JPH10260015A

JPH10260015A - 光学式研磨量測定装置

Info

Publication number: JPH10260015A
Application number: JP6790497A
Authority: JP
Inventors: Yukio Eda; 幸夫江田; Nobuyuki Watanabe; 伸之渡辺
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨の最中の研磨対象物の研磨量を光学的手法
により高精度に測定できて、光学系のあおり角の調整が
短時間で行なえる研磨量測定装置を提供する。【解決手段】研磨量測定装置は測定光学系１００とモニ
ター用光学部材１５０を有している。モニター用光学部
材１５０は、ワークを保持するホルダー２０に固定さ
れ、ワークと等量研磨される。レーザー光源１０２から
射出された光はモニター用光学部材１５０に入射し、そ
の第一面１５２と第二面１５４からの反射光はビームス
プリッター１８２で二つの光束に分割され、一方はこれ
から干渉光を生成してモニター用光学部材１５０の研磨
量を求める干渉光生成部に入射し、他方はスポット位置
検出素子１８４に入射する。スポット位置検出素子１８
４は受光面に形成されるスポットの位置を示す信号を出
力し、スポット位置信号処理部１８６はこの信号に基づ
いてスポットの位置を求め、その情報を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッドや光学
素子等の研磨対象物の研磨量を光学的に測定する装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ヘッドや半導体ウェハや光学素子の
加工工程の中には研磨工程がある。研磨工程には高精度
の加工が要求され、研磨対象物は所定の研磨量に対して
厳しい精度で研磨される。

【０００３】研磨対象物の研磨量を求める方法の一つに
時間管理による方法がある。この方法では、研磨量を時
間の関数と見なし、一定の時間に研磨される量を予め調
べておき、実際に研磨に要した時間に基づいて研磨対象
物の研磨量を推測している。

【０００４】特開平５−１３８５２７号は、研磨対象物
を研磨する回転研磨板と、研磨対象物を保持するホルダ
ーと、ホルダーに設けられた検出部と、回転研磨板の研
磨面に垂直な方向における検出部の移動量を測定する光
学系とを備えた装置を開示している。この装置では、検
出部の移動量は研磨対象物の研磨量に等しいと想定して
おり、検出部の移動量を光学的に測定し、これを研磨対
象物の研磨量としている。

【０００５】特開平７−１５６０６６号は、研磨対象物
を研磨する回転研磨板と、研磨対象物を保持するホルダ
ーと、回転研磨板の研磨面に垂直な方向におけるホルダ
ーの上面の移動量を測定する光学系とを備えた装置を開
示している。この装置では、ホルダーの上面の移動量は
研磨対象物の研磨量に等しいと想定しており、ホルダー
の上面の移動量を光学的に測定し、これを研磨対象物の
研磨量としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】時間管理により研磨対
象物の研磨量を推定する方法では、適当な長さの研磨時
間を予め設定し、研磨時間が経過した後に、研磨対象物
をホルダーから取り外して、測定器を用いて実際の研磨
量を測定する。通常、予め設定する研磨時間は、研磨し
過ぎを避けるため、余裕を見積もった時間に設定され
る。そして、この作業を繰り返し行なうことで、実際の
研磨量を所望値に近づけていく。この方法を用いた研磨
工程は、その終了までに多くの時間を要してしまう。

【０００７】特開平５−１３８５２７号では検出部の移
動量が研磨対象物の研磨量に等しいと仮定しており、特
開平７−１５６０６６号はホルダーの上面の移動量が研
磨対象物の研磨量に等しいと仮定しているが、実際に
は、研磨対象物と回転研磨板の間には研磨液が存在し、
ホルダーは回転研磨板の研磨面に対してうねりをもって
運動しているため、前述の仮定は要求される加工精度を
満足する程には正確ではない。

【０００８】本発明の目的は、このような現状を考慮し
て成されたものであり、研磨工程の所要時間を引き延ば
すことなく、研磨対象物の研磨量を正確に測定する研磨
量測定装置を提供することである。別の言い方をすれ
ば、本発明の目的は、研磨の最中の研磨対象物の研磨量
を高精度に測定できる光学式研磨量測定装置を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、研磨手段によ
り研磨されている最中の研磨対象物の研磨量を光学的に
測定する光学式研磨量測定装置であり、研磨対象物と同
等に研磨されるモニター用光学部材と、モニター用光学
部材の研磨量を光学的に測定する測定部とを備えてお
り、モニター用光学部材は互いに平行な端面である第一
面と第二面を有し、第二面は研磨手段に接しており、第
一面に対する第二面の相対的な位置はモニター用光学部
材が研磨されることにより第一面に近づく方向に移動
し、測定部は、測定光を射出する光源手段と、測定光を
モニター用光学部材を介して研磨手段に照射する手段
と、モニター用光学部材の第一面からの反射光と第二面
からの反射光を二つの光束に分割する分割素子と、一方
の光束を受光して光束の位置を検出する光束位置検出部
と、他方の光束を受光して干渉信号を生成する干渉信号
生成部とを有し、光束位置検出部は受光する光束の位置
を検出し、干渉信号生成部は、第一面からの反射光と第
二面からの反射光の干渉に基づいて、モニター用光学部
材が研磨されたために生じた第一面に対する第二面の相
対的な移動量を測定する。

