校正原器、形状計測装置、横座標校正方法及び光学素子の製造方法
【課題】汎用性の高い校正原器を提供し、一つの校正原器で種々の形状計測装置の横座標の校正を可能にする。
【解決手段】形状計測装置の横座標を校正する際にワークの代わりに配置される校正原器２０に、入射角度に係わらず光を元来た方向に反射する再帰性光学素子２１を設け、この再帰性光学素子２１によって測定光Ｌｍを反射させる。校正原器２０は、再帰性光学素子２１によって反射するため、種々の曲率半径の測定光を元来た方向に反射することができ、これによって、種々の形状計測装置の横座標の校正に使用することができる。
【解決手段】形状計測装置の横座標を校正する際にワークの代わりに配置される校正原器２０に、入射角度に係わらず光を元来た方向に反射する再帰性光学素子２１を設け、この再帰性光学素子２１によって測定光Ｌｍを反射させる。校正原器２０は、再帰性光学素子２１によって反射するため、種々の曲率半径の測定光を元来た方向に反射することができ、これによって、種々の形状計測装置の横座標の校正に使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計などの光を用いた形状計測装置の横座標校正に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高精度光学装置は微細化及び高度化が進んでおり、例えば、半導体露光装置では、露光光源波長がＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（λ＝１５７ｎｍ）と短波化してきている。更には、露光光として、ＥＶＵ光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｒｅｔ：λ＝１３．６ｎｍ）までもが使用されるに至っている。そのため、この半導体露光装置において使用される投影光学レンズや、ミラーなどの光学素子は、１ｎｍ〜０．１ｎｍオーダーの形状精度が求められる。
【０００３】
上述した高精度光学素子を製造するためには、求められる形状精度以上の精度でワークの表面形状や波面収差を計測し、修正加工を施す必要がある。一般に、このような高精度な表面形状や波面収差の計測が可能な装置として、干渉計などの光を用いて表面形状、波面収差を計測する形状計測装置が広く知られている。
【０００４】
ところで、上述した光を用いた形状計測装置によって形状計測をした場合、得られた形状データに横座標の歪みが生じていることがある。形状データの横座標にズレが生じると、ワークの修正加工の際に、実際の横座標に対して横座標のズレ分だけ修正加工箇所がズレてしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、従来、このような形状計測装置の横座標の校正方法として、特許文献１（特開２００２―２０６９１５号公報）記載の方法が知られている。この方法は、所定パターンが形成されると共に、被検面と入れ替えた場合に測定光と略等しい反射波面を生成する反射光学素子を用いて横座標を校正する方法である。具体的には、上記反射光学素子を被検面の位置に配置し、反射光学素子に反射された測定光と参照光との干渉像を検出器の検出面上に形成する。この検出面上には、上記反射光学素子の所定パターンが結像するため、検出面に結像した所定パターンの横座標と、予め別の座標測定機などによって高精度に測定した上記所定パターンの横座標と、を比較することによって横座標の校正を行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０６９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１記載の横座標校正方法は、測定光の球波面と略同じ反射波面を有する反射光学素子を用いて、横座標校正用の所定パターンを形成している。そのため、曲率半径の異なる被検面や、フィゾーレンズごとに、対応した反射光学素子を用意する必要がある。
【０００８】
また、走査型干渉計のように、測定光の光軸方向にワークもしくはフィゾーレンズを走査する形状計測装置では、走査位置によって測定光の曲率が異なる。そのため、このような走査型の形状計測装置では、各走査位置ごとに校正原器が必要となり、被検面のスキャン領域全てにおいて横座標を校正するには、多数の反射光学素子が必要となるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、汎用性の高い校正原器を提供し、一つの校正原器で種々の形状計測装置の横座標の校正を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ワークの被検面で反射された測定光を解析して形状計測を行う形状計測装置の横座標を校正する際に、ワークの代わりに配置されて測定光を反射すると共に所定の校正パターンが形成された校正原器であって、測定光を、入射角度に係わらず元来た方向に反射する再帰性光学素子を有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、形状計測装置の横座標を校正する際に、ワークの代わりに配置される校正原器を、入射角度に係わらず元来た方向に光を反射する再帰性光学素子によって測定光を反射するように構成する。上記校正原器は、再帰性光学素子によって測定光を反射するため、測定光の曲率や被検面の曲率の変化によらず、測定光を元来た方向へと反射することができ、種々の形状計測装置の横座標の校正に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る形状計測装置の模式図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る校正原器を示す模式図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る校正原器を示す模式図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る校正原器を示す模式図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る演算装置を示すブロック図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る形状計測装置の横座標校正方法を示すフローチャート図。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る校正原器の走査状態を示す模式図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る校正原器を示す模式図。
【図９】（ａ）本発明の第３の実施の形態に係る形状計測装置を示す模式図、（ｂ）（ａ）の形状計測装置の校正原器を示す模式図、（ｃ）（ａ）の形状計測装置の撮像素子上でのスポットの状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係る形状計測装置について図１乃至図９に基づいて説明をする。なお、以下の説明中において、測定光の光軸方向とは、参照球面から被検面に向う方向（図１中のＺ軸方向）を言う。また、横座標とは、測定光の光軸方向Ｚに対して垂直平面上の座標（図１のＸＹ軸座標）を言うこととする。
【００１４】
［第１の実施の形態］
［形状測定装置の概略構成］
