JPH1029157A

JPH1029157A - 光学式研磨量測定装置およびこれに用いるモニター用光学部材

Info

Publication number: JPH1029157A
Application number: JP6573697A
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: 1996-05-13
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【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は互いに平行な第一面１５２と第二面１５４を
有し、ワーク５０を保持するホルダー２０に固定され、
ワーク５０と等量研磨される。レーザー光源１０２から
射出された光はビームスプリッター１０８を通過してモ
ニター用光学部材１５０に入射し、一部が第一面１５２
で反射され、残りは第二面１５４で反射される。第一面
１５２と第二面１５４からの反射光は互いに干渉し、ビ
ームスプリッター１０８で反射され、光検出器１２２は
入射する。モニター用光学部材１５０の研磨量すなわち
ワーク５０研磨量は、光検出器１２２で検出される干渉
光の強度信号に基づいて求められる。

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。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。

【０００４】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。

【０００５】

【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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】

【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
からの反射光を受光する受光部とを有し、受光部は、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。

【０００９】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、受
光部は、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。

【００１０】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。

【００１１】受光部は、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。

【００１２】モニター用光学部材は、好適には、平行平
面板と遅相子の間に設けられた反射防止手段を更に備え
ている。反射防止手段は、例えば、無反射コートであ
り、研磨量の測定にとって誤差の要因となる不所望な反
射光の発生を抑える。

【００１３】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、受
光部は、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
光束からモニター用光学部材からの反射光量信号を検出
する光量信号検出手段と、第一の干渉信号と第二の干渉
信号と反射光量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異
なっている。

【００１４】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反射光量信号に基づいて、互いの位
相が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
干渉信号と反射光量信号の差により得られ、第二の差動
信号は、第二の干渉信号と反射光量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。

【００１５】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、遅相子と、遅相子の一方の端面に対して固定さ
れた光学的に透明な第一の平面板と、遅相子の他方の端
面に対して固定された光学的に透明な第二の平面板とを
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。第
一の平面板と第二の平面板は共にそれぞれ互いに対向す
る二つの端面を持ち、１／４波長板は互いに平行な二つ
の端面を持ち、第一の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、第二の平面板
の一方の端面と１／４波長板の他方の端面は互いに面し
て配置され、従って、第一の平面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、第二の平面板の他方
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、受光部
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。

【００１６】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。

【００１７】受光部は、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。

【００１８】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、遅相子と、遅相子の一方の端面に対して固定さ
れた光学的に透明な第一の平面板と、遅相子の他方の端
面に対して固定された光学的に透明な第二の平面板とを
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。第
一の平面板と第二の平面板は共にそれぞれ互いに対向す
る二つの端面を持ち、１／４波長板は互いに平行な二つ
の端面を持ち、第一の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、第二の平面板
の一方の端面と１／４波長板の他方の端面は互いに面し
て配置され、従って、第一の平面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、第二の平面板の他方
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、受光部
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
からモニター用光学部材からの反射光量信号を検出する
光量信号検出手段と、第一の干渉信号と第二の干渉信号
と反射光量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異なっ
ている。

【００１９】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反射光量信号に基づいて、互いの位
相が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
干渉信号と反射光量信号の差により得られ、第二の差動
信号は、第二の干渉信号と反射光量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。

【００２０】

【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。

【００２１】〔第一の実施の形態〕第一の実施の形態の
研磨量測定装置を備えた研磨装置について図１〜図４を
用いて説明する。研磨量測定装置は、図１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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】図１に示されるように、ホルダー２０には
モニター用光学部材１５０が固定されており、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にはモニター用光学部材１
５０の第一面１５２を露出させる開口２２が形成されて
いる。本実施形態では、モニター用光学部材１５０は、
光学的に透明な単一の光学ガラスで構成されている。

【００２５】研磨対象物のワーク５０は、図示しない機
構によって、その研磨面５２をモニター用光学部材１５
０の第二面１５４に揃えて、ホルダー２０に取り付けら
れる。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はその研磨面５２が研磨液を介して研磨
板１２に接した状態に維持され、同様に、モニター用光
学部材１５０はその第二面１５４が研磨液を介して研磨
板１２に接した状態に維持され、その結果、ワーク５０
とモニター用光学部材１５０は等しい量研磨される。

