平面研磨装置的制作方法

本发明涉及对工件的平面进行研磨的平面研磨装置，尤其涉及一边对工件进行计测一边对工件的平面进行研磨的平面研磨装置。

背景技术：

作为对工件的平面进行研磨的平面研磨装置，通常已知有同时对工件的两面进行研磨的双面研磨装置、和对工件的单面进行研磨的单面研磨装置。在这些平面研磨装置中，为了提高工件的研磨精度，一边对工件的厚度、截面形状等进行计测一边对工件的平面进行研磨。例如，在专利文献1的图5中公开了一种平面研磨装置，将朝向工件照射测定光并且接收其反射光的厚度测定装置安装于旋转自如的上定盘。在该平面研磨装置中，在工件的研磨过程中，从厚度测定装置朝向工件射出测定光，并由厚度测定装置接收被工件反射的反射光。然后，由厚度测定装置接收的反射光经由光缆、光纤(光缆)旋转接头(forj)被传送至外部的运算装置，通过该运算装置来运算工件厚度。

此外，这种光旋转接头具有：静止侧接头部，其相对于机体等固定部件固定地设置，并保持静止侧光纤(光缆)；和旋转侧接头部，其与上定盘等旋转部件一起旋转，并保持旋转侧光纤(光缆)。而且，也如专利文献2所示，若对这种光旋转接头入射光信号，则光信号的光量(光强度)根据旋转侧接头部的旋转角度而发生变动。因此，若对专利文献1所记载的平面研磨装置的光旋转接头传送光信号，则该光信号的光量根据旋转侧接头部的旋转角度而发生变动，从而工件厚度的计测值随时间变动。然而，若工件厚度的计测值发生变动，则会对工件的研磨精度产生影响，因此期望抑制工件的厚度、截面形状等的计测值的变动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-227393

专利文献2：日本特开2002-178257

技术实现要素：

本发明的技术课题为，提供一种平面研磨装置，其一边对工件进行计测一边对工件的平面进行研磨，且通过抑制由旋转侧接头部的旋转角度引起的光强度的变动，来抑制在光纤(光缆)和光旋转接头等传送路径、及计测器中传送的光信号的光强度的变动。

为了解决上述课题，本发明为一种平面研磨装置，具有被旋转自如地支承的上定盘及下定盘，在该上定盘与下定盘之间夹持工件，使两定盘旋转来对上述工件的两面进行研磨，该平面研磨装置的特征在于，上述平面研磨装置具备工件计测机构，该工件计测机构安装于任一个上述定盘，使用激光对上述工件进行计测，上述工件计测机构具有：计测器，其将上述激光向上述工件照射，并且接收来自该工件的反射光；和光传送路径，其从光源向上述计测器传送上述激光，上述光传送路径具备：光旋转接头，其配置在安装有上述工件计测机构的定盘的旋转轴线上；一次侧光路，其将上述光旋转接头的一次侧与上述光源连接；和二次侧光路，其将上述光旋转接头的二次侧与上述计测器连接，上述光旋转接头具有：静止侧接头部，其与上述一次侧光路连接并相对于机体固定地设置；和旋转侧接头部，其与上述二次侧光路连接并与安装有上述工件计测机构的定盘一起旋转，在从上述光源至静止侧接头部之间，设有输出圆偏振的激光的圆偏振光输出部。

另外，本发明为一种平面研磨装置，具有定盘和保持工件的保持部，使上述定盘和保持部中的至少一方旋转，在使上述工件与上述定盘接触的状态下对工件的单面进行研磨，上述平面研磨装置的特征在于，上述平面研磨装置具备工件计测机构，该工件计测机构安装于上述定盘和保持部中的任一方，使用激光对上述工件进行计测，上述工件计测机构具有：计测器，其将上述激光向上述工件照射，并且接收来自上述工件的反射光；和光传送路径，其从上述光源向上述计测器传送激光，上述光传送路径具备：光旋转接头，其配置在安装有上述工件计测机构的定盘或保持部的旋转轴线上；一次侧光路，其将上述光旋转接头的一次侧与上述光源连接；和二次侧光路，其将上述光旋转接头的二次侧与上述计测器连接，上述光旋转接头具有：静止侧接头部，其与上述一次侧光路连接并相对于机体固定地设置；和旋转侧接头部，其与上述二次侧光路连接并与上述定盘和保持部中的至少一方一起旋转，在从上述光源至静止侧接头部之间，设有输出圆偏振的激光的圆偏振光输出部。

