JPH0449046B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、薄板状の被測定物体表面に平坦度を
測定するフラツトネス測定装置に係わり、特に被
測定物体を固定して測定センサを移動させるよう
にしたフラツトネス測定装置に関する。

［従来の技術］ 例えばIC半導体回路素子を製作するときの材
料に用いられる半導体ウエーハ、セラミツク基
板、コンピユータの記憶媒体としての磁気デイス
クや光デイスク等の製造過程の中間検査工程や最
終検査工程において、これ等が規格寸法どうり製
作されているか否かを検査する装置の一つとして
フラツトネス測定装置がある。

このフラツトネス測定装置は、主として前記ウ
エーハ等の薄板状に形成された被測定物体表面に
おけるうねり現象（波打ち現象）を測定するもの
である。そして、一般にこのようなフラツトネス
測定装置は第７図に示すように構成されている。
すなわち、図示しない筐体内のフレーム１にレー
ル２が配設されており、このレール２に第８図に
示す２個のリニア軸受体３ａ，３ｂを介して断面
がＬ字型に形成された測定台４が係合されてい
る。なお、この測定台４はボールねじ等の図示し
ない送り機構によつてレール２の敷設方向に移動
される。

測定台４の上面５には例えば円形の被測定物体
６が載置される。そして、この測定台４の上方位
置に、上端が前記筐体の天井に固定された支持ア
ーム７が対向配置され、この支持アーム７の下端
に距離測定センサ８が取付けられている。

この距離測定センサ８内には、第９図に示すよ
うに、例えば単一波長の測定光を出力する発光ダ
イオード等の光源９と光の受光位置を検出できる
ポジシヨンセンサ１０とが所定角度を有して配置
されている。

このように構成されたフラツトネス測定装置に
おいて、測定台４をレール２に沿つて移動させる
と、距離測定センサ８の被測定物体６に対する対
向位置が順次移動する。そして測定台４の任意の
位置において、光源９から出力された測定光１１
は被測定物体６の表面で反射されて、実線で示す
ようにポジシヨンセンサ１０へ入力される。ポジ
シヨンセンサ１０は測定光１１の入射位置に対応
した位置信号を出力する。次に測定台４が移動し
て、被測定物体６の表面位置が例えば二点鎖線で
示すように変化すると、ポジシヨンセンサ１０上
の測定光１１の入射位置が変化する。したがつ
て、距離測定センサ８と被測定物体６との間の距
離変化、すなわち被測定物体６表面のうねり現象
が測定できる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のように構成されたフラツ
トネス測定装置においても次のような問題があつ
た。すなわち、第７図および第８図に示すよう
に、被測定物体６の各部のうねり現象を測定する
ためには、距離測定センサ８を固定したままで、
測定台４に搭載された被測定物体６を移動させる
ようにしている。この測定台４は精密に構成され
たリニア軸受体３ａ，３ｂにレール２に沿つて移
動されるが、移動に伴う振動を零に制御すること
は不可能である。従つて測定台４は移動期間中に
種々の振動モードで振動する。例えば一つの振動
モードとして第８図に示すように測定台４の中心
点Ａを中心として矢印Ｂで示すようなピツチング
振動が生じる。したがつてこの場合、測定台４の
上面５の中心点Ａ近傍位置における被測定物体６
表面の上下位置はあまり変化しないが、両端部に
位置している被測定物体６表面の上下方向位置は
大きく変動することになる。その結果、距離測定
センサ８が図中ａで示す中央位置に位置した場合
と、図中ｂ，ｃで示す周辺位置に位置した場合と
では測定値に大きな差が生じ、正確な測定結果が
得られない問題がある。

特に、前述したようなウエーハやセラミツク基
板の被測定物体を測定する場合は、この被測定物
体の厚さが0.2〜0.6mm程度であり、外径は75〜
150mmもある。そのような形状で測定精度が１ミ
クロン程度を要求されるので、上述した振動現象
が発生すると、この測定精度を維持することは困
難であつた。

