JP2001041718A - 光学式形状測定用ワークの熱負荷装置及び熱負荷装置を備えた光学式形状測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学式形状測定用のワークに対しその測定及
びワーク自体に悪影響を及ぼすことなく熱負荷を確実に
かつ容易に与える。 【解決手段】 ＸＹステージ上にセットされた熱負荷装
置５に対し、上方から光学式形状測定系を上下動可能に
Ｚステージにより保持する。熱負荷装置として、二重構
造の密閉容器５０の上面を耐熱ガラス製の開閉窓５１で
遮蔽し、断熱材により形成した内側容器７２内にワーク
支持台５２を昇降手段５３により昇降可能に配設する。
耐熱ガラス製の支持板８２により内側容器内の空間を上
下に略区画し、下側空間にセラミックヒータ５４，５４
及び雰囲気温度検出用の熱電対５５を配設し、ワークＷ
を支持面８２ａに載置して上側空間に配置する。ワーク
温度をダミーワークＷｄに取り付けた熱電対５６で検出
する。雰囲気温度を目標温度に制御した後に、ワーク温
度が目標温度になるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークをある高温
状態まで昇温させ、この高温状態下でのワークの表面形
状測定を光学式形状測定機により行うために用いられる
光学式形状測定用ワークの熱負荷装置に関する。より詳
しくは例えばＣＳＰ（Chip Size Package）、ＢＧＡ（B
all Grid Array）、ＭＣＭ（Multi Chip Module）等の
半導体パッケージ、多層プリント基板もしくは精密金型
等を測定対象ワークとしてその高熱負荷状態下での光学
式形状測定に好適に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、上記の半導体パッケージ等を
対象として微小な表面凹凸形状等を高精度（例えばμｍ
以下のオーダー）で測定する光学式形状測定技術とし
て、光波干渉によりワークの表面に表面凹凸に対応する
干渉縞を形成しこの干渉縞に基づきワーク表面の凹凸形
状（平坦度）を測定する技術（例えば特開平９−２６４
７３３号公報参照）や、ワークに対しレーザ光等を光学
系を通して照射した際の反射光に基づいてナイフエッジ
法等の手法を用いて合焦位置を検出しその合焦位置の変
化に基づいてワーク表面の凹凸形状を測定する技術等が
よく知られている（例えば特開平１１−３９６７３号公
報参照）。そして、上記の如き光学式形状測定技術によ
る形状測定は、最終製品の検査のためにその最終製品を
測定対象ワークとして通常は常温（室温）下で行われて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体パッ
ケージ等の測定対象ワークに内には、高熱環境下で使用
されるもの、もしくは、最終製品に至るまでの製造過程
の段階で高熱環境下での処理を受けるものがある。この
ようなワークについては予め使用状態もしくは処理状態
と同じ熱負荷環境（例えば３００℃程度）での変化性状
を把握・評価しておきたいという要求がある。

【０００４】ところが、上記の如き熱負荷環境下でのワ
ークの形状変化性状の把握・評価を上記従来の光学式形
状測定技術により行うには以下のような不都合の発生が
考えられる。

【０００５】すなわち、ワークを上記熱負荷環境におく
手段としてワーク自体を例えばパネルヒータ等に直に接
触させて直接加熱することも考えられるが、そのワーク
が半導体パッケージの内でも特に樹脂基板を用いた半導
体パッケージ等であるとワーク自体の機能を損なうおそ
れがあり、このような場合にはワークを直接加熱するこ
とはできない。

【０００６】一方、光学式形状測定系を含んだ雰囲気の
全体を高温に昇温させることは、光学系の熱損傷（熱ダ
メージ）を招くことになるため、光学系への熱影響を極
力防止した状態でワークに対し熱負荷を与える必要があ
る。

【０００７】特に、上記の合焦位置を検出する方式によ
り形状測定を行う場合には、光学系（例えば対物レン
ズ）とワークとの間隔をほぼ焦点距離に等しく設定する
必要があり、この間隔が極めて短くなる（例えば１０〜
数１０ｍｍ）。このため、光学系に対する熱ダメージを
防止した状態でワークに対し熱負荷を付与するのは困難
となる。

【０００８】また、ワークを支持する支持台が熱負荷を
受けて反りや曲がり等の変形を生じるようではその支持
台に支持されたワークにもその変形の影響が及び、ワー
ク自体の変形性状が性格に測定し得ないことになる。こ
のため、支持台としては熱負荷を受けても確実に平面形
状を維持し得るものにする必要がある。

