３次元測定方法
【課題】 被測定物の形状を高精度で測定する３次元測定方法を提供する。
【解決手段】 ウエーハ上のアライメントマーク２９の高さに合わせて、カメラ８のフォーカス高さをＺ２軸ステージ９により調整する。このフォーカス高さに合わせて校正用アライメントマーク１０の高さをＺ３軸ステージ１１により調整する。この状態で、校正用アライメントマーク１０の中心位置を、カメラ８とプローブ１にて測定し、この２つのカメラ８とプローブ９の距離オフセット（Ｘｏ，Ｙｏ）を高精度に求める。このオフセットを用いて、カメラ８で測定したウエーハ上のアライメントマーク２９の座標を、プローブ１の座標系に高精度に変換する。プローブ９でウエーハ上のレンズを測定すれば、ウエーハ上のアライメントマーク２９位置を基準で高精度にレンズ中心を求めることができる。
【解決手段】 ウエーハ上のアライメントマーク２９の高さに合わせて、カメラ８のフォーカス高さをＺ２軸ステージ９により調整する。このフォーカス高さに合わせて校正用アライメントマーク１０の高さをＺ３軸ステージ１１により調整する。この状態で、校正用アライメントマーク１０の中心位置を、カメラ８とプローブ１にて測定し、この２つのカメラ８とプローブ９の距離オフセット（Ｘｏ，Ｙｏ）を高精度に求める。このオフセットを用いて、カメラ８で測定したウエーハ上のアライメントマーク２９の座標を、プローブ１の座標系に高精度に変換する。プローブ９でウエーハ上のレンズを測定すれば、ウエーハ上のアライメントマーク２９位置を基準で高精度にレンズ中心を求めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ等を用いて形状を測定する３次元測定方法に関する。特に、本発明は、光を透過するウエーハの上下面に複数個のレンズが形成されたウエーハレンズ等の測定で、３次元測定機に設けられたカメラを用いてウエーハ上の位置決定用のアライメントマークを測定し、このカメラにより測定されたアライメントマークに対し、スタイラス等で測定されたレンズ中心位置を高精度に求める、３次元測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＰＤＡ等のモバイル機器においてカメラ機能が加えられ、小型、安価なカメラへのニーズが飛躍的に高まっている。またこれらに使用されるカメラの性能も高画素化への要望も高い。従来、これらモバイル機器に使用されるレンズは、成型機に１０〜１５個程度のレンズ金型を取り付け、成型の１ショットあたり１０〜１５個のレンズを生産しているが、この工法では生産数の増加への対応、低コスト化は容易ではない。そこで、低コスト化が要求され、かつ急激に生産数が増加しているこれら分野で、１枚のウエーハ上にレンズを数百〜数千個成型し、この成型されたウエーハを複数枚積層し、積層後切り出し、製造するウエーハレンズ製造の技術が求められている。
【０００３】
ウエーハレンズの構成を図１３に示す。ウエーハ１０１の上下面にレンズ１０２を成型し、上面の周辺に複数の位置決め用のアライメントマーク１０３を形成する。このアライメントマーク１０３が重なるようにウエーハ１０１を積層し、レンズユニットとして完成させる構成となっている。
【０００４】
積層によりレンズユニットを構成する１枚のウエーハ１０１の表裏面でレンズ１０２で中心位置がずれている場合や、複数枚ウエーハ１０１を積層したレンズユニットにおいて個々のウエーハ１０１上のアライメントマーク基準でレンズ中心位置がずれている場合、像がボケたりし、光学性能が得られない等の課題が発生する。
【０００５】
一方、この種のウエハレンズの製造時にガラス基板と、光硬化樹脂成形のためのマスターとの位置あわせ方法が特許文献１に開示されている。図１４は特許文献１に記載された位置あわせ方法の手順を示す。
【０００６】
図１４において、符号１０４はマスター１０９のアライメントマークで、符号１０５は
ガラス基板１０７のアライメントマークである。符号１０６はアライメントマークの位置を計測するカメラである。
【０００７】
カメラ１０６の高さを上下させ、上下面の各アライメントマーク１０４，１０５にフォーカスさせ、マークのＸＹ位置が一致するように、マスター１０９とガラス基板１０７を重ね合わせる。
【０００８】
詳しくは、図１４に示す通り、上下方向にのみ移動可能なカメラ１０６において、ガラス基板１０７の上方からアライメントマーク１０５に焦点を合わせる（図１４中（１）参照）。その後、カメラ１０６を上方に移動させてカメラ１０６とガラス基板１０７との間の位置にマスター１０９を配置し、カメラ１０６の高さ位置を調整しながら、その焦点位置をマスター１０９のアライメントマーク１０４又はその近傍に合わせる（図１４中（２）参照）。
【０００９】
この場合に、例えば、先に焦点位置を合わせたアライメントマーク１０５と、その後に焦点位置を合わせたアライメントマーク１０４とが、図１５上段に示すような状態にあると仮定したら、ガラス基板１０７のアライメントマーク１０５に対しアライメントマーク１０４が合致するような位置まで、マスター１０９を水平方向に移動させ（図１５下段参照）、この状態でマスター１０９を予め光硬化樹脂を塗布したガラス基板１０７に対し押圧して（図１５中（３）参照）光照射してレンズを成形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−７２６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述のようにウエーハレンズにおけるウエーハ１０１の上下面のレンズ１０２で中心位置のずれや、積層時の個々のウエーハ１０１上のアライメントマーク基準でのレンズ中心位置のずれは光学性能を低下させる。これらのずれを解消ないし低減するには、アライメントマーク基準でのレンズ中心位置を可能な限り高精度で測定することが求められる。
【００１２】
しかしながら、図１４及び図１５を参照した説明した位置合わせ方法をアライメントマーク基準でのレンズ中心位置の測定に応用しても、高精度の測定は困難である。以下、この点について説明する。
【００１３】
カメラ１０６をウエーハ面のＺ方向に移動させる図示しない移動機構により、図１４の（１）の表面のアライメントマーク１０５のフォーカス位置から、図１４の（２）の裏面のアライメントマーク１０４のフォーカス位置にカメラのＺ方向を移動させると、カメラ１０６をＺ方向に移動させる図示しないステージがＸ方向または紙面に対して垂直なＹ方向の位置ずれを起こす。従って、カメラのＺ高さを変えると、高精度にアライメントマーク位置を測定できない。
【００１４】
図１３に示す１枚のウエーハ１０１の表裏面のレンズ中心位置を測定する場合、例えば、まずアライメントマーク１０３が設けられた表面が上面となるようウエーハ１０１の姿勢を設定する。カメラ１０６がウエーハ１０１の上面にフォーカスするようにＺ高さを調整しアライメントマーク１０３を測定した後、アラインメントマーク基準でプローブによりレンズ中心位置を測定する。その後、ウエーハ１０１の姿勢を上下反転させウエーハ１０１の下面に位置が変わったアライメントマーク１０３のＺ高さ位置にカメラのＺ高さを変更しフォーカスさせ、さらにアラインメントマーク基準でプローブによりレンズ中心位置を測定する。
【００１５】
カメラ１０６を図示しない移動機構により、ウエーハ面のＺ方向に移動させると、カメラ１０６をＺ方向に移動させる図示しないステージがＸ方向または紙面に対して垂直なＹ方向の位置ずれを起こし、カメラ１０６のＸ方向またはＹ方向の中心位置がわずかにずれる誤差が発生する。その結果、測定したアライメントマーク基準でプローブで測定したレンズ中心位置は表面と裏面でずれたものとなる。このように、アライメントマーク基準で表面と裏面のレンズ中心を計算する場合、カメラ１０６のＸまたはＹ方向の中心位置がわずかにずれる誤差により、１枚のウエーハ１０１で表裏のレンズ中心を高精度に測定できない。
【００１６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被測定物の形状を高精度で測定する３次元測定方法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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の３次元形状測定方法は、２つ以上の表面検出手段で被測定物の表面形状データを取得する３次元測定方法において、被測定物とは別に設けられた前記被測定物に対してＸＹ方向の位置が移動しない校正用アライメントマークのＺ方向の高さを、前記被測定物の表面高さと一致させ、高さを一致させた前記校正用アライメントマークを前記２つ以上の表面検出手段で測定し、前記測定の結果を使用して前記２つ以上の表面検出手段のＸＹ方向のオフセットを校正し、前記２つ以上の表面検出手段で測定された前記被測定物の表面形状データと校正された前記オフセットを用いて前記被測定物の表面形状を求めることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記表面検出手段は、ＸＹ方向に移動するＸＹステージ上でＺ方向に移動する第１のＺ方向移動手段に設けられた表面形状測定のためスタイラスと、前記ＸＹステージ上でＺ方向に移動する第２のＺ方向移動手段に設けられたＸＹ面内の画像を測定するカメラとであり、前記被測定物の表面高さと一致させた前記校正用アライメントマークを、前記カメラで撮影すると共に、前記スタイラスで測定し、前記撮影及び測定の結果から前記スタイラスと前記カメラの中心位置のオフセットを校正し、前記スタイラスで前記被測定物の表面形状を測定し、前記スタイラスによる測定結果と前記校正されたオフセットを用いて前記被測定物の表面形状を求める。
【００１９】
さらに好ましくは、前記スタイラスによる前記被測定物の表面形状の測定は、被測定物上の各レンズ面の頂点位置近傍を通る様に、レンズ面のＸ方向に一括して測定し、さらにレンズ面の頂点位置近傍を通る様に、Ｙ方向に一括に測定し、前記測定データより、予め設定されたレンズのＸ方向、Ｙ方向のピッチに応じて、測定データをレンズごとに分割し、レンズごとに分割されたデータについて、形状とレンズ中心のＸＹＺ位置と姿勢を評価する。
【００２０】
例えば、被測定物は薄板上に多数レンズの形成されたウエーハレンズである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の３次元測定方法によれば、被測定物の形状を高精度で測定できる。例えば、ウエハーレンズの表裏面のレンズ中心位置をアラインメントマーク基準で高精度で測定できる。つまり、ウエーハの裏面側にアライメントマークが形成され、ウエーハ表面側に凹凸がないアライメントマークをカメラで測定する場合でも、また、ウエーハ上のカメラでしか計測できないアライメントマークを基準でウエーハ上のレンズ中心を測定する場合でも、カメラとスタイラスの中心位置間の校正されたオフセット値を用いて、アライメントマーク基準でレンズ位置を測定することにより、高精度に組み立て用のアライメントマーク基準で、ウエーハ上のレンズ位置の計測を行なうことが可能となる。
【００２２】
これにより、ウエーハ上のレンズで、ウエーハの上下面それぞれのレンズ形状を測定し、アライメントマーク基準での位置ずれを算出することにより、アライメントマーク基準でウエーハ上のレンズの光軸中心の位置ずれを高精度に測定することが可能となる。
【００２３】
さらに、アライメントマークからの上下面の各レンズ中心軸のずれを個別に算出することができるので、上下面の各レンズ中心軸のずれを、高精度に測定することが可能となる。
【００２４】
さらにまた、被測定物上の各レンズ面の頂点位置近傍を通った、Ｘ方向とＹ方向の一括測定データをレンズ個々のデータに分離することにより、高精度かつ高速に３次元形状を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１における３次元測定方法の装置全体図。
【図２】本発明の実施の形態１における３次元測定方法のプローブ構成図。
【図３】本発明の実施の形態１における３次元測定方法の詳細図。
【図４】本発明の実施の形態１におけるウエーハレンズとアライメントマークの構成図。
