JP2001124543A - 薄板材の平坦度測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体ウエハなどの薄板材を、高速回転させた
場合においても常に一定の保持力で歪ませることなく保
持することができ、薄板材の取り付けに際しても極めて
小さな溝深さの保持溝に薄板材の外周端縁部を確実に挿
入させて迅速に取り付けることのできる薄板材の平坦度
測定方法および装置を提供する。 【解決手段】薄板材２３を中空スピンドル２内に設けた
複数の薄板材固定用ユニット４２に保持させて回転し、
この回転中の薄板材２３の反りなどを一対の変位計３で
測定する。薄板材固定用ユニット４２は、回動支点部５
４を介し支持部５７に支持された可動部５８を有し、こ
の可動部５８の一端部に、薄板材２３を保持する保持爪
部５０を設け、且つ可動部５８の他端部に、回動支点部
５４の両側部分の質量が同一となる質量に設定されたカ
ウンタバランス部６０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面方向における厚
さむらや反りなどが極めて少ないことが特に要求され
る、例えば半導体製造用ウエハや磁気ディスク用基板な
どの薄板材における厚さむらや反りなどの発生度合いで
ある平坦度を測定するための方法および装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用ウエハは、シリコンなどの
薄板材からなり、このウエハの表面に半導体素子や電子
回路を作製するには、写真製版技術や各種の微細加工技
術などが採用されている。このようなウエハに対する加
工処理に際しては、ウエハ表面の平坦度を高めることが
非常に重要である。なぜならば、ウエハの平坦度が劣る
と、例えば写真製版の際に焦点がぼけることなどに起因
して、半導体素子や電子回路のパターンがウエハ表面に
不鮮明に作製されたり、ウエハ表面にパターン状に印刷
される材料の輪郭が不明確になったりするからである。
特に、近年では、半導体の微細化および生産性の向上を
目的として、従来の８インチから12インチへとウエハの
大型化が進んで半導体素子や電子回路の高密度化が促進
されており、このような高密度化や大型化に伴ってウエ
ハ表面の平坦度を確保することが一層重要な問題になっ
ている。

【０００３】さらに、半導体製造工程では、極めて精密
な平坦面とされた支持面にウエハの裏面全体を真空吸着
などの手段で各種加工を行うことが多い。このとき、ウ
エハが平面から比較的大きくずれる形状を有すると、写
真製版などに際してウエハを正確にチャッキングでき
ず、半導体素子や回路のパターンをウエハ表面に投影で
きなくなる。そのため、ウエハには、その全体にわたり
反りの極めて少ない正確な平坦度を有していることが要
求される。そこで、ウエハの製造工程では、製造後のウ
エハの全数について反りなどが許容範囲内であるか否か
を評価するために、ウエハの平坦度を正確、且つ能率的
に測定することが必要となる。

【０００４】従来のウエハなどの薄板材の平坦度測定装
置としては、本件出願人が先に提案した図９に示すもの
がある（特願平11-92609号）。この装置は、円板状のウ
エハＷを鉛直に立てた状態でダイレクトドライブモータ
１における円環状の中空スピンドル２内に設けた３個の
薄板材固定用ユニット４を介し中空スピンドル２の内部
に保持させて、中空スピンドル２の回転駆動によってウ
エハＷを鉛直面内で回転させている。この回転中のウエ
ハＷの両面には、ウエハＷの両面側方の対称位置に配置
した一対（一方のみ図示）の光学式変位計３からそれぞ
れ測定光を照射して、且つウエハＷの表面からそれぞれ
反射した測定光を各光学式変位計３で受光する。これに
より、光学式変位計３は、ウエハＷの表面までの距離あ
るいは距離の変化を光学的に測定する。

【０００５】また、移動ステージ９は、モータ７による
ボールねじ８の回転駆動によって一対のガイドレール１
０に摺動しながら直線移動するようになっており、一対
の光学式変位計３を相対向する両面に取り付けてウエハ
Ｗの対向面に対し対称位置において所定間隔で保持する
取付台１１は、上記移動ステージ９の上面に設置されて
移動ステージ９と一体的に直線移動される。これによ
り、一対の光学式変位計３は、回転するウエハＷに対し
これの表面と平行方向に半径上を移動されていき、ウエ
ハＷの全面に対する厚さを測定する。マイクロコンピュ
ータなどの演算処理装置などからなる平坦度算出手段
（図示せず）は、一対の光学式変位計３の測定結果に基
づいてウエハＷの反りなどを算出し、その算出結果によ
ってウエハＷの良否を判定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
平坦度測定装置には、その実用化に際して解決しなけれ
ばならない問題が未だ残存している。すなわち、図１０
は、薄板材固定用ユニット４でウエハＷを鉛直に保持し
た状態を示す斜視図である。ウエハＷは厚さが１ｍｍ以
下（一般に0.775 ｍｍ）と極めて薄く、重量が１２０ｇ
程度であることから、このウエハＷを水平に保持した場
合には自体の重力による歪みの発生によって測定誤差が
生じる。そこで、ウエハＷは、鉛直に立てた状態におい
て、中空スピンドル２の内周面２ａに等間隔に設けられ
た３個の固定ユニット４によって外周端縁部をそれぞれ
保持されている。ウエハＷの外周端縁部の薄板材固定用
ユニット４による保持幅は、ウエハＷのほぼ全面を測定
する必要から、１ｍｍ以下に設定されている。このよう
な平坦度測定装置における問題点は、ウエハＷを鉛直面
内で高速回転させながら光学式変位計３で測定する時に
ウエハＷを常に安定に保持できない点と、極めて薄いウ
エハＷを例えば３個の薄板材固定用ユニット４に確実、
且つ迅速に取り付けることができない点であり、以下に
その問題点について詳述する。

【０００７】上記薄板材固定用ユニット４は、中空スピ
ンドル２の内周面に固定された支持台部１２に、ほぼＬ
字形状の可動チャック腕部１３の一端部が支軸１４を支
点として回転自在に取り付けられており、可動チャック
腕部１３の他端部には、ウエハＷの外周縁部を嵌め込ま
せて保持するためのＶ字形状の保持溝１７が形成されて
いる。可動チャック腕部１３は、例えば圧縮コイルスプ
リングからなる押圧ばね１８によって支軸１４を支点に
図示矢印方向に回動付勢されて、ウエハＷに対しこれの
外周端縁部を保持溝１７を嵌め込ませた状態に押し付け
られる。保持溝１７は、ウエハＷの外周端近くまで測定
可能とするために、0.2 ｍｍ程度の溝深さに設定されて
いる。

【０００８】一般に、３個のうちの図示しない２個の薄
板材固定用ユニット４は、可動チャック腕部１３に代え
て、上述と同形状の保持溝を有する固定チャック腕部を
備えた構成になっており、ウエハＷは、図１０に示す１
個の可動チャック腕部１３による押圧力によって他の２
箇所の外周端縁部が固定チャック腕部の保持溝内に押し
付けられて挟持され、鉛直状態に取り付けられる。平坦
度の測定が終了したウエハＷは、ロボットなどの自動取
付装置のハンドリングアーム（図示せず）に保持された
のちに、エアーシリンダなどからなるアクチュエータ１
９の吸引作動によって可動チャック腕部１３が反矢印方
向に回動されることにより、３個の薄板材固定用ユニッ
ト４による保持を解除されて、ハンドリングアームによ
って中空スピンドル２の外部に取り外される。

