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JP7587255B2 - Double-sided polishing machine - Google Patents

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JP7587255B2
JP7587255B2 JP2020187655A JP2020187655A JP7587255B2 JP 7587255 B2 JP7587255 B2 JP 7587255B2 JP 2020187655 A JP2020187655 A JP 2020187655A JP 2020187655 A JP2020187655 A JP 2020187655A JP 7587255 B2 JP7587255 B2 JP 7587255B2
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carrier
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千宏 宮川
清仁 青木
薫 一本木
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Fujikoshi Machinery Corp
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Fujikoshi Machinery Corp
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Description

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。 The present invention relates to a double-sided polishing device for workpieces such as semiconductor wafers.

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。
There is a double-sided polishing device in which a workpiece held by a carrier is sandwiched between upper and lower platens and polished while revolving and rotating together with the carrier due to the rotation of a sun gear and an internal gear.
As shown in Patent Documents 1 to 3, these double-sided polishing machines are equipped with a workpiece thickness measuring unit that can measure the thickness of the workpiece in real time while the workpiece is being polished.

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。 The workpiece thickness measuring section in the double-sided polishing machine in Patent Document 1 (JP Patent Publication 2015-47656 A) is structured with one or more workpiece measurement holes that penetrate either the upper or lower base plate, and further, when measuring the workpiece thickness, the rotation of the sun gear and the internal gear is synchronously controlled to stop the revolution of the carrier and allow only rotation, so that the thickness of the workpiece is measured while being polished.

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。 The workpiece measuring unit in the double-sided polishing machine in Patent Document 2 (JP 2017-204609 A) and Patent Document 3 (JP 2017-207455 A) is capable of determining the measurement position (coordinates on the workpiece) of the workpiece thickness based on the rotational positions of the sun gear and internal gear during polishing, and by importing the thickness measurement position and the measured value in association with each other, it is possible to obtain the continuous thickness distribution (radial cross-sectional shape) of the workpiece through calculation processing.

特開2015-47656号公報JP 2015-47656 A 特開2017-204609号公報JP 2017-204609 A 特開2017-207455号公報JP 2017-207455 A

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。 In the double-sided polishing device described in Patent Document 1, when the thickness of the workpiece is measured, the revolution of the carrier is stopped during polishing, so control is required to keep the carrier rotating on its axis only. In addition, stopping the revolution of the carrier, which is necessary for polishing, has the problem of adversely affecting the machining accuracy and efficiency of the workpiece.

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。 In the devices of Patent Documents 2 and 3, as shown in FIG. 15, there may be a discrepancy between the actual thickness measurement position and the thickness measurement position calculated from the rotational position information of the sun gear and internal gear due to a time lag caused by delays in obtaining and calculating the rotational position information of the sun gear and internal gear, as well as errors in the rotational position information (backlash of various gears). FIG. 15 is a graph showing the relationship between the polar coordinate position of the carrier measurement position versus time (horizontal axis) (the dashed line is the calculated value, and the solid line is the actual measured value). There is a discrepancy between the calculated value and the actual measured value.

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。 Therefore, it is not possible to grasp the exact thickness measurement position (the position on the coordinate system of the workpiece), and an accurate thickness distribution cannot be obtained. In addition, due to a deviation between the thickness measurement position obtained from the rotational position information and the actual thickness measurement position , there is a problem that the workpiece 21 does not exist, and the thickness of the slurry layer 19 on the carrier 20 may be mistaken for the thickness of the workpiece 21, as shown in Fig. 16. In other words, there is a problem that the thickness of the slurry layer 19 is measured due to interference of reflected light from the front and back surfaces of the slurry layer 19.

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。 The present invention was made to solve the above problems, and its purpose is to provide a double-sided polishing machine that does not require the rotation of the carrier to be stopped during polishing, and does not mistake the thickness of the slurry layer for the thickness of the workpiece.

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。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
That is, the double-sided polishing apparatus according to the present invention is a double-sided polishing apparatus comprising: a ring-shaped lower surface plate having a polishing pad fixed to its upper surface and rotatable about a rotation axis; a ring-shaped upper surface plate having a polishing pad fixed to its lower surface and movable up and down above the lower surface plate and rotatable about the rotation axis; a sun gear disposed at the center of the lower surface plate; an internal gear disposed surrounding the lower surface plate; and a carrier disposed between the lower surface plate and the upper surface plate, having a through hole for holding a workpiece, meshing with the sun gear and the internal gear, revolving around the sun gear and rotating on its axis, the carrier including an optical system disposed on either the upper surface plate or the lower surface plate and rotating together with the surface plate, which irradiates the workpiece with laser light through a measurement hole provided in the surface plate, and a thickness measurement unit capable of measuring the thickness of the workpiece by receiving interference light of reflected light or transmitted light from the workpiece. the measurement hole; a position calculation unit that calculates the path of the laser light passing through the workpiece held on the carrier as position information from the center of the workpiece in relation to the passing time based on the rotational speed of the base plate, the rotational speed of the sun gear, and the rotational speed of the internal gear; a position correction unit that corrects the position information of the workpiece calculated by the position calculation unit based on the deviation between the actual passing time of the laser light passing through the actual boundary between the carrier and the workpiece, which is measured from the detection signal from the carrier detection sensor, and the calculated time of the laser light passing through the boundary between the carrier and the workpiece, which is calculated by the position calculation unit; and a control unit that terminates polishing of the workpiece when the thickness of the workpiece at the required position of the workpiece corrected by the position correction unit reaches a set thickness.

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。
It is preferable that the control unit controls so as to end polishing of the workpiece when the thickness of the inner side immediately adjacent to the edge portion of the workpiece reaches a set thickness.
The sensor portion of the carrier detection sensor may be composed of a high frequency coil that induces an eddy current in the carrier.
The detection sensitivity of the carrier can be improved by disposing a sensor portion of the high frequency coil in the measurement hole provided in the upper surface plate and adjacent to the lower surface of the upper surface plate.