【図５】本発明の実施の形態１における校正用アライメントマークの構成図。
【図６】本発明の実施の形態１における全体測定フロー。本発明の実施の形態１における校正用アライメントマークのエッジ部断面図。
【図７】本発明の実施の形態１におけるアライメントマークの位置関係詳細図。
【図８】本発明の実施の形態１における校正用アライメントマーク計測の詳細図。
【図９】本発明の実施の形態１におけるウエーハレンズの位置関係詳細図。
【図１０】本発明の実施の形態１におけるウエーハレンズ測定走査経路の詳細図。
【図１１】本発明の実施の形態１におけるプローブによる測定データの詳細図。
【図１２】本発明の実施の形態１におけるレンズ中心位置算出の詳細図。
【図１３】特許文献１に記載されたウエーハレンズの構成図。
【図１４】特許文献１に記載された従来の３次元測定方法を示す図。
【図１５】特許文献１に記載された従来の３次元測定方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
１）使用する３次元測定機の装置構成説明
図１は、本発明の形状測定方法を実施するための一実施形態としての形状測定装置の概略構成を示す斜視図である。図１において、ＸＹステージ３上の石定盤１４の上にＸＹＺ座標位置を測定するための周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザ４が配置され、プローブ１はＺ１軸ステージ２を介して石定盤１４に取り付けられ、発振周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザ光により、固定したナノメートルオーダーの高い平面度を持つＸ基準ミラー５、Ｙ基準ミラー６、Ｚ基準ミラー７に反射させることにより、ナノメートルオーダーの超高精度でＸＹＺ座標を測定できる。
【００２８】
これらのユニットは制御演算部としてのコンピュータ４１により制御され、３次元測定機と組み合わせて自動運転を行うように構成されている。
【００２９】
さらに、形状測定装置は、アライメントマーク位置を測定するカメラ８、カメラ８をＺ軸方向に移動させるＺ２軸ステージ９と、プローブ１の先端中心位置と、カメラ８の画像の中心位置のオフセット距離を校正する校正用アライメントマーク１０と、校正用アライメントマーク１０をＺ軸方向に移動させるＺ３軸ステージ１１と、測定物であるウエーハレンズ１２と、ウエーハレンズ１２を設置するウエーハチャック１３により構成されている。図１においてＸ軸の＋方向での時計まわりの回転をＡ、Ｙ軸の＋方向での時計まわりの回転をＢ、Ｚ軸の＋方向での時計まわりの回転をＣ、として以下説明する。
【００３０】
図２にこの形状測定装置で使用するプローブの構成を示す。図２で、スタイラス１８はマイクロエアースライダ１５により支持されており、マイクロエアースライダ１５の可動部分はマイクロスプリング１６にて支持されている。マイクロスプリングのたわみをマイクロエアースライダ１５のミラー上に照射されたフォーカス検出用レーザ１９にて計測し、測定物１７とスタイラス１８の先端に働く弱い原子間力が一定となるように、プローブユニット２０全体をＺ方向の位置を、図示しないリニアモータでフィードバック制御する。同時にＺ方向の変位を前記周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザ光２１を、ミラー２２に照射することにより、Ｚ方向の位置を測定する。この状態でＸＹ方向にこのプローブユニット全体を走査し測定面の形状を測定する。スタイラス１８を取り付ける可動部であるマイクロエアースライダ１５の可動部の重量を軽くできるこの構成により、最大７５°の高傾斜面まで、ナノメートル精度で高精度に測定することが可能である。
【００３１】
この形状測定装置は、測定物１７の面上でプローブ１をＸＹ方向に走査することにより、測定物上のＸＹＺ座標データ列を求め、図示しない制御演算部としてのコンピュータ４１によって、プローブ１によって測定されたＸＹ座標位置でのＺ座標データの列を演算処理し、測定物１７の形状測定を行う。
【００３２】
２）測定方式の原理
図３は本発明の測定方式の原理を示す原理図である。図３で、Ｚ方向のプローブ１による測定を高精度に行うためにプローブ１をＺ軸方向に駆動するＺ１軸ステージ２が、プローブ１をＸＹ方向に走査するＸＹステージ３に設置されている。また、ＸＹステージ３には、アライメントマーク測定用のカメラ８をＺ軸方向に駆動するＺ２軸ステージ９が設置されている。アライメントマーク測定用のカメラ８はプローブ１に対してＸＹ方向にオフセットした位置に設置されている。このオフセットによるプローブ１の中心とカメラ８の中心とのＸＹ方向の距離（中心間距離）Ｘｏは、Ｚ２軸ステージ９上の位置によるカメラ８のＺ軸方向の移動によるＸＹ方向の位置のわずかなずれにより変化する。
【００３３】
さらに、直径約２００ｍｍの円形の基板の測定物であるウエーハレンズ１２（図４を併せて参照）を設置するウエーハチャック１３と、ウエーハチャック１３全体をＺ軸回りに回転させるγステージ２３と、ウエーハチャック１３上に設置されたウエーハレンズ１２上のＸＹ位置を特定するアライメントマーク２９を観察し、マークのパターン検出を行う図示しない認識装置により構成されている。
【００３４】
さらに、測定用のプローブ１とカメラ８の中心位置オフセットを校正する校正用アライメントマーク１０を、図３の石定盤２４上のＺ方向に移動可能なＺ３軸ステージ１１に設置している。後に詳述するように、この校正用アライメントマーク１０をプローブ１とカメラ８で測定することで校正が実行される。
【００３５】
被測定物であるウエーハレンズ１２を図４に示す。ウエーハレンズ１２上には、Ｘ、Ｙそれぞれの方向に所定のほぼ一定のピッチで格子状にレンズ３４が形成されている。具体的には、ウエーハレンズ１２のＡ面、Ｂ面の両面の同じ位置にレンズ３４が形成されている。さらにウエーハレンズ１２のＡ面の所定の位置に、アライメントマーク２９が２箇所以上、形成されている。
【００３６】
図５（ａ），（ｂ）に校正用アライメントマーク１０を示す。本実施形態では校正用アライメントマーク１０では、ガラス基板２５上に、０．１μｍ程度のクロム膜２６を蒸着した半導体製造用のクロムマスク基板を用いる。クロム膜２６の中央には、縦横１ｍｍ角程度の大きさの正方形状のエッチング部２７が設けられている。このエッチング部２７ではクロム膜２６が除去されてガラス基板２５が露出している。
【００３７】
３）測定方式の概要
図６に本発明の３次元測定方法による、測定の全体フローを示す。
【００３８】
ステップ２０１により測定を開始し、一連の測定を自動で行うための手順を示すコンピュータプログラムの一種であるレシピをコンピュータ４１において設定する。レシピには測定するウエーハレンズ１２の設計形状、ウエーハサイズ、ウエーハレンズ１２上のレンズ３４の設計上のＸ，Ｙ方向の各レンズ中心間ピッチ、ウエーハレンズ１２上のレンズ配置、測定時のプローブ１の測定速度、２つのアライメントマーク２９の位置等測定に必要な情報を入力し、測定条件の設定等、測定準備を行い、その後測定を開始する。
【００３９】
ステップ２０２で測定するウエーハレンズ１２をＡ面（アラインメントマーク２９が設けられている面）側が上になるように形状測定装置のウエーハチャック１３に設置する。ウエーハレンズ１２は手動で、形状測定装置のウエーハチャック１３に位置を合わせてセットし、図示しない真空吸着機構により吸着する。
【００４０】
その後、ステップ２０３により、ステップ２０２で設置したウエーハレンズ１２のＡ面のアライメントマーク２９の上方に位置するように、ＸＹステージ３の図示しない駆動機構によってカメラ８のＸＹ位置を移動させる。その後、カメラ８のフォーカス高さを、図３に示す被測定物であるウエーハレンズ１２の表面のウエーハ上のアライメントマーク２９の高さＬ１になるように、カメラ高さ調整用のＺ２軸ステージ９の高さを、カメラ８の画像をコンピュータ４１のモニタ（図示せず）でモニタしながらＺ方向に調整し合せる。
【００４１】
ステップ２０４ではステップ２０３で調整したカメラ８のフォーカス高さ位置を維持したまま、校正用アライメントマーク１０の上方に位置するように、カメラ８をＸＹステージ３によって移動させる。次に、カメラ８を固定してＸＹＺ方向いずれにも移動させない状態を維持したまま、校正用アライメントマーク１０にカメラ８のフォーカスが合うようにＺ３軸ステージ１１の高さを調整する。この調整の結果、校正用アライメントマーク１０のマーク面の高さＬ２が、被測定物であるウエハレンズ１２の表面（Ａ面）のアライメントマーク２９の高さＬ１と一致する。
【００４２】
ステップ２０５では、上記ステップ２０１〜２０４の手順で調整されたカメラ８で校正用アライメントマーク１０を測定し、かつプローブ１でも、校正用アライメントマーク１０を測定し、測定結果に基づいてプローブ１と、カメラ８の中心間距離Ｘｏの測定（プローブ１とカメラ８の中心位置の校正）を実行する。
【００４３】
ステップ２０６では、カメラ８とＸＹステージ３を用い、ウエーハレンズ１２上に設けられた、２つのアライメントマーク２９の位置を測定し、アライメントマーク２９の中心位置を記憶する。前記測定した２つのアライメントマーク位置より、形状測定装置の座標（固定のＸＹＺ座標系）に対するウエーハレンズ１２の回転ずれ角γを測定する。
【００４４】
ステップ２０７では測定した回転ずれ角γ分、ウエーハチャック１３の下部に設けられたγステージ２３によりウエーハレンズ１２を回転させ、形状測定装置のＸ基準ミラー５、Ｙ基準ミラー７に平行になるように調整する。
【００４５】
ステップ２０８では、回転ずれ角γの値が予め設定された所定の値に対して規定範囲内か確認する。範囲内であればステップ２０９に進み、範囲外であれば、ステップ２０６からの手順を繰り返す。
【００４６】
ステップ２０９では、プローブ１によりウエーハレンズ１２上の各レンズ中心を通るように、一筆書き状に、Ｘ方向と、Ｙ方向の２方向で、ウエーハレンズ１２のＡ面の全域を測定する。
【００４７】
ステップ２１０では、ステップ２０９で測定したＸ方向とＹ方向の２方向の測定データと、ステップ２０６のステップで求めた２つのアライメントマーク２９の位置と、ステップ２０５で求めたプローブ１とカメラ８の中心間距離とを用い、ウエーハレンズ１２上の各レンズ３４の中心を、アライメントマーク２９基準で算出する。
【００４８】
ステップ２１１〜２１９では、ウエーハレンズ１２のＢ面について同様の処理を繰り返す。
【００４９】
まず、ステップ２１１では上記ステップで測定したウエーハレンズ１２の表裏がＹ軸を回転軸として反転しＢ面が上になるように、ウエーハチャック１３に取り付ける。
【００５０】
ステップ２１２により、下側に位置するアライメントマーク２９位置に、カメラ８のフォーカス高さをＺ２軸ステージ９により調整する。
【００５１】
ステップ２１３により、２１２のステップでＺ２軸ステージ９により調整したカメラ８のフォーカス高さ位置を維持したまま、カメラ８のフォーカスが校正用アライメントマーク１０に合うように、Ｚ３軸ステージ１１を調整する。
【００５２】
ステップ２１４では、校正用アライメントマーク１０を用いて、上記ステップ２１１〜２１３の手順で調整されることによりわずかにＸＹ方向にずれたカメラ８の中心位置とプローブ１との中心間距離ＸｏＢを測定する。
【００５３】
ステップ２１５〜２１８では、上記設置状態でステップ２０６〜２０９と同様の処理を行う。
【００５４】
ステップ２１９では、ステップ２１８で測定したＸ方向とＹ方向の２方向の測定データと、ステップ２１５のステップで求めた２つのアライメントマーク２９の位置と、ステップ２１４で求めたプローブ１とカメラ８の中心間距離とを用い、ウエーハレンズ１２上の各レンズ３４の中心を、アライメントマーク２９基準で算出する。
【００５５】
ステップ２２０では、Ａ面における各レンズ３４の中心位置と、Ｂ面における各レンズ３４の中心位置とから、計算処理によりウエーハレンズ１２の表裏のレンズ３４の中心ずれを算出する。
【００５６】
ステップ２２１にて測定を終了する。
【００５７】
２）測定方式の詳細
以下、図６に記載の手順の詳細を順次説明する。
