特許 5730747 渦電流センサ並びに研磨方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5730747

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月10日

(54)【発明の名称】渦電流センサ並びに研磨方法および装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 49/10 20060101AFI20150521BHJP

   B24B 37/013 20120101ALI20150521BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20150521BHJP

【ＦＩ】

   B24B49/10

   B24B37/04 K

   H01L21/304 622S

【請求項の数】26

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2011-257130(P2011-257130)

(22)【出願日】2011年11月25日

(65)【公開番号】特開2012-135865(P2012-135865A)

(43)【公開日】2012年7月19日

【審査請求日】2014年3月24日

(31)【優先権主張番号】特願2010-275310(P2010-275310)

(32)【優先日】2010年12月10日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100093942

【弁理士】

【氏名又は名称】小杉 良二

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】多田 光男

(72)【発明者】

【氏名】高橋 太郎

【審査官】 橋本 卓行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１２１６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３９０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００３５５１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２２７２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−０４８４０４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１０３１５０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

Ｂ２４Ｂ ３７／００−３７／３４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｇ０１Ｂ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属膜または導電性膜が形成された基板の近傍に配置されるセンサコイルと、該センサコイルに交流信号を供給して前記金属膜または導電性膜に渦電流を形成する信号源と、前記センサコイルの出力に基づいて前記金属膜または導電性膜に形成された渦電流を検出する検出回路とを備えた渦電流センサであって、
前記センサコイルは、前記信号源に接続された発振コイルと、前記金属膜または導電性膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと、該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルとを有し、
前記検出コイルは、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを複数個直列に接続して構成されていることを特徴とする渦電流センサ。

【請求項2】

前記発振コイルは、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルまたは線材又は導電体を複数列１層または複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする請求項１記載の渦電流センサ。

【請求項3】

前記バランスコイルは、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする請求項１記載の渦電流センサ。

【請求項4】

前記発振コイルおよび前記バランスコイルの少なくとも１つは、線材又は導電体を１列複数層に巻いた前記コイルを複数個直列に接続することにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の渦電流センサ。

【請求項5】

前記発振コイルは、半径方向外側にいくにつれて基板に近づくように彎曲して形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の渦電流センサ。

【請求項6】

前記検出コイルと前記発振コイルとは、コイル外径が異なっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の渦電流センサ。

【請求項7】

前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、この順に基板側から配列していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の渦電流センサ。

【請求項8】

前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、同心円状に配列していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の渦電流センサ。

【請求項9】

前記センサコイルは、高透磁率材料によって形成された筒状部材内に収容されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の渦電流センサ。

【請求項10】

回転する研磨テーブル上の研磨面に研磨対象の基板を押圧して基板上の膜を研磨する研磨方法において、
前記基板の研磨中に、前記研磨テーブルの回転に伴い、該研磨テーブルに設置された終点検出センサにより基板の被研磨面を走査し、
前記基板の被研磨面の走査により得られた前記終点検出センサの出力を監視し、該終点検出センサの出力の変化から研磨終点を検出し、
前記研磨終点を検出した後に、前記終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行い、
前記終点検出センサまたは異なるセンサには渦電流センサを用い、該渦電流センサにおいて基板上の膜に形成される渦電流を検出するコイルは、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを複数個直列に接続して構成されていることを特徴とする研磨方法。

【請求項11】

前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い前記異なるセンサにより行い、前記異なるセンサのコイルには、線材又は導電体を１列複数層に巻いた前記コイルを用いることを特徴とする請求項１０記載の研磨方法。

【請求項12】

前記残膜監視は、前記終点検出センサの感度を切替えて行い、該感度の切替えは前記コイルの巻き数を切替えることにより行うことを特徴とする請求項１０記載の研磨方法。

【請求項13】

前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い前記異なるセンサにより行い、前記終点検出センサと前記異なるセンサは、基板上の膜に渦電流を形成するための発振コイルと基板上の膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルを備えた渦電流センサであって、前記異なるセンサの前記発振コイル、前記検出コイルおよび前記バランスコイルには、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを用いることを特徴とする請求項１０記載の研磨方法。

【請求項14】

研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象の基板を保持するトップリングとを有し、回転する研磨テーブル上の研磨面に基板を押圧して基板上の膜を研磨する研磨装置において、
前記研磨テーブルに設置され、前記研磨テーブルの回転に伴って基板の被研磨面を走査する終点検出センサと、
前記基板の被研磨面の走査により得られた前記終点検出センサの出力を監視し、該終点検出センサの出力の変化から研磨終点を検出する制御装置とを備え、
前記終点検出センサは渦電流センサからなり、該渦電流センサにおいて基板上の膜に形成される渦電流を検出するコイルは、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを複数個直列に接続して構成されていることを特徴とする研磨装置。

【請求項15】

前記制御装置は、前記研磨終点を検出した後に、前記終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行うことを特徴とする請求項１４記載の研磨装置。

【請求項16】

前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い渦電流センサからなる前記異なるセンサにより行い、前記異なるセンサのコイルは、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする請求項１５記載の研磨装置。

【請求項17】

前記残膜監視は、前記終点検出センサの感度を切替えて行い、該感度の切替えは前記コイルの巻き数を切替えることにより行うことを特徴とする請求項１５記載の研磨装置。

【請求項18】

前記終点検出センサまたは前記異なるセンサは、基板上の膜に渦電流を形成するための発振コイルと基板上の膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルとを有したセンサコイルを備えた渦電流センサからなることを特徴とする請求項１４または１５記載の研磨装置。

【請求項19】

前記発振コイルは、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルまたは線材又は導電体を複数列１層または複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする請求項１８記載の研磨装置。

【請求項20】

前記バランスコイルは、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする請求項１８記載の研磨装置。

【請求項21】

前記発振コイルおよび前記バランスコイルの少なくとも１つは、線材又は導電体を１列複数層に巻いた前記コイルを複数個直列に接続することにより構成されていることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の研磨装置。

【請求項22】

前記発振コイルは、半径方向外側にいくにつれて基板に近づくように彎曲して形成されていることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の研磨装置。

【請求項23】

前記検出コイルと前記発振コイルとは、コイル外径が異なっていることを特徴とする請求項１８乃至２２のいずれか１項に記載の研磨装置。

【請求項24】

前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、この順に基板側から配列していることを特徴とする請求項１８乃至２３のいずれか１項に記載の研磨装置。

【請求項25】

前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、同心円状に配列していることを特徴とする請求項１８乃至２３のいずれか１項に記載の研磨装置。

【請求項26】

前記センサコイルは、高透磁率材料によって形成された筒状部材内に収容されていることを特徴とする請求項１８乃至２５のいずれか１項に記載の研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウエハなどの基板の表面に形成した金属膜（または導電性膜）を検出するのに好適な渦電流センサに関するものである。また、本発明は、基板の表面に形成した金属膜（または導電性膜）を渦電流センサにより監視しつつ基板を研磨して金属膜（または導電性膜）を除去する研磨方法および装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。

【0003】

従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ_２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。

【0004】

上述した多層配線を行う場合、予め基板上の絶縁層（誘電材料）に所定パターンの配線用の溝を形成しておき、基板をめっき液中に浸漬させて例えば銅（Ｃｕ）の無電解又は電解めっきを行ってＣｕ層を形成し、その後ＣＭＰプロセスにより配線用の溝内に形成されたＣｕ層のみを残して不要部分を選択的に除去することが行われている。この場合、研磨が不充分で、Ｃｕ層が絶縁層（酸化膜）上に残ると、回路の分離がうまくいかず、短絡が起こる。逆に、過剰研磨の場合、配線用の溝内のＣｕ層を絶縁層とともに研磨してしまうと、回路抵抗が上昇し、半導体基板全体を廃棄しなければならず、多大な損害となる。この事情は、Ｃｕ層に限らず、Ａｌ層等の他の金属膜を形成し、この金属膜をＣＭＰプロセスで研磨する場合も同様である。

【0005】

上述したＣＭＰプロセスを行う研磨装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウエハ（基板）を保持するためのトップリング又は研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウエハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウエハを保持しつつ、この半導体ウエハを研磨面に対して所定の圧力で押圧して研磨を行い、半導体ウエハ上の金属膜を除去することが行われている。

【0006】

研磨工程の終了後、半導体ウエハ内に金属残膜がある状態で次工程に進むと、短絡等の問題が起こるため半導体ウエハは使用できなくなる。そのため、研磨工程の終了後、ウエハを研磨パッド（研磨面）から離間させて金属残膜の有無について検査を実施することにより、残膜確認は可能となるが、検査に時間を要するためにウエハ処理能力が低減してしまうという問題がある。検査実施後、ウエハ上に残膜を検出した場合、再研磨を実施する必要があるが、ウエハが研磨パッドを離れた後、研磨を実施する場合には、ウエハ１枚あたりの処理時間が増加するという問題がある。すなわち、スループットが低下するという問題がある。

【0007】

本件出願人は、上述の金属残膜の検査および検査後の再研磨に伴ってスループットが低下するという問題を解決するために、先に、特願２００９−１６７７８８号（２００９年７月１６日出願）において、研磨中に半導体ウエハ等の基板上に金属膜（または導電性膜）の残膜があるか否かの検査を実施することにより検査時間を短縮することができ、残膜を検出した場合には、そのまま追加研磨を実施することにより処理時間を短縮することができる研磨方法および研磨装置を提案した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００６−２５５８５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

先に提案した特願２００９−１６７７８８号においては、半導体ウエハ等の基板上に形成されたＣｕ等の金属膜に反応する渦電流センサを研磨テーブル内に配置し、基板の研磨中に、研磨テーブルの回転に伴い渦電流センサが基板の下方を通過している間基板の金属膜に反応して所定の電圧値を出力するので、この出力を監視して金属膜が除去されたことを検出するようにしている。この場合、研磨が進行して金属薄膜を検出するには、渦電流センサの発振周波数を上昇させること、渦電流センサの内部回路の増幅度を上げること、或いは渦電流センサの励磁電圧を上昇させることによって行っている。
しかしながら、渦電流センサの発振周波数を上昇させた場合にはコイル自身の静電容量によりコイル共振周波数が低くなってしまうという問題点がある。また、渦電流センサの内部回路の増幅度を上げた場合には回路ノイズの影響が大きくなるという問題がある。さらに渦電流センサの励磁電圧を上昇させた場合には特性の安定性に問題がある。

【0010】

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、渦電流センサの発振周波数、内部回路の増幅度および励磁電圧を上昇させることなく、半導体ウエハ等の基板上の金属薄膜（または導電性薄膜）を検出することができる渦電流センサを提供することを目的とする。
また、本発明は、渦電流センサを用いて研磨中に基板上に金属膜（または導電性膜）の残膜があるか否かの検査を実施することにより検査時間を短縮することができ、残膜を検出した場合には、そのまま追加研磨を実施することにより処理時間を短縮することができる研磨方法および研磨装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するため、本発明の渦電流センサは、金属膜または導電性膜が形成された基板の近傍に配置されるセンサコイルと、該センサコイルに交流信号を供給して前記金属膜または導電性膜に渦電流を形成する信号源と、前記センサコイルの出力に基づいて前記金属膜または導電性膜に形成された渦電流を検出する検出回路とを備えた渦電流センサであって、前記センサコイルは、前記信号源に接続された発振コイルと、前記金属膜または導電性膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと、該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルとを有し、前記検出コイルは、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを複数個直列に接続して構成されていることを特徴とする。