【０００９】上述のように３個の薄板材固定用ユニット
４における可動チャック腕部１３および固定チャック腕
部の各々の保持溝１７にそれぞれ外周端縁部の僅かな箇
所を保持されたウエハＷは、全数検査する必要から測定
時間を可及的に短縮することが要求されるので、ダイレ
クトドライブモータ１により高速回転される。このと
き、可動チャック腕部１３は、高速回転により発生する
比較的大きな遠心力によって押圧ばね１８の付勢力に抗
し図１０の反矢印方向へ回動しようとする外力を受ける
ので、ウエハＷに対する保持力は低下する。実測結果に
よると、可動チャック腕部１３の重量が30ｇである場合
には、ウエハＷの回転数を240 ｒｐｍとしたときに遠心
力によって上記保持力が300 ｇｆに達する。そのため、
厚さが0.775 ｍｍ程度と薄いウエハＷには、外周端縁部
の僅かな箇所を保持溝１７に挿入して保持されているだ
けであるから、可動チャック腕部１３による上記保持力
の低下に伴い歪みが生じるる。その結果、光学式変位計
３による測定結果には誤差が発生し、ウエハＷのそりな
どを上述した高い測定精度で測定することができなくな
る。

【００１０】一方、ウエハＷは、上述のように全数検査
することから能率的にそりなどを測定する必要があり、
３個の薄板材固定用ユニット４への取り付けに際して
も、一般に１枚当たり約１分のタクトで測定する測定装
置に対し20秒以内で迅速に行うことが要求されている。
0.775 ｍｍと極めて薄い上にもろいウエハＷを20秒以内
に取り付けるに際しては、作業員の手作業では到底無理
であることから、ロボットなどの自動取付機が採用され
ている。

【００１１】上記ウエハＷの取り付けに際しては、図１
０に示す薄板材固定用ユニット４において、アクチュエ
ータ１９の吸引作動により保持溝１７がウエハＷの保持
位置から退避した位置に可動チャック腕部１３が保持さ
れ、自動取付機のハンドリッグアームに保持されて中空
スピンドル２の内部に搬入されたウエハＷは、３個の薄
板材固定用ユニット４の各保持溝１７に正確に対向する
よう位置決めされたのちに、アクチュエータ１９の作動
が解除されることによって可動チャック腕部１３が押圧
ばね１８の付勢力により回動され、この可動チャック腕
部１３がその保持溝１７内にウエハＷの外周端縁部を挿
入させてウエハＷを他の２個の薄板材固定用ユニット４
の各固定チャック腕部の保持溝に向け押圧する手順で行
われる。

【００１２】ところが、可動チャック腕部１３および２
個の固定チャック腕部の各保持溝１７は、上述のように
0.2 ｍｍ程度の極めて小さい溝深さに設定されているか
ら、ウエハＷが自動取付機によって所定位置に正確に位
置決めされても、ウエハＷ自体に僅かな反りなどが存在
した場合に、ウエハＷの何れかの外周端縁部が保持溝１
７内に挿入されずに、自動取付機のハンドリングアーム
によるウエハＷの把持が解除された時点でウエハＷが落
下して破損するといったトラブルが発生している。な
お、測定済みのウエハＷの取り外しに際しては、薄板材
固定用ユニット４で保持されているウエハＷをハンドリ
ングアームで把持するので、把持に失敗することがな
い。

【００１３】そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み
てなされたもので、極めて薄くてもろい半導体ウエハな
どの薄板材を、高速回転させた場合においても常に一定
の保持力で歪ませることなく保持することができ、薄板
材の複数個の薄板材固定用ユニットへの取り付けに際し
ても極めて小さな溝深さの保持溝に薄板材の外周端縁部
を確実に挿入させて迅速に取り付けることのできる薄板
材の平坦度測定方法および装置を提供することを目的と
するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の薄板材の平坦度測定方法は、薄板材回転手
段における中空スピンドルの内部の取付位置に搬入され
る薄板材を、前記中空スピンドルの内周面に配設した複
数の薄板材固定用ユニットから各一対のガイド片を前記
取付位置に向けそれぞれ進出させて前記薄板材の外周端
縁部の一面および他面にそれぞれ接触させることによ
り、所定位置に位置決めし、前記各薄板材固定用ユニッ
トにおいて、中央部を回動支点とする可動部を弾性力の
付与によって一方向に回動させることにより、一対の前
記ガイド片の間に進出する前記可動部の保持爪部で前記
薄板材の外周端縁部を保持させ、そののちに、一対のガ
イド片を前記薄板材から離間する方向に退避させて、前
記薄板材を複数の前記薄板材固定用ユニットを介し前記
中空スピンドルの内周面に取り付け、前記可動部におけ
る前記回動支点部の両側部分の質量が同一となるように
バランスを保った状態で前記薄板材回転手段を駆動させ
ることによって前記薄板材を回転させ、前記薄板材の両
面側方の対称位置に配置した一対の変位センサにより前
記薄板材の対向表面までの距離を測定するとともに、前
記一対の変位センサの測定位置を前記薄板材の回転半径
方向に走査して、一対の前記変位センサによって前記薄
板材の全面に対する距離また距離の変化を測定し、一対
の前記変位センサの各測定データに基づいて前記薄板材
の全面における厚さむらおよび反りを算出するようにし
たことを特徴としている。

【００１５】この薄板材の平坦度測定方法では、中空ス
ピンドル内の所内の取付位置に搬入された薄板材を複数
の薄板材固定用ユニットで保持するに際して、一対のガ
イド片を取付位置に向け進出させて薄板材の両面に接触
させるので、薄板材に反りなどが存在していても、一対
のガイド片が薄板材の外周端縁部の両面に接触すること
によって反りなどを解消するように薄板材の形状を修正
でき、この形状修正した薄板材の外周端縁部を保持爪部
で保持するので、厚さが極めて薄い薄板材であっても確
実に保持できる。また、薄板材固定用ユニットの可動部
には、中空スピンドルの回転時において回動支点部に対
する両側部分にそれぞれ同一で、且つ互いに反対方向に
回動させようとする遠心力が作用するので、この両側の
遠心力を互いに打ち消すことができ、薄板材は、高速回
転時においても複数箇所の外周端縁部を常に所定の保持
力で保持されて歪むことがなく、変位センサにより薄板
材の平坦度を極めて高い測定精度で能率的に測定するこ
とができる。

【００１６】また、本発明の薄板材の平坦度測定装置
は、薄板材を中空スピンドル内に保持しながら回転させ
る薄板材回転手段と、前記中空スピンドルの内周面に固
着されて前記薄板材の外周端縁部を保持する複数の薄板
材固定用ユニットと、前記薄板材の両面側方の対称位置
に配置されて前記薄板材の対向表面までの距離または距
離の変化をそれぞれ測定する一対の変位センサと、前記
変位センサの測定位置を前記薄板材の回転半径方向に走
査する測定走査手段と、一対の前記変位センサの各測定
データに基づいて前記薄板材の全面における厚さむらお
よび反りを算出する平坦度算出手段とを備えてなり、少
なくとも一つの前記薄板材固定用ユニットは、前記中空
スピンドルの内周面に固着された支持部と、中央部が回
動支点部を介し前記支持部に支持されて回動自在に設け
られた可動部と、前記薄板材の外周端縁部を嵌め込ませ
て保持する保持溝を有して前記可動部の一端部に設けら
れた保持爪部と、前記保持爪部を前記薄板材に押し付け
る方向に前記可動部を回動付勢する弾性体と、前記可動
部の他端部に設けられて前記可動部における前記回動支
点部の両側部分の質量が同一となる質量に設定されたカ
ウンタバランス部とを備えて構成されていることを特徴
とする。

【００１７】この薄板材の平坦度測定装置では、薄板材
を中空スピンドル内に保持するための薄板材固定用ユニ
ットが、可動部における回動支点部から一端側の保持爪
部を含む薄板材保持用の機構部分の質量と同一の質量を
有するカウンタバランス部を可動部の他端部に設けた構
成になっているので、薄板材固定用ユニットの可動部に
は、中空スピンドルの回転時において回動支点部に対す
る両側部分にそれぞれ同一で、且つ互いに反対方向に回
動させようとする遠心力が作用するので、この両側の遠
心力が互いに打ち消される。そのため、薄板材を能率的
に測定することを目的として中空スピンドルが高速回転
された場合においても、保持爪部は、高速回転時に発生
する遠心力の作用に拘わらず、弾性体によって設定され
た一定の付勢力が常に変化することなく付与されて、保
持溝で薄板材の外周端縁部を安定に保持し続ける。これ
により、薄板材は、高速回転時においても複数箇所の外
周端縁部を常に所定の保持力で保持されて歪むことがな
いので、変位計により薄板材の反りなどを極めて高い測
定精度で能率的に測定することができる。

