(57)【要約】【課題】研磨パッドを剥がすことなくキャリブレーションできる渦電流センサのキャリブレーション方法を提供する。【解決手段】研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより研磨対象物の膜厚を測定するために、研磨対象物の膜厚と渦電流センサの測定値との間の対応関係を求める。この方法は、第１のステップで、膜厚が既知である研磨対象物を研磨面に接触させた状態で、渦電流センサの出力を測定して、該膜厚に対応した渦電流センサの測定値を求める。第２のステップで、研磨対象物を研磨面に押圧して研磨しているときに、渦電流センサの出力を測定して、研磨しているときの膜厚に対応した渦電流センサの測定値を求める。第１のステップの測定値と第２のステップの測定値から、研磨対象物の膜厚と渦電流センサの測定値との間の対応関係を求める。【選択図】図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記研磨対象物の膜厚と前記渦電流センサの測定値との間の対応関係を求める渦電流センサのキャリブレーション方法において、該方法は、
膜厚が既知である前記研磨対象物を前記研磨面に接触させた状態で、前記渦電流センサの出力を測定して、該膜厚に対応した前記渦電流センサの測定値を求める第１のステップと、
前記研磨対象物を前記研磨面に押圧して研磨しているときに、前記渦電流センサの出力を測定して、研磨しているときの膜厚に対応した前記渦電流センサの測定値を求める第２のステップとを有し、
前記第１のステップの測定値と前記第２のステップの測定値から、前記研磨対象物の膜厚と前記渦電流センサの測定値との間の対応関係を求めることを特徴とするキャリブレーション方法。
【請求項２】
前記第１のステップで用いられた前記研磨対象物を用いて、前記第２のステップを行うことを特徴とする請求項１記載のキャリブレーション方法。
【請求項３】
前記第１のステップで用いられる前記研磨対象物と、前記第２のステップで用いられる前記研磨対象物は、別箇独立のものであることを特徴とする請求項１記載のキャリブレーション方法。
【請求項４】
前記研磨対象物上を、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かって移動するときの前記渦電流センサの出力を測定するステップと、
得られた測定値の、前記研磨対象物上の各点における変化率を求め、前記変化率から前記研磨対象物の前記一端と前記他端の位置を検出し、検出された前記一端と前記他端の位置から、前記研磨対象物の中心位置を求めるステップとを有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のキャリブレーション方法。
【請求項５】
前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも２点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記経路上の所定の位置における当該測定値を基準として、前記経路上の各位置における当該測定値の差を示す情報を求める第３のステップと、
前記第１のステップ及び前記第２のステップにおいて得られた前記測定値と、該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における前記差との差を、前記情報に基づいて求める第４のステップとを有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のキャリブレーション方法。
【請求項６】
前記研磨対象物の研磨が終了した時に、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも１点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記研磨対象物の研磨が終了した時における前記経路上の各位置における当該測定値に関する情報を求める第４のステップと、
前記第１のステップと前記第２のステップにおいて得られた前記測定値と、該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における研磨が終了した時における前記測定値との差を、前記情報に基づいて求める第５のステップとを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のキャリブレーション方法。
【請求項７】
研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記研磨対象物の中心位置を求める渦電流センサのキャリブレーション方法において、該方法は、
前記研磨対象物上を、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かって移動するときの前記渦電流センサの出力を測定するステップと、
得られた測定値の、前記研磨対象物上の各点における変化率を求め、前記変化率から前記研磨対象物の前記一端と前記他端の位置を検出し、検出された前記一端と前記他端の位置から、前記研磨対象物の中心位置を求めるステップとを有することを特徴とするキャリブレーション方法。
【請求項８】
研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動するときに生じる前記経路上での前記測定値の変化を求める渦電流センサのキャリブレーション方法であって、該方法は、
前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも２点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記経路上の所定の位置における当該測定値を基準として、前記経路上の各位置における前記測定値の差を示す情報を求め、
キャリブレーション終了後の本測定において前記渦電流センサによって得られた測定値と、当該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における前記差との差を、前記情報に基づいて求めることを特徴とするキャリブレーション方法。
【請求項９】
研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記研磨対象物の研磨が終了した状態における前記渦電流センサの測定値を考慮した渦電流センサのキャリブレーション方法であって、該方法は、
前記研磨対象物の研磨が終了した時に、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも１点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記研磨対象物の研磨が終了した時における前記経路上の各位置における当該測定値に関する情報を求め、
キャリブレーション終了後の本測定において前記渦電流センサによって得られた測定値と、該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における研磨が終了した時における前記測定値との差を、前記情報に基づいて求めることを特徴とするキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流センサのキャリブレーション方法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するためには、半導体デバイス表面を精度よく平坦化処理する必要がある。
【０００３】
