JPH0615971B2

JPH0615971B2 - 平面形状精度計測方法

Info

Publication number: JPH0615971B2
Application number: JP62036371A
Authority: JP
Inventors: 勉藤田; 昌彦山本; 紳司宮本; 明夫小村
Original assignee: Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1987-02-18
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS63204110A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、平面形状精度計測方法、さらに詳しくは、
たとえばシリコンウェハなどを研磨するラッピングマシ
ンの定盤などのような大形のワークの表面の平面形状精
度を計測する方法に関する。

従来の技術とその問題点直径が２００mm以下の小形のワークたとえばシリコンウ
ェハの表面の平面形状精度の計測は、光干渉法、ワーク
の全表面を覆うように多数のセンサーを配置する方法な
どにより既に実用化されている。ところが、シリコンウ
ェハなどを研磨するラッピングマシンの定盤には直径が
２０００mmに及ぶものもあり、このような大形のワーク
に上記の方法を適用することはできない。このため、従
来は、下面の直線度の高い標準バーを大形のワークの表
面におき、ワーク表面と標準バーとのすきまをすきまゲ
ージで遂次測定するという作業者の熟練と主観に頼った
方法により計測しているが、このような方法では、熟練
を要し、しかも精度が悪く、計測に時間がかかるという
問題がある。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、大形のワーク
の平面形状精度を能率良く正確に計測できる方法を提供
することにある。

問題点を解決するための手段この発明による平面形状精度計測方法は、回転するワー
クの表面に対して、複数の距離センサーをワーク表面と
ほぼ平行な１つの平面内に直線状に配列し、ワークの複
数の回転位置において複数の距離センサーでワーク表面
上の対応する点までの距離を測定し、かつワーク表面上
の３つの基準点について各基準点までの距離をワークの
２つの異なる回転位置において２つの異なる距離センサ
ーでそれぞれ測定し、ワークの２つの異なる回転位置に
おいて２つの異なる距離センサーで測定した同一の基準
点までの距離が等しくなるように、ワークの複数の回転
位置における複数の距離センサーからの出力信号と、ワ
ークの各回転位置における回転角度と、複数の距離セン
サーの位置関係とを対応づけした処理を行なうことによ
りワーク表面の平面形状精度を計測するものである。

実施例第１図は、ラッピングマシン（１０）の下定盤（ワー
ク）（１１）と、ワーク（１１）表面（上面）の平面形
状精度を計測するためにラッピングマシン（１０）に取
付けられた平面形状精度計測装置を示す。

平面形状精度計測装置は、１本の計測バー（１２）を備
えている。計測バー（１２）の両端部には高さ調整ねじ
（１３）が設けられており、計測バー（１２）がワーク
（１１）を跨ぐように調整ねじ（１３）の部分がラッピ
ングマシン（１０）に据付けられている。計測レバー
（１２）には複数個（たとえば１０個程度）の距離セン
サー（１４）が直線状に配列されている。また、計測バ
ー（１２）の両端寄りの部分には高さ調整用光スイッチ
（１５）が設けられており、これらのスイッチ（１５）
を用いて調整ねじ（１３）を調整することにより、セン
サー（１４）がすべてワーク（１１）表面とほぼ平行な
１つの平面内好ましくは水平面内に位置するように計測
バー（１２）の高さが調整されている。ワーク（１１）
の表面の周縁部にマーカ（１６）が取付けられており、
ラッピングマシン（１０）には、このマーカ（１６）を
検出することによりワーク（１１）の回転角度を求める
ためのマーカ検出センサー（１７）が据付けられてい
る。計測バー（１２）の距離センサー（１４）および高
さ調整用光スイッチ（１５）ならびにマーカ検出センサ
−（１７）は、センサーコントローラ（１８）を介して
処理装置（１９）に接続されている。処理装置（１９）
はたとえばパーソナルコンピュータより、なりこれには
グラフィックディスプレイ（２０）などが接続されてい
る。

