JPH0283404A

JPH0283404A - 平坦度測定方法

Info

Publication number: JPH0283404A
Application number: JP23687988A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogawa; 小河　博; Yasushi Nawata; 縄田　保志
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1990-03-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば光ディスクや磁気ディスク、半導体ウ
ェハの表面形状を測定する平坦度測定方法に関する。

〔従来の技術〕

第１１図は表面形状測定装置の構成図である。同図にお
いて１は光ディスク等の被測定体であって、この被測定
体１は、回転軸２が設けられた支持体３によって支持さ
れている。この回転軸２にはモータ４の回転軸が連結さ
れている。又、回転軸２には位置検出マーク５．６が付
された位置検出板７が設けられ、さらにこの位置検出板
７に対して各立置検出センサ８，９が設けられている。

そして、これら位置検出センサ８，９の出力はそれぞれ
チャンネル切換器１０を通して測定同期ゲート開閉器１
１に送られている。

一方、被測定体１の上方には変位測定センサ１２が配置
され、この変位測定センサ１２はエアースライダ１３に
よって矢印（イ）及び（ロ）方向に移動するようになっ
ている。なお、１４はモータである。そして、変位測定
センサ１２の出力は測定同期ゲート開閉器１１を通して
形状測定器１５へ送られるようになっている。なお、１
６は記録計である。

従って、このような構成であれば、モータ４が回転する
と、被測定体１及び位置検出板７は同期して回転する。

この状態に各位置検出センサ８゜９は位置検出マーク５
．６を検出してその検出信号を出力する。これら検出信
号はチャンネル切換器１０で切換られて測定同期ゲート
開閉器１１に送られる。これにより、測定同期ゲート開
閉器１１には被測定板１の直径方向の測定指示信号が断
続的に発生する。一方、変位測定センサ１２はエアース
ライダ１３によって被測定体１の直径方向に移動しなが
らその面の変位を測定してその測定信号を出力する。そ
して、この測定信号は測定同期ゲート開閉器１１に送ら
れる。しかるに、測定同期ゲート開閉器１１は１１ｍ＋
定指示信号によってゲートが開くので、形状測定器１５
には被」１定体１の直径方向の変位が連続的に得られる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、以上の装置では被測定体１の直径方向の
測定指示信号を発生させているため、得られる形状は被
測定体１における１ｔ２ｉＩ所の半径方向となっている
。従って、被測定体１の１半径方向の形状しか測定する
ことができず、被測定体１の全体の形状を測定すること
はできない。このため、被測定体１全体の表面形状を測
定することは困難である。

そこで本発明は、被測定体全体の表面形状を測定できる
平坦度測定方法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と作用〕

本発明は、被測定体を回転させるとともに変位計を被測
定体の半径方向に移動させて被測定体全面における変位
を測定し、この測定により得られた各変位から被ｌｐｊ
定体の表面形状を求めるようにして上記目的を達成しよ
うとする平坦度測定方法である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明ｆ
る。

第１図は本方法を適用した平坦度測定装置の構成図であ
る。同図において２０は光ディスクや磁気ディスク等の
被測定体であって、この被測定体２０４よ、回転軸２１
が設けられた支持体２２によって支持されている。この
回転軸２１にはカップリング２３を介してθ方向モータ
２４の回転軸が連結されている。なお、このθ方向モー
タ２４はθモータ駆動部２５によって駆動されるもので
あり、又パルスエンコーダ２６が取付けられている。

一方、被測定体２０の上方には非接触型の変位計２７が
移動台２８に取付けられている。この変位計２７はレー
ザ光を放出して被測定体２０からの反射レーザ光の受光
位置から被測定体２０の変位を測定する機能を有するも
のである。又、移動台２８は変位計２７を被ｎ１定体２
０の半径方向に移動させるもので、この移動台２８は直
線形状の案内レール２９．２９に摺動可能に取り付けら
れているとともに移動用ねじ３０が螺合している。