図１は、半導体露光装置の投影レンズやミラーなど高精度の光学素子の形状を計測する形状計測装置１であり、本実施の形態では、フィゾー型の干渉計によって構成されている。この形状計測装置１は、光源２とワークＷとの間に参照球面３ａを有するフィゾーレンズ３を配設しており、この参照球面３ａによって反射された参照光Ｌｒと、参照球面３ａを透過してワークＷの被検面Ｓｗに反射された測定光Ｌｍとで干渉光Ｌｉを形成する。そして、この干渉光Ｌｉによって結像された干渉縞を解析することによって、被検面Ｓｗの形状を計測するように構成されている。
【００１５】
具体的には、上記形状計測装置１は、直線偏光のレーザ光を出射する光源２と、フィゾーレンズ（基準レンズ）３と、ＣＣＤカメラからなる撮像素子５と、を備えている。また、この撮像素子５によって検出された光を表示するモニタ６と、撮像素子上に結像した画像を解析するコンピュータからなる演算装置７と、を備えている。
【００１６】
更に、光源２とフィゾーレンズ３との間には、レンズ９、開口１０及びコリメータレンズ１１が配置されており、フィゾーレンズ３に入射する光が、平行光となるように調整されている。更に、開口１０とコリメータレンズ１１との間には、偏光ビームスプリッタ１２及び１／４波長板１３が配設されており、干渉光Ｌｉを撮像素子５へと反射するように構成されている。
【００１７】
そのため、光源２から射出された光は、レンズ９、開口１０、偏光ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３及びコリメータレンズ１１を経て平面波へと変換されてフィゾーレンズ３に入射する。そして、このフィゾーレンズ３の参照球面３ａで上述した参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとに分離される。
【００１８】
上記参照球面３ａは、非常に精度良く研磨された球面であり、この参照球面３ａに反射された参照光Ｌｒは球面波となる。一方、測定光Ｌｍも同様に参照球面３aを透過して球面波となるが、例えば自由曲面などの非球面形状のワークＷの被検面Ｓｗで反射されることで、非球面波となって参照球面３ａへと戻る。そして、この参照球面３ａにおいて、再度、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとが重ね合わされて干渉光Ｌｉが形成される。この干渉光Ｌｉは、球面波の参照光Ｌｒと非球面波の測定光Ｌｍとによって形成されており、１／４波長板１３を２回通過することにより偏光方位が光源２から偏光ビームスプリッタ１２へ入射した時の偏光方位に対し９０度回転することで偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、レンズ１５を介して撮像素子５に入射する。
【００１９】
上記参照球面３ａと被検面Ｓｗとの間には空気間隔しかなく、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの参照球面３ａ以前の光路は同一である。そのため、この干渉光Ｌｉを検出する上記撮像素子５では、参照球面３ａと被検面Ｓｗとの差が光強度として検出され、モニタ６には干渉縞が表示される。
【００２０】
上記演算装置７は、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの光路差を形状情報として使用し、上述した干渉縞（干渉光の位相、光強度、反射光位置）を解析することによって、被検面Ｓｗの形状を計測するようになっている。このように、形状計測装置１は、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの光路差を形状情報として使用しているため、着目する点の明るさが分かれば、位相を計算し、更に高さ情報に換算することができる。
【００２１】
ところで、演算装置７が干渉縞を解析して位相を精密に求めるには、干渉縞の幅が撮像素子５の分解能以上（以下、この状態を干渉縞が疎であるという）である必要がある。しかしながら、干渉縞が疎の状態であるためには、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの進行方向が略平行である必要があるが、参照光Ｌｒは球面波であり、ワークで反射された測定光Ｌｍは非球面波であるため、干渉光波面全域に亘ってこの条件が満たされることはない。
【００２２】
そこで、形状計測装置１は、上記構成に加え、ワークＷを保持すると共に測定光Ｌｍの光軸Ａに沿ってＺ方向に駆動可能な駆動ステージ１６を有しており、測定光Ｌｍの光軸方向ＺにワークＷを走査することが可能な走査型干渉計となっている。これにより、演算装置７からの駆動指令によって駆動ステージ１６を光軸Ａ方向に移動させ、光軸方向の各位置において形状計測を行うことによって、干渉縞の疎の部分の径方向位置が遷移し、被検面の全面を正確に測定することができるようになっている。
【００２３】
なお、上記駆動ステージ１６は、アライメント調整機構を有しており、ワークＷは常に測定光の光軸Ａに対して垂直になるように調整されている。
【００２４】
［横座標校正装置の構成］
ところで、上記形状計測装置１によって計測されたワークＷは、演算装置７によって、計測値と設計値との差分が演算され、加工装置４０（図５参照）により修正加工が施される。そして、設計値通りワークＷが修正加工されたことを確認することによってワークＷの加工が終了する。この修正加工では、横座標を基準として高さ位置が修正されて行くため、形状計測装置１の横座標位置にズレがあると、修正加工するべき場所と、加工装置が実際に加工する場所にズレが生じる虞がある。
【００２５】
そのため、形状計測装置１は、横座標校正装置１７を有しており、以下、この形状計測装置１の横座標校正装置１７について図１を参照しつつ、図２〜図４に基づいて詳しく説明をする。図１に示すように、横座標校正装置１７は、上述した撮像素子５、演算装置７の他に、形状計測されるワークＷの代わりに配置されて光源２から出射された測定光Ｌｍを反射する校正原器２０を備えて構成されている。
【００２６】
上記校正原器２０は、図２及び図３に示すように、参照球面３aに対向する面２０ａに再帰性光学素子２１，２２が配置されて構成されている。なお、再帰性光学素子２１，２２とは、入射角度に係わらず元来た方向に光を反射する光学素子であり、例えば、一部（例えば原器側半分）に反射コートが施されたガラスビーズ２１（図２参照）である。また、光を反射する性質を有する３枚の平面を互いに直角に組み合わせたコーナーキューブプリズム２２（図３参照）も再帰性光学素子である。
【００２７】
更に、校正原器２０は、上記再帰性光学素子２１，２２によって、所定の校正パターンＰがその表面に形成されている。より詳しくは、図２に示すように、一方向にガラスビーズ２１が整列された複数の第１列ｒ１と、第１列ｒ１と交差（本実施形態では直行）する方向にガラスビーズが整列された複数の第２列ｒ２と、を交差するように配置して、格子状の校正パターンを形成している。また、図３では、ガラスビーズ２１の代わりにコーナーキューブプリズム２２を用いて格子状の校正パターンを形成している。
【００２８】
一方、図４では、各１つの再帰性光学素子２１，２２が校正パターンのパターン模様を形成するのではなく、複数の再帰性光学素子２１，２２の集合をパターンの１単位とし、この再帰性光学素子の集合を組み合わせて校正パターンを形成している。具体的には、複数のガラスビーズ２１によって１つの円形の模様Ｐ１を形成し、この円形の模様を格子状に並べて校正パターンＰを形成している。
【００２９】
上記演算装置７は、図５に示すように、撮像素子５から取得した干渉縞の画像データを解析して被検面Ｓｗの形状を計測する計測部３０、駆動ステージ１６の駆動を制御する駆動指令部３１を有している。また、一回の計測中における光軸方向への移動数（撮像回数）及び駆動ステージ１６の移動距離を設定するステップ設定部３２、及び記憶部３３を有している。更に、計測部３０が演算した被検面Ｓｗの形状データと記憶部３３に記憶されている被検面Ｓｗの設計データとの差分を演算する誤差演算部３４を有している。