【００１０】本発明の光学式研磨量測定装置は、好適に
は、光束位置検出部は、受光した光束が受光面に形成す
るスポットの位置を示すスポット位置信号を出力するス
ポット位置検出素子と、スポット位置検出素子から出力
されるスポット位置信号に基づいてスポットの位置を求
め、その位置を示す情報を表示するスポット位置信号処
理部とを有している。

【００１１】本発明の光学式研磨量測定装置は、好適に
は、光源手段は偏光の測定光を射出し、モニター用光学
部材は、光学的に透明な平行平面板と、これに固定され
た遅相子とを備えており、例えば、この遅相子として、
位相板の一つである１／４波長板を用いた場合について
説明する。平行平面板は互いに平行な二つの端面を持
ち、１／４波長板は互いに平行な二つの端面を持ち、平
行平面板の一方の端面と１／４波長板の一方の端面は互
いに面して配置され、従って、１／４波長板の他方の端
面はモニター用光学部材の第一面に一致し、平行平面板
の他方の端面はモニター用光学部材の第二面に一致して
おり、このため、モニター用光学部材の第一面からの反
射光と第二面からの反射光は偏光の位相がπ異なり、従
って、スポット位置検出素子に入射する光束は互いに干
渉しない二つの偏光からなり、その結果、スポット位置
検出素子の受光面には良質なスポットが形成され、干渉
信号生成部は、モニター用光学部材からの反射光（第一
面からの反射光と第二面からの反射光）を第一の光束と
第二の光束とに分ける分割手段と、第一の光束から第一
の偏光成分を抽出して第一の干渉信号を得る第一の干渉
信号検出手段と、第一の光束から第二の偏光成分を抽出
して第二の干渉信号を得る第二の干渉信号検出手段と、
第二の光束から第三の偏光成分を抽出して第三の干渉信
号を得る第三の干渉信号検出手段と、第一の干渉信号と
第二の干渉信号と第三の干渉信号を基にしてモニター用
光学部材の第二面の移動量を算出する信号処理手段とを
備えており、ここに、第一の偏光成分と第二の偏光成分
は偏光面がπ／２異なり、第三の偏光成分は第一の偏光
成分または第二の偏光成分に対して偏光面がπ／４異な
っている。

【００１２】信号処理手段は、例えば、第一の干渉信号
と第二の干渉信号と第三の干渉信号に基づいて、互いの
位相がπ／２異なる第一の差動信号と第二の差動信号を
生成する手段を有している。例えば、第一の差動信号
は、第三の干渉信号と第一の干渉信号の差により得ら
れ、第二の差動信号は、第二の干渉信号と第三の干渉信
号の差により得られる。信号処理手段は、例えば、第一
の差動信号と第二の差動信号に基づいてリサージュを得
る手段と、リサージュに基づいてモニター用光学部材の
第二面の移動量を求める手段を有している。

【００１３】干渉信号生成部は、例えば、第二の光束か
ら第四の偏光成分を抽出して第四の干渉信号を得る第四
の干渉信号検出手段を更に備えており、信号処理手段
は、例えば、第一の干渉信号と第二の干渉信号と第三の
干渉信号と第四の干渉信号に基づいて、互いの位相がπ
／２異なる第一の差動信号と第二の差動信号を生成する
手段を有している。例えば、第一の差動信号は、第一の
干渉信号と第二の干渉信号の差により得られ、第二の差
動信号は、第三の干渉信号と第四の干渉信号の差により
得られる。信号処理手段は、例えば、第一の差動信号と
第二の差動信号に基づいてリサージュを得る手段と、リ
サージュに基づいてモニター用光学部材の第二面の移動
量を求める手段を有している。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。〔第一の実施の形態〕第一の実施の形態の研磨量測定装
置について図１〜図８を用いて説明する。図１は本実施
形態の研磨量測定装置を備えた研磨装置を概略的に示し
ている。図１において、研磨量測定装置は測定光学系１
００とモニター用光学部材１５０とで構成されている。

【００１５】図１に示されるように、研磨装置は、研磨
対象物である磁気ヘッド等のワーク５０を保持するホル
ダー２０と、ワーク５０を研磨するための回転研磨板１
２とを有している。研磨板１２は回転軸１４に固定され
ており、回転軸１４はモーター１６によって回転され
る。ホルダー２０は回転軸３０を介してホルダー支持部
３２に連結されており、ホルダー２０は自由に回転し得
るようにホルダー支持部３２に支持されている。