【００５８】
ステップ２０５では、ステップ２０１〜２０４の手順で調整されたウエーハレンズ１２上のアライメントマーク２９と校正用アライメントマーク１０の位置関係で、校正用アライメントマーク１０を用いて、プローブ１とカメラ８の中心間距離ＸｏＡを測定する。
【００５９】
以下、前記校正用アライメントマークを用いて、プローブとカメラの中心位置を校正する校正手順の詳細を説明する。
【００６０】
まず、カメラ８により、校正用アライメントマーク１０の中心位置（Ｘｃ、Ｙｃ）を以下の手順で算出する。
【００６１】
ステップ２０４のＺ３軸ステージ１１の調整後、校正用アライメントマーク１０のマーク中心位置に、ＸＹステージ３によりカメラ８を移動させる。
【００６２】
以降、図７に示すような画像が、カメラ８により校正用アライメントマーク１０のエッチング部２７として得られる。
【００６３】
ここで正方形状のエッチング部２７の中心位置の算出を以下の手順１〜５で行う。
【００６４】
手順１：エッチング部２７のＸ軸方向について、Ｘ測定ライン３０のデータよりエッチング部２７との交点位置Ｘ１Ｌ、Ｘ１Ｒを求め、Ｘ測定ライン３１のデータよりエッチング部２７との交点位置Ｘ２Ｌ、Ｘ２Ｒを求める。
【００６５】
手順２：エッチング部２７のＹ軸方向について、Ｙ測定ライン３２のデータよりエッチング部２７との交点位置Ｙ１Ｄ、Ｙ１Ｕを求め、Ｙ測定ライン３３のデータよりエッチング部２７との交点位置Ｙ２Ｄ、Ｙ２Ｕを求める。
【００６６】
手順３：交点位置Ｘ１Ｌと交点位置Ｘ２Ｌを結ぶエッチング部２７の縦方向のラインと、交点位置Ｘ１Ｒと交点位置Ｘ２Ｒを結ぶエッチング部２７の縦方向のラインとの平均線である、Ｙ方向測定中央ライン３５を求める。
【００６７】
手順４：交点位置Ｙ１Ｄと交点位置Ｙ２Ｄを結ぶエッチング部２７の横方向のラインと、交点位置Ｙ１Ｕと交点位置Ｙ２Ｕを結ぶエッチング部２７の横方向のラインとの平均線である、Ｘ方向測定中央ライン３４を求める。
【００６８】
手順５：Ｘ方向測定中央ライン３４とＹ方向測定中央ライン３５の交点であるマーク中心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を求める。
【００６９】
以下、エッチング部２７の中心位置であるマーク中心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）の計算手順の詳細を説明する。以下の算出では、エッチング部５全体を含むクロム膜６の濃淡画像をカメラ８のＣＣＤデータより抽出する。
ここで、Ｘ軸上の２本の測定断面をＸ測定ライン３０とＸ測定ライン３１として測定データを抽出する。これらのデータは図８に示すように濃淡による凹凸形状となっており、この濃淡画像の凹凸の中央部分をスレショルドとし、エッジ位置を抽出したＹ方向位置、つまり図７に示すＸＹ方向のベクトル表記位置では、Ｘ測定ライン３０のスレショルドの交点位置は、Ｘ１Ｌ＝（Ｘ１Ｌｘ，Ｘ１ｙ）、Ｘ１Ｒ＝（Ｘ２Ｌｘ，Ｘ２ｙ）、と表す。同様に、Ｘ測定ライン３２でのスレショルドの交点位置ベクトルはＸ２Ｌ、Ｘ２Ｒ、と表す。同様にＹ軸方向の２方向のＹ測定ライン３２とＹ測定ライン３３の合計４箇所のスレッショルドの交点位置Ｙ１Ｕ、Ｙ１Ｄ、Ｙ２Ｕ、Ｙ２Ｄとして求める。
【００７０】
以降、図７に示す記号を用いて、以下の式から中点を算出する。
【００７１】
【数１】
【００７２】
また、以下のベクトルＸＶを定義する。
【００７３】
【数２】
【００７４】
このベクトルＸＶを用い、tはスカラーとするとＸ測定中央ライン３４の方程式は以下の式（１）となる。
【００７５】
【数３】
【００７６】
同様に、Ｙ測定中央ライン３５の方程式はスカラー量ｓを用いて以下の式（２）のように表される。
【００７７】
【数４】
【００７８】
マーク中心は方程式ＸＬ、ＹＬで表されるライン３４，３５の交点であるので、（１）＝（２）式よりｔ、ｓを算出すれば、マーク中心が得られる。
【００７９】
方程式ＸＬ、つまり式（１）と方程式ＹＬ、つまり式（２）はそれぞれ以下の式（１）’、（２）’に変形できる。
【００８０】
【数５】
【００８１】
（１）’＝（２）’式より以下の式（３）、（４）が得られる。
【００８２】
【数６】
【００８３】
（３），（４）式をｔについて解くと以下の式（５）が得られる。
【００８４】
【数７】
【００８５】
式（５）で得られたｔの値を（１）式に代入し交点、すなわちマーク中心（Ｘｃ、Ｙｃ）＝Ｘｃ＝ｔ＊ＸＶ＋Ｘ１Ｃを求める。なお、式（３），（４）をｓについて解いて得られたｓの値を（２）式に代入してもマーク中心（Ｘｃ、Ｙｃ）を求めることができる。
【００８６】
上記計算手順により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向各２方向のエッジを検出することにより、カメラの画像の範囲内でのアライメントマーク位置を算出する。
【００８７】
このように、アライメントマーク１０のエッジ位置のＸ方向とＹ方向の中心を算出することにより、校正用アライメントマークが測定機のＸ又はＹ方向に対しわずかでも傾いて取り付いていても、高精度に校正用アライメントマークの中心（Ｘｃ、Ｙｃ）を求めることが可能となる。
【００８８】
次に、プローブを校正用アライメントマーク位置に移動し、カメラで測定したＸ測定ライン３０、Ｘ測定ライン３１、Ｙ測定ライン３２、Ｙ測定ライン３３、との４本のラインと同じ経路で、プローブで、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ２ラインずつ走査し、それぞれの方向で校正用マークの段差形状部分の、Ｘ測定ライン３０、Ｘ測定ライン３１、Ｙ測定ライン３２、Ｙ測定ライン３３、の高さの中央位置をスレショルドの交点位置Ｘ１Ｌ、Ｘ１Ｒ、Ｘ２Ｌ、Ｘ２Ｒ、Ｙ１Ｕ、Ｙ１Ｄ、Ｙ２Ｕ、Ｙ２Ｄを順次算出する。このデータを用い、前記カメラの計算手順と同様にＸ方向、Ｙ方向それぞれの交点位置の中点を通る２本Ｘ測定中央ライン３４、Ｙ測定中央ライン３５を算出し、この算出したＸ方向Ｙ方向の２方向の直線の中心線の交点座標を算出し、プローブ測定でのアライメントマーク位置（Ｘａ、Ｙａ）を、上記カメラでの算出手順と同様の算出式で算出する。
【００８９】
これらの測定結果より、ウエーハレンズ１２のＡ面測定時のプローブ基準でのカメラのオフセット位置（ＸｏＡ，ＹｏＡ）＝（Ｘｃ，Ｙｃ）−（Ｘａ，Ｙａ）より算出する。
【００９０】
以降ウエーハレンズ１２面上のレンズ測定での、カメラ８に対するプローブ１のオフセット位置はこの値を参照し、カメラ８で求めたアライメントマーク位置をプローブ基準に変換するにはこのオフセット値を差し引くことにより算出する。
【００９１】
このように、ウエーハレンズ１２上のアライメントマーク２９の高さが変わった場合、校正用アライメントマーク１０をウエーハ上のアライメントマーク高さに合わせた状態で、カメラ８とプローブ１の両方で同一マークを測定することで、カメラ８とプローブ１の正確なオフセット値を求めることができる。
【００９２】
これにより、カメラ８のフォーカス調整時に調整するＺ高さ調整用Ｚ２軸ステージのＸＹ方向の真直度がずれても、またカメラのフォーカス高さずれにより生じる光学中心位置ずれ等の計測誤差の影響を受けることなく、高精度な測定を行なうことが可能となる。
【００９３】
図９において、Ｘｗ、Ｙｗはウエーハレンズの座標系である。Ｘｍ、Ｙｍはウエーハレンズ１２が設置された形状測定装置の座標系である。しかし、この状態では、図９に示す様にＸｗ、Ｙｗのウエーハレンズ１２の座標系と、Ｘｍ、Ｙｍの形状測定装置の座標系は平行になるように設置できておらず多少のずれのある状態である。
【００９４】
ステップ２０６では、カメラ８とＸＹステージ３を用い、ウエーハレンズ１２上に設けられた、２つのアライメントマーク２９の位置を測定し、アライメントマークの中心位置ＸａＡ１、ＸａＡ２を記憶する。前記測定した２つのアライメントマーク位置より、３次元測定機の座標に対し、ウエーハレンズ１２の回転位置ずれγを測定する。上記算出の手順はステップ２０５で説明したカメラ８によるアライメントマーク中心算出手順により算出できる。
【００９５】
ウエーハ上の２つのアライメントマークが図１０に示すように２つのアライメントマーク２９がＹ軸上近辺に構成されているものとして以下説明する。この２つのアライメントマーク２９のＸＹ位置ベクトルの差を求め、図１０に示す様に２つのアライメントマーク２９のＹ方向の距離をＹＬｄ、２つのマークのＸ方向のずれをｄＸとすると、測定機のＺ軸まわりの回転位置ずれをγ＝ａｔａｎ（ｄＸ／ＹＬｄ）として算出する。
【００９６】
そこで、ステップ２０７では測定したγずれ分、ウエーハチャック１３の下部に設けられたγステージ２３によりウエーハレンズ１２を回転させ、ウエーハレンズのＸＹ座標が３次元測定機のＸ基準ミラー５、Ｙ基準ミラー７に平行になるように調整する。
【００９７】
ステップ２０８では、γの値が予めセットされた所定の値に対するずれが規定範囲内か確認する。範囲内であればステップ２０９に進み、範囲外であれば、ステップ２０６からの手順を繰り返す。
【００９８】
ステップ２０９では、プローブ１によりウエーハレンズ１２上の各レンズ中心を通るように、一筆書き状に、Ｘ方向と、Ｙ方向の２方向で、全ウエーハレンズを測定する。
【００９９】
前記測定した２つのアライメントマーク２９の位置より、ウエーハレンズ１２の中心位置を算出し、測定する全レンズ３４についてＸ方向、Ｙ方向に一筆書き状に測定する測定経路のＮＣパスを作成し、図１０に示すようにウエーハレンズ１２上の全面のレンズ３４の頂点位置付近を通るように、一筆書き状に、Ｘ方向、Ｙ方向とプローブ１を順次走査しウエーハ上の全レンズのＸＹ軸上の測定データを得る。
【０１００】
ここで測定されるウエーハレンズ１２のレンズ３４の配列は、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ等間隔ピッチで格子状に配置されている必要がある。この格子状に配置されたレンズ３４を連続に走査して測定する。全てのレンズ形状の設計式は同一とする。
【０１０１】
ステップ２１０では、ステップ２０９で測定したＸ方向とＹ方向の２方向の測定データと、ステップ２０６のステップで求めた２つのアライメントマーク２９の位置ＸａＡ１、ＸａＡ２と、プローブ１と、カメラ８の中心間距離ＸｏＡを用い、ウエーハレンズ１２上の各レンズ中心を、アライメントマーク２９基準で算出する。
【０１０２】
この手順を以下に説明する。図１０に示す一筆書き状に、Ｘ方向にレンズ全面を測定し、さらにＹ方向にレンズ全面を測定し、プローブでの走査測定終了後、各ＸＹの走査データで、予め入力した設計上のレンズ配列の、Ｘ方向と、Ｙ方向のピッチに応じて、レンズ１個ごとにＸ方向とＹ方向の測定データを測定機の座標を基準に分割する。
【０１０３】
ここで、図９にレンズ位置（ｉ、ｊ）と、このレンズ位置を示すインデックスｉ，ｊの関係を示す。ｉ，ｊのインデックスは、ウエーハレンズの中央のレンズを（ｉ，ｊ）＝（０，０）として、Ｘ＋方向の１個目のレンズでｉ＝＋１、Ｙ＋方向の１個目のレンズでｊ＝＋１、として定義されている。
【０１０４】
図１１にデータ分割の手順を説明する。連続した測定データは設計ピッチの整数倍のｉ個ごとに、仮想中心位置Ｘ［ｉ］＝ｉ＊Ｘｐ、を設定しこの中心から、レンズの配列ピッチの半分の距離の±Ｘｐ／２の範囲のデータを、ｉ番目のレンズのデータとして元の一筆書きデータより分割する。
【０１０５】
同様にＹ方向の仮想中心位置Ｙ［ｊ］＝ｊ＊Ｙｐ、を設定し、この中心から、レンズの配列ピッチの半分の距離の±Ｙｐ／２の範囲のデータを、ｊ番目のレンズのデータとして元の一筆書きデータより分割する。
【０１０６】
そして、交点が同一点のＸ方向とＹ方向の１セットのデータを、１個のレンズの測定データとして、図示しないコンピュータのメモリに記憶する。この分割されたデータを用い、切り出したデータをレンズごとにアライメントし、中心位置、形状ずれ、設計式からの最大ずれ量であるＰＶ（Peak to Valley)、ＲＭＳ（Root Mean Square）等を評価する。
【０１０７】
