JP6611582B2

JP6611582B2 - 計測装置、および計測方法

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Inventors: 哲二太田
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Description

本発明は、被検面の形状を計測する計測装置、および計測方法に関する。

被検面上でプローブを走査することによって被検面の形状を計測する計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような計測装置では、例えば基準部材が設けられ、被検面上でプローブを走査しながら基準部材とプローブとの距離を検出することにより、被検面の形状を計測することができる。

特開平１０−１９５０４号公報

近年、被検面の大型化に伴って、計測装置におけるプローブの走査範囲を拡大させることが求められている。プローブの走査範囲を拡大させるための１つの方法としては、例えば、プローブの走査方向に複数の基準部材を並べる方法がある。しかしながら、複数の基準部材を用いる場合、プローブとの距離を検出する対象となる基準部材がプローブの走査に応じて変わることになる。そのため、被検面の形状の計測結果が複数の基準部材の間において不連続になるなど、被検面の形状を精度よく計測することが困難であった。

そこで、本発明は、被検面の形状を精度よく計測するために有利な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、被検面の形状を計測する計測装置であって、前記被検面上で走査されるプローブと、前記プローブの走査方向に並んだ複数の基準部材と、前記複数の基準部材のうち前記プローブの前記走査方向の位置に応じて選択された基準部材からの距離を検出するようにそれぞれ構成され、前記走査方向における前記プローブの異なる位置に設けられた複数の検出部と、前記プローブを走査しながら、前記複数の検出部による検出結果のうち少なくとも１つに基づいて前記プローブの位置情報を求めることにより、前記被検面の形状情報を得る処理部と、を含み、前記処理部は、前記走査方向における前記プローブの走査範囲が区分けされた複数の範囲のうち前記プローブが配置された範囲に応じて、前記複数の検出部による検出結果のうち前記位置情報を求める際に用いる検出結果を変更し、前記複数の検出部の各々について選択された基準部材の組み合わせは、前記複数の範囲において互いに異なる、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、被検面の形状を精度よく計測するために有利な技術を提供することができる。

第1実施形態の計測装置の構成を示す概略図である。複数のＺ基準部材とプローブとの配置関係を示す図である。複数の範囲の各々と検出結果が使用される検出部との関係を示す情報を示す図である。計測装置をＹ方向から見た図である。第２情報を求める方法を説明するための図である。第４実施形態の計測装置をＺ方向から見た図である。第５実施形態の計測装置を示す概略図である。第６実施形態の計測装置を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態の計測装置１００について説明する。図１は、第1実施形態の計測装置１００の構成を示す概略図である。図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、計測装置１００をＸ方向、Ｚ方向およびＹ方向からそれぞれ見た図を示している。なお、図１（ｂ）では、装置構成をわかり易くするため、複数の基準部材１０（フレームＭ）に加えてプローブ１および複数の検出部１３も図示している。

計測装置１００は、例えば、プローブ球１ａを有するプローブ１と、プローブ１を駆動する駆動部Ｓと、複数の基準部材１０を有するフレームＭと、被検物Ｐが搭載される計測ステージ１６と、処理部２０とを含みうる。また、計測装置１００では、基準部材１０からの距離を検出する複数の検出部１３がプローブ１に設けられている。そして、計測装置１００は、被検面Ｆにプローブ球１ａを接触させながら駆動部Ｓによってプローブ１を走査し、走査中において複数の検出部１３による検出結果のうち少なくとも１つに基づいてプローブ１の位置情報を求める。これにより、計測装置１００は、被検面Ｆの形状を計測することができる。

駆動部Ｓは、例えば、プローブ１を支持する支持部２と、Ｚステージ３と、Ｚアクチュエータ４と、Ｙステージ５と、Ｙアクチュエータ６と、Ｘステージ７と、Ｘアクチュエータ８と、ステージ定盤９とを含みうる。Ｚアクチュエータ４は、Ｙステージ５によって支持されており、支持部２に接続されたＺステージ３をＺ方向に駆動する（即ち、プローブ１をＺ方向に駆動する）。Ｙアクチュエータ６は、Ｘステージ７によって支持されており、Ｙステージ５をＹ方向に駆動する（即ち、プローブ１をＹ方向に駆動する）。また、Ｘアクチュエータ８は、ステージ定盤９によって支持されており、Ｘステージ７をＸ方向に駆動する（即ち、プローブ１をＸ方向に駆動する）。