【００１６】ホルダー２０には、図示しない機構によっ
て、研磨対象物であるワーク５０とモニター用光学部材
１５０とが固定されている。モニター用光学部材１５０
は互いに平行な第一面１５２と第二面１５４を有し、ホ
ルダー２０はモニター用光学部材１５０の第一面１５２
を露出させる開口２２を有している。

【００１７】ワーク５０の研磨面５２とモニター用光学
部材１５０の第二面１５４は同一平面上に位置してい
る。研磨の間、研磨板１２の表面には研磨液が供給さ
れ、ワーク５０の研磨面５２とモニター用光学部材１５
０の第二面１５４は共に研磨液を介して研磨板１２に接
した状態に同様に維持される。その結果、ワーク５０と
モニター用光学部材１５０は等しく研磨される。

【００１８】ホルダー支持部３２の内部には、モニター
用光学部材１５０が研磨される量を干渉により測定する
測定光学系１００が設けられている。測定光学系１００
は、モニター用光学部材１５０と共働して、研磨量測定
装置を構成している。

【００１９】図２に示されるように、ホルダー支持部３
２はアーム３４の一端に取り付けられており、アーム３
４の他端は回転板３８に設けられた支柱３６に連結され
ており、これにより、ホルダー支持部３２は支柱３６を
軸にして揺動可能に支持されている。

【００２０】研磨の最中、ホルダー２０は、ホルダー支
持部３２に対して不定の周期で回転する。従って、測定
光学系１００からの射出光は、間欠的に、ホルダー２０
に形成された開口２２に入射する。

【００２１】ホルダー支持部３２は、軸３２ａと軸３２
ｂの周りに関する向きが調整可能にアーム３４によって
支持されており、測定光学系１００からの射出光がモニ
ター用光学部材１５０の第一面１５２と第二面１５４に
垂直に入射するようにホルダー２０に対する姿勢が調整
される。

【００２２】次に、図３を参照しながら、モニター用光
学部材１５０の構造と測定光学系１００の構成について
詳しく述べる。モニター用光学部材１５０は、光学的に
透明な光学ガラスからなる平行平面板１６０と、これに
固定された１／４波長板１６２とを有している。平行平
面板１６０は互いに平行な二つの端面を有し、１／４波
長板１６２は互いに平行な二つの端面を有している。平
行平面板１６０の一方の端面と１／４波長板の一方の端
面は互いに面しており、従って、１／４波長板１６２の
他方の端面はモニター用光学部材１５０の第一面１５２
に一致し、平行平面板１６０の他方の端面はモニター用
光学部材１５０の第二面１５４に一致する。

【００２３】測定光学系１００は、レーザー光源１０
２、偏光子１０４、１／４波長板１０６、三つの無偏光
ビームスプリッター１０８と１１２と１８２、二つの偏
光ビームスプリッター１１４と１１６、光検出器１２４
と１２６と１２８と１３０、信号処理部１４２、スポッ
ト位置検出素子１８４、スポット位置信号処理部１８６
を有している。ここで無偏光ビームスプリッターとは偏
光状態に関係無く単に光を分割するビームスプリッター
のことであり、本明細書では偏光ビームスプリッターと
明確に区別するためにこの様に記す。

【００２４】レーザー光源１０２から射出される光は一
般的な楕円偏光であり、これは偏光子１０４を通過して
直線偏光となり、１／４波長板１０６を通過して円偏光
となる。円偏光の測定光は（厳密にはその一部が）無偏
光ビームスプリッター１０８を通過し、モニター用光学
部材１５０に向かう。

【００２５】モニター用光学部材１５０に向かう光は円
偏光であり、以下の説明では右回りの円偏光とする。図
４に示されるように、モニター用光学部材１５０に到達
した光の一部は、第一面１５２で反射されて無偏光ビー
ムスプリッター１０８に戻る。残りの光は、モニター用
光学部材１５０に入射し、第二面１５４で反射されて無
偏光ビームスプリッター１０８に戻る。第一面１５２で
反射されて無偏光ビームスプリッター１０８に戻る光
は、右回りの円偏光のままであるが、第二面１５４で反
射されて無偏光ビームスプリッター１０８に戻る光は、
１／４波長板を二回通過するため、左回りの円偏光にな
る。

【００２６】モニター用光学部材１５０からの戻り光
は、右回りの円偏光の第一面１５２からの反射光と、左
回りの円偏光の第二面１５４からの反射光とを含んでお
り、これは（厳密にはその一部が）無偏光ビームスプリ
ッター１０８で反射された後、無偏光ビームスプリッタ
ー１８２によって二つの光束に分割される。分割された
光束の各々は右回りの円偏光と左回りの円偏光を含んで
いる。

