特開 2024-92231 渦電流センサ、研磨装置および膜厚検出方法

(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】P2024092231

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】渦電流センサ、研磨装置および膜厚検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/06 20060101AFI20240701BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

G01B7/06 M

H01L21/304 622S

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022208003

(22)【出願日】2022-12-26

(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】高橋 太郎

(72)【発明者】

【氏名】徳永 晋平

【テーマコード（参考）】

2F063

5F057

【Ｆターム（参考）】

2F063AA16

2F063BA26

2F063BB06

2F063BC02

2F063CA08

2F063DA05

2F063GA08

5F057AA20

5F057BA15

5F057BA21

5F057CA12

5F057DA03

5F057GA12

5F057GA13

5F057GB03

5F057GB13

(57)【要約】

【課題】微細な金属を検出する場合でも検出出力が従来技術よりも大きい渦電流センサを提供する。
【解決手段】渦電流センサ５０は、半導体ウェハＷＨに生成される渦電流を検出する第１の検出部１８０と、渦電流を検出する第２の検出部１８２とを有する。第１の検出部１８０は、渦電流を生成可能な第１の励磁コイル７２と、渦電流を検出可能な第１の検出コイル７３を有する。第１の励磁コイル７２と第１の検出コイル７３は空芯コイルである。第２の検出部１８２は、渦電流を生成可能な第２の励磁コイル８６０，８６２と、渦電流を検出可能な第２の検出コイル８６４，８６６を有する。第２の励磁コイル８６０，８６２と第２の検出コイル８６４，８６６は、磁性体のコア６０を有するコイルである。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象物に生成される渦電流を検出する第１の検出部と、前記渦電流を検出する第２の検出部とを有する渦電流センサであって、
前記第１の検出部は、前記渦電流を生成可能な第１の励磁コイルと、前記渦電流を検出可能な第１の検出コイルを有し、
前記第１の励磁コイルと前記第１の検出コイルは空芯コイル、または非磁性体のコアを有するコイルであり、
前記第２の検出部は、前記渦電流を生成可能な第２の励磁コイルと、前記渦電流を検出可能な第２の検出コイルを有し、
前記第２の励磁コイルと前記第２の検出コイルは、磁性体のコアを有するコイルであることを特徴とする渦電流センサ。

【請求項2】

前記第１の検出部は、前記検出対象物と前記第２の検出部との間に配置され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】

前記第１の検出部は、前記第２の検出部の外周に配置され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】

前記第１の励磁コイルの中心軸と、前記第１の検出コイルの中心軸と、前記第２の励磁コイルの中心軸と、前記第２の検出コイルの中心軸は一致することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の渦電流センサ。

【請求項5】

前記第１の励磁コイルと前記第１の検出コイルは、列を前記検出対象物に対して垂直方向、層を前記検出対象物に対して平行方向と定義したときに、導電体を１列複数層に、または複数列複数層に巻いたコイルであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の渦電流センサ。

【請求項6】

前記磁性体のコアは、
底部磁性体と、
前記底部磁性体の中央に設けられた中央磁性体と、
前記底部磁性体の周辺部に設けられた周辺部磁性体とを有し、
前記第２の励磁コイルは、前記中央磁性体に配置される第２の中央励磁コイルを有し、
前記第２の検出コイルは、前記中央磁性体に配置される第２の中央検出コイルを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の渦電流センサ。

【請求項7】

前記第２の励磁コイルは、前記周辺部磁性体に配置される第２の周辺部励磁コイルを有し、
前記第２の検出コイルは、前記周辺部磁性体に配置される第２の周辺部検出コイルを有することを特徴とする請求項６記載の渦電流センサ。

【請求項8】

前記底部磁性体は、柱状の形状を有し、前記周辺部磁性体は、前記柱状の形状の両端に配置されることを特徴とする請求項６または７記載の渦電流センサ。

【請求項9】

前記第１の励磁コイルと前記第１の検出コイルは同一のコイルである、又は前記第２の励磁コイルと前記第２の検出コイルは同一のコイルであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の渦電流センサ。

【請求項10】

前記検出対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付け可能な研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転駆動可能な駆動部と、
前記検出対象物を保持して前記研磨パッドに押圧可能な保持部と、
前記研磨テーブルの内部に配置され、前記研磨テーブルの回転に伴い前記第１の励磁コイルまたは前記第２の励磁コイルによって前記検出対象物に形成される前記渦電流を前記第１の検出コイルまたは前記第２の検出コイルによって検出可能な請求項１ないし９のいずれか１項に記載の渦電流センサと、
前記検出された前記渦電流から前記被研磨物の研磨の終了を示す研磨終点を検出可能な終点検出部と、
を備える研磨装置。

【請求項11】

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を用いた膜厚検出方法であって、
前記検出対象物の電気抵抗が所定値より小さいときに前記第１の検出部により、前記渦電流を検出して、膜厚を求めるステップと、
前記検出対象物の電気抵抗が所定値より大きいときに前記第２の検出部により、前記渦電流を検出して、膜厚を求めるステップと、
を有することを特徴とする膜厚検出方法。

【請求項12】

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を用いた膜厚検出方法であって、
前記検出対象物の膜厚が所定値より大きいときに前記第１の検出部により、前記渦電流を検出して、膜厚を求めるステップと、
前記検出対象物の膜厚が所定値より小さいときに前記第２の検出部により、前記渦電流を検出して、膜厚を求めるステップと、
を有することを特徴とする膜厚検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、渦電流センサと、この渦電流センサを用いた研磨装置および膜厚検出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に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。被研磨物が、被研磨物の表面に広く存在するバルクと呼ばれるものではなく、細い被研磨物、例えば微細な銅（Cu）配線である場合、被研磨物の膜厚の検出が困難になる。このため、検出感度を向上することが求められる。

