JP3313222B2 - 平面形状の測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面形状の測定装置に
関し、さらに詳しくは、シリコンウエハのポリッシュプ
レ−トなどの表面形状を立体的に測定するのに適した板
状物の平面形状の測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来知られている板状物の平面形状の測
定装置としては、板状物である被測定物、いわゆるワ−
クを定盤上に直接置いて測定する形式の装置、あるいは
同心円上の３点を支持して表面の形状を測定する形式の
装置がある。例えば、図１０に示すように、３点支持に
よる測定装置にあっては、同心円上の各支持点が位置す
る点と、中心とを結ぶ直線Ｘ₁ に沿った変形は、同心円
内にあっては下方向の曲げ応力Ｗ_a が二次曲線を描いて
分布し、同心円外にあっては上向きの応力Ｗ_u が同じく
二次曲線を描いて分布する。また中心と各支持点の中間
位置を結ぶＸ₂ においては、同心円内では片持ち梁の自
由端部に曲げモ−メントが作用したかのような曲線によ
る曲げ応力の分布になる。また、図１１に示すようなワ
−クを定盤上に直接おいて測定する形式の装置にあって
は、定盤の上面をより平坦にすることが困難であり、ま
た、セラミックス製のポリッシュプレ−ト等の被測定物
における定盤と接触する面をより平坦にすることは困難
である。その結果、定盤とセラミックス製のポリッシュ
プレ−ト等の被測定物は実質上３点支持となる。

【０００３】また、その測定装置の概略を図１１に基づ
いて説明する。図に示されるように、この装置はエア−
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
したものである。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、前記エア−スライダ軸２にエア−スライダ３
を取付け、モ−タ４、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に移動自在とし、前記移
動による変位をロ−タリ−エンコ−ダ７により検出す
る。尚、前記スライダ３には平面形状を検出するセンサ
５が装着されている。

【０００４】そして、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の下部空間に配置さ
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。

【０００５】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−ト等
の板状のワ−クＷの表面の形状、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に示される平面形状情報を得る。次
に、図１４に示すように、ワ−クＷをベッド１上で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の平面形状情報を得る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の装
置にあっては、ワ−クがたわみ変形をしたままの状態
で、ワ−ク表面の形状測定をすることになり、正確な平
面形状の情報を得ることができないという技術的課題が
あった。。最近大型化するポリッシュプレ−トの測定に
おいて、この課題はとくに顕著に現れ、今日測定精度を
向上させる上において装置の改良が望まれている。本発
明は上記課題を解決するためになされたものであり、ワ
−クの自重によるたわみ変形の影響を受けることなく、
極めて正確に測定することができ、かつ比較的安価な測
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、被測定物を垂
直面に沿って起立させると共に、被測定物の周囲数点を
支持固定する手段と、前記被測定物の平面形状を測定す
る測定面側に、上下方向に配置された第１及び第２の測
定センサと、前記第１及び第２の測定センサを前記被測
定物の平面に対して平行に移動させるスライダ及びスラ
イダ軸と、前記スライダ軸に設けられた支点を中心に、
スライダ軸の他端側を移動させることによって、スライ
ダ軸を被測定物の測定面に対して平行になす調整機構と
を備えたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明にかかる平面形状測定装置よれば、ワ−
クを垂直面に沿って起立状態に保持してその平面の形状
を測定するので、ワ−クの自重によるひずみなどの影響
がなく、さらに、本発明装置によれば、装置の機構複雑
化もなく、正確な測定が可能になる。

【０００９】

【実施例】以下本発明にかかる装置の一実施例を図１乃
至図９に基づいて説明する。図１に示すように、この装
置１０はベッド１１の上に、ロ−ラ付きの台車１２が軌
道１３上に搭載されており、この台車１２、１２の間に
ポリッシュプレ−トであるワ−クＷが前記軌道１３の長
さ方向と直交する平面に沿った方向に搭載される。

【００１０】前記台車１２、１２にはワ−クＷの周縁が
納まる溝をもった安定ロ−ル１４、１４が形成され、こ
れらのロ−ル１４、１４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。