【００３０】
また、上記演算装置７は、形状計測装置１の横座標校正を行う部分として、校正部３５を有している。この校正部３５は、撮像素子５が測定光Ｌｍを検出することによって取得された画像上の校正パターンＰの横座標位置を演算する横座標演算部３５ａを有している。また、この横座標演算部３５ａによって算出された校正パターンＰの横座標位置と、予め別の３次元計測装置によって計測され、記憶部３３に格納されていた校正パターンＰの基準横座標位置と、を比較する比較演算部３５ｂを備えている。比較演算部３５ｂは、基準横座標に対する計測された校正パターンの横座標のズレを演算し、誤差演算部３４へ校正データとして出力する。
【００３１】
［横座標校正方法］
ついで、上述した横座標校正装置１７を用いた形状計測装置１の横座標校正方法について図１乃至図５を参照しつつ、図６及び図７に基づいて説明をする。非球面形状の光学素子を製造するにあたり、まず、作業者は、形状計測されるワークＷ（光学素子）の代わりに駆動ステージ１６に校正原器２０を配置し（図６のＳ１、第１工程）、形状計測装置１の横座標を校正するように演算装置７に指令する（Ｓ２）。
【００３２】
横座標の校正が指令されると、演算装置７の校正部３５からステップ設定部３２及び駆動指令部３１に電気指令が出され、走査する際の原点位置である計測基準位置（図７（ａ）の位置）に駆動ステージ１６が移動させられる（Ｓ３）。そして、駆動ステージ１６が計測基準位置に位置すると光源２からレーザ光が出射される（Ｓ４）。
【００３３】
上記光源２から出射されたレーザ光は、フィゾーレンズ３の参照球面に３aよって参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとに分離され、フィゾーレンズ３を透過して測定光Ｌｍとなったレーザ光は校正原器２０の表面２０ａに照射される。校正原器２０の表面２０ａに測定光Ｌｍが照射されると、校正原器表面に配置された再帰性光学素子２１，２２内で反射され、入射角度に係わらず元来た方向へと戻り、参照球面３ａに再入射する。そして、この校正原器２０の再帰性光学素子２１，２２によって反射された測定光Ｌｍは、偏光ビームスプリッタ１２によって反射されて撮像素子５に入射して、この撮像素子上で校正パターンＰを結像する。
【００３４】
測定光Ｌｍを撮像素子５によって検出すると、この検出した測定光Ｌｍが撮像素子上にて結像した校正パターンＰの画像を演算装置７は取り込む（Ｓ５、第２工程）。そして、横座標演算部３５ａによって校正パターンＰを形成する各再帰性光学素子２１，２２の重心位置を演算し、校正パターンＰの横座標を取得する（Ｓ６、第３工程）。なお、校正パターンＰが複数の再帰性光学素子２１，２２の集合をパターンの１単位としている場合には、横座標演算部３５ａは各再帰性光学素子２１，２２の集合ごとに横座標位置を演算する。
【００３５】
次に、比較演算部３５ｂによって、上記横座標演算部３５ａで求められた校正原器２０からの反射光の横座標関係は、あらかじめ別の座標計測器等で高精度に計測されている校正パターンの横座標関係と比較され、両者の対応関係が算出される。得られた座標関係を用いフィッティングなどのデータ処理によって、倍率、ディストーションが求められ、計測基準位置での横座標が校正される（Ｓ７、第４工程）。
【００３６】
一つの位置での横座標の校正が終了すると、校正部３５はステップ設定部３２から取得した情報に基づいて、現在の駆動ステージ１６の位置が形状計測終了時の位置となる最終ステップ位置かを判定する（Ｓ８）。そして、最終ステップ位置でない場合には（Ｓ８のＮｏ）、次のステップ位置（例えば図７の（ｂ），（ｃ）位置）へと移動して、計測基準位置と同様の方法（第２乃至第４工程）で横座標を校正する（Ｓ５〜Ｓ９、第５工程）。
【００３７】
上述した工程を駆動ステージ１６が最終ステップ位置となるまで繰り返すことによって、ワークＷの形状計測が行われる光軸方向の各位置にて横座標の校正が行われる。これにより、形状計測が行われる全ての位置にて横座標の校正が行われ、形状計測装置１の横座標の校正を終了する（Ｓ１０）。
【００３８】
上述したように、測定光Ｌｍを再帰性光学素子２１，２２によって反射するように校正原器２０を構成したことによって、測定光束の曲率半径や、ワークの被検面の曲率半径によらず単一の校正原器２０を用いて形状計測装置の横座標を校正することができる。これにより、一つの校正原器２０によって種々の形状計測装置の横座標を校正することができようになり、測定光Ｌｍや被検面Ｓｗの曲率半径ごとに校正原器２０を作成する必要がないため、横座標の校正に掛かるコストを削減することができる。
【００３９】
特に、測定光Ｌｍの光軸方向ＺにワークＷを走査する走査型干渉計のような形状計測装置では、被検面Ｓｗの全面を形状計測するために多数のステップを光軸方向Ｚに走査するため、コスト削減効果が大きい。また、いちいち校正原器２０を交換せずに光軸方向Ｚの各位置において、横座標の校正を行うことができるため、作業効率も向上させることができる。
【００４０】
更に、校正パターンＰを再帰性光学素子の配列によって形成することにより、この校正パターンＰを形成するのに他の部材を必要とせず、校正原器２０の構成を簡単にすることができる。
【００４１】
また、複数の再帰性光学素子２１，２２の集合を組み合わせて校正パターンＰを形成し、再帰性光学素子２１，２２の集合ごとに横座標位置を演算することによって横座標の演算精度を向上することができる。
【００４２】
また、再帰性光学素子にガラスビーズ２１を用いることで、直径１０ｕｍ以下の微小な再帰性光学素子を得ることができ、精度の良い校正原器２０を製作することができる。この校正原器２０を用いることで高精度な横座標校正を行うことが可能となる。
【００４３】
更に、再帰性光学素子にコーナーキューブプリズム２２を用いることで、精度の良い再帰性光学素子を容易に得ることができるため安価に校正原器２０を製作することが可能となる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
ついで、本発明に係る第２の実施の形態について説明をする。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態と校正パターンＰを形成するのにアパーチャー板２５からなるマスクを使用する点で異なっており、第１の実施の形態と同一の構成についてはその説明を省略する。
【００４５】
図８に示すように、この校正原器２０は、参照球面３ａに対向する面（以下反射面という）２０ａに再帰性光学素子２１（例えばガラスビーズ）が一様に配列されて形成された本体部２４と、アパーチャー板２５と、から構成されている。
【００４６】
上記アパーチャー板２５は、光源２と反射面２０ａとの間で反射面２０ａに近接して配置されていると共に、任意のパターンの複数の開口２５ａが形成されている。そして、このアパーチャー板２５の開口２５ａによって、校正パターンＰが形成されている。即ち、このアパーチャー板２５により入射光束及び反射光束を制限することによって、撮像素子上に任意の校正パターンＰを結像することができる。このように、アパーチャー板２５を使用して校正パターンＰを形成することによって、再帰性光学素子２１，２２の大きさ、配置によらず任意の形状、サイズで校正パターンＰを形成することができる。
【００４７】
［第３の実施の形態］