【００１８】上記発明における薄板材固定用ユニット
は、保持爪部の両側位置にそれぞれ近接配置された一対
のガイド片を備えてなり、一対の前記ガイド片は、各々
の相対向する面の先端部にテーパー状のガイド面を有
し、薄板材が中空スピンドル内の所定の取付位置に搬入
されたときに、保持爪部の前記取付位置への進出に先立
ち前記取付位置に向け進出されて前記薄板材の外周端縁
部の一面及び他面にそれぞれ接触するよう構成されてい
ることが好ましい。

【００１９】これにより、測定対象の薄板材が例えばロ
ボットのハンドリングアームで把持されながら中空スピ
ンドル内の所内の取付位置に搬入されたときに、先ず、
一対のガイド片が取付位置に向け進出され、薄板材は、
反りなどが存在していても、進出してくるガイド片のガ
イド面に摺動することによってガイド片の内面に接触す
るよう案内されて、一対のガイド片が外周端縁部の両面
に接触することによって反りなどを解消するよう形状が
修正される。すなわち、薄板材は、複数の外周端縁部を
それぞれ一対のガイド片で挟み込まれて、外周端部が各
保持爪部の保持溝に正確に対向するよう形状が修正され
る。そののち、保持爪部が中空スピンドルの取付位置に
向け進出したときに、薄板材の外周端縁部は、保持爪部
の保持溝内に確実に挿入されて、薄板材が複数の保持爪
部によって挟持される。したがって、この薄板材固定用
ユニットでは、厚さが１ｍｍ以下と極めて薄い薄板材
を、溝深さが１ｍｍの保持溝内に確実に挿入させること
ができ、従来装置のように薄板材が保持の失敗によって
落下するといったトラブルが発生することがない。

【００２０】また、上記構成において、薄板材固定用ユ
ニットは、一端部に保持爪部を備えた固定機構部の両側
に、一端部にガイド片を備えた取付ガイド機構部がそれ
ぞれ近接配置されてなり、前記固定機構部は、支持部、
回動支点部、可動部およびカウンタバランス部が一体形
成された本体ブロックと、可動部の一端部に固着された
保持爪部と、前記保持爪部を薄板材の取付位置に進出さ
せる方向に前記可動部を回動付勢する弾性体と、前記保
持爪部が前記取付位置から退避する方向に前記可動部を
回動させるソレノイドとを備えて構成され、前記各取付
ガイド機構部は、中空スピンドルに固着された支持部
と、中央部が回動支点部を介し前記支持部に支持されて
回動自在となった可動部と、前記可動部の他端部に設け
られて前記可動部における前記回動支点部に対し両側部
分の質量が同一となる質量に設定されたカウンタバラン
ス部とが一体形成された本体ブロックを有するととも
に、前記可動部の一端部に固着されたガイド片と、前記
ガイド片が前記薄板材の取付位置に進出する方向に前記
可動部を回動させるソレノイドと、前記ガイド片が前記
取付位置から退避する方向に前記可動部を回動付勢する
弾性体とを備えた構成とすることができる。

【００２１】これにより、薄板材固定用ユニットは、薄
板材を保持するための固定機構部と、これの両側に配置
されて薄板材を確実に保持するための補助動作を行う一
対の取付ガイド機構部とを備えているにも拘わらず、各
機構部が、支持部、可動部、回動支点部およびカウンタ
バランス部をそれぞれ有する一体物の本体ブロックを備
えているので、部品点数を可及的に削減して、構成を非
常に簡素化できる。また、薄板材を回転しながらの測定
動作時には、保持爪部がソレノイドへの非通電により弾
性体の付勢力を受けて薄板材を保持するとともに、各ガ
イド片がソレノイドへの非通電状態により弾性体の付勢
力を受けて薄板材から離間した退避位置に保持される。
すなわち、各ソレノイドは、薄板材の測定動作時に何れ
も非通電状態とされて発塵のおそれがなくなっているか
ら、測定対象とする薄板材が半導体ウエハなどのように
塵埃の付着による汚染を極力防止する必要があるもので
ある場合には、特に顕著な効果を得られる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明
の薄板材の平坦度測定方法を具現化した一実施の形態に
係る薄板材の平坦度測定装置を示す斜視図である。同図
において、図９と同一若しくは実質的に同等のものに
は、同一の符号を付して、その説明を省略する。装置台
２０の上面には、一対の支持脚２１によってダイレクト
ドライブモータ１が支持されている。このダイレクトド
ライブモータ１は、その環状の外装固定部２２が一対の
支持脚２１に固着されて装置台２０の上方位置に保持さ
れており、外装固定部２２の内部に回転自在に設けられ
た円環状の中空スピンドル２の内部には、例えば上述の
半導体ウエハＷなどの薄板材２３が鉛直に立てられた状
態で、その外周端縁部を複数（通常は３個）の薄板材固
定用ユニット２４で固定されて取り付けられている。

【００２３】上記ダイレクトドライブモータ１は、外装
固定部２２にコイル（図示せず）が、且つ中空スピンド
ル２に磁石（図示せず）が所定の間隙を存して相対向す
る配置で設けられた周知の構成を有しており、例えば、
薄板材２３を保持した回転体を、一般的なモータの回転
動力をベルトやギヤなどの伝達機構を介して回転駆動さ
せる場合に比較して、回転むらが極めて少ない。したが
って、このダイレクトドライブモータ１は、薄板材２３
を回転しながらその反りなどを高精度に測定することを
目的とする実施の形態の平坦度測定装置の回転駆動源と
して好適なものである。

【００２４】また、この平坦度測定装置の測定対象とな
る薄板材２３としては、シリコンなどの半導体ウエハの
他に、磁気ディスクの材料となる金属板、セラミック板
または樹脂板などの基板が主なものであるが、ウエハな
どのように円板状や円盤状のものに限らず、円形以外の
形状のものも対象とすることができる。要は厚さむらや
反りなどの発生度合である平坦度を高精度で測定するこ
とが要求されるものであれば、材料や形状寸法の如何に
拘わらず測定対象として適用可能である。

【００２５】装置台２０の上面におけるダイレクトドラ
イブモータ１の下方位置には、一対のガイドレール１０
が、それぞれダイレクトドライブモータ１に保持された
薄板材２３の表面に平行な方向に設置されている。移動
ステージ９は、両ガイドレール１０にまたがってその上
部に摺動自在に取り付けられ、ボールねじ８がモータ７
によって回転駆動されることにより、両ガイドレール１
０に沿って直線移動される。

【００２６】一対の光学式変位計３の取付台２７は、こ
の実施の形態において矩形状の外観を呈する形状を有し
ており、ダイレクトドライブモータ１ひいてはこれに保
持された薄板材２３を取り囲む配置で移動ステージ９上
に支持されている。この取付台２７は、下方のほぼＵ字
状となった基台部２８の両側上端面に、ほぼ逆Ｕ字状と
なった補強部材２９の両側下端面が接合連結されて、全
体としてほぼ矩形状の外観形状になっている。基台部２
８は、その両側板部分が下方に向け幅広となった安定な
形状を有し、その両側板部分の上端近傍箇所における相
対向する面の対称位置に光学式変位計３がそれぞれ取り
付けられている。これにより、一対の光学式変位計３
は、ダイレクトドライブモータ１に鉛直状態に保持され
て回転する薄板材２３の対向面に対し所定の間隔で配置
されている。光学式変位計３は、薄板材２３の表面に測
定光を照射して、その表面で反射した測定光を受光する
ことにより、薄板材２３の表面までの距離または距離の
変化を測定するものである。この光学式変位計３による
測定動作の詳細については後述する。

