ワーク保持装置及び、このワーク保持装置を備えた３次元形状測定装置
【課題】精密なワークでも保持可能なワーク保持装置及びこのワーク保持装置を使用した３次元形状測定装置を提供する。
【解決手段】ワーク保持装置３は、ワークＷを保持する回転ヤトイ３１と、ベース部材３２と、回転昇降機構３３と、を有する。回転昇降機構３３は、支持部３４を上昇させ回転ヤトイ３１の背面３１Ｒと接触させ、この回転ヤトイ３１をベース部材３２から浮かせた状態で回転させる。また、支持部３４を下降させ、回転ヤトイ３１をベース部材３２に着座させた状態でワークＷの測定を行う。
【解決手段】ワーク保持装置３は、ワークＷを保持する回転ヤトイ３１と、ベース部材３２と、回転昇降機構３３と、を有する。回転昇降機構３３は、支持部３４を上昇させ回転ヤトイ３１の背面３１Ｒと接触させ、この回転ヤトイ３１をベース部材３２から浮かせた状態で回転させる。また、支持部３４を下降させ、回転ヤトイ３１をベース部材３２に着座させた状態でワークＷの測定を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体露光装置の投影レンズなど高精度の光学素子を保持可能なワーク保持装置及び、このワーク保持装置を備えた３次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体露光装置（ステッパー）は、回路パターンを投影レンズによって縮小し、ウェハー上を移動しながら投影露光する。この投影レンズは、例えば非球面からなる大型レンズから構成され、その形状精度は、１ｎｍ〜０．１ｎｍ程度の精密さが求められることが知られている。
【０００３】
上記ステッパーに使用される投影レンズやミラーなどに代表されるような高精度の光学素子は、求められる形状精度が非常に高いため、平滑研磨装置などによって加工される際に、３次元形状測定装置によって形状を測定しながら加工される。
【０００４】
一般に、このような高精度な光学素子の形状を測定する３次元形状測定装置としては、特許文献１に記載されたような、プローブ（スピンドル１６）によってワークの表面を走査して形状を測定するものが広く知られている。
【０００５】
また、上述した投影レンズなどの大型のレンズの場合、そのサイズがプローブの測定範囲を超えてしまうことがある。そのため、上記特許文献１記載の３次元形状測定装置では、ワークを載置するテーブル１０３を回転機構１６５によって回転可能に構成し、一定範囲ごとにワークを走査可能な構成となっている。
【０００６】
ところで、投影レンズなどの高精度な光学素子は、上述したようにナノメートル単位でその形状を測定する必要があり、測定時の微小なズレであっても、正確な測定が出来なくなってしまう。
【０００７】
ここで、特許文献１記載の３次元形状測定装置は、テーブル１０３が常に支持第１５４に回転可能な状態で支持される構成となっている。そのため、測定の際にテーブル１０３が動きやすいという問題があった。
【０００８】
他方、ワークを載置するテーブル（回転テーブル１０１）として、特許文献２に記載のように、空圧源１１３からのエアによってテーブル１０１を浮上させ、このテーブル１０１を浮上させた後に、回転割り出しを行うものも案出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−６５７０２号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献２記載の装置のように、テーブル１０１を回転させる際には、エアによってテーブルを浮上させると、回転機構に生じる負荷を減らすことができる。また、測定時には、エアの供給を停止し、ベース１０３上にテーブル１０１を着座させるため、テーブル１０１が動いてしまう虞も少ない。
【００１１】
しかしながら、上記特許文献２の装置は、エアのオン・オフによってテーブル１０１を浮かせたり、着座させたりする。そのため、テーブル１０１を安定して着座させることが難しく、着座の際に衝撃が発生してしまう。そして、テーブル１０１を安定してゆっくりと着座させられないと、ナノオーダーの形状精度が求められる光学素子では、着座時の衝撃によって形状が変形してしまう虞がある。また、着座の際にテーブルを回転させる回転機構を変形させる虞もある。
【００１２】
そこで、本発明は、精密なワークでも保持可能なワーク保持装置及びこのワーク保持装置を使用した３次元形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ワークを保持する保持面、該保持面と反対側の背面を有する回転ヤトイと、前記回転ヤトイの背面を着座させる回転ヤトイ受部を有するベース部材と、前記回転ヤトイの背面と接離可能な支持部、該支持部を昇降させる昇降部、前記支持部を回転させる回転部を有する回転昇降機構と、を備え、前記回転昇降機構は、前記昇降部によって上昇させられて前記背面に接触した前記支持部によって、前記回転ヤトイを前記ベース部材から浮かされた状態で支持すると共に、前記回転部により回転し得る回転位置と、前記昇降部によって前記支持部が下降させられて前記背面から離れ、前記回転ヤトイを前記ベース部材に着座させる着座位置と、に昇降駆動させる、ことを特徴とするワーク保持装置にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ワークを保持する回転ヤトイの背面に接離可能な支持部と、この支持部を昇降させる昇降部と、を有する。そして、回転ヤトイを回転させる際には、支持部を上昇させて回転ヤトイの背面と当接させ、ベース部材から回転ヤトイを浮かせる。また、ワークの形状を測定する際は、支持部を下降させて回転ヤトイの背面から離し、回転ヤトイをベース部材に着座させる。このように、背面に直接接触する支持部材により回転ヤトイを昇降させるため、安定して回転ヤトイを昇降させることができ、高精度な光学素子のようなワークであっても変形させずに保持することができる。また、回転ヤトイをベース部材から浮いた状態で回転させるため、回転部に掛る負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る３次元形状測定装置を示す模式図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る３次元形状測定装置を示す側面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るワーク保持装置を示す模式図であって、（ａ）は着座位置を示す図、（ｂ）は回転位置を示す図。
【図４】（ａ）回転ヤトイを取り外した状態のワーク保持装置、（ｂ）回転ヤトイの背面を示す模式図。
【図５】ワークとプローブの走査範囲との関係を示す模式図。
【図６】大型のワークを測定する際の手順を示す工程図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るワーク保持装置を示す模式図であって、（ａ）は着座位置を示す図、（ｂ）は回転位置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施の形態］
［測定装置の概略構成］
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る３次元形状測定装置１及びワーク保持装置３について説明をする。なお、以下の説明において「ヤトイ」とは、保持対象を保持する保持具（例えばテーブルなど）としての意味で使用する。
【００１７】
まず、図１及び図２に基づいて３次元形状測定装置１の構成について説明をする。図１及び図２に示すように、３次元形状測定装置１は、プローブＰによってワークＷの表面を走査して、その形状を測定する３次元形状測定装置であり、計測部２、ワーク保持部としてのワーク保持装置３及び制御部４を備えている。
【００１８】
上記計測部２は、ワーク保持装置３がその中央部に組み込まれた定盤２１と、この定盤２１に連結されたステージ架台２２と、を有している。ステージ架台２２には、Ｙ軸方向に移動自在なＹ軸ステージ２３Ｙ、Ｘ軸方向に移動自在なＸ軸ステージ２３Ｘ及びＺ軸方向に移動自在なＺ軸ステージ２３Ｚを介して、プローブＰがワーク保持装置３に臨む形で支持されている。
【００１９】