【0005】

特開2011-23579号には、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、ウェハ上に金属残膜がないことを確認する技術が記載されている。センサＡ、Ｂはテーブル上の異なる位置に配置されている。研磨が進行して金属薄膜を検出するためには、センサの感度（センサの出力の大きさ）を上げる必要がある。センサの感度を上げるために、特開2011-23579号は、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を提案している。

【0006】

センサの感度を上げるためのこれらの方法には、以下の問題がある。渦電流センサの発振周波数は、コイル自身のインダクタンス、静電容量によって決定されるコイル共振周波数より低く設定する必要がある。共振周波数付近に発振周波数を設定すると、特性の安定性に問題がある。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。

【0007】

これらの問題を解決するために、特開2013-211354号では、同心状に配置された内側のセンサコイル６０Ａと、外側のセンサコイル６０Ｂとからなる構成を開示している。外側のセンサコイル６０Ｂは感度が低いセンサとして機能し、半導体ウェハの被研磨面全体の残膜を正確に検出することが可能である。センサコイル６０Ｂは研磨終点の検出を安定して行うことができる。

【0008】

内側のセンサコイル６０Ａは感度が高いセンサとして機能し、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も金属膜の検出が可能である。センサコイル６０Ａは、半導体ウェハＷＨ（基板）の被研磨面上の詳細な残膜分布の検出および半導体ウェハＷＨのエッジ部分の薄膜の検出を行うことができる（特開2013-211354号の段落［００７５］）。センサコイル６０Ａと、センサコイル６０Ｂは、非磁性体であるボビンにソレノイド巻き、もしくはスパイラル巻きされたコイルである。しかしながら、特開2013-211354号に示すコイルは、微細な銅（Cu）配線に対しては検出出力が小さく、微細な銅配線を検出することが困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開2011-23579号公報

【特許文献2】特開2013-211354号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

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、微細な金属を検出する場合でも検出出力が従来技術よりも大きい渦電流センサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、第１の形態では、検出対象物に生成される渦電流を検出する第１の検出部と、前記渦電流を検出する第２の検出部とを有する渦電流センサであって、前記第１の検出部は、前記渦電流を生成可能な第１の励磁コイルと、前記渦電流を検出可能な第１の検出コイルを有し、前記第１の励磁コイルと前記第１の検出コイルは空芯コイル、または非磁性体のコアを有するコイルであり、前記第２の検出部は、前記渦電流を生成可能な第２の励磁コイルと、前記渦電流を検出可能な第２の検出コイルを有し、前記第２の励磁コイルと前記第２の検出コイルは、磁性体のコアを有するコイルであることを特徴とする渦電流センサという構成を採っている。

【0012】

本実施形態では、第１の励磁コイルと第１の検出コイルは空芯コイル、または非磁性体のコアを有するコイルであり、第２の励磁コイルと第２の検出コイルは、磁性体のコアを有するコイルである。このため、微細な金属を検出する場合、第２の検出部の検出出力が大きくなり、微細な金属を検出する場合でも検出出力が大きい渦電流センサを提供できる。磁性体のコアを有する第２の検出部は、微細な金属ではないバルクのような金属に対しては、第１の検出部より検出出力が小さくなる場合がある。そのようなとき本実施形態によれば、第１の検出部により、検出出力が大きい渦電流センサを提供できる。

【0013】

第２の形態では、前記第１の検出部は、前記検出対象物と前記第２の検出部との間に配置されることを特徴とする形態１記載の渦電流センサという構成を採っている。

【0014】

第３の形態では、前記第１の検出部は、前記第２の検出部の外周に配置されることを特徴とする形態１記載の渦電流センサという構成を採っている。

【0015】

第４の形態では、前記第１の励磁コイルの中心軸と、前記第１の検出コイルの中心軸と、前記第２の励磁コイルの中心軸と、前記第２の検出コイルの中心軸は一致することを特徴とする形態１ないし３のいずれか１項に記載の渦電流センサという構成を採っている。

【0016】

第５の形態では、前記第１の励磁コイルと前記第１の検出コイルは、列を前記検出対象
物に対して垂直方向、層を前記検出対象物に対して平行方向と定義したときに、導電体を１列複数層に、または複数列複数層に巻いたコイルであることを特徴とする形態１ないし４のいずれか１項に記載の渦電流センサという構成を採っている。

【0017】

第６の形態では、前記磁性体のコアは、底部磁性体と、前記底部磁性体の中央に設けられた中央磁性体と、前記底部磁性体の周辺部に設けられた周辺部磁性体とを有し、前記第２の励磁コイルは、前記中央磁性体に配置される第２の中央励磁コイルを有し、前記第２の検出コイルは、前記中央磁性体に配置される第２の中央検出コイルを有することを特徴とする形態１ないし５のいずれか１項に記載の渦電流センサという構成を採っている。

【0018】

第７の形態では、前記第２の励磁コイルは、前記周辺部磁性体に配置される第２の周辺部励磁コイルを有し、前記第２の検出コイルは、前記周辺部磁性体に配置される第２の周辺部検出コイルを有することを特徴とする形態６記載の渦電流センサという構成を採っている。

【0019】

第８の形態では、前記底部磁性体は、柱状の形状を有し、前記周辺部磁性体は、前記柱状の形状の両端に配置されることを特徴とする形態６または７記載の渦電流センサという構成を採っている。

【0020】

第９の形態では、前記第１の励磁コイルと前記第１の検出コイルは同一のコイルである、又は前記第２の励磁コイルと前記第２の検出コイルは同一のコイルであることを特徴とする形態１ないし８のいずれか１項に記載の渦電流センサという構成を採っている。