フレームＭは、例えば、プローブ１の位置情報を求めるための基準となる複数の基準部材１０と、複数の基準部材１０を支持する支持部材１１とを含みうる。複数の基準部材１０は、例えば、プローブ１のＺ方向側に配置されたＺ基準部材１０ｚ（第１基準部材１０ｚ_１、第２基準部材１０ｚ_２）、プローブのＹ方向側に配置されたＹ基準部材１０ｙ、プローブ１のＸ方向側に配置されたＸ基準部材１０ｘを含みうる。第１基準部材１０ｚ_１および第２基準部材１０ｚ_２は、プローブ１の走査方向（例えばＸ方向（第１方向））に並ぶように配置されている。また、各基準部材１０は、例えばミラー部材によって構成され、基準面（光を反射する反射面）を有する。ここで、第１基準部材１０ｚ_１および第２基準部材１０ｚ_２は、Ｘ方向に隙間ｇｍをあけて（離隔して）配置されうる。このように隙間ｇｍをあけるのは、フレームＭの振動や基準部材１０の熱膨張、フレームＭへの基準部材１０の組み付け誤差などにより、第１基準部材１０ｚ_１と第２基準部材１０ｚ_２とが干渉し合うことを防ぐためである。

複数の検出部１３は、例えば、複数のＺ検出部１３ｚ、Ｙ検出部１３ｙおよびＸ検出部１３ｘを含み、それぞれプローブ１に取り付けられている。複数のＺ検出部１３ｚは、走査方向（例えばＸ方向（第１方向））におけるプローブ１の異なる位置に（例えば、Ｘ方向に並ぶように）プローブ１に設けられており、第１検出部１３ｚ_１および第２検出部１３ｚ_２を含みうる。そして、複数のＺ検出部１３ｚの各々は、複数のＺ基準部材１０ｚのうちプローブ１のＸ方向の位置に応じて選択されたＺ基準部材１０ｚからの距離をそれぞれ検出する。例えば、複数のＺ検出部１３ｚの各々は、Ｚ方向に向けて光を射出し、複数のＺ基準部材１０ｚのうちプローブ１のＸ方向の位置に応じて当該光が照射されたＺ基準部材１０ｚからの距離をそれぞれ検出する。Ｙ検出部１３ｙは、例えば、Ｙ方向に射出した光を用いてＹ基準部材１０ｙからの距離を検出する。Ｘ検出部１３ｘは、例えば、Ｘ方向に射出した光を用いてＸ基準部材１０ｘからの距離を検出する。各検出部１３は、例えば、レーザ干渉計によって構成されうる。

ここで、第１検出部１３ｚ_１および第２検出部１３ｚ_２は、Ｘ方向（第１方向）における光軸の間隔ｇｉが、第１基準部材１０ｚ_１と第２基準部材１０ｚ_２との間のＸ方向における間隔ｇｍより広くなるように配置される。これにより、プローブ１をＸ方向に走査させている間において、複数のＺ検出部１３ｚの少なくとも１つのＺ検出部１３ｚについて複数のＺ基準部材１０ｚのいずれかが選択可能となる。即ち、複数のＺ検出部１３ｚの少なくとも１つのＺ検出部１３ｚから射出された光を、複数のＺ基準部材１０ｚのいずれか（第１基準部材１０ｚ_１または第２基準部材１０ｚ_２）に照射させることができる。

処理部２０は、例えば、ＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータによって構成され、被検面Ｆの形状を示す情報（形状情報）を得るための処理を行う。例えば、処理部２０は、駆動部Ｓにより被検面上でプローブ１を走査しながら、複数のＺ検出部１３ｚによる検出結果のうち少なくとも１つに基づいてプローブの位置情報を求めることにより、被検面Ｆの形状情報を得ることができる。ここで、第１実施形態の計測装置１００では、計測装置１００の各部を制御する制御部としての機能を含むように処理部２０が構成されうる。しかしながら、それに限られるものではなく、処理部２０とは別に制御部が設けられてもよい。

被検物Ｐが搭載される計測ステージ１６は、例えば力センサを含みうる。これにより、処理部２０は、プローブ球１ａを被検面Ｆに接触させながらプローブ１を被検面上で走査させる際において、プローブ１から被検面Ｆに加わる力が一定になるように駆動部Ｓを制御することができる。また、計測ステージ１６は、被検物ＰをＸＹ方向に駆動して、フレームＭ（複数の基準部材１０）に対する被検面Ｆの位置（ＸＹ方向）を変更することができるように構成されてもよい。即ち、計測ステージ１６は、被検物をＸＹ方向に駆動するためのアクチュエータを含むように構成されてもよい。