処理装置（１９）は、計測バー（１２）の複数の距離セ
ンサー（１４）の出力と、これら各距離センサー（１
４）の位置関係と、ワーク（１１）の回転角度とを対応
づけした処理を行なうことにより、ワーク（１１）の平
面形状精度を計測する。

次に、第２図を参照して、上記の装置による平面形状精
度計測の原理を説明する。

第２図は計測バー（１２）をラッピングマシン（１０）
上に据付けてワーク（１１）を回転させたときの４０゜
ごとの回転位置での計測ラインを示している。計測バー
（１２）には１０個程度の距離センサー（１４）を取付
けるが、同図には原理上必要な６個の距離センサー（１
４）の位置ｊ＝、、、、、を示している。
また、ワーク（１１）の回転による計測バー（１２）の
位置をｉ＝１、２、……、９で表わしている。

計測バー（１２）の距離センサー（１４）の出力ｄ_i,jは、ｄ_ｉ，ｊ＝ａ_ｉ・ｘ_ｊ＋ｂ_ｉ＋ｆ_i,j……（１）と表わすことにする。ただし、ｉは１，……、９のワー
クの回転位置、ｊは、……、のセンサー位置であ
る。また、ａ、ｂはワークの回転に伴って移動する面を
計測バーで切断したときの、切断面上部直線のパラメー
タ、ｆはこの直線からのずれ量すなわち平面歪の量であ
る。

この発明の方法の基本的な考え方は、第２図における３
つの基準点Ａ、Ｂ、Ｃでの測定値を基本に、これらの点
が水平面内にあるものとして、点Ａ、Ｂ、Ｃ以外の測定
値ｄ_i,jからｆ_i,jを求めることである。そして、このよ
うにすることにより、ワークの回転軸に軸ぶれが生じた
り、回転軸とワーク表面とが正確に垂直になっていなく
てワーク表面にふれ（端面のふれ）が生じたりするよう
な場合でも、これらの影響が除去されて、ワーク表面の
平面形状精度が正確に計測される。以下、その具体的な
手順を述べる。

まず、点Ａ、Ｂ、Ｃを通る位置１、４、７上のｆ_i,jを
求める。

点Ａの測定データは１の、４のとして与えられるの
で、式（１）から、ｄ_１，＝ａ_１・ｘ＋ｂ_１＋ｆ_１， …（２）ｄ_４，＝ａ_４・ｘ＋ｂ_４＋ｆ_４， …（３）となる。１のと４のは同じ位置（点Ａ）であるから、ｆ_１，＝ｆ_４，である。

なお、この位置を基準とするので、ｆ_１，＝０として
もよい。一方、計測バー（１２）の中心をｘ＝０となる
ようにすると、センサー（１４）の位置の対称性から、
ｘ＝−ｘとなる。

点Ｂ、Ｃの位置についても同様であるので、ｄ_７，＝ａ_７・ｘ＋ｂ_７＋ｆ_７， …（４）ｄ_１，＝ａ_１・ｘ＋ｂ_１＋ｆ_１， …（５）ｄ_４，＝ａ_４・ｘ＋ｂ_４＋ｆ_４， …（６）ｄ_７，＝ａ_７・ｘ＋ｂ_７＋ｆ_７， …（７）であり、ｆ_７，＝ｆ_１，＝０ｆ_４，＝ｆ_７，＝０である。

式（２）、（５）から、ａ_１＝（ｄ_１，−ｄ_１，）／（２・ｘ） …（８）ｂ_１＝（ｄ_１，＋ｄ_１，）／２…（９）式（３）、（６）から、ａ_４＝（ｄ_４，−ｄ_４，）／（２・ｘ） …（１０）ｂ_４＝（ｄ_４，＋ｄ_４，）／２…（１１）式（４）、（７）から、ａ_７＝（ｄ_７，−ｄ_７，）／（２・ｘ） …（１２）ｂ_７＝（ｄ_７，＋ｄ_７，）／２…（１３）したがって、１上の平面歪ｆは、式（８）、（９）の値
を用いて、ｆ_１ _,j＝ｄ_１ _,j−ａ_１・ｘ_ｊ−ｂ_１ …（１４）で得られる。

