形状測定方法およびその装置

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【発明の名称】	形状測定方法およびその装置
【発明者】	【氏名】半田宏治【氏名】竹内博之【氏名】久保圭司【氏名】吉住恵一
【要約】	【課題】比較的大径の測定物の測定データにピッチング誤差に起因して含まれる座標ずれを正確に補正して、高精度測定を行うことのできる形状測定方法およびその装置を提供する。【解決手段】Ｘ，Ｙステージ１１，１２のピッチング特性に基づくピッチング補正テーブル１８を作成する処理工程と、測定用プローブ２を測定面１ａに対し走査して相対座標系の形状測定データを取得する処理工程と相対座標系の形状測定データを絶対座標系に変換する処理工程と、絶対座標系の形状測定データの座標値を前記ピッチング補正テーブルに基づき補正する処理工程と、補正した形状測定データから測定面の設計データを差し引いた形状誤差データを算出する手段とを備えている。

【特許請求の範囲】
【請求項１】Ｘ，Ｙステージのピッチング特性を測定して、そのピッチング特性に基づきピッチング補正テーブルを作成する処理工程と、測定用プローブを測定物の測定面に対し走査することにより、測定面形状から求められる測定基準位置を測定原点とした相対座標系の形状測定データを取得する処理工程と、前記相対座標系の形状測定データを、前記Ｘ，Ｙステージの機械原点からのオフセット値に基づき前記機械原点を基準とする絶対座標系に変換する処理工程と、前記絶対座標系の形状測定データの座標値を、前記ピッチング補正テーブルに基づき補正する処理工程と、補正した前記形状測定データから前記測定面の設計データを差し引いた形状誤差データを算出する手段とを備えていることを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】ピッチング補正テーブルに基づき補正した形状測定データを再び相対座標系に変換したのち、その形状測定データを、座標軸が設計データの座標軸とほぼ一致するよう座標変換するようにした請求項１に記載の形状測定方法。
【請求項３】測定物の面形状に追従して形状測定データを習得する測定用プローブと、前記測定物に対して前記測定用プローブを相対的に並進移動させる並進移動手段と、前記測定プローブの位置情報をある基準点からの位置として検出するプローブ位置検出手段と、前記並進移動手段のピッチングデータの傾きに係数を乗算して前記測定用プローブの位置情報を補正するプローブ位置情報補正手段とを備えていることを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】測定物の面形状に追従して形状測定データを習得する測定用プローブと、前記測定物に対して前記測定用プローブを相対的に並進移動させる並進移動手段と、前記測定プローブの位置情報をある基準点からの位置として検出するプローブ位置検出手段と、並進移動させたときの前記測定用プローブの傾きを直接的に測定する角度測定装置と、前記角度測定装置により得られた前記測定用プローブの傾きに係数を乗算して前記測定用プローブの位置情報を補正するプローブ位置情報補正手段とを備えていることを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】並進移動手段は、測定物に対し測定用プローブを互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３方向にそれぞれ相対的に移動させる３種の移動制御部からなるとともに、少なくとも２つの前記移動制御部にこれらの原点位置を検出するセンサを備えている請求項３または４に記載の形状測定装置。
