知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024055415
(43)【公開日】2024-04-18
(54)【発明の名称】渦電流センサの出力信号処理装置
(51)【国際特許分類】
G01B 7/00 20060101AFI20240411BHJP
【ＦＩ】
G01B7/00 101F
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022162333
(22)【出願日】2022-10-07
(71)【出願人】
【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】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100146710
【弁理士】
【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男
(74)【代理人】
【識別番号】100186613
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 誠
(74)【代理人】
【氏名又は名称】串田 幸一
(72)【発明者】
【氏名】湊崎 勝也
【テーマコード（参考）】
2F063
【Ｆターム（参考）】
2F063AA02
2F063BA26
2F063BB06
2F063BC06
2F063CB01
2F063GA03
2F063LA23
(57)【要約】
【課題】周囲環境の変化等に対して従来よりも影響を受けにくい渦電流センサの出力信号処理装置を提供する。
【解決手段】交流信号生成装置８２は、異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号８０を生成する。保持装置６６は、基準状態において検出コイル７３が出力する出力信号１７６に相当する第１の交流生成信号８０を特定する基準データ１５４を保持する。導電体の膜厚を測定するときに、交流信号生成装置８２は、基準データ１５４に基づいて第１の交流生成信号８０を生成して基準信号として出力する。導電体の膜厚を測定するときに、差分装置２６８は、出力信号１７６と、交流信号生成装置８２が出力する基準信号が入力されて、膜厚信号の振幅と基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求めて出力する。データ生成装置８８は、基準状態において出力信号１７６の振幅を測定して、基準データ１５４を生成する。
【選択図】図５
【解決手段】交流信号生成装置８２は、異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号８０を生成する。保持装置６６は、基準状態において検出コイル７３が出力する出力信号１７６に相当する第１の交流生成信号８０を特定する基準データ１５４を保持する。導電体の膜厚を測定するときに、交流信号生成装置８２は、基準データ１５４に基づいて第１の交流生成信号８０を生成して基準信号として出力する。導電体の膜厚を測定するときに、差分装置２６８は、出力信号１７６と、交流信号生成装置８２が出力する基準信号が入力されて、膜厚信号の振幅と基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求めて出力する。データ生成装置８８は、基準状態において出力信号１７６の振幅を測定して、基準データ１５４を生成する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電体に渦電流を形成可能な励磁コイルと、前記導電体に形成可能な前記渦電流を検出する検出コイルとを有する渦電流センサが出力する前記検出コイルの出力信号を処理する渦電流センサの出力信号処理装置において、
前記出力信号処理装置は、
異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号を生成可能な交流信号生成装置と、
前記複数の第１の交流生成信号のうち、第１の基準状態において前記検出コイルが出力する第１の基準状態信号である前記出力信号に相当する前記第１の交流生成信号を特定する基準データを保持する保持装置とを有し、
前記導電体の膜厚を測定するときに、前記交流信号生成装置は、前記基準データに基づいて前記第１の交流生成信号を生成して基準信号として出力し、
前記出力信号処理装置は、さらに、
前記導電体の膜厚を測定するときに、前記検出コイルが出力する膜厚信号である前記出力信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記基準信号が入力されて、前記膜厚信号の振幅と前記基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求めて出力する差分装置と、
前記第１の基準状態において前記第１の基準状態信号の振幅を測定して、前記基準データを生成するデータ生成装置とを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理装置。
前記出力信号処理装置は、
異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号を生成可能な交流信号生成装置と、
前記複数の第１の交流生成信号のうち、第１の基準状態において前記検出コイルが出力する第１の基準状態信号である前記出力信号に相当する前記第１の交流生成信号を特定する基準データを保持する保持装置とを有し、
前記導電体の膜厚を測定するときに、前記交流信号生成装置は、前記基準データに基づいて前記第１の交流生成信号を生成して基準信号として出力し、
前記出力信号処理装置は、さらに、
前記導電体の膜厚を測定するときに、前記検出コイルが出力する膜厚信号である前記出力信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記基準信号が入力されて、前記膜厚信号の振幅と前記基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求めて出力する差分装置と、
前記第１の基準状態において前記第１の基準状態信号の振幅を測定して、前記基準データを生成するデータ生成装置とを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理装置。
【請求項2】
前記データ生成装置は、前記第１の基準状態において前記第１の基準状態信号の振幅の大きさを測定して、前記振幅の大きさに関する振幅データを保持し、
前記データ生成装置は、前記第１の交流生成信号を指定するための振幅指定データを前記交流信号生成装置に出力し、
前記交流信号生成装置は、前記振幅指定データに基づいて前記第１の交流生成信号を生成して出力し、
前記データ生成装置は、前記交流信号生成装置が出力する前記第１の交流生成信号の振幅の大きさを測定して、前記振幅データと比較し、比較結果に基づいて前記基準データを生成することを特徴とする請求項１記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
前記データ生成装置は、前記第１の交流生成信号を指定するための振幅指定データを前記交流信号生成装置に出力し、
前記交流信号生成装置は、前記振幅指定データに基づいて前記第１の交流生成信号を生成して出力し、
前記データ生成装置は、前記交流信号生成装置が出力する前記第１の交流生成信号の振幅の大きさを測定して、前記振幅データと比較し、比較結果に基づいて前記基準データを生成することを特徴とする請求項１記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
【請求項3】
前記データ生成装置は、前記振幅データと比較したときに、前記振幅データとの第１の振幅差が第１の振幅差所定値より大きいとき、または前記第１の振幅差が最小でないとき、前記データ生成装置は、前記第１の振幅差が前記第１の振幅差所定値以下又は最小になるように、前記振幅指定データを変更して、変更した前記振幅指定データを前記交流信号生成装置に出力することを前記第１の振幅差が前記第１の振幅差所定値以下又は最小になるまで行い、
前記データ生成装置は、前記第１の振幅差が前記第１の振幅差所定値以下又は最小であるときの前記振幅指定データを前記基準データとすることを特徴とする請求項２記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
前記データ生成装置は、前記第１の振幅差が前記第１の振幅差所定値以下又は最小であるときの前記振幅指定データを前記基準データとすることを特徴とする請求項２記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
【請求項4】
前記データ生成装置は、前記第１の基準状態において前記第１の基準状態信号の位相を測定して、前記位相に関する位相データを保持し、
前記交流信号生成装置は、異なる位相を有する複数の第２の交流生成信号を生成可能であり、
前記データ生成装置は、前記第２の交流生成信号を指定するための位相指定データを前記交流信号生成装置に出力し、
前記交流信号生成装置は、前記位相指定データに基づいて前記第２の交流生成信号を生成して出力し、
前記データ生成装置は、前記交流信号生成装置が出力する前記第２の交流生成信号の位相を測定して、前記位相データと比較し、比較結果に基づいて前記基準データを生成することを特徴とする請求項２または３記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
前記交流信号生成装置は、異なる位相を有する複数の第２の交流生成信号を生成可能であり、
前記データ生成装置は、前記第２の交流生成信号を指定するための位相指定データを前記交流信号生成装置に出力し、
前記交流信号生成装置は、前記位相指定データに基づいて前記第２の交流生成信号を生成して出力し、
前記データ生成装置は、前記交流信号生成装置が出力する前記第２の交流生成信号の位相を測定して、前記位相データと比較し、比較結果に基づいて前記基準データを生成することを特徴とする請求項２または３記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
【請求項5】
前記データ生成装置は、前記位相データと比較したときに、前記位相データとの位相差が位相差所定値より大きいとき、または前記位相差が最小でないとき、前記データ生成装置は、前記位相差が前記位相差所定値以下又は最小になるように、前記位相指定データを変更して、変更した前記位相指定データを前記交流信号生成装置に出力することを前記位相差が前記位相差所定値以下又は最小になるまで行い、
前記データ生成装置は、前記位相差が前記位相差所定値以下又は最小であるときの前記位相指定データを前記基準データに含むことを特徴とする請求項４記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
前記データ生成装置は、前記位相差が前記位相差所定値以下又は最小であるときの前記位相指定データを前記基準データに含むことを特徴とする請求項４記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
【請求項6】
（１）前記データ生成装置は前記第１の基準状態において、前記第１の基準状態信号の振幅の大きさと、前記第１の交流生成信号の振幅の大きさとを比較し、
比較した前記振幅の差を１倍より大きく拡大した第２の振幅差が第２の振幅差所定値より大きいとき、または前記第２の振幅差が最小でないとき、前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるように、前記振幅指定データを変更して、変更した前記振幅指定データを前記交流信号生成装置に出力することを前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるまで行い、
前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小であるときの前記振幅指定データを前記基準データとする、および／または
（２）前記データ生成装置は前記第１の基準状態において、前記第１の基準状態信号の振幅と、前記第２の交流生成信号の振幅とを比較し、