【０００９】さらに、熱負荷を与える場合にワーク自体
の温度を正確に目標温度まで昇温させる必要があるが、
測定対象のワークが温度それ自体から直接に検出し得な
いもの、つまり接触による直接温度検出が不能なもので
ある場合には、熱負荷を与えるための熱制御が困難なも
のとなる。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、光学式形状測
定用のワークに対しその測定及びワーク自体に悪影響を
及ぼすことなく熱負荷を確実にかつ容易に与え得る熱負
荷装置、及び、そのような熱負荷装置を備えた光学式形
状測定機を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ワークに対する熱負荷をそのワークが接
する雰囲気から受けるようにし、かつ、その雰囲気を介
して熱源から熱を直接伝搬により受けないように間に遮
蔽物を介在させれば良いことに着目し、種々工夫を加え
て完成させたものである。

【００１２】具体的には、第１の発明は光学式形状測定
用ワークの熱負荷装置に係り、光学式形状測定系からの
照射光を受けその反射光に基づいて形状が測定されるワ
ークに対し熱負荷を与える光学式形状測定用ワークの熱
負荷装置を対象として以下の特定事項を備えるようにす
る。すなわち、密閉容器と、この密閉容器内に配設され
てワークを支持するワーク支持台と、このワーク支持台
に支持されるワークを昇温させる熱源とを備える。そし
て、上記密閉容器に対し、上記光学式形状測定系の光学
系に相対向する位置にその光学系からの照射光を通過し
得る透明材料であって耐熱性を有する材料により形成さ
れた透明窓を設け、上記ワーク支持台として、平坦面と
された支持面を有しその支持面が上記透明窓に相対向し
て上記光学系からの照射光に対し正対するように配設す
る。加えて、上記熱源として、上記ワーク及びワーク支
持台に対し共に非接触状態で配設され上記密閉容器内の
雰囲気を加熱するように構成する。

【００１３】ここで、「透明窓」の形成材料としては、
上記の如く少なくとも照射光を損失なく透過し耐熱性を
有する材料、一般的には耐熱ガラスを採用すればよい。
この耐熱ガラスによっても上記密閉容器内の輻射熱の吸
収もしくは反射が期待し得るが、さらに光学系への熱ダ
メージ防止の確実化を図るために上記密閉容器内の輻射
熱を積極的に遮断もしくは反射し得る材料、例えば微量
の金属元素を加えた熱線吸収ガラスもしくは赤外域を反
射する金属薄膜を付けた熱線反射ガラス等を用いてもよ
い。これらの場合には、光学式形状測定系からの照射光
の波長との関係で測定精度に影響しない程度の透過損失
になるように設定もしくは選択を行うようにすればよ
い。また、熱負荷の程度により透明な耐熱性樹脂を上記
形成材料として選択してもよい。

【００１４】なお、上記光学系への熱ダメージ防止のよ
り一層の確実化を図る観点から、上記透明窓と光学系と
の両者間に、その両者間の空間を遮断するようにエアカ
ーテンを形成するエアカーテン形成手段を設けるように
してもよい。

【００１５】「ワーク支持台」としては、板状に形成し
て密閉容器内の空間を上下に略区画するように配設する
ことにより、ワークを支持する支持面が上側空間に臨む
ようにする一方、熱源による加熱が上記ワーク支持台の
下側空間に対し行われるようにすればよい。これによ
り、ワークに対する熱負荷が密閉容器内の雰囲気の対流
によってより一層間接的に、しかも、より一層均一に与
えられることになる。また、上記ワーク支持台のワーク
が支持される「支持面」を構成する材料として、耐熱性
材料であって金属以外の低比熱を有する材料により形成
するようにするのが好ましい。つまり、高温度（例えば
３００℃）の熱負荷を受けても反りや曲がりを少なくと
も進行させずにワークＷを同位置に支持した状態を維持
し得る程度の耐熱性を有し、かつ、繰り返しのサイクル
で熱負荷及び冷却を行う場合により迅速に冷却し得るよ
うに低熱容量の材料であることが好ましい。例えば所定
厚みの耐熱ガラス板もしくは所定の耐熱性を有する樹脂
が挙げられる。

【００１６】また、光学式形状測定系の光学系とワーク
との間隔をその光学系の焦点距離に応じて所定の距離に
設定するために、上記ワーク支持台を密閉容器内で光学
系に対し進退させる進退手段を設けるようにしてもよ
い。これにより、ワークの厚みが種類毎に変化するよう
な場合であっても、そのワークの表面を上記焦点距離に
応じて適正な位置に容易に位置付けることが可能にな
る。

【００１７】「熱源」としては、密閉容器内に配設する
場合には外面からの輻射熱により密閉容器内の雰囲気を
昇温させる発熱体を採用すればよく、また、密閉容器外
に配設する場合には密閉容器内に熱風を供給して循環さ
せるようヒータ、ブロワ等の送風機及び循環配管等から
なる熱風循環手段等を採用すればよい。