【００２７】無偏光ビームスプリッター１８２を透過し
た光束は研磨量の測定に利用され、無偏光ビームスプリ
ッター１８２で反射された光束は測定光学系１００のあ
おり角を調整するアライメント作業に利用される。以下
では、まず研磨量の測定について述べ、次に測定光学系
１００のアライメントについて述べることにする。

【００２８】無偏光ビームスプリッター１８２を透過し
た光束は、無偏光ビームスプリッター１１２によって二
つの光束に分割される。分割された光束の各々は右回り
の円偏光と左回りの円偏光を含んでいる。

【００２９】無偏光ビームスプリッター１１２で反射さ
れた光束は、偏光ビームスプリッター１１４によって、
互いに直交する偏光成分に分離される。偏光ビームスプ
リッター１１４を透過した右回りの円偏光の偏光成分と
左回りの円偏光の偏光成分は互いに干渉して光検出器１
２４に入射し、光検出器１２４は入射した干渉光の強度
に応じた第一の干渉信号Ｉ₁₂₄ を信号処理部１４２に出
力する。また、偏光ビームスプリッター１１４で反射さ
れた右回りの円偏光の偏光成分と左回りの円偏光の偏光
成分は互いに干渉して光検出器１２６に入射し、光検出
器１２６は入射した干渉光の強度に応じた第二の干渉信
号Ｉ₁₂₆ を信号処理部１４２に出力する。第一の干渉信
号Ｉ₁₂₄ と第二の干渉信号Ｉ₁₂₆ は位相がπ異なり、信
号処理部１４２はこれらの干渉信号Ｉ₁₂₄ とＩ₁₂₆ に基
づいてオフセットの無い第一の差動信号Ｉ_A ＝Ｉ₁₂₄ −
Ｉ₁₂₆ を得る。

【００３０】無偏光ビームスプリッター１１２を透過し
た光束は、偏光ビームスプリッター１１６によって、互
いに直交する偏光成分に分離される。偏光ビームスプリ
ッター１１６を透過した右回りの円偏光の偏光成分と左
回りの円偏光の偏光成分は互いに干渉して光検出器１２
８に入射し、光検出器１２８は入射した干渉光の強度に
応じた第三の干渉信号Ｉ₁₂₈ を信号処理部１４２に出力
する。また、偏光ビームスプリッター１１６で反射され
た右回りの円偏光の偏光成分と左回りの円偏光の偏光成
分は互いに干渉して光検出器１３０に入射し、光検出器
１３０は入射した干渉光の強度に応じた第四の干渉信号
Ｉ₁₃₀ を信号処理部１４２に出力する。第三の干渉信号
Ｉ₁₂₈ と第四の干渉信号Ｉ₁₃₀ は位相がπ異なり、信号
処理部１４２はこれらの干渉信号Ｉ₁₂₈ とＩ₁₃₀ に基づ
いてオフセットの無い第二の差動信号Ｉ_B ＝Ｉ₁₂₈ −Ｉ
₁₃₀ を得る。

【００３１】モニター用光学部材１５０は、その下端が
ワーク５０と等しく研磨され、その結果、第二面１５４
は第一面１５２に接近する。第一面１５２に対する第二
面１５４の移動量は、モニター用光学部材１５０が研磨
された量であり、これは、ワーク５０が研磨された量に
等しい。従って、第一〜第四の干渉信号Ｉ₁₂₄ 〜Ｉ₁₃₀
は共に、レーザー光の波長をλ、光学ガラス１６０の屈
折率をｎとして、λ／２ｎの周期を持つ研磨量Δｄの関
数となる。

【００３２】前述したように、ホルダー２０はホルダー
支持部３２に対して不定の周期で回転しているため、モ
ニター用光学部材１５０へのレーザー光の入射は間欠的
である。従って、光検出器１２４〜１３０で検出される
干渉光強度は、時間的に不連続な情報である。しかし、
ホルダー２０の平均的な回転数はモニター用光学部材１
５０すなわちワーク５０が研磨されるレートに比べて非
常に大きいので、光検出器１２４〜１３０で検出される
干渉信号Ｉ₁₂₄ 〜Ｉ₁₃₀ は、実質的に研磨量Δｄの連続
関数と見なすことができる。

【００３３】偏光ビームスプリッター１１４と偏光ビー
ムスプリッター１１６は、その光学軸がπ／４異なって
配置されている。従って、図５に示されるように、右回
りの円偏光（実線で示される）と左回りの円偏光（破線
で示される）は、偏光ビームスプリッター１１４におい
てはξ₁ 軸方向の偏光成分とη₁ 軸方向の偏光成分とに
分離され、偏光ビームスプリッター１１６においてはξ
₂ 軸方向の偏光成分とη₂ 軸方向の偏光成分とに分離さ
れる。従って、図６に示されるように、第一の差動信号
Ｉ_A と第二の差動信号Ｉ_B は互いの位相がπ／２異な
り、それぞれλ／２ｎの周期を持つ研磨量Δｄの関数と
なる。

