JP5713660B2 - 形状測定方法 - Google Patents
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Description
まず、図1により本実施形態の形状測定装置について説明する。形状測定装置1は、プローブ2と、定盤3と、プローブ2を支持移動させる移動手段4と、プローブ2の変位を測定する変位測定手段5と、制御部6と、を備える。そして、定盤3の上に載置された被測定物(ワーク)Wの被測定面Sの形状を測定する。特に、本実施形態の場合、被測定物Wとして、被測定面Sに数nmから数十μmの凹凸からなる回折格子を有する回折格子光学素子、或いは、光学素子成形用金型のように、滑らかでない面を有するものを対象としている。また、このような被測定物Wは、上述の回折格子に相当する複数の設計段差を有する設計形状に基づいて形成された被測定面Sを有する。言い換えれば、被測定面Sには、これら複数の設計段差に対応した(回折格子の)複数の段差が形成されている。
このように構成される形状測定装置1により、次のような形状測定方法で、複数の設計段差を有する設計形状に基づいて形成された被測定物Wの被測定面Sの形状を測定する。即ち、移動手段4によりプローブ2を被測定面Sに接触させた状態で倣い走査させる。そして、プローブ2の3次元位置を変位測定手段5により測定し、以下のように、測定データと設計形状とをフィッティングさせて、被測定面Sの形状を測定する。
測定工程では、図4(a)に示すように、プローブ2を被測定面S上を走査させる。即ち、プローブ2を被測定面S上に形成された段差の周期性に合わせて走査させる。例えば、被測定面Sが円形状で、段差が被測定面Sの中心から同心円状に複数形成されているとする。この場合、プローブ2が被測定面Sの中心を通るように被測定面Sの直径方向に移動させる。そして、図4(b)に示すような、複数の測定点からなる1ラインの点列データ101を得る。このような点列データ101は、各測定点がプローブ2の走査方向に対して直角な方向に僅かにずれてしまうことが避けられない。例えば、プローブ2をY軸方向に直線走査しても、図4(b)の点列データ101はX軸方向に誤差を持つ。このため、本実施形態の場合、光軸(Z軸)方向に平行な平面102(走査方向がY軸方向であればYZ平面)に、点列データ101を投影し、図4(c)の投影点列データ103のように2次元化を行う。
段差特定工程では、上述のように得られた投影点列データ103から、被測定面Sに形成された複数の段差がそれぞれ存在する複数の段差領域と複数の段差のそれぞれの高さとを特定する。まず、段差領域の特定について説明する。図5(a)は、被測定面S上の段差501が存在する所定の段差領域502と、この段差領域502から外れた所定の非段差領域503とを示している。被測定面Sは、前述のように複数の設計段差を有する設計形状に基づいて形成されている。したがって、被測定面Sには、複数の段差が形成されている。このため、段差領域502の特定には、このような段差の特徴を利用する。
対象データ作成工程では、上述のように特定した段差領域と段差の高さから、測定データの段差形状成分を除去して、フィッティング対象データを得る。即ち、段差領域を挟むように隣接する一方の非段差領域に対応する複数の測定点を、挟まれた段差領域に対応する段差の高さ分移動させる。これにより、一方の非段差領域に対応する複数の測定点の高さを、段差領域を挟むように隣接する他方の非段差領域に対応する複数の測定点の高さに合わせる。そして、測定データから段差形状成分を除去して、移動後の非段差領域に対応する複数の測定点よりなるフィッティング対象データを得る。ここで、このように非段差領域の複数の測定点を、段差の高さ分移動させることを、段差の押し上げと言う。以下、具体的に説明する。
参照形状取得工程では、設計形状から段差形状成分を除去して参照形状を得る。即ち、設計形状を、設計段差を挟むように隣接する一対の設計非段差形状の一方の設計非段差形状を設計段差の高さ分移動させることにより、一方の設計非段差形状の高さを、一対の設計非段差形状の他方の設計非段差形状の高さに合わせる。そして、設計形状を設計段差のない参照形状に変換する。以下、具体的に説明する。
フィッティング工程では、上述のように求めた測定点列(フィッティング対象データ)601と参照形状602とをフィッティングする。即ち、測定点列601と参照形状602とを、最小二乗法などを用いてフィッティングする。
Claims (7)
- 複数の設計段差を有する設計形状に基づいて形成された被測定面の形状を、プローブにより走査して測定する形状測定方法において、
前記プローブにより前記被測定面を走査して複数の測定点を取得する測定工程と、
前記複数の測定点から、前記被測定面に形成された複数の段差が存在する複数の段差領域と前記複数の段差のそれぞれの高さとを特定する段差特定工程と、
それぞれの前記段差領域を挟むように隣接する一対の非段差領域における一方の非段差領域に対応する複数の測定点を、挟まれた前記段差領域に対応する前記段差の高さ分移動させることにより、前記一方の非段差領域に対応する複数の測定点の高さを、他方の非段差領域に対応する複数の測定点の高さに合わせ、移動後の非段差領域に対応する複数の測定点よりなるフィッティング対象データを得る対象データ作成工程と、
前記設計形状から前記複数の設計段差のない参照形状を取得する参照形状取得工程と、
前記フィッティング対象データと前記参照形状とをフィッティングするフィッティング工程と、を有し、
フィッティングした前記フィッティング対象データと前記参照形状とから残差を求めて前記被測定面の形状を測定する、
ことを特徴とする形状測定方法。 - 前記参照形状取得工程は、前記設計形状を、前記設計段差を挟むように隣接する一対の設計非段差形状の一方の設計非段差形状を前記設計段差の高さ分移動させることにより、前記一方の設計非段差形状の高さを、前記一対の設計非段差形状の他方の設計非段差形状の高さに合わせるように変換し、参照形状として取得する、
ことを特徴とする、請求項1に記載の形状測定方法。 - 前記段差特定工程は、前記複数の測定点をフーリエ変換し、所定の閾値内の周波数が含まれる領域を前記段差領域と特定する、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の形状測定方法。 - 前記段差特定工程は、前記複数の測定点を自己相関処理して、段差の存在を判定し、判定した段差が位置する所定の領域を前記段差領域と特定する、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の形状測定方法。 - 前記段差特定工程は、前記複数の測定点と前記設計形状とを比較して、前記設計段差が位置する所定の領域を前記段差領域と特定する、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の形状測定方法。 - 前記段差特定工程で特定される前記複数の段差のそれぞれの高さは、前記設計形状の前記複数の設計段差のうちの対応する前記設計段差の高さとする、
ことを特徴とする、請求項1ないし5のうちの何れか1項に記載の形状測定方法。 - 前記段差特定工程で特定される前記複数の段差のそれぞれの高さは、前記一方の非段差領域の複数の測定点から導き出せる近似線と、前記他方の非段差領域の複数の測定点から導き出せる近似線との間隔とする、
ことを特徴とする、請求項1ないし5のうちの何れか1項に記載の形状測定方法。
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