又、移動用ねじ３０の一端にはＸ方向（被測定体２０の
直径方向）モータ３３が連結されるとともに他端には支
持体３４が取り付けられて回転自在に支持されている。

なお、Ｘ方向モータ３３はＸモータ駆動部３５によって
駆動されるようになっており、又パルスエンコーダ３６
が取付けられている。

ところで、前記変位計２７から出力される測定信号Ｓ及
び各パルスエンコーダ２６．３６から出力される各回転
パルス信号Ｐ　ａ　ｓ　Ｐ　ｂはそれぞれ処理装置４０
の入力部４１、位置検出部４２に送られている。この処
理装置４０は変位計２７からの測定信号Ｓを各種処理し
て被測定体２０の反りや振れ（トータル・インデケート
・リーディング；ＴＩＲ）等を求めて表面形状を得る機
能を有するもので、具体的には次のような構成となって
いる。

すなわち、主制御部４３が備えられ、この主制御部４３
に前記人力部４１、前記位置検出部４２、変位データメ
モリ４４、反り・振れ演算部４５、画像処理装置４６、
出力部４７及び駆動出力部４８が接続されたものとなっ
ている。そして、出力部４７には表示装置４つが接続さ
れている。かかる構成において位置検出部４２は回転パ
ルス信号Ｐａから被測定体２０の回転方向の位置を求め
、かつ回転パルス信号ｐｂから変位計２７のＸ方向の位
置を求め、これら求められた各位置（ｘ、　　θ）から
変位計２７の測定位置を求める機能を有するものである
。又、主制御部４３は処理装置４０内の各部の動作制御
を行なう機能を有するもので、他に次のような機能を有
している。すなわち、第２図に示すように位置検出部４
２で検出された位置（ｘ、　　θ）を受けて被測定体２
００円周上の所定角度毎に人力部４１を開いて測定信号
Ｓを取り込んで変位データメモリ４４に変位データとし
て記憶させるデータ取込み機能、駆動出力部４８を通し
てθモータ駆動部２５へ所定回転数でθ方向モータ２４
を回転させる指令を送出するとともに位置検出部４２で
検出された位置（ｘ、　　θ）を受けてＸモータ駆動部
３５へ被測定体２０が１回転する毎に所定距離づつ変位
計２７を移動させる指令を送出する移動機能及び後述す
る反り・振れ演算部４５で求められた反り・振れを集計
するデータ集計機能が備えられている。

反り・振れ演算部４５は、変位データメモリ４３に記憶
されている被測定体２０の各半径方向の変位データのう
ち測定領域の両端の変位値を結ぶ基準ラインを作成し、
この基準ラインと半径方向の各変位値との偏差から被測
定体２０の反り及び振れ等を求める機能を有するもので
ある。

画像処理部４６は反り・振れ演算部４５で求められた反
り・振れを画像データに変換して表示装置４９へ送る機
能を有するものである。

次に上記の如く構成された装置での表面形状測定の作用
について説明する。

主制御部４３の移動機能により駆動指令がθモータ駆動
部２５及びＸモータ駆動部３５へそれぞれ送られると、
θ方向モータ２４は所定の回転数で回転するとともにＸ
方向モータ３３が回転する。

これにより、被ｎ１定体２０は矢印（ハ）方向に回転す
ると・ともに変位計２７は矢印（ニ）方向つまり被測定
体２０の半径方向に移動する。このとき、パルスエンコ
ーダ２６及びパルスエンコーダ３６はそれぞれモータ２
４．３３の回転に応じた回転パルス信号Ｐａ、Ｐｂを出
力する。これら回転パルス信号Ｐａｓ　Ｐｂは共に位置
検出部４２へ送られ、この位置検出部４２は回転パルス
信号Ｐａから被測定体２０の回転角度θを検出するとと
もに回転パルス信号ｐｂから変位計２７の被ｎ１定体２
０の半径方向の位置Ｘを検出する。しかして、主制御部
４３の移動機能は位置検出部４２で検出された位置（ｘ
　ｒ　　θ）を受けて被測定体２０が１回転する毎に変
位計２７を矢印（ニ）方向に所定距離づつ移動させる。

この状態に変位計２７はレーザ光を送出してその反射レ
ーザ光を受光し測定信号を出力している。又、主制御部
４３のデータ取込み機能は位置検出部４２で検出された
被測定体２０の回転角度θから所定角度例えば１０＠毎
に入力部４１を開く。これにより、例えば第３図に示す
ように被測定体２０における円周ｅＬ上の０″ｔｏ”　
　２０°、　３０＠−・・位置の測定信号ｓＬ　ｓ２．
　ｓ３゜ｓ４・・・が入力部４１を通して取込まれて変
位データメモリ４３に記憶される。なお、これら測定信
号ｓｌ、　ｓ２．　ｓ３．　ｓ４・・・はその測定位置
（ｘ、　　θ）と対応して記憶される。以下、同様に円
周ｅ２．　ｅ３・・・上の所定角度０’、１０”　　２
０’　　３０°・・・における各ＤＩ定信号が変位デー
タメモリ４３に記憶される。

