CN103673921A - 形状测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使探针进行扫描来进行形状测量的形状测量装置，实现了降低振动的噪声。该形状测量装置具备第一(Y轴方向)移动体(19)、与第一移动体大致平行地移动的移动辅助体(24)和向与所述第一移动体大致成直角的方向移动的第二(X轴方向)移动体(3)，利用所述移动辅助体承受使第二移动体移动所产生的力，由于在XY轴方向上进行驱动，因此，在使设于第二移动体上的测量用探针(1)在XY轴方向上进行扫描时，第一移动体不会受到第一移动体的移动方向的大致直角方向的反作用，能抑制第一移动体的振动。

Description

形状测量装置

技术领域

本发明涉及使用探针等测量形状的形状测量装置，该形状测量装置利用工作台使在XY轴方向上确定表面的探针或测量物在XY轴方向上移动，并利用探针对测量物的形状进行测量。

背景技术

由于近年来光电技术的进步，在数码相机等照相机和智能手机等使用照相机的移动设备中，对于提高画质的要求越来越高。特别是，作为照相机所使用的透镜的表面形状，对于加工为相对于设计形状误差为0.1μm(100nm)以下的、高精度透镜的要求越来越高。其中，在进行高精度测量的形状测量装置中，对于通过降低测量时的噪声来实现高精度化的要求也越来越高。特别是，在通过使探针进行扫描来进行形状测量的形状测量装置中，要求降低扫描测量时的振动噪声，降低扫描时的振动的效果在于XY工作台的性能所占的比例较高。

以往的形状测量装置等所使用的工作台结构公知有这样的结构：利用与工作台的可动部和固定部不同的另外的支承构件支承线性电动机端部的承受线性电动机的驱动力的部分，使驱动工作台时的力的反作用不由工作台整体承受，从而来降低在形状测量装置产生的振动(例如参照专利文献1)。

图8A及图8B表示专利文献1记载的以往的工作台结构。

在图8A及图8B中，101是平台，102是可动工作台，103X是第一X轴方向的线性电动机，103Y是第一Y轴方向的线性电动机，104X是第二X轴方向的线性电动机，104Y是第二Y轴方向的线性电动机，105X是支承第二X轴方向的线性电动机104X的支承板，105Y是支承第二Y轴方向的线性电动机104Y的支承板。支承板105X、105Y设置于与平台101不同的底盘109上。另外，平台101构成为利用除振装置110除振。另外，支承第二X轴方向的线性电动机104X和第二Y轴方向的线性电动机104Y的支承板105X、105Y构成为从底盘109延伸出臂来进行支承。

可动工作台102被以下述方式支承，即，使用空气轴承等在X轴轭106X和Y轴轭106Y的交点位置以能在XY方向上移动的方式对可动工作台102进行定位，该X轴轭106X在Y方向上移动且对X方向的移动方向进行控制，该Y轴轭106Y在X方向上移动且对Y方向的移动方向进行控制。利用该结构，X轴轭106X利用第二Y轴方向的线性电动机104Y的推力在Y方向上动作，从而进行可动工作台102的Y方向的粗定位。利用同样的步骤，Y轴轭106Y利用第二X轴方向的线性电动机104X的推力在X方向上动作，从而进行可动工作台102的X方向的粗定位。

在此，就X轴轭106X在Y轴方向上移动的引导而言，利用Y轴空气轴承107Y来限定移动方向，就Y轴轭106Y在X轴方向上移动的引导而言，利用X轴空气轴承107X来限定移动方向。

另外，利用设于X轴轭106X及Y轴轭106Y的、在X方向上进行驱动的线圈108X及在Y方向上进行驱动的线圈108Y，分别在X方向及Y方向上相对于可动工作台102产生推力，从而进行微定位。

在图8A及图8B中，表示在Y轴方向上驱动可动工作台102的以往例，以下说明使用第二Y轴方向的线性电动机104Y以较大推力且以高速对可动台102进行粗定位。此时，第二Y轴方向的线性电动机104Y的支承板105Y从底盘109延伸出臂来进行支承。因此，在第二Y轴方向的线性电动机104Y驱动时，相对于利用X轴轭106X驱动可动工作台102时产生的力，在第二Y轴方向的线性电动机104Y的固定侧产生反作用的力。该反作用的力不会传递至构成工作台单元的平台101。因此，在由第二Y轴方向的线性电动机104Y以较大推力且以高速进行粗定位时，平台101不会产生振动等。

专利文献

专利文献1：日本特开平5-77126号公报

但是，在进行微定位时，由于在底盘109上设置支承板105Y来支承第二Y轴方向的线性电动机104Y的固定侧，因此，来自底盘109的振动等通过第二Y轴方向的线性电动机104Y的驱动力传递至X轴轭106X，无法进行高精度的定位。