上記、分割された各レンズ３４ごとのデータを用いて、レンズ３４のＸＹ軸上のＸＺとＹＺ断面を測定したデータから、測定機に対するレンズの中心位置を、各測定点での測定データと設計形状の差の２乗和が最小となるように、測定データ点列を設計式の座標系でＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ軸まわりのＡ回転方向、Ｙ軸まわりのＢ回転方向に移動させ、この移動量をウエーハレンズ１２上の全レンズ３４について順次算出することにより、ウエーハレンズ１２上の全レンズ３４のレンズ中心位置を算出する。ウエーハ面片側で、それぞれのレンズ形状の設計式は同一とする。
【０１０８】
図１２で、ウエーハ上の（ｉ、ｊ）位置での測定データ点列（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）と、設計形状である。図１２では説明を容易にするために、ＸＺ断面での測定データ点列と、設計形状を表示している。
【０１０９】
図１２で、測定データ点列の各点のデータとＺ＝ｆ（ｘ，ｙ）で表される設計形状を用いて、測定データの（Ｘｋ，Ｙｋ）の各位置に応じてＺｆｋをＺｆｋ＝ｆ（Ｘｋ，Ｙｋ）より算出し、この値と前記測定データのＺｋとの差、Ｚｄｋ＝Ｚｋ−Ｚｆｋを算出し、全測定データに対する２乗和、ΣＺｄｋ２が最小となるＹ軸廻りの回転ｄＢａと、Ｘ軸方向の並進移動量ｄＸａ、Ｚ軸方向の移動量ｄＺａを算出する。
【０１１０】
図１２の説明ではＸＺ面での説明図であるが、ＸＺ断面とＹＺ断面の全データの場合も同様の手順で、ＸＹＺ３次元測定データ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）で、設計形状Ｚ＝ｆ（Ｘｋ，Ｙｋ）との２乗和が最小となる移動量を、ｄＸａ，ｄＹａ，ｄＺａ，ｄＡａ，ｄＢａ、として算出することにより、ＸＹ２方向の測定データ点列より、レンズ中心位置からのずれ、ｄＸａ，ｄＹａを算出する。このずれと、レンズの一筆書き状のデータから、各レンズ１個ずつに応じて分割する際に４−４）で定めた、前記仮想中心位置との和を、（ｉ，ｊ）位置でのレンズ中心位置を以下の式として、全レンズに対し、ｉ、ｊの値を変化させ順次算出する。
【０１１１】
【数８】
【０１１２】
上記レンズの中心位置データ点列を、（Ｘｆ［ｉ，ｊ］，Ｙｆ［ｉ，ｊ］）（ｉ、ｊはウエーハ上のＸＹ平面でのレンズの格子位置を表す整数値）、として図示しないコンピュータのメモリに記憶する。
【０１１３】
上記、各レンズの測定中心は、ウエーハ上のアライメントマークの座標をできるだけ測定機の座標に平行に近くなるように、前記γ軸ステージを回転させることにより設置を行ったが、γ軸モータの位置決め精度の制約上、前記２つのアライメントマークのＸ方向の位置ずれｄＸが１μｍ以下になるように、γ軸を回転させて位置合わせを行うことは難しい。
【０１１４】
そこで、カメラにより計測された前記アライメントマーク位置のずれＹＬ２、ｄＸ２の値を用い、前記算出された全レンズの中心位置を、アライメントマークが基準となるように、レンズの全中心ＸＹ位置データ点列（Ｘｆ［ｉ，ｊ］，Ｙｆ［ｉ，ｊ］）（ｉ、ｊはウエーハ上のＸＹ平面でのレンズの格子位置を表す整数値）を角度γ２＝ａｔａｎ（ｄＸ２／ＹＬｄ２）回転させ、アライメントマーク基準のレンズ中心位置を算出する。上記手順により、カメラにより求めたアライメントマーク座標に対し、高精度にレンズ中心位置を求めることが可能となる。
【０１１５】
ここで、図９にレンズ中心位置（Ｘｆ［ｉ，ｊ］，Ｙｆ［ｉ，ｊ］）と、このレンズ位置を示すインデックスｉ，ｊの関係を示す。レンズ中心位置はウエーハ上のアライメントマークを基準とした位置として（Ｘｆ［ｉ，ｊ］，Ｙｆ［ｉ，ｊ］）で表されられる。この配列の、ｉ，ｊのインデックスは、ウエーハレンズの中央を（ｉ，ｊ）＝（０，０）として、Ｘ＋方向の１個目のレンズでｉ＝＋１、Ｙ＋方向の１個目のレンズでｊ＝＋１、として定義されている。
【０１１６】
ステップ２１１では上記ステップで測定したウエーハレンズ１２の表裏がＹ軸を回転軸として反転しＢ面がプローブ１による測定側となるように、ウエーハチャック１３に取り付ける。
【０１１７】
その後、ステップ２１２により、２０２のステップで設置したウエーハレンズ１１の表面の、ウエーハ表裏がＹ軸を回転軸として反転させて設置することにより、透明なウエーハレンズの基板の裏面に形成されたアライメントマークを測定する場合、ウエーハの表裏の回転により、ステップ２０２〜２１０の測定では、プローブ１側にあったアライメントマーク２９が、ウエーハチャック１３側の位置にアライメントマーク２９が移動し、ウエーハチャック側に位置するアライメントマーク２９位置に、カメラ８のフォーカス高さをＺ軸ステージ９により調整する。
【０１１８】
その後、ステップ２１３により、２１２のステップでＺ軸ステージ９により調整したカメラ８のフォーカス高さ位置を維持したまま、校正用アライメントマーク１０の位置にカメラ８を移動させ、前記２１２のステップでウエーハ表裏がＹ軸を回転軸として反転させて設置することにより、変化したウエーハ厚さに相当するＺ高さ分、カメラ８のフォーカスが校正用アライメントマーク１０に合うように、Ｚ３軸ステージ１１を調整する。
【０１１９】
ステップ２１４では、上記ステップ２１１〜２１３の手順で調整されることによりわずかにＸＹ方向にずれたカメラ８の中心位置を、校正用アライメントマーク１０を用いて、プローブ１と、カメラ８の中心間距離ＸｏＢを測定する。
【０１２０】
この校正手順は、前記ステップ２０５の説明に示した校正手順と同様の校正手順により校正する。
【０１２１】
ステップ２１５〜２１８では、上記設置状態でステップ２０６〜２０９と同様の処理を行う。
【０１２２】
ステップ２１９では、２１８で測定したＸ方向とＹ方向の２方向の測定データと、２１５のステップで求めた２つのアライメントマーク２９の位置ＸａＢ１、ＸａＢ２と、プローブ１と、カメラ８の中心間距離ＸｏＢを用い、ウエーハレンズ１２上の各レンズ中心を、アライメントマーク２９基準で算出する。
【０１２３】
この算出手順は、前記ステップ２１０の説明に示した算出手順と同様の算出手順により算出する。
【０１２４】
ステップ２２０では、ステップ２１０で求めたアライメントマーク２９基準での、Ａ面の各レンズ中心位置と、ウエーハ表裏がＹ軸を回転軸として反転させて設置した、ステップ２１９で求めたアライメントマーク２９基準での、Ｂ面の各レンズ中心位置とから、計算処理によりウエーハレンズ１２の表裏のレンズの中心ずれを算出する。
【０１２５】
前記ステップ、２１０の手順で求めたウエーハ表面のレンズ中心ＸＹ位置データ点列を（Ｘｆ［ｉ，ｊ］，Ｙｆ［ｉ，ｊ］）（ｉ、ｊはウエーハ上のＸＹ平面でのレンズの格子位置を表す整数値）とし、Ｙ軸上に１８０度回転して設置し、測定し、前記ステップ、２１９の手順で求めた前記同一のウエーハレンズの裏面のレンズ中心ＸＹ位置データ点列を（Ｘｂ［ｉ，ｊ］，Ｙｂ［ｉ，ｊ］）（ｉ、ｊはウエーハ上のＸＹ平面でのレンズの格子位置を表す整数値）とすると、表面に対する裏面の左右方向のデータインデックスであるｉの値は、裏面側で反転することより極性を反転させた値−ｉを用いるとレンズ位置を指定でき、レンズ表裏間の中心位置ずれの点郡は、裏面の各レンズ基準で表面の各レンズの中心位置ずれは以下の式で算出される。
【０１２６】
【数９】
【０１２７】
上記手順により、ウエーハ上の表裏に対応した位置での、全レンズの表面と裏面のレンズ中心位置ずれを求めることが可能となる。
【０１２８】
上記ステップ２２０の表面各レンズ中心位置データ、ステップ２１９の裏面各レンズ中心位置データ、ステップ２２０の表裏のレンズの中心ずれの結果によりウエーハレンズ１２の特性を評価する。
【０１２９】
ステップ２２１にて測定を終了する。
【０１３０】
また、実際のウエーハレンズの製造では、多種の厚みのウエーハレンズが存在し、品種に応じてウエーハ上のマーク高さが変化するので、品種の切り替えに応じて、上記校正手順によりカメラ高さ調整用Ｚ２軸ステージ９と、校正用アライメントマーク高さ調整用Ｚ３軸ステージ１１の高さを調整する。
【０１３１】
また、同じ種類の、ウエーハレンズ１２の片面（Ａ面またはＢ面）を、アライメントマーク２９基準でレンズ位置を繰り返し測定する場合は、ステップ２０１〜２１０までの手順により測定することができる。この場合、繰り返し測定で２枚目以降のウエーハレンズ１２の測定を行う場合は、ステップ２０３〜２０５を飛ばして測定することで、測定時間を短縮し測定することができる。
【０１３２】
このように校正用アライメントマークをカメラで測定し、レンズ形状とレンズ中心位置をプローブで測定し、さらに、前記校正されたオフセット値を用いることにより、ウエーハ高さ、あるいはウエーハ上のアライメントマークが表についているのか、裏についているのかの高さによって、カメラ８のフォーカス調整時に調整するＺ高さ調整用Ｚ２軸ステージのＸＹ方向の真直度ずれ等の影響と、カメラのフォーカス高さずれにより生じる光学中心位置ずれ等の計測誤差の影響を受けることなく、高精度な測定を行なうことが可能となる。
【０１３３】
本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、アラインメントマーク２９が設けられたウエーハレンズ１２のＡ面の測定におけるプローブ１とカメラ８の中心距離については図６のステップ２０４、２０５のように校正用アラインメントマークを使用する必要はなくウエーハレンズ１２のアラインメントマーク２９を使用してステップ２０４、２０５と同様の処理を行うことで、プローブ１とカメラ８の中心距離の校正を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の３次元測定方法は、プローブを用いて高精度に３次元形状を測定する３次元において、カメラによりアライメントマーク位置を基準に高精度に測定し、プローブ位置に対するオフセットを高精度に測定することができるので、ウエーハレンズ、レンズアレイ等、１枚の基板上に複数個形成されたレンズを、高速かつ高精度に測定する３次元測定の用途にも適用できる。
【０１３５】
また上記実施例では、測定物をウエーハレンズでの実施例を説明したが、ウエーハレンズの代わりにウエーハレンズを製造するモールド、あるいはレンズアレイ等用途にも適用できる。
【符号の説明】
【０１３６】
１ プローブ
２ Ｚ１軸ステージ
３ ＸＹステージ
８ カメラ
９ Ｚ２軸ステージ
１０ 校正用アライメントマーク
１１ Ｚ３軸ステージ
１２ ウエーハレンズ
２９ アライメントマーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ等を用いて形状を測定する３次元測定方法に関する。特に、本発明は、光を透過するウエーハの上下面に複数個のレンズが形成されたウエーハレンズ等の測定で、３次元測定機に設けられたカメラを用いてウエーハ上の位置決定用のアライメントマークを測定し、このカメラにより測定されたアライメントマークに対し、スタイラス等で測定されたレンズ中心位置を高精度に求める、３次元測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＰＤＡ等のモバイル機器においてカメラ機能が加えられ、小型、安価なカメラへのニーズが飛躍的に高まっている。またこれらに使用されるカメラの性能も高画素化への要望も高い。従来、これらモバイル機器に使用されるレンズは、成型機に１０〜１５個程度のレンズ金型を取り付け、成型の１ショットあたり１０〜１５個のレンズを生産しているが、この工法では生産数の増加への対応、低コスト化は容易ではない。そこで、低コスト化が要求され、かつ急激に生産数が増加しているこれら分野で、１枚のウエーハ上にレンズを数百〜数千個成型し、この成型されたウエーハを複数枚積層し、積層後切り出し、製造するウエーハレンズ製造の技術が求められている。
【０００３】
ウエーハレンズの構成を図１３に示す。ウエーハ１０１の上下面にレンズ１０２を成型し、上面の周辺に複数の位置決め用のアライメントマーク１０３を形成する。このアライメントマーク１０３が重なるようにウエーハ１０１を積層し、レンズユニットとして完成させる構成となっている。
【０００４】