このように構成された計測装置１００では、Ｚ方向のプローブ１の位置を検出するための基準となるＺ基準部材１０ｚが、Ｘ方向におけるプローブ１の走査に応じて変わることとなる。そこで、処理部２０は、プローブ１の走査範囲が区分けされた複数の範囲のうちプローブ１が配置された範囲に応じて、複数のＺ検出部１３ｚによる検出結果のうちプローブ１の位置情報を求める際に用いる検出結果を変更する。

次に、第１実施形態の計測装置１００における計測方法について、図２および図３を参照しながら説明する。図２は、複数のＺ基準部材１０ｚ（第１基準部材１０ｚ_１、第２基準部材１０ｚ_２）とプローブ１との配置関係を示す図である。図３は、複数の範囲の各々と検出結果を使用するＺ検出部１３ｚとの関係を示す情報を示す図である。ここで、プローブ１の走査範囲が区分けされた複数の範囲は、各Ｚ検出部１３ｚについて選択されるＺ基準部材１０ｚの組み合わせ、即ち、各Ｚ検出部１３ｚからの光が照射されるＺ基準部材１０ｚの組み合わせが互いに異なるように設定される。例えば、第１実施形態では、複数のＺ基準部材１０ｚのうち第１検出部１３ｚ_１について選択されるＺ基準部材１０ｚと第２検出部１３ｚ_２について選択されるＺ基準部材１０ｚとの組み合わせが互いに異なるように複数の範囲が設定される。

図２（ａ）は、プローブ１の走査範囲が区分けされた複数の範囲のうち第１範囲にプローブ１が配置された状態を示す図である。図２（ａ）において、上図は、計測装置１００をＹ方向から見た図であり、下図は、計測装置１００をＺ方向から見た図である。この第１範囲は、複数のＺ検出部１３ｚの各々について同じ基準部材１０ｚが選択される範囲、即ち、複数のＺ検出部１３ｚの各々からの光が同じＺ基準部材１０ｚに照射される範囲である。第１実施形態における第１範囲では、第１検出部１３ｚ_１からの光および第２検出部１３ｚ_２からの光がともに第１基準部材１０ｚ_１にそれぞれ照射される。そのため、第１範囲では、処理部２０は、図３に示す情報に基づいて、第１検出部１３ｚ_１による検出結果および第２検出部１３ｚ_２による検出結果の両方を用いてプローブ１の位置情報を求める。例えば、第１範囲では、処理部２０は、第１検出部１３ｚ_１による検出結果と第２検出部１３ｚ_２による検出結果との平均値を求め、求めた平均値からプローブ１の位置情報を求める。

図２（ｂ）は、プローブ１の走査範囲が区分けされた複数の範囲のうち第２範囲にプローブ１が配置された状態を示す図である。図２（ｂ）において、上図は、計測装置１００をＹ方向から見た図であり、下図は、計測装置１００をＺ方向から見た図である。この第２範囲は、複数のＺ検出部１３ｚのうち少なくとも１つのＺ検出部１３ｚについて、いずれのＺ基準部材１０ｚも選択されない範囲、即ち、少なくとも１つのＺ検出部１３ｚからの光がいずれのＺ基準部材１０ｚにも照射されない範囲である。第１実施形態における第２範囲では、第１検出部１３ｚ_１からの光が第１基準部材１０ｚ_１に照射されるが、第２検出部１３ｚ_２からの光がいずれのＺ基準部材１０ｚにも照射されない。そのため、第２範囲では、処理部２０は、図３に示す情報に基づいて、第１検出部１３ｚ_１による検出結果のみを用いてプローブ１の位置情報を求める。

図２（ｃ）は、プローブ１の走査範囲が区分けされた複数の範囲のうち第３範囲にプローブ１が配置された状態を示す図である。図２（ｃ）において、上図は、計測装置１００をＹ方向から見た図であり、下図は、計測装置１００をＺ方向から見た図である。この第３範囲は、複数のＺ検出部１３ｚのうち少なくとも２つのＺ検出部１３ｚについて互いに異なるＺ基準部材１０ｚが選択される範囲、即ち、少なくとも２つのＺ検出部１３ｚからの光が互いに異なるＺ基準部材１０ｚに照射される範囲である。第１実施形態における第３範囲では、第１検出部１３ｚ_１からの光が第１基準部材１０ｚ_１に照射され、第２検出部１３ｚ_２からの光が第２基準部材１０ｚ_２に照射される。そのため、第３範囲では、処理部２０は、図３に示す情報に基づいて、第１検出部１３ｚ_１による検出結果と第２検出部１３ｚ_２による検出結果とを用いてプローブ１の位置情報を求める。例えば、第３範囲では、処理部２０は、第１検出部１３ｚ_１による検出結果と第２検出部１３ｚ_２による検出結果との平均値を求め、求めた平均値からプローブ１の位置情報を求める。ここで、第３範囲では、選択されるＺ基準部材１０ｚが第１検出部１３ｚ_１と第２検出部１３ｚ_２とで異なるため、処理部２０は、第１検出部１３ｚ_１による検出結果と第２検出部１３ｚ_２による検出結果との加重平均値からプローブ１の位置情報を求めてもよい。また、処理部２０は、第１検出部１３ｚ_１および第２検出部１３ｚ_２による検出結果の一方のみを用いてプローブ１の位置情報を求めてもよい。