比較した前記振幅の差を１倍より大きく拡大した前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値より大きいとき、または前記第２の振幅差が最小でないとき、前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるように、前記位相指定データを変更して、変更した前記位相指定データを前記交流信号生成装置に出力することを前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるまで行い、
前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小であるときの前記位相指定データを前記基準データとする、
ことを特徴とする請求項４または５記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
比較した前記振幅の差を１倍より大きく拡大した第２の振幅差が第２の振幅差所定値より大きいとき、または前記第２の振幅差が最小でないとき、前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるように、前記振幅指定データを変更して、変更した前記振幅指定データを前記交流信号生成装置に出力することを前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるまで行い、
前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小であるときの前記振幅指定データを前記基準データとする、および／または
（２）前記データ生成装置は前記第１の基準状態において、前記第１の基準状態信号の振幅と、前記第２の交流生成信号の振幅とを比較し、
比較した前記振幅の差を１倍より大きく拡大した前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値より大きいとき、または前記第２の振幅差が最小でないとき、前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるように、前記位相指定データを変更して、変更した前記位相指定データを前記交流信号生成装置に出力することを前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるまで行い、
前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小であるときの前記位相指定データを前記基準データとする、
ことを特徴とする請求項４または５記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
【請求項7】
前記第１の基準状態の後の第２の基準状態において、前記交流信号生成装置は、前記基準データに基づいて前記第１の基準状態信号に相当する前記第１の交流生成信号を生成して前記基準信号として出力し、
前記検出コイルは前記第２の基準状態において、前記出力信号である第２の基準状態信号を出力し、
前記第２の基準状態において、前記差分装置は、前記第２の基準状態信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記基準信号が入力されて、前記第２の基準状態信号の振幅と前記基準信号の振幅との基準差を求め、
前記基準差が基準差所定値を超えている場合、（１）前記出力信号処理装置はアラーム信号を出力する、および／または（２）前記データ生成装置は、前記第２の基準状態において前記検出コイルが出力する前記第２の基準状態信号の振幅の大きさを測定して、前記測定された前記第２の基準状態信号の振幅に基づいて前記基準データを更新して保持することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
前記検出コイルは前記第２の基準状態において、前記出力信号である第２の基準状態信号を出力し、
前記第２の基準状態において、前記差分装置は、前記第２の基準状態信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記基準信号が入力されて、前記第２の基準状態信号の振幅と前記基準信号の振幅との基準差を求め、
前記基準差が基準差所定値を超えている場合、（１）前記出力信号処理装置はアラーム信号を出力する、および／または（２）前記データ生成装置は、前記第２の基準状態において前記検出コイルが出力する前記第２の基準状態信号の振幅の大きさを測定して、前記測定された前記第２の基準状態信号の振幅に基づいて前記基準データを更新して保持することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
【請求項8】
前記出力信号処理装置は、前記膜厚振幅を増幅する増幅器を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
【請求項9】
前記増幅器は、前記導電体の膜厚に応じて、前記膜厚振幅を増幅する増幅率が変わることを特徴とする請求項８記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
【請求項10】
前記導電体の膜厚を測定するときに、前記導電体の膜厚が膜厚所定値より大きい場合、前記交流信号生成装置は、直流信号を生成して前記基準信号として出力し、
前記差分装置は、前記検出コイルが出力する前記膜厚信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記直流信号が入力されて、前記膜厚信号の振幅と前記直流信号の振幅との差を求めて、前記膜厚振幅とすることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
前記差分装置は、前記検出コイルが出力する前記膜厚信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記直流信号が入力されて、前記膜厚信号の振幅と前記直流信号の振幅との差を求めて、前記膜厚振幅とすることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理装置。
【請求項11】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理装置を有する、前記導電体を研磨する研磨装置であって、前記研磨装置は、
前記導電体の研磨が可能な研磨部と、
前記導電体の膜厚を測定するために、前記導電体に前記渦電流を形成するとともに、形成された前記渦電流を検出可能な前記渦電流センサと、
前記差分装置が出力する前記膜厚振幅から前記膜厚を求める膜厚算出部とを有することを特徴とする研磨装置。
前記導電体の研磨が可能な研磨部と、
前記導電体の膜厚を測定するために、前記導電体に前記渦電流を形成するとともに、形成された前記渦電流を検出可能な前記渦電流センサと、
前記差分装置が出力する前記膜厚振幅から前記膜厚を求める膜厚算出部とを有することを特徴とする研磨装置。
【請求項12】
導電体に渦電流を形成可能な励磁コイルと、前記導電体に形成可能な前記渦電流を検出する検出コイルとを有する渦電流センサが出力する前記検出コイルの出力信号を処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、
交流信号生成装置が、異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号を生成し、
保持装置が、前記複数の第１の交流生成信号のうち、基準状態において前記検出コイルが出力する第１の基準状態信号である前記出力信号に相当する前記第１の交流生成信号を特定する基準データを保持し、
前記交流信号生成装置は、前記導電体の膜厚を測定するときに、前記基準データに基づいて前記第１の基準状態信号に相当する前記第１の交流生成信号を生成して基準信号として出力し、
前記導電体の膜厚を測定するときに、差分装置が、前記検出コイルが出力する膜厚信号である前記出力信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記基準信号が入力されて、前記膜厚信号の振幅と前記基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求め、
データ生成装置が前記第１の基準状態において前記第１の基準状態信号の振幅を測定して、前記基準データを生成することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法。
交流信号生成装置が、異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号を生成し、
保持装置が、前記複数の第１の交流生成信号のうち、基準状態において前記検出コイルが出力する第１の基準状態信号である前記出力信号に相当する前記第１の交流生成信号を特定する基準データを保持し、
前記交流信号生成装置は、前記導電体の膜厚を測定するときに、前記基準データに基づいて前記第１の基準状態信号に相当する前記第１の交流生成信号を生成して基準信号として出力し、
前記導電体の膜厚を測定するときに、差分装置が、前記検出コイルが出力する膜厚信号である前記出力信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記基準信号が入力されて、前記膜厚信号の振幅と前記基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求め、
データ生成装置が前記第１の基準状態において前記第１の基準状態信号の振幅を測定して、前記基準データを生成することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、渦電流センサの出力信号処理装置および渦電流センサの出力信号処理方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
渦電流センサは膜厚測定、変位測定等に使用される。以下では、膜厚測定を例にして渦電流センサを説明する。膜厚測定用渦電流センサは、例えば半導体デバイスの製造工程（研磨工程）で用いられる。研磨工程において渦電流センサは、以下のように用いられる。半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。そこで、被研磨物である半導体ウェハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一手段として研磨装置により研磨（ポリッシング）することが行われている。
【0003】
研磨装置は、被研磨物を研磨するための研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、被研磨物を保持して研磨パッドに押圧するためのトップリングを備える。研磨テーブルとトップリングはそれぞれ、駆動部（例えばモータ）によって回転駆動される。研磨剤を含む液体（スラリー）を研磨パッド上に流し、そこにトップリングに保持された被研磨物を押し当てることにより、被研磨物は研磨される。
【0004】
研磨装置では、被研磨物の研磨が不十分であると、回路間の絶縁がとれず、ショートするおそれが生じ、また、過研磨となった場合は、配線の断面積が減ることによる抵抗値の上昇、又は配線自体が完全に除去され、回路自体が形成されないなどの問題が生じる。このため、研磨装置では、最適な研磨終点を検出することが求められる。
【0005】
このような技術としては、特開２００５－１２１６１６号に記載のものがある。この技術においては、２個のコイル、すなわち検出コイルとバランスコイルを用いた渦電流センサが研磨終点を検出するために用いられている。特開２００５－１２１６１６号の図１０に示すように、検出コイルとバランスコイルは直列回路を構成し、その両端は可変抵抗を含むブリッジ回路に接続されている。ブリッジ回路でバランスの調整を行うことで、膜厚がゼロのときに、ブリッジ回路の出力がゼロになるようにゼロ点の調整が可能である。ブリッジ回路の出力は、特開２００５－１２１６１６号の図１１に示すように、同期検波回路に入力される。同期検波回路は、入力された信号から、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。
【0006】