半導体デバイス表面の平坦化技術として、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ））が知られている。ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルと、研磨対象物（例えば半導体ウェハなどの基板、又は基板の表面に形成された各種の膜）を保持するためのトップリングとを備えている。研磨装置は、研磨テーブルを回転させながら、トップリングに保持された研磨対象物を研磨パッドに押圧することによって研磨対象物を研磨する。
【０００４】
研磨装置は、研磨対象物の膜厚に基づいて研磨工程の終点検知を行うために膜厚測定装置を備えている。膜厚測定装置は、研磨対象物の膜厚を検出する膜厚センサを備えている。膜厚センサは代表的には、渦電流センサが挙げられる。
【０００５】
渦電流センサは、研磨テーブルに形成された穴に配置され、研磨テーブルの回転とともに回転しながら、研磨対象物と対向している時に膜厚を検出する。渦電流センサは、導電膜などの研磨対象物に渦電流を誘起させ、研磨対象物に誘起された渦電流によって発生する磁界の変化から研磨対象物の厚さの変化を検出する。膜厚センサとして渦電流センサを用いるためには、本測定開始前に、膜厚と渦電流センサの測定値との対応関係を得るキャリブレーションが必要である。
【０００６】
従来のキャリブレーションは以下のように行われていた。渦電流センサは、研磨装置に搭載される場合、研磨対象物の導電性膜と渦電流センサとの間に研磨パッドが介在している。研磨パッドの厚さが変わると、センサの出力が変化する。特開２００７−２６３９８１号に記載の従来技術では、パッド厚さの異なる複数の研磨パッドと、異なる膜厚を有する複数の校正ウェハを用いてキャリブレーションを行っている。異なるパッド厚さと、異なる膜厚を組み合わせるために、多数の測定を行って、研磨対象物の膜厚と渦電流センサの測定値との間の対応関係を求めていた。
【０００７】
従来技術には、以下の問題もあった。第１に、複数のキャリブレーション用の研磨パッドを回転テーブルの上に配置するため、既に回転テーブルに貼られている研磨パッドをはがす必要があった。キャリブレーションのために、１枚の研磨パッドを廃棄しなければならず、コストが高くなる。第２に、校正ウェハは、手作業で研磨パッド置くため、位置の精度が低いという問題があった。また、手作業のため、研磨パッドや校正ウェハにゴミ等が付着し、誤差が生じることがあった。第３に、校正ウェハを繰り返し使用するために、酸化等が生じて、校正ウェハの劣化により誤差が生じる可能性がある。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２６３９８１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、研磨パッドを剥がすことなくキャリブレーションできる渦電流センサのキャリブレーション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、研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記研磨対象物の膜厚と前記渦電流センサの測定値との間の対応関係を求める渦電流センサのキャリブレーション方法において、該方法は、膜厚が既知である前記研磨対象物を前記研磨面に接触させた状態で、前記渦電流センサの出力を測定して、該膜厚に対応した前記渦電流センサの測定値を求める第１のステップと、前記研磨対象物を前記研磨面に押圧して研磨しているときに、前記渦電流センサの出力を測定して、研磨しているときの膜厚に対応した前記渦電流センサの測定値を求める第２のステップとを有し、前記第１のステップの測定値と前記第２のステップの測定値から、前記研磨対象物の膜厚と前記渦電流センサの測定値との間の対応関係を求めることを特徴とするキャリブレーション方法という構成を採っている。
【００１１】
本実施形態では、校正ウェハを用いない。膜厚が既知である実際の製品である研磨対象物（例えば、ウェハ）を用いることができる。パッド厚さの異なる複数の研磨パッドは必要でなく、異なる膜厚を有する複数の校正ウェハも必要でない。既に回転テーブルに貼られている研磨パッドをはがす必要もない。既に回転テーブルに貼られている研磨パッドを用いてキャリブレーションを行うことができる。
【００１２】
なお、研磨対象物の膜厚とは、研磨対象物の表面に形成された膜の膜厚のことを意味する。研磨対象物の表面に、複数の膜が積層されている場合は、最外部にある研磨の対象としている膜の膜厚を指す。渦電流センサの測定値とは、渦電流センサの出力から直接または間接に得られる信号またはデータを指す。
【００１３】
第２の形態では、前記第１のステップで用いられた前記研磨対象物を用いて、前記第２のステップを行うキャリブレーション方法という構成を採っている。
【００１４】
第３の形態では、前記第１のステップで用いられる前記研磨対象物と、前記第２のステップで用いられる前記研磨対象物は、別箇独立のものであるキャリブレーション方法という構成を採っている。
【００１５】
第４の形態では、前記研磨対象物上を、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かって移動するときの前記渦電流センサの出力を測定するステップと、得られた測定値の、前記研磨対象物上の各点における変化率を求め、前記変化率から前記研磨対象物の前記一端と前記他端の位置を検出し、検出された前記一端と前記他端の位置から、前記研磨対象物の中心位置を求めるステップとを有するキャリブレーション方法という構成を採っている。
【００１６】
第５の形態では、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも２点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記経路上の所定の位置における当該測定値を基準として、前記経路上の各位置における当該測定値の差を示す情報を求める第３のステップと、前記第１のステップ及び前記第２のステップにおいて得られた前記測定値と、該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における前記差との差を、前記情報に基づいて求める第４のステップとを有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のキャリブレーション方法
という構成を採っている。
【００１７】
第６の形態では、前記研磨対象物の研磨が終了した時に、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも１点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記研磨対象物の研磨が終了した時における前記経路上の各位置における当該測定値に関する情報を求める第４のステップと、前記第１のステップと前記第２のステップにおいて得られた前記測定値と、該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における研磨が終了した時における前記測定値との差を、前記情報に基づいて求める第５のステップとを有するキャリブレーション方法という構成を採っている。
【００１８】
第７の形態では、研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記研磨対象物の中心位置を求める渦電流センサのキャリブレーション方法において、該方法は、前記研磨対象物上を、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かって移動するときの前記渦電流センサの出力を測定するステップと、得られた測定値の、前記研磨対象物上の各点における変化率を求め、前記変化率から前記研磨対象物の前記一端と前記他端の位置を検出し、検出された前記一端と前記他端の位置から、前記研磨対象物の中心位置を求めるステップとを有することを特徴とするキャリブレーション方法という構成を採っている。