【００３４】信号処理部１４２は電気的内挿回路を含ん
でおり、第一の差動信号Ｉ_A と第二の差動信号Ｉ_B に基
づいて図７に示されるリサージュを得る。研磨量Δｄ
は、リサージュ信号の位相変化Δθとの間にΔθ＝４ｎ
πΔｄ／λの関係があり、リサージュ信号の位相変化Δ
θの分解能で求められる。

【００３５】次に、測定光学系１００のアライメント作
業について述べる。測定光学系１００から射出されたレ
ーザー光は、モニター用光学部材１５０の第一面１５２
と第二面１５４に垂直に入射することが望ましい。

【００３６】その第一の理由は、レーザー光がモニター
用光学部材１５０の第一面１５２と第二面１５４に垂直
に入射した場合には、第一面１５２からの反射光と第二
面１５４からの反射光が完全に重なるため、光検出器１
２４〜１３０で検出される干渉信号の振幅が最も大きく
なり、その結果、図６において、研磨量Δｄの関数とし
て表される二つの差動信号Ｉ_A とＩ_B の振幅が大きくな
るからである。

【００３７】第二の理由は、測定光学系１００からのレ
ーザー光がモニター用光学部材１５０の第一面１５２と
第二面１５４に垂直に入射しない場合にも干渉信号を得
るためには、無偏光ビームスプリッター１１２や光検出
器１２４〜１３０を大型化する必要に迫られ、このため
測定光学系１００が大きなものとなってしまうからであ
る。大きな測定光学系１００は、研磨量測定装置の大型
化を招き、研磨機の限られた空間に設置する上で不利と
なるほか、それ自体の価格も高いものとなってしまう。

【００３８】このような理由から、測定光学系１００か
ら射出されるレーザー光がモニター用光学部材１５０の
第一面１５２と第二面１５４に垂直に入射するように、
測定光学系１００のあおり角の調整（アライメント作
業）が行なわれる。このアライメント作業は、測定光学
系１００を収容しているホルダー支持部３２を軸３２ａ
周りの角度調整と軸３２ｂ周りの角度調整を行なうこと
により、モニター用光学部材１５０を保持しているホル
ダー２０に対するホルダー支持部３２の姿勢を調整する
ことで行なわれる。

【００３９】アライメント作業は頻繁に行なわれる。研
磨工程では、研磨の内容に応じて研磨板１２が頻繁に交
換される。一般に研磨板１２は、研磨が進むにつれて、
荒研磨用のものから徐々に仕上げ研磨用のものへと切り
換えられ、ワーク５０の研磨が完了するまでには数種類
が使用される。このように用意される数種類の研磨板は
必ずしも同じ厚さではないので、一般には研磨板１２の
交換の度にアーム３４（図２参照）の角度は変化する。
このため、アライメント作業は研磨板１２の交換の度に
行なわれる。

【００４０】従って、アライメント作業を効率良く行な
うことは、全体的な研磨作業の短縮に有効である。アラ
イメント作業の効率化は生産性の向上にとって重要な要
因である。

【００４１】測定光学系１００は、図３において、アラ
イメント作業の効率化を達成するため、モニター用光学
部材１５０の第一面１５２と第二面１５４からの反射光
からなる光束の位置を検出する光束位置検出手段を備え
ている。光束位置検出手段は、より詳しくは、正しくア
ライメントされた測定光学系１００、言い換えれば、そ
の射出光がモニター用光学部材１５０の第一面１５２と
第二面１５４に垂直に入射する測定光学系１００の光軸
を基準とし、この基準の光軸に対する入射光束の相対的
な位置を検出する。

【００４２】光束位置検出手段は、具体的には、無偏光
ビームスプリッター１８２で反射された光束を受光し、
その受光面に形成されるスポットの位置に応じた信号を
出力するスポット位置検出素子１８４と、スポット位置
検出素子１８４から出力されるスポット位置信号に基づ
いてスポットの位置を求め、これを示す情報を表示して
アライメント作業者に知らせるスポット位置信号処理部
１８６とを有している。スポット位置検出素子１８４と
しては、光位置検出素子（ＰＳＤ）や四分割フォトダイ
オードやラインセンサーなどが使用できる。

【００４３】前述したように、モニター用光学部材１５
０の第一面１５２からの反射光と第二面１５４からの反
射光は、無偏光ビームスプリッター１０８で反射された
後、無偏光ビームスプリッター１８２によって二つの光
束に分割される。無偏光ビームスプリッター１８２で反
射された光束は、スポット位置検出素子１８４に入射す
る。無偏光ビームスプリッター１８２で反射された光束
は、右回りの円偏光と左回りの円偏光を含んでおり、両
者は互いに干渉しないので、スポット位置検出素子１８
４の受光面には、その強度がガウス分布に従っている良
質なスポットが形成される。

