表面形状測定方法
【課題】表面形状の測定精度が低い。
【解決手段】対象物の表面に触針を接触させた状態で表面上を走査することにより対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法であって、対象物の表面にエッジがある場合に、走査の方向について、エッジがあるべき想定位置に対して予め定められた距離だけ離れた設定位置まで、表面上を第１の速度で走査して表面形状を計測する高速走査段階と、走査の方向について、設定位置から想定位置まで、表面上を、第１の速度よりも遅い第２の速度で走査して表面形状を計測する低速走査段階とを備える表面形状測定方法。
【解決手段】対象物の表面に触針を接触させた状態で表面上を走査することにより対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法であって、対象物の表面にエッジがある場合に、走査の方向について、エッジがあるべき想定位置に対して予め定められた距離だけ離れた設定位置まで、表面上を第１の速度で走査して表面形状を計測する高速走査段階と、走査の方向について、設定位置から想定位置まで、表面上を、第１の速度よりも遅い第２の速度で走査して表面形状を計測する低速走査段階とを備える表面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の表面に触針の先端を接触させた状態で、表面上を走査させる表面形状測定方法が知られている（例えば、特許文献１）。この表面形状測定方法では、触針が対象物の表面に沿って上下することにより、対象物の表面形状が測定される。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００５−１５６２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の表面形状測定方法では、対象物のエッジの側壁に衝突すると、触針がエッジの頂点近傍で飛び跳ねて、触針が表面から離脱する。このため、触針が表面から離脱している領域が大きくなり、表面の形状の測定精度が低いといった課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、対象物の表面に触針を接触させた状態で前記表面上を走査することにより前記対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法であって、前記対象物の前記表面にエッジがある場合に、走査の方向について、前記エッジがあるべき想定位置に対して予め定められた距離だけ離れた設定位置まで、前記表面上を第１の速度で走査して表面形状を計測する高速走査段階と、走査の方向について、前記設定位置から前記想定位置まで、前記表面上を、前記第１の速度よりも遅い第２の速度で走査して表面形状を計測する低速走査段階とを備える表面形状測定方法である。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態による表面形状測定装置の全体構成図である。
【図２】表面形状測定装置の制御系を説明するためのブロック図である。
【図３】触針の軌跡を説明する図である。
【図４】外周から中心へと移動させた場合の触針の軌跡を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、実施形態による表面形状測定装置の全体構成図である。図１に矢印で示す上下左右を表面形状測定装置１の上下左右方向とする。
【０００９】
本実施形態による表面形状測定装置１は、対象物の一例である表面にエッジ５１が形成されたフレネルレンズ９の表面に触針２８を接触させた状態で、フレネルレンズ９の表面上を走査させることによりフレネルレンズ９の表面形状を測定する。
【００１０】
図１に示すように、表面形状測定装置１は、基台２と、上下方向駆動機構３と、水平方向駆動機構４と、触針機構５と、制御部６とを有する。
【００１１】
基台２は、水平方向駆動機構４及び触針機構５を保持する上下方向駆動機構３と、制御部６とを支持する。基台２は、保持部１１を有する。保持部１１は、基台２の上面に配置されている。保持部１１は、フレネルレンズ９を基台２の上面に固定する。
【００１２】
上下方向駆動機構３は、固定柱１５と、筐体１６と、上下駆動部１７とを備える。
【００１３】
固定柱１５は、基台２の右側の端部に立設され、かつ、固定されている。固定柱１５は、上下駆動部１７、及び、筐体１６を支持する。
【００１４】
筐体１６は、上下方向に移動可能に固定柱１５の上部に設けられている。筐体１６は、触針機構５が設けられた水平方向駆動機構４を保持する。
【００１５】
上下駆動部１７は、筐体１６に固定されている。上下駆動部１７は、モータ等を有する。上下駆動部１７は、上下方向の駆動力を筐体１６に供給する。これにより、筐体１６は、上下駆動部１７とともに、固定柱１５に沿って上下方向に移動する。
【００１６】
水平方向駆動機構４は、水平アーム２１と、水平駆動部２２とを備える。
【００１７】
水平アーム２１は、水平方向に延びる梁状に形成されている。水平アーム２１の右側の端部は、水平方向に移動可能に筐体１６によって保持されている。水平アーム２１の左側の端部は、上下方向に移動自在に触針機構５を保持している。
【００１８】
水平駆動部２２は、筐体１６に固定されている。水平駆動部２２は、モータ等を有する。水平駆動部２２は、水平方向の駆動力を水平アーム２１に供給する。これにより、水平アーム２１は、触針機構５とともに左右方向に移動する。
【００１９】
触針機構５は、被摺動部２４と、摺動柱２５と、上規制部２６と、下規制部２７と、触針２８と、位置センサ２９とを備える。
【００２０】
被摺動部２４は、水平アーム２１の左側の端部に固定されている。被摺動部２４は、上下方向に貫通された摺動孔３０が形成された円筒形状に構成されている。
【００２１】
摺動柱２５は、上下方向に延びる円柱状に形成されている。摺動柱２５は、摺動可能に摺動孔３０に挿通されている。摺動柱２５の下端部は、触針２８を保持する。これにより、摺動柱２５は、摺動孔３０を摺動しつつ、触針２８とともに、上下方向に移動する。
【００２２】
上規制部２６は、摺動柱２５の上端部に設けられている。上規制部２６は、摺動柱２５の下方向の移動を規制する。下規制部２７は、摺動柱２５の上下方向の中央部に設けられている。下規制部２７は、摺動柱２５の上方向の移動を規制する。換言すると、摺動柱２５は、上規制部２６と下規制部２７とによって上下方向の移動を一定の距離で規制されている。上規制部２６と下規制部２７との間隔は、フレネルレンズ９の凹凸の高さよりも十分に高い。
【００２３】
触針２８は、下方に細くなる円錐状に形成されている。触針２８の上部の直径は、例えば、数百μｍである。触針２８は、摺動柱２５の下端部に固定されている。表面形状測定時、触針２８は、フレネルレンズ９の表面に接触する。これにより、触針２８は、フレネルレンズ９の表面の形状に伴って、摺動柱２５とともに上下に移動する。
【００２４】