【００１８】そして、ワークに対する熱負荷量の正確化
を図り高精度な熱負荷条件の実現を図る観点から、以下
の如き温度制御を行うようにしてもよい。すなわち、ま
ず、密閉容器内の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出
手段と、ワーク支持台に支持されたワークの温度を検出
するワーク温度検出手段と、上記雰囲気温度検出手段及
びワーク温度検出手段からの検出信号を受けてワーク温
度が目標温度になるように加熱源の加熱作動を制御する
温度制御手段とを設ける。そして、上記温度制御手段と
して、上記雰囲気温度検出手段からの検出信号を受けて
密閉容器内の雰囲気温度が上記目標温度になるように上
記加熱源を作動制御する第１制御部と、上記雰囲気温度
が目標温度に到達した状態で、上記ワーク温度検出手段
からの検出信号を受けてワーク温度が上記目標温度にな
るように上記加熱源を作動制御する第２制御部とを備え
るものとする。

【００１９】この際、ワーク自体がワーク温度の検出を
そのワークから直接検出し得ないものである場合には、
ワーク温度検出手段として次のいずれかの手段を採用す
ることにより、ワーク温度を的確に検出し得る。すなわ
ち、第１の手段としては、測定対象のワークと同一のワ
ークをダミーワークとして測定対象のワークと共に支持
台に支持させ、共に同一環境で熱負荷を作用させる。そ
の時にダミーワークのワーク温度を直接検出することに
より、測定対象のワークのワーク温度とする。第２の手
段としては、放射温度計を用いて透明窓を介してワーク
の表面温度を検出するようにすることである。その際、
間に透明窓が存在することによる輻射熱の低減分に対す
る補正値を予め試験により求め、実際の測定時には放射
温度計による検出温度に上記補正値による補正を行うこ
とによりワーク温度を間接的に検出するようにする。こ
れらにより測定対象のワーク自体から直接に温度検出が
行えない場合であっても、そのワーク温度を的確に検出
することが可能になる。

【００２０】また、第２の発明は、上記の熱負荷装置を
備えた光学式形状測定機に係り、光学系からの照射光に
対する反射光を受光してワークとの相対変位量を測定す
ることにより上記ワークの表面形状を測定する光学式形
状測定手段と、この光学式形状測定手段をＸＹＺからな
る直交三軸の内のＺ軸方向に移動可能に保持するＺステ
ージと、上記光学式形状測定系からの照射光に対し正対
するようにワークを支持しそのワークに対し熱負荷を与
える熱負荷装置と、この熱負荷装置を上記Ｘ軸及びＹ軸
のいずれにも移動可能に保持するＸＹステージとを備え
るものとする。そして、上記熱負荷装置として、密閉容
器と、この密閉容器内に配設されてワークを支持するワ
ーク支持台と、このワーク支持台に支持されるワークを
昇温させる熱源とを備えるものとし、各構成要素として
以下の特定事項を備えるものとする。すなわち、上記密
閉容器に対し、上記光学式形状測定系の光学系に相対向
する位置にその光学系からの照射光を通過し得る透明材
料であって耐熱性を有する材料により形成された透明窓
を設け、上記ワーク支持台として、平坦面とされた支持
面を有しその支持面が上記透明窓に相対向して上記光学
系からの照射光に対し正対するように配設し、上記熱源
として、上記ワーク及びワーク支持台に対し共に非接触
状態で配設され上記密閉容器内の雰囲気を加熱する構成
とする。

【００２１】この第２の発明においても、上記光学系に
対する熱ダメージ防止の確実化を図る観点より、第１の
発明と同様に上記透明窓と光学系との両者間に、その両
者間の空間を遮断するようにエアカーテンを形成するエ
アカーテン形成手段を備えるようにしてもよい。

【００２２】上記の第１もしくは第２の発明の場合、熱
負荷装置において、密閉容器内の雰囲気が熱源により加
熱されその加熱された雰囲気と接触してワーク全体が熱
負荷を受けることになる。このため、ワークに対し局所
的な熱負荷の作用による機能損傷の発生もなくワーク全
体に対し均一に熱負荷を与えることが可能になる。そし
て、このように熱負荷を受けたワークに対し光学式形状
測定系の光学系からの照射光が透明窓を通して照射され
て、ワークの形状測定が行われることになる。その際、
熱源により昇温された雰囲気及びワークは密閉容器内に
密閉され、光学系に相対向する透明窓も耐熱性を有する
透明材料により形成されて密閉容器内部からの輻射熱の
反射もしくは吸収が期待でき、上記光学式形状測定系も
しくはその光学系に対する熱ダメージの発生も防止し得
ることになる。

