JP7566293B2 - ワーク形状測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転する定盤によって研磨されたワークの形状を測定するワーク形状測定方法に関する発明である。

従来から、上定盤と下定盤の間に挟み込んだシリコンウェーハ、表面に酸化膜等が成膜されたウェーハ、表面に金属膜等が形成された半導体デバイス基板、ＳＯＩウェーハ等のワークの表面を研磨する研磨装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この研磨装置では、上定盤を貫通した穴を介して研磨中のワークの形状をリアルタイムで測定する厚み計測器を有している。この厚み計測器では、研磨中のワークに測定光を照射し、ワークの表裏面で反射した反射光に基づいてワークの形状を測定する。

特開２０１５－４７６５６号公報

ところで、従来の研磨装置では、反射光の最大受光強度を得られるように測定光の照射角度を調整し、反射光の受光角度（受光面と反射光の入射方向とでなす角度）を９０°としている。しかしながら、受光角度を９０°にすると、受光面に対して垂直に光が進入するため、ワークの形状測定の精度が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、ワーク形状の測定精度を向上させることができるワーク形状測定方法を提供することを課題としている。

上記目的を達成するため、本発明のワーク形状測定方法は、定盤とワークとを相対回転させて研磨されたワークの形状を測定するワーク形状測定方法において、軸方向に沿って測定光を出射すると共に軸方向を所定の基準方向に対して傾動可能なプローブから、測定光の照射方向を屈折するレンズ素子を介してワークに測定光を照射する第１ステップと、第１ステップにて照射された測定光がワークで反射して得られる反射光の受光強度から、ワークの断面形状の測定結果を示す測定光の通過位置ごとの厚みデータからなる厚みデータ列を出力する第２ステップと、第２ステップでの測定結果として出力された厚みデータ列に基づいてワークの厚みデータのバラツキを求め、バラツキが許容範囲に収まるように、バラツキが大きいほど受光強度を弱める方向に反射光の受光角度を調整する第３ステップと、を有する。そして、第３ステップでは、プローブの軸方向を基準方向に対して傾けることで受光角度を調整してから、レンズ素子の透光面とプローブの軸方向とでなす角度を変化させることで、プローブの軸方向を傾けて受光角度を調整する場合よりも小さい変化量で受光角度を調整する。

この結果、受光強度を安定させて、ワーク形状の測定精度を向上させることができる。

実施例１のワーク測定方法を適用した研磨装置の全体構成を概略的に示す説明図である。 実施例１のサンギヤとインターナルギヤとキャリアプレートの位置関係を示す説明図である。 実施例１の形状測定器の構成を示すブロック図である。 実施例１の形状測定器のプローブを示す模式図である。 （ａ）は実施例１のプローブの軸方向を変更して照射方向を変えた状態を示す説明図であり、（ｂ）は実施例１のプローブの波長板の角度を変更して照射方向を変えた状態を示す説明図である。 実施例１の研磨装置において、測定孔がワーク上を通過した際の通過軌跡を示す説明図である。 （ａ）は反射光の受光強度から得られるワークの厚みデータ列を示す説明図であり、（ｂ）は反射光の受光強度から得られるワークの厚みデータ列に基づいて求められる断面形状線を示す説明図である。 実施例１のワーク形状測定方法の手順を示すフローチャートである。 比較例のワーク形状測定方法を適用した形状測定器を示すブロック図である。 比較例のワーク形状測定方法の手順を示すフローチャートである。 比較例のワーク形状測定方法において検出されたワークの厚みデータ列を示す説明図である。 実施例１のワーク形状測定方法において検出されたワークの厚みデータ列を示す説明図である。

以下、本発明の研磨装置のワーク測定方法を実施するための形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