ついで、本発明の第３の実施の形態について説明をする。この第３の実施の形態は、上述した校正原器２０を、シャック・ハルトマン型の形状計測装置１に適用した点において相異しており、第１及び第２の実施の形態と同一の構成についてはその説明を省略する。
【００４８】
図９に示すように、レーザ光源１００から射出された光は、レンズ１０１、開口１０２、レンズ１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、１／４波長板１０５を経てビームエキスパンダ１０６でビーム径を拡大される。ビームエキスパンダ１０６を通過した光は、レンズ（基準レンズ）１０７を透過して球面波に変換されることで測定光Ｌｍとなり、校正原器２０に入射する。校正原器２０はアライメント機構をもつ駆動ステージ１６により保持され、干渉計（測定光）の光軸Ａに対して垂直になるように調整されて設置されている。上記駆動ステージ１６により校正原器２０は測定光Ｌｍの光軸方向に移動することができる。校正原器２０には再帰性光学素子２１，２２が配置されており、この再帰性光学素子２１，２２により測定光Ｌｍは反射される。反射された測定光Ｌｍは再帰性光学素子２１，２２の特性により入射角度に依らず、元来た方向に反射される。そのため、校正原器２０で反射された測定光Ｌｍは再びレンズ１０７、ビームエキスパンダ１０６、１／４波長板１０５を経て偏光ビームスプリッタ１０４で反射される。偏光ビームスプリッタ１０４で反射された測定光Ｌｍはマイクロレンズアレイ１０９でＣＣＤカメラからなる撮像素子５上に集光される。
【００４９】
図９（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ校正原器２０と撮像素子上でのスポットの状態を示す。校正原器２０は第２実施形態と同様にガラスビーズ２１とアパーチャー板２５を用いたものである。この校正原器２０のアパーチャー板２５の開口２５ａから反射した測定光Ｌｍは、撮像素子上では図９（ｃ）のように複数のスポットＳｐをつくる。一つの開口２５ａに対応するスポット数は開口サイズとマイクロレンズアレイ１０９のサイズ、光学系の倍率によって決まる。この時のスポット群の形状はアパーチャー板２５の開口形状によるので、スポットＳｐの中心位置から撮像素子上での横座標を求めることができる。
【００５０】
またアパーチャー板２５の開口２５ａの横座標は第２の実施の形態と同様に別の座標計測器等で高精度に計測されている。したがって第２の実施の形態と同様にスポット群の横座標と開口２５ａの横座標の関係が求まり、フィッティングなどのデータ処理によって、倍率、ディストーションを求めて横座標の校正用データを取得することができる。
【００５１】
なお、上述した第１乃至第３の形態の形状計測装置１では、光源２，１００から出射された光を透過させて測定光Ｌｍとする基準レンズ３，１０７と校正原器２０との相対距離を測定光Ｌｍの光軸方向に変化させる駆動装置として駆動ステージ１６を設けている。しかしながら、この駆動装置として、基準レンズ３，１０７を測定光Ｌｍの光軸方向に移動させるピエゾ素子を設けても良い。また、この校正原器２０と基準レンズ３，１０７の両方を移動可能に構成しても良い。
【００５２】
更に、演算装置７は、必ずしもワークＷの形状計測が行われる駆動装置の光軸方向の全ての位置にて横座標の校正を行わなくても良く、ステップ数などを考慮して測定精度を保持できる複数位置にて横座標の校正を行うようにしても良い。
【００５３】
また、校正パターンＰは、横座標の校正が出来れば、どのような形状でも良く、例えば、菱形や、十字形状に再帰性光学素子２１，２２やアパーチャー板２５の開口２５aを配置しても良い。更に、校正パターンの横座標は、撮像素子５が検出した測定光Ｌｍの重心を検出する以外に、既存のどのような方法を用いても良い。
【００５４】
更に、上記第１乃至第３の実施形態では、撮像素子５としてＣＣＤカメラを使用したが、ＣＭＯＳカメラなど、どのような既知の撮像装置を使用しても良い。
【００５５】
また、上述した第１乃至第３の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良いことは当然である。
【符号の説明】
【００５６】
１：形状計測装置、２０：校正原器、２１，２２：再帰性光学素子、Ｗ：ワーク、Ｗｓ：被検面、Ｌｍ：測定光、Ｐ：校正パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計などの光を用いた形状計測装置の横座標校正に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高精度光学装置は微細化及び高度化が進んでおり、例えば、半導体露光装置では、露光光源波長がＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（λ＝１５７ｎｍ）と短波化してきている。更には、露光光として、ＥＶＵ光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｒｅｔ：λ＝１３．６ｎｍ）までもが使用されるに至っている。そのため、この半導体露光装置において使用される投影光学レンズや、ミラーなどの光学素子は、１ｎｍ〜０．１ｎｍオーダーの形状精度が求められる。
【０００３】
上述した高精度光学素子を製造するためには、求められる形状精度以上の精度でワークの表面形状や波面収差を計測し、修正加工を施す必要がある。一般に、このような高精度な表面形状や波面収差の計測が可能な装置として、干渉計などの光を用いて表面形状、波面収差を計測する形状計測装置が広く知られている。
【０００４】
ところで、上述した光を用いた形状計測装置によって形状計測をした場合、得られた形状データに横座標の歪みが生じていることがある。形状データの横座標にズレが生じると、ワークの修正加工の際に、実際の横座標に対して横座標のズレ分だけ修正加工箇所がズレてしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、従来、このような形状計測装置の横座標の校正方法として、特許文献１（特開２００２―２０６９１５号公報）記載の方法が知られている。この方法は、所定パターンが形成されると共に、被検面と入れ替えた場合に測定光と略等しい反射波面を生成する反射光学素子を用いて横座標を校正する方法である。具体的には、上記反射光学素子を被検面の位置に配置し、反射光学素子に反射された測定光と参照光との干渉像を検出器の検出面上に形成する。この検出面上には、上記反射光学素子の所定パターンが結像するため、検出面に結像した所定パターンの横座標と、予め別の座標測定機などによって高精度に測定した上記所定パターンの横座標と、を比較することによって横座標の校正を行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０６９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１記載の横座標校正方法は、測定光の球波面と略同じ反射波面を有する反射光学素子を用いて、横座標校正用の所定パターンを形成している。そのため、曲率半径の異なる被検面や、フィゾーレンズごとに、対応した反射光学素子を用意する必要がある。
【０００８】
