JP7145539B1 - 断面形状測定方法及び両面研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークＷが設定通りの軌跡上に回転されない場合においても、ワークＷの断面形状を測定するための一律の基準を定める。【解決手段】下定盤と、上定盤と、下定盤及び上定盤の間に配置されたキャリアを具備する両面研磨装置における断面形状測定方法であって、厚さ測定工程Ｓ１と、位置データ演算工程Ｓ３と、修正外周演算工程Ｓ４と、によって、ワークＷの外周位置を修正し、ワークＷの断面形状を測定する。【選択図】図６

Description

本発明は、例えばウェハのようなワークの断面形状を測定する断面形状測定方法及び両面研磨装置に関する。

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研磨する両面研磨装置が知られている。当該両面研磨装置においては、特許文献１、２に示すように、ワークの研磨中、ワークの断面形状、特にワークの厚さをリアルタイムで測定可能なワークの断面形状測定方法を備えている。

特許文献１（特開２０１７－２０４６０９号公報）に開示されている断面形状測定方法では、厚さ測定手段が測定する厚さと、測定した厚さのワークの面内位置を求める位置算出手段によって求められる面内位置と、をそれぞれ複数取得する。次に、各面内位置における厚さを、ワークの中心から各面内位置までの径方向距離に対応するワークの所定の径方向の各位置における厚さに変換処理する。次に、所定の径方向のワークの断面形状を多項式近似曲線として求めている。所定の径方向としては、Ｘ軸、Ｙ軸の他に、Ｘ軸やＹ軸からの任意の角度の径方向が挙げられる。

特許文献２（特開２０１７－２０７４５５号公報）に開示されている断面形状測定方法では、定盤の回転により計測孔がワークの面上を通過する期間中に、厚さ検出手段の検出により連続して得られ、且つ、計測孔の通過経路上のワークの各面内位置の厚さのデータからなるデータ列を少なくとも一つ取得する。次に、取得されたデータ列のうちデータ数の多いデータ列を抽出する。次に、この抽出された抽出データ列のデータの順番を示す行番号と、これら行番号にあるデータと、をワークの直径に基づいて、ワークの一端から他端の方向に径方向に沿った各面内位置の厚さを演算処理によって求めてワークの断面形状を多項式近似曲線として求めている。

特開２０１７－２０４６０９号公報 特開２０１７－２０７４５５号公報

特許文献１の断面形状測定方法では、断面形状測定の位置を表す基準を、ワークの中心位置としている。また、特許文献２の断面形状測定方法では、断面形状測定の位置を表す基準を、ワークの一端から他端までの直線上の位置としている。しかしながら、研磨中において、キャリアへの伝達誤差やバックラッシの影響を受けた実際のワークの位置と、あらかじめ設定されたワークの位置と、の間でずれが生じてしまう。また、実際の断面形状測定の位置を表す基準と、あらかじめ設定された断面形状測定の位置を表す基準と、の間でもこのずれは生じてしまう。これらのずれは、各ワークにおける任意の測定時刻ごとにも生じ得るが、ワークの中心位置といった断面形状測定の位置を表す基準を測定時刻ごとに検出することはできないため、厚さ測定センサのワーク上の各通過経路間で、一律の基準による測定をすることができない。すなわち、断面形状同士を一律の基準で比較することができず、測定精度が低下してしまうという課題がある。

そこで、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、キャリアへの伝達誤差やバックラッシの影響に起因して、ワーク中心位置といった断面形状測定の位置を表す基準がずれるため、一律の基準によってワークの断面形状同士を比較することができず、測定精度が低下してしまうという課題を、一律の基準を設けることにより解決することにある。

本発明に係る断面形状測定方法は、下定盤と、上定盤と、前記下定盤及び前記上定盤の間に配置されたキャリアを具備する両面研磨装置における断面形状測定方法であって、前記上定盤もしくは下定盤のいずれかの定盤の測定孔に設けられて前記定盤と共に回転される厚さ測定センサによって、前記測定孔を通過する前記キャリアに保持されたワークの厚さのデータを測定し、前記ワークの厚さの時系列データを取得する厚さ測定工程と、次いで、キャリア検出センサによって測定開始端通過時刻、及び測定終了端通過時刻を取得し、記憶部に記憶されている前記キャリアの第１回転数と、前記測定開始端通過時刻、及び前記測定終了端通過時刻と、を対応付けることによって、前記ワークにおける前記厚さ測定センサの通過経路を前記通過経路の位置の時系列データとして演算する位置データ演算工程、又は、ロータリエンコーダによって、前記キャリアの第２回転数を取得し、前記第２回転数から算出される測定開始端通過時刻、及び測定終了端通過時刻と、記憶部に記憶されている前記キャリアの第１回転数と、を対応付けることによって、前記ワークにおける厚さ測定センサの通過経路を前記通過経路の位置の時系列データとして演算する位置データ演算工程と、次いで、前記位置の時系列データのＸ－Ｙ座標又は極座標の測定開始端と、前記位置の時系列データのＸ－Ｙ座標又は極座標の測定終了端と、前記ワークの半径によって、前記通過経路の位置を表す基準となる前記ワークの修正外周の位置を演算し、前記修正外周に基づいた距離を演算する修正外周演算工程と、を有することを要件とする。

