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JP7650585B2 - 計測装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被測定物を保持する保持ユニットと、保持ユニットで保持された被測定物の上面の高さ又は被測定物の厚さを計測する計測ユニットと、を有する計測装置に関する。
表面側にデバイスが形成された半導体ウェーハは、その裏面側が研削装置によって研削され、所定の厚さに薄化された後、切削装置、レーザー加工装置等の加工装置によって個々のデバイスチップに分割される。
レーザー加工装置で被加工物を加工する場合には、例えば、被加工物を透過する波長を有するパルス状のレーザービームの集光点を、被加工物の上面から所定の深さに位置付ける必要がある。このため、計測装置を用いて、被加工物の上面の高さが測定される（例えば、特許文献１及び２参照）。
計測装置は、例えば、所定の波長帯域の光を発生させる光源部を有する。光源部からの光は、光ファイバーを介して、軸上色収差を有するレンズが配置されたヘッド部へ導かれる。所定の波長帯域の光は、軸上色収差により、波長に応じて光軸上の異なる位置で集光する。
ヘッド部から被測定物へ照射された光のうち、被測定物の上面で集光した特定の波長の光が、主として、このレンズを介して光ファイバーへ取り込まれる。光ファイバーに取り込まれたこの反射光は、分光器等を利用して、その波長が特定される。
上述のレンズにおいて波長毎の焦点距離は予め定められているので、特定された反射光の波長に応じて、ヘッド部から被測定物の上面までの距離を決定できる。それゆえ、被測定物の上面の高さや、被測定物の厚さを計測できる（例えば、特許文献３参照）。
ところで、特許文献３に記載の計測装置は、光源部、分光器、ヘッド部、及び、１×２型の光ファイバーカプラを有し、当該カプラの分岐部に対して一方側に位置する第１ポートに光源部が接続され、同一方側に位置する第２ポートに分光器が接続されている。
更に、当該カプラの分岐部に対して他方側に位置する第３ポートに、ヘッド部が接続されている。この場合、ヘッド部では１回の測定につき被測定物の１点しか測定できないので、測定が非効率になる。
そこで、例えば、２×２型の光ファイバーカプラで構成された光ファイバーで、光源部、分光器、及び、２つのヘッド部を接続し、二点測定を行う技術が提案されている。しかし、各ヘッド部が受光する反射光は、分光器を経て受光素子で同時に受光されるので、受光素子では、どのヘッド部からの反射光が、どの受光信号に対応するのかを特定できないという問題がある。
この問題を解決するために、例えば、ヘッド部毎に異なる波長帯域の光を透過させるフィルタを設けることで、ヘッド部毎に異なる波長帯域を測定する計測装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、ヘッド部の数が増えると、波長帯域の分割数が増えるので、１つのヘッド部当たりの測定波長帯域（即ち、測定レンジ）が狭くなる。
特開２００８－１７０３６６号公報 特開２０１１－１２２８９４号公報 国際公開第２０１５／１９９０５４号 特開２０１４－１７８２８７号公報
本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、１つのヘッド部当たりの測定波長帯域を狭めることなく、且つ、２つ以上のヘッド部を用いて二点以上の多点で、被測定物の上面の高さ等を計測することを目的とする。
本発明の一態様によれば、被測定物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被測定物の上面の高さ又は該被測定物の厚さを計測する計測ユニットと、を備え、該計測ユニットは、所定の波長帯域の光を発する光源部と、該光源部が発した光を伝送する第１の光ファイバーと、該第１の光ファイバーによって伝送された光を少なくとも２つの測定用光ファイバーへと分岐する分岐部と、該分岐部で分岐された光を該被測定物に集光させる集光器をそれぞれ含む複数のヘッド部を有するヘッドユニットと、各ヘッド部から該被測定物に光が照射されるタイミングをずらすシャッター部と、該分岐部で分岐されており、該被測定物で反射された戻り光が各測定用光ファイバーを経て伝送される第２の光ファイバーと、該第２の光ファイバーによって伝送された該戻り光を受光する受光部を有する分光ユニットと、該シャッター部の動作を制御することにより、各ヘッド部から該被測定物に光が照射されるタイミングを制御し、該受光部で各ヘッド部からの該戻り光を個別に受光させる制御部と、を有し、該制御部は、各ヘッド部から該被測定物の上面までの距離を各ヘッド部からの該戻り光のピーク波長のみに基づいて定める計測装置が提供される。
