JP7296161B1 - 両面研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定孔及び厚さ測定センサを、ワークの中心付近（データ取得範囲）を通過する頻度が高い配設範囲に設けた両面研磨装置を提供する。【解決手段】下定盤１３と、上定盤１４と、前記下定盤１３及び前記上定盤１４の間に配置されて円板状のワークＷを保持するキャリア２０と、を具備する両面研磨装置１０であって、前記上定盤１４又は前記下定盤１３の中心と、前記キャリア２０の透孔２２の中心と、の距離が最短又は最長となる前記透孔２２の中心位置を第１基準位置Ｅとして、前記透孔２２の半径の３０％以内の所定の長さであり事前に設定された第１距離に対して、前記第１基準位置Ｅから前記キャリア２０の中心の方向に前記第１距離の１／２の長さ離れた位置を第２基準位置Ｆとして、前記厚さ測定センサ３４は、平面視で前記第２基準位置Ｆを中心として前記第１距離の範囲内に設けられていることを要件とする。【選択図】図３

Description

本発明は、例えばウェハのようなワークの上下面の研磨をする両面研磨装置に関する。

キャリアの内部に保持されたウェハ（本願では、「ワーク」と称する場合がある）を上下の定盤によって挟み込んで研磨をする両面研磨装置が知られている。当該両面研磨装置において、特許文献１（特開２００８－２２７３９３号公報）では、上定盤の上方に配置された支持フレームに厚さ測定センサが設けられている。また、上定盤には窓部（「測定孔」に該当）が設けられており、回転する上定盤の窓部を厚さ測定センサのレーザ光が通過することによって、当該窓部の直下にあるワークの厚さを取得している。特許文献２（特開２０１７－２０７４５５号公報）では、上定盤の中心から当該上定盤の径方向外側に所定距離離間した位置に設けられたワーク厚さ測定孔がワークを通過した軌跡（以下、単に「通過軌跡」と称する場合がある）上の厚さを取得することで、加工中のワークの厚さ分布を取得している。

特開２００８－２２７３９３号公報 特開２０１７－２０７４５５号公報

特許文献１、特許文献２に開示されている両面研磨装置において、ワークを保持するキャリアは、一例として、図１に示すように、加工中において、下定盤及び上定盤の中心周りに回転（Ｃ方向に公転）され、且つ当該キャリアの中心周りにも回転（Ｄ方向に自転）される。また、特許文献２に開示されている両面研磨装置において、測定孔及び厚さ測定センサが設けられた上定盤又は下定盤は、当該キャリアの公転とは逆方向に回転される。さらに、キャリアの中心に対してワークは偏心した位置に保持されている。これらの構成により、ワークの中心の軌跡は、例えばトロコイド曲線のように複雑である。特許文献２のように、測定孔及び厚さ測定センサが設けられた上定盤又は下定盤が回転されると、当該測定孔及び当該厚さ測定センサに対するワークの中心の軌跡はさらに複雑である。

一方で、厚さ測定センサを両面研磨装置の高さ方向のいずれの箇所に設けた場合であっても、測定孔及び厚さ測定センサがワークの中心付近を通過した際のワークの厚さを取得することが望ましい。しかしながら、上記の複雑な通過軌跡に対して、ワークの中心付近を通過する頻度が高くなる測定孔及び厚さ測定センサの配設範囲を特定することは困難であった。より具体的には、ワークの中心付近としてユーザがデータ取得範囲を設定した場合に、測定孔及び厚さ測定センサが種々のデータ取得範囲を通過する頻度が高くなる配設範囲を特定することは困難であるという課題があった。

そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、設定されたデータ取得範囲を測定孔及び厚さ測定センサが通過する頻度が高くなる範囲に測定孔及び厚さ測定センサを配設した両面研磨装置を提供することを目的とする。

本発明に係る両面研磨装置は、下定盤と、上定盤と、前記下定盤及び前記上定盤の間に配置されて円板状のワークを保持するキャリアと、を具備する両面研磨装置であって、前記キャリアは、前記下定盤及び前記上定盤の中心周りに回転され、且つ前記キャリアの中心周りに回転される構成であり、前記上定盤の上方若しくは前記下定盤の下方である固定位置、又は前記上定盤の上部若しくは前記下定盤の下部である可動位置に厚さ測定センサを有しており、前記キャリアは、前記キャリアの中心に対して偏心した位置で前記ワークを保持する円形状の透孔を有しており、前記上定盤又は前記下定盤の中心と、ユーザが事前に設定したいずれかの前記透孔の中心との距離が最短又は最長となる前記透孔の中心位置を第１基準位置として、前記透孔の半径の３０％以内の所定の長さである第１距離に対して、前記第１基準位置から前記キャリアの中心の方向に前記第１距離の１／２の長さ離れた位置を第２基準位置として、前記厚さ測定センサは、平面視で前記第２基準位置を中心として前記第１距離の範囲内に設けられており、前記厚さ測定センサは、前記厚さ測定センサを配設した側の前記上定盤又は前記下定盤に設けられた測定孔を通じて前記透孔に保持された状態の前記ワークの厚さを測定する構成であることを要件とする。

これによれば、ユーザが事前に設定したデータ取得範囲を測定孔及び厚さ測定センサが通過する頻度を高めることができる。

また、前記上定盤又は前記下定盤の中心と、前記透孔の中心又は前記透孔の外接円の中心と、の距離が最短となる前記透孔の中心位置又は前記透孔の外接円の中心位置を第１基準位置とすることが好ましい。これによれば、厚さ測定センサを定盤の内周側に配設できることから、ワーク上を通過する際の測定孔及び厚さ測定センサの通過速度（周速）が定盤の外周側に測定孔及び厚さ測定センサを配設した場合と比べて遅くなるため、正確に、高い精度でワークの厚さを取得することができる。また、ワークの厚さの測定間隔が狭くなり、精度の高い厚さ分布を取得することができる。

本発明によれば、設定されたデータ取得範囲を測定孔及び厚さ測定センサが通過した際の厚さ並びに通過軌跡に対応する厚さ分布の取得頻度の高い両面研磨装置を実現することができる。

