JP3310748B2 - 平面形状測定装置及びこの装置を用いた平面形状測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、平面形状測定装置及
びこの装置を用いた平面形状測定方法に関し、さらに詳
しくは、シリコンウエハのポリッシュプレートなどの表
面形状を立体的に測定するに適した板状物の平面形状測
定装置及びこの装置を用いた平面形状測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から平面形状測定装置として種々の
ものがあるが、その測定装置の代表的なものとしては図
１１に示すようなエア−スライダ軸に変位センサを一個
設け、これを直線的に移動させることで一ライン毎の平
面情報を検出するようにしたものがある。すなわち、ベ
ッド１の上方にエア−スライダ軸２を水平に配置して、
その下側には若干の空間を形成し、これにエア−スライ
ダ３を取付け、モ−タ４及びタイミングベルト６によ
り、前記スライダ３をエア−スライダ軸２に沿って、移
動自在として、移動による変位をロ−タリ−エンコ−ダ
７により検出できるように形成され、前記スライダ３に
はセンサ５が装着されている。

【０００３】また、ワ−クＷは前記ベッド１上に置か
れ、かつ、前記エア−スライダ軸２の下部空間に位置さ
れるようになっている。尚、図において符号８は演算部
としてのパソコン、符号９はプリンタをそれぞれ示して
いる。

【０００４】この装置では、エア−スライダ軸２に沿っ
てスライダ３を移動させながら、ポリッシュプレ−トで
あるワ−クＷの表面形状情報、即ち、図１２に示す直線
Ｘ₃に沿った形状情報を検出すると共に、位置検出情報
とを合わせて図１３に示される形状情報を得る。次に、
図１４に示すように、ワ−クＷを９０度回転させて再び
直線Ｘ₄ 上の形状を測定して、図１５に示すワ−クＷの
表面形状情報を得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の装
置では、ワ−クＷの第一回めの測定結果（Ｃ＝Ｏ＝Ｄ）
と、回転後の測定結果（Ｅ＝Ｏ＝Ｆ）とは、ワ−クＷを
回転させるために位置的な条件が変わり、同一基準面で
の測定結果とはならず、併せて、２ラインの測定結果に
相互関係がないことから全表面の形状情報を正確に得る
ことが極めて困難であった。

【０００６】また、広範囲に移動する一軸形式の測定装
置を２軸形式にすることも提案されているが、２軸有し
ていることから装置全体が大型化し、また装置が高額に
なってしまうという課題があった。そこで、本発明で
は、一軸形式の測定装置でありながら、極めて正確に測
定することができ、しかも安価な平面形状測定装置を提
供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にかかる平面形状測定装置は、被測定物を搭
載し、前記被測定物を所定角度回転させる搭載回転手段
と、前記被測定物の上方を移動する一軸型スライダと、
前記スライダを移動させるスライダ移動手段と、前記ス
ライダに、スライダの移動方向と直交する方向に並列に
取付けられた２つの接触型の第１及び第２の変位センサ
と、前記第１及び第２の変位センサの移動位置を検出す
る位置検出機構と、前記第１及び第２の変位センサから
得た被測定物の表面の形状情報信号と前記位置検出機構
から得た位置信号とを演算する演算処理部とを備えるこ
とを特徴とするものである。また、上記目的を達成する
ために、本発明にかかる平面形状測定方法は、前記平面
形状測定装置を用いた測定方法において、前記被測定物
の中心を通る直線上を前記第１の変位センサが移動する
と共に、前記直線と平行に前記第２の変位センサが移動
して行われる、被測定物の表面形状の第１の測定を行っ
た後、前記被測定物を搭載回転手段によって、被測定物
の中心の移動がないようにして所定角度回転させ、回転
後、少なくとも被測定物の中心を通る直線上を前記第１
の変位センサが移動すると共に、前記直線と平行に前記
第２の変位センサが移動して行われる、被測定物の表面
形状の第２の測定を行い、少なくとも前記第１、第２の
測定の結果を演算処理することで被測定物の表面形状を
測定することを特徴とするものである。