好ましくは、該受光部は、二次元センサを有する。
好ましくは、該計測装置は、該第１の光ファイバーと該分岐部との間に設けられた追加の分岐部と、該追加の分岐部からの光を更に異なる少なくとも２つの測定用光ファイバーへと分岐する第２の分岐部と、該第２の分岐部によって分岐された光を該被測定物に集光する集光器をそれぞれ含む複数の第２のヘッド部を有する第２のヘッドユニットと、各第２のヘッド部から該被測定物に光が照射されるタイミングをずらす第２のシャッター部と、該追加の分岐部と該第２の分岐部とを接続する第３の光ファイバーとは別に該第２の分岐部で分岐されており、該被測定物で反射された各測定用光ファイバーからの該戻り光を伝送する第４の光ファイバーと、該第４の光ファイバーによって伝送された該戻り光を受光する第２の受光部を有する第２の分光ユニットと、を更に有し、該制御部は、該第２のシャッター部の動作を制御することにより各第２のヘッド部から該被測定物に光が照射されるタイミングを制御し、該第２の受光部で各第２のヘッド部からの該戻り光を個別に受光させる。
また、好ましくは、該計測装置は、該第１の光ファイバーと該分岐部との間に設けられた追加の分岐部と、該追加の分岐部からの光を更に異なる少なくとも２つの測定用光ファイバーへと分岐する第２の分岐部と、該第２の分岐部によって分岐された光を該被測定物に集光する集光器をそれぞれ含む複数の第２のヘッド部を有する第２のヘッドユニットと、該制御部により動作が制御され、各第２のヘッド部から該被測定物に光が照射されるタイミングをずらす第２のシャッター部と、該追加の分岐部と該第２の分岐部とを接続する第３の光ファイバーに対して該第２の分岐部で分岐されており、該被測定物で反射された各測定用光ファイバーからの該戻り光を伝送する第４の光ファイバーと、を更に有し、該第２の光ファイバー及び該第４の光ファイバーによって伝送された該戻り光は、該受光部で受光され、該受光部は二次元センサを有し、該二次元センサにおいて、該第２の光ファイバーによって伝送された該戻り光と、該第４の光ファイバーによって伝送された該戻り光と、を異なる位置で受光することにより、該第２の光ファイバーによって伝送された該戻り光と、該第４の光ファイバーによって伝送された該戻り光と、が分離される。また、好ましくは、該シャッター部は、スピンドルと、該スピンドルの下部に連結された研磨工具と、を有する研磨ユニットである。
本発明の一態様に係る計測装置は、各ヘッド部から被測定物に光が照射されるタイミングをずらすシャッター部を備える。計測装置は、更に、シャッター部の動作を制御する制御部を備える。
シャッター部の動作により、各ヘッド部から被測定物に照射される光は、受光部で個別に受光される。それゆえ、１つのヘッド部当たりの測定波長帯域を狭めることなく、且つ、２つ以上のヘッド部を用いて二点以上の多点で、被測定物の上面の高さ等を計測できる。
第１の実施形態に係る計測装置の概要図である。 分光ユニットの概要図である。 受光信号の例を示す図である。 シャッター部の変形例を示す図である。 第２の実施形態に係る計測装置の概要図である。 第３の実施形態に係る計測装置の概要図である。 第４の実施形態に係る計測装置の概要図である。 第５の実施形態に係る計測装置の概要図である。
添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る計測装置２の概要図である。図１では、計測装置２の構成要素のいくつかを機能ブロックで示す。なお、図１に示すＺ軸方向は、鉛直方向であり、それぞれＺ軸方向に直交する、Ｘ軸方向と、Ｙ軸方向（不図示）とは、水平方向を構成する。
計測装置２は、例えば、被測定物１１の上面１１ａの高さや、被測定物１１の厚さ１１ｃを計測する必要がある加工装置（研削装置、研磨装置等）に搭載される。但し、計測装置２は、必ずしも加工装置の付属物である必要はなく、別個独立の装置であってもよい。
本実施形態の計測装置２は、チャックテーブル（保持ユニット）４を有する。チャックテーブル４の下部には、チャックテーブル４を所定方向に回転させるモーター等の回転駆動源（不図示）が連結されている。
チャックテーブル４は、円盤状の枠体を有する。枠体の下部には、エジェクタ等の吸引源（不図示）で発生させた負圧をポーラス板に作用させるための流路（不図示）が形成されている。
枠体の上部には、円盤状の凹部が形成されており、この凹部には円盤状のポーラス板（不図示）が固定されている。ポーラス板の上面と、枠体の上面とは、略面一であり、略平坦な保持面４ａを構成している。
保持面４ａでは、被測定物（被加工物）１１が吸引保持される。被測定物１１は、例えばシリコンウェーハであり、樹脂製のダイシングテープ（不図示）を介して、その下面１１ｂ側が、保持面４ａで吸引保持される。
