JP3032334B2 - Method and apparatus for measuring surface profile - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光学レンズや鏡等の表面
形状測定の方法および装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a surface shape of an optical lens or a mirror.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、接触式の形状測定装置は、図２に
示すように、被測定物６を載せるベース１と、Ｙ方向に
移動し位置決め可能に設けられた門型のＹスライド２
と、Ｙスライド２上にＸ方向に移動し位置決め可能に設
けられたＸスライド３と、またＸスライド上でＺ方向に
移動し位置決め可能に設けられたＺスライド４と、さら
にその先端に取付けた触針プローブ５とから構成され
る。前記触針プローブ５の先端は被測定物の一定の力で
押し当てられているので、被測定物上を移動するＸある
いはＹスライドの位置および被測定物の凹凸に応じて上
下するＺスライドの位置を検出することで被測定物の表
面形状を測定するものである。その際のフローチャート
を図３を示す。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 2, a contact-type shape measuring apparatus includes a base 1 on which an object to be measured 6 is placed, and a gate-shaped Y slide 2 provided to be movable and positioned in the Y direction.
And an X slide 3 provided on the Y slide 2 so as to be movable in the X direction and positionable, and a Z slide 4 provided on the X slide so as to be movable and positioned in the Z direction on the X slide, and further attached to the tip thereof. And a stylus probe 5. Since the tip of the stylus probe 5 is pressed with a constant force of the object to be measured, the Z-slide that moves up and down according to the position of the X or Y slide moving on the object to be measured and the unevenness of the object to be measured. The surface shape of the object to be measured is measured by detecting the position. FIG. 3 shows a flowchart at that time.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では形状計測精度が、Ｘ，Ｙ，Ｚスライドの移動精
度をはじめとする以下の諸影響を受ける欠点があった。 （１）移動精度の影響 一般に移動精度とは軸の移動によって定義される次の６
つの精度のことである。図４はこれを説明するための図
で、図中α軸を移動方向として説明する。However, the conventional example described above has a drawback that the shape measurement accuracy is affected by the following various factors including the movement accuracy of the X, Y, and Z slides. (1) Influence of movement accuracy In general, movement accuracy is defined by the following 6 defined by axis movement.
Accuracy. FIG. 4 is a view for explaining this, in which the α-axis in the figure is assumed to be the moving direction.

【０００４】１）位置決め精度（図中α方向） 移動軸方向の位置決め精度で、測長システムや位置制御
システムの誤差を含む ２）ローリング精度 移動軸α方向を回転軸とする姿勢精度誤差 ３）ピッチング精度 移動軸α方向と直行するβ方向を回転軸とする姿勢精度
誤差 ４）ヨーイング精度 移動軸α方向と直行し３）のピッチング回転軸とも直行
するγ方向を回転軸とする姿勢精度誤差 ５）平行移動１（β方向） 移動方向と直行する方向の移動誤差 ６）平行移動２（γ方向） 移動方向と直行し、５）の移動方向とも直行する方向の
移動誤差 以上６種類の移動誤差成分がＸ，Ｙ，Ｚ軸に関して生じ
るため、その先端に配置されているプローブの位置は大
きく影響される。従ってサブミクロンのオーダでプロー
ブの３次元位置を確定するには、各スライドの移動精度
を極めて高くしなければならないので難しい。 （２）環境温度の影響 測定装置が設置されている環境の温度変化によってＸ，
Ｙ，Ｚの各スライドおよびそれらを支えるベースが変形
し、スライド精度を狂わせるので、測定値に影響を与え
る。また、温度の変動は時間とともに変化し、予測が難
しいので測定毎に異なる再現性のない誤差となってしま
う。 （３）移動軸の移動に伴う変形 Ｘスライドの移動にともないその重量を支える門型のＹ
スライドの形状が変化し、このＹスライドの変形が形状
測定精度に影響して測定精度の悪化要因となる。同様
に、Ｙスライドの移動にともないその重量を支えるベー
ス定盤も変形し測定精度を悪くすることになる。 （４）プローブ先端に働く力の影響 プローブを被測定物に接触させて形状の測定を行なう場
合、プローブの押し付け力及びプローブと被測定物との
間に働く摩擦力によってＺアーム先端に荷重がかかる。
しかも、摩擦力はプローブの走査方向によっても被測定
物の表面状態によっても大きく影響をうけるため予測が
つかない。この荷重によってＸＹＺスライドが変形し、
形状測定精度に悪影響する。1) Positioning accuracy (α direction in the figure) Positioning accuracy in the moving axis direction, including errors in the length measurement system and the position control system. 2) Rolling accuracy Posture accuracy error with the moving axis α direction as the rotation axis 3) Pitching accuracy Posture accuracy error with the β direction orthogonal to the movement axis α direction as the rotation axis 4) Yawing accuracy Pose accuracy error with the γ direction as the rotation axis orthogonal to the movement axis α direction and orthogonal to the pitching rotation axis 3) 5 ) Parallel movement 1 (β direction) Movement error in the direction perpendicular to the movement direction 6) Parallel movement 2 (γ direction) Movement error in the direction perpendicular to the movement direction and also perpendicular to the movement direction of 5) The above six kinds of movement errors Since the components occur with respect to the X, Y, and Z axes, the position of the probe disposed at the tip is greatly affected. Therefore, it is difficult to determine the three-dimensional position of the probe on the order of submicron because the movement accuracy of each slide must be extremely high. (2) Influence of environmental temperature X, due to temperature changes in the environment where the measuring device is installed
The Y and Z slides and the base that supports them are deformed, and the slide accuracy is degraded, thereby affecting the measured values. In addition, the fluctuation of the temperature changes with time, and it is difficult to predict the temperature. (3) Deformation due to movement of the movement axis X-shaped Y supporting the weight as the slide moves
The shape of the slide changes, and the deformation of the Y slide affects the shape measurement accuracy, which is a factor of deteriorating the measurement accuracy. Similarly, as the Y-slide moves, the base platen that supports its weight is also deformed, resulting in poor measurement accuracy. (4) Effect of Force Acting on Tip of Probe When measuring a shape by bringing the probe into contact with the object to be measured, a load is applied to the tip of the Z arm due to the pressing force of the probe and the frictional force acting between the probe and the object to be measured. Take it.
Moreover, the frictional force is greatly affected by the scanning direction of the probe and the surface condition of the object to be measured, and cannot be predicted. The XYZ slide is deformed by this load,
It adversely affects the shape measurement accuracy.

【０００５】本発明は、これら諸影響による測定精度の
悪化をなくすことを目的としている。An object of the present invention is to eliminate the deterioration in measurement accuracy due to these various effects.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は被測定物の取り付けられるＸＹテーブルお
よび測定プローブについて、その位置測定を複数の個所
で行ない、それらの測定値と各測定点間の位置関係とに
基づいて算出される値を座標値とするものである。In order to achieve the above object, the present invention measures the position of an XY table and a measurement probe to which an object to be measured is attached at a plurality of locations, and measures the measured values and each measurement value. A value calculated based on the positional relationship between points is used as a coordinate value.

【０００７】本発明の理解のため、原理的な概念図を図
５に示す。FIG. 5 shows a conceptual diagram of the principle for understanding the present invention.

【０００８】ＸＹ軸を水平面上にとり、Ｚ軸を垂直方向
にとるものとする。被測定物の取り付けられているＸＹ
テーブル９の上面−Ｙ方向と＋Ｙ方向の両端にＺ軸移動
基準面７及び８を設け、ＹＺ平面内で、Ｙ軸を長手方向
とするＺ軸固定基準面１２をＸＹテーブルの上方でその
移動範囲に亘り水平にベース定盤に固定して設け、同じ
く、ＸＹテーブルのＸＹ方向の各側面にそれぞれＸ軸移
動基準面１０及びＹ軸移動基準面１１を設けると共に、
ＸＺ平面内にＺ軸を長手方向とするＸ軸固定基準面１５
及びＹＺ平面内にＺ軸を長手方向とするＹ軸固定基準面
１３をそれぞれ、ベース定盤に垂直に固定して設ける。The XY axes are set on a horizontal plane, and the Z axis is set in the vertical direction. XY to which the DUT is attached
Z-axis movement reference surfaces 7 and 8 are provided at both ends of the upper surface of the table 9 in the −Y direction and the + Y direction, and a Z-axis fixed reference surface 12 having the Y axis as a longitudinal direction in the YZ plane is used as an XY table. The X-axis movement reference surface 10 and the Y-axis movement reference surface 11 are provided on the upper and lower surfaces of the XY table, respectively.
X-axis fixed reference plane 15 having the Z-axis as the longitudinal direction in the XZ plane
And a Y-axis fixing reference plane 13 having a Z-axis as a longitudinal direction is provided in the YZ plane so as to be vertically fixed to the base platen.

【０００９】さらに、ＹＺ平面内において、Ｚ軸固定基
準面１２と、測定プローブとのＺ座標距離Ｚ₀ 、Ｚ軸の
基準面７および８とのＺ座標距離Ｚ₁ およびＺ₂ をそれ
ぞれ測定する手段を設け、同様にしてＸＺ平面内におい
てＸ軸固定基準面１５と、測定プローブとのＸ座標距離
Ｘ₀ 、Ｘ軸移動基準面１０上の２個所とのＸ座標距離Ｘ
₁ およびＸ₂ をそれぞれ測定する手段を設け、さらにＹ
Ｚ平面内において、Ｙ軸固定基準面１３と、測定プロー
ブとのＹ座標距離Ｙ₀ 、Ｙ軸移動基準面１１上の２個所
とのＹ座標距離Ｙ₁ およびＹ₂ をそれぞれ測定する手段
を設ける。Further, in the YZ plane, the Z coordinate distance Z ₀ between the Z axis fixed reference plane 12 and the measurement probe, and the Z coordinate distances Z ₁ and Z ₂ between the Z axis reference planes 7 and 8 are measured. In the same manner, in the XZ plane, an X coordinate distance X ₀ between the X axis fixed reference plane 15 and the measurement probe, and an X coordinate distance X between two points on the X axis movement reference plane 10 are provided.
A means for measuring ₁ and X ₂ respectively;
Means are provided for measuring the Y-axis fixed reference plane 13 and the Y-coordinate distance Y ₀ between the measurement probe and the Y-coordinate distances Y ₁ and Y ₂ between two points on the Y-axis movement reference plane 11 in the Z plane. .

【００１０】[0010]

【作用】上記のように構成された本発明は、ＸＹＺ座標
上での測定プローブの位置を各固定基準面からの距離Ｘ
₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ として検出するとともに、測定テーブル
自体のＸＹＺ座標上での位置についても２個所づつ各固
定基準面からの距離Ｘ₁，Ｘ₂ ，Ｙ₁ ，Ｙ₂ ，Ｚ₁ ，Ｚ₂
として検出することに特徴がある。According to the present invention constructed as described above, the position of the measurement probe on the XYZ coordinates is determined by the distance X from each fixed reference plane.
₀ , Y ₀ , and Z ₀ , and the positions of the measurement table itself on the XYZ coordinates are also two distances X ₁ , X ₂ , Y ₁ , Y ₂ , Z ₁ , and Z ₁ from each fixed reference plane. _Two
The feature is that it is detected as.