このようにして被測定体２０の全面における変位の検出
が終了すると、反り・振れ演算部４５により被１１１１
定体２０の反り・振れが求められる。ここで、先ず反り
の求め方について第４図を参照して説明する。同図にお
いてＱｌは第３図に示す回転角度０″における被測定体
２０の半径方向の変位値を連続的に表わした変位データ
であり、又Ｑ２は回転角度１８０°における被測定体２
０の半径方向の変位値を連続的に表わした変位データで
ある。このように各変位データを抽出すると、これら変
位データＱ１、Ｑ２に対して測定領域Ｗｌ。

Ｗ２を設定する。なお、これら測定領域Ｗ１、Ｗ２は被
測定体２０、例えば磁気ディスクであればデータを記憶
する部分となりその位置は予め知れている。又、ｓｌ、
　ｓ２は無効領域である。次にこれら測定領域Ｗ１、Ｗ
２の両端、と各変位データＱ１、Ｑ２との交点ａｌとａ
２、ａ３とａ４を結ぶ各基準ラインＬ１、Ｌ２を求める
。次にこれら基準ラインＬ１、Ｌ２とこれら基準ライン
Ｌ１、Ｌ２から見て（＋）側及び（−）側となるデータ
Ｑ１、Ｑ２の最大値との偏差を求める。つまり基準ライ
ンＬ（と変位データＱ１とではｃｎ及びｄｎであり、又
基準ラインＬ２と変位データＱ２とではｅｎ及びｆｎで
ある。そうして、これら偏差ｃｎ。

ｄｎ及びｅｎ、ｆｎから被測定体２０の半径方向の反り
値Ｉ　Ｄ（１）、　　Ｉ　Ｄ（２）が求められる。すな
わち、Ｉ　Ｄ（１）＝　Ｉ　ａｎ　ｌ　＋　ｌ　ｄｎ　
ｌ　　　　　　−（１）Ｉ　Ｄ（２）＝　ｌ　ｅｎ　　
ｌ　＋　ｌ　ｆｎ　　ｌ　　　　　　　”１２）次に前
記交点ａｌとａ３とを結ぶ基準ラインＬ３が求められ、
この基準ラインＬ３と基準ラインＬ３から見て（＋）側
及び（−）側となる変位データＱ１、Ｑ２の最大値との
偏差ａｌ、ｂｎが求められる。そうして、これら偏差ａ
口、ｂｎから直径方向の反り値ＯＤが求められる。すな
わち、ＯＤ　−ｌ　ａｎ　　ｌ　＋　ｌ　ｂｎ　　Ｉ　
　　　　　　＝（３）である。そうして、これら反り値
ＩＤ、ＯＤは所定角度１０″の各半径方向ごとに求めら
れる。

一方、ふれは次のようにして求められる。すなわち、第
５図に示すように同−円周例えばｅｌ上の変位値が連続
的に読み出される。そして、回転角度０°と３６０°と
の各変位値を結んで基準ラインＬ４とし、この基準ライ
ンＬ４と最も上方に位置する変位値との偏差ｇｎを求め
るとともに基準ラインＬ４と最も下方に位置する変位値
との偏差ｈｎを求める。そして、これら偏差ｇｎ、ｈｎ
から振れ値ＴＩＲを求める。すなわち、ＴＩＲ−ｌ　ｇｎ　ｌ　−１ｈｎ　　ｌ　　　　　　−
（４）である。なお、以上、求められた各反り値ＩＤ。

ＯＤ及び振れ値ＴＩＲは変位データメモリ４３に記憶さ
れる。

次に表示作用について説明する。この場合、表示装置４
８には反り表示、うねり表示及び振れ表示が行われる。

先ず、反り表示について説明する。

この場合、主制御部４３のデータ集計機能は、変位デー
タメモリ４３から各半径方向ごとの基準ラインＬ１、Ｌ
２・・・と各半径方向の変位データＱ１、Ｑ２・・・と
を読み出し、それぞれ対応する基準ラインＬ１と変位デ
ータＱ１との偏差、基準ラインＬ２と変位データＱ２・
・・との偏差をそれぞれ各半径方向ごとに求める。この
演算結果は、各回転角度θごとに画像処理部４６に送ら
れ、この画像処理部４６において画像データに変換され
る。しかるに、この画像データは出力部４７を通して表
示装置４９に送られ、この結果第６図に示すように被測
定体２０の反りが表示される。なお、このとき反り表示
とともに反り値ＩＤ、ＯＤ及び振れ値ＴＩＲの最大値、
平均値が表示される。