在此，“在从光源至静止侧接头部之间，设有输出圆偏振的激光的圆偏振光输出部”包括在光源设置圆偏振光输出部、或在静止侧接头部设置圆偏振光输出部的情况。

另外，在传送激光的光传送路径上使用了具有静止侧接头部和旋转侧接头部的光旋转接头的平面研磨装置中，从与静止侧接头部连接的一次侧光路朝向与旋转侧接头部连接的二次侧光路射出的激光的光强度，根据旋转侧接头部相对于静止侧接头部的旋转角度而周期性地变动。关于在该光旋转接头中传送的激光，根据本发明的发明人所进行的研究，在从一次侧光路射出的激光的偏振特性为直线偏振或椭圆偏振的情况下，在二次侧光路中传送的激光的偏振方位和光强度根据旋转侧接头部的旋转角度而变动。此时，在二次侧光路中传送的激光的光强度既存在与从一次侧光路射出的激光的光强度大致相同的情况，也存在几乎为零的情况。另一方面，在从一次侧光路射出的激光的偏振特性为圆偏振的情况下，在二次侧光路中传送的激光的偏振方位虽然与旋转侧接头部的旋转角度相对应地变化，但其光强度不受旋转侧接头部的旋转角度影响而是大致恒定的。此时，在二次侧光路中传送的激光的光强度成为从一次侧光路射出的激光的光强度的大致一半。

因此，向二次侧光路入射的激光的偏振方位和光强度根据从一次侧光路朝向二次侧光路射出的激光的偏振特性、偏振方位、以及旋转侧接头部的旋转角度而周期性地变动。即，在具有静止侧接头部和旋转侧接头部的光旋转接头中，旋转侧接头部发挥与使传送的激光的偏振特性和偏振方位根据旋转角度而变化的偏振片等效的作用。此时，在从一次侧光路射出的激光是圆偏振的激光的情况下，在二次侧光路中传送的激光的光强度大致恒定。

另外，本发明优选的是，上述圆偏振光输出部是用于将在上述一次侧光路中传送的激光的偏振转换为圆偏振的圆偏振光调整用偏振波调整器。

另外，优选的是，在上述二次侧光路中设有直线偏振光调整用偏振波调整器，其用于将在上述二次侧光路中传送的激光的偏振转换为直线偏振。

而且，期望的是，上述计测器具有：偏振光分束器，其将从上述二次侧光路传送的直线偏振的激光分离为第1激光和第2激光；波片，其使上述第1激光及第2激光的偏振成为圆偏振；和反射片，其将从上述波片通过后的第1激光反射，使其再次向上述波片入射，将上述第2激光向上述工件照射，并通过上述偏振光分束器将由上述工件反射的反射光、和由上述反射片反射的第1激光的反射光进行合成。

发明效果

根据本发明，在从光源向计测器传送激光的光传送路径上具备具有静止侧接头部和旋转侧接头部的光旋转接头，在从光源至静止侧接头部之间，设有输出圆偏振的激光的圆偏振光输出部。如上述那样，从静止侧接头部向旋转侧接头部入射的激光的光强度在所入射的激光为直线偏振光或椭圆偏振光时，根据旋转侧接头部的旋转角度而变化，但通过使向旋转侧接头部入射的激光为圆偏振光，能够抑制从静止侧接头部向旋转侧接头部入射的激光的光强度的变动。其结果是，能够将在光传送路径和计测器中传送的光信号的光强度保持在稳定的状态，能够抑制工件厚度和形状等的计测值的变动。