【請求項６】プローブ位置検出手段は、レーザ測長光学系および基準ミラーを備えて構成されている請求項３～５の何れかに記載の形状測定装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定物の測定面上で測定用プローブをＸ，Ｙ軸方向に走査することにより、測定用プローブのＸＹ座標位置でのＺ座標データの列を求め、このＺ座標データの列に基づいて測定面の三次元形状を測定する方法およびその装置に関し、特に、半導体露光用ステッパーレンズなどのように比較的大径の測定物の面形状を数10ｎｍ以下の高い測定精度で測定する場合などに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】本件出願人が先に提案した高精度三次元測定装置（特開平4-299206号公報参照）は、測定面上を50ｍｇ以下の弱い測定圧のプローブをＸ，Ｙ軸方向に走査することにより、プローブのＸＹ座標位置でのＺ座標データの列を求め、測定面の形状が設計式からどれだけずれているかを、このＺ座標データの列から直接的に測定するものである。具体的には、測定対象であるレンズやミラーの表面形状は、一般式でＺ＝ｆ（Ｘ，Ｙ）という設計式で表され、測定点のＸＹ座標における測定値からこの設計式の値を差し引いた形状誤差データを算出して、その形状誤差データに基づいて測定物の良否を評価している。ここで、測定圧を50ｍｇ以下としたのは、10ｎｍ程度の超高精度測定が必要であり、測定面に傷をつけてはいけないからである。
【０００３】非球面レンズなどの三次元形状を50ｎｍ以下の超高精度で測定できる超高精度三次元測定装置は、例えば、図２に示すような構造を備えている。すなわち、この超高精度三次元測定装置は、測定用プローブ２が、測定物１の測定面１ａ上に沿って走査されることにより、50ｍｇ以下の測定圧で測定面１ａに追従しながら測定面１ａの表面形状に応じてＺ軸方向に駆動される。レーザ測長光学系３は、測定用プローブ２などと共に移動体４上に固定的に設けられて、周知の光干渉法によりＺ参照ミラー７を基準とした測定用プローブ２のＺ座標を測長する。同様に、レーザ測長光学系３は、Ｘ参照ミラー８およびＹ参照ミラー９をそれぞれ基準とした測定用プローブ２のＸ座標およびＹ座標を測長する。
【０００４】上記のＸ参照ミラー８、Ｙ参照ミラー９およびＺ参照ミラー７は、支持部を介して石定盤１０上に固定されている。Ｘステージ１１およびＹステージ１２は、移動体４をＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる。以上の構成により、測定用プローブ２は測定物１の測定面１ａの表面形状に追従しながらＸ，Ｙ軸方向に走査されて、測定用プローブ２のＸＹ座標位置でのＺ座標データの列を求め、このＺ座標データの列に基づいて測定面１ａの形状測定を行う。
【０００５】上記の高精度三次元測定装置を用いてレンズなどの測定物１の測定面１ａの表面形状を測定する場合には、一般に以下のような手順で行われる。すなわち、図５（ａ）に示すように、予め測定用プローブ２を測定面１ａ上の形状に沿ってＺ軸方向に追従させながら、Ｘ軸走査１３およびＹ軸走査１４を行って、測定面１ａの中心座標を、例えば特開平2-254307号公報に記載されている方法で求め、その求めた中心座標が測定原点となるようにＸ，ＹおよびＺの各座標値をゼロリセットする。そののちに、測定用プローブ２を測定物１の測定面１ａの表面形状に追従させながら、図５（ｂ）に示すような面走査１７を実行して、測定面１ａの三次元形状の測定を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記超高精度三次元測定装置では、Ｘステージ１１およびＹステージ１２の上部に、移動体４やレーザ測長光学系３などの合計重量が100 ｋｇ程度にもなる重量物が、Ｘステージ１１およびＹステージ１２から側方にはみ出した状態で搭載されているため、Ｘステージ１１およびＹステージ１２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動する際に、移動方向に向かって波状に揺れながら移動する、いわゆるピッチングが生じる。このＸステージ１１およびＹステージ１２のピッチング特性は、これら単体においてピッチング誤差（理想直進特性に対する誤差）が±１μｍ／200 ｍｍ以下の機械特性上の限界に近い値にまで抑制されている。