【００２６】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
装置を構成する。測定光学系１００は、レーザー光源１
０２、ビームスプリッター１０８、光検出器１２２を有
している。ビームスプリッター１０８は例えばハーフミ
ラーであり、光の偏光状態に関係無く光を分割する光学
素子である。以下、本明細書では、このように偏光状態
に関係無く単に光を分割するビームスプリッターは、偏
光ビームスプリッターと区別するため、無偏光ビームス
プリッターと記す。

【００２７】レーザー光源１０２は図の下方に向けてレ
ーザー光を射出し、レーザー光は（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、測定光
学系１００の外部に射出される。

【００２８】図２において、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して
いる。従って、測定光学系１００から射出されたレーザ
ー光は、間欠的に、ホルダー２０に形成された開口２２
に入射する。

【００２９】図１において、開口２２に入射したレーザ
ー光は、モニター用光学部材１５０に入射する。図３に
示されるように、モニター用光学部材１５０に入射した
レーザー光は、一部が第一面１５２で反射され、残りは
第二面１５４で反射される。モニター用光学部材からの
反射光（第一面１５２からの反射光と第二面１５４から
の反射光）は、図１に示されるように、測定光学系１０
０に戻り、無偏光ビームスプリッター１０８で反射さ
れ、光検出器１２２に入射する。第一面１５２からの反
射光と第二面１５４からの反射光は互いに干渉し、光検
出器１２２は干渉光の強度に応じた信号を出力する。

【００３０】モニター用光学部材１５０はワーク５０と
同様に下端が研磨され、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１５
４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。図３に示されるように、第一面１５２からの反射光
の強度をＩ_R 、第二面１５４からの反射光の強度をＩ
_M 、第二面１５４の移動量すなわち研磨量をΔｄとし、
レーザー光の波長をλ、モニター用光学部材１５０であ
る光学ガラスの屈折率をｎとすると、光検出器１２２へ
の入射光の強度すなわち干渉光強度Ｉは、次式で表され
る。

【００３１】

【数１】

【００３２】上式から分かるように、干渉光強度Ｉは、
図４に示されるように、λ／２ｎの周期を持つ、研磨量
Δｄの関数して表される。従って、光検出器１２２から
は図４に示される波形に相当する信号が出力される。信
号処理部１４０は、例えば、光検出器１２２から出力さ
れる信号のピークの数を計数することにより、研磨量Δ
ｄに換算する。従って、研磨量Δｄはλ／２ｎの分解能
で測定される。例えば、λ＝０．６３３μｍ、ｎ＝１．
７の場合、研磨量Δｄはλ／２ｎ＝０．１９μｍの分解
能で測定される。

【００３３】前述したように、ホルダー２０がホルダー
支持部３２に対して不定の周期で回転しており、レーザ
ー光は間欠的にモニター用光学部材１５０に入射するた
め、光検出器１２２で検出される干渉光強度は、不定の
時間間隔を置いて検出されるために、実際には時間的に
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１５０すなわちワーク５
０が研磨されるレートに比べて非常に大きいため、図４
に示される研磨量Δｄの連続関数としての干渉光強度Ｉ
は、光検出器１２２で得られる不連続の情報から簡単に
得られる。

【００３４】以上の説明から分かるように、本実施形態
の研磨量測定装置によれば、研磨されている最中のワー
ク５０の研磨量が、λ／２ｎの分解能でリアルタイムで
測定される。

【００３５】〔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５〜図９を用いて説明する。
研磨量測定装置は、図５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。

【００３６】図５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、ホルダー２０に固定されており、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。

【００３７】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。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
異なる。

【００３８】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、二つの無偏光
ビームスプリッター１０８と１１２、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を有している。

【００３９】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。

【００４０】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
６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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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７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８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（ここに、λはレーザー光の波長、ｎは光学ガラス
１６０の屈折率である）。

【００４５】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９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。