【００２７】上記取付台２７は、矩形状の外観を呈する
形状となっていることにより、剛性が格段に向上したも
のとなり、一対の光学式変位計３の取付箇所が振動源か
らの振動の影響を受けるのを低減するようになってい
る。また、取付台２７における下半部を構成する基台部
２８は、石材により形成されており、薄板材２３の回転
および取付台２７自体の直線移動に起因する振動を効果
的に吸収して減衰させることができる。さらに、取付台
２７における上半部を構成する補強部材２９は、十分な
剛性を得ながらも軽量な材質、例えばＨ型鋼により形成
されている。これにより、取付台２７は、石材からなる
基台部２８とＨ型鋼からなる補強部材２９とによって全
体の重量が比較的軽量なものとなり、比較的小型のモー
タ７によるボールねじ８の回転駆動によって高速移動さ
せることができるから、多数個の薄板材２３を検査する
場合においても能率的に行うことができる。

【００２８】図２は本発明の要旨とする構成である薄板
材固定用ユニット２４による薄板材２３の保持状態を示
す拡大斜視図である。この薄板材固定用ユニット２４は
以下のような構成になっている。すなわち、中空スピン
ドル２の内周面に固定された支持台部３０には、平面視
ほぼコ字形状となった可動部３１における中央部が支軸
３２を介して回動自在に支持されている。可動部３１の
一方側（図の左方側）の上面には、溝深さが0.2 ｍｍ程
度のＶ字形状の保持溝３４を上端部に有した保持爪部３
３が立設状態に固着されている。可動部３１の他方側
（図の右方側）にはカウンタバランス部３７が一体形成
されている。可動部３１は、他端面から突設された取付
ピン３８と中空スピンドル２の内周面２ａとの間に懸架
された引っ張りばね３９により、保持爪部３３が図示矢
印で示す上方へ押し上げられる方向に回動付勢されてい
る。

【００２９】上記カウンタバランス部３７は、保持爪部
３３を含む可動部３１における支軸３２の取付箇所から
一端側に位置する薄板材２３の保持に必要な機構部分の
質量（回転モーメント）と同一の質量に設定されてい
る。したがって、薄板材固定用ユニット２４には、薄板
材２３が測定に際し240 ｒｐｍ程度の回転数に高速回転
された場合、動作支点である支軸３２の両側部分にそれ
ぞれ同一で、且つ可動部３１を互いに反対方向に回動さ
せようとする遠心力が作用するので、この両側の遠心力
が互いに打ち消される。

【００３０】すなわち、薄板材固定用ユニット２４にお
ける支軸３２に対し保持爪部３３側の機構部分に作用す
る遠心力は、カウンタバランス部３７に作用する遠心力
により打ち消される。そのため、保持爪部３３は、高速
回転時に発生する遠心力の作用に拘わらず、引っ張りば
ね３９のばね力によって設定された一定の押圧力が常に
変化することなく付与されて、保持溝３４で薄板材２３
の外周端縁部を安定に保持し続ける。これにより、薄板
材２３は、高速回転時においても３箇所の外周端縁部を
常に所定の保持力で保持されて、歪むことがない。その
結果、光学式変位計３による薄板材２３の反りなどの測
定を極めて高い測定精度で能率的に行うことができる。

【００３１】なお、この実施の形態では、薄板材固定用
ユニット２４における薄板材２３の保持を解除するため
のエアーシリンダなどからなるアクチュエータ４０が、
可動部３１の他端部から突設された受動ピン４１に作動
ロッド４０ａを対向させた配置でダイレクトドライブモ
ータ１の外装固定部２２に固着されている。すなわち、
ダイレクトドライブモータ１は中空スピンドル２が特定
位置となる状態で停止するので、アクチュエータ４０
は、中空スピンドル２が停止したときの受動ピン４１に
対し作動ロッド４０ａが正確に対向する配置に位置決め
して取り付けられている。このアクチュエータ４０は、
薄板材２３の全面に対する測定が終了して中空スピンド
ル２の回転が停止したときに作動して、吐出させた作動
ロッド４０ａで受動ピン４１を押し上げて可動部３１を
回動させることにより、保持爪部３３の保持溝３４によ
る薄板材２３の保持を解除する。したがって、アクチュ
エータ４０は薄板材２３の回転による測定時に薄板材固
定用ユニット２４とは無関係に固定されており、ダイレ
クトドライブモータ１の回転負荷を軽減できる。

【００３２】図３は本発明の他の実施の形態に係る薄板
材２３の平坦度測定装置における薄板材固定用ユニット
４２を示す斜視図である。この薄板材２３の平坦度測定
装置の全体構成は、図１とほぼ同じであって、薄板材固
定用ユニット４２が相違するだけである。この薄板材固
定用ユニット４２は、そのユニット台部４３が中空スピ
ンドル２の内周面２ａ上に載置されてねじ４４により中
空スピンドル２の側面に固定されており、ユニット台部
４３の上面には、中央部に固定機構部４７が設置されて
いるとともに、一対の取付ガイド機構部４８が固定機構
部４７の両側に近接した配置で設置されている。図４
（ａ）は固定機構部４７の長手方向に沿って切断した縦
断面図、（ｂ）は取付ガイド機構部４８の長手方向に沿
って切断した縦断面図である。

【００３３】固定機構部４７は、図３および図４（ａ）
に示すように、硬質樹脂などによって形成された本体ブ
ロック４９と、この本体ブロック４９の一端（各図の左
端）上面に固定されて薄板材２３を保持する保持爪部５
０と、この保持爪部５０に薄板材２３への保持力を付与
するための引っ張りばね５１と、保持爪部５０による薄
板材２３の保持を解除するための回動駆動源のソレノイ
ド５２とにより構成されている。

【００３４】本体ブロック４９は、厚み方向の中央部に
水平方向のくり抜き溝５３が長手方向の両側にそれぞれ
形成されて、くり抜き溝５３の下方の支持台部５７と上
方の可動部５８とを一体に有しており、くり抜き溝５３
が形成されずに残存する長手方向の中央部が弾性を有す
る回動支点部５４になっている。本体ブロック４９は、
その支持台部５７がねじ５９によりユニット台部４３に
固定され、可動部５８が回動支点部５４を支点として両
側に回動可能になっている。引っ張りばね５１は、本体
ブロック４９の他端部（各図の右端部）とユニット台部
４３との間に懸架されて、保持爪部５０を押し上げる方
向つまり薄板材２３を保持溝５０ａで支持する方向に可
動部５８を回動付勢している。一方、可動部５８の一端
部に連結されたソレノイド５２は、作動（一般に吸引）
することにより、保持爪部５０を引き下げる方向つまり
保持溝５０ａを薄板材２３から離間する方向に可動部５
８を回動させるようになっている。

【００３５】可動部５８の一端部に固着された保持爪部
５０は、一実施の形態の薄板材固定用ユニット２４の保
持爪部３３に形成されているのと同様の溝深さが0.2 ｍ
ｍ程度のＶ字形状の保持溝５０ａを有しており、この保
持溝５０ａに薄板材２３の外周端縁部を挿入させて薄板
材２３を保持する。また、可動部５８における他端部に
は、カウンタバランス部６０が垂下状態に一体形成され
ており、このカウンタバランス部６０は、回動支点部５
４に対し両側の質量が同一になる質量に設定されてい
る。