従来のブリッジ回路を使用した検出方法に関しては、ゼロ点調整時の抵抗値調整量はブリッジ回路を構成する抵抗値全体の大きさに比べて非常に小さい。その結果、抵抗値全体の温度変化量は、ゼロ点調整時の抵抗値調整量と比べると、無視できない量である。温度変化による抵抗値の変化や、抵抗が有する浮遊容量の変化、経時変化等のために、抵抗の周囲環境の変化に対してブリッジ回路の特性が敏感に影響を受ける。この結果、上述のゼロ点がシフトしやすく、膜厚の測定精度が低下するという問題があった。
【0007】
すなわち、従来は可変抵抗でブリッジ回路のバランスを調整して導電性膜が存在しない時にブリッジ回路の出力がゼロとなるようにブリッジ回路の出力を調整していた。しかし、次のような要因でブリッジ回路のパラメータが経時変化してバランスがくずれてしまい、ブリッジ回路の出力がゼロにならないという課題がある。（ｉ）検出コイルとバランスコイルは、周囲温度の影響で値が変動する。（ｉｉ）可変抵抗においても、機械的な可変
機構をもつ場合、抵抗値がシフトする。
機構をもつ場合、抵抗値がシフトする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２００５－１２１６１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の一形態は、このような問題点を解消すべくなされたもので、その目的は、周囲環境の変化等に対して従来よりも影響を受けにくい渦電流センサの出力信号処理装置および渦電流センサの出力信号処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、第１の形態では、導電体に渦電流を形成可能な励磁コイルと、前記導電体に形成可能な前記渦電流を検出する検出コイルとを有する渦電流センサが出力する前記検出コイルの出力信号を処理する渦電流センサの出力信号処理装置において、前記出力信号処理装置は、異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号を生成可能な交流信号生成装置と、前記複数の第１の交流生成信号のうち、第１の基準状態において前記検出コイルが出力する第１の基準状態信号である前記出力信号に相当する前記第１の交流生成信号を特定する基準データを保持する保持装置とを有し、前記導電体の膜厚を測定するときに、前記交流信号生成装置は、前記基準データに基づいて前記第１の交流生成信号を生成して基準信号として出力し、前記出力信号処理装置は、さらに、前記導電体の膜厚を測定するときに、前記検出コイルが出力する膜厚信号である前記出力信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記基準信号が入力されて、前記膜厚信号の振幅と前記基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求めて出力する差分装置と、前記第１の基準状態において前記第１の基準状態信号の振幅を測定して、前記基準データを生成するデータ生成装置とを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理装置という構成を採っている。
【0011】
本実施形態では、バランスコイルを使用していない。これによりブリッジ回路のバランスが崩れてしまう要因を減らすことができる、もしくはそのような要因を排除することができるので、課題を解決できる。すなわち周囲環境の変化等に対して従来よりも影響を受けにくい渦電流センサの出力信号処理装置を提供できる。
【0012】
第２の形態では、前記データ生成装置は、前記第１の基準状態において前記第１の基準状態信号の振幅の大きさを測定して、前記振幅の大きさに関する振幅データを保持し、前記データ生成装置は、前記第１の交流生成信号を指定するための振幅指定データを前記交流信号生成装置に出力し、前記交流信号生成装置は、前記振幅指定データに基づいて前記第１の交流生成信号を生成して出力し、前記データ生成装置は、前記交流信号生成装置が出力する前記第１の交流生成信号の振幅の大きさを測定して、前記振幅データと比較し、比較結果に基づいて前記基準データを生成することを特徴とする請求項１記載の渦電流センサの出力信号処理装置という構成を採っている。
【0013】
第３の形態では、前記データ生成装置は、前記振幅データと比較したときに、前記振幅データとの第１の振幅差が第１の振幅差所定値より大きいとき、または前記第１の振幅差が最小でないとき、前記データ生成装置は、前記第１の振幅差が前記第１の振幅差所定値以下又は最小になるように、前記振幅指定データを変更して、変更した前記振幅指定データを前記交流信号生成装置に出力することを前記第１の振幅差が前記第１の振幅差所定値以下又は最小になるまで行い、前記データ生成装置は、前記第１の振幅差が前記第１の振幅差所定値以下又は最小であるときの前記振幅指定データを前記基準データとすることを特徴とする第２の形態記載の渦電流センサの出力信号処理装置という構成を採っている。
【0014】
第４の形態では、前記データ生成装置は、前記第１の基準状態において前記第１の基準状態信号の位相を測定して、前記位相に関する位相データを保持し、前記交流信号生成装置は、異なる位相を有する複数の第２の交流生成信号を生成可能であり、前記データ生成装置は、前記第２の交流生成信号を指定するための位相指定データを前記交流信号生成装置に出力し、前記交流信号生成装置は、前記位相指定データに基づいて前記第２の交流生成信号を生成して出力し、前記データ生成装置は、前記交流信号生成装置が出力する前記第２の交流生成信号の位相を測定して、前記位相データと比較し、比較結果に基づいて前記基準データを生成することを特徴とする第２または第３の形態記載の渦電流センサの出力信号処理装置。という構成を採っている。
【0015】
第５の形態では、前記データ生成装置は、前記位相データと比較したときに、前記位相データとの位相差が位相差所定値より大きいとき、または前記位相差が最小でないとき、前記データ生成装置は、前記位相差が前記位相差所定値以下又は最小になるように、前記位相指定データを変更して、変更した前記位相指定データを前記交流信号生成装置に出力することを前記位相差が前記位相差所定値以下又は最小になるまで行い、前記データ生成装置は、前記位相差が前記位相差所定値以下又は最小であるときの前記位相指定データを前記基準データに含むことを特徴とする第４の形態記載の渦電流センサの出力信号処理装置という構成を採っている。
【0016】
第６の形態では、（１）前記データ生成装置は前記第１の基準状態において、前記第１の基準状態信号の振幅の大きさと、前記第１の交流生成信号の振幅の大きさとを比較し、比較した前記振幅の差を１倍より大きく拡大した第２の振幅差が第２の振幅差所定値より大きいとき、または前記第２の振幅差が最小でないとき、前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるように、前記振幅指定データを変更して、変更した前記振幅指定データを前記交流信号生成装置に出力することを前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるまで行い、前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小であるときの前記振幅指定データを前記基準データとする、および／または（２）前記データ生成装置は前記第１の基準状態において、前記第１の基準状態信号の振幅と、前記第２の交流生成信号の振幅とを比較し、比較した前記振幅の差を１倍より大きく拡大した前記第２の振幅差が第２の振幅差所定値より大きいとき、または前記第２の振幅差が最小でないとき、前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるように、前記位相指定データを変更して、変更した前記位相指定データを前記交流信号生成装置に出力することを前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小になるまで行い、前記データ生成装置は、前記第２の振幅差が前記第２の振幅差所定値以下又は最小であるときの前記位相指定データを前記基準データとする、ことを特徴とする第４又は第５の形態記載の渦電流センサの出力信号処理装置という構成を採っている。
【0017】
第７の形態では、前記第１の基準状態の後の第２の基準状態において、前記交流信号生成装置は、前記基準データに基づいて前記第１の基準状態信号に相当する前記第１の交流生成信号を生成して前記基準信号として出力し、前記検出コイルは前記第２の基準状態において、前記出力信号である第２の基準状態信号を出力し、前記第２の基準状態において、前記差分装置は、前記第２の基準状態信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記基準信号が入力されて、前記第２の基準状態信号の振幅と前記基準信号の振幅との基準差を求め、前記基準差が基準差所定値を超えている場合、（１）前記出力信号処理装置はアラーム信号を出力する、および／または（２）前記データ生成装置は、前記第２の基準状態において前記検出コイルが出力する前記第２の基準状態信号の振幅の大きさを測定して、前記測定された前記第２の基準状態信号の振幅に基づいて前記基準データを更新して保持することを特徴とする第１の形態ないし第６の形態のいずれか１項に記載の渦電流センサ
の出力信号処理装置という構成を採っている。
の出力信号処理装置という構成を採っている。
【0018】
第８の形態では、前記出力信号処理装置は、前記膜厚振幅を増幅する増幅器を有することを特徴とする第１の形態ないし第７の形態のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理装置という構成を採っている。
【0019】
第９の形態では、前記増幅器は、前記導電体の膜厚に応じて、前記膜厚振幅を増幅する増幅率が変わることを特徴とする第８の形態記載の渦電流センサの出力信号処理装置という構成を採っている。
【0020】
第１０の形態では、前記導電体の膜厚を測定するときに、前記導電体の膜厚が膜厚所定値より大きい場合、前記交流信号生成装置は、直流信号を生成して前記基準信号として出力し、前記差分装置は、前記検出コイルが出力する前記膜厚信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記直流信号が入力されて、前記膜厚信号の振幅と前記直流信号の振幅との差を求めて、前記膜厚振幅とすることを特徴とする第１の形態ないし第９の形態のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理装置という構成を採っている。
【0021】
第１１の形態では、第１の形態ないし第１０の形態のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理装置を有する、前記導電体を研磨する研磨装置であって、前記研磨装置は、前記導電体の研磨が可能な研磨部と、前記導電体の膜厚を測定するために、前記導電体に前記渦電流を形成するとともに、形成された前記渦電流を検出可能な前記渦電流センサと、前記差分装置が出力する前記膜厚振幅から前記膜厚を求める膜厚算出部とを有することを特徴とする研磨装置という構成を採っている。
【0022】
第１２の形態では、導電体に渦電流を形成可能な励磁コイルと、前記導電体に形成可能な前記渦電流を検出する検出コイルとを有する渦電流センサが出力する前記検出コイルの出力信号を処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、交流信号生成装置が、異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号を生成し、保持装置が、前記複数の第１の交流生成信号のうち、基準状態において前記検出コイルが出力する第１の基準状態信号である前記出力信号に相当する前記第１の交流生成信号を特定する基準データを保持し、前記交流信号生成装置は、前記導電体の膜厚を測定するときに、前記基準データに基づいて前記第１の基準状態信号に相当する前記第１の交流生成信号を生成して基準信号として出力し、前記導電体の膜厚を測定するときに、差分装置が、前記検出コイルが出力する膜厚信号である前記出力信号と、前記交流信号生成装置が出力する前記基準信号が入力されて、前記膜厚信号の振幅と前記基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求め、データ生成装置が前記第１の基準状態において前記第１の基準状態信号の振幅を測定して、前記基準データを生成することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法という構成を採っている。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。