【０００７】しかしながら、Ｘステージ１１およびＹステージ１２を超高精度三次元測定装置に組み込んで測定用プローブ２をＸ，Ｙ軸方向に移動制御する際には、特にＹステージ１２のピッチング特性が、図６のＹ軸ピッチング特性曲線Ｃ_Yに示すように、そのＹ軸ピッチング誤差Ｅ_Yが±３μｍ／200 ｍｍ程度となるまで悪化してしまう。これは、図２に示すように、移動体４がＹステージ１２に対しＹ軸方向の両側方に大きくはみ出しているためである。これに対し、Ｘステージ１１のピッチング特性は、移動体４がＸステージ１１に対しＸ軸方向にさほどはみ出していないので、図６のＸ軸ピッチング特性曲線Ｃ_Xに示すように、そのＸ軸ピッチング誤差Ｅ_Xが±１μｍ／200 ｍｍ程度に抑えられている。なお、図６は、測定用プローブ２をＺ軸方向に対し固定状態としてＸステージ１１およびＹステージ１２により移動体４を移動させた場合のピッチング特性を示すものであって、横軸は測定原点からの距離を示し、縦軸は測定データの設計式による設計値に対する差を示している。
【０００８】上述のように、Ｘステージ１１およびＹステージ１２が移動体４などの重量物を移動させる際のＸ軸ピッチング特性およびＹ軸ピッチング特性は、比較的大きなピッチング誤差Ｅ_X，Ｅ_Yを含んだものとなるので、特に比較的大径の測定物１を測定する場合には、その測定データにピッチング誤差Ｅ_X，Ｅ_Yに起因する座標ずれが生じてしまい、高精度な測定を行うことができないという課題がある。
【０００９】また、図６に示すように、Ｘ軸ピッチング特性とＹ軸ピッチング特性との間には、各々のピッチング誤差Ｅ_X，Ｅ_Y間にピッチング誤差ずれＥ_XYが存在するので、測定物１が中心軸回りに回転対称形状である場合には、本発明との比較のために示した図３（ｂ）のように、Ｘ軸形状測定データＤ_XとＹ軸形状測定データＤ_Yとが一致しなくなり、これは、特に高精度測定を要求される場合において、それを阻害する大きな要因になっている。なお、後述する図３（ａ）および同（ｂ）の横軸は、測定物１の中心からの測定距離を示し、縦軸は、図５（ａ）に示したＸ軸走査１３とＹ軸走査１４との測定データから測定面１ａの設計データを差し引いた形状誤差Ｚｄを示す。
【００１０】そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、比較的大径の測定物の測定データにピッチング誤差に起因して含まれる座標ずれを正確に補正して、高精度測定を行うことのできる形状測定方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の形状測定方法は、Ｘ，Ｙステージのピッチング特性を測定して、そのピッチング特性に基づきピッチング補正テーブルを作成する処理工程と、測定用プローブを測定物の測定面に対し走査することにより、測定面形状から求められる測定基準位置を測定原点とした相対座標系の形状測定データを取得する処理工程と、前記相対座標系の形状測定データを、前記Ｘ，Ｙステージの機械原点からのオフセット値に基づき前記機械原点を基準とする絶対座標系に変換する処理工程と、前記絶対座標系の形状測定データの座標値を、前記ピッチング補正テーブルに基づき補正する処理工程と、補正した前記形状測定データから前記測定面の設計データを差し引いた形状誤差データを算出する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１２】この形状測定方法では、相対座標系において習得した測定面の形状測定データを絶対座標系に変換することにより、形状変換データを、絶対座標系において得られたピッチング補正テーブルに基づき座標値を補正することができるので、形状変換データにおけるＸ，Ｙ軸上での座標の一致度が大きく向上する結果、比較的大径（φ１００ｍｍ以上）の測定物であっても、高精度な測定を行うことが可能となる。
