JPH02253108A - 非接触形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、非接触形状測定装置に関するものであり、半
導体や光学レンズ、高精度金型、プラスチック成型品等
の形状測定分野において用いられるものである。

［従来の技術］ 従来、表面形状を精度良く測定するためには、電子顕微
鏡が広く用いられている。これは測定面に電子線を照射
して、その照射点から発生する２次電子又は反射電子に
より像を形成する装置であるが、２次電子又は反射電子
の発生効率を高めるために、非導電体であれば表面に金
などを蒸着する必要がある。したがって、測定そのもの
は非接触的であっても、表面に金を蒸着するということ
は破壊検査を行うことになる。また、表面粗さ測定の分
野においては、触針を用いた表面粗さ計が広く用いられ
ている。この測定方法では、精度的にはナノメートルオ
ーダーの測定も可能であるが、触針を用いて表面を引っ
かきながら測定するため電子顕微鏡の場合と同じく破壊
測定となる。

そこで、最近では、三角測量の理論を用いた高精度の光
学式変位計が開発されており、高精度の金型、光学レン
ズ、半導体ウェハー等の表面形状を測定するために使用
されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、光学式変位計においては、測定精度は極めて
高くサブミクロンオーダーであるが、測定範囲が狭いと
いう問題がある。そこで、試料をＸＹ子テーブル上固定
し、Ｚテーブル上に光学式変位計を装着し、Ｚ軸方向に
光学式変位計を移動させることにより、測定範囲を拡大
することが考えられる。しかしながら、Ｚテーブルに光
学式変位計を装着する方式においては、２テーブルのス
ケール精度が１μＩ１１程度と低く、光学式変位計のザ
ブミクロン精度に対応てきないという問題がある。さら
に、Ｚテーブルの位置制御やＺチーフルへのスケール設
置を必要とするために、高価なシステムとなるという問
題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、非接触て且つ高精度を保ちつつ
広い測定範囲を確保できる非接触形状測定装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る非接触形状測定装置にあっては、上記の課
題を解決するために、第１図に示すように、被測定物Ｓ
を平面内て移動させるＸＹチーフル１と、前記平面とは
垂直方向に移動可能なＺデープル２と、Ｘ）ｌテーブル
１上に配される校正用段差サンプル３と、ｌテーブル２
上に配される光学式変位計４とを備えることを特徴とす
るものである。

［作用］ 本発明にあっては、このように、ＸＹ子テーブル上に校
正用段差サンプル３を配したので、Ｚチーフル２にスケ
ールを設けなくても、ｌテーブル２上に配された光学式
変位計４によって２チーフル２の位置を高い精度て知る
ことかてきる。したかって、Ｚチーフル２の位置制御に
高い精度が要求されることはなく、また、Ｚテーブル２
に高価なスケールを設ける必要かない。

「実施例」 第１図は本発明の一実施例の斜視図である。図中、１は
ＸＹ子テーブルあり、被測定物ＳをＸＹ平面内で移動さ
せる。ＸＹチーフル１の上には被測定ｅＡＳの他に、校
正用の段差サンプル３を設置している。２はＺチーフル
てあり、光学式変位計４をＸＹ平面とは垂直なＺ軸方向
について移動自在としている。光学式変位計４は、例え
はレーザー光線によるスボッ）へ光を被測定物Ｓに投射
し、その反射光の入射角度に基づいて被測定物Ｓまての
距離を三角測量の原理に基づいて測定する装置である。

測定に際しては、光学式変位計４は被測定物Ｓと校正用
段差→ノーンプル３の間を往復しながら、被測定物Ｓの
表面を全面に亘って測定することとなる。したかって、
χＹチーフル１の動的真直度はＸＹ平面内での測定精度
以下にする必要がある。

一方、Ｚテーブル２の精度はＺ軸方向の測定精度よりも
低くても構わない。本実施例では、ＸＹ子テーブルとし
て、二重に重ねたチーフルではなく、本体プレート５の
上に配された１枚のＸＹテーブル］を用いており、この
ＸＹ子テーブルを本体プレー１〜５の」二てＸ軸方向及
びＹ軸方向にスライ１へ自在とし、Ｘ軸方向駆動用のパ
ルスモータ６とＹ軸方向１５区動用のパルスモータ７に
より、それぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動可能として
いる。Ｚテーブルは、Ｚ軸方向駆動用のパルスモータ８
によりＺ軸方向に駆動可能とされており、本体プレート
５に立設された支柱９に支持されている。