【0021】

第１０の形態では、前記検出対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付け可能な研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転駆動可能な駆動部と、前記検出対象物を保持して前記研磨パッドに押圧可能な保持部と、前記研磨テーブルの内部に配置され、前記研磨テーブルの回転に伴い前記第１の励磁コイルまたは前記第２の励磁コイルによって前記検出対象物に形成される前記渦電流を前記第１の検出コイルまたは前記第２の検出コイルによって検出可能な形態１ないし９のいずれか１項に記載の渦電流センサと、前記検出された前記渦電流から前記被研磨物の研磨の終了を示す研磨終点を検出可能な終点検出部と、を備える研磨装置という構成を採っている。

【0022】

第１１の形態では、形態１ないし９のいずれか１項に記載の渦電流センサを用いた膜厚検出方法であって、前記検出対象物の電気抵抗が所定値より小さいときに前記第１の検出部により、前記渦電流を検出して、膜厚を求めるステップと、前記検出対象物の電気抵抗が所定値より大きいときに前記第２の検出部により、前記渦電流を検出して、膜厚を求めるステップと、を有することを特徴とする膜厚検出方法という構成を採っている。

【0023】

第１２の形態では、形態１ないし９のいずれか１項に記載の渦電流センサを用いた膜厚検出方法であって、前記検出対象物の膜厚が所定値より大きいときに前記第１の検出部により、前記渦電流を検出して、膜厚を求めるステップと、前記検出対象物の膜厚が所定値より小さいときに前記第２の検出部により、前記渦電流を検出して、膜厚を求めるステップと、を有することを特徴とする膜厚検出方法という構成を採っている。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の一実施形態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ェ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4】図４は、本実施形態の渦電流センサの構成例を示す概略図である。

【図5】図５は、第２の検出部における励磁コイルの接続例を示す概略図である。

【図6】図６は、第２の検出部による磁場を示す図である。

【図7】図７（ａ）は、第２の検出部の平面図であり、図７（ｂ）は、第２の検出部の断面図である。

【図8】図８は、本実施形態の渦電流センサにおける第１の検出部の構成例を示す概略図である。

【図9】図９は、渦電流センサの第１の検出部における各コイルの接続例を示す概略図である。

【図10】図１０は、渦電流センサの第２の検出部における各コイルの接続例を示す概略図である。

【図11】図１１は、渦電流センサ全体とブリッジ回路との接続を示す図である。

【図12】図１２は、渦電流センサが生成する磁場を示す。

【図13】図１３は、ブリッジ回路で処理した後の第１の検出部の出力と第２の検出部の出力を示す。

【図14】図１４は、渦電流センサの出力信号処理回路を示すブロック図である。

【図15】図１５は、周辺部磁性体が、磁心部を囲うように底面部の周辺部に設けられる壁部ではない例を示す。

【図16】図１６は、周辺部磁性体が、磁心部を囲うように底面部の周辺部に設けられる壁部ではない例を示す。

【図17】図１７は、周辺部磁性体が、磁心部を囲うように底面部の周辺部に設けられる壁部ではない例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0025】

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。

【0026】

図１は、本発明の一実施形態に係る渦電流センサ５０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ＷＨ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(保持部)とを備えている。

【0027】

研磨テーブル１００は、検出対象物を研磨するための研磨パッド１０１が貼り付け可能である。トップリング１は、検出対象物を保持して研磨パッド１０１に押圧可能である。渦電流センサ５０は、研磨テーブル１００の内部に配置され、研磨テーブル１００の回転に伴い、第１の励磁コイルまたは第２の励磁コイルによって検出対象物に形成される渦電流を第１の検出コイルまたは第２の検出コイルによって検出可能である。終点検出部は、検出された渦電流から被研磨物の研磨の終了を示す研磨終点を検出可能である。

【0028】

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。駆動部は、研磨テーブルを回転駆動可能である。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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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、添付図面を用いてより詳細に説明する。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、その励磁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。

【0037】

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、出力信号処理回路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。周波数タイプでは、励磁コイルのみがあれば良く、検出コイルが不要である。そのため、第１の励磁コイルと第１の検出コイルは同一のコイルである、又は第２の励磁コイルと第２の検出コイルは同一のコイルである。

【0038】

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、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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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、２～３０ＭＨｚ程度の固定周波数の発振器（図示しない）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５２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Ｉ_２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５２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。

【0042】

図１は、渦電流センサ５０の出力信号処理回路５４も示す。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５２および出力信号処理回路５４が埋め込まれている。渦電流センサ５０と交流信号源５２および出力信号処理回路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（図示せず）を経由して、終点検出コントローラ２４６（終点検出部）に出力される。なお、交流信号源５２および出力信号処理回路５４のうちの少なくとも一方を研磨テーブル１００外に配置してもよい。終点検出コントローラ２４６は、検出された渦電流から被研磨物の研磨の終了を示す研磨終点を検出可能である。

【0043】

図４は、本実施形態の渦電流センサ５０の構成例を示す概略図である。導電性膜が形成された基板（検出対象物であり、例えば半導体ウェハＷＨである。）の近傍に配置される渦電流センサ５０は、基板に生成される渦電流を検出する第１の検出部１８０と、渦電流を検出する第２の検出部１８２とを有する。第１の検出部１８０は、渦電流を生成可能な第１の励磁コイル７２と、渦電流を検出可能な第１の検出コイル７３と、第１のダミーコイル７４を有する。

【0044】

第１の励磁コイル７２と、第１の検出コイル７３と、第１のダミーコイル７４は空芯コイルである。第１の励磁コイル７２と第１の検出コイル７３と第１のダミーコイル７４は非磁性体のコアを有するコイルでもよい。第１の励磁コイル７２と第１の検出コイル７３と第１のダミーコイル７４は、薄い樹脂製の基板の上に導体をらせん状に形成したものである。本図においては、基板は図示していない。

