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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-12
(45)【発行日】2024-11-20
(54)【発明の名称】両面研磨装置
(51)【国際特許分類】
B24B 37/013 20120101AFI20241113BHJP
B24B 37/12 20120101ALI20241113BHJP
B24B 49/12 20060101ALI20241113BHJP
B24B 49/04 20060101ALI20241113BHJP
B24B 37/28 20120101ALI20241113BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20241113BHJP
【ＦＩ】
B24B37/013
B24B37/12 D
B24B49/12
B24B49/04 Z
B24B37/28
H01L21/304 621A
H01L21/304 622S
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2020187655
(22)【出願日】2020-11-11
(65)【公開番号】P2022020537
(43)【公開日】2022-02-01
【審査請求日】2023-10-04
(31)【優先権主張番号】P 2020123878
(32)【優先日】2020-07-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000236687
【氏名又は名称】不二越機械工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001726
【氏名又は名称】弁理士法人綿貫国際特許・商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮川 千宏
(72)【発明者】
【氏名】青木 清仁
(72)【発明者】
【氏名】一本木 薫
【審査官】マキロイ 寛済
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２０７４５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０３４５２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０３６８８１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｂ ３７／０１３
Ｂ２４Ｂ ３７／１２
Ｂ２４Ｂ ４９／１２
Ｂ２４Ｂ ４９／０４
Ｂ２４Ｂ ３７／２８
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上面に研磨パッドが固定され、回転軸を中心に回転可能に設けられたリング状の下定盤と、下面に研磨パッドが固定され、前記下定盤の上方に上下動可能、かつ回転軸を中心に回転可能に設けられたリング状の上定盤と、前記下定盤の中央に配置された太陽ギアと、前記下定盤を囲んで配置されたインターナルギアと、前記下定盤および前記上定盤の間に配置され、ワークを保持する透孔を有し、前記太陽ギアおよび前記インターナルギアに噛合して、前記太陽ギアの回りを公転、かつ自転するキャリアを具備する両面研磨装置であって、前記上定盤もしくは前記下定盤のいずれかの定盤に設けられて該定盤と共に回転し、前記定盤に設けられた測定孔を通じて前記ワークにレーザ光を照射する光学系を含み、前記ワークからの反射光もしくは透過光の干渉光を受光して前記ワークの厚さを測定可能な厚さ測定部と、
前記測定孔の真上若しくは真下を通過する前記キャリアを検出可能なキャリア検出センサと、
前記定盤の回転速度、前記太陽ギアの回転速度および前記インターナルギアの回転速度から、前記キャリアに保持された前記ワークを前記レーザ光が横切るレーザ光の通過経路を、通過時刻と関連してワークの中心からの位置情報として演算する位置演算部と、
前記キャリア検出センサからの検出信号から実測される前記キャリアと前記ワークの実測境界部を通過する前記レーザ光の実測通過時刻と、前記位置演算部により演算される前記キャリアと前記ワークの境界部を前記レーザ光が通過する演算時刻とのズレから、前記位置演算部で演算された前記ワークの位置情報を補正する位置補正部と、
前記位置補正部により補正されたワークの所要位置におけるワークの厚さが設定厚さに達した段階でワークの研磨を終了する制御部と
を有することを特徴とする両面研磨装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記ワークのエッジ部の直近内側の厚さが設定厚さに達した段階でワークの研磨を終了するよう制御することを特徴とする請求項１記載の両面研磨装置。
【請求項3】
前記キャリア検出センサのセンサ部が、前記キャリアに渦電流を誘起する高周波コイルを含むことを特徴とする請求項１または２記載の両面研磨装置。
【請求項4】
前記高周波コイルのセンサ部が前記上定盤に設けた前記測定孔内に、前記上定盤の下面に近接して配置されていることを特徴とする請求項３記載の両面研磨装置。
【請求項5】
前記高周波コイルと前記光学系から前記ワークへ照射されるレーザ光とが同軸となるように前記高周波コイルと前記光学系が設定されていることを特徴とする請求項３または４記載の両面研磨装置。
【請求項6】
前記キャリア検出センサのセンサ部がフッ素樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項１～５いずれか１項記載の両面研磨装置。
【請求項7】
前記キャリア検出センサのセンサ部が電磁シールドされていることを特徴とする請求項１～６いずれか１項記載の両面研磨装置。
【請求項8】
前記キャリア検出センサのセンサ部からの検出信号を増幅するセンサーアンプが設けられ、該センサーアンプ側でキャリア検出の感度調整がなされるか、もしくは閾値が設定されてキャリア検出のオン、オフがなされることを特徴とする請求項１～７いずれか１項記載の両面研磨装置。
【請求項9】
前記測定孔内に、前記測定孔の上部に固定された上キャップ、前記測定孔の下部に固定された下キャップ、および前記上キャップおよび前記下キャップに同軸に固定され、前記レーザ光を通す透明板を有する窓体が配設されていることを特徴とする請求項１～５いずれか１項記載の両面研磨装置。
【請求項10】
前記透明板以外の前記下キャップの下面を覆って樹脂製の保護板が固定されていることを特徴とする請求項９記載の両面研磨装置。
【請求項11】
前記厚さ測定部は、参照用ワークを用いた光源監視用回路を有し、
該光源監視用回路は、波長掃引レーザ光源によるレーザ光を、前記参照用ワークに導いて照射する第２の光学系と、
前記参照用ワークから得られる反射光もしくは透過光の干渉光信号を検出する第２の検出器と、
前記第２の検出器により検出される前記干渉光信号をデジタル信号に変換するＤＡＱを具備することを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれか一項記載の両面研磨装置。
【請求項12】
前記光源監視用回路が、前記第２の検出器から出力される電圧の平均値から前記レーザ光の光量を監視することを特徴とする請求項１１記載の両面研磨装置。
【請求項13】
前記光源監視用回路が、前記第２の検出器で取得した干渉波形のＦＦＴピーク値の周波数について、設定回数測定した平均値、P-P値、もしくは偏差値で把握しうる掃引波長精度を監視することを特徴とする請求項１１記載の両面研磨装置。
【請求項14】
前記厚さ測定部は、マッハツェンダ干渉計と、
検出器と、を有しており、
前記マッハツェンダ干渉計が光源監視用回路を兼用し、該光源監視用回路が、前記検出器で取得した干渉波形のＦＦＴピーク値の周波数について、設定回数測定した平均値、P-P値、もしくは偏差値で把握しうる掃引波長精度を監視することを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれか一項記載の両面研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体ウェーハ等のワークの両面研磨装置に関する。