【００１１】いま、プローブのＺ座標での値Ｚを求める
場合について、その作用を説明すると、ＹＺ面内での３
つの測定点の検出値Ｚ₀ ，Ｚ₁ ，Ｚ₂ と測定点間の距離
Ｌ₁，Ｌ₂ （図５参照）とに関しては、比例配分の関係
にあることから、上記Ｚは、 Ｚ＝（Ｌ₁ ×Ｚ₂ ＋Ｌ₂ ×Ｚ₁ ）／（Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ）−Ｚ₀ （１式） の関係式で表わせる。この関係式から求まる座標値Ｚ
が、ＸＹテーブル９およびＺ軸固定基準面１２の姿勢変
動に影響されないことを次に証明する。 （１）ＸＹテーブル９の姿勢変動の影響検討 まず説明のためＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の変動誤差をΔＸ，Δ
Ｙ，ΔＺとし、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸回りの回転誤差をΔθｘ，
Δθｙ，Δθｚとする。Now, the operation for obtaining the value Z at the Z coordinate of the probe will be described.
Since the detected values Z ₀ , Z ₁ , Z _{2 of the two} measurement points and the distances L ₁ , L ₂ (see FIG. 5) between the measurement points are in a proportional distribution relationship, the above Z is represented by Z = ( L ₁ × Z ₂ + L ₂ × Z ₁ ) / (L ₁ + L ₂ ) -Z ₀ (Equation 1) Coordinate value Z obtained from this relational expression
Is not affected by the variation in the attitude of the XY table 9 and the Z-axis fixed reference plane 12. (1) Investigation of the influence of the posture change of the XY table 9 First, for the sake of explanation, the change errors in the X, Y, and Z axis directions are represented by ΔX, Δ
Y, ΔZ, and the rotation error about the X, Y, Z axes is Δθx,
Δθy and Δθz.

【００１２】この６種類の誤差成分のうち、Ｚ軸方向に
変位を生じないものΔＸ，ΔＹ，Δθｙ，Δθｚについ
ては明らかに影響を受けない。Of the six types of error components, those that do not cause displacement in the Z-axis direction, ΔX, ΔY, Δθy, and Δθz, are not clearly affected.

【００１３】残りの誤差について検討すると、 １）ΔＺについて ＸＹテーブル９がＺ軸方向にΔＺ変位した時、前記の各
測定値は次のように変化する。Considering the remaining errors: 1) About ΔZ When the XY table 9 is displaced by ΔZ in the Z-axis direction, the above-mentioned measured values change as follows.

【００１４】Ｚ₀ →Ｚ₀ −ΔＺ、Ｚ₁ →Ｚ₁ −ΔＺ、Ｚ
₂ →Ｚ₂ −ΔＺ これらを１式に代入するとΔＺの項がすべてなくなり、
ΔＺについて影響を受けないことがわかる。Z ₀ → Z ₀ −ΔZ, Z ₁ → Z ₁ −ΔZ, Z
₂ → Z ₂ -ΔZ Substituting these into Equation 1 eliminates all the terms of ΔZ,
It can be seen that ΔZ is not affected.

【００１５】２）Δθｘについて ＸＹテーブルがＸ軸回りにΔθｘ回転変位した時、前記
の各測定値は次のように変化する。2) Regarding Δθx When the XY table is rotationally displaced by Δθx around the X axis, the above measured values change as follows.

【００１６】Ｚ₁ →Ｚ₁ ＋Ｌ₁ ×Δθｘ、Ｚ₂ →Ｚ₂ −
Ｌ₂ ×Δθｘ これらを１式に代入するとΔθｘの項が消え、Δθｘに
ついて影響を受けないことがわかる。 （２）Ｚ軸固定基準面１２の姿勢変動の影響検討 （１）の場合と同様に、６種類の誤差成分のうち、Ｚ軸
方向に変位を生じないΔＸ，ΔＹ，Δθｙ，Δθｚにつ
いては影響を受けない。Z ₁ → Z ₁ + L ₁ × Δθx, Z ₂ → Z ₂ −
L ₂ × Δθx When these are substituted into the equation (1), the term of Δθx disappears, and it can be seen that Δθx is not affected. (2) Examination of the influence of the attitude fluctuation of the Z-axis fixed reference plane 12 As in the case of (1), among the six types of error components, ΔX, ΔY, Δθy, and Δθz that do not cause displacement in the Z-axis direction are affected. Not receive.

【００１７】残りの誤差について検討すると、 １）ΔＺについて 基準面１２がＺ軸方向にΔＺ変移した時、前記の各測定
値は次のように変化する。Considering the remaining errors: 1) About ΔZ When the reference plane 12 is displaced by ΔZ in the Z-axis direction, each of the above-mentioned measured values changes as follows.

【００１８】Ｚ₀ →Ｚ₀ ＋ΔＺ、Ｚ₁ →Ｚ₁ ＋ΔＺ、Ｚ
₂ →Ｚ₂ ＋ΔＺ これらを１式に代入するとΔＺの項がすべてなくなり、
ΔＺについて影響を受けないことがわかる。Z ₀ → Z ₀ + ΔZ, Z ₁ → Z ₁ + ΔZ, Z
₂ → Z ₂ + ΔZ Substituting these into Equation 1 eliminates all ΔZ terms,
It can be seen that ΔZ is not affected.

【００１９】２）Δθｘについて 基準面１２がＸ軸回りにΔθｘ回転変位した時、前記の
各測定値は次のように変化する。2) About Δθx When the reference plane 12 is rotationally displaced by Δθx around the X axis, the above measured values change as follows.

【００２０】Ｚ₁ →Ｚ₁ −Ｌ₁ ×Δθｘ、Ｚ₂ →Ｚ₂ ＋
Ｌ₂ ×Δθｘ これらを１式に代入するとΔθｘの項が消え、Δθｘに
ついて影響を受けないことがわかる。Z ₁ → Z ₁ −L ₁ × Δθx, Z ₂ → Z ₂ +
L ₂ × Δθx When these are substituted into the equation (1), the term of Δθx disappears, and it can be seen that Δθx is not affected.

【００２１】これまでの説明で、１式の関係式より求ま
るＺ座標の値は、ＸＹテーブル９、Ｚ軸固定基準面１２
の姿勢変動に影響を受けないことが証明された。In the above description, the value of the Z coordinate obtained from the one relational expression is the XY table 9 and the Z-axis fixed reference plane 12.
It was proved that it was not affected by the posture change.

【００２２】Ｚ軸以外のＸ，Ｙ軸についても、同様に、
ＸＹテーブル９及び各軸固定基準面１３又は１５の姿勢
変動によって、以下の関係式より求まるＸ又はＹ座標の
値は、影響されないことが明らかである。Similarly, for the X and Y axes other than the Z axis,
It is clear that the value of the X or Y coordinate obtained from the following relational expression is not affected by the change in the attitude of the XY table 9 and each axis fixed reference plane 13 or 15.

【００２３】 Ｘ＝［（Ｌ₃ ＋Ｌ₄ ）×Ｘ₁ −Ｌ₄ ×Ｘ₂ ］／Ｌ₃ −Ｘ₀ （２式） Ｙ＝［（Ｌ₃ ＋Ｌ₄ ）×Ｙ₁ −Ｌ₄ ×Ｙ₂ ］／Ｌ₃ −Ｙ₀ （３式） （但し、Ｌ₃ ，Ｌ₄ は、図５に示すように、各測定点の
間の距離を表わす）なお、上記３つの測定点の間の距離
Ｌ₁ ，Ｌ₂ ，Ｌ₃ ，Ｌ₄ の値については、Ｌ₁＋Ｌ₂，及
びＬ₃＋Ｌ₄が一定距離であることと、ＸＹテーブルの各
軸方向の上記測定値（例えばＸ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ₁ ）とから
別途、計算により求めるものである。X = [(L ₃ + L ₄ ) × X ₁ −L ₄ × X ₂ ] / L ₃ −X ₀ (Equation 2) Y = [(L ₃ + L ₄ ) × Y ₁ −L ₄ × Y ₂ ] / L ₃ -Y ₀ (Equation 3) (However, L ₃ and L ₄ represent the distances between the measurement points as shown in FIG. 5) Note that the distance L between the above three measurement points Regarding the values of L ₁ , L ₂ , L ₃ , and L ₄ , L ₁ + L ₂ and L ₃ + L ₄ are constant distances, and the above measured values (eg, X ₁ , Y ₁ , Z ₁ ) separately.

【００２４】次に本発明で用いる干渉測長計の作用につ
いて説明する。Next, the operation of the interferometer used in the present invention will be described.

【００２５】図６は２周波ヘテロダイン干渉測長計の原
理図で、このような測長計を用いて前記Ｘ₀ ，Ｘ₁ ，Ｘ
₂ ，Ｙ₀ ，Ｙ₁ ，Ｙ₂ を測定する。入力光５９は、紙面
に対して水平方向に偏光面をもつ周波数ｆ₁ の水平偏光
成分と、紙面に対して直角方向に偏光面をもつ周波数ｆ
₂ の垂直偏光成分とを有する。偏光ビームスプリッタ６
１に入射したｆ₁ 成分は直進し、ｆ₂ 成分は反射され
る。直進するｆ₁ 成分はコーナーキューブ６４ａによっ
て反射され、再び偏光ビームスプリッタ６１を通り出力
光６０となる。反射するｆ₂ 成分は４分の１波長板６２
を通り、円偏光の光となりミラー６３によって反射さ
れ、もとの光路をたどり、再び４分の１波長板６２を通
過し、直線偏光の光にもどる。この場合、偏光方向は９
０度回転し紙面に水平となっているので、偏光ビームス
プリッタ６１に入射した時にはこれを通過し、コーナー
キューブ６４ｂで反射し、再び４分の１波長板６２を通
り円偏光の光となりミラー６３によって反射される。そ
して、もとの光路にもどり、４分の１波長板６２を通過
すると再び偏光方向が９０度回転し紙面に垂直な偏光方
向をもつ直線光となるので、偏光ビームスプリッタ６１
で反射され、出力光６０となる。このように、入力光ｆ
₁ ，ｆ₂ を混合して得られるビート信号と出力光のｆ
₁ ，ｆ₂ を混合して得られるビート信号との位相を比較
することにより、ｆ ₁ ，ｆ₂ の光路差を知ることができ
る。FIG. 6 is a schematic diagram of a two-frequency heterodyne interferometer.
In the diagram, using such a length measuring instrument, the X₀ , X₁ , X
_Two , Y₀ , Y₁ , Y_Two Is measured. The input light 59 is on paper.
Frequency f having a plane of polarization in the horizontal direction with respect to₁ Horizontal polarization
Component and frequency f having a plane of polarization perpendicular to the plane of the paper.
_Two And a vertical polarization component. Polarizing beam splitter 6
F incident on 1₁ The component goes straight and f_Two Components are reflected
You. Go straight₁ The components are determined by the corner cube 64a.
Reflected and output again through the polarizing beam splitter 61
It becomes light 60. Reflected f_Two The component is a quarter wave plate 62
, And becomes circularly polarized light, and is reflected by the mirror 63.
Traverses the original optical path and passes again through the quarter-wave plate 62.
And return to linearly polarized light. In this case, the polarization direction is 9
Since it is rotated 0 degrees and horizontal to the paper, the polarization beam
When the light enters the splitter 61, it passes through
The light is reflected by the cube 64b and passes again through the quarter-wave plate 62.
The light becomes circularly polarized light and is reflected by the mirror 63. So
Return to the original optical path and pass through the quarter wave plate 62
Then, the polarization direction is rotated 90 degrees again, and the polarization direction is perpendicular to the paper.
Since the light becomes linear light having a certain direction, the polarization beam splitter 61
, And becomes the output light 60. Thus, the input light f
₁ , F_Two Of the beat signal and output light obtained by mixing
₁ , F_Two The phase with the beat signal obtained by mixing
By doing, f ₁ , F_Two Optical path difference
You.