【００１９】
第８の形態では、研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動するときに生じる前記経路上での前記測定値の変化を求める渦電流センサのキャリブレーション方法であって、該方法は、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも２点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記経路上の所定の位置における当該測定値を基準として、前記経路上の各位置における前記測定値の差を示す情報を求め、キャリブレーション終了後の本測定において前記渦電流センサによって得られた測定値と、当該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における前記差との差を、前記情報に基づいて求めることを特徴とするキャリブレーション方法という構成を採っている。
【００２０】
第９の形態では、研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより前記研磨対象物の膜厚を測定するために、前記研磨対象物の研磨が終了した状態における前記渦電流センサの測定値を考慮した渦電流センサのキャリブレーション方法であって、該方法は、前記研磨対象物の研磨が終了した時に、前記渦電流センサが、前記研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、前記経路上の少なくとも１点において前記渦電流センサの出力を測定し、前記研磨対象物の研磨が終了した時における前記経路上の各位置における当該測定値に関する情報を求め、キャリブレーション終了後の本測定において前記渦電流センサによって得られた測定値と、該測定値が得られた各点に対応する前記経路上の位置における研磨が終了した時における前記測定値との差を、前記情報に基づいて求めることを特徴とするキャリブレーション方法という構成を採っている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、研磨装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、インピーダンスを測定するための渦電流センサの構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２のブロック図の等価回路図である。
【図４】渦電流センサのセンサコイルの構成例を示す斜視図である。
【図５】図４のセンサコイルの接続例を示す回路図である。
【図６】センサコイル出力の同期検波回路を示すブロック図である。
【図７】導電性膜の厚さ変化に伴う、インピーダンス座標面における抵抗成分（Ｘ）とリアクタンス成分（Ｘ）の円軌跡を示すグラフである。
【図８】図７のグラフ図形を反時計回りに９０度回転させ、さらに平行移動させたグラフである。
【図９】使用する研磨パッドの厚さに相当する距離に応じて、座標Ｘ，Ｙの円弧軌跡が変化する様子を示したグラフである。
【図１０】研磨パッド１０８の厚さの違いにかかわらず、角度αは同じであることを説明する図である。
【図１１】図１１は、１／ｔａｎα（＝Ｔａ）と膜厚ｔとの比例関係を示す図である。
【図１２】図１２は、クリア研磨における測定点を示す。
【図１３】図１３（ａ）は、測定により得られた信号の大きさを示し、図１３（ｂ）は、その信号の変化率（微分又は差分）を示す。
【図１４】図１の研磨テーブル部分を示す平面図である。
【図１５】ベースライン処理とゼロキャリ処理を示す説明図である。
【図１６】図１６は、キャリブレーション方法の全体を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態の研磨装置の全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、研磨装置１００は、研磨対象物（例えば、半導体ウェハなどの基板、又は基板の表面に形成された各種の膜）１０２を研磨するための研磨部１５０を有する。研磨部１５０は、研磨対象物１０２を研磨するための研磨パッド１０８を上面に取付け可能な研磨テーブル１１０と、研磨テーブル１１０を回転駆動する第１の電動モータ１１２と、研磨対象物１０２を保持可能なトップリング１１６と、トップリング１１６を回転駆動する第２の電動モータ１１８とを備える。
【００２４】
また、研磨部１５０は、研磨パッド１０８の上面に研磨材を含む研磨砥液を供給するスラリーライン１２０を備える。研磨装置１００は、研磨部１５０に関する各種制御信号を出力する研磨装置制御部１４０を備える。
【００２５】
研磨装置１００は、研磨テーブル１１０に形成された穴に配置され、研磨テーブル１１０の回転に伴い研磨対象物１０２の膜厚を研磨面に沿って検出する渦電流センサ２１０を備える。
【００２６】
研磨装置１００は、研磨対象物１０２を研磨するときは、研磨砥粒を含む研磨スラリーをスラリーライン１２０から研磨パッド１０８の上面に供給し、第１の電動モータ１１２によって研磨テーブル１１０を回転駆動する。そして、研磨装置１００は、トップリング１１６を、研磨テーブル１１０の回転軸とは偏心した回転軸回りで回転させた状態で、トップリング１１６に保持された研磨対象物１０２を研磨パッド１０８に押圧する。これにより、研磨対象物１０２は研磨スラリーを保持した研磨パッド１０８によって研磨され、平坦化される。
【００２７】
受信部２３２は、ロータリージョイント・コネクタ１６０，１７０を介して渦電流センサ２１０と接続されている。受信部２３２は、渦電流センサ２１０から出力された信号を受信して、インピーダンスとして出力する。
【００２８】
図１に示すように、膜厚測定装置２３０は、受信部２３２から出力されたインピーダン
スに所定の信号処理を行って終点検出器２４０へ出力する。
【００２９】
終点検出器２４０は、膜厚測定装置２３０から出力される信号に基づいて研磨対象物１０２の膜厚の変化を監視する。終点検出器２４０は、研磨装置１００に関する各種制御を行う研磨装置制御部１４０と接続されている。終点検出器２４０は、研磨対象物１０２の研磨終点を検出すると、その旨を示す信号を研磨装置制御部１４０へ出力する。研磨装置制御部１４０は、終点検出器２４０から研磨終点を示す信号を受信すると、研磨装置１００による研磨を終了させる。研磨装置制御部１４０は、研磨中は、補正された膜厚データに基づいて、研磨対象物１０２の押圧力を制御する。
【００３０】
ここで、本実施形態におけるキャリブレーションの概略を述べる。渦電流センサ２１０により膜厚を測定するときは、渦電流センサ２１０の出力から得られるデータと膜厚との対応関係を事前に求めておく必要がある。本実施形態では、渦電流センサ２１０の出力から角度αを求める。角度αの定義および求め方は、後述する。
【００３１】
角度αから算出される１／ｔａｎαと、膜厚ｔは、後述するように、比例する。すなわち、１／ｔａｎα＝Ｔａとしたときに、膜厚ｔ=A_th×Taという関係がある。ここで、A_thは、比例係数である。膜厚の実際の測定において、渦電流センサ２１０の測定値からＴａを得ることができる。従って、キャリブレーションにおいては、膜厚ｔ=A_th×Taという渦電流センサ２１０の出力と膜厚との対応関係における比例係数A_thを求めればよい。比例係数A_thが求まれば、キャリブレーション後の本測定において、渦電流センサ２１０の出力から角度αを求めると、膜厚が算出できる。なお、渦電流センサ２１０の出力から得られる渦電流センサ２１０の測定値とは、後述するインピーダンス（Ｘ，Ｙ）、又は、上述の角度α、ｔａｎα、１／ｔａｎα、Ta等を意味する。
【００３２】
