JP7630880B2

JP7630880B2 - 計測装置及び加工装置

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Publication number: JP7630880B2
Application number: JP2021047253A
Authority: JP
Inventors: 健人川澄; 展之木村
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Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2025-02-18
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: JP2022146346A

Description

本発明は、被測定物の高さ又は厚さを計測可能な計測装置と、当該計測装置を備える加工装置と、に関する。

表面側にデバイスが形成された半導体ウェーハは、切削装置、レーザー加工装置等の加工装置によって個々のデバイスチップに分割される前に、半導体ウェーハの裏面側が研削装置によって研削され、所定の厚さに薄化される。

薄化された半導体ウェーハの厚さは、例えば、分光干渉式の計測装置によって測定される（例えば、特許文献１参照）。半導体ウェーハの厚さを計測する計測装置としては、この他にも、１×２型の光ファイバーカプラを用いて光源からの光を被測定物の上面へ集光させ、当該上面からの反射光を分光する装置も存在する（例えば、特許文献２参照）。

しかし、１×２型の光ファイバーカプラを用いると、光ファイバーの終端部で戻り光の略半分が失われてしまう。そこで、戻り光のロスを低減するために、２×２型の光ファイバーカプラを用いて、被測定物の厚さを測定する計測装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特許文献３に記載の計測装置では、２×２型の光ファイバーカプラを用いて光源からの光を２つのヘッド部に分岐させると共に、各ヘッド部からの戻り光を、１つの分光器で分光した後に１つの撮像素子で受光する。

但し、戻り光とヘッド部との対応関係を特定するために、第１のヘッド部には所定の波長帯域の光を透過させる第１の光学フィルタが配置され、第２のヘッド部には所定の波長帯域とは異なる波長帯域の光を透過させる第２の光学フィルタが配置されている。

特開２０１１－１２２８９４号公報国際公開第２０１５／１９９０５４号特開２０１４－１７８２８７号公報

この様に、ヘッド部毎に異なる透過波長帯域の光学フィルタを配置すると、ヘッド部の数が増えるにつれて、各ヘッド部における波長の測定レンジが狭くなるという問題がある。

本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、１つのヘッド部当たりの測定波長帯域を狭めることなく、且つ、２つ以上のヘッド部を用いて二点以上の多点で、被測定物の上面の高さ等を計測することを目的とする。

本発明の一態様によれば、被測定物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被測定物の高さ又は厚さを計測可能な計測ユニットと、を有する計測装置であって、該計測ユニットは、所定の波長帯域の光を発する光源部と、該光源部が発した光を伝送する第１の光ファイバーと、該第１の光ファイバーによって伝送された光を少なくとも２つの測定用光ファイバーへと分岐する分岐部と、該分岐部で分岐された光を該被測定物に集光させる集光器をそれぞれ含む複数のヘッド部を有するヘッドユニットと、該第１の光ファイバーに対して該分岐部で分岐されており、該被測定物で反射された各該測定用光ファイバーからの戻り光を伝送する第２の光ファイバーと、該第２の光ファイバーによって伝送された各測定用光ファイバーからの戻り光を分光する分光器と、該分光器で分光された光を受光する受光部と、を有する分光ユニットと、を有し、該計測装置は、該受光部で受光された各ヘッド部からの戻り光の波長の差異が反映された、波長及び受光信号の強度のグラフにおける戻り光の重なりの程度に基づいて、各集光器から該被測定物に照射された光の集光点における該被測定物の高さ又は厚さのばらつきを評価する評価部を更に備える計測装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、被測定物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被測定物の高さ又は厚さを計測可能な計測ユニットと、を有する計測装置と、スピンドルを有し、該スピンドルの下端部に装着され該被測定物を加工する加工工具を有する加工ユニットと、プロセッサを有し、該計測装置及び該加工ユニットの動作を制御する制御部と、を備え、該計測ユニットは、所定の波長帯域の光を発する光源部と、該光源部が発した光を伝送する第１の光ファイバーと、該第１の光ファイバーによって伝送された光を少なくとも２つの測定用光ファイバーへと分岐する分岐部と、該分岐部で分岐された光を該被測定物に集光させる集光器をそれぞれ含む複数のヘッド部を有するヘッドユニットと、該第１の光ファイバーに対して該分岐部で分岐されており、該被測定物で反射された各該測定用光ファイバーからの戻り光を伝送する第２の光ファイバーと、該第２の光ファイバーによって伝送された各測定用光ファイバーからの戻り光を分光する分光器と、該分光器で分光された光を受光する受光部と、を有する分光ユニットと、を有し、該制御部は、該受光部で受光された各ヘッド部からの戻り光の波長の差異が反映された、波長及び受光信号の強度のグラフにおける戻り光の重なりの程度に基づいて、各集光器から該被測定物に照射された光の集光点における該被測定物の高さ又は厚さのばらつきを評価する評価部を有し、該制御部は、該被測定物を該加工工具で加工しながら該被測定物の高さ又は厚さのばらつきを評価する加工装置が提供される。

本発明の一態様に係る計測装置では、各測定用光ファイバーからの戻り光を分光ユニットで分光する。各戻り光のピーク波長が互いに離れている場合は、受光信号に複数の山が形成されるが、ピーク波長が互いに接近するにつれて受光信号の山は１つになる。