【0045】

第２の検出部１８２は、渦電流を生成可能な第２の励磁コイル８６０，８６２と、渦電流を検出可能な第２の検出コイル８６４，８６６と、第２のダミーコイル８６８，８７０を有する。第２の励磁コイル８６０，８６２と、第２の検出コイル８６４，８６６と、第２のダミーコイル８６８，８７０は、磁性体のポットコア６０を有するコイルである。

【0046】

第１の検出部１８０は、半導体ウェハＷＨと第２の検出部１８２との間に配置される。なお、第１の検出部１８０は、第２の検出部１８２の外周に配置してもよい。この場合、第１の励磁コイル７２と第１の検出コイル７３と第１のダミーコイル７４の中心部に穴を設け、穴の部分に第２の検出部１８２を配置することが好ましい。本図において、第１の励磁コイル７２の中心軸１８４と、第１の検出コイル７３の中心軸１８４と、第２の励磁コイル８６０，８６２の中心軸１８４と、第２の検出コイル８６４，８６６の中心軸１８４は一致する。

【0047】

第１の励磁コイル７２の中心軸１８４と、第１の検出コイル７３の中心軸１８４と、第２の励磁コイル８６０，８６２の中心軸１８４と、第２の検出コイル８６４，８６６の中心軸１８４が一致するように配置することが好ましい。その理由は、中心軸１８４が一致すると、第１の検出部１８０と第２の検出部１８２が半導体ウェハＷＨの同一地点の膜厚を測定するため、研磨の制御が正確かつ容易になるためである。中心軸１８４が一致しない場合、すなわち研磨テーブル１００内の異なる地点に第１の検出部１８０と第２の検出部１８２を配置すると、半導体ウェハＷＨの膜厚が場所により変動することを考慮しなけ
ればならない場合があるからである。中心軸１８４は厳密に一致する必要はない。膜厚測定の精度等を考慮して、中心軸１８４の一致度を決めることができる。

【0048】

本図では第１の検出部１８０と第２の検出部１８２は、互いに近傍に配置されているが、第１の検出部１８０と第２の検出部１８２を離れた位置に配置してもよい。例えば、研磨テーブル１００上の回転中心１７０に関して、対称な位置に第１の検出部１８０と第２の検出部１８２を配置してもよい。

【0049】

本図の第１の励磁コイル７２と第１の検出コイル７３と第１のダミーコイル７４は、列を半導体ウェハＷＨに対して垂直方向、層を半導体ウェハＷＨに対して平行方向と定義したときに、導電体を１列複数層に巻いたコイルである。なお、第１の励磁コイル７２と第１の検出コイル７３と第１のダミーコイル７４は、導電体を複数列複数層、１列１層、複数列１層に巻いたコイルでもよい。これらのなかでは、導電体を１列複数層に巻いたコイルが好ましい。磁性体コアを有しない薄い（すなわち扁平な）コイルは、広い範囲を検出可能だからである。なお、第２の励磁コイル８６０，８６２と、第２の検出コイル８６４，８６６と、第２のダミーコイル８６８，８７０は、導電体を複数列複数層に巻いたコイルである。

【0050】

磁性体であるポットコア６０は、底面部６１ａ（底部磁性体）と、底面部６１ａの中央に設けられた磁心部６１ｂ（中央磁性体）と、底面部６１ａの周辺部に設けられた周壁部６１ｃ（周辺部磁性体）とを有する。周壁部６１ｃは、磁心部６１ｂを囲うように底面部６１ａの周辺部に設けられる壁部である。本実施形態では、底面部６１ａは、円形のディスク形状であり、磁心部６１ｂは、中実な円柱形状であり、周壁部６１ｃは、底面部６１ａを囲うシリンダ形状である。第２の励磁コイルは、磁心部６１ｂに配置される第２の中央励磁コイル８６０を有し、第２の検出コイルは、磁心部６１ｂに配置される第２の中央検出コイル８６４を有する。第２のダミーコイルは、磁心部６１ｂに配置された第２の中央ダミーコイル８６８を有する。

【0051】

第２の励磁コイルは、周壁部６１ｃに配置される第２の周辺部励磁コイル８６２を有する。第２の検出コイルは、周壁部６１ｃに配置される第２の周辺部検出コイル８６６を有する。第２の検出コイルは、周壁部６１ｃに配置される第２の周辺部ダミーコイル８７０を有する。なお、周壁部６１ｃに配置される第２の周辺部励磁コイル８６２、第２の周辺部検出コイル８６６、第２の周辺部ダミーコイル８７０は無くてもよい。この場合、第２の検出部１８２は、従来からあるポット型コアを有するコイルである。さらに第２の検出部１８２は、周壁部６１ｃに配置される第２の周辺部励磁コイル８６２、第２の周辺部検出コイル８６６、第２の周辺部ダミーコイル８７０のみを有し、磁心部６１ｂに配置される第２の中央検出コイル８６４、第２の中央励磁コイル８６０、第２の中央ダミーコイル８６８が無くてもよい。

【0052】

本図に示す第２の検出部１８２についてさらに説明する。６個のコイル８６０，８６２、８６４，８６６、８６８、８７０のうち中央のコイル８６０，８６２は、交流信号源５２に接続される励磁コイルである。この励磁コイル８６０，８６２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。励磁コイル８６０，８６２の金属膜側には、検出コイル８６４，８６６が配置され、金属膜に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。励磁コイル８６０，８６２を挟んで検出コイル８６４，８６６と反対側にはダミーコイル８６８、８７０が配置されている。