【０００８】

【実施例】以下本発明にかかる平面形状測定装置の一実
施例を図１乃至図３に基づいて説明する。図１は本発明
の一実施例にかかる平面形状測定装置の全体斜視図を示
し、図２は本発明の一実施例にかかる平面形状測定装置
の平面図を示し、図３は本発明の一実施例にかかる平面
形状測定装置の側面図を示している。これらの図面にお
いて、符号１０はベッドを兼ねる定盤であって、前記定
盤１０の上に配置された支持脚１１、１１間に正確に直
線加工されたエア−スライダ軸１２の端部が支持固定さ
れ、前記エア−スライダ軸１２は定盤１０上に架設され
る。したがって、エア−スライダ軸１２と定盤１０との
間に空間が形成されてる。

【０００９】前記エア−スライダ軸１２には、エア−ス
ライダ１３が搭載されており、このエア−スライダ１３
は前記エア−スライダ軸１２に沿って直線移動可能に構
成されている。即ち、前記エア−スライダ軸１２の両端
部に配置されているプ−リ１４、１４間にはタイミング
ベルトなどのスリップなく正確に回転を伝えるベルト１
５が架装されていて、そのベルト１５の端部が前記エア
−スライダ１３に固定されている。

【００１０】前記プ−リ１４は支持脚１１、１１の外側
に張り出した支持台１６、１６の上に搭載されているモ
−タ１７、ロ−タリエンコ−ダ１８と同軸支持されて、
モ−タ１７の回転がベルト１５により確実にエア−スラ
イダ１３に伝えられ、かつ、エア−スライダ１３の移動
情報がロ−タリエンコ−ダ１８により検出されるように
なっている。

【００１１】また、前記エア−スライダ１３にはエア−
スライダ軸１２を中心とした両側に電気マイクロメ−タ
などのセンサ１９、２０が垂直面内で首振り運動可能に
取付けられている。尚、前記センサ１９、２０の先端部
分に形成された接触子１９ａ，２０ａ後で説明するよう
にワ−クＷの表面に接触して表面の形状情報を検出でき
るようになっている。

【００１２】そして、前記定盤１０の上にワ−クＷが搭
載され、このワ−クＷの搭載位置を決めるために、定盤
１０にはストッパとして、また、ワ−クＷを定盤１０の
上で回転させる際のガイドとなる一対のロ−ル２１、２
１が所定の位置に軸を垂直にして配置されている。

【００１３】さらに、前記エア−スライダ１３に搭載さ
れたセンサ１９、２０から得た表面の形状情報とロ−タ
リエンコ−ダ１７から得た変位情報とを演算するパソコ
ン２２、また得られた情報を印刷するプリンタ２３、及
びエア−スライダ１３などの駆動系を制御する制御部２
４を備えている。

【００１４】次に、本発明の装置を用いた測定作業につ
いて説明する。先ず、図４に示すように、ワ−クＷの中
心Ｏがセンサ１９の移動線上になるように位置を設定し
た後、直線Ｇ０Ｈをセンサ１９によりトレ−スし、直線
ＩＱＪをセンサ２０によりトレ−スする。この時、２つ
の直線、直線Ｇ０Ｈと直線ＩＱＪとの間隔Ｚは、二つの
センサ１９と、２０の間隔になる。

【００１５】さらに、ワ−クＷを中心の移動がないよう
にして、図５に示すように９０度回転させ、直線ＫＯＬ
と直線ＭＰＮに沿った表面形状の情報を得る。このと
き、ワ−クＷを９０度回転する前と後では、ワ−クＷの
表面形状や、定盤との接触状態により異なることになる
が、測定結果のＧ０Ｈの情報と、測定結果ＫＯＬのう
ち、Ｏの高さ情報を一致させ、さらに直線ＩＱＪと直線
ＫＱＯＬにおけるＱの高さ情報を一致させることにより
二組のセンサ１９、２０により得たデ−タが同一基準面
のデ−タに変換されることになる。このときの測定曲線
を図６に示す。また、以上のデ−タから図１０に示すよ
うにワ−クＷの表面形状を立体的に得ることができる。