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。
The high frequency coil and the optical system can be set so that the high frequency coil and the laser light irradiated from the optical system to the workpiece are coaxial.
It is preferable that the sensor portion of the carrier detection sensor is covered with a fluororesin or electromagnetically shielded.
It is preferable to provide a sensor amplifier for amplifying a detection signal from a sensor portion of the carrier detection sensor, and adjust the sensitivity of carrier detection on the sensor amplifier side, or set a threshold value to turn carrier detection on and off.

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。
By disposing an upper cap fixed to the top of the measurement hole, a lower cap fixed to the bottom of the measurement hole, and a window body fixed coaxially to the upper cap and lower cap and having a transparent plate that allows the laser light to pass through, it is possible to prevent liquids such as slurry and water from entering the measurement hole.
It is preferable to provide a protective plate made of resin so as to cover the lower surface of the lower cap other than the transparent plate.

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。 The thickness measurement unit has a light source monitoring circuit using a reference work, and the light source monitoring circuit can be composed of a second optical system that guides and irradiates laser light from a wavelength swept laser light source to the reference work, a second detector that detects an interference light signal of reflected light or transmitted light obtained from the reference work, and a DAQ that converts the interference light signal detected by the second detector into a digital signal.

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。 The thickness measurement unit has a Mach-Zehnder interferometer and a detector, and the Mach-Zehnder interferometer also serves as a light source monitoring circuit, which can monitor the sweep wavelength accuracy, which can be grasped by the average value, PP value, or deviation value of a set number of measurements, for the frequency of the FFT peak value of the interference waveform acquired by the detector.

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。
According to the present invention, the following advantageous effects are obtained.
That is, according to the present invention, it is possible to provide a double-sided polishing apparatus which does not require stopping the revolution of the carrier during polishing and which does not mistake the thickness of the slurry layer for the thickness of the workpiece.

両面研磨装置の概略の断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a double-sided polishing apparatus. 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。11 is a plan view showing the arrangement of carriers on a lower platen. FIG. 厚さ測定部の概略を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an outline of a thickness measuring unit. 図4A、Bは下定盤上にワークもキャリアも存在しない時の、キャリアとワークの検出状態を示す説明図である。4A and 4B are explanatory diagrams showing the detection state of the carrier and the work when neither the work nor the carrier is present on the lower surface plate. 図5A、Bはキャリアが高周波コイルの下方に進入した時の、キャリアとワークの検出状態を示す説明図である。5A and 5B are explanatory diagrams showing the detection state of the carrier and the workpiece when the carrier enters below the high frequency coil. 図6A、Bはワークがプローブの下方に進入した時の、キャリアとワークの検出状態を示す説明図である。6A and 6B are explanatory diagrams showing the detection state of the carrier and the workpiece when the workpiece enters below the probe. 図7A、Bはキャリア上を、レーザ光がラインL1、L2、L3上を通過するときの、キャリアとワークの検出状態を示す説明図である。7A and 7B are explanatory diagrams showing the detection state of the carrier and the workpiece when the laser light passes over the lines L1, L2, and L3 on the carrier. 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。This is a simulation diagram showing the path of laser light passing momentarily over 15 workpieces, calculated from the rotation speed of the upper platen, the rotation speed of the sun gear, and the rotation speed of the internal gear. 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。This is a simulation diagram showing the path of laser light passing momentarily over 15 workpieces, calculated from the rotation speed of the upper platen, the rotation speed of the sun gear, and the rotation speed of the internal gear. 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。This is a simulation diagram showing the path of laser light passing momentarily over 15 workpieces, calculated from the rotation speed of the upper platen, the rotation speed of the sun gear, and the rotation speed of the internal gear. 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。This is a simulation diagram showing the path of laser light passing momentarily over 15 workpieces, calculated from the rotation speed of the upper platen, the rotation speed of the sun gear, and the rotation speed of the internal gear. システム全体を制御する制御部のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a control unit that controls the entire system. 図13A、Bはキャリア検出センサを組み込んだ窓体の構成の説明図である。13A and 13B are explanatory diagrams of the configuration of a window body incorporating a carrier detection sensor. 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。FIG. 13 is an explanatory diagram in which the carrier detection sensor and the probe are set at different positions. 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。11 is a graph showing the difference between the calculated value and the actually measured value of the rotational position of the carrier with respect to time. 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。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a state in which the thickness of the slurry on the carrier is detected. 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。FIG. 13 is a block diagram showing an outline of another thickness measuring unit for measuring the thickness of a workpiece. 図17に示す厚さ測定部における光学系を含んだ、厚さ測定プロセスを示す信号処理のフロー図である。FIG. 18 is a flow diagram of signal processing showing a thickness measurement process including an optical system in the thickness measurement unit shown in FIG. 17. 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。 13 is a graph showing a direct interference waveform from the workpiece, which is input to the computer simultaneously with the trigger signal from the laser light source and the internal clock of the A/D board, and an interference waveform input to the computer from the MZI interferometer 72 . DAQのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a DAQ. FFT処理データを平均化処理しない場合(図7A)と、平均化処理をした場合(図7B)のパワースペクトルの状況を示すグラフである。7A is a graph showing the state of the power spectrum when FFT processed data is not averaged (FIG. 7A) and when FFT processed data is averaged (FIG. 7B). 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。FIG. 13 is a block diagram of the entire system showing still another embodiment of the thickness measuring unit .

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。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
First, an example of a double-sided polishing machine will be described. Since a known double-sided polishing machine may be used, a brief description will be given below.
Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a double-sided polishing machine 10 for polishing workpieces such as silicon wafers, and Fig. 2 is a plan view showing the arrangement of carriers on a lower platen.
In the apparatus shown in FIG. 1, a carrier 20 driven by an internal gear 15 and a sun gear 16 is disposed between a lower platen 12 and an upper platen 14 which rotate in opposite directions.
Polishing pads 17 and 18 are attached to the upper surface of the lower surface plate 12 and the lower surface of the upper surface plate 14, respectively.

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。 The carrier 20 has holes 22 for holding the workpiece 21 to be polished therein. In this embodiment, as shown in FIG. 2, five carriers 20 that mesh with the sun gear 16 and the internal gear 15 are arranged at regular intervals in the circumferential direction. Each carrier 20 has three holes 22. Therefore, a total of 15 workpieces 21 can be polished at the same time.