因此，在进行微细的位置控制时，在利用第二Y轴方向的线性电动机104Y进行的粗定位结束后，切断第二Y轴方向的线性电动机104Y的驱动力。然后，利用配置于防振装置110上且设置于Y轴轭106Y上的第一Y轴方向的线性电动机103Y，对设置于工作台102的磁铁部分产生推力，从而避免底盘振动地进行高精度的定位。

但是，在该结构中，相对于为驱动工作台102而产生的力，在作为力的产生源的Y轴轭106Y上产生反作用的力。

在此，对于Y轴轭106Y的Y轴方向的位置而言，移动方向的限制精度良好，由刚性较低的X轴空气轴承107X来限制移动方向。

另外，由驱动可动工作台102的力产生的加速度与可动部分的重量成反比。因此，在可动工作台102的重量大于Y轴轭106Y的重量且进行驱动的力为恒定的情况下，与由驱动可动工作台102的力产生的加速度相比，由在重量比可动工作台102轻的Y轴轭106Y产生的反作用产生的加速度大。另外，对于Y轴轭106Y的Y轴方向的限制而言，利用刚性较低的X轴空气轴承107X来进行支承。由于这些理由，在Y轴轭106Y上产生振幅较大的振动。

由于在该Y轴轭106Y引起的振动，有害的振动噪声通过共振等向形状测量装置的不同部分传播，成为产生对测量有害的噪声的原因，存在不能进行高精度测量这样的问题。

即，在上述以往的结构中，由于利用第一线性电动机103X或103Y进行微细的定位驱动，因此，来自可动工作台102的反作用的力由重量比可动工作台102轻的Y轴轭106Y承受。另外，为了高精度地限制该Y轴轭106Y的位置，利用刚性较低的X轴空气轴承107X来进行支承。因此，无法利用X轴空气轴承107X完全承接在Y轴轭106Y上产生的大的加速度，从而产生大振幅的振动，由于该振动，在装置的不同部分产生共振，在测量时产生噪声，存在不能进行高精度测量这样的课题。

发明内容

本发明是为了解决上述以往的课题而做成的，其目的在于提供一种使用探针等测量形状的形状测量装置，该形状测量装置的目的在于在XY轴方向上驱动探针或测量物进行测量时降低测量时的振动而进行高精度的测量。

为了达到上述目的，根据本发明的一个技术方案，提供一种形状测量装置，该形状测量装置具备：

平台；

第一移动体，其配置于所述平台上，具有沿所述平台的XY轴方向中的任一个的第一轴方向延伸且与所述平台相连结的第一固定部和相对于所述第一固定部沿所述第一轴方向进行前后移动的第一可动部；

移动辅助体，其具有沿所述第一轴方向延伸且与所述平台连结的辅助体固定部和相对于所述辅助体固定部与所述第一可动部的移动方向大致平行地进行前后移动的辅助体可动部；以及

第二移动体，其具有沿所述平台的所述XY轴方向中的与所述第一轴方向正交的第二轴方向延伸的第二固定部和相对于所述第二固定部在所述第二轴方向上进行左右移动的第二可动部，所述第二固定部的一端部能移动地支承于所述第一移动体，另一端部固定于所述移动辅助体的所述辅助体可动部，

所述第一移动体具有包括所述第一固定部和所述第一可动部的第一轴方向驱动装置，并且所述第二移动体具有包括所述第二固定部和所述第二可动部的第二轴方向驱动装置，驱动所述第一轴方向驱动装置而使XY工作台与所述第一可动部一起相对于所述第一固定部在所述第一轴方向上移动，

当驱动所述第二轴方向驱动装置而使所述XY工作台与所述第二可动部一起相对于所述第二固定部在所述第二轴方向上移动时，利用所述移动辅助体承受所述第二可动部移动时产生的力的反作用，

利用所述XY工作台支承对测量物的表面进行测量的探针和所述测量物中的其中一方，将另一方支承于所述平台，

驱动所述XY工作台而使所述探针相对于所述测量物的所述表面在XY轴方向上相对地进行扫描，根据由所述探针获得的信息测量所述测量物的形状。

根据本发明的另一技术方案，提供以前述技术方案为基础的形状测量装置，该形状测量装置还具备连结机构，该连结机构使所述移动辅助体的所述辅助体可动部与所述第一移动体的所述第一可动部的移动相应地同步移动。

根据本发明的又一技术方案，提供以前述任一技术方案为基础的形状测量装置，该形状测量装置还具备：

位置检测装置，其用于检测所述第二移动体的所述第二可动部相对于所述第一移动体的位置；

位置控制部，其基于由所述位置检测装置检测的所述第二可动部的位置来对所述第二轴方向驱动装置进行驱动控制。

利用该结构，通过使被第二移动体支承的测量物测量用探针在XY轴方向上进行扫描，在第二可动部进行移动的方向上驱动第二移动体的第二可动部时，第一移动体不承受作用于第一移动体的第一可动部的移动方向的大致直角方向的力的反作用，能抑制第一移动体的振动，因此，不会对装置整体产生多余的振动噪声，能提供高精度的形状测量装置。