【００１６】次に、ワ−クＷの中心Ｏに関するデ−タを
得ることができる場合と、そのデ−タを得ることができ
ない場合とについて説明を加えることにする。先ず、ワ
−クＷの中心Ｏに関するデ−タを得ることができる場合
には、二つのセンサ１９、２０とにより、図８に示すよ
うにａ，ｂから４５度分割４方向のデ−タを得るように
する。

【００１７】すなわち、ロ、ハ、ニの点を平面基準とし
て、２方向ａはロ、ニにより傾きが決定され、イの位置
が判明する。また、１方向ｂからホの位置が決まり、
イ、ホから３方向の傾きが決定される。さらに、イ、へ
により４方向の傾きが判明し、イ、ハから４方向の傾き
が決定されて、全体の平面度を算出する。

【００１８】また、ワ−クＷの中心Ｏに関するデ−タを
得ることができない場合、即ちワ−クＷの平面形状測定
面の中心部に孔もしくは凹部が形成されている場合、図
９に示すように、まずト、チ、リを基準面として、１方
向ｂのデ−タからヌ、ルが決まる。さらに、３方向ｂか
らオ、ヨが決定され、さらに、ル、オと２方向ｂのデ−
タからレ、タ、ソ、の傾きが判明し、ヨ、ソ、から１方
向ａの傾きが、さらにまた、ト、リから２方向ａの傾き
が、ヌ、レから３方向ａ、チ、タから４方向ａの傾きが
判明する。

【００１９】次に、本発明の他の実施例について、図１
０に基づいて説明する。一実施例においては、ワ−クＷ
が水平な定盤の上に載置する形式の平面形状測定装置を
示したが、図１０に示すようにワ−クＷを垂直に立てた
ものであってもよい。即ち、この装置１０の概略を説明
すると、ベッド３１の上に、ロ−ラ付きの台車３２が軌
道３３上に搭載されており、この台車３２、３２の間に
ポリッシュプレ−トであるワ−クＷが前記軌道３３の長
さ方向と直交する平面に沿った方向に搭載される。

【００２０】前記台車３２、３２にはワ−クＷの周縁が
納まる溝をもった安定ロ−ル３４、３４があってこれら
のロ−ル３４、３４は正確に平行配置されており、左右
の送りピッチは常に同一である。

【００２１】この安定ロ−ル３４、３４は前記台車３２
の上において、油圧などのシリンダ３５により上昇、下
降させることができるようになっていて、安定ロ−ル３
４、３４上にワ−クＷを搭載した後測定位置まで台車３
２、３２を移動し、ストロ−クいっぱいに送り込み、ス
トッパ３５ａ，３６ａ，３７ａにつき当て、前記シリン
ダ３５を収縮させて測定位置までワ−クＷを下降させた
後、固定機構３５、３６ｂ、３７によりワ−クＷを固定
できるようになっている。尚、図中の３６は、予期せぬ
プレ−ト転倒防止のための安全機構である。一軸を中心
として、回動可能に形成されている。

【００２２】これらの固定機構と隣り合って、一軸型の
エア−スライダ軸３８が配置され、このエア−スライダ
軸３８にエア−スライダ３９が搭載されており、このエ
ア−スライダ３９に測定機構４０が搭載されている。

【００２３】このスライダ３９に搭載された測定機構４
０は、前記エア−スライダ軸３８に沿って駆動部４１の
出力により無端ベルト４２が駆動されることで移動され
るもので、測定機構４０には、二つのセンサ４３があっ
て、これによりワ−クＷの真直度の測定を行う。

【００２４】そして、ワ−クＷの設定が終了した後、ス
ライダ１９をエア−スライダ−軸１８に沿って移動させ
ながらセンサ２３により表面の形状、言い換えると、真
直度を測定するとともに、スライダ１９の変位情報と、
前記センサ２３から得た表面形状情報とを、この実施例
では図示を省略してあるが演算部において演算されて、
ワ−クＷの全体の表面情報にすることができる。