【0012】

本発明の渦電流センサによれば、渦電流センサにおける検出コイルを線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルで構成したので、検出コイルを基板に近づけることができ、また線間の容量成分が小さくできるため、センサ感度が良くなる。したがって、渦電流センサの発振周波数、内部回路の増幅度および励磁電圧を上昇させることなく、半導体ウエハ等の基板上の金属薄膜（または導電性薄膜）を検出することができる。前記検出コイルは、半導体ウエハ（基板）の金属膜（または導電性膜）が形成された面と平行に線材又は導電体をスパイラル状に複数層巻くことにより列方向に線材又は導電体の直径分しか厚さがなく偏平になっていてもよいし、線材又は導電体をスパイラル状に複数層巻く際に基板に次第に近づく（または遠ざかる）ように彎曲させることにより列方向に線材又は導電体の直径分より所定の厚みを持たせたものでもよい。

【0013】

本発明の好ましい態様によれば、前記発振コイルは、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルまたは線材又は導電体を複数列１層または複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。
本発明によれば、渦電流センサにおける発振コイルを線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルで構成した場合、コイル共振周波数の発振周波数が向上されることから、発振周波数を上昇させても安定した薄膜検出が可能となる。
本発明の好ましい態様によれば、前記バランスコイルは、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。

【0014】

本発明の好ましい態様によれば、前記発振コイルおよび前記バランスコイルの少なくとも１つは、線材又は導電体を１列複数層に巻いた前記コイルを複数個直列に接続することにより構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを列方向に複数個並べ、隣接するコイルが接触しないようにコイル間に隙間を空け、この隙間には透磁率の低い材料を配置する。これにより、１列複数層に巻いたコイルが複数列または多列になっても、センサコイルを基板に近づけることができるため、センサ感度が良くなる。
また、本発明によれば、１列複数層のコイルを複数個直列に接続することにより、コイルの合成インダクタンスは、コイル複数個分のインダクタンスと隣接するコイル間の相互インダクタンスの和になるため、コイルの合成インダクタンスの上昇に伴い、コイル全体のセンサ出力値は増加することになり、金属膜の検出を良好に行うことが可能となる。

【0015】

本発明の好ましい態様によれば、前記発振コイルは、半径方向外側にいくにつれて基板に近づくように彎曲して形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、発振コイルは、半径方向内側がバランスコイル側に凹んで、半径方向外側にいくにつれて検出コイル側に近づくように凹球面状に彎曲させて線材又は導電体を巻いたコイルである。このように、発振コイルを凹球面状に彎曲させて形成することにより、発振磁界を中央部に収束させることが可能になり、センサ感度を上げることができる。

【0016】

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイルと前記発振コイルとは、コイル外径に違いがあってもよい。
本発明によれば、検出コイルの外径（直径）を発振コイル（励磁コイル）の外径（直径）より小さくすることにより、ターゲットの金属膜の微細な検出が可能となる。

【0017】

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、この順に基板側から配列していることを特徴とする。
本発明によれば、センサコイルは、検出コイルとバランスコイルとにより、検出出力のゼロ点を自動的に調整可能とすることが好ましい。ゼロ点を調整することにより測定対象の金属膜（または導電性膜）の厚さに対する変化信号のみを増幅して検出することができる。

【0018】

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、同心円状に配列していることを特徴とする。
本発明によれば、検出コイル、発振コイルおよびバランスコイルを同心円状に配列することにより、センサコイル全体を基板に近づけて配置することができ、センサ感度が良くなる。

【0019】

本発明の好ましい態様によれば、前記センサコイルは、高透磁率材料によって形成された筒状部材内に収容されていることを特徴とする。
本発明によれば、センサコイルからの磁束は、センサコイルの周囲に位置する高透磁率材料の筒状部材内を通って測定対象の金属膜（または導電性膜）内を通過する経路（磁路）をとることができる。したがって、設置環境の部材内に磁束が通って減衰させてしまうことがなく、測定対象の金属膜（または導電性膜）の内部には、センサコイルによる渦電流を効率よく発生させることができ、金属膜（または導電性膜）を感度よく測定することができる。

【0020】

本発明の研磨方法は、回転する研磨テーブル上の研磨面に研磨対象の基板を押圧して基板上の膜を研磨する研磨方法において、前記基板の研磨中に、前記研磨テーブルの回転に伴い、該研磨テーブルに設置された終点検出センサにより基板の被研磨面を走査し、前記基板の被研磨面の走査により得られた前記終点検出センサの出力を監視し、該終点検出センサの出力の変化から研磨終点を検出し、前記研磨終点を検出した後に、前記終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行い、前記終点検出センサまたは異なるセンサには渦電流センサを用い、該渦電流センサにおいて基板上の膜に形成される渦電流を検出するコイルは、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを複数個直列に接続して構成されていることを特徴とする。

【0021】

本発明の研磨方法によれば、終点検出センサは、研磨テーブルの回転に伴い基板の下方を通過している間、基板の金属膜（または導電性膜）等の膜に反応して所定の電圧値等を出力するので、この終点検出センサの出力を監視し、出力の変化が予め設定された膜クリアレベルになったら研磨終点を検出する。そして、研磨終点を検出した後に、終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行うことにより、研磨中に残膜の有無について検査を実施することができる。前記終点検出センサまたは前記異なるセンサには、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを用いることによりコイルを基板に近づけることができ、また線間の容量成分が小さくできるため、センサ感度が良くなり、研磨終点または残膜を確実に検出できる。

【0022】

本発明の好ましい態様によれば、前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い前記異なるセンサにより行い、前記異なるセンサのコイルには、線材又は導電体を１列複数層に巻いた前記コイルを用いることを特徴とする。
本発明によれば、研磨開始から研磨終点の検出および残膜監視まで所定の感度を有する終点検出センサのみを使用した場合、ターゲットの膜が薄くなった場合や膜の面積が小さくなった場合には、膜の検出が困難になる。一方、薄膜用のセンサのみを使用して研磨終点の検出を行う場合、初期膜が厚い場合には、出力がオーバーレンジ（測定範囲外）になってしまうため、研磨工程を監視することができない。そこで、本発明においては、感度が異なる２つのセンサを用い、研磨開始から終点検出センサの感度がなくなるまで出力を監視して研磨終点を検出し、研磨終点の検出を実施した後、異なるセンサに切替えを行い、基板上の残膜を確実に検出できる。

【0023】

本発明の好ましい態様によれば、前記残膜監視は、前記終点検出センサの感度を切替えて行い、該感度の切替えは前記コイルの巻き数を切替えることにより行うことを特徴とする。
本発明によれば、研磨開始から研磨終点の検出および残膜監視まで所定の感度を有する終点検出センサのみを使用した場合、ターゲットの膜が薄くなった場合や膜の面積が小さくなった場合には、膜の検出が困難になる。一方、薄膜用のセンサのみを使用して研磨終点の検出を行う場合、初期膜が厚い場合には、出力がオーバーレンジ（測定範囲外）になってしまうため、研磨工程を監視することができない。そこで、本発明においては、終点検出センサのセンサ感度を巻き数を切替えることによって高低の２段階の切替えを可能とし、研磨開始から研磨終点の検出までは低いセンサ感度として出力がオーバーレンジ（測定範囲外）になってしまうことを防止し、研磨終点の検出後は高いセンサ感度として基板上の残膜を確実に検出することができるようにしたものである。

【0024】

本発明の好ましい態様によれば、前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い前記異なるセンサにより行い、前記終点検出センサと前記異なるセンサは、基板上の膜に渦電流を形成するための発振コイルと基板上の膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルを備えた渦電流センサであって、前記異なるセンサの前記発振コイル、前記検出コイルおよび前記バランスコイルには、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを用いることを特徴とする。

【0025】

本発明の研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象の基板を保持するトップリングとを有し、回転する研磨テーブル上の研磨面に基板を押圧して基板上の膜を研磨する研磨装置において、前記研磨テーブルに設置され、前記研磨テーブルの回転に伴って基板の被研磨面を走査する終点検出センサと、前記基板の被研磨面の走査により得られた前記終点検出センサの出力を監視し、該終点検出センサの出力の変化から研磨終点を検出する制御装置とを備え、前記終点検出センサは渦電流センサからなり、該渦電流センサにおいて基板上の膜に形成される渦電流を検出するコイルは、列を基板に対して垂直方向、層を基板に対して平行方向と定義したときに、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを複数個直列に接続して構成されていることを特徴とする。
本発明の研磨装置によれば、終点検出センサは、研磨テーブルの回転に伴い基板の下方を通過している間、基板の金属膜（または導電性膜）等の膜に反応して所定の電圧値等を出力するので、この終点検出センサの出力を監視し、出力の変化が予め設定された膜クリアレベルになったら研磨終点を検出する。前記終点検出センサのコイルを線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルで構成したのでコイルを基板に近づけることができるため、センサ感度が良くなり、研磨終点を確実に検出できる。

【0026】

本発明の好ましい態様によれば、前記制御装置は、前記研磨終点を検出した後に、前記終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行うことを特徴とする。
本発明によれば、研磨終点を検出した後に、終点検出センサまたは異なるセンサの出力を監視し、基板上の一部に残った膜を検出する残膜監視を行うことにより、研磨中に残膜の有無について検査を実施することができる。

【0027】

本発明の好ましい態様によれば、前記残膜監視は、前記終点検出センサより感度が高い渦電流センサからなる前記異なるセンサにより行い、前記異なるセンサのコイルは、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。
本発明によれば、研磨開始から研磨終点の検出および残膜監視まで所定の感度を有する終点検出センサのみを使用した場合、ターゲットの膜が薄くなった場合や膜の面積が小さくなった場合には、膜の検出が困難になる。一方、薄膜用のセンサのみを使用して研磨終点の検出を行う場合、初期膜が厚い場合には、出力がオーバーレンジ（測定範囲外）になってしまうため、研磨工程を監視することができない。そこで、本発明においては、感度が異なる２つのセンサを用い、研磨開始から終点検出センサの感度がなくなるまで出力を監視して研磨終点を検出し、研磨終点の検出を実施した後、異なるセンサに切替えを行い、基板上の残膜を確実に検出できる。前記異なるセンサのコイルを線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルで構成したのでコイルを基板に近づけることができるため、センサ感度が良くなり、残膜を確実に検出できる。

【0028】

本発明の好ましい態様によれば、前記残膜監視は、前記終点検出センサの感度を切替えて行い、該感度の切替えは前記コイルの巻き数を切替えることにより行うことを特徴とする。
本発明によれば、研磨開始から研磨終点の検出および残膜監視まで所定の感度を有する終点検出センサのみを使用した場合、ターゲットの膜が薄くなった場合や膜の面積が小さくなった場合には、膜の検出が困難になる。一方、薄膜用のセンサのみを使用して研磨終点の検出を行う場合、初期膜が厚い場合には、出力がオーバーレンジ（測定範囲外）になってしまうため、研磨工程を監視することができない。そこで、本発明においては、終点検出センサのセンサ感度を巻き数を切替えることによって高低の２段階の切替えを可能とし、研磨開始から研磨終点の検出までは低いセンサ感度として出力がオーバーレンジ（測定範囲外）になってしまうことを防止し、研磨終点の検出後は高いセンサ感度として基板上の残膜を確実に検出することができるようにしたものである。