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。
The carrier 20 has a planetary mechanism structure that meshes with the sun gear 16 and the internal gear 15, and revolves around the sun gear 16 and rotates about its own axis.
The carrier 20 is made of a metal such as titanium.
The lower surface plate 12 is rotatably disposed on a surface plate receiver (not shown). The upper surface plate 14 is supported via a rod 25 on a disk 24 which is supported via a suspension column 23 on a gate-shaped column (not shown) so as to be movable up and down and rotatable therewith.

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。
The lower surface plate 12, the upper surface plate 14, the sun gear 16, and the internal gear 15 are each adapted to be rotated by a known driving mechanism (not shown).
As described above, during polishing, the lower platen 12 and the upper platen 14 are rotated in opposite directions, and the carrier 20 revolves and rotates around the sun gear 16, thereby polishing the workpiece 21 held in the through hole 22 of the carrier 20.

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。 During polishing, a slurry containing an abrasive is supplied onto the lower platen 12 from a slurry supply unit (not shown) provided on the upper platen 14. The slurry supply unit supplies the slurry onto the lower platen 12 through a through hole provided in the upper platen 14 via a hose (not shown).

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。
FIG. 3 is a block diagram showing an outline of a thickness measuring unit 30 for measuring the thickness of the workpiece 21. As shown in FIG.
Reference numeral 31 denotes a known wavelength sweep type laser light source. The laser light source 31 repeatedly sweeps the wavelength over all or part of the same wavelength range, for example, at a wavelength sweep speed of 1 to 50 kHz and a wavelength variable range of 1200 to 1400 nm. The laser light emitted from the laser light source 31 is irradiated onto the measurement site of the workpiece 21 from a circulator 32, a rotary joint 33, and a probe (optical system) 34. The rotary joint 33 is disposed on a suspension support 23 which is the center of rotation of the upper surface plate 14.

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。 The probe 34 is fixed on the upper surface plate 14 and rotates together with the upper surface plate 14. Laser light is irradiated from the probe 34 onto the workpiece 21 through a measurement hole 35 provided in the upper surface plate 14. The measurement hole 35 is preferably located at a position on the upper surface plate 14 that corresponds to approximately the center of the width of the carrier 20 (a position equivalent to 4/5 of the surface plate radius from the center of the upper surface plate 14) so that it passes evenly over all 15 workpieces 21 held by the carrier 20. The probe 34 may be fixed to the lower surface plate 12 (not shown) and configured to irradiate laser light toward the workpiece 21 from a measurement hole (not shown) provided in the lower surface plate 12.

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。 The laser light (interference light) reflected by the front and back surfaces of the workpiece 21 is detected by the photodiode 36 via the measurement hole 35, the probe 34, the rotary joint 33 and the circulator 32, and is converted into an electrical signal (interference light signal) by the photodiode 36, which is then amplified by the amplifier.

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。
The laser light reflected from the front surface of the workpiece 21 and the laser light reflected from the rear surface interfere with each other and are observed as interference light having a required phase.
It is also possible to observe interference light between the laser light passing through the workpiece 21 and the laser light reflected from the rear surface of the workpiece 21, then reflected from the front surface and passing through the rear surface side.
The interference light signal is converted into a digital signal by a DAQ (data acquisition device: digitizer) 37 including an A/D converter and an FFT processor, and then FFT processing is performed to obtain data on the peak value of the interference waveform. The data is then input to a thickness calculation unit 38 in the control unit 50 ( FIG. 12 ).
An external trigger signal generated by the laser light source 31 is input to the DAQ 37 .

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。
In the thickness calculation unit 38, the center frequency (peak value) is calculated from the FFT processed data from the DAQ 37, and the thickness of the workpiece 21 is calculated by a known formula including the refractive index of the workpiece 21.
The FFT process may be performed by the thickness calculation unit 38 .

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。
Reference numeral 40 denotes a carrier detection sensor (proximity sensor) disposed in the measurement hole 35, and has a high-frequency coil (sensor portion) 41 provided at a portion facing the lower surface plate 12 (carrier 20) (FIGS. 4 to 6). The high-frequency coil 41 is fixed to the lower surface of a hollow support 43. In order to increase the detection sensitivity of the carrier 20, the high-frequency coil 41 is preferably located as close to the carrier 20 as possible, preferably about 3 mm (about 4.5 mm at the limit). It is preferable that the high-frequency coil 41 is at the same height as the lower surface of the upper surface plate 14. In this case, the distance between the high-frequency coil 41 and the carrier 20 is about the thickness of the polishing pad 17.
A high-frequency current is applied to the high-frequency coil 41 from an AC power source (not shown).
Reference numeral 42 denotes a lead wire of the high frequency coil 41 .

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。
In this embodiment, the high-frequency coil 41 is provided so as to be coaxial with the laser light irradiated from the probe (optical system) 34 to the workpiece 21. The laser light from the probe 34 passes through the hollow support 43 and the high-frequency coil 41 and is irradiated to the workpiece 21.
The high frequency coil 41 which is the sensor portion of the carrier detection sensor 40 is preferably covered with a fluororesin (not shown) to improve corrosion resistance.
It is also preferable to electromagnetically shield the high frequency coil 41 to prevent magnetic interaction with the steel upper platen 14 .

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。 As described above, the laser light emitted from the probe 34 passes through the measurement hole 35 and is irradiated onto the workpiece 21. The reflected light also passes through the measurement hole 35 and is guided from the probe 34 and rotary joint 33 to the circulator 32.

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。 When the metal carrier 20 passes below the high-frequency coil 41, i.e., below the measurement hole 35, eddy currents are generated in the carrier 20 due to electromagnetic induction, and the impedance of the high-frequency coil 41 changes due to the magnetic field caused by these eddy currents. This change in impedance is then detected to detect the presence of the carrier 20.

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。 The presence of the carrier 20 can also be detected as follows. For example, an induced current caused by the magnetic field of the eddy current in a secondary coil (receiving coil: not shown) arranged coaxially with the high frequency coil 41 is captured, and this induced current is amplified by the sensor amplifier 39, passes through the rotary joint 33, and is processed by a processing unit including the DAQ 37 to generate a carrier detection signal. In this case, the sensitivity of the carrier 20 detection can be adjusted by the sensor amplifier 39, or a threshold value can be set in the DAQ 37 to turn carrier detection on and off.