本発明の実施形態に係るキャリアの自転と公転との関係の一例を示す説明図である。 横軸を時刻、縦軸を下定盤及び上定盤の中心からの距離としたときのワークの中心付近（データ取得範囲）の変化の様子を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る両面研磨装置の正面図である。 図３に示す両面研磨装置の厚さ測定部におけるブロック図である。 図３に示す両面研磨装置の制御部におけるブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る両面研磨装置の正面図である。 図６に示す両面研磨装置の厚さ測定部におけるブロック図である。 実施例１における、通過軌跡がワークの中心付近（データ取得範囲）を通過した頻度を示すグラフである。 実施例２における、通過軌跡がワークの中心付近（データ取得範囲）を通過した頻度を示すグラフである。 実施例３における、通過軌跡がワークの中心付近（データ取得範囲）を通過した頻度を示すグラフである。 実施例４における、通過軌跡がワークの中心付近（データ取得範囲）を通過した頻度を示すグラフである。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本発明の第１、第２実施形態に係るキャリア２０の自転と公転との関係を示す説明図である。図２は、横軸を時刻、縦軸を下定盤１３及び上定盤１４の中心からの距離としたときのワークＷの中心付近（データ取得範囲）の変化の様子を示す説明図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る両面研磨装置１０の正面図（断面図）である。図４は、図３に示す両面研磨装置１０の厚さ測定部３０におけるブロック図である。図５は、図３に示す両面研磨装置１０の制御部４０におけるブロック図である。なお、本実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

先ず、本実施形態においては、キャリア２０に設けられた円形の透孔２２の中心位置を基準として厚さ測定センサ３４の配設範囲について説明するが、ワークＷは円板状であって、透孔２２に隙間なく保持される場合には、ワークＷの中心位置を基準としてもよい。また、透孔２２が三角形、長方形、正方形又は正多角形である場合には、透孔２２の外接円の中心位置を基準とすればよいが、ワークＷが透孔２２に隙間なく保持される場合には、ワークＷの外接円の中心位置を基準としてもよい。

次に、ワークＷが円板状の場合には、「ワークＷの中心付近」について、本実施形態においては「透孔２２（ワークＷ）の中心から透孔２２（ワークＷ）の半径の３０％以内の範囲」と定義する。また、ワークＷが、三角形、長方形、正方形又は正多角形の平板状の場合には、「ワークＷの中心付近」について、「透孔２２（ワークＷ）の外接円の中心から透孔２２（ワークＷ）の外接円の半径の３０％以内の範囲」と定義する。ワークＷが円板状ではない場合でも、ワークＷの中心付近は円形の範囲である。

また、「データ取得範囲」は、この範囲を通過した通過軌跡上の厚さデータを取得すべき範囲であり、目的に応じてワークＷの中心又はワークＷの外接円の中心から任意の距離（以下、単に「データ取得範囲を定める距離」と称する場合がある）内に設定される。本実施形態においては、一例として、「透孔２２（ワークＷ）の中心又は透孔２２（ワークＷ）の外接円の中心から透孔２２（ワークＷ）の半径又は透孔２２（ワークＷ）の外接円の半径の３０％以内の範囲であって、この範囲を通過した通過軌跡上の厚さデータを取得すべき範囲」と定義する。すなわち、データ取得範囲はユーザが事前に設定する値である。これにより、ユーザが事前に設定した「ワークＷの中心付近」の範囲を通過した通過軌跡上の厚さデータが取得される。また、後述する「第１距離」は、測定孔３５及び厚さ測定センサ３４の配設範囲を決定する際の基準となる距離であり、データ取得範囲と連動して設定される構成とするのが好ましい。すなわち、ユーザがデータ取得範囲を事前に設定すれば、透孔２２（ワークＷ）の半径又は透孔２２（ワークＷ）の外接円の半径の３０％以内の所定の長さとして第１距離も設定される。なお、本実施形態においては、第１距離は、一例として、データ取得範囲を定める距離と同じ距離として扱うものとする。本発明に係る両面研磨装置１０は、ユーザが事前に設定したデータ取得範囲に対して、当該データ取得範囲を測定孔３５及び厚さ測定センサ３４が通過する頻度が高くなる配設範囲を特定するものである。より具体的には、ユーザが事前に設定した「ワークＷの中心付近」の範囲に対して、当該範囲を測定孔３５及び厚さ測定センサ３４が通過する頻度が高くなる配設範囲を特定するものである。

さらに、第１実施形態において、「測定孔３５及び厚さ測定センサ３４がワークＷを通過する」とは、上定盤１４又は下定盤１３が回転されることによって測定孔３５がワークＷを通過し、且つ当該測定孔３５を通じて厚さ測定センサ３４によってワークＷの厚さ又は厚さ分布を測定できる状態である。後述する第２実施形態において、「測定孔３５及び厚さ測定センサ３４がワークＷを通過する」とは、上定盤１４又は下定盤１３が回転されることによって測定孔３５がワークＷを通過する状態である。第２実施形態において、測定孔３５と厚さ測定センサ３４とは、平面視で同位置に設けられているため、測定孔３５がワークＷを通過すれば、当該測定孔３５を通じて厚さ測定センサ３４によってワークＷの厚さ又は厚さ分布を測定することができる。

（両面研磨装置）
次に、本実施形態に係る両面研磨装置１０は、図３、図４、図５に示すように、ワークＷの両面研磨をする主本体部１２と、研磨中のワークＷの厚さの時系列データを測定する厚さ測定部３０と、断面形状測定及びキャリア２０の回転速度の制御を行う制御部４０と、を備えている。

一方、研磨対象のワークＷは、ウェハ（例えば、シリコンウェハ）等の平板状（特に、円板状）であり、外径や厚さは特に限定されるものではない（一例として、外径数ｃｍ～数十ｃｍ程度、厚さ数μｍ～数ｍｍ程度）。また、ワークＷは、平板状（特に、三角形、長方形、正方形又は正多角形）であってもよく、寸法や厚さは特に限定されるものではない（一例として、上記矩形の外接円の直径数ｃｍ～数十ｃｍ程度、厚さ数μｍ～数ｍｍ程度）。なお、後述する制御部４０での各制御や後述する各実施例において、ワークＷの外接円をワークＷの領域とみなすことができる。