（実施例１）
以下、実施例１のワーク測定方法を適用した研磨装置１の全体構成を、図１及び図２に基づいて説明する。

実施例１の研磨装置１は、半導体ウェーハ、水晶ウェーハ、サファイアウェーハ、ガラスウェーハ或いはセラミックウェーハといった、薄板状のワークＷの表裏両面を研磨する両面研磨装置である。研磨装置１は、図１に示すように、研磨機１０と、形状測定器２０と、メモリ３０と、表示器４０と、制御部５０と、を備えている。

研磨機１０は、図１に示すように、軸線Ｌ１を中心にして同心上に配置された下定盤１１と、上定盤１２と、下定盤１１の中央に配置されたサンギヤ１３と、下定盤１１の外周を取り囲むように配置されたインターナルギヤ１４と、を有している。下定盤１１と、サンギヤ１３と、インターナルギヤ１４とは、それぞれ駆動軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃを介して図示しない駆動源に連結され、回転駆動される。

上定盤１２は、上面に取り付けられた支持スタッド１６ａ及び取付部材１６ｂを介して、ロッド１６に固定され、ロッド１６が伸縮することで上下に昇降する。研磨機１０の中央には、軸線Ｌ１に沿って起立し、上端部にドライバ１８が設けられた駆動軸１７ｄが配置されている。ドライバ１８の外周面には、上定盤１２に設けたフック１２ｂが係合する溝部（不図示）が外周面に形成されている。上定盤１２は、図示しない駆動源によって駆動軸１７ｄが回転駆動されることで、ドライバ１８と一体になって回転する。

ワークＷは、下定盤１１に貼付された研磨パッド１１ａと、上定盤１２に貼付された研磨パッド１２ａとにより研磨加工される。

さらに、上定盤１２には、中心から径方向に沿って所定距離離れた位置に測定孔１９が形成されている。この測定孔１９は、上定盤１２及び研磨パッド１２ａを貫通し、測定光である例えば赤外レーザ光を透過する窓部材１９ａが装着されている。

形状測定器２０は、例えば光反射干渉法でワークＷの形状を測定するレーザ測定器である。この形状測定器２０は、上定盤１２の測定孔１９の窓部材１９ａを介してワークＷに向けて測定光を照射し、測定光がワークＷの表裏面で反射して得られる反射光の受光強度から研磨中のワークＷの形状を測定する。実施例１では、反射光を変換した干渉信号（干渉波）の強度を、反射光の受光強度とする。そして、この干渉信号の強度より得られる周波数信号をフーリエ変換等の周波数解析によって解析し、得られた周波数解析結果から研磨中のワークＷの形状を測定する例で説明する。また、ここでは、形状測定器２０は、上定盤１２に取り付けられており、上定盤１２と一体となって回転する。

メモリ３０は、形状測定器２０及び制御部５０からデータの読み書きが可能な記憶装置である。メモリ３０は、例えば、ＨＤＤ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦｅＲＡＭ、及び、フラッシュメモリ等からなる。このメモリ３０には、形状測定器２０によって測定されたワークＷの断面形状の情報等が記憶される。

表示器４０は、制御部５０からの表示指令に基づき、現在研磨中のワークＷの形状情報や、ワークＷの研磨停止判定をしたこと、形状測定器２０から照射される測定光の照射角度等を表示する。表示器４０は、例えばＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）ディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏ－ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ等からなり、例えば研磨機１０に取り付けられている。この表示器４０は、研磨機１０のオペレータが目視可能な画面（不図示）を有している。

制御部５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）からなる制御演算部５１と、サブメモリ５２と、入力装置５３と、等を備えている。この制御部５０は、サブメモリ５２に記憶されたプログラムや、入力装置５３を介して研磨機１０のオペレータによって入力されたワークＷの加工目標や研磨条件、研磨環境情報等に基づき、制御演算部５１から制御指令を出力し、研磨機１０の動作を制御する。また、この制御演算部５１は、形状測定器２０によって測定された研磨中のワークＷの断面形状の情報に基づいてワーク形状の推移を予測し、この予測結果に応じてワークＷの研磨条件の変更タイミングや研磨終了タイミング等を演算する。

