(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を、参照光と、ワークに照射される測定光とに分離する分離光学系と、
前記ワークにより反射された前記測定光と前記参照光とを合成する合成光学系と、
複数の画素を有し、前記合成光学系により合成された合成光を受光する受光素子と、
ワーク載置部を有し、当該ワーク載置部により所定の仮想面を構成する少なくとも３点で前記ワークの一面側を保持するワークホルダと、
を備え、
前記ワーク載置部は、前記受光素子の各画素に投影された当該ワーク載置部の影の面積が前記各画素の面積未満となるサイズである
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定装置において、
前記ワーク載置部は、線形状を有し、かつ複数設けられ、
複数の前記ワーク載置部は、前記仮想面において略平行に設けられている
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の形状測定装置において、
前記ワーク載置部は、線形状を有し、かつ複数設けられ、
複数の前記ワーク載置部は、前記仮想面において網目状に設けられている
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
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装置において、
前記分離光学系により分離された前記測定光は、前記ワーク載置部により保持された前記ワークの一面側から照射され、
当該形状測定装置は、
第二光源と、前記第二光源からの光を前記ワークの一面側とは反対側の他面側に照射される第二測定光と、第二参照光とに分離する第二分離光学系と、
前記ワークの他面側により反射された前記第二測定光と前記第二参照光とを合成する第二合成光学系と、複数の画素を有し、前記第二合成光学系により合成された合成光を受光する第二受光素子と、を備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
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装置において、
前記光源からの光を、前記ワーク載置部により保持される前記ワークの一面側に照射される第一光と、前記ワークの一面側とは反対側の他面側に照射される第二光とに分離する光路分離光学系を備えた
ことを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの表面形状を測定する形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からの光を、参照光と、ワークに照射する測定光とに分離し、ワークで反射された測定光と、参照光とを合成した合成光（干渉光）の干渉縞を測定することでワークの表面形状を測定する形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３２３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載のような表面形状測定装置を用いて、ウエハやゲージブロック等の比較的表面が平滑な薄いワークの表面におけるうねりや反り等の巨視的形状を測定したり、ワークの厚みムラを測定したりする場合がある。このようなワークのうねりや反り、厚みムラは、特に、ワーク加工時におけるクランプ等による残留応力に起因して生じることが多く、これらの形状測定は、最終製品形状の評価を行う上で、また、加工工程管理においても重要な評価項目となる。
【０００５】
図１６（Ａ）は、ワーク１００の表面のうねりや反りを示す図であり、図１６（Ｂ）は、ワーク１００の厚みムラを示す図である。
上述した特許文献１の形状測定装置を用いて、図１６に示すようなワーク１００のうねりや反り、厚みムラを測定する場合、ワーク１００の表面１０１と裏面１０２の表面形状に対してそれぞれ測定光を照射し、反射された測定光と参照光とを合成した光の干渉縞を測定することになる。ここで、上記のような最終製品形状の評価や、加工工程管理における評価として、ワーク１００の形状測定を実施する場合、ワーク１００の形状が自然に保たれた状態（例えば平板にクランプで沿わせる等の操作が行われず、矯正されていない状態）で実施されることが好ましい。ワーク１００を保持する方向として、裏表面１０１，１０２が鉛直方向に略沿うようにワーク１００を鉛直に立て、水平方向から裏表面１０１，１０２に測定光を照射する構成と、裏表面１０１，１０２が水平方向に略沿うようにワーク１００を水平に保持し、鉛直方向から裏表面１０１，１０２に測定光を照射する構成とが考えられる。しかしながら、ワーク１００の裏表面１０１，１０２を鉛直方向に略沿わせる場合、ワーク１００のクランプが必要となり、クランプにより形状が矯正されてしまうので、上記のような最終製品形状の評価や、加工工程管理における評価に対しては不適切である。したがって、ワーク１００の形状矯正を行わないために、ワーク１００を水平方向に保持することが好ましい。
【０００６】