また、本発明に係る両面研磨装置は、下定盤と、上定盤と、前記下定盤及び前記上定盤の間に配置された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下定盤のいずれかの定盤の測定孔に設けられて前記定盤と共に回転される厚さ測定センサによって、前記測定孔を通過する前記キャリアに保持されたワークの厚さのデータを測定し、前記ワークの厚さの時系列データを取得する厚さ測定部と、前記キャリアの第１回転数が記憶されている記憶部と、キャリア検出センサ、又はロータリエンコーダと、前記キャリア検出センサによって取得される測定開始端通過時刻、及び測定終了端通過時刻と、前記記憶部に記憶されている前記第１回転数と、を対応付けることによって、前記ワークにおける前記厚さ測定センサの通過経路を前記通過経路の位置の時系列データとして演算する位置データ演算部、又は、前記ロータリエンコーダによって取得される前記キャリアの第２回転数から算出される測定開始端通過時刻、及び測定終了端通過時刻と、前記記憶部に記憶されている前記第１回転数と、を対応付けることによって、前記ワークにおける厚さ測定センサの通過経路を前記通過経路の位置の時系列データとして演算する位置データ演算部と、前記位置の時系列データのＸ－Ｙ座標又は極座標の測定開始端と、前記位置の時系列データのＸ－Ｙ座標又は極座標の測定終了端と、前記ワークの半径によって、前記通過経路の位置を表す基準となる前記ワークの修正外周の位置を演算し、前記修正外周に基づいた距離を演算する修正外周演算部と、を有することを要件とする。

本発明によれば、キャリアへの伝達誤差やバックラッシの影響を受けずに、測定開始端、測定終了端、及びワーク半径によって、断面形状測定の位置を表す基準を定めることができる（以下、当該基準を修正外周Ｃと称する）。また、修正外周Ｃの位置によって、ワークの各断面形状同士を一律の基準により比較することができ、測定精度の高い断面形状測定方法及び両面研磨装置の実現が可能となる。

本発明の実施形態の断面形状測定方法に用いられる両面研磨装置の主本体部の例を示す正面断面図（概略図）である。 図１のキャリアの配置例を示す平面図（概略図）である。 図１の両面研磨装置の厚さ測定部の例を示すブロック図である。 図１の両面研磨装置のキャリア検出センサ、及び厚さ測定部の例を示すブロック図である。 図１の両面研磨装置の記憶部、及び制御部のブロック図である。 本発明の実施形態の断面形状測定方法のフローチャートである。 図３のワーク上の厚さ測定センサの通過経路を示すシミュレーション図である。 図４の外周演算部の演算の例を示す説明図である。 図４の外周演算部の演算の別の例を示す説明図である。 本発明の実施形態で取得されるワークの断面形状の概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は本実施形態に係る両面研磨装置１０の例を示す正面断面図（概略図）である。図２は、図１におけるキャリア２０及びワークＷの配置例を示す平面図（概略図）である。図３は、図１の両面研磨装置１０における厚さ測定部３０の例を示すブロック図である。図４は、図１の両面研磨装置１０におけるキャリア検出センサ２８、及び厚さ測定部３０の例を示すブロック図である。図５は、図１の両面研磨装置１０における記憶部４８、及び制御部４０の例を示すブロック図である。図６は、本実施形態に係る断面形状測定方法のフローチャートである。なお、本実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

（両面研磨装置）
本実施形態に係る両面研磨装置１０は、図１、図３、及び図５に示すように、ワークＷを両面研磨する主本体部１２と、研磨中のワークＷの厚さの時系列データ（以下、厚さの時系列データと称する）Ｄ１を測定する厚さ測定部３０と、記憶部４８と、修正外周Ｃの位置を演算する修正外周演算部４２を有する制御部４０と、を備えている。

一方、研磨対象のワークＷは、ウェハ（例えば、シリコンウェハ）等の平板状（特に、円板状）であり、外径や厚さは特に限定されるものではない（一例として、外径数ｃｍ～数十ｃｍ程度、厚さ数μｍ～数ｍｍ程度）。