このとき、下面１１ｂとは反対側に位置する上面１１ａが、上方に露出する。この上面１１ａには、計測ユニット６の各ヘッド部１８ａ、１８ｂ（詳しくは後述する）から測定光１３が照射される。
計測ユニット６は、光源部８を有する。本実施形態の光源部８は、励起光源（不図示）を含む。励起光源は、例えば、青色（例えば、波長λ＝４５０ｎｍ）の光を発するレーザーダイオード（Laser Diode：ＬＤ）である。
励起光は、レンズ、プリズム等の所定の光学系を経て、蛍光体へ照射される。蛍光体は、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体（一例において、（(Ｙ，Ｇｄ)３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ））であり、励起光を吸収し、緑、黄色、赤色等の光を含む所定の波長帯域（例えば、５００ｎｍから７００ｎｍ）の光を発する。
蛍光体が生じた光は、光源部８の集光レンズ（不図示）を経て、２×２型の光ファイバーカプラ１０の第１のポートに対応する第１の光ファイバー１２の一端部へ集光され、第１の光ファイバー１２によって分岐部１４へ伝送される。
光ファイバーカプラ１０は、例えば、２本の光ファイバーの一部を融着延伸することで形成されている。分岐部１４に対して第１の光ファイバー１２の反対側には、光ファイバーカプラ１０の第３のポート、第４のポートを構成する２つの測定用光ファイバー１６ａ、１６ｂが設けられている。
光源部８からの所定の波長帯域の光は、分岐部１４から２つの測定用光ファイバー１６ａ、１６ｂへ、例えば、５０：５０の比率で、分岐される。測定用光ファイバー１６ａは、ヘッド部１８ａに接続されている。
ヘッド部１８ａは、その内部に集光器２０ａを有する。本実施形態の集光器２０ａは、回折光学素子及び集光レンズを含む。集光器２０ａの軸上色収差により、集光器２０ａを通過した光の集光点の高さ位置は、波長に応じて変化する。
具体的には、長波長成分ほど、集光器２０ａに近い位置で集光し、短波長成分ほど、集光器２０ａから離れた位置で集光する。なお、集光器２０ａは、回折光学素子及び集光レンズに代えて、色収差レンズを有してもよい。この場合、長波長成分ほど、集光器２０ａから離れた位置で集光し、短波長成分ほど、集光器２０ａに近い位置で集光する。
集光器２０ａから被測定物１１へ照射された測定光１３の一部は、上面１１ａで反射された後、戻り光１５として、再度、集光器２０ａを経て測定用光ファイバー１６ａへ戻る。
但し、測定用光ファイバー１６ａには、上面１１ａで集光した波長成分が主として通過し、上面１１ａで集光しなかった波長成分は、測定用光ファイバー１６ａによりほぼ遮られる。この様に、ヘッド部１８ａでは、共焦点光学系が構成されている。
なお、共焦点光学系が構成されていれば、ヘッド部１８ａの構成は、図１に示す形態に限定されない。例えば、集光器２０ａと測定用光ファイバー１６ａとの間に、追加の集光レンズを設けてもよい。
測定用光ファイバー１６ｂは、ヘッド部１８ｂに接続されている。なお、本明細書では、ヘッド部１８ａ及びヘッド部１８ｂを合わせて、第１のヘッドユニット１８と称する。ヘッド部１８ｂも、同様に、集光器２０ｂを有し、測定用光ファイバー１６ｂと共に、共焦点光学系を構成している。
集光器２０ｂから被測定物１１へ照射された測定光１３の一部も、同様に、上面１１ａで反射された後、戻り光１５として、再度、集光器２０ｂを経て測定用光ファイバー１６ｂへ戻る。
上面１１ａで反射され、測定用光ファイバー１６ａ又は１６ｂを通過する戻り光１５は、分岐部１４を経て、光ファイバーカプラ１０の第２のポートを構成する第２の光ファイバー２２へ伝送される。第２の光ファイバー２２の一端部には、分光ユニット２４が接続されている。
分光ユニット２４は、戻り光１５を略平行光にするコリメートレンズ２６を有する（図２参照）。図２は、分光ユニット２４の概要図である。コリメートレンズ２６を通過した戻り光１５は、回折格子２８により反射され、集光レンズ３０を経て、受光部３２で受光される。
受光部３２は、例えば、二次元状に配列された複数の受光素子を有するＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）又はＣＣＤ（Charge-Coupled Device）撮像素子（即ち、二次元センサ）を含む。
受光部３２の受光領域３２ａは、矩形状であり、第１方向Ａ１に略平行な二辺と、第１方向Ａ１に直交する第２方向Ａ２に略平行な二辺とを有する。戻り光１５は、その波長に応じて、受光領域３２ａの第２方向Ａ２の異なる位置で受光される。
受光領域３２ａで生成された受光信号は、計測装置２を制御する制御部３４へ入力される。制御部３４は、第２方向Ａ２における発光強度が最大となる受光素子の位置を特定することで、戻り光１５のピーク波長を特定する。なお、第２方向Ａ２と波長（λ）とが対応しているので、図２では、第２方向Ａ２を、Ａ２（λ）と示している。
