(57)【要約】【課題】フィードフォワード処理の遅れによって生じるプローブ偏差の発生を低減する。【解決手段】形状測定装置は、入力を受けた移動指令ｍに対応する移動量でステージ部がＺ方向に移動するようサーボモータ２０８の駆動を制御するアンプ３１３と、移動指令ｍを求める演算部３１２と、を備える。演算部３１２は、検出された押し付け圧ｄ２と目標押し付け圧ｄ１との差分Δｄを打ち消すように補償する仮移動指令ｍ１を演算する処理と、走査位置指令Ｐを二階微分した加速度αを演算する処理と、を実行する。また、演算部３１２は、被測定物の表面の理想形状である理想表面の傾斜角度θ及び加速度αに基づき、走査位置指令Ｐに対応する位置でのプローブのＺ方向の変位量ｍ２を推定する処理を実行する。そして、演算部３１２は、仮移動指令ｍ１に変位量ｍ２を加算して移動指令ｍを求める処理を実行する。【選択図】図２
2014006102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブの先端を被測定物の表面に接触させ、走査位置指令に従って前記プローブを走査させて前記被測定物の表面形状を測定する形状測定装置において、
前記プローブを走査方向に対して直交する直交方向に付勢する付勢部材と、
前記付勢部材を介して前記プローブを支持し、前記直交方向に移動して前記プローブを前記直交方向に移動させるステージ部と、
前記ステージ部を駆動する駆動部と、
入力を受けた移動指令に対応する移動量で前記ステージ部が前記直交方向に移動するよう前記駆動部の駆動を制御する駆動制御部と、
前記移動指令を求める演算部と、
前記被測定物の表面に対する前記プローブの押し付け圧を検出する検出部と、を備え、
前記演算部は、
前記検出部により検出された押し付け圧と目標押し付け圧との差分を打ち消すように補償する仮移動指令を演算する仮移動指令演算処理と、
前記走査位置指令を二階微分した加速度を演算する加速度演算処理と、
前記被測定物の表面の理想形状である基準表面において前記走査位置指令に対応する位置での前記走査方向に対する前記基準表面の傾斜角度、及び前記加速度に基づき、前記走査位置指令に対応する位置での前記プローブの前記直交方向の変位量を推定する推定処理と、
前記仮移動指令に前記変位量を加算して前記移動指令を求める移動指令演算処理と、を実行することを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記推定処理において、前記加速度になると推定される推定時刻を所定時間遅延させ、遅延させた前記加速度の推定時刻と同じ推定時刻における前記傾斜角度の正接を前記加速度に乗算し、該乗算した値を用いて、遅延させた前記加速度の推定時刻と同じ推定時刻における前記変位量を推定することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
先端を被測定物の表面に接触させるプローブと、前記プローブを走査方向に対して直交する直交方向に付勢する付勢部材と、前記付勢部材を介して前記プローブを支持し、前記直交方向に移動して前記プローブを前記直交方向に移動させるステージ部と、前記ステージ部を駆動する駆動部と、入力を受けた移動指令に対応する移動量で前記ステージ部が前記直交方向に移動するよう前記駆動部の駆動を制御する駆動制御部と、前記被測定物の表面に対する前記プローブの押し付け圧を検出する検出部と、を有し、走査位置指令に従って前記プローブを走査させて前記被測定物の表面形状を測定する形状測定装置の制御方法において、
前記検出部により検出された押し付け圧と目標押し付け圧との差分を打ち消すように補償する仮移動指令を演算する仮移動指令演算工程と、
前記走査位置指令を二階微分した加速度を演算する加速度演算工程と、
前記被測定物の表面の理想形状である基準表面において前記走査位置指令に対応する位置での前記走査方向に対する前記基準表面の傾斜角度、及び前記加速度に基づき、前記プローブの前記直交方向の変位量を推定する推定工程と、