【００４６】〔第三の実施の形態〕第三の実施の形態の
研磨量測定装置について図１０〜図１８を用いて説明す
る。研磨量測定装置は、図１０において、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。

【００４７】図１０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１５
４を有している。モニター用光学部材１５０は、図１０
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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。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１０４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。

【００５１】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。

【００５２】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、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１１２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１
３２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１
３４は入射した干渉光の強度に応じた第二の干渉信号Ｉ
₁₃₄ を信号処理部１４４に出力する。

【００５３】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。

【００５４】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
差動信号Ｉ_A をｘ軸にとり、第二の差動信号Ｉ_B にｙ軸
にとって描かれる、図１３に図示されるリサージュを得
る手段と、このリサージュに基づいて研磨量Δｄを求め
る手段を有している。研磨量Δｄの測定の詳細について
は後述する。

【００５５】これまでの説明では特に断らなかったが、
モニター用光学部材１５０は、図１４（Ａ）に示される
ように、不所望な反射光を抑える反射防止手段として無
反射コート１６６が設けられている。光学ガラス１６０
と１／４波長板１６２が単に接着により固定された場
合、図１４（Ｂ）に示されるように、光学ガラス１６０
と１／４波長板１６２の間に接着剤の層１６４が存在す
るため、実際には１／４波長板１６２と接着剤の層１６
４の界面および接着剤の層１６４と光学ガラス１６０の
界面でも反射光が生じる。このような反射光は、研磨量
の測定にとっては誤算の要因であり、望ましくない。従
って、このような不所望な反射光の発生を抑えるため、
実際に使用されるモニター用光学部材１５０は、図１４
（Ａ）に示されるように、接着剤の層１６４と光学ガラ
ス１６０の間に無反射コート１６６が設けられている。
無反射コートがある場合は、ない場合に比較して、接着
剤の層１６４と光学ガラス１６０の境界の反射率が１／
１０程度に抑えることができる。

【００５６】以下では、無反射コート１６６の存在によ
る効用について、図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）のモニタ
ー用光学部材を比較しながら考察する。

【００５７】図１１に示されるように、モニター用光学
部材１５０に入射する光を二つの偏光成分ｐ（１／４波
長板１６２の進相軸）とｑ（１／４波長板１６２の遅相
軸）に分割して考える。ｐは＋４５度偏光であり、ｑは
−４５度偏光である。また、１／４波長板１６２の上面
を面１、１／４波長板１６２と接着剤の層１６４の界面
を面２、接着剤の層１６４と光学ガラス１６０の界面を
面３、光学ガラス１６０と研磨液の層１６８の界面を面
４、研磨液の層１６８と研磨板１２の界面を面５とす
る。電場をＥ＝｜Ｅ｜ｅｘｐ（ｉψ＋ｉωｔ）と表す
と、位相を含めた振幅は｜Ｅ｜（ｃｏｓψ＋ｉｓｉｎ
ψ）と書ける。モニター用光学部材で反射された光のｐ
成分の電場の位相を含めた複素振幅をＰ_x ＋ｉＰ_y 、ｑ
成分の電場の位相を含めた複素振幅をＱ_x ＋ｉＱ_y と表
す。

【００５８】電場の偏光状態を表現するためにジョーン
ズベクトルと、光学素子が偏光状態に及ぼす作用を表す
ジョーンズ行列（図１２）を用いる。ジョーンズベクト
ルは二次のベクトルの成分がｐ偏光、ｑ偏光の複素振幅
となるもので、ジョーンズ行列は１／４波長板１１０、
偏光ビームスプリッター１２０、偏光子１１８がｐ偏
光、ｑ偏光に及ぼす作用を示したものである。モニター
用光学部材１５０からの反射光をジョーンズベクトルで
（Ｐ，Ｑ）＝（Ｐ_x ＋ｉＰ_y ，Ｑ_x ＋ｉＱ_y ）と表す
と、１／４波長板１１０を通過した後の偏光状態は、

【数２】

【００５９】で表される。この光束は、偏光状態は円偏
光であり、この後に無偏光ビームスプリッター１１２に
よって第一の光束と第二の光束に分割される。無偏光ビ
ームスプリッター１１２を透過した第一の光束は、偏光
ビームスプリッター１２０によって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を透過した第一の偏光成分（縦偏光）の偏光状態
は、