【００２３】特に、第２の発明の場合には、熱負荷装置
がＸＹステージ上に保持されて光学式形状測定系に対し
ワークをＸ−Ｙ平面上の所望の位置相対移動させること
が可能となり、そのようなワークの各位置におけるＺ軸
方向の変位量がＺ軸方向に移動される光学式形状測定系
により測定されるため、熱負荷環境下にあるワークの三
次元方向からの形状変化性状を容易かつ確実に得ること
が可能になる。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したように、第１の発明に係
る光学式形状測定用ワークの熱負荷装置によれば、ワー
クの全体に対し熱負荷を均一かつ間接的に与えることで
き、ワーク自体の機能損傷を招くことなくそのワークを
所望の熱負荷環境下におくことができるようになる。こ
のため、高温条件下で使用されるワークや、最終製品ま
での工程で高熱下での処理を受けるワーク等について、
その使用状態もしくは処理状態での形状変化性状の検査
もしくは評価を予め的確に行うことができる。

【００２５】また、第２の発明に係る熱負荷装置を備え
た光学式形状測定機によれば、上記第１の発明に係る熱
負荷装置により熱負荷が付与されて熱負荷環境にあるワ
ークについて、光学式形状測定系への熱ダメージの発生
を抑止しつつその三次元方向からの形状変化性状を容易
かつ確実に測定・把握することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００２７】図１は、本発明の実施形態に係る熱負荷装
置及びこの熱負荷装置を組み込んだ光学式形状測定機を
示す。同図中、１はフレーム、２はフレーム１に設置さ
れたＸＹステージ、３は同じく上記フレーム１により保
持されたＺステージ、４はこのＺステージ３により保持
された光学式形状測定系、５は上記ＸＹステージ２によ
り保持された熱負荷装置、６は上記光学式形状測定系４
の測定制御用コントローラ６１及び熱負荷装置５の温度
制御用コントローラ６２を備えた制御系である。以下、
各構成要素について詳細に説明する。

【００２８】上記フレーム１は、定盤１０と、この定盤
１０から上方に延ばされた一対のアーム１１，１１と、
これら一対のアーム１１，１１により定盤１０の上面に
対し直交するように固定された垂直ベース部材１２とか
ら構成されている。上記定盤１０は積層ゴム部材等によ
り構成された振動吸収マウント１３，１３，…を介して
設置面Ｓ上に設置されている。なお、図１中１４は透明
もしくは半透明のカバーであり、このカバー１４は光学
式形状測定機の全体を覆うことによりその光学式形状測
定機を外部空間の雰囲気と遮断するものである。

【００２９】上記ＸＹステージ２は、Ｘステージ２１
と、Ｙステージ２２とにより構成されている。上記Ｘス
テージ２１は上記定盤１０の上面に対しＸ軸方向（図１
の左右方向に延びる軸）に移動可能に設置され、上記Ｙ
ステージ２２はそのＸステージ２１に対しＹ軸方向（図
１の紙面に直交する方向に延びる軸）に移動可能に設置
されている。これらＸステージ２１及びＹステージ２２
はそれぞれ図示省略の駆動系と連結され、これら各駆動
系が上記測定制御用コントローラ６１からの制御信号に
より作動制御されて上記熱負荷装置５をＸ軸方向及びＹ
軸方向にそれぞれ移動させるようになっている。なお、
上記駆動系としては各種アクチュエータと減速機構等を
組み合わせればよい。

【００３０】上記Ｚステージ３は、上記垂直ベース部材
１２に固定され、上記光学式形状測定系４を上記Ｘ軸方
向及びＹ軸方向により構成されるＸＹ平面に対し直交す
るＺ軸方向（図１の上下方向）に移動（昇降）可能に保
持するようになっている。

【００３１】このＺステージ３の例としては、上記垂直
ベース部材１２に固定されて上記光学式形状測定系４を
昇降案内するガイド部材３１と、その光学式形状測定系
４の筐体４０にねじ込まれて同位置回転することにより
その筐体４０を昇降させるボールネジ３２と、このボー
ルネジ３２に連結されてボールネジ３２を同位置で回転
作動させる駆動源３３とによって構成すればよい。そし
て、その駆動源３３が上記測定制御用コントローラ６１
からの制御信号により作動制御されて上記光学式形状測
定系４の全体をＺ軸方向に微小量ずつ移動させるように
なっている。なお、上記駆動源３３としては例えばパル
スモータを用い、そのデューティ制御により回転制御を
行えばよく、また、必要に応じて減速機構を組み合わせ
てもよい。この際のＺ軸方向の変位量の検出は、例えば
高精度な目盛を付したガラススケールを上記垂直ベース
部材に固定し、このガラススケールの目盛を光透過式に
よりパルス信号として検出すればよく、これにより、上
記変位量を０．１μｍ程度の単位で検出し得ることにな
る。つまり、後述の凹凸形状の測定を同様の単位で行い
得ることになる。