さらに、前述したように被測定物体６は非常に
薄いので、振動により測定台４上を水平にずれる
懸念もある。

本発明は上記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、被測定物体を移動
させずに、距離測定センサを移動させることによ
つて、振動による測定誤差を最少限に抑制でき、
測定精度を大幅に向上できるフラツトネス測定装
置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のフラツトネス測定装置においては、上
面に薄板状の被測定物体が載置される測定台と、
この測定台を上面が水平面内に回転するように支
持する回転支持機構と、測定台の上面に平行でか
つ上下方向に互い離間し、さらに被測定物体の測
定方向に平行に敷設された一対のレールと、この
各レールにおけるレール敷設方向の互いに異なる
位置に係合するとともに各レールの敷設方向に移
動自在に設けられた複数のリニア軸受体と、一端
が複数のリニア軸受体に固定され、他端が測定台
の上方でかつレールの敷設方向における各リニア
軸受体相互間の中心に位置するＬ字型の測定アー
ムと、各リニア軸受体を介して各レールに連結さ
れた測定アームを測定台に載置された被測定体の
測定方向に移動させる移動機構と、測定アームの
他端に取付けられ、この測定アームが移動期間中
における被測定物体までの距離の変化を非接触で
測定する距離測定センサとを設けている。

［作用］ このように構成されたフラツトネス測定装置で
あれば、距離測定センサが他端に取付けられた測
定アームの一端はリニア軸受体を介してレールに
係合されいる。このレールは被測定物体が載置さ
れる測定台の上面に平行でかつ被測定物体の測定
方向に平行に敷設されているので、移動機構で測
定アームを移動させれば、測定アームに取付けら
れた距離測定センサは被測定物体の上方位置を測
定方向へ移動する。この場合、測定アームは測定
台の上面に平行でかつ上下方向に離間して敷設さ
れた一対のレールにおける各レールにそれぞれ係
合する複数のリニア軸受体に取付けられている。
したがつて、測定アームは上下方向に離間した一
対のレールに係合しているので、測定アームが移
動する場合に移動方向の両端が上下方向に振動す
るピツチング振動が発生しにくい。また、距離測
定センサが取付けられる測定アームの他端（上
端）の測定方向の位置は各リニア軸受体相互間の
中心位置に一致している。よつて、たとえこの測
定アームが移動することに起因してピツチング振
動が生じたとしても、距離測定センサの位置変化
はほとんど無いので、振動による測定誤差が低減
される。また、測定台は移動しないので、被測定
物体が振動することもない。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

第２図は実施例のフラツトネス測定装置の全体
を示す正面図である。図示するように、この装置
はフラツトネス測定機本体２１と、このフラツト
ネス測定機本体２１の測定アーム３２と円形の測
定台２４を駆動制御する駆動制御装置２５と、距
離測定センサ３６のアナログ信号を処理する信号
処理装置２３と、各測定結果を演算処理するパー
ソナルコンピユータ２６と、演算解析結果を表示
するCRT表示管２７とで構成されている。

第３図は実施例のフラツトネス測定機本体２１
の外観を示す斜視図であり、第１図は第３図のＸ
−X′線で切断した場合の断面図である。ほぼ直
方体状に形成されたケース２８の上面に前記円形
の測定台２４が取付けられており、この測定台２
４の上面２９の中央位置には磁気デイスクや光デ
イスク等の環状の被測定物体を載置するためのボ
ス３０が取付けられている。なお、ウエーハやセ
ラミツク基板等の穴が形成されていない被測定物
体を載置するときは上記ボス３０を取外す。この
測定台２４はケース２８内に載置されたサーボモ
ータ３１で任意の角度位置に回転制御される。

さらにケース２８の上面には略Ｌ字型に形成さ
れた測定アーム３２が往復移動するための方形窓
３３が穿設されている。この方形窓３３には測定
アーム３２の移動方向に平行する５本の金属製の
丸棒３４が横一列に嵌込まれている。