以下、実施例１の形状測定器２０の詳細構成を、図３～図７に基づいて説明する。

形状測定器２０は、図３に示すように、レーザ光源２１と、プローブ２２と、測定制御部２３と、を有している。

レーザ光源２１は、測定光となる赤外レーザ光等を出力可能な素子よりなり、図示しない電源を介してＯＮ／ＯＦＦ制御される。なお、レーザ光源２１から出力された測定光は、光ファイバケーブル２１ａを介してプローブ２２に導かれる。

プローブ２２は、レーザ光源２１から出力された測定光を平行光に調整して照射するコリメータ機能を有する。このプローブ２２は、図４に示すように、円筒状の本体部２２ａと、本体部２２ａを保持する保持機構２２ｂと、本体部２２ａの先端に設けられた波長板２２ｃと、を有している。

本体部２２ａは、中空の円筒部材であり、内部には平行光線を作るための光学系が設けられている。測定光は、この本体部２２ａの軸方向Ｏに沿って照射される。つまり、測定光の照射方向αは、本体部２２ａの軸方向Ｏに一致する。

保持機構２２ｂは、本体部２２ａを保持する機構であり、本体部２２ａの軸方向Ｏを所定の基準方向Ｖ（例えば、後述する受光角度θ２を９０°にする照射方向）に対して傾動可能とする。この保持機構２２ｂは、図示しない固定構造を介して上定盤１２に取り付けられている。また、保持機構２２ｂは、本体部２２ａの周方向の一部を下方に押圧する調節ねじ２２ｄを有している。この調節ねじ２２ｄをねじ込むことで、図５（ａ）に示すように、本体部２２ａの周方向の一部に下方に押圧する力が作用し、本体部２２ａの軸方向Ｏが基準方向Ｖに対して傾く。この結果、測定光の照射方向αが変化し、照射方向αとワークＷの表面とでなす角（以下、「照射角度」という）θ１（図３参照）が変更される。

波長板２２ｃは、本体部２２ａから出力された測定光を屈曲するレンズ素子である。この波長板２２ｃは、本体部２２ａの先端に回転可能に設けられ、測定光の光路上に配置されている。このとき、波長板２２ｃは、透光面２２ｅが本体部２２ａの軸方向Ｏに直交する面に対して傾いている。そして、図５（ｂ）に示すように、この波長板２２ｃは、本体部２２ａの軸方向Ｏを中心に回転することで、透光面２２ｅと軸方向Ｏとでなす角度を変化させ、照射方向αを軸方向Ｏに対して傾ける。この結果、照射角度θ１が変更される。なお、波長板２２ｃを回転させて照射角度θ１を変更するときの、所定回転量に対する照射角度θ１の変更量は、本体部２２ａの軸方向Ｏを傾けて照射角度θ１を変更する際の所定傾き量に対する照射角度θ１の変更量よりも小さい。つまり、波長板２２ｃを回転させて照射角度θ１を調節する方が、本体部２２ａの軸方向Ｏを傾けるよりも照射角度θ１の微調整が可能となる。

さらに、プローブ２２は、測定光がワークＷの表面及び裏面で反射することで生じた反射光を受光し、受光した光を内蔵した光電変換素子によって干渉信号（電気信号）に変換する。プローブ２２で変換された干渉信号は、無線通信等によって測定制御部２３に入力され、干渉信号の強度から周波数信号を得る。ここで、プローブ２２は、反射光が入射する透光面２２ｅに直交する方向から光を受光し、反射光の入射方向β１、β２と透光面２２ｅとでなす角度が受光角度θ２（図３参照）となる。ここで、プローブ２２で受光する「反射光」及び以下に説明する各種の演算にて用いる「反射光」は、ワークＷの表面で反射した反射光（入射方向β１）と、ワークＷの裏面で反射した反射光（入射方向β２）との干渉による干渉縞の周期とする。なお、「入射方向β１」は、ワークＷの表面で反射した反射光の入射方向である。また、「入射方向β２」は、ワークＷの裏面で反射した反射光の入射方向である。さらに、プローブ２２は、透光面２２ｅがワークＷの表面に対して所定の角度で傾いた状態で固定されている。