本実施形態に係る両面研磨装置１０の主本体部１２は、一例として、下定盤１３と、上定盤１４と、下定盤１３と上定盤１４の外周側に配置されたインターナルギア１５と、下定盤１３と上定盤１４との中心部の間に回転自在に配置された太陽ギア１６と、下定盤１３と上定盤１４との間に配置されたキャリア２０と、後述する測定孔３５に設けられたキャリア検出センサ２８と、を備える構成となっている。また、下定盤１３の上面と、上定盤１４の下面には研磨パッド１７、１８が貼付されている。

次に、本実施形態に係る下定盤１３は、図１に示すように、金属材料（一例として、ステンレス合金等）を用いて平面視円形状に形成されており、定盤受け２６上に回転自在に載置されている。定盤受け２６は、ベアリング５１を介して基台５２によって支持されている。また、定盤受け２６は、動力電動ギア５３及び筒状シャフト５４を介して伝達される回転駆動装置（一例として、電気モータを備えた駆動装置）５５によって回転駆動される構成となっている。定盤受け２６が回転されることによって、下定盤１３も回転される。

次に、本実施形態に係る上定盤１４は、図１に示すように、金属材料（一例として、ステンレス合金等）を用いて平面視円形状に形成されており、ロッド２５を介して、円盤２４によって回転自在に吊持されている。円盤２４は、吊り支柱２３を介して、門型支柱２７に上下動且つ回転自在に支持されている。吊り支柱２３は、図示しない上下動駆動装置（一例として、電気モータを備えた駆動装置）、及び図示しない回転駆動装置（一例として、電気モータを備えた駆動装置）によって上下動且つ回転駆動される構成となっている。吊り支柱２３及び円盤２４が回転されることによって、上定盤１４も回転される。なお、上定盤１４と、下定盤１３と、は互いに反対方向に回転される。

次に、本実施形態に係るインターナルギア１５は、図１に示すように、金属材料（一例として、ステンレス合金等）を用いて、下定盤１３及び上定盤１４と軸心を一致させて、下定盤１３の外周側に形成されている。インターナルギア１５は、動力電動ギア５６及び筒状シャフト５７を介して伝達される回転駆動装置（一例として、電気モータを備えた駆動装置）５８により回転される。

次に、本実施形態に係る太陽ギア１６は、図１に示すように、金属材料（一例として、ステンレス合金等）を用いて、下定盤１３及び上定盤１４と軸心を一致させて、下定盤１３の中心側上部、且つ、上定盤１４の中心側下部に形成されている。太陽ギア１６は、インターナルギア１５と同様に、動力電動ギア５９及び筒状シャフト６０を介して伝達される回転駆動装置（一例として、電気モータを備えた駆動装置）６１により回転される。

ここで、本実施形態に係るキャリア２０は、図１、２に示すように、金属材料（一例としてステンレス合金等）を用いて、一例として、インターナルギア１５と、太陽ギア１６との間に、両者に噛合され、周方向に一定の間隔をおいて配置されている。また、キャリア２０には、内部にワークＷを保持するための透孔２２が設けられている。キャリア２０は、インターナルギア１５及び太陽ギア１６に噛合される遊星機構の構造となっており、キャリア２０は、インターナルギア１５及び太陽ギア１６が回転されることによって、太陽ギア１６の周りに回転（公転）され、キャリア２０は、自身の軸心を中心として回転（自転）される。また、下定盤１３と上定盤１４とが互いに反対方向に回転されることによって、各研磨パッド１７、１８と、ワークＷの表面とが互いに摺接される。これにより、ワークＷの両面を研磨することができる。ただし、本実施形態では、一例として、インターナルギア１５と太陽ギア１６との間に、３個の透孔２２が設けられた５個のキャリア２０が配設される構成としているが、これに限定されるものではない。また、キャリア２０と、インターナルギア１５、及び太陽ギア１６は、それぞれに設けられたギア同士が噛合される構造に限定されるものではない。

また、本実施形態に係る主本体部１２は、スラリーの供給を行うスラリー供給装置を備える構成としている（不図示）。これによれば、ワークＷの材質や加工条件に応じて、加工工程におけるスラリーの供給（非供給を含む）について適宜、設定することができる。

本実施形態に係る厚さ測定部３０は、図３に示すように、一例として、レーザ光源３１と、サーキュレータ３２と、ロータリージョイント３３と、厚さ測定センサ３４としてレーザセンサ（一例として、プローブ）３４と、上定盤１４に設けられた測定孔３５と、フォトダイオード３６と、データ収集器３７と、を備える構成となっている。厚さ測定部３０は、レーザ光源３１から測定孔３５を通じて研磨中のワークＷに対してレーザ光が照射され、後述のようにワークＷの表面及び裏面からの干渉光を電気信号（以下、干渉光信号と称する）として観測することによって、厚さの時系列データＤ１を取得することができる。また、厚さ測定部３０において、厚さの時系列データＤ１が局所的に増加又は減少する時刻（以下、測定開始端通過時刻ｔ１及び測定終了端通過時刻ｔ２とそれぞれ称する）として取得することができる。