図２は、研磨装置１００が備える渦電流センサ２１０を示す。渦電流センサは、そのセンサコイルから導電性膜側を見たインピーダンスが変化し、このインピーダンス変化から膜厚を検出する。渦電流センサ２１０は、検出対象の研磨対象物１０２の近傍にセンサコイルを配置し、そのコイルに交流信号源１２４が接続されている。ここで、検出対象の研磨対象物１０２は、例えば半導体ウェハＷ上に形成された厚さが０〜２μｍ程度の銅めっき膜（Ａｕ，Ｃｒ，Ｗなどのメタル材料の蒸着膜でもよい）である。センサコイルは、検出対象の導電性膜に対して例えば０．５〜５ｍｍ程度の近傍に配置される。同期検波回路１２６は、センサコイル側から見た検出対象の研磨対象物１０２を含むインピーダンスＺ（その成分がＸ，Ｙである。）を検出する（詳細は後述する）。
【００３３】
図３に示す等価回路において、交流信号源１２４の発振周波数は一定であり、研磨対象物１０２の膜厚が変化すると、交流信号源１２４からセンサコイル側を見たインピーダンスＺが変化する。すなわち、図３に示す等価回路において、研磨対象物１０２に流れる渦電流Ｉ２は、研磨対象物１０２の等価的な抵抗Ｒ２および自己インダクタンスＬ２によって決まる。膜厚が変化すると渦電流Ｉ２が変化し、センサコイル側との相互インダクタンスＭを介して、交流信号源１２４側からみたインピーダンスＺの変化として捉えられる。ここで、Ｌ１はセンサコイルの自己インダクタンス分であり、Ｒ１はセンサコイルの抵抗分である。
【００３４】
以下に、渦電流センサについて具体的に説明する。交流信号源１２４は、１〜５０ＭＨｚ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１２４により供給される交流電圧により、センサコイルに電流Ｉ１が流れる。研磨対象物１０２の近傍に配置されたコイルに電流が流れることで、この磁束が研磨対象物１０２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、研磨対象物１０２中に渦電流Ｉ２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、Ｌ１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。研磨対象物１０２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１２４の端子１２８，１３０からセンサコイル側を見たインピーダンスＺは、研磨対象物１０２中に形成される渦電流損の大きさによって変化する。
【００３５】
図４は、本実施形態の渦電流センサにおけるセンサコイルの構成例を示す。センサコイルは、導電性膜に渦電流を形成するためのコイルと、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３１１に巻回された３層のコイルにより構成されている。ここで中央の励磁コイル３１２は、交流信号源１２４に接続される励磁コイルである。この励磁コイル３１２は、交流信号源１２４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Ｗ上の研磨対象物１０２に渦電流を形成する。ボビン３１１の上側（導電性膜側）には、検出コイル３１３が配置され、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。そして、励磁コイル３１２の検出コイル３１３と反対側にはバランスコイル３１４が配置されている。
【００３６】
図５は、各コイルの接続例を示す。検出コイル３１３とバランスコイル３１４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３１６を含む抵抗ブリッジ回路３１７に接続されている。コイル３１２は交流信号源２０３に接続され、交番磁束を生成することで、近傍に配置される導電性膜２０１’に渦電流を形成する。可変抵抗VR1,VR2の抵抗値を調整することで、コイル３１３，３１４からなる直列回路の出力電圧が、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。
【００３７】
図６は、交流信号源２０３側からセンサコイル２０２側を見たインピーダンスＺの計測回路例を示す。この図６に示すインピーダンスＺの計測回路においては、膜厚の変化に伴うインピーダンス平面座標値（Ｘ，Ｙ）、（すなわち、リアクタンス成分（Ｘ）、抵抗成分（Ｙ））、インピーダンス（Ｚ ＝ Ｘ ＋ ｉＹ）、および位相出力（θ ＝ ｔａｎ−１Ｒ／Ｘ）を取り出すことができる。従って、これらの信号出力を用いることで、例えばインピーダンスの各種成分の大きさにより膜厚を計測するなど、より多面的な処理の進行状況の検出が可能となる。
【００３８】
上述したように、検出対象の研磨対象物１０２が成膜された半導体ウェハＷ近傍に配置されたセンサコイルに、交流信号を供給する信号源２０３は、水晶発振器からなる固定周波数の発振器である。交流信号源２０３は、例えば、１〜５０ＭＨｚの固定周波数の電圧を供給する。信号源２０３で形成される交流電圧は、バンドパスフィルタ３０２を介して励磁コイル３１２に供給される。センサコイルの端子１２８，１３０で検出された信号は、高周波アンプ３０３および位相シフト回路３０４を経て、ｃｏｓ同期検波回路３０５およびｓｉｎ同期検波回路３０６からなる同期検波部に入力される。同期検波部により検出信号のｃｏｓ成分（Ｘ成分）とｓｉｎ成分（Ｙ成分）とが取り出される。ここで、信号源２０３で形成される発振信号から、位相シフト回路３０４により、信号源２０３の同相成分（０゜）と直交成分（９０゜）の２つの信号が形成される。これらの信号は、それぞれｃｏｓ同期検波回路３０５とｓｉｎ同期検波回路３０６とに導入され、上述の同期検波が行われる。
【００３９】
同期検波された信号は、ローパスフィルタ３０７，３０８により、信号成分以上の不要な例えば５ＫＨｚ以上の高周波成分が除去される。同期検波された信号は、ｃｏｓ同期検波出力であるＸ成分出力と、ｓｉｎ同期検波出力であるＹ成分出力である。また、ベクトル演算回路３０９により、Ｘ成分出力とＹ成分出力とから、インピーダンスＺの大きさ、（Ｘ２＋ Ｙ２）１／２、が得られる。また、ベクトル演算回路（θ処理回路）３１０により、同様にＸ成分出力とＹ成分出力とから、位相出力（θ ＝ ｔａｎ−１Ｙ／Ｘ）、が得られる。ここで、これらフィルタは、センサ信号の雑音成分を除去するために設けられ
、各種フィルタに応じたカットオフ周波数が設定されている。
【００４０】
次に、研磨対象物１０２と渦電流センサ２１０との間の距離が異なるときに得られたインピーダンスに対応するインピーダンス平面座標系上の点（座標値（Ｘ，Ｙ））は、異なる円を形成する。異なる円のそれぞれの中心は、同一の直線（第２の直線）上にある。第１の点は、異なる円に対して共通な１つの点である。これらについて説明する。
【００４１】
図３に示すセンサ側回路と導電性膜側回路には、それぞれ次の式が成り立つ。
Ｒ１Ｉ１ ＋ Ｌ１ｄＩ１／ｄｔ ＋ ＭｄＩ２／ｄｔ ＝ Ｅ      （１）
Ｒ２Ｉ２ ＋ Ｌ２ｄＩ２／ｄｔ ＋ ＭｄＩ１／ｄｔ ＝ ０      （２）
ここで、Ｍは相互インダクタンスであり、Ｒ１は、センサ側回路の等価抵抗であり、Ｌ１は、センサ側回路の自己インダクタンスである。Ｒ２は渦電流が誘起される導電性膜の等価抵抗であり、Ｌ２は渦電流が流れる導電性膜の自己インダクタンスである。
【００４２】
ここで、Ｉｎ ＝ Ａｎｅｊωｔ（正弦波）とおくと、上記式（１），（２）は次のように表される。
（Ｒ１ ＋ ｊωＬ１）Ｉ１＋ ｊωＭＩ２＝ Ｅ      （３）
（Ｒ２ ＋ ｊωＬ２）Ｉ２＋ ｊωＭＩ１＝ ０      （４）
これら式（３），（４）から、次の式（５）が導かれる。
Ｉ１ ＝ Ｅ（Ｒ２ ＋ ｊωＬ２）／｛（Ｒ１＋ ｊωＬ１）（Ｒ２＋ ｊωＬ２） ＋ ω２Ｍ２｝
＝ Ｅ／｛（Ｒ１ ＋ ｊωＬ１） ＋ ω２Ｍ２／（Ｒ２＋ ｊωＬ２）｝      （５）
【００４３】
したがって，センサ側回路のインピーダンスＺは、次の式（６）で表される。