发明效果

如以上所述，根据本发明的形状测量装置，能降低测量时的振动，能进行高精度的测量。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的形状测量装置的整体结构图。

图2是本发明第一实施方式的形状测量装置的探针结构图。

图3A是本发明第一实施方式的形状测量装置的详细的俯视图。

图3B是本发明第一实施方式的形状测量装置的详细的侧视图。

图4A是示出本发明第一实施方式的连结机构的详情的图。

图4B是示出从与图4A错开90度的角度观察到的、本发明第一实施方式的连结机构的详情的图。

图5A是表示本发明第一实施方式的X轴、Y轴和Z轴的噪声的关系的图。

图5B是表示本发明第一实施方式的X轴、Y轴和Z轴的噪声的关系的图。

图6是表示以往的结构中的测量数据所产生的噪声的图。

图7是表示通过本发明第一实施方式测量的测量数据例的图。

图8A是表示专利文献1记载的以往的形状测量装置的工作台结构的俯视图。

图8B是表示专利文献1记载的以往的形状测量装置的工作台结构的侧视图。

符号说明

1    探针；

2    Z1轴工作台；

3    XY作台(第二移动体)；

3A   空间；

3X   X轴工作台；

3Y   Y轴工作台；

4    频率稳定化He-Ne激光器；

5    X基准反射镜；

6    Y基准反射镜；

7    Z基准反射镜；

8    上部石制平台；

9    测量物；

9a   测量面；

10   微型气体滑块；

11   微型弹簧；

12   测头；

13   焦点检测用激光器；

13L  焦点检测用激光；

14   探针单元；

15   频率稳定化He-Ne激光；

16   反射镜；

17   载重支承空气轴承；

18   下部石台；

18C  保持部；

19   第一移动体；

19a  移动体主体部；

20   空气轴承；

21   空气轴承；

22   Y轴线性电动机；

22f  第一固定部；

22m  第一可动部；

23   X轴线性电动机；

23f  第二固定部；

23m  第二可动部；

24   移动辅助体；

24f  辅助体固定部；

24m  辅助体可动部；

25   连结机构；

25a  中间件；

25b  第一平行板簧；

25c  第二平行板簧；

25d  第一移动体侧连结部；

25e  移动辅助体侧连结部；

26X  X轴位置检测装置；

27   X轴方向激光出射部；

28   Y轴方向激光出射部；

29   支承部；

30   第二移动体；

90   形状测量装置；

91   光学***；

92X  X坐标检测装置；

92Y  Y坐标检测装置；

92Z1 Z1坐标检测装置；

92Z2 Z2坐标检测装置；

93   运算处理部；

94   控制装置。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)

将实施本发明第一实施方式的优选的装置结构示于图1中。

图1是表示作为用于实施本发明第一实施方式的形状测量方法的一实施方式的形状测量装置的概略结构的立体图。在图1中，形状测量装置90如以下那样构成。在利用保持部18C保持测量物9的下部平台18上，以能在作为第二轴方向及第一轴方向的一例的XY轴方向上移动的方式配置有XY工作台3。在XY工作台3上配置有上部石制平台8，在上部石制平台8上配置有用于测量测量物9的XYZ坐标位置的频率稳定化He-Ne激光器4。探针1借助Z1轴工作台2安装于上部石制平台8。XY工作台3由配置于下侧的电动机驱动的Y轴工作台3Y和配置于上侧的电动机驱动的X轴工作台3X构成。利用振荡频率稳定化He-Ne激光器4出射频率稳定化He-Ne激光15，出射的激光15通过配置于上部石制平台8的光学***91被向X轴、Y轴、Z1轴、Z2轴这四个方向分支之后，分别被X基准反射镜5、Y基准反射镜6、Z基准反射镜7和后述的探针单元14的反射镜16反射，上述四个反射镜分别固定于下部石台18且分别具有纳米等级的高平面度。通过这样地构成，能利用X坐标检测装置92X、Y坐标检测装置92Y、计测Z基准反射镜7的位置的Z1坐标检测装置92Z1和检测探针1的Z方向位置的Z2坐标检测装置92Z2以纳米等级的超高精度测量测量物9的测量面9a的XYZ坐标。X坐标检测装置92X、Y坐标检测装置92Y、Z1坐标检测装置92Z1和Z2坐标检测装置92Z2连接着运算处理部93，运算处理部93对从X坐标检测装置92X、Y坐标检测装置92Y、Z1坐标检测装置92Z1和Z2坐标检测装置92Z2输入的测量数据进行运算处理，得到测量物9的测量面9a的三维坐标数据，从而能进行形状测量。在此，27是X轴方向激光出射部，28是Y轴方向激光出射部。