前記仮移動指令に前記変位量を加算して前記移動指令を求める移動指令演算工程と、を備えたことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブの先端を被測定物の表面に接触させ、一定の時間間隔で指令された走査位置指令に従ってプローブを走査させて被測定物の表面形状を測定する形状測定装置及び形状測定装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プローブの先端を被測定物の表面に接触させ、一定の時間間隔で指令された走査位置指令に従ってプローブを走査させて被測定物の表面形状を測定する形状測定装置が知られている。
【０００３】
この種の形状測定装置では、ばね等の付勢部材によりプローブを付勢してプローブ先端を被測定物の表面に押圧させている。この状態でプローブを走査することにより、プローブは表面形状に追従して上下に移動する。
【０００４】
プローブの押し付け圧が変化すると、被測定物の表面形状の変化、プローブの倒れといったプローブの姿勢の変化、又はプローブの変形が生じ、被測定物の表面形状の測定精度が低下する。そのため、プローブの押し付け圧は、一定であるのが好ましい。
【０００５】
そこで、従来の形状測定装置は、付勢部材を介してプローブを支持するステージ部を有し、プローブの押し付け圧及びステージ部の速度を検出し、プローブの押し付け圧と目標押し付け圧との差分を補償するように、ステージ部の速度指令を演算している。そして、ステージ部の速度と速度指令との差分を補償するようにステージ部の移動指令を演算し、移動指令に応じた移動量でステージ部を駆動している。このフィードバックループにより、ステージ部を被測定物の表面形状に追従して移動させ、この移動量に基づいて被測定物の表面形状を測定している。
【０００６】
従来、表面形状の測定精度を更に向上させるために、検出したプローブの押し付け圧を微分した速度情報を用いて、フィードフォワード要素を作成するフィードフォワードループを、フィードバックループに付加したものが提案されている（特許文献１参照）。このフィードフォワードループは、プローブ現在位置信号（つまり、プローブの押し付け圧）を微分回路により微分してプローブの速度を求め、速度フィードバックマイナーループの速度指令に加算するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２１９７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の従来例では、フィードフォワード要素の作成にプローブの押し付け圧を用いているが、プローブの押し付け圧と目標押し付け圧との差分（以下、プローブ偏差という）の発生を検出するまでに時間を要する。この遅れ時間が積み重なり、フィードフォワード要素をプローブ制御系であるフィードバックループの目標値に加えるまでに時間遅れが生じるため、フィードフォワード要素が加わる前にプローブが動き、プローブ偏差が発生する。このプローブ偏差は、被測定物の表面形状に傾斜すなわち変化がある箇所において発生する。
【０００９】
近年、半導体露光装置の高集積化技術に伴い、縮小投影用レンズの単体レンズの高性能化が求められており、単体レンズの大口径化、高深度化、及び非球面形状に代表される形状の複雑化が進んでいる。そして、形状測定装置においては、被測定物として、このような複雑な形状のレンズの表面を測定する必要がある。
【００１０】
このような複雑な表面の形状を測定する際、プローブが静止状態から加速して等速状態になる間（過渡状態）で発生するプローブ偏差は特に大きく、このプローブ偏差が等速状態においてもオーバーシュート及びアンダーシュートを繰り返しながら残留する。つまり、プローブの走査速度が変化する際に生じるプローブ偏差により、表面形状の測定誤差が大きくなるという問題がある。
【００１１】
この問題に対して、プローブの走査速度とプローブ偏差の発生とは比例関係にあることから、走査速度を低く抑え、プローブ偏差を低減して、表面形状の測定精度の低下を抑えることが考えられる。
【００１２】
しかし、レンズ等の被測定物の生産工程中に被測定物の表面形状の測定を行う測定工程がある場合、走査速度を低く抑えているので、表面形状の測定時間が増加し、その結果、被測定物の生産性が低下することになる。したがって、被測定物の生産性を低下させずに被測定物の表面形状の測定精度を向上させることが望まれていた。
【００１３】