計測装置の評価部は、各ヘッド部からの戻り光の波長（ピーク波長）の差異に基づいて形成される受光信号から、被測定物の高さ又は厚さのばらつきを評価する。それゆえ、各ヘッド部に異なる透過波長帯域の光学フィルタを設けることなく、二点以上の多点で、被測定物の高さ又は厚さのばらつきを評価できる。

計測装置の概要図である。分光ユニットの概要図である。図３（Ａ）は受光信号の一例を示す図であり、図３（Ｂ）は受光信号の他の例を示す図である。補助記憶装置に予め記憶された複数の信号波形を示す図である。研磨装置の斜視図である。図６（Ａ）はチャックテーブル及び研磨パッドの一部断面側面図であり、図６（Ｂ）は集光点と研磨パッドとの位置関係の一例を示す図である。図７（Ａ）は研磨前の受光信号の一例を示す図であり、図７（Ｂ）は研磨後の受光信号の一例を示す図である。研磨領域の調整前後での被測定物と集光点の各位置とを示す図である。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る計測装置２の概要図である。図１では、計測装置２の構成要素のいくつかを機能ブロックで示す。なお、図１に示すＺ軸方向は、鉛直方向であり、それぞれＺ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向は、水平方向を構成する。

計測装置２は、被測定物１１の上面１１ａの高さや、被測定物１１の厚さ１１ｃを計測する。計測装置２は、例えば、加工装置（研磨装置、研削装置等）に搭載される。但し、本実施形態の計測装置２は、加工装置の付属物ではなく、加工装置とは別個独立の装置である。

計測装置２は、チャックテーブル（保持ユニット）４を有する。チャックテーブル４の下部には、チャックテーブル４を所定方向に回転させるモーター等の回転駆動源（不図示）が連結されている。チャックテーブル４は、円板状の枠体を有する。

枠体の下部には、エジェクタ等の吸引源（不図示）で発生させた負圧をポーラス板に作用させるための流路（不図示）が形成されている。枠体の上部には、円板状の凹部が形成されており、この凹部には円板状のポーラス板（不図示）が固定されている。

ポーラス板の上面と、枠体の上面とは、略面一であり、略平坦な保持面４ａを構成している。保持面４ａは、被測定物１１の下面１１ｂ側を吸引保持する。被測定物１１は、例えばシリコンウェーハである。

被測定物１１の下面１１ｂ側が保持面４ａで吸引保持されると、下面１１ｂとは反対側に位置する上面１１ａが、上方に露出する。上面１１ａには、計測ユニット６の各ヘッド部１８ａ、１８ｂ（詳しくは後述する）から測定光１３が照射される。

計測ユニット６は、光源部８を有する。本実施形態の光源部８は、励起光源（不図示）を含む。励起光源は、例えば、青色（例えば、波長λ＝４５０ｎｍ）の光を発するレーザーダイオード（Laser Diode：ＬＤ）を有する。

励起光は、レンズ、プリズム等の所定の光学系を経て、蛍光体へ照射される。蛍光体は、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体（一例において、（(Ｙ，Ｇｄ)_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ））であり、励起光を吸収し、緑、黄色、赤色等の光を含む所定の波長帯域（例えば、５００ｎｍから７００ｎｍ）の光を発する。

蛍光体から生じた光は、光源部８の集光レンズ（不図示）を経て、２×２型の光ファイバーカプラ１０の第１のポートに対応する第１の光ファイバー１２の一端部へ集光され、測定光１３として第１の光ファイバー１２によって分岐部１４へ伝送される。

光ファイバーカプラ１０は、例えば、２本の光ファイバーの一部を融着延伸することで形成されている。分岐部１４に対して第１の光ファイバー１２の反対側には、光ファイバーカプラ１０の第３のポート、第４のポートを構成する２つの測定用光ファイバー１６ａ、１６ｂが設けられている。

光源部８からの所定の波長帯域の光は、分岐部１４から２つの測定用光ファイバー１６ａ、１６ｂへ、例えば、５０：５０の比率で、分岐される。測定用光ファイバー１６ａは、ヘッド部１８ａに接続されている。

ヘッド部１８ａは、その内部に集光器２０ａを有する。本実施形態の集光器２０ａは、色収差レンズを有する。集光器２０ａの軸上色収差により、集光器２０ａを通過した光の集光点１３ａの高さ位置は、光の波長に応じて変化する。

具体的には、長波長成分ほど、集光器２０ａから離れた位置で集光し、短波長成分ほど、集光器２０ａに近い位置で集光する。なお、集光器２０ａは、色収差レンズに代えて、回折光学素子及び集光レンズを有してもよい。この場合、長波長成分ほど、集光器２０ａに近い位置で集光し、短波長成分ほど、集光器２０ａから離れた位置で集光する。

集光器２０ａから被測定物１１へ照射された測定光１３の一部は、上面１１ａで反射された後、戻り光１５として、再度、集光器２０ａを経て測定用光ファイバー１６ａへ戻る。戻り光１５の波長は、集光器２０ａから被測定物１１の上面１１ａまでの距離に対応する。