【背景技術】
【0002】
キャリアによって保持されたワークを、上下の定盤によって挟み込んで、太陽ギアとインターナルギアの回転により、キャリアと共に公転および自転させながら研磨する両面研磨装置がある。
これら両面研磨装置においては、特許文献１～３に示すように、ワークの研磨中、ワークの厚さをリアルタイムで測定可能なワーク厚さ測定部を備えている。
これら両面研磨装置においては、特許文献１～３に示すように、ワークの研磨中、ワークの厚さをリアルタイムで測定可能なワーク厚さ測定部を備えている。
【0003】
特許文献１（特開２０１５－４７６５６号公報）の両面研磨装置におけるワーク厚さ測定部は、上下どちらかの定盤に貫通した１つ以上のワーク測定用の孔を設けた構造としており、さらに、ワーク厚さを測定する際、太陽ギアとインターナルギアの回転を同期制御してキャリアの公転運動を停止し、自転のみさせて、研磨しながらワークの厚さを測定するようにしている。
【0004】
また、特許文献２（特開２０１７－２０４６０９号公報）および特許文献３（特開２０１７－２０７４５５号公報）の両面研磨装置におけるワーク測定部は、研磨中の太陽ギアとインターナルギアの回転位置に基づいて、ワーク厚さの測定位置（ワーク上の座標）を把握することにより、厚さの測定位置と測定値とを関連付けて取り込むことにより、計算処理によってワークの連続した厚さ分布（径方向の断面形状）を求めることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１５－４７６５６号公報
【文献】特開２０１７－２０４６０９号公報
【文献】特開２０１７－２０７４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１における両面研磨装置では、ワークの厚さを測定する際、研磨中にキャリアの公転を止めることになるので、キャリアの自転運動のみをさせる制御が必要となる。また、研磨に必要なキャリアの公転を停止するため、ワークの加工精度や加工能率に悪影響を及ぼすという問題がある。
【0007】
特許文献２および特許文献３のものでは、太陽ギアとインターナルギアの回転位置情報の取得および計算処理の遅延によるタイムラグや、回転位置情報の誤差（各種ギアのバックラッシュ）等の影響で、図１５に示すように、実際の厚さ測定位置と太陽ギアとインターナルギアの回転位置情報から求めた厚さ測定位置にズレが生じる場合がある。図１５は、時間（横軸）に対するキャリアの測定位置の極座標位置との関係（破線が計算値、実線が実測値）を示すグラフである。計算値と実測値にズレがある。
【0008】
このため、正確な厚さ測定位置（ワークの座標上の位置）を把握することができず、正確な厚さ分布が得られない。また、回転位置情報から求めた厚さ測定位置と実際の厚さ測定位置とのズレにより、図１６に示すように、ワーク２１が存在しない、キャリア２０上のスラリー層１９の厚さを、ワーク２１の厚さと誤認する可能性がある等の問題がある。すなわち、スラリー層１９の表裏面の反射光の干渉によりスラリー層１９の厚さを測定してしまうという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、研磨中のキャリアの公転を停止する必要がなく、またスラリー層の厚さをワーク厚さと誤認することのない両面研磨装置を提供することにある。
【0010】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る両面研磨装置は、上面に研磨パッドが固定され、回転軸を中心に回転可能に設けられたリング状の下定盤と、下面に研磨パッドが固定され、前記下定盤の上方に上下動可能、かつ回転軸を中心に回転可能に設けられたリング状の上定盤と、前記下定盤の中央に配置された太陽ギアと、前記下定盤を囲んで配置されたインターナルギアと、前記下定盤および前記上定盤の間に配置され、ワークを保持する透孔を有し、前記太陽ギアおよび前記インターナルギアに噛合して、前記太陽ギアの回りを公転、かつ自転するキャリアを具備する両面研磨装置であって、前記上定盤もしくは前記下定盤のいずれかの定盤に設けられて該定盤と共に回転し、前記定盤に設けられた測定孔を通じて前記ワークにレーザ光を照射する光学系を含み、前記ワークからの反射光もしくは透過光の干渉光を受光して前記ワークの厚さを測定可能な厚さ測定部と、前記測定孔の真上若しくは真下を通過する前記キャリアを検出可能なキャリア検出センサと、前記定盤の回転速度、前記太陽ギアの回転速度および前記インターナルギアの回転速度から、前記キャリアに保持された前記ワークを前記レーザ光が横切るレーザ光の通過経路を、通過時刻と関連してワークの中心からの位置情報として演算する位置演算部と、前記キャリア検出センサからの検出信号から実測される前記キャリアと前記ワークの実測境界部を通過する前記レーザ光の実測通過時刻と、前記位置演算部により演算される前記キャリアと前記ワークの境界部を前記レーザ光が通過する演算時刻とのズレから、前記位置演算部で演算された前記ワークの位置情報を補正する位置補正部と、前記位置補正部により補正されたワークの所要位置におけるワークの厚さが設定厚さに達した段階でワークの研磨を終了する制御部とを有することを特徴とする。
すなわち、本発明に係る両面研磨装置は、上面に研磨パッドが固定され、回転軸を中心に回転可能に設けられたリング状の下定盤と、下面に研磨パッドが固定され、前記下定盤の上方に上下動可能、かつ回転軸を中心に回転可能に設けられたリング状の上定盤と、前記下定盤の中央に配置された太陽ギアと、前記下定盤を囲んで配置されたインターナルギアと、前記下定盤および前記上定盤の間に配置され、ワークを保持する透孔を有し、前記太陽ギアおよび前記インターナルギアに噛合して、前記太陽ギアの回りを公転、かつ自転するキャリアを具備する両面研磨装置であって、前記上定盤もしくは前記下定盤のいずれかの定盤に設けられて該定盤と共に回転し、前記定盤に設けられた測定孔を通じて前記ワークにレーザ光を照射する光学系を含み、前記ワークからの反射光もしくは透過光の干渉光を受光して前記ワークの厚さを測定可能な厚さ測定部と、前記測定孔の真上若しくは真下を通過する前記キャリアを検出可能なキャリア検出センサと、前記定盤の回転速度、前記太陽ギアの回転速度および前記インターナルギアの回転速度から、前記キャリアに保持された前記ワークを前記レーザ光が横切るレーザ光の通過経路を、通過時刻と関連してワークの中心からの位置情報として演算する位置演算部と、前記キャリア検出センサからの検出信号から実測される前記キャリアと前記ワークの実測境界部を通過する前記レーザ光の実測通過時刻と、前記位置演算部により演算される前記キャリアと前記ワークの境界部を前記レーザ光が通過する演算時刻とのズレから、前記位置演算部で演算された前記ワークの位置情報を補正する位置補正部と、前記位置補正部により補正されたワークの所要位置におけるワークの厚さが設定厚さに達した段階でワークの研磨を終了する制御部とを有することを特徴とする。
【0011】
前記制御部は、前記ワークのエッジ部の直近内側の厚さが設定厚さに達した段階でワークの研磨を終了するよう制御すると好適である。
前記キャリア検出センサのセンサ部を、前記キャリアに渦電流を誘起する高周波コイルで構成することができる。
前記高周波コイルのセンサ部を前記上定盤に設けた前記測定孔内に、前記上定盤下面に近接して配置するとキャリアの検出感度をよくすることができる。
前記キャリア検出センサのセンサ部を、前記キャリアに渦電流を誘起する高周波コイルで構成することができる。
前記高周波コイルのセンサ部を前記上定盤に設けた前記測定孔内に、前記上定盤下面に近接して配置するとキャリアの検出感度をよくすることができる。
【0012】
前記高周波コイルと前記光学系から前記ワークへ照射されるレーザ光とが同軸となるように前記高周波コイルと前記光学系を設定することができる。
前記キャリア検出センサのセンサ部をフッ素樹脂で被覆したり、電磁シールドすると好適である。
前記キャリア検出センサのセンサ部からの検出信号を増幅するセンサーアンプを設け、該センサーアンプ側でキャリア検出の感度調整をするか、もしくは閾値を設定してキャリア検出のオン、オフをするとよい。