そこで、本発明は、プローブの走査速度が変化する場合においても、被測定物の表面形状を高精度に測定することができ、測定に要する時間を短縮することができる形状測定装置およびその制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、プローブの先端を被測定物の表面に接触させ、走査位置指令に従って前記プローブを走査させて前記被測定物の表面形状を測定する形状測定装置において、前記プローブを走査方向に対して直交する直交方向に付勢する付勢部材と、前記付勢部材を介して前記プローブを支持し、前記直交方向に移動して前記プローブを前記直交方向に移動させるステージ部と、前記ステージ部を駆動する駆動部と、入力を受けた移動指令に対応する移動量で前記ステージ部が前記直交方向に移動するよう前記駆動部の駆動を制御する駆動制御部と、前記移動指令を求める演算部と、前記被測定物の表面に対する前記プローブの押し付け圧を検出する検出部と、を備え、前記演算部は、前記検出部により検出された押し付け圧と目標押し付け圧との差分を打ち消すように補償する仮移動指令を演算する仮移動指令演算処理と、前記走査位置指令を二階微分した加速度を演算する加速度演算処理と、前記被測定物の表面の理想形状である基準表面において前記走査位置指令に対応する位置での前記走査方向に対する前記基準表面の傾斜角度、及び前記加速度に基づき、前記走査位置指令に対応する位置での前記プローブの前記直交方向の変位量を推定する推定処理と、前記仮移動指令に前記変位量を加算して前記移動指令を求める移動指令演算処理と、を実行することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、先端を被測定物の表面に接触させるプローブと、前記プローブを走査方向に対して直交する直交方向に付勢する付勢部材と、前記付勢部材を介して前記プローブを支持し、前記直交方向に移動して前記プローブを前記直交方向に移動させるステージ部と、前記ステージ部を駆動する駆動部と、入力を受けた移動指令に対応する移動量で前記ステージ部が前記直交方向に移動するよう前記駆動部の駆動を制御する駆動制御部と、前記被測定物の表面に対する前記プローブの押し付け圧を検出する検出部と、を有し、走査位置指令に従って前記プローブを走査させて前記被測定物の表面形状を測定する形状測定装置の制御方法において、前記検出部により検出された押し付け圧と目標押し付け圧との差分を打ち消すように補償する仮移動指令を演算する仮移動指令演算工程と、前記走査位置指令を二階微分した加速度を演算する加速度演算工程と、前記被測定物の表面の理想形状である基準表面において前記走査位置指令に対応する位置での前記走査方向に対する前記基準表面の傾斜角度、及び前記加速度に基づき、前記プローブの前記直交方向の変位量を推定する推定工程と、前記仮移動指令に前記変位量を加算して前記移動指令を求める移動指令演算工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、プローブの走査速度が変化する場合においても、被測定物の表面形状を高精度に測定することができ、測定に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置の説明図であり、（ａ）は形状測定装置の概略構成を示す模式図、（ｂ）は被測定物の表面に対するプローブの走査軌跡の一例を示す平面図である。
【図２】下位コントローラの制御ブロック図である。
【図３】演算部の演算処理による制御方法を示すフローチャートである。
【図４】被測定物の説明図であり、（ａ）は被測定物の側断面図、（ｂ）は被測定物の平面図である。
【図５】形状測定動作と発生するプローブ偏差との関係を示す図であり、（ａ）はフィードフォワード制御を行なわなかった場合を示す図、（ｂ）及び（ｃ）はフィードフォワード制御を行なった場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る形状測定装置の説明図であり、図１（ａ）は、形状測定装置の概略構成を示す模式図、図１（ｂ）は、被測定物の表面に対するプローブの走査軌跡の一例を示す平面図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、形状測定装置１００は、接触式のプローブ２０１を備えている。形状測定装置１００は、プローブ２０１の先端２０１ａを被測定物Ｗの表面Ｗａに接触させ、一定の時間間隔で指令された走査位置指令に従ってプローブ２０１を走査方向に走査させて被測定物Ｗの三次元の表面形状を測定する。被測定物Ｗは、剛体物体であり、例えばガラスレンズや金型である。