水平方向にワーク１００を保持する場合、図１７に示す構成が考えられる。図１７（Ａ）は、ワーク１００の両端部を支持体１１０により支持した状態を示す図であり、（Ｂ）は、ワーク１００の表裏を逆転させた際の図である。
ワーク１００の表面１０１及び裏面１０２を逆転させると、図１７（Ａ）（Ｂ）に示すように、表面１０１が鉛直上側に位置する場合と、裏面１０２が鉛直上側に位置する場合とで、ワーク１００の重力撓みによって異なる面形状となる。従って、ワーク１００の表面１０１及び裏面１０２の形状を測定するためには、表面１０１及び裏面１０２を同時に測定することが好ましい。しかしながら、この場合でも、支持体１１０によりワーク１００の両端部が支持される構成となるため、ワーク１００の中央部において重力撓みが重畳されてしまい、重力の影響を除外した測定が実施できないとの課題がある。
【０００７】
本発明は、ワークの重力撓みによる影響を除外した精度の高い形状測定を実施可能な形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の形状測定装置は、光源と、前記光源からの光を、参照光と、ワークに照射される測定光とに分離する分離光学系と、前記ワークにより反射された前記測定光と前記参照光とを合成する合成光学系と、複数の画素を有し、前記合成光学系により合成された合成光を受光する受光素子と、ワーク載置部を有し、当該ワーク載置部により所定の仮想面を構成する少なくとも３点で前記ワークの一面側を保持するワークホルダと、を備え、前記ワーク載置部は、前記受光素子の各画素に投影された当該ワーク載置部の影の面積が前記各画素の面積未満となるサイズであることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、ワークホルダは、ワーク載置部により仮想面を構成する少なくとも３点でワークを保持する。すなわち、ワークホルダは、少なくとも、ワーク載置部における所定の２点と、当該２点を結ぶ直線上にない他の１点とに、ワークが載置されることで、ワークを保持する。これは、３点でワークを保持する態様、２点を結ぶ直線と他の１点とでワークを保持する態様、仮想面内の２直線でワークを保持する態様、仮想面内の湾曲線に沿ってワークを保持する態様等を含む。
このような本発明では、仮想面は、ワークを載置する載置面（載置仮想面）となり、ワークの一面側（例えば裏面）は、仮想面に略沿って保持されることになる。従って、例えば図１７に示すように、ワーク１００の両端部の２か所を支持体１１０により支える場合に比べて、ワークの重力をワーク載置部における３点に均等に分散でき、ワークの重量撓みを抑制できる。これにより、精度の高い形状測定を実施できる。
【００１０】
本発明の形状測定装置において、前記分離光学系により分離された前記測定光は、前記ワーク載置部により保持された前記ワークの一面側から前記ワークに照射され、前記ワーク載置部は、前記受光素子の各画素に投影された当該ワーク載置部の影の面積が前記各画素の面積未満となるサイズであることが好ましい。
図１７に示すような従来の支持体１１０を用いた場合では、支持体１１０が設けられた位置に対応するワークの形状測定が実施できない。すなわち、図１７に示すように、ワーク１００の表面１０１に対する形状測定可能範囲Ａ１に対して、裏面１０２に対する形状測定可能範囲Ａ２が小さくなる。
これに対して、本発明では、ワーク載置部の影が受光素子の各画素に投影された場合でも、画素が当該影に完全に覆われることがない。ここで、ワーク載置部の影により、画素の光量（光強度）は低下するが、位相の変化はない。したがって、ワーク載置部の影が受光素子で受光されたとしても、形状測定における影響は小さく、ワークの裏面の例えば全面に対して形状測定を実施することができる。
【００１１】
本発明の形状測定装置において、前記ワーク載置部は、線形状を有し、複数の前記ワーク載置部は、前記仮想面において略平行に設けられていることが好ましい。
本発明では、線形状を有する複数のワーク載置部が略平行に設けられているので、例えばワーク載置部同士が重なり合う部分がなく、受光素子に投影されるワーク載置部の影の面積も小さくなる。したがって、ワーク載置部の影の影響による測定精度の低下を抑制できる。また、ワークの一面側がワーク載置部の線方向に沿って保持されることにより、当該線方向の撓みをより確実に抑制できる。さらに、ワーク載置部の間隔が大きい部分と小さい部分とが混在する場合では、ワーク載置部の間隔が大きい部分においてワークに重力による撓みが発生することがあるが、ワーク載置部が平行に設けられていることで、当該重力撓みを抑制できる。
【００１２】
本発明の形状測定装置において、前記ワーク載置部は、線形状を有し、複数の前記ワーク載置部は、前記仮想面において網目状に設けられていることが好ましい。
本発明では、線形状のワーク載置部が網目状に設けられているので、ワークの重力撓みをより確実に抑制できる。
なお、ワーク載置部が重なり合う部分（例えばＸ方向に沿って設けられたワーク載置部と、Ｙ方向に沿って設けられたワーク載置部との交点）の影が受光素子に投影された際に、当該影が１画素の面積より大きくなる場合があるが、その他の領域が上記のように、投影された影の面積が画素の面積未満となっていれば、測定精度への影響を十分に抑制できる。
【００１３】
