(57)【要約】【課題】導電性の基材に埋め込まれた場合と絶縁性の基材に埋め込まれた場合とでセンサの感度が殆ど変わらず、かつコンパクトな外形を有する埋め込み型センサを提供する。【解決手段】高周波電圧が印加され、測定対象物Ｓに対して一定の距離に置かれることにより測定対象物Ｓに渦電流を励起させる空芯のセンサコイル２、及び該センサコイル２を収容する絶縁性ケース３からなり、任意の絶縁性又は導電性の基材２０、２１に埋め込まれて用いられる渦電流式ギャップ検出用埋め込み型センサ１０Ａにおいて、センサコイル２が環状磁性体４で囲まれている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対して一定の距離に置かれ、高周波電圧が印加されることにより測定対象物に渦電流を励起させる空芯のセンサコイル、及び該センサコイルを収容する絶縁体ケースからなり、任意の基材に埋め込まれて用いられる渦電流式埋め込み型センサにおいて、センサコイルが、環状磁性体で囲まれている埋め込み型センサ。
【請求項２】
請求項１記載の埋め込み型センサ、埋め込み型センサのセンサコイルに高周波電圧を供給する発振回路、センサコイルにより測定対象物に励起された渦電流によるセンサコイルのインダクタンスの変化を検出する検出回路、及び検出回路の出力値と測定対象物との距離とを対応させる演算回路を備えたギャップ検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の埋め込み型センサ、埋め込み型センサのセンサコイルに高周波電圧を供給する発振回路、センサコイルにより測定対象物に励起された渦電流によるセンサコイルのインダクタンスの変化を検出する検出回路、及び検出回路の出力値と測定対象物の膜厚とを対応させる演算回路を備えた膜厚測定装置。
【請求項４】
金属製のターンテーブル、ターンテーブルの駆動機構、ターンテーブルの上面に載置された研磨パッド、研磨パッド上でウエハを保持するトップリング、トップリングの駆動機構、研磨パッド上にスラリーを供給するスラリー供給機構からなるＣＭＰ装置であって、ＣＭＰ装置に請求項３記載の膜厚測定装置が接続され、該膜厚測定装置の埋め込み型センサが前記ターンテーブルに埋め込まれているＣＭＰ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意の基材に埋め込まれ、ギャップ検出装置あるいは膜厚測定装置のセンサとして用いられる渦電流式の埋め込み型センサ及びこれを用いたＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、渦電流式ギャップ検出装置が、高速回転体の軸の偏芯測定や磁気浮上式走行車の浮上ギャップ等を非接触で計測するために用いられている。
【０００３】
この渦電流式ギャップ検出装置のセンサ部分としては、一般に、図７に示すように、絶縁性のボビン１に導線を複数回巻き回した空芯のセンサコイル２を絶縁性ケース３に収容したセンサであって、任意の絶縁性の基材２０に埋め込まれ、導電性の測定対象物Ｓに近接した位置で用いられる埋め込み型センサ１０が使用されている。渦電流式ギャップ検出装置は、この埋め込み型センサ１０に高周波電圧を印加する発振回路と、センサコイル２のインダクタンスを検出する検出回路と検出回路の出力値と測定対象物Ｓとの距離を対応させる演算回路を備えている（特許文献１参照）。渦電流式ギャップ検出装置において、センサコイル２に高周波電圧が印加されると測定対象物Ｓに渦電流が励起され、その渦電流によってセンサコイル２のインダクタンスが変化し、そのインダクタンスの変化を検出回路が検出し、測定対象物Ｓとの距離が得られる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１８３１０６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示したように、埋め込み型センサ１０を埋め込む基材２０が絶縁性である場合には、センサコイル２から発した磁力線は、基材２０の影響を受けることなく測定対象物Ｓに到達するが、図８に示すように、基材の強度向上等のために、ステンレス等の金属製の基材２１を使用する場合には、センサコイル２から発した磁力線は基材２１に渦電流を生じさせ、測定対象物Ｓの検出可能距離が極端に短くなるという問題が生じる。