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。
As will be described later, a detection signal from this carrier 20 is input to a position correction section 52 (FIG. 12) in the control section 50.
The rotary joint 33 has a structure such as a slip ring, and is configured so that the transmission of optical and electrical signals to the subsequent A/D converter 37 is not impeded when the probe 34 and carrier detection sensor 40 rotate together with the upper base plate 14.

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。 Figures 4A and 4B are explanatory diagrams showing the state when neither the workpiece 21 nor the carrier 20 is present on the lower surface plate 12, and neither the carrier 20 nor the workpiece 21 is detected. Figures 5A and 5B are explanatory diagrams showing the state when the carrier 20 has entered below the high frequency coil 41, and the carrier 20 is detected by the carrier detection sensor 40. Figures 6A and 6B are explanatory diagrams showing the state when the workpiece 21 has entered below the probe 34, and the carrier 20 is not detected, but the workpiece 21 is detected.

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。
7A and 7B are explanatory diagrams showing the detection state of the carrier 20 and the workpiece 21 when the laser light passes over the lines L1, L2, and L3 on the carrier 20.
7A and 7B, the carrier 20 and the workpiece 21 are clearly identified and detected. In particular, the boundary between the carrier 20 and the workpiece 21 is clearly identified.

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。 In the conventional system, when there is only a workpiece thickness measurement section, as shown in Figure 15, if there is a slurry film on the carrier, the workpiece thickness measurement section measures the thickness of the slurry film, making it difficult to clearly distinguish the boundary between the workpiece and the carrier, and making it impossible to accurately grasp the workpiece thickness measurement position, which is one of the reasons why an accurate workpiece thickness distribution (cross-sectional shape) cannot be obtained.

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。
In this regard, in the present embodiment, by providing a carrier detection sensor 40, even if a film of slurry is formed on the carrier 20, it is possible to determine that this is the thickness of the slurry on the carrier 20 by detecting the carrier 20.
In this sense, it is important to grasp the boundary between the carrier 20 and the workpiece 21 .
Also, it is important to grasp the boundary between the carrier 20 and the workpiece 21 for the following reason.

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。
In this embodiment, the cross-sectional shape of the workpiece 21 can be known by measuring the laser light passing across the workpiece 21. This cross-sectional shape can be known by measuring the thickness of the workpiece 21 from when the laser light starts to pass across the workpiece 21 (at the boundary between the carrier 20 and the workpiece 21) to when the laser light finishes passing over the workpiece 21 (at the boundary between the carrier 20 and the workpiece 21). In order to know this cross-sectional shape of the workpiece 21, it is important to grasp the boundary between the carrier 20 and the workpiece 21.
The cross-sectional shape of the workpiece 21 is grasped in relation to position information (XY coordinates or polar coordinates) from the center of the workpiece 21 .

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。
Figures 8 to 11 are simulation diagrams showing the path of laser light passing through 15 workpieces Wf1 to Wf15 at each moment, calculated from the rotational speed of the upper base plate 14 on which the probe 34 is provided, the rotational speed of the sun gear 16, the rotational speed of the internal gear 15, etc.
As shown in FIGS. 8 to 11, the laser light passes over each workpiece 21 evenly.

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。
FIG. 12 is a block diagram of the control unit 50 that controls the entire system.
The control unit 50 includes a thickness calculation unit 38 including a thickness distribution calculation unit 38 a, as well as a position calculation unit 51 and a position correction unit 52 .
The position calculation unit 51 is connected to a memory unit 53 into which data such as the rotational speed of the upper base plate 14, the rotational speed of the sun gear 16, the rotational speed of the internal gear 15, etc. (the settings can be changed by operating an input unit not shown) has been input in advance.
The carrier detection sensor 40 is connected to the position correction unit 52 .

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。 In this embodiment, as shown in Figures 8 to 11, the path of the laser light passing over the workpiece 21 (path of the thickness measurement position) is calculated in the position calculation unit 51 as position information (XY coordinates or polar coordinates) from the center of the workpiece in relation to the time of passage. That is, based on data such as the rotation speed of the upper surface plate 14, the rotation speed of the sun gear 16, and the rotation speed of the internal gear 15 input to the memory unit 53, the position calculation unit 51 calculates the path of the laser light passing over the workpiece 21 as position information (XY coordinates or polar coordinates) from the center of the workpiece in relation to the time of passage using a formula for the relationship between these data.

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。 As shown in FIG. 15, there is a discrepancy between the position information (calculated time) calculated by the above and the actual measured position (actual measured time) due to a time lag when extracting the rotational position information of the sun gear 16 and the internal gear 15, and errors in the rotational position information. For this reason, it is not possible to grasp the exact thickness measurement position (coordinates on the workpiece 21), and as mentioned above, an accurate thickness distribution cannot be obtained.

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。 In this embodiment, the carrier 20 is detected by the carrier detection sensor 40, and the time when the laser light passes through the actual boundary between the carrier 20 and the workpiece 21 is detected (actual measurement time). The position correction unit 52 corrects the deviation between this actual measurement time and the time when the laser light passes through the boundary between the carrier 20 and the workpiece 21 (calculated time) calculated by the position calculation unit 51 so that it becomes zero.

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。
That is, the position correction unit 52 replaces the calculated time when the laser light passes through the boundary between the carrier 20 and the workpiece 21 calculated by the position calculation unit 51 with the above-mentioned actual measurement time. That is, the position information (XY coordinates or polar coordinates) of the workpiece 21 calculated by the position calculation unit 51 is corrected by assuming that the laser light passes through the boundary between the carrier 20 and the workpiece 21 at the above-mentioned actual measurement time.
As a result, the thickness (cross-sectional shape) of the workpiece 21 on the path that the laser light passes over the workpiece 21 is calculated in association with position information (coordinates) relative to the center of the workpiece 21 from the actually measured boundary portion.