本発明の形状測定装置において、前記分離光学系により分離された前記測定光は、前記ワーク載置部により保持された前記ワークの一面側から照射され、当該形状測定装置は、第二光源と、前記第二光源からの光を前記ワークの一面側とは反対側の他面側に照射される第二測定光と、第二参照光とに分離する第二分離光学系と、前記ワークの他面側により反射された前記第二測定光と前記第二参照光とを合成する第二合成光学系と、複数の画素を有し、前記第二合成光学系により合成された合成光を受光する第二受光素子と、を備えていることが好ましい。
本発明では、第二光源、第二分離光学系、第二合成光学系、及び第二受光素子を備えているので、光源、分離光学系、合成光学系、及び受光素子によるワークの一面側（裏面）の形状測定を行うと同時に、ワークの他面側（表面）の形状測定を実施することができる。したがって、ワークの表面及び裏面を測定する際に、ワークの表裏を逆転させたり、ワークの姿勢を変更したりする必要がなく、容易にワークの表裏面の面形状を測定できる。
【００１４】
本発明の形状測定装置において、前記光源からの光を、前記ワーク載置部により保持される前記ワークの一面側に照射される第一光と、前記ワークの一面側とは反対側の他面側に照射される第二光とに分離する光路分離光学系を備えていることが好ましい。
本発明では、上記発明と同様、第一測定光及び第二測定光をそれぞれワークの一面側（裏面）及び他面側（表面）に照射することで、ワークの表裏面の形状測定を同時に行うことができる。また、光源等を２つ用いる必要がなく、構成の簡略化を図れる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、３つ以上のワーク載置部によりワークの重力撓みを抑制でき、重力撓みの影響を除外した精度の高い形状測定を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第一実施形態の形状測定装置の概略構成を示す模式図。
【図２】本実施形態のワークホルダの概略構成を示す図。
【図３】本実施形態において、ワークホルダに保持されたワークの一部を示す図。
【図４】本実施形態の第一受光素子の一部の画素領域を示す図。
【図５】本実施形態において、ワイヤの影が投影されていない画素における干渉光強度と、ワイヤの影が投影された画素における干渉光強度とを示す図。
【図６】ワイヤの影が投影された画素における遮光領域の割合と、干渉縞コントラストとの関係を示す図。
【図７】本実施形態の形状測定装置による形状測定方法を示すフローチャート。
【図８】本実施形態の形状測定装置の第一受光素子により撮像されたワークの裏面の画像の一例を示す図。
【図９】図８の画像の解析により得られたワークの裏面の形状解析結果を示す図。
【図１０】本発明に係る第二実施形態のワークホルダの概略構成を示す図。
【図１１】本発明に係る第三実施形態の形状測定装置の概略構成を示す図。
【図１２】本発明に係る他の実施形態におけるワークホルダの概略構成を示す図。
【図１３】本発明に係る他の実施形態におけるワークホルダの概略構成を示す図。
【図１４】本発明に係る他の実施形態におけるワークホルダの概略構成を示す図。
【図１５】本発明に係る他の実施形態におけるワークホルダの概略構成を示す図。
【図１６】（Ａ）ワークの反りやうねりを示す図、（Ｂ）ワークの厚みムラを示す図。
【図１７】（Ａ）ワークを支持体に載置した際のワーク状態を示す図、（Ｂ）（Ａ）のワークの表裏を逆転させて載置した状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る第一実施形態の形状測定装置１の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態の形状測定装置１は、第一干渉計２と、第二干渉計３と、ワークホルダ４とを備えている。また、形状測定装置１は、第一干渉計２及び第二干渉計３を制御し、かつ、第一干渉計２にて取得された干渉縞情報及び第二干渉計３にて取得された干渉縞情報に基づいて、ワーク１００の形状を解析する図示略の制御装置を備えている。
本実施形態の形状測定装置１は、ワークホルダ４に載置されたワーク１００の裏面１０２（本発明におけるワークの一面側）の面形状を第一干渉計２により測定し、同時に、ワーク１００の表面１０１（本発明におけるワークの他面側）を第二干渉計３により測定する。このような形状測定装置１では、例えばワーク１００の表裏面１０１，１０２を逆転させたり、ワーク１００の姿勢を変更したりすることなく、ワーク１００の表裏面１０１，１０２の面形状を測定することができる。
そして、本実施形態の形状測定装置１は、ワーク１００の表裏面１０１，１０２におけるうねりや反り等の巨視的形状、及びワーク１００の厚み寸法ムラを測定する。なお、本実施形態の形状測定装置１では、いかなる形状のワーク１００をも対象とすることができるが、特に、例えばウエハやゲージブロック等の比較的表面形状が平滑であり、厚み寸法が所定値以下となる薄いワーク１００に対して有効である。
【００１８】
［第一干渉計の構成］
第一干渉計２は、第一光源２１と、第一導光光学系２２と、第一参照体２３と、第一受光素子２４と、を含んで構成されている。
第一光源２１は所定波長の光を出射する。