前記キャリア検出センサのセンサ部をフッ素樹脂で被覆したり、電磁シールドすると好適である。
前記キャリア検出センサのセンサ部からの検出信号を増幅するセンサーアンプを設け、該センサーアンプ側でキャリア検出の感度調整をするか、もしくは閾値を設定してキャリア検出のオン、オフをするとよい。
【0013】
前記測定孔内に、前記測定孔の上部に固定された上キャップ、前記測定孔の下部に固定された下キャップ、および前記上キャップおよび前記下キャップに同軸に固定され、前記レーザ光を通す透明板を有する窓体を配設することにより、測定孔内にスラリーや水等の液体が進入するのを防止できる。
前記透明板以外の前記下キャップの下面を覆って樹脂製の保護板を設けると好適である。
前記透明板以外の前記下キャップの下面を覆って樹脂製の保護板を設けると好適である。
【0014】
前記厚さ測定部は、参照用ワークを用いた光源監視用回路を有し、該光源監視用回路は、波長掃引レーザ光源によるレーザ光を、前記参照用ワークに導いて照射する第２の光学系と、前記参照用ワークから得られる反射光もしくは透過光の干渉光信号を検出する第２の検出器と、前記第２の検出器により検出される前記干渉光信号をデジタル信号に変換するＤＡＱと、で構成することができる。
【0015】
前記厚さ測定部は、マッハツェンダ干渉計と、検出器と、を有しており、前記マッハツェンダ干渉計が光源監視用回路を兼用し、該光源監視用回路により、前記検出器で取得した干渉波形のＦＦＴピーク値の周波数について、設定回数測定した平均値、P-P値、もしくは偏差値で把握しうる掃引波長精度を監視するようにすることができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、次のような有利な作用効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、研磨中のキャリアの公転を停止する必要がなく、またスラリー層の厚さをワーク厚さと誤認することのない両面研磨装置を提供することができる。
すなわち、本発明によれば、研磨中のキャリアの公転を停止する必要がなく、またスラリー層の厚さをワーク厚さと誤認することのない両面研磨装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】両面研磨装置の概略の断面図である。
【図2】下定盤上におけるキャリアの配置状態を示す平面図である。
【図3】厚さ測定部の概略を示すブロック図である。
【図8】上定盤の回転速度、太陽ギアの回転速度、インターナルギアの回転速度から割り出した、１５枚のワーク上を刻々通過するレーザ光の通過経路を示すシミュレーション図である。
【図9】上定盤の回転速度、太陽ギアの回転速度、インターナルギアの回転速度から割り出した、１５枚のワーク上を刻々通過するレーザ光の通過経路を示すシミュレーション図である。
【図10】上定盤の回転速度、太陽ギアの回転速度、インターナルギアの回転速度から割り出した、１５枚のワーク上を刻々通過するレーザ光の通過経路を示すシミュレーション図である。
【図11】上定盤の回転速度、太陽ギアの回転速度、インターナルギアの回転速度から割り出した、１５枚のワーク上を刻々通過するレーザ光の通過経路を示すシミュレーション図である。
【図12】システム全体を制御する制御部のブロック図である。
【図14】キャリア検出センサとプローブの位置とを別位置に設定した説明図である。
【図15】キャリアの時刻に対する回転位置の計算値と実測値のズレを示すグラフである。
【図16】キャリア上のスラリーの厚さを検出してしまう状態を示す説明図である。
【図17】ワークの厚さを測定する他の厚さ測定部の概略を示すブロック図である。
【図19】レーザ光源のトリガー信号からＡ／Ｄボード内部クロックで同時間でコンピュータに取り込んだワークからの直接の干渉波形とＭＺＩ干渉計７２からコンピュータに取り込んだ干渉波形を示すグラフである。
【図20】ＤＡＱのブロック図である。
【図22】
厚さ測定部のさらに他の実施の形態を示す全体システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
まず両面研磨装置の一例について説明する。両面研磨装置は公知のものでよいので、以下簡単に説明する。
図１はシリコンウェーハ等のワークを研磨する両面研磨装置１０の概略の断面図である。また図２は下定盤上におけるキャリアの配置状態を示す平面図である。
図１に示す装置では、互いに反対方向に回転する下定盤１２と上定盤１４との間に、インターナルギア１５と太陽ギア１６とにより駆動されるキャリア２０が配設される。
下定盤１２の上面および上定盤１４の下面にはそれぞれ研磨パッド１７、１８が貼付されている。
まず両面研磨装置の一例について説明する。両面研磨装置は公知のものでよいので、以下簡単に説明する。
図１はシリコンウェーハ等のワークを研磨する両面研磨装置１０の概略の断面図である。また図２は下定盤上におけるキャリアの配置状態を示す平面図である。
図１に示す装置では、互いに反対方向に回転する下定盤１２と上定盤１４との間に、インターナルギア１５と太陽ギア１６とにより駆動されるキャリア２０が配設される。
下定盤１２の上面および上定盤１４の下面にはそれぞれ研磨パッド１７、１８が貼付されている。
【0019】
キャリア２０には、研磨対象のワーク２１をその内部に保持する透孔２２が設けられている。本実施の形態では、図２に示すように、太陽ギア１６とインターナルギア１５との間に両者に噛合する５個のキャリア２０が周方向に一定の間隔をおいて配置されている。各キャリア２０には３個ずつ透孔２２が設けられている。したがって、合計１５個のワーク２１が同時に研磨加工可能となっている。
【0020】
キャリア２０は、太陽ギア１６およびインターナルギア１５に噛合する遊星機構の構造となっていて、太陽ギア１６の周りを公転し、また自身の軸線を中心として自転するようになっている。
キャリア２０はチタン等の金属からなる。
下定盤１２は図示しない定盤受け上に回転自在に配置されている。また上定盤１４は、図示しない門型支柱に吊り支柱２３を介して上下動自在かつ回転自在に支持された円盤２４にロッド２５を介して支持され、円盤２４と共に上下動自在かつ回転自在に支持されている。
キャリア２０はチタン等の金属からなる。
下定盤１２は図示しない定盤受け上に回転自在に配置されている。また上定盤１４は、図示しない門型支柱に吊り支柱２３を介して上下動自在かつ回転自在に支持された円盤２４にロッド２５を介して支持され、円盤２４と共に上下動自在かつ回転自在に支持されている。
【0021】
下定盤１２、上定盤１４、太陽ギア１６、インターナルギア１５は、それぞれ図示しない公知の駆動機構によって回転されるようになっている。
上記のように、研磨時、下定盤１２と上定盤１４とは互いに反対方向に回転され、またキャリア２０は太陽ギア１６の周りに公転および自転することにより、キャリア２０の透孔２２内に保持されたワーク２１が研磨される。
上記のように、研磨時、下定盤１２と上定盤１４とは互いに反対方向に回転され、またキャリア２０は太陽ギア１６の周りに公転および自転することにより、キャリア２０の透孔２２内に保持されたワーク２１が研磨される。
【0022】
なお、研磨時には、上定盤１４上に設けられた図示しないスラリー供給部から研磨材入りのスラリーが下定盤１２上に供給される。スラリー供給部は、図示しないホースを介して、上定盤１４に設けられた貫通孔からスラリーを下定盤１２上に供給するようになっている。
【0023】
図３はワーク２１の厚さを測定する厚さ測定部３０の概略を示すブロック図である。
３１は公知の波長掃引型のレーザ光源である。レーザ光源３１は、例えば波長掃引速度1～50kHz、波長可変範囲1200～1400nmの全部又は一部分を同じ波長範囲で繰り返し波長掃引する。レーザ光源３１から放出されるレーザ光はサーキュレータ３２、ロータリージョイント３３、およびプローブ（光学系）３４からワーク２１の被測定部位に照射される。ロータリージョイント３３は、上定盤１４の回転中心となる吊り支柱２３に配設されている。
３１は公知の波長掃引型のレーザ光源である。レーザ光源３１は、例えば波長掃引速度1～50kHz、波長可変範囲1200～1400nmの全部又は一部分を同じ波長範囲で繰り返し波長掃引する。レーザ光源３１から放出されるレーザ光はサーキュレータ３２、ロータリージョイント３３、およびプローブ（光学系）３４からワーク２１の被測定部位に照射される。ロータリージョイント３３は、上定盤１４の回転中心となる吊り支柱２３に配設されている。