また、走査型干渉計のように、測定光の光軸方向にワークもしくはフィゾーレンズを走査する形状計測装置では、走査位置によって測定光の曲率が異なる。そのため、このような走査型の形状計測装置では、各走査位置ごとに校正原器が必要となり、被検面のスキャン領域全てにおいて横座標を校正するには、多数の反射光学素子が必要となるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、汎用性の高い校正原器を提供し、一つの校正原器で種々の形状計測装置の横座標の校正を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ワークの被検面で反射された測定光を解析して形状計測を行う形状計測装置の横座標を校正する際に、ワークの代わりに配置されて測定光を反射すると共に所定の校正パターンが形成された校正原器であって、測定光を、入射角度に係わらず元来た方向に反射する再帰性光学素子を有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、形状計測装置の横座標を校正する際に、ワークの代わりに配置される校正原器を、入射角度に係わらず元来た方向に光を反射する再帰性光学素子によって測定光を反射するように構成する。上記校正原器は、再帰性光学素子によって測定光を反射するため、測定光の曲率や被検面の曲率の変化によらず、測定光を元来た方向へと反射することができ、種々の形状計測装置の横座標の校正に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る形状計測装置の模式図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る校正原器を示す模式図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る校正原器を示す模式図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る校正原器を示す模式図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る演算装置を示すブロック図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る形状計測装置の横座標校正方法を示すフローチャート図。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る校正原器の走査状態を示す模式図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る校正原器を示す模式図。
【図９】（ａ）本発明の第３の実施の形態に係る形状計測装置を示す模式図、（ｂ）（ａ）の形状計測装置の校正原器を示す模式図、（ｃ）（ａ）の形状計測装置の撮像素子上でのスポットの状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係る形状計測装置について図１乃至図９に基づいて説明をする。なお、以下の説明中において、測定光の光軸方向とは、参照球面から被検面に向う方向（図１中のＺ軸方向）を言う。また、横座標とは、測定光の光軸方向Ｚに対して垂直平面上の座標（図１のＸＹ軸座標）を言うこととする。
【００１４】
［第１の実施の形態］
［形状測定装置の概略構成］
図１は、半導体露光装置の投影レンズやミラーなど高精度の光学素子の形状を計測する形状計測装置１であり、本実施の形態では、フィゾー型の干渉計によって構成されている。この形状計測装置１は、光源２とワークＷとの間に参照球面３ａを有するフィゾーレンズ３を配設しており、この参照球面３ａによって反射された参照光Ｌｒと、参照球面３ａを透過してワークＷの被検面Ｓｗに反射された測定光Ｌｍとで干渉光Ｌｉを形成する。そして、この干渉光Ｌｉによって結像された干渉縞を解析することによって、被検面Ｓｗの形状を計測するように構成されている。
【００１５】
具体的には、上記形状計測装置１は、直線偏光のレーザ光を出射する光源２と、フィゾーレンズ（基準レンズ）３と、ＣＣＤカメラからなる撮像素子５と、を備えている。また、この撮像素子５によって検出された光を表示するモニタ６と、撮像素子上に結像した画像を解析するコンピュータからなる演算装置７と、を備えている。
【００１６】
更に、光源２とフィゾーレンズ３との間には、レンズ９、開口１０及びコリメータレンズ１１が配置されており、フィゾーレンズ３に入射する光が、平行光となるように調整されている。更に、開口１０とコリメータレンズ１１との間には、偏光ビームスプリッタ１２及び１／４波長板１３が配設されており、干渉光Ｌｉを撮像素子５へと反射するように構成されている。
【００１７】
そのため、光源２から射出された光は、レンズ９、開口１０、偏光ビームスプリッタ１２、１／４波長板１３及びコリメータレンズ１１を経て平面波へと変換されてフィゾーレンズ３に入射する。そして、このフィゾーレンズ３の参照球面３ａで上述した参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとに分離される。
【００１８】
上記参照球面３ａは、非常に精度良く研磨された球面であり、この参照球面３ａに反射された参照光Ｌｒは球面波となる。一方、測定光Ｌｍも同様に参照球面３aを透過して球面波となるが、例えば自由曲面などの非球面形状のワークＷの被検面Ｓｗで反射されることで、非球面波となって参照球面３ａへと戻る。そして、この参照球面３ａにおいて、再度、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとが重ね合わされて干渉光Ｌｉが形成される。この干渉光Ｌｉは、球面波の参照光Ｌｒと非球面波の測定光Ｌｍとによって形成されており、１／４波長板１３を２回通過することにより偏光方位が光源２から偏光ビームスプリッタ１２へ入射した時の偏光方位に対し９０度回転することで偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、レンズ１５を介して撮像素子５に入射する。
【００１９】
上記参照球面３ａと被検面Ｓｗとの間には空気間隔しかなく、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの参照球面３ａ以前の光路は同一である。そのため、この干渉光Ｌｉを検出する上記撮像素子５では、参照球面３ａと被検面Ｓｗとの差が光強度として検出され、モニタ６には干渉縞が表示される。
【００２０】
上記演算装置７は、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの光路差を形状情報として使用し、上述した干渉縞（干渉光の位相、光強度、反射光位置）を解析することによって、被検面Ｓｗの形状を計測するようになっている。このように、形状計測装置１は、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの光路差を形状情報として使用しているため、着目する点の明るさが分かれば、位相を計算し、更に高さ情報に換算することができる。
【００２１】
ところで、演算装置７が干渉縞を解析して位相を精密に求めるには、干渉縞の幅が撮像素子５の分解能以上（以下、この状態を干渉縞が疎であるという）である必要がある。しかしながら、干渉縞が疎の状態であるためには、参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとの進行方向が略平行である必要があるが、参照光Ｌｒは球面波であり、ワークで反射された測定光Ｌｍは非球面波であるため、干渉光波面全域に亘ってこの条件が満たされることはない。
【００２２】
そこで、形状計測装置１は、上記構成に加え、ワークＷを保持すると共に測定光Ｌｍの光軸Ａに沿ってＺ方向に駆動可能な駆動ステージ１６を有しており、測定光Ｌｍの光軸方向ＺにワークＷを走査することが可能な走査型干渉計となっている。これにより、演算装置７からの駆動指令によって駆動ステージ１６を光軸Ａ方向に移動させ、光軸方向の各位置において形状計測を行うことによって、干渉縞の疎の部分の径方向位置が遷移し、被検面の全面を正確に測定することができるようになっている。