【００４４】図８（Ａ）に示されるように、測定光学系
１００から射出されるレーザー光がモニター用光学部材
１５０の第一面１５２と第二面１５４に垂直に入射して
いる場合、無偏光ビームスプリッター１８２で反射され
た光束はスポット位置検出素子１８４の中央に入射す
る。従って、スポットはスポット位置検出素子１８４の
受光面の中央に形成される。

【００４５】一方、図８（Ｂ）に示されるように、測定
光学系１００から射出されるレーザー光がモニター用光
学部材１５０の第一面１５２と第二面１５４に斜めに入
射している場合、無偏光ビームスプリッター１８２で反
射された光束はスポット位置検出素子１８４の中央を外
れて入射する。従って、スポットはスポット位置検出素
子１８４の受光面の中央から外れた位置に形成される。
スポットの中央からのずれ量とその方向は、レーザー光
のモニター用光学部材１５０の第一面１５２と第二面１
５４に対するレーザー光の傾斜の方向と傾斜の角度に依
存している。

【００４６】スポット位置信号処理部１８６は、スポッ
ト位置検出素子１８４から出力される光束の入射位置す
なわちスポットの位置を示すスポット位置信号に基づい
て、スポット位置検出素子１８４の受光面の中心に対す
るスポットの相対的な位置を求め、例えば、それを示す
座標や二次元的な画像として表示する。アライメント作
業者は、座標の数値やスポットの画像を見ながら、スポ
ットがスポット位置検出素子１８４の中央に来るよう
に、ホルダー支持部３２を軸３２ａ周りと軸３２ｂ周り
に関して角度調整して、測定光学系１００のあおり角を
調整する。

【００４７】このように、測定光学系１００のアライメ
ント作業は、スポット位置信号処理部１８６によってリ
アルタイムで表示されるスポット位置検出素子１８４に
入射する光束の入射位置を見ながら行なわれるので、短
時間の内に行なえる。この結果、全体的な研磨作業に要
する時間が短縮され、例えば磁気ヘッドの生産性が向上
される。

【００４８】〔第二の実施の形態〕第二の実施の形態の
研磨量測定装置について図９を用いて説明する。研磨量
測定装置は、図９において、測定光学系１００とモニタ
ー用光学部材１５０とで構成されている。

【００４９】図９に示されるように、モニター用光学部
材１５０は、互いに平行な第一面１５２と第二面１５４
を有している。モニター用光学部材１５０は、図９には
図示されていないが、前述の実施の形態と同様にホルダ
ーに固定されている。

【００５０】モニター用光学部材１５０は、光学的に透
明な光学ガラスからなる平行平面板１６０と、これに接
着された１／４波長板１６２とを有している。平行平面
板１６０は互いに平行な二つの端面を有し、１／４波長
板１６２は互いに平行な二つの端面を有し、平行平面板
１６０の一方の端面と１／４波長板の一方の端面は接着
されており、従って、１／４波長板１６２の他方の端面
はモニター用光学部材１５０の第一面１５２に一致し、
平行平面板１６０の他方の端面はモニター用光学部材１
５０の第二面１５４に一致する。このため、モニター用
光学部材１５０の第一面１５２で反射された光と第二面
１５４で反射された光とでは、偏光の位相がπ／２異な
る。

【００５１】測定光学系１００は、レーザー光源１０
２、偏光子１０４、１／４波長板１１０、二つの無偏光
ビームスプリッター１０８と１１２、偏光子１１８、偏
光ビームスプリッター１２０、光検出器１３２と１３４
と１３６、信号処理部１４４を有している。さらに、測
定光学系１００は、アライメント作業の効率化を図るた
めの光束の位置を検出する手段として、無偏光ビームス
プリッター１８２とスポット位置検出素子１８４とスポ
ット位置信号処理部１８６とを有している。

【００５２】レーザー光源１０２から射出される光は一
般的な楕円偏光であり、これは偏光子１０４を通過して
直線偏光となる。この直線偏光（厳密にはその一部が）
は無偏光ビームスプリッター１０８を通過し、モニター
用光学部材１５０に向かう。

【００５３】ここで、偏光子１０４は、説明のため、紙
面に垂直な透過軸を持つものとする。従って、偏光子１
０４の通過により生成された直線偏光は紙面に直交する
偏光面を持つ。また、以下の説明では、紙面に直交する
偏光面を持つ直線偏光は縦偏光と記し、紙面に平行な偏
光面を持つ直線偏光は横偏光と記す。