【００１３】上記形状測定方法において、ピッチング補正テーブルに基づき補正した形状測定データを再び相対座標系に変換したのち、その形状測定データを、座標軸が設計データの座標軸とほぼ一致するよう座標変換することが好ましい。
【００１４】これにより、形状測定データの座標軸が設計データの座標軸とほぼ一致するようになり、測定面の形状測定時の設計式に対する設置ずれの影響を受けない評価が可能となる。
【００１５】また、一発明に係る形状測定装置は、測定物の面形状に追従して形状測定データを習得する測定用プローブと、前記測定物に対して前記測定用プローブを相対的に並進移動させる並進移動手段と、前記測定プローブの位置情報をある基準点からの位置として検出するプローブ位置検出手段と、前記並進移動手段のピッチングデータの傾きに係数を乗算して前記測定用プローブの位置情報を補正するプローブ位置情報補正手段とを備えていることを特徴としている。
【００１６】この形状測定装置では、並進移動手段のピッチングデータの傾きに係数を乗算して測定用プローブの位置情報を補正するので、本発明の形状測定方法を忠実に具現化して、形状測定方法と同様の効果を得ることができる。
【００１７】また、他の発明に係る形状測定装置は、測定物の面形状に追従して形状測定データを習得する測定用プローブと、前記測定物に対して前記測定用プローブを相対的に並進移動させる並進移動手段と、前記測定プローブの位置情報をある基準点からの位置として検出するプローブ位置検出手段と、並進移動させたときの前記測定用プローブの傾きを直接的に測定する角度測定装置と、前記角度測定装置により得られた前記測定用プローブの傾きに係数を乗算して前記測定用プローブの位置情報を補正するプローブ位置情報補正手段とを備えていることを特徴としている。
【００１８】この形状測定装置では、本発明の形状測定方法を忠実に具現化して、形状測定方法と同様の効果を得ることができるのに加えて、並進移動手段自体はピッチングを有するにも拘わらず傾かないで移動し、測定用プローブのみが傾く形状測定装置に適用して、有効にピッチング補正することができる効果を得ることができる。
【００１９】上記各発明の形状測定装置において、並進移動手段は、測定物に対し測定用プローブを互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３方向にそれぞれ相対的に移動させる３種の移動制御部からなるとともに、少なくとも２つの前記移動制御部にこれらの原点位置を検出するセンサを備えている構成とすることができる。これにより、並進移動手段を正確に機械的原点に復帰させて、基準位置を機械原点に一致させた固定的な絶対座標系に基づき測定面の測定を行うことができる。
【００２０】上記各発明の形状測定装置において、プローブ位置検出手段は、レーザ測長光学系および基準ミラーを備えて構成することができる。これにより、既存の形状測定装置にそのまま適用して安価に具現化することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の第１の実施の形態では、図１のフローチャートに示す処理を行うことにより、Ｘ，Ｙステージ１１，１２のピッチング特性を用いて測定用プローブ２の座標値を補正して正確な形状測定データを得ようとするものである。その手段は、例えば、図２に示した超高精度三次元形状測定装置に適用して実施されるので、以下の説明では、図２をも参照することにする。この第１の実施の形態の理解を容易にするために、具体的な手段の説明に先立って、Ｘ，Ｙステージ１１，１２のピッチング誤差Ｅ_X，Ｅ_Yが実際の形状測定データに及ぼす影響について説明する。