【0024】
プローブ３４は上定盤１４上に固定して設けられ、上定盤１４と共に回転する。プローブ３４から、上定盤１４に設けられた測定孔３５を通じてレーザ光がワーク２１上に照射される。測定孔３５の位置は、キャリア２０に保持された１５個全部のワーク２１上を万遍なく通過するように、キャリア２０の幅方向のほぼ中央部（上定盤１４の中心から定盤半径の４／５に相当する位置）に対応する上定盤１４の位置に設けるのが好ましい。なお、プローブ３４は下定盤１２側に固定して設け（図示せず）、下定盤１２に設けた測定孔（図示せず）からワーク２１に向けてレーザ光を照射するように構成してもよい。
【0025】
ワーク２１の表面および裏面で反射されたレーザ光（干渉光）は、測定孔３５、プローブ３４、ロータリージョイント３３およびサーキュレータ３２を介してフォトダイオード３６で検出され、フォトダイオード３６で電気信号（干渉光信号）に変換され、さらにこの電気信号が増幅器で増幅される。
【0026】
ワーク２１の表面で反射されたレーザ光と裏面で反射されたレーザ光は干渉し、所要位相を有する干渉光として観測される。
なお、ワーク２１を透過するレーザ光と、ワーク２１の裏面で反射し、さらに表面で反射して裏面側に透過するレーザ光の干渉光を観測するようにしてもよい。
干渉光信号は、Ａ／Ｄ変換器およびＦＦＴ処理器を含むＤＡＱ（データ収集装置：デジタイザ）３７でデジタル信号に変換され、さらにＦＦＴ処理がなされ、干渉波形のピーク値のデータが取得されて、制御部５０内の厚さ演算部３８に入力される（図１２）。
ＤＡＱ３７には、レーザ光源３１で発生する外部トリガ信号が入力される。
なお、ワーク２１を透過するレーザ光と、ワーク２１の裏面で反射し、さらに表面で反射して裏面側に透過するレーザ光の干渉光を観測するようにしてもよい。
干渉光信号は、Ａ／Ｄ変換器およびＦＦＴ処理器を含むＤＡＱ（データ収集装置：デジタイザ）３７でデジタル信号に変換され、さらにＦＦＴ処理がなされ、干渉波形のピーク値のデータが取得されて、制御部５０内の厚さ演算部３８に入力される（図１２）。
ＤＡＱ３７には、レーザ光源３１で発生する外部トリガ信号が入力される。
【0027】
厚さ演算部３８では、ＤＡＱ３７からのＦＦＴ処理したデータより、中心周波数（ピーク値）を算出し、ワーク２１の屈折率を含む公知の式により演算してワーク２１の厚さが算出される。
なお、ＦＦＴ処理は厚さ演算部３８で行ってもよい。
なお、ＦＦＴ処理は厚さ演算部３８で行ってもよい。
【0028】
４０は測定孔３５内に配置されたキャリア検出センサ（近接センサ）であり、下定盤１２（キャリア２０）との対向部に設けられた高周波コイル（センサ部）４１を有する（図４～図６）。高周波コイル４１は中空の支持体４３下面に固定されている。高周波コイル４１は、キャリア２０の検出感度を上げるため、できるだけキャリア２０に近接させるのがよく、３ｍｍ程度（限界４．５ｍｍ程度）とするのがよい。高周波コイル４１は上定盤１４の下面と同一の高さとするのが好適である。この場合、高周波コイル４１とキャリア２０との距離は、研磨パッド１７の厚さ程度となる。
高周波コイル４１には図示しない交流電源から高周波電流が印加される。
４２は高周波コイル４１のリード線である。
高周波コイル４１には図示しない交流電源から高周波電流が印加される。
４２は高周波コイル４１のリード線である。
【0029】
本実施の形態においては、高周波コイル４１は、プローブ（光学系）３４からワーク２１へ照射されるレーザ光と同軸となるように設けられている。プローブ３４からのレーザ光は中空の支持体４３および高周波コイル４１を通過してワーク２１に照射される。
キャリア検出センサ４０のセンサ部である高周波コイル４１は耐食性を向上させるためフッ素樹脂で被覆すると好適である（図示せず）。
また、鋼鉄製の上定盤１４に対する磁気的相互作用を防止するため、高周波コイル４１を電磁シールドすると好適である。
キャリア検出センサ４０のセンサ部である高周波コイル４１は耐食性を向上させるためフッ素樹脂で被覆すると好適である（図示せず）。
また、鋼鉄製の上定盤１４に対する磁気的相互作用を防止するため、高周波コイル４１を電磁シールドすると好適である。
【0030】
上記のように、プローブ３４から出たレーザ光は測定孔３５を通過してワーク２１に照射される。またその反射光も測定孔３５を通過し、プローブ３４、ロータリージョイント３３からサーキュレータ３２に導かれる。
【0031】
高周波コイル４１下方、すなわち測定孔３５下方を金属製のキャリア２０が通過するとキャリア２０に電磁誘導により渦電流が発生し、この渦電流による磁界により高周波コイル４１のインピーダンスが変化し、このインピーダンスの変化をとらえてキャリア２０の存在が検出される。
【0032】
キャリア２０の存在は、次のようにしても検出される。例えば、渦電流の磁界により、高周波コイル４１と同軸に設けた二次コイル（受信コイル：図示せず）に生じた誘導電流を捉え、この誘導電流をセンサーアンプ３９により増幅し、ロータリージョイント３３を経て、ＤＡＱ３７を含む処理部にて処理してキャリアの検出信号を生成する。この場合、センサーアンプ３９でキャリア２０検出の感度調整をするか、ＤＡＱ３７にて閾値を設定してキャリア検出のオン、オフをするようにすることができる。
【0033】
後記するように、このキャリア２０の検出信号が制御部５０内の位置補正部５２（図１２）に入力される。
ロータリージョイント３３は、スリップリング等の構造を有し、プローブ３４およびキャリア検出センサ４０が上定盤１４と共に回転することによる、光、電気信号の以後のＡ／Ｄ変換器３７への伝達が妨げられないように構成されている。
ロータリージョイント３３は、スリップリング等の構造を有し、プローブ３４およびキャリア検出センサ４０が上定盤１４と共に回転することによる、光、電気信号の以後のＡ／Ｄ変換器３７への伝達が妨げられないように構成されている。
【0034】
図４Ａ、Ｂは、下定盤１２上にワーク２１もキャリア２０も存在しない時の状態を示す説明図であり、キャリア２０もワーク２１も検出されていない。図５Ａ、Ｂは、キャリア２０が高周波コイル４１の下方に進入した時の状態を示す説明図であり、キャリア検出センサ４０によりキャリア２０が検出される。図６Ａ、Ｂはワーク２１がプローブ３４の下方に進入した時の状態を示す説明図であり、キャリア２０は検出されず、ワーク２１が検出される。
【0035】
図７Ａ、Ｂは、キャリア２０上をレーザ光がラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３上を通過するときの、キャリア２０とワーク２１の検出状態を示す説明図である。
図７Ａ、Ｂに示すように、キャリア２０とワーク２１とが明確に識別されて検出される。特に、キャリア２０とワーク２１との境界部が明確に識別される。
図７Ａ、Ｂに示すように、キャリア２０とワーク２１とが明確に識別されて検出される。特に、キャリア２０とワーク２１との境界部が明確に識別される。
【0036】
従来のように、ワークの厚さ測定部のみであると、図１５に示すように、キャリアの上にスラリーの膜が存在すると、ワークの厚さ測定部により、スラリーの膜厚を測定してしまい、ワークとキャリアとの境界部の識別が判然とせず、ワークの厚さ測定位置を正確に把握できず、正確なワークの厚さ分布（断面形状）を得ることができない一因となっていた。
【0037】
この点、本実施の形態では、キャリア検出センサ４０を設けたことにより、例えキャリア２０上にスラリーの膜が形成されていたとしても、キャリア２０を検出することにより、それがキャリア２０上のスラリー厚であることを判断できる。
この意味から、キャリア２０とワーク２１の境界部の把握が重要となる。
またキャリア２０とワーク２１との境界部の把握は以下の別の理由からも重要である。
この意味から、キャリア２０とワーク２１の境界部の把握が重要となる。
またキャリア２０とワーク２１との境界部の把握は以下の別の理由からも重要である。
【0038】