Ｚ ＝ Ｅ／Ｉ１ ＝ ｛Ｒ１ ＋ ω２Ｍ２Ｒ２／（Ｒ２２＋ ω２Ｌ２２）｝
＋ ｊω｛Ｌ１− ω２Ｌ２Ｍ２／（Ｒ２２＋ ω２Ｌ２２）｝      （６）
ここで、Ｚの実部（抵抗成分）、虚部（誘導リアクタンス成分）をそれぞれＸ，Ｙとおくと、上記式（６）は、次のようになる。
Ｚ ＝ Ｘ ＋ ｊωＹ      （７）
ここで、Ｒｘ ＝ ω２Ｌ２Ｍ２／（Ｒ２２＋ ω２Ｌ２２）とすると、(７)式は、
Ｘ ＋ ｊωＹ ＝ [Ｒ１＋ Ｒ２Ｒｘ] ＋ Ｊω[Ｌ１− Ｌ２Ｒｘ]となる。
従って、Ｘ ＝ Ｒ１ ＋ Ｒ２Ｒｘ    Ｙ ＝ ω[Ｌ１− Ｌ２Ｒｘ]となる。
これをＲ２，Ｌ２について解くと、
Ｒ２ ＝ ω２（Ｘ − Ｒ１）Ｍ２／（（ωＬ１− Ｙ）２＋ （Ｘ − Ｒ１）２）    （８）
Ｌ２ ＝ ω（ωＬ１ − Ｙ）Ｍ２／（（ωＬ１− Ｙ）２ ＋ （Ｘ − Ｒ１）２）    （９）
図７に示す記号ｋは結合係数であり、次の関係式（１０）が成り立つ。
Ｍ ＝ ｋ（Ｌ１Ｌ２）１／２      （１０）
これを(９)に適用すると、
（Ｘ − Ｒ１）２ ＋ （Ｙ − ω（１ − （ｋ２／２））Ｌ１）２＝ （ωＬ１ｋ２／２
）２  （１１）
これは、円の方程式であり、Ｘ、Ｙが円を形成すること、すなわち、インピーダンスＺは円を形成することを示す。
【００４４】
渦電流センサ２１０は、渦電流センサ２１０のコイルを含む電気回路のインピーダンスの抵抗成分Ｘおよび誘導リアクタンス成分Ｙを出力する。これらの抵抗成分Ｘおよび誘導リアクタンス成分Ｙは、膜厚を反映した膜厚信号であり、基板上の導電性膜の厚さに従っ
て変化する。
【００４５】
図７は、導電性膜の厚さとともに変化するＸ，Ｙを、ＸＹ座標系上にプロットすることで描かれるグラフを示す図である。点Ｔ∞の座標は、膜厚が無限大であるとき、すなわち、Ｒ２が０のときのＸ，Ｙである。点Ｔ０(第１の点)の座標は、基板の導電率が無視できるものとすれば、膜厚が０であるとき、すなわち、Ｒ２が無限大のときのＸ，Ｙである。Ｘ，Ｙの値から位置決めされる点Ｔｎ（第２の点）は、導電性膜の厚さが減少するに従って、円弧状の軌跡を描きながら点Ｔ０に向かって進む。
【００４６】
図８は、図７のグラフ図形を反時計回りに９０度回転させ、さらに平行移動させたグラフを示す図である。図８に示すように、膜厚が減少するに従って、Ｘ，Ｙの値から位置決めされる点Ｔｎは円弧状の軌跡を描きながら点Ｔ０に向かって進む。  結合係数ｋは、片方のコイルにより発生した磁場が、もう片方のコイルに伝達する割合である。ｋ ＝ １が最大であり、コイル間の距離が離れると、すなわち研磨パッド１０８が厚くなると、ｋは小さくなる。 
【００４７】
渦電流センサ２１０のコイルと基板Ｗとの間の距離Ｇは、これらの間に介在する研磨パッド１０８の厚さに応じて変化する。この結果、図９に示すように、使用する研磨パッド１０８の厚さに相当する距離Ｇ（Ｇ１〜Ｇ３）に応じて、座標Ｘ，Ｙの円弧軌跡が変化する。図９から分かるように、コイルと研磨対象物１０２との間の距離Ｇにかかわらず、同じ膜厚である座標Ｘ，Ｙを直線（以下、等膜厚直線（第１の直線））という）で結ぶと、その等膜厚直線が交点Ｐで交差する。点Ｐが、第１の点Ｔ０である。この等膜厚直線ｒｎ（ｎ：１，２，３…）は、図９において、第１の点を通る円の直径（第２の直線））Ｈに対して、導電性膜（研磨対象物１０２）の厚さに応じた角度αで傾斜する。第１の点を通る円の直径（第２の直線）は、距離Ｇによらず同一である。
【００４８】
角度αは、膜厚がゼロであるときのインピーダンスに対応する第１の点（Ｔ０）と、膜厚がゼロでないときのインピーダンスに対応する第２の点（Ｔｎ）とを結ぶ第１の直線と、第１の点（Ｔ０）を通る円の直径とのなす角の角度である。導電性膜の厚さが同じであるとき、研磨パッド１０８の厚さの違いにかかわらず、角度αは同じである。この点について、図１０により説明する。
点Ｔｎの座標（Ｘ、Ｙ)を図１０に示す角度αを使って表す。図１０より、
Ｘ ＝ Ｒ１ ＋ ω（ｋ２／２）Ｌ１ｓｉｎα      （１２）
Ｙ ＝ ω（１ − （ｋ２／２）Ｌ１− ω（ｋ２／２）Ｌ１ｃｏａα    （１３）
既述の（８）、（９）から、
Ｒ２／Ｌ２ ＝ω（Ｘ − Ｒ１）／（ωＬ１ − Ｙ）
この式に（１２）、（１３）を代入すると、
Ｒ２／Ｌ２ ＝ωｓｉｎ２α／（１ ＋ ｃｏｓ２α） ＝ ωｔａｎα    （１４）
Ｒ２／Ｌ２は、膜厚のみに依存し、また、結合係数ｋに依存しないため、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２との間の距離、すなわち研磨パッド１０８の厚さに依存しない。Ｒ２／Ｌ２は、膜厚のみに依存し、従って、角度αも膜厚のみに依存する。膜厚算出部は、角度αの正接を算出し、（１４）の関係を利用して、正接から膜厚を求める。
【００４９】
角度αの算出方法及び膜厚の算出方法について説明する。図１の膜厚測定装置２３０は、研磨対象物の膜厚を測定するために、渦電流センサ２１０により研磨対象物１０２に形成可能な渦電流をインピーダンスとして検出するときに、インピーダンスを受信部２３２から入力される。入力されたインピーダンスから膜厚を求める。膜厚測定装置２３０は、角算出部２３４、及び膜厚算出部２３８を備える。
【００５０】
角算出部２３４は、膜厚がゼロであるときのインピーダンスに対応する第１の点Ｔ０と
、膜厚がゼロでないときのインピーダンスに対応する第２の点Ｔｎとを結ぶ第１の直線１０と、第１の点Ｔ０を通る円の直径１２とのなす角の角度αを算出する。膜厚算出部２３８は、角度αの正接を算出し、正接から膜厚を求める。
【００５１】
次に、正接から膜厚を求める膜厚算出部２３８について説明する。本実施形態では、正接の逆数と膜厚の関係を利用する。最初に、正接の逆数と膜厚の関係を説明する。
正接と、金属膜の抵抗値との間には、既述の（１４）の関係、すなわち、
Ｒ２／Ｌ２ ＝ ωｔａｎα    （１４）
がある。ここでＲ２は、金属膜の抵抗値である。従って、Ｒ２とｔａｎαは比例する。さらに、Ｒ２は膜厚と以下の関係がある。
Ｒ２ ＝ ρＬ／ｔＷ    （１５）
ここで、ρ：抵抗率  Ｌ，Ｗ：金属膜の長さおよび幅  ｔ：膜厚 
（１４）、（１５）から、膜厚ｔと角度αは以下の関係にあることがわかる。 
Ｒ２∝（１／ｔ）∝ωｔａｎα
すなわち、１／ｔａｎα∝ｔ
これより、１／ｔａｎαと膜厚ｔは比例する。このようにして行われる膜厚の算出方法を次に説明する。
【００５２】
最初に、渦電流センサ２１０及び受信部２３２により、インピーダンス座標面における抵抗成分（Ｘ）とリアクタンス成分（Ｘ）を得る。次に、角算出部２３４において、既述の方法により、tanαを算出する。１／ｔａｎαと膜厚ｔは比例する。後述する比例関係により、１／ｔａｎαから膜厚ｔを求める。
【００５３】
次に、上記の本測定の前に行われる事前のキャリブレーションについて説明する。本実施形態では、渦電流センサ２１０のキャリブレーションにおいて、研磨対象物１０２を、研磨パッド１０８の表面（研磨面１０４）に押圧して研磨するときに、渦電流センサ２１０により研磨対象物１０２の膜厚を測定するために、研磨対象物１０２の膜厚と渦電流センサ２１０の測定値との間の対応関係を求める。ここで、対応関係とは、上述の１／ｔａｎαと膜厚ｔとの比例関係のことである。
【００５４】
キャリブレーションにおいて、膜厚が既知である研磨対象物１０２を研磨面１０４に接触させた状態で、渦電流センサ２１０の出力を測定して、膜厚に対応した渦電流センサ２１０の測定値を求める。膜厚は、事前に研磨装置１００の外部において、測定される。測定された膜厚は、ユーザが端末を操作して、研磨装置１００に入力し、膜厚算出部２３８に記憶される。
【００５５】
事前に膜厚測定したウェハを、水を用いて、研磨テーブル１１０を回転させて研磨する。これを以下では、「水ポリ」と呼ぶ。「水ポリ」では、水を用いているため、研磨は実際には生じない。「水ポリ」を行う理由は、膜厚が既知である研磨対象物１０２を用いて、この時の渦電流センサ２１０の出力を得ることが目的であるため、研磨が行われることは望ましくないからである。