【0025】
図１は、本発明の一実施形態に係る渦電流センサの出力信号処理装置が適用され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ェ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（保持部）１とを備えている。
【0026】
研磨テーブル１００は、テーブル軸１７０を介してその下方に配置される駆動部であるモータ（図示せず）に連結されており、そのテーブル軸１７０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が半導体ウェハＷＨ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。
【0027】
トップリング１は、半導体ウェハＷＨを研磨面１０１ａに対して押圧するトップリング本体１４２と、半導体ウェハＷＨの外周縁を保持して半導体ウェハＷＨ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１４３とから基本的に構成されている。
【0028】
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。
ている。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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ェハＷＨ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はトップリングヘッドシャフト１１７を中心として旋回可能に構成されており、下面に半導体ウェハＷＨ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ェハＷＨ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ェハＷＨ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Ｑを供給する。このように、半導体ウェハＷＨを研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに摺接させて半導体ウェハＷＨの表面を研磨する。
【0033】
図２は、研磨テーブル１００と渦電流センサ５０と半導体ウェハＷＨ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ェハＷＨの中心Ｃｗを通過する位置に設置されている。研磨テーブル１００は回転中心１７０の周りを回転する。例えば、渦電流センサ５０は、半導体ウェハＷＨ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ェハＷＨ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。
【0034】
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、添付図面を用いて説明する。図３は、渦電流センサ５０を含む渦電流センサ組立体の構成を示す図であり、図３（ａ）は渦電流センサ組立体の構成を示すブロック図であり、図３（ｂ）は渦電流センサ組立体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の近傍に配置され、そのコイルに交流信号源２６０が接続されている。ここで、検出対象の導電体ｍｆは、例えば半導体ウェハＷＨ上に形成され
たＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗなどの薄膜である。渦電流センサ５０は、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。コイルはフェライト等の磁性体（図示せず）に通常、巻かれている。渦電流センサ５０は空芯コイルでもよい。
たＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗなどの薄膜である。渦電流センサ５０は、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。コイルはフェライト等の磁性体（図示せず）に通常、巻かれている。渦電流センサ５０は空芯コイルでもよい。
【0035】
渦電流センサの信号検出には、導電体ｍｆに渦電流が生じることにより、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呼ばれるものがある。即ち、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Ｉ２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）２６０から見たインピーダンスＺが変化すると、出力信号処理回路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。
【0036】
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（＝Ｘ＋ｉＹ）、を取り出すことが可能である。インピーダンス成分Ｘ、Ｙ等から、金属膜（または導電性膜）Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗの膜厚に関する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ェハに対して研磨パッドを介して対面するように位置し、半導体ウェハ上の金属膜（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。
【0037】
渦電流センサの周波数は、単一電波、ＡＭ変調電波、関数発生器の掃引出力等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。
【0038】
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２６０は、例えば２～３０ＭＨｚ程度の固定周波数の発振器を有する。発振器は、例えば水晶発振器である。そして、交流信号源２６０により供給される交流電圧により、渦電流センサ５０に電流Ｉ１が流れる。金属膜（または導電性膜）ｍｆの近傍に配置された渦電流センサ５０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Ｉ２が流れる。ここでＲ１は渦電流センサを含む一次側の等価抵抗であり、Ｌ１は同様に渦電流センサ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、Ｌ２はその自己インダクタンスである。交流信号源２６０の端子ａ、ｂから渦電流センサ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。
【0039】
次に、本実施形態の渦電流センサ５０におけるコイルの構成例について説明する。図４は、渦電流センサ５０におけるコイルの構成例を示す概略図である。渦電流センサ５０は、半導体ウェハＷＨ上の金属膜（または導電性膜）に渦電流を形成するための励磁コイル７２と、生成された渦電流を検出するための検出コイル７３とを有する。渦電流センサ５０は、フェライトコア７１に巻回された２層のコイル、励磁コイル７２、検出コイル７３により構成されている。なお、フェライトコア７１の構造としては、図４に示す構造に限られず、任意の構造を採用することができる。本図では、円筒状のフェライトコアに、励磁コイル７２と検出コイル７３が軸方向に配置される。
【0040】
励磁コイル７２は、交流信号源２６０に接続される。励磁コイル７２は、交流信号源２６０より供給される電圧の形成する磁界により、渦電流センサ５０の近傍に配置される半導体ウェハＷＨ上の金属膜（または導電性膜）ｍｆに渦電流を形成する。フェライトコアの上側（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。なお本発明では、渦電流センサ５０は、バランスコイルを有しない。
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。なお本発明では、渦電流センサ５０は、バランスコイルを有しない。
【0041】
図５は、本発明の一実施形態に係る渦電流センサの出力信号処理回路５４（出力信号処理装置）を示すブロック図である。出力信号処理回路５４は、導電体ｍｆに渦電流を形成可能な励磁コイル７２と、導電体に形成可能な渦電流を検出する検出コイル７３とを有する渦電流センサ５０が出力する検出コイル７３の出力信号１７６を処理する。出力信号処理回路５４は、異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号８０を生成可能な交流信号生成装置８２と、複数の第１の交流生成信号８０のうち、第１の基準状態において検出コイル７３が出力する第１の基準状態信号である出力信号１７６に相当する第１の交流生成信号８０を特定する基準データ８４を保持する保持装置６６とを有する。
【0042】
本実施形態では交流信号生成装置８２は、例えばＤＤＳ方式のファンクションジェネレータを用いることができる。ファンクションジェネレータは、任意の周波数・波形を出力できる。本実施形態では交流信号生成装置８２は正弦波信号を出力する。出力波形の生成に用いるＤＤＳ（ダイレクトデジタルシンセサイザ（Direct Digital Synthesizer））方式とは、固定周波数クロック基準に基づいて、周波数や位相を調整した信号を生成する手法である。ＤＤＳ方式では、あらかじめ固定のクロックを持つ波長データがメモリに保存されている。メモリからユーザーが設定した周波数、振幅、位相に応じて、データを修正して取り出す。例えば位相に関しては、ファンクションジェネレータは位相の増分を決定しながら波形データを取り出す。交流信号生成装置８２が生成した波形は、デジタルアナログ変換回路３０で、アナログ波形に変換されて出力される。ユーザーが設定した周波数、振幅、位相を有する信号を生成することができるものであれば、ＤＤＳ方式のファンクションジェネレータ以外の信号発生器を用いることができる。市販の信号発生器を用いる場合、保持装置６６が保持する基準データ８４を市販の信号発生器に適合するように交流信号生成装置８２内で変換した後に、市販の信号発生器に入力すればよい。
【0043】
導電体の膜厚を測定するときに、出力信号処理回路５４は、基準データ８４に基づいて第１の交流生成信号８０を生成して基準信号として出力する。出力信号処理回路５４は、さらに、導電体の膜厚を測定するときに、検出コイル７３が出力する膜厚信号である出力信号１７６と、交流信号生成装置８２が出力する基準信号が入力されて、膜厚信号の振幅と基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求めて、膜厚振幅を増幅後、出力する増幅回路２６８（差分装置）と、第１の基準状態において第１の基準状態信号の振幅を測定して、基準データ８４を生成するデータ生成装置８８とを有する。出力信号処理回路５４は、図５において検出コイル７３の出力信号１７６を入力されるスイッチＳＷ以降の回路である。
【0044】
出力信号１７６は増幅回路２６８の＋端子に入力され、基準信号である信号１０８は増幅回路２６８の－端子に入力される。－端子に入力された信号１０８は、増幅回路２６８内で符号が反転されて、＋端子に入力された出力信号１７６と加算される。すなわち増幅回路２６８は、＋端子に入力された出力信号１７６と、－端子に入力された信号１０８の差を求める。
【0045】
出力信号処理回路５４は保持装置６６を有する。保持装置６６は、検出コイル７３が基準状態において出力する出力信号１７６に相当する第１の交流生成信号８０を特定する基準データ８４を保持し、膜厚を測定するときに基準データ８４を出力する。基準データ８４の生成方法については後述する。ここで「基準状態において出力する出力信号１７６に相当する」とは、出力信号１７６と第１の交流生成信号８０が少なくとも実質的に同一の振幅を有することを言う。出力信号１７６と第１の交流生成信号８０は通常、同一の周波数を有すると考えられるので、周波数が実質的に一致することは要求されない。但し、周