積層によりレンズユニットを構成する１枚のウエーハ１０１の表裏面でレンズ１０２で中心位置がずれている場合や、複数枚ウエーハ１０１を積層したレンズユニットにおいて個々のウエーハ１０１上のアライメントマーク基準でレンズ中心位置がずれている場合、像がボケたりし、光学性能が得られない等の課題が発生する。
【０００５】
一方、この種のウエハレンズの製造時にガラス基板と、光硬化樹脂成形のためのマスターとの位置あわせ方法が特許文献１に開示されている。図１４は特許文献１に記載された位置あわせ方法の手順を示す。
【０００６】
図１４において、符号１０４はマスター１０９のアライメントマークで、符号１０５は
ガラス基板１０７のアライメントマークである。符号１０６はアライメントマークの位置を計測するカメラである。
【０００７】
カメラ１０６の高さを上下させ、上下面の各アライメントマーク１０４，１０５にフォーカスさせ、マークのＸＹ位置が一致するように、マスター１０９とガラス基板１０７を重ね合わせる。
【０００８】
詳しくは、図１４に示す通り、上下方向にのみ移動可能なカメラ１０６において、ガラス基板１０７の上方からアライメントマーク１０５に焦点を合わせる（図１４中（１）参照）。その後、カメラ１０６を上方に移動させてカメラ１０６とガラス基板１０７との間の位置にマスター１０９を配置し、カメラ１０６の高さ位置を調整しながら、その焦点位置をマスター１０９のアライメントマーク１０４又はその近傍に合わせる（図１４中（２）参照）。
【０００９】
この場合に、例えば、先に焦点位置を合わせたアライメントマーク１０５と、その後に焦点位置を合わせたアライメントマーク１０４とが、図１５上段に示すような状態にあると仮定したら、ガラス基板１０７のアライメントマーク１０５に対しアライメントマーク１０４が合致するような位置まで、マスター１０９を水平方向に移動させ（図１５下段参照）、この状態でマスター１０９を予め光硬化樹脂を塗布したガラス基板１０７に対し押圧して（図１５中（３）参照）光照射してレンズを成形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−７２６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述のようにウエーハレンズにおけるウエーハ１０１の上下面のレンズ１０２で中心位置のずれや、積層時の個々のウエーハ１０１上のアライメントマーク基準でのレンズ中心位置のずれは光学性能を低下させる。これらのずれを解消ないし低減するには、アライメントマーク基準でのレンズ中心位置を可能な限り高精度で測定することが求められる。
【００１２】
しかしながら、図１４及び図１５を参照した説明した位置合わせ方法をアライメントマーク基準でのレンズ中心位置の測定に応用しても、高精度の測定は困難である。以下、この点について説明する。
【００１３】
カメラ１０６をウエーハ面のＺ方向に移動させる図示しない移動機構により、図１４の（１）の表面のアライメントマーク１０５のフォーカス位置から、図１４の（２）の裏面のアライメントマーク１０４のフォーカス位置にカメラのＺ方向を移動させると、カメラ１０６をＺ方向に移動させる図示しないステージがＸ方向または紙面に対して垂直なＹ方向の位置ずれを起こす。従って、カメラのＺ高さを変えると、高精度にアライメントマーク位置を測定できない。
【００１４】
図１３に示す１枚のウエーハ１０１の表裏面のレンズ中心位置を測定する場合、例えば、まずアライメントマーク１０３が設けられた表面が上面となるようウエーハ１０１の姿勢を設定する。カメラ１０６がウエーハ１０１の上面にフォーカスするようにＺ高さを調整しアライメントマーク１０３を測定した後、アラインメントマーク基準でプローブによりレンズ中心位置を測定する。その後、ウエーハ１０１の姿勢を上下反転させウエーハ１０１の下面に位置が変わったアライメントマーク１０３のＺ高さ位置にカメラのＺ高さを変更しフォーカスさせ、さらにアラインメントマーク基準でプローブによりレンズ中心位置を測定する。
【００１５】
カメラ１０６を図示しない移動機構により、ウエーハ面のＺ方向に移動させると、カメラ１０６をＺ方向に移動させる図示しないステージがＸ方向または紙面に対して垂直なＹ方向の位置ずれを起こし、カメラ１０６のＸ方向またはＹ方向の中心位置がわずかにずれる誤差が発生する。その結果、測定したアライメントマーク基準でプローブで測定したレンズ中心位置は表面と裏面でずれたものとなる。このように、アライメントマーク基準で表面と裏面のレンズ中心を計算する場合、カメラ１０６のＸまたはＹ方向の中心位置がわずかにずれる誤差により、１枚のウエーハ１０１で表裏のレンズ中心を高精度に測定できない。
【００１６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被測定物の形状を高精度で測定する３次元測定方法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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の３次元形状測定方法は、２つ以上の表面検出手段で被測定物の表面形状データを取得する３次元測定方法において、被測定物とは別に設けられた前記被測定物に対してＸＹ方向の位置が移動しない校正用アライメントマークのＺ方向の高さを、前記被測定物の表面高さと一致させ、高さを一致させた前記校正用アライメントマークを前記２つ以上の表面検出手段で測定し、前記測定の結果を使用して前記２つ以上の表面検出手段のＸＹ方向のオフセットを校正し、前記２つ以上の表面検出手段で測定された前記被測定物の表面形状データと校正された前記オフセットを用いて前記被測定物の表面形状を求めることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記表面検出手段は、ＸＹ方向に移動するＸＹステージ上でＺ方向に移動する第１のＺ方向移動手段に設けられた表面形状測定のためスタイラスと、前記ＸＹステージ上でＺ方向に移動する第２のＺ方向移動手段に設けられたＸＹ面内の画像を測定するカメラとであり、前記被測定物の表面高さと一致させた前記校正用アライメントマークを、前記カメラで撮影すると共に、前記スタイラスで測定し、前記撮影及び測定の結果から前記スタイラスと前記カメラの中心位置のオフセットを校正し、前記スタイラスで前記被測定物の表面形状を測定し、前記スタイラスによる測定結果と前記校正されたオフセットを用いて前記被測定物の表面形状を求める。
【００１９】
さらに好ましくは、前記スタイラスによる前記被測定物の表面形状の測定は、被測定物上の各レンズ面の頂点位置近傍を通る様に、レンズ面のＸ方向に一括して測定し、さらにレンズ面の頂点位置近傍を通る様に、Ｙ方向に一括に測定し、前記測定データより、予め設定されたレンズのＸ方向、Ｙ方向のピッチに応じて、測定データをレンズごとに分割し、レンズごとに分割されたデータについて、形状とレンズ中心のＸＹＺ位置と姿勢を評価する。
【００２０】
例えば、被測定物は薄板上に多数レンズの形成されたウエーハレンズである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の３次元測定方法によれば、被測定物の形状を高精度で測定できる。例えば、ウエハーレンズの表裏面のレンズ中心位置をアラインメントマーク基準で高精度で測定できる。つまり、ウエーハの裏面側にアライメントマークが形成され、ウエーハ表面側に凹凸がないアライメントマークをカメラで測定する場合でも、また、ウエーハ上のカメラでしか計測できないアライメントマークを基準でウエーハ上のレンズ中心を測定する場合でも、カメラとスタイラスの中心位置間の校正されたオフセット値を用いて、アライメントマーク基準でレンズ位置を測定することにより、高精度に組み立て用のアライメントマーク基準で、ウエーハ上のレンズ位置の計測を行なうことが可能となる。
【００２２】
これにより、ウエーハ上のレンズで、ウエーハの上下面それぞれのレンズ形状を測定し、アライメントマーク基準での位置ずれを算出することにより、アライメントマーク基準でウエーハ上のレンズの光軸中心の位置ずれを高精度に測定することが可能となる。
【００２３】
さらに、アライメントマークからの上下面の各レンズ中心軸のずれを個別に算出することができるので、上下面の各レンズ中心軸のずれを、高精度に測定することが可能となる。
【００２４】
さらにまた、被測定物上の各レンズ面の頂点位置近傍を通った、Ｘ方向とＹ方向の一括測定データをレンズ個々のデータに分離することにより、高精度かつ高速に３次元形状を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１における３次元測定方法の装置全体図。
【図２】本発明の実施の形態１における３次元測定方法のプローブ構成図。
【図３】本発明の実施の形態１における３次元測定方法の詳細図。
【図４】本発明の実施の形態１におけるウエーハレンズとアライメントマークの構成図。
【図５】本発明の実施の形態１における校正用アライメントマークの構成図。
【図６】本発明の実施の形態１における全体測定フロー。本発明の実施の形態１における校正用アライメントマークのエッジ部断面図。
【図７】本発明の実施の形態１におけるアライメントマークの位置関係詳細図。
【図８】本発明の実施の形態１における校正用アライメントマーク計測の詳細図。
【図９】本発明の実施の形態１におけるウエーハレンズの位置関係詳細図。
【図１０】本発明の実施の形態１におけるウエーハレンズ測定走査経路の詳細図。
【図１１】本発明の実施の形態１におけるプローブによる測定データの詳細図。
【図１２】本発明の実施の形態１におけるレンズ中心位置算出の詳細図。
【図１３】特許文献１に記載されたウエーハレンズの構成図。
【図１４】特許文献１に記載された従来の３次元測定方法を示す図。
【図１５】特許文献１に記載された従来の３次元測定方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
１）使用する３次元測定機の装置構成説明
図１は、本発明の形状測定方法を実施するための一実施形態としての形状測定装置の概略構成を示す斜視図である。図１において、ＸＹステージ３上の石定盤１４の上にＸＹＺ座標位置を測定するための周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザ４が配置され、プローブ１はＺ１軸ステージ２を介して石定盤１４に取り付けられ、発振周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザ光により、固定したナノメートルオーダーの高い平面度を持つＸ基準ミラー５、Ｙ基準ミラー６、Ｚ基準ミラー７に反射させることにより、ナノメートルオーダーの超高精度でＸＹＺ座標を測定できる。
【００２８】
これらのユニットは制御演算部としてのコンピュータ４１により制御され、３次元測定機と組み合わせて自動運転を行うように構成されている。
【００２９】
さらに、形状測定装置は、アライメントマーク位置を測定するカメラ８、カメラ８をＺ軸方向に移動させるＺ２軸ステージ９と、プローブ１の先端中心位置と、カメラ８の画像の中心位置のオフセット距離を校正する校正用アライメントマーク１０と、校正用アライメントマーク１０をＺ軸方向に移動させるＺ３軸ステージ１１と、測定物であるウエーハレンズ１２と、ウエーハレンズ１２を設置するウエーハチャック１３により構成されている。図１においてＸ軸の＋方向での時計まわりの回転をＡ、Ｙ軸の＋方向での時計まわりの回転をＢ、Ｚ軸の＋方向での時計まわりの回転をＣ、として以下説明する。
【００３０】
図２にこの形状測定装置で使用するプローブの構成を示す。図２で、スタイラス１８はマイクロエアースライダ１５により支持されており、マイクロエアースライダ１５の可動部分はマイクロスプリング１６にて支持されている。マイクロスプリングのたわみをマイクロエアースライダ１５のミラー上に照射されたフォーカス検出用レーザ１９にて計測し、測定物１７とスタイラス１８の先端に働く弱い原子間力が一定となるように、プローブユニット２０全体をＺ方向の位置を、図示しないリニアモータでフィードバック制御する。同時にＺ方向の変位を前記周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザ光２１を、ミラー２２に照射することにより、Ｚ方向の位置を測定する。この状態でＸＹ方向にこのプローブユニット全体を走査し測定面の形状を測定する。スタイラス１８を取り付ける可動部であるマイクロエアースライダ１５の可動部の重量を軽くできるこの構成により、最大７５°の高傾斜面まで、ナノメートル精度で高精度に測定することが可能である。