【００２３】
なお、上記駆動ステージ１６は、アライメント調整機構を有しており、ワークＷは常に測定光の光軸Ａに対して垂直になるように調整されている。
【００２４】
［横座標校正装置の構成］
ところで、上記形状計測装置１によって計測されたワークＷは、演算装置７によって、計測値と設計値との差分が演算され、加工装置４０（図５参照）により修正加工が施される。そして、設計値通りワークＷが修正加工されたことを確認することによってワークＷの加工が終了する。この修正加工では、横座標を基準として高さ位置が修正されて行くため、形状計測装置１の横座標位置にズレがあると、修正加工するべき場所と、加工装置が実際に加工する場所にズレが生じる虞がある。
【００２５】
そのため、形状計測装置１は、横座標校正装置１７を有しており、以下、この形状計測装置１の横座標校正装置１７について図１を参照しつつ、図２〜図４に基づいて詳しく説明をする。図１に示すように、横座標校正装置１７は、上述した撮像素子５、演算装置７の他に、形状計測されるワークＷの代わりに配置されて光源２から出射された測定光Ｌｍを反射する校正原器２０を備えて構成されている。
【００２６】
上記校正原器２０は、図２及び図３に示すように、参照球面３aに対向する面２０ａに再帰性光学素子２１，２２が配置されて構成されている。なお、再帰性光学素子２１，２２とは、入射角度に係わらず元来た方向に光を反射する光学素子であり、例えば、一部（例えば原器側半分）に反射コートが施されたガラスビーズ２１（図２参照）である。また、光を反射する性質を有する３枚の平面を互いに直角に組み合わせたコーナーキューブプリズム２２（図３参照）も再帰性光学素子である。
【００２７】
更に、校正原器２０は、上記再帰性光学素子２１，２２によって、所定の校正パターンＰがその表面に形成されている。より詳しくは、図２に示すように、一方向にガラスビーズ２１が整列された複数の第１列ｒ１と、第１列ｒ１と交差（本実施形態では直行）する方向にガラスビーズが整列された複数の第２列ｒ２と、を交差するように配置して、格子状の校正パターンを形成している。また、図３では、ガラスビーズ２１の代わりにコーナーキューブプリズム２２を用いて格子状の校正パターンを形成している。
【００２８】
一方、図４では、各１つの再帰性光学素子２１，２２が校正パターンのパターン模様を形成するのではなく、複数の再帰性光学素子２１，２２の集合をパターンの１単位とし、この再帰性光学素子の集合を組み合わせて校正パターンを形成している。具体的には、複数のガラスビーズ２１によって１つの円形の模様Ｐ１を形成し、この円形の模様を格子状に並べて校正パターンＰを形成している。
【００２９】
上記演算装置７は、図５に示すように、撮像素子５から取得した干渉縞の画像データを解析して被検面Ｓｗの形状を計測する計測部３０、駆動ステージ１６の駆動を制御する駆動指令部３１を有している。また、一回の計測中における光軸方向への移動数（撮像回数）及び駆動ステージ１６の移動距離を設定するステップ設定部３２、及び記憶部３３を有している。更に、計測部３０が演算した被検面Ｓｗの形状データと記憶部３３に記憶されている被検面Ｓｗの設計データとの差分を演算する誤差演算部３４を有している。
【００３０】
また、上記演算装置７は、形状計測装置１の横座標校正を行う部分として、校正部３５を有している。この校正部３５は、撮像素子５が測定光Ｌｍを検出することによって取得された画像上の校正パターンＰの横座標位置を演算する横座標演算部３５ａを有している。また、この横座標演算部３５ａによって算出された校正パターンＰの横座標位置と、予め別の３次元計測装置によって計測され、記憶部３３に格納されていた校正パターンＰの基準横座標位置と、を比較する比較演算部３５ｂを備えている。比較演算部３５ｂは、基準横座標に対する計測された校正パターンの横座標のズレを演算し、誤差演算部３４へ校正データとして出力する。
【００３１】
［横座標校正方法］
ついで、上述した横座標校正装置１７を用いた形状計測装置１の横座標校正方法について図１乃至図５を参照しつつ、図６及び図７に基づいて説明をする。非球面形状の光学素子を製造するにあたり、まず、作業者は、形状計測されるワークＷ（光学素子）の代わりに駆動ステージ１６に校正原器２０を配置し（図６のＳ１、第１工程）、形状計測装置１の横座標を校正するように演算装置７に指令する（Ｓ２）。
【００３２】
横座標の校正が指令されると、演算装置７の校正部３５からステップ設定部３２及び駆動指令部３１に電気指令が出され、走査する際の原点位置である計測基準位置（図７（ａ）の位置）に駆動ステージ１６が移動させられる（Ｓ３）。そして、駆動ステージ１６が計測基準位置に位置すると光源２からレーザ光が出射される（Ｓ４）。
【００３３】
上記光源２から出射されたレーザ光は、フィゾーレンズ３の参照球面に３aよって参照光Ｌｒと測定光Ｌｍとに分離され、フィゾーレンズ３を透過して測定光Ｌｍとなったレーザ光は校正原器２０の表面２０ａに照射される。校正原器２０の表面２０ａに測定光Ｌｍが照射されると、校正原器表面に配置された再帰性光学素子２１，２２内で反射され、入射角度に係わらず元来た方向へと戻り、参照球面３ａに再入射する。そして、この校正原器２０の再帰性光学素子２１，２２によって反射された測定光Ｌｍは、偏光ビームスプリッタ１２によって反射されて撮像素子５に入射して、この撮像素子上で校正パターンＰを結像する。
【００３４】
測定光Ｌｍを撮像素子５によって検出すると、この検出した測定光Ｌｍが撮像素子上にて結像した校正パターンＰの画像を演算装置７は取り込む（Ｓ５、第２工程）。そして、横座標演算部３５ａによって校正パターンＰを形成する各再帰性光学素子２１，２２の重心位置を演算し、校正パターンＰの横座標を取得する（Ｓ６、第３工程）。なお、校正パターンＰが複数の再帰性光学素子２１，２２の集合をパターンの１単位としている場合には、横座標演算部３５ａは各再帰性光学素子２１，２２の集合ごとに横座標位置を演算する。
【００３５】
次に、比較演算部３５ｂによって、上記横座標演算部３５ａで求められた校正原器２０からの反射光の横座標関係は、あらかじめ別の座標計測器等で高精度に計測されている校正パターンの横座標関係と比較され、両者の対応関係が算出される。得られた座標関係を用いフィッティングなどのデータ処理によって、倍率、ディストーションが求められ、計測基準位置での横座標が校正される（Ｓ７、第４工程）。
【００３６】
一つの位置での横座標の校正が終了すると、校正部３５はステップ設定部３２から取得した情報に基づいて、現在の駆動ステージ１６の位置が形状計測終了時の位置となる最終ステップ位置かを判定する（Ｓ８）。そして、最終ステップ位置でない場合には（Ｓ８のＮｏ）、次のステップ位置（例えば図７の（ｂ），（ｃ）位置）へと移動して、計測基準位置と同様の方法（第２乃至第４工程）で横座標を校正する（Ｓ５〜Ｓ９、第５工程）。
【００３７】
上述した工程を駆動ステージ１６が最終ステップ位置となるまで繰り返すことによって、ワークＷの形状計測が行われる光軸方向の各位置にて横座標の校正が行われる。これにより、形状計測が行われる全ての位置にて横座標の校正が行われ、形状計測装置１の横座標の校正を終了する（Ｓ１０）。
【００３８】
上述したように、測定光Ｌｍを再帰性光学素子２１，２２によって反射するように校正原器２０を構成したことによって、測定光束の曲率半径や、ワークの被検面の曲率半径によらず単一の校正原器２０を用いて形状計測装置の横座標を校正することができる。これにより、一つの校正原器２０によって種々の形状計測装置の横座標を校正することができようになり、測定光Ｌｍや被検面Ｓｗの曲率半径ごとに校正原器２０を作成する必要がないため、横座標の校正に掛かるコストを削減することができる。