【数３】

【００６０】で表される。光検出器１３２で検出される
第一の偏光成分の強度Ｉ₁₃₂ は、

【数４】

【００６１】で表される。ここでａｒｇ（ｚ）は複素数
ｚの偏角を表す。偏光ビームスプリッター１２０で反射
された第二の偏光成分（横偏光）の偏光状態は、

【数５】

【００６２】で表される。光検出器１３４で検出される
第二の偏光成分の強度Ｉ₁₃₄ は、

【数６】

【００６３】で表される。無偏光ビームスプリッター１
１２で反射された第二の光束は、＋４５°の偏光子１１
８を通り、ｐ偏光の成分だけの光（第三の偏光成分）と
なる。光検出器１３６で検出される第三の偏光成分の強
度Ｉ₁₃₆ は、

【数７】

【００６４】で表される。

【００６５】反射光Ｐ、Ｑは、モニター用光学部材１５
０の各面（面１〜面５）の反射の合成電場であり、光学
ガラス１６０の底面の研磨量は反射の位相変化として現
れる。光検出器１３２、１３４、１３６で得られる（干
渉）信号Ｉ₁₃₂ 、Ｉ₁₃₄ 、Ｉ₁₃₆ から、Ｉ_A ＝Ｉ₁₃₂ −
Ｉ₁₃₆ 、Ｉ_B ＝Ｉ₁₃₄ −Ｉ₁₃₆ を得る。Ｉ_A とＩ_B はそ
れぞれ次式で表される。

【００６６】

【数８】

【００６７】ここで反射面が１／４波長板１６２の上面
（面１、反射率ｒ₁ ）と被研磨面（面４、反射率ｒ₄ ）
だけとし、面１での反射光の位相を０とすると、Ｐ＝Ｐ
_x ＋ｉＰ_y 、Ｑ＝Ｑ_x ＋ｉＱ_y の電場は、

【数９】

【００６８】で表される。φは被研磨面での反射光の位
相を表している。ここでｑ成分の電場は波長板の影響を
受けており、ｐ成分の偏光の反射光に対して位相がずれ
ている。これを用いて差動信号Ｉ_A とＩ_B を表すと、

【数１０】

【００６９】となり、この関数はφに対して２πの周期
を持つ三角関数であり、Ｉ_A とＩ_B は位相がπ／２ずれ
た同型の関数である。従って、Ｉ_A をｘ軸にとり、Ｉ_B
をｙ軸にとり、リサージュ曲線（図１３）を作成した場
合、その曲線（円周）上の点と原点とを結ぶ線の角度θ
の変化は、φの変化に等しい。

【００７０】研磨量Δｄによるφの変化量Δφは、Δφ
＝４πｎΔｄ／λと表される。従って、モニター用光学
部材１５０の上面（面１すなわち第一面１５２）と被研
磨面（面４すなわち第二面１５４）のみの反射では、リ
サージュの位相変化から研磨量を直接求めることができ
る。

【００７１】しかしながら、実際は、モニター用光学部
材１５０からの反射光は、上面（面１）と被研磨面（面
４）以外の面からの反射成分も含んでいる。被研磨面の
位相が変化したときのｐ成分とｑ成分の電場の変化は、
図１４（Ａ）に示される無反射コートを持つモニター用
光学部材に対するものが図１５（Ａ）に、図１４（Ｂ）
に示される無反射コートを持たないモニター用光学部材
に対するものが図１５（Ｂ）に示される。図１５（Ａ）
に示されるように、被研磨面以外での反射が少ない場合
には、合成電場に対する研磨による電場の変化量は大き
く、図１５（Ｂ）に示されるように、被研磨面以外での
反射が多い場合には、合成電場に対する研磨による電場
の変化量は小さい。従って、図１４（Ａ）の無反射コー
トを持つモニター用光学部材では、被研磨面以外での反
射が少なく、モニター用光学部材の被研磨面は、研磨さ
れた場合に、Ｉ_A とＩ_B によって描かれるリサージュ
は、図１６（Ａ）に示されるように、その中心が原点
（０，０）の近くに位置する。図１４（Ｂ）の無反射コ
ートを持たないモニター用光学部材では、被研磨面以外
での反射が多く、同じくＩ_A とＩ_B によって描かれるリ
サージュは、図１６（Ｂ）に示されるように、その中心
が原点（０，０）の遠くに位置する。