第３範囲にプローブ１が配置された状態から更にプローブ１をＸ方向に走査すると、図示しないが、第４範囲にプローブ１が配置される。第１実施形態における第４範囲は、第２検出部１３ｚ_２からの光が第２基準部材１０ｚ２に照射されているが、第１検出部１３ｚ_１からの光がいずれのＺ基準部材１０ｚにも照射されない範囲である。そのため、第４範囲では、処理部２０は、図３に示す情報に基づいて、第２検出部１３ｚ_２による検出結果のみを用いてプローブ１の位置情報を求める。

また、第４範囲にプローブ１が配置された状態から更にプローブ１をＸ方向に走査すると、図示しないが、第５範囲にプローブ１が配置される。第５範囲は、第１検出部１３ｚ_１からの光および第２検出部１３ｚ_２からの光がともに第２基準部材１０ｚ_２に照射される範囲である。そのため、第５範囲では、処理部２０は、図３に示す情報に基づいて、第１検出部１３ｚ_１による検出結果と第２検出部１３ｚ_２による検出結果とを用いてプローブ１の位置情報を求める。例えば、第１範囲では、処理部２０は、第１検出部１３ｚ_１による検出結果と第２検出部１３ｚ_２による検出結果との平均値を求め、求めた平均値からプローブ１の位置情報を求める。

上述したように、第１実施形態の計測装置１００は、プローブ１の走査範囲が区分けされた複数の範囲のうちプローブ１が配置された範囲に応じて、プローブ１の位置情報を求める際に用いる検出結果を変更する。これにより、複数のＺ基準部材１０ｚの間において被検面Ｆの計測結果に非連続性が生じることを低減し、被検面Ｆの形状を精度よく計測することができる。ここで、第１実施形態では、複数のＺ基準部材１０ｚを用いる例について説明したが、複数のＸ基準部材１０ｘを用いた場合や、複数のＹ基準部材１０ｙを用いた場合などにおいても同様に、上述した方法を用いることができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、プローブ１の走査範囲が区分けされた複数の範囲のうちプローブ１が配置された範囲に応じて、プローブ１の位置情報を求める際に用いる検出結果を変更する例について説明した。しかしながら、複数のＺ基準部材１０ｚの各々は、目標姿勢に対して傾いた状態でフレームＭの支持部材１１に取り付けられることがある。この場合、複数のＺ検出部１３ｚによる検出結果から求められたプローブ１の位置情報には、複数のＺ基準部材１０ｚの各々とプローブ１との相対的な傾きによる誤差や、複数のＺ基準部材間の相対的な傾きによる誤差が生じうる。つまり、複数の範囲において、プローブ１の位置情報を求めた結果が複数の範囲において不連続になりうる。そのため、第２実施形態の処理部２０は、各Ｚ基準部材１０ｚとプローブ１との相対的な傾きを示す情報（以下、第１情報）や、複数のＺ基準部材１０ｚにおける相対的な傾きを示す情報（以下、第２情報）に基づいて、プローブ１の位置情報を補正する。そして、処理部２０は、補正したプローブ１の位置情報に基づいて被検面Ｆの形状情報を得る。

以下に、第１情報や第２情報に基づいてプローブ１の位置情報を補正する方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、計測装置１００をＹ方向から見た図である。ここで、第２実施形態では、図４に示すように、プローブ１の姿勢（Ｙ軸周りの傾き）を検出する姿勢検出部として、２つのＸ検出部１３ｘ_１および１３ｘ_２が設けられている。当該２つのＸ検出部１３ｘ_１および１３ｘ_２は、Ｚ方向における異なる位置に（例えば、Ｚ方向に並ぶように）プローブ１に設けられ、それらからの光がＸ基準部材１０ｘに照射される。