【００３１】
この形状測定装置は、測定物１７の面上でプローブ１をＸＹ方向に走査することにより、測定物上のＸＹＺ座標データ列を求め、図示しない制御演算部としてのコンピュータ４１によって、プローブ１によって測定されたＸＹ座標位置でのＺ座標データの列を演算処理し、測定物１７の形状測定を行う。
【００３２】
２）測定方式の原理
図３は本発明の測定方式の原理を示す原理図である。図３で、Ｚ方向のプローブ１による測定を高精度に行うためにプローブ１をＺ軸方向に駆動するＺ１軸ステージ２が、プローブ１をＸＹ方向に走査するＸＹステージ３に設置されている。また、ＸＹステージ３には、アライメントマーク測定用のカメラ８をＺ軸方向に駆動するＺ２軸ステージ９が設置されている。アライメントマーク測定用のカメラ８はプローブ１に対してＸＹ方向にオフセットした位置に設置されている。このオフセットによるプローブ１の中心とカメラ８の中心とのＸＹ方向の距離（中心間距離）Ｘｏは、Ｚ２軸ステージ９上の位置によるカメラ８のＺ軸方向の移動によるＸＹ方向の位置のわずかなずれにより変化する。
【００３３】
さらに、直径約２００ｍｍの円形の基板の測定物であるウエーハレンズ１２（図４を併せて参照）を設置するウエーハチャック１３と、ウエーハチャック１３全体をＺ軸回りに回転させるγステージ２３と、ウエーハチャック１３上に設置されたウエーハレンズ１２上のＸＹ位置を特定するアライメントマーク２９を観察し、マークのパターン検出を行う図示しない認識装置により構成されている。
【００３４】
さらに、測定用のプローブ１とカメラ８の中心位置オフセットを校正する校正用アライメントマーク１０を、図３の石定盤２４上のＺ方向に移動可能なＺ３軸ステージ１１に設置している。後に詳述するように、この校正用アライメントマーク１０をプローブ１とカメラ８で測定することで校正が実行される。
【００３５】
被測定物であるウエーハレンズ１２を図４に示す。ウエーハレンズ１２上には、Ｘ、Ｙそれぞれの方向に所定のほぼ一定のピッチで格子状にレンズ３４が形成されている。具体的には、ウエーハレンズ１２のＡ面、Ｂ面の両面の同じ位置にレンズ３４が形成されている。さらにウエーハレンズ１２のＡ面の所定の位置に、アライメントマーク２９が２箇所以上、形成されている。
【００３６】
図５（ａ），（ｂ）に校正用アライメントマーク１０を示す。本実施形態では校正用アライメントマーク１０では、ガラス基板２５上に、０．１μｍ程度のクロム膜２６を蒸着した半導体製造用のクロムマスク基板を用いる。クロム膜２６の中央には、縦横１ｍｍ角程度の大きさの正方形状のエッチング部２７が設けられている。このエッチング部２７ではクロム膜２６が除去されてガラス基板２５が露出している。
【００３７】
３）測定方式の概要
図６に本発明の３次元測定方法による、測定の全体フローを示す。
【００３８】
ステップ２０１により測定を開始し、一連の測定を自動で行うための手順を示すコンピュータプログラムの一種であるレシピをコンピュータ４１において設定する。レシピには測定するウエーハレンズ１２の設計形状、ウエーハサイズ、ウエーハレンズ１２上のレンズ３４の設計上のＸ，Ｙ方向の各レンズ中心間ピッチ、ウエーハレンズ１２上のレンズ配置、測定時のプローブ１の測定速度、２つのアライメントマーク２９の位置等測定に必要な情報を入力し、測定条件の設定等、測定準備を行い、その後測定を開始する。
【００３９】
ステップ２０２で測定するウエーハレンズ１２をＡ面（アラインメントマーク２９が設けられている面）側が上になるように形状測定装置のウエーハチャック１３に設置する。ウエーハレンズ１２は手動で、形状測定装置のウエーハチャック１３に位置を合わせてセットし、図示しない真空吸着機構により吸着する。
【００４０】
その後、ステップ２０３により、ステップ２０２で設置したウエーハレンズ１２のＡ面のアライメントマーク２９の上方に位置するように、ＸＹステージ３の図示しない駆動機構によってカメラ８のＸＹ位置を移動させる。その後、カメラ８のフォーカス高さを、図３に示す被測定物であるウエーハレンズ１２の表面のウエーハ上のアライメントマーク２９の高さＬ１になるように、カメラ高さ調整用のＺ２軸ステージ９の高さを、カメラ８の画像をコンピュータ４１のモニタ（図示せず）でモニタしながらＺ方向に調整し合せる。
【００４１】
ステップ２０４ではステップ２０３で調整したカメラ８のフォーカス高さ位置を維持したまま、校正用アライメントマーク１０の上方に位置するように、カメラ８をＸＹステージ３によって移動させる。次に、カメラ８を固定してＸＹＺ方向いずれにも移動させない状態を維持したまま、校正用アライメントマーク１０にカメラ８のフォーカスが合うようにＺ３軸ステージ１１の高さを調整する。この調整の結果、校正用アライメントマーク１０のマーク面の高さＬ２が、被測定物であるウエハレンズ１２の表面（Ａ面）のアライメントマーク２９の高さＬ１と一致する。
【００４２】
ステップ２０５では、上記ステップ２０１〜２０４の手順で調整されたカメラ８で校正用アライメントマーク１０を測定し、かつプローブ１でも、校正用アライメントマーク１０を測定し、測定結果に基づいてプローブ１と、カメラ８の中心間距離Ｘｏの測定（プローブ１とカメラ８の中心位置の校正）を実行する。
【００４３】
ステップ２０６では、カメラ８とＸＹステージ３を用い、ウエーハレンズ１２上に設けられた、２つのアライメントマーク２９の位置を測定し、アライメントマーク２９の中心位置を記憶する。前記測定した２つのアライメントマーク位置より、形状測定装置の座標（固定のＸＹＺ座標系）に対するウエーハレンズ１２の回転ずれ角γを測定する。
【００４４】
ステップ２０７では測定した回転ずれ角γ分、ウエーハチャック１３の下部に設けられたγステージ２３によりウエーハレンズ１２を回転させ、形状測定装置のＸ基準ミラー５、Ｙ基準ミラー７に平行になるように調整する。
【００４５】
ステップ２０８では、回転ずれ角γの値が予め設定された所定の値に対して規定範囲内か確認する。範囲内であればステップ２０９に進み、範囲外であれば、ステップ２０６からの手順を繰り返す。
【００４６】
ステップ２０９では、プローブ１によりウエーハレンズ１２上の各レンズ中心を通るように、一筆書き状に、Ｘ方向と、Ｙ方向の２方向で、ウエーハレンズ１２のＡ面の全域を測定する。
【００４７】
ステップ２１０では、ステップ２０９で測定したＸ方向とＹ方向の２方向の測定データと、ステップ２０６のステップで求めた２つのアライメントマーク２９の位置と、ステップ２０５で求めたプローブ１とカメラ８の中心間距離とを用い、ウエーハレンズ１２上の各レンズ３４の中心を、アライメントマーク２９基準で算出する。
【００４８】
ステップ２１１〜２１９では、ウエーハレンズ１２のＢ面について同様の処理を繰り返す。
【００４９】
まず、ステップ２１１では上記ステップで測定したウエーハレンズ１２の表裏がＹ軸を回転軸として反転しＢ面が上になるように、ウエーハチャック１３に取り付ける。
【００５０】
ステップ２１２により、下側に位置するアライメントマーク２９位置に、カメラ８のフォーカス高さをＺ２軸ステージ９により調整する。
【００５１】
ステップ２１３により、２１２のステップでＺ２軸ステージ９により調整したカメラ８のフォーカス高さ位置を維持したまま、カメラ８のフォーカスが校正用アライメントマーク１０に合うように、Ｚ３軸ステージ１１を調整する。
【００５２】
ステップ２１４では、校正用アライメントマーク１０を用いて、上記ステップ２１１〜２１３の手順で調整されることによりわずかにＸＹ方向にずれたカメラ８の中心位置とプローブ１との中心間距離ＸｏＢを測定する。
【００５３】
ステップ２１５〜２１８では、上記設置状態でステップ２０６〜２０９と同様の処理を行う。
【００５４】
ステップ２１９では、ステップ２１８で測定したＸ方向とＹ方向の２方向の測定データと、ステップ２１５のステップで求めた２つのアライメントマーク２９の位置と、ステップ２１４で求めたプローブ１とカメラ８の中心間距離とを用い、ウエーハレンズ１２上の各レンズ３４の中心を、アライメントマーク２９基準で算出する。
【００５５】
ステップ２２０では、Ａ面における各レンズ３４の中心位置と、Ｂ面における各レンズ３４の中心位置とから、計算処理によりウエーハレンズ１２の表裏のレンズ３４の中心ずれを算出する。
【００５６】
ステップ２２１にて測定を終了する。
【００５７】
２）測定方式の詳細
以下、図６に記載の手順の詳細を順次説明する。
【００５８】
ステップ２０５では、ステップ２０１〜２０４の手順で調整されたウエーハレンズ１２上のアライメントマーク２９と校正用アライメントマーク１０の位置関係で、校正用アライメントマーク１０を用いて、プローブ１とカメラ８の中心間距離ＸｏＡを測定する。
【００５９】
以下、前記校正用アライメントマークを用いて、プローブとカメラの中心位置を校正する校正手順の詳細を説明する。
【００６０】
まず、カメラ８により、校正用アライメントマーク１０の中心位置（Ｘｃ、Ｙｃ）を以下の手順で算出する。
【００６１】
ステップ２０４のＺ３軸ステージ１１の調整後、校正用アライメントマーク１０のマーク中心位置に、ＸＹステージ３によりカメラ８を移動させる。
【００６２】
以降、図７に示すような画像が、カメラ８により校正用アライメントマーク１０のエッチング部２７として得られる。
【００６３】
ここで正方形状のエッチング部２７の中心位置の算出を以下の手順１〜５で行う。
【００６４】
手順１：エッチング部２７のＸ軸方向について、Ｘ測定ライン３０のデータよりエッチング部２７との交点位置Ｘ１Ｌ、Ｘ１Ｒを求め、Ｘ測定ライン３１のデータよりエッチング部２７との交点位置Ｘ２Ｌ、Ｘ２Ｒを求める。
【００６５】
手順２：エッチング部２７のＹ軸方向について、Ｙ測定ライン３２のデータよりエッチング部２７との交点位置Ｙ１Ｄ、Ｙ１Ｕを求め、Ｙ測定ライン３３のデータよりエッチング部２７との交点位置Ｙ２Ｄ、Ｙ２Ｕを求める。
【００６６】
手順３：交点位置Ｘ１Ｌと交点位置Ｘ２Ｌを結ぶエッチング部２７の縦方向のラインと、交点位置Ｘ１Ｒと交点位置Ｘ２Ｒを結ぶエッチング部２７の縦方向のラインとの平均線である、Ｙ方向測定中央ライン３５を求める。
【００６７】
手順４：交点位置Ｙ１Ｄと交点位置Ｙ２Ｄを結ぶエッチング部２７の横方向のラインと、交点位置Ｙ１Ｕと交点位置Ｙ２Ｕを結ぶエッチング部２７の横方向のラインとの平均線である、Ｘ方向測定中央ライン３４を求める。
【００６８】
手順５：Ｘ方向測定中央ライン３４とＹ方向測定中央ライン３５の交点であるマーク中心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を求める。
【００６９】
以下、エッチング部２７の中心位置であるマーク中心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）の計算手順の詳細を説明する。以下の算出では、エッチング部５全体を含むクロム膜６の濃淡画像をカメラ８のＣＣＤデータより抽出する。
ここで、Ｘ軸上の２本の測定断面をＸ測定ライン３０とＸ測定ライン３１として測定データを抽出する。これらのデータは図８に示すように濃淡による凹凸形状となっており、この濃淡画像の凹凸の中央部分をスレショルドとし、エッジ位置を抽出したＹ方向位置、つまり図７に示すＸＹ方向のベクトル表記位置では、Ｘ測定ライン３０のスレショルドの交点位置は、Ｘ１Ｌ＝（Ｘ１Ｌｘ，Ｘ１ｙ）、Ｘ１Ｒ＝（Ｘ２Ｌｘ，Ｘ２ｙ）、と表す。同様に、Ｘ測定ライン３２でのスレショルドの交点位置ベクトルはＸ２Ｌ、Ｘ２Ｒ、と表す。同様にＹ軸方向の２方向のＹ測定ライン３２とＹ測定ライン３３の合計４箇所のスレッショルドの交点位置Ｙ１Ｕ、Ｙ１Ｄ、Ｙ２Ｕ、Ｙ２Ｄとして求める。