【0029】

本発明の好ましい態様によれば、前記終点検出センサまたは前記異なるセンサは、基板上の膜に渦電流を形成するための発振コイルと基板上の膜に形成される渦電流を検出する検出コイルと該検出コイルに直列に接続されるバランスコイルとを有したセンサコイルを備えた渦電流センサからなることを特徴とする。

【0030】

本発明の好ましい態様によれば、前記発振コイルは、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルまたは線材又は導電体を複数列１層または複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。
本発明によれば、渦電流センサにおける発振コイルを線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルで構成した場合、コイル共振周波数の発振周波数が向上されることから、発振周波数を上昇させても安定した薄膜検出が可能となる。
本発明の好ましい態様によれば、前記バランスコイルは、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルからなることを特徴とする。

【0031】

本発明の好ましい態様によれば、前記発振コイルおよび前記バランスコイルの少なくとも１つは、線材又は導電体を１列複数層に巻いた前記コイルを複数個直列に接続することにより構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルを列方向に複数個並べ、隣接するコイルが接触しないようにコイル間に隙間を空け、この隙間には透磁率の低い材料を配置する。これにより、１列複数層に巻いたコイルが複数列または多列になっても、センサコイルを基板に近づけることができるため、センサ感度が良くなる。
また、本発明によれば、１列複数層のコイルを複数個直列に接続することにより、コイルの合成インダクタンスは、コイル複数個分のインダクタンスと隣接するコイル間の相互インダクタンスの和になるため、コイルの合成インダクタンスの上昇に伴い、コイル全体のセンサ出力値は増加することになり、金属膜の検出を良好に行うことが可能となる。

【0032】

本発明の好ましい態様によれば、前記発振コイルは、半径方向外側にいくにつれて基板に近づくように彎曲して形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、発振コイルは、半径方向内側がバランスコイル側に凹んで、半径方向外側にいくにつれて検出コイル側に近づくように凹球面状に彎曲させて線材又は導電体を巻いたコイルである。このように、発振コイルを凹球面状に彎曲させて形成することにより、発振磁界を中央部に収束させることが可能になり、センサ感度を上げることができる。

【0033】

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイルと前記発振コイルとは、コイル外径に違いがあってもよい。
本発明によれば、検出コイルの外径（直径）を発振コイル（励磁コイル）の外径（直径）より小さくすることにより、センサの検出端の大きさを小さくすることができ、ターゲットの金属膜の微細な検出が可能となる。

【0034】

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、この順に基板側から配列していることを特徴とする。
本発明によれば、センサコイルは、検出コイルとバランスコイルとにより、検出出力のゼロ点を自動的に調整可能とすることが好ましい。ゼロ点を調整することにより測定対象の金属膜（または導電性膜）の厚さに対する変化信号のみを増幅して検出することができる。

【0035】

本発明の好ましい態様によれば、前記検出コイル、前記発振コイルおよび前記バランスコイルは、同心円状に配列していることを特徴とする。
本発明によれば、検出コイル、発振コイルおよびバランスコイルを同心円状に配列することにより、センサコイル全体を基板に近づけて配置することができ、センサ感度が良くなる。

【0036】

本発明の好ましい態様によれば、前記センサコイルは、高透磁率材料によって形成された筒状部材内に収容されていることを特徴とする。
本発明によれば、センサコイルからの磁束は、センサコイルの周囲に位置する高透磁率材料の筒状部材内を通って測定対象の金属膜（または導電性膜）内を通過する経路（磁路）をとることができる。したがって、設置環境の部材内に磁束が通って減衰させてしまうことがなく、測定対象の金属膜（または導電性膜）の内部には、センサコイルによる渦電流を効率よく発生させることができ、金属膜（または導電性膜）を感度よく測定することができる。

【発明の効果】

【0037】

本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する。
（１）渦電流センサにおける検出コイルを線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルで構成したので、検出コイルを基板に近づけることができ、また線間の容量成分が小さくできるため、センサ感度が良くなる。したがって、渦電流センサの発振周波数、内部回路の増幅度および励磁電圧を上昇させることなく、半導体ウエハ等の基板上の金属薄膜（または導電性薄膜）を検出することができる。
（２）渦電流センサにおける発振コイルを線材又は導電体を１列複数層に巻いたコイルで構成したので、コイル共振周波数の発振周波数が向上されることから、発振周波数を上昇させても安定した薄膜検出が可能となる。
（３）１列複数層のコイルを複数個直列に接続することにより、コイルの合成インダクタンスは、コイル複数個分のインダクタンスと隣接するコイル間の相互インダクタンスの和になるため、コイルの合成インダクタンスの上昇に伴い、コイル全体のセンサ出力値は増加することになり、金属膜の検出を良好に行うことが可能となる。
（４）研磨中に半導体ウエハ等の基板上に金属膜（または導電性膜）等の残膜があるか否かの検査を実施することにより、検査時間を短縮することができ、基板処理能力を向上させることができる。
（５）研磨中に基板上に金属膜（または導電性膜）等の残膜があるか否かの検査を実施し、残膜を検出した場合には、そのまま追加研磨を実施することにより処理時間を短縮することができる。
（６）研磨中の検査により残膜を検出した場合に、ＣＭＰプロセスの全体を管理する制御装置が追加研磨時間や残膜状況を管理することによって、次の研磨対象の研磨条件を最適なものに変更することが可能になる。
（７）半導体ウエハ等の基板を研磨面（研磨パッド）から離すことなく基板上に金属膜（または導電性膜）等の残膜があるか否かの検査を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】図１は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。

【図2】図２は、研磨テーブルと渦電流センサと半導体ウエハとの関係を示す平面図である。

【図3】図３は、渦電流センサの構成を示す図であり、図３（ａ）は渦電流センサの構成を示すブロック図であり、図３（ｂ）は渦電流センサの等価回路図である。

【図4】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来の渦電流センサのセンサコイルと本発明の渦電流センサのセンサコイルとを対比して示す図であり、図４（ａ）は従来の渦電流センサにおいて用いられているセンサコイルの構成例を示す概略図であり、図４（ｂ）は本発明の渦電流センサのセンサコイルの構成例を示す概略図であり、図４（ｃ）は本発明の渦電流センサの検出コイルを示す模式的平面図である。

【図5】図５（ａ），（ｂ）は、１列Ｎ層のコイルをｍ個直列に接続する態様を示す模式図である。

【図6】図６は、従来の過電流センサのセンサコイルおよび本発明の渦電流センサのセンサコイルと半導体ウエハ（基板）との位置関係を示す模式的立面図である。

【図7】図７は、センサコイルの他の巻き方を示す概略図である。

【図8】図８は、センサコイルの他の巻き方を示す概略図である。

【図9】図９は、センサコイルの他の巻き方を示す概略図である。

【図10】図１０は、発振コイルの形状を凹球面状に形成した例を示す概略図である。

【図11】図１１は、図４（ｂ）に示すセンサコイルの周囲に高透磁率材料からなる筒状部材を配置した例を示す概略図である。

【図12】図１２は、渦電流センサのセンサコイルの３個のコイルについてソレノイド巻きとスパイラル巻きとを組み合わせた例を示す概略図である。

【図13】図１３は、検出コイル，発振コイル（励磁コイル），バランスコイル（ダミーコイル）の直径を変えた実施形態を示す概略図である。

【図14】図１４は、渦電流センサのセンサコイルの３個のコイルを同心円状に配置した例を示す概略図である。

【図15】図１５は、センサコイルにおける各コイルの接続例を示す概略図である。

【図16】図１６は、渦電流センサの同期検波回路を示すブロック図である。

【図17】図１７は、渦電流センサを備えた研磨装置の要部構成を示す図であり、図１７（ａ）は渦電流センサの制御部を含む全体構成を示す図であり、図１７（ｂ）は渦電流センサ部分の拡大断面図である。

【図18】図１８（ａ）は、渦電流センサが半導体ウエハの表面（被研磨面）を走査（スキャン）するときの軌跡と渦電流センサの出力との関係を示す図であり、図１８（ｂ）は、正常な半導体ウエハの場合の渦電流センサの出力を示す図である。

【図19】図１９（ａ）は、半導体ウエハの研磨を開始してから半導体ウエハ上の金属膜（または導電性膜）がクリアされる（無くなる）までの研磨工程と渦電流センサの出力との関係を示す図であり、図１９（ｂ）は、半導体ウエハの研磨を開始してから半導体ウエハ上の金属膜（または導電性膜）がクリアされる（無くなる）までの研磨時間（ｔ）と渦電流センサの出力値の変化の関係を示す図である。

【図20】図２０は、半導体ウエハ上の金属膜（または導電性膜）の研磨工程および監視工程の手順を示すフローチャートである。

【図21】図２１（ａ），（ｂ）は、スパイラル巻きの３つのコイルを備えた渦電流センサを用いてコイルの巻き数を切替えて感度が異なる２つのセンサを構成する方法を示す模式的平面図である。

【図22】図２２は、金属薄膜検出を目的としたセンサ感度を上げて実施する方法においてセンサの切替えを行うタイミングを示す模式図である。

【図23】図２３は、ウエハ上の局所的な残膜の検出を目的に監視手法を変更する方法を示す図であり、図２３（ａ）は、１回の走査で得られたセンサ軌跡上の全ての測定点のデータを平均した出力値を用いる監視手法を示し、図２３（ｂ）は、１回の走査で得られたセンサ軌跡上の各測定点の出力値を用いる監視手法を示し、図２３（ｃ）は、図２３（ａ）に示す監視手法から図２３（ｂ）に示す監視手法に切替える場合を示すグラフである。

【図24】図２４は、渦電流センサにより得た各測定値の出力値を監視することにより局所的な残膜の発生を検出する場合に、ウエハの下層にある金属配線等の影響について示す図であり、図２４（ａ）は、ウエハの下層の影響を受けない場合を示し、図２４（ｂ）は、ウエハの下層にある金属配線等の影響を受ける場合を示す。

【図25】図２５は、渦電流センサが半導体ウエハ上を走査する軌跡を示す模式図である。

【図26】図２６は、渦電流センサが半導体ウエハ上を走査する軌跡を示す模式図である。

【図27】図２７は、渦電流センサが半導体ウエハ上を走査する軌跡を示す模式図である。

【図28】図２８は、本発明の研磨装置において好適に使用できる複数の圧力室を備えたトップリングを示す模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、本発明に係る研磨装置の実施形態について図１乃至図２８を参照して詳細に説明する。なお、図１から図２８において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0040】

図１は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１００と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧するトップリング１とを備えている。
研磨テーブル１００は、テーブル軸１００ａを介してその下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、そのテーブル軸１００ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル１００の上面には研磨パッド１０１が貼付されており、研磨パッド１０１の表面１０１ａが半導体ウエハＷを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。図１に示すように、研磨テーブル１００の内部には、渦電流センサ５０が埋設されている。

【0041】

トップリング１は、半導体ウエハＷを研磨面１０１ａに対して押圧するトップリング本体２と、半導体ウエハＷの外周縁を保持して半導体ウエハＷがトップリングから飛び出さないようにするリテーナリング３とから基本的に構成されている。

【0042】

トップリング１は、トップリングシャフト１１１に接続されており、このトップリングシャフト１１１は、上下動機構１２４によりトップリングヘッド１１０に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト１１１の上下動により、トップリングヘッド１１０に対してトップリング１の全体を昇降させ位置決めするようになっている。なお、トップリングシャフト１１１の上端にはロータリージョイント１２５が取り付けられている。
トップリングシャフト１１１およびトップリング１を上下動させる上下動機構１２４は、軸受１２６を介してトップリングシャフト１１１を回転可能に支持するブリッジ１２８と、ブリッジ１２８に取り付けられたボールねじ１３２と、支柱１３０により支持された支持台１２９と、支持台１２９上に設けられたＡＣサーボモータ１３８とを備えている。サーボモータ１３８を支持する支持台１２９は、支柱１３０を介してトップリングヘッド１１０に固定されている。