【００２０】
本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、プローブ２０１を破線で示すように走査する。この図１（ｂ）におけるＸ方向を主走査方向、Ｘ方向に直交するＹ方向を副走査方向とし、これら二方向（ＸＹ方向）を走査方向とする。被測定物Ｗは不図示の固定ステージに固定され、プローブ２０１がＸＹ方向に移動することで、プローブ２０１を被測定物Ｗに対して相対的に走査させている。なお、プローブ２０１をＸＹ方向に移動しないように固定し、被測定物ＷをＸＹ方向に移動させて、プローブ２０１を被測定物Ｗに対して相対的に走査させてもよい。また、走査方向は、これに限定するものではなく、例えば被測定物Ｗの表面Ｗａの径方向を主走査方向、径方向に直交する周方向を副走査方向としてもよい。
【００２１】
形状測定装置１００は、プローブ２０１の基端２０１ｂに取り付けられた反射ミラー２０２と、プローブ２０１を支持する付勢部材としてのばね２０３とを備えている。また、形状測定装置１００は、更にプローブ２０１、反射ミラー２０２及びばね２０３を支持するプローブ支持体２０４と、プローブ支持体２０４を支持するＺ方向可動ステージ２０５と、Ｚ方向可動ステージ２０５を支持するガイド２０６と、を備えている。このガイド２０６は、例えばリニアガイドである。
【００２２】
本実施形態では、プローブ支持体２０４及びＺ方向可動ステージ２０５によりステージ部２２０が構成されており、プローブ２０１は、ばね２０３を介してステージ部２２０に支持されている。そして、ステージ部２２０は、走査方向（ＸＹ方向）に対して直交する直交方向（Ｚ方向）に移動して、プローブ２０１をＺ方向に移動させる。ばね２０３は、例えば板ばねであり、プローブ２０１の先端２０１ａを表面Ｗａに接触させてステージ部２２０をＺ方向に平行な押し付け方向に移動させたときに、プローブ２０１を押し付け方向に付勢する。
【００２３】
また、形状測定装置１００は、更にＺ方向可動ステージ２０５をＺ方向に移動可能に支持するＺ方向固定ステージ２０７を備えている。また、形状測定装置１００は、更にＺ方向固定ステージ２０７に取りつけられた駆動部としての回転モータであるサーボモータ２０８と、サーボモータ２０８に取り付けられたエンコーダ２０９とを備えている。サーボモータ２０８は、ステージ部２２０のＺ方向可動ステージ２０５をＺ方向に駆動する。
【００２４】
また、形状測定装置１００は、更にサーボモータ２０８の回転運動をＺ方向の直線運動に変換するボールねじ２１０と、被測定物Ｗの表面Ｗａに対するプローブ２０１の押し付け圧を検出する検出部としての変位計２１１とを備えている。この変位計２１１は、例えば非接触式レーザー変位計である。ここで、プローブ２０１のステージ部２２０に対する相対的なＺ方向の移動量は、プローブ２０１の押し付け圧に比例しているので、変位計２１１は、プローブの押し付け圧として、ステージ部２２０に対するプローブ２０１の相対位置変位を検出する。なお、本実施形態では、検出部が、押し付け圧を間接的に検出する変位計２１１である場合について説明したが、これに限定するものではなく、押し付け圧を間接的に検出する光学スケール等のスケールや押し付け圧を直接的に検出する圧力センサ等であってもよい。
【００２５】
また、形状測定装置１００は、更にＺ方向固定ステージ２０７を走査方向に可動する走査方向ステージ２１２と、走査方向ステージ２１２を支持する固定架台２１３と、装置全体を制御する制御装置３００と、を備えている。
【００２６】
制御装置３００は、上位コントローラ３０１と、上位コントローラ３０１に接続された下位コントローラ３０２，３０３と、を有している。
【００２７】
上位コントローラ３０１は、下位コントローラ３０２，３０３を制御するものである。上位コントローラ３０１は、下位コントローラ３０３に一定の時間間隔で走査位置指令を出力する。下位コントローラ３０３は、上位コントローラ３０１に一定の時間間隔で指令された走査位置指令に従ってプローブ２０１（即ち走査方向ステージ２１２）を走査方向に移動させる。