第１情報に基づいてプローブ１の位置情報を補正する場合、処理部２０は、例えば、複数のＺ検出部１３ｚのうち、同じＺ基準部材１０ｚが選択されている状態の少なくとも２つのＺ検出部１３ｚによる検出結果を、第１情報に基づいて補正する。そして、処理部２０は、補正した検出結果を用いてプローブ１の位置情報を求める。

第１情報は、同じＺ基準部材１０ｚが選択可能となるように配置された少なくとも２つのＺ検出部１３ｚを用いて、当該少なくとも２つのＺ検出部１３ｚについて同じ基準部材１０ｚが選択されている状態で求められうる。例えば、処理部２０は、姿勢検出部（Ｘ検出部１３ｘ_１、１３ｘ_２）による検出結果に基づいて、プローブ１が目標姿勢で維持されるようにプローブ１の姿勢を制御する。そして、処理部２０は、図４（ａ）に示すように、同じ第１基準部材１０ｚ_１が選択された状態の第１検出部１３ｚ_１および第２検出部１３ｚ_２による検出結果を得る。これにより、処理部２０は、目標姿勢に制御されたプローブ１と第１基準部材１０ｚ_１との相対的な傾きを示す第１情報を求めることができる。また、第２基準部材１０ｚ_２についても、同様の方法により第１情報を求めることができる。

ここで、処理部２０は、第１情報を求める際に、姿勢検出部による検出結果に基づいてプローブ１を目標姿勢に制御したが、それに限られるものではない。例えば、姿勢検出部による検出結果からプローブ１の目標姿勢に対するずれが分かるため、当該ずれに基づいてプローブ１の目標姿勢と第１基準部材１０ｚ_１との間の相対的な傾きを得ることができる。

一方、第２情報に基づいてプローブ１の位置情報を補正する場合、処理部２０は、例えば、複数のＺ検出部１３ｚのうち、互いに異なるＺ基準部材１０ｚが選択されている状態の少なくとも２つのＺ検出部１３ｚによる検出結果を、第２情報に基づいて補正する。そして、処理部２０は、補正した検出結果を用いてプローブ１の位置情報を求める。

第２情報は、互いに異なるＺ基準部材１０ｚが選択可能となるように配置された少なくとも２つのＺ検出部１３ｚを用いて、当該少なくとも２つのＺ検出部１３ｚについて互いに異なる基準部材１０ｚが選択されている状態で求められうる。例えば、処理部２０は、姿勢検出部（Ｘ検出部１３ｘ_１、１３ｘ_２）による検出結果に基づいて、プローブ１が目標姿勢で維持されるようにプローブ１の姿勢を制御する。そして、処理部２０は、図４（ｂ）に示すように、第１基準部材１０ｚ_１が選択された状態の第１検出部１３ｚ_１による検出結果と、第２基準部材１０ｚ_２が選択された状態の第２検出部１３ｚ_２による検出結果とを得る。これにより、処理部２０は、第１基準部材１０ｚ_１と第２基準部材１０ｚ_２との間の相対的な傾きを示す第２情報を求めることができる。また、本実施形態では、２つのＸ検出部１３ｘを用いてプローブ１を目標姿勢で制御する例を示したが、これと同様に、対象とする複数の基準部材に応じて、Ｙ検出部１３ｙおよびＺ検出部１３ｚを用いて、プローブ１の姿勢を制御することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、第２情報を求めるための他の方法について説明する。第３実施形態では、まず、処理部２０は、第１基準部材１０ｚ_１を基準として被検面上の所定部分の形状を計測し、その計測結果を第１計測結果として得る。そして、処理部２０は、複数のＺ基準部材１０ｚに対して被検面ＦをＸ方向（第１方向）に移動させ、第２基準部材１０ｚ_２を基準として被検面上の同じ所定部分の形状を計測し、その計測結果を第２計測結果として得る。これにより、被検面上の所定部分については、第１基準部材１０ｚ_１を基準として計測された第１計測結果と、第２基準部材１０ｚ_２を基準として計測された第２計測結果とが得られることとなる。

この第１計測結果および第２計測結果は、被検面上の同じ所定部分を計測した結果であるため、同じになるべきである。そのため、処理部２０は、第１計測結果および第２計測結果に基づいて、第１基準部材１０ｚ_１と第２基準部材１０ｚ_２との間における相対的な傾きを示す第２情報を求めることができる。