【００２６】図７は、異なる構成をもつ２周波ヘテロダ
イン干渉測長計の原理図で、このような測長計で前記Ｚ
₁ ，Ｚ₂ を測定する。入力光５９は、周波数ｆ₁ の水平
偏光成分と、周波数ｆ₂ の垂直偏光成分をもつ。偏光ビ
ームスプリッタを直進するｆ ₁ 成分はコーナーキューブ
６４によって反射され、再び偏光ビームスプリッタ６１
を通り出力光６０となる。偏光ビームスプリッタで反射
されるｆ₂ 成分は、４分の１波長板６２ｂを通過し、円
偏光の光となりミラー６６によって反射される。そして
もとの光路にもどり再び４分の１波長板６２ｂを通過し
直線偏光にもどるが偏光方向は９０度回転し紙面に水平
となっている。したがって偏光ビームスプリッタに入射
した時にはこれを通過し、４分の１波長板６２ａを通過
し、円偏光の光となってミラー６５によって反射され
る。そして、もとの光路にもどり、再び４分の１波長板
６２ａを通過し、紙面に垂直な偏光方向をもつ直線光と
なる。したがって、偏光ビームスプリッタ６１およびコ
ーナーキューブ６４で反射されて、再び偏光ビームスプ
リッタ６１によって反射され、４分の１波長板６２ａを
通過し、円偏光の光となりミラー６５によって反射され
る。そして、もとの光路にもどり再び４分の１波長板６
２ａを通過し、紙面に水平な偏光方向をもつ直線偏光の
光となり、偏光ビームスプリッタ６１を通過し、４分の
１波長板６２ｂを通過し、円偏光の光となりミラー６６
によって反射される。そして、もとの光路をもどり、再
び４分の１波長板６２ｂを通過し、直線偏光にもどるが
偏光方向は９０度回転して紙面に垂直となっているの
で、偏光ビームスプリッタ６１で反射され出力光６０と
なる。入力光のｆ₁ ，ｆ₂ を混合して得られるビート信
号と出力光のｆ₁ ，ｆ₂ を混合して得られるビート信号
との位相を比較することにより、ｆ₁ ，ｆ₂ の光路差を
知ることができる。FIG. 7 shows a two-frequency heterodrier having a different configuration.
The principle diagram of an in-interferometer, the Z-meter
₁ , Z_Two Is measured. The input light 59 has a frequency f₁ Horizontal
Polarization component and frequency f_Two Vertical polarization component. Polarized light
F to go straight through the beam splitter ₁ Ingredients are corner cubes
64 and again reflected by the polarizing beam splitter 61
And output light 60. Reflected by polarizing beam splitter
F_Two The components pass through the quarter wave plate 62b and
The light becomes polarized light and is reflected by the mirror 66. And
It returns to the original optical path and passes again through the quarter wave plate 62b.
Returns to linearly polarized light, but the polarization direction rotates 90 degrees and is horizontal to the paper
It has become. Therefore, it enters the polarizing beam splitter
When this occurs, it passes through it and passes through the quarter wave plate 62a.
Then, the light becomes circularly polarized light and is reflected by the mirror 65.
You. Then, it returns to the original optical path, and again a quarter-wave plate
62a, and a linear light having a polarization direction perpendicular to the paper surface.
Become. Therefore, the polarization beam splitter 61 and the core
Reflected by the laser cube 64, and again
Reflected by the litter 61, the quarter-wave plate 62a
The light passes through, becomes circularly polarized light, and is reflected by the mirror 65.
You. Then, returning to the original optical path, the quarter-wave plate 6 is returned again.
2a, a linearly polarized light having a polarization direction horizontal to the paper surface.
It becomes light, passes through the polarizing beam splitter 61, and
The light passes through the one-wavelength plate 62b and becomes circularly polarized light.
Is reflected by Then, return to the original light path,
Pass through the quarter-wave plate 62b and return to linearly polarized light.
The polarization direction is rotated 90 degrees and is perpendicular to the paper
And the output light 60 reflected by the polarization beam splitter 61
Become. F of input light₁ , F_Two Beat signal obtained by mixing
Signal and f of output light₁ , F_Two Beat signal obtained by mixing
By comparing the phase with₁ , F_Two Optical path difference
You can know.

【００２７】次に、３個所のＺ座標（Ｚ₀₁，Ｚ₀₂，
Ｚ₀₃）（図１０参照）を測定して補正する場合につい
て、その作用を説明する。Next, three Z coordinates (Z ₀₁ , Z ₀₂ ,
Z ₀₃ ) (see FIG. 10) and its correction will be described below.

【００２８】前記３個所のＺ座標の測定は、フレーム３
７に固定された干渉測長計７８ａ，ｂ，ｃ（図９参照）
で行なうがこれらの測定は、フレーム３７を基準にベー
ス板４７上の３つの測定点での距離を求めることであ
る。この３点は、上面から見れば図１０に示すように、
Ｘ，Ｙ軸の交点（Ｚ軸）を通る２等辺三角形の各頂点と
する位置関係にあることから Ｚ₀ ＝（Ｚ₀₂＋Ｚ₀₃）／２ （４式） この式から得られるＺ₀ と測定したＺ₁ ，Ｚ₂ を１式に
代入してＺ座標の補正された値が得られる。The measurement of the Z coordinate at the three places is performed in the frame 3
7 (see FIG. 9)
These measurements are to obtain the distances at three measurement points on the base plate 47 with reference to the frame 37. These three points are, as seen from the top, as shown in FIG.
Since there is a positional relationship with each vertex of an isosceles triangle passing through the intersection (Z axis) of the X and Y axes, Z ₀ = (Z ₀₂ + Z ₀₃ ) / 2 (Equation 4) Z ₀ obtained from this equation and measurement The corrected values of the Z coordinate are obtained by substituting the calculated Z ₁ and Z ₂ into the equation (1).

【００２９】Ｚアーム４６の移動精度のうち、ＸＹ方向
への平行移動成分については、前記Ｘ₀ ，Ｙ₀ の測定値
に既に含まれているがＸＹ方向の位置ずれを伴うＸ，Ｙ
軸回りの回転誤差（Ｚアームの傾き）もベース板４７の
３点を測定することにより、次の関係式から求めること
で補正できる。Of the movement accuracy of the Z-arm 46, the parallel movement component in the XY directions is already included in the measured values of X ₀ and Y ₀ , but is accompanied by the X and Y displacements in the XY directions.
The rotation error around the axis (tilt of the Z arm) can also be corrected by measuring the three points on the base plate 47 and calculating from the following relational expression.

【００３０】Ｘ座標の値について Ｘ＝［（Ｌ₃ ＋Ｌ₄ ）×Ｘ₁ −Ｌ₄ ×Ｘ₂ ］／Ｌ₃ −Ｘ₀ （５式） −（Ｚ₀₂−Ｚ₀₁）×Ｌ₅ ／Ｌ₆ 同様にＹ座標の値は、 Ｙ＝［（Ｌ₃ ＋Ｌ₄ ）×Ｙ₁ −Ｌ₄ ×Ｙ₂ ］／Ｌ₃ −Ｙ₀ （６式） −（Ｚ₀₃−Ｚ₀₁）×Ｌ₅ ／Ｌ₆ 上式で第２項はＺ軸アームの回転誤差成分の補正項で
り、Ｌ₅ は図１１に示すベース板４７と測定プローブ７
９先端までの距離、Ｌ₆ は図１０に示す２等辺三角形の
一辺の長さを示す。Regarding the value of the X coordinate X = [(L ₃ + L ₄ ) × X ₁ −L ₄ × X ₂ ] / L ₃ −X ₀ (Equation 5) − (Z ₀₂ −Z ₀₁ ) × L ₅ / L ₆ Similarly, the value of the Y coordinate is as follows: Y = [(L ₃ + L ₄ ) × Y ₁ −L ₄ × Y ₂ ] / L ₃ −Y ₀ (Equation 6) − (Z ₀₃ −Z ₀₁ ) × L ₅ / L second term in ₆ above equation correction term deli rotational error component in the Z-axis arm, L ₅ is determined to base plate 47 shown in FIG. 11 probe 7
9 the distance to the tip, L ₆ represents the length of one side of the isosceles triangle shown in FIG. 10.

【００３１】[0031]

【実施例】本発明の第１実施例を図１に示す。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.

【００３２】図１において、１はベース定盤で除振台１
６の上に固定される。前記ベース定盤１の上面にはＹ軸
スライドのガイド１７、例えばクロスローラ等の転動式
のものが固定されそのガイドの上をＹ軸スライド２３に
固定されたスライダー１８がスライドできる。また、ベ
ース定盤１に固定されたＹスライド駆動用モータ２１に
より回転するボールネジ２０は、その他端が軸受２２で
回転自在にベース定盤１に固定されその回転をＹ軸スラ
イド２３に固定されたボールナット１９に伝えることに
よってＹ軸スライド２３を所望の場所に位置決めする構
成となる。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a base platen and an anti-vibration table 1
6 is fixed. A Y-axis slide guide 17, for example, a rolling type such as a cross roller, is fixed on the upper surface of the base platen 1, and a slider 18 fixed to a Y-axis slide 23 can slide on the guide. The other end of the ball screw 20 rotated by the Y slide drive motor 21 fixed to the base platen 1 is rotatably fixed to the base platen 1 by a bearing 22 and the rotation is fixed to the Y-axis slide 23. By transmitting the ball to the ball nut 19, the Y-axis slide 23 is positioned at a desired position.