第一導光光学系２２は、例えば、レンズ２２１,２２３、及びビームスプリッタ２２２等の光学部材により構成されている。
レンズ２２１は、第一光源２１からの光束の光路径を拡大してビームスプリッタ２２２側に透過させる。レンズ２２３は、レンズ２２１により拡大された光路径の光束を平行光束にして第一参照体２３側に出射させる。また、レンズ２２３は、第一参照体２３からの平行光束の光路径を縮小させてビームスプリッタ２２２側に透過させる。
ビームスプリッタ２２２は、第一光源２１からの光を透過させ、ワーク１００又は第一参照体２３により反射された光を第一受光素子２４側に反射させる。ビームスプリッタ２２２としては、ハーフミラーや偏光ビームスプリッタ等を利用できる。偏光ビームスプリッタを用いる場合では、第一光源２１及びビームスプリッタ２２２の間に偏光板又は偏光変換素子を挿入し、ビームスプリッタ２２２及び第一参照体２３の間にλ／４板を挿入すればよい。ハーフミラーを用いる場合は、偏光板等の光学部材が不要となり構成の簡略化を図れる。
【００１９】
第一参照体２３は、第一導光光学系２２からの光を、測定光（第一測定光）及び参照光（第一参照光）に分離する。すなわち、第一参照体２３は、参照面２３１（図３参照）を有し、第一導光光学系２２からの光の一部を参照面２３１により反射させて第一参照光とし、残りを透過させて第一測定光とする。また、第一参照体２３は、ワーク１００により反射された第一測定光と、参照面２３１により反射された第一参照光とを合成し、合成光を第一導光光学系２２側に導く。従って、第一参照体２３は、本発明の分離光学系及び合成光学系として機能する。
第一受光素子２４は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサにより構成されており、複数の画素（ピクセル）で、ビームスプリッタ２２２により反射された光（第一測定光及び第一参照光の合成光）を受光する。
また、第一干渉計２は、ワークホルダ４の傾斜角度を変更するチルト機構（図示略）等を備える。
【００２０】
［第二干渉計の構成］
第二干渉計３は、第一干渉計２と同様の構成を有し、第二光源３１と、第二導光光学系３２と、第二参照体３３と、第二受光素子３４と、を含んで構成されている。また、第二導光光学系３２は、例えばレンズ３２１,３２３、及びダイクロイックミラー３２２等の光学部材により構成されている。各部材の構成は、第一干渉計２と同一又は略同一であるため、ここでの説明は省略する。
【００２１】
［ワークホルダの構成］
図２は、本実施形態におけるワークホルダ４の概略構成を示す図である。図３は、ワークホルダ４に保持されたワーク１００の一部を示す図である。
ワークホルダ４は、図２に示すように、枠体４１と、複数のワイヤ４２とにより構成されている。
枠体４１は、例えば環状形状を有し、複数のワイヤ４２の両端部を支持する支持部４３を有する。
ワイヤ４２は、本実施形態におけるワーク載置部である。これらのワイヤ４２は、図２に示すように、互いに平行になるように、枠体４１の支持部４３に固定され、撓みがない様に張られている。また、ワイヤ４２は、載置するワーク１００の重量にもよるが、ワーク１００の重量に対する撓みが所定の閾値以下となる引張強度を有する素材により構成されている。
そして、ワークホルダ４は、これらの複数のワイヤ４２の上端部により、ワーク１００の裏面１０２を一定間隔で線接触して保持する。つまり、本実施形態では、ワーク１００の両端部間を少なくとも３つ以上のワイヤ４２で保持するものであり、複数のワイヤ４２の上端面により構成された仮想面４２１（図３参照）上に、ワーク１００が載置される状態となるため、図１７に示す従来の支持体１１０のようなワーク１００の撓みが抑制される。
【００２２】
そして、このワイヤ４２の径寸法は、第一受光素子２４により観察された際に、当該ワイヤ４２の影が測定精度に影響を与えない程度に十分に小さく形成されている。
以下、ワイヤ４２の径寸法について、より詳細に説明する。
【００２３】
図４は、第一受光素子２４を構成する一部の画素領域と、当該画素領域に投影されたワイヤ４２の影を示す図である。
図３に示すように、本実施形態では、第一参照体２３を透過した第一測定光は、ワークホルダ４に載置されたワーク１００の裏面１０２側に到達する。この際、ワーク１００を支持（載置）する各ワイヤ４２に光が遮られることで、図４に示すように、第一受光素子２４にワイヤ４２の影が投影され、遮光領域２４２となる。
【００２４】
ここで、ワイヤ４２の影が第一受光素子２４の画素２４１を完全に覆う場合、当該画素２４１において、第一測定光及び第一参照光の合成光の干渉情報（干渉縞）を取得することができず、干渉縞の不連続が生じる。一般に光波干渉計に用いられる光源の光は単波長であるため相対測定となり、干渉縞の不連続が生じると、形状の連続性が担保できず、位相アンラップが困難となる。この場合、影部を別途処理するために、領域判別処理や、スプライン関数フィッティング等による内挿や外挿を行う必要が生じ、演算量の増加、処理の複雑化を招く。特に、ワーク１００に、凹凸が多い場合や、面が傾斜している場合では、線密度が高くなるので、上記のような干渉縞の不連続性による影響が大きくなる。
【００２５】
そこで、本実施形態では、以下のようにして、ワイヤ４２の径寸法を設定して、測定への影響を低減する。