位置センサ２９は、被摺動部２４の内部に固定されている。位置センサ２９は、水平アーム２１に固定された被摺動部２４に対する摺動柱２５の相対位置を検出する。そして、位置センサ２９は、その検出した相対位置を検出データとして制御部６に出力する。制御部６は、この相対位置の変化に基づいて、フレネルレンズ９の表面形状を測定する。
【００２５】
図２は、表面形状測定装置１の制御系を説明するためのブロック図である。
【００２６】
制御部６は、表面形状測定装置１の全体を制御する。図２に示すように、制御部６は、処理部４１と、取得部４２と、記憶部４３とを備える。
【００２７】
処理部４１は、ＣＰＵ等の演算処理装置を有する。処理部４１は、種々のプログラムを実行する。また、処理部４１は、種々のデータを処理して記憶部４３に格納するとともに、それらのデータを記憶部４３から読み出す。
【００２８】
取得部４２は、ネットワークまたは記憶媒体等を介して、想定位置データ４５等の種々のデータを取得する。取得部４２は、取得したデータを処理部４１へと出力する。
【００２９】
記憶部４３は、種々のデータを格納する。種々のデータには、想定位置データ４５と、設定位置を算出するための距離Ｄと、第１の速度Ｖ１と、第２の速度Ｖ２と、第１測定データ４６１と、第２測定データ４６２と、・・、第ｎ測定データ４６ｎ等が含まれる。
【００３０】
想定位置データ４５がデータとして有する想定位置とは、フレネルレンズ９のエッジ５１があるべき位置のことである。設定位置とは、走査の方向において、エッジ５１の想定位置から距離Ｄだけ手前に離れた位置のことである。ここで距離Ｄは、テーパ角度及び直径等を含む触針２８の形状、及び、エッジ５１の高さ等に基づいて、触針２８がエッジ５１に接触しないように予め算出して定められる。
【００３１】
第１の速度Ｖ１は、設定位置までの水平アーム２１の水平方向の移動速度である。即ち、制御部６は、水平駆動部２２を介して、設定位置まで水平アーム２１を第１の速度Ｖ１で水平方向に移動させる。これにより、触針２８は、設定位置までフレネルレンズ９の表面上を第１の速度Ｖ１で水平方向に移動する。第１の速度Ｖ１の一例は、１ｍｍ／ｓである。
【００３２】
第２の速度Ｖ２は、第１の速度Ｖ１よりも遅い速度であって、設定位置以降の水平アーム２１の水平方向の速度である。即ち、制御部６は、水平駆動部２２を介して、設定位置以降、水平アーム２１を第２の速度Ｖ２で水平方向に移動させる。これにより、触針２８は、設定位置以降、フレネルレンズ９の表面上を第２の速度Ｖ２で水平方向に移動する。ここでいう表面上とは、フレネルレンズ９の表面の上方をも含む概念である。第２の速度Ｖ２の一例は、０．３ｍｍ／ｓである。
【００３３】
第１測定データ４６１、第２測定データ４６２、・・、第ｎ測定データ４６ｎは、複数個のフレネルレンズ９を測定した場合におけるｎ個目に計測されたフレネルレンズ９の表面形状のデータである。制御部６は、これらの測定データ４６ｎに基づいて、エッジ５１の位置を特定して、想定位置データ４５を補正する。例えば、制御部６は、全ての測定データ４６１、・・、４６ｎの平均値を算出して、想定位置データ４５を補正する。また、ｎ個の測定データ４６１、・・、４６ｎのうち、１個の測定データ４６ｍ（ｍは１〜ｎの何れか）のみが、他の測定データ４６１、・・、４６ｎに比べて、極めて異なる場合、制御部６が、その測定データ４６ｍを除外して想定位置データ４５を補正するように構成してもよい。これにより、製造工程中に破損したフレネルレンズ９の測定データ４６ｍを除外して、想定位置データ４５の精度を向上させることができる。
【００３４】
制御部６は、上下駆動部１７、水平駆動部２２、及び、位置センサ２９に接続されている。これにより、制御部６は、上下駆動部１７を駆動して、筐体１６を上下方向に移動させる。制御部６は、水平駆動部２２を駆動して、水平アーム２１を水平方向に移動させる。ここで、制御部６は、水平駆動部２２を介して、第１の速度Ｖ１または、第２の速度Ｖ２の何れかの速度で水平アーム２１の移動速度を制御する。制御部６は、位置センサ２９から入力される検出データに基づいて、フレネルレンズ９の表面形状を測定する。ここで、位置センサ２９は、一定の時間間隔で検出データを出力する。従って、触針２８を一定の速度で移動させれば、解像度は一定である。換言すると、触針２８を第１の速度Ｖ１で移動させると、全体の測定時間は短くなるが、解像度は低下する。一方、触針２８を第２の速度Ｖ２で移動させると、全体の測定時間は長くなるが、解像度は高くなる。
【００３５】
次に、表面形状の測定対象であるフレネルレンズ９について説明する。フレネルレンズ９は、約２０ｍｍの直径を有する。フレネルレンズ９の表面には、複数のエッジ５１が形成されている。フレネルレンズ９のエッジ５１のピッチは、１００μｍ〜２ｍｍである。フレネルレンズ９のエッジ５１の高さは、約５０μｍである。尚、フレネルレンズ９以外を測定対象とすることは可能であり、また、これらの数値は、一例であり、適宜変更することができる。
【００３６】
次に、上述した表面形状測定装置１によるフレネルレンズ９の表面形状測定方法について説明する。この測定方法では、触針２８をフレネルレンズ９の中心から外周へと移動させる。図３は、触針の軌跡を説明する図である。
【００３７】
図３において、点線は本実施形態による触針の軌跡を示す。点線は触針２８の下端から上方に距離ｄ１の位置の軌跡である。図３において、一点鎖線は従来の測定方法による触針の軌跡を示す。一点鎖線は触針の下端から上方に距離ｄ２の位置の軌跡である。これらｄ１、ｄ２は、説明の都合上、フレネルレンズ９の表面を示す線及び両軌跡の線をずらすための値であって、技術的に意味のある値ではない。また、点線の軌跡上の黒丸は、本実施形態の位置センサ２９による検出データの出力間隔を示す。一点鎖線の軌跡上の黒四角は、従来の測定方法の位置センサ２９による検出データの出力間隔を示す。
【００３８】
まず、想定位置取得段階において、制御部６の取得部４２が、想定位置データ４５を外部の記憶媒体から取得して、処理部４１がその想定位置データ４５を記憶部４３に格納する。次に、図１に示すように、測定対象のフレネルレンズ９が、保持部１１によって、基台２の上面に固定される。次に、触針２８の下端部が、初期位置であるフレネルレンズ９の中心上に接触するように、制御部６によって触針２８が配置される。尚、フレネルレンズ９の外周の何れかの位置を初期位置としてもよい。ここで、水平アーム２１の上下方向の位置が、上規制部２６と下規制部２７との略中心となるように、筐体１６の上下方向の位置が、制御部６によって設定される。
【００３９】
次に、高速走査段階において、制御部６は、水平駆動部２２を駆動して、触針２８を含む触針機構５とともに水平アーム２１を第１の速度Ｖ１で右方向へと移動させる。ここで、触針２８の下端部がフレネルレンズ９の表面に接触している。これにより、図３の点線で示すように、触針２８が第１の速度Ｖ１でフレネルレンズ９の表面上を右方向に走査して、表面形状を計測する。この結果、触針２８を保持する摺動柱２５は、フレネルレンズ９の表面に合わせて、被摺動部２４を摺動しつつ、上下方向に移動する。被摺動部２４に固定された位置センサ２９は、摺動柱２５の上下方向の位置を検出して、その位置を検出データとして制御部６へと出力する。制御部６は、位置センサ２９から入力された検出データによって、フレネルレンズ９の表面の形状を測定する。