制御部３４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理装置と、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の主記憶装置と、フラッシュメモリー、ハードディスクドライブ等の補助記憶装置と、を含むコンピュータによって構成されている。補助記憶装置に記憶されるソフトウェアに従い処理装置等を動作させることによって、制御部３４の機能が実現される。
制御部３４は、光源部８及び分光ユニット２４に加えて、シャッター部３６の動作を制御する。シャッター部３６は、ヘッド部１８ａ及び保持面４ａの間に配置されるシャッター３６ａと、ヘッド部１８ｂ及び保持面４ａの間に配置されるシャッター３６ｂと、を有する。
本実施形態において、シャッター３６ａ、３６ｂの各々は、フォーカルプレーンシャッターでありＸ軸方向にスライドするが、各シャッター３６ａ、３６ｂは、Ｘ－Ｙ平面上におけるＸ軸方向以外の所定の方向にスライドしてもよい。
なお、各シャッター３６ａ、３６ｂは、レンズシャッター等の他のメカニカルシャッターであってもよく、メカニカルシャッターに代えて、電気的に液晶を駆動させることで、光の透過と遮断とを制御する透過型液晶方式のシャッターであってもよい。
制御部３４は、シャッター３６ａ、３６ｂのうち一方が開状態のとき他方を閉状態とすることにより、各ヘッド部１８ａ、１８ｂから被測定物１１の上面１１ａに測定光１３が照射されるタイミングをずらす。
これにより、各ヘッド部１８ａ、１８ｂからの戻り光１５を、受光部３２で個別に（即ち、異なるタイミングで）受光させる。図３は、受光信号の例を示す図である。図３において、横軸は波長λ（ｎｍ）であり、縦軸は受光信号の強度を示す。
破線のグラフは、時刻ｔ１において受光部３２で受光したヘッド部１８ａからの戻り光１５の受光信号（ピーク波長λＡ）を示し、実線のグラフは、時刻ｔ１とは異なる時刻ｔ２において受光部３２で受光したヘッド部１８ｂからの戻り光１５の受光信号（ピーク波長λＢ）を示す。
戻り光１５のピーク波長と、各ヘッド部１８ａ、１８ｂから集光点までの距離と、の対応関係は、予め制御部３４に登録されているので、戻り光１５のピーク波長に応じて、各ヘッド部１８ａ、１８ｂから上面１１ａまでの距離が決定される。
本実施形態では、ヘッド部１８ａ、１８ｂに応じて異なるタイミングで戻り光１５を受光する。それゆえ、ヘッド部１８ａ、１８ｂの１つ当たりの測定波長帯域を狭めることなく、且つ、２つのヘッド部１８ａ、１８ｂを用いて二点で、上面１１ａの高さ等を計測できる。
なお、上面１１ａの高さは、所定の基準高さとの相対的な高さを意味する。所定の基準高さは、例えば、保持面４ａの高さである。保持面４ａの高さと、上面１１ａの高さと、の差分を、制御部３４で算出すれば、被測定物１１の厚さ１１ｃ（図１参照）を計測できる。
ところで、制御部３４は、各測定タイミングに対応する戻り光１５のピーク波長を記憶する。例えば、制御部３４は、シャッター３６ａ、３６ｂを交互に開閉しながら、開状態のタイミングに対応する戻り光１５のピーク波長を記憶する。そして、記憶されたピーク波長に基づいて、上面１１ａの高さが測定される。
一例において、保持面４ａで保持された被測定物１１の上面１１ａの１つの半径上に、ヘッド部１８ａ、１８ｂを並べて配置した状態で、シャッター３６ａ、３６ｂを交互に開閉しながら、回転駆動源で所定の回転軸の周りにチャックテーブル４を回転させる。これにより、上面１１ａの同心円状の領域において、上面１１ａの高さを計測できる。
制御部３４には、モニター（不図示）が接続されてもよい。例えば、モニターには、上面１１ａのアウトラインと、上面１１ａの各測定点の高さを示す情報とが、表示される。各測定点の高さを示す情報を色分けして表示すれば、上面１１ａの凹凸を視覚的に把握することもできる。
（第１の変形例）ところで、多点計測を目的として、分岐部１４から３つ以上の測定用光ファイバーを分岐させてもよい。例えば、３つの測定用光ファイバーの各々に、ヘッド部が設けられる。この場合、シャッター部３６を制御して、３つのヘッド部のうち１つのヘッド部から、順次選択的に測定光１３を照射する。
（第２の変形例）次に、図４を参照して、第２の変形例を説明する。図４は、シャッター部３６の変形例を示す図である。第２の変形例において、シャッター部３６は、１つの研磨ユニット４０で構成されている。
研磨ユニット４０は、Ｚ軸方向に沿って配置された略円筒状のスピンドルハウジング４２を有する。スピンドルハウジング４２には、研磨ユニット４０をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構（不図示）が連結されている。