前記Ｌ字型の測定アーム３２のケース２８上面
より上方に位置する部分の先端部には上下調節器
具３５を介して距離測定センサ３６が下向きに取
付けられている。この距離測定センサ３６の先端
には測定光を出力する光源３６ａと被測定物体表
面で反射された測定光が入射されるポジシヨンセ
ンサ３６ｂが取付けられている。そして、測定ア
ーム３２を移動させたときに距離測定センサ３６
の測定中心が前記測定台２４の中心線を通過する
ように測定アーム３２の寸法が設定されている。
測定アーム３２の前記方形窓３３に対向する位置
には、前記５個の丸棒３４が貫通する貫通孔３７
が穿設されている。また、ケース３２内に設けら
れた仕切壁３８には測定台２４の上面２９に平行
でかつ、この上面２９に載置される被測定物体の
測定方向に平行する２本のレール３９，４０が取
付けられている。そして、レール３９，４０には
それぞれこのレール３９，４０に係合するそれぞ
れ２個のリニア軸受体４１ａ，４１ｂおよび４２
ａ，４２ｂが設けられており、これ等のリニア軸
受体４１ａ，４１ｂおよび４２ａ，４２ｂは前記
測定アーム３２のケース２８内に位置する一辺に
固定されている。前記リニア軸受体４１ａ，４１
ｂは例えば第４図に示すようにレール３９に係合
しており、レール３９の敷設方向に自由に移動で
きるように構成されている。

さらに、ケース２８内の両側壁間には第５図で
示すボールねじ４３が軸支されており、このボー
ルねじ４３は、このボールねじ４３に螺合する前
記測定アーム３２に取付けられたナツト４４を介
してこの測定アーム３２を貫通する。そして、こ
のボールねじ４３はベルト４５を介して送りモー
タ４６にて回転される。したがつて、この送りモ
ータ４６を回転させると、先端に距離測定センサ
３６が取付けられた測定アーム３２が測定方向に
移動する。しかして、ボールねじ４３、ナツト４
４、ベルト４５および送りモータ４６は測定アー
ム３２を被測定物体の測定方向に移動させる移動
機構を構成する。

このように構成されたフラツトネス測定装置に
おいて、最初に送りモータ４６を起動して、測定
アーム３２を方形窓３３のいずれか一方端へ移動
させる。次の、被測定物体を円形の測定台２４の
上面２に載置する。そして、サーボモータ３１に
て測定台２４を回転させて被測定物体における測
定しようとする方向と距離測定センサ３６の移動
方向とを合せる。次に一旦距離測定センサ３６を
測定台２４上へ移動させ、上下位置調整器３５で
もつて、被測定物体表面で反射した測定光がポジ
シヨンセンサ３６ｂのほぼ中央位置に入射するよ
うに、距離測定センサ３６の上下位置を調整す
る。調整が終了すると、距離測定センサ３６を再
び方形窓３３の一方端の移動開始位置へ移動させ
る。以上の初期設定操作が終了し、送りモータ４
６を起動すると、測定アーム３２の先端に取付け
られた距離測定センサ３６が被測定物体の上方位
置を測定方向に等速度で移動する。しかして、距
離測定センサ３６は前述した測定原理でもつて被
測定物体のうねり現象を測定していく。測定結果
はパーソナルコンピユータ２６で演算処理されて
CRT表示管２７に表示される。