【００４０】
次に、制御部６は、記憶部４３に格納された想定位置データ４５及び距離Ｄに基づいて、触針２８がエッジ５１の想定位置から距離Ｄだけ手前の設定位置に到達したか否かを判定する。制御部６は、触針２８が設定位置に到達したと判定すると、高速走査段階を終了して、低速走査段階を開始する。
【００４１】
低速走査段階では、制御部６は、水平駆動部２２を制御して、触針機構５及び水平アーム２１の速度を第１の速度Ｖ１から第２の速度Ｖ２まで減速する。尚、設定位置では、触針２８の側面は、エッジ５１の側面と接触していない。制御部６は、減速とともに、上下駆動部１７を制御して、被摺動部２４及び水平アーム２１とともに筐体１６を上方へと移動させる。これにより、摺動柱２５は、上規制部２６によって規制される下限位置まで、被摺動部２４を摺動する。更に、制御部６は上下駆動部１７の駆動を継続させて、触針２８をフレネルレンズ９の表面から離脱させる。
【００４２】
次に、制御部６は、想定位置データ４５に基づいて、触針２８の下端部がエッジ５１の上端よりも高くなったと判定すると、上下駆動部１７の駆動を停止する。ここでいう判定の方法の一例は、水平アーム２１を支持する筐体１６の上方向の移動距離及び上規制部２６に対する摺動柱２５の相対位置から算出された触針２８の下端の位置が、想定位置データ４５に含まれるエッジ５１の高さを越えたか否かによって判定する。尚、ここまで、触針２８の側面がエッジ５１と接触することがないように、距離Ｄは設定されている。この後、制御部６は、想定位置データ４５に基づいて、水平方向において、触針２８の下端部がエッジ５１の想定位置まで移動した判定すると、低速走査段階を終了する。換言すると、低速走査段階では、走査の方向において、触針２８は、設定位置から想定位置まで、フレネルレンズ９の表面上を第２の速度Ｖ２で走査して、表面形状を計測する。
【００４３】
高速走査段階に再び移行すると、制御部６は、水平駆動部２２を制御して、水平アーム２１の速度を第２の速度Ｖ２から第１の速度Ｖ１まで加速する。また、制御部６は、上下駆動部１７を駆動して、水平アーム２１とともに筐体１６を下方へと移動させる。これにより、下限位置の摺動柱２５は、触針２８とともに、筐体１６と同じ距離だけ下方へと移動する。この後、触針２８がフレネルレンズ９の表面に接触すると、摺動柱２５が被摺動部２４を摺動しつつ、水平アーム２１及び被摺動部２４は下方へと移動する。制御部６は、被摺動部２４が上規制部２６及び下規制部２７の略中央部に達したと判定すると、上下駆動部１７を停止する。この後、制御部６は、次のエッジ５１の設定位置まで高速走査段階を継続する。
【００４４】
ここで、従来の表面形状測定方法では、図３の一点鎖線で示す軌跡となる。即ち、触針２８が、エッジ５１の側壁に接触した後に、触針２８を上方へと移動させる。これにより、触針２８の側面がエッジ５１に接触しつつ、触針２８は上方へと移動する。このため、左方向の外力が触針２８に作用するので、触針２８がエッジ５１の上端を越えると、触針２８はエッジ５１の上方を飛び跳ねる。従って、従来の方法では、エッジ５１の上端部近傍の表面形状が、一点鎖線で示す誤った形状であると測定される。
【００４５】
この後、本実施形態の表面形状測定方法では、制御部６は、複数のエッジ５１について、上述した高速走査段階及び低速走査段階を繰り返す。これにより、触針２８は複数のエッジ５１を越えつつ、フレネルレンズ９の表面形状を測定する。制御部６は、触針２８がフレネルレンズ９の外周まで達したと判定すると、触針２８をフレネルレンズ９の中心まで戻した後、触針２８を左方向へと移動させて、フレネルレンズ９の左半分の表面を測定する。最後に、制御部６は、測定データ４６ｎを記憶部４３に格納して、フレネルレンズ９の表面測定が終了する。
【００４６】
次に、エッジ特定段階において、制御部６は、高速走査段階及び低速走査段階の計測結果である測定データ４６ｎに基づいて、フレネルレンズ９のエッジ５１の位置を特定する。
【００４７】
次に、位置補正段階において、制御部６は、エッジ特定段階において特定されたエッジ５１の位置に基づいて、想定位置データ４５が有するエッジ５１の想定位置を補正する。例えば、補正の方法として、特定されたエッジ５１の位置と想定位置データ４５との平均値を新たな想定位置データ４５とすることがあげられる。更には、複数のフレネルレンズ９を測定した後は、全ての測定データ４６ｎと想定位置データ４５との平均値を想定位置データ４５としてもよい。
【００４８】
この後、新たなフレネルレンズ９が基台２に固定されて、補正された想定位置データ４５を用いて、表面形状の計測が実行される。
【００４９】
次に、フレネルレンズ９の外周部から中心部へと触針２８を移動させて、フレネルレンズ９の表面形状を測定する場合について説明する。尚、上述した測定方法と同様の段階に関しては、説明を省略する。図４は、外周から中心へと移動させた場合の触針の軌跡を説明する図である。図４において、点線は本実施形態による触針の軌跡を示す。図４において、一点鎖線は従来の測定方法による触針の軌跡を示す。
【００５０】
制御部６は、フレネルレンズ９の左端部の外周に触針２８を配置する。この後、制御部６は、図４に示すように、水平駆動部２２を制御して、触針２８を第１の速度Ｖ１で右方向へと移動させて、高速走査段階を開始する。次に、制御部６は、触針２８が設定位置まで達したと判定すると、水平駆動部２２を制御して、触針２８の速度を第１の速度Ｖ１から第２の速度Ｖ２まで減速して、低速走査段階へと移行する。この後、触針２８が設定位置まで達してエッジ５１を越えると、触針２８とともに摺動柱２５は、触針２８がフレネルレンズ９の上面に達するまで、被摺動部２４を摺動しつつ落下する。ここで、触針２８は、第２の速度Ｖ２によって移動しているので、触針２８はエッジ５１の近傍に落下する。
【００５１】
一方、制御部６は、触針２８が想定位置まで、即ち、エッジ５１まで達したと判定すると、水平駆動部２２を制御して、触針２８の速度を第２の速度Ｖ２から第１の速度Ｖ１まで加速して、再度、高速走査段階へと移行する。この後、制御部６は、高速捜査段階及び低速走査段階を繰り返して、フレネルレンズ９の表面形状を測定する。
【００５２】
従来の表面形状測定方法では、フレネルレンズ９を外周から中心へと触針２８を移動させて、表面形状を測定した場合、図４の一点鎖線に描く軌跡となる。即ち、従来では、表面全体に渡って、第１の速度Ｖ１で測定するので、触針２８がエッジ５１を越えると、触針２８がエッジ５１から離れた位置に落下する。従って、触針２８がフレネルレンズ９と接触していない領域が増えるので、正確に表面形状が測定されてない領域が増加する。
【００５３】