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。
Therefore, the cross-sectional shape of the workpiece 21 at the edge portion can be obtained from the edge portion on the path through which the laser light has passed.
The thickness calculation unit 38 , the position calculation unit 51 , and the position correction unit 52 are controlled by an overall control unit 50 .
The control unit 50 controls each unit so that polishing of the workpiece 21 ends when the thickness of the workpiece 21 at the required position (actual position) reaches the set thickness.

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。
Incidentally, it is known that the cross-sectional shape of the workpiece (silicon wafer) 21 being polished changes from moment to moment depending on the stage of polishing.
That is, in the initial stage of polishing, the overall shape of the workpiece 21 is an upwardly convex shape, and a large sagging shape is observed on the outer periphery of the workpiece 21. As polishing progresses, the overall shape of the workpiece 21 approaches flatness, but the sagging shape remains on the outer periphery of the workpiece 21. At this time, the thickness of the workpiece 21 becomes approximately the same as that of the carrier 20. As polishing progresses further, the overall shape of the workpiece 21 becomes approximately flat, and the amount of sagging on the outer periphery of the workpiece 21 decreases. Thereafter, as polishing progresses, the shape of the workpiece 21 gradually becomes concave in the center, and the outer periphery of the workpiece 21 becomes cut up.

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。
For the above reasons, in order to obtain a workpiece 21 with high flatness on the entire surface and outer periphery, it is common to polish the workpiece 21 until the thickness of the workpiece 21 becomes approximately equal to the thickness of the carrier 20, and polishing of the workpiece 21 is completed at this stage.
It is known from experience that when polishing of the workpiece 21 is completed, the portion of the workpiece 21 other than the edge portion has an extremely high degree of flatness (for example, a surface roughness of 10 nm or less).

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。
Even in this case, the outer periphery (edge) of the workpiece 21 is rounded off as described above, and therefore, the outer periphery of the workpiece 21 is usually rendered unusable.
Therefore, it is better to determine when polishing of the workpiece 21 is complete when the thickness of the area (recognized as coordinates) just inside the edge of the workpiece 21 (for example, about 2 mm from the edge) reaches the set thickness.

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。 In this embodiment, as described above, the cross-sectional shape of the workpiece 21 on any path that the laser light has passed through can be obtained. To obtain an accurate cross-sectional shape of the entire workpiece 21, it is ideal to obtain the cross-sectional shape on or near the diameter of the workpiece 21, but the cross-sectional shape on or near the diameter of the workpiece 21 does not necessarily have to be used to determine the end time of polishing.

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。 In other words, as described above, the end of polishing of the workpiece 21 can be determined by ending the polishing of the workpiece when the thickness of the part immediately inside the edge of the workpiece 21 reaches the set thickness. Therefore, at any position where the laser light, which is the measurement light, crosses the workpiece 21 as shown in Figures 8 to 11, it can be determined whether the thickness of the part immediately inside the edge has reached the set thickness. Therefore, the thickness of, for example, 15 workpieces 21 can be determined almost simultaneously.

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。 As described above, in this embodiment, the thickness of the workpiece 21 can be measured in real time while the workpiece 21 is being polished without stopping the revolution of the platen, and the provision of the carrier detection sensor 40 prevents the thickness of the slurry layer 19 from being mistaken for the thickness of the workpiece 21, and by correcting the deviation from the calculated measurement position, the thickness can be measured at the exact position (coordinates) of the workpiece 21.

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。
13A and 13B are explanatory diagrams showing an embodiment in which the carrier detection sensor 40 is provided in a window body 45 provided in the measurement hole 35.
The window body 45 has an upper cap 60 and a lower cap 61 .
The upper cap 60 and the lower cap 61 are formed of an elastic body such as rubber, and are connected by two connecting shafts 64 as is clear in FIG. 13B.
The upper cap 60 is inserted into and fixed to the upper portion of the measurement hole 35 provided in the upper surface plate 14. Similarly, the lower cap 61 is inserted into and fixed to the lower portion of the measurement hole 35 provided in the upper surface plate 14.
A thin transparent plate 65 is fitted into through holes provided at the same vertical position in the upper cap 60 and the lower cap 61. The laser light from the probe 34 is irradiated onto the workpiece 21 through this transparent plate 65, and the reflected light from the workpiece 21 is also guided from this transparent plate 65 to the probe 34.

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。
The carrier detection sensor 40 is fitted in a through hole provided in parallel to the through hole in which the transparent plate 65 of the lower cap 61 is fitted. The lead wires 42 are led out from a through hole provided in the upper cap 60 to the outside of the upper cap 60.
The lower cap 61 is inserted into and fixed at the bottom of the measurement hole 35 so that its lower surface is positioned slightly above the lower surface of the upper surface plate 14. A resin protective plate 66 is adhered and fixed to cover the lower surface of the lower cap 61 to prevent slurry or water from entering the measurement hole 35.

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。
An O-ring 68 is fitted between the outer wall surfaces of the upper cap 60 and the lower cap 61 and the inner wall surface of the measurement hole 35 to provide a liquid-tight seal.
Furthermore, the gaps between the outer wall surface of the upper cap 60 and the inner wall surface of the measurement hole 35 , between the outer wall surface of the lower cap 61 and the inner wall surface of the measurement hole 35 , and between the lead wire 42 and the through hole are filled with sealant to ensure liquid-tightness.
Since the carrier detection sensor 40 in this embodiment is disposed within the window 45 provided in the measurement hole 35 , it is possible to prevent liquids such as slurry or water from entering the measurement hole 35 .

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。
In each of the above embodiments, the carrier detection sensor 40 is disposed in the measurement hole 35 through which the laser light passes, but the probe 34 (measurement hole 35) through which the laser light passes and the carrier detection sensor 40 may be provided at different positions on the upper surface plate 14.
FIG. 14 is an explanatory diagram in which the carrier detection sensor 40 and the probe 34 are set at different positions.

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。 In this embodiment, the five carriers 20 are the same shape and are arranged at equal intervals on the lower surface plate 12, and the positions of the three through holes 22 are also set to be arranged at the same angle relative to the center of the lower surface plate 12. The positions of the probes 34 (i.e., the measurement holes 35) and the carrier detection sensors 40 are both set to be at the same distance from the center position of the upper surface plate 14, which is 4/5 of the radius of the upper surface plate 14, and to be in the same position relative to the corresponding carriers 20.