这些单元、即后述的探针单元14(包含焦点检测用激光器13等)、Z1轴工作台2、XY工作台3、振荡频率稳定化He-Ne激光器4、X轴方向激光出射部27、Y轴方向激光出射部28、X坐标检测装置92X、Y坐标检测装置92Y、Z1坐标检测装置92Z1、Z2坐标检测装置92Z2、运算处理部93以及后述的线性电动机22、23等各自的驱动装置或构件等通过控制装置94来控制动作，自动地进行形状测量装置90的计测动作。

图2表示在该形状测量装置90中使用的探针1的结构。在图2中，测头12被微型气体滑块10支承。微型气体滑块10的可动部分被微型弹簧11支承。在测量物9与测头12的前端之间作用有较弱的原子间力。由于该较弱的原子间力，微型弹簧11产生弯曲。来自焦点检测用激光器13的焦点检测用激光13L通过支承于XY工作台3的探针单元14内的光学***14C而照射在微型气体滑块10的反射镜16上，利用探针单元14的焦点检测部13F检测所照射的焦点检测用激光13L，从而计测微型弹簧11的弯曲，并计测所述较弱的原子间力。以使该较弱的原子间力恒定的方式利用线性电动机13G对探针单元14整体在Z轴方向上进行反馈控制，同时，为了计测Z轴方向的位移，对反射镜16照射所述频率稳定化He-Ne激光15。由此，利用Z2坐标检测装置92Z2来测量探针1的Z轴方向的位置(Z坐标)。在该状态下，利用XY工作台3使该探针单元14整体在XY轴方向上相对于测量物9进行相对扫描，从而来测量测量物9的测量面9a的形状。若这样构成，则能减轻安装测头12的可动部即微型气体滑块10的可动部的重量。利用这样的结构，能以纳米精度高精度地测量测量物9的测量面9a的形状，例如最大能测量到75°的高倾斜面9a。

在此，在图1中，X轴方向激光出射部27和Y轴方向激光出射部28分别固定于上部石制平台8，因此，X轴方向激光出射部27和Y轴方向激光出射部28之间的距离是恒定的，X轴方向激光出射部27到探针1的XY轴方向上的距离和Y轴方向激光出射部28到探针1的XY轴方向上的距离不发生变化。通过这样地构成为保持恒定的距离，能利用从X轴方向激光出射部27和Y轴方向激光出射部28向X轴方向及Y轴方向出射的激光15，分别高精度地测量从探针中心到X基准反射镜5和从探针中心到Y基准反射镜6的距离。

在图1中，该形状测量装置90通过使探针1在作为测量物9的一例的透镜的表面(测量面)9a上在XY轴方向上进行扫描，从而利用X坐标检测装置92X、Y坐标检测装置92Y、Z1坐标检测装置92Z1和Z2坐标检测装置92Z2求出透镜的表面9a上的XYZ坐标数据列，利用运算处理部93对由探针1测量出的XY坐标位置的Z坐标数据列进行运算处理，从而进行透镜的表面9a的形状测量。

图3A及图3B是表示用于说明在本发明第一实施方式的形状测量装置90中降低测量时的振动且进行高精度测量的原理的结构的说明图。

即，在图3A及图3B中，为了利用Z轴方向的探针1高精度地进行测量物9的测量，形状测量装置90构成为，XY工作台3由第一移动体19和第二移动体30构成，并且还具备移动辅助体24。

在此，利用在Z轴方向上同时驱动探针1和探针单元14的Z轴工作台(Z1轴工作台)2和支承Z轴工作台2并使探针1在XY轴方向上进行扫描的XY工作台3构成探针1的驱动装置。XY工作台3以下述方式支承于下部石台18上，即，利用例如多个载重支承空气轴承17以在重力方向上相对于下部石台18非接触的状态支承XY工作台3的重量。因此，若没有任何限制，则XY工作台3能在下部石台18上在XY轴方向上自由地移动，但如下所述地相对于特定的方向进行移动限制。

首先，XY工作台3由下侧的XY轴工作台主体部3Xa、上侧的X轴工作台主体部3Xb、连结XY轴工作台主体部3Xa与X轴工作台主体部3Xb之间的支柱3Xc构成，在XY轴工作台主体部3Xa和X轴工作台主体部3Xb之间利用支柱3Xc形成空间3A。