【００２２】測定用プローブ２は、Ｘステージ１１（またはＹステージ１２）よってＸ（またはＹ）軸方向へ移動される時に、このＸステージ１１（またはＹステージ１２）のピッチング特性のピッチング誤差Ｅ_X（またはＥ_Y）に起因して、その先端が図７に１点鎖線で示すような軌跡で移動されるとともに、Ｘステージ１１（またはＹステージ１２）がピッチングしながら移動することから、各移動位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４においてそれぞれ図示のように傾きながら移動される。なお、同図の横方向の実線は、レーザ測長光学系３の光軸上に位置する測定用プローブ２の先端によるＸ（またはＹ）軸方向における実際の測長位置、Ｚ軸との交点は測定原点Ｚｏｒｇをそれぞれ示す。
【００２３】測定用プローブ２は上述のように傾きながら移動されるので、例えば、移動位置Ｐ４において測定用プローブ２が実際に測長した測長位置の座標はＸａ（またはＹａ）となる。このＸａ（またはＹａ）の座標の実際の測長位置は、本来ならば測定用プローブ２が移動位置Ｐ３において測長する測長位置であり、測定用プローブ２の実際の移動位置Ｐ４における先端が測定すべき測長位置の座標Ｘｂ（またはＹｂ）に対しΔＸ（またはΔＹ）の測長誤差が生じている。このときのＸ軸形状測定データＤ_XおよびＹ軸形状測定データＤ_Yと設計値Ｚｄとの差との関係は、図８に示すようになる。
【００２４】また、移動位置Ｐ４における測定用プローブ２のＸ（またはＹ）軸方向の傾きをθｘ（またはθｙ）とし、測長位置から測定用プローブ２までの高さをＺｈとすると、Ｘ（またはＹ）軸方向の測長誤差ΔＸ（またはΔＹ）は、つぎの（１）式で表される。
【００２５】（数１）
ΔＸ＝Ｚｈ×θｘ、 ΔＹ＝Ｚｈ×θｙ ……（１）
ここで、実際には、測定用プローブ２のＸ（またはＹ）軸方向の傾きθｘ（またはθｙ）とＸステージ１１（またはＹステージ１２）のピッチング特性のデータ上での傾きとの間に相関があるが、双方の傾きが一致するとは限らない。そこで、Ｘステージ１１（またはＹステージ１２）のピッチング誤差Ｅ_X（またはＥ_Y）に基づき実際の形状測定データを補正するための補正式としては、測定用プローブ２が実際に測定しているＸ（またはＹ）軸上の測長位置の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とすると、形状測定データをピッチング誤差Ｅ_X（またはＥ_Y）に基づき補正した後の座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚ）は、つぎの（２）式で表される。
【００２６】（数２）
Ｘｃ＝Ｘ＋Ｐｘ×（Ｚ－Ｚｏｒｇ）×（ｄＺ／ｄＸ）（０≦Ｐｘ≦１）
Ｙｃ＝Ｙ＋Ｐｙ×（Ｚ－Ｚｏｒｇ）×（ｄＺ／ｄＹ）（０≦Ｐｙ≦１）…（２）
上記（２）式におけるＰｘ，Ｐｙ，Ｚｏｒｇは測定装置に固有のパラメータ（以後、ピッチング補正パラメータという）である。このピッチング補正パラメータＰｘ，Ｐｙ，Ｚｏｒｇは、形状精度が保証されている周知の基準原器などの測定物を測定することにより、予め最適値を求めて設定しておく。レーザ測長光学系３による測定データを上記（２）式によって補正するためには、Ｘステージ１１の傾きθｘ（＝ｄＺ／ｄＸ）およびＹステージ１２の傾きθｙ（ｄＺ／ｄＹ）を予め算出して、ピッチング補正テーブルを作成しておく必要がある。
【００２７】図１は、Ｘ，Ｙステージ１１，１２のピッチング特性を用いて測定用プローブ２の座標値を補正して正確な測定値を得るためのアルゴリズムを示すフローチャートであり、この測定方法は、図２に示すような形状測定装置に適用することにより具現化される。つぎに、本発明の形状測定方法について、図１に基づき説明する。
【００２８】図１において、ステップＳ１～Ｓ３は、測定物１の実際の測定に先立って、上述したピッチング補正テーブルを作成する処理を行っている。すなわち、先ず、測定作業者は、形状測定装置を操作して、測定用プローブ２を機械原点に復帰させる（ステップＳ１）。この場合、Ｘ，Ｙステージ１１，１２は、図２に示すＸ軸原点センサ１５およびＹ軸原点センサ１６が機械的原点に復帰したのを検出した時点で停止され、正確に機械原点に復帰される。レーザ測長光学系３は、上記の測定用プローブ２の機械原点の復帰によってゼロリセットされ、以後の測定における基準位置が機械原点に一致して、固定的な絶対座標系に基づき測定していく。