波数が異なり、そのため測定誤差が生じることが明らかな場合は、「基準状態において出力する出力信号１７６に相当する」とは、周波数が実質的に一致することを含む。出力信号１７６と第１の交流生成信号８０の位相のずれ少ない場合は、位相が実質的に一致することは要求されない。但し、位相が異なり、そのため測定誤差が許容範囲内にない場合は、「基準状態において出力する出力信号１７６に相当する」とは、位相が実質的に一致することを含む。ここで「少なくとも実質的に同一の振幅を有する」、および「位相または周波数が実質的に一致する」とは、振幅、位相、周波数の差が、振幅、位相、周波数ごとに設定される誤差の所定値内にある場合を含む。
波数が異なり、そのため測定誤差が生じることが明らかな場合は、「基準状態において出力する出力信号１７６に相当する」とは、周波数が実質的に一致することを含む。出力信号１７６と第１の交流生成信号８０の位相のずれ少ない場合は、位相が実質的に一致することは要求されない。但し、位相が異なり、そのため測定誤差が許容範囲内にない場合は、「基準状態において出力する出力信号１７６に相当する」とは、位相が実質的に一致することを含む。ここで「少なくとも実質的に同一の振幅を有する」、および「位相または周波数が実質的に一致する」とは、振幅、位相、周波数の差が、振幅、位相、周波数ごとに設定される誤差の所定値内にある場合を含む。
【0046】
出力信号処理回路５４は交流信号生成装置８２を有する。交流信号生成装置８２は、検出コイル７３が基準状態において出力する出力信号１７６に相当する第１および第２の交流生成信号８０（基準信号）を、保持装置６６が出力する基準データ８４により特定されて生成して出力する。検出コイル７３が基準状態において出力する出力信号１７６に相当する第１の交流生成信号８０は、基準状態における検出コイル７３の出力を相殺可能な基準信号であると言ってもよい。出力信号処理回路５４は膜厚測定時に、検出コイル７３の出力を処理して、膜厚に依存する信号を生成する機能も有する。
【0047】
なお、第１の交流生成信号８０と第２の交流生成信号８０の違いは以下の通りである。第１の交流生成信号８０は、振幅調整時に交流信号生成装置８２により生成される位相が同じで振幅が異なる交流生成信号８０であり、第２の交流生成信号８０は、位相調整時に交流信号生成装置８２により生成される振幅が同じで位相が異なる交流生成信号８０である。交流生成信号８０という用語は、振幅や位相を調整する時以外（すなわち第１の交流生成信号８０と第２の交流生成信号８０を区別する必要が無いとき）に交流信号生成装置８２が出力する信号を指す。
【0048】
ここで基準状態とは例えば、導電体が検出コイル７３の近傍にない状態である。導電体が検出コイル７３の近傍にない状態とは、例えば以下の状態である。（ｉ）研磨テーブル１００上にトップリング１があるが、半導体ウェハＷＨの下には、検出コイル７３が存在しない、（ｉｉ）研磨テーブル１００上に、半導体ウェハＷＨを保持するトップリング１が無い、（ｉｉｉ）研磨テーブル１００上に、トップリング１があるが、トップリング１が半導体ウェハＷＨを保持していない、（ｉｉｉ）研磨テーブル１００上に、トップリング１があるが、導電膜が形成されていない（すなわち、膜厚ゼロの）校正用のウェハをトップリング１が保持している状態である。
【0049】
さらに基準状態は、導電体が検出コイル７３の近傍にある状態でもよい。例えば、研磨テーブル１００上にトップリング１があり、校正用の所定の既知の厚みを有する導電膜が形成されているウェハをトップリング１が保持している状態である。
【0050】
基準データ８４は例えば、基準状態における渦電流センサ５０の出力信号１７６の振幅である。基準データ８４は振幅そのものでなくてもよい。例えば、振幅に比例する量でもよい。振幅に比例する量であれば、交流信号生成装置８２は基準データ８４から振幅を求めることができ、出力信号１７６に相当する第１の交流生成信号を特定できるからである。さらには、振幅との関係がわかる量であれば、振幅に比例する量でなくても、交流信号生成装置８２は基準データ８４から振幅を求めることができ、出力信号１７６に相当する第１の交流生成信号を特定できるからである。例えば、振幅と基準データ８４との関係がテーブル形式で交流信号生成装置８２に与えられていてもよい。また基準データ８４は、第１の交流生成信号を特定するためのものであるから、第１の交流生成信号と基準データ８４との関係が交流信号生成装置８２にテーブル形式等で与えられていてもよい。さらに、基準データ８４は、第１の交流生成信号の位相、周波数、波形、タイミング等に関する情報を含んでいてもよい。
【0051】
図５により、膜厚測定時の出力信号処理回路５４の構成と動作について説明する。図５は、渦電流センサの出力信号処理回路５４を示すブロック図である。本図は、交流信号源２６０側から渦電流センサ５０側を見たインピーダンスＺの計測回路例を示している。本図に示すインピーダンスＺの計測回路（すなわち出力信号処理回路５４）においては、膜厚の変化に伴う抵抗成分（Ｘ）、リアクタンス成分（Ｙ）、振幅出力（Ｚ）および位相出力（ｔａｎ－１Ｙ／Ｘ）を取り出すことができる。
【0052】
上述したように、検出対象の金属膜（または導電体ｍｆ）が成膜された半導体ウェハＷＨ近傍に配置された渦電流センサ５０に、信号源２６０は交流信号を供給する。信号源２６０は、水晶発振器からなる固定周波数の発振器である。信号源２６０は、例えば、２ＭＨｚ、８ＭＨｚ、１６ＭＨｚの固定周波数の電圧を供給する。渦電流センサ５０で検出された出力信号１７６は、増幅回路２６８とアナログデジタル変換回路２８２（ＡＤＣ）を経て、ｃｏｓ同期検波回路（図示しない）およびｓｉｎ同期検波回路（図示しない）からなる直交信号検出回路８６により検出信号のｃｏｓ成分４０とｓｉｎ成分４２とが取り出される。ここで、信号源２６０の出力２６２から、直交信号検出回路８６内において位相シフト回路（図示しない）により信号源２６０の同相成分（０゜）（図示しない）と直交成分（９０゜）（図示しない）の２つの信号が形成され、それぞれｃｏｓ同期検波回路とｓｉｎ同期検波回路とに導入され、上述の同期検波が行われる。
【0053】
同期検波された信号は、ｃｏｓ同期検波出力である抵抗成分（Ｘ出力４０）と、ｓｉｎ同期検波出力であるリアクタンス成分（Ｙ出力４２）である。また、ベクトル演算回路８９により、抵抗成分（Ｘ出力４０）とリアクタンス成分（Ｙ出力４２）とから振幅出力（Ｚ出力）である（Ｘ２＋Ｙ２）１／２が得られる。また、θ処理回路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（θ出力）である（ｔａｎ－１Ｘ／Ｙ）が得られる。
【0054】
図５に示す本発明の一実施形態では、従来技術と比較すると、従来は可変抵抗でブリッジ回路のバランスを調整して導電性膜が存在しない時にブリッジ回路の出力がゼロとなるようにブリッジ回路の出力を調整していた。しかし、次のような要因でブリッジ回路のパラメータが経時変化してバランスがくずれてしまい、ブリッジ回路の出力がゼロにならないという課題がある。（ｉ）検出コイルとバランスコイルは、周囲温度の影響で値が変動する。（ｉｉ）可変抵抗においても、機械的な可変機構をもつ場合、抵抗値がシフトする。本図の渦電流センサ５０はバランスコイルとブリッジ回路を使用していない。これによりブリッジ回路のバランスが崩れてしまう要因を減らすことができる、もしくはそのような要因を排除することができるので、課題を解決できる。
【0055】
アナログデジタル変換回路２８２以後の処理回路はデジタル信号処理部９４である。デジタル信号処理部９４は、デジタル信号処理回路、例えば、PGA（Programmable Gate Array）またはFPGA（Field Programmable Gate Array）により構成することができる。デジタル信号処理部９４は、またＣＰＵ、メモリ、記録媒体と、デジタル信号処理部９４の各部に所定の動作させるために記録媒体に格納されたソフトウェアにより構成することができる。なお、保持装置６６が有する基準データ８４は、別の研磨装置の出力信号処理回路５４で得られたデータでもよい。これが可能である場合としては、例えば検出コイル７３の出力のばらつきが小さい、または、検出コイル７３の出力に対する精度要求が厳しくない場合等である。
【0056】
次に、膜厚測定時の増幅回路２６８（差分装置）等の詳細な動作について説明する。図６は、膜厚測定時の増幅回路２６８等の詳細な動作を説明するためのブロック図である。検出コイル７３の出力信号１７６は出力信号処理回路５４に入力されると、最初に前段増
幅器９６で増幅される。前段増幅器９６は設けなくてもよい。増幅回路２６８には、検出コイル７３が出力する膜厚信号である出力信号１７６と、交流信号生成装置８２が出力する基準信号である第１の交流生成信号８０が入力される。増幅回路２６８は、膜厚信号の振幅と基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求めて出力する。第１の交流生成信号８０は交流信号生成装置８２で生成され、デジタルアナログ変換回路３０でアナログ信号に変換されている。出力信号１７６は、スイッチＳＷを介して増幅回路２６８に入力される。スイッチＳＷの機能については、後述する。
幅器９６で増幅される。前段増幅器９６は設けなくてもよい。増幅回路２６８には、検出コイル７３が出力する膜厚信号である出力信号１７６と、交流信号生成装置８２が出力する基準信号である第１の交流生成信号８０が入力される。増幅回路２６８は、膜厚信号の振幅と基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求めて出力する。第１の交流生成信号８０は交流信号生成装置８２で生成され、デジタルアナログ変換回路３０でアナログ信号に変換されている。出力信号１７６は、スイッチＳＷを介して増幅回路２６８に入力される。スイッチＳＷの機能については、後述する。
【0057】
増幅回路２６８は、膜厚振幅をＮ倍して、信号９８としてアナログデジタル変換回路２８２に出力する。Ｎは１より大きく、２以上であることが好ましい。増幅回路２６８の増幅率は、図１に示す終点検出コントローラ２４６が出力する信号１４８により決定される。信号１４８は増幅率を示す。終点検出コントローラ２４６については後述する。増幅率は基準状態と膜厚測定時で異なる。膜厚測定時の増幅率については後述する。
【0058】
増幅回路２６８で膜厚振幅を増幅する理由は以下の通りである。膜厚の変化に伴う渦電流の変化は薄膜の場合、微小である。従って膜厚の正確な測定のためには渦電流を高感度に検出することが必要である。渦電流を高感度に検出するためには、薄電流が生成する磁場の微小な変化を検出コイル７３で検出する必要が有る。ブリッジ回路を使用しないで、すなわちダミーコイルを使用しないで、一つの検出コイル７３のみで磁場を検出した場合、膜厚の変化に伴う渦電流の変化、すなわち出力信号１７６の微小な変化を増幅できないという問題があった。
【0059】
微小な変化を増幅できない理由は以下の通りである。膜厚測定のためには、検出コイルの出力信号１７６から出力信号１７６の変化分を高精度で検出することが必要である。出力信号１７６の変化分が研磨量を示すからである。高精度で検出する（すなわち感度を上げる）ためには、検出回路の入力信号を増幅するか、検出回路のノイズを下げる必要が有る。検出回路に高性能なADC(例えば14bit、200MspsのADC)を用いた場合、検出回路のノイズを下げることができる。しかし振幅を大きくすることができない。なぜならば、出力信号１７６の変化分を高精度で検出したいが、出力信号１７６の振幅が大きく、出力信号１７６全体を増幅すると、信号処理回路が処理できるダイナミックレンジの制限のため、増幅後の出力信号１７６における変化分の振幅が十分な信号レベルにならなかった。
【0060】
そこで、既述のように、検出回路への入力信号である出力信号１７６の変化分のみを増幅する。すなわち、半導体ウェハＷＨの外部等に検出コイル７３が位置する基準状態における検出コイル７３の出力信号１７６を、交流信号生成装置８２で生成した第１の交流生成信号８０を用いて相殺する。相殺することにより、膜厚測定時に半導体ウェハＷＨの内部で渦電流が発生している時の受信信号（出力信号１７６）の変化分のみを十分な倍率で増幅可能とし、検出感度を改善する。