上記プローブＰは、接触式のプローブから構成されており、ワークＷの表面を一定の圧力で接触することが可能なように出来ている。具体的には、プローブ軸を板バネで保持し、板バネの撓み量を変位計等で計測し、撓み量が一定になるように制御するように構成されている。
【００２０】
また、定盤２１には、プローブＰ及びワーク保持装置３を跨ぐように、門型のミラーフレーム２４が設けられている。このミラーフレーム２４には、互いに直交する位置にＺ基準ミラー２５Ｚと、Ｙ基準ミラー２５Ｙとが取付けられている。また、Ｘ基準ミラー２５Ｘが、これらＺ基準ミラー２５Ｚ及び、Ｙ基準ミラー２５Ｙのそれぞれと直交する位置に取付けられている。
【００２１】
更に、図２に示すように、プローブＰには、レーザ測長用Ｚ軸干渉計２６Ｚ、レーザ測長用Ｘ軸干渉計２６Ｘ、レーザ測長用Ｙ軸干渉計（不図示）が取付けられている。レーザ測長用Ｚ軸干渉計２６Ｚは、Ｚ基準ミラー２５Ｚとの距離を計測する干渉計である。レーザ測長用Ｘ軸干渉計２６Ｘは、Ｘ基準ミラー２５Ｘとの距離を計測する干渉計である。レーザ測長用Ｙ軸干渉計は、Ｙ基準ミラー２５Ｙとの距離を計測するレーザ測長用Ｙ軸干渉計である。
【００２２】
また、プローブＰには、高さ方向にもう一つレーザ測長用干渉計（不図示）が取り付けられており、上下二つの干渉計差を計測することによってＹ軸方向及びＸ軸方向のステージピッチング量を測定するように構成されている。
【００２３】
このように、計測部２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸それぞれのレーザ測長用干渉計２６Ｘ，２６Ｚを用いてプローブＰの位置を検出する。そして、制御部４からの指令に基づいて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸それぞれのステージ２３Ｘ，２３Ｙ，２３Ｚを移動させて、プローブＰによってワークＷの表面を走査するように構成されている。
【００２４】
上記制御部４は、電装ユニット４１と、コントロールコンピュータ４２と、データ処理用コンピュータ４３と、を有している。電装ユニット４１は、各種ドライバを搭載しており、例えば、移動ステージ２３Ｘ，２３Ｙ，２３Ｚの駆動モータのドライバ、詳しくは後述するワーク保持装置３の回転用モータ３５ｂのドライバを搭載している。
【００２５】
また、電装ユニット４１は、接触式プローブＰとワークＷとの接触圧力を一定に保つようにＺ軸ステージ２３Ｚを制御する圧力制御ユニットを搭載している。プローブＰとワークＷが接触している間は、Ｚ軸ステージドライバに代わり、この圧力制御ユニットによってＺ軸ステージ２３Ｚは駆動される。
【００２６】
更に、電装ユニット４１は、レーザ測長用光源、レーザ測長用干渉計２６Ｘ，２６Ｚからの測長信号を取り込むための測長ボードを搭載している。
【００２７】
一方、コントロールコンピュータ４２は、電装ユニット４１へ各種信号を出力すると共に、電装ユニット４１から信号が入力されるコンピュータである。このコントロールコンピュータ４２は、電装ユニット４１に搭載された各種ドライバを制御するプログラムが搭載（格納）されている。
【００２８】
更に、コントロールコンピュータ４２は、各レーザ測長用干渉計からの測長信号を、電装ユニット４１を介してサンプリングし、測長データに換算する測長データ取り込み用プログラムを搭載している。
【００２９】
また、上記データ処理用コンピュータ４３は、測定条件パラメータなどを管理するコンピュータであり、管理する測定条件としては、測定範囲、測定回数、測定速度、測定種類、被測定物の設計値形状などがある。具体的には、データ処理用コンピュータ４３は、測定プログラム、データ取込プログラム、形状データ算出プログラム、誤差算出プログラム、形状位置算出プログラム及びつなぎ合わせプログラムを搭載している。
【００３０】
上記測定プログラムは、測定条件パラメータを処理して測定手順データとし、測定条件パラメータと共にコントロールコンピュータ４２に送る測定プログラムである。上記データ取り込みプログラムは、各レーザ測長用干渉計からの測長データを、コントロールコンピュータ４２を介して取り込むプログラムである。上記形状データ算出プログラムは、取り込んだレーザ測長データからワークＷの表面形状を算出するプログラムである。上記誤差算出プログラムは、算出したワークＷの形状データとワークＷの設計値形状から、測定したワークＷの設計値からの誤差を算出するプログラムである。上記形状位置算出プログラムは、ワークＷの形状データから、ワークＷが装置の原点及び座標、或いは任意原点及び座標に対して置かれている三次元位置を算出するプログラムである。上記つなぎ合わせプログラムは、算出したワークＷの複数部分の形状データからワークＷの全体形状を算出するプログラムである。
【００３１】
［ワーク保持装置の詳細構成］
ついで、上述したワーク保持装置３の構成について、図１及び図２を参照しつつ、図３、図４に基づいて詳しく説明をする。図３に示すように、ワーク保持装置３は、定盤２１に支持されたベース部材３２と、該ベース部材３２に着座すると共にワークＷが載置される回転ヤトイ３１と、上記ベース部材３２の下方に配設される回転昇降機構３３と、を備えて構成されている。
【００３２】
上記回転ヤトイ３１は、ワークＷを載置するワーク専用ヤトイであり、ワークＷを保持する保持面３１Ｆと、この保持面と反対側の背面３１Ｒと、を有する円形の板状部材から構成されている。
【００３３】
また、ベース部材３２は、定盤２１に支持された板状部材からなる汎用ヤトイであり、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒを着座させる回転ヤトイ受部３２ａを有している。回転ヤトイ３１は、このベース部材３２の着座部材に着座することによって、定盤２１上に位置決めされ、ワークＷの測定が可能な状態となる。
【００３４】
更に、ベース部材３２の中心には、後述する回転昇降機構３３の支持部３４が回転ヤトイ３１の背面３１Ｒに接続するための孔３２ｈが形成されている。
【００３５】
上記回転昇降機構３３は、回転ヤトイ３１をベース部材３２から浮かせた状態で回転させる装置であり、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒと接離可能な支持部３４、支持部３４を昇降させる昇降部３６、支持部３４を回転させる回転部３５を有している。
【００３６】
上記昇降部３６は、４本の脚部３６ｂと、これら複数の脚部３６ｂの間に支持されつつ昇降する昇降ステージ３６ａと、この昇降ステージ３６ａを昇降させる直動アクチュエータ３６ｃと、を有している。なお、この直動アクチュエータ３６ｃは、昇降ステージ３６ａに組込まれていると共に、エアーシリンダーやリニアモータなどから構成されている。
【００３７】
上記回転部３５は、昇降ステージ３６ａ上に取付けられた回転用モータ３５ｂと、この回転用モータ３５ｂの上部に取付けられて回転する回転部材３５ａと、を有している。
【００３８】
上記支持部３４は、回転部材３５ａの上面から回転ヤトイ３１に向かって突出した突状部材であり、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒと接触する先端部が所定の曲率を有する突形状をしている。即ち、この支持部３４は、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒと点接触するような形状となっている。
【００３９】
上述した回転ヤトイ３１、ベース部材３２及び回転部材３５ａは、その中心Ｃが一致するように配設されていると共に、回転部材３５ａは、その直径がベース部材３２の孔３２ｈよりも小さく形成されている。そのため、回転昇降機構３３は、回転位置Ｐｕｐ（図３（ｂ）の位置）と、着座位置ＰＳ（図３（ａ）の位置）に昇降駆動する。回転位置Ｐｕｐは、上記昇降部３５によって上昇させられて回転ヤトイ３１の背面３１Ｒに接触した支持部３４によって、回転ヤトイ３１をベース部材３２から浮かされた状態で支持される共に、回転部３５により回転し得る位置である。着座位置Ｐｓは、昇降部３５によって支持部３４が下降させられて回転ヤトイ３１の背面３１Ｒから離れ、ベース部材３２に回転ヤトイ３１を着座させる位置である。
【００４０】
