JPH04299206A - 超高精度三次元測定機 - Google Patents
超高精度三次元測定機Info
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
超LSIの寸法等を測定する為に必要な、0.1μmか
ら0.01μmの高精度で測定可能な、超高精度三次元
測定機に関する。
精度が必要な場合には、従来から、測定用スケール設定
手段及び測定手段として、レーザ及び光干渉を利用した
各種の光学システムが使用されている。例えば、測定用
スケール設定手段としてはレーザが使用され、測定手段
としては光干渉計が使用されている。これらの測定用ス
ケール設定手段及び測定手段は、そのもの自体の測定精
度は、充分に、前記の0.1μmから0.01μm程度
の測定精度を満足する。しかし、測定用スケール設定手
段及び測定手段を取り付けた測定機の機構側に問題点が
あり、例えば、前記測定用スケール設定手段及び測定手
段をX、Y、Z軸方向に移動させる場合の真直度を1μ
m以下にすることが困難であること、測定機の機械的歪
の影響を除去できないこと等のために誤差が生じ、これ
らの誤差の補正をしないと、測定用スケール設定手段及
び測定手段が有する優れた測定精度を充分に生かしきれ
ないという問題点があった。
明する。上記の測定機の機構に起因する、移動の真直度
不足と機械的歪の影響を除去する従来例として、特開平
1−77595号、特開昭60−148715号がある
。これら従来例において使用されている技術を説明する
と次のようになる。
成を示す側面図ある。図において、定盤31上に、X−
Y軸基準平面ミラー36が固定されている。定盤31上
に設けられた支持台34が、前記X−Y軸基準平面ミラ
ー36の上方に被測定物35を支持している。架台32
は自らX−Y軸方向に移動すると共に、Z軸方向に移動
するZ軸移動台33を上下方向に移動可能に支持してい
る。図示していないが、架台32及びZ軸移動台33上
には、測定用スケール設定手段及び測定手段と、各種ミ
ラー、プリズム、偏光板が設けられ、これらによって、
Z軸移動台33上の特定点(図示せず)と被測定物35
との距離Z3 及び、架台32上の特定点(図示せず)
とX−Y軸基準平面ミラー36との距離Z4 とが測定
される。
けたZ軸移動台33上にある測定手段(図示せず)を、
被測定物35の上方に位置させる。この位置で測定した
Z3 とZ4 とを夫々Z30、Z40とする。そして
、Z30−Z40を被測定物35の形状測定の原点のZ
座標値とする。このZ30−Z40は、機械的移動の真
直度不足の影響を除去することができるので(真直度不
足によるZ軸方向の誤差は、Z30とZ40に夫々プラ
ス、マイナス逆方向に作用するので、Z30−Z40に
おいては、この誤差が打ち消される。)、被測定物35
の形状測定の原点のZ座標値をX−Y軸基準平面ミラー
36を基準にして、機械的移動の真直度不足の影響を除
去して、測定できる。従って、架台32とZ軸移動台3
3に発生する機械的歪を無視できれば、前記原点のZ座
標値を測定用スケール設定手段及び測定手段に固有の高
精度で測定できる。
にある測定手段(図示せず)をX−Y軸方向に移動して
、Z3 、Z4 を測定すれば、Z3 −Z4 が、そ
のX−Y位置で被測定物35のZ座標値となる。
標値が、測定用スケール設定手段及び測定手段に固有の
高精度で測定できるためには、架台32とZ軸移動台3
3に発生する機械的歪が必要測定精度に比較して充分に
小さく無視できることが必要である。
、X−Y軸基準平面ミラー36が、被測定物35の下側
にあるので、架台32及び、架台32上の測定用スケー
ル設定手段及び測定手段と、各種ミラー、プリズム、偏
光板等の光学システム、即ち、測定機構全体が、被測定
物35の上側から側面を通って下側まで回っている。
被測定物35のX−Y−Z軸方向の移動量を大きくする
と、前記測定機構全体が大きくなる。測定機構全体が大
きくなると、撓みや振動が生じ易くなり、又、X−Y軸
基準平面ミラー36上に光を垂直に当てることが困難に
なり、測定誤差が大きくなる。
要測定精度が得られる範囲内に保つために、測定機構全
体の大きさに制限があり、図5に示すように、測定機構
全体に取り囲まれている形の、被測定物35を固定する
スペースとX−Y−Z軸方向の移動測定範囲に制限が生
じ、小型の被測定物しか測定できない。例えば、100
mm以上の被測定物を精度を落とさずに測定することは
困難であった。
有する、X−Y軸基準平面ミラーが、被測定物の下側に
あるので、架台及び、架台上の測定用スケール設定手段
及び測定手段と、各種ミラー、プリズム、偏光板等の光
学システムからなる測定機構全体が、被測定物の上側か