測定制御部２３は、反射光の干渉信号の強度より得られる周波数信号を周波数解析し、得られた周波数解析結果に基づいてワークＷの断面形状を測定し、測定結果を表示器４０に表示させる。この測定制御部２３は、形状測定部２３ａと、描画生成部２３ｂと、を有している。

形状測定部２３ａは、プローブ２２から送信された反射光の干渉信号に基づき、ワーク形状を示すパラメータとして反射光の干渉信号強度より得られる周波数信号を検出する。受光角度θ２が９０°のとき、透光面２２ｅに対して垂直に光が進入するため、形状測定部２３ａは、最大信号強度を得ることができる。そして、測定光は、上定盤１２が回転することで測定孔１９がワークＷの面上を通過している期間中、プローブ２２からワークＷの面上に連続的に照射される。そのため、形状測定部２３ａは、測定孔１９が、図６に示す各通過軌跡Ｎａ～Ｎｃを通過している間（ワークＷの一端Ｗ１ａ～Ｗ３ａから他端Ｗ１ｂ～Ｗ３ｂまでの測定孔１９の通過期間中）、反射光の干渉信号強度を一定の間隔で連続して検出し、各通過軌跡Ｎａ～Ｎｃを通過するごとにその干渉信号強度より演算した多数のワークＷの測定光の通過位置ごとの厚みデータからなるデータ列（以下、「厚みデータ列」という）を出力する。そして、この形状測定部２３ａは、ワークＷの断面形状の測定結果として、ワークＷの厚みデータ列を表示器４０に表示する。なお、図７（ａ）に表示器４０に表示されるワークＷの厚みデータ列の一例を示す。

表示器４０にワークＷの厚みデータ列が表示されたことで、研磨機１０のオペレータは、そのデータ列を視認により確認し、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷ（ワークＷの厚みデータ列の最大値と最小値の幅）を把握する。そして、オペレータは、このバラツキΔＷの大きさに基づいて、バラツキΔＷが許容範囲に収まるように照射角度θ１を調節する。この結果、干渉信号の強度を弱める方向に受光角度θ２が調整される。なお、「干渉信号の強度を弱める方向に受光角度θ２を調整する」とは、受光角度θ２を９０°に対して異ならせ、透光面２２ｅに垂直に光が進入しないように受光角度θ２を調整することである。

このとき、照射角度θ１は、調節ねじ２２ｄのねじ込み量を変えてプローブ２２の本体部２２ａの軸方向Ｏを傾けることで調節されたり、波長板２２ｃを回転して透光面２２ｅと軸方向Ｏとでなす角度を変えることで調節されたりする。

また、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷが大きいほど、照射方向αは基準方向Ｖに対して大きく傾けられる。照射方向αを基準方向Ｖに対して大きく傾けた方が、反射光の入射方向β１、β２が透光面２２ｅに垂直な方向からより大きくずれるため、受光角度θ２が９０°よりも小さく或いは大きくなって干渉信号の強度が弱くなる。つまり、オペレータは、照射方向αを基準方向Ｖに対して傾けることで、干渉信号の強度を弱める方向に受光角度θ２を調整する。なお、受光角度θ２が小さすぎる場合、プローブ２２によって反射光を適切に受光できなくなる。そのため、プローブ２２の照射方向αは基準方向Ｖに対して０．０１°～１０°の範囲で傾けて調節することが好ましい。

描画生成部２３ｂは、形状測定部２３ａによって検出された反射光のワークＷの厚みデータ列（図７（ａ）参照）に基づいてワークＷの断面形状を演算する。そして、この描画生成部２３ｂでは、図７（ｂ）に示すような断面形状線Ｔ１を表示する。この断面形状線Ｔ１は、ワークＷの断面形状を示す形状描画であり、ワークＷの断面形状を演算するごとに求められる。これにより、同一のワークＷについて求められた断面形状線Ｔ１を時系列で並べることで、当該ワークＷの形状変化の推移が示される。また、当該ワークＷの研磨終了時にも断面形状線Ｔ１によるワークＷの加工結果情報として最終形状が示される。