【０００６】
これに対しては、図９に示すように、センサコイル２の周囲を、センサコイル２からの磁界を十分に通すだけの幅Ｗ1 の絶縁体２２で囲むことが考えられる。このように絶縁体２２を配置することによりステンレス等の導電性の基材２１に埋め込み型センサ１０を埋め込んだ場合でも、その感度低下を防止することができる。
【０００７】
しかしながら、絶縁体２２でセンサコイル２の周囲を囲むと、絶縁体２２を含めた埋め込み型センサの外形が大きくなる。
【０００８】
そこで、本発明は、導電性の基材に埋め込まれた場合と絶縁性の基材に埋め込まれた場合とでセンサの感度が殆ど変わらず、かつコンパクトな外形を有する埋め込み型センサを提供することを目的とする。
【０００９】
また、かかる埋め込み型センサを用いたギャップ検出装置、膜厚測定装置及びＣＭＰ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、空芯のセンサコイルからなる埋め込み型センサにおいて、センサコイルの周囲を環状磁性体で囲むことにより、埋め込み型センサの外形を大きくすることなく、基材が絶縁性であるか、導電性であるかに関わらず、基材表面から測定対象物に十分な磁力線を到達させられることを見出した。
【００１１】
即ち、本発明は、測定対象物に対して一定の距離に置かれ、高周波電圧が印加されることにより測定対象物に渦電流を励起させる空芯のセンサコイル、及び該センサコイルを収容する絶縁体ケースからなり、任意の基材に埋め込まれて用いられる渦電流式埋め込み型センサにおいて、センサコイルが、環状磁性体で囲まれている埋め込み型センサを提供する。
【００１２】
また、本発明は、上述の埋め込み型センサ、埋め込み型センサのセンサコイルに高周波電圧を供給する発振回路、センサコイルにより測定対象物に励起された渦電流によるセンサコイルのインダクタンスの変化を検出する検出回路、及び検出回路の出力値と測定対象物との距離とを対応させる演算回路を備えたギャップ検出装置を提供する。
【００１３】
さらに、本発明は上述の埋め込み型センサ、埋め込み型センサのセンサコイルに高周波電圧を供給する発振回路、センサコイルにより測定対象物に励起された渦電流によるセンサコイルのインダクタンスの変化を検出する検出回路、及び検出回路の出力値と測定対象物の膜厚とを対応させる演算回路を備えた膜厚測定装置を提供する。
【００１４】
加えて、本発明は、金属製のターンテーブル、ターンテーブルの駆動機構、ターンテーブルの上面に載置された研磨パッド、研磨パッド上でウエハを保持するトップリング、トップリングの駆動機構、研磨パッド上にスラリーを供給するスラリー供給機構からなるＣＭＰ装置であって、ＣＭＰ装置に上述の膜厚測定装置が接続され、該膜厚測定装置の埋め込み型センサが前記ターンテーブルに埋め込まれているＣＭＰ装置を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。
【００１６】
図１は、本発明の一態様の埋め込み型センサの模式図である。
【００１７】
この埋め込み型センサ１０Ａは、絶縁性のボビン１に導線を複数回巻き回した空芯のセンサコイル２と、センサコイル２のコイル面に垂直に起立し、該センサコイル２を囲む環状磁性体４と、これらを覆う絶縁性ケース３からなっている。
【００１８】