接着，在图3A及图3B中，XY工作台3的图1的Y轴工作台3Y由第一移动体19构成。

该第一移动体19作为一例由XY工作台3下部的XY轴工作台主体部3Xa、移动体主体部19a、使XY轴工作台主体部3Xa和移动体主体部19a沿Y轴移动的Y轴线性电动机22构成。移动体主体部19a是在X轴方向上移动自如地贯穿XY轴工作台主体部3Xa的中央部的“[”字形状的构件。Y轴线性电动机22分别配置于移动体主体部19a的两端部。

Y轴线性电动机22由第一可动部22m和第一固定部22f构成。第一可动部22m分别固定于移动体主体部19a的两端部。Y轴线性电动机22两端的第一固定部22f配置为使第一可动部22m能前后移动且在移动体主体部19a的两端部附近沿Y轴方向延伸。各第一固定部22f的Y轴方向的两端部分别固定支承于下部石台18。因此，第一移动体主体部19a利用配置于石台18的左右的两个Y轴线性电动机22的同步驱动而沿Y轴方向移动。

在此，为了限制XY工作台3的Y轴方向的移动方向且使XY工作台3在X轴方向上能顺利地移动，在第一移动体19的移动体主体部19a和XY轴工作台主体部3Xa之间，在XY轴工作台主体部3Xa的中央部分且移动体主体部19a的Y轴方向的至少两侧(作为一例为四个)构成空气轴承20。由此，限制XY轴工作台主体部3Xa的Y轴方向的直线移动，从而利用XY轴工作台主体部3Xa高精度地使XY工作台3整体仅在X轴方向上进行直线移动。

另外，为了限制第一移动体19的移动体主体部19a的X轴方向的移动方向，在移动体主体部19a的两端部分别配置向下突出的突出端部3Yb，在该突出端部3Yb和下部石台18之间，在X轴方向上夹入空气轴承21。由此，限制了移动体主体部19a相对于下部石台18的X轴方向的直线移动，高精度地使移动体主体部19a仅在Y轴方向上进行直线移动。

因此，由于移动体主体部19a贯穿XY轴工作台主体部3Xa的中央部且配置空气轴承20，因此，移动体主体部19a和XY轴工作台主体部3Xa一体地在Y轴方向上移动。

另一方面，由于在X轴方向上在移动体主体部19a的两端部分别配置向下突出的突出端部3Yb，且在突出端部3Yb与下部石台18之间在X轴方向上夹入空气轴承21，因此，移动体主体部19a在X轴方向上不移动，仅XY轴工作台主体部3Xa相对于移动体主体部19a能在X轴方向上前后移动。

需要说明的是，由于移动体主体部19a被夹入XY轴工作台主体部3Xa，因此，在利用两个Y轴线性电动机22的同步驱动使移动体主体部19a在Y轴方向上移动时，也利用XY轴工作台主体部3Xa使XY工作台3整体同样地在Y轴方向上移动。

需要说明的是，下部石台18的重量构成为比第一移动体19整体的重量和XY工作台3整体的重量的合计重量重。这样，通过相对于第一移动体19加重作为基准的固定体(下部石台18)的重量，从而由各Y轴线性电动机22的第一固定部22f承受的反作用产生的加速度小于第一移动体19，能实现稳定的计测。

另外，作为XY工作台3的计测单元部的3Xb作为在XY轴工作台主体部3Xa上利用三根支柱(在图3B中仅图示两根)3Xc支承的第二移动体30的一例而构成。

该第二移动体30由XY轴工作台主体部3Xa和使XY轴工作台主体部3Xa在X轴方向上移动的X轴线性电动机23构成。

X轴线性电动机23由第二可动部23m和第二固定部23f构成。第二可动部23m与XY轴工作台主体部3Xa相连结。

第二固定部23f以在X轴方向上贯穿XY轴工作台主体部3Xa和X轴工作台主体部3Xb之间的空间3A的方式配置于移动体主体部19a上。这样配置是为了使第二可动部23m在第二移动体30的重心附近移动。第二固定部23f的一端部、即X轴线性电动机23的X轴正方向(图3A及图3B的右方向)和X轴负方向(图3A及图3B的左方向)这两个方向的支承端部中的一方的X轴负方向侧(图3A及图3B的左侧)的端部被配置于第一固定部22f的外侧(图3A及图3B中的第一固定部22f的左侧)的移动辅助体24支承。第二固定部23f的另一端部、即两个支承部中的余下的X轴正方向侧(图3A及图3B的右侧)的端部29被相对于第一移动体19的移动体主体部19a的上表面在X轴方向上移动自如且在YZ轴方向上不移动的导轨结构等支承。第二可动部23m由于与XY轴工作台主体部3Xa相连结，因此与包含XY工作台3的第二移动体30整体一体地相对于第二固定部23f在X轴方向上左右移动。