スピンドルハウジング４２には、円柱状のスピンドル４４の一部が回転可能に収容されており、スピンドル４４の上部には、モーター等の回転駆動源（不図示）が設けられている。スピンドル４４の下部には、円盤状の研磨工具４６が連結されている。
研磨工具４６は、保持面４ａよりも小さい径（例えば、保持面４ａの径の１／１０から１／２程度の径）を有する。研磨工具４６は、金属で形成された円盤状のマウント４６ａを有する。マウント４６ａの下面側には、マウント４６ａと略同径の研磨パッド４６ｂが固定されている。
上面１１ａとヘッド部１８ａとの間の第１位置と、上面１１ａとヘッド部１８ｂとの間の第２位置とで、Ｘ軸方向に沿って研磨ユニット４０を選択的に移動させることで、測定光１３が遮られる。それゆえ、受光部３２は、第１の実施形態と同様に、ヘッド部１８ａ、１８ｂに応じて異なるタイミングで戻り光１５を受光できる。
加えて、上面１１ａの１つの半径上にヘッド部１８ａ、１８ｂを並べて配置した状態で、研磨ユニット４０で測定光１３を選択的に遮りながら、所定の回転軸の周りにチャックテーブル４を回転させると、上面１１ａの同心円状の領域において、上面１１ａの高さを計測できる。
（第３の変形例）第３の変形例として、光源部８と、ヘッド部１８ａと、分光ユニット２４とを、３ポート型の第１の光サーキュレータ（不図示）で接続し、更に、光源部８と、ヘッド部１８ｂと、分光ユニット２４とを、３ポート型の第２の光サーキュレータ（不図示）で接続してもよい。
この場合、第１及び第２の光サーキュレータが、分岐部１４に対応する。また、第１の光サーキュレータの第１ポート及び光源部８を接続する光ファイバーと、第２の光サーキュレータの第１ポート及び光源部８を接続する光ファイバーとが、第１の光ファイバー１２に対応する。
更に、第１の光サーキュレータの第３ポート及び分光ユニット２４を接続する光ファイバーと、第２の光サーキュレータの第３ポート及び分光ユニット２４を接続する光ファイバーとが、第２の光ファイバー２２に対応する。
（第４の変形例）第４の変形例として、光源部８に１×２型の光ファイバーカプラ（不図示）の第１ポートを接続し、光ファイバーカプラの第２ポートに、３ポート型の第１の光サーキュレータ（不図示）の第１ポートを、光ファイバーカプラの第３ポートに、３ポート型の第２の光サーキュレータ（不図示）の第１ポートを、それぞれ接続してもよい。
第１の光サーキュレータの第２ポートには、ヘッド部１８ａが接続され、第１の光サーキュレータの第３ポートには、分光ユニット２４が接続される。また、第２の光サーキュレータの第２ポートには、ヘッド部１８ｂが接続され、第２の光サーキュレータの第３ポートには、分光ユニット２４が接続される。
この場合、光ファイバーカプラの第１ポートが第１の光ファイバー１２の一端部に対応し、第１の光サーキュレータの第３ポート及び第２の光サーキュレータの第３ポートが、第２の光ファイバー２２の一端部に対応する。
第３及び第４の変形例においても、シャッター部３６や研磨ユニット４０を用いて、各ヘッド部１８ａ、１８ｂから上面１１ａに測定光１３が照射されるタイミングをずらすことで、ヘッド部１８ａ、１８ｂに応じて異なるタイミングで戻り光１５を受光できる。
（第２の実施形態）次に、図５を参照し、第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態に係る計測装置５０の概要図である。計測装置５０は、複数の分光ユニット２４（即ち、第１の分光ユニット２４ａ、第２の分光ユニット２４ｂ）を有する点が、主として、第１の実施形態と異なる。
光源部８と、分岐部１４との間には、追加の分岐部５２ａを有する１×２型の光ファイバーカプラが設けられている。この１×２型の光ファイバーカプラの第１ポートは、光源部８からの光を伝送する第１の光ファイバー１２の一端部に対応する。
追加の分岐部５２ａに対して第１の光ファイバー１２とは反対側には、第２及び第３ポートが設けられている。第２ポートは、分岐部１４に接続しており、第３ポートは、第２の分岐部５２ｂに接続している。
それゆえ、光源部８が発した光は、追加の分岐部５２ａから分岐部１４へ分岐されると共に、追加の分岐部５２ａから、第３の光ファイバー５４を介して、第２の分岐部５２ｂへも分岐される。
分岐部１４には、第１の実施形態と同様に、２つの測定用光ファイバー１６ａ、１６ｂが接続している。測定用光ファイバー１６ａにはヘッド部１８ａが接続され、測定用光ファイバー１６ｂにはヘッド部１８ｂが接続されている。
ヘッド部１８ａ、１８ｂと、保持面４ａとの間には、シャッター部３６が配置されている。ヘッド部１８ａ、１８ｂからの戻り光１５は、分岐部１４を経て、分光ユニット２４と同じ構成を有する第１の分光ユニット２４ａの受光部３２で受光される。