【0053】

励磁コイル８６０は、磁心部６１ｂの外周に配置され、磁場を生成可能な内部コイルであり、導電性膜に渦電流を形成する。励磁コイル８６２は、周壁部６１ｃの外周に配置さ
れ、磁場を生成可能な外部コイルであり、導電性膜に渦電流を形成する。検出コイル８６４は、磁心部６１ｂの外周に配置され、磁場を検出可能であり、導電性膜に形成される渦電流を検出する。検出コイル８６６は、周壁部６１ｃの外周に配置され、磁場を検出可能であり、導電性膜に形成される渦電流を検出する。

【0054】

渦電流センサは、導電性膜に形成される渦電流を検出するダミーコイル８６８、８７０を有する。ダミーコイル８６８は、磁心部６１ｂの外周に配置され、磁場を検出可能である。ダミーコイル８７０は、周壁部６１ｃの外周に配置され、磁場を検出可能である。検出コイルとダミーコイルは、本実施形態では、底面部６１ａの外周および周壁部６１ｃの外周に配置されているが、底面部６１ａの外周および周壁部６１ｃの外周の一方のみに配置してもよい。

【0055】

磁心部６１ｂの軸方向は、基板上の導電性膜に直交し、検出コイル８６４，８６６と励磁コイル８６０，８６２とダミーコイル８６８，８７０は、磁心部６１ｂの軸方向に異なる位置に配置され、かつ磁心部６１ｂの軸方向に、基板上の導電性膜に近い位置から遠い位置に向かって、検出コイル８６４，８６６、励磁コイル８６０，８６２、ダミーコイル８６８，８７０の順に配置される。検出コイル８６４，８６６、励磁コイル８６０，８６２、ダミーコイル８６８，８７０からは、それぞれ、外部と接続するためのリード線（図示しない）が出ている。

【0056】

図４は、磁心部６１ｂの中心軸８７２を通る平面における断面図である。磁性体であるポットコア６０は、円板形状の底面部６１ａと、底面部６１ａの中央に設けられた円柱形状の磁心部６１ｂと、底面部６１ａの周囲に設けられた円筒形状の周壁部６１ｃとを有する。ポットコア６０の寸法の１例としては、底面部６１ａの直径Ｔ１は約１ｃｍ～５ｃｍ、ポットコア６０の高さＴ２は約１ｃｍから５ｃｍである。周壁部６１ｃの外径は、図４では高さ方向に同一である円筒形状であるが、底面部６１ａから離れる方向に、すなわち先端に向かって細くなる先細形状(テーパ形状)でもよい。また、磁性体コアは、円板形状に限らず、楕円形、角形でもよい。また円柱に限らず、楕円柱、角柱でもよい。

【0057】

検出コイル８６４，８６６、励磁コイル８６０，８６２、ダミーコイル８６８，８７０に使用される導線は、銅、マンガニン線、又はニクロム線である。マンガニン線やニクロム線を使用することにより、電気抵抗等の温度変化が少なくなり、温度特性が良くなる。

【0058】

本実施形態では、フェライト等からなる磁心部６１ｂの外側と、周壁部６１ｃの外側に線材を巻き付けて、励磁コイル８６０，８６２を形成しているために、計測対象物に流れる渦電流密度を上げることができる。また、検出コイル８６４，８６６も磁心部６１ｂの外側と、周壁部６１ｃの外側に形成しているために、生成された逆磁場（鎖交磁束）を効率的に収集できる。

【0059】

計測対象物に流れる渦電流密度を上げるために、本実施形態では、さらに、励磁コイル８６０と励磁コイル８６２は、図５に示すように、並列に接続する。図５は、第２の検出部１８２における励磁コイルの接続例を示す概略図である。すなわち、内部コイルと外部コイルは電気的に並列に接続される。並列に接続する理由は、以下のとおりである。並列に接続すると、直列に接続した場合よりも、励磁コイル８６０と励磁コイル８６２に印加できる電圧が増加して、励磁コイル８６０と励磁コイル８６２に流れる電流が増加する。このため、磁場が大きくなる。また、直列に接続すると、回路のインダクタンスが増加して、回路の周波数が低下する。必要な高周波を励磁コイル８６０，８６２に印可することが困難になる。矢印８７４は、励磁コイル８６０と励磁コイル８６２に流れる電流の向きを示す。

【0060】

励磁コイル８６０と励磁コイル８６２は、図５に示すように、励磁コイル８６０と励磁コイル８６２の磁場方向が同じになるように接続する。すなわち、電流は励磁コイル８６０と励磁コイル８６２で異なる方向に流す。磁場８７６は、内側の励磁コイル８６０が生成する磁場であり、磁場８７８は、外側の励磁コイル８６２が生成する磁場である。図６に示すように、励磁コイル８６０と励磁コイル８６２の磁場方向は同じである。図６は、第２の検出部１８２による磁場を示す図である。すなわち、内部コイル（第２の中央励磁コイル８６０）が磁心部６１ｂ内に生成する磁場の方向と、外部コイル（第２の周辺部励磁コイル８６２）が磁心部６１ｂ内に生成する磁場の方向は同じである。

【0061】

第２の検出部１８２の上部である領域８８０に示す磁場８７６と磁場８７８は、同じ向きであるために、２つの磁場が加算されて大きくなる。従来のような励磁コイル８６０による磁場８７６のみが存在する場合に比べて、本実施形態では励磁コイル８６２による磁場８７８分だけ、磁場が大きくなる。図７（ａ）に第２の検出部１８２の平面図を示す。図７（ｂ）は、図４の第２の検出部１８２の断面図である。