【００７２】原点からの中心のずれが大きいリサージュ
から計算される位相変化は、実際の位相変化に対して大
きな誤差を持つ。図１４（Ａ）のモニター用光学部材に
おける、研磨による位相変化とそれに対する誤差が図１
７（Ａ）に示され、図１４（Ｂ）のモニター用光学部材
における、研磨による位相変化とそれに対する誤差が図
１７（Ｂ）に示される。また、レーザー光源１０２とし
て半導体レーザーを使用した場合、半導体レーザーの波
長が１２９９．８ｎｍ〜１３００．２ｎｍの間で変化し
た場合に、図１４（Ａ）のモニター用光学部材に対する
リサージュが図１８（Ａ）に、図１４（Ｂ）のモニター
用光学部材に対するリサージュが図１８（Ｂ）に示され
る。図１８（Ａ）と図１８（Ｂ）を比較して分かるよう
に、図１４（Ａ）に図示される無反射コートを持つモニ
ター用光学部材においては、波長の変化に対して、リサ
ージュの中心の位置の変化が比較的少なく、中心は原点
（０，０）の近くに位置する。これは、どの波長におい
ても、実際に光学ガラスが研磨されて生じる位相変化
と、リサージュにより求められる位相変化との間の誤差
が少ないことを意味する。すなわち、製造時に個々の波
長のバラツキが大きい半導体レーザーを光源として用い
た場合でも誤差が少ない位相計測を行なえることにな
る。

【００７３】従って、無反射コートが設けられたモニタ
ー用光学部材を用いた場合には、無反射コートの無いモ
ニター用光学部材を用いた場合に比べて、光学ガラスの
研磨量すなわち研磨対象物の研磨量が高精度に測定され
る。

【００７４】〔第四の実施の形態〕第四の実施の形態の
研磨量測定装置について図１９を用いて説明する。研磨
量測定装置は、図１９において、図１０と同様に測定光
学系１００とモニター用光学部材１５０とで構成されて
いる。

【００７５】図１９に示されるモニター用光学部材１５
０は、第三の実施の形態と同じものであり、その説明は
省略する。

【００７６】本実施形態の測定光学系１００は、図１９
に示されるように、第三の実施の形態（図１０）の測定
光学系に似ており、多くの部材は第三の実施の形態と共
通している。これらの共通する部材は、図１０と同じ参
照符号で示し、その説明は省略する。本実施形態の測定
光学系１００は、第三の実施の形態と異なる部材とし
て、無偏光ビームスプリッター２２０、二つの偏光子２
２２と２２４、光検出器２３２と２３４と２３６を有し
ている。

【００７７】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。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１０４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。

【００７８】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。

【００７９】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、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１１２によって第一の光束と第二の光束とに分割
される。無偏光ビームスプリッター１１２を透過した第
一の光束は、さらに無偏光ビームスプリッター２２０に
よって二つの光束に分割される。

【００８０】無偏光ビームスプリッター２２０を透過し
た光束は偏光子２２２に入射し、偏光子２２２はその透
過軸方向の偏光成分だけを透過させる。偏光子２２２に
入射する光束は、右回り円偏光と左回り円偏光の二種類
の光を含んでいるため、偏光子２２２を透過した偏光成
分は互いに干渉して光検出器２３２に入射し、光検出器
２３２は干渉光の強度に応じた第一の干渉信号Ｉ₂₃₂ を
出力する。