移动辅助体24构成为使辅助体可动部24m相对于与第一移动体19的Y轴线性电动机22的第一固定部22f大致平行的沿Y轴方向延伸的导轨状的辅助体固定部24f移动。利用该辅助体可动部24m支承第二固定部23f的一端部。

在此，移动辅助体24的辅助体可动部24m为了能在Y轴方向上移动且与Y轴移动方向大致垂直方向的X轴方向的刚性高于限制第一移动体19的X方向移动的空气轴承部21的刚性，相对于辅助体固定部24f，利用使用滚动轴承等的轴承机构支承辅助体可动部24m。

不会通过连结机构25自移动体主体部19a在XZ轴方向上向该移动辅助体24传播较大的力，该该移动辅助体24仅在Y轴方向上受到被驱动的驱动力。

此时，不能以亚微米以下的精度使第一移动体19的移动体主体部19a的移动方向和移动辅助体24的移动方向完全平行且一致地移动。因此，利用刚性较高、在X轴方向及Z轴方向上释放力的结构(参照后述)构成连结机构25，以使得在连结部分，当驱动工作台时，在加速度或摩擦阻力等的范围内不会出现弹簧效应，从而能够利用连结机构25在Y轴方向上以亚微米的精度直接传递移动体主体部19a的移动量。

其结果是，在第一移动体19的移动体主体部19a和移动辅助体24上，吸收少许XZ轴方向的移动错位和较大的力，不产生对移动体主体部19a的空气轴承20的精度带来影响的多余的力。

另外，如已经说明的那样，X轴线性电动机23的第二固定部23f的X轴正方向端部的支承部29被相对于移动体主体部19a在X轴方向上移动自如且在YZ轴方向上不移动的导轨结构等支承。因此，X轴线性电动机23的相对于XY工作台3的X轴方向的驱动力被移动辅助体24支承。

利用该结构，当在移动体主体部19a的移动方向和移动辅助体24的移动方向不一致的状态下沿Y轴方向移动时，产生X轴方向的错位。由于该X轴方向的错位，在X轴线性电动机23的第二可动部23m右端的支承部29上施加有X轴方向的位移，由于该位移而产生力。能利用连结机构25释放这样产生的力，不在移动体主体部19a的X轴方向上施加多余的力，从而能利用空气轴承21高精度地进行移动体主体部19a的Y轴方向的移动。

移动辅助体24的辅助体固定部24f固定于与XY工作台3整体相比重量十分大的下部石台18。利用将重量大于移动体主体部19a的下部平台18作为基座而被其支承的移动辅助体24来承受XY工作台3向例如X轴正方向(图3A及图3B的右方向)移动时产生的、向X轴线性电动机23的第二固定部23f施加的XY工作台3的移动方向反方向的X轴负方向(图3A及图3B的左方向)的力(反作用的力)。另外，移动辅助体24构成为具备刚性比相对于X轴方向的线性电动机的驱动力在X轴方向上支承移动体主体部19a的空气轴承21高的轴承(滚动轴承等)。

因此，在能沿Y轴方向移动且需要精密的Y轴方向的移动的移动体主体部19a上不会作用沿X轴方向驱动XY工作台3的驱动力的反作用，在移动体主体部19a的X轴方向上不会产生成为噪声产生源的多余的振动。

图4A及图4B说明连结机构25的详细。连结机构25构成为，相对于长方体形状的中间件25a，利用两张第一平行板簧25b连结长方体形状的第一移动体侧连结部25d，利用设置于与两张第一平行板簧25b方向相差例如90度的方向上的、两张第二平行板簧25c连结长方体形状的移动辅助体侧连结部25e。

第一移动体侧连结部25d与第一移动体19的移动体主体部19a相连结。移动辅助体侧连结部25e与移动辅助体24相连结。而且，以两张第一平行板簧25b的平面与X轴方向正交且两张第二平行板簧25c的平面与Z轴方向正交的方式将第一移动体侧连结部25d与移动体主体部19a相连结且将移动辅助体侧连结部25e与移动辅助体24相连结。

其结果是，在第一移动体侧连结部25d与中间件25a之间，利用两张第一平行板簧25b以刚性高于在X轴方向上移动自如且在Y轴方向上限制第一移动体19的X轴方向的移动的空气轴承部21的状态相连结。另外，在移动辅助体侧连结部25e与中间件25a之间，利用两张第二平行板簧25c以刚性高于在Z轴方向上移动自如且在Y轴方向上限制第一移动体19的X轴方向的移动的空气轴承部21的状态相连结。