ここで、センサコイル２としては、従来公知の空芯のものを格別その仕様を変更することなく使用することができる。なお、センサコイル２としては、空芯のものを使用することにより磁気飽和しないという利点を得ることができる。
【００１９】
環状磁性体４の形成素材としては、フェライト、磁性体系アモルファスセラミック等の高周波に対応できるものを使用する。これにより、図９のように幅Ｗ1 の絶縁体２２を設ける場合と同等の効果を、極めて薄い幅Ｗ2 の環状磁性体４を設けることにより達成することができる。例えば、μ＝５０のフェライトからなる環状磁性体４を設けることにより、絶縁体２２を設ける場合に比してその幅Ｗ2 を１／５０にすることができる。
【００２０】
なお、環状磁性体４は、図２のようにセンサコイル２の下面の一部を覆うように形成すると磁路に制約をつけることになるので好ましくない。
【００２１】
絶縁性ケース３は、埋め込み型センサ１０Ａに、防水性、耐薬品性等を付与するために、埋め込み型センサ１０Ａの外表面を覆うものである。絶縁性ケース３は、例えば、電気的絶縁性のセラミックス、樹脂等から形成することができる。
【００２２】
この埋め込み型センサ１０Ａは、環状磁性体４のない従来の埋め込み型センサと同様にセンサコイル２を製造した後、そのセンサコイルに環状磁性体４を装着し、それを絶縁性ケース３に収容し、樹脂封止することにより製造することができる。この埋め込み型センサ１０Ａは、従来の埋め込み型センサと同じ外形を有するので、従来の渦電流式ギャップ検出装置や膜厚測定装置において、従来の埋め込み型センサに置き換えて、使用することができる。
【００２３】
図３は、発電機、送風機等に用いる回転体の回転軸３０の破線で示す偏芯範囲３１を測定するために、その回転軸の軸受け３２に埋め込み型センサ１０Ａを埋め込んだ渦電流式ギャップ検出装置１１の該埋め込み型センサ１０Ａ部分の模式図である。ここで、回転軸３０及び軸受け３２は、ステンレス、鉄等の導電性材料から形成されている。
【００２４】
この渦電流式ギャップ検出装置１１の装置構成自体は、従来例と同様に、埋め込み型センサ１０Ａと、埋め込み型センサ１０Ａのセンサコイル２に高周波電圧を供給する発振回路と、センサコイルにより測定対象物に励起された渦電流によるセンサコイルのインダクタンスの変化を検出する検出回路と、検出回路の出力値と測定対象物の距離とを対応させる演算回路を備えたものとすることができる。
【００２５】
図７に示した従来の埋め込み型センサ１０を軸受け３２に埋め込む場合には、図９に示したように、埋め込み型センサ１０の周囲に絶縁体２２を設けないと、軸受け３２に渦電流が発生し、埋め込み型センサ１０の検出可能距離が極端に短くなるため、回転軸３０の偏芯測定ができない。一方、軸受け３２において、埋め込み型センサを埋め込む部分の周囲に絶縁体を設ける場合には、軸受け３２の強度が低下し、その寿命が短くなる。これに対し、本発明の埋め込み型センサ１０Ａによれば、軸受け３２に絶縁体を設けなくても回転軸３０の偏芯測定が可能となる。
【００２６】
図４は、本発明の膜厚測定装置１２を接続したＣＭＰ装置４０の模式図である。ＣＭＰ装置４０の構成は、特に限定されるものではないが、金属製のターンテーブル４１、ターンテーブル４１の回転駆動機構４２、ターンテーブル４１の上面に載置された研磨パッド４３、研磨パッド４３上でウエハ４４を保持するトップリング４５、トップリング４５の駆動機構４６、研磨パッド４３上にスラリーを供給するスラリー供給機構４７からなる。ターンテーブル４１には、埋め込み型センサ１０Ａが埋め込まれている。また、膜厚測定装置１２は、この埋め込み型センサ１０Ａと、この埋め込み型センサ１０Ａのセンサコイル２に高周波電圧を供給する発振回路と、センサコイル２によってウエハ４４に励起された渦電流によりセンサコイル２に生じるインダクタンスの変化を検出する検出回路と、検出回路の出力値とウエハ４４の膜厚とを対応させる演算回路とを備えている。
【００２７】