ワイヤ４２による遮光がない場合では、第一受光素子２４の１画素２４１に到達する光の光量Ｉ（干渉光強度）は、以下の（１）式のようになる。
【００２６】
【数１】
0006482251.tif 000002
【００２７】
（１）式において、Ｐｒｅｆは、第一参照体２３に反射された第一参照光の光量、Ｐｏｂｊは、ワーク１００に反射された第一測定光の光量であり、φは、第一測定光及び第一参照光の光路長差に起因する位相、Ｂｉａｓはバイアス成分、Ａｍｐは振幅を示す。
【００２８】
一方、ワイヤ４２による遮光がある場合、１画素２４１における遮光領域２４２の割合がｗ（ただし、０≦ｗ≦１）とすると、ワーク１００により反射された第一測定光の光量Ｐ´ｏｂｊは、Ｐ´ｏｂｊ＝（１−ｗ）Ｐｏｂｊとなる。
したがって、干渉光強度Ｉ´は、以下の（２）式に示す値となる。
【００２９】
【数２】
0006482251.tif 000003
0006482251.tif 000004
0006482251.tif 000005
【００３０】
図５は、本実施形態において、ワイヤ４２の影が投影されていない画素２４１における干渉光強度と、ワイヤ４２の影が投影された画素２４１における干渉光強度とを示す図である。
（１）式及び（２）式の比較と、図５とに示すように、ワイヤ４２の影が画素２４１に投影されて遮光領域２４２となった場合、干渉光強度におけるバイアス成分（Ｂｉａｓ）及び振幅（Ａｍｐ）は低下するが、位相φの変化はない。すなわち、ワイヤ４２が投影された画素２４１においてコントラストは下がるものの、位相φに変化がないことから、（１−ｗ）の値が０より大きければ、位相φが定まり、形状の測定が可能となる。
したがって、本実施形態では、ワイヤ４２の径寸法は、ワイヤ４２が第一受光素子２４の各画素２４１に投影された際に、１−ｗ＞０を満たすサイズに設定されている。
【００３１】
ここで、図６に、ワイヤ４２の影が投影された画素２４１における遮光領域２４２の割合ｗと、干渉縞コントラスト比との関係を示す。
ｗを１から０まで変化させた場合、干渉縞コントラスト比が徐々に低下する。これは、振幅の比（Ａｍｐ´/Ａｍｐ）となる。例えば、ｗが０．５である場合は、干渉縞コントラストが７０％となることを示している。
そこで、本実施形態では、形状測定装置における測定精度に基づいて、干渉縞コントラストの閾値Ｔｈを設定し、ワイヤ４２の径寸法を設定する。例えば、Ｔｈ≧０．７である場合、第一受光素子２４の画素２４１における遮光領域２４２が０から０．５となるように、ワイヤ４２の径寸法を設定する。より具体的には、閾値Ｔｈを設定し、各画素２４１の画素サイズ、アスペクト比、第一導光光学系２２等の各光学部材の光学倍率等に基づいて、ワイヤ４２の径寸法を設定する。なお、ワイヤ４２の径寸法が固定されている場合では、例えば、各画素２４１の画素サイズを変更してもよく、ワイヤ４２の影が第一受光素子２４に投影された際に遮光領域２４２の割合ｗが小さくなる光学倍率の光学部材を第一導光光学系２２に用いたりしてもよい。
【００３２】
［形状測定方法］
上記形状測定装置１を用いた形状測定方法について説明する。
図７は、形状測定装置１による形状測定方法を示すフローチャートである。
図７に示すように、本実施形態の形状測定装置１を用いた形状測定方法では、第一光源及び第二光源を点灯させて出射光を安定させる。そして、ワークホルダ４のワイヤ４２上にワーク１００を載置する（ステップＳ１）。
次に、制御装置は、第一受光素子２４及び第二受光素子３４において受光された（撮像された）干渉縞情報を取得する（ステップＳ２）。すなわち、第一受光素子２４の各画素２４１、第二受光素子３４の各画素における干渉光強度を取得する。
そして、制御装置は、第一受光素子２４にて取得された干渉縞情報により、ワーク１００の裏面１０２の面形状を解析し、第二受光素子３４にて取得された干渉縞情報により、ワーク１００の表面１０１の面形状を解析する（ステップＳ３）。これにより、ワーク１００の表裏面１０１，１０２の形状を同時に測定することができる。
【００３３】
図８は、本実施形態に第一受光素子２４により撮像されたワーク１００の裏面１０２の画像の一例を示す図である。図９は、図８の画像（干渉縞情報）に基づいて、制御装置により解析されたワーク１００の裏面１０２の面形状を示す図である。
本実施形態では、上述のようにワイヤ４２の径寸法を、干渉縞コントラストが閾値Ｔｈ以上となるように（図６の例では、遮光領域２４２の割合ｗが０．５以下となるように）設定している。このため、図８に示すように、ワイヤ４２の影がほぼ観察されず、測定への影響が低減されている。従って、図９に示すように、不連続な測定結果ではなく、連続した面形状の測定結果を取得することができ、ワーク１００の巨視的形状を良好に測定することが可能となる。また、不連続な測定結果がないため、裏面１０２の面形状と、表面１０１の面形状とにより、ワーク１００の厚み寸法ムラも良好に測定することが可能となる。なお、図９（Ａ）は、図８のＩ−Ｉ線に沿った面形状の測定結果、（Ｂ）は図８のＩＩ−ＩＩ線に沿った面形状の測定結果である。