本実施の形態では、ワーク２１を横切るレーザ光によって測定されるワーク２１の断面形状を知ることができる。この断面形状は、レーザ光がワーク２１を横切り始めたとき（キャリア２０とワーク２１との境界部）から、ワーク２１上を通過し終えるまで（キャリア２０とワーク２１との境界部）の間のワーク２１の厚さを測定することにより、レーザ光の通過経路におけるワーク２１の断面形状を知ることができる。このワーク２１断面形状を知る上からも、キャリア２０とワーク２１との境界部の把握が重要となるのである。
このワーク２１の断面形状は、ワーク２１の中心からの位置情報（ＸＹ座標あるいは極座標）との関連で把握される。
このワーク２１の断面形状は、ワーク２１の中心からの位置情報（ＸＹ座標あるいは極座標）との関連で把握される。
【0039】
図８～図１１は、プローブ３４を設けた上定盤１４の回転速度、太陽ギア１６の回転速度、インターナルギア１５の回転速度等から割り出した、１５枚のワークＷｆ１～Ｗｆ１５を刻々通過するレーザ光の通過経路を示すシミュレーション図である。
図８～図１１に示すように、レーザ光は各ワーク２１上を万遍なく通過する。
図８～図１１に示すように、レーザ光は各ワーク２１上を万遍なく通過する。
【0040】
図１２は、システム全体を制御する制御部５０のブロック図である。
制御部５０には、厚さ分布演算部３８ａを含む厚さ演算部３８の他、位置演算部５１、位置補正部５２を有する。
位置演算部５１には、上定盤１４の回転速度、太陽ギア１６の回転速度、インターナルギア１５の回転速度等のデータ（図示しない入力部における操作により設定変更可能）があらかじめ入力された記憶部５３が接続されている。
位置補正部５２にはキャリア検出センサ４０が接続されている。
制御部５０には、厚さ分布演算部３８ａを含む厚さ演算部３８の他、位置演算部５１、位置補正部５２を有する。
位置演算部５１には、上定盤１４の回転速度、太陽ギア１６の回転速度、インターナルギア１５の回転速度等のデータ（図示しない入力部における操作により設定変更可能）があらかじめ入力された記憶部５３が接続されている。
位置補正部５２にはキャリア検出センサ４０が接続されている。
【0041】
本実施の形態では、図８～図１１に示すような、ワーク２１上を通過するレーザ光の通過経路（厚さ測定位置の経路）を、通過時刻と関連してワークの中心からの位置情報（ＸＹ座標、もしくは極座標）として、位置演算部５１において計算により求める。すなわち、位置演算部５１では、記憶部５３に入力されている上定盤１４の回転速度、太陽ギア１６の回転速度、インターナルギア１５の回転速度等のデータに基づき、これらの関係の計算式により、ワーク２１上を通過するレーザ光の通過経路を、通過時刻と関連してワーク２１の中心からの位置情報（ＸＹ座標、もしくは極座標）として計算により求めるのである。
【0042】
ところで、上記計算により求めた位置情報（演算時刻）と、実測位置（実測時刻）とは、図１５に示すように、太陽ギア１６やインターナルギア１５の回転位置情報を取り出す際のタイムラグや、回転位置情報の誤差等でズレが生じる。このため、正確な厚さ測定位置（ワーク２１上の座標）を把握することができず、正確な厚さ分布が得られないことは前記した通りである。
【0043】
本実施の形態では、キャリア検出センサ４０によりキャリア２０を検出し、キャリア２０とワーク２１との実測境界部をレーザ光が通過する時刻を検出する（実測時刻）。この実測時刻と、位置演算部５１で演算されるキャリア２０とワーク２１との境界部をレーザ光が通過する時刻（演算時刻）とのズレがゼロとなるように位置補正部５２において補正する。
【0044】
すなわち、位置補正部５２では、位置演算部５１で演算されるキャリア２０とワーク２１との境界部をレーザ光が通過するとする演算時刻を上記実測時刻に置き換える。すなわち、上記実測時刻において、キャリア２０とワーク２１との境界部をレーザ光が通過するとして、位置演算部５１で演算されたワーク２１の位置情報（ＸＹ座標、もしくは極座標）を補正するのである。
これにより、レーザ光がワーク２１上を通過する経路上のワーク２１の厚さ（断面形状）が、実測境界部からのワーク２１の中心に対する位置情報（座標）と関連づけて算出される。
これにより、レーザ光がワーク２１上を通過する経路上のワーク２１の厚さ（断面形状）が、実測境界部からのワーク２１の中心に対する位置情報（座標）と関連づけて算出される。
【0045】
したがって、レーザ光が通過した通過経路上のエッジ部からエッジ部におけるワーク２１の断面形状を得ることができる。
厚さ演算部３８、位置演算部５１、位置補正部５２の制御は、全体の制御部５０により行われる。
そして、制御部５０は、ワーク２１の所要位置（実位置）での厚さが設定厚に達した段階でワーク２１の研磨を終了するように各部の制御をする。
厚さ演算部３８、位置演算部５１、位置補正部５２の制御は、全体の制御部５０により行われる。
そして、制御部５０は、ワーク２１の所要位置（実位置）での厚さが設定厚に達した段階でワーク２１の研磨を終了するように各部の制御をする。
【0046】
ところで、研磨されるワーク（シリコンウェーハ）２１の断面形状は、研磨段階に応じて刻々変化することが知られている。
すなわち、研磨初期では、ワーク２１の全面形状は、上に凸の形状であり、ワーク２１外周では大きなダレ形状が見られる。研磨が進むと、ワーク２１の全面形状は、平坦に近づくものの、ワーク２１外周ではダレ形状が残っている。このときワーク２１の厚さはほぼキャリア２０と同じとなる。さらに研磨が進むと、ワーク２１の全面形状は、ほぼ平坦な形状となり、ワーク２１外周のダレ量が小さくなる。その後、研磨を進めると、ワーク２１の形状が段々と中心部が凹んだ形状となり、ワーク２１外周が切上がり形状となる。
すなわち、研磨初期では、ワーク２１の全面形状は、上に凸の形状であり、ワーク２１外周では大きなダレ形状が見られる。研磨が進むと、ワーク２１の全面形状は、平坦に近づくものの、ワーク２１外周ではダレ形状が残っている。このときワーク２１の厚さはほぼキャリア２０と同じとなる。さらに研磨が進むと、ワーク２１の全面形状は、ほぼ平坦な形状となり、ワーク２１外周のダレ量が小さくなる。その後、研磨を進めると、ワーク２１の形状が段々と中心部が凹んだ形状となり、ワーク２１外周が切上がり形状となる。
【0047】
以上のことから、全面及び外周の平坦度の高いワーク２１を得るために、ワーク２１の厚さがキャリア２０の厚さにほぼ等しくなるまでワーク２１の研磨を行うのが一般的であり、この段階でワーク２１の研磨を終了するのである。
経験上、ワーク２１の研磨の終了時は、ワーク２１のエッジ部を除く部位は極めて高精度の平坦度（例えば面粗さが１０ｎｍ以下）が得られていることが知られている。
経験上、ワーク２１の研磨の終了時は、ワーク２１のエッジ部を除く部位は極めて高精度の平坦度（例えば面粗さが１０ｎｍ以下）が得られていることが知られている。
【0048】
この場合にあっても、ワーク２１の外周部（エッジ部）は上記のように、切上がり状となっている、そのため、ワーク２１の外周部は使用不能としているのが通常である。
したがって、ワーク２１の研磨終了の判断は、ワーク２１のエッジ部の直近内側（例えばエッジ部から２ｍｍ程度）の部位（座標として把握される）の厚さが設定厚さに達した段階で研磨終了とするのがベターである。
したがって、ワーク２１の研磨終了の判断は、ワーク２１のエッジ部の直近内側（例えばエッジ部から２ｍｍ程度）の部位（座標として把握される）の厚さが設定厚さに達した段階で研磨終了とするのがベターである。
【0049】
本実施の形態では、上記のように、レーザ光が通過した任意の通過経路上のワーク２１の断面形状を得ることができる。ワーク２１全体の正確な断面形状を得るには、ワーク２１の直径上、あるいはその近傍における断面形状を得るのが理想的であるが、研磨の終了時刻の判定には、必ずしもワーク２１の直径上、あるいはその近傍における断面形状でなくともよい。
【0050】
すなわち、上記のように、ワーク２１の研磨の終了の判断は、ワーク２１のエッジ部の直近内側の厚さが設定厚さに達した段階でワークの研磨を終了するようにすればよいから、図８～図１１に示すような、測定光であるレーザ光がワーク２１を横切る任意の位置で、そのエッジ部の直近内側の部位の厚さが設定厚さに達したかを判断することができ、したがって、例えば１５枚のワーク２１の厚さの判定をほぼ同時に行える。