【００３９】
特に、測定光Ｌｍの光軸方向ＺにワークＷを走査する走査型干渉計のような形状計測装置では、被検面Ｓｗの全面を形状計測するために多数のステップを光軸方向Ｚに走査するため、コスト削減効果が大きい。また、いちいち校正原器２０を交換せずに光軸方向Ｚの各位置において、横座標の校正を行うことができるため、作業効率も向上させることができる。
【００４０】
更に、校正パターンＰを再帰性光学素子の配列によって形成することにより、この校正パターンＰを形成するのに他の部材を必要とせず、校正原器２０の構成を簡単にすることができる。
【００４１】
また、複数の再帰性光学素子２１，２２の集合を組み合わせて校正パターンＰを形成し、再帰性光学素子２１，２２の集合ごとに横座標位置を演算することによって横座標の演算精度を向上することができる。
【００４２】
また、再帰性光学素子にガラスビーズ２１を用いることで、直径１０ｕｍ以下の微小な再帰性光学素子を得ることができ、精度の良い校正原器２０を製作することができる。この校正原器２０を用いることで高精度な横座標校正を行うことが可能となる。
【００４３】
更に、再帰性光学素子にコーナーキューブプリズム２２を用いることで、精度の良い再帰性光学素子を容易に得ることができるため安価に校正原器２０を製作することが可能となる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
ついで、本発明に係る第２の実施の形態について説明をする。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態と校正パターンＰを形成するのにアパーチャー板２５からなるマスクを使用する点で異なっており、第１の実施の形態と同一の構成についてはその説明を省略する。
【００４５】
図８に示すように、この校正原器２０は、参照球面３ａに対向する面（以下反射面という）２０ａに再帰性光学素子２１（例えばガラスビーズ）が一様に配列されて形成された本体部２４と、アパーチャー板２５と、から構成されている。
【００４６】
上記アパーチャー板２５は、光源２と反射面２０ａとの間で反射面２０ａに近接して配置されていると共に、任意のパターンの複数の開口２５ａが形成されている。そして、このアパーチャー板２５の開口２５ａによって、校正パターンＰが形成されている。即ち、このアパーチャー板２５により入射光束及び反射光束を制限することによって、撮像素子上に任意の校正パターンＰを結像することができる。このように、アパーチャー板２５を使用して校正パターンＰを形成することによって、再帰性光学素子２１，２２の大きさ、配置によらず任意の形状、サイズで校正パターンＰを形成することができる。
【００４７】
［第３の実施の形態］
ついで、本発明の第３の実施の形態について説明をする。この第３の実施の形態は、上述した校正原器２０を、シャック・ハルトマン型の形状計測装置１に適用した点において相異しており、第１及び第２の実施の形態と同一の構成についてはその説明を省略する。
【００４８】
図９に示すように、レーザ光源１００から射出された光は、レンズ１０１、開口１０２、レンズ１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、１／４波長板１０５を経てビームエキスパンダ１０６でビーム径を拡大される。ビームエキスパンダ１０６を通過した光は、レンズ（基準レンズ）１０７を透過して球面波に変換されることで測定光Ｌｍとなり、校正原器２０に入射する。校正原器２０はアライメント機構をもつ駆動ステージ１６により保持され、干渉計（測定光）の光軸Ａに対して垂直になるように調整されて設置されている。上記駆動ステージ１６により校正原器２０は測定光Ｌｍの光軸方向に移動することができる。校正原器２０には再帰性光学素子２１，２２が配置されており、この再帰性光学素子２１，２２により測定光Ｌｍは反射される。反射された測定光Ｌｍは再帰性光学素子２１，２２の特性により入射角度に依らず、元来た方向に反射される。そのため、校正原器２０で反射された測定光Ｌｍは再びレンズ１０７、ビームエキスパンダ１０６、１／４波長板１０５を経て偏光ビームスプリッタ１０４で反射される。偏光ビームスプリッタ１０４で反射された測定光Ｌｍはマイクロレンズアレイ１０９でＣＣＤカメラからなる撮像素子５上に集光される。
【００４９】
図９（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ校正原器２０と撮像素子上でのスポットの状態を示す。校正原器２０は第２実施形態と同様にガラスビーズ２１とアパーチャー板２５を用いたものである。この校正原器２０のアパーチャー板２５の開口２５ａから反射した測定光Ｌｍは、撮像素子上では図９（ｃ）のように複数のスポットＳｐをつくる。一つの開口２５ａに対応するスポット数は開口サイズとマイクロレンズアレイ１０９のサイズ、光学系の倍率によって決まる。この時のスポット群の形状はアパーチャー板２５の開口形状によるので、スポットＳｐの中心位置から撮像素子上での横座標を求めることができる。
【００５０】
またアパーチャー板２５の開口２５ａの横座標は第２の実施の形態と同様に別の座標計測器等で高精度に計測されている。したがって第２の実施の形態と同様にスポット群の横座標と開口２５ａの横座標の関係が求まり、フィッティングなどのデータ処理によって、倍率、ディストーションを求めて横座標の校正用データを取得することができる。
【００５１】
なお、上述した第１乃至第３の形態の形状計測装置１では、光源２，１００から出射された光を透過させて測定光Ｌｍとする基準レンズ３，１０７と校正原器２０との相対距離を測定光Ｌｍの光軸方向に変化させる駆動装置として駆動ステージ１６を設けている。しかしながら、この駆動装置として、基準レンズ３，１０７を測定光Ｌｍの光軸方向に移動させるピエゾ素子を設けても良い。また、この校正原器２０と基準レンズ３，１０７の両方を移動可能に構成しても良い。
【００５２】
更に、演算装置７は、必ずしもワークＷの形状計測が行われる駆動装置の光軸方向の全ての位置にて横座標の校正を行わなくても良く、ステップ数などを考慮して測定精度を保持できる複数位置にて横座標の校正を行うようにしても良い。
【００５３】
また、校正パターンＰは、横座標の校正が出来れば、どのような形状でも良く、例えば、菱形や、十字形状に再帰性光学素子２１，２２やアパーチャー板２５の開口２５aを配置しても良い。更に、校正パターンの横座標は、撮像素子５が検出した測定光Ｌｍの重心を検出する以外に、既存のどのような方法を用いても良い。
【００５４】
更に、上記第１乃至第３の実施形態では、撮像素子５としてＣＣＤカメラを使用したが、ＣＭＯＳカメラなど、どのような既知の撮像装置を使用しても良い。
【００５５】
また、上述した第１乃至第３の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良いことは当然である。
【符号の説明】
【００５６】
１：形状計測装置、２０：校正原器、２１，２２：再帰性光学素子、Ｗ：ワーク、Ｗｓ：被検面、Ｌｍ：測定光、Ｐ：校正パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの被検面で反射された測定光を解析して形状計測を行う形状計測装置の横座標を校正する際に、ワークの代わりに配置されて測定光を反射すると共に所定の校正パターンが形成された校正原器であって、
測定光を、入射角度に係わらず元来た方向に反射する再帰性光学素子を有する、
ことを特徴とする校正原器。
【請求項２】
光源と、