【００２５】さらに、ワ−クＷを例えば、４５度回転さ
せて、前述の要領により再びセンサ２３による測定を行
い、表面情報と変位情報とからワ−クＷの表面を測定す
る。上述のように、この実施例においては、ワ−クＷは
垂直面に沿った状態におかれて表面の形状の測定が行わ
れるので、２５ｋｇを越えるに至ったポリシュプレ−ト
などのワ−クＷを自重によるたわみの影響をまったく受
けずに正確に測定することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、エアースライダ及びエ
アースライダ軸からなるエアースライド装置が一台であ
るから、装置の価格が廉価であり、被測定物を測定する
間はこれを動かす必要がなく、またエアースライダをガ
イドするエアースライダが一軸形式であることから摺動
面が少ないので測定誤差の発生原因が極めて少なく、高
精度の測定が可能になる。さらに、センサを二つ備えた
構成により、被測定物の表面形状の立体的な認識が可能
になり、被測定物の表面中心に凹部があって、その中心
を通る複数本の測定ラインの交点の高さデータが得られ
ないようなものであっても表面の立体的な形状把握が可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例にかかる平面形状測定
装置の全体斜視図である。

【図２】図２は本発明の一実施例にかかる平面形状測定
装置の平面図である。

【図３】図３は本発明の一実施例にかかる平面形状測定
装置の側面図である。

【図４】本発明の測定装置による測定過程を示す説明図
である。

【図５】さらに本発明の測定装置による測定過程を示す
説明図である。

【図６】本発明の測定装置による測定結果を示す曲線図
である。

【図７】本発明の測定装置による測定結果の立体的斜視
図である。

【図８】本発明の測定装置による他の測定過程の説明図
である。

【図９】本発明の測定装置による他の測定過程の説明図
である。

【図１０】本発明の他の実施例にかかる測定装置の正面
図である。

【図１１】従来の測定装置の斜面図である。

【図１２】従来の測定過程を示す説明図である。

【図１３】従来の測定装置による測定結果を示す曲線図
である。

【図１４】従来の測定装置によるさらに行う測定過程の
説明図である。

【図１５】図１４に示す測定過程に対応した曲線図であ
る。

【符号の説明】

１０ 定盤 １１ 支持脚 １２ エア−スライダ軸 １３ エア−スライダ １４ プ−リ １５ ベルト １６ 支持台 １７ モ−タ １８ ロ−タリエンコ−ダ １９ センサ ２０ センサ ２１ ロ−ル ２２ パソコン ２３ プリンタ ２４ 制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 泰毅 神奈川県秦野市曽屋30 東芝セラミック ス株式会社 開発研究所内 (72)発明者 宮向 英明 神奈川県秦野市曽屋30 東芝セラミック ス株式会社 開発研究所内 (72)発明者 真島 志郎 神奈川県秦野市曽屋30 東芝セラミック ス株式会社 開発研究所内 (56)参考文献 特開 平２−253114（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−83101（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−189502（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−21709（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 5/28 G01B 21/30 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物を搭載し、前記被測定物を所定
   角度回転させる搭載回転手段と、 前記被測定物の上方を移動する一軸型スライダと、 前記スライダを移動させるスライダ移動手段と、 前記スライダに、スライダの移動方向と直交する方向に
   並列に取付けられた２つの接触型の第１及び第２の変位
   センサと、 前記第１及び第２の変位センサの移動位置を検出する位
   置検出機構と、 前記第１及び第２の変位センサから得た被測定物の表面
   の形状情報信号と、前記位置検出機構から得た位置信号
   とを演算する演算処理部とを備えことを特徴とする平面
   形状測定装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載された平面形状測定
   装置を用いた測定方法において、 前記被測定物の中心を通る直線上を前記第１の変位セン
   サが移動すると共に、前記直線と平行に前記第２の変位
   センサが移動して行われる、被測定物の表面形状の第１
   の測定を行った後、 前記被測定物を搭載回転手段によって、被測定物の中心
   の移動がないようにして所定角度回転させ、 回転後、少なくとも被測定物の中心を通る直線上を前記
   第１の変位センサが移動すると共に、前記直線と平行に
   前記第２の変位センサが移動して行われる、被測定物の
   表面形状の第２の測定を行い、 少なくとも前記第１、第２の測定の結果を演算処理する
   ことで被測定物の表面形状を測定することを特徴とする
   平面形状測定方法。