【００３３】前記Ｙ軸スライド２３の上面にはＸ軸ガイ
ド２５が取付けられ、このガイドによってＸ軸方向に移
動可能にＸ軸スライド２６を設け、Ｙ軸スライドの場合
と同様に、Ｘ軸スライド２６に固定したボールナット２
７を介してＹ軸スライドに固定されたＸスライド駆動用
モータ（図示せず）の回転角を変えることによってＸ軸
スライド２６を所望の場所に位置決めすることができ
る。An X-axis guide 25 is mounted on the upper surface of the Y-axis slide 23, and an X-axis slide 26 is provided by the guide so as to be movable in the X-axis direction. Ball nut 2 fixed to
The X-axis slide 26 can be positioned at a desired position by changing the rotation angle of an X-slide drive motor (not shown) fixed to the Y-axis slide via.

【００３４】Ｘ軸スライド２６の上には熱膨張係数が低
く、経時的に寸法変化の小さい材料、たとえばインバー
や石英硝子等で作られたワークテーブル２９が配置され
２８のスペーサを介してＸ軸スライド２６に３個所固定
される。３個所で固定することによってＸ軸スライド２
６上面およびワークテーブル２９の下面の面精度が悪く
ても締結によるワークテーブル２９の面精度変化を生じ
ないですむし、Ｘ軸スライド２６とワークテーブル２９
との隙間がＸ軸スライドからワークテーブルへと直接、
熱伝導するのを防ぐことができる。また、ワークテーブ
ルの上面には被測定物を取り付けるための治具３０と被
測定物を真空吸着して保持するパッド３１が設けられ、
その上に被測定物６が配置される。On the X-axis slide 26, a work table 29 made of a material having a low coefficient of thermal expansion and having a small dimensional change with time, for example, invar or quartz glass, is disposed. The slide 26 is fixed at three places. X-axis slide 2 by fixing at three places
6 Even if the surface accuracy of the upper surface and the lower surface of the work table 29 is poor, the surface accuracy of the work table 29 does not change due to the fastening.
Gap is directly from the X-axis slide to the worktable,
Heat conduction can be prevented. Further, a jig 30 for attaching the object to be measured and a pad 31 for vacuum-sucking and holding the object to be measured are provided on the upper surface of the work table.
The device under test 6 is arranged thereon.

【００３５】また、ワークテーブルの上面にワークテー
ブルの姿勢精度を測定する基準となるＸ軸方向に長い２
本のバーミラー３３と３４を設ける。左側のバーミラー
３３は上面をＺ軸方向に精度基準面７として、また右側
のバーミラー３４は上面をＺ軸方向に精度基準面８、側
面をＹ軸方向に精度基準面１１として、それぞれ使用す
るためその面は高い精度で製作され、反射面をもつ構成
である。[0035] Further, a long reference point on the upper surface of the work table in the X-axis direction is used as a reference for measuring the posture accuracy of the work table.
Bar mirrors 33 and 34 are provided. The left bar mirror 33 uses the upper surface as the accuracy reference surface 7 in the Z-axis direction, and the right bar mirror 34 uses the upper surface as the accuracy reference surface 8 in the Z-axis direction and the side surfaces as the accuracy reference surface 11 in the Y-axis direction. The surface is manufactured with high accuracy and has a reflective surface.

【００３６】ベース定盤１の上方に上板３５が配置され
それはベース定盤１に対して支柱３２で固定される。支
柱３２は図１では１本しか示してないが、紙面に垂直方
向に少なくとも２本並んで設けられ、上板３５を支えて
いる。上板３５にはスペーサ３６を介してフレーム３７
が設けられ、該フレーム３７は精度基準面となるので熱
膨張係数が低く、経時的に寸法変化の小さい材料、例え
ばインバーやガラスセラミックスで作られる。また、前
記フレーム３７は、その下にＺ軸方向の精度基準面とな
る２本のバーミラー３９，４０がスペーサ４１を介して
固定され、またＺ軸スライド４６が通る穴３８があけら
れてある。An upper plate 35 is arranged above the base platen 1, and is fixed to the base platen 1 with the support columns 32. Although only one strut 32 is shown in FIG. 1, at least two struts 32 are provided side by side in the direction perpendicular to the paper surface and support the upper plate 35. A frame 37 is provided on the upper plate 35 via a spacer 36.
The frame 37 is made of a material having a low coefficient of thermal expansion and a small dimensional change over time, for example, invar or glass ceramics, because it serves as an accuracy reference surface. In the frame 37, two bar mirrors 39 and 40 serving as accuracy reference surfaces in the Z-axis direction are fixed below the frame 37 via a spacer 41, and a hole 38 through which a Z-axis slide 46 passes is formed.

【００３７】また、前記上板３５には、Ｚ軸スライダ用
ガイド４２とリニアモータ固定用コラム４３が固定さ
れ、Ｚ軸スライド４６がエアーベアリングを介してＺ軸
方向に移動可能に取り付けられる。リニアモータの固定
子４４は前記コラム４３に固定され、Ｚ軸スライド４６
の両脇に固定されたリニアモータ可動子４５に流す電流
を制御することによってＺ軸スライド４６を上下でき
る。前記Ｚ軸スライド４６の先端には測定ヘッドのベー
ス４７が取り付けられ、該ベース下面には触針子４８の
被測定物への押付け力を測定する力センサ４９を介して
触針子４８を取り付ける。力センサ４９の出力が一定に
なる様に前記リニアモータ４５に流す電流を加減するこ
とで、一定の押付け力で被測定面にそってＺ軸スライド
４６が上下することになる。また、前記コラム４３の上
部にはＺ軸スライド４６の変位を測定するための干渉測
長計５４が取り付けてある。A guide 42 for a Z-axis slider and a column 43 for fixing a linear motor are fixed to the upper plate 35, and a Z-axis slide 46 is mounted movably in the Z-axis direction via an air bearing. A linear motor stator 44 is fixed to the column 43 and a Z-axis slide 46
The Z-axis slide 46 can be moved up and down by controlling the current flowing through the linear motor mover 45 fixed to both sides of the Z-axis slide 46. A base 47 of a measuring head is attached to a tip of the Z-axis slide 46, and a stylus 48 is attached to a lower surface of the base via a force sensor 49 for measuring a pressing force of the stylus 48 against an object to be measured. . By adjusting the current flowing through the linear motor 45 so that the output of the force sensor 49 becomes constant, the Z-axis slide 46 moves up and down along the surface to be measured with a constant pressing force. Further, an interferometer 54 for measuring the displacement of the Z-axis slide 46 is attached to the upper part of the column 43.

【００３８】前記支柱３２の側面には横方向のフレーム
５０が固定され、該フレーム５０にはＹ軸方向の精度基
準面であるバーミラー５１が取り付けられ、またＹ軸方
向の測長を行なうため干渉測長計５２，５３が固定され
ている。この２つの干渉計は、前記精度基準面１１と干
渉計までの距離Ｙ₁ ，Ｙ₂ を測定するものである。A lateral frame 50 is fixed to the side surface of the column 32, and a bar mirror 51, which is a precision reference surface in the Y-axis direction, is attached to the frame 50. The length meters 52 and 53 are fixed. These two interferometers measure the distances Y ₁ and Y ₂ between the accuracy reference plane 11 and the interferometer.

【００３９】また、前記測定ヘッドのベース４７には干
渉測長計５５が取り付けられ、Ｙ軸方向の固定精度基準
面１３と干渉計５５までの距離Ｙ₀ を測定するものであ
り、前述までのＹ軸方向と全く同様に、Ｘ軸方向につい
ても図示していないがＸ₀ ，Ｘ₁ ，Ｘ₂ の測長系が設け
てある。An interferometer 55 is attached to the base 47 of the measuring head to measure the distance Y ₀ between the fixed accuracy reference plane 13 in the Y-axis direction and the interferometer 55. Just like the axial direction, although not shown in the X-axis direction, a length measuring system for X ₀ , X ₁ , and X ₂ is provided.

【００４０】更に、前記Ｙ軸スライド２３には、２つの
測長系取付部材２４ａ，２４ｂが固定され、両部材の先
端には干渉測長計５６，５７が設置されＺ軸方向の固定
精度基準面１２ａと精度基準面７との間の距離Ｚ₁ およ
び固定精度基準面１２ｂと精度基準面８との間の距離Ｚ
₂ を測定する。Further, two length measuring system mounting members 24a and 24b are fixed to the Y-axis slide 23, and interferometers 56 and 57 are installed at the tips of both members, and a fixing accuracy reference surface in the Z-axis direction is provided. The distance Z ₁ between the reference surface 12a and the accuracy reference surface 7 and the distance Z between the fixed accuracy reference surface 12b and the accuracy reference surface 8
Measure ₂ .

【００４１】この測定装置の動作フローを図８に示す。FIG. 8 shows an operation flow of the measuring apparatus.

【００４２】本発明の第２実施例を図９に示す。FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention.

【００４３】この図では、干渉測長計の光源であるレー
ザヘッド６７を３つベースに固定配置し、レーザー光を
直進と直角の２手に分けるビームスプリッタ６８、レー
ザー光の向きを直角に曲げるビームベンダ６９の光学系
を配置し、干渉測長計への入力力と出力光のレイアウト
を示してある。In this figure, three laser heads 67, which are light sources of an interferometer, are fixedly arranged on a base, a beam splitter 68 for dividing laser light into two parts, a straight line and a right angle, and a beam for bending the direction of the laser light at right angles. The layout of the input force to the interferometer and the output light is shown with the optical system of the vendor 69 arranged.

【００４４】Ｙ軸スライド７１の上に配置されたＸ軸ス
ライド７４には、前記のＺ₂ ，Ｙ₁，Ｙ₂ の測定用バー
ミラー３４と、前記Ｚ₁ の測定用バーミラー３３と、Ｘ
₁ ，Ｘ₂ の測定用バーミラー７５が固定されており、ま
た、被測定物６がＸ軸スライド７４上面に取り付けられ
ている。On the X-axis slide 74 disposed on the Y-axis slide 71, the measurement bar mirrors 34 for Z ₂ , Y ₁ , and Y ₂ , the bar mirror 33 for Z ₁ ,
The measurement bar mirrors 75 for ₁ and X ₂ are fixed, and the DUT 6 is mounted on the upper surface of the X-axis slide 74.

【００４５】Ｘ軸スライド７４及びＹ軸スライド７１上
方にはＺ方向精度基準を保持するフレーム３７がベース
定盤に固定して設けられその下面には前記Ｚ₁ の測定用
バーミラー３９、前記Ｚ₂ の測定用バーミラー４０が取
り付けられ、またフレーム３７の中央に設けられた穴を
通してＺ軸アーム４６が図示しないガイドと駆動手段に
よってＺ方向に位置決め可能に設けられている。The X-axis slide 74 and the Y-axis slide 71 frame 37 for holding the Z direction accuracy criteria upward measurement bar mirror 39 on its lower surface is provided and fixed to the base plate said Z _1, wherein Z ₂ And a Z-axis arm 46 is provided through a hole provided in the center of the frame 37 so as to be positionable in the Z direction by a guide and a driving means (not shown).