【0051】
本実施の形態では、上記のように、定盤の公転を停止させることなく、ワーク２１の研磨中にリアルタイムでワーク２１の厚さを測定でき、また、キャリア検出センサ４０を設けたのでスラリー層１９の厚さをワーク２１の厚さと誤検出することなく、また、計算上の測定位置とのズレを補正することによって、ワーク２１の正確な位置（座標）での厚さを測定することができるという効果を奏する。
【0052】
図１３Ａ、Ｂは、キャリア検出センサ４０を測定孔３５内に設けた窓体４５内に設けた実施の形態を示す説明図である。
窓体４５は上キャップ６０および下キャップ６１を有する。
上キャップ６０および下キャップ６１は、ゴム等の弾性体で形成され、図１３Ｂに明確なように２本の連結シャフト６４によって連結されている。
上キャップ６０は、上定盤１４に設けられた前記測定孔３５の上部に挿入、固定される。同様に下キャップ６１は、上定盤１４に設けられた測定孔３５の下部に挿入、固定される。
上キャップ６０と下キャップ６１の上下方向の同一位置に設けられた透孔に薄板状の透明板６５が嵌め込まれている。プローブ３４からのレーザ光はこの透明板６５を通じてワーク２１に照射され、ワーク２１からの反射光もこの透明板６５からプローブ３４に導かれる。
窓体４５は上キャップ６０および下キャップ６１を有する。
上キャップ６０および下キャップ６１は、ゴム等の弾性体で形成され、図１３Ｂに明確なように２本の連結シャフト６４によって連結されている。
上キャップ６０は、上定盤１４に設けられた前記測定孔３５の上部に挿入、固定される。同様に下キャップ６１は、上定盤１４に設けられた測定孔３５の下部に挿入、固定される。
上キャップ６０と下キャップ６１の上下方向の同一位置に設けられた透孔に薄板状の透明板６５が嵌め込まれている。プローブ３４からのレーザ光はこの透明板６５を通じてワーク２１に照射され、ワーク２１からの反射光もこの透明板６５からプローブ３４に導かれる。
【0053】
また下キャップ６１の透明板６５が嵌め込まれた透孔と平行に位置して設けられた透孔にキャリア検出センサ４０が嵌め込まれている。リード線４２は上キャップ６０に設けられた透孔から上キャップ６０外部に導出されている。
下キャップ６１は、その下面が上定盤１４の下面よりも若干上方に位置するように測定孔３５内下部に挿入、固定されている。そして、下キャップ６１の下面を覆って樹脂製の保護板６６が接着、固定され、測定孔３５内にスラリーや水が進入しないようになされている。
下キャップ６１は、その下面が上定盤１４の下面よりも若干上方に位置するように測定孔３５内下部に挿入、固定されている。そして、下キャップ６１の下面を覆って樹脂製の保護板６６が接着、固定され、測定孔３５内にスラリーや水が進入しないようになされている。
【0054】
上キャップ６０および下キャップ６１の外壁面と測定孔３５内壁面との間にはＯリング６８が装着され、液密化がされている。
さらに上キャップ６０外壁面と測定孔３５の内壁面、下キャップ６１の外壁面と測定孔３５の内壁面との間、リード線４２と透孔との間の隙間にはシール剤が充填され、液密化が図られている。
本実施の形態におけるキャリア検出センサ４０は、測定孔３５に設けられた窓体４５内に配設されているので、測定孔３５内へのスラリーや水等の液体が進入するのを防止できる。
さらに上キャップ６０外壁面と測定孔３５の内壁面、下キャップ６１の外壁面と測定孔３５の内壁面との間、リード線４２と透孔との間の隙間にはシール剤が充填され、液密化が図られている。
本実施の形態におけるキャリア検出センサ４０は、測定孔３５に設けられた窓体４５内に配設されているので、測定孔３５内へのスラリーや水等の液体が進入するのを防止できる。
【0055】
なお、上記各実施の形態では、レーザ光を通す測定孔３５内にキャリア検出センサ４０を配設したが、レーザ光を通すプローブ３４（測定孔３５）とキャリア検出センサ４０は上定盤１４の別位置に設けてもよい。
図１４は、キャリア検出センサ４０とプローブ３４の位置とを別位置に設定した説明図である。
図１４は、キャリア検出センサ４０とプローブ３４の位置とを別位置に設定した説明図である。
【0056】
本実施の形態では、５個のキャリア２０は同じ形状で、下定盤１２上に均等間隔位置となるように配置され、かつ３個ずつの透孔２２の位置も下定盤１２の中心に対して同一角度配置となるように設定されている。またプローブ３４（すなわち測定孔３５）の位置、およびキャリア検出センサ４０の位置は、共に、上定盤１４の中心位置から上定盤１４の半径の４／５となる同一距離位置であって、かつ対応するキャリア２０に対して同一位置となるように設定されている。
【0057】
上記の条件により、５個のキャリア２０は、同一の状態で公転かつ自転する。
上記条件設定により、キャリア検出センサ４０によるキャリア２０の検出は、プローブ
３４位置（厚さ検出位置）でキャリア２０を検出するのと時刻的に同等となり、上記と同様にしてワーク２１の厚さ計測、キャリア２０の存在の検出を行うことができる。
上記条件設定により、キャリア検出センサ４０によるキャリア２０の検出は、プローブ
３４位置（厚さ検出位置）でキャリア２０を検出するのと時刻的に同等となり、上記と同様にしてワーク２１の厚さ計測、キャリア２０の存在の検出を行うことができる。
【0058】
プローブ３４の位置する測定孔３５は、図４～図６や図１３において、キャリア検出センサ４０を取り除いた構造でよく、またキャリア検出センサ４０は単に定盤に設けた孔内にセンサ部等を配設する構造のものでよい。
なお、３５ａはスラリー供給孔である。
なお、３５ａはスラリー供給孔である。
【0059】
次に、図１７はワーク２１の厚さを測定する厚さ測定部３０の他の実施の形態の概略を示すブロック図である。図１８は、光学系を含んだ、厚さ測定プロセスを示す信号処理のフロー図である。上記実施の形態と同一の部材は同一の符号を用いている。
以下、図１７、図１８を併せて説明する。
７０は公知の波長掃引型のレーザ光源である。
以下、図１７、図１８を併せて説明する。
７０は公知の波長掃引型のレーザ光源である。
【0060】
レーザ光源７０からは、波長1260～1350nmを含む一定の範囲で、波長掃引速度20～50ｋHzの内の一定速度で波長を掃引したレーザ光が発振される。なお、波長の掃引範囲は、シリコンウェーハ（ワーク）を測定対象とした場合、1300nmを中心に、1200～1400nmのシリコンを透過しやすい赤外光の範囲が好適である。
レーザ光源７０から放出されるレーザ光はサーキュレータ３２、光ロータリージョイント３３、およびプローブ（レンズ系）３４からワーク２１の被測定部位に照射される。
レーザ光源７０から放出されるレーザ光はサーキュレータ３２、光ロータリージョイント３３、およびプローブ（レンズ系）３４からワーク２１の被測定部位に照射される。
【0061】
ワーク２１の表面で反射されたレーザ光と裏面で反射されたレーザ光は干渉し、所要位相を有する干渉光として観測される。
干渉光信号は、Ａ／Ｄ変換器およびＦＦＴ分析器を内蔵するＤＡＱ（データ収集装置：デジタイザ）３７に入力され、デジタル信号に変換される（図４、ステップ１：Ｓ１）。
ＤＡＱ３７には、レーザ光源７０で発生する外部トリガー信号が入力される。
ＤＡＱ３７は、例えばTELEDYNE SP DEVICES社のADQ14OCTを好適に用いることができる。
干渉光信号は、Ａ／Ｄ変換器およびＦＦＴ分析器を内蔵するＤＡＱ（データ収集装置：デジタイザ）３７に入力され、デジタル信号に変換される（図４、ステップ１：Ｓ１）。
ＤＡＱ３７には、レーザ光源７０で発生する外部トリガー信号が入力される。
ＤＡＱ３７は、例えばTELEDYNE SP DEVICES社のADQ14OCTを好適に用いることができる。
【0062】
７２は公知のＭＺＩ（マッハツェンダ）干渉計である。ＭＺＩ干渉計７２は、例えばソーラボ社の「Thorlabs INT-MZI-1300」を好適に用いることができる。
ＭＺＩ干渉計７２は、レーザ光源７０から放出されるレーザ光の一部（５％ほど）をＭＺＩ光学系７３に取り込み、干渉光の位相差を差分式フォトディテクタ７４により検出し、サンプリングクロック信号を生成する（ステップ２：Ｓ２）。
ＭＺＩ光学系７３と差分式フォトディテクタ７４とによりＭＺＩ干渉計７２を構成する。