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。
Under the above conditions, the five carriers 20 revolve and rotate in the same state.
By setting the above conditions, the detection of the carrier 20 by the carrier detection sensor 40 is time-similar to the detection of the carrier 20 at the probe 34 position (thickness detection position), and the thickness of the workpiece 21 can be measured and the presence of the carrier 20 can be detected in the same manner as described above.

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。
The measurement hole 35 in which the probe 34 is located may have a structure in which the carrier detection sensor 40 is removed from Figures 4 to 6 and 13, and the carrier detection sensor 40 may simply have a structure in which a sensor portion or the like is disposed in a hole provided in the base plate.
The reference numeral 35a denotes a slurry supply hole.

次に、図17はワーク21の厚さを測定する厚さ測定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。
Next, Fig. 17 is a block diagram showing an outline of another embodiment of the thickness measuring unit 30 for measuring the thickness of the workpiece 21. Fig. 18 is a signal processing flow diagram showing the thickness measuring process including an optical system. The same reference numerals are used for the same members as those in the above embodiment.
17 and 18 will be described together below.
Reference numeral 70 denotes a known wavelength sweep type laser light source.

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。
A laser beam having a wavelength swept at a constant wavelength sweep speed of 20 to 50 kHz in a certain range including a wavelength of 1260 to 1350 nm is emitted from the laser light source 70. When a silicon wafer (workpiece) is to be measured, the wavelength sweep range is preferably a range of infrared light of 1200 to 1400 nm, which is centered around 1300 nm and easily transmits silicon, that is, the wavelength of the silicon is easily transmitted through the silicon.
The laser light emitted from the laser light source 70 is irradiated onto the portion to be measured of the workpiece 21 via the circulator 32, the optical rotary joint 33, and the probe (lens system) 34.

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。
The laser light reflected from the front surface of the workpiece 21 and the laser light reflected from the rear surface interfere with each other and are observed as interference light having a required phase.
The interference light signal is input to a DAQ (data acquisition device: digitizer) 37 incorporating an A/D converter and an FFT analyzer, and converted into a digital signal (FIG. 4, step 1: S1).
An external trigger signal generated by a laser light source 70 is input to the DAQ 37 .
As the DAQ 37, for example, the ADQ14OCT manufactured by TELEDYNE SP DEVICES can be suitably used.

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。
A known MZI (Mach-Zehnder) interferometer 72 is preferably used as the MZI interferometer 72, for example, the "Thorlabs INT-MZI-1300" manufactured by Thorlabs.
The MZI interferometer 72 takes in a portion (about 5%) of the laser light emitted from the laser light source 70 into the MZI optical system 73, detects the phase difference of the interference light by a differential photodetector 74, and generates a sampling clock signal (step 2: S2).
The MZI optical system 73 and the differential photodetector 74 constitute an MZI interferometer 72 .

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)。
FIG. 19 shows the direct interference light waveform from the workpiece, which is simultaneously input into the computer using the internal clock of the A/D board from the trigger signal of the laser light source 70, and the sampling clock signal (interference light waveform: one sweep) input into the DAQ 37 from the MZI interferometer 72.
19, the sampling clock signals (interference optical signals) from the MZI interferometer 72 are spaced at equal intervals. These interference optical signals are also spaced at equal intervals in the optical frequency space (k-space), and their zero crossings are sampled in the DAQ 37 and used as the sampling clock signals (k-clock signals) (Step 3: S3).

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)。
In the DAQ 37, the interference light signal from the work is resampled using the k-clock signal as a reference (step 4: S4).
Then, in the FFT processor 76 (FIG. 20) in the DAQ 37, the resampled signal from the work is multiplied by a window function using the k-clock signal as a reference to perform FFT processing (specifically, DFT: Discrete Fourier Transform), and data on the peak value of the resampled interference waveform is obtained (Step 5: S5).

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。
More specifically, within the FFT processor 76, the work interference waveform resampled in k-space is multiplied by a window function (Hanning or Hamming) at 1024, 2048, 4096, or 8192 points to perform FFT (DFT) processing to obtain peak value data of the interference waveform, and this peak value data is output to the calculation unit 38.
For example, when FFT processing is performed at 8192 points, data can be acquired at a high speed of 122 kHz.

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。 The calculation unit 38 calculates the center frequency (peak value) from the FFT-processed data from the DAQ 37, and can measure the thickness of the workpiece 21 by calculating it using a known formula that includes the refractive index of the workpiece 21.

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)。
FIG. 20 is a block diagram of the DAQ 37.
The interference light signal from the workpiece 21 is sampled by an A/D converter (step 1: S1).
The sampling clock signal (interference optical signal) from the MZI interferometer 72 is sampled by an A/D converter and used as a k-clock signal (step 3: S3).

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。
Then, the interference light signal from the workpiece is resampled based on the k-clock signal (step 4: S4).
Then, the resampled signal is multiplied by a window function and subjected to FFT processing (specifically, DFT: Discrete Fourier Transform) (step 5: S5).
The output of the FFT (DFT) processing is converted to a power spectrum (PSD) in step 6 (S6), and further subjected to signal averaging in step 7. The averaging is preferably a moving average.

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。 When the light transmittance of the workpiece 21 is low due to the influence of the measurement conditions, the light interference intensity is weak, and the acquired power spectrum has a low peak at the center frequency indicating the thickness of the workpiece, making the peak difficult to distinguish as it blends into the noise. Therefore, in this embodiment, an averaging process (step 7: S7) is performed on the power spectrum to cancel the effects of randomly occurring noise and make the center frequency peak apparent.

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。
Fig. 21 is a graph showing the state of the power spectrum when averaging is not performed (Fig. 21A) and when averaging is performed (Fig. 21B). As can be seen from Fig. 21, when averaging is performed, noise is reduced and the center frequency peak becomes clearer.
This allows the peak of the central frequency to be detected with high accuracy, improving the accuracy of measuring the thickness of the workpiece 21.