【００１１】この安定ロ−ル１４、１４は前記台車１２
の上において、油圧などのシリンダ１５により、ワ−ク
Ｗを上昇、下降させることができるようになっている。
即ち、前記安定ロ−ル１４、１４上にワ−クＷを搭載し
た後、ワ−クＷを測定位置まで台車１２、１２で移動さ
せ、ストッパ１５ａ，１６ａ，１７ａに当接させる。そ
の後、前記シリンダ１５を収縮させて測定位置までワ−
クＷを下降させた後、加圧機構１７及び固定機構１５、
１６ｂによりワ−クＷをいわゆる３点支持で固定する。
即ち、ワ−クＷをストッパ１５ａ，１６ａ，１７ａに当
接させた後、加圧機構１７を駆動し、加圧力Ｆをワ−ク
Ｗに付与し、固定機構１５、１６ｂ、加圧機構１７で固
定するものである。

【００１２】ここで、ワ−クＷを加圧機構１７との静摩
擦係数をμとし、加圧機構１７の取付け角度θとする
と、Ａ点におけるワ−クＷの測定方向の摩擦力（ワ−ク
保持力）Ｐは、Ｐ＝μＦＣＯＳθで表される。同様に、
ワ−クＷと固定機構１６ｂの静摩擦係数をμ’とする
と、Ｂ点におけるワ−ク保持力Ｑは、Ｑ＝μ’ＦＣＯＳ
θで表される。また、Ｃ点におけるワ−ク保持力Ｒは、
ワ−クＷと固定機構１５の静摩擦係数をμ’、ワ−クＷ
の自重をＷｇとすると、Ｒ＝μ’Ｗｇ＋μ’ＦＳＩＮθ
で表される。これからもわかるように、振動等のを外力
に対抗してワ−クＷをしっかり固定できるように、保持
力Ｐ、Ｑ、Ｒを所定の大きさするには、Ｆの大きさを決
定すれば良い。

【００１３】また、前記ストッパ１５ａ，１６ａ，１７
ａは後に説明するエア−スライダ１９の移動面、言い換
えればエア−スライダ軸１８と平行な平面内に形成され
ている。そのため、ワ−クＷを加圧機構１７及び固定機
構１５、１６ｂにより固定した際、前記ワ−クＷはエア
−スライダ軸１８と平行に配置されることになる。尚、
図中の１６は、予期せぬワ−クＷの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。

【００１４】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１８が配置され、このエア−スライダ
軸１８にエア−スライダ１９が移動可能に搭載されてお
り、このエア−スライダ１９に測定機構２０が搭載され
ている。

【００１５】即ち、前記エア−スライダ１９は、前記エ
ア−スライダ軸１８に沿って駆動部２１の出力により無
端ベルト２２が駆動されることで移動されるもので、前
記測定機構２０には、ワ−クＷの表面と接触する接触子
を有する二つのセンサ２３が装着されて、前記センサ２
３によりワ−クＷの平面形状を測定する。尚、図には示
されていないが、この装置にも従来の装置同様、ロ−タ
リエンコ−ダが備えられ、エア−スライダ１９の位置情
報がロ−タリエンコ−ダにより検出されるようになって
いる。また同様に、エア−スライダ１９に搭載されたセ
ンサ２３から得た表面の形状情報と、前記ロ−タリエン
コ−ダから得た位置情報とを演算するパソコン、得た情
報を印刷するプリンタ、エア−スライダ１９などの駆動
系を制御する制御部が備えられている。

【００１６】ワ−クＷとエア−スライダ１９とは前述の
ように平行に配されるが、更に、その平行度を増すため
に、図４に示すようにエア−スライダ１９移動線と、ワ
−クＷとの平行調整を行う必要がある。このための調整
機構も搭載している。この調整機構は、エア−スライダ
軸１８に支点２６を設けるともに、他端側をエア−スラ
イダ軸１８に取付けられた押し板１８ａを図示しない調
整ネジを回動させることにより、バネユニット２５に抗
してエア−スライダ軸１８が弧を描いて微動するように
なっている。尚、微動距離はマイクロメ−タ２４により
測定される。

【００１７】次に、調整機構の調整方法について説明す
ると、まず、ワ−クＷ上の一点（Ｐ点）とエア−スライ
ダ軸１８との距離をセンサ２３で測定する。続いてエア
−スライダ１９を移動させ、ワ−クＷ上の他の一点（Ｑ
点）における距離も同様に測定する。ここで、Ｐ点及び
Ｑ点の支点２６からの距離はロ−タリエンコ−ダによっ
て検出できるため、これらの関係からエア−スライダ１
８とワ−クＷの傾き角を計算により求めることができ
る。