ＭＺＩ干渉計７２は、レーザ光源７０から放出されるレーザ光の一部（５％ほど）をＭＺＩ光学系７３に取り込み、干渉光の位相差を差分式フォトディテクタ７４により検出し、サンプリングクロック信号を生成する（ステップ２：Ｓ２）。
ＭＺＩ光学系７３と差分式フォトディテクタ７４とによりＭＺＩ干渉計７２を構成する。
【0063】
図１９は、レーザ光源７０のトリガー信号からＡ／Ｄボード内部クロックで同時間でコンピュータに取り込んだワークからの直接の干渉光波形とＭＺＩ干渉計７２からＤＡＱ３７に取り込んだサンプリングクロック信号（干渉光波形：１掃引分）を示す。
図１９に示すように、ＭＺＩ干渉計７２からのサンプリングクロック信号（干渉光信号）は等間隔に並んでいる。この干渉光信号は、光周波数空間（ｋ－空間）でも等間隔に並び、ＤＡＱ３７内でそのゼロ交差がサンプリングされ、サンプリングクロック信号（ｋ－クロック信号）として使用される（ステップ３：Ｓ３）。
図１９に示すように、ＭＺＩ干渉計７２からのサンプリングクロック信号（干渉光信号）は等間隔に並んでいる。この干渉光信号は、光周波数空間（ｋ－空間）でも等間隔に並び、ＤＡＱ３７内でそのゼロ交差がサンプリングされ、サンプリングクロック信号（ｋ－クロック信号）として使用される（ステップ３：Ｓ３）。
【0064】
ＤＡＱ３７内で、上記ｋ－クロック信号を基準として、ワークからの干渉光信号がリサンプリングされる（ステップ４：Ｓ４）。
そして、ＤＡＱ３７内のＦＦＴ処理器７６（図２０）で、ｋ－クロック信号を基準としてワークからの上記リサンプリング信号に窓関数を掛けてＦＦＴ処理（具体的にはＤＦＴ：離散フーリエ変換）がなされ、リサンプリングされた干渉波形のピーク値のデータが取得される（ステップ５：Ｓ５）。
そして、ＤＡＱ３７内のＦＦＴ処理器７６（図２０）で、ｋ－クロック信号を基準としてワークからの上記リサンプリング信号に窓関数を掛けてＦＦＴ処理（具体的にはＤＦＴ：離散フーリエ変換）がなされ、リサンプリングされた干渉波形のピーク値のデータが取得される（ステップ５：Ｓ５）。
【0065】
さらに具体的には、ＦＦＴ処理器７６内部で、k-空間でリサンプリングしたワーク干渉波形を1024、2048、4096、もしくは8192ポイントで窓関数（ハニングもしくはハミング）を掛けてＦＦＴ（ＤＦＴ）処理し、干渉波形のピーク値のデータを得、このピーク値のデータが演算部３８に出力される。
なお、例えば、8192ポイントでＦＦＴ処理した場合に、122kHzの高速でのデータ取得が可能となる。
なお、例えば、8192ポイントでＦＦＴ処理した場合に、122kHzの高速でのデータ取得が可能となる。
【0066】
演算部３８では、ＤＡＱ３７からのＦＦＴ処理したデータより、中心周波数（ピーク値）を算出し、ワーク２１の屈折率を含む公知の式により演算してワーク２１の厚さを計測することができる。
【0067】
図２０はＤＡＱ３７のブロック図である。
ワーク２１からの干渉光信号はＡ／Ｄ変換器にてサンプリングされる（ステップ１：Ｓ１）。
ＭＺＩ干渉計７２からのサンプリングクロック信号（干渉光信号）はＡ／Ｄ変換器にてサンプリングされ、ｋ－クロック信号として使用される（ステップ３：Ｓ３）。
ワーク２１からの干渉光信号はＡ／Ｄ変換器にてサンプリングされる（ステップ１：Ｓ１）。
ＭＺＩ干渉計７２からのサンプリングクロック信号（干渉光信号）はＡ／Ｄ変換器にてサンプリングされ、ｋ－クロック信号として使用される（ステップ３：Ｓ３）。
【0068】
そして、ｋ－クロック信号を基準として、ワークからの干渉光信号がリサンプリングされる（ステップ４：Ｓ４）。
そして、リサンプリング信号に窓関数を掛けてＦＦＴ処理（具体的にはＤＦＴ：離散フーリエ変換）がなされる（ステップ５：Ｓ５）。
ＦＦＴ（ＤＦＴ）処理の出力はステップ６（Ｓ６）でパワースペクトルに変換され（ＰＳＤ）、さらにステップ７で平均化処理（Signal averaging）される。平均化処理は移動平均が好ましい。
そして、リサンプリング信号に窓関数を掛けてＦＦＴ処理（具体的にはＤＦＴ：離散フーリエ変換）がなされる（ステップ５：Ｓ５）。
ＦＦＴ（ＤＦＴ）処理の出力はステップ６（Ｓ６）でパワースペクトルに変換され（ＰＳＤ）、さらにステップ７で平均化処理（Signal averaging）される。平均化処理は移動平均が好ましい。
【0069】
測定状況などの影響で、ワーク２１の光透過率が低い場合光の干渉強度が弱くなり、取得したパワースペクトルはワークの厚みを示す中心周波数のピークが低くなり、ピークがノイズに紛れて弁別し難くなる。そこで、本実施の形態では、パワースペクトルの平均化処理（ステップ７：Ｓ７）を行い、ランダムに発生するノイズの影響をキャンセルし、中心周波数のピークを顕在化するようにした。
【0070】
図２１は、平均化処理しない場合（図２１Ａ）と、平均化処理をした場合（図２１Ｂ）のパワースペクトルの状況を示すグラフである。図２１からわかるように、平均化処理をした場合に、ノイズが低減され、中心周波数のピークが鮮明になったことが理解される。
これにより、中心周波数のピークを精度よく検出でき、ワーク２１の厚さ計測の精度が向上する。
これにより、中心周波数のピークを精度よく検出でき、ワーク２１の厚さ計測の精度が向上する。
【0071】
平均化処理されたデータは、インターフェースを介して演算部３８に出力される。
演算部３８では、前記したように、ＤＡＱ３７からのＦＦＴ処理したデータより、中心周波数（ピーク値）を算出し、ワーク２１の屈折率を含む公知の式により演算してワーク２１の厚さを計測することができる（ステップ８：Ｓ８）。
演算部３８では、前記したように、ＤＡＱ３７からのＦＦＴ処理したデータより、中心周波数（ピーク値）を算出し、ワーク２１の屈折率を含む公知の式により演算してワーク２１の厚さを計測することができる（ステップ８：Ｓ８）。
【0072】
ＤＡＱ３７又は演算部３８で、ＦＦＴ値を２回以上の単純平均か、２回以上の移動平均し、そのピーク値を算出する。レーザ光源７０の掃引周波数の速度でピーク値（測定値）計算を繰り返す。これにより、測定のバラツキを平均化でき、ワーク２１の厚さを精度よく計測可能となる。
ＤＡＱ３７での一連の処理は、演算部３８とは別の制御部７８によって制御される。制御部７８は高速での処理条件等を書き換え可能なＦＰＧＡを内蔵している。
ＤＡＱ３７での一連の処理は、演算部３８とは別の制御部７８によって制御される。制御部７８は高速での処理条件等を書き換え可能なＦＰＧＡを内蔵している。
【0073】
特に、ＤＡＱ３７で生成するｋ－クロック信号は、ＭＺＩ干渉計７２由来のクロック信号であり、極めて精度が高く、このｋ－クロック信号を基準にワーク２１からの干渉光信号をリサンプリングして校正するので、波長掃引レーザ光源７０からの掃引波長に多少のズレがあったとしても、ワーク２１の厚さを精度よく計測できる。
【0074】
なお、両面研磨装置１０においては、ワーク２１とプローブ３４との相対速度は大きく、一実施の形態においては、概ね1400mm／secで最大200msecで通過する。そして、ワークの形状（断面形状）を測定するには、１mm当たり5測定点数以上が必要となる。
したがって、1秒間に必要な測定点数は、7055測定点以上となる。
上記をウェーハが通過する毎に算出する。
したがって、1秒間に必要な測定点数は、7055測定点以上となる。
上記をウェーハが通過する毎に算出する。
【0075】
レーザ光源３１の波長掃引30kHz（33.3μs/掃引）の場合、1秒間に約30000回のデータを取得できるが、ＤＡＱ３７を例えばTELEDYNE SP DEVICES社のADQ14OCTを好適に用いることで上記のＦＦＴ処理データを取得でき、ＤＡＱ３７又は演算部３８で、４回毎平均とすると、１秒間に7500点となり、上記7055点以上取得でき、ワーク２１の高速回転となる両面研磨機におけるワーク２１の厚さ測定（形状測定）に十分対処できる。このように本実施の形態では、ワーク２１の研磨中に、ＤＡＱ３７内で高速、かつ多点のデータが取得できるので、ワーク２１の研磨を高精度に行える。
【0076】
レーザ光源７０の波長掃引20kHz（50μs/掃引）の場合、1秒間に約20000回のデータを取得でき、ＤＡＱ３７又は演算部３８で、２回毎平均とすると、１秒間に10000点となり、ワーク２１の高速回転となる両面研磨機におけるワーク２１の厚さ測定（形状測定）に十分対処できる。