次に、ベース部材３２及び回転昇降機構３３と、回転ヤトイ３１と、の接触関係について図３を参照しつつ、図４に基づいて詳しく説明をする。なお、図４（ａ）は、ワーク保持装置３から回転ヤトイ３１を取り外した状態を示す平面図であり、図４（ｂ）は、回転ヤトイ３１の背面を示す模式図である。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒと接触する支持部３４は、回転部材３５ａの中心Ｃ１から（第１の）所定距離ｒ１、離された円上に３つ配設されており、回転ヤトイ３１をこれら３つの支持部３４によって３点支持するようになっている。
【００４２】
また、同様に回転ヤトイ３１の背面３１Ｒが着座する回転ヤトイ受部３２ａも支持部材３５ａの中心Ｃ１から（第２の）所定距離ｒ２、離された円上に３つ配設されている（ｒ２＞ｒ１）。そして、回転ヤトイ３１は、これら３つの回転ヤトイ受部３２ａによって３点支持されている。更に、この回転ヤトイ受部３２ａは、先端部分が所定の曲率を有する突形状をしており、支持部３４と同様に回転ヤトイ３１を点支持するようになっている。
【００４３】
即ち、上記支持部３４及び回転ヤトイ受部３２ａは、ワークＷ及び回転ヤトイ３１に対して、重心が３点の概略中心に位置するように（本実施形態では中心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が一致するように）配置されている。言い換えると、ワークＷ及び回転ヤトイ３１が略回転対称形状ならば、支持部３４ならびに回転ヤトイ受部３２ａは概略正三角形の位置に配置されている。
【００４４】
一方、図４（ｂ）に示すように、上記支持部３４及び回転ヤトイ受部３２ａと当接する回転ヤトイ３１の背面３１Ｒは、支持部３４の指示を受得る支持領域３１ａを有している。また、回転ヤトイ受部３２ａが着座し得る着座領域３１ｂ、これら支持領域及び着座領域以外の背面３１ｃを有して構成されている。
【００４５】
上記支持領域３１ａは、回転部材３５ａの回転中心Ｃ１（本実施形態では中心Ｃ１と回転ヤトイ３１の中心Ｃ２は一致）を中心とする（第１の）所定幅Ｗ１を有するリング形状をしており、この幅Ｗ１の中央に支持部３４の中心Ｃ３４が位置するようになっている。
【００４６】
また、上記着座領域３１ｂは、回転部材３５ａの回転中心Ｃ１を中心とする（第２の）所定幅Ｗ２を有するリング形状をしており、この幅Ｗ２の中央に回転ヤトイ受部３２ａの中心Ｃ３２が位置するようになっている。
【００４７】
更に、これら支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、着座領域３１ｂが外径側に位置した同心円状に配置されており、他の背面３１ｃよりも一段高く削り出されている。また、これら支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、他の背面３１ｃに比して、面精度が高く出されている。
【００４８】
これにより、回転ヤトイ３１は、それぞれ面精度の高い支持領域３１ａ、着座領域３１ｂが、支持部３４、回転ヤトイ受部３２ａに３点支持され、回転位置Ｐｕｐでも、着座位置Ｐｓでも精度よく支持されるようになっている。
【００４９】
［作用］
ついで、本実施形態に係る３次元形状測定装置１の作用について説明をする。半導体露光装置用の投影レンズ（以下、単純にワークという）Ｗの表面形状を測定するにあたり計測者は、測定位置に、不図示の搬送系から、回転ヤトイ３１に保持されたワークＷを、この回転ヤトイ３１を搭載したベース部材３２ごと搬入する。
【００５０】
ワークＷが測定位置、即ち、ワーク保持装置３の上方に搬送されると、ベース部材３２を定盤２１に搭載する。この時、ワークＷの大きさがいずれかの基準ミラー２５Ｘ，２５Ｙ，２５Ｚの計測可能範囲、即ちプローブＰの走査範囲を超えてしまっている場合ある。この場合、測定者は、プローブＰ及び回転昇降機構３３を制御する制御部（制御装置）４によって、ワーク上におけるプローブＰの走査範囲を分割する。そして、回転ヤトイ３１を回転させて、分割した領域ごとにプローブＰによってワークＷの表面を走査させ、ワークＷの全範囲について３次元形状を計測する。
【００５１】
以下、図５に示すように、ワークＷの大きさ（直径Ｄｗ）がＺ基準ミラー２５ＺのＸ方向の計測可能範囲Ｒｘを超えてしまっている場合の、ワークＷの３次元形状の測定方法について詳しく説明をする。なお、本実施形態においては、ワークＷの大きさに対してＺ基準ミラー２５Ｚがカバーする範囲が概略半分なので、接続の重なりを考慮して３回の測定のよってワークの全面の形状を算出する。
【００５２】
測定者は、まずワークＷの計測に際し、データ処理用コンピュータ４３に対してパラメータ、測定範囲及び測定トレース方法を設定する。なお、パラメータとしてはワークの設計データ、測定範囲としてはワークＷの基準ミラーと重なる部分（例えば図６のＲ１部分）、トレース方法としては回転角度１２０°、測定回数３回及びトレース速度などを入力する。
【００５３】
次に、データ処理用コンピュータ４３からコントロールコンピュータ４２を介して電装ユニット４１に指令して、全ての移動ステージ２３Ｘ，２３Ｙ，２３Ｚを原点、又はワークＷの搬入、搬出に障害とならない位置まで移動させる。
【００５４】
そして、回転ヤトイ３１に保持されたワークを、上述したように搬送装置によって、ベース部材３２ごと定盤２１の測定位置に搬送して、位置決めする。測定位置への位置決めが終了すると、データ処理用コンピュータ４３は測定開始指令をコントロールコンピュータ４２へ送る。なお、このとき同時に上記設定した各種パラメータもコントロールコンピュータ４２へ送る。
【００５５】
すると、コントロールコンピュータ４２は、プローブＰをＺ軸の原点位置に位置させ、その後、データ処理用コンピュータ４３より送られた各種パラメータに従って、プローブＰのＸＹ軸位置を、測定開始点に移動させる。
【００５６】
プローブＰが測定開始点に移動すると、プローブＰを下降させてワーク表面に接触させる。そして、プローブＰとワークＷとの接触圧が一定の状態で、データ処理用コンピュータ４３で設定したパラメータに従って、指定された範囲のワーク表面を走査する。
【００５７】
そして、プローブＰによって、指定された範囲の走査が終了すると、プローブＰをワークＷから離し、原点位置まで移動させる。これにより、１回目の測定が終了する。
【００５８】
１回目の測定が終了すると、コントロールコンピュータ４２は、電装ユニット４１を通して回転昇降機構３３に上昇指令を与える。回転昇降機構３３の直動アクチュエータ３６ｃは、上昇指令を受けると、昇降ステージ３６ａを上昇させて行き、支持部３４を、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒの支持領域３１ａに接触させる。そして、この回転ヤトイ３１を３つの支持部３４によって３点支持した状態で、昇降ステージ３６ａを更に上昇させ、回転ヤトイ３１をベース部材３２から浮かせる（図３（ｂ）の回転位置Ｐｕｐ）。
【００５９】
回転昇降機構３３が回転位置Ｐｕｐまで上昇すると、コントロールコンピュータ４２は、回転用モータ３５ｂを駆動させて、支持部３４に支持された回転ヤトイ３１を、予め設定された角度（本実施形態では１２０°）だけ回転させる。
【００６０】
そして、回転が終了すると、コントロールコンピュータ４２は、回転昇降機構３３の直動アクチュエータ３６ｃに下降指令を与え、昇降ステージ３６ａを着座位置Ｐｓまで下降させる。昇降ステージ３６ａが下降して行くと、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒの着座領域３１ｂと、回転ヤトイ受部３２ａとが接触し、３つの回転ヤトイ受部３２ａに回転ヤトイ３１が着座する。そして、この回転ヤトイ３１が回転ヤトイ受部３２ａに３点支持された状態で、支持部３４だけが下降して行き、支持部３４が支持領域３１ａから離れる。
【００６１】
上記回転ヤトイ３１の回転動作（回転割出し）が終了すると、１回目と同様に２回目の表面形状測定が行われる（図５（ｂ）の状態）。そして、２回目の表面形状測定が終了すると、再度、上記回転動作が行われ、３回目の形状測定が行われる（図５（ｃ）の状態）。
【００６２】
３回目の形状測定が終了すると、ワークＷの全範囲の形状測定が終了し、ワークＷをベース部材３２ごと搬送装置によって３次元形状測定装置から降ろすと共に、測定したデータをつなぎ合わせて、ワーク全体の形状を演算する。