【0043】

ボールねじ１３２は、サーボモータ１３８に連結されたねじ軸１３２ａと、このねじ軸１３２ａが螺合するナット１３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１１１は、ブリッジ１２８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ１３８を駆動すると、ボールねじ１３２を介してブリッジ１２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１１１およびトップリング１が上下動する。

【0044】

また、トップリングシャフト１１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。したがって、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、およびタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２およびトップリングシャフト１１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。

【0045】

図１に示すように構成された研磨装置において、トップリング１は、その下面に半導体ウエハＷなどの基板を保持できるようになっている。トップリングヘッド１１０はトップリングシャフト１１７を中心として旋回可能に構成されており、下面に半導体ウエハＷを保持したトップリング１は、トップリングヘッド１１０の旋回により半導体ウエハＷの受取位置から研磨テーブル１００の上方に移動される。そして、トップリング１を下降させて半導体ウエハＷを研磨パッド１０１の表面（研磨面）１０１ａに押圧する。このとき、トップリング１および研磨テーブル１００をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１００の上方に設けられた研磨液供給ノズル１０２から研磨パッド１０１上に研磨液を供給する。このように、半導体ウエハＷを研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに摺接させて半導体ウエハＷの表面を研磨する。

【0046】

図２は、研磨テーブル１００と渦電流センサ５０と半導体ウエハＷとの関係を示す平面図である。図２に示すように、渦電流センサ５０は、トップリング１に保持された研磨中の半導体ウエハＷの中心Ｃｗを通過する位置に設置されている。符号Ｃ_Ｔは研磨テーブル１００の回転中心である。例えば、渦電流センサ５０は、半導体ウエハＷの下方を通過している間、通過軌跡（走査線）上で連続的に半導体ウエハＷのＣｕ層等の金属膜（導電性膜）を検出できるようになっている。

【0047】

次に、本発明に係る研磨装置が備える渦電流センサ５０について、図３から図１７を用いてより詳細に説明する。
図３は、渦電流センサ５０の構成を示す図であり、図３（ａ）は渦電流センサ５０の構成を示すブロック図であり、図３（ｂ）は渦電流センサ５０の等価回路図である。
図３（ａ）に示すように、渦電流センサ５０は、検出対象の金属膜（または導電性膜）ｍｆの近傍にセンサコイル６０を配置し、そのコイルに交流信号源５２が接続されている。ここで、検出対象の金属膜（または導電性膜）ｍｆは、例えば半導体ウエハＷ上に形成されたＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｗなどの薄膜である。センサコイル６０は、検出用のコイルであり、検出対象の金属膜（または導電性膜）に対して、例えば１．０〜４．０ｍｍ程度の近傍に配置される。

【0048】

渦電流センサには、金属膜（または導電性膜）ｍｆに渦電流が生じることにより、発振周波数が変化し、この周波数変化から金属膜（または導電性膜）を検出する周波数タイプと、インピーダンスが変化し、このインピーダンス変化から金属膜（または導電性膜）を検出するインピーダンスタイプとがある。即ち、周波数タイプでは、図３（ｂ）に示す等価回路において、渦電流I_２が変化することで、インピーダンスＺが変化し、信号源（可変周波数発振器）５２の発振周波数が変化すると、検波回路５４でこの発振周波数の変化を検出し、金属膜（または導電性膜）の変化を検出することができる。インピーダンスタイプでは、図３（ｂ）に示す等価回路において、渦電流I_２が変化することで、インピーダンスＺが変化し、信号源（固定周波数発振器）５２から見たインピーダンスＺが変化すると、検波回路５４でこのインピーダンスＺの変化を検出し、金属膜（または導電性膜）の変化を検出することができる。

【0049】

インピーダンスタイプの渦電流センサでは、信号出力Ｘ、Ｙ、位相、合成インピーダンスＺ、が後述するように取り出される。周波数Ｆ、またはインピーダンスＸ、Ｙ等から、金属膜（または導電性膜）Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｗの測定情報が得られる。渦電流センサ５０は、図１に示すように研磨テーブル１００の内部の表面付近の位置に内蔵することができ、研磨対象の半導体ウエハに対して研磨パッドを介して対面するように位置し、半導体ウエハ上の金属膜（または導電性膜）に流れる渦電流から金属膜（または導電性膜）の変化を検出することができる。

【0050】

渦電流センサの周波数は、単一電波、混合電波、ＡＭ変調電波、ＦＭ変調電波、関数発生器の掃引出力または複数の発振周波数源を用いることができ、金属膜の膜種に適合させて、感度の良い発振周波数や変調方式を選択することが好ましい。

【0051】

以下に、インピーダンスタイプの渦電流センサについて具体的に説明する。交流信号源５２は、２〜８ＭＨｚ程度の固定周波数の発振器であり、例えば水晶発振器が用いられる。そして、交流信号源５２により供給される交流電圧により、センサコイル６０に電流Ｉ_１が流れる。金属膜（または導電性膜）ｍｆの近傍に配置されたセンサコイル６０に電流が流れることで、この磁束が金属膜（または導電性膜）ｍｆと鎖交することでその間に相互インダクタンスＭが形成され、金属膜（または導電性膜）ｍｆ中に渦電流Ｉ_２が流れる。ここでＲ１はセンサコイルを含む一次側の等価抵抗であり、Ｌ_１は同様にセンサコイルを含む一次側の自己インダクタンスである。金属膜（または導電性膜）ｍｆ側では、Ｒ２は渦電流損に相当する等価抵抗であり、Ｌ_２はその自己インダクタンスである。交流信号源５２の端子ａ，ｂからセンサコイル側を見たインピーダンスＺは、金属膜（または導電性膜）ｍｆ中に形成される渦電流損の大きさによって変化する。

【0052】

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来の渦電流センサのセンサコイルと本発明の渦電流センサのセンサコイルとを対比して示す図である。図４（ａ）は従来の渦電流センサにおいて用いられているセンサコイルの構成例を示す概略図であり、図４（ｂ）は本発明の渦電流センサ５０のセンサコイルの構成例を示す概略図であり、図４（ｃ）は本発明の渦電流センサ５０の検出コイルを示す模式的平面図である。

【0053】

図４（ａ）に示すように、従来の渦電流センサのセンサコイル５１は、金属膜（または導電性膜）に渦電流を形成するためのコイルと、金属膜（または導電性膜）の渦電流を検出するためのコイルとを分離したもので、ボビン７１に巻回された３個のコイル７２，７３，７４により構成されている。センサの感度を得るためには、コイルの巻き数を増加させる必要がある。そのため、センサコイル５１における３個のコイル７２，７３，７４は、列を半導体ウエハ（基板）Ｗに対して垂直方向、層を半導体ウエハ（基板）Ｗに対して平行方向と定義したときに、ボビン７１の外周に線材ｌｎをそれぞれ５列２層（１０ターン）でソレノイド巻きしたコイルからなる。ここで中央のコイル７２は、交流信号源５２に接続される発振コイルである。この発振コイル７２は、交流信号源５２より供給される電圧の形成する磁界により、近傍に配置される半導体ウエハ（基板）Ｗ上の金属膜（または導電性膜）ｍｆに渦電流を形成する。ボビン７１の金属膜（または導電性膜）側には、検出コイル７３が配置され、金属膜（または導電性膜）に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。発振コイル７２を挟んで検出コイル７３の反対側にはバランスコイル７４が配置されている。

【0054】

これに対して、本発明の渦電流センサ５０のセンサコイル６０は、図４（ｂ）に示すように、３個のコイル６２，６３，６４により構成されており、ボビン６１に巻き付ける方式を採っていない。センサコイル６０の３個のコイル６２，６３，６４は、列を半導体ウエハ（基板）Ｗに対して垂直方向、層を半導体ウエハ（基板）Ｗに対して平行方向と定義したときに、線材ｌｎをそれぞれ１列Ｎ層巻きでスパイラル状に巻いたコイルである。より詳細にいうと、３個のコイル６２，６３，６４は、列を半導体ウエハ（基板）Ｗの金属膜（または導電性膜）が形成された面に対して垂直方向、層を半導体ウエハ（基板）Ｗの金属膜（または導電性膜）が形成された面に対して平行方向と定義したときに、線材ｌｎをそれぞれ１列Ｎ層巻きでスパイラル状に巻いたコイルである。Ｎは２以上の整数であり、例えば従来と同等以上の巻き数とすればＮは１０以上である。図４（ｂ）に示す例においては１列１４層のコイルである。

【0055】

前記３個のコイル６２，６３，６４のうち中央のコイル６２は、交流信号源５２に接続される発振コイルである。この発振コイル６２は、交流信号源５２より供給される電圧の形成する磁界により、近傍に配置される半導体ウエハＷ上の金属膜（または導電性膜）ｍｆに渦電流を形成する。発振コイル６２の金属膜（または導電性膜）側には、検出コイル６３が配置され、金属膜（または導電性膜）に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。発振コイル６２を挟んで検出コイル６３と反対側にはバランスコイル６４が配置されている。発振コイル６２と検出コイル６３との間には発振コイル６２と検出コイル６３との間隔を一定に保つためのスペーサＳ１が配置されており、発振コイル６２とバランスコイル６４との間には発振コイル６２とバランスコイル６４との間隔を一定に保つためのスペーサＳ２が配置されている。そして、バランスコイル６４に隣接してボビン６１が配置されている。なお、発振コイル６２と検出コイル６３の間および発振コイル６２とバランスコイル６４の間は、距離さえ開いていればよく、特にスペーサを設けず空間だけでもよい。

【0056】

図４（ｃ）に示すように、検出コイル６３は、線材ｌｎを１列Ｎ層巻きで半径方向にスパイラル状に巻いたコイルからなっている。検出コイル６３は、半導体ウエハ（基板）の金属膜（または導電性膜）ｍｆが形成された面と平行に線材ｌｎをスパイラル状にＮ層巻くことにより列方向（図４（ｃ）において紙面と直交する方向）に線材ｌｎの直径分しか厚さがなく偏平になっていてもよいし、線材ｌｎをスパイラル状にＮ層巻く際に半導体ウエハ（基板）Ｗに次第に近づく（または遠ざかる）ように彎曲させることにより列方向に線材ｌｎの直径分より所定の厚みを持たせたものでもよい。図４（ｃ）では検出コイル６３を図示したが、発振コイル６２およびバランスコイル６４も図４（ｃ）と同一の形状になっている。

【0057】

また、センサコイル６０における各コイル６２，６３，６４は、線材ｌｎを１列Ｎ層巻きでスパイラル状に巻いた図４（ｃ）に示すコイルをｍ個直列に接続して構成してもよい。ここでｍは２以上の整数である。１列Ｎ層のコイルをｍ個直列に接続する場合、各コイル同士が接触すると、容量成分が増加するので、１列Ｎ層のコイルを列方向（基板に対して垂直方向）にｍ個並べ、隣接するコイル間に隙間を空けることが好ましい。なお、この隙間に透磁率の低い材料を設けてもよい。