【００４６】Ｚ軸アーム４６の先端には精度基準面とな
るベース板４７が取り付けられ、該ベース板４７には、
前記Ｘ₀ の干渉測長計７７、前記Ｙ₀ の干渉測長計５５
及び前記Ｚ₀ を求めるためにＺ方向を３個所（Ｚ₀₁，Ｚ
₀₂，Ｚ₀₃）で測定するための参照面８０，８１，８２
（図１０参照）が設けられ、この点が第２実施例の特徴
の一つである。A base plate 47 serving as an accuracy reference surface is attached to the tip of the Z-axis arm 46.
X ₀ interferometer 77, Y ₀ interferometer 55
And 3 points in the Z direction to determine the Z ₀ (Z _01, Z
₀₂ , Z ₀₃ ) for reference measurements 80, 81, 82
(See FIG. 10), which is one of the features of the second embodiment.

【００４７】また、Ｚ軸アーム４６の先端には測定プロ
ーブ７９が配置され、その断面図を図１１に示す。プロ
ーブ７９の上端には参照ミラーが固定され、またプロー
ブ７９は２組の平行板ばね８５に支持され、プローブホ
ルダ８６を介して、前記ベース板４７に固定される。ま
たベース板４７には干渉測長計８７が固定されていて、
ベース板４７からプローブの変位を測定する。この測定
値Ｐは平行板ばねの変位を示すことになるので、Ｚ軸ア
ーム４６を移動させてＰ値を変化させることにより、被
測定面への押付け力を変化させることが出来る。A measuring probe 79 is arranged at the tip of the Z-axis arm 46, and its sectional view is shown in FIG. A reference mirror is fixed to the upper end of the probe 79. The probe 79 is supported by two sets of parallel leaf springs 85, and is fixed to the base plate 47 via a probe holder 86. An interferometer 87 is fixed to the base plate 47,
The displacement of the probe from the base plate 47 is measured. Since the measured value P indicates the displacement of the parallel leaf spring, the pressing force against the surface to be measured can be changed by moving the Z-axis arm 46 to change the P value.

【００４８】Ｚ軸アーム４６には、干渉測長計８７のた
めの入力光と出力光を導くための穴８９があけてあり、
図９に示す用にＺ軸アーム４６の上部から入力光と出力
光とを出し入れすることができる。The Z-axis arm 46 has a hole 89 for guiding input light and output light for an interferometer 87,
As shown in FIG. 9, the input light and the output light can be put in and out of the upper part of the Z-axis arm 46.

【００４９】Ｙ軸スライド７１には、前記Ｚ₁ の長さを
測定する干渉測長計５６、および前記Ｚ₂ の長さを測定
する干渉測長計５７が、それぞれ取付フレーム２４ａ，
２４ｂを介して固定されている。また、入力光と出力光
を導くため、Ｙ軸スライド７１にはベンダーとビームス
プリッタを固定する台８３ａ，８３ｂが取り付けてあ
る。[0049] Y-axis slide 71, the gauge interferometer 56 for measuring the length of the Z ₁ and the Z gauge interferometer 57 for measuring the length of _two, are each mounting frame 24a,
24b. In order to guide the input light and the output light, mounts 83a and 83b for fixing the bender and the beam splitter are attached to the Y-axis slide 71.

【００５０】８４は、干渉測長計の出力光からビート出
力を取り出すためのレシーバーである。Reference numeral 84 denotes a receiver for extracting a beat output from the output light of the interferometer.

【００５１】９０は、レーザ光の波長変化を測定するも
ので、計測途中での気圧変化や、温度変化によってレー
ザ光の波長が変化し、測定値に影響する量を測定するた
めの装置である。Numeral 90 is a device for measuring a change in the wavelength of the laser beam, and is a device for measuring the amount of change in the wavelength of the laser beam due to a change in atmospheric pressure or a change in temperature during the measurement, which affects the measured value. .

【００５２】Ｘ軸方向の測定は、ベース定盤に固定した
Ｘ座標測定部材取付フレーム９１にＸ方向バーミラー９
３及び２個所で位置を測定する干渉測長計９４を設け、
前記フレーム９１を基準にバーミラー７５までのＸ座標
距離Ｘ₁ ，Ｘ₂ を測定し、またバーミラー９３と測定プ
ローブまでのＸ座標距離Ｘ₀ を干渉測長計７７で測定す
る。The measurement in the X-axis direction is performed by mounting the X-direction bar mirror 9 on the X-coordinate measuring member mounting frame 91 fixed to the base platen.
An interferometer 94 for measuring positions at three and two locations is provided,
The X coordinate distances X ₁ and X ₂ to the bar mirror 75 are measured with reference to the frame 91, and the X coordinate distance X ₀ between the bar mirror 93 and the measurement probe is measured by the interferometer 77.

【００５３】Ｙ軸方向の測定は、ベース定盤に固定した
Ｙ座標測定部材取付フレーム９２にＸ方向バーミラー５
１及び２個所で位置を測定する干渉測長計９５を設け、
前記フレームを基準にバーミラー３４までのＹ座標距離
Ｙ₁ ，Ｙ₂ を測定し、またバーミラー５１と測定プロー
ブまでのＹ座標距離Ｙ₀ を干渉測長計５５で測定する。The measurement in the Y-axis direction is performed by mounting the X-direction bar mirror 5 on the Y-coordinate measuring member mounting frame 92 fixed to the base platen.
An interferometer 95 for measuring positions at one and two locations is provided,
The Y coordinate distances Y ₁ and Y ₂ to the bar mirror 34 are measured based on the frame, and the Y coordinate distance Y ₀ between the bar mirror 51 and the measurement probe is measured by the interferometer 55.

【００５４】Ｚ軸方向の測定は、Ｚ座標測定部材取付フ
レーム３７には、２つのＺ方向バーミラー３９と４０、
及び３つの干渉測長計７８ａ，７８ｂ，７８ｃが取り付
けられており（図９参照）、前記フレームを基準にベー
ス板４７上の３つの参照面８０，８１，８２までのＺ座
標距離Ｚ₀₁，Ｚ₀₂，Ｚ₀₃を測定し、またＹ軸スライドに
設けた干渉測長計５６及び５７で、バーミラー３９とバ
ーミラー３３までのＺ座標距離Ｚ₁ 及びバーミラー４０
とバーミラー３４までのＺ座標距離Ｚ₂ をそれぞれ測定
する。In the measurement in the Z-axis direction, two Z-direction bar mirrors 39 and 40 are provided on the Z-coordinate measuring member mounting frame 37.
And three interferometers 78a, 78b, 78c are attached (see FIG. 9), and Z coordinate distances Z ₀₁ , Z to three reference surfaces 80, 81, 82 on the base plate 47 with respect to the frame. ₀₂ and Z ₀₃ are measured, and the Z coordinate distance Z ₁ between the bar mirror 39 and the bar mirror 33 and the bar mirror 40 are measured by interferometers 56 and 57 provided on the Y-axis slide.
And the Z coordinate distance Z ₂ to the bar mirror 34 are measured.

【００５５】この測定装置の動作フローを図１２に示
す。FIG. 12 shows an operation flow of the measuring apparatus.

【００５６】さらに、第１及び第２の実施例には、各干
渉測長計で測定されたＸＹＺ軸の各測定値にもとづい
て、［作用］項に記載された各関係式からＸＹＺ座標の
値を算出するための演算手段を設けることは、当然のこ
とである。Further, in the first and second embodiments, the values of the XYZ coordinates are obtained from the relational expressions described in the section of [Action] based on the measured values of the XYZ axes measured by the respective interferometers. It is natural that an arithmetic means for calculating the value is provided.

【００５７】このような演算手段についてはコンピュー
タを用いることで実現できることがこの出願前から知ら
れている。It has been known before this application that such an arithmetic means can be realized by using a computer.

【００５８】[0058]

【発明の効果】本発明による座標測定を行なう形状測定
には次のような利点がある。 （１）ＸＹＺスライドの精度に影響されない高精度測定 図５で示した原理によりＸＹスライドの６つの移動精度
誤差（図４）が生じてもそれに影響されない高精度な座
標測定が可能となる。 （２）固定側の計測基準面の姿勢精度によらない高精度
測定 ＸＹスライドの移動にともなう荷重変動によってそれら
を支えるベースが変形し、ベースに固定される精度基準
面の姿勢が変化しても測定精度に影響を及ぼさず、高精
度な座標測定が可能となる。 （３）熱変形に影響されない高精度測定 従来、測定中の微妙な温度変化によるＸＹスライドの変
形がそのまま測定精度に影響を与えてしまうため、測定
毎に異なる再現性の悪い座標測定誤差を生じていたが、
本発明によればＸＹスライドの移動精度によらない測定
ができるので、温度変化による誤差は生じない。このこ
とは、固定側の精度基準面を支えるベースや取付の部材
に対して同様である。 （４）コストダウン 従来、測定精度に影響を与えるスライドの精度を高く保
つために熱膨張係数が低く、剛性の高い材料で構成され
たエアーベアリング等を用いていたが、本発明によれば
ＸＹスライドの移動精度によらない座標測定が可能であ
るため、ＸＹスライドの精度を低くてもよく本実施例の
様に転動式のガイドを用いて構成できるため、コストダ
ウンに役立つ。 （５）耐振動性 ＸＹスライド、ベース、固定側精度基準面等は、すべて
除振台の上に乗っているが、除振台で除去できない振動
が必ず装置に伝わってくる。しかし、この様な振動も、
突き詰めれば、各構成要素の姿勢変動が時間と共に変わ
る現象と見ることができるので、姿勢変動に影響されな
い座標測定が可能となる本発明によれば、振動の影響を
受けない。The shape measurement for performing the coordinate measurement according to the present invention has the following advantages. (1) High-precision measurement not affected by the accuracy of the XYZ slide According to the principle shown in FIG. 5, even if six movement accuracy errors (FIG. 4) of the XY slide occur, highly accurate coordinate measurement can be performed without being affected by the errors. (2) High-precision measurement independent of the attitude accuracy of the fixed-side measurement reference plane Even if the base supporting them is deformed due to load fluctuation due to the movement of the XY slide, and the attitude of the accuracy reference plane fixed to the base changes. High-precision coordinate measurement can be performed without affecting measurement accuracy. (3) High-accuracy measurement not affected by thermal deformation Conventionally, deformation of the XY slide due to a delicate temperature change during measurement directly affects measurement accuracy, resulting in a coordinate measurement error with poor reproducibility that differs for each measurement. Had been
According to the present invention, the measurement can be performed without depending on the movement accuracy of the XY slide, so that an error due to a temperature change does not occur. This is the same for the base and mounting members that support the fixed-side accuracy reference surface. (4) Cost Reduction Conventionally, an air bearing or the like made of a material having a low coefficient of thermal expansion and a high rigidity has been used in order to keep the accuracy of the slide affecting measurement accuracy high. Since the coordinate measurement can be performed without depending on the movement accuracy of the slide, the accuracy of the XY slide may be low, and a rolling guide can be used as in the present embodiment, which is useful for cost reduction. (5) Vibration resistance Although the XY slide, base, fixed-side precision reference surface, etc. are all on the vibration isolation table, vibrations that cannot be removed by the vibration isolation table are always transmitted to the apparatus. However, such vibrations
In other words, it can be regarded as a phenomenon in which the attitude change of each component changes with time, and therefore, according to the present invention, which enables coordinate measurement that is not affected by the attitude change, it is not affected by vibration.