なお、断面形状線Ｔ１は、表示器４０に表示される。これにより、研磨機１０のオペレータは、表示器４０の表示内容を確認することで、研磨中のワークＷの断面形状を把握することが可能となる。ここで、ワークＷの断面形状の演算精度は、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷが小さいほど向上し、ワークＷの断面形状の演算精度が高いほど断面形状線Ｔ１の信頼性が高くなる。

以下、図８に基づいて、実施例１のワーク形状測定方法の手順を説明する。

ステップＳ１では、レーザ光源２１から出力された測定光を、プローブ２２を介してワークＷに照射し、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、ステップＳ１での測定光の照射に続き、プローブ２２によって測定光がワークＷの表裏面で反射して得られる反射光を受光し、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、ステップＳ２での反射光の受光に続き、形状測定部２３ａによって受光した反射光を干渉信号に変換し、その干渉信号の強度より得られる周波数信号をもとに周波数解析し、得られた周波数解析結果からワークＷの厚みを演算し、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、ステップＳ３でのワークＷの厚み演算に続き、ステップＳ３で得たワークＷの厚みデータ列を表示器４０に表示し、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、ステップＳ４でのワークＷの厚みデータ列の表示に続き、表示器４０に表示されたワークＷの厚みデータ列を目視した研磨機１０のオペレータによって、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷが許容範囲を超えているか否かが判断される。ＹＥＳ（バラツキＮＧ＝ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷが許容範囲を超えている）の場合はステップＳ６へ進む。ＮＯ（バラツキＯＫ＝ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷが許容範囲に収まっている）の場合はステップＳ７へ進む。ここで、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷの許容範囲とは、反射光の干渉信号強度より得られる周波数解析結果に基づいて演算されるワークＷの断面形状の信頼性が許容できる範囲であり、実験等によって任意に決められる。

ステップＳ６では、ステップＳ５でのバラツキＮＧとの判断に続き、オペレータは、自身が把握したバラツキΔＷに基づいて測定光の照射角度θ１を調節し、ステップＳ３へ戻る。ここで、オペレータは、バラツキΔＷが許容範囲に収まるように照射角度θ１を調節することで、干渉信号強度を弱める方向に受光角度θ２を調整することになる。また、このとき、照射方向αは、バラツキΔＷが大きいほど基準方向Ｖに対して傾けられ、照射角度θ１を小さくする調節が行われる。これにより、受光角度θ２は９０°よりも小さく或いは大きくなり、干渉信号強度を弱めることができる。さらに、照射角度θ１の調節は、図５（ａ）に示すように、プローブ２２の保持機構２２ｂが有する調節ねじ２２ｄのねじ込み量を変更し、プローブ２２の本体部２２ａの軸方向Ｏを傾けることで行われる。なお、この照射角度θ１の調節は、プローブ２２の本体部２２ａの先端に取り付けられた波長板２２ｃを回転させ、透光面２２ｅと本体部２２ａの軸方向Ｏとでなす角度を変化させることで照射角度θ１の調節を行ってもよい（図５（ｂ）参照）。

ステップＳ７では、ステップＳ５でのバラツキＯＫとの判断に続き、描画生成部２３ｂによって、ワークＷの厚みデータ列に基づいてワークＷの断面形状を演算し、断面形状線Ｔ１を求め、エンドへ進む。なお、このとき、断面形状線Ｔ１は、表示器４０に表示される。また、断面形状線Ｔ１は、ステップＳ４において演算表示してもよいし、研磨機１０のオペレータによる照射角度θ１の調整後に演算表示してもよい。