【００３６】一方、固定機構部４７の両側に近接配置さ
れた取付ガイド機構部４８は、固定機構部４７の本体ブ
ロック４９と同一構成の本体ブロック６１を備えてい
る。但し、この本体ブロック６１は、固定機構部４７の
本体ブロック４９に対し長手方向の向きを逆にして配置
されている。したがって、本体ブロック６１には、本体
ブロック４９と同様の二つのくり抜き溝６２、回動支点
部６３、支持台部６４、可動部６７およびカウンタバラ
ンス部６８を一体に備えており、支持台部６４がねじ６
９によってユニット台部４３に固定されている。

【００３７】可動部６７の一端部（図の左端部）には、
図３に明示するテーパー状のガイド面７０ａを有するガ
イド片７０がそれぞれ固着されており、この一対のガイ
ド片７０は、各々のガイド面７０ａを保持爪部５０に向
けて相対向させた互いに逆の配置で固着されている。回
動支点部６３を支点として回動自在となった可動部６７
は、その一端部とユニット台部４３との間に懸架された
引っ張りばね７１によってガイド片７０を引き下げる方
向に常に回動付勢されているとともに、他端部（図の右
端部）が連結されたソレノイド７２が作動（一般に吸
引）することによってガイド片７０を押し上げる方向に
回動されるようになっている。

【００３８】なお、固定機構部４７における可動部５８
は、回動支点部５４の両側の対称位置にそれぞれ設けら
れた可動リミット部材７３によって両方向への回動範囲
を規制されている。同様に、両側の取付ガイド機構部４
８における可動部６７は、回動支点部６３の対称位置に
それぞれ設けられた可動リミット部材７４によって両方
向への回動範囲を規制されている。可動リミット部材７
４としては、測定対象となる半導体ウエハなどの薄板材
２３が塵埃により汚染されるのを極力防止する必要か
ら、発塵の無い材質、例えばテフロンによって形成され
ている。

【００３９】つぎに、上記の薄板材固定用ユニット４２
の作用について、図５の動作説明図を参照しながら説明
する。なお、図３および図４に示した薄板材固定用ユニ
ット４２（以下、実施例ユニットという）以外に二つ設
けられる薄板材固定用ユニットは、保持爪部５０が固定
的に設けられ、実施例ユニット４２の保持溝５０ａに薄
板材２３の外周端縁部を嵌め込ませたのちに、保持爪部
５０によって薄板材２３を押圧変位させて薄板材２３の
他の２箇所の外周端縁部を固定的に設けられた二つの保
持爪部の保持溝に挿入させることにより、薄板材２３を
挟持する構成になっている。但し、図５においては、説
明の便宜上、図３および図４の薄板材固定用ユニット４
２と同様の可動式の保持爪部５０を備えている構成を例
示してある。なお、三つの各薄板材固定用ユニット４２
は、いずれも同様の一対の可動式のガイド片７０を備え
ている。

【００４０】先ず、薄板材２３を中空スピンドル２の三
つの薄板材固定用ユニット４２に取り付けるに際して
は、図５（ａ）に示すように、ロボットからなる自動取
付機における三つ（一つのみ図示）のハンドリングアー
ム７７によって薄板材２３における等間隔の３箇所の外
周端縁部を把持する。各ハンドリングアーム７７による
薄板材２３の把持は、各ハンドリングアーム７７のＶ字
形状の保持溝７７ａ内に薄板材２３の外周端縁部をそれ
ぞれ挿入させて、薄板材２３を挟み込む状態で行われ
る。この薄板材２３を把持したハンドリングアーム７７
は、外部から中空スピンドル２内に向け搬送されて、薄
板材２３を中空スピンドル２内の中央部の所定位置に位
置決めした状態で停止される。

【００４１】上記の薄板材２３の中空スピンドル２内へ
の搬入時、固定機構部４７では、ソレノイド５２に通電
されて可動部５８が図４（ａ）の反時計方向に回動さ
れ、保持爪部５０が、薄板材２３の取付位置の外方にお
ける薄板材２３の搬入に際し邪魔にならない位置に退避
されている。また、両側の取付ガイド機構部４８では、
ソレノイド７２が非通電状態であって、可動部６７が引
っ張りばね７１の付勢力によって図４（ｂ）の反時計方
向に回動され、ガイド片７０が、薄板材２３の取付位置
の外方における薄板材２３の搬入に際し邪魔にならない
位置に退避されている。

【００４２】つぎに、一方側（図３の左側）の取付ガイ
ド機構部４８では、ソレノイド７２が通電されて作動す
ることによって可動部６７が図４（ｂ）の時計方向に回
動され、図５（ａ）に矢印で示すように、ガイド片７０
が中空スピンドル２の内方側に向け進出される。このと
き、薄板材２３は、図の左方への反りなどが存在してい
ても、内方に向け進出してくるガイド片７０のガイド面
７０ａが摺動しながらガイド片７０の内面に接触するよ
う案内されることにより、反りなどを解消するよう形状
が修正される。

【００４３】続いて、他方側（図３の右側）の取付ガイ
ド機構部４８では、ソレノイド７２が通電されて作動す
ることによって可動部６７が図４（ｂ）の時計方向に回
動され、図５（ｂ）に矢印で示すように、ガイド片７０
が中空スピンドル２の内方側に向け進出される。このと
き、薄板材２３は、図の右方への反りなどが存在してい
ても、内方に向け進出してくるガイド片７０のガイド面
７０ａが摺動しながらガイド片７０の内面に接触するよ
う案内されることにより、反りなどを解消するよう形状
が修正される。

【００４４】上記動作により、薄板材２３は、三つのハ
ンドリングアーム７７で挟持された状態において３箇所
の外周端縁部をそれぞれ一対のガイド片７０で挟み込ま
れて、外周端部が各保持爪部５０の保持溝５０ａに正確
に対向するよう形状が修正される。そののち、固定機構
部４７では、ソレノイド５２への通電が停止されて、可
動部５８が引っ張りばね５１の付勢力によって図４
（ａ）の時計方向に回動されることにより、図５（ｃ）
に矢印で示すように、保持爪部５０が中空スピンドル２
の内方側に向け進出される。このとき、薄板材２３の外
周端部は上述のように保持爪部５０の保持溝５０ａに正
確に対向されているから、内方に進出してくる保持爪部
５０の各保持溝５０ａ内に薄板材２３の対向する外周端
縁部が確実に挿入されて、薄板材２３が三つの保持爪部
５０によって挟持される。したがって、この薄板材固定
用ユニット４２では、厚さが0.775 ｍｍと極めて薄い薄
板材２３を、溝深さが0.2 ｍｍの保持溝５０ａ内に確実
に挿入させることができ、従来装置のように薄板材２３
が保持の失敗によって落下するといったトラブルが発生
することがない。

【００４５】三つの保持爪部５０の各保持溝５０ａによ
る薄板材２３の挟持固定が終了すると、各ハンドリング
アーム７７は、薄板材２３に対する保持を解除したの
ち、図５（ｃ）に示す矢印方向に移動して中空スピンド
ル２の外部に退避する。それと同時に、両側の取付ガイ
ド機構部４８では、ソレノイド７２への通電が停止され
て、可動部６７が引っ張りばね７１の付勢力によって図
４（ｂ）の反時計方向に回動されることにより、ガイド
片７０が、図５（ｄ）に示すように薄板材２３の外周端
よりも外方側に退避する。

【００４６】上記動作により、薄板材２３の薄板材固定
用ユニット４２への取り付けが終了し、ダイレクトドラ
イブモータ１が回転を開始して、光学式変位計３による
薄板材２３の厚さむらなどの測定が行われる。この測定
動作時には、固定側機構部４７のソレノイド５２および
両側の取付ガイド機構部４８の各ソレノイド７２は、何
れも非通電状態になっており、保持爪部５０が引っ張り
ばね５１によって薄板材２３に押し付けられる方向に付
勢されているとともに、各ガイド片７０は、それぞれ引
っ張りばね７１の付勢力によって薄板材２３の外方側の
退避位置に保持されている。このように薄板材２３と共
に回動する各ソレノイド５２，７２は、回動時に非通電
状態とすることによって発塵のおそれをなくしている。