上述したように本実施形態による表面形状測定方法では、触針２８がエッジ５１に接触する前に、触針２８を減速させた後、上方へと移動させている。これにより、触針２８が、エッジ５１に接触することを抑制できるので、触針２８がエッジ５１の上端部を越えたときに、触針２８が飛び跳ねることを抑制できる。この結果、触針２８がフレネルレンズ９の表面と接触している状態を長くすることができるので、フレネルレンズ９の表面形状の精度を向上させることができる。また、触針２８がエッジ５１と接触することを抑制することによって、触針２８の破損を低減できるとともに、触針２８の位置ずれを抑制できる。これにより、触針２８のアライメントの回数を低減することができる。
【００５４】
上述の表面形状測定方法では、エッジ５１の近傍を除き、高速の第１の速度Ｖ１によって触針２８を移動させるので、測定時間を短縮しつつ、測定精度を向上させることができる。
【００５５】
上述の表面形状測定方法では、実際に計測された結果である測定データ４６ｎに基づいて、想定位置データ４５を補正するので、エッジ５１の位置をより正確に特定することができる。これにより、触針２８とエッジ５１との接触を更に低減することができるとともに、触針２８が接触する表面領域を増加させて、測定精度を更に向上させることができる。
【００５６】
次に、上述した実施形態の一部を変更した他の実施形態について説明する。この実施形態は、複数のフレネルレンズ９を測定する場合であって、想定位置データ４５を外部から取得できない場合を想定している。
【００５７】
この実施形態では、第１測定段階において、制御部６は、少なくとも最初の１個目のフレネルレンズ９において、走査方向の全てに渡って、第２の速度Ｖ２で触針２８をフレネルレンズ９の表面上で走査して、表面形状を計測する。この後、制御部６は、第１測定段階において測定された表面形状の結果を第１測定データ４６１として記憶部４３に格納する。
【００５８】
次に、エッジ特定段階において、制御部６は、第１測定段階で測定された表面形状の第１測定データ４６１に基づいて、フレネルレンズ９のエッジ５１の位置を特定する。
【００５９】
次に、制御部６は、１個目のフレネルレンズ９の後に測定される２個目以降のフレネルレンズ９に対して、エッジ特定段階で特定されたエッジ５１の位置を想定位置として、上述した高速走査段階及び低速走査段階を実行する。これにより、２個目以降のフレネルレンズ９の表面形状が測定される。
【００６０】
更に、この他の実施形態においても、位置補正段階を実行してもよい。即ち、制御部６は、エッジ特定段階において、測定結果に基づいて、２個目以降のフレネルレンズ９のエッジ５１を特定する。その後、制御部６は、その特定されたエッジ５１の位置に基づいて想定位置データ４５の想定位置を補正する。そして、制御部６は、その補正された想定位置データ４５を用いて、以降のフレネルレンズ９の表面形状を測定する。
【００６１】
この実施形態は、複数のフレネルレンズ９を測定する場合であって、想定位置データ４５を外部から取得できない場合であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
また、別の実施形態として、想定位置、第１の速度Ｖ１、第２の速度Ｖ２、距離Ｄ等をユーザが入力可能に構成してもよい。
【００６３】
また、上述の実施形態では、距離Ｄは、触針２８がエッジ５１と接触しないように設定したが、触針２８がエッジ５１と接触するように設定してもよい。この場合、触針２８が、可能な限りエッジ５１の上端部のみと接触するように距離Ｄを設定することが好ましい。触針２８がエッジ５１からの外力によって飛び跳ねることを低減するためである。
【００６４】
また、上述の実施形態では、第２の速度Ｖ２として０．３ｍｍ／ｓを例に上げたが、第１の速度Ｖ１から「０ｍｍ／ｓ」、即ち、停止状態へと減速している間の速度を第２の速度Ｖ２としてもよい。この場合においても、触針２８が設置位置に達すると、第１の速度Ｖ１から「０ｍｍ／ｓ」へと減速する。即ち、触針２８は、設定位置から第２の速度Ｖ２で移動する。この後、触針２８が、エッジ５１を越えると、触針２８の速度を第１の速度Ｖ１へと加速を開始する。尚、触針２８が、エッジ５１を越える前に、第１の速度Ｖ１への加速を開始してもよいが、触針２８がエッジ５１に接触しないように、エッジ５１に対する触針２８の相対的な高さ位置等を考慮して、加速開始地点を決定することが好ましい。また、触針２８の速度が「０ｍｍ／ｓ」になる前に、減速を停止して、第１の速度Ｖ１への加速を開始してもよい。これにより、触針２８をよりエッジ５１まで接近させることができる。また、３段階以上に触針２８の速度を設定してもよく、そのうちの一の速度を、「０」にしてもよい。
【００６５】
また、上述の実施形態における位置補正段階等はユーザによって実行を選択可能に構成してもよい。
【００６６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１ 表面形状測定装置
２ 基台
３ 上下方向駆動機構
４ 水平方向駆動機構
５ 触針機構
６ 制御部
９ フレネルレンズ
１１ 保持部
１５ 固定柱
１６ 筐体
１７ 上下駆動部
２１ 水平アーム
２２ 水平駆動部
２４ 被摺動部
２５ 摺動柱
２６ 上規制部
２７ 下規制部
２８ 触針
２９ 位置センサ
３０ 摺動孔
４１ 処理部
４２ 取得部
４３ 記憶部
４５ 想定位置データ
４６ｎ 測定データ
５１ エッジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の表面に触針の先端を接触させた状態で、表面上を走査させる表面形状測定方法が知られている（例えば、特許文献１）。この表面形状測定方法では、触針が対象物の表面に沿って上下することにより、対象物の表面形状が測定される。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００５−１５６２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の表面形状測定方法では、対象物のエッジの側壁に衝突すると、触針がエッジの頂点近傍で飛び跳ねて、触針が表面から離脱する。このため、触針が表面から離脱している領域が大きくなり、表面の形状の測定精度が低いといった課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、対象物の表面に触針を接触させた状態で前記表面上を走査することにより前記対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法であって、前記対象物の前記表面にエッジがある場合に、走査の方向について、前記エッジがあるべき想定位置に対して予め定められた距離だけ離れた設定位置まで、前記表面上を第１の速度で走査して表面形状を計測する高速走査段階と、走査の方向について、前記設定位置から前記想定位置まで、前記表面上を、前記第１の速度よりも遅い第２の速度で走査して表面形状を計測する低速走査段階とを備える表面形状測定方法である。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態による表面形状測定装置の全体構成図である。
【図２】表面形状測定装置の制御系を説明するためのブロック図である。