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)。
The averaged data is output to the calculation unit 38 via the interface.
As described above, the calculation unit 38 calculates the center frequency (peak value) from the FFT-processed data from the DAQ 37, and can measure the thickness of the workpiece 21 by performing calculations using a known equation that includes the refractive index of the workpiece 21 (step 8: S8).

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。
The DAQ 37 or the calculation unit 38 calculates a peak value by taking a simple average of two or more FFT values or a moving average of two or more FFT values. The peak value (measurement value) calculation is repeated at the speed of the sweep frequency of the laser light source 70. This makes it possible to average out the measurement variations and to measure the thickness of the workpiece 21 with high accuracy.
A series of processes in the DAQ 37 is controlled by a control unit 78 separate from the calculation unit 38. The control unit 78 has a built-in FPGA that allows high-speed processing conditions and the like to be rewritten.

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。 In particular, the k-clock signal generated by the DAQ 37 is a clock signal derived from the MZI interferometer 72 and is extremely accurate. The interference light signal from the workpiece 21 is resampled and calibrated based on this k-clock signal, so that even if there is some deviation in the sweep wavelength from the wavelength-swept laser light source 70 , the thickness of the workpiece 21 can be measured with high accuracy.

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。
In the double-sided polishing machine 10, the relative speed between the workpiece 21 and the probe 34 is high, and in one embodiment, the workpiece passes through at a speed of approximately 1400 mm/sec, taking a maximum of 200 msec. In order to measure the shape (cross-sectional shape) of the workpiece, 5 or more measurement points per mm are required.
Therefore, the number of measurement points required per second is 7055 or more.
The above is calculated each time the wafer passes.

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。 When the wavelength sweep of the laser light source 31 is 30 kHz (33.3 μs/sweep), data can be acquired approximately 30,000 times per second, but by suitably using the DAQ37, for example, an ADQ14OCT from TELEDYNE SP DEVICES, the above FFT processed data can be acquired, and if the DAQ37 or the calculation unit 38 averages every four times, 7,500 points can be acquired per second, and the above 7,055 points or more can be acquired, which is sufficient to handle thickness measurement (shape measurement) of the workpiece 21 in a double-sided polisher in which the workpiece 21 rotates at high speed. In this way, in this embodiment, data can be acquired at high speed and at multiple points within the DAQ37 while the workpiece 21 is being polished, so that the workpiece 21 can be polished with high precision.

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。
When the wavelength sweep of the laser light source 70 is 20 kHz (50 μs/sweep), data can be acquired approximately 20,000 times per second. If the DAQ 37 or calculation unit 38 averages every two times, this amounts to 10,000 points per second, which is sufficient for measuring the thickness (shape) of the workpiece 21 in a double-sided polishing machine, in which the workpiece 21 rotates at high speed.
It is also possible to perform window function + FFT processing in the calculation unit 38. However, since the calculation unit 38 is involved in controlling the entire polishing apparatus, the data processing speed is slow and only about 45 points can be obtained per second, making it impossible to obtain a satisfactory number of data points.
In this respect, in the present embodiment, as described above, programming is performed by FPGA within the DAQ 37, and high speed processing can be performed by a separate control unit 78.

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。
In addition, since there are various types of workpieces to be machined, the light transmittance of the workpiece 21 to be measured may also differ depending on the type of workpiece 21 to be machined. Accordingly, the intensity of the interference light signal from the workpiece 21 varies depending on the type of workpiece 21 to be measured. Specifically, when the light transmittance is low, the intensity of the interference light signal tends to be low.
Therefore, it is preferable to provide a function for switching or adjusting the amplification factor of the detector (photodiode) 36 that detects the interference light signal to an appropriate amplification factor according to the type and transmittance of the workpiece 21 to be measured. The adjustment and switching of the amplification factor is preferably performed by a controller (calculation unit) 38.
This enables accurate thickness measurement for various types of workpieces with different light transmittances, and even if the workpiece being measured has a low intensity of the interference light signal, it is possible to accurately measure the thickness without being affected by noise, etc.

図22は、厚さ測定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。
FIG. 22 is a block diagram of the entire system showing still another embodiment of the thickness measuring unit 30.
The same members as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
In this embodiment, a light source monitoring circuit 80 using a reference wafer (work) is added.
In this light source monitoring circuit 80, the laser light emitted from the laser light source 70 and separated is irradiated onto the reference wafer 86 through the circulator 82 and the probe 84. The circulator 82 and the probe 84 constitute a second optical system. The laser light (interference light) reflected on the front and back surfaces of the reference wafer 86 is detected by the photodiode 88 (second detector) via the probe 84 and the circulator 82, and is further converted into a digital signal by the DAQ 37 and input to the calculation unit 38.

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。 The calculation unit 38 calculates the average value of the voltage output from the photodiode 88 (average value within a set time) from the input digital signal value. The voltage value output from the photodiode 88 fluctuates in proportion to the increase or decrease in the amount of laser light emitted from the laser light source 70. The fluctuation in the voltage value is appropriately monitored, and if the average value of the voltage falls below a predetermined threshold value, it is determined to be abnormal and an alarm is issued.

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。
Alternatively, the light source monitoring circuit 80 can also be used to monitor the sweep wavelength accuracy of the laser light source 70. Since the thickness (and its distribution) of the reference wafer 86 is constant, if there is a deviation in the measured thickness, it can be determined that the sweep wavelength accuracy of the laser light source 70 has fluctuated, and this can serve as a guide for understanding the cause of the fluctuation. The sweep wavelength accuracy can be understood by the average value, PP value, deviation value, etc. of the frequency of the FFT peak value of the acquired interference waveform measured a set number of times (for example, 1000 times).
The timing of monitoring can be set by the program. For example, it can be set to immediately before measuring the thickness of the workpiece.

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。
The MZI (Mach-Zehnder) interferometer 72 can also be used as a light source monitoring circuit.
In this case, the MZI (Mach-Zehnder) interferometer 72 serves as the second detector. The MZI (Mach-Zehnder) interferometer 72 monitors the swept wavelength accuracy, which can be grasped by the average value, PP value, or deviation value of a set number of measurements, for the frequency of the FFT peak value of the interference waveform acquired by the MZI (Mach-Zehnder) interferometer 72. If the change in the swept wavelength accuracy exceeds the allowable value, an alarm is issued.