【0058】

図５（ａ），（ｂ）は、１列Ｎ層のコイルをｍ個直列に接続する態様を示す模式図である。
図５（ａ）に示す態様では、１列Ｎ層のコイルＡ，コイルＢを直列に接続している。図５（ａ）の態様では、コイル２列分のインダクタンスＬ_１Ａ＋Ｌ_１Ｂと、隣接するコイル間の相互インダクタンスＭが得られる。隣接するコイル間の相互インダクタンスＭは次式になる。

【数1】

ここで、ｋは結合係数、Ｌ_１Ａ，Ｌ_１Ｂは自己インダクタンス［Ｈ］である。
したがって、図５（ａ）に示す例では、合成インダクタンスは、Ｌ_０＝Ｌ_１Ａ＋Ｌ_１Ｂ＋２Ｍとなる。
図５（ｂ）に示す態様では、１列Ｎ層のコイルＡ，コイルＢ，コイルＣを直列に接続している。図５（ｂ）の態様では、コイル３列分のインダクタンスＬ_１Ａ＋Ｌ_１Ｂ＋Ｌ_１Ｃと、隣接するコイル間の相互インダクタンスＭ_１ＡＢ，Ｍ_１ＢＣ，Ｍ_１ＡＣが得られる。相互インダクタンスＭ_１ＡＢ，Ｍ_１ＢＣ，Ｍ_１ＡＣは次式になる。

【数2】

ここで、ｋ_０，ｋ_１，ｋ_２は結合係数、Ｌ_１Ａ，Ｌ_１Ｂ，Ｌ_１Ｃは自己インダクタンスである。
したがって、図５（ｂ）に示す例では、合成インダクタンスは、Ｌ_０＝Ｌ_１Ａ＋Ｌ_１Ｂ＋Ｌ_１Ｃ＋２Ｍ_１ＡＢ＋２Ｍ_１ＢＣ＋２Ｍ_１ＡＣとなる。
図５（ａ），（ｂ）においては、１列Ｎ層のコイルを２個又は３個直列接続する場合を示したが、１列Ｎ層のコイルをｍ個直列に接続する場合には、コイルの合成インダクタンスＬ_０は、ｍ列分のインダクタンスとｍ列間の相互インダクタンスの和になるため、コイルの合成インダクタンスの上昇に伴い、コイル全体のセンサ出力値は増加することになり、検出を良好に行うことが可能となる。

【0059】

また、図５（ａ），（ｂ）に示す例においては、１列Ｎ層のコイル間に切替スイッチを設けることにより、直列接続されるコイル数を適宜選定できる。したがって、検出対象の金属膜や膜厚によって、検出コイル６３，発振コイル（励磁コイル）６２，バランスコイル（ダミーコイル）６４のコイル数（列数）を切り替えて、最適な検出を行うことが可能となる。例えば、金属膜の膜厚が薄かったり、金属の抵抗値が低い場合にはコイル数（列数）を増やすことが可能となる。なお、図５（ａ），（ｂ）において、コイルＡ，コイルＢ，コイルＣ等のコイル間には、空間（隙間）は、なくてもよいが、設ける方が好ましい。この空間（隙間）に誘電率が低い材質のものを配置してもよい。

【0060】

図６は、従来の過電流センサのセンサコイル５１および本発明の渦電流センサのセンサコイル６０と半導体ウエハ（基板）との位置関係を示す模式的立面図である。図６に示すように、従来のセンサコイル５１の検出端５１ｅと本発明の渦電流センサのセンサコイル６０の検出端６０ｅとを同一の高さ位置に配置する場合、本発明の渦電流センサ５０のセンサコイル６０は、従来の渦電流センサのセンサコイル５１に比べて、半導体ウエハＷに近づけて配置できることが特徴となっている。
センサの感度を得るためには、コイルの巻き数を増加させる必要がある。従来のソレノイド巻きのセンサコイル５１は、ボビン（空芯含む）に線材ｌｎを巻きつけていたため５列２層（１０ターン）になり、センサコイル５１における各コイル７３，７２，７４と半導体ウエハＷとの間の距離（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）が遠くなる。
本発明のセンサコイル６０は、ボビンに巻きつける方式ではなくてもよいため、各コイル６２，６３，６４を１列Ｎ層巻きでスパイラル状に巻くことによって、各コイルの厚みが薄い状態で巻き数を多く取ることが可能となる。したがって、センサコイル６０における各コイル６３，６２，６４と半導体ウエハＷとの間の距離（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を近づけることができるため、センサ感度が良くなる。そして、巻き数を大きく取ることによってＬ成分も上昇し、感度が向上する。

【0061】

従来のソレノイド巻きの方式では、巻き数が増加するとコイル共振周波数は低くなり、線間の容量成分は並列接続になり増加し、共振周波数は実際には高くできないため、コイルから発振する周波数を高くすることができなくなる。
これに対して、本発明のスパイラル巻きを実施した場合、１列Ｎ層巻きであるため、線間の容量成分は直列接続になり小さくできる。そして、巻き数を多く取ることが可能となり、Ｌ成分を高く保持したまま、共振周波数が上昇し、発振周波数を上昇させることが可能になる。
図４（ｂ），（ｃ）においては、スパイラル巻きのコイルを例示したが、スパイラル巻きだけではなく他の巻き方であっても、１列Ｎ層巻きであれば同様の効果が得られるものである。

【0062】

図７乃至図９は、１列Ｎ層巻きのセンサコイルの他の巻き方を示す概略図である。
図７に示す例においては、線材ｌｎを１列Ｎ層巻きで多角形状に巻くことにより検出コイル６３を形成している。図７に示すように、多角形は、半径方向内側から半径方向外側にいくにつれて、多角形の角数が増加するものであってもよいし、三角形や四角形のみからなって多角形の角数が同一のものであってもよい。
図８に示す例においては、線材ｌｎを１列Ｎ層巻きで楕円状に巻くことにより検出コイル６３を形成している。
図９に示す例においては、所定の基板ＢＰに１列Ｎ層巻きでスパイラル状に印刷配線（printed wiring）ＰＷを施すことにより、導電体１ｎを１列Ｎ層に巻いたパターンコイルからなる検出コイル６３を形成している。なお、導電体１ｎを１列Ｎ層に巻いたパターンコイルは、印刷配線以外に、金属部材（Ｃｕ膜，Ｃｕ箔，Ｃｕ材等）をエッチング又はワイヤカット等の加工によって製作することが可能である。なお、金属部材は、Ｃｕ以外にＡＬ等の他の材質のものでもよい。
図７乃至図９に示す例においては、線材又は導電体ｌｎの各種の巻き方を検出コイル６３に適用した場合を示したが、発振コイル６２およびバランスコイル６４にも同様に適用できる。

【0063】

図１０は、センサコイル６０の３つのコイル６２，６３，６４のうち発振コイル６２の形状を凹球面状に形成した例を示す概略図である。図１０に示すように、発振コイル６２は、半径方向内側がバランスコイル側に凹んで、半径方向外側にいくにつれて検出コイル側に近づくように凹球面状に彎曲させて線材を巻いたコイルである。このように、発振コイル６２を凹球面状に彎曲させて形成することにより、発振磁界を中央部に収束させることが可能になり、センサ感度を上げることができる。

【0064】

図１１は、図４（ｂ）に示すセンサコイルの周囲に高透磁率材料からなる筒状部材を配置した例を示す概略図である。図１１に示すように、センサコイル６０のボビン６１および３個のコイル６２，６３，６４の周囲を高透磁率材料からなる筒状部材６５により囲むようにしている。筒状部材６５は、例えば、比透磁率μ＝５０の高透磁率材料（例えばフェライト、アモルファス、パーマロイ、スーパーマロイ、ミューメタル）を用いて製作することにより、センサコイルの周囲の環境が空気である場合よりも５０倍の磁束を通過させることができる。言い換えると、セラミックス材料などの電気的に絶縁材料の周囲環境内に設置する場合よりも１／５０の厚さ内に同等の磁束を通すことができる。

【0065】

図１１に示すように、センサコイルの周囲に高透磁率材料からなる筒状部材６５を配置することにより、研磨テーブル１００がステンレス（ＳＵＳ）材などの導電性材料により製作されている場合でも、筒状部材６５内に配置されているセンサコイル６０の発振コイル６２に電流供給して形成する磁束は、研磨テーブル内に渦電流を発生させて測定に必要な大きさの磁束の経路（磁路）を小さくしてしまうことがなく、半導体ウエハＷの金属膜に有効な渦電流を発生させる経路をとることができる。すなわち、筒状部材６５は、センサコイル６０の発振コイル６２による磁束を研磨テーブル１００の導電性の母材内に通すことなく、半導体ウエハＷ側の検出空間内に広げる経路として機能し、その磁束は、測定対象の金属膜（または導電性膜）ｍｆ内に大きな渦電流を発生させることができる。このため、研磨テーブル１００が、ステンレス（ＳＵＳ）などの導電性材料により製作されている場合でも、ＳｉＣなどのセラミックス材料（絶縁材料）により製作した場合と、同様の感度を確保することができる。

【0066】

図１２は、渦電流センサ５０のセンサコイル６０の３個のコイル６２，６３，６４についてソレノイド巻きとスパイラル巻きとを組み合わせた例を示す概略図である。検出コイル６３を１列Ｎ層でスパイラル巻きとすることにより、検出コイル６３をウエハに近づけることができ、また線間の容量成分が直列接続になり小さくできる等の理由から検出コイル６３の性能を向上させることができる。そのため、検出コイル６３の感度は向上することから、図１２に示すように、発振コイル６２が従来のソレノイド巻きであっても従来のセンサより感度は良くなる。発振コイル６２は、線材又は導電体ｌｎをＮ列１層にソレノイド巻きしたコイルをＭ層にして構成してもよい。ここでＭは２以上の整数である。Ｎ列１層のコイルをＭ層にする場合、各コイル同士が接触すると、容量成分が増加するので、Ｎ列１層のコイルを層方向（基板に対して平行方向）にＭ個並べ、隣接するコイル間に隙間を空けることが好ましく、この隙間に透磁率の低い材料を設けてもよい。なお、バランスコイル６４は、検出コイル６３とブリッジ回路（後述する）を構成するため、両コイル６３，６４は同一特性のものを使用することが好ましい。そのため、図１２に示すように、バランスコイル６４はスパイラル巻きを採用している。

【0067】

次に、コイルの大きさ（直径）を小さくすることで金属膜の微細な検出を可能にする実施形態について説明する。
図１３は、検出コイル６３，発振コイル（励磁コイル）６２，バランスコイル（ダミーコイル）６４の直径（外径）を変えた実施形態を示す概略図である。図１３に示すように、検出コイル６３，発振コイル６２，バランスコイル６４の直径（外径）は同一である必要はなく、発振コイル６２と、検出コイル６３およびバランスコイル６４との直径が異なっていてもよい。図１３に示す例では、検出コイル６３とバランスコイル６４の直径を発振コイル６２の直径より小さくすることにより、センサの検出端の大きさを小さくしている。これにより、ターゲットの金属膜の微細な検出が可能となる。
コイルの直径を小さくする手法としては、巻き数を少なくすること、および線材径（パターン幅），線材（パターン）間距離を小さくすることが考えられる。
コイルが小さくなるとセンサ出力が小さくなるので、構造的には、発振コイル（励磁コイル）を大きくしたり、多段にしたりする必要がでてくるが、励磁周波数を上げたり、励磁電流を上げることでも出力を改善することができる。