【0062】

図８は、本実施形態の渦電流センサ５０における第１の検出部１８０の構成例を示す概略図である。本図に示すように、第１の検出部１８０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第１の励磁コイル７２と、金属膜（または導電性膜）の渦電流を検出するための第１の検出コイル７３とを有する。第１の励磁コイル７２の第１の検出コイル７３と反対側には第１のダミーコイル７４が配置されている。基板１８６，１８８，１９０上にそれぞれ第１の検出コイル７３、第１の励磁コイル７２、第１のダミーコイル７４が形成されている。第１の検出コイル７３の上に樹脂製の保護層１９２が設けられている。保護層１９２は無くてもよい。第１の検出コイル７３、第１の励磁コイル７２、第１のダミーコイル７４は、樹脂製のボビンに巻回された通常のソレノイドコイルでもよい。

【0063】

本図の第１の励磁コイル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。第１の励磁コイル７２の上側（金属膜（または導電性膜）側）には、第１の検出コイル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。

【0064】

図９は、渦電流センサ５０の第１の検出部１８０における各コイルの接続例を示す概略図である。この例では、抵抗ブリッジ回路７７を用いている。図９（ａ）に示すように、検出コイル７３とダミーコイル７４は互いに逆相に接続されている。検出コイル７３とダミーコイル７４は、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。

【0065】

具体的には、検出コイル７３の信号線７３１は、抵抗ブリッジ回路７７の端子７７３に接続され、検出コイル７３の信号線７３２は、抵抗ブリッジ回路７７の端子７７１に接続される。ダミーコイル７４の信号線７４１は、抵抗ブリッジ回路７７の端子７７２に接続され、ダミーコイル７４の信号線７４２は、抵抗ブリッジ回路７７の端子７７１に接続される。端子７７１は接地される。抵抗ブリッジ回路７７の端子７７４がセンサ出力である。検出コイル７３，励磁コイル７２，ダミーコイル７４は、それぞれインダクタンスＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３を有する。

【0066】

励磁コイル７２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、検出コイル７３とダミーコイル７４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。検出コイル７３とダミーコイル７４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９（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９（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。

【0067】

図１０は、渦電流センサ５０の第２の検出部１８２における各コイルの接続例を示す概略図である。図１０の渦電流センサに対応した出力信号処理回路５４の一例を図１４に示す。図１０は、図４に示す第２の検出部１８２を斜視図で示す。図１０では理解の容易のために、上面２１８が上面２２０の上方にあるが、上面２１８と上面２２０は、図６に示すように同一水平面にある。図１０では、コイル組立体が２組あるが、コイル組立体が３組以上あってもよい。コイル組立体が２組以上ある場合、コイル組立体が１組の場合に比べて、膜厚の測定数が増えるために、測定精度（Ｓ／Ｎ比）が向上する。

【0068】

第２の検出部１８２では、内側渦電流センサ２８６の検出コイル８６４と、外側渦電流センサ２８８の検出コイル８６６は直列に接続される。内側渦電流センサ２８６のダミーコイル８６８と、外側渦電流センサ２８８のダミーコイル８７０は直列に接続される。内側と外側の渦電流センサの励磁コイル８６０と励磁コイル８６２は、信号源５２に並列に接続される。なお、検出コイル８６４と検出コイル８６６を並列に接続し、ダミーコイル８６８とダミーコイル８７０を並列に接続してもよい。

【0069】

図１０では、１個のブリッジ回路７７を使用しているが、２個のブリッジ回路７７を使用してもよい。すなわち検出コイル８６４と検出コイル８６６をそれぞれ独立に２個のブリッジ回路７７に接続し、ダミーコイル８６８とダミーコイル８７０をそれぞれ独立に当該２個のブリッジ回路７７に接続してもよい。周波数特性の観点からは、独立に別個のブリッジ回路７７に接続することが好ましい。なお、ブリッジ回路を用いなくてもよい。すなわち渦電流センサ５０の出力を、ブリッジ回路を介さずに、出力信号処理回路５４に直接入力して、処理することも可能である。ブリッジ回路を使用しないとき、ダミーコイル７４，８６８、８７０は不要である。

【0070】

図１０における具体的な接続は以下の通りである。内側渦電流センサ２８６において、検出コイル８６４は、信号線８６４１，８６４２を有する。励磁コイル８６０は、信号線８６０１，８６０２を有する。ダミーコイル８６８は、信号線８６８１，８６８２を有する。外側渦電流センサ２８８において、検出コイル８６６は、信号線８６６１，８６６２を有する。励磁コイル８６２は、信号線８６２１，８６２２を有する。ダミーコイル８７０は、信号線８７０１，８７０２を有する。

【0071】

内側渦電流センサ２８６の検出コイル８６４の信号線８６４１は、抵抗ブリッジ回路７７の端子７７３に接続される。検出コイル８６４の信号線８６４２は、外側渦電流センサ２８８の検出コイル８６６の信号線８６６１に接続される。検出コイル８６６の信号線８６６２は、抵抗ブリッジ回路７７の端子７７１に接続される。内側渦電流センサ２８６のダミーコイル８６８の信号線８６８１は、抵抗ブリッジ回路７７の端子７７２に接続される。ダミーコイル８６８の信号線８６４２は、外側渦電流センサ２８８のダミーコイル８７０の信号線８７０１に接続される。ダミーコイル８７０の信号線８７０２は、抵抗ブリッジ回路７７の端子７７１に接続される。

【0072】

本図においては、内側渦電流センサ２８６の検出コイル８６４の出力と、外側渦電流センサ２８８の検出コイル８６６の出力が直列であるため、検出コイルが１個の場合と比較
して、出力が大きくなるという効果がある。ブリッジ回路７７の端子７７４が出力信号処理回路５４（検波回路）に接続される。出力信号処理回路５４の出力が出力信号１７２であり、図１に示す終点検出コントローラ２４６に接続される。