【００２９】つぎに、Ｘステージ１１およびＹステージ１２を、測定用プローブ２をＺ軸方向に対し固定した状態で移動させることにより、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各ピッチングデータをそれぞれ200 ｍｍの範囲で取り込んだのちに、そのピッチングデータに基づいてＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ10ｍｍピッチ毎の傾きを算出して、Ｘ，Ｙステージ１１，１２における図６に示したようなピッチング特性曲線Ｃ_X，Ｃ_Yを有するピッチング特性を求める（ステップＳ２）。このピッチング特性は形状測定装置に固有のものとして保存される。
【００３０】続いて、上述したピッチング特性に基づいて図４に示すようなピッチング補正テーブル１８を作成して、保存する（ステップＳ３）。具体的には、上記ピッチング特性における求めたい測定ポイントの前後のピッチングデータ（各区間毎に約100 点）を２次曲線の関数に近似し、その１階微分値にＸ座標またはＹ座標の値を代入して求める。これにより、図４に示すように、Ｘ方向またはＹ方向における測定基準位置（この場合は機械原点）から１０ｍｍピッチの各位置１８ｂをそれぞれ測定ポイント１８ａとして、その各測定ポイント１８ａにおけるＸステージ１１の傾きθｘ（＝ｄＺ／ｄＸ）データ１８ｃとＹステージ１２の傾きθｙ（＝ｄＺ／ｄＹ）データ１８ｄとを有するピッチング補正テーブル１８を得ることができる。任意のＸ，Ｙ座標値の傾きは、ピッチング補正テーブル１８の前後の傾きから補間して求める。
【００３１】上記のようにして求めたピッチング補正テーブル１８は、電源を切った状態でも情報を消失しないように、ＨＤＤ（ハードディスクドライバ）や不揮発性メモリなどの記憶装置に設定情報として保存され、次回以降のプログラム起動時にその保存した設定情報が読み出される。したがって、ステップＳ１～Ｓ３により作成されたピッチング補正テーブル１８の作成処理は、最初に一度設定されるだけであり、２回目以降の測定時からは不要である。
【００３２】測定物１の実際の測定に際しては、測定物１を石定盤１０の所定位置に載置し、その測定物１の測定面１ａに測定用プローブ２を追従させて、測定物の中心出しを行う（ステップＳ４）。この中心出しは、例えば、特開平2-254307号公報に記載されているような既存の方法を用いて容易に行うことができる。ここで、上記の中心出しによって求めた中心座標を測定原点とするようにレーザ測長光学系３の測長値（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）をゼロリセットし、測定原点の機械原点からのずれ量を算出して、このずれ量を機械原点からのオフセット座標値として記憶しておく（ステップＳ５）。
【００３３】続いて、図５（ａ）または（ｂ）に示したように、測定用プローブ２を測定物１の測定面１ａの表面形状に沿って追従させるようにＸ，Ｙ軸方向に走査して、測定面１ａの形状測定を行う（ステップＳ６）。１回の形状測定によって得られた総データ数をｎ個とすると、そのｎ個の形状測定データにステップＳ５で保存した機械原点からのオフセット座標値をそれぞれ加算する（ステップＳ７）。これは、ピッチング補正テーブル１８のＸ，Ｙ座標位置が機械原点を基準とした固定的な絶対座標系におけるものであるのに対し、ステップＳ６で得られた形状測定によって得られたｎ個の形状測定データはレーザ測長光学系３のゼロリセット値を基準とした相対座標系におけるものであるから、上記形状測定データを、絶対座標系において上記（２）式により補正するために、機械原点からのオフセット座標値を加算することによって絶対座標系に変換しておく必要があるからである。