【００５６】
研磨テーブル１１０のテーブル回転数は任意でよい。実際の研磨時と同じ回転数であることが望ましい。渦電流センサ２１０の測定値は、研磨対象物１０２の中心から、例えば、直径２０ｍｍの範囲における平均値を膜厚算出部２３８に記憶する。渦電流センサ２１０の測定値から、既述のαが得られる。測定結果を、図１１に示す。図１１は、１／ｔａｎα（＝Ｔａ）と膜厚ｔとの比例関係を示す図である。横軸は、渦電流センサ２１０の測定値１／ｔａｎαであり、縦軸は、膜厚ｔである。図１１に、既知の膜厚５６に対する渦電流センサ２１０の測定値５８を示す。
【００５７】
図１１に示す比例関係を表す直線は、それぞれ、いくつかの渦電流センサ２１０の測定を基にキャリブレーション段階で得られた直線５０と、キャリブレーションの結果との比較のために渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２との距離を２通りに変えて実測された直線５２と直線５４とを示す。これらの直線は、いずれも、膜厚=A_th×Ta  という比例関係を満たしている。A_thは、直線の傾きである。キャリブレーションの目的は、直線５０を求めることである。直線５０は、傾きA_thがわかれば確定する直線である。傾きA_thは、測定値５８がわかれば、膜厚５６は、既知であるから求まる。測定値５８を求める方法は後述する。
【００５８】
なお、キャリブレーションに使用するウェハの膜厚５６は、膜厚５６にある程度の幅があってもよい。膜厚５６が、正しく測定してあれば、本実施形態では問題ない。膜厚５６が異なる場合は、それに応じて異なる測定値５８が得られて、膜厚５６と測定値５８から得られる膜厚=A_th×Taという関係式における傾きA_thは不変だからである。従来技術においては、膜厚が決まっている校正ウェハを用いたために、キャリブレーションにおいて対象となる膜厚は、固定されていた。
【００５９】
次に、研磨対象物１０２を研磨面１０４に押圧して研磨しているときに、渦電流センサ２１０の出力を測定して、研磨しているときの膜厚に対応した渦電流センサ２１０の測定値を求めることについて、図１２により説明する。このステップでは、図１０に示す円の直径を示す直線を、研磨しているときの膜厚に対応した渦電流センサ２１０の測定値から求める。求めた直線と、図１１に関して測定した渦電流センサ２１０の測定値から、測定値５８に対応する角度αを求めて、最終的に測定値５８を求める。
【００６０】
別の表現をすると、このステップでは、以下のことが行われている。研磨対象物１０２の膜厚を測定するために、渦電流センサにより研磨対象物に形成可能な渦電流をインピーダンスとして検出するときに、インピーダンスを入力されて、入力されたインピーダンスから膜厚を求める。２つの直交座標軸を有する座標系の各軸に、インピーダンスの抵抗成分とリアクタンス成分をそれぞれ対応させたときに、インピーダンスに対応する座標系上の点は、図１０の円の少なくとも一部を形成する。膜厚測定装置は、膜厚がゼロであるときのインピーダンスに対応する第１の点Ｔ０と、膜厚がゼロでないときのインピーダンスに対応する第２の点Ｔｎとを結ぶ第１の直線１０と、第１の点を通る円の直径１２とのなす角αの正接ｔａｎα又は角度αを角算出部において算出する。
【００６１】
このステップでは、金属膜のついた研磨対象物１０２を研磨して、渦電流センサ２１０の測定値を得る。研磨対象物１０２の所定の膜を研磨終了点まで研磨する。この研磨全体を「クリア研磨」と呼ぶ。図１２は、クリア研磨における測定点を示す。図１２は、図１０と同様のものである。円弧カーブ６０は、クリア研磨における測定点が存在する領域のうち、円弧中心座標６４を求めるために使用する測定点が存在する領域を示す。本実施形態では、測定点６８が研磨開始時の測定値を示す。測定点６８は、図１１に示す測定値５８に対応する。測定点６２は、研磨終了時の測定値を示す。キャリブレーションのための研磨及び測定は、測定点６８から測定点６２において行われる。円弧カーブ６０から、既述のように、円弧中心座標６４を求める。測定点６２と円弧中心座標６４から、円弧中心直線６６を取得する。
【００６２】
本実施形態では、このように、従来技術とは異なって、実際に、１枚の研磨対象物１０２を研磨することによりキャリブレーションが行われる。従来技術では、研磨が行われず、複数枚の校正ウェハが用いられ、研磨パッドがはがされていた。
【００６３】
円弧中心直線６６と、図１１に関して測定された渦電流センサ２１０の出力（円上に存在する。）から、当該出力に対応する角度αが求まる。角度αが求まると、１／ｔａｎα
（＝Ｔａ）、すなわち測定値５８が求まる。円弧中心直線６６は、Y=A_Imp×Xと表現することができる。ここで、A_Impは、円弧中心直線６６の傾きである。
【００６４】
なお、図１１に示すステップで用いられた研磨対象物を用いて、図１２に示すステップを行う。すなわち、１枚の研磨対象物１０２を研磨することによりキャリブレーションが行われる。しかし、図１１に示すステップで用いられる研磨対象物と、図１２に示すステップで用いられる研磨対象物は、別箇独立のものとすることもできる。すなわち、膜厚が既知である研磨対象物について図１１に示すステップで得られた渦電流センサ２１０の出力を、別箇独立の研磨対象物について図１２に示すステップで得られた円弧中心直線６６を用いて、角度αを算出し、次に、測定値５８を算出することとしてもよい。
【００６５】
次に、研磨対象物１０２が円形状であるときに、円形状の中心位置を検知することについて、図１３、１４により説明する。研磨対象物１０２の中心位置を検知することは、研磨対象物の膜厚と渦電流センサの測定値との間の対応関係を求めることとは、直接は関係しない。しかし、研磨においては、研磨対象物１０２の中心位置における膜厚を主として検知して、研磨時間、研磨圧力等を制御することがある。従って、研磨対象物１０２の中心位置をキャリブレーションの段階で正確に検知することが重要である。この検知は受信部２３２において行われる。
【００６６】
本実施形態では、図１１，１２において用いられた研磨対象物１０２上を、渦電流センサ２１０が、研磨対象物１０２の一端７６から他端７８に向かって移動するときの渦電流センサ２１０の出力を測定する。
【００６７】
研磨テーブル１１０の回転は、図１４に示すように、研磨テーブル１１０の外周面に取り付けられたドグ３５１をドグセンサ３５０が検出するようになっている。ドグセンサ３５０からの検出信号により、トップリング１１６の保持する研磨対象物１０２の信号処理を開始する。すなわち、研磨テーブル１１０の回転に伴って、センサ軌跡３５２が研磨対象物１０２を横切る。
【００６８】
研磨装置は、研磨テーブル１１０が１周する間に、まずドグセンサ３５０からの信号を受け取る。この時は、まだ渦電流センサ２１０上には研磨対象物１０２が来ていないので、渦電流センサ２１０は、研磨対象物１０２の外部において、弱い信号を受け取る。その後、研磨対象物１０２の下に渦電流センサ２１０が位置すると、導電性膜などに生じる渦電流に応じたレベルのセンサ信号を受け取る。そして、研磨対象物１０２が渦電流センサ２１０上を通過した後には、渦電流が発生していないレベルの研磨対象物１０２の外部において、弱いセンサ信号を受け取ることになる。
【００６９】
研磨対象物１０２上の各点において得られた測定値の、研磨対象物１０２上の各点における変化率（微分又は差分）を求める。図１３（ａ）は、測定により得られた信号の大きさを示し、図１３（ｂ）は、その信号の変化率（微分又は差分）を示す。横軸は時間、縦軸は、図１３（ａ）では、渦電流センサ２１０の出力であるインピーダンスの絶対値、図１３（ｂ）では、インピーダンスの絶対値の時間微分である。変化率から研磨対象物１０２の一端７６（研磨開始点７０）と他端７８（研磨終了点７２）の位置を検出することができる。研磨開始点７０では、変化率がプラスピークであり、研磨終了点７２では変化率がマイナスピークであるからである。変化率が検出された一端と他端の位置から、その中間地点７４として、研磨対象物１０２の中心位置を求める。