なお、測定用光ファイバー１６ａには、上面１１ａで集光した波長成分が主として通過し、上面１１ａで集光しなかった波長成分は、測定用光ファイバー１６ａによりほぼ遮られる。この様に、ヘッド部１８ａでは、共焦点光学系が構成されている。

但し、共焦点光学系が構成されていれば、ヘッド部１８ａの構成は、図１に示す形態に限定されない。例えば、集光器２０ａと測定用光ファイバー１６ａとの間に、追加の集光レンズを設けてもよい。

測定用光ファイバー１６ｂは、ヘッド部１８ｂに接続されている。なお、本明細書では、ヘッド部１８ａ及びヘッド部１８ｂを合わせて、ヘッドユニット１８と称する。ヘッド部１８ｂも、同様に、色収差レンズを含む集光器２０ｂを有し、測定用光ファイバー１６ｂと共に、共焦点光学系を構成している。

集光器２０ｂの軸上色収差により、集光器２０ｂを通過した光の集光点１３ｂの高さ位置は、波長に応じて変化する。集光器２０ｂから被測定物１１へ照射された測定光１３の一部も、同様に、上面１１ａで反射された後、戻り光１５として、集光器２０ｂを経て測定用光ファイバー１６ｂへ戻る。

戻り光１５の波長は、集光器２０ｂから被測定物１１の上面１１ａまでの距離に対応している。なお、集光器２０ｂは、集光器２０ａと略同じ高さ位置に配置されており、その光軸は、集光器２０ａと同様に、Ｚ軸方向に略平行に配置されている。

測定用光ファイバー１６ａ又は１６ｂを通過する戻り光１５は、分岐部１４を経て、光ファイバーカプラ１０の第２のポートを構成する第２の光ファイバー２２へ伝送される。第２の光ファイバー２２は、第１の光ファイバー１２に対して分岐部１４で分岐されている。

第２の光ファイバー２２の一端部には、分光ユニット２４が接続されている。図２は、分光ユニット２４の概要図である。分光ユニット２４は、戻り光１５を略平行光にするコリメートレンズ２６を有する。

コリメートレンズ２６を通過した戻り光１５は、回折格子２８により反射され、集光レンズ３０を経て、受光部３２の受光領域３２ａで受光される。受光部３２は、複数の光電変換素子を有する、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）等のイメージセンサを有する。

図２に示す様に、本実施形態の受光部３２は、二次元イメージセンサを有するが、受光部３２は、一次元イメージセンサ（リニアイメージセンサ、ラインセンサ等とも呼ばれる）を有してもよい。また、回折格子２８に代えて、プリズム等の分散型分光器を用いてもよい。

受光部３２で生成された受光信号は、計測装置２を制御する制御部３４へ入力される。制御部３４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に代表されるプロセッサ（処理装置）と、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の主記憶装置と、フラッシュメモリー等の補助記憶装置と、を含むコンピュータによって構成されている。

補助記憶装置に記憶されたソフトウェアに従い処理装置等を動作させることによって、制御部３４の機能が実現される。制御部３４は、分光ユニット２４から出力される受光信号に対して所定の評価を行う評価部３６を有する。

評価部３６の機能は、例えば、補助記憶装置に記憶されたプログラムにより実現される。但し、評価部３６の機能は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）により実現されてもよい。

ここで、受光信号及びその評価方法について説明する。図３（Ａ）は、各ヘッド部１８ａ、１８ｂからの受光信号の一例を示す図であり、図３（Ｂ）は、各ヘッド部１８ａ、１８ｂからの受光信号の他の例を示す図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、横軸は光の波長λ（ｎｍ）の大きさを示し、縦軸は受光信号の強度を示す。

図３（Ａ）に示す様に、ヘッド部１８ａからの戻り光１５Ａ_１のピーク波長λ_１と、ヘッド部１８ｂからの戻り光１５Ａ_２のピーク波長λ_２と、の波長の差異ｄ_１が十分に大きい場合、各戻り光１５Ａ_１、１５Ａ_２はほぼ個別に測定される。

この場合、上面１１ａで集光する測定光１３の波長が、各ヘッド部１８ａ、１８ｂにおいて異なっている。つまり、ヘッド部１８ａ直下の上面１１ａの高さと、ヘッド部１８ｂ直下の上面１１ａの高さと、の差異が、比較的大きいことを意味している。

これに対して、図３（Ｂ）に示す様に、ヘッド部１８ａからの戻り光１５Ａ_３（破線）のピーク波長λ_３と、ヘッド部１８ｂからの戻り光１５Ａ_４（破線）のピーク波長λ_４との波長の差異ｄ_２が差異ｄ_１に比べて小さい場合、各戻り光１５Ａ_３、１５Ａ_４は、重ね合わされた戻り光１５Ａ_５（ピーク波長λ_５）として測定される。

戻り光１５Ａ_５は、ヘッド部１８ａ直下の上面１１ａの高さと、ヘッド部１８ｂ直下の上面１１ａの高さとが、若干異なるが、上面１１ａにおける高さの差異が、図３（Ａ）に比べて小さいことを意味している。

この様に、分光ユニット２４において測定される受光信号では、各集光点１３ａ、１３ｂにおける上面１１ａの高さばらつきが、各戻り光１５のピーク波長の差異を反映した各戻り光１５の重なりの程度として測定される。