次にうねり表示は次のようにして行われる。主制御部４
．３のデータ集計機能は、被測定体２０の各半径方向の
変位データＱ１．Ｑ２・・・を読み出してこれら変位デ
ータＱ１、Ｑ２と予め設定されたうねり用設定値例えば
「０」との偏差を求める。

そして、これら各半径方向ごとの各偏差は画像処理部４
５へ送られて画像データ化される。しかるに、この画像
データが表示装置４８へ送られて第７図に示すような被
測定体２０のうねりが表示される。

次に振れ表示は次のようにして行われる。この場合、主
制御部４３のデータ集計機能は、第７図に示すうねり表
示のデータから被測定体２０の各円周方向ｂｌ、　ｂ２
・・・の各位を抽出する。そして、これら各円周方向ｂ
ｌ、　ｂ２・・・ごとの各位は画像処理部４５へ送られ
て画像データ化される。しかるに、この画像データが表
示装置４８へ送られて第８図に示すような被測定体２０
の振れが表示される。

次に主制御部４３のデータ集計機能は統計的な処理を行
なって表示を行なう。すなわち、主制御部４３のデータ
集計機能は、反り・振れ演算部４５で求められた各角度
ごとの反り値ＩＤ（１）。

ＩＤ（２）、ＯＤ及び同一円周ごとの振れ値ＴＩＲ＠読
み出して最大値、最小値、平均値等を演算し求めて画像
処理部４５へ送る。この結果、表示装置４８には第９図
及び第１０図に示すような被測定体２０の各角度ごとの
反り値及び振れ値ＴＡＲが表示される。

このように上記一実施例においては、被測定体２０を回
転させるとともに変位計２７を被測定体２０の半径方向
に移動させて変位を測定し、この測定により得られた各
変位のうち測定領域の両端の変位を結ぶ基準ラインＬ１
、Ｌ２・・・を作成してこの基準ラインＬ１、Ｌ２・・
・と変位値°との偏差から被測定体２０の反り及び振れ
等を求めるようにしたので、１回の測定で被測定体２０
の全面における表面形状を求めることができる。そして
、７１）Ｊ定された結果から被測定体２０の形状が具体
的に、例えば反り、振れ及びうねりとして２次元画面に
おいて視覚的に把握できる。しかるに、これら反り等か
ら被測定体２０の平面度を求めることができる。又、短
時間で被測定体２０全体の表面形状が測定できる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の範囲を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、被
測定体２０を回転させると令もに変位計２７を連続的に
移動させてスパイラル状に変位測定を行なってもよい。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、被測定体全体の表
面形状を測定できる平坦度測定方法を提供できる。

りの求め方を説明するための図、第５図は振れの求め方
を説明するための図、第６図乃至第８図は表面形状の表
示例を示す図、第９図及び第１Ｏ図は統計的な表示例を
示す図、第１１図は従来技術を示す構成図である。

２０・・・被り１定体、２４・・・モータ、２６．３６
・・・パルスエンコーダ、２７・・・変位計、２８・・
・移動台、２９・・・案内ボール、３０・・・移動用ね
じ、３３・・・Ｘ方向モータ、４０・・・処理装置、４
１・・・入力部、４２・・・位置検出部、４３・・・変
位データメモリ、４４・・・反り・振れ演算部、４５・
・・画像処理部、４８・・・表示装置。

方法の一実施例を説明するための図であって、第１図は
構成図、第２図は主制御部の機能ブロック図、第３図は
測定箇所を示す模式図、第４図は反出願人代理人　弁理
士　鈴江武彦第２図第３図第図第９図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

被測定体を回転させるとともに変位計を前記被測定体の
半径方向に移動させて前記被測定体全面における変位を
測定し、この測定により得られた各変位から前記被測定
体の表面の平坦度を求めることを特徴とする平坦度測定
方法。