ら側面を通って下側まで回っているため、被測定物を固
定するスペースとX−Y−Z軸方向の移動測定範囲に制
限が生じるという問題点を解決することをその課題とし
ている。
解決するために、定盤上に、X軸方向又はX−Y軸方向
に水平移動する架台を設け、この架台に、X軸方向又は
X−Y軸方向に垂直なZ軸方向に上下移動するZ軸移動
台を設け、前記定盤上に固定された被測定物の被測定面
とその上方に位置するZ軸移動台上の特定点との距離Z
1 を測定する測定手段を設け、前記定盤上に固定され
た支持体に、Z軸に垂直なX−Y軸基準面を前記Z軸移
動台の上方に設け、前記X−Y軸基準面とその下方に位
置するZ軸移動台上の特定点との距離Z2 を測定する
測定手段を設け、前記被測定物のXY軸方向の各測定点
に対する前記距離Z1 と前記距離Z2 の各データに
基いて前記被測定物の形状を測定することを特徴とする
。
面と、Y軸に垂直なZ−X軸基準面の少なくとも一方を
設け、Z軸移動台上又は架台上の特定点から前記Y−Z
軸基準面までの距離X1 を測定する測定手段と、Z軸
移動台上又は架台上の特定点から前記Z−X軸基準面ま
での距離Y1 を測定する測定手段の少なくとも一方を
Z軸移動台又は架台上に設けることが好適である。
面と、Y軸に垂直なZ−X軸基準面の少なくとも一方を
設け、Z軸移動台上の特定点から架台上の特定点までの
距離X2 を測定する測定手段と、架台上の特定点から
前記Y−Z軸基準面までの距離X3 を測定する測定手
段との組合せと、Z軸移動台上の特定点から架台上の特
定点までの距離Y2 を測定する測定手段と、架台上の
特定点から前記Z−X軸基準面までの距離Y3 を測定
する測定手段との組合せの少なくとも一方を設け、前記
距離X2 と前記距離X3 の各データに基づいて前記
被測定点のX座標値Xを求める手段と、前記距離Y2
と前記距離Y3 の各データに基づいて前記被測定点の
Y座標値Yを求める手段の少なくとも一方を設けること
が好適である。
、定盤上に固定された支持体を介して、前記Z軸移動台
の上方に、Z軸に垂直なX−Y軸基準面を設けているの
で、スペース的に、大型の被測定物を固定し、測定手段
Z1 を設けたZ軸移動台を、X−Y−Z軸方向に大き
く移動できる余地を確保しながら、架台及び、架台上の
測定用スケール設定手段及び測定手段と、各種ミラー、
プリズム、偏光板等の光学システムの配置をコンパクト
にして、この架台及び光学システムを撓みや振動がなく
、且つ、X−Y軸基準平面ミラー上に光を垂直に当てる
構造にすることが容易である。
はX−Y軸方向に水平移動する架台を設け、この架台に
、X軸方向又はX−Y軸方向に垂直なZ軸方向に上下移
動するZ軸移動台を設け、前記定盤上に固定された被測
定物の被測定面とその上方に位置するZ軸移動台上の特
定点との距離Z1 を測定する測定手段を設け、前記定
盤上に固定された支持体に、Z軸に垂直なX−Y軸基準
面を前記Z軸移動台の上方に設け、前記X−Y軸基準面
とその下方に位置するZ軸移動台上の特定点との距離Z
2 を測定する測定手段を設け、前記被測定物のXY軸
方向の各測定点に対する前記距離Z1 と前記距離Z2
の各データに基いて前記被測定物の形状を測定するこ
とによって、従来技術では測定できなかった大型の被測
定物についても、歪による測定誤差がなく、且つ、Z軸
方向の機械的移動の真直度不足の影響を除去した測定を
することができる。
、Y軸方向についても機械的移動の真直度不足の影響を
除去することができる。
2は、図1のZ軸方向の真直性誤差補正の原理図である
。
が設けられる。XYテーブル2上に架台3を設ける。架
台3上に、発信周波数安定化He −Ne ゼーマンレ
ーザからなる測定用スケール設定手段4と、垂直方向に
上下移動するZ軸移動台5と、干渉計とレンズを含む光
学系からなる測定手段Z1 61 及び測定手段Z2
62 と、各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学シス
テムとを設ける。更に、定盤1上に、支持体8を設け、
この支持体8を介して、前記Z軸移動台5の上方に、水
平ミラーをX−Y軸基準面9として設ける。そして、被
測定物7は、定盤1上の、前記測定手段Z1 61 の
下方に位置する場所に固定する。
ず、発信周波数安定化He −Ne ゼーマンレーザか
らなる測定用スケール設定手段から、周波数F1 の測
定光と、周波数F2 の参照光とを発信する。測定光F
1 と参照光F2 の周波数の差は、数百KHzから数
MHz程度で、互いに垂直な直線偏光になっている。前
記各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムによ
って、周波数F1 の測定光F1 と、周波数F2 の
参照光F2 とが分離される。
ム、偏光板等の光学システムによって、2つに分けられ
、その1つは、前記Z軸移動台5上に設けられた前記測
定手段Z1 61 のレンズによって、前記被測定物7
上に集光され、反射されて、架台3上に設けた前記測定
手段Z2 62 に入射する。他の1つは、前記各種ミ
ラー、プリズム、偏光板等の光学システムによって、直
接、架台3上に設けた前記測定手段Z2 62 に入射
する。この測定手段Z2 62 は、内蔵している干渉
計によって、これら2つの測定光F1 から前記被測定
物の被測定点と前記Z軸移動台5上の特定点Z1 (図
示せず)との距離Z1 を測定する。参照光F2 は前
記各種ミラー、プリズムによって、2つに分けられ、そ
の一方の参照光F2 が、前記各種ミラー、プリズム、
偏光板等の光学システムによって前記X−Y軸基準面9
のミラー上に集光され、反射され、前記各種ミラー、プ
リズム、偏光板等の光学システムによって前記測定手段
Z2 62 に集光されると共に、他方の参照光F2
が前記各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システム
によって、直接、前記測定手段Z2 62 に集光され
、前記測定手段Z2 62 に内蔵されている干渉計に
よって前記X−Y軸基準面9と、前記Z軸移動台5上に
あると共に、前記特定点Z1 (図示せず)とのZ軸方
向の距離が特定できる特定点Z2 との距離Z2 が測
定される。
定め、この原点と前記Z軸移動台5上の特定点Z1 (
図示せず)との距離Z10と、そのときの、前記X−Y
軸基準面と、前記Z軸移動台5上にあると共に、前記特
定点Z1 (図示せず)とのZ軸方向の距離が特定でき
る特定点Z2 との距離Z20とを測定し、距離Z10
と距離Z20との和を前記原点のZ座標値Z0 とす
る。
れた前記測定手段Z1 61 をX−Y方向に移動して
、被測定点のZ座標値Z1 と、X−Y軸基準面のZ座
標値Z2 とを測定し、加算手段(図示せず)によって
その被測定点のX−Y軸基準面に対するZ座標値Z1
+Z2 を求める。この場合、測定光F1 は、前記被
測定物7の厚さの変化と、前記測定手段Z1 61 の
X−Y方向の移動の真直度の誤差との和に応じて測定光
F1 の光路長が変化するためのドプラーシフトによっ
て周波数が変化し、測定光F1 の反射光の周波数はF
1 +Δとなる。一方、参照光F2 はX−Y軸基準面
9のミラーから反射するので、X−Y軸基準面9のミラ
ーの10nm以内の面精度による光路長の変化と、前記
測定手段Z2 62 のX−Y方向の移動の真直度の誤
差との和に応じて参照光F2 の光路長が変化するため
のドプラーシフトによって周波数が変化し、参照光F2
の反射光の周波数はF2 +δとなる。
定手段Z161 で測定された被測定点のZ座標値Z1
と、反射光F2 +δによって前記測定手段Z2 6
2 で測定されたX−Y軸基準面のZ座標値Z2 には
、図2から明らかなように、X−Y方向の移動真直度不
足による誤差が夫々プラス、マイナス逆方向に作用して
いるので、前記被測定点のZ座標値Z1 と前記X−Y
軸基準面9のZ座標値Z2 との和では、この真直度不
足の誤差が打ち消されている。
手段Z1 61 と測定手段Z2 62 のZ軸方向の
移動の真直度不足による誤差を補正することができる。
ブル2の移動は、移動真直度50nm以下のエアースラ
イドを使用している。従って、X−Y軸方向の測定誤差
は充分小さい。
いので、X−Y軸方向の移動に、軽いクロスローラガイ
ドを使用することもできる。この場合、クロスローラガ
イドは移動真直度が不足する。本発明の第2の実施例は
、この移動真直度不足を補正している。
、更に、本発明の第2の実施例の構成を示す斜視図であ
る。図において、定盤1上に、Y−Z軸基準面10と、
Z−X軸基準面11と、測定手段X1 6X と、測定
手段Y1 6Y とを設ける。本発明の第2の実施例の
動作を説明する。本発明の第1の実施例の場合と同様に
して、測定用スケール設定手段4からの測定光F1 と
参照光F2 を使用して、Y−Z軸基準面10と測定手
段X1 6X と各種ミラー、プリズム、偏光板等の光
学システムによって、被測定物7の被測定点のX座標値
Xを測定し、Z−X軸基準面11と測定手段Y1 6Y
と各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムに
よって、被測定物7の被測定点のY座標値Yを測定する
ことができる。
成を示す側面図である。図には、X座標値の測定精度を
向上するための構成のみを示しているが、Y座標値につ
いても同様である。図において、1は定盤、3はX−Y