【００６３】
なお、本実施形態のように、ワークＷの計測範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、各測定ごとにその領域が一部被っても良いと共に、被らないように設定しても良い。また、測定を６回など任意の回数も設定しても良い。
【００６４】
このように、回転ヤトイ３１を背面３１Ｒに直接接触する支持部３４を昇降させることによって、回転ヤトイ３１を安定してゆっくりとベース部材３２に着座させることができる。そのため、着座時に回転ヤトイ３１にほとんど衝撃が伝わらず、回転ヤトイ３１を昇降させるワーク保持装置３であっても、変形の虞なく高精度な光学素子を保持することができる。また、回転部３５を破損させる虞もない。
【００６５】
更に、測定時は、回転ヤトイ３１がベース部材３２上に着座しているため、回転部３５の剛性を上げることなく、回転ヤトイ３１が測定時に回転してしまうことを防止することができる。また、回転割出し時は、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒに支持部３４が直接接触して、回転ヤトイ３１をベース部材３２から浮かせた状態で支持するため、回転部３５に出し生じる負荷を軽減することができる。
【００６６】
更に、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒの支持部３４が接触し得る支持領域３１ａ及び回転ヤトイ受部３２ａが接触し得る着座領域３１ｂの面精度を、高精度に形成したことによって、正確に回転ヤトイ３１を支持することができる。また、支持部３４及び回転ヤトイ受部３２ａが複数点で回転ヤトイ３１を点支持することによって、より平行を保った状態で回転ヤトイ３１を支持することができる。
【００６７】
更に、上記支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂがリング形状をしているため、回転ヤトイ受部３２ａの全面を高精度に面出しする必要がないと共に、旋盤などを使用して容易に加工することができる。また、支持部３４及び回転ヤトイ３１が回転してどの位置にあっても、支持部３４と支持領域３１ａ、回転ヤトイ受部３２ａと着座領域３１ｂを接触させることができる。
【００６８】
また、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、着座領域３１ｂが外径側に位置するように同心円状に配設されており、回転ヤトイ３１の支持を回転昇降機構３３から装置本体側に切換えた際に、重心が同じであるため、ワークの位置が不安定にならない。更に、回転昇降機構３３の回転中心Ｃ１とワークＷの回転中心が一致しているため、回転中に装置の重心が崩れることがない。また、着座領域３１ｂが支持領域３１ａの外径側に位置しているため、より安定して測定時にワークＷを保持することができる。
【００６９】
［第２の実施の形態］
ついで、本発明の第２の実施の形態に係るワーク保持装置３について図７に基づいて説明をする。このワーク保持装置３は、回転ヤトイ３１の支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂを溝状に形成した点で第１の実施の形態と相異している。そのため、以下、第１の実施形態と相異する部分については説明を省略すると共に、対応する構成要件については、第１の実施形態と同一の参照符号を使用する。
【００７０】
図７に示すように、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒを溝状に加工して形成されており、この溝部分は他の背面部分３１ｃよりも面精度を高く出されている。
【００７１】
また、上記支持領域３１ａと当接する支持部３４は、その先端部の径が支持領域３１ａの幅Ｗ１よりも狭く形成されており、支持領域３１ａと点接触可能になっている。更に、着座領域３１ｂと当接する回転ヤトイ受部３２ａも同様に、その先端部の径が着座領域３１ｂの幅Ｗ２よりも狭く形成されており、着座領域３１ｂと点接触可能になっている。
【００７２】
このように、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂを溝状に形成し、この溝内で支持部３４及び回転ヤトイ受部３２ａと当接するように構成したことによって、回転ヤトイ３１が背面３１Ｒ内で平行移動してしまうことを防止することができる。
【００７３】
なお、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒに硬度の高いジュラルミンやステンレスなどの金属からなる別部材を取付けて構成しても良い。また、支持領域３１ａが着座領域３１ｂの外径側に位置しても良い。更に、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、リング状だけでなく、例えば円形でも良く、これら支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂの両方が円形の場合は、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂが一つの円形領域によって形成される。
【００７４】
また、支持部３４や回転ヤトイ受部３２ａは、３つに限らず、一つでも、一つ以上の複数有していても任意の数に設定して良い。更に、ワークＷは、非球面、球面、あるいは自由曲面などの大型レンズやミラーなど、高精度の光学素子が最も適しているが、３次元計測装置１は、種々のワークＷの表面形状を計測することができる。
【００７５】
また、上述した実施の形態に記載された発明は、どのように組み合わされても良いことは、いうまでもない。
【符号の説明】
【００７６】
３１ 回転ヤトイ
３１Ｆ 保持面
３１Ｒ 背面
３２ ベース部材
３２ａ 回転ヤトイ受部
３３ 回転昇降機構
３４ 支持部
３５ 回転部
３６ 昇降部
Ｐｕｐ 回転位置
ＰＳ 着座位置
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体露光装置の投影レンズなど高精度の光学素子を保持可能なワーク保持装置及び、このワーク保持装置を備えた３次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体露光装置（ステッパー）は、回路パターンを投影レンズによって縮小し、ウェハー上を移動しながら投影露光する。この投影レンズは、例えば非球面からなる大型レンズから構成され、その形状精度は、１ｎｍ〜０．１ｎｍ程度の精密さが求められることが知られている。
【０００３】
上記ステッパーに使用される投影レンズやミラーなどに代表されるような高精度の光学素子は、求められる形状精度が非常に高いため、平滑研磨装置などによって加工される際に、３次元形状測定装置によって形状を測定しながら加工される。
【０００４】
一般に、このような高精度な光学素子の形状を測定する３次元形状測定装置としては、特許文献１に記載されたような、プローブ（スピンドル１６）によってワークの表面を走査して形状を測定するものが広く知られている。
【０００５】
また、上述した投影レンズなどの大型のレンズの場合、そのサイズがプローブの測定範囲を超えてしまうことがある。そのため、上記特許文献１記載の３次元形状測定装置では、ワークを載置するテーブル１０３を回転機構１６５によって回転可能に構成し、一定範囲ごとにワークを走査可能な構成となっている。
【０００６】
ところで、投影レンズなどの高精度な光学素子は、上述したようにナノメートル単位でその形状を測定する必要があり、測定時の微小なズレであっても、正確な測定が出来なくなってしまう。
【０００７】
ここで、特許文献１記載の３次元形状測定装置は、テーブル１０３が常に支持第１５４に回転可能な状態で支持される構成となっている。そのため、測定の際にテーブル１０３が動きやすいという問題があった。
【０００８】