【００２８】
下位コントローラ３０２は、ステージ部２２０を降下させてプローブ２０１の先端２０１ａを被測定物Ｗの表面Ｗａに押し当て、変位計２１１によって検出された押し付け圧（距離）が目標押し付け圧（目標距離）となるようにサーボモータ２０８を制御する。つまり、下位コントローラ３０２は、ばね２０３によりステージ部２２０に対するプローブ２０１の位置が一定距離に変位した状態、すなわち被測定物Ｗの表面Ｗａに対するプローブ２０１の押圧力が一定となる状態にサーボモータ２０８を制御する。以下、この制御をプローブ制御という。そして、下位コントローラ３０２は、プローブ２０１の走査を行っている最中にプローブ制御を実行し、被測定物Ｗの表面にプローブ２０１（即ちステージ部２２０）を追従させることで表面形状の測定を行う。
【００２９】
なお、本実施形態では、制御装置３００が２つの下位コントローラ３０２，３０３を有する場合について説明したが、１つの下位コントローラを有し、この１つの下位コントローラが２つの下位コントローラ３０２，３０３の機能を有していてもよい。
【００３０】
図２は、下位コントローラ３０２の制御ブロック図である。下位コントローラ３０２は、走査位置指令入力部３１１と、演算部３１２と、駆動制御部としてのアンプ３１３と、を有している。
【００３１】
上位コントローラ３０１は、下位コントローラ３０２の走査位置指令入力部３１１に、一定の時間間隔で下位コントローラ３０３に出力する予定の走査位置指令Ｐのデータを出力する。本実施形態では、上位コントローラ３０１は、走査位置指令Ｐのデータを全て一括して出力する。
【００３２】
走査位置指令入力部３１１は、例えばデジタル入力ボードやＡＤボードである。走査位置指令入力部３１１は、上位コントローラ３０１からの走査位置指令Ｐの入力を受ける。各走査位置指令Ｐには、下位コントローラ３０３に出力すると推定される推定時刻が対応付けられている。
【００３３】
演算部３１２は、アンプ３１３に出力する移動指令ｍを演算する。アンプ３１３は、入力を受けた移動指令ｍに対応する移動量でステージ部２２０がＺ方向に移動するようサーボモータ２０８の駆動を制御するモータドライバである。
【００３４】
演算部３１２は、ＣＰＵであり、不図示のメモリに記録されたプログラムに従って各種演算処理を実行する各部として機能する。具体的に説明すると、演算部３１２は、目標押し付け圧設定部３２１、減算部３２２、プローブ移動量制御部３２３、二階微分演算部３２４、絶対値演算部３２５、遅延部３２６、ゲイン設定部３２７、傾斜演算部３２８及び加算部３２９として機能する。なお、本実施形態では、演算部３１２の各部は、ソフトウェア（プログラム）を実行することにより機能するＣＰＵで構成されるものとしたが、アナログデバイス等のハードウェアにより構成されていてもよい。
【００３５】
目標押し付け圧設定部３２１は、予め決められた一定値である目標押し付け圧ｄ１を設定する。減算部３２２は、目標押し付け圧ｄ１と、変位計２１１により検出された現在の押し付け圧ｄ２との差分であるプローブ偏差Δｄを得る。
【００３６】
プローブ移動量制御部３２３は、プローブ偏差Δｄを打ち消すように補償する、プローブ２０１の移動量（操作量）に対応する仮移動指令ｍ１を、ＰＩＤ演算により求める仮移動指令演算処理を実行する。
【００３７】
以上の目標押し付け圧設定部３２１、減算部３２２、プローブ移動量制御部３２３によりフィードバック制御系３４０が構成されている。なお、フィードバック制御系３４０は、例えばマイナーループを組み合わせることで構成することも可能である。
【００３８】
二階微分演算部３２４は、走査位置指令入力部３１１から得た走査位置指令Ｐを二階微分した加速度（走査位置指令加速度）αを演算する加速度演算処理を実行する。
【００３９】
本実施形態では、上位コントローラ３０１は、被測定物Ｗの表面Ｗａの理想形状である基準表面において走査位置指令Ｐに対応する位置でのＸＹ方向（ＸＹ平面、走査平面）に対する基準表面の傾斜角度θを取得している。例えば、上位コントローラ３０１は、基準原器の基準表面を予め形状測定した結果を持っている。
【００４０】