【００３２】上記光学式形状測定系４は、その全体が上
記の筐体４０内に配設されており、周知のナイフエッジ
法を用いた自動合焦方式の顕微鏡を備えている。図２に
基づいて上記光学式形状測定系による形状測定の基本原
理について説明すると、光源としての半導体レーザダイ
オード４１からのレーザ光がビームエキスパンダ４２及
びハーフミラー４３を介して光学系としての対物レンズ
４４に入射され、この対物レンズ４４により収束されて
後述のワークＷの微小スポットに照射されるようになっ
ている。そして、そのワークＷからの反射光が上記対物
レンズ４４及びハーフミラー４３を介してナイフエッジ
（遮蔽板）４５に到達し、上記の対物レンズ４４がワー
クＷに対し正確に合焦位置にあれば、つまり対物レンズ
４４とワークＷとの間隔が焦点距離であれば上記反射光
がハーフミラー４６を介して上下二分割とされた受光素
子４７の各素子に対し等しく対称に入射するようになっ
ている。

【００３３】上記ナイフエッジ４５は光軸を挟んで一側
のみを遮蔽するように配置されており、上記対物レンズ
４４の位置がワークＷに対し合焦位置とずれている場合
には上記二分割の受光素子４７に対し反射光が対称に入
射せずにいずれか一方がより明るくなる。このため、上
記Ｚステージ３を駆動して対物レンズ４４の位置を上下
方向に移動調整することにより、上記受光素子４７に対
し反射光が対称に入射するようにすれば対物レンズ４４
をワークＷに対し合焦位置に位置付けることができるよ
うになる。

【００３４】従って、上記測定制御用コントローラ６１
での制御手順は、まず、ＸＹステージ２をＸ軸方向及び
Ｙ軸方向に対し所定量ずつ移動させることにより対物レ
ンズ４４の光軸がワークＷの測定点に合致するようにワ
ークＷを移動させ、その位置で上記受光素子４７からの
検出信号を受けてＺステージ３を移動制御することによ
り対物レンズ４４を合焦位置に合致させ、その際の基準
位置からのＺ軸方向の変位量を読みとる。次に、上記Ｘ
Ｙステージ２の作動により次の測定点までワークＷを移
動させ、その測定点でのＺ軸方向変位量を上記と同様に
して読みとる。以下、予め設定した全ての測定点につい
て上記の変位量を順に読みとれば、それらの変位量の差
によってワークＷの上面の凹凸形状が得られることにな
る。上記コントローラ６１では、上記の変位量データを
加工することにより、ディスプレイ６３にワークＷの輪
郭及び上面の凹凸形状を鳥瞰図として表示させたり、ワ
ークＷの縦断面図として表示させたりするようになって
いる。

【００３５】次に、上記熱負荷装置５について図３及び
図４に基づいて説明する。

【００３６】上記熱負荷装置５は、二重構造の密閉容器
５０と、この密閉容器５０の上面開口を開閉可能に密閉
する透明窓としての開閉窓５１と、上記密閉容器５０内
に配設された板状のワーク支持台５２と、このワーク支
持台５２の上下方向位置を変更調節する進退手段として
の昇降手段５３と、熱源である発熱体としてのチューブ
状の一対のセラミックヒータ５４，５４と、上記密閉容
器５０内の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段と
しての熱電対５５と、ワーク温度を検出するワーク温度
検出手段としての熱電対５６（図４にのみ示す）とを備
えている。

【００３７】上記密閉容器５０は、図４に詳細を示すよ
うに上面を開口し例えばステンレス鋼製の底壁７１ａ及
び周囲の側壁７１ｂからなる外側容器７１と、同様に上
面を開口し断熱材により形成された底壁７２ａ及び周囲
の側壁７２ｂからなる内側容器７２とを備えている。こ
の内側容器７２は、その底壁７２ａ及び周囲の側壁７２
ｂが外側容器７１の底壁７１ａ及び周囲の側壁７１ｂか
ら互いに離された状態となるようにサイズ設定され、上
記底壁７２ａがスペーサ７３，７３を介して外側容器７
１の底壁７１ａから上方に浮いた状態に支持されてい
る。そして、この内側容器７２の上端開口縁の外周囲が
外側容器７１の上端開口の内周縁に接合され、外側容器
７１と内側容器７２との間の空間が封止されている。

【００３８】上記外側容器７１の下側には箱状容器７４
が連結されており、この箱状容器７４の内部に上記昇降
手段５３の主要部分が収容されている。この箱状容器７
４の底面７４ａは平坦面とされ、この底面７４ａが上記
のＸＹステージ２の上面に載置されて熱負荷装置５の保
持が行われるようになっている。