【００５９】さらに、第２の実施例のとおり、本発明は
次の利点もある。 （６）ＺアームのＺ方向距離Ｚ₀ の測定安定性の向上 第１の実施例では、Ｚアームの位置Ｚ₀ を測定する干渉
測長計５４がコラム４３の上部に位置し、Ｚ方向の測定
基準面であるフレーム３７との間に、上板３５、コラム
４３の部材が在るため、この部材が熱などによって変形
すると測定精度に影響を与えてしまうのに対し、第２の
実施例では、Ｚアーム回りにＺ方向を測定する干渉測長
計をフレーム３７に固定して３個所に設け３点でのＺ座
標をＺ方向基準面であるフレーム３７を基準として測定
している（Ｚ₀₁，Ｚ₀₂，Ｚ₀₃）ため、コラムや上板の熱
変形が生じても測定値に影響しない。 （７）Ｚアームの回転誤差成分にも影響されない高精度
測定 測定プローブのＸＹ座標Ｘ₀ ，Ｙ₀ を測定する光軸の高
さと測定プローブが被測定物に接触する点までの距離Ｌ
₅ （図１１参照）が大きいとき、Ｚアームの回転姿勢誤
差（ピッチングとヨーイング）によってＸＹ方向の位置
ずれを生じても測定プローブのベース板の３点を測定
し、姿勢誤差を求めることによってＺアームの姿勢変動
によらない測定ができる。Further, as in the second embodiment, the present invention has the following advantages. (6) Improvement of Measurement Stability of Z-Direction Distance Z ₀ of Z Arm In the first embodiment, the interferometer 54 for measuring the position Z _{0 of the} Z arm is located at the upper part of the column 43 and measures in the Z direction. Since the members of the upper plate 35 and the column 43 are present between the frame 37 as the reference surface and the members deformed by heat or the like, the measurement accuracy is affected. On the other hand, in the second embodiment, The interferometer for measuring the Z direction around the Z arm is fixed to the frame 37 at three locations, and the Z coordinates at three points are measured with reference to the frame 37 as the Z direction reference plane (Z ₀₁ , Z ₀₂ , Z ₀₃ ), so that the thermal deformation of the column or the upper plate does not affect the measured values. (7) High-precision measurement not affected by the rotation error component of the Z-arm The height of the optical axis for measuring the XY coordinates X ₀ and Y ₀ of the measurement probe and the distance L to the point where the measurement probe comes into contact with the object to be measured.
₅ (see FIG. 11), the Z-axis is measured by measuring three points on the base plate of the measurement probe and calculating the attitude error, even if the Z-arm rotational attitude error (pitching and yawing) causes displacement in the X and Y directions. Measurements can be made without depending on the change in the posture of the arm.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明を実施した形状測定装置の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a shape measuring apparatus embodying the present invention.

【図２】従来例。FIG. 2 is a conventional example.

【図３】従来の形状測定装置の動作フロー。FIG. 3 is an operation flow of a conventional shape measuring apparatus.

【図４】誤差成分を説明する座標系の概念図。FIG. 4 is a conceptual diagram of a coordinate system for explaining an error component.

【図５】本発明の原理を示す概念図。FIG. 5 is a conceptual diagram showing the principle of the present invention.

【図６】干渉測長計の動作を説明する概念図。FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating the operation of the interferometer.

【図７】他の干渉測長計の動作を説明する概念図。FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the operation of another interferometer.

【図８】本発明を実施した形状測定装置の動作フロー。FIG. 8 is an operation flow of the shape measuring apparatus embodying the present invention.

【図９】本発明を実施した第２の実施例。FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention.

【図１０】ベース板のＺ座標測定位置の配置を示す図。FIG. 10 is a diagram showing an arrangement of Z coordinate measurement positions of a base plate.

【図１１】触針式測定ヘッドの断面図。FIG. 11 is a sectional view of a stylus-type measuring head.

【図１２】本発明を実施した第２の実施例動作フロー。FIG. 12 is an operation flow of a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ベース定盤 ２ Ｙスライド ３ Ｘスライド ４ Ｚスライド ５ プローブ ６ 被測定物 ７ ＸＹテーブル上のＺ軸移動基準面１ ８ ＸＹテーブル上のＺ軸移動基準面２ ９ ＸＹテーブル １０ ＸＹテーブル上のＸ軸移動基準面 １１ ＸＹテーブル上のＹ軸移動基準面 １２ 固定側のＺ軸固定基準面 １３ 固定側のＹ軸固定基準面 １４ プローブ １５ 固定側のＸ軸固定基準面 １６ 除振台 １７ ガイド １８ スライダー １９ ボールナット ２０ ボールネジ ２１ Ｙスライド駆動用モーター ２２ ベアリング ２３ Ｙスライド ２４ ワークテーブルＺ方向測定用干渉計取付部材 ２５ ガイド ２６ Ｘスライド ２７ ボールナット ２８ スペーサー ２９ ワークテーブル ３０ 被測定物取付治具 ３１ 真空吸着パッド ３２ 支柱 ３３ ワークテーブル上バーミラー１ ３４ ワークテーブル上バーミラー２ ３５ 上板 ３６ スペーサー ３７ フレーム ３８ Ｚスライド用穴 ３９ Ｚ軸測定用固定バーミラー１ ４０ Ｚ軸測定用固定バーミラー２ ４１ スペーサー ４２ Ｚスライド用ガイド部材 ４３ Ｚスライド用リニアモータ取り付け用コラム ４４ リニアモータ固定子 ４５ リニアモータ可動子 ４６ Ｚスライド ４７ ベース板 ４８ 触針子 ４９ 力センサー ５０ フレーム ５１ Ｙ軸測定用バーミラー ５２ Ｙ₁ 測定用干渉測長器 ５３ Ｙ₂ 測定用干渉測長器 ５４ Ｚ₀ 測定用干渉測長器 ５５ Ｙ₀ 測定用干渉測長器 ５６ Ｚ₁ 測定用干渉測長器 ５７ Ｚ₂ 測定用干渉測長器 ５８ 逃げ穴 ５９ 入力光 ６０ 出力光 ６１ 偏光ビームスプリッタ ６２ ４分の１波長板 ６３ 参照面（ミラー面） ６４ コーナーキューブ ６５ 上側参照面 ６６ 下側参照面 ６７ レーザーヘッド ６８ ビームスプリッタ ６９ ビームペンダー ７０ Ｙスライド用ガイド ７１ Ｙスライド ７２ Ｘスライド用ガイド ７３ Ｘスライド駆動用ボールネジ ７４ Ｘスライド ７５ Ｘ軸測定用バーミラー ７６ 被測定物取付治具 ７７ Ｘ₀ 測定用干渉計 ７８ Ｚ座標測定用干渉計 ７９ 触針子 ８０ Ｚ₀₂測定用参照面（ミラー面） ８１ Ｚ₀₁測定用参照面（ミラー面） ８２ Ｚ₀₃測定用参照面（ミラー面） ８３ 光学部品取付部材 ８４ 出力光受光器 ８５ 板ばね ８６ プローブホルダー ８７ 板ばね変位測定用干渉計 ８８ プローブ参照ミラー ８９ 長穴 ９０ 波長測定装置 ９１ Ｘ軸測定用フレーム ９２ Ｙ軸測定用フレーム ９３ Ｘ軸測定用バーミラー ９４ Ｘ軸測定用干渉計 ９５ Ｙ軸測定用干渉計Reference Signs List 1 Base platen 2 Y slide 3 X slide 4 Z slide 5 Probe 6 DUT 7 Z axis movement reference plane on XY table 18 Z axis movement reference plane on XY table 2 9 XY table 10 X on XY table Axis movement reference plane 11 Y-axis movement reference plane on XY table 12 Fixed-side Z-axis fixed reference plane 13 Fixed-side Y-axis fixed reference plane 14 Probe 15 Fixed-side X-axis fixed reference plane 16 Anti-vibration table 17 Guide 18 Slider 19 Ball nut 20 Ball screw 21 Y slide drive motor 22 Bearing 23 Y slide 24 Work table Z direction measurement interferometer mounting member 25 Guide 26 X slide 27 Ball nut 28 Spacer 29 Work table 30 Workpiece mounting jig 31 Vacuum Suction pad 32 Post 33 Bar mirror on work table 1 4 Work table upper bar mirror 2 35 Upper plate 36 Spacer 37 Frame 38 Z slide hole 39 Z axis measurement fixed bar mirror 1 40 Z axis measurement fixed bar mirror 2 41 Spacer 42 Z slide guide member 43 Z slide linear motor mounting column 44 linear motor stators 45 linear motor movable elements 46 Z slide 47 base plate 48 touch Hariko 49 force sensor 50 frame 51 Y-axis measurement bar mirror 52 Y ₁ measuring interferometer length measuring 53 Y ₂ interferometer length measuring measurement 54 Z ₀ measuring interferometer length measuring 55 Y ₀ measuring interferometer length measuring apparatus 56 Z ₁ measurement measuring interference distance meter 57 Z ₂ interferometric measuring for measuring length 58 relief hole 59 input light 60 output light 61 the polarization beam splitter 62 Quarter wave plate 63 Reference surface (mirror surface) 64 Corner cube 65 Upper side reference 66 Lower reference surface 67 Laser head 68 Beam splitter 69 Beam pendant 70 Y slide guide 71 Y slide 72 X slide guide 73 X slide drive ball screw 74 X slide 75 X axis measurement bar mirror 76 Object to be measured jig 77 X ₀ measurement interferometer 78 Z coordinate measurement interferometer 79 contactor 80 Z ₀₂ measurement reference surface (mirror surface) 81 Z ₀₁ measurement reference surface (mirror surface) 82 Z ₀₃ measurement reference surface (mirror surface) 83 Optical component mounting member 84 Output light receiver 85 Leaf spring 86 Probe holder 87 Leaf spring displacement measuring interferometer 88 Probe reference mirror 89 Slot 90 Wavelength measuring device 91 X-axis measuring frame 92 Y-axis measuring frame 93 X-axis Bar mirror 94 for measurement 94 Interferometer for X-axis measurement 95 Interferometer for Y-axis measurement