【００３４】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、形状測定装置１は、第一光源２１と、第一光源２１からの光を第一参照光及び第一測定光に分離し、かつ、ワーク１００により反射された第一測定光及び第一参照光を合成する第一参照体２３と、第一参照体２３により合成された第一測定光及び第二参照光の干渉光を受光する第一受光素子２４とを備えた第一干渉計２と、ワーク１００が載置されるワークホルダ４とを備える。そして、ワークホルダ４は、仮想面４２１に沿って線形状を有する３つ以上のワイヤ４２を備え、これらのワイヤ４２にワーク１００を載置することで、ワーク１００を保持する。すなわち、ワーク１００は、仮想面４２１に沿って保持されることになり、ワーク１００の面形状が重力撓みに変形することなく、精度の高い形状測定を実施できる。
【００３５】
本実施形態では、ワイヤ４２は、第一受光素子２４の各画素２４１に投影された当該ワイヤ４２の影による遮光領域２４２の面積の割合ｗが、画素２４１の面積未満となるように、径寸法が設定されている。すなわち、１−ｗ＞０を満たしている。
これにより、ワーク１００の裏面１０２側を複数のワイヤ４２で支持した場合でも、当該ワイヤ４２の影により、画素２４１が全て覆われることがない。また、上記（１）式及び（２）式に示すように、ワイヤ４２の影が存在した場合でも、干渉光強度における位相変化がないので、上記のように、１−ｗ＞０を満たす場合では、干渉光強度から位相を算出でき、ワーク１００の裏面１０２の面形状の測定を実施することができる。すなわち、本実施形態では、ワーク１００の表面１０１と、裏面１０２との双方に対して、全面の形状測定が可能となる。
【００３６】
本実施形態では、ワイヤ４２が仮想面４２１において略平行となるよう設けられている。このため、ワイヤ４２同士が重なり合う部分がなく、当該重なり合う部分の影が画素２４１に投影された際に、遮光領域２４２が画素２４１を完全に覆ってしまう（１−ｗ＝０となる）不都合を防止できる。したがって、干渉縞情報において不連続となる部分がない、若しくは極めて少なくなし、測定精度の低下も抑制できる。また、ワイヤ４２の間隔が一部において極端に広がったりする場合では、当該箇所でワーク１００の重力撓みが発生する場合があるが、ワイヤ４２が平行に設けられることで、ワーク１００の重力撓みをより確実に抑制できる。
【００３７】
本実施形態では、第一干渉計２及び第二干渉計３を備えており、第一干渉計２によりワーク１００の裏面１０２の面形状を、第二干渉計３によりワーク１００の表面１０１の面形状を、それぞれ測定する。従って、例えばワーク１００の表裏を逆転させたり、ワーク１００の姿勢を変更させたりすることなく、ワーク１００の表面１０１及び裏面１０２の面形状を同時に測定することができる。これにより、重力によるワーク１００のうねりや反りの変化を考慮することなく、ワーク１００の形状測定を精度よく実施することができる。
【００３８】
［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、ワークホルダ４が、複数のワイヤ４２が平行に配置される例を示した。これに対して、第二実施形態では、ワイヤ４２が網目状に配置される点で上記第一実施形態と相違する。
【００３９】
図１０は、第二実施形態におけるワークホルダの概略構成を示す図である。なお、以降の説明にあたり、上記第一実施形態と同一の構成については同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
本実施形態では、図１０に示すように、ワークホルダ４Ａは、枠体４１と、枠体４１に支持された網目状に配置される複数のワイヤ４２Ａとを備えている。
ワイヤ４２Ａは、例えば、Ｘ軸方向及び仮想面４２１に沿って配置され、互いに平行となる複数のワイヤ４２Ｘと、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向及び仮想面４２１に沿って配置され、互いに平行となる複数のワイヤ４２Ｙとを備える。なお、ワイヤ４２Ｘとワイヤ４２Ｙとの交点は、接合されていてもよく、ワイヤ４２Ｘ及びワイヤ４２Ｙのいずれか一方が他方の下方側に湾曲することで他方を避ける構造としてもよい。
【００４０】
このような構成のワークホルダ４Ａでは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って配置された複数のワイヤ４２Ａによりワーク１００を保持することで、ワーク１００の重力撓みをより確実に抑制できる。
なお、本実施形態では、ワイヤ４２Ｘ及びワイヤ４２Ｙの交点部分の影が第一受光素子２４に投影された際に、遮光領域２４２の画素２４１に対する割合ｗが、１−ｗ＝０となる場合があるが、ワイヤ４２Ａにおける一部領域であるため、測定精度への影響は小さく、十分に無視できる程度となる。
【００４１】
［第三実施形態］
次に、本発明に係る第三実施形態について図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、形状測定装置１は、第一干渉計２及び第二干渉計３を備え、それぞれ、光源２１，３１、導光光学系２２，３２、参照体２３，３３、受光素子２４，３４を備える構成とした。これに対して、本実施形態では、１つの光源から出射された光を分離して、ワーク１００の表面１０１及び裏面１０２に導く点で上記第一実施形態と相違する。