【００８１】同様に、無偏光ビームスプリッター２２０
で反射された光束は偏光子２２４に入射し、偏光子２２
４はその透過軸方向の偏光成分だけを透過させる。偏光
子２２４に入射する光束は、右回り円偏光と左回り円偏
光の二種類の光を含んでいるため、偏光子２２４を透過
した偏光成分は互いに干渉して光検出器２３４に入射
し、光検出器２３４は干渉光の強度に応じた第二の干渉
信号Ｉ₂₃₄ を出力する。偏光子２２２と偏光子２２４は
透過軸が互いにπ／４異なっており、このため光検出器
２３２に入射する干渉光と光検出器２３４に入射する干
渉光は位相がπ／２異なっている。

【００８２】また、無偏光ビームスプリッター１１２で
反射された第二の光束はそのまま光検出器２３６に入射
する。従って、光検出器２３６から出力される反射光量
信号Ｉ₂₃₆ は、モニター用光学部材１５０からの反射光
の光量に比例している。

【００８３】信号処理部１４４は、干渉信号Ｉ₂₃₂ とＩ
₂₃₄ と反射光量信号Ｉ₂₃₆ に基づいて、第一の差動信号
Ｉ_A ＝Ｉ₂₃₂ −Ｉ₂₃₆ と第二の差動信号Ｉ_B ＝Ｉ₂₃₄ −
Ｉ₂₃ ₆ 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、第一の差動信号Ｉ_A をｘ軸にとり、第二の差動信号
Ｉ_B にｙ軸にとって描いた、図１３に図示されるリサー
ジュを得るとともに、このリサージュに基づいて研磨量
Δｄを求めている。研磨量Δｄを求める方法は、第二の
実施の形態、第三の実施の形態と同様であり、その説明
は省略する。

【００８４】本実施形態では、光検出器２３２の手前に
偏光子２２２が配置され、光検出器２３４の手前に偏光
子２２４が配置されているが、偏光子２２２と偏光子２
２４の配置位置はこれに限定されるものではない。すな
わち、三つの光検出器２３２と２３４と２３６のうちの
任意の二つの手前に偏光子２２２と２２４が配置されれ
ばよい。

【００８５】上述した四つの実施形態においては、遅相
子の一つである位相板として１／４波長板を用いたが、
本発明は、特に、これに限定されるものではなく、検出
精度の差があるものの位相板として１／５、１／８波長
板などを用いても、本実施形態で説明した実施形態と同
様に信号検出が可能である。

【００８６】〔第五の実施の形態〕第五の実施の形態に
ついて図２０と図２１を用いて説明する。図２０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
しており、研磨量測定装置は、図２０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。

【００８７】図２０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
１２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。

【００８８】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を有しており、図示しな
い機構により、その両端がホルダー２０から突出した状
態でホルダー２０に固定されている。

【００８９】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は同様に研磨液を介して研磨板１２に
接触される。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。

【００９０】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
装置を構成する。

【００９１】モニター用光学部材１５０は、１／４波長
板１７０と、この両面に固定された光学的に透明な光学
ガラスからなる第一の平面板１７２と第二の平面板１７
４とを有している。１／４波長板１７０は互いに平行な
端面を有し、第一の平面板１７２と第二の平面板１７４
は共に互いに対向する二つの端面を有しており、１／４
波長板１７０の一方の端面と第一の平面板１７２の一方
の端面は互いに面して配置され、１／４波長板１７０の
他方の端面と第二の平面板１７４の一方の端面は互いに
面して配置されている。従って、第一の平面板１７２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、第二の平面板１７４の他方の端面はモニター
用光学部材１５０の第二面１５４に一致している。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異なる。

【００９２】図２０に示される測定光学系１００は、第
二の実施の形態の測定光学系（図５に示される）と同じ
ものである。従って、モニター用光学部材１５０の研磨
量すなわちワーク５０の研磨量は、第二の実施の形態と
全く同じ手法によって測定される。その測定手法につい
ては先に詳しく述べたので、その説明はここでは省略す
る。

【００９３】本実施形態において、測定光学系１００に
は、第三の実施の形態の測定光学系（図１０に示され
る）と同じもの、または、第四の実施の形態の測定光学
系（図１９に示される）と同じものを用いてもよい。そ
の場合、モニター用光学部材１５０の研磨量すなわちワ
ーク５０の研磨量は、それぞれ、第三の実施の形態また
は第四の実施の形態と全く同じ手法によって測定され
る。