【００３４】そののちに、ステップＳ３で作成したピッチング補正テーブル１８の傾きθ_Xθ_Yと、係数であるピッチング補正パラメータＰｘ，Ｐｙ，Ｚｏｒｇと、上記の絶対座標系に変換した形状測定データとを、ピッチングの補正式である（２）式に代入して、形状測定データの座標値を補正する（ステップＳ８）。さらに、補正されたｎ個の形状測定データに対し上記の機械原点からのオフセット座標値を減算して、形状測定データを再び相対座標系に変換する（ステップＳ９）。これは、後の処理において形状測定データを、測定原点を基準とした設計式との差を算出する必要があるためである。
【００３５】続いて、相対座標系に変換した形状測定データを、測定用プローブ２の先端Ｒの半径による影響を受けないように、測定物１の設計式に基づいてプローブＲ補正を行う（ステップＳ１０）。つぎに、形状測定データのＺ座標Ｚｋと、設計データのＺ座標Ｚｋ´とを比較して、次の（３）式で示すような二乗平均値ＲＭＳ（Root Mean Square）を算出する。
【００３６】（数３）

さらに、周知の最小二乗法を用いて、形状測定データを、上記ＲＭＳが最小となるようにＸ，Ｙ，Ｚの各軸の方向への平行移動とＸ，Ｙ，Ｚの各軸を中心に回転する方向に座標変換する（ステップＳ１１）。この座標変換により、形状測定データの座標軸が設計データの座標軸とほぼ一致するようになり、測定面１ａの形状測定時の設計式に対する設置ずれの影響を受けない評価が可能となる。上述のステップＳ７～Ｓ１１の処理はアライメントと呼ばれる。
【００３７】上記のアライメント処理された測定面１ａのｎ個の形状測定データは測定面１ａの設計データを差し引かれて、設計式からの形状誤差データが算出され（ステップＳ１２）、この形状誤差データに基づき測定面の形状の良否が評価される。上記の各ステップＳ１～Ｓ１２を実行する各手段は、例えば、図２の形状測定装置に搭載された制御用コンピュータ（図示せず）のメモリに構築された実行形式のプログラムにより具体化される。
【００３８】図３（ａ）は、図１による処理によりＸ，Ｙ軸上の座標値がピッチング補正されたのちの形状誤差データを示し、図３（ｂ）は、上記形状誤差データとの比較のために示したピッチング補正されていない形状誤差データである。これらの図において、横軸は測定物１の中心位置からの距離を示し、縦軸は測定データから設計データを差し引いた差Ｚｄを示しており、このときの測定物１はφ100 ｍｍのステッパーレンズである。
【００３９】図３（ｂ）のピッチング補正されていない形状誤差データでは、Ｘ，Ｙ軸形状測定データＤ_X，Ｄ_Yが最大で0.3 μｍもの座標ずれが生じているのに対し、図３（ａ）のピッチング補正されたのちの形状誤差データでは、0.05μｍ程度の座標ずれに修正され、Ｘ，Ｙ軸上での座標の一致度が大きく向上しており、比較大径の測定物１であっても、高精度な測定を行うことが可能となる。
【００４０】なお、図３（ａ）は、図５（ａ）に示すＸ軸走査１３およびＹ軸走査１４によるＸ，Ｙ軸上での測定データのピッチング補正を行った場合について例示しているが、図３（ａ）の処理は図５（ｂ）に示す面走査１７により得られた測定データについても適用できるのは言うまでもない。また、上記の第１の実施の形態では、形状測定データを、（２）式の補正式に基づきピッチング補正する場合について説明しているが、ピッチング補正するための補正式は、（１）式または（２）式以外のものであってもよい。
【００４１】さらに、上記第１の実施の形態では、Ｘ，Ｙステージ１１，１２の傾きθ_X，θ_Yを算出するに際して、Ｘ，Ｙステージ１１，１２の原点を通る軸に対するＸ，Ｙステージ１１，１２の傾きからＸ，Ｙステージ１１，１２全体の傾きを補間する方法であるが、Ｘ，Ｙステージ１１，１２全体の傾きを測定して、その測定データからＸ，Ｙステージ１１，１２全体のピッチング補正テーブルを作成することも可能である。