【００７０】
以降、図７に示す記号を用いて、以下の式から中点を算出する。
【００７１】
【数１】
【００７２】
また、以下のベクトルＸＶを定義する。
【００７３】
【数２】
【００７４】
このベクトルＸＶを用い、tはスカラーとするとＸ測定中央ライン３４の方程式は以下の式（１）となる。
【００７５】
【数３】
【００７６】
同様に、Ｙ測定中央ライン３５の方程式はスカラー量ｓを用いて以下の式（２）のように表される。
【００７７】
【数４】
【００７８】
マーク中心は方程式ＸＬ、ＹＬで表されるライン３４，３５の交点であるので、（１）＝（２）式よりｔ、ｓを算出すれば、マーク中心が得られる。
【００７９】
方程式ＸＬ、つまり式（１）と方程式ＹＬ、つまり式（２）はそれぞれ以下の式（１）’、（２）’に変形できる。
【００８０】
【数５】
【００８１】
（１）’＝（２）’式より以下の式（３）、（４）が得られる。
【００８２】
【数６】
【００８３】
（３），（４）式をｔについて解くと以下の式（５）が得られる。
【００８４】
【数７】
【００８５】
式（５）で得られたｔの値を（１）式に代入し交点、すなわちマーク中心（Ｘｃ、Ｙｃ）＝Ｘｃ＝ｔ＊ＸＶ＋Ｘ１Ｃを求める。なお、式（３），（４）をｓについて解いて得られたｓの値を（２）式に代入してもマーク中心（Ｘｃ、Ｙｃ）を求めることができる。
【００８６】
上記計算手順により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向各２方向のエッジを検出することにより、カメラの画像の範囲内でのアライメントマーク位置を算出する。
【００８７】
このように、アライメントマーク１０のエッジ位置のＸ方向とＹ方向の中心を算出することにより、校正用アライメントマークが測定機のＸ又はＹ方向に対しわずかでも傾いて取り付いていても、高精度に校正用アライメントマークの中心（Ｘｃ、Ｙｃ）を求めることが可能となる。
【００８８】
次に、プローブを校正用アライメントマーク位置に移動し、カメラで測定したＸ測定ライン３０、Ｘ測定ライン３１、Ｙ測定ライン３２、Ｙ測定ライン３３、との４本のラインと同じ経路で、プローブで、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ２ラインずつ走査し、それぞれの方向で校正用マークの段差形状部分の、Ｘ測定ライン３０、Ｘ測定ライン３１、Ｙ測定ライン３２、Ｙ測定ライン３３、の高さの中央位置をスレショルドの交点位置Ｘ１Ｌ、Ｘ１Ｒ、Ｘ２Ｌ、Ｘ２Ｒ、Ｙ１Ｕ、Ｙ１Ｄ、Ｙ２Ｕ、Ｙ２Ｄを順次算出する。このデータを用い、前記カメラの計算手順と同様にＸ方向、Ｙ方向それぞれの交点位置の中点を通る２本Ｘ測定中央ライン３４、Ｙ測定中央ライン３５を算出し、この算出したＸ方向Ｙ方向の２方向の直線の中心線の交点座標を算出し、プローブ測定でのアライメントマーク位置（Ｘａ、Ｙａ）を、上記カメラでの算出手順と同様の算出式で算出する。
【００８９】
これらの測定結果より、ウエーハレンズ１２のＡ面測定時のプローブ基準でのカメラのオフセット位置（ＸｏＡ，ＹｏＡ）＝（Ｘｃ，Ｙｃ）−（Ｘａ，Ｙａ）より算出する。
【００９０】
以降ウエーハレンズ１２面上のレンズ測定での、カメラ８に対するプローブ１のオフセット位置はこの値を参照し、カメラ８で求めたアライメントマーク位置をプローブ基準に変換するにはこのオフセット値を差し引くことにより算出する。
【００９１】
このように、ウエーハレンズ１２上のアライメントマーク２９の高さが変わった場合、校正用アライメントマーク１０をウエーハ上のアライメントマーク高さに合わせた状態で、カメラ８とプローブ１の両方で同一マークを測定することで、カメラ８とプローブ１の正確なオフセット値を求めることができる。
【００９２】
これにより、カメラ８のフォーカス調整時に調整するＺ高さ調整用Ｚ２軸ステージのＸＹ方向の真直度がずれても、またカメラのフォーカス高さずれにより生じる光学中心位置ずれ等の計測誤差の影響を受けることなく、高精度な測定を行なうことが可能となる。
【００９３】
図９において、Ｘｗ、Ｙｗはウエーハレンズの座標系である。Ｘｍ、Ｙｍはウエーハレンズ１２が設置された形状測定装置の座標系である。しかし、この状態では、図９に示す様にＸｗ、Ｙｗのウエーハレンズ１２の座標系と、Ｘｍ、Ｙｍの形状測定装置の座標系は平行になるように設置できておらず多少のずれのある状態である。
【００９４】
ステップ２０６では、カメラ８とＸＹステージ３を用い、ウエーハレンズ１２上に設けられた、２つのアライメントマーク２９の位置を測定し、アライメントマークの中心位置ＸａＡ１、ＸａＡ２を記憶する。前記測定した２つのアライメントマーク位置より、３次元測定機の座標に対し、ウエーハレンズ１２の回転位置ずれγを測定する。上記算出の手順はステップ２０５で説明したカメラ８によるアライメントマーク中心算出手順により算出できる。
【００９５】
ウエーハ上の２つのアライメントマークが図１０に示すように２つのアライメントマーク２９がＹ軸上近辺に構成されているものとして以下説明する。この２つのアライメントマーク２９のＸＹ位置ベクトルの差を求め、図１０に示す様に２つのアライメントマーク２９のＹ方向の距離をＹＬｄ、２つのマークのＸ方向のずれをｄＸとすると、測定機のＺ軸まわりの回転位置ずれをγ＝ａｔａｎ（ｄＸ／ＹＬｄ）として算出する。
【００９６】
そこで、ステップ２０７では測定したγずれ分、ウエーハチャック１３の下部に設けられたγステージ２３によりウエーハレンズ１２を回転させ、ウエーハレンズのＸＹ座標が３次元測定機のＸ基準ミラー５、Ｙ基準ミラー７に平行になるように調整する。
【００９７】
ステップ２０８では、γの値が予めセットされた所定の値に対するずれが規定範囲内か確認する。範囲内であればステップ２０９に進み、範囲外であれば、ステップ２０６からの手順を繰り返す。
【００９８】
ステップ２０９では、プローブ１によりウエーハレンズ１２上の各レンズ中心を通るように、一筆書き状に、Ｘ方向と、Ｙ方向の２方向で、全ウエーハレンズを測定する。
【００９９】
前記測定した２つのアライメントマーク２９の位置より、ウエーハレンズ１２の中心位置を算出し、測定する全レンズ３４についてＸ方向、Ｙ方向に一筆書き状に測定する測定経路のＮＣパスを作成し、図１０に示すようにウエーハレンズ１２上の全面のレンズ３４の頂点位置付近を通るように、一筆書き状に、Ｘ方向、Ｙ方向とプローブ１を順次走査しウエーハ上の全レンズのＸＹ軸上の測定データを得る。
【０１００】
ここで測定されるウエーハレンズ１２のレンズ３４の配列は、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ等間隔ピッチで格子状に配置されている必要がある。この格子状に配置されたレンズ３４を連続に走査して測定する。全てのレンズ形状の設計式は同一とする。
【０１０１】
ステップ２１０では、ステップ２０９で測定したＸ方向とＹ方向の２方向の測定データと、ステップ２０６のステップで求めた２つのアライメントマーク２９の位置ＸａＡ１、ＸａＡ２と、プローブ１と、カメラ８の中心間距離ＸｏＡを用い、ウエーハレンズ１２上の各レンズ中心を、アライメントマーク２９基準で算出する。
【０１０２】
この手順を以下に説明する。図１０に示す一筆書き状に、Ｘ方向にレンズ全面を測定し、さらにＹ方向にレンズ全面を測定し、プローブでの走査測定終了後、各ＸＹの走査データで、予め入力した設計上のレンズ配列の、Ｘ方向と、Ｙ方向のピッチに応じて、レンズ１個ごとにＸ方向とＹ方向の測定データを測定機の座標を基準に分割する。
【０１０３】
ここで、図９にレンズ位置（ｉ、ｊ）と、このレンズ位置を示すインデックスｉ，ｊの関係を示す。ｉ，ｊのインデックスは、ウエーハレンズの中央のレンズを（ｉ，ｊ）＝（０，０）として、Ｘ＋方向の１個目のレンズでｉ＝＋１、Ｙ＋方向の１個目のレンズでｊ＝＋１、として定義されている。
【０１０４】
図１１にデータ分割の手順を説明する。連続した測定データは設計ピッチの整数倍のｉ個ごとに、仮想中心位置Ｘ［ｉ］＝ｉ＊Ｘｐ、を設定しこの中心から、レンズの配列ピッチの半分の距離の±Ｘｐ／２の範囲のデータを、ｉ番目のレンズのデータとして元の一筆書きデータより分割する。
【０１０５】
同様にＹ方向の仮想中心位置Ｙ［ｊ］＝ｊ＊Ｙｐ、を設定し、この中心から、レンズの配列ピッチの半分の距離の±Ｙｐ／２の範囲のデータを、ｊ番目のレンズのデータとして元の一筆書きデータより分割する。
【０１０６】
そして、交点が同一点のＸ方向とＹ方向の１セットのデータを、１個のレンズの測定データとして、図示しないコンピュータのメモリに記憶する。この分割されたデータを用い、切り出したデータをレンズごとにアライメントし、中心位置、形状ずれ、設計式からの最大ずれ量であるＰＶ（Peak to Valley)、ＲＭＳ（Root Mean Square）等を評価する。
【０１０７】
上記、分割された各レンズ３４ごとのデータを用いて、レンズ３４のＸＹ軸上のＸＺとＹＺ断面を測定したデータから、測定機に対するレンズの中心位置を、各測定点での測定データと設計形状の差の２乗和が最小となるように、測定データ点列を設計式の座標系でＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ軸まわりのＡ回転方向、Ｙ軸まわりのＢ回転方向に移動させ、この移動量をウエーハレンズ１２上の全レンズ３４について順次算出することにより、ウエーハレンズ１２上の全レンズ３４のレンズ中心位置を算出する。ウエーハ面片側で、それぞれのレンズ形状の設計式は同一とする。
【０１０８】
図１２で、ウエーハ上の（ｉ、ｊ）位置での測定データ点列（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）と、設計形状である。図１２では説明を容易にするために、ＸＺ断面での測定データ点列と、設計形状を表示している。
【０１０９】
図１２で、測定データ点列の各点のデータとＺ＝ｆ（ｘ，ｙ）で表される設計形状を用いて、測定データの（Ｘｋ，Ｙｋ）の各位置に応じてＺｆｋをＺｆｋ＝ｆ（Ｘｋ，Ｙｋ）より算出し、この値と前記測定データのＺｋとの差、Ｚｄｋ＝Ｚｋ−Ｚｆｋを算出し、全測定データに対する２乗和、ΣＺｄｋ２が最小となるＹ軸廻りの回転ｄＢａと、Ｘ軸方向の並進移動量ｄＸａ、Ｚ軸方向の移動量ｄＺａを算出する。
【０１１０】
図１２の説明ではＸＺ面での説明図であるが、ＸＺ断面とＹＺ断面の全データの場合も同様の手順で、ＸＹＺ３次元測定データ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）で、設計形状Ｚ＝ｆ（Ｘｋ，Ｙｋ）との２乗和が最小となる移動量を、ｄＸａ，ｄＹａ，ｄＺａ，ｄＡａ，ｄＢａ、として算出することにより、ＸＹ２方向の測定データ点列より、レンズ中心位置からのずれ、ｄＸａ，ｄＹａを算出する。このずれと、レンズの一筆書き状のデータから、各レンズ１個ずつに応じて分割する際に４−４）で定めた、前記仮想中心位置との和を、（ｉ，ｊ）位置でのレンズ中心位置を以下の式として、全レンズに対し、ｉ、ｊの値を変化させ順次算出する。
【０１１１】
【数８】
【０１１２】
上記レンズの中心位置データ点列を、（Ｘｆ［ｉ，ｊ］，Ｙｆ［ｉ，ｊ］）（ｉ、ｊはウエーハ上のＸＹ平面でのレンズの格子位置を表す整数値）、として図示しないコンピュータのメモリに記憶する。
【０１１３】
上記、各レンズの測定中心は、ウエーハ上のアライメントマークの座標をできるだけ測定機の座標に平行に近くなるように、前記γ軸ステージを回転させることにより設置を行ったが、γ軸モータの位置決め精度の制約上、前記２つのアライメントマークのＸ方向の位置ずれｄＸが１μｍ以下になるように、γ軸を回転させて位置合わせを行うことは難しい。
【０１１４】
そこで、カメラにより計測された前記アライメントマーク位置のずれＹＬ２、ｄＸ２の値を用い、前記算出された全レンズの中心位置を、アライメントマークが基準となるように、レンズの全中心ＸＹ位置データ点列（Ｘｆ［ｉ，ｊ］，Ｙｆ［ｉ，ｊ］）（ｉ、ｊはウエーハ上のＸＹ平面でのレンズの格子位置を表す整数値）を角度γ２＝ａｔａｎ（ｄＸ２／ＹＬｄ２）回転させ、アライメントマーク基準のレンズ中心位置を算出する。上記手順により、カメラにより求めたアライメントマーク座標に対し、高精度にレンズ中心位置を求めることが可能となる。