利用这样的连结机构25的结构，即使移动体主体部19a的Y轴方向的移动方向和移动辅助体24的移动方向不完全平行，只要X轴线性电动机23的第二可动部23m与第二固定部23f的YZ轴方向的空隙在X轴线性电动机23的组装调整范围(例如10微米左右的容许范围)内，由于为非接触驱动的线性电动机的空隙的调整范围内，因此也不会给X轴线性电动机23带来损伤，且不会对移动体主体部19a在YZ轴方向上施加多余的力，移动体主体部19a能高精度地移动。需要说明的是，线性电动机为了为非接触驱动，通常在可动部与固定部之间保持接近0.5mm的间隙(空隙)。另外，在安装线性电动机时，通常不需要在线性电动机移动的全冲程为完全恒定，因此该间隙也可以有一些(例如相对于上述间隙值变动10μm左右)变动。只要是在该也可以有一些变动的间隙尺寸内，则在机械方面不会产生干涉，不会给移动精度带来影响。

在此，为了对X轴线性电动机23进行驱动控制，将用于对XY工作台3相对于移动体主体部19a的X轴方向的位置进行检测的编码器等X轴位置检测装置26X设置于X轴线性电动机23的第二可动部23m的附近。而且，使用作为位置控制部的一例的伺服控制器单元等，将利用该X轴位置检测装置26X检测出的XY工作台3的X轴方向的位置反馈控制给X轴线性电动机23，从而对位置和移动进行控制(参照图3A)。

这样，将设于移动体主体部19a上的编码器等X轴位置检测装置26X的信号作为基准，将XY工作台3的X轴方向的位置反馈给X轴线性电动机23。

此时，作为反馈基准的移动体主体部19a的振动噪声需要抑制为最小限。在不能将振动噪声抑制为最小限的情况下，换言之，在移动体主体部19a在空气轴承21的间隙的范围内振动的情况下，虽然本来XY工作台3相对于下部石台18在X轴方向上不移动，但由于振动噪声等，移动体主体部19a相对于下部石台18移动，从而利用编码器等X轴位置检测装置26X检测的信号发生振动。其结果是，基于该模拟振动的信号，产生使重量较大的XY工作台3移动的力，由于该力，进一步使移动体主体部19a振动。于是，使移动体主体部19a的振动增长。

与此相对，在本发明第一实施方式中，在沿X轴方向驱动XY工作台3时产生的反作用力不由移动体主体部19a承受，而由移动辅助体24承受。因此，对移动体主体部19a和设置于移动体主体部19a上的作为用于控制X轴方向的位置的基准的编码器等X轴位置检测装置26X也不会赋予多余的振动，在X轴方向上不会产生多余的振动。需要说明的是，在Y轴方向上也进行反馈控制。在该情况下，Y轴的编码器的固定侧能直接安装于下部平台18上，不是像X轴那样、像第一移动体19那样被在X轴方向上刚性较弱的空气轴承等来支承的容易振动的结构。因此，不会产生编码器误检测振动而由伺服进行增幅的振动的问题。

在此，以下参照图5A及图5B说明移动体主体部19a的振动对测量数据的影响。

在移动体主体部19a上在X轴方向上产生振动噪声，该振动噪声由于共振而传播到其他部分，在图1所示的探针1和X轴方向激光出射部27之间产生由共振引起的振动，产生形状测量装置刚性(形状测量装置的恒定形状)不能得到保持而变形那样的、例如25nm左右的振动。在这样的情况下，在X轴方向的计测中，产生25nm左右的误差。

如图5B所示，例如在测量测量物9的倾斜面(测量面的一例)9a的情况下，作为一例，将倾斜角设为45度时，关于X轴方向的25nm的振动噪声，在用Zd表示形状误差、以曲线形式输出(测量数据)-(设计数据)的差Zd的情况下，通过探针1计测测量物9的倾斜的表面9a的位置，由此，在45度的倾斜面9a上，X轴方向的测量误差在Z轴方向上产生为同样的振幅。在该情况下，由于X轴方向的振动而不能正确地计测X位置是问题，但测量结果却是作为在Z轴方向上有噪声的形式输出数据。

在以往的装置结构中，第一移动体由于X轴线性电动机的反作用的力而振动，由于该振动，对探针或X轴方向激光出射部赋予共振。其结果是，X轴方向的测量数据产生噪声。在图6中说明产生了该噪声的状态下的数据例。在图6中，曲线图的横轴描绘作为测量物的一例的透镜的X轴方向或Y轴方向(在图6中称为R轴)的半径位置，纵轴描绘Z轴方向的(测量数据)-(设计数据)的差Zd(在图6中称为Zd轴)。

在图6中，实线A是X轴方向的测量数据，虚线B是Y轴方向的测量数据。另外，如图5A所示，本测量数据的测量物9的透镜形状随着从XY轴方向的中央朝向外侧而测量物9的测量面9a的倾斜角增加。根据图6的测量数据，在透镜的外周部分，在X轴方向的测量数据中有振幅大于Y轴方向的测量数据的噪声成分，作为X轴方向的面的粗糙度数据，为大于实际值的25nm的值。