以下に、第３実施形態において第２情報を求める方法の具体例について、図５を参照しながら説明する。図５は、第３実施形態において第２情報を求める方法を説明するための図である。図５では、複数のＺ基準部材１０ｚおよび被検物Ｐ（被検面Ｆ）を示しており、図をわかり易くするためにプローブ１の記載を省略している。ここで、プローブ１を被検面上で走査させることにより得られた被検面Ｆの形状データは、一般に、Ｘ位置およびＹ位置の関数としてφ［ｘ，ｙ］と表されうる。本実施形態では、説明を簡単化するため、Ｙ方向において一様であるものとし、以下では、被検面Ｆの形状データをφ［ｘ］と表す。また、以下では、Ｘ方向におけるａ点からｂ点にプローブ１を走査したときに得られる被検面Ｆの形状データをφ［ａ→ｂ］と表す。

まず、処理部２０は、図５（ａ）に示すように、計測ステージ１６により被検面Ｆ（被検物Ｐ）を第１位置に配置し、被検面上でプローブ１を走査して被検面Ｆの形状を計測する（第１計測）。図５（ａ）において、上図は、複数のＺ基準部材１０ｚおよび被検物Ｐ（被検面Ｆ）をＺ方向から見た図であり、下図は、それらをＹ方向から見た図である。このとき、第１基準部材１０ｚ_１を基準として計測された被検面上の領域の形状データφ_１、および第２基準部材１０ｚ_２を基準として計測された被検面上の領域の形状データφ_２は、式（１）および（２）によってそれぞれ表されうる。以下の式において、φ_Ｍ１は、第１基準部材１０ｚ_１（基準面）の形状、φ_Ｍ２は、第２基準部材１０ｚ_２（基準面）の形状、φ_ｗは、被検面Ｆの形状をそれぞれ示している。また、α_Ｍ１は、第１基準部材１０ｚ_１のＹ軸周りの傾き、α_Ｍ２は、第２基準部材１０ｚ_２のＹ軸周りの傾き、αｗ１は、第１位置に配置された被検面Ｆの傾きをそれぞれ示している。

次に、処理部２０は、図５（ｂ）に示すように、計測ステージ１６により被検面Ｆ（被検物Ｐ）を第２位置に配置し、被検面上でプローブ１を走査して被検面Ｆの形状を計測する（第２計測）。図５（ｂ）において、上図は、複数のＺ基準部材１０ｚおよび被検物Ｐ（被検面Ｆ）をＺ方向から見た図であり、下図は、それらをＹ方向から見た図である。第２位置は、第１位置に対してＸ方向に距離δ_ｗだけずれた位置であり、距離δ_ｗは、複数のＺ基準部材１０ｚの間隔ｇ_ｍより大きい。このとき、第１基準部材１０ｚ_１を基準として計測された被検面上の領域の形状データφ_３、および第２基準部材１０ｚ_２を基準として計測された被検面上の領域の形状データφ_４は、式（３）および（４）によってそれぞれ表されうる。以下の式において、α_ｗ２は、第２位置に配置された被検面Ｆの傾きを示している。

ここで、被検面上の所定部分Ｐ_１は、第１計測では、第１基準部材１０ｚ_１を基準として計測され、第２計測では、第２基準部材１０ｚ_２を基準として計測される。この第１計測で得られた所定部分Ｐ_１の形状データと第２計測で得られた所定部分Ｐ_１の形状データφ_ｗｅとは同じになるべきであるため、第１計測および第２計測における所定部分Ｐ_１の形状データを示す方程式を式（５）によって表すことができる。式（５）における左辺は、第１計測で得られた所定部分Ｐ_１の形状データを表し、式（５）における右辺は、第２計測で得られた所定部分Ｐ_１の形状データを表している。

処理部２０は、式（１）〜（５）の連立方程式を解くことにより、第１基準部材１０ｚ_１の傾きα_Ｍ１および第２基準部材１０ｚ_２の傾きα_Ｍ２を得ることができる。即ち、処理部２０は、第１基準部材１０ｚ_１と第２基準部材１０ｚ_２との間における相対的な傾きを示す第２情報を得ることができる。ここで、式（１）〜（５）に示す連立方程式を解くには、７個あるパラメータのうち少なくとも２個のパラメータについての計測値を予め得ておくことが好ましい。７個のパラメータとは、第１基準部材１０ｚ１の形状φ_Ｍ１および傾きα_Ｍ１、第２基準部材１０ｚ２の形状φ_Ｍ２および傾きα_Ｍ２、被検面Ｆの形状φ_ｗ、第１位置および第２位置での被検面Ｆの傾きα_ｗ１、α_ｗ２である。例えば、７個のパラメータのうち、第１基準部材１０ｚ_１の形状φ_Ｍ１および第２基準部材１０ｚ_２の形状φ_Ｍ２を予め計測しておき、計測値として装置内に記憶しておくとよい。