【0068】

図４乃至図９に示すスパイラル巻き、多角形巻き、楕円巻き等の１列Ｎ層巻きの検出コイルは、該検出コイルとコンデンサーとを並列接続させコルピッツ回路を構成して励磁、検出機能をもたせ励磁周波数の周波数の変化から研磨終点を検出するセンサにも利用できる。

【0069】

図１４は、渦電流センサ５０のセンサコイル６０の３個のコイル６２，６３，６４を同心円状に配置した例を示す概略図である。
図１４に示すように、渦電流センサ５０のセンサコイル６０の３個のコイル６２，６３，６４は同心円状に配置されている。３個のコイル６２，６３，６４のうち検出コイル６３は最外周に配置され、コイル６２は中間部に配置され、バランスコイル６４は最内周に配置されている。３個のコイル６２，６３，６４は、いずれも線材又は導電体ｌｎをそれぞれ１列Ｎ層巻きでスパイラル状に巻いたコイルであり、印刷配線（printed wiring）で一体に形成することができる。
図１４に示すような、３個のコイル６２，６３，６４を同心円状に配置したセンサコイル６０によれば、センサコイル全体を図５に示す半導体ウエハ（基板）Ｗからの距離Ｌ１の位置に近づけて配置することができ、センサ感度が良くなる。

【0070】

図１５は、センサコイルにおける各コイルの接続例を示す概略図である。図１５（ａ）に示すように、コイル６２，６３，６４は、１列Ｎ層でスパイラル巻きのコイルにより形成され、検出コイル６３とバランスコイル６４とは互いに逆相に接続されている。
検出コイル６３とバランスコイル６４とは、上述したように逆相の直列回路を構成し、その両端は可変抵抗７６を含む抵抗ブリッジ回路７７に接続されている。発振コイル６２は交流信号源５２に接続され、交番磁束を生成することで、近傍に配置される金属膜（または導電性膜）ｍｆに渦電流を形成する。可変抵抗７６の抵抗値を調整することで、コイル６３，６４からなる直列回路の出力電圧が、金属膜（または導電性膜）が存在しないときにはゼロとなるように調整可能としている。コイル６３，６４のそれぞれに並列に入る可変抵抗７６（VR_１，VR_２）でＬ_１，Ｌ_３の信号を同位相にするように調整する。即ち、図１５（ｂ）の等価回路において、
VR_1-1×(VR_2-2+jωL₃)＝VR_1-2×(VR_2-1+jωL₁) (1)
となるように、可変抵抗VR₁(=VR_1-1+VR_1-2)およびVR₂(=VR_2-1+VR_2-2)を調整する。これにより、図１５（ｃ）に示すように、調整前のＬ_１,Ｌ_３の信号（図中点線で示す）を、同位相・同振幅の信号（図中実線で示す）とする。

【0071】

そして、金属膜（または導電性膜）が検出コイル６３の近傍に存在する時には、金属膜（または導電性膜）中に形成される渦電流によって生じる磁束が検出コイル６３とバランスコイル６４とに鎖交するが、検出コイル６３のほうが金属膜（または導電性膜）に近い位置に配置されているので、両コイル６３，６４に生じる誘起電圧のバランスが崩れ、これにより金属膜（または導電性膜）の渦電流によって形成される鎖交磁束を検出することができる。即ち、交流信号源に接続された発振コイル６２から、検出コイル６３とバランスコイル６４との直列回路を分離して、抵抗ブリッジ回路でバランスの調整を行うことで、ゼロ点の調整が可能である。従って、金属膜（または導電性膜）に流れる渦電流をゼロの状態から検出することが可能になるので、金属膜（または導電性膜）中の渦電流の検出感度が高められる。これにより、広いダイナミックレンジで金属膜（または導電性膜）に形成される渦電流の大きさの検出が可能となる。

【0072】

図１６は、渦電流センサの同期検波回路を示すブロック図である。
図１６は、交流信号源５２側からセンサコイル６０側を見たインピーダンスＺの計測回路例を示している。図１６に示すインピーダンスＺの計測回路においては、膜厚の変化に伴う抵抗成分（Ｒ）、リアクタンス成分（Ｘ）、振幅出力（Ｚ）および位相出力（ｔａｎ^−１Ｒ／Ｘ）を取り出すことができる。

【0073】

上述したように、検出対象の金属膜（または導電性膜）ｍｆが成膜された半導体ウエハＷ近傍に配置されたセンサコイル６０に、交流信号を供給する信号源５２は、水晶発振器からなる固定周波数の発振器であり、例えば、２ＭＨｚ，８ＭＨｚの固定周波数の電圧を供給する。信号源５２で形成される交流電圧は、バンドパスフィルタ８２を介してセンサコイル６０に供給される。センサコイル６０の端子で検出された信号は、高周波アンプ８３および位相シフト回路８４を経て、ｃｏｓ同期検波回路８５およびｓｉｎ同期検波回路８６からなる同期検波部により検出信号のｃｏｓ成分とｓｉｎ成分とが取り出される。ここで、信号源５２で形成される発振信号は、位相シフト回路８４により信号源５２の同相成分（０゜）と直交成分（９０゜）の２つの信号が形成され、それぞれｃｏｓ同期検波回路８５とｓｉｎ同期検波回路８６とに導入され、上述の同期検波が行われる。

【0074】

同期検波された信号は、ローパスフィルタ８７，８８により、信号成分以上の不要な高周波成分が除去され、ｃｏｓ同期検波出力である抵抗成分（Ｒ）出力と、ｓｉｎ同期検波出力であるリアクタンス成分（Ｘ）出力とがそれぞれ取り出される。また、ベクトル演算回路８９により、抵抗成分（Ｒ）出力とリアクタンス成分（Ｘ）出力とから振幅出力（Ｒ^２＋Ｘ^２）^１／２が得られる。また、ベクトル演算回路９０により、同様に抵抗成分出力とリアクタンス成分出力とから位相出力（ｔａｎ^−１Ｒ／Ｘ）が得られる。ここで、測定装置本体には、各種フィルタがセンサ信号の雑音成分を除去するために設けられている。各種フィルタは、それぞれに応じたカットオフ周波数が設定されており、例えば、ローパスフィルタのカットオフ周波数を０．１〜１０Ｈｚの範囲で設定することにより、研磨中のセンサ信号に混在する雑音成分を除去して測定対象の金属膜（または導電性膜）を高精度に測定することができる。

【0075】

図１７は、渦電流センサ５０を備えた研磨装置の要部構成を示す図であり、図１７（ａ）は渦電流センサ５０の制御部を含む全体構成を示す図であり、図１７（ｂ）は渦電流センサ部分の拡大断面図である。図１７（ａ）に示すように、研磨装置の研磨テーブル１００は矢印で示すようにその軸心まわりに回転可能になっている。この研磨テーブル１００内には、交流信号源および同期検波回路を含むプリアンプ一体型のセンサコイル６０が埋め込まれている。センサコイル６０の接続ケーブルは、研磨テーブル１００のテーブル軸１００ａ内を通り、テーブル軸１００ａの軸端に設けられたロータリジョイント１５０を経由して、ケーブルによりメインアンプ５５を介して制御装置（コントローラ）５６に接続されている。なお、センサコイル６０はメインアンプ５５を一体に備えている場合もある。

【0076】

ここで、制御装置５６には、各種フィルタがセンサ信号の雑音成分を除去するために設けられている。各種フィルタは、それぞれに応じたカットオフ周波数が設定されており、例えば、ローパスフィルタのカットオフ周波数を０．１〜１０Ｈｚの範囲で設定することにより、研磨中のセンサ信号に混在する雑音成分を除去して測定対象の金属膜（または導電性膜）を高精度に測定することができる。

【0077】

図１７（ｂ）に示すように、研磨テーブル１００に埋め込まれた渦電流センサ５０の研磨パッド側の端面には４フッ化エチレン樹脂などのフッ素系樹脂のコーティングＣを有することで研磨パッドをはがす場合に、研磨パッドと渦電流センサが共にはがれてこないようにできる。また渦電流センサの研磨パッド側の端面は研磨パッド１０１近傍のＳｉＣなどの材料で構成された研磨テーブル１００の面（研磨パッド側の面）からは０〜０．０５ｍｍ凹んだ位置に設置され、研磨時にウエハに接触することを防止している。この研磨テーブル面と渦電流センサ面の位置の差はできる限り小さい方が良いが実際の装置では０．０２ｍｍ前後に設定することが多い。またこの位置調整にはシム（薄板）１５１ｍによる調整やネジによる調整手段が取られる。

【0078】

ここで、センサコイル６０と制御装置５６を接続するロータリジョイント１５０は、回転部においても信号を伝送することはできるが、伝送する信号線数に制限がある。このことから、接続する信号線は、８本に制限され、ＤＣ電圧源、出力信号線、および各種制御信号の伝送線のみに限られる。なお、このセンサコイル６０は、発振周波数が、２から８ＭＨｚで切り替え可能となっていて、プリアンプのゲインも研磨対象の膜質に応じて切り替え可能となっている。

【0079】

次に、図１乃至図１７に示すように構成された渦電流センサを備えた研磨装置において、研磨中の半導体ウエハ上の金属膜（または導電性膜）を検出してモニタする方法について説明する。
図１８（ａ）は、渦電流センサ５０が半導体ウエハＷの表面（被研磨面）を走査（スキャン）するときの軌跡と渦電流センサ５０の出力との関係を示す。図１８（ａ）に示すように、渦電流センサ５０は、研磨テーブル１００の回転に伴い半導体ウエハＷの下方を通過している間、半導体ウエハＷの金属膜（または導電性膜）ｍｆに反応して所定の電圧値（Ｖ）を出力するようになっている。
図１８（ｂ）は、正常な半導体ウエハＷの場合の渦電流センサ５０の出力を示す図である。図１８（ｂ）において、横軸は研磨時間（ｔ）であり、縦軸は渦電流センサ５０の出力値（電圧値）（Ｖ）である。図１８（ｂ）に示すように、正常な半導体ウエハＷの場合には、渦電流センサ５０は、半導体ウエハ上の金属膜（または導電性膜）ｍｆに反応した概略方形パルス状の出力（電圧値）を得ることができる。

【0080】

図１９（ａ）は、半導体ウエハＷの研磨を開始してから半導体ウエハＷ上の金属膜（または導電性膜）ｍｆがクリアされる（無くなる）までの研磨工程と渦電流センサ５０の出力との関係を示す図である。図１９（ａ）に示すように、半導体ウエハＷの研磨開始直後は、金属膜（または導電性膜）ｍｆが厚いため、渦電流センサ５０の出力は高くなるが、研磨が進行するにつれて金属膜ｍｆが薄くなるため、渦電流センサ５０の出力が低下していく。そして、金属膜ｍｆがクリアされる（無くなる）と、渦電流センサ５０の出力値がなくなる。

【0081】

図１９（ｂ）は、半導体ウエハＷの研磨を開始してから半導体ウエハＷ上の金属膜（または導電性膜）ｍｆがクリアされる（無くなる）までの研磨時間（ｔ）と渦電流センサ５０の出力値の変化の関係を示す図である。研磨テーブル１００が１回転して、渦電流センサ５０が半導体ウエハＷの表面（被研磨面）を走査（スキャン）すると、渦電流センサ５０は略方形パルス状の出力を出す。制御装置５６（図１７参照）は、渦電流センサ５０が半導体ウエハＷの表面を１回走査する毎に、通過軌跡（走査線）上の各測定点の出力値を平均した平均値を出力値として出力する。そして、制御装置５６は、研磨テーブル１００が１回転する毎に渦電流センサ５０の各測定点の平均値としての出力値を監視し、渦電流センサ５０の出力値が無くなるまで監視し続ける。
図１９（ｂ）は研磨時間による渦電流センサ５０の出力値（平均値）の変化を示す。図１９（ｂ）に示すように、渦電流センサ５０の出力値の監視を行うことにより、金属膜が一様にクリアされた状態を検出できる。