他方、ワークを載置するテーブル（回転テーブル１０１）として、特許文献２に記載のように、空圧源１１３からのエアによってテーブル１０１を浮上させ、このテーブル１０１を浮上させた後に、回転割り出しを行うものも案出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−６５７０２号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献２記載の装置のように、テーブル１０１を回転させる際には、エアによってテーブルを浮上させると、回転機構に生じる負荷を減らすことができる。また、測定時には、エアの供給を停止し、ベース１０３上にテーブル１０１を着座させるため、テーブル１０１が動いてしまう虞も少ない。
【００１１】
しかしながら、上記特許文献２の装置は、エアのオン・オフによってテーブル１０１を浮かせたり、着座させたりする。そのため、テーブル１０１を安定して着座させることが難しく、着座の際に衝撃が発生してしまう。そして、テーブル１０１を安定してゆっくりと着座させられないと、ナノオーダーの形状精度が求められる光学素子では、着座時の衝撃によって形状が変形してしまう虞がある。また、着座の際にテーブルを回転させる回転機構を変形させる虞もある。
【００１２】
そこで、本発明は、精密なワークでも保持可能なワーク保持装置及びこのワーク保持装置を使用した３次元形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ワークを保持する保持面、該保持面と反対側の背面を有する回転ヤトイと、前記回転ヤトイの背面を着座させる回転ヤトイ受部を有するベース部材と、前記回転ヤトイの背面と接離可能な支持部、該支持部を昇降させる昇降部、前記支持部を回転させる回転部を有する回転昇降機構と、を備え、前記回転昇降機構は、前記昇降部によって上昇させられて前記背面に接触した前記支持部によって、前記回転ヤトイを前記ベース部材から浮かされた状態で支持すると共に、前記回転部により回転し得る回転位置と、前記昇降部によって前記支持部が下降させられて前記背面から離れ、前記回転ヤトイを前記ベース部材に着座させる着座位置と、に昇降駆動させる、ことを特徴とするワーク保持装置にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ワークを保持する回転ヤトイの背面に接離可能な支持部と、この支持部を昇降させる昇降部と、を有する。そして、回転ヤトイを回転させる際には、支持部を上昇させて回転ヤトイの背面と当接させ、ベース部材から回転ヤトイを浮かせる。また、ワークの形状を測定する際は、支持部を下降させて回転ヤトイの背面から離し、回転ヤトイをベース部材に着座させる。このように、背面に直接接触する支持部材により回転ヤトイを昇降させるため、安定して回転ヤトイを昇降させることができ、高精度な光学素子のようなワークであっても変形させずに保持することができる。また、回転ヤトイをベース部材から浮いた状態で回転させるため、回転部に掛る負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る３次元形状測定装置を示す模式図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る３次元形状測定装置を示す側面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るワーク保持装置を示す模式図であって、（ａ）は着座位置を示す図、（ｂ）は回転位置を示す図。
【図４】（ａ）回転ヤトイを取り外した状態のワーク保持装置、（ｂ）回転ヤトイの背面を示す模式図。
【図５】ワークとプローブの走査範囲との関係を示す模式図。
【図６】大型のワークを測定する際の手順を示す工程図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るワーク保持装置を示す模式図であって、（ａ）は着座位置を示す図、（ｂ）は回転位置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施の形態］
［測定装置の概略構成］
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る３次元形状測定装置１及びワーク保持装置３について説明をする。なお、以下の説明において「ヤトイ」とは、保持対象を保持する保持具（例えばテーブルなど）としての意味で使用する。
【００１７】
まず、図１及び図２に基づいて３次元形状測定装置１の構成について説明をする。図１及び図２に示すように、３次元形状測定装置１は、プローブＰによってワークＷの表面を走査して、その形状を測定する３次元形状測定装置であり、計測部２、ワーク保持部としてのワーク保持装置３及び制御部４を備えている。
【００１８】
上記計測部２は、ワーク保持装置３がその中央部に組み込まれた定盤２１と、この定盤２１に連結されたステージ架台２２と、を有している。ステージ架台２２には、Ｙ軸方向に移動自在なＹ軸ステージ２３Ｙ、Ｘ軸方向に移動自在なＸ軸ステージ２３Ｘ及びＺ軸方向に移動自在なＺ軸ステージ２３Ｚを介して、プローブＰがワーク保持装置３に臨む形で支持されている。
【００１９】
上記プローブＰは、接触式のプローブから構成されており、ワークＷの表面を一定の圧力で接触することが可能なように出来ている。具体的には、プローブ軸を板バネで保持し、板バネの撓み量を変位計等で計測し、撓み量が一定になるように制御するように構成されている。
【００２０】
また、定盤２１には、プローブＰ及びワーク保持装置３を跨ぐように、門型のミラーフレーム２４が設けられている。このミラーフレーム２４には、互いに直交する位置にＺ基準ミラー２５Ｚと、Ｙ基準ミラー２５Ｙとが取付けられている。また、Ｘ基準ミラー２５Ｘが、これらＺ基準ミラー２５Ｚ及び、Ｙ基準ミラー２５Ｙのそれぞれと直交する位置に取付けられている。
【００２１】
更に、図２に示すように、プローブＰには、レーザ測長用Ｚ軸干渉計２６Ｚ、レーザ測長用Ｘ軸干渉計２６Ｘ、レーザ測長用Ｙ軸干渉計（不図示）が取付けられている。レーザ測長用Ｚ軸干渉計２６Ｚは、Ｚ基準ミラー２５Ｚとの距離を計測する干渉計である。レーザ測長用Ｘ軸干渉計２６Ｘは、Ｘ基準ミラー２５Ｘとの距離を計測する干渉計である。レーザ測長用Ｙ軸干渉計は、Ｙ基準ミラー２５Ｙとの距離を計測するレーザ測長用Ｙ軸干渉計である。
【００２２】
また、プローブＰには、高さ方向にもう一つレーザ測長用干渉計（不図示）が取り付けられており、上下二つの干渉計差を計測することによってＹ軸方向及びＸ軸方向のステージピッチング量を測定するように構成されている。
【００２３】
このように、計測部２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸それぞれのレーザ測長用干渉計２６Ｘ，２６Ｚを用いてプローブＰの位置を検出する。そして、制御部４からの指令に基づいて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸それぞれのステージ２３Ｘ，２３Ｙ，２３Ｚを移動させて、プローブＰによってワークＷの表面を走査するように構成されている。
【００２４】
上記制御部４は、電装ユニット４１と、コントロールコンピュータ４２と、データ処理用コンピュータ４３と、を有している。電装ユニット４１は、各種ドライバを搭載しており、例えば、移動ステージ２３Ｘ，２３Ｙ，２３Ｚの駆動モータのドライバ、詳しくは後述するワーク保持装置３の回転用モータ３５ｂのドライバを搭載している。
【００２５】
また、電装ユニット４１は、接触式プローブＰとワークＷとの接触圧力を一定に保つようにＺ軸ステージ２３Ｚを制御する圧力制御ユニットを搭載している。プローブＰとワークＷが接触している間は、Ｚ軸ステージドライバに代わり、この圧力制御ユニットによってＺ軸ステージ２３Ｚは駆動される。
【００２６】
更に、電装ユニット４１は、レーザ測長用光源、レーザ測長用干渉計２６Ｘ，２６Ｚからの測長信号を取り込むための測長ボードを搭載している。
【００２７】
一方、コントロールコンピュータ４２は、電装ユニット４１へ各種信号を出力すると共に、電装ユニット４１から信号が入力されるコンピュータである。このコントロールコンピュータ４２は、電装ユニット４１に搭載された各種ドライバを制御するプログラムが搭載（格納）されている。
【００２８】
更に、コントロールコンピュータ４２は、各レーザ測長用干渉計からの測長信号を、電装ユニット４１を介してサンプリングし、測長データに換算する測長データ取り込み用プログラムを搭載している。
【００２９】