【０１１５】
ここで、図９にレンズ中心位置（Ｘｆ［ｉ，ｊ］，Ｙｆ［ｉ，ｊ］）と、このレンズ位置を示すインデックスｉ，ｊの関係を示す。レンズ中心位置はウエーハ上のアライメントマークを基準とした位置として（Ｘｆ［ｉ，ｊ］，Ｙｆ［ｉ，ｊ］）で表されられる。この配列の、ｉ，ｊのインデックスは、ウエーハレンズの中央を（ｉ，ｊ）＝（０，０）として、Ｘ＋方向の１個目のレンズでｉ＝＋１、Ｙ＋方向の１個目のレンズでｊ＝＋１、として定義されている。
【０１１６】
ステップ２１１では上記ステップで測定したウエーハレンズ１２の表裏がＹ軸を回転軸として反転しＢ面がプローブ１による測定側となるように、ウエーハチャック１３に取り付ける。
【０１１７】
その後、ステップ２１２により、２０２のステップで設置したウエーハレンズ１１の表面の、ウエーハ表裏がＹ軸を回転軸として反転させて設置することにより、透明なウエーハレンズの基板の裏面に形成されたアライメントマークを測定する場合、ウエーハの表裏の回転により、ステップ２０２〜２１０の測定では、プローブ１側にあったアライメントマーク２９が、ウエーハチャック１３側の位置にアライメントマーク２９が移動し、ウエーハチャック側に位置するアライメントマーク２９位置に、カメラ８のフォーカス高さをＺ軸ステージ９により調整する。
【０１１８】
その後、ステップ２１３により、２１２のステップでＺ軸ステージ９により調整したカメラ８のフォーカス高さ位置を維持したまま、校正用アライメントマーク１０の位置にカメラ８を移動させ、前記２１２のステップでウエーハ表裏がＹ軸を回転軸として反転させて設置することにより、変化したウエーハ厚さに相当するＺ高さ分、カメラ８のフォーカスが校正用アライメントマーク１０に合うように、Ｚ３軸ステージ１１を調整する。
【０１１９】
ステップ２１４では、上記ステップ２１１〜２１３の手順で調整されることによりわずかにＸＹ方向にずれたカメラ８の中心位置を、校正用アライメントマーク１０を用いて、プローブ１と、カメラ８の中心間距離ＸｏＢを測定する。
【０１２０】
この校正手順は、前記ステップ２０５の説明に示した校正手順と同様の校正手順により校正する。
【０１２１】
ステップ２１５〜２１８では、上記設置状態でステップ２０６〜２０９と同様の処理を行う。
【０１２２】
ステップ２１９では、２１８で測定したＸ方向とＹ方向の２方向の測定データと、２１５のステップで求めた２つのアライメントマーク２９の位置ＸａＢ１、ＸａＢ２と、プローブ１と、カメラ８の中心間距離ＸｏＢを用い、ウエーハレンズ１２上の各レンズ中心を、アライメントマーク２９基準で算出する。
【０１２３】
この算出手順は、前記ステップ２１０の説明に示した算出手順と同様の算出手順により算出する。
【０１２４】
ステップ２２０では、ステップ２１０で求めたアライメントマーク２９基準での、Ａ面の各レンズ中心位置と、ウエーハ表裏がＹ軸を回転軸として反転させて設置した、ステップ２１９で求めたアライメントマーク２９基準での、Ｂ面の各レンズ中心位置とから、計算処理によりウエーハレンズ１２の表裏のレンズの中心ずれを算出する。
【０１２５】
前記ステップ、２１０の手順で求めたウエーハ表面のレンズ中心ＸＹ位置データ点列を（Ｘｆ［ｉ，ｊ］，Ｙｆ［ｉ，ｊ］）（ｉ、ｊはウエーハ上のＸＹ平面でのレンズの格子位置を表す整数値）とし、Ｙ軸上に１８０度回転して設置し、測定し、前記ステップ、２１９の手順で求めた前記同一のウエーハレンズの裏面のレンズ中心ＸＹ位置データ点列を（Ｘｂ［ｉ，ｊ］，Ｙｂ［ｉ，ｊ］）（ｉ、ｊはウエーハ上のＸＹ平面でのレンズの格子位置を表す整数値）とすると、表面に対する裏面の左右方向のデータインデックスであるｉの値は、裏面側で反転することより極性を反転させた値−ｉを用いるとレンズ位置を指定でき、レンズ表裏間の中心位置ずれの点郡は、裏面の各レンズ基準で表面の各レンズの中心位置ずれは以下の式で算出される。
【０１２６】
【数９】
【０１２７】
上記手順により、ウエーハ上の表裏に対応した位置での、全レンズの表面と裏面のレンズ中心位置ずれを求めることが可能となる。
【０１２８】
上記ステップ２２０の表面各レンズ中心位置データ、ステップ２１９の裏面各レンズ中心位置データ、ステップ２２０の表裏のレンズの中心ずれの結果によりウエーハレンズ１２の特性を評価する。
【０１２９】
ステップ２２１にて測定を終了する。
【０１３０】
また、実際のウエーハレンズの製造では、多種の厚みのウエーハレンズが存在し、品種に応じてウエーハ上のマーク高さが変化するので、品種の切り替えに応じて、上記校正手順によりカメラ高さ調整用Ｚ２軸ステージ９と、校正用アライメントマーク高さ調整用Ｚ３軸ステージ１１の高さを調整する。
【０１３１】
また、同じ種類の、ウエーハレンズ１２の片面（Ａ面またはＢ面）を、アライメントマーク２９基準でレンズ位置を繰り返し測定する場合は、ステップ２０１〜２１０までの手順により測定することができる。この場合、繰り返し測定で２枚目以降のウエーハレンズ１２の測定を行う場合は、ステップ２０３〜２０５を飛ばして測定することで、測定時間を短縮し測定することができる。
【０１３２】
このように校正用アライメントマークをカメラで測定し、レンズ形状とレンズ中心位置をプローブで測定し、さらに、前記校正されたオフセット値を用いることにより、ウエーハ高さ、あるいはウエーハ上のアライメントマークが表についているのか、裏についているのかの高さによって、カメラ８のフォーカス調整時に調整するＺ高さ調整用Ｚ２軸ステージのＸＹ方向の真直度ずれ等の影響と、カメラのフォーカス高さずれにより生じる光学中心位置ずれ等の計測誤差の影響を受けることなく、高精度な測定を行なうことが可能となる。
【０１３３】
本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、アラインメントマーク２９が設けられたウエーハレンズ１２のＡ面の測定におけるプローブ１とカメラ８の中心距離については図６のステップ２０４、２０５のように校正用アラインメントマークを使用する必要はなくウエーハレンズ１２のアラインメントマーク２９を使用してステップ２０４、２０５と同様の処理を行うことで、プローブ１とカメラ８の中心距離の校正を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の３次元測定方法は、プローブを用いて高精度に３次元形状を測定する３次元において、カメラによりアライメントマーク位置を基準に高精度に測定し、プローブ位置に対するオフセットを高精度に測定することができるので、ウエーハレンズ、レンズアレイ等、１枚の基板上に複数個形成されたレンズを、高速かつ高精度に測定する３次元測定の用途にも適用できる。
【０１３５】
また上記実施例では、測定物をウエーハレンズでの実施例を説明したが、ウエーハレンズの代わりにウエーハレンズを製造するモールド、あるいはレンズアレイ等用途にも適用できる。
【符号の説明】
【０１３６】
１ プローブ
２ Ｚ１軸ステージ
３ ＸＹステージ
８ カメラ
９ Ｚ２軸ステージ
１０ 校正用アライメントマーク
１１ Ｚ３軸ステージ
１２ ウエーハレンズ
２９ アライメントマーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の表面検出手段で被測定物の表面形状データを取得する３次元測定方法において、
被測定物とは別に設けられた前記被測定物に対してＸＹ方向の位置が移動しない校正用アライメントマークのＺ方向の高さを、前記被測定物の表面高さと一致させ、
高さを一致させた前記校正用アライメントマークを前記２つ以上の表面検出手段で測定し、
前記測定の結果を使用して前記２つ以上の表面検出手段のＸＹ方向のオフセットを校正し、
前記２つ以上の表面検出手段で測定された前記被測定物の表面形状データと校正された前記オフセットを用いて前記被測定物の表面形状を求めることを特徴とする、３次元形状測定方法。
【請求項２】
前記表面検出手段は、ＸＹ方向に移動するＸＹステージ上でＺ方向に移動する第１のＺ方向移動手段に設けられた表面形状測定のためスタイラスと、前記ＸＹステージ上でＺ方向に移動する第２のＺ方向移動手段に設けられたＸＹ面内の画像を測定するカメラとであり、
前記被測定物の表面高さと一致させた前記校正用アライメントマークを、前記カメラで撮影すると共に、前記スタイラスで測定し、前記撮影及び測定の結果から前記スタイラスと前記カメラの中心位置のオフセットを校正し、
前記スタイラスで前記被測定物の表面形状を測定し、
前記スタイラスによる測定結果と前記校正されたオフセットを用いて前記被測定物の表面形状を求めることを特徴とする、請求項１に記載の３次元形状測定方法。
【請求項３】
前記スタイラスによる前記被測定物の表面形状の測定は、被測定物上の各レンズ面の頂点位置近傍を通る様に、レンズ面のＸ方向に一括して測定し、さらにレンズ面の頂点位置近傍を通る様に、Ｙ方向に一括に測定し、
前記測定データより、予め設定されたレンズのＸ方向、Ｙ方向のピッチに応じて、測定データをレンズごとに分割し、レンズごとに分割されたデータについて、形状とレンズ中心のＸＹＺ位置と姿勢を評価することを特徴とする請求項２に記載の３次元形状測定方法。
【請求項４】
前記被測定物が薄板上に多数レンズの形成されたウエーハレンズであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１】
２つ以上の表面検出手段で被測定物の表面形状データを取得する３次元測定方法において、
被測定物とは別に設けられた前記被測定物に対してＸＹ方向の位置が移動しない校正用アライメントマークのＺ方向の高さを、前記被測定物の表面高さと一致させ、
高さを一致させた前記校正用アライメントマークを前記２つ以上の表面検出手段で測定し、
前記測定の結果を使用して前記２つ以上の表面検出手段のＸＹ方向のオフセットを校正し、
前記２つ以上の表面検出手段で測定された前記被測定物の表面形状データと校正された前記オフセットを用いて前記被測定物の表面形状を求めることを特徴とする、３次元形状測定方法。
【請求項２】
前記表面検出手段は、ＸＹ方向に移動するＸＹステージ上でＺ方向に移動する第１のＺ方向移動手段に設けられた表面形状測定のためスタイラスと、前記ＸＹステージ上でＺ方向に移動する第２のＺ方向移動手段に設けられたＸＹ面内の画像を測定するカメラとであり、
前記被測定物の表面高さと一致させた前記校正用アライメントマークを、前記カメラで撮影すると共に、前記スタイラスで測定し、前記撮影及び測定の結果から前記スタイラスと前記カメラの中心位置のオフセットを校正し、
前記スタイラスで前記被測定物の表面形状を測定し、
前記スタイラスによる測定結果と前記校正されたオフセットを用いて前記被測定物の表面形状を求めることを特徴とする、請求項１に記載の３次元形状測定方法。
【請求項３】
前記スタイラスによる前記被測定物の表面形状の測定は、被測定物上の各レンズ面の頂点位置近傍を通る様に、レンズ面のＸ方向に一括して測定し、さらにレンズ面の頂点位置近傍を通る様に、Ｙ方向に一括に測定し、
前記測定データより、予め設定されたレンズのＸ方向、Ｙ方向のピッチに応じて、測定データをレンズごとに分割し、レンズごとに分割されたデータについて、形状とレンズ中心のＸＹＺ位置と姿勢を評価することを特徴とする請求項２に記載の３次元形状測定方法。
【請求項４】
前記被測定物が薄板上に多数レンズの形成されたウエーハレンズであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の形状測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２５５７５６（Ｐ２０１２−２５５７５６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０３２１（Ｐ２０１１−１３０３２１）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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