【００９４】研磨量を正確に測定するためには、モニタ
ー用光学部材１５０の第一面１５２と第二面１５４の間
に高い平行度（数十秒程度）が要求される。その理由
は、第一面１５２と第二面１５４の平行度が低いモニタ
ー用光学部材１５０を用いた場合には、測定光学系１０
０で得られる干渉信号の振幅が小さくなってしまうから
である。

【００９５】本実施形態におけるモニター用光学部材１
５０は、前述したように、１／４波長板１７０の両面に
第一の平面板１７２と第二の平面板１７４が固定された
構造をしている。１／４波長板１７０は、場所に依らな
い均一な機能を実現するため、当然のことながら、その
両面には高い平行度が要求される。しかし、部品として
の単体の第一の平面板１７２と第二の平面板１７４の両
面には高い平行度は要求されない。ただ、１／４波長板
１７０に固定された状態において、第一面１５２に一致
する第一の平面板１７２の面と、第二面１５４に一致す
る第二の平面板１７４の面との間に、高い平行度が要求
されるだけである。

【００９６】このため、本実施形態におけるモニター用
光学部材１５０は、図２１（Ａ）に示されるように、第
一の平面板１７２と第二の平面板１７４の両面が平行な
ものに限らず、図２１（Ｂ）に示されるように、第一の
平面板１７２と第二の平面板１７４の両面が非平行なも
のであってもよい。要は、第一の平面板１７２の上面１
７２ａと第二の平面板１７４の下面１７４ａが、モニタ
ー用光学部材１５０の第一面１５２と第二面１５４に要
求される平行度を満たしてさえいればよい。

【００９７】このようなモニター用光学部材１５０は、
第一の平面板１７２と第二の平面板１７４を１／４波長
板１７０の各面に接着した後、例えば第一の平面板１７
２の端面を研磨し、この研磨された面に対して平行に第
二の平面板１７４の端面を研磨することによって作製で
きる。この作製方法においては、第一の平面板１７２と
第二の平面板１７４は両面の平行度が比較的低いもので
あっても一向に構わない。このため、平面板１７２と１
７４を比較的安価なもので済ますことができる。また、
接着後の研磨によって要求される平行度を出しているの
で、接着時に各部品の面の間に高い平面度が要求されな
い。従って、１／４波長板１７０と二つの平面板１７２
と１７４の接着が比較的短時間で行なえる。

【００９８】第一の平面板１７２と第二の平面板１７４
の研磨は、モニター用光学部材１５０をホルダー２０に
固定した後で行なってもよい。このため、図２０に示さ
れるように、モニター用光学部材１５０は、第二の平面
板１７４がホルダー２０から突出しているだけでなく、
その反対側において第一の平面板１７２がホルダー２０
から突出した状態で固定されている。このようにモニタ
ー用光学部材１５０をホルダー２０に固定した後で研磨
するという手順においては、モニター用光学部材１５０
をホルダー２０に固定する際に高い取り付け精度が要求
されない。従って、モニター用光学部材１５０の取り付
けが比較的短い時間で行なえる。

【００９９】この取り付け構造においては、ワーク５０
の研磨を何回も繰り返し行なううちに、モニター用光学
部材１５０の第二面１５４が不均一に研磨され、その結
果として第一面１５２と第二面１５４の平行度が測定の
許容範囲から外れてしまった場合に、第一の平面板１７
２と第二の平面板１７４の端面に再び平行に研磨し直す
ことによって、再び許容範囲内の平行度を得ることも可
能である。これにより、一個のモニター用光学部材１５
０を長い期間にわたり使用することができる。本実施形
態のモニター用光学部材１５０においても、実際には、
１／４波長板１７０と第一の平面板１７２の間および１
／４波長板１７０と第二の平面板１７４の間に、不所望
な反射光を抑える反射防止手段としての無反射コートが
設けられている。無反射コートを設ける効用は先に詳し
く述べてあるので、その説明は省略する。

【０１００】

【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４】図１の光検出器で得られる干渉信号を示す図で
ある。