【0061】
図７Ａにおいて信号１０４は、半導体ウェハＷＨが渦電流センサ５０の近傍に存在しない基準時における検出コイル７３の出力信号１７６である。このとき出力信号１７６の振幅は大きい。図７Ａにおいて信号１０６は、半導体ウェハＷＨが渦電流センサ５０の近傍に存在する膜厚測定時における検出コイル７３の出力信号１７６である。このとき出力信号１７６の振幅は、基準時から変化している。図７Ａの横軸は時間(単位は秒：s)、縦軸は電圧(単位はボルト：Ｖ)である。信号１０４と信号１０６は、異なる時間に生じるものであるが、振幅にわずかな違いしかないことが明瞭にわかるように、時間軸を一致させて示す。信号１０４と信号１０６は、本実施形態では正弦波である。
【0062】
図７Ｂの信号１０８は、交流信号生成装置８２が生成し、デジタルアナログ変換回路３０経由で出力されるキャンセル用の交流生成信号８０を示す。図６の増幅回路２６８によ
り信号１０６と信号１０８の差を増幅するため、デジタル信号処理部９４に入力される信号９８は、わずかな変化分のみが大きく増幅された信号である。図７Ｂの横軸は時間(単位は秒：s)、縦軸は電圧(単位はボルト：Ｖ)である。信号１０８は、信号１０４と信号１０６に合わせて本実施形態では正弦波である。信号１０４と信号１０６が正弦波でない場合は、信号１０４と信号１０６の波形に合わせて信号１０８を正弦波以外の波形とすることができる。なお信号１０４と信号１０６が正弦波でない場合でも、信号１０４と信号１０６が正弦波に近い場合は、信号１０８を正弦波とすることができる。
り信号１０６と信号１０８の差を増幅するため、デジタル信号処理部９４に入力される信号９８は、わずかな変化分のみが大きく増幅された信号である。図７Ｂの横軸は時間(単位は秒：s)、縦軸は電圧(単位はボルト：Ｖ)である。信号１０８は、信号１０４と信号１０６に合わせて本実施形態では正弦波である。信号１０４と信号１０６が正弦波でない場合は、信号１０４と信号１０６の波形に合わせて信号１０８を正弦波以外の波形とすることができる。なお信号１０４と信号１０６が正弦波でない場合でも、信号１０４と信号１０６が正弦波に近い場合は、信号１０８を正弦波とすることができる。
【0063】
図７Ｃは、増幅回路２６８が出力する信号９８を示す。信号１４６は、半導体ウェハＷＨが渦電流センサ５０の近傍に存在しない基準時における増幅回路２６８の出力信号９８である。このとき出力信号９８の振幅が最も小さい。図７Ｃにおいて信号１４４は、半導体ウェハＷＨが渦電流センサ５０の近傍に存在する膜厚測定時における増幅回路２６８の出力信号９８である。このとき出力信号９８の振幅は、基準時よりもかなり大きい。図７Ｃの横軸は時間(単位は秒：s)、縦軸は電圧(単位はボルト：Ｖ)である。信号１４４と信号１４６は、異なる時間に生じるものであるが、図７Ａと比較して、振幅の差が大きく変化していることが明瞭にわかるように、時間軸を一致させて示す。信号１４４と信号１４６は、本実施形態では正弦波である。
【0064】
次に、基準状態におけるスイッチＳＷ、増幅回路２６８（差分装置）、データ生成装置８８等の詳細な動作について図５，図８により説明する。基準状態では、基準信号を生成するために必要なデータを取得するキャリブレーションが行われる。基準状態では、最初に出力信号１７６の振幅と位相が測定される。次に、測定された出力信号１７６の振幅および位相と一致する振幅および位相を有する基準信号を交流信号生成装置８２が生成するように、交流信号生成装置８２を調整する作業が行われる。
【0065】
図８は基準状態における振幅と位相の測定時のスイッチＳＷと増幅回路２６８等の詳細な動作を説明するためのブロック図である。基準状態には、第１の基準状態と第２の基準状態がある。データ生成装置８８は、第１の基準状態において第１の基準状態信号の振幅を測定して、基準データ８４を生成する。
【0066】
ここで第１の基準状態と第２の基準状態の違いについて説明する。第１の基準状態と第２の基準状態は、いずれも既述の基準状態である。時間的に先行する基準状態を第１の基準状態と呼び、第１の基準状態より時間的に後にある基準状態を第２の基準状態と呼ぶ。第１の基準状態で最初に生成された基準データ８４が、時間の経過により最新の基準状態での出力信号１７６からずれた場合に、基準データ８４を更新する必要があると判断されたとき、新たな基準データ８４を生成する当該最新の基準状態を第２の基準状態と呼ぶ。なお、第１の基準状態は、基準データ８４が存在しない時（例えば、研磨装置が工場から出荷された直後）、または生成された基準データ８４が喪失または無効になった時における基準状態も含む。第１の基準状態と第２の基準状態の時間差は、研磨テーブル１００が１回転する程度の短時間、もしくは１時間もしくは１週間等の長時間の場合もある。
【0067】
データ生成装置８８は、第１の基準状態において出力信号１７６（第１の基準状態信号）の振幅の大きさを測定して、振幅の大きさに関する振幅データ１５０（図５参照）を保持する。振幅の大きさは以下のようにして測定される。終点検出コントローラ２４６は増幅回路２６８に、増幅率を示す信号１４８を出力する。第１の基準状態における増幅率は、図８Ａの増幅回路２６８に図示するように「１」である。データ生成装置８８は交流信号生成装置８２に、０ボルト（０Ｖ）の信号を出力するように振幅指定データ１５２を出力する。この結果、増幅回路２６８に入力された出力信号１７６が変化せずに、増幅回路２６８から出力される。
【0068】
すなわち検出コイル７３の出力信号１７６が増幅されずに出力信号処理回路５４に入力される。このときの出力信号１７６と信号１０８と信号９８を、それぞれ図９Ａ，９Ｂ，９Ｃに示す。図９Ａ，９Ｂ，９Ｃの横軸は時間(単位は秒：s)、縦軸は電圧(単位はボルト：Ｖ)である。信号１７６と信号９８は、本実施形態では正弦波である。アナログデジタル変換回路２８２の出力１５８（図５参照）であるデジタル信号から、出力信号１７６の振幅の大きさを直接算出することができる。すなわち、出力１５８の最大値と最小値の差の半分が出力信号１７６の振幅である。本実施形態ではこのように出力信号１７６の振幅の大きさを直接算出する。振幅の大きさとしては他の方法で得ることもできる。例えば、出力信号１７６は出力信号処理回路５４の直交信号検出回路８６とベクトル演算回路８９によって処理されて、Ｚ出力を得る。Ｚ出力は、出力信号１７６の振幅の大きさに比例する量である。
【0069】
位相は、例えば次のようにして測定される。アナログデジタル変換回路２８２の出力１５８と、交流信号源２６０からの出力２６２の周波数は同じである。このとき、アナログデジタル変換回路２８２の出力１５８であるデジタル信号の最大値が生じる時刻と、交流信号源２６０からの出力２６２の最大値が生じる時刻の差から、データ生成装置８８は、出力２６２に対する出力信号１７６の位相が決定できる。
【0070】
位相の大きさとしては他の方法で得ることもできる。例えば、研磨装置全体が１つの基準クロックに従って動作している場合がある。この基準クロックに従って、デジタル信号の最大値が生じるクロック時刻と、交流信号源２６０からの出力２６２の最大値が生じるクロック時刻の差から、データ生成装置８８は、出力２６２に対する出力信号１７６の位相が決定できる。得られた時刻を位相データ１６０としてデータ生成装置８８は保持する。なお、アナログデジタル変換回路２８２の出力１５８と、交流信号源２６０からの出力２６２の位相差が生じない場合、もしくは位相差が問題にならない程度に小さい場合は、位相の大きさを測定する必要はない。
【0071】
データ生成装置８８が振幅データ１５０と位相データ１６０を保持した後に、スイッチＳＷは、図８Ｂに示すように、接点Ａから接点Ｂに切り替えられる。接点Ｂは接地であり、増幅回路２６８に例えば０ボルト（０Ｖ）が入力される。その後、データ生成装置は、第１の交流生成信号を指定するための振幅指定データ１５２を交流信号生成装置に出力する。図８Ｂでは、信号１０８の振幅と位相が調整される。
【0072】
第１の基準状態において信号１０８の振幅と位相を調整する理由は以下の通りである。交流信号生成装置８２に入力する振幅指定データ１５２および位相指定データ１６２と、交流信号生成装置８２の出力との関係が不明な場合がある。例えば第１の基準状態は最初に出力信号処理回路５４を動作させるときである。この場合、交流信号生成装置８２に入力する振幅指定データ１５２と交流信号生成装置８２の出力との関係が設計値とは異なり、若干不正確な場合がある。もしくは、交流信号生成装置８２もしくは交流信号生成装置８２以外の研磨装置の回路特性が、交流信号生成装置８２が設置されている環境の変化または時間の経過により変化している場合がある。このような状況が考えられるため、以下の手順で最適な振幅指定データ１５２と位相指定データ１６２を求める。そして最適な振幅指定データ１５２と位相指定データ１６２を基準データ８４として保持装置６６に保持する。
【0073】
振幅指定データ１５２の初期値としては、試験時に得られた基準データ、もしく想定される最大値、もしくは最小値等を用いる。データ生成装置８８は初期値としての振幅指定データ１５２を交流信号生成装置８２に出力する。交流信号生成装置８２は、振幅指定データ１５２に基づいて第１の交流生成信号８０を生成して増幅回路２６８に出力する。スイッチＳＷが接点Ｂであり、増幅率が「１」であるため、増幅回路２６８は、第１の交流
生成信号８０の逆相である（正負が反転した）信号を出力する。逆相の信号ではあるが、振幅の大きさは変化しない。データ生成装置８８は、増幅回路２６８の出力の正負を反転して、反転した信号を利用して以下の測定と比較を行えばよい。データ生成装置８８は、初期値としての振幅指定データ１５２に対応して交流信号生成装置が出力する第１の交流生成信号の振幅の大きさを既述のいずれかの方法で測定する。
生成信号８０の逆相である（正負が反転した）信号を出力する。逆相の信号ではあるが、振幅の大きさは変化しない。データ生成装置８８は、増幅回路２６８の出力の正負を反転して、反転した信号を利用して以下の測定と比較を行えばよい。データ生成装置８８は、初期値としての振幅指定データ１５２に対応して交流信号生成装置が出力する第１の交流生成信号の振幅の大きさを既述のいずれかの方法で測定する。
【0074】
データ生成装置８８は、すでに保持している出力信号１７６の振幅データ１５０と、初期値としての振幅指定データ１５２に対応する第１の交流生成信号８０の振幅データの大きさを比較する。データ生成装置８８は、比較結果に基づいて基準データを生成する。データ生成装置８８は、振幅データと比較したときに、２つの振幅データの差（第１の振幅差）が第１の振幅差所定値より大きいとき、または第１の振幅差が最小でないとき、データ生成装置８８は、第１の振幅差が第１の振幅差所定値以下又は最小になるように、振幅指定データを変更して、変更した振幅指定データを交流信号生成装置８２に出力する。この動作を第１の振幅差が第１の振幅差所定値以下又は最小になるまで行う。
【0075】
第１の振幅差が第１の振幅差所定値以下又は最小になるように、振幅指定データ１５２をデータ生成装置８８が変更する方法としては、種々可能である。例えば、（１）初期値としての振幅指定データ１５２の近傍の所定の範囲内で、所定の変化量で振幅指定データ１５２を変更する。この場合、所定の範囲内で第１の振幅差所定値以下又は最小であるときの振幅指定データを基準データ１５４とすることができる。または（２）初期値としての振幅指定データ１５２を増加させて、第１の振幅差が減少したら、さらに振幅指定データ１５２を増加させる。反対に、第１の振幅差が増加したら、振幅指定データ１５２を減少させる。この場合、第１の振幅差が第１の振幅差所定値以下又は最小であるときの振幅指定データを基準データ１５４とすることができる。
【0076】
データ生成装置８８は、第１の振幅差が第１の振幅差所定値以下又は最小であるときの振幅指定データを基準データ１５４として保持装置６６に出力する。このときの増幅回路２６８の＋端子に入力される信号１５６と信号１０８と信号９８を、それぞれ図９Ｄ，９Ｅ，９Ｆに示す。図９Ｄ，９Ｅ，９Ｆの横軸は時間(単位は秒：s)、縦軸は電圧(単位はボルト：Ｖ)である。信号１０８と信号９８は既述のように、本実施形態では正弦波である。
【0077】
振幅についての調整後、位相の調整を行う。スイッチＳＷの状態は、図８Ｂに示すとおりである。交流信号生成装置８２は、異なる位相を有する複数の第２の交流生成信号８０を生成可能である。データ生成装置８８は、第２の交流生成信号８０を指定するための位相指定データ１６２を交流信号生成装置８２に出力する。交流信号生成装置８２は、位相指定データ１６２に基づいて第２の交流生成信号８０を生成して出力する。