【図３】触針の軌跡を説明する図である。
【図４】外周から中心へと移動させた場合の触針の軌跡を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、実施形態による表面形状測定装置の全体構成図である。図１に矢印で示す上下左右を表面形状測定装置１の上下左右方向とする。
【０００９】
本実施形態による表面形状測定装置１は、対象物の一例である表面にエッジ５１が形成されたフレネルレンズ９の表面に触針２８を接触させた状態で、フレネルレンズ９の表面上を走査させることによりフレネルレンズ９の表面形状を測定する。
【００１０】
図１に示すように、表面形状測定装置１は、基台２と、上下方向駆動機構３と、水平方向駆動機構４と、触針機構５と、制御部６とを有する。
【００１１】
基台２は、水平方向駆動機構４及び触針機構５を保持する上下方向駆動機構３と、制御部６とを支持する。基台２は、保持部１１を有する。保持部１１は、基台２の上面に配置されている。保持部１１は、フレネルレンズ９を基台２の上面に固定する。
【００１２】
上下方向駆動機構３は、固定柱１５と、筐体１６と、上下駆動部１７とを備える。
【００１３】
固定柱１５は、基台２の右側の端部に立設され、かつ、固定されている。固定柱１５は、上下駆動部１７、及び、筐体１６を支持する。
【００１４】
筐体１６は、上下方向に移動可能に固定柱１５の上部に設けられている。筐体１６は、触針機構５が設けられた水平方向駆動機構４を保持する。
【００１５】
上下駆動部１７は、筐体１６に固定されている。上下駆動部１７は、モータ等を有する。上下駆動部１７は、上下方向の駆動力を筐体１６に供給する。これにより、筐体１６は、上下駆動部１７とともに、固定柱１５に沿って上下方向に移動する。
【００１６】
水平方向駆動機構４は、水平アーム２１と、水平駆動部２２とを備える。
【００１７】
水平アーム２１は、水平方向に延びる梁状に形成されている。水平アーム２１の右側の端部は、水平方向に移動可能に筐体１６によって保持されている。水平アーム２１の左側の端部は、上下方向に移動自在に触針機構５を保持している。
【００１８】
水平駆動部２２は、筐体１６に固定されている。水平駆動部２２は、モータ等を有する。水平駆動部２２は、水平方向の駆動力を水平アーム２１に供給する。これにより、水平アーム２１は、触針機構５とともに左右方向に移動する。
【００１９】
触針機構５は、被摺動部２４と、摺動柱２５と、上規制部２６と、下規制部２７と、触針２８と、位置センサ２９とを備える。
【００２０】
被摺動部２４は、水平アーム２１の左側の端部に固定されている。被摺動部２４は、上下方向に貫通された摺動孔３０が形成された円筒形状に構成されている。
【００２１】
摺動柱２５は、上下方向に延びる円柱状に形成されている。摺動柱２５は、摺動可能に摺動孔３０に挿通されている。摺動柱２５の下端部は、触針２８を保持する。これにより、摺動柱２５は、摺動孔３０を摺動しつつ、触針２８とともに、上下方向に移動する。
【００２２】
上規制部２６は、摺動柱２５の上端部に設けられている。上規制部２６は、摺動柱２５の下方向の移動を規制する。下規制部２７は、摺動柱２５の上下方向の中央部に設けられている。下規制部２７は、摺動柱２５の上方向の移動を規制する。換言すると、摺動柱２５は、上規制部２６と下規制部２７とによって上下方向の移動を一定の距離で規制されている。上規制部２６と下規制部２７との間隔は、フレネルレンズ９の凹凸の高さよりも十分に高い。
【００２３】
触針２８は、下方に細くなる円錐状に形成されている。触針２８の上部の直径は、例えば、数百μｍである。触針２８は、摺動柱２５の下端部に固定されている。表面形状測定時、触針２８は、フレネルレンズ９の表面に接触する。これにより、触針２８は、フレネルレンズ９の表面の形状に伴って、摺動柱２５とともに上下に移動する。
【００２４】
位置センサ２９は、被摺動部２４の内部に固定されている。位置センサ２９は、水平アーム２１に固定された被摺動部２４に対する摺動柱２５の相対位置を検出する。そして、位置センサ２９は、その検出した相対位置を検出データとして制御部６に出力する。制御部６は、この相対位置の変化に基づいて、フレネルレンズ９の表面形状を測定する。
【００２５】
図２は、表面形状測定装置１の制御系を説明するためのブロック図である。
【００２６】
制御部６は、表面形状測定装置１の全体を制御する。図２に示すように、制御部６は、処理部４１と、取得部４２と、記憶部４３とを備える。
【００２７】
処理部４１は、ＣＰＵ等の演算処理装置を有する。処理部４１は、種々のプログラムを実行する。また、処理部４１は、種々のデータを処理して記憶部４３に格納するとともに、それらのデータを記憶部４３から読み出す。
【００２８】
取得部４２は、ネットワークまたは記憶媒体等を介して、想定位置データ４５等の種々のデータを取得する。取得部４２は、取得したデータを処理部４１へと出力する。
【００２９】
記憶部４３は、種々のデータを格納する。種々のデータには、想定位置データ４５と、設定位置を算出するための距離Ｄと、第１の速度Ｖ１と、第２の速度Ｖ２と、第１測定データ４６１と、第２測定データ４６２と、・・、第ｎ測定データ４６ｎ等が含まれる。
【００３０】
想定位置データ４５がデータとして有する想定位置とは、フレネルレンズ９のエッジ５１があるべき位置のことである。設定位置とは、走査の方向において、エッジ５１の想定位置から距離Ｄだけ手前に離れた位置のことである。ここで距離Ｄは、テーパ角度及び直径等を含む触針２８の形状、及び、エッジ５１の高さ等に基づいて、触針２８がエッジ５１に接触しないように予め算出して定められる。
【００３１】
第１の速度Ｖ１は、設定位置までの水平アーム２１の水平方向の移動速度である。即ち、制御部６は、水平駆動部２２を介して、設定位置まで水平アーム２１を第１の速度Ｖ１で水平方向に移動させる。これにより、触針２８は、設定位置までフレネルレンズ９の表面上を第１の速度Ｖ１で水平方向に移動する。第１の速度Ｖ１の一例は、１ｍｍ／ｓである。
【００３２】
第２の速度Ｖ２は、第１の速度Ｖ１よりも遅い速度であって、設定位置以降の水平アーム２１の水平方向の速度である。即ち、制御部６は、水平駆動部２２を介して、設定位置以降、水平アーム２１を第２の速度Ｖ２で水平方向に移動させる。これにより、触針２８は、設定位置以降、フレネルレンズ９の表面上を第２の速度Ｖ２で水平方向に移動する。ここでいう表面上とは、フレネルレンズ９の表面の上方をも含む概念である。第２の速度Ｖ２の一例は、０．３ｍｍ／ｓである。
【００３３】
第１測定データ４６１、第２測定データ４６２、・・、第ｎ測定データ４６ｎは、複数個のフレネルレンズ９を測定した場合におけるｎ個目に計測されたフレネルレンズ９の表面形状のデータである。制御部６は、これらの測定データ４６ｎに基づいて、エッジ５１の位置を特定して、想定位置データ４５を補正する。例えば、制御部６は、全ての測定データ４６１、・・、４６ｎの平均値を算出して、想定位置データ４５を補正する。また、ｎ個の測定データ４６１、・・、４６ｎのうち、１個の測定データ４６ｍ（ｍは１〜ｎの何れか）のみが、他の測定データ４６１、・・、４６ｎに比べて、極めて異なる場合、制御部６が、その測定データ４６ｍを除外して想定位置データ４５を補正するように構成してもよい。これにより、製造工程中に破損したフレネルレンズ９の測定データ４６ｍを除外して、想定位置データ４５の精度を向上させることができる。