軸方向に移動する架台、5は垂直方向に上下移動するZ
軸移動台、61 は測定手段Z1 、7は被測定物、1
0、12はY−Z軸基準面である。架台3上には、図示
していないが、測定用スケール設定手段と、各種ミラー
、プリズム、偏光板等の光学システムと、2個のX軸方
向の距離測定手段と、2個のY軸方向の距離測定手段と
、X座標値の加算又は減手段と、Y座標値の加算又は減
手段とが設けられている。
例の場合と同様にして、Y−Z軸基準面10と架台3上
の特定点(図示せず)との距離X2 と、Y−Z軸基準
面12と架台3上の特定点(図示せず)との距離X3
とが測定され、X2 とX3 との和Xが求められる。 この和Xは、被測定物の被測定点のY−Z軸基準面12
に対するX座標値で、X−Y軸方向に移動する架台3の
移動真直度不足による誤差は、図1の本発明の第1の実
施例のZ軸方向の移動真直度不足による誤差の補正と同
様にして、補正されている。
例の場合と同様にして、Y−Z軸基準面10と架台3上
の特定点(図示せず)との距離X2 と、Y−Z軸基準
面12と架台3上の特定点(図示せず)との距離X3
とが測定され、X2 とX3 との差Xが求められる。 この差Xは、被測定物の被測定点のY−Z軸基準面12
に対するX座標値で、X−Y軸方向に移動する架台3の
移動真直度不足による誤差は、図1の本発明の第1の実
施例のZ軸方向の移動真直度不足による誤差の補正と同
様にして、補正されている。Y座標値については、X座
標値と同様なので、説明を省略する。
様が可能である。例えば、測定用スケール設定手段と測
定手段は、本実施例の光学システムに限らず、例えば、
マイクロメータのような機械的な測定用スケール設定手
段と測定手段でも良く、又、その設置場所も自由である
。各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムは自
由に設計できる。各種の機械的構造も自由に設計できる
。
機の構造が、被測定物の設置スペースと被測定物のX−
Y−Z方向の測定移動スペースを大きくすると、歪が起
こり易い構造なので、この歪による誤差を避けるために
、被測定物の設置スペースと被測定物のX−Y−Z方向
の測定移動スペースに制限があり、例えば100mm以
上の被測定物を測定できないという問題点があったのに
対して、請求項1に記載の本発明の超高精度三次元測定
機は、測定機を、被測定物の設置スペースと被測定物の
X−Y−Z方向の測定移動スペースを大きくしても、歪
が起こり難い構造にすることによって、被測定物の設置
スペースと被測定物のX−Y−Z方向の測定移動スペー
スを充分に確保することができ、100mm以上の大き
な被測定物の測定を可能にするという効果を奏する。
測定機は、請求項1に記載の本発明の超高精度三次元測
定機の効果に加えて、X−Y軸方向の座標値をZ座標値
の測定と同じ光学的手段で測定することによって、X座
標値とY座標値の測定精度を向上させることができると
いう効果を奏する。
測定機は、請求項1に記載の本発明の超高精度三次元測
定機の効果に加えて、X−Y軸方向の座標値の測定に、
請求項1に記載の本発明の超高精度三次元測定機のZ座
標値の測定における、Z軸方向の移動の真直度不足によ
る誤差の補正手段を採用することによって、X−Y軸方
向の座標値の測定における、X−Y軸方向の真直度不足
による誤差を補正できるという効果を奏する。
視図である。
る。
る。
る。
図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 定盤上に、X軸方向又はX−Y軸方向
に水平移動する架台を設け、この架台に、X軸方向又は
X−Y軸方向に垂直なZ軸方向に上下移動するZ軸移動
台を設け、前記定盤上に固定された被測定物の被測定面
とその上方に位置するZ軸移動台上の特定点との距離Z
1 を測定する測定手段を設け、前記定盤上に固定され
た支持体に、Z軸に垂直なX−Y軸基準面を前記Z軸移
動台の上方に設け、前記X−Y軸基準面とその下方に位
置するZ軸移動台上の特定点との距離Z2 を測定する
測定手段を設け、前記被測定物のXY軸方向の各測定点
に対する前記距離Z1 と前記距離Z2 の各データに
基いて前記被測定物の形状を測定することを特徴とする
超高精度三次元測定機。 - 【請求項2】 定盤上に、X軸に垂直なY−Z軸基準
面と、Y軸に垂直なZ−X軸基準面の少なくとも一方を
設け、Z軸移動台上又は架台上の特定点から前記Y−Z
軸基準面までの距離X1 を測定する測定手段と、Z軸
移動台上又は架台上の特定点から前記Z−X軸基準面ま
での距離Y1 を測定する測定手段の少なくとも一方を
Z軸移動台又は架台上に設けた請求項1に記載の超高精