そして、本実施形態では、絶対値演算部３２５、遅延部３２６、ゲイン設定部３２７及び傾斜演算部３２８が、傾斜角度θ及び加速度αに基づき、走査位置指令Ｐに対応する位置でのプローブ２０１のＺ方向の変位量を推定する推定処理を実行する。つまり、遅延部３２６、ゲイン設定部３２７及び傾斜演算部３２８が、推定処理を実行する推定部３３０として機能する。
【００４１】
以下、具体的に説明すると、絶対値演算部３２５は、加速度αを絶対値化するものである。つまり、絶対値演算部３２５は、加速度αの大きさを求める。
【００４２】
遅延部３２６は、絶対値化した加速度αをプローブ偏差Δｄの発生タイミングにそろえるための遅延時間を設定する。
【００４３】
ゲイン設定部３２７は、遅延させた加速度αをプローブ偏差Δｄの振幅にそろえるための重みづけをする。
【００４４】
傾斜演算部３２８は、上位コントローラ３０１から通信により傾斜角度θの情報を入力する。そして、傾斜演算部３２８は、所定時間遅延させた加速度αに重みづけをした値を傾斜角度θと関係づけるために、所定時間遅延させた加速度αに重みづけをした値に傾斜角度θの正接（ｔａｎθ）を乗算する。これにより、押し付け方向加速度に比例したフィードフォワード要素ｍ２を得る。このフィードフォワード要素ｍ２は、各走査位置指令Ｐに対応する位置でのプローブ２０１のＺ方向の変位量である。
【００４５】
加算部３２９は、フィードフォワード要素ｍ２を仮移動指令ｍ１に加算して、移動指令ｍを求める移動指令演算処理を実行するものである。
【００４６】
以上の走査位置指令入力部３１１、二階微分演算部３２４、絶対値演算部３２５、遅延部３２６、ゲイン設定部３２７、傾斜演算部３２８、及び加算部３２９により、フィードフォワード制御系３５０が構成されている。なお、フィードフォワード制御系３５０は、遅延部３２６、ゲイン設定部３２７及び傾斜演算部３２８を一組として、並列に複数有していてもよい。
【００４７】
演算部３１２は、得られたプローブ操作量である移動指令ｍをＤＡ変換によりアナログ信号に変換し、アナログ信号をアンプ３１３へ出力することで、サーボモータ２０８の動作を制御する。
【００４８】
図３は、演算部３１２の演算処理による制御方法を示すフローチャートである。図３に示すように、演算部３１２は、上位コントローラ３０１から走査位置指令Ｐを取得し（Ｓ１０１）、傾斜角度θの情報を取得する（Ｓ１０２）。また、演算部３１２は、変位計２１１から現在の押し付け圧ｄ２の情報を取得する（Ｓ１０３）。
【００４９】
演算部３１２は、変位計２１１により検出された押し付け圧ｄ２と目標押し付け圧ｄ１との差分を打ち消すように補償する仮移動指令ｍ１を演算する（Ｓ１０４：仮移動指令演算工程）。また、演算部３１２は、走査位置指令Ｐを二階微分した加速度αを演算する（Ｓ１０５：加速度演算工程）。次に、演算部３１２は、傾斜角度θ及び加速度αに基づき、プローブ２０１のＺ方向の変位量ｍ２を推定する（Ｓ１０６：推定工程）。次に、演算部３１２は、仮移動指令ｍ１に変位量ｍ２を加算して移動指令ｍを求める（Ｓ１０７：移動指令演算工程）。
【００５０】
図４は、被測定物Ｗの説明図であり、図４（ａ）は、被測定物Ｗの側断面図、図４（ｂ）は、被測定物Ｗの平面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、被測定物Ｗには凹面形状の表面Ｗａが設けられている。凹面形状の表面Ｗａは、曲率半径Ｒを有し、被測定物Ｗの形状測定領域は測定半径Ｒｍである。被測定物Ｗの傾斜角度θは、曲率半径Ｒと測定半径Ｒｍとの正弦をとることで得られる。
【００５１】
図５は、形状測定動作と発生するプローブ偏差との関係を示す図である。図５（ａ）は、フィードフォワード制御を行なわなかった場合を示す図、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、フィードフォワード制御を行なった場合を示す図である。
【００５２】
図５（ａ）に示すように、傾斜角度θを有する被測定物Ｗにプローブ制御中の形状測定装置１００が、タイミングｔ１で走査方向ステージ２１２の移動を開始し、プローブ２０１の走査加速度αと速度ｖとが発生する。被測定物Ｗの表面Ｗａの傾斜角度θによってプローブ２０１の押し付け圧ｄ２に変化が生じるため、走査加速度αの発生に遅れたタイミングｔ２でプローブ偏差Δｄ’が発生する。ステージ２１２がタイミングｔ３で加速状態Ｓ１から等速状態Ｓ２に入るが、プローブ偏差Δｄ’は等速状態Ｓ２に入っても収束せず、オーバーシュートｄｏを何度か起こしてしばらく経過したタイミングｔ４近傍で収束する。