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 ベース定盤面の水平面上にＸＹ軸、垂直
方向にＺ軸をとった３次元座標系において、ベース定盤
に対してＸＹ方向に位置決めが可能にＸＹテーブルを設
け、ＸＹテーブルの移動範囲の上方にベース定盤に対し
てＺ方向に位置決めが可能にＺ軸アームを設け、該Ｚ軸
アームの下端に設けた測定プローブをＸＹテーブルの上
面に固定された被測定物の表面に一定圧力で接触するよ
うに、Ｚ軸アームを上下する制御系を設け、ＸＹテーブ
ルを移動しながら被測定物のＺ座標を１点づつ測定する
表面形状測定方法において、 ＸＹテーブルの上面にＸ軸を長手方向とするＺ軸移動基
準面を被測定物に対して−Ｙ側と＋Ｙ側とに一定距離隔
てて２つ設け、またＹＺ平面内で、Ｙ軸を長手方向とす
るＺ軸固定基準面をＸＹテーブルの上方でその移動範囲
に亘り水平にベース定盤に固定して設け、前記プローブ
と２つのZ軸移動基準面までのY方向の距離をそれぞれL
₁ ，Ｌ ₂ とし、また、ＹＺ軸平面内において前記Z軸固定
基準面を基準に、そこから前記測定プローブまでのＺ座
標距離Ｚ₀ 及び前記２つのZ軸移動基準面までのＺ座標
距離Ｚ₁，Ｚ₂をそれぞれ測定する各測定手段を設け、被
測定物のＺ座標値を次の関係式 Ｚ＝（Ｌ ₁ ×Ｚ ₂ ＋Ｌ ₂ ×Ｚ ₁ ）／（Ｌ ₁ ＋Ｌ ₂ ）−Ｚ ₀ から 求めることを特徴とする表面形状測定方法。In a three-dimensional coordinate system having an XY axis on a horizontal plane of a base platen surface and a Z axis in a vertical direction, an XY table is provided so as to be positionable in the XY directions with respect to the base platen. A Z-axis arm is provided above the moving range so as to be positionable in the Z direction with respect to the base platen, and a measurement probe provided at the lower end of the Z-axis arm is attached to the surface of the DUT fixed to the upper surface of the XY table. In a surface shape measuring method in which a control system for raising and lowering a Z-axis arm is provided so as to make contact with a constant pressure, and a Z-coordinate of an object to be measured is measured one point at a time while moving the XY table, an X-axis is provided on an upper surface of the XY table. two spaced a predetermined distance on the -Y side and + Y side relative to the Z-axis moving group <br/> reference plane of the object to be measured whose longitudinal direction is provided, and in the YZ plane, and the longitudinal direction on the Y axis The Z-axis fixed reference plane above the XY table The probe is fixed horizontally on the base platen over the moving range, and the probe
And the distance in the Y direction from the two Z-axis movement reference planes to L
₁ and L _2, and a Z coordinate distance Z ₀ from the Z axis fixed reference plane to the measurement probe and a Z coordinate distance Z from the two Z axis movement reference planes in the YZ axis plane. ₁ and Z ₂ are provided, and the Z coordinate value of the measured object is calculated by the following relational expression Z = (L ₁ × Z ₂ + L ₂ × Z ₁ ) / (L ₁ + L ₂ ) −Z ₀ surface shape measuring method and obtaining from. 【請求項２】 ベース定盤面の水平面上にＸＹ軸、垂直
方向にＺ軸をとった３次元座標系において、ベース定盤
に対してＸＹ方向に位置決めが可能に設けられたＸＹテ
ーブルと、ＸＹテーブルの移動範囲の上方にベース定盤
に対してＺ方向に位置決めが可能に設けられたＺ軸アー
ムと、Ｚ軸アームの下端に設けた測定プローブをＸＹテ
ーブルの上面に固定された被測定物の表面に一定圧力で
接触するようにＺ軸アームを上下させる制御系と、ＸＹ
テーブルを移動しながら被測定物の形状を測定する測定
手段とを有する表面形状測定装置において、 ＸＹテーブルの上面に、Ｘ軸を長手方向とし被測定物に
対して−Ｙ側と＋Ｙ側とに一定間隔を隔てて設けた２つ
のＺ軸移動基準面と、ＹＺ平面内でＹ軸を長手方向と
し、ＸＹテーブルの上方でその移動範囲に亘り水平にベ
ース定盤に固定して設けたＺ軸固定基準面と、前記プロ
ーブと２つのZ軸移動基準面までのY方向の 距離をそれぞ
れＬ ₁ ，Ｌ ₂ とし、ＹＺ平面内において、Ｚ軸固定基準面
を基準に、そこから測定プローブまでのＺ座標距離Ｚ₀
及び前記２つのＺ軸移動基準面までのＺ座標距離Ｚ₁ ，
Ｚ₂ をそれぞれ測定する各測定手段と、被測定物のＺ座
標値を次の関係式 Ｚ＝（Ｌ ₁ ×Ｚ ₂ ＋Ｌ ₂ ×Ｚ ₁ ）／（Ｌ ₁ ＋Ｌ ₂ ）−Ｚ ₀ から 求める演算手段とを具備することを特徴とする表面
形状測定装置。2. An XY table provided in a three-dimensional coordinate system having an XY axis on a horizontal plane of a base platen surface and a Z-axis in a vertical direction, and an XY table provided so as to be positionable in the XY directions with respect to the base platen. A Z-axis arm provided above the range of movement of the table so as to be positionable in the Z direction with respect to the base platen, and an object to be measured in which a measurement probe provided at the lower end of the Z-axis arm is fixed to the upper surface of the XY table. A control system for raising and lowering the Z-axis arm so as to contact the surface of the Z
In the surface shape measuring apparatus and a measuring means for measuring the shape of the workpiece while moving the table, the upper surface of the XY table, the X-axis and the longitudinal direction and the -Y side against <br/> the DUT + Y side, two Z-axis movement reference planes provided at a fixed interval, and the Y-axis in the YZ plane as the longitudinal direction, and the base fixed horizontally over the movement range above the XY table. A Z-axis fixed reference plane fixed to the panel and the professional
The distance in the Y direction from the probe to the two Z-axis movement reference planes
In the YZ plane, the Z coordinate distance Z ₀ from the Z-axis fixed reference plane to the measurement probe is defined as L ₁ and L _2.
And a Z coordinate distance Z _{1 to} the two Z-axis movement reference planes,
And each measurement means for measuring Z ₂ respectively, calculation for obtaining the Z-coordinate value of the object to be measured from the following equation _{Z = (L 1 × Z 2} + L 2 × Z 1) / (L 1 + L 2) -Z 0 And a means for measuring a surface shape. 【請求項３】 請求項１記載の表面形状測定方法におい
て、ＸＹテーブルにＸ軸を長手方向とするＹ軸移動基準
面を被測定物に対して＋Ｙ側方に設け、またＸＹテーブ
ルにＹ軸を長手方向とするＸ軸移動基準面を被測定物に
対して＋Ｘ側方に設け、さらに前記Ｙ軸移動基準面に対
向しＹＺ平面内でＺ軸を長手方向とするＹ軸固定基準面
をベース定盤に垂直に固定して設け、前記Ｘ軸移動基準
面に対向しＸＺ平面内でＺ軸を長手方向とするＸ軸固定
基準面をベース定盤に垂直に固定して設け、ＹＺ平面内
において前記対向するＹ軸移動基準面とＹ軸固定基準面
との間において、Y座標距離Y ₂ 、およびZ方向に距離L ₃ だ
け離れた位置のY座標距離Ｙ ₁ を２個所で測定する各々の
測定手段を設け、また前記Ｙ軸固定基準面と測定プロー
ブとのＹ座標距離Ｙ₀ を、前記Ｙ ₁ の測定手段に対しZ方
向に距離L ₄ だけ離れた位置で測定する測定手段を設け、
さらにＸＺ平面内において前記対向するＸ軸移動基準面
とＸ軸固定基準面との間において、X座標距離X ₂ 、およ
びZ方向に距離L ₃ だけ離れた位置のX座標距離X ₁ を２個所
で測定する各々の測定手段を設け、また前記Ｘ軸固定基
準面と測定プローブとのＸ座標距離Ｘ₀を、前記Ｘ ₁ の測
定手段に対しZ方向に距離L ₄ だけ離れた位置で測定する
測定手段を設け、前記被測定物のＸ，Ｙ座標値を次の関
係式 Ｘ＝［（Ｌ₃ ＋Ｌ₄ ）×Ｘ₁ −Ｌ₄ ×Ｘ₂ ］／Ｌ₃ −Ｘ₀ Ｙ＝［（Ｌ ₃ ＋Ｌ ₄ ）×Ｙ ₁ −Ｌ ₄ ×Ｙ ₂ ］／Ｌ ₃ −Ｙ ₀ から 求めることを特徴とする表面形状測定方法。3. The surface shape measuring method according to claim 1, wherein a Y-axis movement reference plane having the X-axis as a longitudinal direction is provided on the XY table on the + Y side with respect to the measured object, and the Y-axis is provided on the XY table. Is provided on the + X side with respect to the object to be measured, and a Y-axis fixed reference surface facing the Y-axis movement reference surface and having the Z-axis as the longitudinal direction in the YZ plane is further provided. An X-axis fixed reference surface, which is fixed vertically to the base surface plate and faces the X-axis movement reference surface and has the Z-axis as a longitudinal direction in the XZ plane, is fixed vertically to the base surface plate, and is provided in the YZ plane. The distance between the Y-axis moving reference plane and the Y-axis fixed reference plane is the Y coordinate distance Y ₂ and the distance L _{3 in the} Z direction .
Only the Y-coordinate distance Y ₁ of distant provided each measuring means for measuring at two positions, also a Y-coordinate distance Y ₀ between the measuring probe and the Y-axis fixed reference plane with respect to the measurement means of the Y ₁ Z direction
Measurement means to measure at a position separated by a distance L _{4 in the} direction ,
Further , an X coordinate distance X ₂ , and an X coordinate distance between the opposed X axis movement reference plane and the X axis fixed reference plane in the XZ plane.