【0073】

図１１に渦電流センサ５０全体とブリッジ回路７７との接続を示す。本図は、図８～図１０で説明した接続例をまとめたものである。渦電流センサ５０とブリッジ回路７７との接続は、煩雑さを避けるために略図で示す。上述したように渦電流センサ５０は、種類が異なるコイルを有する。すなわち、第１の励磁コイルと第１の検出コイルは空芯コイル、または非磁性体のコアを有するコイルであり、第２の励磁コイルと第２の検出コイルは、磁性体のコアを有するコイルである。本実施形態では、種類が異なるコイルを用途によって選択する。

【0074】

フェライトなどの磁性体を有するコアコイル（第２の検出部１８２）と、コアコイルよりも扁平であるコイル（第１の検出部１８０）を組み合わせることにより、感度と、分解能と、スポット径を改善することができる。すなわち第２の検出部１８２と第１の検出部１８０は、異なるメリットを有する。第２の検出部１８２は渦電流を検出する範囲（スポット径と呼ばれる。）が小さく、薄膜での分解能が大きいというメリットを有する。ここで分解能とは、膜厚の変化量に対する渦電流センサの出力の変化量の比である。一方で、第２の検出部１８２は、第１の検出部１８０と比較すると、厚膜での分解能が小さい。

【0075】

第２の検出部１８２によるスポット径が小さい理由は以下の通りである。第２の検出部１８２は磁性体コアを有するため、狭い範囲に磁場を形成できるので、狭い範囲で効率よく磁束を検知できる。そのため、スポット径が小さくなる。扁平コイルなどの第１の検出部１８０の場合は、コアコイルである第２の検出部１８２と同じ出力にするためには、コアコイルよりも直径を大きくする必要がある。そのため、第２の検出部１８２では、小さいスポット径にするためには、コアコイルが必要である。

【0076】

扁平コイルもしくはソレノイドコイルである第１の検出部１８０は、周波数特性が良く、厚膜での分解能が高いというメリットを有する。ここで、周波数特性とは、コイルの共振点（コイルが共振する周波数）が高いか低いかという特性である。周波数特性が良いとは、コイルの共振点が高いことを意味する。コイルの共振点が高い場合、コイルに高い周波数を印加することができるので、センサの感度が高くなる。一方で、第１の検出部１８０は第２の検出部１８２と比較すると、薄膜での分解能が低く、スポット径が大きいという特徴がある。

【0077】

図１２に渦電流センサ５０が生成する磁場２０２を示す。図１３に第１の検出部１８０の出力１９４と、第２の検出部１８２の出力１９６を示す。出力１９４は、第１の検出部１８０の第１の検出コイル７３と第１のダミーコイル７４の出力をブリッジ回路７７で処理後に、ブリッジ回路７７の端子７７４が出力する信号である。出力１９６は、第２の検出部１８２の第２の検出コイル８６４、８６６と第２のダミーコイル８６８、８７０の出力をブリッジ回路７７で処理後に、端子７７４が出力する信号である。図の横軸は膜厚（単位はナノメートル(ｎｍ)）であり、縦軸は電圧（単位はミリボルト（ｍｖ））である。

【0078】

図１３からわかるように、膜厚が薄いときは、第２の検出部１８２の出力１９６は、第１の検出部１８０の出力１９４より大きく、膜厚が厚いときは、第２の検出部１８２の出力１９６は、第１の検出部１８０の出力１９４より小さい。膜厚に対する分解能の違いについても本図から、第２の検出部１８２は薄膜での分解能が大きく、第１の検出部１８０は厚膜での分解能が大きいことがわかる。

【0079】

本図では、センサの出力は膜厚に依存すると述べたが、より正確には、センサの出力は
膜の抵抗値に依存する。すなわち、抵抗値が高い金属（例えばチタンやルテニウム）の場合、厚膜であっても、抵抗値が高いためセンサの出力は小さい。一方、金のような抵抗値が低い金属の場合、薄膜であっても抵抗値が低いためセンサの出力は大きい。図１３は、銅のような比較的、抵抗値が低い金属についての測定値である。

【0080】

図１４は、渦電流センサ５０の出力信号処理回路５４（同期検波回路）を示すブロック図である。本図は、交流信号源５２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。本図は第１の検出部１８０または第２の検出部１８２の処理回路を示す。すなわち、図１１の２個のブリッジ回路７７のうちの１個のブリッジ回路７７について示す。２個のブリッジ回路７７の出力信号はそれぞれ、同様な出力信号処理回路５４で処理される。

【0081】

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ェハＷＨ近傍に配置された渦電流センサ５０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，１６ＭＨｚ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を介して渦電流センサ５０に供給される。渦電流センサ５０の端子で検出された信号は、ブリッジ回路７７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。

【0082】

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。

【0083】

次に、周辺部磁性体が、磁心部６１ｂを囲うように底面部６１ａの周辺部に設けられる壁部６１ｃ（図７（ａ）参照）ではない例について図１５～１７により説明する。図１５，１６は、底面部６１ａが柱状の形状を有し、周壁部６１ｃは、柱状の形状の両端に配置される渦電流センサ５０である。図１５は上面図である。図１６は、図１５のＡＡ断面図である。周辺部磁性体６１ｄは、底面部６１ａの周辺部に２個設けられている。この渦電流センサ５０は、図１６からわかるようにＥ型の磁性体コアを有する。図１７は、周辺部磁性体６１ｄが、底面部６１ａの周辺部に４個設けられている渦電流センサ５０の上面図である。周辺部磁性体６１ｄは、５個以上でもよい。なお、図４，１５，１７において、コイルは外側のみ（すなわち周壁部６１ｃ、または周辺部磁性体６１ｄのみ）、内側のみ（すなわち磁心部６１ｂのみ）でもよい。その時は内側のみの方がよい。なお、外側と内側の一方にのみコイルを設けるよりも、外側と内側の両方にコイルに設けることが好ましい。これまで、第２の検出部１８２の磁性体がポット型コアまたはＥ型コア等である場合について説明したが、第２の検出部１８２の磁性体は、棒状コアでもよい。