【００４２】
図１１は、第三実施形態における形状測定装置１Ａの概略構成を示す図である。
図１１に示すように、形状測定装置１Ａは、光源５１と、光源５１から出射された光を整形してワーク１００に導く導光光学系５２と、導光光学系５２からの光をワーク１００の裏面１０２側に向かう第一光路、及びワーク１００の表面１０１側に向かう第二光路に分離させる光路分離光学系５３と、受光素子５４と、第一参照体２３と、第二参照体３３と、ワークホルダ４（４Ａ）とを含んで構成されている。
光源５１は、第一光源２１や第二光源３１と同様、所定波長の光を出射する。
導光光学系５２は、第一導光光学系２２や第二導光光学系３２と同様、例えばレンズ５２１,５２３、及びビームスプリッタ５２２等の光学部材により構成されている。
光路分離光学系５３は、例えば図１１に示すように、導光光学系５２からの光を第一光路に向かう第一光と、第二光路に向かう第二光とに２分岐させる反射鏡５３１、第一光をワーク１００の裏面１０２に導く第二反射鏡５３２，５３３、及び第二光をワーク１００の表面１０１に導く第三反射鏡５３４，５３５を備えている。
【００４３】
このような形状測定装置１Ａでは、受光素子５４は、画素領域によって、ワーク１００の表面１０１からの干渉縞情報を取得する領域と、裏面１０２からの干渉縞情報を取得する領域とがそれぞれ分離されており、各領域の干渉縞情報により、それぞれワーク１００の表面１０１及び裏面１０２の面形状を解析することが可能となる。
【００４４】
そして、本実施形態では、上記第一実施形態に比べて、１つの光源５１、及び１つの受光素子５４の駆動により、ワーク１００の表面１０１及び裏面１０２の面形状を同時に測定することができ、構成の簡略化を図れる。
また、複数の受光素子を用いる場合では、受光素子間の受光感度の差により、測定精度に差が生じる場合がある。これに対して、本実施形態では、１つの受光素子により受光された受光量に基づいて、表面１０１及び裏面１０２の面形状を測定するので、上記のような受光素子間の受光感度差による測定精度の影響を低減でき、測定精度の向上を図ることができる。
【００４５】
［他の実施形態］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記第一実施形態では、ワークホルダ４に保持されるワイヤ４２が略平行に設けられる例を示したが、これに限定されない。例えば、図１２に示すようなワークホルダ４Ｂであってもよい。図１２は、本発明に係る他の実施形態のワークホルダの概略構成を示す図である。
すなわち、図１２に示すように、枠体４１の支持部４３に複数本（図１２では２本）のワイヤ４２が支持され、ワイヤ４２がジクザクに配置される構成としてもよい。
また、枠体４１に設けられたｎ個の支持部４３のうち、１つの支持部４３から（ｎ−１）個の他の支持部４３にワイヤ４２が放射状に張られる構成としてもよい。
【００４６】
更に、第二実施形態において、ワイヤ４２ＸがＸ軸方向に沿って配置され、ワイヤ４２ＹがＸ軸方向と直交するＹ軸方向に沿って配置される例を示したが、ワイヤ４２Ｘとワイヤ４２Ｙとが直交していなくてもよく、例えば６０°（１２０°）で交差する構成などとしてもよい。
【００４７】
また、本発明のワーク載置部として、ワイヤ４２，４２Ａを例示したが、これに限定されない。
図１３（Ａ）は、本発明に係るさらに他の実施形態のワークホルダの概略構成を示す図であり、（Ｂ）は、当該ワークホルダの断面図である。
図１３に示すワークホルダ４Ｃは、枠体４１と、ワーク載置部である板部材４２Ｂとを備えている。そして、板部材４２Ｂは、仮想面４２１に直交する方向に所定の幅寸法Ｌを有し、枠体４１の互いに対向する面間で架橋されている。すなわち、板部材４２Ｂの板面が仮想面４２１に対して直交するように、各板部材４２Ｂが配置される。この場合でも、上記第一実施形態と同様の条件を満たすように、板部材４２Ｂの厚み寸法ｄを設定することで測定精度を維持した形状測定を実施できる。すなわち、板部材４２Ｂの影が第一受光素子２４（受光素子５４）の画素に投影された際の遮光領域２４２の画素面積に対する割合ｗが、１−ｗ＞０を満たすように、より具体的には、干渉縞コントラストが所定の閾値Ｔｈ以上となるように、板部材４２Ｂの厚み寸法ｄを設定する。このような板部材４２Ｂでは、ワイヤ４２，４２Ａに対して重力方向（鉛直方向）に対する強度が強く、ワーク１００が載置された場合の重力撓みをより確実に抑制できる。
また、図１３の例では、板部材４２Ｂを平行に設ける例を示すが、例えば第二実施形態のように、板状部材４２Ｂが交差するように配置されていてもよい。
【００４８】
さらには、図１３に示すような板部材４２Ｂや所定硬度を有する棒状部材等、ワーク載置部に撓みが生じない、若しくはワーク載置部が撓んだとしても、測定精度に影響が出ない程度の微小な場合では、図１４に示すような構成としてもよい。
図１４は、さらに他の実施形態におけるワークホルダの概略構成を示す図である。