上述の評価部３６は、受光信号と、補助記憶装置に予め記憶された複数の信号波形とを、比較することで、受光信号を評価する。図４は、補助記憶装置に予め記憶された５つの信号波形Ｂ_１からＢ_５を示す図である。図４において、横軸は、信号波形Ｂ_１のピーク波長を基準とした相対的な波長を示し、縦軸は、信号の強度を示す。

信号波形Ｂ_１は、ピーク波長が互いに一致する２つの戻り光１５の重ね合わせで構成されている。信号波形Ｂ_１は、所定のピーク強度Ｃ、及び、所定の半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）αを有する。

信号波形Ｂ_２は、ピーク波長の差異が０．２５αである２つの戻り光１５の重ね合わせで構成されており、信号波形Ｂ_１に比べて小さいピーク強度を有する。

信号波形Ｂ_３は、ピーク波長の差異が０．５αである２つの戻り光１５の重ね合わせで構成されており、信号波形Ｂ_２に比べて小さいピーク強度を有する。

信号波形Ｂ_４は、ピーク波長の差異がαである２つの戻り光１５の重ね合わせで構成されており、信号波形Ｂ_３に比べて小さいピーク強度を有する。なお、信号波形Ｂ_４のピークの頂部は、信号波形Ｂ_１から信号波形Ｂ_３と比較して、広い範囲で略平坦である。

信号波形Ｂ_５は、ピーク波長の差異が１．５αである２つの戻り光１５の重ね合わせで構成されており、信号波形Ｂ_４に比べて小さいピーク強度を有する。なお、ピーク波長の差異が比較的大きいので、信号波形Ｂ_５では、２つの山と、その間に位置する谷とが、形成されている。

評価部３６は、５つの信号波形Ｂ_１からＢ_５と、受光信号との、形状及び強度を比較することで、各ヘッド部１８ａ、１８ｂからの戻り光１５の波長の差異（即ち、重なりの程度）を評価する。これにより、各集光点１３ａ、１３ｂにおける上面１１ａの高さばらつきを評価する。

例えば、受光信号が、信号波形Ｂ_５に示す二つの山のピーク間隔以上のピーク間隔を有する場合、各ヘッド部１８ａ、１８ｂからの戻り光１５のピーク波長の差異は比較的大きい（即ち、戻り光１５の重なりは比較的小さい）。この場合、評価部３６は、上面１１ａの高さばらつきを、比較的大きなレベル６と評価する。

また、受光信号が、信号波形Ｂ_５に示す二つの山のピーク間隔よりは小さいが、信号波形Ｂ_４に示すような略平坦なピーク強度を有しない場合、評価部３６は、上面１１ａの高さばらつきを、レベル６よりもばらつきが小さいレベル５と評価する。

受光信号が、信号波形Ｂ_４に示す様な略平坦なピーク強度を有する場合、評価部３６は、上面１１ａの高さばらつきを、レベル５よりもばらつきが小さいレベル４と評価する。

受光信号が、信号波形Ｂ_４に示す様な略平坦なピーク強度を有さず、１つの山を有するが、信号波形Ｂ_４より大きく信号波形Ｂ_３よりも小さいピーク強度を有する場合、評価部３６は、上面１１ａの高さばらつきを、レベル４よりもばらつきが小さいレベル３と評価する。

受光信号が、信号波形Ｂ_３以上、且つ、信号波形Ｂ_２よりも小さいピーク強度を有する場合、評価部３６は、上面１１ａの高さばらつきを、レベル３よりもばらつきが小さいレベル２と評価する。

受光信号が、信号波形Ｂ_２以上、且つ、信号波形Ｂ_１よりも小さいピーク強度を有する場合、評価部３６は、上面１１ａの高さばらつきを、レベル２よりもばらつきが小さいレベル１と評価する。

受光信号が、信号波形Ｂ_１に示すピーク強度に一致する場合、評価部３６は、上面１１ａの高さばらつきを、最もばらつきが小さいレベル０と評価する。上述の評価方法を表１に記載する。

この様に、本実施形態では、評価部３６が、各ヘッド部１８ａ、１８ｂからの戻り光１５のピーク波長の差異に基づいて形成される受光信号から、被測定物１１の高さのばらつきを評価できる。それゆえ、各ヘッド部１８ａ、１８ｂに異なる透過波長帯域の光学フィルタを設けることなく、二点以上の多点で、被測定物１１の上面１１ａの高さのばらつきを評価できる。

計測装置２を用いて、上面１１ａの高さのばらつきを評価する場合、ヘッド部１８ａ、１８ｂの各集光点１３ａ、１３ｂを、上面視で保持面４ａの半径上に配置する。そして、被測定物１１の下面１１ｂ側を保持したチャックテーブル４を所定の回転軸の周りに、所定の速度（例えば、３００ｒｐｍ）で回転させる。

制御部３４は、分光ユニット２４から受光信号を所定の時間間隔で受信すると共に、受信したデータを補助記憶装置に記憶させる。評価部３６は、補助記憶装置に記憶されたデータに基づいて、上面１１ａの高さのばらつきを評価する。