【００４７】また、ダイレクトドライブモータ１は、中
空スピンドル２が特定位置において停止するので、各ソ
レノイド５２，７２への通電用の電極は、薄板材固定用
ユニット４２の停止位置の近傍箇所に配置されており、
各ソレノイド５２，７２の通電に際して、自動接続装置
により各ソレノイド５２，７２に電気的接続状態に接触
されるようになっている。

【００４８】薄板材２３を測定するに際し240 ｒｐｍ程
度の回転数で高速回転させた場合には、固定機構部４７
の可動部５８における回動支点部５４の両側部分にそれ
ぞれ遠心力が作用するが、この両側部分の質量がカウン
タバランス部６０によって同一になるよう設定されてい
るから、両側部分にそれぞれ作用する遠心力は、同一
で、且つ互いに反対方向に回動させる向きとなるので、
互いに打ち消される。そのため、保持爪部５０は、高速
回転時に発生する遠心力の作用に拘わらず、引っ張りば
ね５１のばね力によって設定された一定の押圧力が常に
変化することなく付与されて、保持溝５０ａで薄板材２
３の外周端縁部を安定に保持する。これにより、薄板材
２３は、高速回転時においても３箇所の外周端縁部を常
に所定の保持力で保持されて、歪むことがない。その結
果、光学式変位計３による薄板材２３の反りなどを極め
て高い測定精度で能率的に測定することができる。

【００４９】また、両側の取付ガイド機構部４８の可動
部６７における回動支点部５４の両側部分にもそれぞれ
遠心力が作用するが、この両側部分の質量がカウンタバ
ランス部６８によって同一になるよう設定されているか
ら、両側部分にそれぞれ作用する遠心力は、同一で、且
つ互いに反対方向に回動させる向きであるので、互いに
打ち消される。そのため、ガイド片７０は、高速回転時
に発生する遠心力の作用に拘わらず、引っ張りばね７１
のばね力によって設定された一定の引っ張り力を常に変
化することなく付与されて、薄板材２３の回転に対し邪
魔にならない位置に退避した状態を確実に保持する。

【００５０】上記薄板材固定用ユニット４２は、薄板材
２３を保持するための固定機構部４７と、これの両側に
配置されて薄板材２３を確実に保持するための補助動作
を行う一対の取付ガイド機構部４８とを備えているにも
拘わらず、各機構部４７，４８が、支持台部５７，６
４、可動部５８，６７、回動支点部５４，６３およびカ
ウンタバランス部６０，６８をそれぞれ有する一体物の
本体ブロック４９，６１を備えているので、部品点数を
可及的に削減して、非常に簡素化された構成になってい
る。

【００５１】なお、上記実施の形態では、一対の取付ガ
イド機構部４８，４８を中空スピンドル２の内周面に設
けて薄板材２３と一体的に回転させる構成としたが、一
対の取付ガイド機構部４８，４８は、外装固定部２２に
設けて、薄板材２３の取り付け時のみガイド片７０を中
空スピンドル２内に搬入された薄板材２３に接触させる
ように進出させる構成とすることもできる。

【００５２】つぎに、上記各実施の形態における光学的
変位計３による薄板材２３の平坦度測定について説明す
る。図６は、上記の各実施の形態の薄板材２３の平坦度
測定装置における光学式変位計３を用いて構成した測定
機構部を示す全体構成図である。同図において、薄板材
２３の両面側方に配置された一対の光学式変位計３は、
それぞれ測定光学系７８と受光部７９とを有するととも
に、一つのレーザ出力装置８０から出力されるレーザ光
で動作する。レーザ出力装置８０としては、周波数安定
化Ｈｅ−Ｈｅレーザが用いられ、このレーザ出力装置８
０からは、参照光Ｌ₀ と測定光Ｌ₁ との混合光Ｌ₀ ＋Ｌ
₁ を出力される。この混合光Ｌ₀ ＋Ｌ₁は、複数のミラ
ー８１およびアイソレータ８２を経て、ビームスプリッ
タ８３で２方向に分割される。分割された混合光Ｌ₀ ＋
Ｌ₁ は、さらに複数のミラー８１を経て、薄板材２３の
両側の測定光学系７８へと供給される。なお、図の右側
の測定光学系７８の内部構成は、左側と同一であるの
で、その図示を省略してある。

【００５３】測定光学系７８では、混合光Ｌ₀ ＋Ｌ
₁ が、収束レンズ８４で絞り込まれたのちに、分岐混合
部となる偏光ビームスプリッタ８７に供給される。収束
レンズ８４は、混合光Ｌ₀ ＋Ｌ₁ を絞り込むことで、測
定光Ｌ₁ を薄板材２３の表面位置に正確に収束させて照
射する。但し、この実施の形態では、薄板材２３の表面
に直接に収束させるのではなく、触針反射器８８の反射
面に収束させている。偏光ビームスプリッタ８７では、
測定光Ｌ₁ がそのまま直進し、参照光Ｌ₀ が直角方向に
反射するように分岐される。このような分岐は、レーザ
出力装置８０で出力される測定光Ｌ₁ と参照光Ｌ₀ との
偏光方向の違いによって生じる。

【００５４】測定光Ｌ₁ は、λ／４波長板８９を通過し
たあと、薄板材２３の表面に向かう。薄板材２３の表面
には触針反射器８８が当接しており、測定光Ｌ₁ は触針
反射器８８で反射されて、再び偏光ビームスプリッタ８
７へと戻される。偏光ビームスプリッタ８７を出た参照
光Ｌ₀ は、λ／４波長板９０を通過したあと、参照ミラ
ー９１で反射して再び偏光ビームスプリッタ８７に戻
る。偏光ビームスプリッタ８７から参照ミラー９１まで
の距離は、偏光ビームスプリッタ８７から触針反射器８
８までの距離と同一に設定されている。

【００５５】参照ミラー９１で反射してλ／４波長板９
０を通過した参照光Ｌ₀ は、偏光ビームスプリッタ８７
を直進する。測定光Ｌ₁ は偏光ビームスプリッタ８７で
直角方向に反射されて参照光Ｌ₀ と同じ方向に進むこと
になる。その結果、偏光ビームスプリッタ８７からは、
参照光Ｌ₀ と測定光Ｌ₁ との混合光Ｌ₀ ＋Ｌ₁ が出力さ
れる。但し、それまでの光の行程が、測定光Ｌ₁ では触
針反射器８８までの距離つまり薄板材２３の表面までの
距離によって変わり、参照光Ｌ₀ では変わらないので、
両方の光の行程差あるいは位相差が生じている。

【００５６】偏光ビームスプリッタ８７から出力される
混合光Ｌ₀ ＋Ｌ₁ は、複数のミラー９２、コリメートレ
ンズ９３およびフォーカスレンズ９４を経て、受光部７
９に入力される。コリメートレンズ９３は、混合光Ｌ₀
＋Ｌ₁ を平行光にし、フォーカスレンズ９４は混合光Ｌ
₀ ＋Ｌ₁ を受光部７９の受光面に収束させて、測定光Ｌ
₁ が薄板材２３の表面で反射することで生じる傾きやず
れを修正し、受光部７９の受光面に確実に入力させる。
受光部７９では、光信号を電気信号に変換したり、参照
光Ｌ₀ と測定光Ｌ₁ の波長や位相を電気的に分析し、そ
のデータを演算処理することで、薄板材２３の表面まで
の距離またはその変化を数値情報として得る。参照光Ｌ
₀ と測定光Ｌ₁ とを干渉させることで、上述の行程ある
いは位相の違いを拡大あるいは明確化させて干渉縞とし
て現出させれば、光電変換素子において薄板材２３の表
面の反りや厚さむらなどの情報を電気信号として取り出
し易くなる。