【0082】

図２０は、半導体ウエハＷ上の金属膜（または導電性膜）の研磨工程および監視工程の手順を示すフローチャートである。
図２０に示すように、研磨装置は、ウエハカセットから半導体ウエハＷを取り出してトップリング１に受け渡し、トップリング１により半導体ウエハＷを研磨テーブル１００上の研磨面１０１ａに押圧して研磨を開始する。研磨を開始した後に、制御装置５６は渦電流センサ５０の出力値を監視し、研磨終点の検出までは研磨を続行し、渦電流センサ５０の出力値の監視工程を続行する。研磨終点の検出は、渦電流センサ５０の出力値が金属膜クリアレベルになったことを検出して半導体ウエハＷ上に一様に金属残膜がないことを検出することである。研磨終点を検出したら、半導体ウエハＷを研磨面（研磨パッド）から離すことなく、残膜監視に移行する。
残膜監視は、以下の方法を任意に選択することにより行う。
（１）渦電流センサのセンサ感度の切替え
（２）監視手段の切替え
なお、上記（１）（２）の残膜監視方法については後述する。

【0083】

次に、残膜監視によって得た情報をＣＭＰプロセスの全体を制御する制御装置（プロセスコントローラ（図示せず））に伝達する。なお、ＣＭＰプロセスの全体を制御する制御装置（プロセスコントローラ）は、前記制御装置５６を含んだ単一の制御装置でもよく、制御装置５６とは別の制御装置でもよい。制御装置（プロセスコントローラ）は、残膜監視の情報に基づいて追加研磨の実施が必要か否かを判定する。そして、追加研磨の実施が必要と判定した場合には、追加研磨を実施し、残膜監視を行って、残膜がないことを確認した後に、洗浄プロセスに移行する。一方、ＣＭＰのプロセスに異常をきたしていると判定した場合には、追加研磨の実施ではなく、研磨プロファイル異常通知を行った後に、洗浄プロセスに移行する。洗浄プロセスは、研磨済の半導体ウエハをトップリング１から取り外した後に研磨装置内の洗浄機によりスクラブ洗浄、純水洗浄、乾燥等を行う。そして、洗浄プロセスが終了したら、研磨済の半導体ウエハＷのウエハカセットへの回収を行う。

【0084】

次に、図２０に示すフローチャートにおける残膜監視および追加研磨について更に説明する。
残膜監視は、ウエハの本研磨処理後の水ポリッシング中またはオーバポリッシュ中に実施する。ここで、水ポリッシングとは、研磨面に純水（水）を供給しながらウエハに加える面圧を小さくしてポリッシングを行うことを云う。また、オーバポリッシュとは、特徴点検出後に研磨面にスラリを供給しながらポリッシングを行う方法を云う。
残膜監視として、以下の方法を用いる。
（１）金属薄膜検出を目的としたセンサ感度を上げて実施する方法
（２）局所的な残膜を検出するために監視を行う範囲を点データの集積値の平均から点データによる検出方法
残膜監視方法として、（１）、（２）を任意に組合わせて実施する。この場合、（１）と（２）の方法を組合せることによって、局部的な金属薄膜の検出が可能になる。

【0085】

また、残膜を検出した場合の追加研磨は以下のように行う。
追加研磨の実施手段として、オーバポリッシュ中に残膜を検出した場合には、オーバポリッシュの研磨時間を変更する。また、残膜監視によりウエハの特定の箇所に残膜があることを検出した場合には、検出した特定の箇所のトップリングの圧力を変化させることで追加研磨を行い、或いは専用の研磨条件にて追加研磨を行う。追加研磨条件は、次の半導体ウエハ以後を研磨する際の研磨条件にフィードバックする。

【0086】

次に、上述した残膜監視方法のうち、金属薄膜検出を目的としたセンサ感度を上げて実施する方法について説明する。
研磨開始からターゲットの金属膜クリアまで所定の感度を有するセンサ（センサＡ）のみを使用した場合、ターゲットの金属膜が薄くなった場合や金属膜の面積が小さくなった場合には、金属膜の検出が困難になる。一方、薄膜用のセンサ（センサＢ）のみを使用して研磨終点の検出を行う場合、初期金属膜が厚い場合には、出力がオーバーレンジ（測定範囲外）になってしまうため、研磨工程を監視することができない。
そこで、本発明においては、感度が異なる２つのセンサＡ，Ｂを用い、研磨開始からセンサＡの感度がなくなるまで出力を監視し、研磨終点の検出を実施した後、センサＢに切替えを行い、ウエハ上に金属残膜がないことを確認する。この場合、センサＡには、図４（ａ）に示すソレノイド巻きの３つのコイル７２，７３，７４を備えた渦電流センサを用い、センサＢには、図４（ｂ）に示すスパイラル巻きの３つのコイル６２，６３，６４を備えた渦電流センサを用いる。これにより、センサＡをセンサ感度が低いセンサとし、センサＢをセンサ感度が高いセンサとすることができる。

【0087】

また、図４（ｂ），図７，図８，図９等に示すスパイラル巻き，多角形巻き，楕円巻き等の１列Ｎ層巻きの３つのコイル６２，６３，６４を備えた渦電流センサを１個用いてコイルの巻き数を切替えることにより、感度が異なる２つのセンサＡとセンサＢとを構成することもできる。
図２１（ａ），（ｂ）は、スパイラル巻きの３つのコイルを備えた渦電流センサを用いてコイルの巻き数を切替えて感度が異なる２つのセンサＡ，Ｂを構成する方法を示す模式的平面図である。図２１（ａ），（ｂ）においては検出コイル６３の巻き数を切替える方法について示すが、発振コイル６２およびバランスコイル６４の場合も同様の切替え方法である。
図２１（ａ）に示すように、スパイラル巻きの検出コイル６３に通電するための入力端子Ｔ１，Ｔ２が設けられており、入力端子Ｔ１は検出コイル６３の外周側端部６３ｏｅに接続され、入力端子Ｔ２は切替スイッチＳＷに接続されている。一方、検出コイル６３の内周側端部６３ｉｅは切替用端子ＴＳ１に接続され、検出コイル６３の中間部６３ｍ１，６３ｍ２はそれぞれ切替用端子ＴＳ２，ＴＳ３に接続されている。
図２１（ｂ）に示すように、スパイラル巻きの検出コイル６３に通電するための入力端子Ｔ１，Ｔ２が設けられており、入力端子Ｔ１は検出コイル６３の内周側端部６３ｉｅに接続され、入力端子Ｔ２は切替スイッチＳＷに接続されている。一方、検出コイル６３の外周側端部６３ｏｅは切替用端子ＴＳ１に接続され、検出コイル６３の中間部６３ｍ１，６３ｍ２はそれぞれ切替用端子ＴＳ２，ＴＳ３に接続されている。

【0088】

図２１（ａ），（ｂ）に示すように構成された検出コイル６３において、切替スイッチＳＷを切替用端子ＴＳ１に接続することにより、入力端子Ｔ１，Ｔ２から検出コイル６３の内周端端部６３ｉｅと外周側端部６３ｏｅとの間に通電可能となり、コイルの巻き数は最大となる。また、切替スイッチＳＷを切替用端子ＴＳ２またはＴＳ３に接続することにより、入力端子Ｔ１，Ｔ２から検出コイル６３の中間部６３ｍ１または６３ｍ２と外周側端部６３ｏｅ（または内周側端部６３ｉｅ）との間に通電可能となり、コイルの巻き数は少なくなる。このようにして、コイルの巻き数を２段階または３段階に変化させることにより、センサ感度を変えることができ、単一の検出コイル６３を用いてコイルの巻き数を切替えることによりセンサＡとセンサＢとを構成することができる。

【0089】

また、図１２に示すように検出コイル６３とバランスコイル６４とをスパイラル巻きとし、発振コイル６２をソレノイド巻きで構成したセンサコイル６０を備えた渦電流センサをセンサＡとして用い、図４（ｂ）に示すスパイラル巻きの３つのコイル６２，６３，６４を備えた渦電流センサをセンサＢとして用いることもできる。

【0090】

図２２は、金属薄膜検出を目的としたセンサ感度を上げて実施する方法においてセンサの切替えを行うタイミングを示す模式図である。図２２に示すように、半導体ウエハＷの研磨開始時には、金属膜（または導電性膜）ｍｆが厚いため、センサＡの出力は高くなるが、研磨が進行するにつれて金属膜ｍｆが薄くなるため、センサＡの出力が低下していく。そして、「ウエハ中心部金属膜クリア／ウエハ端部金属残膜あり」の状態になると、センサＡはセンサ感度なしの状態になる。したがって、センサＡは研磨終点の検出を実施する。センサＡが研磨終点の検出を実施した後、センサＢに切替えを行う。センサＢは、センサＡより感度が高く設定されているため、ウエハ端部側の出力値が山形状に大きくなり、「ウエハ中心部金属膜クリア／ウエハ端部金属残膜あり」の状態を検出できる。

【0091】

次に、上述した残膜監視方法のうち、ウエハ上の局所的な残膜の検出を目的に監視手法を変更する方法について説明する。
残膜発生位置、残膜の大きさ・膜厚に関する情報を得るために、研磨終点の検出に使用した、１回の走査で得られた全ての測定点のデータを平均した出力値による監視から、各測定点の出力値による監視に切替える。残膜の位置が全周に渡らず、局所的な場合には、センサの軌跡上を残膜が通過した場合に、出力値が変化する。この出力値の変化をとらえてウエハの端部（または中心）からの距離を把握することができる。この場合、センサ感度を切替えることにより、金属薄膜の監視も可能になる。

【0092】

図２３は、ウエハ上の局所的な残膜の検出を目的に監視手法を変更する方法を示す図である。図２３（ａ）は、１回の走査で得られたセンサ軌跡上の全ての測定点のデータを平均した出力値を用いる監視手法を示し、図２３（ｂ）は、１回の走査で得られたセンサ軌跡上の各測定点の出力値を用いる監視手法を示し、図２３（ｃ）は図２３（ａ）に示す監視手法から図２３（ｂ）に示す監視手法に切替える場合を示すグラフである。図２３（ｃ）において、横軸は研磨時間（ｔ）であり、縦軸は渦電流センサの出力値である。
図２３（ａ）に示すように、渦電流センサ５０が半導体ウエハの表面を１回走査するごとに、全ての測定点において測定されたデータを平均した出力値を用いて監視する。そして、図２３（ｃ）に示すように、センサＡの軌跡上の全ての測定点のデータを平均した出力値を監視することにより研磨終点の検出を行う。センサＡにより研磨終点を検出した時点では、金属膜クリアレベルになっている。この場合、局所的な面積が小さい金属薄膜は、その部分の出力値が平均化処理されてしまうために検出することはできない。