The X-coordinate distance X ₁ of a position away fine Z-direction by a distance L ₃ is provided each measuring means for measuring at two positions, also an X-coordinate distance X ₀ between the measuring probe and the X-axis fixed reference plane, the measurement of X ₁
Provided measuring means for measuring at a position relative to the constant unit apart in the Z direction by a distance L _4, the X of the object to be measured, Y coordinates following relational expression value _{X = [(L 3 + L} 4) × X 1 - _{L 4 × X 2] / L} 3 -X 0 Y = [(L 3 + L 4) × Y 1 -L 4 × Y 2] / L 3 surface shape measuring method and finding the -Y _0. 【請求項４】 請求項２記載の表面形状測定装置におい
て、Ｘ軸を長手方向としてＸＹテーブルの＋Ｙ側方に設
けたＹ軸移動基準面と、Ｙ軸を長手方向としてＸＹテー
ブルの＋Ｘ側方に設けたＸ軸移動基準面と、前記Ｙ軸移
動基準面に対向し、ＹＺ平面内でＺ軸を長手方向として
ベース定盤に垂直に固定されたＹ軸固定基準面と、前記
Ｘ軸移動基準面に対向し、ＸＺ平面内でＺ軸を長手方向
としてベース定盤に垂直に固定されたＸ軸固定基準面
と、ＹＺ平面内において前記対向するＹ軸移動基準面と
Ｙ軸固定基準面との間において、Ｙ座標距離Ｙ ₂ 、およ
びＺ方向に距離Ｌ ₃ だけ離れた位置のY座標距離Y ₁ を２個
所で測定するための各々の測定手段と、前記Ｙ軸固定基
準面と測定プローブとのＹ座標距離Ｙ₀ を、前記Ｙ ₁ の
測定手段に対しＺ方向に距離Ｌ ₄ だけ離れた位置で測定
する測定手段と、さらにＸＺ平面内において前記対向す
るＸ軸移動基準面とＸ軸固定基準面との間において、Ｘ
座標距離Ｘ ₂ 、およびZ方向に距離L ₃ だけ離れた位置のX
座標距離Ｘ ₁ を２個所で測定するための各々の測定手段
と、前記Ｘ軸固定基準面と測定プローブとのＸ座標距離
Ｘ₀を、前記Ｘ ₁ の測定手段に対してＺ方向に距離Ｌ ₄ だ
け離れた位置で測定する測定手段と、および前記被測定
物のＸ，Ｙ座標値を次の関係式 Ｘ＝［（Ｌ₃ ＋Ｌ₄ ）
×Ｘ₁ −Ｌ₄ ×Ｘ₂ ］／Ｌ₃ −Ｘ₀ Ｙ＝［（Ｌ₃ ＋Ｌ₄ ）×Ｙ₁ −Ｌ₄ ×Ｙ₂ ］／Ｌ₃ −Ｙ
₀ から求める演算手段とを具備することを特徴とする表面
形状測定装置。4. The surface profile measuring apparatus according to claim 2, wherein a Y-axis movement reference plane provided on the + Y side of the XY table with the X axis as the longitudinal direction, and a + X side of the XY table with the Y axis as the longitudinal direction. An X-axis movement reference plane, a Y-axis fixed reference plane opposed to the Y-axis movement reference plane, and fixed vertically to the base platen with the Z-axis as a longitudinal direction in the YZ plane; An X-axis fixed reference surface opposed to the reference surface and fixed perpendicular to the base platen with the Z-axis as a longitudinal direction in the XZ plane; and the opposed Y-axis movement reference surface and Y-axis fixed reference surface in the YZ plane Between the Y coordinate distance Y ₂ and
The Y-coordinate distance Y ₁ in a position spaced fine Z-direction by a distance L ₃ and each of the measuring means for measuring at two positions, the Y-coordinate distance Y ₀ of the Y-axis fixed reference plane and the measuring probe, wherein of Y ₁
In between the facing X-axis movement reference surface for the X-axis fixed reference plane in the measuring means and, further XZ plane to be measured at a distance in the Z-direction by a distance L ₄ to the measuring means, X
Coordinate distance X ₂ , and X at a position separated by distance L _{3 in the} Z direction
Each measuring means for measuring the coordinate distance X ₁ at two points, and the X coordinate distance X ₀ between the X-axis fixed reference plane and the measuring probe are determined by the distance L in the Z direction with respect to the X ₁ measuring means. it ₄
Measuring means for measuring at only a remote location, and the X of the object to be measured, Y coordinates following relational expression value _{X = [(L 3 + L} 4)
× X ₁ −L ₄ × X ₂ ] / L ₃ −X ₀ Y = [(L ₃ + L ₄ ) × Y ₁ −L ₄ × Y ₂ ] / L ₃ −Y
A surface shape measuring device, comprising: a calculating means for calculating from ₀ . 【請求項５】 請求項３記載の表面形状測定方法におい
て、前記測定プローブを保持するベース板を設け、ベー
ス板と前記測定プローブまでのＺ方向距離をＬ ₅ とし、
Ｘ，Ｙ軸方向にそれぞれ伸びる、長さＬ ₆ の２辺を有
し、前記測定プローブを通るＺ軸線上に斜辺の中心が位
置する直角２等辺三角形の３つの頂点位置で前記Ｚ軸固
定基準と前記ベース板とのＺ座標距離を測定し、直角の
頂点での測定値をＺ ₀₁ とし、前記直角の頂点からＸ方向
に離間した頂点での測定値をＺ ₀₂ とし、前記直角の頂点
からY方向に離間した頂点での測定値をＺ ₀₃ としたと
き、前記被測定物のＸ，Ｙ，Ｚ座標値を次の関係式 Ｘ＝［（Ｌ₃ ＋Ｌ₄ ）×Ｘ₁ −Ｌ₄ ×Ｘ₂ ］／Ｌ₃ −Ｘ₀ −（Ｚ₀₂−Ｚ₀₁）×Ｌ₅ ／Ｌ₆ Ｙ＝［（Ｌ₃ ＋Ｌ₄ ）×Ｙ₁ −Ｌ₄ ×Ｙ₂ ］／Ｌ₃ −Ｙ₀ −（Ｚ₀₃−Ｚ₀₁）×Ｌ₅ ／Ｌ₆ Ｚ＝（Ｌ ₁ ×Ｚ ₂ ＋Ｌ ₂ ×Ｚ ₁ ）／（Ｌ ₁ ＋Ｌ ₂ ）−（Ｚ ₀₁ ＋Ｚ ₀₃ ）／２ から 求めることを特徴とする表面形状測定方法。5. The surface shape measuring method according to claim 3, wherein a base plate for holding said measuring probe is provided.
The Z-direction distance of the scan plate and to said measuring probe and L _5,
X, each extending in the Y-axis direction, have a 2 side length L ₆
The center of the hypotenuse is located on the Z-axis passing through the measurement probe.
At the three apexes of a right-angled isosceles triangle,
Measure the Z coordinate distance between the fixed reference and the base plate,
The measurements at the vertex and Z _01, X-direction from the apex of the right angle
The measured value at the vertex separated from the vertical vertex is Z ₀₂ ,
And the measurements at spaced vertices in the Y direction and the Z ₀₃ from
Then, the X, Y, Z coordinate values of the object to be measured are expressed by the following relational expression: X = [(L ₃ + L ₄ ) × X ₁ −L ₄ × X ₂ ] / L ₃ −X ₀ − (Z ₀₂ −Z ₀₁ ) × L ₅ / L ₆ Y = [(L ₃ + L ₄ ) × Y ₁ −L ₄ × Y ₂ ] / L ₃ −Y ₀ − (Z ₀₃ −Z ₀₁ ) × L ₅ / L ₆ Z = ( A surface shape measuring method characterized by being determined from L ₁ × Z ₂ + L ₂ × Z ₁ ) / (L ₁ + L ₂ )-(Z ₀₁ + Z ₀₃ ) / 2 . 【請求項６】 請求項４記載の表面形状測定装置におい
て、前記測定プロー ブの保持面と前記測定プローブとの
Ｚ方向距離がＬ ₅ となるように、前記測定プローブを保
持するベース板と、該ベース板の前記保持面上の、
Ｘ，Ｙ軸方向にそれぞれ伸びる、長さＬ ₆ の２辺を有
し、前記測定プローブを通るＺ軸線上に斜辺の中心が位
置する直角２等辺三角形の３つの頂点位置に配置された
３つの参照面と、該３つの参照面と前記固定基準面との
Ｚ座標距離をそれぞれ測定する３つの測定手段と、前記
直角２等辺三角形の直角の前記頂点に位置する前記参照
面での前記測定手段の測定値をＺ ₀₁ 、前記直角の頂点か
らＸ方向に離間した前記頂点に位置する前記参照面での
前記測定手段の測定値をＺ ₀₂ 、前記直角の頂点からY方
向に離間した前記頂点に位置する前記参照面での前記測
定手段の測定値をＺ ₀₃ としたとき、前記被測定物のＸ，
Ｙ，Ｚ座標を、次の関係式 Ｘ＝［（Ｌ ₃ ＋Ｌ ₄ ）×Ｘ ₁ −Ｌ ₄ ×Ｘ ₂ ］／Ｌ ₃ −Ｘ ₀ −（Ｚ ₀₂ −Ｚ ₀₁ ）×Ｌ ₅ ／Ｌ ₆ Ｙ＝［（Ｌ ₃ ＋Ｌ ₄ ）×Ｙ ₁ −Ｌ ₄ ×Ｙ ₂ ］／Ｌ ₃ −Ｙ ₀ −（Ｚ ₀₃ −Ｚ ₀₁ ）×Ｌ ₅ ／Ｌ ₆ Ｚ＝（Ｌ ₁ ×Ｚ ₂ ＋Ｌ ₂ ×Ｚ ₁ ）／（Ｌ ₁ ＋Ｌ ₂ ）−（Ｚ ₀₁ ＋Ｚ ₀₃ ）／２ から 求める演算手段とを具備する表面形状測定装置。6. A surface shape measuring apparatus according to claim 4, with the measuring probe and the holding surface of the measuring probe
As the Z-direction distance is L _5, the coercive said measuring probe
A holding base plate, and on the holding surface of the base plate,
X, each extending in the Y-axis direction, have a 2 side length L ₆
The center of the hypotenuse is located on the Z-axis passing through the measurement probe.
Placed at the three vertices of a right-angled isosceles triangle
Three reference planes, and the three reference planes and the fixed reference plane
And three measuring means for measuring Z coordinate distance, respectively, wherein
Said reference located at the vertex of a right angle of a right angled isosceles triangle
The measured value of the measuring means in the plane is Z ₀₁ ,
In the reference plane located at the vertex separated in the X direction from
The measured value of the measuring means is Z ₀₂ , the Y direction from the vertex of the right angle.
The measurement at the reference plane located at the apex spaced away from
When the measurement value of the constant section was Z _03, X of the object to be measured,
The Y and Z coordinates are calculated by the following relational expression X = [(L ₃ + L ₄ ) × X ₁ −L ₄ × X ₂ ] / L ₃ −X ₀ − (Z ₀₂ −Z ₀₁ ) × L ₅ / L ₆ Y = [(L ₃ + L ₄ ) × Y ₁ −L ₄ × Y ₂ ] / L ₃ −Y ₀ − (Z ₀₃ −Z ₀₁ ) × L ₅ / L ₆ Z = (L ₁ × Z ₂ + L ₂ × Z) _{1) / (L 1 + L} 2) - (Z 01 + Z 03) / 2 determined from the arithmetic means and the surface shape measuring apparatus comprising.