【００５７】一対の光学式変位計３を薄板材２３の回転
半径に沿って直線移動させることにより、薄板材２３の
表面に対する測定箇所を変えながら上述のような測定を
繰り返すことで、薄板材２３の全面に対する表面の凹凸
の有無つまり平坦度が求められる。すなわち、薄板材２
３の両面側方に配置された一対の光学式変位計３による
測定情報を合計したものは薄板材２３の厚さの変化つま
り反りや厚さむらを表す。なお、反りや厚さむらの測定
では、薄板材２３の厚さそのものを測定する必要はな
く、面方向における厚さの違いやばらつきを反りや厚さ
むらとして測定すればよいが、両側の光学式変位計３の
間隔が判っていれば、両方の変位計３に対する薄板材２
３の測定情報から薄板材２３の厚さを知ることができ
る。

【００５８】図７は、薄板材２３に対する測定動作を説
明するための模式図を示し、つぎに、同図に基づいて光
学式変位計３による薄板材２３の全面に対する表面変位
の測定を行う方法を説明する。薄板材２３は、鉛直面内
で１方向に回転される。これに対し、光学式変位計３は
円形の薄板材２３の外周Ａから中心Ｂに向かって半径方
向に移動されながら、薄板材２３の表面変位の測定を行
う。これにより，光学式変位計３の位置は、薄板材２３
に対して軌跡Ｓで示す渦巻き線に沿って移動することに
なる。この軌跡Ｓ上で、適宜の間隔をあけて、光学式変
位計３による薄板材２３の表面変位の測定を行えば、薄
板材２３の全面に対する表面変位の測定を能率的に行え
る。光学式変位計３は、水平方向に直線的に半径Ａ−Ｂ
の距離だけ移動すればよいので、光学式変位計３の作動
機構が簡単になる。なお、薄板材２３に対する表面変位
の測定は、薄板材２３の回転を開始して、回転速度が一
定になってから行ってもよいが、以下に説明する方法が
より能率的である。

【００５９】図８（ａ）は１回の測定タクトにおける薄
板材２３の回転速度（角速度ω）の変化を示す動作線
図、（ｂ）は光学式変位計３の直線移動速度Ｖｘの変化
を示す動作線図である。中空スピンドル２に保持された
薄板材２３をモータ１で回転させるときには、薄板材２
３および中空スピンドル２の回転部材が有する慣性モー
メントがあるため、回転開始時に直ちに所定の回転速度
にすることはできず、回転速度ω＝０の状態から徐々に
回転速度ωが増加して、一定時間後に所定の回転速度に
達する。測定終了時に回転を止めたとき、回転速度ωは
徐々に低下して、一定時間経過後に０に戻って停止す
る。同様に、光学式変位計３の直線移動についても、移
動の開始時には速度Ｖｘ＝０の状態から徐々に速度が増
大する。移動の終了時は速度Ｖｘが徐々に低下して０に
戻る。

【００６０】したがって、従来では、薄板材２３の回転
速度ωが一定速度の間だけ測定を行うようにしている
が、測定開始前の加速時間および測定終了後の減速時間
が、本来の測定時間の他に必要となり、測定タクトが長
くなってしまう。薄板材２３の回転速度ωが一定速度に
なってから測定を行おうとすると、薄板材２３の回転速
度ωが停止状態から一定の速度に達するまでの加速時間
は、測定ができない時間になるから、当然、その分だけ
測定タクト時間が延びることになる。そこで、図８に示
す方法では、薄板材２３の回転開始と同時に光学式変位
計３の直線移動を開始し、さらに光学式変位計３による
変位測定（データ取り込み）も開始する。このとき、薄
板材２３の回転速度および光学式変位計３の移動速度は
徐々に増加する。

【００６１】薄板材２３の回転速度と光学式変位計３の
直線移動速度あるいは移動位置を、ロータリエンコーダ
や位置センサなどのセンサで検出し、マイクロコンピュ
ータなどの演算手段で演算処理し、その結果に基づいて
ダイレクトドライブモータ１およびモータ７を制御し
て、薄板材２３と光学式変位計３との作動を同期させれ
ば、図７に示す渦巻き状の軌跡Ｓに沿って、薄板材２３
と光学式変位計３とを相対的に移動させることができ
る。軌跡Ｓの上に設定された所定位置毎に、光学的変位
計３による変位測定を行う。

【００６２】図８（ｂ）に示すように、光学式変位計３
が、外周Ａから半径Ａ−Ｂの半ば近くになるまでは移動
速度Ｖｘを加速し、一定の速度（例えば、Ｖｘ＝８ｍｍ
／ｓｅｃ）に達すると、直ちに加速して、中心位置Ｂで
停止させる。一定速度で維持する段階は必要ない。図８
（ａ）に示すように、薄板材２３の回転速度ωは、回転
開始から、光学式変位計３の移動速度Ｖｘのピーク時点
までは加速し、最大速度（例えば、ω＝240 rpm ）に達
した後、上記ピーク時点からは減速して、光学式変位計
３の停止と同時に回転を停止させる。以上のような動作
を行わせることで、一定速度に達してから測定を開始
し、測定を終了してから減速停止を行う方法に比較し
て、測定タクトを大幅に削減することができる。

【００６３】なお、上記実施の形態では、薄板材の対向
表面までの距離または距離の変化を、光学式変位計３で
測定する場合を例示したが、触針式または静電容量式の
変位センサを用いても、測定精度が向上する効果を得る
ことができる。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明の薄板材の平坦度
測定方法によると、中空スピンドル内の所内の取付位置
に搬入された薄板材を複数の薄板材固定用ユニットの保
持爪部で保持するに際して、一対のガイド片を取付位置
に向け進出させて薄板材の両面に接触させるようにした
ので、薄板材に反りなどが存在していても、その反りな
どを解消するように薄板材の形状を修正でき、厚さが極
めて薄い薄板材であっても保持爪部で確実に保持でき
る。また、可動部における回動支点部の両側部分の質量
が同一となるようにバランスを保った状態で薄板材回転
手段を駆動させるようにしたので、可動部における回動
支点部に対する両側部分にそれぞれ作用する遠心力を互
いに打ち消すことができ、薄板材を、高速回転時におい
ても歪むことのないよう常に所定の保持力で保持できる
ので、変位センサにより薄板材の平坦度を極めて高い測
定精度で能率的に測定することができる。

【００６５】また、本発明の薄板材の平坦度測定装置よ
ると、薄板材を中空スピンドル内に保持するための薄板
材固定用ユニットを、可動部における回動支点部から一
端側の保持爪部を含む薄板材保持用の機構部分の質量と
同一の質量を有するカウンタバランス部を可動部の他端
部に設けた構成としたので、中空スピンドルの回転時に
おいて可動部の回動支点部の両側部分にそれぞれ発生す
る遠心力を互いに打ち消すことができるので、薄板材を
高速回転された場合においても、保持爪部は、高速回転
時に発生する遠心力の作用に拘わらず、弾性体によって
設定された一定の付勢力が常に変化することなく付与さ
れて、保持溝で薄板材を安定に保持し続ける。これによ
り、薄板材は、高速回転時においても常に所定の保持力
で保持されて歪むことがないので、変位計により薄板材
の反りや厚さむらなどを極めて高い測定精度で能率的に
測定することができる。

【００６６】また、相対向する面の先端部にテーパー状
のガイド面を有して薄板材が取付位置に搬入されたとき
に保持爪部の取付位置への進出に先立ち取付位置に向け
進出される一対のガイド片を、保持爪部の両側位置に近
接配置する構成とすれば、薄板材を一対のガイド片で挟
み込んで外周端部が各保持爪部の保持溝に正確に対向す
るよう形状を修正することができる。これにより、厚さ
が１ｍｍ以下と極めて薄い薄板材を、溝深さが１ｍｍの
保持溝内に確実に挿入させることができ、従来装置のよ
うに薄板材が保持の失敗によって落下するといったトラ
ブルの発生を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄板材の平坦度測定方法を具現化した
一実施の形態に係る薄板材の平坦度測定装置を示す斜視
図。