Ｚ軸方向の測定精度は、Ｚテーブル２の位置決め精度と
は無関係に、段差ザンプル３の加工精度と、光学式変位
計４の測定精度に応じて決定される。段差サンプル３は
予め底面からの高さが分かっている複数面の段から構成
されている６たたし、底面からの高さは、精度良く分か
っていさえずれば半端な値であっても構わない。さらに
、各段の段差は光学式変位計４の測定可能な長さ以下の
段差であれは良く、一定の間隔である必要はない。

このような段差ザンプル３は、Ｚチーフル２にスケール
を付けて、それを読み取る装置に比べると遥かに安価で
あるのて、全体として安価なシステムを実現てきる。ま
た、本発明では、Ｚ軸方向の位置決めは厳密に行う必要
はなく、オープンループ制御で行えるので、フィードバ
ック制御で厳密な位置決めを必要とする従来例に比べる
と、測定時間か短くなる。

第２図は本実施例に用いる測定回路のフロック図である
。図中、１０は測定動作を制御するためのＣＰＵであり
、測定動作のプログラムを記憶したＲＯＭと、測定に要
するテークを一時記憶するなめのＲＡＭを含む。１１は
変位計コントローラであり、光学式変位計４を制御する
と共に、アナログ的に得られる変位出力をデジタル信号
に変換して、ＣＰ　Ｕ　］、　Ｏに供給する。１２はパ
ルスモータドライバーであり、ｘ　、ｙ　、ｚの各軸方
向の駆動用パルスモータ６．７．８を駆動する。１３は
ドライバーコントローラであり、ＣＰＵｌ０からの指令
に応して、パルスモータドライバー１２に各パルスモー
タ６．７．８の駆動信号を与える。

以下、本実施例の動作について説明する。まず、最初に
測定しようとする面積をＣＰＵｌ０に指示する。次に、
ｘＹ子テーブルにより測定スポットのスキャニングを行
う。スキャニングの途中で対象としている被測定物Ｓの
Ｚ軸方向の高さが変化した場合、例えば、光学式変位計
４の出力がフルスケールに対して±８０％程度変化した
ときには、段差の更新を行う。

まず、段差サンプル３のいずれがの段面上て光学式変位
計４の出力が０（μｍ）となるように、Ｚテーブル２を
移動させる。ただし、校正時に光学式変位計４の出力は
厳密に０（μｍ）となる必要はなく、はぼ０（μｍ）と
なるように位置決めすれば良い。現在基準面として採用
している段面の高さをａ（μｍ）、校正時の光学式変位
計４の出力をｂ（μｌ１１）、測定時の光学式変位計４
の出力をＸ（μｍ）とすると、測定点の高さｈは、 ｈ−ａ−ｂ＋×（μ１１１） となる。なお、段差サンプル３の最も低い段面はＸＹ子
テーブルの表面とするので、高さａの初期値はＯ（μｍ
）とする。そして、スキャニング中に光学式変位計４の
出力がフルスケールに対して±８０％を越えたときは、
ＣＰＵｌ０の内蔵ＲＡＭに現在の測定位置を（Ｘ、Ｙ）
座標として記憶し、現時点で採用している段面に戻り、
光学式変位計４の出力に基づいて、次に採用するべき段
面が上か下かを判定し、その段面上に移動し、前記定数
ａ、ｂを決定する。次に、元の測定位置まで戻り、スキ
ャニングを続ける。このようにして、全面積に亘ってＺ
軸方向の高さを、校正用段差サンプル３の各段面を基準
として測定することにより、広い測定範囲に亘って、高
い精度で三次元的表面形状を非接触的に測定することが
できる。

なお、光学式変位計は光学的に変位を検出できる装置で
あれば良く、三角測量の原理に限らず、光の干渉の原理
を用いる装置であっても良い。

［発明の効果］ 本発明によれば、光学式変位計をＺテーブル上に配した
ので、Ｚ軸方向についての測定範囲が広くなるという効
果があり、また、ＸＹ子テーブル上校正用段差サンプル
を配したので、Ｚテーブルの位置決め精度は要求されな
いという利点があり、安価なシステムを実現できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は同上に用
いる測定回路のブロック図である。 １はＸＹ子テーブル２は２テーブル、３は段差サンプル
、４は光学式変位計である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物を平面内で移動させるＸＹテーブルと、
   前記平面とは垂直方向に移動可能なＺテーブルと、ＸＹ
   テーブル上に配される校正用段差サンプルと、Ｚテーブ
   ル上に配される光学式変位計とを備える非接触形状測定
   装置。