【００５４】モニター用光学部材１５０に到達した光の
一部は、第一面１５２で反射されて無偏光ビームスプリ
ッター１０８に戻る。残りの光は、モニター用光学部材
１５０に入射し、第二面１５４で反射されて無偏光ビー
ムスプリッター１０８に戻る。第一面１５２で反射され
て無偏光ビームスプリッター１０８に戻る光は、縦偏光
のままであるが、第二面１５４で反射されて無偏光ビー
ムスプリッター１０８に戻る光は、１／４波長板を二回
通過するため、横偏光になる。

【００５５】モニター用光学部材１５０からの戻り光
は、第一面１５２からの反射光である縦偏光と、第二面
１５４からの反射光である横偏光とを含んでおり、これ
は（厳密にはその一部が）無偏光ビームスプリッター１
０８で反射された後、無偏光ビームスプリッター１８２
によって二つの光束に分割される。無偏光ビームスプリ
ッター１８２を透過した光束はモニター用光学部材１５
０の研磨量の測定に利用され、無偏光ビームスプリッタ
ー１８２で反射された光束は測定光学系１００のアライ
メント作業に利用される。

【００５６】測定光学系１００のアライメント作業は第
一の実施の形態と全く同様にして行われる。つまり、無
偏光ビームスプリッター１８２で反射された光束は、ス
ポット位置検出素子１８４に入射して、その受光面にス
ポットを形成し、スポット位置検出素子１８４はスポッ
トの位置に応じた信号をスポット位置信号処理部１８６
に出力し、スポット位置信号処理部１８６はスポット位
置信号に基づいてスポットの位置を求め、その情報を表
示し、アライメント作業者はその情報を見ながらホルダ
ー支持部３２の姿勢を調整する。

【００５７】アライメント作業については、第一の実施
の形態において既に詳しく述べてあるので、これ以上の
説明はここでは省くことにする。以下、研磨量の測定に
ついて述べる。

【００５８】無偏光ビームスプリッター１８２を透過し
た光束は、１／４波長板１１０に入射する。１／４波長
板１１０を通過した光は、縦偏光と横偏光は互いに逆回
りの円偏光となるため、右回りの円偏光と左回りの円偏
光を含んでおり、これは無偏光ビームスプリッター１１
２によって二つの光束に分割される。

【００５９】無偏光ビームスプリッター１１２を透過し
た光束は、偏光ビームスプリッター１２０によって、互
いに直交する第一の偏光成分と第二の偏光成分とに分離
される。偏光ビームスプリッター１２０を透過した右回
りの円偏光の偏光成分と左回りの円偏光の偏光成分（右
回り円偏光と左回り円偏光の第一の偏光成分）は互いに
干渉して光検出器１３２に入射し、光検出器１３２は入
射した干渉光の強度に応じた第一の干渉信号Ｉ₁₃₂ を信
号処理部１４４に出力する。また、偏光ビームスプリッ
ター１２０で反射された右回りの円偏光の偏光成分と左
回りの円偏光の偏光成分（右回り円偏光と左回り円偏光
の第二の偏光成分）は互いに干渉して光検出器１３４に
入射し、光検出器１３４は入射した干渉光の強度に応じ
た第二の干渉信号Ｉ₁₃₄ を信号処理部１４４に出力す
る。

【００６０】無偏光ビームスプリッター１１２で反射さ
れた光束は、紙面に対して４５°の透過軸を持つ偏光子
１１８に入射し、その透過軸方向の偏光成分だけが偏光
子１１８を通過する。偏光子１１８を通過した右回りの
円偏光の偏光成分と左回りの円偏光の偏光成分（右回り
円偏光と左回り円偏光の第三の偏光成分）は互いに干渉
して光検出器１３６に入射し、光検出器１３６は入射し
た干渉光の強度に応じた第三の干渉信号Ｉ₁₃₆ を信号処
理部１４４に出力する。

【００６１】信号処理部１４４は、干渉信号Ｉ₁₃₂ とＩ
₁₃₄ とＩ₁₃₆ に基づいて、第一の差動信号Ｉ_A ＝Ｉ₁₃₆
−Ｉ₁₃₂ と第二の差動信号Ｉ_B ＝Ｉ₁₃₄ −Ｉ₁₃₆ を得
る。第一の差動信号Ｉ_A と第二の差動信号Ｉ_B は、互い
の位相がπ／２異なり、それぞれλ／２ｎの周期を持つ
研磨量Δｄの関数となる。信号処理部１４４は、第一の
実施の形態と同様に、第一の差動信号Ｉ_A をｘ軸にとり
第二の差動信号Ｉ_B をｙ軸にとって得られるリサージュ
に基づいて研磨量Δｄを求める。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、研磨の最中の研磨対象
物の研磨量を高精度に測定できる光学式研磨量測定装置
が提供される。これにより、一定時間の間に研磨された
研磨対象物における良品の割合が高まり、生産性の向上
に貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施の形態の光学式研磨量測定装置の構
成を示す図である。