【0084】

渦電流センサ５０は図４に示すように、ハウジング１９８を有することができる。この場合、第１の検出部１８０と第２の検出部１８２を金属製のハウジング１９８内に配置する。ハウジング１９８は、渦電流センサ５０が外部から受ける電気的影響を低減することができる。第１の検出部１８０と第２の検出部１８２は例えば、コイル間の隙間等のハウ
ジング１９８内の隙間にエポキシ樹脂等の樹脂２００を充てんすることによりハウジング１９８内に固定される。

【0085】

渦電流センサ５０によって得られた膜厚に基づいて、研磨装置の各部を制御する方法について以下説明する。図１に示すように、渦電流センサ５０は、出力信号処理回路５４を介して、終点検出コントローラ２４６に接続される。終点検出コントローラ２４６は、機器制御コントローラ２４８に接続されている。従って渦電流センサ５０の出力信号は、終点検出コントローラ２４６に送られる。終点検出コントローラ２４６は、出力信号処理回路５４の出力信号１７２に対して必要な処理（演算処理・補正）を施してモニタリング信号（膜厚データ）を生成する。機器制御コントローラ２４８は、膜厚データに基づいて、トップリング用モータ１１４、研磨テーブル１００用モータ（図示しない）等を制御する。

【0086】

次に、機器制御コントローラ２４８による研磨装置全体の制御について説明する。メインコントローラである機器制御コントローラ２４８は、ＣＰＵとメモリと記録媒体と、記録媒体に記録されたソフトウェア等とを有する。機器制御コントローラ２４８は、研磨装置全体の監視・制御を行い、そのための信号の授受、情報記録、演算を行う。機器制御コントローラ２４８は、研磨装置による研磨を制御する制御手段として機能するプログラムを内蔵する。終点検出コントローラ２４６も、ＣＰＵとメモリと記録媒体と、記録媒体に記録されたソフトウェア等とを有することができる。終点検出コントローラ２４６は、研磨の終了を示す研磨終点を検出する終点検出手段として機能するプログラムを内蔵する。なお、機器制御コントローラ２４８が、このプログラムの一部または全部を内蔵してもよい。プログラムは更新可能である。なお、プログラムは更新可能でなくてもよい。

【0087】

次に渦電流センサ５０を用いた膜厚検出方法について説明する。本方法では、機器制御コントローラ２４８は、半導体ウェハＷＨ（検出対象物）の電気抵抗が所定値より小さいと判断したときに第１の検出部１８０により、渦電流を検出して、膜厚を求める（ステップ１）。半導体ウェハＷＨの電気抵抗が所定値より大きいと判断したときに第２の検出部１８２により、渦電流を検出して、膜厚を求める（ステップ２）。機器制御コントローラ２４８は、半導体ウェハＷＨの電気抵抗が所定値より大きいかどうかの判断を例えば、以下の方法で行う。（１）研磨時間が所定時間経過するまでは、電気抵抗が所定値より小さいと判断とする、および／または（２）第１の検出部１８０の出力が所定値以下になるまでは、電気抵抗が所定値より小さいと判断とする、および／または（３）第２の検出部１８２の出力が所定値以下になるまでは、電気抵抗が所定値より小さいと判断とする、および／または（４）終点検出コントローラ２４６が生成した膜厚データに基づいて、膜厚が所定値より小さくなったときに、電気抵抗が所定値より小さいと判断とする。

【0088】

次に渦電流センサ５０を用いた別の膜厚検出方法について説明する。本方法では、機器制御コントローラ２４８は、半導体ウェハＷＨ（検出対象物）の膜厚が所定値より大きいと判断したときに第１の検出部１８０により、渦電流を検出して、膜厚を求める（ステップ１１）。機器制御コントローラ２４８は、半導体ウェハＷＨの膜厚が所定値より小さいと判断したきに第２の検出部１８２により、渦電流を検出して、膜厚を求める（ステップ１２）。機器制御コントローラ２４８は、半導体ウェハＷＨの膜厚が所定値より大きいかどうかの判断を例えば、以下の方法で行う。（１）研磨時間が所定時間経過するまでは、膜厚が所定値より大きいと判断とする、および／または（２）第１の検出部１８０の出力が所定値以下になるまでは、膜厚が所定値より大きいと判断とする、および／または（３）第２の検出部１８２の出力が所定値以下になるまでは、膜厚が所定値より大きいと判断とする、および／または（４）終点検出コントローラ２４６が生成した膜厚データに基づいて、膜厚が所定値より大きいと判断とする。

【0089】

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】

【0090】

５０…渦電流センサ
５４…出力信号処理回路
６０…ポットコア
７２…第１の励磁コイル
７３…第１の検出コイル
７４…第１のダミーコイル
７７…ブリッジ回路
１００…研磨テーブル
１０１…研磨パッド
１１０…トップリングヘッド
１８０…第１の検出部
１８２…第２の検出部
２４６…終点検出コントローラ
６１ａ…底面部
６１ｂ…磁心部
６１ｃ…周壁部
６１ｄ…周辺部磁性体
８６０…第２の中央励磁コイル
８６２…第２の周辺部励磁コイル
８６４…第２の中央検出コイル
８６６…第２の周辺部検出コイル
８６８…第２の中央ダミーコイル
８７０…第２の周辺部ダミーコイル

【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】