図７に示した従来の埋め込み型センサ１０をターンテーブル４１に埋め込む場合には、図９に示したように、埋め込み型センサ１０の周囲に絶縁体２２を設けないと、ターンテーブル４１に渦電流が発生し、埋め込み型センサ１０の検出可能距離が極端に短くなるため、ウエハ４４の膜厚測定ができない。一方、ターンテーブル４１において、埋め込み型センサを埋め込む部分の周囲に絶縁体を設ける場合には、ターンテーブル４１とセンサの硬さが異なるために削りムラができるという問題が生じる。また、ターンテーブル４１をセラミックス製とすると、コスト高となり、破損し易いという問題が生じる。これに対し、本発明の埋め込み型センサ１０Ａによれば、ターンテーブル４１をステンレス等の金属製にしてもウエハ４４の膜厚を測定することが可能となる。
【００２８】
【実施例】
実施例１、比較例１
図１の埋め込み型センサ１０Ａにおいて、センサコイル２の外径Ｄ1 ＝２２．４ｍｍ、センサコイル２の高さＨ1 ＝２ｍｍ、フェライト製（μ＝７０）の環状磁性体４の外径Ｄ2 ＝２５ｍｍ、環状磁性体４の厚みＷ2 ＝１ｍｍ、環状磁性体４の高さＨ2 ＝５ｍｍとしたものを作製した（実施例１）。
【００２９】
一方、フェライト製環状磁性体を設けない以外は、実施例１と同様に埋め込み型センサを作製した。
【００３０】
実施例１及び比較例１の埋め込み型センサを、それぞれＳｉＣ製テーブル又はステンレス製テーブルに、埋め込み型センサの上面とテーブルの上面とが面一になるように埋め込み、種々の厚さの金属膜の出力電圧を測定し、膜厚と出力電圧との関係（センサ特性）を求めた。結果を図５（実施例１）、図６（比較例１）に示す。
【００３１】
これらの結果から、実施例１の埋め込み型センサによれば、ＳｉＣ製テーブルに埋め込んだ場合もステンレス製テーブルに埋め込んだ場合も略同様のセンサ特性を得られるが、比較例１の埋め込み型センサによれば、ＳｉＣ製テーブルに埋め込んだ場合に比してステンレス製テーブルに埋め込んだ場合は、センサ感度が著しく低下することがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、導電性の基材に埋め込まれた場合と絶縁性の基材に埋め込まれた場合とでセンサの感度が殆ど変わらず、かつコンパクトな外形を有する埋め込み型センサが提供され、また、これを用いたギャップ検出装置、膜厚測定装置及びＣＭＰ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】導電性の基材に埋め込んだ本発明の埋め込み型センサの模式図である。
【図２】導電性の基材に埋め込んだ埋め込み型センサの模式図である。
【図３】ギャップ検出装置の使用例の説明図である。
【図４】ＣＭＰ装置における膜厚測定装置の使用例の説明図である。
【図５】実施例の埋め込み型センサのセンサ特性図である。
【図６】比較例の埋め込み型センサのセンサ特性図である。
【図７】絶縁性の基材に埋め込んだ従来の埋め込み型センサの模式図である。
【図８】導電性の基材に埋め込んだ従来の埋め込み型センサの模式図である。
【図９】導電性の基材に埋め込んだ埋め込み型センサの模式図である。
【符号の説明】
１    ボビン
２    センサコイル
３    絶縁性ケース
４    環状磁性体
１０Ａ  埋め込み型センサ
１１    渦電流式ギャップ検出装置
１２    膜厚測定装置
２０    絶縁性の基材
２１    導電性の基材
２２    絶縁体
４０    ＣＭＰ装置
Ｓ    測定対象物
【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】
2004198127.tif 000008
【図７】
2004198127.tif 000009
【図８】
2004198127.tif 000010
【図９】
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