【００３９】一方、外側容器７１の上端開口の両側位置
には逆Ｌの字状のガイド部材７５，７５が一体に取り付
けられ、この両ガイド部材７５，７５によって上記開閉
窓５１が上記内側容器７２の上端開口の端面に当接した
状態を維持しつつ一方向（図３及び図４の左右方向）に
摺動して開閉するようになっている。

【００４０】上記開閉窓５１は耐熱ガラスにより構成さ
れ、上記光学式形状測定系４からのレーザ光の照射及び
反射をほぼ損失なく通過させ得るようになっている。な
お、耐熱ガラスとしては例えば８００℃の耐熱性を有す
るパイレックスガラス（米国Corning社商品名）を用い
ればよい。

【００４１】上記ワーク支持台５２は、周囲の枠及び中
間の桟からなる支持枠８１と、この支持枠８１の上面に
はめ込まれた支持板８２とを備えている。この支持板８
２の上面が平坦な支持面８２ａとされ、この支持面８２
ａの所定位置にワークＷが載置されるようになってい
る。この支持板８２は図５にも示すように平面視で上記
内側容器７２の側壁７２ｂの内周囲よりもわずかに小さ
い大きさの矩形を有し、図４に示すように側面視でその
内側容器７２内の上方位置に位置付けられており、この
支持板８２によって上記内側容器７２の内部空間が上下
に略区画されるようになっている。そして、上記支持板
８２の支持面８２ａの上に測定対象のワークＷとして例
えば樹脂基板製のＣＳＰと、後述のワーク温度検出用の
ダミーワークＷｄとして上記と同一のＣＳＰとが並べて
載置されるようになっている（図５参照）。このような
支持板８２の素材としては、最大の熱負荷（例えば３０
０℃の熱負荷）を受けても反りや曲がりを発生させずに
支持面８２ａの平坦度を維持し得る程度の耐熱性を有
し、かつ、鋼等の金属よりも低比熱を有するガラスが用
いられている。具体的には、上記と同様のパイレックス
ガラスを用いればよい。

【００４２】上記昇降手段５３は、図４に加えて図６に
も示すように、上端側の所定範囲がワーク支持台５２の
支持枠８１の下面にねじ込まれそれぞれＺ軸方向下方に
延びる一対の昇降作動軸９１，９１と、Ｘ軸方向に延び
てこの両昇降作動軸９１，９１に回転力を伝達する中間
伝達軸９２と、Ｙ軸方向に延びてこの中間伝達軸９２を
ｙ軸回りに回転操作する操作軸９３とを備えている。こ
の操作軸９３と、中間伝達軸９２とは、操作軸９３のｙ
軸回りの回転力を中間伝達軸９３に対しｘ軸回りの回転
力に変換して伝達するための一対のかさ歯車９４，９４
を介して係合されている。加えて、上記中間伝達軸９３
と、各昇降作動軸９１とは、中間伝達軸９３のｘ軸回り
の回転力を各昇降作動軸９１のｚ１軸回り及びｚ２軸回
りの各回転力に変換して伝達するためのウォーム９５及
びウォームホイール９６を介して係合されている。そし
て、上記操作軸９３の突出端に対し回転自在に取り付け
られた昇降ハンドル９７をいずれかに回転操作すること
により、その回転力が操作軸９３から中間伝達軸９２へ
上記一対のかさ歯車９４，９４により伝達され、この中
間伝達軸９２の回転力が上記ウォームギア９５，９６に
より減速された状態で各昇降作動軸９１に伝達される。
この両昇降作動軸９１が同期してかつ同位置を保持して
ｚ軸回りに回転することにより、各昇降作動軸９１の上
端部分がねじ込まれた支持枠８１がＺ軸方向、すなわ
ち、上下に昇降作動することになる。

【００４３】上記一対のセラミックヒータ５４，５４
は、それぞれセラミックチューブの内部にマグネシア耐
火物製のコアを有し、このコア部に対し通電することに
より発熱させて輻射熱を上記セラミックチューブの外部
空間に放射するようになっている。上記一対のセラミッ
クヒータ５４，５４は、内側容器７２内であって上記ワ
ーク支持台５２より下側の空間に対しＸ軸方向に互い違
いに延びるように配設されている。上記各セラミックヒ
ータ５４は温度制御用コントローラ６２により通電制御
され、その通電により上記下側空間の雰囲気を加熱しそ
の熱が空気の対流によりワーク支持台５２よりも上側の
空間の雰囲気に伝搬されるようになっている。そして、
この昇温された上側空間の雰囲気によりワークＷ及びダ
ミーワークＷｄは間接的に熱負荷を受けるようになって
いる。