なお、本実施形態では、ヘッド部１８ａ、１８ｂから上面１１ａまでの距離を、保持面４ａを基準とする上面１１ａの高さとしているが、上面１１ａの高さと、保持面４ａ（即ち、下面１１ｂ）の高さと、の差分を計算すれば、被測定物１１の厚さ１１ｃを測定できる。

また、第１の実施形態では、２つのヘッド部１８ａ、１８ｂを有する例を説明したが、計測ユニット６は、３つ以上のヘッド部を有してもよい。この場合、補助記憶装置には、それぞれ３つの戻り光１５が重ね合わされた複数の信号波形が予め記憶される。

ところで、上述の説明では、複数の信号波形が補助記憶装置に予め記憶されている例を説明したが、複数の信号波形に代えて、シミュレーションにより算出された予測値や、実測値に基づいて決定された、ピーク波長、半値全幅α等の所定のパラメータの数値が、補助記憶装置に予め記憶されてもよい。

この場合、評価部３６は、受光信号のピーク波長や半値全幅α等の所定のパラメータを、予め記憶されたパラメータの数値と比較することで、各ヘッド部１８ａ、１８ｂからの戻り光１５の波長の差異（即ち、重なりの程度）を評価する。これにより、各集光点１３ａ、１３ｂにおける上面１１ａの高さばらつきを評価する。

なお、制御部３４には、モニター等の表示装置（不図示）が接続されてもよい。例えば、モニターには、上面１１ａのアウトラインと、上面１１ａの各測定点の高さを示す情報とが、表示される。各測定点の高さを示す情報を色分けして表示すれば、上面１１ａの凹凸を視覚的に把握することもできる。

次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、計測ユニット６を有する計測装置２が搭載された研磨装置（加工装置）４０により、被測定物１１を研磨（加工）する。図５は、研磨装置４０の斜視図である。

研磨装置４０は、各構成要素を支持する基台４２を備える。基台４２の前方（Ｘ軸方向の一方）の上部には、被測定物（被加工物）１１を収容するカセット４４が配置されている。基台４２の前方の上部に配置された搬送ロボット４６は、カセット４４から被測定物１１を取り出し、カセット４４の後方に配置された位置決めユニット４８に搬送する。

位置決めユニット４８の後方にはＸ軸方向に長手部を有する開口４２ａが形成されている。開口４２ａには、Ｘ軸方向に沿って移動可能な移動テーブル５０が配置されている。移動テーブル５０上には、チャックテーブル（保持ユニット）５２が設けられている。

チャックテーブル５２の構造は、上述のチャックテーブル４と略同じであるが、チャックテーブル５２の保持面５２ａは、中心部が外周部に対して僅かに突出した円錐形状を有する（図６（Ａ）参照）。

チャックテーブル５２は、保持面５２ａの一部がＸ－Ｙ平面と略平行になる様に、その回転軸がＺ軸方向に対して所定角度だけ傾いている。チャックテーブル５２の下部には、モーター等の回転駆動源（不図示）が連結されている。

回転駆動源の下部には、チャックテーブル５２、回転駆動源、移動テーブル５０等をＸ軸方向に沿って移動させるボールねじ式のＸ軸移動機構（不図示）が設けられている。チャックテーブル５２は、Ｘ軸移動機構により、前方側の搬入搬出位置５４ａと、後方側の加工位置５４ｂと、の間で移動する。

位置決めユニット４８のＹ軸方向の一方側には、第１搬送アーム５６が配置されている。位置決めユニット４８により位置が調整された被測定物１１は、位置決めユニット４８から第１搬送アーム５６によりチャックテーブル５２へ搬送される。

被測定物１１の一面（下面１１ｂ）側にはＩＣ（Integrated Circuit）等のデバイスが形成されている。当該一面には、樹脂製の保護テープ（不図示）が貼り付けられる。一面側が保護テープを介して保持面４ａで吸引保持されると、被測定物１１は、保持面５２ａの形状に倣って変形する。

被測定物１１を吸引保持したチャックテーブル５２は、Ｘ軸移動機構により、加工位置５４ｂへ移動する。基台４２の後方側の端部には、Ｚ軸方向に延伸する態様で四角柱状の支持部６０が設けられている。支持部６０の前方側面には、Ｚ軸方向に略平行に配置された一対のガイドレール６２が固定されている。

一対のガイドレール６２には、移動板６４がＺ軸方向にスライド可能に固定されている。移動板６４の後方側面にはナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸方向に略平行に配置されたボールねじ６６が回転可能に連結されている。

ボールねじ６６の上端部には、パルスモーター等の駆動源６８が連結されている。駆動源６８を動作させれば、移動板６４はＺ軸方向に略平行な研磨送り方向に沿って移動する。移動板６４の前方側面には、研磨ユニット（加工ユニット）７０が固定されている。

研磨ユニット７０は、高さ方向がＺ軸方向と略平行に配置された円筒状のスピンドルハウジング７２を有する。スピンドルハウジング７２には、円柱状のスピンドル７４が回転可能に収容されている。スピンドル７４の上部側には、スピンドル７４を回転させるモーター（不図示）が設けられている。

スピンドル７４の下端部には、円板状のマウント７６の上面側の中心部が固定されている。また、マウント７６の下面側には、研磨パッド（加工工具）７８が装着されている。研磨パッド７８は、金属で形成された円板状の基部７８ａを有する。