附图说明

图1是概略表示本发明的平面研磨装置的实施方式的剖视图。

图2是将图1的旋转接头周边放大的剖视图。

图3是表示图1所示的平面研磨装置的光学系统的概略图。

图4是表示由图1所示的平面研磨装置计测到的工件厚度的曲线图。

图5是表示由比较例所示的平面研磨装置测定到的工件厚度的曲线图。

附图标记说明

1平面研磨装置

3光源

10下定盘

20上定盘

40工件计测机构

41计测器(探头)

42偏振光分束器

43a、43b波片

44反射片

50光传送路径

51一次侧光纤(光缆)(一次侧光路)

52二次侧光纤(光缆)(二次侧光路)

53圆偏振光调整用偏振波调整器

54直线偏振光调整用偏振波调整器

60光旋转接头

61静止侧接头部

62旋转侧接头部

l1、l2旋转轴线

w工件

具体实施方式

本发明涉及一边对工件进行计测一边对工件的平面进行研磨的平面研磨装置，对于对工件的两面进行研磨的双面研磨装置、对工件的单面进行研磨的单面研磨装置均适用。另外，本发明能够适用于工件的厚度、截面形状等的各种计测，但在本实施方式中，以计测工件的厚度的例子进行说明。

图1至图4作为本发明的平面研磨装置的实施方式而示出了平面研磨装置1，其具有以旋转轴线l1为中心旋转的下定盘10、和支承于机体2且以旋转轴线l2为中心旋转的上定盘20，并且使这些定盘10、20旋转来对工件w的两面进行研磨。在该平面研磨装置中，旋转轴线l1、l2配置在同一轴线上。

在机体2上设置有包括激光的光源3和运算控制部4的计测单元5，并且支持有用于使上定盘20升降的升降用致动器7。光源3输出激光，运算控制部4收集工件w的厚度等测定数据(计测值)，进行所收集的各种数据的运算和分析等并进行研磨装置1整体的控制。此外，包括光源3和运算控制部4的计测单元5也可以设置在机体2以外的不受上定盘20和下定盘10的旋转影响的位置(机体2以外的与上定盘20和下定盘10的旋转无关的位置)。

在下定盘10的中心配置有太阳齿轮11，在下定盘10的外周以包围下定盘10的方式配置有内齿轮12。在太阳齿轮11的中央下部连接有第1驱动轴13，在下定盘10的中央下部连接有第2驱动轴14，在内齿轮12的中央下部连接有第3驱动轴15。另外，在下定盘10的中心连接有第4驱动轴16，该第4驱动轴16收纳于第1驱动轴13。第1驱动轴13收纳于第2驱动轴14，第2驱动轴14收纳于第3驱动轴15。这些第1驱动轴13～第4驱动轴16构成为通过未图示的驱动装置而驱动旋转。

在上定盘20与下定盘10之间，与太阳齿轮11和内齿轮12啮合地夹设有多个保持硅晶片等工件w的游星轮37。在各游星轮37上形成有工件保持孔37a，在该工件保持孔37a中保持工件w。上述各游星轮37通过太阳齿轮11和内齿轮12的旋转而在太阳齿轮11的周围自转及/或公转。另外，在上定盘20的下表面和下定盘10的上表面上分别粘贴有研磨垫18a、18b，通过游星轮37的自转及/或公转，保持在各游星轮37中的工件w的上下两面被研磨。

上定盘20经由定盘悬吊件31安装于升降用致动器7的升降杆32。升降杆32的中心轴线与上述旋转轴线l1、l2一致。在定盘悬吊件31的外周侧的下表面上设有向下方延伸的多个支撑螺柱33，该支撑螺柱33安装于上定盘20的上表面。另外，在定盘悬吊件31的内周面与升降杆32的外周面之间夹设有轴承34，该轴承34将上述定盘悬吊件31与升降杆32在上下方向上固定地结合、但在上定盘20的旋转方向上相对旋转自如地结合。

在上述支撑螺柱33上安装有用于保持后述的计测器(探头)41的保持架36。通过调整保持架36的安装位置而将该探头41配置在将上定盘20的上下表面贯穿的计测孔23的正上方。另外，在计测孔23中安装有在下端设有透明的窗板25的窗部件26。此外，探头41采用使探头41保持在直接安装于上定盘20或者固定于定盘悬吊件31的保持架36上的方式等、能够与上定盘20一体地旋转的固定方式即可。