また、上記データ処理用コンピュータ４３は、測定条件パラメータなどを管理するコンピュータであり、管理する測定条件としては、測定範囲、測定回数、測定速度、測定種類、被測定物の設計値形状などがある。具体的には、データ処理用コンピュータ４３は、測定プログラム、データ取込プログラム、形状データ算出プログラム、誤差算出プログラム、形状位置算出プログラム及びつなぎ合わせプログラムを搭載している。
【００３０】
上記測定プログラムは、測定条件パラメータを処理して測定手順データとし、測定条件パラメータと共にコントロールコンピュータ４２に送る測定プログラムである。上記データ取り込みプログラムは、各レーザ測長用干渉計からの測長データを、コントロールコンピュータ４２を介して取り込むプログラムである。上記形状データ算出プログラムは、取り込んだレーザ測長データからワークＷの表面形状を算出するプログラムである。上記誤差算出プログラムは、算出したワークＷの形状データとワークＷの設計値形状から、測定したワークＷの設計値からの誤差を算出するプログラムである。上記形状位置算出プログラムは、ワークＷの形状データから、ワークＷが装置の原点及び座標、或いは任意原点及び座標に対して置かれている三次元位置を算出するプログラムである。上記つなぎ合わせプログラムは、算出したワークＷの複数部分の形状データからワークＷの全体形状を算出するプログラムである。
【００３１】
［ワーク保持装置の詳細構成］
ついで、上述したワーク保持装置３の構成について、図１及び図２を参照しつつ、図３、図４に基づいて詳しく説明をする。図３に示すように、ワーク保持装置３は、定盤２１に支持されたベース部材３２と、該ベース部材３２に着座すると共にワークＷが載置される回転ヤトイ３１と、上記ベース部材３２の下方に配設される回転昇降機構３３と、を備えて構成されている。
【００３２】
上記回転ヤトイ３１は、ワークＷを載置するワーク専用ヤトイであり、ワークＷを保持する保持面３１Ｆと、この保持面と反対側の背面３１Ｒと、を有する円形の板状部材から構成されている。
【００３３】
また、ベース部材３２は、定盤２１に支持された板状部材からなる汎用ヤトイであり、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒを着座させる回転ヤトイ受部３２ａを有している。回転ヤトイ３１は、このベース部材３２の着座部材に着座することによって、定盤２１上に位置決めされ、ワークＷの測定が可能な状態となる。
【００３４】
更に、ベース部材３２の中心には、後述する回転昇降機構３３の支持部３４が回転ヤトイ３１の背面３１Ｒに接続するための孔３２ｈが形成されている。
【００３５】
上記回転昇降機構３３は、回転ヤトイ３１をベース部材３２から浮かせた状態で回転させる装置であり、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒと接離可能な支持部３４、支持部３４を昇降させる昇降部３６、支持部３４を回転させる回転部３５を有している。
【００３６】
上記昇降部３６は、４本の脚部３６ｂと、これら複数の脚部３６ｂの間に支持されつつ昇降する昇降ステージ３６ａと、この昇降ステージ３６ａを昇降させる直動アクチュエータ３６ｃと、を有している。なお、この直動アクチュエータ３６ｃは、昇降ステージ３６ａに組込まれていると共に、エアーシリンダーやリニアモータなどから構成されている。
【００３７】
上記回転部３５は、昇降ステージ３６ａ上に取付けられた回転用モータ３５ｂと、この回転用モータ３５ｂの上部に取付けられて回転する回転部材３５ａと、を有している。
【００３８】
上記支持部３４は、回転部材３５ａの上面から回転ヤトイ３１に向かって突出した突状部材であり、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒと接触する先端部が所定の曲率を有する突形状をしている。即ち、この支持部３４は、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒと点接触するような形状となっている。
【００３９】
上述した回転ヤトイ３１、ベース部材３２及び回転部材３５ａは、その中心Ｃが一致するように配設されていると共に、回転部材３５ａは、その直径がベース部材３２の孔３２ｈよりも小さく形成されている。そのため、回転昇降機構３３は、回転位置Ｐｕｐ（図３（ｂ）の位置）と、着座位置ＰＳ（図３（ａ）の位置）に昇降駆動する。回転位置Ｐｕｐは、上記昇降部３５によって上昇させられて回転ヤトイ３１の背面３１Ｒに接触した支持部３４によって、回転ヤトイ３１をベース部材３２から浮かされた状態で支持される共に、回転部３５により回転し得る位置である。着座位置Ｐｓは、昇降部３５によって支持部３４が下降させられて回転ヤトイ３１の背面３１Ｒから離れ、ベース部材３２に回転ヤトイ３１を着座させる位置である。
【００４０】
次に、ベース部材３２及び回転昇降機構３３と、回転ヤトイ３１と、の接触関係について図３を参照しつつ、図４に基づいて詳しく説明をする。なお、図４（ａ）は、ワーク保持装置３から回転ヤトイ３１を取り外した状態を示す平面図であり、図４（ｂ）は、回転ヤトイ３１の背面を示す模式図である。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒと接触する支持部３４は、回転部材３５ａの中心Ｃ１から（第１の）所定距離ｒ１、離された円上に３つ配設されており、回転ヤトイ３１をこれら３つの支持部３４によって３点支持するようになっている。
【００４２】
また、同様に回転ヤトイ３１の背面３１Ｒが着座する回転ヤトイ受部３２ａも支持部材３５ａの中心Ｃ１から（第２の）所定距離ｒ２、離された円上に３つ配設されている（ｒ２＞ｒ１）。そして、回転ヤトイ３１は、これら３つの回転ヤトイ受部３２ａによって３点支持されている。更に、この回転ヤトイ受部３２ａは、先端部分が所定の曲率を有する突形状をしており、支持部３４と同様に回転ヤトイ３１を点支持するようになっている。
【００４３】
即ち、上記支持部３４及び回転ヤトイ受部３２ａは、ワークＷ及び回転ヤトイ３１に対して、重心が３点の概略中心に位置するように（本実施形態では中心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が一致するように）配置されている。言い換えると、ワークＷ及び回転ヤトイ３１が略回転対称形状ならば、支持部３４ならびに回転ヤトイ受部３２ａは概略正三角形の位置に配置されている。
【００４４】
一方、図４（ｂ）に示すように、上記支持部３４及び回転ヤトイ受部３２ａと当接する回転ヤトイ３１の背面３１Ｒは、支持部３４の指示を受得る支持領域３１ａを有している。また、回転ヤトイ受部３２ａが着座し得る着座領域３１ｂ、これら支持領域及び着座領域以外の背面３１ｃを有して構成されている。
【００４５】
上記支持領域３１ａは、回転部材３５ａの回転中心Ｃ１（本実施形態では中心Ｃ１と回転ヤトイ３１の中心Ｃ２は一致）を中心とする（第１の）所定幅Ｗ１を有するリング形状をしており、この幅Ｗ１の中央に支持部３４の中心Ｃ３４が位置するようになっている。
【００４６】
また、上記着座領域３１ｂは、回転部材３５ａの回転中心Ｃ１を中心とする（第２の）所定幅Ｗ２を有するリング形状をしており、この幅Ｗ２の中央に回転ヤトイ受部３２ａの中心Ｃ３２が位置するようになっている。
【００４７】
更に、これら支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、着座領域３１ｂが外径側に位置した同心円状に配置されており、他の背面３１ｃよりも一段高く削り出されている。また、これら支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、他の背面３１ｃに比して、面精度が高く出されている。
【００４８】
これにより、回転ヤトイ３１は、それぞれ面精度の高い支持領域３１ａ、着座領域３１ｂが、支持部３４、回転ヤトイ受部３２ａに３点支持され、回転位置Ｐｕｐでも、着座位置Ｐｓでも精度よく支持されるようになっている。
【００４９】
［作用］
ついで、本実施形態に係る３次元形状測定装置１の作用について説明をする。半導体露光装置用の投影レンズ（以下、単純にワークという）Ｗの表面形状を測定するにあたり計測者は、測定位置に、不図示の搬送系から、回転ヤトイ３１に保持されたワークＷを、この回転ヤトイ３１を搭載したベース部材３２ごと搬入する。