基部７８ａの下面側には、基部７８ａと略同径のパッド部７８ｂが固定されている。パッド部７８ｂは、保持面５２ａよりも小さい径（例えば、保持面４ａの径の１／１０から１／２程度の径）を有する。図６（Ａ）は、チャックテーブル５２及び研磨パッド７８の一部断面側面図である。

パッド部７８ｂは、例えば、パッド中に砥粒が固定された固定砥粒研磨パッドである。パッド部７８ｂは、例えば、μｍオーダーのサイズの砥粒が分散されたウレタン溶液を、ポリエステル製の不織布に含侵させた後、乾燥させることで製造できる。

砥粒は、酸化シリコン、炭化ケイ素、ｃＢＮ（cubic boron nitride）、ダイヤモンド、金属酸化物微粒子等の材料で形成されている。砥粒に使用される金属酸化物微粒子としては、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム等が挙げられる。

図５に戻り、研磨パッド７８には、スラリー供給ユニット８０からスピンドル７４に形成されている所定の流路を介して、例えば、遊離砥粒を含まないアルカリ性のスラリー（研磨液）が供給される。

加工位置５４ｂに配置されたチャックテーブル５２のＹ軸方向の一方側には、上述の計測ユニット６が配置されている。計測ユニット６は、Ｙ軸方向に略平行な態様で開口４２ａの上方に配置されたアーム８２を有する。

アーム８２の下部には、上述のヘッド部１８ａ、１８ｂの各々が、Ｙ軸方向に独立にスライド可能に固定されている。ヘッド部１８ａ、１８ｂの各々は、例えば、アクチュエータ等の駆動源（不図示）により、Ｙ軸方向に沿って移動する。

図６（Ｂ）は、集光点１３ａ、１３ｂと、研磨パッド７８との位置関係の一例を示す図である。図６（Ｂ）に示す様に、集光点１３ａ、１３ｂは、保持面５２ａの回転中心５２ｂよりも外側であって、研磨パッド７８と重ならない位置に配置される。

各ヘッド部１８ａ、１８ｂで上面１１ａの高さを測定しながら、被測定物１１を研磨した後、チャックテーブル５２は、搬入搬出位置５４ａに戻される。そして、第１搬送アーム５６のＹ軸方向の一方側に配置された第２搬送アーム８４が、チャックテーブル５２からスピンナ洗浄ユニット８６（図５参照）へ被測定物１１を搬送する。

図５に示す様に、スピンナ洗浄ユニット８６で洗浄された被測定物１１は、搬送ロボット４６により、基台４２の前方に配置されたカセット８８へ搬送される。研磨装置４０は、計測装置（チャックテーブル５２及び計測ユニット６）、研磨ユニット７０等の各構成要素の動作を制御する制御部９０を有する。

制御部９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に代表されるプロセッサ（処理装置）と、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の主記憶装置と、フラッシュメモリー等の補助記憶装置と、を含むコンピュータによって構成されている。

補助記憶装置に記憶されるソフトウェアに従い処理装置等を動作させることによって、制御部９０の機能が実現される。制御部９０は、上述の評価部３６を有する。評価部３６の機能は、例えば、補助記憶装置に記憶されたプログラムにより実現されるが、ＡＳＩＣや、ＦＰＧＡにより実現されてもよい。

制御部９０は、研磨パッド７８で被測定物１１を研磨しながら、評価部３６で上面１１ａの高さのばらつき（即ち、上面１１ａの凹凸）を評価する。図７（Ａ）は、研磨前の受光信号の一例を示す図であり、図７（Ｂ）は、研磨後の受光信号の一例を示す図である。

なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において、横軸は光の波長λ（ｎｍ）の大きさを示し、縦軸は受光信号の強度を示す。また、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において、横軸のスケールは互いに同じであり、縦軸の各スケールは互いに同じである。

研磨前において、集光点１３ａでの上面１１ａの高さと、集光点１３ｂでの上面１１ａの高さと、の差異が比較的大きい場合、集光点１３ａでの戻り光１５Ａ_６のピーク波長λ_６と、集光点１３ｂでの戻り光１５Ａ_７のピーク波長λ_７との波長の差異ｄ_３は十分に大きい。それゆえ、各戻り光１５Ａ_６、１５Ａ_７は略個別に測定される（図７（Ａ）参照）。

研磨時には、保持面５２ａで被測定物１１を吸引保持した状態で、チャックテーブル５２及び研磨パッド７８をそれぞれ回転させると共に、スラリーを供給しながら研磨パッド７８を下方に所定の送り速度で研磨送りする。

パッド部７８ｂが上面１１ａに接すると、上面１１ａはパッド部７８ｂにより研磨される。所定時間、上面１１ａ側が研磨されると、被測定物１１が薄くなるので、集光器２０ａ、２０ｂから上面１１ａまでの距離は長くなる。

上述の様に、本実施形態の集光器２０ａ、２０ｂは、色収差レンズを有するので、集光器２０ａ、２０ｂから上面１１ａまでの距離は長くなると、戻り光１５のピーク波長は大きくなる（図７（Ａ）及び図７（Ｂ）の矢印参照）。