第２の分岐部５２ｂにも、同様に、２つの測定用光ファイバー５６ａ、５６ｂが接続している。測定用光ファイバー５６ａには、集光器２０ａと同様の集光器６０ａを有するヘッド部（第２のヘッド部）５８ａが接続されている。
また、測定用光ファイバー５６ｂには、集光器２０ｂと同様の集光器６０ｂを有するヘッド部（第２のヘッド部）５８ｂが接続されている。なお、本明細書では、ヘッド部５８ａ及びヘッド部５８ｂを合わせて、第２のヘッドユニット５８と称する。
ヘッド部５８ａ、５８ｂは、ヘッド部１８ａ、１８ｂと同じ機能を有する。また、ヘッド部５８ａ及び保持面４ａの間には、シャッター６２ａが配置されており、ヘッド部５８ｂ及び保持面４ａの間には、シャッター６２ｂが配置されている。
シャッター６２ａ、６２ｂ（第２のシャッター部６２と総称する）は、シャッター部３６と同様に制御部３４により制御される。各シャッター３６ａ、３６ｂ、６２ａ、６２ｂは、Ｙ軸方向にスライドするが、Ｘ－Ｙ平面上におけるＹ軸方向以外の所定の方向にスライドしてもよい。
第２のシャッター部６２により、各ヘッド部５８ａ、５８ｂから上面１１ａへ測定光１３が照射されるタイミングがずらされる。上面１１ａで反射された戻り光１５は、ヘッド部５８ａ、５８ｂ、測定用光ファイバー５６ａ、５６ｂ、及び、第２の分岐部５２ｂを順に経て、第４の光ファイバー６４へ伝送される。
第４の光ファイバー６４は、第２の分岐部５２ｂで、第３の光ファイバー５４とは別に分岐されている。第４の光ファイバー６４により、戻り光１５は、第２の分光ユニット２４ｂへ伝送される。
第２の分光ユニット２４ｂも、第１の分光ユニット２４ａと同様に（図２参照）、コリメートレンズ２６、回折格子２８、集光レンズ３０、及び、受光部（第２の受光部）３２を有する。
第２の実施形態では、ヘッド部１８ａ、１８ｂ毎に異なるタイミングで、戻り光１５を第１の分光ユニット２４ａで個別に受光し、更に、ヘッド部５８ａ、５８ｂ毎に異なるタイミングで、戻り光１５を第２の分光ユニット２４ｂで個別に受光できる。
それゆえ、ヘッド部１つ当たりの測定波長帯域を狭めることなく、且つ、４つのヘッド部１８ａ、１８ｂ、５８ａ、５８ｂを用いて四点で、上面１１ａの高さ等を計測できる。
なお、第２の実施形態においても、上面１１ａの１つの半径上に４つのヘッド部１８ａ、１８ｂ、５８ａ、５８ｂを並べて配置してもよい。また、上述の第１から第４の変形例を適用してもよい。
（第３の実施形態）次に、図６を参照し、第３の実施形態について説明する。図６は、第３の実施形態に係る計測装置７０の概要図である。計測装置７０は、１つの分光ユニット２４を有する点が、第２の実施形態とは異なる。
第１のヘッドユニット１８からの戻り光１５は、第２の光ファイバー２２を経て分光ユニット２４へ伝送され、第２のヘッドユニット５８からの戻り光１５は、第４の光ファイバー６４を経て分光ユニット２４へ伝送される。
但し、第２の光ファイバー２２と、第４の光ファイバー６４との、コリメートレンズ２６への入射位置が異なっていることに起因して、第１のヘッドユニット１８からの戻り光１５と、第２のヘッドユニット５８からの戻り光１５とは、受光領域３２ａの第１方向Ａ１の異なる位置で受光される。
また、戻り光１５は、その波長に応じて、受光領域３２ａの第２方向Ａ２の異なる位置で受光される。図６に示す例では、第１のヘッドユニット１８からの戻り光１５は、領域Ｂ１で受光され、第２のヘッドユニット５８からの戻り光１５は、領域Ｂ１とは異なる領域Ｂ２で受光される。
この様に、戻り光１５は、ヘッドユニット毎に分離された状態で、受光領域３２ａで受光される。第３の実施形態では、第２の実施形態に比べて、分光ユニットの数を減らすことができる。勿論、ヘッド部１つ当たりの測定波長帯域を狭めることなく、且つ、４つのヘッド部１８ａ、１８ｂ、５８ａ、５８ｂを用いて四点で、上面１１ａの高さ等を計測できる。
なお、第３の実施形態においても、上面１１ａの１つの半径上に４つのヘッド部１８ａ、１８ｂ、５８ａ、５８ｂを並べて配置してもよい。また、上述の第１から第４の変形例を適用してもよい。
（第４の実施形態）次に、図７を参照し、第４の実施形態について説明する。図７は、第４の実施形態に係る計測装置７２の概要図である。計測装置７２は、シャッター部３６を有しない。主として、係る点が、図５に示す第２の実施形態と異なる。
光源部８が発した光は、第１の光ファイバー１２を経て光源側分岐部７４へ伝送され、光源側分岐部７４において少なくとも２つのヘッド側分岐部（結合部）７６ａ、７６ｂへ分岐される。
光源側分岐部７４、ヘッド側分岐部７６ａ、７６ｂは、それぞれ１×２型の光ファイバーカプラである。ヘッド側分岐部７６ａには、測定用光ファイバー１６ａを介してヘッド部１８ａが接続されている。
同様に、ヘッド側分岐部７６ｂには、測定用光ファイバー１６ｂを介してヘッド部１８ｂが接続されている。各ヘッド側分岐部７６ａ、７６ｂは、光源側分岐部７４で分岐された光をそれぞれ対応する１つの測定用光ファイバー１６ａ、１６ｂに伝送させる。