与此相对，在应用了本发明第一实施方式的上述结构的形状测量装置90中，移动体主体部19a也不振动，如图7所示，X轴方向的测量数据也以与Y轴方向同样的几纳米左右的粗糙度计测，能进行更高精度的形状评价。

根据该第一实施方式的结构，利用具备相对于X轴方向的力刚性较高的轴承(滚动轴承等)的移动辅助体24，从重量大于XY工作台3的下部平台18承受利用X轴线性电动机23驱动XY工作台3时的、来自XY工作台3的驱动力的反作用。

其结果是，在重量比能沿Y轴方向移动且需要精密的Y轴方向的移动的XY工作台3轻的移动体主体部19a上不会施加有反作用。

另外，为了精密的轴方向的移动限制，利用空气轴承20等以非接触的方式高精度地限制移动方向的、在X轴方向上刚性较低的移动体主体部19a不产生振动，并且，在对用于控制X轴线性电动机23的X轴方向的位置和移动的信息进行检测的编码器等位置检测装置26X上不施加多余的振动，因此，移动体主体部19a的振动也不会增长，从而，由这些振动的共振引起的传播导致的、对探针单元14有害的振动也不会产生，因此，能进行高精度的测量。

需要说明的是，本发明不限定于上述实施方式，能以其他各种方式实施。

例如，在本第一实施方式中，为将测量用探针单元14固定于XY工作台3上、将测量物9借助保持部18C设置于下部石台18上的结构。但是，本发明并不限定于此，也可以为将测量物9借助保持部18C设置于XY工作台3上、将测量用探针单元14固定于下部石台18上的结构。

另外，在本第一实施方式中，使移动辅助体24的驱动为利用连结机构25进行驱动的结构，但也可以是利用与移动体主体部19a不同的具有电动机等的驱动装置与移动体主体部19a同步地驱动移动辅助体24的结构。

需要说明的是，通过适当组合上述各种实施方式或变形例中的任意的实施方式或变形例，能起到各自所具有的效果。

工业实用性

本发明的形状测量装置能降低在XY轴方向上移动或定位时的移动体的振动，也能应用于使探针以外的照相机等的图像处理装置对检测表面的设备进行扫描、通过控制速度而获取数据的测量装置等。也能应用于需要纳米等级的高精度的计测、评价的透镜等光学部件、液晶面板、半导体、医疗设备部件、微型机械等高精度设备的测量评价的用途。

Claims (3)

1.一种形状测量装置，该形状测量装置具备：

平台；

第一移动体，其配置于所述平台上，具有沿所述平台的XY轴方向中的任一个的第一轴方向延伸且与所述平台相连结的第一固定部和相对于所述第一固定部沿所述第一轴方向进行前后移动的第一可动部；

移动辅助体，其具有沿所述第一轴方向延伸且与所述平台连结的辅助体固定部和相对于所述辅助体固定部与所述第一可动部的移动方向大致平行地进行前后移动的辅助体可动部；以及

第二移动体，其具有沿所述平台的所述XY轴方向中的与所述第一轴方向正交的第二轴方向延伸的第二固定部和相对于所述第二固定部在所述第二轴方向上进行左右移动的第二可动部，所述第二固定部的一端部能移动地支承于所述第一移动体，另一端部固定于所述移动辅助体的所述辅助体可动部，

所述第一移动体具有包括所述第一固定部和所述第一可动部的第一轴方向驱动装置，并且所述第二移动体具有包括所述第二固定部和所述第二可动部的第二轴方向驱动装置，驱动所述第一轴方向驱动装置而使XY工作台与所述第一可动部一起相对于所述第一固定部在所述第一轴方向上移动，

当驱动所述第二轴方向驱动装置而使所述XY工作台与所述第二可动部一起相对于所述第二固定部在所述第二轴方向上移动时，利用所述移动辅助体承受所述第二可动部移动时产生的力的反作用，

利用所述XY工作台支承对测量物的表面进行测量的探针和所述测量物中的其中一方，将另一方支承于所述平台，

驱动所述XY工作台而使所述探针相对于所述测量物的所述表面在XY轴方向上相对地进行扫描，根据由所述探针获得的信息测量所述测量物的形状。

2.根据权利要求1所述的形状测量装置，其中，

该形状测量装置还具备连结机构，该连结机构使所述移动辅助体的所述辅助体可动部与所述第一移动体的所述第一可动部的移动相应地同步移动。

3.根据权利要求1或2所述的形状测量装置，其中，

该形状测量装置还具备：

位置检测装置，其用于检测所述第二移动体的所述第二可动部相对于所述第一移动体的位置；

位置控制部，其基于由所述位置检测装置检测的所述第二可动部的位置来对所述第二轴方向驱动装置进行驱动控制。

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