次に、本実施形態に係るレーザ光源３１は、一例として、公知の波長掃引型のレーザ光源である。また、一例として、レーザ光源３１は、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、及びプローブ３４を通じて、ワークＷ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。

次に、本実施形態に係るプローブ３４は、上定盤１４上に固定して設けられ、上定盤１４と共に回転される。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Ｗ上に照射される。なお、測定孔３５は、一例として、キャリア２０の径方向の中央部（上定盤１４の中心から上定盤１４の半径の４／５に相当する位置）に対応する上定盤１４の位置に設けられるのが好ましい。その理由として、この位置に測定孔３５を設けることにより、レーザ光が各ワークＷの中心から外周までを万遍なく通過するからである。ただし、測定孔３５の位置はこれに限定されるものではない。

なお、プローブ３４は下定盤１３側に固定して設けられ（不図示）、下定盤１３に設けられた測定孔（不図示）からワークＷに向けてレーザ光が照射されるように構成してもよい。

ここで、本実施形態に係るレーザ光の特徴について説明する。ワークＷの表面及び裏面で反射されたレーザ光とは互いに干渉し、所要位相を有する干渉光として観測される。この干渉光は、測定孔３５、プローブ３４、ロータリージョイント３３及びサーキュレータ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で干渉光信号に変換され、さらにこの干渉光信号が増幅器（不図示）で増幅される。

なお、ワークＷを透過するレーザ光は、ワークＷ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。

次に、本実施形態に係る干渉光信号について説明する。干渉光信号は、Ａ／Ｄ変換器及びＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理器を備えるデータ収集器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厚さの時系列データＤ１として、後述する制御部４０内の位置データ演算部４１に出力される。

なお、厚さ測定部３０は、レーザ光によるものに限定されるものではない。他の例として、レーザ光源３１の代わりに拡散光源や超音波発生源を採用し、厚さ測定センサ３４を光電センサや超音波センサとしてもよい。なお、超音波センサを採用した場合には、レーザセンサや光電センサを採用した場合に比べて、ワークＷの材質や色の影響を受けずにワークＷの厚さを測定することができる。

また別の変形例として、本実施形態に係る主本体部１２は、図４に示すように、公知のキャリア検出センサ２８を備える構成としてもよい。上述の通り、ワークＷの両端を通過する時刻（測定開始端通過時刻ｔ１、測定終了端通過時刻ｔ２）は、厚さ測定部３０において測定した厚さ時系列データＤ１が局所的に増加又は減少する時刻からも求めることができる。しかしながら、キャリア２０上にスラリーの膜が形成されている場合には、スラリー膜をワークＷとして検出してしまうおそれがある。一例として、キャリア検出センサ２８は、高周波コイル（不図示）を備えて構成されている。具体的には、上定盤１４の測定孔３５に設けられた後述する厚さ測定センサ（一例として、プローブ）３４の下方に、プローブ３４と同軸となるように設けられた高周波コイルに、交流電源（不図示）から高周波電流が印加される。この状態で高周波コイルの下方をキャリア２０が通過すると、電磁誘導により渦電流が発生し、この渦電流の磁界によって高周波コイルのインピーダンスが変化する。次に、このインピーダンスの変化が、キャリア検出センサ２８によって検出信号として捉えられ、後述するデータ収集器３７に検出信号が出力されることによって、研磨時にキャリア２０が検出される。さらに、検出信号はデータ収集器３７に出力された後、データ収集器３７において、キャリア２０と、ワークＷと、の実測境界部（以下、測定開始端Ａ、測定終了端Ｂと称する）をレーザ光源３１からの光が通過する時刻である測定開始端通過時刻ｔ１と、測定終了端通過時刻ｔ２と、に変換される。キャリア検出センサ２８によって、スラリー誤認を防止して、正確な各時刻ｔ１、ｔ２を取得することができる。

なお、キャリア検出センサ２８はこれに限定されるものではない。他の例として、キャリア検出センサ２８は、二次コイル（不図示）に生じる誘導電流を捉え、これをセンサーアンプ（不図示）に出力するキャリア検出センサ２８であってもよい。