このように構成されたフラツトネス測定装置の
測定アーム３２の移動期間中における振動現象を
第６図を用いて説明する。この場合、測定台２４
は測定期間中は停止しているので、この測定台２
４による振動は発生しない。測定アーム３２は図
示するように２本のレール３９，４０にてそれぞ
れリニア軸受体４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ
でもつてカイドされる。したがつて、測定アーム
３２は第６図に示すように、上下方向２か所と水
平方向２か所との合計４か所でもつて各レール３
９，４０に係合しているので、第８図に示す水平
方向２か所のみで係合している従来装置に比較し
てピツチング振動が発生しにくい。また、たと
え、第８図と同様に、移動方向に中心位置である
Ｃ点を中心とする矢印Ｄで示すピツチング振動が
発生したとしても、距離測定センサ３６の中心軸
はこのピツチング振動している振動中心のＣ点を
通過するので、距離測定センサ３６の下端位置に
おける上下方向位置変動はほとんどない。したが
つて、距離測定センサ３６の下端に取付けられた
光源３６ａ、ポジシヨンセンサ３６ｂと測定台２
４に載置された被測定物体４７との間の距離はた
とえピツチング振動が発生したとしてもほとんど
変化しない。その結果、測定精度を大幅に向上で
きる。

また、測定台２４は測定期間中は移動しないの
で、たとえウエーハやセラミツク基板等の極く薄
い被測定物体であつたとしても、この被測定物体
が測定期間中に振動により移動することはない。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない、実施例においては、レールを２本設
け、リニア軸受体を４個設けたが、これ等の設置
数は必要に応じて変更してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、測定期間
中は、被測定物体を移動させずに、距離測定セン
サを移動させるようにしている。さらに、測定ア
ームは測定台の上面に平行でかつ上下方向に離間
して敷設された一対のレールにおける各レールに
それぞれ係合する複数のリニア軸受体に取付けら
れている。したがつて、測定アームは上下方向に
離間した一対のレールに係合しているので、測定
アームが移動する場合に移動方向の両端が上下方
向に振動するピツチング振動が発生しにくい。ま
た、距離測定センサが取付けられる測定アームの
他端の測定方向の位置は各リニア軸受体相互間の
中心位置に一致している。したがつて、振動によ
る測定誤差を最少限に抑制でき、測定精度を大幅
に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の一実施例に係わる
フラツトネス測定装置を示すものであり、第１図
は要部を示す断面図、第２図は装置全体を示す正
面図、第３図は外観を示す斜視図、第４図はレー
ルおよびリニア軸受体を取出して示す斜視図、第
５図は移動機構を取出して示す正面図、第６図は
振動状態を示す模式図であり、第７図は従来のフ
ラツトネス測定装置の要部を示す斜視図、第８図
は同従来のフラツトネス測定装置の振動状態を示
す模式図、第９図は距離測定センサの測定原理を
説明するための模式図である。 ２１……フラツトネス測定機本体、２４……測
定台、２８……ケース、２９……上面、３１……
サーボモータ、３２……測定アーム、３３……方
形窓、３４……丸棒、３６……距離測定センサ、
３７……貫通孔、３９，４０……レール、４１
ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ……リニア軸受体、
４３……ボールねじ、４４……ナツト、４６……
送りモータ、４７……被測定物体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上面に薄板状の被測定物体が載置される測定
   台２４と、この測定台を前記上面が水平面内に回
   転するように支持する回転支持機構３１と、前記
   測定台の上面に平行でかつ上下方向に互い離間
   し、さらに前記被測定物体の測定方向に平行に敷
   設された一対のレール３９，４０と、この各レー
   ルにおけるレール敷設方向の互いに異なる位置に
   係合するとともに各レールの敷設方向に移動自在
   に設けられた複数のリニア軸受体４１ａ，４１
   ｂ，４２ａ，４２ｂと、一端が前記複数のリニア
   軸受体に固定され、他端が前記測定台の上方でか
   つ前記レールの敷設方向における前記各リニア軸
   受体相互間の中心に位置するＬ字型の測定アーム
   ３２と、前記各リニア軸受体を介して前記各レー
   ルに連結された前記測定アームを前記測定台に載
   置された前記被測定体の測定方向に移動させる移
   動機構４３，４４，４５，４６と、前記測定アー
   ムの他端に取付けられ、この測定アームが移動期
   間中における前記被測定物体までの距離の変化を
   非接触で測定する距離測定センサ３６とを具備し
   たことを特徴とするフラツトネス測定装置。