【００４４】上記内側容器７２の下側空間には、雰囲気
温度検出用の熱電対５５が上記セラミックヒータ５４，
５４と共に配設され、この熱電対５５により検出された
雰囲気温度が上記コントローラ６２に出力されるように
なっている。また、上記のダミーワークＷｄとして測定
対象のワークＷと同一のものが採用され、このダミーワ
ークＷｄにも他の熱電対５６が例えば接着等の手段によ
り結合されている。そして、この熱電対５６により検出
されたワーク温度が上記コントローラ６２に出力される
ようになっている。

【００４５】上記コントローラ６２は、上記内側容器７
２内の雰囲気温度を目標温度まで昇温させる第１制御部
６４（図１参照）と、ワークＷの温度を上記目標温度ま
で昇温させる第２制御部６５とを備えている。まず、第
１制御部６４では上記熱電対５５から出力される雰囲気
温度の検出値が目標値に到達するように各セラミックヒ
ータ５４に対する通電制御を行う。この通電制御は例え
ばＯＮ・ＯＦＦ制御により行ってもよいし、ＰＩ制御も
しくはＰＩＤ制御等により行ってもよい。雰囲気温度が
目標値に到達すれば、次に、第２制御部６５によりワー
クＷの温度を上記目標温度に合致させる制御が行われ
る。この第２制御部６５では、ダミーワークＷｄに取り
付けた熱電対５６から出力されるワーク温度の検出値が
目標値に到達するように上記各セラミックヒータ５４に
対する通電制御を行う。このような第２制御部６５によ
る制御を行うのはワーク温度が必ずしも雰囲気温度と一
致せずに雰囲気温度よりも若干低い温度となるためであ
る。なお、上記第２制御部６５による制御に先立ってワ
ーク温度が雰囲気温度になじんで安定化するように一定
時間の経過を待つようにしてもよい。そして、ワーク温
度が目標温度に到達すれば、次に形状測定用のコントロ
ーラ６１による制御が行われる。

【００４６】この際には、例えば図４に示すようにエア
カーテン形成手段１００により図示省略のスリットから
エアを開閉窓５１の上面に沿ってＸ方向一側から他側に
向けて吹き出させ、これにより、上記開閉窓５１と対物
レンズ４４との間の空間を横切るエアカーテンを形成
し、開閉窓５１を通して対物レンズ４４側に漏れる輻射
熱を遮断する。つまり、上記エアカーテン形成手段１０
０がたとえなくても、耐熱ガラス製の開閉窓５１の存在
により内側容器７２内からの輻射熱が多少反射もしくは
吸収されて対物レンズ４４に対する熱ダメージ防止が図
られているが、上記エアカーテンの形成によって上記熱
ダメージ防止のより確実化を図るようにしている。

【００４７】一つのワークＷについて熱負荷環境での形
状測定が終了した場合、もしくは、一つのワークＷに対
する１サイクルの熱負荷環境での形状測定が終了した場
合に、次のワークＷもしくは同一のワークＷに対する次
のサイクルでの熱負荷を行うために密閉容器５０内を一
旦常温まで冷却する必要がある。この冷却を開閉窓５１
を開放して自然放熱を待つようにしてもよいが、サイク
ルタイムの短縮化のために、好ましくは強制冷却手段を
設けて強制冷却を行うようにすればよい。強制冷却手段
としては、例えば外側容器７１及び内側容器７２の各内
部空間に臨んで一側に送風管を、他側に排気管をそれぞ
れ連通させ、送風ファン等により冷風もしくは常温のク
リーンエアを強制的に送って循環させるようにすればよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す正面説明図である。

【図２】光学式形状測定系の基本構造及び原理を示す断
面説明図である。

【図３】熱負荷装置の一部切欠斜視図である。

【図４】図３の熱負荷装置の縦断面図である。

【図５】図３の熱負荷装置の一部省略平面図である。

【図６】昇降手段の機構のみを抜き出した平面説明図で
ある。

【符号の説明】

２ ＸＹステージ ３ Ｚステージ ４ 光学式形状測定系 ５ 熱負荷装置 ４４ 対物レンズ（光学系） ５０ 密閉容器 ５１ 開閉窓（透明窓） ５２ ワーク支持台 ５３ 昇降手段（進退手段） ５４ セラミックヒータ（発熱体，熱源） ５５ 熱電対（雰囲気温度検出手段） ５６ 熱電対（ワーク温度検出手段） ６２ 温度制御用コントローラ（温度制御手
段） ６４ 第１制御部 ６５ 第２制御部 ８２ａ 支持面 １００ エアカーテン形成手段 Ｗ ワーク

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA20 AA51 AA65 BB05 CC00 CC01 CC17 CC25 DD11 FF10 FF61 FF69 GG06 GG12 HH13 JJ23 LL00 LL04 LL09 LL30 NN20 PP02 PP12 PP22 PP24 SS02 SS13 TT02