【００５０】
ワークＷが測定位置、即ち、ワーク保持装置３の上方に搬送されると、ベース部材３２を定盤２１に搭載する。この時、ワークＷの大きさがいずれかの基準ミラー２５Ｘ，２５Ｙ，２５Ｚの計測可能範囲、即ちプローブＰの走査範囲を超えてしまっている場合ある。この場合、測定者は、プローブＰ及び回転昇降機構３３を制御する制御部（制御装置）４によって、ワーク上におけるプローブＰの走査範囲を分割する。そして、回転ヤトイ３１を回転させて、分割した領域ごとにプローブＰによってワークＷの表面を走査させ、ワークＷの全範囲について３次元形状を計測する。
【００５１】
以下、図５に示すように、ワークＷの大きさ（直径Ｄｗ）がＺ基準ミラー２５ＺのＸ方向の計測可能範囲Ｒｘを超えてしまっている場合の、ワークＷの３次元形状の測定方法について詳しく説明をする。なお、本実施形態においては、ワークＷの大きさに対してＺ基準ミラー２５Ｚがカバーする範囲が概略半分なので、接続の重なりを考慮して３回の測定のよってワークの全面の形状を算出する。
【００５２】
測定者は、まずワークＷの計測に際し、データ処理用コンピュータ４３に対してパラメータ、測定範囲及び測定トレース方法を設定する。なお、パラメータとしてはワークの設計データ、測定範囲としてはワークＷの基準ミラーと重なる部分（例えば図６のＲ１部分）、トレース方法としては回転角度１２０°、測定回数３回及びトレース速度などを入力する。
【００５３】
次に、データ処理用コンピュータ４３からコントロールコンピュータ４２を介して電装ユニット４１に指令して、全ての移動ステージ２３Ｘ，２３Ｙ，２３Ｚを原点、又はワークＷの搬入、搬出に障害とならない位置まで移動させる。
【００５４】
そして、回転ヤトイ３１に保持されたワークを、上述したように搬送装置によって、ベース部材３２ごと定盤２１の測定位置に搬送して、位置決めする。測定位置への位置決めが終了すると、データ処理用コンピュータ４３は測定開始指令をコントロールコンピュータ４２へ送る。なお、このとき同時に上記設定した各種パラメータもコントロールコンピュータ４２へ送る。
【００５５】
すると、コントロールコンピュータ４２は、プローブＰをＺ軸の原点位置に位置させ、その後、データ処理用コンピュータ４３より送られた各種パラメータに従って、プローブＰのＸＹ軸位置を、測定開始点に移動させる。
【００５６】
プローブＰが測定開始点に移動すると、プローブＰを下降させてワーク表面に接触させる。そして、プローブＰとワークＷとの接触圧が一定の状態で、データ処理用コンピュータ４３で設定したパラメータに従って、指定された範囲のワーク表面を走査する。
【００５７】
そして、プローブＰによって、指定された範囲の走査が終了すると、プローブＰをワークＷから離し、原点位置まで移動させる。これにより、１回目の測定が終了する。
【００５８】
１回目の測定が終了すると、コントロールコンピュータ４２は、電装ユニット４１を通して回転昇降機構３３に上昇指令を与える。回転昇降機構３３の直動アクチュエータ３６ｃは、上昇指令を受けると、昇降ステージ３６ａを上昇させて行き、支持部３４を、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒの支持領域３１ａに接触させる。そして、この回転ヤトイ３１を３つの支持部３４によって３点支持した状態で、昇降ステージ３６ａを更に上昇させ、回転ヤトイ３１をベース部材３２から浮かせる（図３（ｂ）の回転位置Ｐｕｐ）。
【００５９】
回転昇降機構３３が回転位置Ｐｕｐまで上昇すると、コントロールコンピュータ４２は、回転用モータ３５ｂを駆動させて、支持部３４に支持された回転ヤトイ３１を、予め設定された角度（本実施形態では１２０°）だけ回転させる。
【００６０】
そして、回転が終了すると、コントロールコンピュータ４２は、回転昇降機構３３の直動アクチュエータ３６ｃに下降指令を与え、昇降ステージ３６ａを着座位置Ｐｓまで下降させる。昇降ステージ３６ａが下降して行くと、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒの着座領域３１ｂと、回転ヤトイ受部３２ａとが接触し、３つの回転ヤトイ受部３２ａに回転ヤトイ３１が着座する。そして、この回転ヤトイ３１が回転ヤトイ受部３２ａに３点支持された状態で、支持部３４だけが下降して行き、支持部３４が支持領域３１ａから離れる。
【００６１】
上記回転ヤトイ３１の回転動作（回転割出し）が終了すると、１回目と同様に２回目の表面形状測定が行われる（図５（ｂ）の状態）。そして、２回目の表面形状測定が終了すると、再度、上記回転動作が行われ、３回目の形状測定が行われる（図５（ｃ）の状態）。
【００６２】
３回目の形状測定が終了すると、ワークＷの全範囲の形状測定が終了し、ワークＷをベース部材３２ごと搬送装置によって３次元形状測定装置から降ろすと共に、測定したデータをつなぎ合わせて、ワーク全体の形状を演算する。
【００６３】
なお、本実施形態のように、ワークＷの計測範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、各測定ごとにその領域が一部被っても良いと共に、被らないように設定しても良い。また、測定を６回など任意の回数も設定しても良い。
【００６４】
このように、回転ヤトイ３１を背面３１Ｒに直接接触する支持部３４を昇降させることによって、回転ヤトイ３１を安定してゆっくりとベース部材３２に着座させることができる。そのため、着座時に回転ヤトイ３１にほとんど衝撃が伝わらず、回転ヤトイ３１を昇降させるワーク保持装置３であっても、変形の虞なく高精度な光学素子を保持することができる。また、回転部３５を破損させる虞もない。
【００６５】
更に、測定時は、回転ヤトイ３１がベース部材３２上に着座しているため、回転部３５の剛性を上げることなく、回転ヤトイ３１が測定時に回転してしまうことを防止することができる。また、回転割出し時は、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒに支持部３４が直接接触して、回転ヤトイ３１をベース部材３２から浮かせた状態で支持するため、回転部３５に出し生じる負荷を軽減することができる。
【００６６】
更に、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒの支持部３４が接触し得る支持領域３１ａ及び回転ヤトイ受部３２ａが接触し得る着座領域３１ｂの面精度を、高精度に形成したことによって、正確に回転ヤトイ３１を支持することができる。また、支持部３４及び回転ヤトイ受部３２ａが複数点で回転ヤトイ３１を点支持することによって、より平行を保った状態で回転ヤトイ３１を支持することができる。
【００６７】
更に、上記支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂがリング形状をしているため、回転ヤトイ受部３２ａの全面を高精度に面出しする必要がないと共に、旋盤などを使用して容易に加工することができる。また、支持部３４及び回転ヤトイ３１が回転してどの位置にあっても、支持部３４と支持領域３１ａ、回転ヤトイ受部３２ａと着座領域３１ｂを接触させることができる。
【００６８】
また、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、着座領域３１ｂが外径側に位置するように同心円状に配設されており、回転ヤトイ３１の支持を回転昇降機構３３から装置本体側に切換えた際に、重心が同じであるため、ワークの位置が不安定にならない。更に、回転昇降機構３３の回転中心Ｃ１とワークＷの回転中心が一致しているため、回転中に装置の重心が崩れることがない。また、着座領域３１ｂが支持領域３１ａの外径側に位置しているため、より安定して測定時にワークＷを保持することができる。
【００６９】
［第２の実施の形態］
ついで、本発明の第２の実施の形態に係るワーク保持装置３について図７に基づいて説明をする。このワーク保持装置３は、回転ヤトイ３１の支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂを溝状に形成した点で第１の実施の形態と相異している。そのため、以下、第１の実施形態と相異する部分については説明を省略すると共に、対応する構成要件については、第１の実施形態と同一の参照符号を使用する。