本実施形態では、ヘッド部１８ａ、１８ｂ（ヘッドユニット）と、保持面４ａとの間には、シャッター部３６が配置されていない。それゆえ、各測定用光ファイバー１６ａ、１６ｂで伝送された光は、シャッター３６ａ、３６ｂ等で遮られることなく、保持面４ａで保持された被測定物１１へ照射される。
被測定物１１の上面１１ａで反射された戻り光１５は、測定用光ファイバー１６ａを通り、ヘッド側分岐部７６ａで分岐されている分光側光ファイバー７８ａを経て、第１の分光ユニット２４ａへ伝送される。
同様に、上面１１ａで反射された戻り光１５は、測定用光ファイバー１６ｂを通り、ヘッド側分岐部７６ｂで分岐されている分光側光ファイバー７８ｂを経て、第２の分光ユニット２４ｂへ伝送される。
この様にして、各ヘッド部１８ａ、１８ｂから被測定物１１に照射される光は、第１の分光ユニット２４ａ及び第２の分光ユニット２４ｂの各受光部３２で個別に受光される。それゆえ、ヘッド部１８ａ、１８ｂの１つ当たりの測定波長帯域を狭めることなく、且つ、２つのヘッド部１８ａ、１８ｂを用いて二点で、上面１１ａの高さ等を計測できる。
なお、ヘッド側分岐部、測定用光ファイバー、ヘッド部、分光側光ファイバー及び分光ユニットの一組を、３組以上の複数組配置すれば、上面１１ａの高さ等を三点以上の複数点で計測することもできる。
（第５の実施形態）次に、図８を参照し、第５の実施形態について説明する。図８は、第５の実施形態に係る計測装置８０の概要図である。計測装置８０では、図７に示す計測装置７２のヘッド側分岐部７６ａ、７６ｂが、３ポート型の光サーキュレータ（結合部）８６ａ、８６ｂに置換されている。
光サーキュレータ８６ａの第１ポートは、光源側分岐部７４及び第１の光ファイバー１２を介して光源部８に接続されている。また、光サーキュレータ８６ａの第２ポートは、測定用光ファイバー１６ａに接続され、光サーキュレータ８６ａの第３ポートは、分光側光ファイバー７８ａに接続されている。
同様に、光サーキュレータ８６ｂの第１ポートは、光源側分岐部７４及び第１の光ファイバー１２を介して光源部８に接続されている。また、光サーキュレータ８６ｂの第２ポートは、測定用光ファイバー１６ｂに接続され、光サーキュレータ８６ｂの第３ポートは、分光側光ファイバー７８ｂに接続されている。
本実施形態では、ヘッド側分岐部７６ａ、７６ｂを用いる場合に比べて、第１の分光ユニット２４ａ及び第２の分光ユニット２４ｂで受光する戻り光１５の光量のロスを低減できるので、光源部８からの光を、より効率的に利用できる。
その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。例えば、ヘッド部１８ａを干渉光学系としても、上述の各実施形態及び変形例は機能する。
具体的には、ヘッド部に軸上色収差の無い集光レンズを配置し、且つ、ヘッド部において、測定光１３が当該集光レンズを通過する第１光路と、測定光１３が当該集光レンズを通過せずにミラーで反射される第２光路と、を設定する（例えば、特許文献２参照）。
そして、第１経路を通り集光レンズを通過した戻り光１５と、第２経路を通過した測定光１３と、の干渉光を、受光部３２で受光すれば、干渉光のピーク波長と、第１及び第２光路の光路長の差と、に基づいて、ヘッド部から上面１１ａまでの距離を計測できる。
ところで、他の変更例として、光ファイバーカプラ（例えば、分岐部１４及び複数の光ファイバーを有する光ファイバーカプラ１０（図１参照））に代えて、ビームスプリッタと、複数組のレンズ及び光ファイバーと、を有するファイバーコンバイナー（不図示）を用いてもよい。
２，５０，７０，７２，８０：計測装置
４：チャックテーブル、４ａ：保持面、６：計測ユニット
８：光源部、１０：光ファイバーカプラ
１１：被測定物、１１ａ：上面、１１ｂ：下面、１１ｃ：厚さ
１２：第１の光ファイバー、１４：分岐部
１３：測定光、１５：戻り光
１６ａ，１６ｂ：測定用光ファイバー
１８：第１のヘッドユニット、１８ａ，１８ｂ：ヘッド部
２０ａ，２０ｂ：集光器
２２：第２の光ファイバー
２４：分光ユニット、２４ａ：第１の分光ユニット、２４ｂ：第２の分光ユニット
２６：コリメートレンズ、２８：回折格子、３０：集光レンズ
３２：受光部、３２ａ：受光領域、３４：制御部
３６：シャッター部、３６ａ，３６ｂ：シャッター
４０：研磨ユニット、４２：スピンドルハウジング、４４：スピンドル
４６：研磨工具、４６ａ：マウント、４６ｂ：研磨パッド
５２ａ：追加の分岐部、５２ｂ：第２の分岐部
５４：第３の光ファイバー
５６ａ，５６ｂ：測定用光ファイバー
５８：第２のヘッドユニット、５８ａ，５８ｂ：ヘッド部（第２のヘッド部）
６０ａ，６０ｂ：集光器
６２：第２のシャッター部、６２ａ，６２ｂ：シャッター、６４：第４の光ファイバー