度三次元測定機。 - 【請求項3】 定盤上に、X軸に垂直なY−Z軸基準
面と、Y軸に垂直なZ−X軸基準面の少なくとも一方を
設け、Z軸移動台上の特定点から架台上の特定点までの
距離X2 を測定する測定手段と、架台上の特定点から
前記Y−Z軸基準面までの距離X3 を測定する測定手
段との組合せと、Z軸移動台上の特定点から架台上の特
定点までの距離Y2 を測定する測定手段と、架台上の
特定点から前記Z−X軸基準面までの距離Y3 を測定
する測定手段との組合せの少なくとも一方を設け、前記
距離X2 と前記距離X3 の各データに基づいて前記
被測定点のX座標値Xを求める手段と、前記距離Y2
と前記距離Y3 の各データに基づいて前記被測定点の
Y座標値Yを求める手段の少なくとも一方を設けた請求
項1に記載の超高精度三次元測定機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3064327A JP3046635B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 超高精度三次元測定機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3064327A JP3046635B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 超高精度三次元測定機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04299206A true JPH04299206A (ja) | 1992-10-22 |
JP3046635B2 JP3046635B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=13255033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3064327A Expired - Lifetime JP3046635B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 超高精度三次元測定機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3046635B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6763319B2 (en) | 2001-06-04 | 2004-07-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Profilometer and method for measuring, and method for manufacturing object of surface profiling |
JP2012511158A (ja) * | 2008-12-08 | 2012-05-17 | アイメック | 物体の表面形状を決定するための方法および装置 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4291849B2 (ja) | 2006-12-20 | 2009-07-08 | パナソニック株式会社 | 三次元測定プローブ |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP3064327A patent/JP3046635B2/ja not_active Expired - Lifetime
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---|---|---|---|---|
US6763319B2 (en) | 2001-06-04 | 2004-07-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Profilometer and method for measuring, and method for manufacturing object of surface profiling |
JP2012511158A (ja) * | 2008-12-08 | 2012-05-17 | アイメック | 物体の表面形状を決定するための方法および装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3046635B2 (ja) | 2000-05-29 |
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