【００７０】
図７に示すように、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒを溝状に加工して形成されており、この溝部分は他の背面部分３１ｃよりも面精度を高く出されている。
【００７１】
また、上記支持領域３１ａと当接する支持部３４は、その先端部の径が支持領域３１ａの幅Ｗ１よりも狭く形成されており、支持領域３１ａと点接触可能になっている。更に、着座領域３１ｂと当接する回転ヤトイ受部３２ａも同様に、その先端部の径が着座領域３１ｂの幅Ｗ２よりも狭く形成されており、着座領域３１ｂと点接触可能になっている。
【００７２】
このように、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂを溝状に形成し、この溝内で支持部３４及び回転ヤトイ受部３２ａと当接するように構成したことによって、回転ヤトイ３１が背面３１Ｒ内で平行移動してしまうことを防止することができる。
【００７３】
なお、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、回転ヤトイ３１の背面３１Ｒに硬度の高いジュラルミンやステンレスなどの金属からなる別部材を取付けて構成しても良い。また、支持領域３１ａが着座領域３１ｂの外径側に位置しても良い。更に、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂは、リング状だけでなく、例えば円形でも良く、これら支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂの両方が円形の場合は、支持領域３１ａ及び着座領域３１ｂが一つの円形領域によって形成される。
【００７４】
また、支持部３４や回転ヤトイ受部３２ａは、３つに限らず、一つでも、一つ以上の複数有していても任意の数に設定して良い。更に、ワークＷは、非球面、球面、あるいは自由曲面などの大型レンズやミラーなど、高精度の光学素子が最も適しているが、３次元計測装置１は、種々のワークＷの表面形状を計測することができる。
【００７５】
また、上述した実施の形態に記載された発明は、どのように組み合わされても良いことは、いうまでもない。
【符号の説明】
【００７６】
３１ 回転ヤトイ
３１Ｆ 保持面
３１Ｒ 背面
３２ ベース部材
３２ａ 回転ヤトイ受部
３３ 回転昇降機構
３４ 支持部
３５ 回転部
３６ 昇降部
Ｐｕｐ 回転位置
ＰＳ 着座位置
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持する保持面、該保持面と反対側の背面を有する回転ヤトイと、
前記回転ヤトイの背面を着座させる回転ヤトイ受部を有するベース部材と、
前記回転ヤトイの背面と接離可能な支持部、該支持部を昇降させる昇降部、前記支持部を回転させる回転部を有する回転昇降機構と、を備え、
前記回転昇降機構は、前記昇降部によって上昇させられて前記背面に接触した前記支持部によって、前記回転ヤトイを前記ベース部材から浮かされた状態で支持すると共に、前記回転部により回転し得る回転位置と、前記昇降部によって前記支持部が下降させられて前記背面から離れ、前記回転ヤトイを前記ベース部材に着座させる着座位置と、に昇降駆動する、
ことを特徴とするワーク保持装置。
【請求項２】
前記背面は、前記支持部の支持を受得る支持領域と、前記回転ヤトイ受部に着座し得る着座領域と、を有し、
前記支持領域及び着座領域は、これら支持領域及び着座領域以外の背面に比して、面精度が高く形成される、
請求項１記載のワーク保持装置。
【請求項３】
前記支持領域及び着座領域は、円形又はリング形状である、
請求項２記載のワーク保持装置。
【請求項４】
前記支持領域及び着座領域は、同心円状に形成される、
請求項３項記載のワーク保持装置。
【請求項５】
前記支持部は、先端部分が所定の曲率を有する突形状であり、
前記回転ヤトイ受部は、先端部分が所定の曲率を有する突形状であり、
これら支持部及び回転ヤトイ受部を、それぞれ複数有する、
請求項１乃至４のいずれか１項記載のワーク保持装置。
【請求項６】
前記回転ヤトイを、前記支持部の回転中心と、その中心が一致するように配設した、
請求項１乃至５のいずれか１項記載のワーク保持装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載のワーク保持装置と、
ワーク表面を走査するプローブと、
前記プローブ及び回転昇降機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、ワークの大きさが前記プローブの走査範囲を超えている場合、ワーク上における前記プローブの走査範囲を分割し、前記回転ヤトイを回転させて、分割した領域ごとに前記プローブによってワークの表面を走査させ、ワークの全範囲について３次元形状を計測する、
ことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項８】
前記ワークは、半導体露光装置用の投影レンズである、
請求項７記載の３次元形状測定装置。
【請求項１】
ワークを保持する保持面、該保持面と反対側の背面を有する回転ヤトイと、
前記回転ヤトイの背面を着座させる回転ヤトイ受部を有するベース部材と、
前記回転ヤトイの背面と接離可能な支持部、該支持部を昇降させる昇降部、前記支持部を回転させる回転部を有する回転昇降機構と、を備え、
前記回転昇降機構は、前記昇降部によって上昇させられて前記背面に接触した前記支持部によって、前記回転ヤトイを前記ベース部材から浮かされた状態で支持すると共に、前記回転部により回転し得る回転位置と、前記昇降部によって前記支持部が下降させられて前記背面から離れ、前記回転ヤトイを前記ベース部材に着座させる着座位置と、に昇降駆動する、
ことを特徴とするワーク保持装置。
【請求項２】
前記背面は、前記支持部の支持を受得る支持領域と、前記回転ヤトイ受部に着座し得る着座領域と、を有し、
前記支持領域及び着座領域は、これら支持領域及び着座領域以外の背面に比して、面精度が高く形成される、
請求項１記載のワーク保持装置。
【請求項３】
前記支持領域及び着座領域は、円形又はリング形状である、
請求項２記載のワーク保持装置。
【請求項４】
前記支持領域及び着座領域は、同心円状に形成される、
請求項３項記載のワーク保持装置。
【請求項５】
前記支持部は、先端部分が所定の曲率を有する突形状であり、
前記回転ヤトイ受部は、先端部分が所定の曲率を有する突形状であり、
これら支持部及び回転ヤトイ受部を、それぞれ複数有する、
請求項１乃至４のいずれか１項記載のワーク保持装置。
【請求項６】
前記回転ヤトイを、前記支持部の回転中心と、その中心が一致するように配設した、
請求項１乃至５のいずれか１項記載のワーク保持装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載のワーク保持装置と、
ワーク表面を走査するプローブと、
前記プローブ及び回転昇降機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、ワークの大きさが前記プローブの走査範囲を超えている場合、ワーク上における前記プローブの走査範囲を分割し、前記回転ヤトイを回転させて、分割した領域ごとに前記プローブによってワークの表面を走査させ、ワークの全範囲について３次元形状を計測する、
ことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項８】
前記ワークは、半導体露光装置用の投影レンズである、
請求項７記載の３次元形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１４４５（Ｐ２０１３−１１４４５Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２５８８（Ｐ２０１１−１４２５８８）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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