＜第４実施形態＞
第１実施形態では、Ｘ方向に並んだ２つのＺ基準部材１０ｚを用いた例について説明したが、Ｚ基準部材１０ｚは２つに限られるものではない。第４実施形態では、４つのＺ基準部材１０ｚを用いる例について説明する。図６は、第４実施形態の計測装置をＺ方向から見た図である。図６では、複数のＺ基準部材１０ｚと、複数のＺ検出部１３ｚを示しており、その他の構成要素については図示を省略している。

第４実施形態の計測装置は、４つのＺ基準部材１０ｚ_１〜１０ｚ_４と、４つのＺ検出部１３ｚ_１〜１３ｚ_４を有している。第４実施形態の計測装置においても、処理部２０は、プローブ１の走査範囲が区分けされた複数の範囲のうちプローブ１が配置された範囲に応じて、複数のＺ検出部１３ｚによる検出結果のうち、プローブ１の位置情報を求める際に用いる検出結果を変更する。ここで、複数の範囲は、複数のＺ検出部１３ｚからの光が照射されるＺ基準部材１０ｚの組み合わせが互いに異なるように設定されている。

例えば、図６（ａ）に示すように、４つのＺ検出部１３ｚ_１〜１３ｚ_４からの光が第１基準部材１０ｚ_１に照射される範囲にプローブ１が配置された場合を想定する。この場合、処理部２０は、４つのＺ検出部１３ｚ_１〜１３ｚ_４による検出結果の全てを用いてプローブ１の位置情報を求める。例えば、処理部は、４つの検出部１３ｚ_１〜１３ｚ_４による検出結果の平均値を求め、求めた平均値からプローブ１の位置情報を求める。また、図６（ｂ）に示すように、第１検出部１３ｚ_１からの光のみが第１基準部材１０ｚ_１に照射され、他のＺ検出部１３ｚ_２〜１３ｚ_４からの光がいずれのＺ基準部材１０ｚにも照射されていない範囲にプローブ１が配置された場合を想定する。この場合、処理部２０は、第１検出部１３ｚ_１による検出結果のみを用いてプローブ１の位置情報を求める。ここで、処理部２０は、第２実施形態や第３実施形態で説明したように、第１情報および第２情報の少なくとも一方に基づいてプローブ１の位置情報を補正してもよい。

＜第５実施形態＞
第１実施形態の計測装置１００は、プローブ１を片方から支持する構成となっているが、この構成では、プローブ１を移動させたときの振動が増幅してプローブ１に伝わりうる。そのため、第５実施形態では、プローブ１を両側から支持する構成の計測装置２００について説明する。図７は、第５実施形態の計測装置２００を示す概略図である。図７（ａ）は、計測装置２００をＸ方向から見た図であり、図７（ｂ）は、計測装置２００をＺ方向から見た図である。ここで、図７（ｂ）では、装置構成をわかり易くするため、フレームＭおよび複数のＺ基準部材１０ｚを半透明で図示している。また、駆動部Ｓ以外の装置構成は、第１実施形態の計測装置１００と同様であるため、以下では説明を省略する。

第５実施形態の計測装置２００における駆動部Ｓでは、Ｚステージ３がプローブ１を支持しており、Ｙステージ５により支持されたＺアクチュエータ４によってＺ方向に駆動される。Ｙステージ５は、Ｘステージ７により支持されたＹアクチュエータ６によってＹ方向に駆動される。また、Ｘステージ７は、第１ブリッジ定盤９ａによって支持された第１Ｘアクチュエータ８ａと、第２ブリッジ定盤９ｂによって支持された第２Ｘアクチュエータ８ｂとによってＸ方向に駆動される。第１Ｘアクチュエータ８ａおよび第２Ｘアクチュエータ８ｂは、Ｙ方向において被検物Ｐを挟み込むように配置される。

＜第６実施形態＞
第１実施形態の計測装置１００は、被検面Ｆに接触するプローブ球１ａを有するプローブ１（接触式プローブ）を用いて被検面Ｆの形状を計測した。しかしながら、それに限られるものではなく、例えば、図８に示すように、光を用いて被検面Ｆからの距離を非接触で求めるプローブ１’（非接触式プローブ）を用いて被検面Ｆの形状を計測してもよい。非接触式プローブは、光を被検面に集束させる、所謂キャッツアイ方式であってもよいし、光が被検面上の任意点の曲率と一致させる方式であってもよい。なお、図８においては、駆動部Ｓの図示を省略している。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１：プローブ、１０：基準部材、１３：検出部、２０：処理部、１００：計測装置、Ｓ：駆動部、Ｐ：被検物、Ｍ：フレーム