【００３４】
制御部６は、上下駆動部１７、水平駆動部２２、及び、位置センサ２９に接続されている。これにより、制御部６は、上下駆動部１７を駆動して、筐体１６を上下方向に移動させる。制御部６は、水平駆動部２２を駆動して、水平アーム２１を水平方向に移動させる。ここで、制御部６は、水平駆動部２２を介して、第１の速度Ｖ１または、第２の速度Ｖ２の何れかの速度で水平アーム２１の移動速度を制御する。制御部６は、位置センサ２９から入力される検出データに基づいて、フレネルレンズ９の表面形状を測定する。ここで、位置センサ２９は、一定の時間間隔で検出データを出力する。従って、触針２８を一定の速度で移動させれば、解像度は一定である。換言すると、触針２８を第１の速度Ｖ１で移動させると、全体の測定時間は短くなるが、解像度は低下する。一方、触針２８を第２の速度Ｖ２で移動させると、全体の測定時間は長くなるが、解像度は高くなる。
【００３５】
次に、表面形状の測定対象であるフレネルレンズ９について説明する。フレネルレンズ９は、約２０ｍｍの直径を有する。フレネルレンズ９の表面には、複数のエッジ５１が形成されている。フレネルレンズ９のエッジ５１のピッチは、１００μｍ〜２ｍｍである。フレネルレンズ９のエッジ５１の高さは、約５０μｍである。尚、フレネルレンズ９以外を測定対象とすることは可能であり、また、これらの数値は、一例であり、適宜変更することができる。
【００３６】
次に、上述した表面形状測定装置１によるフレネルレンズ９の表面形状測定方法について説明する。この測定方法では、触針２８をフレネルレンズ９の中心から外周へと移動させる。図３は、触針の軌跡を説明する図である。
【００３７】
図３において、点線は本実施形態による触針の軌跡を示す。点線は触針２８の下端から上方に距離ｄ１の位置の軌跡である。図３において、一点鎖線は従来の測定方法による触針の軌跡を示す。一点鎖線は触針の下端から上方に距離ｄ２の位置の軌跡である。これらｄ１、ｄ２は、説明の都合上、フレネルレンズ９の表面を示す線及び両軌跡の線をずらすための値であって、技術的に意味のある値ではない。また、点線の軌跡上の黒丸は、本実施形態の位置センサ２９による検出データの出力間隔を示す。一点鎖線の軌跡上の黒四角は、従来の測定方法の位置センサ２９による検出データの出力間隔を示す。
【００３８】
まず、想定位置取得段階において、制御部６の取得部４２が、想定位置データ４５を外部の記憶媒体から取得して、処理部４１がその想定位置データ４５を記憶部４３に格納する。次に、図１に示すように、測定対象のフレネルレンズ９が、保持部１１によって、基台２の上面に固定される。次に、触針２８の下端部が、初期位置であるフレネルレンズ９の中心上に接触するように、制御部６によって触針２８が配置される。尚、フレネルレンズ９の外周の何れかの位置を初期位置としてもよい。ここで、水平アーム２１の上下方向の位置が、上規制部２６と下規制部２７との略中心となるように、筐体１６の上下方向の位置が、制御部６によって設定される。
【００３９】
次に、高速走査段階において、制御部６は、水平駆動部２２を駆動して、触針２８を含む触針機構５とともに水平アーム２１を第１の速度Ｖ１で右方向へと移動させる。ここで、触針２８の下端部がフレネルレンズ９の表面に接触している。これにより、図３の点線で示すように、触針２８が第１の速度Ｖ１でフレネルレンズ９の表面上を右方向に走査して、表面形状を計測する。この結果、触針２８を保持する摺動柱２５は、フレネルレンズ９の表面に合わせて、被摺動部２４を摺動しつつ、上下方向に移動する。被摺動部２４に固定された位置センサ２９は、摺動柱２５の上下方向の位置を検出して、その位置を検出データとして制御部６へと出力する。制御部６は、位置センサ２９から入力された検出データによって、フレネルレンズ９の表面の形状を測定する。
【００４０】
次に、制御部６は、記憶部４３に格納された想定位置データ４５及び距離Ｄに基づいて、触針２８がエッジ５１の想定位置から距離Ｄだけ手前の設定位置に到達したか否かを判定する。制御部６は、触針２８が設定位置に到達したと判定すると、高速走査段階を終了して、低速走査段階を開始する。
【００４１】
低速走査段階では、制御部６は、水平駆動部２２を制御して、触針機構５及び水平アーム２１の速度を第１の速度Ｖ１から第２の速度Ｖ２まで減速する。尚、設定位置では、触針２８の側面は、エッジ５１の側面と接触していない。制御部６は、減速とともに、上下駆動部１７を制御して、被摺動部２４及び水平アーム２１とともに筐体１６を上方へと移動させる。これにより、摺動柱２５は、上規制部２６によって規制される下限位置まで、被摺動部２４を摺動する。更に、制御部６は上下駆動部１７の駆動を継続させて、触針２８をフレネルレンズ９の表面から離脱させる。
【００４２】
次に、制御部６は、想定位置データ４５に基づいて、触針２８の下端部がエッジ５１の上端よりも高くなったと判定すると、上下駆動部１７の駆動を停止する。ここでいう判定の方法の一例は、水平アーム２１を支持する筐体１６の上方向の移動距離及び上規制部２６に対する摺動柱２５の相対位置から算出された触針２８の下端の位置が、想定位置データ４５に含まれるエッジ５１の高さを越えたか否かによって判定する。尚、ここまで、触針２８の側面がエッジ５１と接触することがないように、距離Ｄは設定されている。この後、制御部６は、想定位置データ４５に基づいて、水平方向において、触針２８の下端部がエッジ５１の想定位置まで移動した判定すると、低速走査段階を終了する。換言すると、低速走査段階では、走査の方向において、触針２８は、設定位置から想定位置まで、フレネルレンズ９の表面上を第２の速度Ｖ２で走査して、表面形状を計測する。
【００４３】
高速走査段階に再び移行すると、制御部６は、水平駆動部２２を制御して、水平アーム２１の速度を第２の速度Ｖ２から第１の速度Ｖ１まで加速する。また、制御部６は、上下駆動部１７を駆動して、水平アーム２１とともに筐体１６を下方へと移動させる。これにより、下限位置の摺動柱２５は、触針２８とともに、筐体１６と同じ距離だけ下方へと移動する。この後、触針２８がフレネルレンズ９の表面に接触すると、摺動柱２５が被摺動部２４を摺動しつつ、水平アーム２１及び被摺動部２４は下方へと移動する。制御部６は、被摺動部２４が上規制部２６及び下規制部２７の略中央部に達したと判定すると、上下駆動部１７を停止する。この後、制御部６は、次のエッジ５１の設定位置まで高速走査段階を継続する。
【００４４】
ここで、従来の表面形状測定方法では、図３の一点鎖線で示す軌跡となる。即ち、触針２８が、エッジ５１の側壁に接触した後に、触針２８を上方へと移動させる。これにより、触針２８の側面がエッジ５１に接触しつつ、触針２８は上方へと移動する。このため、左方向の外力が触針２８に作用するので、触針２８がエッジ５１の上端を越えると、触針２８はエッジ５１の上方を飛び跳ねる。従って、従来の方法では、エッジ５１の上端部近傍の表面形状が、一点鎖線で示す誤った形状であると測定される。