上定盘20在工件w的非研磨时通过升降杆32而上升至退避位置(未图示)，在工件w的研磨时下降至图1的研磨位置。若上定盘20下降，则安装于上定盘20的钩22与第4驱动轴16上端的驱动器17卡合，因此上定盘20和定盘悬吊件31通过第4驱动轴16并经由驱动器17而被驱动，一体地旋转。

另外，在上定盘20上具有利用从光源3射出的激光对工件w的厚度、形状进行计测的工件计测机构40。该工件计测机构40具有：将激光向工件w照射并且接收来自工件w的反射光的探头41；和从光源3向探头41传送激光的光传送路径50。

光传送路径50具备：光旋转接头60；将光旋转接头60的一次侧与光源3连接的作为一次侧光路的一次侧光纤(光缆)51；和将光旋转接头60的二次侧与探头41连接的作为二次侧光路的二次侧光纤(光缆)52。光旋转接头60配置在上定盘20的旋转轴线l2上，并配置在升降杆32的下端部32a与定盘悬吊件31之间。

光旋转接头60具有相对旋转自如的静止侧接头部61和旋转侧接头部62。另外，在静止侧接头部61与旋转侧接头部62之间夹设有轴承64。静止侧接头部61固定地安装在相对于机体2不旋转的升降杆32的下端部32a。另外，旋转侧接头部62通过连结于定盘悬吊件31，而与定盘悬吊件31及上定盘20一体地旋转。

另外，在升降杆32、静止侧接头部61和旋转侧接头部62上，以位于同一轴线上的方式形成有穿插孔32b、61a和62a，在升降杆32的穿插孔32b和静止侧接头部61的穿插孔61a中插入有一次侧光纤(光缆)51，在旋转侧接头部62的穿插孔62a中插入有二次侧光纤(光缆)52。另外，在静止侧接头部61的穿插孔61a和旋转侧接头部62的穿插孔62a中设有具有聚光性的自聚焦透镜(grinlens)61b、62b。

在定盘悬吊件31的中央部下表面，以覆盖光旋转接头60的方式配置有呈有底筒状的光缆罩73，该光缆罩73以与定盘悬吊件31及上定盘20一体旋转的方式安装。旋转侧接头部62和光缆罩73通过连结部件72而连结，由此，在上定盘20旋转时，旋转侧接头部62与上定盘20一起旋转。从旋转侧接头部62的穿插孔62a导出的二次侧光纤(光缆)52在从形成于定盘悬吊件31的光缆穿插孔35导出至定盘悬吊件31的外部之后，与探头41连接。

一次侧光纤(光缆)51的一端侧与光源3连接，并且另一端侧插入至静止侧接头部61，在这两端之间设有使激光偏振成为圆偏振光的作为圆偏振光输出部的圆偏振光调整用偏振波调整器53。此外，使激光偏振成为圆偏振光的圆偏振光输出部也可以代替圆偏振光调整用偏振波调整器53而使用射出圆偏振的激光的光源。

另一方面，二次侧光纤(光缆)52的一端侧插入至旋转侧接头部62，并且另一端侧与探头41连接。而且，在该二次侧光纤(光缆)52上设有用于将圆偏振的激光转换为直线偏振光的直线偏振光调整用偏振波调整器54。此外，上述的一次侧光纤(光缆)51及二次侧光纤(光缆)52可以使用单模光纤、多模光纤中的任一种。另外，一次侧光纤(光缆)51可以使用偏振保持光纤。

探头41具备：将激光分离的偏振光分束器42；对该分离后的激光的偏振进行转换的波片43a、43b；将从波片43a通过后的激光反射的反射片(反射镜)44；和对激光进行检测并将其转换为电信号的光电探测器(photodetector)45。此处的偏振光分束器42使用使激光的p波透射并将s波反射的类型，波片43a、43b使用λ/4波片。通过光电探测器45被转换后的电信号经由未图示的线缆传送至运算控制部4。