【００７０】
研磨対象物１０２の中心位置は、時間情報または距離情報として保持することができる。時間情報の場合は、例えば、ドグ３５１を検出してからの時間として保持することができる。距離情報の場合は、経路８０上において一端７６からの距離として保持することが
できる。
【００７１】
このステップは、キャリブレーションのどの段階でも可能であるが、キャリブレーションの最初に行うことが好ましい。従来は、研磨対象物１０２の中心位置を検知することは、使用者が、測定データを見て、中心位置がどこに位置するかを目視で判断していた。本実施形態では、研磨装置が自動的に、中心位置がどこに位置するかを判断する。研磨テーブル１１０のテーブル回転数は任意であるが、実際の研磨と同じにすることが好ましい。キャリブレーションの最初に、このステップを行う場合は、金属膜のついた研磨対象物１０２を水ポリする。研磨対象物１０２が研磨されてしまうと、図１１に示す測定ができなくなるからである。
【００７２】
図１３に示す測定値について、以下の３種のエラーを監視し、どれか１つでも満たさない場合はエラーとする。
１。プラスピーク位置の時間値＜マイナスピーク位置の時間値であれば、研磨対象物１０２は正常である。この条件を満たさないときは、測定エラーと考えられるからである。
２。ピーク間距離が、ウェハ直径＋40mm以下、かつウェハ直径−40mm以上である。この条件を満たさないときは、測定曲線、もしくは測定曲線から得られたピーク位置が異常であると考えられる。
３。研磨装置に設けられている研磨テーブル１１０の回転位置を示す、すなわち、研磨開始位置を示すドグ３５１の位置から10mm以内にピーク位置がない。この条件を満たさないときは、ドグ３５１の位置検出が異常であり、ドグ３５１の異常又は測定エラーと考えられるからである。
これらの条件判定に用いる値は一例であり、他の値も可能である。
【００７３】
次に、研磨対象物１０２の膜厚が０Åであるときの渦電流センサ２１０の出力を0に調整することについて、図１４、１５により説明する。この調整には、２種類ありうる。１つ目は、研磨対象物１０２を研磨することにより、熱が発生し、研磨対象物の一端７６から他端７８に向かう経路８０に沿って、温度が上昇することに対する調整である。一端７６から他端７８に向かう経路８０に沿って、渦電流センサ２１０の出力が上昇もしくは下降する。２つ目は、膜厚が0Åであるときの渦電流センサ２１０の出力が０であるとは限らないことに対する調整である。０でない理由は、渦電流センサ２１０の出力を測定する測定装置の信号処理回路の特性による。
【００７４】
１つ目の調整について図１５（ａ）、図１５（ｂ）により説明する。この調整は受信部２３２において行われる。図１５（ａ）は、研磨対象物１０２の膜厚が０Åであるときの渦電流センサ２１０の出力を示す。図１５の各図において、横軸は時間、縦軸は、インピーダンスのＸ，またはＹ成分である。
【００７５】
渦電流センサ２１０が、研磨対象物１０２の一端７６から他端７８に向かう経路８０に沿って移動して、経路８０上の少なくとも２点において渦電流センサの出力を測定する。２点において渦電流センサの出力を測定する場合とは、例えば、温度の上昇が、一端７６からの距離に比例する場合である。この時は、２点での測定から、経路８０上の全体における温度変化成分を求めることができる。
【００７６】
本実施形態では、経路８０上で連続して測定する。経路８０上の所定の位置における測定値を基準として、経路８０上の各位置における測定値の差を示す情報を求める。所定の位置は、図１５の場合、一端７６である。所定の位置は、経路８０上の任意の位置に設定することができる。経路８０上の所定の位置における測定値、及び経路８０上の各位置における測定値は、図１５（ａ）の場合、インピーダンスのＸ，またはＹ成分である。測定値は、インピーダンスのＸ，またはＹ成分に限られず、既述の他の測定値でもよい。差を
示す情報は、図１５の場合、インピーダンスのＸ成分同士の差，またはＹ成分同士の差である。
【００７７】
測定値８２が、一端７６における測定値のレベルを示す。経路８０上の、ある位置８４における測定値８６との差８８が、差を示す情報の一例として図示されている。差８８が、温度変化成分と考えられる。本実施形態では、差を示す情報は、差８８そのものとして、各点ごとに得られるが、差８８が直線的に変化する場合は、その直線の方程式に関する情報としてもよい。例えば、直線の傾きと、ある位置における値である。
【００７８】
図１１，１２のステップにおいて得られた測定値と、測定値が得られた各点に対応する経路８０上の位置における差８８との差を、情報に基づいて求める。これにより、温度変化成分を除去できる。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の測定値に対して、温度変化成分を除去した結果を示す。以下では、温度変化成分を除去する処理をベースライン処理と呼ぶ。研磨テーブル１１０の１回転毎に自動的にベースライン処理は行われる。ベースライン処理は、温度変化成分を検知して除去することが目的であるため、膜厚が０でないときの研磨対象物１０２に関する測定値を用いることもできる。
【００７９】
２つ目の調整について図１５（ａ）、図１５（ｃ）により説明する。この調整は受信部２３２において行われる。研磨対象物１０２の研磨が終了した時に、すなわち、膜厚が０であるときに、研磨対象物１０２の一端７６から他端７８に向かう経路８０に沿って移動して、経路８０上の少なくとも１点において渦電流センサの出力を測定する。１点でよい場合とは、例えば、経路８０上のすべての点で、測定値が同じと考えられる場合である。
【００８０】
本実施形態では、経路８０上で連続して測定する。そして、研磨対象物１０２の研磨が終了した時における経路８０上の各位置における測定値に関する情報を求める。この情報は、図１５（ａ）に示され、インピーダンスのＸ成分，またはＹ成分である。
【００８１】
図１１，１２のステップにおいて得られた測定値と、この測定値が得られた各点に対応する経路８０上の位置における研磨が終了した時における測定値（図１５（ａ）に示される。）との差を、前記情報に基づいて求める。これにより、膜厚が０であるときの成分を除去できる。図１５（ｃ）は、図１５（ａ）の測定値に対して、この成分を除去した結果を示す。以下では、膜厚が０であるときの成分を除去する処理をゼロキャリ処理と呼ぶ。研磨テーブル１１０の１回転毎に自動的にゼロキャリ処理は行われる。ベースライン処理及びゼロキャリ処理のために、図１５（ａ）の測定値を求める時、テーブル回転数は任意であるが、実際の研磨時と同じテーブル回転数にすることが好ましい。ゼロキャリ処理では、金属膜のついていない研磨対象物１０２を、スラリを使用して研磨する。また、実際の研磨時と同じ圧力で処理することが好ましい。
【００８２】
図１３〜図１５に示す処理で使用する測定値は、図１１，１２に示す処理で用いられる研磨対象物１０２と同一の１枚の研磨対象物１０２を使用して測定することができる。しかし、これに限られるものではなく、図１３〜図１５に示す処理で使用する測定値は、図１１，１２に示す処理で用いられる研磨対象物１０２とは、別の研磨対象物１０２を使用して測定してもよく、または、既に測定済みの測定値を流用することも可能である。図１３〜図１５に示す処理で使用する測定値は、膜の特性に依存することが少ない測定値であるからである。
【００８３】
次に、図１１〜図１５に示す処理を１枚の研磨対象物１０２で行うときの処理フローについて、図１６により説明する。図１６は、キャリブレーションの全体フローである。
【００８４】