同様に、４上の平面歪ｆは式（１０）、（１１）から、
７上の平面歪ｆは式（１２）、（１３）から求められ
る。

次に、１、４、７以外の位置でのｆ_i,jを求める。１、４、７以外の位置でのａ、ｂの値は１、４、７との
対応関係から求められる。

たとえば、第２図において、位置２のａ、ｂは次のよう
にして得られる。２のと４の、および１のと２のは同一点である
から、ｆ_２，＝ｆ_４， …（１５）ｆ_２，＝ｆ_１， …（１６）ここで、ｆ_４，およびｆ_１，は、位置４および１に
おいて前述のようにすでに得られている。

したがって、ｄ_２，＝ａ_２・ｘ＋ｂ_２＋ｆ_２， …（１７）ｄ_２，＝ａ_２・ｘ＋ｂ_２＋ｆ_２， …（１８）であるので、ａ_２＝［ｄ_２，−ｄ_２， −（ｆ_２，−ｆ_２，）］／（ｘ−ｘ） …（１９）ｂ_２＝ｄ_２，−ｆ_２，−ａ_２・ｘ …（２０）で求められる。したがって、２上のｆはすべて求められ
ることになる。

他の位置３、５、６、８、９に対しても、同様にしてｆ
を得ることができる。

ｄ_i,jは測定値であるが、上述の手順で処理する場合に
は、各位置ｉに関して平滑化した値を用いるのが望まし
い。

また、各位置ｉでのデータは同時入力が望ましいが、実
際はセンサーをスキャンすることになり、ワーク（１
１）が回転するため、本来の位置とはずれた位置を測定
することになる。いま、直径１ｍのワークが１０rpmで
回転していると、最外周の周側は約５００mm／secとな
る。したがって、１０msec以内に入力することができれ
ば、最大の測定位置ずれ量は５mmとなるので、実用上問
題はないと考えられる。

上記実施例では、ワーク（１１）はラッピングマシン
（１０）に取付けた状態で平面形状を計測しているが、
ラッピングマシン（１０）から取外したワーク（１１）
を適宜な手段により回転させて計測するようにしてもよ
い。また、この発明の方法は、ラッピングマシンの定盤
以外のワークにももちろん適用できる。

発明の効果この発明の方法によれば、上述のように、大形のワーク
であっても、ワークを回転させるだけで、ワークの回転
軸の軸ぶれやワーク表面の端面のふれが生じたりするよ
うな場合でも、これらの影響を除去して、平面形状精度
を能率良く正確に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す平面形状精度計測装置
の斜視図、第２図は計測の原理を説明するための図面で
ある。（１１）……定盤（ワーク）、（１４）……距離センサ
ー、Ａ、Ｂ、Ｃ……基準点。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転するワークの表面に対して、複数の距
離センサーをワーク表面とほぼ平行な１つの平面内に直
線状に配列し、ワークの複数の回転位置において複数の
距離センサーでワーク表面上の対応する点までの距離を
測定し、かつワーク表面上の３つの基準点について各基
準点までの距離をワークの２つの異なる回転位置におい
て２つの異なる距離センサーでそれぞれ測定し、ワーク
の２つの異なる回転位置において２つの異なる距離セン
サーで測定した同一の基準点までの距離が等しくなるよ
うに、ワークの複数の回転位置における複数の距離セン
サーからの出力信号と、ワークの各回転位置における回
転角度と、複数の距離センサーの位置関係とを対応づけ
した処理を行なうことによりワーク表面の平面形状精度
を計測する平面形状精度計測方法。