さらに別の変形例として、本実施形態に係る主本体部１２は、光学式ロータリエンコーダ等の公知のエンコーダ（不図示）を備える構成としてもよい。これによれば、厚さ測定部３０によって、測定開始端通過時刻ｔ１と、測定終了端通過時刻ｔ２と、を取得するよりも、正確な各時刻ｔ１、ｔ２を取得することができる。

本実施形態に係る記憶部４８は、下定盤１３と、上定盤１４と、インターナルギア１５と、太陽ギア１６と、のワークＷ研磨時の回転数（以下、事前データＰＲＤと称する）が記憶されている。この事前データＰＲＤは、制御部４０内に設けられた位置データ演算部４１に出力される。

本実施形態に係る制御部４０は、図５に示すように、位置データ演算部４１と、修正外周演算部４２と、異常値除外部４３と、移動平均処理部４４と、厚さ演算部４５と、を備える構成となっている。制御部４０では、各部における処理が順になされることによって、ワークＷの断面形状を求めることができる。なお、ここでは制御部４０の各部における詳しい演算方法については省略し、（断面形状測定方法）にて詳しく説明する。

次に、本実施形態に係る位置データ演算部４１では、記憶部４８から出力される事前データＰＲＤと、厚さ測定部３０、キャリア検出センサ２８、又はエンコーダから出力される測定開始端通過時刻ｔ１、及び測定終了端通過時刻ｔ２とが対応付けられることによって、通過経路の位置の時系列データ（以下、位置の時系列データと称する）Ｄ２が演算され（測定開始端Ａ、及び測定終了端Ｂを含む）、位置の時系列データＤ２は修正外周演算部４２に出力される。なお、位置の時系列データＤ２は、下定盤１３や上定盤１４の軸心と、ワークＷの上面又は下面の平面と、の交点を原点とする、通過経路のＸ－Ｙ座標や極座標のデータである。また、厚さの時系列データＤ１も修正外周演算部４２に出力される。なお、位置の時系列データＤ２は、図７のワークＷ上の厚さ測定センサ３４の通過経路の例を示すシミュレーション図に示すように、ワークＷを横切り、直線に近似される通過経路として取得される。

次に、本実施形態に係る修正外周演算部４２では、図８に示すワークＷの修正外周演算の説明図のように、測定開始端Ａ、測定終了端Ｂ、及び既知のワークＷの半径によって、通過経路の位置を表す基準である修正外周Ｃの位置が演算される。なお、修正外周Ｃの位置は、下定盤１３や上定盤１４の軸心と、ワークＷの上面又は下面の平面と、の交点を原点とするＸ－Ｙ座標や極座標である。次に、一例として、修正外周Ｃの径方向における、修正外周Ｃから厚さ測定センサ３４の通過経路（各位置の時系列データＤ２）までの距離が演算され、次に、各位置の時系列データＤ２に対応する当該距離の時系列データ（以下、距離の時系列データと称する）Ｄ３が取得される。なお、距離の時系列データＤ３は、修正外周Ｃの中心からの距離の時系列データＤ３であってもよい。次に、各データＤ１、Ｄ２、及びＤ３は、異常値除外部４３に出力される。

なお、測定開始端Ａから修正外周Ｃの二等分点までを＋側の距離、修正外周Ｃの二等分点から測定終了端Ｂまでを－側の距離として、それぞれにおいて後述する厚さ演算部４５での演算がなされる。

本実施形態に係る制御部４０は、厚さの時系列データＤ１の異常値を除外する異常値除外部４３を備える構成としている。これによれば、異常値を除外した厚さの時系列データＤ４と、厚さの時系列データＤ４に対応する位置の時系列データＤ５と、厚さの時系列データＤ４に対応する距離の時系列データＤ６を取得することができる。各データＤ４、Ｄ５、及びＤ６は、移動平均処理部４４に出力される。

また、制御部４０には、後述する厚さ演算部４５での多項式近似曲線の演算をする前に、厚さの時系列データＤ４を移動平均処理する移動平均処理部４４が設けられる構成としている。移動平均処理部４４では、厚さの時系列データＤ４に対して移動平均処理がなされることによって、滑らかな厚さの時系列データＤ７を取得することができる。次に、各データＤ５、Ｄ６、及びＤ７は厚さ演算部４５に出力される。なお、ここでの移動平均処理は、後述のように位置の時系列データＤ５のＸ－Ｙ座標上又は極座標上のベクトルの差分ベクトルが用いられた移動平均処理である。

次に、本実施形態に係る厚さ演算部４５では、厚さの時系列データＤ７と、距離の時系列データＤ６によって、縦軸を厚さ、横軸を修正外周Ｃの径方向における修正外周Ｃの位置からの距離とする多項式近似曲線が演算される。