以下、比較例のワーク形状測定方法の手順とその課題を、図９から図１１に基づいて説明する。

比較例のワーク形状測定方法が適用される形状測定器２０´では、図９に示すように、受光角度θ２が９０°となるように照射方向α（プローブ２２の軸方向Ｏ）が調整された状態でプローブ２２が固定されている。そして、受光角度θ２が９０°になることで、透光面２２ｅには光が垂直に進入する。これにより、形状測定部２３ａにおいて最大信号強度を得ることができる。

また、比較例のワーク形状測定方法は、図１０に示すように、ステップＳ１０１にて、レーザ光源２１から出力された測定光を、プローブ２２を介してワークＷに照射し、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１での測定光の照射に続き、プローブ２２によって測定光がワークＷの表面及び裏面で反射して得られる反射光を受光し、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２での反射光の受光に続き、形状測定部２３ａによって受光した反射光を干渉信号に変換し、その干渉信号の強度より周波数信号を得た後、それを解析して得られた結果からワークＷの厚みを演算し、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３でのワークＷの厚み演算に続き、描画生成部２３ｂによって、ワークＷの厚みデータ列に基づいてワークＷの断面形状を演算し、断面形状線Ｔ１を求め、エンドへ進む。なお、このとき、断面形状線Ｔ１は、表示器４０に表示される。

つまり、比較例のワーク形状測定方法では、受光角度θ２が９０°に調整された状態で反射光の干渉信号強度を検出し、検出された干渉信号強度に基づいてワークＷの断面形状を演算する。このとき、受光角度θ２が９０°に調整されたことで、透光面２２ｅにほぼ垂直に光が進入するため、最大信号強度を得ることができ、プローブ２２が受光する光の光量が高くなる。しかしながら、研磨パッド１２ａやワークＷの厚みのばらつきや、下定盤１１や上定盤１２の揺らぎ等によって、ワーク形状の測定中の測定光の照射角度θ１がぶれた際、図１１に示すように、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷが大きくなり、ワークＷの断面形状の演算精度が低下するという問題が生じる。

以下、実施例１のワーク形状測定方法の作用を、図８及び図１２に基づいて説明する。

実施例１の研磨機１０に搭載した形状測定器２０によって研磨中のワークＷの断面形状を測定するには、まず、図８に示すフローチャートにおけるステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３の処理を順に実行する。すなわち、第１ステップとして、研磨中のワークＷにプローブ２２を介して測定光を照射する。次に、第２ステップとして、プローブ２２から照射された測定光がワークＷの表裏面で反射して得られる反射光をプローブ２２によって受光し、測定制御部２３によってワーク形状を示すパラメータとしてこの反射光を変換した干渉信号の強度を検出し、その干渉信号の強度より周波数信号を得る。

そして、周波数信号を取得したら、この周波数信号をもとに周波数解析し、得られた周波数解析結果からワークＷの厚みを演算する。そして、ステップＳ４の処理へと進み、測定制御部２３によって演算したワークＷの厚みのデータ列を表示器４０に表示させる。これにより、研磨機１０のオペレータは、表示器４０に表示されたワークＷの厚みデータ列を目視によって確認することで、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷを把握することができる。オペレータがバラツキΔＷを把握したら、ステップＳ５の処理を行い、オペレータはバラツキΔＷが許容範囲を超えているか否かを判断する。

ここで、バラツキΔＷを超えていると判断したときには、第３ステップとして、ステップＳ６の処理を実行する。すなわち、オペレータは、自身が把握したバラツキΔＷに基づいて測定光の照射角度θ１を調節する。このとき、オペレータは、バラツキΔＷが許容範囲に収まるように照射角度θ１を調節することで、干渉信号強度を弱める方向に受光角度θ２を調整することができる。

そして、照射角度θ１を調節して、干渉信号強度を弱める方向に受光角度θ２を調整した結果、オペレータによってワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷが許容範囲に収まったと判断されたら、ステップＳ７の処理へと進む。これにより、描画生成部２３ｂは、ワークＷの厚みデータ列に基づいてワークＷの断面形状を演算して断面形状線Ｔ１を求める。この断面形状線Ｔ１は、表示器４０に表示される。