【００４５】
この後、本実施形態の表面形状測定方法では、制御部６は、複数のエッジ５１について、上述した高速走査段階及び低速走査段階を繰り返す。これにより、触針２８は複数のエッジ５１を越えつつ、フレネルレンズ９の表面形状を測定する。制御部６は、触針２８がフレネルレンズ９の外周まで達したと判定すると、触針２８をフレネルレンズ９の中心まで戻した後、触針２８を左方向へと移動させて、フレネルレンズ９の左半分の表面を測定する。最後に、制御部６は、測定データ４６ｎを記憶部４３に格納して、フレネルレンズ９の表面測定が終了する。
【００４６】
次に、エッジ特定段階において、制御部６は、高速走査段階及び低速走査段階の計測結果である測定データ４６ｎに基づいて、フレネルレンズ９のエッジ５１の位置を特定する。
【００４７】
次に、位置補正段階において、制御部６は、エッジ特定段階において特定されたエッジ５１の位置に基づいて、想定位置データ４５が有するエッジ５１の想定位置を補正する。例えば、補正の方法として、特定されたエッジ５１の位置と想定位置データ４５との平均値を新たな想定位置データ４５とすることがあげられる。更には、複数のフレネルレンズ９を測定した後は、全ての測定データ４６ｎと想定位置データ４５との平均値を想定位置データ４５としてもよい。
【００４８】
この後、新たなフレネルレンズ９が基台２に固定されて、補正された想定位置データ４５を用いて、表面形状の計測が実行される。
【００４９】
次に、フレネルレンズ９の外周部から中心部へと触針２８を移動させて、フレネルレンズ９の表面形状を測定する場合について説明する。尚、上述した測定方法と同様の段階に関しては、説明を省略する。図４は、外周から中心へと移動させた場合の触針の軌跡を説明する図である。図４において、点線は本実施形態による触針の軌跡を示す。図４において、一点鎖線は従来の測定方法による触針の軌跡を示す。
【００５０】
制御部６は、フレネルレンズ９の左端部の外周に触針２８を配置する。この後、制御部６は、図４に示すように、水平駆動部２２を制御して、触針２８を第１の速度Ｖ１で右方向へと移動させて、高速走査段階を開始する。次に、制御部６は、触針２８が設定位置まで達したと判定すると、水平駆動部２２を制御して、触針２８の速度を第１の速度Ｖ１から第２の速度Ｖ２まで減速して、低速走査段階へと移行する。この後、触針２８が設定位置まで達してエッジ５１を越えると、触針２８とともに摺動柱２５は、触針２８がフレネルレンズ９の上面に達するまで、被摺動部２４を摺動しつつ落下する。ここで、触針２８は、第２の速度Ｖ２によって移動しているので、触針２８はエッジ５１の近傍に落下する。
【００５１】
一方、制御部６は、触針２８が想定位置まで、即ち、エッジ５１まで達したと判定すると、水平駆動部２２を制御して、触針２８の速度を第２の速度Ｖ２から第１の速度Ｖ１まで加速して、再度、高速走査段階へと移行する。この後、制御部６は、高速捜査段階及び低速走査段階を繰り返して、フレネルレンズ９の表面形状を測定する。
【００５２】
従来の表面形状測定方法では、フレネルレンズ９を外周から中心へと触針２８を移動させて、表面形状を測定した場合、図４の一点鎖線に描く軌跡となる。即ち、従来では、表面全体に渡って、第１の速度Ｖ１で測定するので、触針２８がエッジ５１を越えると、触針２８がエッジ５１から離れた位置に落下する。従って、触針２８がフレネルレンズ９と接触していない領域が増えるので、正確に表面形状が測定されてない領域が増加する。
【００５３】
上述したように本実施形態による表面形状測定方法では、触針２８がエッジ５１に接触する前に、触針２８を減速させた後、上方へと移動させている。これにより、触針２８が、エッジ５１に接触することを抑制できるので、触針２８がエッジ５１の上端部を越えたときに、触針２８が飛び跳ねることを抑制できる。この結果、触針２８がフレネルレンズ９の表面と接触している状態を長くすることができるので、フレネルレンズ９の表面形状の精度を向上させることができる。また、触針２８がエッジ５１と接触することを抑制することによって、触針２８の破損を低減できるとともに、触針２８の位置ずれを抑制できる。これにより、触針２８のアライメントの回数を低減することができる。
【００５４】
上述の表面形状測定方法では、エッジ５１の近傍を除き、高速の第１の速度Ｖ１によって触針２８を移動させるので、測定時間を短縮しつつ、測定精度を向上させることができる。
【００５５】
上述の表面形状測定方法では、実際に計測された結果である測定データ４６ｎに基づいて、想定位置データ４５を補正するので、エッジ５１の位置をより正確に特定することができる。これにより、触針２８とエッジ５１との接触を更に低減することができるとともに、触針２８が接触する表面領域を増加させて、測定精度を更に向上させることができる。
【００５６】
次に、上述した実施形態の一部を変更した他の実施形態について説明する。この実施形態は、複数のフレネルレンズ９を測定する場合であって、想定位置データ４５を外部から取得できない場合を想定している。
【００５７】
この実施形態では、第１測定段階において、制御部６は、少なくとも最初の１個目のフレネルレンズ９において、走査方向の全てに渡って、第２の速度Ｖ２で触針２８をフレネルレンズ９の表面上で走査して、表面形状を計測する。この後、制御部６は、第１測定段階において測定された表面形状の結果を第１測定データ４６１として記憶部４３に格納する。
【００５８】
次に、エッジ特定段階において、制御部６は、第１測定段階で測定された表面形状の第１測定データ４６１に基づいて、フレネルレンズ９のエッジ５１の位置を特定する。
【００５９】
次に、制御部６は、１個目のフレネルレンズ９の後に測定される２個目以降のフレネルレンズ９に対して、エッジ特定段階で特定されたエッジ５１の位置を想定位置として、上述した高速走査段階及び低速走査段階を実行する。これにより、２個目以降のフレネルレンズ９の表面形状が測定される。
【００６０】
更に、この他の実施形態においても、位置補正段階を実行してもよい。即ち、制御部６は、エッジ特定段階において、測定結果に基づいて、２個目以降のフレネルレンズ９のエッジ５１を特定する。その後、制御部６は、その特定されたエッジ５１の位置に基づいて想定位置データ４５の想定位置を補正する。そして、制御部６は、その補正された想定位置データ４５を用いて、以降のフレネルレンズ９の表面形状を測定する。
【００６１】
この実施形態は、複数のフレネルレンズ９を測定する場合であって、想定位置データ４５を外部から取得できない場合であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
また、別の実施形態として、想定位置、第１の速度Ｖ１、第２の速度Ｖ２、距離Ｄ等をユーザが入力可能に構成してもよい。
【００６３】