以上、本実施形態に係る両面研磨装置１０について説明した。これによれば、キャリア２０への伝達誤差やバックラッシの影響を受けずに、測定開始端Ａ、測定終了端Ｂ、及びワーク半径によって、断面形状測定の位置を表す基準である修正外周Ｃを定めることができる。また、修正外周Ｃの位置によって、ワークＷの各断面形状同士を一律の基準により比較することができ、測定精度の高い両面研磨装置１０の実現が可能となる。

（断面形状測定方法）
続いて、上記構成を用いて、本実施形態に係る断面形状測定方法について説明する。図６に示すように、断面形状測定方法は、厚さ測定工程Ｓ１と、次に、位置データ演算工程Ｓ３と、次に、修正外周演算工程Ｓ４と、次に、異常値除外工程Ｓ５と、次に、移動平均処理工程Ｓ６と、次に、厚さ演算工程Ｓ７と、を備える構成となっている。

先ず、本実施形態に係る、厚さ測定部３０によって厚さの時系列データＤ１を取得する厚さ測定工程Ｓ１を行う。なお、厚さ測定工程Ｓ１によって、測定開始端通過時刻ｔ１及び測定終了端通過時刻ｔ２も取得することができる。厚さ測定部３０の具体的な説明については上述した通りなのでここでは省略する。

次に、本実施形態に係る位置データ演算工程Ｓ３を行う。具体的には、測定開始端通過時刻ｔ１及び測定終了端通過時刻ｔ２と、記憶部４８に記憶された事前データＰＲＤによって、厚さ測定センサ３４の通過経路の位置の時系列データＤ２を演算する。これによれば、ワークＷ上における厚さ測定センサ３４の通過経路の正確な位置の時系列データＤ２を取得することができる。

また別の変形例として、位置データ演算工程Ｓ３を行う前工程として、キャリア検出センサ２８によって測定端検出工程Ｓ２を行う構成としてもよい。ワークＷの厚さの時系列データＤ１の変化から測定開始端通過時刻ｔ１及び測定終了端通過時刻ｔ２を検出すると、キャリア２０上のスラリーをワークＷと誤認するおそれがある。キャリア検出センサ２８によって、スラリー誤認を防止し、正確な各時刻ｔ１、ｔ２を取得することができる。

さらに別の変形例として、位置データ演算工程Ｓ３を行う前工程として、エンコーダによって測定端検出工程Ｓ２を行う構成としてもよい。これによれば、厚さ測定工程Ｓ１によって、測定開始端通過時刻ｔ１と、測定終了端通過時刻ｔ２と、を取得するよりも正確な各時刻ｔ１、ｔ２を取得することができる。

次に、図８に示すように、本実施形態に係る、測定開始端Ａ、測定終了端Ｂ、及びワークＷの半径によって、修正外周Ｃの位置を演算する修正外周演算工程Ｓ４を行う。測定開始端Ａと、測定終了端Ｂと、ワークＷの半径は既知なので、これらによって、修正外周Ｃの位置を定める。次に、一例として、修正外周Ｃの各位置から各位置の時系列データＤ２までの修正外周Ｃの径方向の距離を演算し、次に、各位置の時系列データＤ２に対応する当該距離の時系列データＤ３を取得する。次に、各データＤ１、Ｄ２、及びＤ３を異常値除外工程Ｓ５に出力する。なお、修正外周Ｃの中心から各位置の時系列データＤ２までの修正外周Ｃの径方向の距離を演算し、これを距離の時系列データＤ３としてもよい。本実施形態に係る修正外周演算工程Ｓ４によれば、キャリア２０への伝達誤差やバックラッシの影響を受けずに、断面形状測定の位置を表す基準である修正外周Ｃを定めることができる。また、修正外周Ｃの位置によって、ワークＷの各断面形状同士を一律の基準により比較することができ、測定精度の高い断面形状測定方法の実現が可能となる。

なお、測定開始端Ａから修正外周Ｃの二等分点までを＋側の距離、修正外周Ｃの二等分点から測定終了端Ｂまでを－側の距離として、それぞれにおいて後述する厚さ演算部４５での演算を行う。

ところで、図９に示すワークＷの修正外周演算の説明図のように、測定開始端通過時刻ｔ１と、測定終了端通過時刻ｔ２と、のそれぞれの時刻において、キャリア２０が別々の円弧軌跡上に回転される場合も想定される。この場合においても本実施形態に係る修正外周演算工程Ｓ４を適用することができる。すなわち、測定開始端Ａ、測定終了端Ｂ、及び既知のワークＷの半径によって、修正外周Ｃの位置を定めればよい。これによれば、測定開始端通過時刻ｔ１と、測定終了端通過時刻ｔ２と、が別々の円弧軌跡上に回転される場合においても、一律の基準を設けることができる。