請求項１記載の校正原器と、
前記光源と前記校正原器との間に配置され、前記光源から出射された光を透過させて測定光とする基準レンズと、
前記校正原器が反射した測定光を検出する撮像素子と、
予め計測されている前記校正パターンの基準横座標位置と、前記撮像素子上にて検出された前記校正パターンの横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う演算装置と、を備えた、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項３】
前記基準レンズと前記校正原器との相対距離を測定光の光軸方向に変化させる駆動装置を備え、
前記演算装置は、ワークの形状計測が行われる前記駆動装置の光軸方向の複数位置にて、前記撮像素子上における前記校正パターンの横座標位置を演算し、この演算された横座標位置と前記基準横座標位置とを比較して横座標の校正を行う、
請求項２記載の形状計測装置。
【請求項４】
前記校正原器は、前記再帰性光学素子の配列によって、前記校正パターンを形成する、
請求項２又は３記載の形状計測装置。
【請求項５】
前記校正原器は、複数の再帰性光学素子の集合をパターンの１単位とし、この再帰性光学素子の集合を組み合わせて前記校正パターンを形成し、
前記演算装置は、各前記再帰性光学素子の集合ごとに横座標位置を演算する、
請求項４記載の形状計測装置。
【請求項６】
前記校正原器は、
前記再帰性光学素子が表面に一様に配列されて形成された反射面を有する本体部と、
前記基準レンズ及び前記反射面の間で前記反射面に近接して配置されるとともに、複数の開口が形成されたアパーチャー板と、を有し、
前記アパーチャー板の開口の配列によって、前記校正パターンを形成する、
請求項２又は３記載の形状計測装置。
【請求項７】
前記再帰性光学素子は、ガラスビーズである、
請求項２乃至６のいずれか１項記載の形状計測装置。
【請求項８】
前記再帰性光学素子は、コーナーキューブプリズムである、
請求項２乃至６のいずれか１項記載の形状計測装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項記載の校正原器を、形状計測されるワークの代わりに配置する第１工程と、
被検面に照射される測定光を前記校正原器によって反射させ、この校正原器により反射された測定光を撮像素子によって検出する第２工程と、
前記撮像素子によって検出された前記校正パターンの横座標位置を演算する第３工程と、
前記演算した校正パターンの横座標位置と、予め計測されている校正パターンの基準横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う第４工程と、
前記校正原器を測定光の光軸方向に移動させ、ワークの形状計測が行われる光軸方向の複数位置にて、前記第２乃至第４工程を行い横座標の校正をする第５工程と、を備えた、
横座標校正方法。
【請求項１０】
請求項９記載の横座標校正方法によって形状計測装置の横座標位置を校正する工程と、
横座標が校正された前記形状計測装置によって光学素子の形状を計測する工程と、
計測された光学素子の形状とこの光学素子の設計値との差分を演算し、演算した設計値との差分だけ修正加工を施す工程と、
を備えた光学素子の製造方法。
【請求項１】
ワークの被検面で反射された測定光を解析して形状計測を行う形状計測装置の横座標を校正する際に、ワークの代わりに配置されて測定光を反射すると共に所定の校正パターンが形成された校正原器であって、
測定光を、入射角度に係わらず元来た方向に反射する再帰性光学素子を有する、
ことを特徴とする校正原器。
【請求項２】
光源と、
請求項１記載の校正原器と、
前記光源と前記校正原器との間に配置され、前記光源から出射された光を透過させて測定光とする基準レンズと、
前記校正原器が反射した測定光を検出する撮像素子と、
予め計測されている前記校正パターンの基準横座標位置と、前記撮像素子上にて検出された前記校正パターンの横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う演算装置と、を備えた、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項３】
前記基準レンズと前記校正原器との相対距離を測定光の光軸方向に変化させる駆動装置を備え、
前記演算装置は、ワークの形状計測が行われる前記駆動装置の光軸方向の複数位置にて、前記撮像素子上における前記校正パターンの横座標位置を演算し、この演算された横座標位置と前記基準横座標位置とを比較して横座標の校正を行う、
請求項２記載の形状計測装置。
【請求項４】
前記校正原器は、前記再帰性光学素子の配列によって、前記校正パターンを形成する、
請求項２又は３記載の形状計測装置。
【請求項５】
前記校正原器は、複数の再帰性光学素子の集合をパターンの１単位とし、この再帰性光学素子の集合を組み合わせて前記校正パターンを形成し、
前記演算装置は、各前記再帰性光学素子の集合ごとに横座標位置を演算する、
請求項４記載の形状計測装置。
【請求項６】
前記校正原器は、
前記再帰性光学素子が表面に一様に配列されて形成された反射面を有する本体部と、
前記基準レンズ及び前記反射面の間で前記反射面に近接して配置されるとともに、複数の開口が形成されたアパーチャー板と、を有し、
前記アパーチャー板の開口の配列によって、前記校正パターンを形成する、
請求項２又は３記載の形状計測装置。
【請求項７】
前記再帰性光学素子は、ガラスビーズである、
請求項２乃至６のいずれか１項記載の形状計測装置。
【請求項８】
前記再帰性光学素子は、コーナーキューブプリズムである、
請求項２乃至６のいずれか１項記載の形状計測装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項記載の校正原器を、形状計測されるワークの代わりに配置する第１工程と、
被検面に照射される測定光を前記校正原器によって反射させ、この校正原器により反射された測定光を撮像素子によって検出する第２工程と、
前記撮像素子によって検出された前記校正パターンの横座標位置を演算する第３工程と、
前記演算した校正パターンの横座標位置と、予め計測されている校正パターンの基準横座標位置とを比較して、横座標の校正を行う第４工程と、
前記校正原器を測定光の光軸方向に移動させ、ワークの形状計測が行われる光軸方向の複数位置にて、前記第２乃至第４工程を行い横座標の校正をする第５工程と、を備えた、
横座標校正方法。
【請求項１０】
請求項９記載の横座標校正方法によって形状計測装置の横座標位置を校正する工程と、
横座標が校正された前記形状計測装置によって光学素子の形状を計測する工程と、
計測された光学素子の形状とこの光学素子の設計値との差分を演算し、演算した設計値との差分だけ修正加工を施す工程と、
を備えた光学素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４０８０３（Ｐ２０１３−４０８０３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７６４７４（Ｐ２０１１−１７６４７４）
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【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２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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