全体フローの処理の流れは、概略、次のとおりである。フローの前半で、図１３，図１
１，図１２，図１５に示す処理に必要なデータを、この順番に取得する。処理に必要なデータがすべて測定された後に、フローの後半で、図１２，図１１に示す処理を、この順番に行う。この際に、図１５に示す処理（ステップ１６４）で得られたデータを用いて、ベースライン処理とゼロキャリ処理が行われる。
【００８５】
全体フローの処理の流れの詳細は、次のとおりである。キャリブレーションを開始すると（ステップ１５２）、最初に、キャリブレーションにおいて使用する研磨対象物１０２の膜厚を、研磨装置の外部にある膜厚測定器で測定する。測定した膜厚を、研磨装置１００の制御部に入力する（ステップ１５４）。
【００８６】
次に、図１３に示す処理に必要なデータを取得する（ステップ１５６）。すなわち、研磨対象物１０２に対して、水ポリを実施して、波形の微分値ピークより、研磨対象物１０２の中心位置を検出する。検出結果によって、制御部内の研磨対象物１０２の位置に関するデータを調整する。このステップは省略可能である。そのときは、過去の測定で得られて、既に研磨装置内に保持している中心位置を使用する。中心位置は、個々の研磨対象物１０２によって、変動することが少ないからである。
【００８７】
次に、図１１に示す処理に必要なデータを取得する（ステップ１５８）。すなわち、水ポリを実施を実施して、研磨対象物１０２の中心位置の渦電流センサ２１０出力値を取得し、保持する。得られたデータを(X_th_raw,Y_th_raw)とする。
【００８８】
次に、図１２に示す処理に必要なデータを取得する（ステップ１６２）。すなわち、膜厚が０になるまで、スラリを用いて研磨を実施する。研磨対象物１０２の中心位置のデータ列を取得する。得られたデータ列を(X_clr[n], Y_clr[n])とする。ｎは、複数のデータの識別番号である。
【００８９】
次に、図１５に示す処理に必要なデータを取得する（ステップ１６４）。すなわち、膜厚が０であるときの研磨を行う。膜なし研磨対象物１０２の中心位置のデータを取得する。得られたデータを(X_zero,Y_zero)とする。このステップは省略可能である。そのときは、過去の測定で得られて、既に研磨装置内に保持しているデータを使用する。このデータは、個々の研磨対象物１０２によって変動することが少ないからである。
【００９０】
以上で、必要なデータが得られたので、以下では、これらのデータの処理を行う。最初に、ステップ１６６において、(X_clr[n], Y_clr[n])より(X_zero,Y_zero)を減算してから、既述の方法により、円弧中心点と半径を算出する。
【００９１】
次に、ステップ１６８において、(X_th_raw,Y_th_raw)より(X_zero,Y_zero)を減算してから、円弧半径を用いて、既知の膜厚に対応する渦電流センサ２１０の測定値Taを計算する。
【００９２】
次に、ステップ１７２において、入力された既知である膜厚と、ステップ１６８において得られたTaから、傾きA_th、円弧中心点より、傾きA_impを計算する。以上でキャリブレーションは終了する。
【００９３】
本実施形態によれば、従来技術に係わる以下の問題が解決できる。すなわち、従来技術においては、
１  研磨パッド１０８を剥がして、膜厚が既知である校正ウェハを使い、キャリブレーションが必要であった。
２  手作業のため、校正ウェハの置き方、校正ウェハの汚染等により誤差が生じる。
３  校正ウェハの酸化等の特性の劣化により、経時的誤差が生じる。
という問題があった。
【００９４】
本実施形態によれば、従来技術に係わる問題が以下のように解決できる。
１  研磨パッド１０８を剥がすことなく、キャリブレーションできる。
２  装置の自動動作が可能になったため、手作業による位置ずれや汚染による誤差が生じない。
３  膜厚を測定した任意の研磨対象物１０２（ウェハ）でキャリブレーションできるので、校正ウェハの劣化に影響されない。膜厚は、どのような値のものでもよい。従来技術では、膜厚は、校正ウェハの有する膜厚に限定されていたが、本実施形態によれば、膜厚は、どのような値のものでもよい。
４  図１１〜図１５に示す複数のキャリブレーションを、１枚の研磨対象物１０２で実行できるので、手間が少ない。
【００９５】
なお、本実施形態では、図１１〜図１５に示す複数のキャリブレーションを、１枚の研磨対象物１０２で実行しているが、図１３、図１５に示す処理は、既述のように単独で実行することができる。単独で実行して得られたデータを、複数の異なる研磨対象物１０２のキャリブレーション間で共用できる。
【００９６】
この場合は、以下のように処理がなされる。図１３の場合、研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより研磨対象物の膜厚を測定するために、研磨対象物の中心位置を求める渦電流センサのキャリブレーションを行う。この方法は、研磨対象物上を、渦電流センサが、研磨対象物の一端から他端に向かって移動するときの渦電流センサの出力を測定するステップと、得られた測定値の、研磨対象物上の各点における変化率を求め、変化率から研磨対象物の一端と他端の位置を検出し、検出された一端と他端の位置から、研磨対象物の中心位置を求めるステップとを有する。
【００９７】
図１４（ｂ）のベースライン処理の場合、研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより研磨対象物の膜厚を測定するために、渦電流センサが、研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動するときに生じる経路上での測定値の変化を求める渦電流センサのキャリブレーションを行う。この方法は、渦電流センサが、研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、経路上の少なくとも２点において渦電流センサの出力を測定し、経路上の所定の位置における当該測定値を基準として、経路上の各位置における測定値の差を示す情報を求める。このキャリブレーション終了後の本測定において渦電流センサによって得られた測定値と、当該測定値が得られた各点に対応する経路上の位置における差との差を、情報に基づいて求める。
【００９８】
図１４（ｃ）のゼロキャリ処理の場合、研磨対象物を研磨面に押圧して研磨するときに、渦電流センサにより研磨対象物の膜厚を測定するために、研磨対象物の研磨が終了した状態における渦電流センサの測定値を考慮した渦電流センサのキャリブレーションを行う。この方法は、研磨対象物の研磨が終了した時に、渦電流センサが、研磨対象物の一端から他端に向かう経路に沿って移動して、経路上の少なくとも１点において渦電流センサの出力を測定し、研磨対象物の研磨が終了した時における経路上の各位置における当該測定値に関する情報を求める。このキャリブレーション終了後の本測定において渦電流センサによって得られた測定値と、該測定値が得られた各点に対応する経路上の位置における研磨が終了した時における測定値との差を、情報に基づいて求める。
【００９９】
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】
【０１００】
７０…研磨開始点
７２…研磨終了点
７４…中間地点
７６…一端
７８…他端
８０…経路
１００…研磨装置
１０２…研磨対象物
１０４…研磨面
１０８…研磨パッド
１１０…研磨テーブル
１４０…研磨装置制御部
１５０…研磨部
２１０…渦電流センサ
２３０…膜厚測定装置
２３２…受信部
２３４…角算出部
２３８…膜厚算出部
２４０…終点検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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