本実施形態に係る両面研磨装置１０の主本体部１２は、一例として、下定盤１３と、上定盤１４と、下定盤１３及び上定盤１４の外周側に配置されたインターナルギア１５と、下定盤１３と上定盤１４との中心部の間に回転自在に配置された太陽ギア１６と、下定盤１３及び上定盤１４の間に配置されたキャリア２０と、を備える構成となっている。また、下定盤１３の上面と上定盤１４の下面とには研磨パッド１７、１８が貼付されている。

次に、本実施形態に係る下定盤１３は、金属材料（一例として、ステンレス合金等）を用いて平面視円形状に形成されており、図３に示すように、定盤受け２６上に回転自在に載置されている。定盤受け２６は、ベアリング５１を介して基台５２によって支持されている。また、定盤受け２６は、動力伝動ギア５３及び筒状シャフト５４を介して伝達される回転駆動装置（一例として、電気モータを備えた駆動装置）５５によって回転駆動される構成となっている。定盤受け２６が回転されることによって、下定盤１３も回転される。

次に、本実施形態に係る上定盤１４は、金属材料（一例として、ステンレス合金等）を用いて平面視円形状に形成されており、図３に示すように、ロッド２５を介して、円盤２４によって回転自在に吊持されている。円盤２４は、吊り支柱２３を介して、支持フレーム２８に上下動且つ回転自在に支持されている。吊り支柱２３は、回転駆動装置（一例として、電気モータを備えた駆動装置）６２及び上下動駆動装置６３によって上下動且つ回転駆動される構成となっている。吊り支柱２３及び円盤２４が回転されることによって、上定盤１４も回転される。なお、上定盤１４と下定盤１３とは互いに反対方向に回転される。

また、図３では、上定盤１４には、後述する厚さ測定センサ３４と平面視で同位置に、測定孔３５が設けられている。すなわち、平面視における上定盤１４の中心から厚さ測定センサ３４までの距離と、上定盤１４の中心から測定孔３５までの距離と、は等距離である。上定盤１４は回転されるため、所定の回転位相において、厚さ測定センサ３４と測定孔３５とは平面視で重なり合う構成である。測定孔３５のワークＷ側には、図示しない窓材が設けられている。窓材は一例としてガラス製である。

次に、本実施形態に係るインターナルギア１５は、金属材料（一例として、ステンレス合金等）を用いて、図３に示すように、下定盤１３及び上定盤１４と軸心を一致させて、下定盤１３の外周側に形成されている。インターナルギア１５は、動力伝動ギア５６及び筒状シャフト５７を介して伝達される回転駆動装置（一例として、電気モータを備えた駆動装置）５８により、一例として、Ａ方向に回転される。

次に、本実施形態に係る太陽ギア１６は、金属材料（一例として、ステンレス合金等）を用いて、図３に示すように、下定盤１３及び上定盤１４と軸心を一致させて、下定盤１３の中心側上部、且つ、上定盤１４の中心側下部に形成されている。太陽ギア１６は、インターナルギア１５と同様に、動力伝動ギア５９及び筒状シャフト６０を介して伝達される回転駆動装置（一例として、電気モータを備えた駆動装置）６１により、一例として、Ｂ方向に回転される。キャリア２０は、キャリア２０の歯数、太陽ギア１６の歯数、インターナルギア１５の歯数と、太陽ギア１６の回転数及び回転方向並びにインターナルギア１５の回転数及び回転方向によって、自転、公転の回転数及び回転方向が決定される。なお、一例として、インターナルギア１５のＡ方向回転の回転数を、太陽ギア１６のＢ方向回転の回転数よりも小さい所定の回転数に設定した場合、キャリア２０は、図１に示すように、Ｃ方向に公転され、Ｄ方向に自転される。

ここで、本実施形態に係るキャリア２０は、図１に示すように、金属材料（一例としてステンレス合金等）を用いて、一例として、インターナルギア１５と、太陽ギア１６との間に、両者に噛合され、周方向に一定の間隔をおいて配置されている。また、キャリア２０には、内部にワークＷを保持するための透孔２２が設けられている。図１に示すように、キャリア２０は、インターナルギア１５及び太陽ギア１６に噛合される遊星歯車機構の構造となっており、キャリア２０は、インターナルギア１５及び太陽ギア１６が同方向に異なる所定の回転数で回転されることによって、太陽ギア１６の周りに回転（公転）され、キャリア２０は、自身の軸心を中心として回転（自転）される。また、下定盤１３と上定盤１４とが互いに反対方向に回転されることによって、各研磨パッド１７、１８と、ワークＷの表面とが互いに摺接される。これにより、ワークＷの両面の研磨をすることができる。ただし、本実施形態では、一例として、インターナルギア１５と太陽ギア１６との間に、３個の透孔２２が設けられた５個のキャリア２０が配設される構成としているが、これに限定されるものではない。また、キャリア２０とインターナルギア１５と太陽ギア１６とは、それぞれに設けられたギア同士が噛合される構造に限定されるものではない。

次に、本実施形態に係る制御部４０は、ＣＰＵ及びメモリから構成され、予め設定された動作プログラム及び操作部から入力される設定信号に基づいて動作する。ここでは、キャリア２０、各定盤１３、１４の回転速度を調整する制御について説明する。回転制御部４３はＣＰＵに相当する。また、記憶部４１はメモリに相当し、研磨時における測定孔３５の通過軌跡の座標及び透孔２２（ワークＷ）の中心からの距離が記憶されている（以下、単に「事前データ」と称する場合がある）。回転制御部４３は、事前データを参照して、測定孔３５がワークＷの中心付近（データ取得範囲）を通過し、且つ測定孔３５を通じて厚さ測定センサ３４によってワークＷの厚さ又は厚さ分布を取得できる際に、キャリア２０の回転速度（回転数）が減速しているように、出力部４４から各回転駆動装置５８、６１の回転速度（回転数）を制御する構成である。すなわち、制御部４０は、キャリア２０の回転速度（回転数）が減速するように、インターナルギア１５又は太陽ギア１６（両方である場合を含む）を調整（減速、定速、加速を含む）させる構成である。さらに、回転制御部４３は、上記の場合において、測定孔３５が配設された上定盤１４又は下定盤１３が減速しているように、出力部４４から各回転駆動装置５５、６２の回転速度（回転数）を制御する構成であってもよい。すなわち、制御部４０は、測定孔３５が配設された上定盤１４又は下定盤１３の回転速度（回転数）を減速させる構成である。キャリア２０、又は各定盤１３、１４（両方である場合を含む）を減速させることによって、正確に、高い精度で厚さ又は厚さ分布を取得することができる。また、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）に対する通過軌跡の測定間隔を小さくすることができ、精度の高い厚さ分布を取得することができる。なお、ワークＷが三角形、長方形、正方形又は正多角形の平板状の場合には、記憶部４１は、研磨時における測定孔３５の通過軌跡の座標及び透孔２２（ワークＷ）の外接円の中心からの距離が記憶されている構成とすればよい。すなわち、測定孔３５がワークＷの中心付近（データ取得範囲）を通過し、且つ測定孔３５又は厚さ測定センサ３４が前記外接円の領域を通過する際に、キャリア２０や各定盤１３、１４の回転速度（回転数）を減速させる構成とすればよい。