【0078】
位相指定データ１６２の初期値としては、試験時に得られた基準データ、もしく想定される最大値、もしくは最小値等を用いる。データ生成装置８８は初期値としての位相指定データ１６２を交流信号生成装置８２に出力する。交流信号生成装置８２は、位相指定データ１６２に基づいて第２の交流生成信号８０を生成して増幅回路２６８に出力する。スイッチＳＷが接点Ｂであり、増幅率が「１」であるため、増幅回路２６８は、第１の交流生成信号８０の逆相である（正負が反転した）信号を出力する。逆相の信号であるため、位相の大きさは１８０度変化しているので、データ生成装置８８は、既述のように増幅回路２６８の出力の正負を反転した信号を処理すればよい。
【0079】
データ生成装置８８は、交流信号生成装置８２が出力する第２の交流生成信号８０の位相を既述のように測定する。得られたデータを位相データ１６０と比較する。データ生成装置８８は、比較結果に基づいて基準データを生成する。データ生成装置８８は、位相デ
ータと比較したときに、位相データ１６０との差（位相差）が位相差所定値より大きいとき、または位相差が最小でないとき、データ生成装置８８は、位相差が位相差所定値以下又は最小になるように、位相指定データ１６２を変更する。位相指定データ１６２をデータ生成装置８８が変更する方法としては、振幅指定データ１５２の変更方法について既述したように種々可能である。
ータと比較したときに、位相データ１６０との差（位相差）が位相差所定値より大きいとき、または位相差が最小でないとき、データ生成装置８８は、位相差が位相差所定値以下又は最小になるように、位相指定データ１６２を変更する。位相指定データ１６２をデータ生成装置８８が変更する方法としては、振幅指定データ１５２の変更方法について既述したように種々可能である。
【0080】
変更した位相指定データ１６２を交流信号生成装置８２に出力する。このことを位相差が位相差所定値以下又は最小になるまで行い、データ生成装置８８は、位相差が位相差所定値以下又は最小であるときの位相指定データ１６２を基準データ１５４に含む。最終的に得られた振幅指定データ１５２と位相指定データ１６２を含む基準データ１５４はデータ生成装置８８から保持装置６６に送られる。
【0081】
図８により、保持装置６６が有する基準データ１５４の求め方を説明した。図８の方法で基準データ１５４は十分精度良く求められると考えられる。しかし、精度が不十分と判断して、さらに得られた基準データ１５４を微調整したい場合は、図１０の方法が可能である。図８の方法と図１０の方法の違いは以下の通りである。（１）図８では、データ生成装置８８に保持している振幅データ１５０及び位相データ１６０と、交流信号生成装置８２が生成する第１、第２の交流生成信号８０とを比較した。図１０では、得られた基準データ１５４から生成した第１、第２の交流生成信号８０を、実際の出力信号１７６と基準状態で比較して精度をさらに上げる。（２）図８では増幅回路２６８の増幅率は「１」であるが、図１０では増幅率は「Ｎ」である。増幅率を大きくして誤差を拡大し、精度をさらに上げる。
【0082】
図１０では、先に位相を変化させ、位相差が最も小さくなる位相指定データ１６２を探し、その後、振幅を調整するために振幅指定データ１５２を変化させることが好ましい。位相を先に調整することが好ましい理由は、位相が合っていないと、振幅の差が大きくなり、目標値、例えば「０」にならない場合があるからである。
【0083】
具体的には、増幅回路２６８は第１の基準状態において、出力信号１７６（第１の基準状態信号）の振幅と、第２の交流生成信号８０の振幅との差を求めて、振幅の差をＮ倍に拡大して信号１５６（第２の振幅差）として出力する。データ生成装置８８は、出力信号９８を入力されるため、実質的に、出力信号１７６を１倍より大きく拡大した信号と、第２の交流生成信号８０を１倍より大きく拡大した信号との差を比較することができる。
【0084】
データ生成装置８８は、比較した振幅の差をＮ倍に拡大した信号１５６が第２の振幅差所定値より大きいとき、または信号１５６が最小でないとき、データ生成装置８８は、信号１５６が第２の振幅差所定値以下又は最小になるように、位相指定データ１６２を変更する。位相指定データ１６２をデータ生成装置８８が変更する方法としては、位相指定データ１６２の変更方法について既述したように種々可能である。データ生成装置８８は、変更した位相指定データ１６２を交流信号生成装置８２に出力することを信号１５６が第２の振幅差所定値以下又は最小になるまで行う。データ生成装置８８は、信号１５６が第２の振幅差所定値以下又は最小であるときの位相指定データ１６２を基準データ１５４とする、
【0085】
次に、増幅回路２６８は、第１の基準状態において、第１の基準状態信号の振幅の大きさと、第１の交流生成信号８０の振幅の大きさとを比較し、比較した振幅の差をＮ倍に拡大して信号１５６（第２の振幅差）として出力する。データ生成装置８８は、出力信号９８を入力されて、比較した振幅の差をＮ倍に拡大した信号１５６が第２の振幅差所定値より大きいとき、または信号１５６が最小でないとき、信号１５６が第２の振幅差所定値以下又は最小になるように、振幅指定データ１５２を変更する。振幅指定データ１５２をデ
ータ生成装置８８が変更する方法としては、振幅指定データ１５２の変更方法について既述したように種々可能である。
ータ生成装置８８が変更する方法としては、振幅指定データ１５２の変更方法について既述したように種々可能である。
【0086】
データ生成装置８８は、変更した振幅指定データ１５２を交流信号生成装置８２に出力することを信号１５６が第２の振幅差所定値以下又は最小になるまで行う。データ生成装置８８は、信号１５６が第２の振幅差所定値以下又は最小であるときの振幅指定データ１５２を基準データ１５４とする。微調整終了時の増幅回路２６８の＋端子に入力される出力信号１７６と、－端子に入力される第１の交流生成信号８０と、信号１５６を、それぞれ図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに示す。図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの横軸は時間(単位は秒：s)、縦軸は電圧(単位はボルト：Ｖ)である。信号１７６と信号８０は、本実施形態では正弦波である。
【0087】
図８Ａ、８Ｂ、１０での処理を図１２，１３、１４のフローチャートにより説明する。図１２のフローチャートは、メインフローを示し、図１３，１４はサブフローチャートを示す。図１２において、基準信号を生成する時は最初に、図８に示す処理に対応するステップ１０を行う。次に必要に応じて、図１０に示す微調整処理に対応するステップ２０を行う。その後、基準信号を用いて、通常の膜厚測定を行う（ステップＳ３０）。基準信号の更新が必要かどうかを所定時間経過ごとに判断する（Ｓ４０）。不要と判断したときは、通常の膜厚測定を行う（ステップＳ３０）。必要と判断したときは、基準信号を生成する（Ｓ１０）。
【0088】
次に図１３のフローチャートにより、基準信号を生成する時の図８の処理（ステップ１０）について説明する。最初に研磨装置１６４の終点検出コントローラ２４６と出力信号処理回路５４は、基準信号生成のために信号振幅モニタモードに切り替えられる（Ｓ１１０）。そして図８Ａに示す信号振幅(A0)と位相(P0)モニタを行う（Ｓ１１２）。信号振幅(A0)は、基準状態で測定された出力信号１７６の振幅であり、位相(P0)は、基準状態で測定された出力信号１７６の位相である。次に終点検出コントローラ２４６と出力信号処理回路５４は、交流信号生成装置８２が生成する第１、第２の交流生成信号８０の振幅と位相の調整のために、図８Ｂに示す処理を行うキャリブレーション信号調整モードに切り替えられる（Ｓ１１４）。
【0089】
調整モードでは第１の交流生成信号８０の振幅の調整のために、キャリブレーション信号振幅測定として第１の交流生成信号８０の振幅測定が行われる（Ｓ１１６）。測定された第１の交流生成信号８０の振幅が所定値内、すなわち、「A0-α<第１の交流生成信号８０の振幅<A0+α」であるかどうかが判断される（Ｓ１１８）。ここでA0-αは所定値の下限を示し、A0+αは所定値の上限を示す。αは所定値の幅の半分の大きさを示す。測定された第１の交流生成信号８０の振幅が所定値内でない（ＮＯ）ときは、振幅指定データ１５２が変更されて、振幅設定値の変更が行われる（Ｓ１２０）。そしてＳ１１６に戻る。振幅が所定値内（ＹＥＳ）のときは、第１の交流生成信号８０の振幅の調整が終了する。
【0090】
次に、キャリブレーション信号位相測定として第２の交流生成信号８０の位相測定が行われる（Ｓ１２２）。測定された第２の交流生成信号８０の位相が所定値内、すなわち、「P0-β<第２の交流生成信号８０の位相<P0+β」であるかどうかが判断される（Ｓ１２４）。ここでP0-βは所定値の下限を示し、P0+βは所定値の上限を示す。βは所定値の幅の半分の大きさを示す。測定された第２の交流生成信号８０の位相が所定値内でない（ＮＯ）ときは、位相指定データ１６２が変更されて、位相設定値の変更が行われる（Ｓ１２６）。そしてＳ１２２に戻る。位相が所定値内（ＹＥＳ）のときは、第１の交流生成信号８０の位相の調整が終了する。終点検出コントローラ２４６と出力信号処理回路５４は、膜厚測定を行う通常動作モードに切り替えられる（Ｓ１２８）。
【0091】
次に図１４のフローチャートにより、基準信号を生成する時の図１０の処理（図１２のステップ２０）について説明する。最初に第２の交流生成信号８０の位相を所定の範囲内でスィープ(Sweep)することにより微調整する。微調整による第２の交流生成信号８０の振幅測定の結果、振幅と設定値との差が最小となる位相を、位相の設定値に設定する（Ｓ２１０）。次に第２の交流生成信号８０の振幅を所定の範囲内でスィープ(Sweep)することにより微調整する。微調整による第２の交流生成信号８０の振幅測定の結果、振幅と設定値との差が最小となる振幅を、振幅の設定値に設定する（Ｓ２１２）。
【0092】
次に、時間が経過して、基準信号と基準状態でのセンサ出力との差が所定値より大きくなったときに、キャリブレーションを再度行うことについて図１５により説明する。図１５Ａは、微調整直後の基準状態における出力信号１７６の測定結果を示す。本図は、図１０と同一である。図１５Ｂは、時間が経過して、基準信号と基準状態でのセンサ出力との差が所定値より大きくなったときの基準状態における出力信号１７６の測定結果を示す。図１５における交流生成信号８０は、図８または図１０において説明した振幅と位相の調整が終了した後の基準信号である。
【0093】
図１６は、微調整直後と、ある時間が経過後の基準状態における出力信号１７６の測定結果を示す。図１６Ａにおいて、信号１６６は、微調整直後の検出コイル７３の出力信号１７６であり、信号１６８は、ある時間が経過後の基準状態における出力信号１７６である。信号１６６と信号１６８を比較すると、振幅が変化している。図１６Ｂにおいて信号１８０は、微調整直後の増幅回路２６８の出力であり、信号１８２は、ある時間が経過後の基準状態における増幅回路２６８の出力である。信号１８０と信号１８２を比較すると、信号１８０は振幅が「０」で、一定しているが、信号１８２は振幅が「０」ではなく、かつ、変化している。図１６Ｃは信号１０８を示す。図１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃの横軸は時間(単位は秒：s)、縦軸は電圧(単位はボルト：Ｖ)である。信号１６６，１６８，１８２、１０８は、本実施形態では正弦波である。
【0094】
図１５Ｂにおける振幅と位相の調整は、図１０に示す微調整と同様に行われる。すなわち、位相調整後に振幅調整が行われる。具体的には第１の基準状態の後の第２の基準状態において、交流信号生成装置８２は、基準データ１５４に基づいて第１の基準状態信号に相当する振幅と位相を有する第２の交流生成信号８０を生成して基準信号として出力する。検出コイル７３は第２の基準状態において、出力信号１７６である第２の基準状態信号を出力する。第２の基準状態において、差分装置２６８は、出力信号１７６と、交流信号生成装置８２が出力する第２の交流生成信号８０が入力されて、出力信号１７６の振幅と第２の交流生成信号８０の振幅との基準差を求める。
【0095】