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学式形状測定系からの照射光を受けそ
   の反射光に基づいて形状が測定されるワークに対し熱負
   荷を与える光学式形状測定用ワークの熱負荷装置であっ
   て、 密閉容器と、 この密閉容器内に配設されてワークを支持するワーク支
   持台と、 このワーク支持台に支持されるワークを昇温させる熱源
   とを備え、 上記密閉容器には、上記光学式形状測定系の光学系に相
   対向する位置にその光学系からの照射光を通過し得る透
   明材料であって耐熱性を有する材料により形成された透
   明窓が設けられ、 上記ワーク支持台は、平坦面とされた支持面を有しその
   支持面が上記透明窓に相対向して上記光学系からの照射
   光に対し正対するように配設され、 上記熱源は、上記ワーク及びワーク支持台に対し共に非
   接触状態で配設され上記密閉容器内の雰囲気を加熱する
   ように構成されていることを特徴とする光学式形状測定
   用ワークの熱負荷装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 透明窓と、光学系との両者間に、その両者間の空間を遮
   断するようにエアカーテンを形成するエアカーテン形成
   手段を備えていることを特徴とする光学式形状測定用ワ
   ークの熱負荷装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、 ワーク支持台は板状に形成され、密閉容器内の空間を上
   下に略区画するように配設されており、 上記ワーク支持台はその支持面が上側空間に臨むように
   配設される一方、熱源はその熱源による加熱が上記ワー
   ク支持台の下側空間に対し行われるように配設されてい
   ることを特徴とする光学式形状測定用ワークの熱負荷装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 支持面は耐熱性材料であって金属以外の低比熱を有する
   材料により形成されていることを特徴とする光学式形状
   測定用ワークの熱負荷装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、 熱源は密閉容器内に配設された発熱体であることを特徴
   とする光学式形状測定用ワークの熱負荷装置。
6. 【請求項６】 請求項１において、 ワーク支持台を光学式形状測定系からの照射光軸に沿っ
   て進退可能に支持する進退手段を備えていることを特徴
   とする光学式形状測定用ワークの熱負荷装置。
7. 【請求項７】 請求項１において、 密閉容器内の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段
   と、 ワーク支持台に支持されたワークの温度を検出するワー
   ク温度検出手段と、 上記雰囲気温度検出手段及びワーク温度検出手段からの
   検出信号を受けてワーク温度が目標温度になるように加
   熱源の加熱作動を制御する温度制御手段とを備え、 上記温度制御手段は、上記雰囲気温度検出手段からの検
   出信号を受けて密閉容器内の雰囲気温度が上記目標温度
   になるように上記加熱源を作動制御する第１制御部と、
   上記雰囲気温度が目標温度に到達した状態で、上記ワー
   ク温度検出手段からの検出信号を受けてワーク温度が上
   記目標温度になるように上記加熱源を作動制御する第２
   制御部とを備えていることを特徴とする光学式形状測定
   用ワークの熱負荷装置。
8. 【請求項８】 光学系からの照射光に対する反射光を受
   光してワークとの相対変位量を測定することにより上記
   ワークの表面形状を測定する光学式形状測定手段と、 この光学式形状測定手段をＸＹＺからなる直交三軸の内
   のＺ軸方向に移動可能に保持するＺステージと、 上記光学式形状測定系からの照射光に対し正対するよう
   にワークを支持しそのワークに対し熱負荷を与える熱負
   荷装置と、 この熱負荷装置を上記Ｘ軸及びＹ軸のいずれにも移動可
   能に保持するＸＹステージとを備え、 上記熱負荷装置は、密閉容器と、この密閉容器内に配設
   されてワークを支持するワーク支持台と、このワーク支
   持台に支持されるワークを昇温させる熱源とを備え、 上記密閉容器には、上記光学式形状測定系の光学系に相
   対向する位置にその光学系からの照射光を通過し得る透
   明材料であって耐熱性を有する材料により形成された透
   明窓が設けられ、 上記ワーク支持台は、平坦面とされた支持面を有しその
   支持面が上記透明窓に相対向して上記光学系からの照射
   光に対し正対するように配設され、 上記熱源は、上記ワーク及びワーク支持台に対し共に非
   接触状態で配設され上記密閉容器内の雰囲気を加熱する
   ように構成されていることを特徴とする熱負荷装置を備
   えた光学式形状測定機。
9. 【請求項９】 請求項８において、 透明窓と、光学系との両者間に、その両者間の空間を遮
   断するようにエアカーテンを形成するエアカーテン形成
   手段を備えていることを特徴とする熱負荷装置を備えた
   光学式形状測定機。