また、研磨により、上面１１ａの凹凸が小さくなると、各受光信号のピーク波長の差異は小さくなる。それゆえ、集光点１３ａでの戻り光１５Ａ_８（ピーク波長λ_８）と、集光点１３ｂでの戻り光１５Ａ_９（ピーク波長λ_９）とが、重なり合った戻り光１５Ａ_１０（ピーク波長λ_１０）が測定される（図７（Ｂ）参照）。戻り光１５Ａ_１０は、例えば、レベル３以下（つまり、レベル３、２、１及び０のいずれか）の受光信号である。

本実施形態の研磨装置４０は、評価部３６が、各ヘッド部１８ａ、１８ｂからの戻り光１５のピーク波長の差異に基づいて形成される受光信号から、被測定物１１の高さのばらつきを評価する。それゆえ、各ヘッド部１８ａ、１８ｂに異なる透過波長帯域の光学フィルタを設けることなく、二点以上の多点で、被測定物１１の高さのばらつきを評価できる。

ところで、研磨装置４０は、受光信号（即ち、各ヘッド部１８ａ、１８ｂからの戻り光１５のピーク波長の差異）に応じて被測定物１１の研磨領域を変更することにより、上面１１ａの凹凸を低減する（即ち、ピーク波長の差異を小さくする）こともできる。

例えば、集光点１３ｂでの上面１１ａに比べて、集光点１３ａでの上面１１ａが高い場合、図７（Ａ）の様に、ピーク波長の差異が生じる。そこで、制御部９０は、集光点１３ｂに対応する上面１１ａは研磨せずに、集光点１３ａに対応する上面１１ａを研磨する様に、研磨領域を調整する。

具体的には、まず、研磨ユニット７０を一旦上昇させて被測定物１１から離す。次いで、チャックテーブル５２を搬入搬出位置５４ａ側へ移動させることで、被測定物１１を長さＬだけ移動させる（図８参照）。

図８は、研磨領域の調整前後での被測定物１１と、集光点１３ａ、１３ｂの各位置とを示す図である。図８では、移動前の被測定物１１を破線で示し、移動後の被測定物１１を実線で示す。

チャックテーブル５２の移動により、集光点１３ｂが当たっていた上面１１ａの領域（円９０－１）は、円９０－２へ移動する。同様に、集光点１３ａが当たっていた上面１１ａの領域（円９０－３）は、円９０－４へ移動する。

更に、制御部９０は、矢印９２に示す様に、アクチュエータ等の駆動源を動作させて、集光点１３ａを円９０－４上に配置する。なお、このとき、上面１１ａに対する集光点１３ｂの相対的な位置は変化するが、本実施形態では、当該変化を相殺する様に集光点１３ｂを移動させない。

その後、研磨ユニット７０を再び下降させて、被測定物１１を研磨しつつ、戻り光１５を測定することで集光点１３ａ、１３ｂでの高さばらつきを評価する。なお、移動前の被測定物１１の集光点１３ｂでの戻り光１５のピーク波長を記録しておき、このピーク波長と、移動後の被測定物１１の集光点１３ａでの戻り光１５のピーク波長と、を比較することで、高さばらつきを評価してもよい。

上面１１ａの中央部と外周部とで研磨レートが異なる場合には、この様に、ピーク波長の差異に基づいて平坦化が必要な領域を適宜研磨することで、一律に上面１１ａの全体を研磨する場合に比べて、上面１１ａのより高い平坦性を実現できる。

勿論、第２の実施形態においても、評価部３６は、受光信号のピーク波長や半値全幅α等の所定のパラメータを、予め記憶されたパラメータの数値と比較することで、各ヘッド部１８ａ、１８ｂからの戻り光１５の波長の差異（即ち、重なりの程度）を評価してもよい。

また、チャックテーブル５２を移動させて研磨領域を調整する場合に、集光点１３ａ、１３ｂの両方とも移動させずに固定してもよい。これにより、チャックテーブル５２の移動の前後において、上面１１ａに対する集光点１３ａ、１３ｂの相対的な位置は変化するが、各ヘッド部１８ａ、１８ｂの移動に伴う集光点１３ａ、１３ｂの高さ位置のずれを無くすことができる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。第１及び第２の実施形態において、上面１１ａの高さばらつきに代えて、又はこれと共に、被測定物１１の厚さ１１ｃを評価してもよい。

また、研磨ユニット７０に代えて、マウント７６の下面側に研削ホイール（不図示）を装着してもよい。研削ホイールは、金属で形成された円環状のホイール基台を有する。ホイール基台の底面側には、ホイール基台の周方向に沿って、複数の研削砥石が所定の間隔で配置されている。

各研削砥石は、ダイヤモンド、ｃＢＮ（cubic boron nitride）等の砥粒と、金属、セラミックス、樹脂等の砥粒を固定する結合材と、を有する。ホイール基台には、純水等の研削水を供給するための研削水供給口が形成されている。それゆえ、スラリー供給ユニット８０に代えて、研削水供給ユニット（不図示）が配置される。

研削時には、スピンドル７４を回転中心として研削ホイールを回転させながら、研削ユニットを下方に研削送りする。保持面５２ａで被測定物１１の下面１１ｂ側を吸引保持し、チャックテーブル５２を回転させる（図６（Ａ）参照）。