【００５３】
次に図５（ｂ）を参照して、プローブ偏差Δｄ’を打ち消すフィードフォワード要素の作成方法について説明する。フィードフォワード要素の基となる走査加速度αに所定時間Δｔの遅延を設定し、走査加速度αの曲線の頂点の位相をそろえる。傾斜角度θの正接ｔａｎθを乗算によって押し付け方向加速度へと変換の後、重みΔｗを掛けることで、走査加速度αの振幅をそろえる。以上の処理からフィードフォワード要素ｍ２が得られる。つまり、演算部３１２は、推定処理において、加速度αになると推定される推定時刻を所定時間Δｔ遅延させる。そして、演算部３１２は、所定時間遅延させた加速度αの推定時刻と同じ推定時刻における傾斜角度θの正接ｔａｎθを加速度αに乗算し、この乗算した値を用いて、遅延させた加速度αの推定時刻と同じ推定時刻における変位量ｍ２を推定する。
【００５４】
次に図５（ｃ）を参照して、低減したプローブ偏差Δｄを得るフィードフォワード要素ｍ２の様子について説明する。フィードフォワード要素ｍ２をプローブ制御の目標値となる仮移動指令ｍ１に加えることで、ステージ部２２０の移動量が多くなり、サーボモータ２０８の動作量が多くなる。すなわちフィードフォワード制御による補償動作により、図５（ｃ）に示すように、プローブ偏差Δｄ’よりも低減したプローブ偏差Δｄとなる。
【００５５】
以上、本実施形態では、フィードフォワード要素ｍ２の演算として、ＸＹ方向の実際の走査位置ではなく、走査位置指令を用いているので、加算部３２９によるフィードフォワード要素ｍ２の加算処理が早くなり、プローブ偏差Δｄを低減することができる。特に、走査速度が変化する表面Ｗａの端部において効果的にプローブ偏差Δｄを低減することができる。したがって、プローブ２０１の走査速度が変化する場合においても、被測定物Ｗの表面形状を高精度に測定することができ、測定に要する時間を短縮することができる。
【００５６】
また、予め上位コントローラ３０１の情報を基にプローブ偏差Δｄ’の振幅の大きさ及び発生のタイミングを把握できる。それによって、加速度のフィードフォワード要素ｍ２をプローブ偏差Δｄ’の波形に近似させることが可能となり、従来よりも更にプローブ偏差Δｄを抑制して、形状測定データ誤差を低減することができる。また、押し付け方向に形状が急変する被測定物Ｗの表面形状を測定する時に発生する大きなプローブ変動へステージ部２２０を追従させることが可能となり、従来よりも形状測定データの誤差を低減することができる。また、被測定物Ｗからプローブ２０１の飛び離れもしくは押込まれ過ぎを低減でき、追従性のよい高精度なプローブ制御方法が可能となり、形状測定データの誤差を低減することができる。また、プローブ制御系である下位コントローラ３０２が走査制御系である下位コントローラ３０３の測定条件を把握できる。これによって、ステージ２１２が静止状態から加速して等速状態になる間（過渡状態）で発生するプローブ偏差Δｄの等速状態への残留が減少する。そのため、被測定物Ｗの変形及びプローブ２０１の倒れといった姿勢の変化及びプローブ２０１の変形が減少するため、形状測定データの被測定物Ｗの表面Ｗａの端部で誤差が減少する。
【００５７】
また、プローブ制御系である下位コントローラ３０２に下位コントローラ３０３の動作周期でフィードフォワード遅れ時間を設定できる。そのため、更に精度よいタイミングでフィードフォワード要素をフィードバック制御系３４０の目標値に入力できるので、プローブ偏差Δｄが低減する。
【００５８】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１００…形状測定装置、２０１…プローブ、２０１ａ…先端、２０３…ばね（付勢部材）、２０８…サーボモータ（駆動部）、２１１…変位計（検出部）、２２０…ステージ部、３０２…下位コントローラ、３１２…演算部、３１３…アンプ（駆動制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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