【００１８】即ち、Ｐ点のエア−スライダ軸１８との距
離ｄ、支点２６からの距離をｂとし、Ｑ点のエア−スラ
イダ軸１８との距離ｙ、支点２６からの距離をａとする
と、θ＝ｔａｎ^-1（ｙ−ｅ／ｂ−ａ）となる。したがっ
て、エア−スライダ軸１８を支点２６を中心に角度θ回
動させことにより、ワ−クＷとエア−スライダ軸１８と
を平行にすることができる。尚、マイクロメ−タヘッド
２４の移動量Ｙは、支点２６からの距離Ｘに前記θを乗
じけば、求めることができる。

【００１９】また、この装置にあっては、測定機構２０
にエア−供給用チュ−ブ２７やセンサに接続される電線
２８の外力が加わると、測定機構２０が微小変動を起こ
し、そのため測定誤差が発生する。これを防止するた
め、エア−スライド軸１８と平行にスライド軸２９を設
けると共に、測定機構２０（エア−スライダ１９）を駆
動するプ−リ２２と同軸に、前記プ−リ２２と同ピッチ
のプ−リ３０を形成すると共に、同ピッチ同寸のタイミ
ングベルト３１により、常に測定機構２０（エア−スラ
イダ１９）と等間隔で移動するスライド台３２を設け、
前記スライド台３２にチュ−ブ２７や電線２８を固定す
ることにより、チュ−ブ２７や電線２８の外力をスライ
ド台３２で受け、測定機構２０に力が加わることがない
ように形成されている。

【００２０】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の接触子によりワ−クＷの平面の形状
を測定するとともに、エア−スライダ１９の位置情報
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の全体の平面情報にすることができる。

【００２１】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、平面情報と位置情報とからワ−クＷの表面を測定す
る。

【００２２】上述のように、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、２５
ｋｇを越えるに至ったポリシュプレ−トなどのワ−クＷ
を自重による影響をまったく受けずに正確に測定するこ
とができるのである。

【００２３】次に、本発明の装置を用いた測定作業につ
いて、詳しく説明する。先ず、図６に示すように、ワ−
クＷの中心Ｏがセンサ２３の移動線上になるように位置
を設定した後、直線Ｇ０Ｈ、直線ＩＱＪをセンサ２３に
よりトレ−スする。この時のＺは二つのセンサ２３、２
３の間隔になっている。

【００２４】さらに、ワ−クＷを中心の移動がないよう
にして、図７に示すように９０度だけ回転させ、直線Ｋ
ＱＯＬ、さらに直線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、固定機構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ＫＱＯＬ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２３、２３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り、
このときの測定曲線が図８に示されている。以上のデ−
タから図９に示すようにワ−クＷの表面形状をが立体的
に得ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による測定方法によれば、ワ−クを垂直状態にして測定
するので、ワ−ク自体の重量による変形がなく、比較的
正確に表面の形状を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例かかる平面形状測定装置の正
面図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】図１の平面図である。

【図４】本発明の平面形状測定装置にかかる調整機構の
概略図である。

【図５】図４に示した調整機構による調整方法を説明す
る図である。

【図６】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７】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８】さらに本発明の測定装置による測定結果の説明
図である。

【図９】本発明の測定装置による測定結果の立体的斜面
図である。

【図１０】従来方法による測定状態におけるワ−クの変
形状態を示す説明図である。

【図１１】従来の測定装置の斜面図である。

【図１２】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】

１１ ベッド １２ 台車 １３ 軌道 １４ ロ−ラ １５ 固定機構 １６ｂ 固定機構 １７ 加圧機構 １８ エア−スライダ軸 １９ エア−スライダ ２０ 測定機構

フロントページの続き (72)発明者 神足 勝昭 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４−355315（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−79828（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 5/28 G01B 21/30 101

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物を垂直面に沿って起立させると
   共に、被測定物の周囲数点を支持固定する手段と、 前記被測定物の平面形状を測定する測定面側に、上下方
   向に配置された第１及び第２の測定センサと、 前記第１及び第２の測定センサを前記被測定物の平面に
   対して平行に移動させるスライダ及びスライダ軸と、 前記スライダ軸に設けられた支点を中心に、スライダ軸
   の他端側を移動させることによって、スライダ軸を被測
   定物の測定面に対して平行になす調整機構と、 を備えたことを特徴とする平面形状の測定装置。