保持面５２ａで保持された被測定物１１の上面１１ａが研削砥石の下面に接触すると、上面１１ａは研削される。研削前や研削後は勿論、研削中であっても、計測ユニット６を用いて、上面１１ａの高さを計測できる。

２：計測装置、４：チャックテーブル、４ａ：保持面
６：計測ユニット、８：光源部、１０：光ファイバーカプラ
１１：被測定物、１１ａ：上面、１１ｂ：下面、１１ｃ：厚さ
１２：第１の光ファイバー、１４：分岐部、１６ａ，１６ｂ：測定用光ファイバー
１３：測定光、１３ａ，１３ｂ：集光点
１５，１５Ａ_１，１５Ａ_２，１５Ａ_３，１５Ａ_４，１５Ａ_５，１５Ａ_６，１５Ａ_７，１５Ａ_８，１５Ａ_９，１５Ａ_１０：戻り光
１８：ヘッドユニット、１８ａ，１８ｂ：ヘッド部、２０ａ，２０ｂ：集光器
２２：第２の光ファイバー
２４：分光ユニット、２６：コリメートレンズ、２８：回折格子、３０：集光レンズ
３２：受光部、３２ａ：受光領域、３４：制御部、３６：評価部
４０：研磨装置、４２：基台、４２ａ：開口
４４：カセット、４６：搬送ロボット、４８：位置決めユニット
５０：移動テーブル、５２：チャックテーブル、５２ａ：保持面、５２ｂ：回転中心
５４ａ：搬入搬出位置、５４ｂ：加工位置、５６：第１搬送アーム
６０：支持部、６２：ガイドレール、６４：移動板、６６：ボールねじ、６８：駆動源
７０：研磨ユニット、７２：スピンドルハウジング、７４：スピンドル、７６：マウント
７８：研磨パッド、７８ａ：基部、７８ｂ：パッド部、８０：スラリー供給ユニット
８２：アーム、８４：第２搬送アーム
８６：スピンナ洗浄ユニット、８８：カセット、９０：制御部
９０－１，９０－２，９０－３，９０－４：円、９２：矢印
Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４，Ｂ_５：信号波形、Ｃ：ピーク強度
ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３：差異、Ｌ：長さ
λ_１，λ_２，λ_３，λ_４，λ_５，λ_６，λ_７，λ_８，λ_９，λ_１０：ピーク波長、α：半値全幅

Claims

被測定物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被測定物の高さ又は厚さを計測可能な計測ユニットと、を有する計測装置であって、
該計測ユニットは、
所定の波長帯域の光を発する光源部と、
該光源部が発した光を伝送する第１の光ファイバーと、
該第１の光ファイバーによって伝送された光を少なくとも２つの測定用光ファイバーへと分岐する分岐部と、
該分岐部で分岐された光を該被測定物に集光させる集光器をそれぞれ含む複数のヘッド部を有するヘッドユニットと、
該第１の光ファイバーに対して該分岐部で分岐されており、該被測定物で反射された各該測定用光ファイバーからの戻り光を伝送する第２の光ファイバーと、
該第２の光ファイバーによって伝送された各測定用光ファイバーからの戻り光を分光する分光器と、該分光器で分光された光を受光する受光部と、を有する分光ユニットと、
を有し、
該計測装置は、
該受光部で受光された各ヘッド部からの戻り光の波長の差異が反映された、波長及び受光信号の強度のグラフにおける戻り光の重なりの程度に基づいて、各集光器から該被測定物に照射された光の集光点における該被測定物の高さ又は厚さのばらつきを評価する評価部を更に備えることを特徴とする計測装置。
被測定物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被測定物の高さ又は厚さを計測可能な計測ユニットと、を有する計測装置と、
スピンドルを有し、該スピンドルの下端部に装着され該被測定物を加工する加工工具を有する加工ユニットと、
プロセッサを有し、該計測装置及び該加工ユニットの動作を制御する制御部と、
を備え、
該計測ユニットは、
所定の波長帯域の光を発する光源部と、
該光源部が発した光を伝送する第１の光ファイバーと、
該第１の光ファイバーによって伝送された光を少なくとも２つの測定用光ファイバーへと分岐する分岐部と、
該分岐部で分岐された光を該被測定物に集光させる集光器をそれぞれ含む複数のヘッド部を有するヘッドユニットと、
該第１の光ファイバーに対して該分岐部で分岐されており、該被測定物で反射された各該測定用光ファイバーからの戻り光を伝送する第２の光ファイバーと、
該第２の光ファイバーによって伝送された各測定用光ファイバーからの戻り光を分光する分光器と、該分光器で分光された光を受光する受光部と、を有する分光ユニットと、
を有し、
該制御部は、該受光部で受光された各ヘッド部からの戻り光の波長の差異が反映された、波長及び受光信号の強度のグラフにおける戻り光の重なりの程度に基づいて、各集光器から該被測定物に照射された光の集光点における該被測定物の高さ又は厚さのばらつきを評価する評価部を有し、
該制御部は、該被測定物を該加工工具で加工しながら該被測定物の高さ又は厚さのばらつきを評価することを特徴とする加工装置。