説明する図であり、X方向から見た図である。変位計161をY方向へ移動させながら、校正物体165上の複数点で該校正物体165の上面Mr2と参照物体162の参照面162aの間隔変化G2(y)を測定する。G2(y)は次式(3)で表される。
G2(y)=Mr2(y)−Ms(y+d) (3)
ただし、dは後で校正物体165を横方向にずらす場合のずらし幅である。
Ms(y+d)=(T(y)−G1(y)−G2(y))/2 (4)
Mr2(y)=(T(y)−G1(y)+G2(y))/2 (5)
校正物体165をY方向(左)にdだけずらした上で、間隔変化G3(y)を測定する。図15は、間隔変化G3(y)の測定を説明する図であり、X方向から見た図である。変位計161をY方向へ移動させながら、校正物体165上の複数点で該校正物体165の上面Mr2と参照物体162の参照面162aの間隔変化G3(y)を測定する。G3(y)は次式(6)で表される。
G3(y)=Mr2(y)−Ms(y) (6)
また、式(6)より、参照面162aの一次元形状Ms(y)は、次式(7)で表される。
Ms(y)=Mr2(y)−G3(y) (7)
校正物体165をさらにY方向(左)にdだけずらし、間隔変化G4(y)を測定する。図16は、間隔変化G4(y)の測定を説明する図であり、X方向から見た図である。変位計161をY方向へ移動させながら、校正物体165上の複数点で該校正物体165の上面Mr2と参照物体162の参照面162aの間隔変化G4(y)を測定する。G4(y)は次式(8)で表される。
G4(y)=Mr2(y)−Ms(y−d) (8)
また、式(8)より、参照面162aの一次元形状Ms(y−d)は、次式(9)で表される。
Ms(y−d)=Mr2(y)−G4(y) (9)
上述した手順3〜手順5で得た参照面162aの3つの一次元形状Ms(y+d)、Ms(y)、およびMs(y−d)を図17に例示するように繋ぎ合わせることにより、参照物体162の参照面162aの校正値を得る。繋ぎ合わせは、Y座標における共通部分がそれぞれ一致するように最小自乗法等を用いて行う。繋ぎ合わせた校正値は、参照物体162の全体の参照面162aの一次元形状Ms(y)である。尚、ここでは、3回の測定データを繋ぎ合わせているが、参照物体162と校正物体165の長さに応じて、適宜繋ぎ合わせの数を変えてもよい。このような一次元形状Ms(y)より、上述した三角形状を構成する一次元測定値列DL1〜DL3、および測定ラインLi〜測定ラインLIVに沿ったそれぞれの一次元測定値列DLi〜DLIVに補正を行う。
(1)測定対象物20の一次元形状を測定する変位計161と測定対象物20との間の相対位置をずらしながら測定対象物20の平面度を測定する平面度測定装置は、第1方向の第1測定ラインL1に沿って被検面20aの一次元形状を測る第1測定と、第1測定ラインL1と第1交差点P2で交差する第2方向の第2測定ラインL2に沿って被検面20aの一次元形状を測る第2測定と、第2測定ラインL2および第1測定ラインL1とそれぞれ第2交差点P3および第3交差点P1で交差する第3方向の第3測定ラインL3に沿って被検面20aの一次元形状を測る第3測定と、第1測定による第1の一次元形状を示す第1の測定値列DL1、第2測定による第2の一次元形状を示す第2の測定値列DL2、および第3測定による第3の一次元形状を示す第3の測定値列DL3を第1交差点P2乃至第3交差点P1においてそれぞれ一致させるように第1の測定値列DL1乃至第3の測定値列DL3を補正する補正処理とを行う。これにより、変位計161と測定対象物20との間の相対移動に起因する誤差を適切に補正できる。また、変位計161の位置ずらし機構の精度、すなわち、一次元ステージ12Lおよび一次元ステージ12RをX方向へ移動する精度、変位計161をY方向へ移動する精度、および回転ステージ11の回転精度をそれぞれサブmmオーダとしながら、平面度測定の精度をサブμmオーダに高めることができる。
被検面20aの二次元形状をさらに細かく表す場合に測定する測定ラインであって、上述した三角形と2点で接する測定ラインLi〜LIVは、図9に例示する場合よりさらに増加させてもよい。図18および図19は、増加させた測定ラインを例示する図である。各測定ラインは、2点で三角形の頂点または辺と接する。なお、図18に示すように、測定ラインが必ずしも三角形の中心点を通るようにする必要はない。