次に、本実施形態に係る異常値除外工程Ｓ５について説明する。研磨されるワークＷ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Ｗの断面形状は上に凸の形状であり、ワークＷ外周では大きな変形部分（いわゆる"ダレ"形状）が見られる。研磨が進むと、ワークＷの全面形状は、平坦な形状となり、ワークＷ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Ｗの形状がだんだんと中心部が凹んだ形状となり、ワークＷ外周が切り上がり形状となる。したがって、本実施形態に係る断面形状測定方法は、これらの特徴から外れる厚さの時系列データＤ１を異常値として除外する異常値除外工程Ｓ５を備える構成としている。これによれば、異常値を除外した厚さの時系列データＤ４と、厚さの時系列データＤ４に対応する位置の時系列データＤ５と、厚さの時系列データＤ４に対応する距離の時系列データＤ６を取得することができる。

次に、厚さ演算工程Ｓ７を行う前工程として、本実施形態に係る移動平均処理工程Ｓ６を行う。移動平均処理工程Ｓ６は、あらかじめ定めた移動平均幅を、厚さの時系列データＤ４に対して適用するのではなく、位置の時系列データＤ５のＸ－Ｙ座標上又は極座標上のベクトルの差分ベクトルを順次加算した数列を利用する。具体的には、位置の時系列データＤ５の極座標上のベクトルの差分ベクトルを計算する。次に、差分ベクトルのノルムを順次加算した数列を差分ベクトルのノルムの距離とする。次に、移動平均幅を差分ベクトルのノルムの距離の軸方向に沿って移動していき、この移動が一定距離に達したときに所定の移動平均幅に含まれる差分ベクトルのノルムの距離に対応する厚さの時系列データＤ４の平均値を算出して出力する。好適な所定の移動平均幅としては、０ｍｍ＜（所定の移動平均幅）≦４ｍｍであり、さらに好適には、０ｍｍ＜（所定の移動平均幅）≦３ｍｍであり、さらに好適には、０ｍｍ＜（所定の移動平均幅）≦２ｍｍである。上述した移動平均処理を、移動平均幅に含まれる差分ベクトルのノルムの距離に対応するデータがなくなるまで繰り返す。得られた移動平均値を更新された厚さの時系列データＤ７とする。なお、移動平均幅に含まれるデータ数が奇数個の場合には、通常の移動平均処理の計算を行い、データ数が偶数個の場合には、次に移動平均幅に含まれるデータも用いる。また、データ数が偶数個の場合には、移動平均処理の計算をする際の両端のデータに０．５の重みづけをした移動平均処理を行うものとする。本実施形態に係る移動平均処理工程Ｓ６によれば、厚さの時系列データＤ４の特徴を保持し、且つ、位置の時系列データＤ５の粗密を考慮して、滑らかな多項式近似曲線を得ることができる。

次に、本実施形態に係る、距離の時系列データＤ６、及び厚さの時系列データＤ７によって、縦軸を厚さ、横軸を修正外周Ｃからの距離とする多項式近似曲線を演算する厚さ演算工程Ｓ７を行う。一例として、図１０に示すように、上述した＋側の修正外周Ｃからの各距離における多項式近似曲線を演算する。また、一例として、多項式近似曲線は２０次関数であり、最小二乗法などの公知の近似手法によって、多項式近似曲線の係数及び定数を演算する。

以上のように、本実施形態に係る断面形状測定方法及び両面研磨装置１０によれば、ワークＷが設定通りの軌跡上を通過しない場合でも、修正外周Ｃの位置を断面形状測定の位置を表す基準とすることにより、一律の基準によって断面形状測定を行うことができる。なお、一例として、本実施形態で得られた各多項式近似曲線の形状同士を比較することにより、各ワークＷの両面研磨工程が設定通りに行われているかどうかを把握することができる。

なお、以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、移動平均処理は、ベクトルのノルムに基づくものではなく、単に、データ数を基準とした移動平均処理であってもよい。

１０ 両面研磨装置
１２ 主本体部
１３ 下定盤
１４ 上定盤
２０ キャリア
３０ 厚さ測定部
３４ 厚さ測定センサ（プローブ）
４０ 制御部
４１ 位置データ演算部
４２ 修正外周演算部
４３ 異常値除外部
４４ 移動平均処理部
４５ 厚さ演算部
Ｓ１ 厚さ測定工程
Ｓ２ 測定端検出工程
Ｓ３ 位置データ演算工程
Ｓ４ 修正外周演算工程
Ｓ５ 異常値除外工程
Ｓ６ 移動平均処理工程
Ｓ７ 厚さ演算工程
Ａ 測定開始端
Ｂ 測定終了端
Ｃ 修正外周
ｔ１ 測定開始端通過時刻
ｔ２ 測定終了端通過時刻
Ｗ ワーク