また、本実施形態に係る主本体部１２は、スラリーの供給を行うスラリー供給装置を備える構成としている（不図示）。これによれば、ワークＷの材質や加工条件に応じて、加工工程におけるスラリーの供給（非供給を含む）について適宜、設定することができる。

さらに、主本体部１２は、一例として、公知のキャリア検出センサを測定孔３５内に備える構成としてもよい（不図示）。これによれば、研磨時にキャリア２０を検出し、キャリア２０とワークＷとの実測境界部を厚さ測定センサ３４が通過する時刻として検出することができる。したがって、厚さ測定センサ３４がワークＷ上を通過する瞬間の正確な時刻を取得することができる。また、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上のスラリー厚さであることを判断することができる。

本実施形態に係る厚さ測定部３０は、図４に示すように、一例として、レーザ光源３１と、サーキュレータ３２と、厚さ測定センサ３４としてレーザセンサ（一例として、プローブ）３４と、フォトダイオード３６と、データ収集器３７と、を備える構成となっている。なお、厚さ測定センサ（プローブ）３４は、支持フレーム２８において上定盤１４と対向する位置に設けられている。すなわち、本実施形態において、厚さ測定センサ（プローブ）３４は支持フレーム２８に固定されているため、上定盤１４又は下定盤１３と共に回転されない。厚さ測定センサ（プローブ）３４が支持フレーム２８に固定されていることにより、各定盤１３、１４の回転や振動の影響を受けずに、ワークＷの厚さを取得することができる。レーザ光源３１から測定孔３５を通じて研磨中のワークＷに対してレーザ光が照射され、窓材の表面、窓材の裏面、ワークＷの表面、ワークＷの裏面で反射される。これらの反射光のうち、ワークＷの表面及び裏面からの干渉光を電気信号（以下、干渉光信号と称する）として観測することによって、ワークＷの厚さの時系列データを取得することができる。厚さの時系列データは、後述する厚さ演算部４２に出力される。測定孔３５及び厚さ測定センサ３４の配設位置については、（厚さ測定センサの配設範囲）にて詳述する。

なお、測定孔３５は、下定盤１３に設けられている構成としてもよい（不図示）。この場合、厚さ測定センサ（プローブ）３４は、下定盤１３側の支持フレーム（不図示）における下定盤１３と対向する位置に設けられる構成である。また、下定盤１３は回転されるため、所定の回転位相において、厚さ測定センサ３４と測定孔３５とは平面視で重なり合う構成である。

また、厚さ測定部３０は、レーザ光によるものに限定されるものではない。他の例として、レーザ光源の代わりに拡散光源や超音波発生源を採用し、厚さ測定センサ３４を光電センサや超音波センサとしてもよい。なお、超音波センサを採用した場合には、レーザセンサや光電センサを採用した場合に比べて、ワークＷの材質や色の影響を受けずにワークＷの厚さを測定することができる。

次に、ワークＷの厚さを取得する制御について説明する。厚さ演算部４２は、制御部４０のＣＰＵに相当する。厚さ演算部４２が、記憶部４１から読み出す事前データと厚さの時系列データとを対応付けることによって、通過軌跡ごとのワークＷの厚さの分布を取得することができる。

（厚さ測定センサの配設範囲）
以上説明した両面研磨装置１０の主本体部１２、厚さ測定部３０、制御部４０によって、ワークＷの両面の研磨をして、ワークＷの厚さを取得することができる。次に、本実施形態に係る測定孔３５及び厚さ測定センサ３４の配設範囲について説明する。実際には、ワークＷの中心、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）は、トロコイド曲線のような複雑な軌跡となっている。本実施形態の場合には、各位置でのワークＷの中心及びワークＷの中心付近（データ取得範囲）の滞在時間について考えればよい。横軸を時刻、縦軸を下定盤１３及び上定盤１４の中心からの距離とした際において、キャリア２０が一定の速度で自転する場合には、ワークＷの中心の軌跡は、図２のように正弦波曲線となる。また、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）の軌跡は、図２のように正弦波状の領域となる。発明者らが鋭意検討した結果、図２のように、ワークＷの中心の滞在時間が最長となるのは、ワークＷの中心が下定盤１３及び上定盤１４の最内周及び最外周（すなわち、正弦波の頂点）に来たときであるとの結論に至った。これに対して、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）の滞在時間が最長となるのは、ワークＷの中心が正弦波曲線の各頂点の内側付近に来た時であるとの結論に至った。