基準差が基準差所定値を超えている場合、（１）出力信号処理回路５４はアラーム信号を出力する、および／または（２）データ生成装置８８は、第２の基準状態において検出コイル７３が出力する第２の交流生成信号８０の振幅の大きさを測定して、測定された第２の交流生成信号８０の振幅に基づいて基準データ１５４の位相を更新して保持する。位相調整後に、振幅が異なる第１の交流生成信号８０を出力信号１７６と比較して、振幅の調整を行う。
【0096】
図１５Ｂにおける振幅と位相の調整は、図１０に示す微調整と同様に行われる。しかし図１５Ｂにおける振幅と位相の調整は、図１０に示す微調整とは異なる方法で行ってもよい。例えば、図８に示す調整方法で行ってもよい。図１５Ｂに示す処理は、常時行ってもよい。例えば、研磨テーブル１００の１回転ごとに行うことができる。
【0097】
次に増幅回路２６８の増幅率を半導体ウェハＷＨや導電体ｍｆの種類や研磨状態に応じて変えることについて説明する。増幅率を変える理由は、増幅回路２６８等の処理回路の
ダイナミックレンジを確保するためである。すなわち、増幅回路２６８等の出力が飽和することを防止するための対策である。具体的には出力信号処理回路５４は、膜厚を測定する時の増幅率が低い低ゲインモードを備える。例えば増幅器である増幅回路２６８は、導電体ｍｆの膜厚に応じて、膜厚振幅を増幅する増幅率が変わる。膜厚が厚いときは、図１７Ａに示すように増幅率を１倍とする。膜厚が薄いときは増幅率をＮ倍とする。このように時間的に増幅率を切り替えながら出力信号１７６、すなわち膜厚を測定する。膜厚が厚いときは、基準状態の検出コイルの出力と、厚膜測定時の検出コイルの出力との差（変化分）の振幅が、図１８Ａ、１８Ｄに示すように大きく、増幅率をＮ倍よりも低い値、例えば１倍とすることができるからである。
ダイナミックレンジを確保するためである。すなわち、増幅回路２６８等の出力が飽和することを防止するための対策である。具体的には出力信号処理回路５４は、膜厚を測定する時の増幅率が低い低ゲインモードを備える。例えば増幅器である増幅回路２６８は、導電体ｍｆの膜厚に応じて、膜厚振幅を増幅する増幅率が変わる。膜厚が厚いときは、図１７Ａに示すように増幅率を１倍とする。膜厚が薄いときは増幅率をＮ倍とする。このように時間的に増幅率を切り替えながら出力信号１７６、すなわち膜厚を測定する。膜厚が厚いときは、基準状態の検出コイルの出力と、厚膜測定時の検出コイルの出力との差（変化分）の振幅が、図１８Ａ、１８Ｄに示すように大きく、増幅率をＮ倍よりも低い値、例えば１倍とすることができるからである。
【0098】
図１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、図１７Ａにおける各部の信号を示す。膜厚が厚いときと、基準状態もしくは膜厚が薄いときの出力信号１７６の測定結果を示す。図１８Ａにおいて、信号１８４は、基準状態もしくは膜厚が薄いときの検出コイル７３の出力信号１７６であり、信号１８６は、膜厚が厚いときの出力信号１７６である。信号１８４と信号１８６を比較すると、膜厚が厚いとき振幅が小さい。図１８Ｂにおいて信号１８８は、基準状態もしくは膜厚が薄いときの増幅回路２６８の出力であり、信号１９０は、膜厚が厚いときの増幅回路２６８の出力である。
【0099】
信号１８８と信号１９０を比較すると、信号１８８は振幅がほぼ「０」であり、一定しているが、信号１９０は振幅が「０」より大きく、かつ、変化している。本図から、増幅率が１倍もしくはその近傍であることが適切であり、図６のようなＮ倍とすると、厚膜に対してはダイナミックレンジが確保できないことがわかる。図１８Ｃは、基準信号である信号１０８を示す。図１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの横軸は時間(単位は秒：s)、縦軸は電圧(単位はボルト：Ｖ)である。信号１８４，１８６，１９０，１０８は、本実施形態では正弦波である。
【0100】
ダイナミックレンジを確保する別の方法を図１７Ｂに示す。本図では、増幅率を１倍とするとともに、図１７Ａとは異なり交流信号生成装置８２は一定値（例えば「０ボルト」）である信号１０８を出力する。膜厚が厚いときは増幅率を１倍とする。すなわち、導電体ｍｆの膜厚を測定するときに、導電体ｍｆの膜厚が膜厚所定値より大きい場合、交流信号生成装置８２は、直流信号を生成して基準信号１０８として出力する。差分装置２６８は、検出コイル７３が出力する膜厚信号である出力信号１７６と、交流信号生成装置８２が出力する直流信号が入力されて、膜厚信号の振幅と直流信号の振幅との差を求めて、膜厚振幅とする。
【0101】
図１８Ｄ，１８Ｅ，１８Ｆは、図１７Ｂにおける各部の信号を示す。膜厚が厚いときと、基準状態もしくは膜厚が薄いときの出力信号１７６の測定結果を示す。図１８Ｄは図１８Ａと同じものである。すなわち信号１８４は、基準状態もしくは膜厚が薄いときの検出コイル７３の出力信号１７６であり、信号１８６は、膜厚が厚いときの出力信号１７６である。図１８Ｅにおいて信号１９２は、基準状態もしくは膜厚が薄いときの増幅回路２６８の出力であり、信号１９４は、膜厚が厚いときの増幅回路２６８の出力である。
【0102】
信号１９２と信号１９４を比較すると、信号１９４は振幅が「０」に近く、小さく振動しているが、信号１９２は振幅が「０」よりかなり大きく、かつ、変化している。本図から増幅率が１倍もしくはその近傍であり、かつ信号１０８が一定であることが適切であり、図６のようなＮ倍とすると、厚膜に対してはダイナミックレンジが確保できないことがわかる。図１８Ｃは、基準信号である信号１０８を示す。図１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの横軸は時間(単位は秒：s)、縦軸は電圧(単位はボルト：Ｖ)である。信号１９２，１９４は、本実施形態では正弦波である。
【0103】
次に、図８Ｂの基準信号を求めるキャリブレーションに要する時間の１例について説明する。交流信号生成装置８２にDDS方式を使用すると仮定した場合、交流信号生成装置８２が生成可能な振幅範囲と位相精度の全範囲で振幅と位相を変えた場合が最も時間を要する。全範囲を対象に2分探索法でキャリブレーションすると、例えば振幅12bit，位相14bitの範囲で調整が可能である場合、２６回測定すれば全範囲での探索が終了する。
【0104】
なぜならば、２分探索法で12bitを探索するためには、１２回の探索で、出力信号１７６の振幅の全範囲に対して所定値内にある振幅を見つけることができるからである。そして２分探索法で14bitを探索するためには、１４回の探索で、出力信号１７６の位相の全範囲に対して所定値内にある位相を見つけることができるからである。１回の測定が1msecの場合、26msecで26回の測定が終わる。従来のようにブリッジ回路を用いる方式では、ブリッジ回路内の抵抗値を調整する必要がある。この場合、ブリッジ回路内の可変抵抗を調整するためにモータを回す必要がある。本実施形態ではモータを回す必要が無いので高速動作が可能である。
【0105】
従ってリアルタイム(すなわちテーブル一回転毎)でのキャリブレーションも十分可能である。ただし、1枚の半導体ウェハＷＨを研磨中に、基準データ１５４が変わると、誤差になる可能性がある。そのため研磨前にキャリブレーション処理を行うことが良い場合がある。既述のように、基準状態における出力信号１７６が所定値から外れたときのみアラームを上げることとしてもよい。
【0106】
図１、２に戻り、出力信号処理回路５４の配置について説明する。出力信号処理回路５４は、図１に示す位置に配置することができる。図２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１７０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２６０および出力信号処理回路５４が埋め込まれている。
【0107】
渦電流センサ５０と出力信号処理回路５４を一体型としてもよい。出力信号処理回路５４の出力信号１７２は、研磨テーブル１００のテーブル軸１７０内を通り、テーブル軸１７０の軸端に設けられたロータリジョイント（図示せず）を経由して、出力信号１７２により終点検出コントローラ２４６に接続されている。なお、出力信号処理回路５４を研磨テーブル１００外に配置してもよい。
【0108】
研磨装置１６４は、既述のように渦電流センサ５０の出力信号処理回路５４を有して、導電体を研磨する。研磨装置１６４は、導電体の研磨が可能な研磨テーブル１００および半導体ウェハＷＨを保持して研磨テーブル１００上の研磨面に押圧するトップリングを有する研磨部１９６を有する。研磨装置１６４は、さらに、導電体の膜厚を測定するために、導電体に渦電流を形成するとともに、形成された渦電流を検出可能な前記渦電流センサ５０と、差分装置２６８が出力する膜厚振幅から膜厚を求める終点検出コントローラ２４６とを有する。
【0109】
終点検出コントローラ２４６は、インピーダンスＺの大きさ、または位相出力等から、膜厚を求めるための膜厚演算が行われる。終点検出コントローラ２４６は、出力信号処理回路５４が出力する信号１７２から膜厚を求める膜厚算出部である。終点検出コントローラ２４６は、Ｘ，Ｙ，Ｚ出力やΘ出力から膜厚を算出する。算出方法は種々ある。例えば、Ｚ出力と膜厚との関係を事前に求めておき、Ｚ出力から膜厚を求める。
【0110】
次に、導電体ｍｆに渦電流を形成可能な励磁コイル７２と、導電体ｍｆに形成可能な渦電流を検出する検出コイル７３とを有する渦電流センサ５０が出力する検出コイル７３の出力信号を処理する渦電流センサの出力信号処理方法について説明する。本方法では、交
流信号生成装置８２が、異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号８０を生成する。保持装置６６が、複数の第１の交流生成信号８０のうち、基準状態において検出コイル７３が出力する第１の基準状態信号である出力信号１７６に相当する第１の交流生成信号８０を特定する基準データ１５４を保持する。
流信号生成装置８２が、異なる振幅を有する複数の第１の交流生成信号８０を生成する。保持装置６６が、複数の第１の交流生成信号８０のうち、基準状態において検出コイル７３が出力する第１の基準状態信号である出力信号１７６に相当する第１の交流生成信号８０を特定する基準データ１５４を保持する。
【0111】
交流信号生成装置８２は、導電体ｍｆの膜厚を測定するときに、基準データ１５４に基づいて第１の基準状態信号に相当する第１の交流生成信号８０を生成して基準信号として出力する。導電体ｍｆの膜厚を測定するときに、差分装置２６８が、検出コイル７３が出力する膜厚信号である出力信号１７６と、交流信号生成装置８２が出力する基準信号１０８が入力されて、膜厚信号の振幅と基準信号の振幅との差である膜厚振幅を求める。データ生成装置８８が第１の基準状態において第１の基準状態信号の振幅を測定して、基準データ１５４を生成する。
【0112】
以上、本発明の実施形態の例について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
【符号の説明】
【0113】
ＷＨ…半導体ウェハ
３０…デジタルアナログ変換回路
５０…渦電流センサ
５４…出力信号処理回路
６６…保持装置
７２…励磁コイル
７３…検出コイル
８０…交流生成信号
８０…第１の交流生成信号
８０…第２の交流生成信号
８２…交流信号生成装置
８４…基準データ
８８…データ生成装置
１００…研磨テーブル
１０８…基準信号
１５０…振幅データ
１５２…振幅指定データ
１５４…基準データ
１６０…位相データ
１６２…位相指定データ
１６４…研磨装置
１７６…出力信号
１９６…研磨部
２４６…終点検出コントローラ
２６０…交流信号源
２６８…増幅回路
２６８…差分装置
３０…デジタルアナログ変換回路
５０…渦電流センサ
５４…出力信号処理回路
６６…保持装置
７２…励磁コイル
７３…検出コイル
８０…交流生成信号
８０…第１の交流生成信号
８０…第２の交流生成信号
８２…交流信号生成装置
８４…基準データ
８８…データ生成装置
１００…研磨テーブル
１０８…基準信号
１５０…振幅データ
１５２…振幅指定データ
１５４…基準データ
１６０…位相データ
１６２…位相指定データ
１６４…研磨装置
１７６…出力信号
１９６…研磨部
２４６…終点検出コントローラ
２６０…交流信号源
２６８…増幅回路
２６８…差分装置
【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】