このように、実施例１のワーク形状測定方法では、ワークＷの断面形状を演算する際、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷに基づいて照射角度θ１を調節し、干渉信号強度（受光強度）を弱める方向に受光角度θ２を調整する。これにより、透光面２２ｅに対して垂直に光が進入することがなく、プローブ２２が受光する光の光量を抑制することができる。そのため、図１２に示すように、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷを小さくし、測定光の照射角度θ１がぶれる等の状況になっても受光強度を安定させることができる。この結果、干渉信号強度に基づいて演算されるワークＷの厚みの演算精度を向上し、信頼性の高い断面形状線Ｔ１を求めることができる。

また、実施例１のワーク形状測定方法では、ワークＷの断面形状の測定結果として、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷを用い、このバラツキΔＷに基づいて照射角度θ１を調節する。つまり、ワーク形状の測定精度を示すパラメータとしてワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷを用いている。これにより、ワークＷの断面形状の演算精度に影響を与えるワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷを適切に抑制することができ、受光強度を安定させることができる。このため、ワーク形状の測定精度や描画精度の向上を適切に図ることができる。

また、実施例１のワーク形状測定方法では、本体部２２ａの軸方向Ｏに沿って測定光を出射するプローブ２２から測定光を照射する。一方、オペレータは、照射角度θ１の調節によって、受光強度を弱める方向に受光角度θ２を調整する際、調節ねじ２２ｄのねじ込み量を変更し、プローブ２２の本体部２２ａの軸方向Ｏを基準方向Ｖに対して傾ける。これにより、照射角度θ１の大幅な変更を容易に行うことが可能になり、照射角度θ１の調節を速やかに行うことができる。

さらに、実施例１のワーク形状の測定方法では、オペレータは、プローブ２２の本体部２２ａの先端に取り付けられた波長板２２ｃを回転させ、透光面２２ｅと本体部２２ａの軸方向Ｏとでなす角度を変化させることで照射角度θ１の調節を行う。そのため、照射角度θ１の微調整を容易に行うことが可能になり、照射角度θ１を細かく調節することができる。

以上、本発明のワーク形状測定方法を実施例１に基づいて説明してきたが、具体的な構成については、この実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１のワーク形状測定方法では、形状測定部２３ａによって検出した干渉信号強度をもとに演算したワークＷの厚みデータ列を表示器４０に表示させ、この表示器４０に表示されたワークＷの厚みのデータ列を目視で確認したオペレータが、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷの大きさを判断する。そして、このオペレータが、自らの判断によって照射角度θ１の調節を行い、干渉信号強度を弱める方向に受光角度θ２を調整する例を示した。しかしながら、これに限らない。例えば、形状測定器２０が、ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷが許容範囲を逸脱しているか否かを判断する判断部と、この判断部による判断結果に基づいて照射角度θ１を変更する角度変更機構と、を有するものであってもよい。つまり、実施例１のワーク形状測定方法を全て機械的に実行するものであってもよい。この場合には、必ずしもワークＷの厚みデータ列を表示器４０に表示しなくてもよい。

また、実施例１では、ワークＷに対する透光面２２ｅの向きを固定した例を示したがこれに限らない。ワークＷの厚みデータ列のバラツキΔＷに基づいて、干渉信号強度を弱める方向に受光角度θ２を調整し、透光面２２ｅに垂直に光が進入しないようにすればよい。そのため、例えば、プローブ２２の透光面２２ｅを任意の方向に向ける機構を設け、ワークＷに対する透光面２２ｅの向きを任意に設定可能としてもよい。そして、プローブ２２の透光面２２ｅの向きを調節することで、受光強度を弱める方向に受光角度θ２を変更してもよい。また、この場合、プローブ２２の軸方向Ｏや波長板２２ｃの向きを変更可能とし、照射角度θ１と透光面２２ｅの向きの双方を調節して受光角度θ２を調整してもよい。さらに、透光面２２ｅの向きを変更可能とする一方、照射角度θ１を固定にしてもよい。