Claims (10)

1. 下定盤と、上定盤と、前記下定盤及び前記上定盤の間に配置されたキャリアを具備する両面研磨装置における断面形状測定方法であって、
   前記上定盤もしくは下定盤のいずれかの定盤の測定孔に設けられて前記定盤と共に回転される厚さ測定センサによって、前記測定孔を通過する前記キャリアに保持されたワークの厚さのデータを測定し、前記ワークの厚さの時系列データを取得する厚さ測定工程と、
   次いで、キャリア検出センサによって測定開始端通過時刻、及び測定終了端通過時刻を取得し、記憶部に記憶されている前記キャリアの第１回転数と、前記測定開始端通過時刻、及び前記測定終了端通過時刻と、を対応付けることによって、前記ワークにおける前記厚さ測定センサの通過経路を前記通過経路の位置の時系列データとして演算する位置データ演算工程、又は、ロータリエンコーダによって、前記キャリアの第２回転数を取得し、前記第２回転数から算出される測定開始端通過時刻、及び測定終了端通過時刻と、記憶部に記憶されている前記キャリアの第１回転数と、を対応付けることによって、前記ワークにおける厚さ測定センサの通過経路を前記通過経路の位置の時系列データとして演算する位置データ演算工程と、
   次いで、前記位置の時系列データのＸ－Ｙ座標又は極座標の測定開始端と、前記位置の時系列データのＸ－Ｙ座標又は極座標の測定終了端と、前記ワークの半径によって、前記通過経路の位置を表す基準となる前記ワークの修正外周の位置を演算し、前記修正外周に基づいた距離を演算する修正外周演算工程と、を有することを特徴とする断面形状測定方法。
2. 前記修正外周に基づいた距離は、前記修正外周の径方向における、前記各位置の時系列データの前記修正外周からの距離であることを特徴とする請求項１記載の断面形状測定方法。
3. 前記修正外周演算工程を行う後工程として、前記各距離における厚さのデータの多項式近似曲線を演算する厚さ演算工程と、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の断面形状測定方法。
4. 前記厚さ演算工程の前工程として、厚さの時系列データの移動平均処理を行う移動平均処理工程を有することを特徴とする請求項３記載の断面形状測定方法。
5. 前記修正外周演算工程の後工程として、厚さの時系列データの異常値を除外する異常値除外工程を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の断面形状測定方法。
6. 前記厚さ測定センサは、レーザセンサ、光電センサ、又は超音波センサであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の断面形状測定方法。
7. 下定盤と、上定盤と、前記下定盤及び前記上定盤の間に配置された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下定盤のいずれかの定盤の測定孔に設けられて前記定盤と共に回転される厚さ測定センサによって、前記測定孔を通過する前記キャリアに保持されたワークの厚さのデータを測定し、前記ワークの厚さの時系列データを取得する厚さ測定部と、
   前記キャリアの第１回転数が記憶されている記憶部と、
   キャリア検出センサ、又はロータリエンコーダと、
   前記キャリア検出センサによって取得される測定開始端通過時刻、及び測定終了端通過時刻と、前記記憶部に記憶されている前記第１回転数と、を対応付けることによって、前記ワークにおける前記厚さ測定センサの通過経路を前記通過経路の位置の時系列データとして演算する位置データ演算部、又は、前記ロータリエンコーダによって取得される前記キャリアの第２回転数から算出される測定開始端通過時刻、及び測定終了端通過時刻と、前記記憶部に記憶されている前記第１回転数と、を対応付けることによって、前記ワークにおける厚さ測定センサの通過経路を前記通過経路の位置の時系列データとして演算する位置データ演算部と、
   前記位置の時系列データのＸ－Ｙ座標又は極座標の測定開始端と、前記位置の時系列データのＸ－Ｙ座標又は極座標の測定終了端と、前記ワークの半径によって、前記通過経路の位置を表す基準となる前記ワークの修正外周の位置を演算し、前記修正外周に基づいた距離を演算する修正外周演算部と、を有することを特徴とする両面研磨装置。
8. 前記修正外周に基づいた距離は、前記修正外周の径方向における、前記各位置の時系列データの前記修正外周からの距離であることを特徴とする請求項７記載の両面研磨装置。
9. 前記各距離における厚さのデータの多項式近似曲線を演算する厚さ演算部をさらに備えることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の両面研磨装置。
10. 前記厚さ測定センサは、レーザセンサ、光電センサ、又は超音波センサであることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項記載の両面研磨装置。

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