また、上述の実施形態では、距離Ｄは、触針２８がエッジ５１と接触しないように設定したが、触針２８がエッジ５１と接触するように設定してもよい。この場合、触針２８が、可能な限りエッジ５１の上端部のみと接触するように距離Ｄを設定することが好ましい。触針２８がエッジ５１からの外力によって飛び跳ねることを低減するためである。
【００６４】
また、上述の実施形態では、第２の速度Ｖ２として０．３ｍｍ／ｓを例に上げたが、第１の速度Ｖ１から「０ｍｍ／ｓ」、即ち、停止状態へと減速している間の速度を第２の速度Ｖ２としてもよい。この場合においても、触針２８が設置位置に達すると、第１の速度Ｖ１から「０ｍｍ／ｓ」へと減速する。即ち、触針２８は、設定位置から第２の速度Ｖ２で移動する。この後、触針２８が、エッジ５１を越えると、触針２８の速度を第１の速度Ｖ１へと加速を開始する。尚、触針２８が、エッジ５１を越える前に、第１の速度Ｖ１への加速を開始してもよいが、触針２８がエッジ５１に接触しないように、エッジ５１に対する触針２８の相対的な高さ位置等を考慮して、加速開始地点を決定することが好ましい。また、触針２８の速度が「０ｍｍ／ｓ」になる前に、減速を停止して、第１の速度Ｖ１への加速を開始してもよい。これにより、触針２８をよりエッジ５１まで接近させることができる。また、３段階以上に触針２８の速度を設定してもよく、そのうちの一の速度を、「０」にしてもよい。
【００６５】
また、上述の実施形態における位置補正段階等はユーザによって実行を選択可能に構成してもよい。
【００６６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１ 表面形状測定装置
２ 基台
３ 上下方向駆動機構
４ 水平方向駆動機構
５ 触針機構
６ 制御部
９ フレネルレンズ
１１ 保持部
１５ 固定柱
１６ 筐体
１７ 上下駆動部
２１ 水平アーム
２２ 水平駆動部
２４ 被摺動部
２５ 摺動柱
２６ 上規制部
２７ 下規制部
２８ 触針
２９ 位置センサ
３０ 摺動孔
４１ 処理部
４２ 取得部
４３ 記憶部
４５ 想定位置データ
４６ｎ 測定データ
５１ エッジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面に触針を接触させた状態で前記表面上を走査することにより前記対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法であって、
前記対象物の前記表面にエッジがある場合に、
走査の方向について、前記エッジがあるべき想定位置に対して予め定められた距離だけ離れた設定位置まで、前記表面上を第１の速度で走査して表面形状を計測する高速走査段階と、
走査の方向について、前記設定位置から前記想定位置まで、前記表面上を、前記第１の速度よりも遅い第２の速度で走査して表面形状を計測する低速走査段階と
を備える表面形状測定方法。
【請求項２】
前記対象物の前記表面に複数のエッジがある場合に、前記複数のエッジについて、前記高速走査段階と前記低速走査段階とを繰り返し実行する請求項１に記載の表面形状測定方法。
【請求項３】
前記想定位置を外部から取得する想定位置取得段階をさらに備える請求項１または２に記載の表面形状測定方法。
【請求項４】
前記高速走査段階および前記低速走査段階の計測に基づいて前記エッジの位置を特定するエッジ特定段階と、
前記エッジ特定段階により特定された前記エッジの位置に基づいて、以後の対象物に対して用いる前記想定位置を補正する位置補正段階と
をさらに備える請求項３に記載の表面形状測定方法。
【請求項５】
複数の前記対象物を測定する場合に、
少なくとも一の前記対象物に対して、走査の方向に渡って、前記一の対象物の表面上を前記第２の速度で走査して表面形状を計測する第１測定段階と、
前記第１測定段階で測定された表面形状に基づいて、前記一の対象物のエッジの位置を特定するエッジ特定段階と
をさらに備え、
前記一の対象物の後に測定される前記対象物に対して、前記エッジ特定段階で特定された前記エッジの位置を前記想定位置として、前記高速走査段階および前記低速走査段階を実行する請求項１または２に記載の表面形状測定方法。
【請求項６】
前記エッジ特定段階により特定された前記エッジの位置に基づいて、前記一の対象物の後に測定される前記対象物に対して用いる前記想定位置を補正する位置補正段階と
をさらに備える請求項５に記載の表面形状測定方法。
【請求項１】
対象物の表面に触針を接触させた状態で前記表面上を走査することにより前記対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法であって、
前記対象物の前記表面にエッジがある場合に、
走査の方向について、前記エッジがあるべき想定位置に対して予め定められた距離だけ離れた設定位置まで、前記表面上を第１の速度で走査して表面形状を計測する高速走査段階と、
走査の方向について、前記設定位置から前記想定位置まで、前記表面上を、前記第１の速度よりも遅い第２の速度で走査して表面形状を計測する低速走査段階と
を備える表面形状測定方法。
【請求項２】
前記対象物の前記表面に複数のエッジがある場合に、前記複数のエッジについて、前記高速走査段階と前記低速走査段階とを繰り返し実行する請求項１に記載の表面形状測定方法。
【請求項３】
前記想定位置を外部から取得する想定位置取得段階をさらに備える請求項１または２に記載の表面形状測定方法。
【請求項４】
前記高速走査段階および前記低速走査段階の計測に基づいて前記エッジの位置を特定するエッジ特定段階と、
前記エッジ特定段階により特定された前記エッジの位置に基づいて、以後の対象物に対して用いる前記想定位置を補正する位置補正段階と
をさらに備える請求項３に記載の表面形状測定方法。
【請求項５】
複数の前記対象物を測定する場合に、
少なくとも一の前記対象物に対して、走査の方向に渡って、前記一の対象物の表面上を前記第２の速度で走査して表面形状を計測する第１測定段階と、
前記第１測定段階で測定された表面形状に基づいて、前記一の対象物のエッジの位置を特定するエッジ特定段階と
をさらに備え、
前記一の対象物の後に測定される前記対象物に対して、前記エッジ特定段階で特定された前記エッジの位置を前記想定位置として、前記高速走査段階および前記低速走査段階を実行する請求項１または２に記載の表面形状測定方法。
【請求項６】
前記エッジ特定段階により特定された前記エッジの位置に基づいて、前記一の対象物の後に測定される前記対象物に対して用いる前記想定位置を補正する位置補正段階と
をさらに備える請求項５に記載の表面形状測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−９８１０６（Ｐ２０１２−９８１０６Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４４９３４（Ｐ２０１０−２４４９３４）
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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