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。 In each of the above embodiments, a workpiece thickness measuring unit in a double-sided polishing apparatus for a workpiece has been described as an example, but it goes without saying that the present invention can also be applied to a workpiece thickness measuring unit in a single-sided polishing apparatus (not shown) in which a workpiece is held on the underside of a polishing head and the underside of the workpiece is polished between the polishing head and a polishing pad on a base plate.

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
10 Double-sided polishing machine 12 Lower surface plate 14 Upper surface plate 15 Internal gear 16 Sun gear 17, 18 Polishing pad 19 Slurry layer 20 Carrier 21 Workpiece 22 Through hole 23 Suspension pole 24 Disk 25 Rod 30 Thickness measuring section
31 Laser light source 32 Circulator 33 Rotary joint 34 Probe 35 Measurement hole 35a Slurry supply hole 36 Photodiode 37 DAQ
38 Thickness calculation unit 39 Sensor amplifier 40 Carrier detection sensor 41 High frequency coil (sensor unit)
42 Lead wire 43 Support 50 Control unit 51 Position calculation unit 52 Position correction unit 53 Memory unit 60 Upper cap 61 Lower cap 64 Connecting shaft 65 Transparent plate 66 Protective plate 68 O-ring 70 Laser light source 72 MZI interferometer 73 MZI optical system 74 Differential photodetector 76 FFT processor 78 Control unit 80 Light source monitoring circuit 82 Circulator 84 Probe 86 Reference wafer 88 Photodiode

Claims (14)

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。
A double-sided polishing apparatus comprising: a ring-shaped lower platen having a polishing pad fixed to its upper surface and rotatable about a rotation axis; a ring-shaped upper platen having a polishing pad fixed to its lower surface and movable up and down above the lower platen and rotatable about the rotation axis; a sun gear disposed at the center of the lower platen; an internal gear disposed surrounding the lower platen; and a carrier disposed between the lower platen and the upper platen, having a through hole for holding a workpiece, meshing with the sun gear and the internal gear, and revolving around the sun gear and rotating on its own axis,
a thickness measuring unit that includes an optical system that is provided on either the upper or lower surface plate and rotates together with the surface plate, irradiating the workpiece with a laser beam through a measurement hole provided in the surface plate, and that receives interference light of reflected light or transmitted light from the workpiece to measure the thickness of the workpiece;
a carrier detection sensor capable of detecting the carrier passing directly above or directly below the measurement hole;
a position calculation unit that calculates a path of the laser light that crosses the workpiece held by the carrier from a rotation speed of the platen, a rotation speed of the sun gear, and a rotation speed of the internal gear as position information from a center of the workpiece in association with a passing time;
a position correction unit that corrects position information of the workpiece calculated by the position calculation unit based on a difference between an actual passing time of the laser light passing through the actual boundary between the carrier and the workpiece, which is actually measured from a detection signal from the carrier detection sensor, and a calculated time of the laser light passing through the boundary between the carrier and the workpiece, which is calculated by the position calculation unit;
and a control unit that terminates polishing of the workpiece when the thickness of the workpiece at the required position of the workpiece corrected by the position correction unit reaches a set thickness.
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。 The double-sided polishing device according to claim 1, characterized in that the control unit controls the polishing of the workpiece to end when the thickness of the inner side immediately adjacent to the edge portion of the workpiece reaches a set thickness. 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。 The double-sided polishing machine according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor part of the carrier detection sensor includes a high-frequency coil that induces eddy currents in the carrier. 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。 The double-sided polishing machine according to claim 3, characterized in that the sensor part of the high-frequency coil is disposed in the measurement hole provided in the upper platen and adjacent to the lower surface of the upper platen. 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。 The double-sided polishing machine according to claim 3 or 4, characterized in that the high-frequency coil and the optical system are set so that the high-frequency coil and the laser light irradiated from the optical system to the workpiece are coaxial. 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。 The double-sided polishing machine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor portion of the carrier detection sensor is coated with fluororesin. 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。 The double-sided polishing machine according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the sensor portion of the carrier detection sensor is electromagnetically shielded. 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。 A double-sided polishing machine according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a sensor amplifier is provided to amplify the detection signal from the sensor part of the carrier detection sensor, and the sensitivity of the carrier detection is adjusted on the sensor amplifier side, or a threshold value is set to turn the carrier detection on and off. 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。 A double-sided polishing machine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the measurement hole is provided with an upper cap fixed to the top of the measurement hole, a lower cap fixed to the bottom of the measurement hole, and a window body fixed coaxially to the upper cap and the lower cap and having a transparent plate through which the laser light passes. 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。 The double-sided polishing device according to claim 9, characterized in that a resin protective plate is fixed to cover the lower surface of the lower cap other than the transparent plate. 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。
The thickness measuring unit includes:
A light source monitoring circuit using a reference work is provided,
The light source monitoring circuit includes a second optical system that guides and irradiates a laser beam from a wavelength swept laser source onto the reference workpiece;
A second detector that detects an interference light signal of reflected light or transmitted light obtained from the reference work;
11. The double-sided polishing apparatus according to claim 1, further comprising a DAQ for converting the interference light signal detected by the second detector into a digital signal.
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。 The double-sided polishing machine according to claim 11, characterized in that the light source monitoring circuit monitors the amount of light of the laser light from the average value of the voltage output from the second detector. 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。 The double-sided polishing machine according to claim 11, characterized in that the light source monitoring circuit monitors the sweep wavelength accuracy, which can be grasped by the average value, P-P value, or deviation value of a set number of measurements, for the frequency of the FFT peak value of the interference waveform acquired by the second detector. 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。
The thickness measuring unit includes:
A Mach-Zehnder interferometer;
a detector; and
11. The double-sided polishing apparatus according to claim 1, wherein the Mach-Zehnder interferometer also serves as a light source monitoring circuit, and the light source monitoring circuit monitors the sweep wavelength accuracy, which can be grasped by an average value, a PP value, or a deviation value of a frequency of an FFT peak value of the interference waveform acquired by the detector, measured a set number of times.
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