Claims

被検面の形状を計測する計測装置であって、
前記被検面上で走査されるプローブと、
前記プローブの走査方向に並んだ複数の基準部材と、
前記複数の基準部材のうち前記プローブの前記走査方向の位置に応じて選択された基準部材からの距離を検出するようにそれぞれ構成され、前記走査方向における前記プローブの異なる位置に設けられた複数の検出部と、
前記プローブを走査しながら、前記複数の検出部による検出結果のうち少なくとも１つに基づいて前記プローブの位置情報を求めることにより、前記被検面の形状情報を得る処理部と、
を含み、
前記処理部は、前記走査方向における前記プローブの走査範囲が区分けされた複数の範囲のうち前記プローブが配置された範囲に応じて、前記複数の検出部による検出結果のうち前記位置情報を求める際に用いる検出結果を変更し、
前記複数の検出部の各々について選択された基準部材の組み合わせは、前記複数の範囲において互いに異なる、ことを特徴とする計測装置。
前記処理部は、前記複数の範囲の各々と検出結果を使用する検出部との関係を示す情報に基づいて、前記複数の検出部による検出結果のうち前記位置情報を求める際に用いる検出結果を変更する、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
前記処理部は、前記複数の基準部材の各々と前記プローブとの相対的な傾きを示す第１情報に基づいて前記位置情報を補正し、補正した前記位置情報に基づいて前記形状情報を求める、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
前記複数の検出部は、前記複数の基準部材のうち同じ基準部材が選択可能となるように配置された複数の第１検出部を含み、
前記処理部は、前記複数の基準部材のうち同じ基準部材が選択されている状態の前記複数の第１検出部による検出結果に基づいて前記第１情報を求める、ことを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
前記処理部は、前記複数の基準部材間の相対的な傾きを示す第２情報に基づいて前記位置情報を補正し、補正した前記位置情報に基づいて前記形状情報を求める、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
前記複数の検出部は、前記複数の基準部材のうち互いに異なる基準部材が選択可能となるように配置された複数の第２検出部を含み、
前記処理部は、前記複数の基準部材のうち互いに異なる基準部材が選択されている状態の前記複数の第２検出部による検出結果に基づいて前記第２情報を求める、ことを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
前記複数の基準部材は、第１基準部材および第２基準部材を含み、
前記処理部は、前記第１基準部材を基準として前記被検面上の所定部分の形状を計測した結果と、前記走査方向に前記被検面を移動させた後に前記第２基準部材を基準として前記所定部分の形状を計測した結果とに基づいて前記第２情報を求める、ことを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
前記プローブの姿勢を検出する姿勢検出部を更に含み、
前記処理部は、前記姿勢検出部による検出結果に基づいて、前記プローブが目標姿勢で維持されるように前記プローブの姿勢を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の計測装置。
前記複数の範囲は、前記複数の検出部の各々について同じ基準部材が選択される範囲と、前記複数の検出部のうち少なくとも２つの検出部について互いに異なる基準部材が選択される範囲とを含む、ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の計測装置。
前記複数の範囲は、前記複数の検出部のうち１つの検出部についていずれの基準部材も選択されない範囲を更に含む、ことを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
前記複数の検出部は、前記複数の検出部のうち少なくとも１つの検出部について前記複数の基準部材のいずれかが選択可能となるように、前記走査方向に離隔して配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の計測装置。
前記複数の基準部材は、前記走査方向に離隔して配置され、
前記複数の検出部の間の隙間は、前記複数の基準部材の間の隙間より広い、ことを特徴とする請求項１１に記載の計測装置。
被検面上で走査されるプローブと、前記プローブの走査方向に並んだ複数の基準部材と、前記複数の基準部材のうち前記プローブの前記走査方向の位置に応じて選択された基準部材からの距離を検出するようにそれぞれ構成され、前記走査方向における前記プローブの異なる位置に設けられた複数の検出部とを用いて、前記被検面の形状を計測する計測方法であって、
前記プローブを走査しながら、前記複数の検出部による検出結果のうち少なくとも１つに基づいて前記プローブの位置情報を求めることにより、前記被検面の形状情報を得る工程を含み、
前記工程では、前記走査方向における前記プローブの走査範囲が区分けされた複数の範囲のうち前記プローブが配置された範囲に応じて、前記複数の検出部による検出結果のうち前記位置情報を求める際に用いる検出結果を変更し、
前記複数の検出部の各々について選択された基準部材の組み合わせは、前記複数の範囲において互いに異なる、ことを特徴とする計測方法。