７４：光源側分岐部
７６ａ，７６ｂ：ヘッド側分岐部（結合部）
７８ａ，７８ｂ：分光側光ファイバー
８６ａ，８６ｂ：光サーキュレータ（結合部）
Ａ１：第１方向、Ａ２：第２方向、Ｂ１、Ｂ２：領域、λ：波長、λＡ、λB：ピーク波長

Claims (5)

  1. 被測定物を保持する保持ユニットと、
    該保持ユニットで保持された該被測定物の上面の高さ又は該被測定物の厚さを計測する計測ユニットと、を備え、
    該計測ユニットは、
    所定の波長帯域の光を発する光源部と、
    該光源部が発した光を伝送する第１の光ファイバーと、
    該第１の光ファイバーによって伝送された光を少なくとも２つの測定用光ファイバーへと分岐する分岐部と、
    該分岐部で分岐された光を該被測定物に集光させる集光器をそれぞれ含む複数のヘッド部を有するヘッドユニットと、
    各ヘッド部から該被測定物に光が照射されるタイミングをずらすシャッター部と、
    該分岐部で分岐されており、該被測定物で反射された戻り光が各測定用光ファイバーを経て伝送される第２の光ファイバーと、
    該第２の光ファイバーによって伝送された該戻り光を受光する受光部を有する分光ユニットと、
    該シャッター部の動作を制御することにより、各ヘッド部から該被測定物に光が照射されるタイミングを制御し、該受光部で各ヘッド部からの該戻り光を個別に受光させる制御部と、を有し、
    該制御部は、各ヘッド部から該被測定物の上面までの距離を各ヘッド部からの該戻り光のピーク波長のみに基づいて定めることを特徴とする計測装置。
  2. 該受光部は、二次元センサを有することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
  3. 該計測装置は、
    該第１の光ファイバーと該分岐部との間に設けられた追加の分岐部と、
    該追加の分岐部からの光を更に異なる少なくとも２つの測定用光ファイバーへと分岐する第２の分岐部と、
    該第２の分岐部によって分岐された光を該被測定物に集光する集光器をそれぞれ含む複数の第２のヘッド部を有する第２のヘッドユニットと、
    各第２のヘッド部から該被測定物に光が照射されるタイミングをずらす第２のシャッター部と、
    該追加の分岐部と該第２の分岐部とを接続する第３の光ファイバーとは別に該第２の分岐部で分岐されており、該被測定物で反射された各測定用光ファイバーからの該戻り光を伝送する第４の光ファイバーと、
    該第４の光ファイバーによって伝送された該戻り光を受光する第２の受光部を有する第２の分光ユニットと、
    を更に有し、
    該制御部は、該第２のシャッター部の動作を制御することにより各第２のヘッド部から該被測定物に光が照射されるタイミングを制御し、該第２の受光部で各第２のヘッド部からの該戻り光を個別に受光させることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
  4. 該計測装置は、
    該第１の光ファイバーと該分岐部との間に設けられた追加の分岐部と、
    該追加の分岐部からの光を更に異なる少なくとも２つの測定用光ファイバーへと分岐する第２の分岐部と、
    該第２の分岐部によって分岐された光を該被測定物に集光する集光器をそれぞれ含む複数の第２のヘッド部を有する第２のヘッドユニットと、
    該制御部により動作が制御され、各第２のヘッド部から該被測定物に光が照射されるタイミングをずらす第２のシャッター部と、
    該追加の分岐部と該第２の分岐部とを接続する第３の光ファイバーに対して該第２の分岐部で分岐されており、該被測定物で反射された各測定用光ファイバーからの該戻り光を伝送する第４の光ファイバーと、
    を更に有し、
    該第２の光ファイバー及び該第４の光ファイバーによって伝送された該戻り光は、該受光部で受光され、
    該受光部は二次元センサを有し、
    該二次元センサにおいて、該第２の光ファイバーによって伝送された該戻り光と、該第４の光ファイバーによって伝送された該戻り光と、を異なる位置で受光することにより、該第２の光ファイバーによって伝送された該戻り光と、該第４の光ファイバーによって伝送された該戻り光と、が分離されることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
  5. 該シャッター部は、スピンドルと、該スピンドルの下部に連結された研磨工具と、を有する研磨ユニットであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の計測装置。
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