ワークＷの中心付近（データ取得範囲）の軌跡の上記特徴を利用して、発明者らは、測定孔３５及び厚さ測定センサ３４の配設位置として、次の範囲を究明した。

本実施形態に係る測定孔３５及び厚さ測定センサ３４の配設範囲（以下、単に「第１範囲」と称する場合がある）として、発明者らは以下の構成に想到した。先ず、下定盤１３及び上定盤１４の中心と、透孔２２（すなわち、ワークＷ）の中心又は透孔２２（ワークＷ）の外接円の中心と、の距離が最短又は最長となる位置における透孔２２（ワークＷ）の中心位置又は透孔２２（ワークＷ）の外接円の中心位置（以下、単に「第１基準位置Ｅ」と称する場合がある）を基準とする。なお、データ取得範囲に対応（連動）して、透孔２２（ワークＷ）の半径又は透孔２２（ワークＷ）の外接円の半径の３０％以内の所定の長さである第１距離をユーザが事前に設定する。また、キャリア２０の中心（自転中心）の方向に第１基準位置Ｅから第１距離の１／２の長さだけ離れた位置（以下、単に「第２基準位置Ｆ」と称する場合がある）を基準とする。そして、第２基準位置Ｆを中心として、第１距離の範囲内に測定孔３５及び厚さ測定センサ３４を配設する。より具体的には、測定孔３５は、上定盤１４又は下定盤１３に平面視で第１範囲内となるように設けられる。また、厚さ測定センサ３４は、支持フレーム２８に平面視で第１範囲内となるように配設される。

これによれば、ユーザが事前に設定したデータ取得範囲を測定孔及び厚さ測定センサが通過する頻度を高めることができる。

また、上定盤１４又は下定盤１３の中心と、透孔２２（ワークＷ）の中心又は透孔２２（ワークＷ）の外接円の中心と、の距離が最短となる透孔２２（ワークＷ）の中心位置又は透孔２２（ワークＷ）の外接円の中心位置を第１基準位置Ｅとすることが好ましい。測定孔３５及び厚さ測定センサ３４を上定盤１４又は下定盤１３の内周側に配設できることから、ワークＷ上を通過する際の測定孔３５の通過速度（周速）が上定盤１４又は下定盤１３の外周側に測定孔３５及び厚さ測定センサ３４を配設した場合と比べて遅くなるため、正確に、高い精度でワークＷの厚さを取得することができる。また、ワークＷの厚さの測定間隔が狭くなり、精度の高い厚さ分布を取得することができる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について、第１実施形態との違いを中心に説明する。第２実施形態に係る両面研磨装置１０は、第１実施形態に係る両面研磨装置１０の構成とは異なり、図６、図７のような構成となっている。すなわち、厚さ測定センサ（プローブ）３４は、上定盤１４又は下定盤１３の測定孔３５に設けられている。なお、図６、図７は、上定盤１４の測定孔３５に厚さ測定センサ（プローブ）３４が設けられた場合である。第１実施形態では、厚さ測定センサ（プローブ）３４は支持フレーム２８に設けられているため、固定されていたが、本実施形態では、厚さ測定センサ（プローブ）３４は、上定盤１４又は下定盤１３と共に回転される構成である。また、図６において、回転駆動装置６２及び上下動駆動装置６３は不図示としているが、制御部４０は回転駆動装置６２にも接続されている。

本実施形態における測定孔３５及び厚さ測定センサ３４も平面視で第１実施形態と同様の範囲に設ければよい。より具体的には、測定孔３５及び厚さ測定センサ３４は、上定盤１４又は下定盤１３に平面視で第１範囲内となるように設けられる。また、上定盤１４又は下定盤１３の中心と、透孔２２（ワークＷ）の中心と、の距離が最短となる透孔２２（ワークＷ）の中心位置を第１基準位置Ｅとすることが好ましい。

なお、本実施形態に係る厚さ測定部３０は、第１実施形態とは異なり、厚さ測定センサ３４が上定盤１４又は下定盤１３と共に回転されるため、図７に示すように、ロータリージョイント３３を備える構成となっている。

制御部４０は、実際に研磨をして、測定孔３５又は厚さ測定センサ３４が、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）を通過する際に、キャリア２０の回転速度を減速させる構成である。すなわち、キャリア２０の回転速度が減速するようにインターナルギア１５又は太陽ギア１６（両方である場合を含む）の回転速度（回転数）を調整させる構成である。また、制御部４０は、測定孔３５が配設された上定盤１４又は下定盤１３を減速させる構成を有していてもよい。キャリア２０、又は各定盤１３、１４（両方である場合を含む）を減速させることによって、正確に、高い精度で厚さを取得することができる。また、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）に対する通過軌跡の測定間隔を小さくすることができ、精度の高い厚さ分布を取得することができる。なお、第２実施形態は、第１実施形態とは異なり、厚さ測定センサ３４は上定盤１４又は下定盤１３と共に回転されているため、測定孔３５又は厚さ測定センサ３４がワークＷの中心付近（データ取得範囲）を通過する際には、必ずワークＷの厚さ又は厚さ分布を取得することができる。なお、第２実施形態においても、ワークＷが三角形、長方形、正方形又は正多角形の平板状の場合には、記憶部４１は、研磨時における測定孔３５の通過軌跡の座標及び透孔２２（ワークＷ）の外接円の中心からの距離が記憶されている構成とすればよい。すなわち、測定孔３５又は厚さ測定センサ３４がワークＷの中心付近（データ取得範囲）を通過し、且つ測定孔３５又は厚さ測定センサ３４が前記外接円の領域を通過する際に、キャリア２０や各定盤１３、１４の回転速度（回転数）を減速させる構成とすればよい。

（シミュレーション方法）
第２実施形態に係る両面研磨装置１０の構成を想定して、測定孔３５及び厚さ測定センサ３４の各配設位置に対して、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）の通過頻度を算出するシミュレーションを行った。透孔２２（ワークＷ）の中心と、下定盤１３及び上定盤１４の中心と、の距離が最短となる場合の第１基準位置Ｅを測定孔３５及び厚さ測定センサ３４の配設位置の０点とした。所定の間隔ごとに測定孔３５及び厚さ測定センサ３４の配設箇所を想定して、当該配設箇所をワークＷの中心付近（データ取得範囲）が通過した回数をカウントした。なお、図８～図１１に示す結果では、縦軸を厚さ測定センサ３４の通過頻度とし、通過回数が最大となる値を１とした。シミュレーションには、汎用数値計算ソフトを用いた。また、後述の通り、シミュレーション条件を設定した。