【図５】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。

【図６】図５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７】図５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８】図５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９】図８に図示される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１０】第三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１１】モニター用光学部材とその周辺部において反
射光を生じ得る面を示す図である。

【図１２】図１０の測定光学系の構成の一部を示す図で
あり、その主要な光学素子の偏光状態に対する作用を表
すジョーンズ行列を併せて表記してある。

【図１３】図１０の信号処理部によって得られるリサー
ジュを示す図である。

【図１４】無反射コートを持つモニター用光学部材
（Ａ）と無反射コートを持たないモニター用光学部材
（Ｂ）の構成を示す図である。

【図１５】無反射コートを持つモニター用光学部材に対
する被研磨面の位相が変化したときのｐ成分とｑ成分の
電場の変化（Ａ）と無反射コートを持たないモニター用
光学部材に対する被研磨面の位相が変化したときのｐ成
分とｑ成分の電場の変化（Ｂ）を示す図である。

【図１６】無反射コートを持つモニター用光学部材に対
して得られるリサージュ（Ａ）と無反射コートを持たな
いモニター用光学部材に対して得られるリサージュ
（Ｂ）を示す図である。

【図１７】無反射コートを持つモニター用光学部材に対
する研磨量と誤差の関係（Ａ）と無反射コートを持たな
いモニター用光学部材に対する研磨量と誤差の関係
（Ｂ）を示す図である。

【図１８】光源の波長が変動した際に無反射コートを持
つモニター用光学部材に対して得られるリサージュ
（Ａ）と無反射コートを持たないモニター用光学部材に
対して得られるリサージュ（Ｂ）を示す図である。

【図１９】第四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２０】第五の実施の形態の研磨量測定装置の構成を
示す図である。

【図２１】図２０の装置に用いられるモニター用光学部
材の構造を示す図である。

【符号の説明】

１００測定光学系１０２レーザー光源１０８無偏光ビームスプリッター１２２光検出器１４０信号処理部１５０モニター用光学部材１５２第一面１５４第二面

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
反射光を受光する受光部とを有し、受光部は、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、受光部は、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。
【請求項３】請求項２において、モニター用光学部材
は、平行平面板と遅相子の間に設けられた反射防止手段
を更に備えている、光学式研磨量測定装置。
【請求項４】請求項１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、受光部は、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
の光束からモニター用光学部材の反射光量信号を検出す
る光量信号検出手段と、第一の干渉信号と第二の干渉信
号と反射光量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異な
っている、光学式研磨量測定装置。
【請求項５】請求項１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、互いに平行な二つの端面を持つ
遅相子と、遅相子の一方の端面に対して固定された互い
に対向する二つの端面を持つ光学的に透明な第一の平面
板と、遅相子の他方の端面に対して固定された互いに対
向する二つの端面を持つ光学的に透明な第二の平面板と
を備えており、第一の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、第二の平面板の一方
の端面と遅相子の他方の端面は互いに面して配置され、
第一の平面板の他方の端面はモニター用平面板の第一面
に一致し、第二の平面板の他方の端面はモニター用平面
板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、受光部は、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。
【請求項６】光学式研磨量測定装置に用いられる互いに
平行な端面である第一面と第二面を有しているモニター
用光学部材であり、互いに平行な二つの端面を持つ光学的に透明な平行平面
板と、これに固定された互いに平行な二つの端面を持つ遅相子
とを備えており、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、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いるモニター用光学
部材。
【請求項７】光学式研磨量測定装置に用いられる互いに
平行な端面である第一面と第二面を有しているモニター
用光学部材であり、互いに平行な二つの端面を持つ遅相子と、遅相子の一方の端面に対して固定された互いに対向する
二つの端面を持つ光学的に透明な第一の平面板と、遅相子の他方の端面に対して固定された互いに対向する
二つの端面を持つ光学的に透明な第二の平面板とを備え
ており、第一の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、第二の平面板の一方の端面と遅相子
の他方の端面は互いに面して配置され、第一の平面板の
他方の端面はモニター用光学部材の第一面に一致し、第
二の平面板の他方の端面はモニター用光学部材の第二面
に一致しているモニター用光学部材。