接下来，说明在工件w的研磨时对工件w照射的激光的光路和偏振特性。从光源3输出的激光通过圆偏振光调整用偏振波调整器53而被转换为圆偏振光，并向光旋转接头60的静止侧接头部61入射。入射至静止侧接头部61的激光从自聚焦透镜61b透射而进入静止侧接头部61与旋转侧接头部62之间的空隙。然后，进入至该空隙的圆偏振的激光进入设于旋转侧接头部62的自聚焦透镜62b。此时，从静止侧接头部61射出的激光的偏振特性通过圆偏振光调整用偏振波调整器53而成为圆偏振。圆偏振光中，作为平行偏振波的p波成分的比例为50％，作为垂直偏振波的s波成分的比例为50％，因此，即使旋转侧接头部62是仅传送ー方的偏振波成分的旋转角度，通过设为p波和s波混在一起的圆偏振的激光，也能够始终将恒定光强度的激光从旋转侧接头部62输出。即，即使光在静止侧接头部61与旋转侧接头部62的不连续部位传送，也不会因旋转侧接头部62成为反射面而产生光强度的降低或变动、或者因旋转侧接头部62相对于静止侧接头部61的相对旋转角度而光强度产生变动，经由旋转侧接头部62向二次侧光纤(光缆)52传送的激光的光强度不受旋转侧接头部62的旋转角度影响而是大致恒定的。

入射至二次侧光纤(光缆)52的圆偏振的激光通过直线偏振光调整用偏振波调整器54而成为直线偏振光。此时，由于向直线偏振光调整用偏振波调整器54入射的激光的光强度不受旋转侧接头部62的旋转角度的影响而是大致恒定的，所以偏振成为直线偏振光的激光的光强度也不受旋转侧接头部62的旋转角度的影响而是大致恒定的。

从二次侧光纤(光缆)52向探头41入射的直线偏振的激光通过偏振光分束器42而被分离为p波和s波。此时，由于向偏振光分束器42入射的激光的光强度不受旋转侧接头部62的旋转角度的影响而是大致恒定的，所以通过偏振光分束器42而分离的p波及s波的光强度也不受旋转侧接头部62的旋转角度的影响而是大致恒定的。

从偏振光分束器42透射后的直线偏振的p波在通过λ/4片43a时转换为圆偏振，在反射镜44发生反射后，在相同光路返回而再次通过λ/4片43a时转换为直线偏振的s波。然后，转换为直线偏振的s波的激光入射至偏振光分束器42，向光电探测器45方向反射。

另一方面，通过偏振光分束器42而被反射的直线偏振的s波在通过λ/4片43b时转换为圆偏振，在工件w发生反射后，在相同光路返回而再次通过λ/4片43b时转换为直线偏振的p波。然后，转换为直线偏振的p波的激光从偏振光分束器42透射，入射至光电探测器45。而且，从二次侧光纤(光缆)52向偏振光分束器42入射时被分离的激光通过反射镜44、工件w而被反射，再次入射至偏振光分束器42时被合成，向光电探测器45入射。入射至光电探测器45的激光转换为电信号而向运算控制部4传送，该电信号由运算控制部4进行运算处理，如图4所示，作为相对于样本数(时间)的工件厚度而显示于画面。

在本实施方式中，向光电探测器45入射的激光的光强度不受旋转侧接头部62的旋转角度的影响而是大致恒定的。因此，能够抑制由旋转侧接头部62的旋转角度引起的、研磨过程中的工件计测值的周期性变动。另外，向工件w照射的激光以直线偏振光向偏振光分束器42输入，之后转换为圆偏振光而向工件w照射，因此能够使到达工件w的激光的光强度的损失为最小限度。