（実施例１）
ワークＷの外径は、φ２００ｍｍであり、１つのキャリア２０に設けられた３つの透孔２２をキャリア２０の中心に対称に配置するように設定した。ワークＷの中心はキャリア２０の中心から１４０ｍｍ離れている設定とした。キャリア２０の中心と下定盤１３及び上定盤１４の中心との距離は、４６０ｍｍの設定とした。すなわち、ワークＷが最内周にある際のワークＷの中心と下定盤１３及び上定盤１４の中心との距離は３２０ｍｍであり、ワークＷが最外周にある際のワークＷの中心と下定盤１３及び上定盤１４の中心との距離は６００ｍｍである。

インターナルギア１５が５．５ｒｐｍでＡ方向に回転されて、太陽ギア１６が１７ｒｐｍでＢ方向に回転されることによって、キャリア２０は、Ｃ方向に８ｒｐｍ程の回転数で下定盤１３及び上定盤１４の中心周りを公転されて、Ｄ方向に１ｒｐｍ程の回転数で自転されると設定した。また、センサが取り付けられている定盤１３、１４は、キャリア２０の公転方向とは逆方向に１２ｒｐｍ（キャリア２０との相対速度２０ｒｐｍ）で回転される設定とした。なお、本シミュレーションでは、バックラッシ等の影響なく、回転が伝達されると想定した。

また、実際の研磨においては、研磨段階に応じて、インターナルギア１５、太陽ギア１６及び各定盤１３、１４の回転速度は変更されるが、当該実施例はシミュレーションによるものであるため、いずれも一定速である。すなわち、本実施例に係るシミュレーションは、キャリア２０が、一定の速度で自転及び公転され、各定盤１３、１４が、一定の速度で自転される場合を想定した。

シミュレーションにおいて、任意の初期状態（各キャリア２０の位相の初期状態はどのようであっても構わない）からキャリア２０を一定の速度で回転させて、５ｍｉｎ中に測定孔３５及び厚さ測定センサ３４がワークＷの中心付近（データ取得範囲）を通過した回数をカウントした。本実施例におけるワークＷの中心付近（データ取得範囲）は、透孔２２（ワークＷ）の中心から１０ｍｍ（透孔２２（ワークＷ）の半径の１０％に相当）と設定した。また、第１距離も１０ｍｍと設定した。

（シミュレーション結果１）
結果を図８に示す。第１基準位置Ｅは、厚さ測定センサ配設位置ｘが０ｍｍ、２８０ｍｍの位置である。第２基準位置Ｆは、厚さ測定センサ配設位置ｘが５ｍｍ、２７５ｍｍの位置である。第１範囲は、－５ｍｍ≦ｘ≦１５ｍｍ、２６５ｍｍ≦ｘ≦２８５ｍｍである（それぞれ、図８の網掛け範囲に該当）。図８に示すように、第１範囲内において、第１基準位置Ｅからキャリア２０の中心に向かって、第１距離離れた位置付近に通過頻度のピークが確認された。また、図８に示すように、各ピークからキャリア２０の中心に向かうにしたがって減少して、一定の値（以下、単に「収束値」と称する場合がある）に収束していることが確認された。すなわち、各ピーク間は、バスタブ曲線の様相で変化している。さらに、各ピークからキャリア２０の外側に向かって、厚さ測定センサ３４の通過頻度は単調に減少していることが確認された。上記の第１範囲はピークを含み、また、バスタブ曲線における収束値よりも高い値になっていることから、厚さ測定センサ３４を第１範囲に配設すれば、上記した収束値よりも高い通過頻度が得られる。なお、データ取得範囲を定める距離と第１距離とが等距離の場合において、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）の通過頻度を最大にするには、第１基準位置Ｅからキャリア２０の中心に向かって、第１距離離れた位置付近に厚さ測定センサ３４を配設すればよいことが確認された。

（実施例２）
続いて、実施例１と同様の条件で、データ取得範囲を透孔２２（ワークＷ）の中心から３０ｍｍ（透孔２２（ワークＷ）の半径の３０％に相当）に設定した場合のシミュレーションを実施した。また、第１距離も３０ｍｍと設定した。

（シミュレーション結果２）
結果を図９に示す。第１基準位置Ｅは、厚さ測定センサ配設位置ｘが０ｍｍ、２８０ｍｍの位置である。第２基準位置Ｆは、厚さ測定センサ配設位置ｘが１５ｍｍ、２６５ｍｍの位置である。第１範囲は、－１５ｍｍ≦ｘ≦４５ｍｍ、２３５ｍｍ≦ｘ≦２９５ｍｍである（それぞれ、図９の網掛け範囲に該当）。実施例１と同様に、第１範囲内において、第１基準位置Ｅからキャリア２０の中心に向かって、第１距離離れた位置付近に通過頻度のピークが確認された。また、図９に示すように、各ピークからキャリア２０の中心に向かうにしたがって減少して、収束値に収束しており、各ピーク間は、バスタブ曲線の様相で変化していることが確認された。さらに、各ピークからキャリア２０の外側に向かって、厚さ測定センサ３４の通過頻度は単調に減少していることが確認された。上記の第１範囲はピークを含み、また、バスタブ曲線における収束値よりも高い値になっていることから、厚さ測定センサ３４を第１範囲に配設すれば、収束値よりも高い通過頻度が得られる。また、実施例２においても、データ取得範囲を定める距離と第１距離とが等距離の場合において、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）の通過頻度を最大にするには、第１基準位置Ｅからキャリア２０の中心に向かって、第１距離離れた位置付近に厚さ測定センサ３４を配設すればよいことが確認された。実施例１、実施例２の各シミュレーション結果から、φ２００ｍｍのワークＷにおいて、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）に関わらず、第２基準位置Ｆから第１距離の範囲内で顕著な効果が得られると推測される。

（実施例３）
続いて、ワークＷの外径をφ７５ｍｍと設定した。ワークＷの中心はキャリア２０の中心から５３ｍｍ離れている設定とした。キャリア２０の中心と下定盤１３及び上定盤１４の中心との距離は、２２０ｍｍの設定とした。すなわち、ワークＷが最内周にある際のワークＷの中心と下定盤１３及び上定盤１４の中心との距離は１６７ｍｍであり、ワークＷが最外周にある際のワークＷの中心と下定盤１３及び上定盤１４の中心との距離は２７３ｍｍである。