三角形状の測定ラインは、必ずしも略正三角形にする必要はなく、図20に例示するように、三角形の3辺を延長した構成としてもよい。この場合、三角形と接する測定ラインは図21に例示するように、三角形の外側で該三角形を構成する辺と2点で接する測定ラインLiや、三角形を構成する辺と3点で接する測定ラインLiiを設けることができる。
一次元形状測定部16を構成する変位計として、参照光ヘッドおよび測定光ヘッドからそれぞれレーザ光を射出することによって参照面までの距離変化と被検面までの距離変化を逐次測定し、両測定値の差から参照面と被検面との間隔変化を測定する例を説明した。この代わりに、参照光ヘッドおよび測定光ヘッドからそれぞれレーザ光を射出し、参照面で反射されたレーザ光と被検面で反射されたレーザ光との間で生じる干渉縞に基づいて参照面と被検面との間隔を測定してもよい。さらに、ヘテロダイン型レーザ測長計や、静電容量型変位形、渦電流型変位形などの微小変位を測定する他の変位計を用いてもよい。
11…回転ステージ
12L、12R…一次元ステージ
14…回転軸
15…架台
16…一次元形状測定部
20…被検体
20a…被検面
111、151…支持部
161…変位計
162…参照物体
162a…参照面
165…校正物体
DL1〜DL3、DLi〜DLIV…測定値列
L1〜L3、Li〜LIV…測定ライン
O…回転中心
Claims (6)
- 測定対象物の一次元形状を測定する変位計と前記測定対象物との間の相対位置をずらしながら前記測定対象物の平面度を測定する平面度測定装置において、
第1方向の第1測定ラインに沿って被測定面の一次元形状を測る第1測定と、
前記第1測定ラインと第1交差点で交差する第2方向の第2測定ラインに沿って前記被測定面の一次元形状を測る第2測定と、
前記第2測定ラインおよび前記第1測定ラインとそれぞれ第2交差点および第3交差点で交差する第3方向の第3測定ラインに沿って前記被測定面の一次元形状を測る第3測定と、
前記第1測定による第1の一次元形状を示す第1の測定値列、前記第2測定による第2の一次元形状を示す第2の測定値列、および前記第3測定による第3の一次元形状を示す第3の測定値列を前記第1交差点乃至第3交差点においてそれぞれ一致させるように前記第1の測定値列乃至前記第3の測定値列を補正する補正処理と、
を行うことを特徴とする平面度測定装置。 - 請求項1に記載の平面度測定装置において、
前記補正処理は、前記各測定値列によって示される一次元形状の傾きをそれぞれ補正することを特徴とする平面度測定装置。 - 請求項2に記載の平面度測定装置において、
前記補正処理は、前記第3交差点における前記第1の測定値列のデータと前記第3の測定値列のデータの差を、両者の値が同じになるように、前記第3の測定値列データに加算し、前記第1交差点における前記第2の測定値列のデータと前記第1の測定値列のデータの差を、両者の値が同じになるように、前記第1の測定値列データに加算し、前記第2交差点における前記第3の測定値列のデータと前記第2の測定値列のデータの差を、両者の値が同じになるように、前記第2の測定値列のデータに加算するように前記傾きを補正することを特徴とする平面度測定装置。 - 請求項3に記載の平面度測定装置において、
前記第1の測定値列乃至前記第3の測定値列のうち少なくとも2つと交差する第4方向の第4測定ラインに沿って前記被測定面の一次元形状を測る第4測定をさらに行い、
前記第4測定による第4の一次元形状を示す第4の測定値列を前記2つの交差点において前記補正後の前記第1の測定値列乃至前記第3の測定値列のうち2つのデータとそれぞれ一致させるように前記第4の測定値列の傾きをさらに補正することを特徴とする平面度測定装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の平面度測定装置において、
前記変位計は、参照物体の参照面と前記測定対象物の被検面との間の間隔変化に基づいて前記測定対象物の一次元形状を測定することを特徴とする平面度測定装置。 - 請求項5に記載の平面度測定装置において、
前記参照物体の参照面の一次元形状は、該参照面と校正物体の校正面との間の間隔変化に基づいて測定された一次元形状に基づいて校正されることを特徴とする平面度測定装置。
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