すなわち、図１４に示すように、ワークホルダ４Ｄは、枠体４１から枠内部に向かって複数の突出部４２Ｃを備える構成としてもよい。この場合でも、突出部４２Ｃの影が第一受光素子２４（受光素子５４）の画素に投影された際の遮光領域２４２の画素面積に対する割合ｗが、１−ｗ＞０を満たすように、より具体的には、干渉縞コントラストが所定の閾値Ｔｈ以上となるように、突出部４２Ｃの長手方向に対して直交する幅寸法（突出部４２Ｃの段面が面形である場合は径寸法）を設定すればよい。
また、図１４のような突出部４２Ｃや、上記各実施形態におけるワイヤ４２，４２Ａ、板部材４２Ｂを組み合わせてワークホルダを構成してもよい。
【００４９】
また、上記各実施形態は、線状又は直線上のワーク載置部４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃとワーク１００の裏面１０２とが線接触することで、ワーク１００を保持しているが、これに限定されない。図１５は、さらに他の実施形態におけるワークホルダの概略構成を示す図である。
図１５に示すように、ワークホルダ４Ｅの枠体４１から、仮想面４２１に対して傾斜する角度で突出部４２Ｄが突出され、突出部４２Ｄの先端部が仮想面４２１上に位置する構成としてもよい。この場合、突出部４２Ｄの先端部にワーク１００の裏面１０２が載置（保持）される。なお、図１５では、複数の突出部４２Ｄが設けられるが、少なくとも３つ以上の突出部４２Ｄがあればよい。この場合でも、３つの突出部４２Ｄの先端部により仮想面４２１を構成でき、従来に比べて、ワーク１００の重力撓みを抑制できる。
【００５０】
さらに、上述した例では、ワーク載置部が仮想面４２１において直線状に張られたワイヤ４２，４２Ａや板部材４２Ｂ、突出部４２Ｃ,４２Ｄを例示したがこれに限定されない。
例えば、板部材４２Ｂや突出部４２Ｃ，４２Ｄ等の所定硬度を有するワーク載置部で、ワーク１００を載置した際の撓みがないワーク載置部を用いる場合では、直線状に設けられていなくてもよく、例えば仮想面４２１上で湾曲した曲線状に構成されていてもよい。この場合、ワークホルダに１つの曲線状のワーク載置部のみが設けられ、当該曲線部分にワークの裏面が載置（線接触）されてもよく、例えば曲線上の少なくとも３点でワークの裏面に点接触し、ワークを保持してもよい。
【００５１】
また、上記第一実施形態では、形状測定装置１は、第一干渉計２及び第二干渉計３を備え、また、第三実施形態では、光源５１からの光を光路分離光学系５３により裏面１０２を測定するための第一光と、表面１０１を測定するための第二光とに分離する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第一干渉計２又は第二干渉計３が設けられていない構成としてもよい。この場合でも、上記のようなワークホルダ４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ,４Ｄを用いることで、ワーク１００の重力撓みを抑制できるため、１つの干渉計を用いてワーク１００の表面１０１及び裏面１０２のいずれか一方を測定した後、ワーク１００の表裏を逆転させて、他方を測定することで、ワーク１００の重力撓みを抑制した測定を実施できる。
【００５２】
上記実施形態において、第一参照体２３を分離光学系及び合成光学系とし、第二参照体３３を第二分離光学系及び第二合成光学系としたが、これに限定されない。例えば、分離光学系及び合成光学系をそれぞれ別の光学部材により構成してもよい。具体的には、例えば第一干渉計２や第二干渉計３が、斜入射干渉計やマッハツェンダー干渉計等により構成されていてもよい。
【００５３】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、ワークの面形状を測定する形状測定装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１,１Ａ…形状測定装置、２…第一干渉計、３…第二干渉計、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…ワークホルダ、２１…第一光源、２２…第一導光光学系、２３…第一参照体、２４…第一受光素子、３１…第二光源、３２…第二導光光学系、３３…第二参照体、３４…第二受光素子、４１…枠体、４２，４２Ａ…ワイヤ（ワーク載置部）、４２Ｂ…板部材（ワーク載置部）、４２Ｃ…突出部（ワーク載置部）、４２Ｘ…ワイヤ（ワーク載置部）、４２Ｙ…ワイヤ（ワーク載置部）、４３…支持部、５１…光源、５２…導光光学系、５３…光路分離光学系、５４…受光素子、１００…ワーク、１０１…表面、１０２…裏面、２３１…参照面、２４１…画素、２４２…遮光領域、４２１…仮想面。
【図１】
0006482251.tif 000006
【図２】
0006482251.tif 000007
【図３】
0006482251.tif 000008
【図４】
0006482251.tif 000009
【図５】
0006482251.tif 000010
【図６】
0006482251.tif 000011
【図７】
0006482251.tif 000012
【図８】
0006482251.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0006482251.tif 000020
【図１６】
0006482251.tif 000021
【図１７】
0006482251.tif 000022