【００４２】また、200 ｍｍ角の範囲での測定において、10ｍｍ毎の傾きのデータを算出してピッチング補正テーブル１８を作成する場合、21×２１ポイントの傾きデータを必要とするが、この場合、Ｘ，Ｙステージ１１，１２全体の傾き特性がＸ，Ｙステージ１１，１２の機械原点を通るＸ軸またはＹ軸の傾きと相関が少ない場合に特に有効である。
【００４３】また、Ｘ，Ｙステージ１１，１２全体の傾きを定義するに際して、上述した傾きのポイントデータから補間する方法とは別に、ポイントデータから予めＸ，Ｙステージ１１，１２全体のピッチング特性の面データを周知のスプライン曲線などで作成し、その曲線形状データを使用することもできる。
【００４４】図９は、本発明の第２の実施の形態に係る形状測定方法を具現化した形状測定装置を示す概略斜視図であり、同図において、図２と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、その説明を省略する。この実施の形態では、測定用プローブ２の傾きを直接測定して、その傾きの測定値に基づき測定用プローブ２のＸ，Ｙ座標値を補正しようとするものである。
【００４５】すなわち、図９において、図２の移動体４に取り付けられていた測定用プローブ２に代えて、角度干渉計１９を取り付け、この角度干渉計１９にレーザ光源２０と反射鏡２１とを組み合わせて、角度干渉形１９と同一位置に取り付けられる測定用プローブ２の傾きを直接的に測定するための角度測定装置２２が構成されている。このような角度測定装置２２は、例えば、既によく知られているオートコリメータにより容易に実現することができる。
【００４６】図９において、角度干渉計１９は、Ｘステージ１１が移動体４をＸ軸方向に移動させるときに、移動体４と一体的にＸ軸方向に移動し、且つＹステージ１２が移動体４をＹ軸方向に移動させるときに、移動体４と一体的にＹ軸方向に移動する。角度測定装置２２は、上記のＸまたはＹ軸方向に移動する角度干渉計１９の傾き角度を直接的に測定するが、これは、測定時において角度干渉計１９に代えて取り付けられる測定用プローブ２の傾き角度を測定しているのと同等である。このように測定用プローブ２の傾きを直接的に測定できるので、その測定した傾きを上記（１）式に代入して演算すれば、測定用プローブ２の座標ずれを補正することができる。この方法は、Ｘ，Ｙステージ１１，１２自体はピッチングを有するにも拘わらず傾かないで移動し、測定用プローブ２のみが傾く形状測定装置に適用して、有効にピッチング補正することができる。
【００４７】
【発明の効果】以上のように、本発明の形状測定方法によれば、相対座標系において習得した測定面の形状測定データを絶対座標系に変換するようにしたので、形状変換データを、絶対座標系において得られたピッチング補正テーブルに基づき座標値を補正することができ、形状変換データにおけるＸ，Ｙ軸上での座標の一致度が大きく向上する結果、比較大径の測定物であっても、高精度な測定を行うことが可能となる。
【００４８】また、一発明の形状測定装置によれば、並進移動手段のピッチングデータの傾きに係数を乗算して測定用プローブの位置情報を補正する手段を備えているので、本発明の形状測定方法を忠実に具現化して、形状測定方法と同様の効果を得ることができる。さらに、他の発明の形状測定装置によれば、並進移動させたときの測定用プローブの傾きを直接的に測定する角度測定装置を設けるようにしたので、並進移動手段自体はピッチングを有するにも拘わらず傾かないで移動し、測定用プローブのみが傾く形状測定装置に適用して、有効にピッチング補正することができる効果を得ることができる。

【出願人】	【識別番号】０００００５８２１【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】	平成１１年１１月１２日（１９９９．１１．１２）
【代理人】	【識別番号】１０００８０８２７【弁理士】【氏名又は名称】石原勝
【公開番号】	特開２００１－１４１４４３（Ｐ２００１－１４１４４３Ａ）
【公開日】	平成１３年５月２５日（２００１．５．２５）
【出願番号】	特願平１１－３２２５１５