なお、演算部３８にて窓関数＋ＦＦＴ処理をすることも可能であるが、演算部３８は研磨装置全体の制御も絡むため、データの処理速度が遅く、１秒間に４５点程度しか取得できないため、満足するデータ点数を取得することができない。
この点本実施の形態では、上記のように、ＤＡＱ３７内で、ＦＰＧＡによりプログラミングして、別途制御部７８により高速で処理できる。
なお、演算部３８にて窓関数＋ＦＦＴ処理をすることも可能であるが、演算部３８は研磨装置全体の制御も絡むため、データの処理速度が遅く、１秒間に４５点程度しか取得できないため、満足するデータ点数を取得することができない。
この点本実施の形態では、上記のように、ＤＡＱ３７内で、ＦＰＧＡによりプログラミングして、別途制御部７８により高速で処理できる。
【0077】
なお、加工対象となるワークには様々な種類のものが存在するため、測定するワーク２１の光透過率も、加工するワーク２１の種類によって異なる場合がある。これに伴い、ワーク２１からの干渉光信号の強度は、測定するワーク２１の種類によって変化する。具体的には，光透過率が低いと、干渉光信号の強度が小さくなる傾向がある。
そこで、干渉光信号を検出する検出器（フォトダイオード）３６の増幅率を、測定するワーク２１の種類や透過率に応じて適正な増幅率に切り替え、または調整する機能を設けると良い。増幅率の調整、切り替えは制御器（演算部）３８によって行うのが良い。
これにより、光透過率の異なる様々な種類のワークに対し、正確に厚さの測定ができると共に、測定対象が前記干渉光信号の強度が小さいワークであっても、ノイズ等の影響を受けずに、正確に厚さを測定することが可能となる。
そこで、干渉光信号を検出する検出器（フォトダイオード）３６の増幅率を、測定するワーク２１の種類や透過率に応じて適正な増幅率に切り替え、または調整する機能を設けると良い。増幅率の調整、切り替えは制御器（演算部）３８によって行うのが良い。
これにより、光透過率の異なる様々な種類のワークに対し、正確に厚さの測定ができると共に、測定対象が前記干渉光信号の強度が小さいワークであっても、ノイズ等の影響を受けずに、正確に厚さを測定することが可能となる。
【0078】
図２２は、厚さ測定部３０のさらに他の実施の形態を示す全体システムのブロック図である。
図３における部材と同一の部材は同一の符号をもって示し、その説明は省略する。
本実施の形態では、参照用ウェーハ（ワーク）による光源監視用回路８０を追加している。
この光源監視用回路８０は、レーザ光源７０から放出され、分光されたレーザ光がサーキュレータ８２およびプローブ８４から参照用ウェーハ８６に照射されるようになっている。サーキュレータ８２およびプローブ８４が第２の光学系を構成する。参照用ウェーハ８６の表面および裏面で反射されたレーザ光（干渉光）は、プローブ８４およびサーキュレータ８２を経てフォトダイオード８８（第２の検出器）で検出され、さらにＤＡＱ３７でデジタル信号に変換され、演算部３８に入力されるようになっている。
図３における部材と同一の部材は同一の符号をもって示し、その説明は省略する。
本実施の形態では、参照用ウェーハ（ワーク）による光源監視用回路８０を追加している。
この光源監視用回路８０は、レーザ光源７０から放出され、分光されたレーザ光がサーキュレータ８２およびプローブ８４から参照用ウェーハ８６に照射されるようになっている。サーキュレータ８２およびプローブ８４が第２の光学系を構成する。参照用ウェーハ８６の表面および裏面で反射されたレーザ光（干渉光）は、プローブ８４およびサーキュレータ８２を経てフォトダイオード８８（第２の検出器）で検出され、さらにＤＡＱ３７でデジタル信号に変換され、演算部３８に入力されるようになっている。
【0079】
演算部３８では、入力されたデジタル信号値から、フォトダイオード８８から出力される電圧の平均値（設定時間内における平均値）を算出する。レーザ光源７０から放出されるレーザ光の光量の増減に比例してフォトダイオード８８から出力される電圧値が変動する。上記電圧値の変動を適宜監視し、上記電圧の平均値があらかじめ定めてある閾値よりも低下した場合に異常と判断され、警報が発せられるようになっている。
【0080】
あるいは、光源監視用回路８０は、レーザ光源７０の掃引波長精度の監視用としても利用できる。参照用ウェーハ８６の厚さ（およびその分布）は一定であるから、測定した厚さにずれが生じた場合、レーザ光源７０の掃引波長精度が変動したと判断でき、その変動要因把握の目安となりうる。掃引波長精度は、取得した干渉波形のＦＦＴピーク値の周波数について、設定回数（例えば1000回）測定した平均値、P-P値、偏差値等で把握しうる。
なお、監視のタイミングはプログラムで設定が可能である。例えば、ワーク厚み測定の直前などとすることができる。
なお、監視のタイミングはプログラムで設定が可能である。例えば、ワーク厚み測定の直前などとすることができる。
【0081】
なお、光源監視用回路としてＭＺＩ（マッハツェンダ）干渉計７２を兼用することもできる。
この場合、ＭＺＩ（マッハツェンダ）干渉計７２が第２の検出器となる。ＭＺＩ（マッハツェンダ）干渉計７２で取得した干渉波形のＦＦＴピーク値の周波数について、設定回数測定した平均値、P-P値、もしくは偏差値で把握しうる掃引波長精度を監視するのである。掃引波長精度の変化が許容値を超えた場合に警報を発するようにする。
この場合、ＭＺＩ（マッハツェンダ）干渉計７２が第２の検出器となる。ＭＺＩ（マッハツェンダ）干渉計７２で取得した干渉波形のＦＦＴピーク値の周波数について、設定回数測定した平均値、P-P値、もしくは偏差値で把握しうる掃引波長精度を監視するのである。掃引波長精度の変化が許容値を超えた場合に警報を発するようにする。
【0082】
以上の各実施の形態では、ワークの両面研磨装置におけるワーク厚さ測定部を例として説明したが、研磨ヘッドの下面側にワークを保持して、定盤の研磨パッドとの間でワークの下面側を研磨する片面研磨装置（図示せず）におけるワーク厚さ測定部にも本発明を適用できることはもちろんである。
【符号の説明】
【0083】
１０ 両面研磨装置
１２ 下定盤
１４ 上定盤
１５ インターナルギア
１６ 太陽ギア
１７、１８ 研磨パッド
１９ スラリー層
２０ キャリア
２１ ワーク
２２ 透孔
２３ 吊り支柱
２４ 円盤
２５ ロッド
３０ 厚さ測定部
３１ レーザ光源
３２ サーキュレータ
３３ ロータリージョイント
３４ プローブ
３５ 測定孔
３５ａ スラリー供給孔
３６ フォトダイオード
３７ ＤＡＱ
３８ 厚さ演算部
３９ センサーアンプ
４０ キャリア検出センサ
４１ 高周波コイル（センサ部）
４２ リード線
４３ 支持体
５０ 制御部
５１ 位置演算部
５２ 位置補正部
５３ 記憶部
６０ 上キャップ
６１ 下キャップ
６４ 連結シャフト
６５ 透明板
６６ 保護板
６８ Ｏリング
７０ レーザ光源
７２ ＭＺＩ干渉計
７３ ＭＺＩ光学系
７４ 差分式フォトディテクタ
７６ ＦＦＴ処理器
７８ 制御部
８０ 光源監視用回路
８２ サーキュレータ
８４ プローブ
８６ 参照用ウェーハ
８８ フォトダイオード
１２ 下定盤
１４ 上定盤
１５ インターナルギア
１６ 太陽ギア
１７、１８ 研磨パッド
１９ スラリー層
２０ キャリア
２１ ワーク
２２ 透孔
２３ 吊り支柱
２４ 円盤
２５ ロッド
３０ 厚さ測定部
３１ レーザ光源
３２ サーキュレータ
３３ ロータリージョイント
３４ プローブ
３５ 測定孔
３５ａ スラリー供給孔
３６ フォトダイオード
３７ ＤＡＱ
３８ 厚さ演算部
３９ センサーアンプ
４０ キャリア検出センサ
４１ 高周波コイル（センサ部）
４２ リード線
４３ 支持体
５０ 制御部
５１ 位置演算部
５２ 位置補正部
５３ 記憶部
６０ 上キャップ
６１ 下キャップ
６４ 連結シャフト
６５ 透明板
６６ 保護板
６８ Ｏリング
７０ レーザ光源
７２ ＭＺＩ干渉計
７３ ＭＺＩ光学系
７４ 差分式フォトディテクタ
７６ ＦＦＴ処理器
７８ 制御部
８０ 光源監視用回路
８２ サーキュレータ
８４ プローブ
８６ 参照用ウェーハ
８８ フォトダイオード
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】