そして、実施例１では、形状測定器２０が上定盤１２に取り付けられた例を示したが、これに限らない。例えば、上定盤１２の上方に設置された光学ヘッドから測定光である赤外レーザ光等を照射してもよい。この場合では、上定盤１２の周方向に沿って複数の測定孔を形成し、上定盤１２の回転によって測定孔が光学ヘッドの真下にくるごとに測定光が照射される。なお、下定盤１１に測定孔を設けて、下定盤１１の下方からワークＷの下面に測定光を照射してワーク形状を測定するようにしてもよい。

また、実施例１では、下定盤１１と上定盤１２を有し、ワークＷの両面を同時に研磨可能な両面研磨装置に本発明のワーク形状測定方法を適用する例を示したが、これに限らない。例えば、ワークＷの片面のみを研磨する片面研磨装置であっても、本発明を適用することができる。

また、実施例１では、ワークＷの表裏面で反射して得られる反射光から研磨中のワークＷの形状を測定する例を示したが、これに限らない。例えば、ワークＷの表面で反射して得られる反射光から研磨中のワークＷの形状を測定してもよい。

また、実施例１では、レーザ光源２１が、赤外レーザ光を出力可能な素子の例を示したが、これに限らない。例えば、レーザ光源２１の代わりにハロゲン光源を用いてもよく、測定光も白色光を用いてもよい。

また、実施例１では、ワークＷの形状を測定する方法として、反射光を干渉信号（干渉波）に変換し、その干渉信号の強度より得られる周波数信号をフーリエ変換等の周波数解析によって解析し、得られた周波数解析結果から研磨中のワークＷの形状を測定する例を示したが、これに限らない。例えば、光学定数解析、色解析、フィッティング解析等を用いたり、またそれらを複合して用いてワークＷの形状を測定してもよい。

１ 研磨装置
１０ 研磨機
１１ 下定盤
１２ 上定盤
１９ 測定孔
２０ 形状測定器
２１ レーザ光源
２２ プローブ
２２ａ 本体部
２２ｂ 保持機構
２２ｃ 波長板
２３ 測定制御部
２３ａ 形状測定部
２３ｂ 描画生成部
４０ 表示器

Claims (2)

1. 定盤とワークとを相対回転させて研磨された前記ワークの形状を測定するワーク形状測定方法において、
   軸方向に沿って測定光を出射すると共に前記軸方向を所定の基準方向に対して傾動可能なプローブから、前記測定光の照射方向を屈折するレンズ素子を介して前記ワークに前記測定光を照射する第１ステップと、
   前記第１ステップにて照射された前記測定光が前記ワークで反射して得られる反射光の受光強度から、前記ワークの断面形状の測定結果を示す前記測定光の通過位置ごとの厚みデータからなる厚みデータ列を出力する第２ステップと、
   前記第２ステップでの測定結果として出力された前記厚みデータ列に基づいて前記ワークの厚みデータのバラツキを求め、前記バラツキが許容範囲に収まるように、前記バラツキが大きいほど前記受光強度を弱める方向に前記反射光の受光角度を調整する第３ステップと、を有し、
   前記第３ステップでは、前記プローブの軸方向を前記基準方向に対して傾けることで前記受光角度を調整してから、前記レンズ素子の透光面と前記プローブの軸方向とでなす角度を変化させることで、前記プローブの軸方向を傾けて前記受光角度を調整する場合よりも小さい変化量で前記受光角度を調整する
   ことを特徴とするワーク形状測定方法。
2. 請求項１に記載されたワーク形状測定方法において、
   前記受光強度を、前記反射光を変換した干渉信号の強度とし、
   前記第２ステップでは、前記干渉信号の強度より得られる周波数信号から前記ワークの断面形状を測定する
   ことを特徴とするワーク形状測定方法。