また、インターナルギア１５、太陽ギア１６の回転数は、それぞれ５．４ｒｐｍ、１５ｒｐｍであり、キャリア２０は、８ｒｐｍ程の回転数で公転されて、１ｒｐｍ程の回転数で自転される設定とした。

ワークＷの中心付近（データ取得範囲）を透孔２２（ワークＷ）の中心から５ｍｍ（透孔２２（ワークＷ）の半径の１４％に相当）と設定した。また、第１距離も５ｍｍと設定した。

また、上記以外のシミュレーション条件は、実施例１、実施例２と同様である。

（シミュレーション結果３）
結果を図１０に示す。第１基準位置Ｅは、厚さ測定センサ配設位置ｘが０ｍｍ、１０６ｍｍの位置である。第２基準位置Ｆは、厚さ測定センサ配設位置ｘが２．５ｍｍ、１０３．５ｍｍの位置である。第１範囲は、－２．５ｍｍ≦ｘ≦７．５ｍｍ、９８．５ｍｍ≦ｘ≦１０８．５ｍｍである（図１０の網掛け範囲に該当）。実施例１、実施例２と同様に、第１範囲内において、第１基準位置Ｅからキャリア２０の中心に向かって、第１距離離れた位置付近に通過頻度のピークが確認された。また、各ピークからキャリア２０の中心に向かうにしたがって減少して、収束値に収束しており、各ピーク間は、バスタブ曲線の様相で変化していることが確認された。さらに、各ピークからキャリア２０の外側に向かって、厚さ測定センサ３４の通過頻度は単調に減少していることが確認された。上記の第１範囲はピークを含み、また、バスタブ曲線における収束値よりも高い値になっており、厚さ測定センサ３４を第１範囲に配設すれば、収束値よりも高い通過頻度が得られる。また、実施例３においても、データ取得範囲を定める距離と第１距離とが等距離の場合において、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）の通過頻度を最大にするには、第１基準位置Ｅからキャリア２０の中心に向かって、第１距離離れた位置付近に厚さ測定センサ３４を配設すればよいことが確認された。

（実施例４）
続いて、実施例３と同様の条件で、データ取得範囲を１０ｍｍ（透孔２２（ワークＷ）の半径の２７％に相当）、第１距離も１０ｍｍに設定した場合のシミュレーションを実施した。

（シミュレーション結果４）
結果を図１１に示す。第１基準位置Ｅは、厚さ測定センサ配設位置ｘが０ｍｍ、１０６ｍｍの位置である。第２基準位置Ｆは、厚さ測定センサ配設位置ｘが５ｍｍ、１０１ｍｍの位置である。第１範囲は、－５ｍｍ≦ｘ≦１５ｍｍ、９１ｍｍ≦ｘ≦１１１ｍｍである（図１１の網掛け範囲に該当）。実施例１～実施例３と同様に、第１範囲内において、第１基準位置Ｅからキャリア２０の中心に向かって、第１距離離れた位置付近に通過頻度のピークが確認された。また、各ピークからキャリア２０の中心に向かうにしたがって減少して、収束値に収束しており、各ピーク間は、バスタブ曲線の様相で変化していることが確認された。さらに、各ピークからキャリア２０の外側に向かって、厚さ測定センサ３４の通過頻度は単調に減少していることが確認された。上記の第１範囲は、ピークを含み、また、バスタブ曲線における収束値よりも高い値になっており、厚さ測定センサ３４を第１範囲に配設すれば、収束値よりも高い通過頻度が得られる。また、実施例４においても、データ取得範囲を定める距離と第１距離とが等距離の場合において、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）の通過頻度を最大にするには、第１基準位置Ｅからキャリア２０の中心に向かって、第１距離離れた位置付近に厚さ測定センサ３４を配設すればよいことが確認された。実施例１～実施例４の各シミュレーション結果から、透孔２２（ワークＷ）の径に関わらず、第１距離をワークＷの半径の３０％以内（一例として、データ取得範囲を定める距離と等距離）とすれば、同様の効果が得られると推測される。例えば、φ３００、φ４００等の径のワークＷに対しても、第１範囲内に厚さ測定センサ３４を配設すれば、同様の効果が得られると推測される。また、第１距離を、（データ取得範囲を定める距離の２／３）≦（第１距離）≦（データ取得範囲を定める距離）とすることが好ましい。第１範囲内に厚さ測定センサ３４の通過頻度のピークを必ず含み、且つ第１範囲内の当該通過頻度がより高い範囲に測定孔３５又は厚さ測定センサ３４を配設できるからである。

以上がシミュレーション結果であるが、実際の研磨（キャリア２０の回転数が一定ではない場合）においても、同様の結果（５ｍｉｎ中の通過頻度は異なるが、実施例１～実施例４と同様の傾向で各位置の通過頻度が得られる）であると推測される。なお、ワークＷの中心付近（データ取得範囲）の通過頻度を最大にするには、第１距離とデータ取得範囲を定める距離とが等距離の場合には、第１基準位置Ｅからキャリア２０の中心に向かって、第１距離離れた位置付近に厚さ測定センサ３４を配設すればよい。また、本シミュレーションでは、厚さ測定センサ３４が上定盤１４に設けられた場合を想定しているが、支持フレーム２８に設けた場合（すなわち、厚さ測定センサ３４を固定とした場合）であっても、同様の結果が得られる。また、ワークＷが三角形、長方形、正方形又は正多角形の平板状の場合であっても、ワークＷの外接円をワークＷの領域とみなして、当該外接円の半径や中心位置に基づいて、第１距離及び第１範囲を定めてもよい。この場合も、ワークＷが円板状の場合（各実施例１～４）と同様の結果が得られると推測される。さらに、ワークＷが三角形、長方形、正方形又は正多角形の平板状の場合、当該矩形の内接円（長方形の場合には、所定の内接円）をワークＷの領域とみなして、当該内接円の半径や中心位置に基づいて、第１距離及び第１範囲を定めてもよい。この場合にも、ワークＷが円板状の場合（各実施例１～４）と同様の結果が得られると推測される。