另一方面，作为针对本实施方式的比较例，以如下平面研磨装置进行说明，该平面研磨装置中，圆偏振光调整用偏振波调整器未设于一次侧光纤(光缆)51，并且直线偏振光调整用偏振波调整器54未设于二次侧光纤(光缆)52，除此之外，具有与图3所示的平面研磨装置实质相同的结构(未图示)。在该比较例中，向光旋转接头60入射的激光是椭圆偏振光或直线偏振光等偏振特性并非恒定的激光，因此从光旋转接头60射出的激光的偏振特性和光强度根据旋转侧接头部62的旋转角度而周期性地变动。而且，由于该从光旋转接头60射出的激光的光强度周期性地变动，从而通过偏振光分束器42而被分离、合成的激光的光强度周期性地变动。因此，从光电探测器45向运算控制部4传送的电信号根据旋转侧接头部62的旋转角度而周期性地变动，由运算控制部4进行运算处理并显示于画面的相对于样本数(时间)的工件计测值也周期性地变动(参照图5)。

在上述实施方式中，对在上定盘20安装有探头41、在升降杆32的下端部32a与定盘悬吊件31之间安装有光旋转接头60的平面研磨装置1进行了说明，但作为变形例，也能够构成为，将探头41安装于下定盘10、并将光旋转接头60配置于下定盘10的旋转轴线l1上，由此从下定盘10侧来计测工件w。在该变形例的情况下，在图1、图2中，能够认为标注了附图标记32的部分是进行旋转的下定盘用驱动轴、标注了附图标记31的部分是下定盘用驱动轴周围的静止的机体部分，由此，静止侧接头部61成为旋转侧接头部，旋转侧接头部62成为静止侧接头部。另外，与静止侧接头部61连接的一次侧光纤(光缆)51成为将旋转侧接头部62与探头41连接的二次侧光纤(光缆)。此时，在下定盘10上形成有将其上下表面贯穿的计测孔23，在该计测孔23的正下方配置探头41。而且，光缆罩73安装于静止侧的机体部分，收纳于光缆罩73内的二次侧光纤(光缆)52成为将计测单元5与静止侧接头部61连接的一次侧光纤(光缆)。

另外，本发明的平面研磨装置也可以是具有以第1旋转轴线为中心旋转的定盘、和以第2旋转轴线为中心旋转且保持工件w的保持部，且通过在使保持工件w的保持部与定盘接触的状态下使定盘及保持部旋转来对工件w的单面进行研磨的单面研磨装置。在该单面研磨装置中，探头设置于保持部，光旋转接头配置在第2旋转轴线上，一次侧光纤(光缆)在从光源至静止侧接头部之间连接，二次侧光纤(光缆)与探头和旋转侧接头部连接。另外，在一次侧光纤(光缆)上设有圆偏振光调整用偏振波调整器，在二次侧光纤(光缆)上设有直线偏振光调整用偏振波调整器。该单面研磨装置中的用于计测研磨过程中的工件的激光的光路与上述的双面研磨装置实质上是相同的，因此省略其说明。此外，上述单面研磨装置也可以是探头设置于定盘、光旋转接头配置于第1旋转轴线上的装置。

另外，单面研磨装置也可以是定盘和保持部中的某一方旋转、另一方被固定的装置。在定盘旋转且保持部被固定的单面研磨装置的情况下，探头设置于定盘，光旋转接头配置在定盘的旋转轴线上。另外，在定盘被固定且保持部旋转的单面研磨装置的情况下，探头设置于保持部，光旋转接头配置在保持部的旋转轴线上。此外，在定盘和保持部双方旋转的单面研磨装置、定盘和保持部中的某一方旋转且另一方被固定的单面研磨装置中，其他结构实质上是相同的，因此对其他结构及激光的光路省略其说明。

在这样的单面研磨装置中也是，从光源输出的激光通过圆偏振光调整用偏振波调整器而转换为圆偏振光，并向光旋转接头入射。而且，由于从静止侧接头部朝向旋转侧接头部射出的激光的偏振特性是圆偏振，所以经由旋转侧接头部向二次侧光纤(光缆)传送的激光的光强度不受旋转侧接头部的旋转角度的影响而是大致恒定的。因此，在单面研磨装置中，也与双面研磨装置同样地，能够抑制由旋转侧接头部的旋转角度引起的、研磨过程中的工件计测值的周期性变动。

另外，在上述单面研磨装置中，也与双面研磨装置同样地，将以直线偏振向偏振光分束器输入并向工件照射的激光转换为圆偏振光，由此能够使到达工件的激光的光强度的损失成为最小限度。