【図２】同上の薄板材の平坦度測定装置における固定ユ
ニットによる薄板材の固定状態を示す拡大斜視図。

【図３】本発明の他の実施の形態に係る薄板材の平坦度
測定装置における要部である固定ユニットを示す斜視
図。

【図４】（ａ）は同上の固定ユニットにおける固定部材
の縦断面図、（ｂ）は同固定ユニット部におけるガイド
部材の縦断面図。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は同上の薄板材固定用ユニット
の動作説明図。

【図６】同上の薄板材の平坦度測定装置における測定機
構部を示す全体構成図。

【図７】同上の薄板材の平坦度測定装置における薄板材
に対する測定動作を説明するための模式図。

【図８】同上の薄板材の平坦度測定装置における薄板材
および光学式変位計の経時的動作を示す動作線図。

【図９】従来の薄板材の平坦度測定装置を示す斜視図。

【図１０】同上の平坦度測定装置における固定ユニット
による薄板材の保持状態を示す斜視図。

【符号の説明】

１ ダイレクトドライブモータ（薄板材回転手段） ２ 中空スピンドル ３ 光学式変位計（変位センサ） ９ 移動ステージ（測定走査手段） ２３ 薄板材 ２４，４２ 薄板材固定用ユニット ３０ 支持台部（支持部） ３１，５８ 可動部 ３２ 支軸（回動支点部） ３３，５０ 保持爪部 ３４，５０ａ 保持溝 ３７，６０ カウンタバランス部 ３９，５１ 引っ張りばね（弾性体） ４７ 固定機構部 ４８ 取付ガイド機構部 ４９ 固定機構部の本体ブロック ５２ 固定機構部のソレノイド ５４ 回動支点部 ６１ 取付ガイド機構部の本体ブロック ６３ 取付ガイド機構部の回動支点部 ６４ 支持台部（取付ガイド機構部の支持部） ６７ 取付ガイド機構部の可動部 ６８ 取付ガイド機構部のカウンタバランス部 ７０ ガイド片 ７０ａ ガイド面 ７１ 引っ張りばね（取付ガイド機構部の弾性体） ７２ 取付ガイド機構部のソレノイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 博之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 竹内 博之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 半田 宏治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 AA46 AA47 AA55 CC03 CC19 DD06 EE00 FF52 GG05 HH04 JJ05 LL36 LL37 LL46 MM03 MM04 PP11 PP13 QQ00 2F069 AA47 AA52 AA54 BB15 BB17 CC07 DD15 DD16 DD25 GG01 GG04 GG06 GG07 GG58 GG63 HH09 HH30 JJ06 JJ13 JJ17 JJ25 MM02 MM26 PP01 3C029 BB01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板材回転手段における中空スピンドル
   の内部の取付位置に搬入される薄板材を、前記中空スピ
   ンドルの内周面に配設した複数の薄板材固定用ユニット
   から各一対のガイド片を前記取付位置に向けそれぞれ進
   出させて前記薄板材の外周端縁部の一面および他面にそ
   れぞれ接触させることにより、所定位置に位置決めし、 前記各薄板材固定用ユニットにおいて、中央部を回動支
   点とする可動部を弾性力の付与によって一方向に回動さ
   せることにより、一対の前記ガイド片の間に進出する前
   記可動部の保持爪部で前記薄板材の外周端縁部を保持さ
   せ、そののちに、一対のガイド片を前記薄板材から離間
   する方向に退避させて、前記薄板材を複数の前記薄板材
   固定用ユニットを介し中空スピンドルの内周面に取り付
   け、前記可動部における前記回動支点部の両側部分の質
   量が同一となるようにバランスを保った状態で前記薄板
   材回転手段を駆動させることによって前記薄板材を回転
   させ、 前記薄板材の両面側方の対称位置に配置した一対の変位
   センサにより前記薄板材の対向表面までの距離を測定す
   るとともに、前記一対の変位センサの測定位置を前記薄
   板材の回転半径方向に走査して、一対の前記変位センサ
   によって前記薄板材の全面に対する距離また距離の変化
   を測定し、 一対の前記変位センサの各測定データに基づいて前記薄
   板材の全面における厚さむらおよび反りを算出するよう
   にしたことを特徴とする薄板材の平坦度測定方法。
2. 【請求項２】 薄板材を中空スピンドル内に保持しなが
   ら回転させる薄板材回転手段と、 前記中空スピンドルの内周面に固着されて前記薄板材の
   外周端縁部を保持する複数の薄板材固定用ユニットと、 前記薄板材の両面側方の対称位置に配置されて前記薄板
   材の対向表面までの距離または距離の変化をそれぞれ測
   定する一対の変位センサと、 前記変位センサの測定位置を前記薄板材の回転半径方向
   に走査する測定走査手段と、 一対の前記変位センサの各測定データに基づいて前記薄
   板材の全面における厚さむらおよび反りを算出する平坦
   度算出手段とを備えてなり、 少なくとも一つの前記薄板材固定用ユニットは、 前記中空スピンドルの内周面に固着された支持部と、中
   央部が回動支点部を介し前記支持部に支持されて回動自
   在に設けられた可動部と、前記薄板材の外周端縁部を嵌
   め込ませて保持する保持溝を有して前記可動部の一端部
   に設けられた保持爪部と、前記保持爪部を前記薄板材に
   押し付ける方向に前記可動部を回動付勢する弾性体と、
   前記可動部の他端部に設けられて前記可動部における前
   記回動支点部の両側部分の質量が同一となる質量に設定
   されたカウンタバランス部とを備えて構成されているこ
   とを特徴とする薄板材の平坦度測定装置。
3. 【請求項３】 薄板材固定用ユニットは、保持爪部の両
   側位置にそれぞれ近接配置された一対のガイド片を備え
   てなり、 一対の前記ガイド片は、各々の相対向する面の先端部に
   テーパー状のガイド面を有し、薄板材が中空スピンドル
   内の所定の取付位置に搬入されたときに、保持爪部の前
   記取付位置への進出に先立ち前記取付位置に向け進出さ
   れて前記薄板材の外周端縁部の一面及び他面にそれぞれ
   接触するよう構成されている請求項２に記載の薄板材の
   平坦度測定装置。
4. 【請求項４】 薄板材固定用ユニットは、一端部に保持
   爪部を備えた固定機構部の両側に、一端部にガイド片を
   備えた取付ガイド機構部がそれぞれ近接配置されてな
   り、 前記固定機構部は、支持部、回動支点部、可動部および
   カウンタバランス部が一体形成された本体ブロックと、
   可動部の一端部に固着された保持爪部と、前記保持爪部
   を薄板材の取付位置に進出させる方向に前記可動部を回
   動付勢する弾性体と、前記保持爪部が前記取付位置から
   退避する方向に前記可動部を回動させるソレノイドとを
   備えて構成され、 前記各取付ガイド機構部は、中空スピンドルに固着され
   た支持部と、中央部が回動支点部を介し前記支持部に支
   持されて回動自在となった可動部と、前記可動部の他端
   部に設けられて前記可動部における前記回動支点部に対
   し両側部分の質量が同一となる質量に設定されたカウン
   タバランス部とが一体形成された本体ブロックを有する
   とともに、前記可動部の一端部に固着されたガイド片
   と、前記ガイド片が前記薄板材の取付位置に進出する方
   向に前記可動部を回動させるソレノイドと、前記ガイド
   片が前記取付位置から退避する方向に前記可動部を回動
   付勢する弾性体とを備えて構成されている請求項３に記
   載の薄板材の平坦度測定装置。