本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能である。一例として、厚さ測定センサ３４は、支持フレーム２８、上定盤１４又は下定盤１３以外に固定して設けられていてもよい。より具体的には、上定盤１４又は下定盤１３と支持フレーム２８との間の所定の空間に、厚さ測定センサ３４が固定して設けられている構成としてもよい。また、別の一例として、上定盤１４又は下定盤１３と支持フレーム２８との間の所定の空間に、厚さ測定センサ３４が回転可能に設けられている構成としてもよい。より具体的には、上定盤１４又は下定盤１３と支持フレーム２８との間の所定の空間に設けられて、上定盤１４又は下定盤１３と同期して回転される回転部材（不図示）に厚さ測定センサ３４が設けられている構成としてもよい。

１０ 両面研磨装置
１３ 下定盤
１４ 上定盤
２０ キャリア
２２ 透孔
２８ 支持フレーム
３０ 厚さ測定部
３４ 厚さ測定センサ（プローブ）
３５ 測定孔
４０ 制御部
Ｅ 第１基準位置
Ｆ 第２基準位置
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. 下定盤と、上定盤と、前記下定盤及び前記上定盤の間に配置されて円板状のワークを保持するキャリアと、を具備する両面研磨装置であって、
   前記キャリアは、前記下定盤及び前記上定盤の中心周りに回転され、且つ前記キャリアの中心周りに回転される構成であり、
   前記上定盤の上方若しくは前記下定盤の下方である固定位置、又は前記上定盤の上部若しくは前記下定盤の下部である可動位置に厚さ測定センサを有しており、
   前記キャリアは、前記キャリアの中心に対して偏心した位置で前記ワークを保持する円形状の透孔を有しており、
   前記上定盤又は前記下定盤の中心と、ユーザが事前に設定したいずれかの前記透孔の中心との距離が最短又は最長となる前記透孔の中心位置を第１基準位置として、
   前記透孔の半径の３０％以内の所定の長さである第１距離に対して、前記第１基準位置から前記キャリアの中心の方向に前記第１距離の１／２の長さ離れた位置を第２基準位置として、
   前記厚さ測定センサは、平面視で前記第２基準位置を中心として前記第１距離の範囲内に設けられており、
   前記厚さ測定センサは、前記厚さ測定センサを配設した側の前記上定盤又は前記下定盤に設けられた測定孔を通じて前記透孔に保持された状態の前記ワークの厚さを測定する構成であること
   を特徴とする両面研磨装置。
2. 前記上定盤又は前記下定盤の中心と、前記透孔の中心との距離が最短となる前記透孔の中心位置を第１基準位置とすること
   を特徴とする請求項１記載の両面研磨装置。
3. 制御部をさらに有しており、
   前記制御部は、
   前記測定孔又は前記厚さ測定センサの前記ワークに対する通過軌跡が前記透孔の中心からの所定の範囲であってユーザが事前に設定したデータ取得範囲を通過する場合、前記通過軌跡に対応する前記キャリアの回転速度を、他の通過軌跡に対応する前記キャリアの回転速度よりも減速させる構成であること
   を特徴とする請求項１記載の両面研磨装置。
4. 前記厚さ測定センサは、
   前記固定位置に有する場合には、上定盤の上方に位置する支持フレーム若しくは前記下定盤の下方に位置する支持フレームに設けられて、前記測定孔を通じて前記透孔に保持された状態の前記ワークの厚さを測定する構成、
   又は前記可動位置に有する場合には、前記上定盤若しくは前記下定盤に設けられて前記上定盤若しくは前記下定盤と共に回転し、前記測定孔を通じて前記透孔に保持された状態の前記ワークの厚さを測定する構成であること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の両面研磨装置。
5. 下定盤と、上定盤と、前記下定盤及び前記上定盤の間に配置されて三角形、長方形、正方形又は正多角形の平板状のワークを保持するキャリアと、を具備する両面研磨装置であって、
   前記キャリアは、前記下定盤及び前記上定盤の中心周りに回転され、且つ前記キャリアの中心周りに回転される構成であり、
   前記上定盤の上方若しくは前記下定盤の下方である固定位置、又は前記上定盤の上部若しくは前記下定盤の下部である可動位置に厚さ測定センサを有しており、
   前記キャリアは、前記キャリアの中心に対して偏心した位置で前記ワークを保持する前記ワークと同形状の透孔を有しており、
   前記上定盤又は前記下定盤の中心と、ユーザが事前に設定したいずれかの前記透孔の全頂点の外接円の中心との距離が最短又は最長となる前記透孔の中心位置を第１基準位置として、
   前記外接円の半径の３０％以内の所定の長さである第１距離に対して、前記第１基準位置から前記キャリアの中心の方向に前記第１距離の１／２の長さ離れた位置を第２基準位置として、
   前記厚さ測定センサは、平面視で前記第２基準位置を中心として前記第１距離の範囲内に設けられており、
   前記厚さ測定センサは、前記厚さ測定センサを配設した側の前記上定盤又は前記下定盤に設けられた測定孔を通じて前記透孔に保持された状態の前記ワークの厚さを測定する構成であること
   を特徴とする両面研磨装置。
6. 前記上定盤又は前記下定盤の中心と、前記外接円の中心との距離が最短となる前記外接円の中心位置を第１基準位置とすること
   を特徴とする請求項５記載の両面研磨装置。
7. 制御部をさらに有しており、
   前記制御部は、
   前記測定孔又は前記厚さ測定センサの前記ワークに対する通過軌跡が前記外接円の中心からの所定の範囲であってユーザが事前に設定したデータ取得範囲を通過する場合、前記通過軌跡に対応する前記キャリアの回転速度を、他の通過軌跡に対応する前記キャリアの回転速度よりも減速させる構成であること
   を特徴とする請求項５記載の両面研磨装置。
8. 前記厚さ測定センサは、
   前記固定位置に有する場合には、上定盤の上方に位置する支持フレーム若しくは前記下定盤の下方に位置する支持フレームに設けられて、前記測定孔を通じて前記透孔に保持された状態の前記ワークの厚さを測定する構成、
   又は前記可動位置に有する場合には、前記上定盤若しくは前記下定盤に設けられて前記上定盤若しくは前記下定盤と共に回転し、前記測定孔を通じて前記透孔に保持された状態の前記ワークの厚さを測定する構成であること
   を特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項記載の両面研磨装置。

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