【図２】図１に示される研磨量測定装置を備えた研磨装
置の全体構成を示す斜視図である。

【図３】図１に示される測定光学系の構成とモニター用
光学部材の構造を詳しく示す図である。

【図４】図３のモニター用光学部材における反射の様子
を示す図である。

【図５】図３に図示される二つの偏光ビームスプリッタ
ーにより生成される四つの偏光成分を相互の関係を示す
図である。

【図６】図３の信号処理部において求められる二つの差
動信号の相互の関係を示す図である。

【図７】図６の二つの差動信号に基づいて描かれるリサ
ージュを示す図である。

【図８】射出光がモニター用光学部材の端面に垂直に入
射している測定光学系（Ａ）と射出光がモニター用光学
部材の端面に斜めに入射している測定光学系（Ｂ）を示
す図である。

【図９】第二の実施の形態の光学式研磨量測定装置の構
成を示す図である。

【符号の説明】

１００測定光学系１０２レーザー光源１０４偏光子１０６１／４波長板１０８無偏光ビームスプリッター１１４偏光ビームスプリッター１１６偏光ビームスプリッター１２４光検出器１２６光検出器１２８光検出器１３０光検出器１４２信号処理部１５０モニター用光学部材１５２第一面１５４第二面１６０光学ガラス１６２１／４波長板１８２無偏光ビームスプリッター１８４スポット位置検出素子１８６スポット位置信号処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨手段により研磨されている最中の研磨
対象物の研磨量を光学的に測定する光学式研磨量測定装
置であり、研磨対象物と同等に研磨されるモニター用光学部材と、モニター用光学部材の研磨量を光学的に測定する測定部
とを備えており、モニター用光学部材は互いに平行な端面である第一面と
第二面を有し、第二面は研磨手段に接しており、第一面
に対する第二面の相対的な位置はモニター用光学部材が
研磨されることにより第一面に近づく方向に移動し、測定部は、測定光を射出する光源手段と、測定光をモニ
ター用光学部材を介して研磨手段に照射する手段と、モ
ニター用光学部材の第一面からの反射光と第二面からの
反射光を二つの光束に分割する分割素子と、一方の光束
を受光して光束の位置を検出する光束位置検出部と、他
方の光束を受光して干渉信号を生成する干渉信号生成部
とを有し、光束位置検出部は受光する光束の位置を検出し、干渉信号生成部は、第一面からの反射光と第二面からの
反射光の干渉に基づいて、モニター用光学部材が研磨さ
れたために生じた第一面に対する第二面の相対的な移動
量を測定する、光学式研磨量測定装置。
【請求項２】請求項１において、光束位置検出部は、受光した光束が受光面に形成するス
ポットの位置を示すスポット位置信号を出力するスポッ
ト位置検出素子と、スポット位置検出素子から出力され
るスポット位置信号に基づいてスポットの位置を求め、
その位置を示す情報を表示するスポット位置信号処理部
とを有している、光学式研磨量測定装置。
【請求項３】請求項２において、光源手段は偏光の測定光を射出し、モニター用光学部材は、光学的に透明な平行平面板と、
これに固定された遅相子とを備えており、平行平面板は
互いに平行な二つの端面を持ち、遅相子は互いに平行な
二つの端面を持ち、平行平面板の一方の端面と遅相子の
一方の端面は互いに面して配置され、従って、遅相子の
他方の端面はモニター用光学部材の第一面に一致し、平
行平面板の他方の端面はモニター用光学部材の第二面に
一致しており、このため、モニター用光学部材の第一面
からの反射光と第二面からの反射光は偏光の位相が異な
り、従って、スポット位置検出素子に入射する光束は互
いに干渉しない二つの偏光からなり、その結果、スポッ
ト位置検出素子の受光面には良質なスポットが形成さ
れ、干渉信号生成部は、モニター用光学部材からの反射光
（第一面からの反射光と第二面からの反射光）を第一の
光束と第二の光束とに分ける分割手段と、第一の光束か
ら第一の偏光成分を抽出して第一の干渉信号を得る第一
の干渉信号検出手段と、第一の光束から第二の偏光成分
を抽出して第二の干渉信号を得る第二の干渉信号検出手
段と、第二の光束から第三の偏光成分を抽出して第三の
干渉信号を得る第三の干渉信号検出手段と、第一の干渉
信号と第二の干渉信号と第三の干渉信号を基にしてモニ
ター用光学部材の第二面の移動量を算出する信号処理手
段とを備えており、ここに、第一の偏光成分と第二の偏
光成分と第三の偏光成分は偏光面が異なっている、光学
式研磨量測定装置。