【0093】

そのため、研磨終点を検出した後に、感度が高いセンサＢに切替えを行う。図２３（ｂ）に示すように、センサＢは、センサが半導体ウエハの表面を１回走査するごとに、各測定点において測定された出力値を出力する。そのため、残膜が発生している場合には、センサＢの出力値は、図２３（ｂ）の下部に示すように山形状の出力値になり、金属薄膜の検出が可能になる。また、残膜が発生している箇所の把握も可能になる。すなわち、図２３（ｃ）に示すように、センサＡの平均化処理された出力値を監視して研磨終点を検出した後に、感度が高いセンサＢに切替え、センサＢにおける平均化処理されない各測定値の出力値を監視することにより、局所的な面積が小さい残膜の発生を検出できる。

【0094】

図２４は、センサＢにより得た各測定値の出力値を監視することにより局所的な残膜の発生を検出する場合に、ウエハの下層にある金属配線等の影響について示す図である。図２４（ａ）は、ウエハの下層の影響を受けない場合を示し、図２４（ｂ）は、ウエハの下層にある金属配線等の影響を受ける場合を示す。
上述したように、センサＡを用い、ウエハ面内を通過するセンサの軌跡上の出力を平均化することによって、金属膜の下層にある金属配線の影響を回避することができる。一方、センサＢは各測定点において測定された出力値を出力するため、図２４（ａ）に示すように、センサＢの平均化処理されない各測定値の出力値を監視することにより、局所的な面積が小さい残膜の発生を検出できる。しかしながら、センサＢの出力値は、各測定点の出力値であるため、金属膜の下層にある金属配線等の影響を受ける可能性がある。そのため、図２４（ｂ）に示すように、出力が上昇している点が多い場合には、残膜ではなく、ウエハの下層による影響と判断する。

【0095】

次に、図２０に示すフローチャート中の残膜監視において残膜を検出した場合に、ＣＭＰにより追加研磨を実施する場合と研磨プロファイルの異常を通知する場合の方式を選択可能としている点について説明する。
残膜監視において残膜を検出した場合に、通常、追加研磨を実施して金属薄膜を除去する。しかしながら、追加研磨によってウエハの平坦性が保たれた場合でも、ＣＭＰのプロセスに異常をきたしている場合があるため、研磨プロファイルの異常を研磨装置の制御装置に通知することができるようにしている。

【0096】

次に、渦電流センサ５０が半導体ウエハの表面を走査するときの軌跡（走査線）について説明する。
本発明では、所定の時間内（例えば、移動平均時間内）に渦電流センサ５０が半導体ウエハＷ上に描く軌跡が半導体ウエハＷの表面の全周にわたってほぼ均等に分布するようにトップリング１と研磨テーブル１００の回転速度比を調整する。
図２５は、渦電流センサ５０が半導体ウエハＷ上を走査する軌跡を示す模式図である。図２５に示すように、渦電流センサ５０は、研磨テーブル１００が１回転するごとに半導体ウエハＷの表面（被研磨面）を走査するが、研磨テーブル１００が回転すると、渦電流センサ５０は概ね半導体ウエハＷの中心Ｃｗ（トップリングシャフト１１１の中心）を通る軌跡を描いて半導体ウエハＷの被研磨面上を走査することになる。トップリング１の回転速度と研磨テーブル１００の回転速度とを異ならせることにより、半導体ウエハＷの表面における渦電流センサ５０の軌跡は、図２５に示すように、研磨テーブル１００の回転に伴って走査線ＳＬ_１，ＳＬ_２，ＳＬ_３，…と変化する。この場合でも、上述したように、渦電流センサ５０は、半導体ウエハＷの中心Ｃｗを通る位置に配置されているので、渦電流センサ５０が描く軌跡は、毎回半導体ウエハＷの中心Ｃｗを通過する。

【0097】

図２６は、研磨テーブル１００の回転速度を７０min^−１、トップリング１の回転速度を７７min^−１として、移動平均時間（この例では５秒）内に渦電流センサ５０が描く半導体ウエハ上の軌跡を示す図である。図２６に示すように、この条件下では、研磨テーブル１００が１回転するごとに渦電流センサ５０の軌跡が３６度回転するので、５回走査するごとにセンサ軌跡が半導体ウエハＷ上を半周だけ回転することになる。センサ軌跡の湾曲も考慮すると、移動平均時間内に渦電流センサ５０が半導体ウエハＷを６回走査することにより、渦電流センサ５０は半導体ウエハＷ上をほぼ均等に全面スキャンすることになる。

【0098】

上述した例では、トップリング１の回転速度が研磨テーブル１００の回転速度よりも速い場合を示したが、トップリング１の回転速度が研磨テーブル１００の回転速度よりも遅い場合（例えば、研磨テーブル１００の回転速度が７０min^−１、トップリング１の回転速度が６３min^−１）も、センサ軌跡が逆方向に回転するだけであり、所定の時間内に渦電流センサ５０が半導体ウエハＷの表面に描く軌跡を半導体ウエハＷの表面の全周にわたって分布させる点では上述の例と同じである。

【0099】

また、上述の例では、トップリング１と研磨テーブル１００の回転速度比が１に近い場合を述べたが、回転速度比が０.５や１.５、２など（０.５の倍数）に近い場合も同様である。即ち、トップリング１と研磨テーブル１００の回転速度比が０.５の場合、研磨テーブル１００が１回転するごとにセンサ軌跡が１８０度回転し、半導体ウエハＷから見れば渦電流センサ５０が一回転ごとに逆方向から同一軌跡上を移動することになる。

【0100】

そこで、トップリング１と研磨テーブル１００の回転速度比を０.５から少しずらして（例えば、トップリング１の回転速度を３６min^−１、研磨テーブル１００の回転速度を７０min^−１とする）、研磨テーブル１００が１回転するごとにセンサ軌跡が（１８０＋α）度回転するようにすれば、センサ軌跡が見かけ上α度ずれるようにできる。したがって、移動平均時間内にセンサ軌跡が半導体ウエハＷの表面上を約０.５回、または約Ｎ回、または約０.５＋Ｎ回（言い換えれば、０.５の倍数、すなわち０.５×Ｎ回（Ｎは自然数））だけ回転するようにαを設定（即ち、トップリング１と研磨テーブル１００の回転速度比を設定）すればよい。

【0101】

移動平均時間内に渦電流センサ５０が半導体ウエハＷの表面に描く軌跡が全周にわたって略均等に分布するようにすることは、移動平均時間の調整も考慮すると広い範囲において回転速度比の選択を可能とする。したがって、研磨液（スラリ）の特性などによりトップリング１と研磨テーブル１００の回転速度比を大きく変える必要がある研磨プロセスにも対応できる。

【0102】

ところで、一般に、トップリング１の回転速度が研磨テーブル１００の回転速度の丁度半分である場合を除いて、渦電流センサ５０が半導体ウエハＷ上に描く軌跡は図２６に示すように湾曲する。したがって、所定の時間内（例えば移動平均時間内）に渦電流センサ５０が半導体ウエハＷ上に描く軌跡が半導体ウエハＷの全周にわたって分布したとしても、センサ軌跡が必ずしも厳密な意味で周方向に均等に分布する訳ではない。センサ軌跡を半導体ウエハＷの周方向に厳密に均等に分布させるには、所定時間毎にセンサ軌跡が半導体ウエハＷの周上をちょうどＮ回（Ｎは自然数）だけ回転するようにする必要がある。この間に、渦電流センサ５０は、半導体ウエハＷの表面を全周にわたり周方向に均等な方向・向きに走査する。これを実現するためには、例えば研磨テーブル１００が所定の回数（自然数）だけ回転する間に、トップリング１がちょうど研磨テーブル１００の回転回数とは異なる回数（自然数）だけ回転するように、研磨テーブル１００とトップリング１の回転速度を定めればよい。この場合においても、上述のようにセンサ軌跡は湾曲するため、センサ軌跡が周方向に等間隔に分布するとはいえないが、センサ軌跡を２本ずつ対にして考えれば、センサ軌跡は任意の半径位置において周方向に均等に分布しているものと見なすことができる。図２７はこれを示す例であり、図２６と同一の条件で研磨テーブル１００が１０回回転する間の半導体ウエハＷ上のセンサ軌跡を示した図である。以上より、渦電流センサ５０は、上述の例に比べて半導体ウエハＷの全面をより平均的に反映したデータを取得することができる。

【0103】

図２８は、本発明の研磨装置において好適に使用できる複数の圧力室を備えたトップリングを示す模式的断面図である。トップリング１は、半導体ウエハＷに当接する円形の弾性パッド１４２と、弾性パッド１４２を保持するチャッキングプレート１４４とを有している。弾性パッド１４２の上周端部はチャッキングプレート１４４に保持され、弾性パッド１４２とチャッキングプレート１４４との間には、４つの圧力室（エアバッグ）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が設けられている。圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４にはそれぞれ流体路１５２，１５３，１５４、１５５を介して加圧空気等の加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。中央の圧力室Ｐ１は円形であり、他の圧力室Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は環状である。これらの圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、同心上に配列されている。

【0104】

圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の内部圧力は図示しない圧力調整部により互いに独立して変化させることが可能であり、これにより半導体ウエハＷの４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する押圧力を独立に調整することができる。この例では、圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、互いに独立して半導体ウエハＷを押圧する押圧機構を構成する。研磨中の半導体ウエハＷの金属膜（または導電性膜）ｍｆの膜厚は、研磨テーブル１００に設けられた渦電流センサ５０（図１参照）によって測定され、半導体ウエハＷの径方向の膜厚分布が制御装置５６（図１７参照）によって取得される。制御装置５６は、膜厚分布に応じて圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の内部圧力を制御し、例えば、半導体ウエハＷ上の金属膜（または導電性膜）ｍｆの中央部の膜厚が周縁部の膜厚より厚い場合は圧力室Ｐ１の圧力を圧力室Ｐ４の圧力より高めて金属膜（または導電性膜）ｍｆの中央部の研磨圧力を周縁部の研磨圧力を高めて研磨を行い、所望の研磨プロファイルを達成する。

【0105】

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

【符号の説明】

【0106】

１ トップリング
２ トップリング本体
３ リテーナリング
５０ 渦電流センサ
５２ 交流信号源
５４ 検波回路
５５ メインアンプ
５６ 制御装置（コントローラ）
６０ センサコイル
６１ ボビン
６２ 発振コイル
６３ 検出コイル
６４ バランスコイル
６５ 筒状部材
７６ 可変抵抗
７７ 抵抗ブリッジ回路
８２ バンドパスフィルタ
８３ 高周波アンプ
８４ 位相シフト回路
８５ ｃｏｓ同期検波回路
８６ ｓｉｎ同期検波回路
８７，８８ ローパスフィルタ
８９ ベクトル演算回路
１００ 研磨テーブル
１００ａ テーブル軸
１０１ 研磨パッド
１０１ａ 研磨面
１０２ 研磨液供給ノズル
１１０ トップリングヘッド
１１１ トップリングシャフト
１１２ 回転筒
１１３ タイミングプーリ
１１４ トップリング用モータ
１１５ タイミングベルト
１１６ タイミングプーリ
１１７ トップリングヘッドシャフト
１２４ 上下動機構
１２５ ロータリージョイント
１２６ 軸受
１２８ ブリッジ
１２９ 支持台
１３０ 支柱
１３２ ボールねじ
１３８ ＡＣサーボモータ
１３２ａ ねじ軸
１３２ｂ ナット
１４２ 弾性パッド
１４４ チャッキングプレート
１５０ ロータリジョイント
１５１ｍ シム（薄板）
１５２〜１５５ 流体路
Ｗ 半導体ウエハ
ｍｆ 金属膜（または導電性膜）
Ｐ１〜Ｐ４ 圧力室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】