(57)【要約】【課題】より狭い範囲の膜厚を測定して、研磨終点検出の精度を向上させる。【解決手段】導電性膜が形成された基板の近傍に配置される渦電流センサ５０は、コア部６０と、コイル部６１とを有する。コア部６０は、共通部６５と、共通部６５に接続された４本の片持梁状部６６〜６９とを有する。第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７の端部が互いに接近して隣接している。第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８の端部が互いに接近して隣接する。共通部６５に、交流信号源５２に接続される励磁コイルが配置される。第１の片持梁状部６６に配置される第１の検出コイル６３１、第２の片持梁状部６７に配置される第２の検出コイル６３２は、いずれも導電性膜に形成される渦電流を検出する。第３の片持梁状部６９には第１のダミーコイル６４２、第４の片持梁状部６８には第２のダミーコイル６４１が配置される。【選択図】図５
2017050381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性膜が形成された基板の近傍に配置される渦電流センサであって、前記渦電流センサは、
コア部と、コイル部とを有し、
前記コア部は、共通部と、前記共通部の端部に接続された４本の片持梁状部とを有し、
第１の前記片持梁状部および第２の前記片持梁状部は、前記共通部に関して、第３の前記片持梁状部および第４の前記片持梁状部とは、反対側に配置され、
前記第１の片持梁状部および前記第３の片持梁状部は、前記共通部の一方の端部に配置され、前記第２の片持梁状部および前記第４の片持梁状部は、前記共通部の他方の端部に配置され、
前記コイル部は、
前記共通部に配置され、前記導電性膜に渦電流を形成可能な励磁コイルと、
前記第１の片持梁状部および第２の前記片持梁状部のうちの少なくとも一方に配置され、前記導電性膜に形成される前記渦電流を検出可能な検出コイルと、
第３の前記片持梁状部および第４の前記片持梁状部のうちの少なくとも一方に配置されるダミーコイルとを有し、
前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の各々が前記共通部と接続する部分から遠い前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接し、
前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の各々が前記共通部と接続する部分から遠い前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接することを特徴とする渦電流センサ。
【請求項２】
前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の各々が前記共通部と接続する部分から離れる方向に前記コア部が先細形状となるように、前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接し、
前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の各々が前記共通部と接続する部分から離れる方向に前記コア部が先細形状となるように、前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接す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４本の片持梁状部は、直交する２本の中心線を有し、
前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部は、前記一方の中心線に関して対称であり、
前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部は、前記一方の中心線に関して対称であり、
前記第１の片持梁状部および前記第３の片持梁状部は、前記他方の中心線に関して対称であり、
前記第２の片持梁状部および前記第４の片持梁状部は、前記他方の中心線に関して対称であることを特徴とする請求項１または２記載の渦電流センサ。
【請求項４】
前記コア部の外部、かつコイル部の外部に配置された磁性体又は金属製の外周部を有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の渦電流センサ。
【請求項５】
前記外周部は、前記渦電流センサの長手方向に伸びる少なくとも１つの溝を有することを特徴とする請求項４に記載の渦電流センサ。
【請求項６】
前記検出コイル及び前記励磁コイル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ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の渦電流センサ
。
【請求項７】
前記励磁コイルに印加される電気信号の周波数は、前記渦電流センサの出力に基づいて前記導電性膜に形成された渦電流を検出する検出回路が発振しない周波数であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の渦電流センサ。
【請求項８】
前記検出コイルと前記励磁コイルの導線の巻き数は、前記渦電流センサの出力に基づいて前記導電性膜に形成された渦電流を検出する検出回路が発振しない周波数になるように設定されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の渦電流センサ。
【請求項９】
導電性膜が形成された基板の近傍に配置される渦電流センサであって、前記渦電流センサは、
センサ部と、前記センサ部の近傍に配置されたダミー部とを有し、
前記センサ部は、センサコア部と、センサコイル部とを有し、
前記センサコア部は、センサ共通部と、前記センサ共通部に接続された第１の片持梁状部および第２の片持梁状部とを有し、
前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部は、互いに対向して配置され、
前記ダミー部は、ダミーコア部と、ダミーコイル部とを有し、
前記ダミーコア部は、ダミー共通部と、前記ダミー共通部に接続された第３の片持梁状部および第４の片持梁状部とを有し、
前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部は、互いに対向して配置され、
前記センサコイル部は、
前記センサ共通部に配置され、前記導電性膜に渦電流を形成可能なセンサ励磁コイルと、前記第１の片持梁状部および第２の前記片持梁状部のうちの少なくとも一方に配置され、前記導電性膜に形成される前記渦電流を検出可能な検出コイルとを有し、
前記ダミーコイル部は、
前記ダミー共通部に配置されるダミー励磁コイルと、前記第３の片持梁状部および第４の前記片持梁状部のうちの少なくとも一方に配置されるダミーコイルとを有し、
前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の各々が前記センサ共通部と接続する部分から遠い前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接し、
前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の各々が前記ダミー共通部と接続する部分から遠い前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接し、
前記センサ部及び前記ダミー部は、前記基板に近い位置から遠い位置に向かって、前記センサ部、前記ダミー部の順に配置されることを特徴とする渦電流センサ。
【請求項１０】
前記導電性膜を含む研磨対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付けられる研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転駆動する駆動部と、
前記研磨対象物を保持して前記研磨パッドに押圧する保持部と、
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導電性膜に形成される前記渦電流を前記研磨対象物の研磨面に沿って検出する請求項１から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研磨対象物の膜厚データを算出する終点検出コントローラと、
を備える研磨装置。
【請求項１１】
請求項１０の研磨装置において、
前記終点検出コントローラが算出する膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の複数の領域の押圧力を独立に制御する機器制御コントローラを備える研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの基板の表面に形成した金属膜等の導電性膜を検出するのに好適な渦電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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、研磨対象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、研磨対象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、研磨対象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研磨対象物を押し当てることにより、研磨対象物は研磨される。
【０００４】
研磨装置では、研磨対象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２０１２−１３５８６５号及び特開２０１３−５８７６２号に記載のものがある。これらの技術においては、ソレノイド型又は渦巻型のコイルが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１３５８６５号
【特許文献２】特開２０１３−５８７６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、半導体ウェハのエッジ近くの不良品率を減らすために、半導体ウェハのエッジの、より近くまで膜厚を測定して、In-situの閉ループ制御で膜厚コントロールを行いたいという要求がある。
【０００８】
また、トップリングには、空圧等を利用したエアバッグヘッド方式のものがある。エアバッグヘッドは、同心状の複数のエアバッグを有する。渦電流センサによる半導体ウェハの表面の凹凸の分解能を向上させて、狭い幅のエアバッグにて膜厚コントロールするために、より狭い範囲の膜厚を測定したいという要求がある。
【０００９】
しかし、ソレノイド型又は渦巻型のコイルでは、磁束を細くすることが困難であり、狭い範囲の測定に限界があった。
そこで、本発明の一形態は、より狭い範囲の膜厚を測定して、ウェハの研磨平坦性を改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の研磨装置の第１の形態によれば、導電性膜が形成された基板の近傍に配置される渦電流センサであって、前記渦電流センサは、コア部と、コイル部とを有し、前記コア部は、共通部と、前記共通部の端部に接続された４本の片持梁状部とを有し、前記第２の片持梁状部および前記第４の片持梁状部は、前記共通部に関して、第３の前記片持梁状部および第４の前記片持梁状部とは、反対側に配置され、前記第１の片持梁状部および前記第３の片持梁状部は、前記共通部の一方の端部に配置され、前記第２の片持梁状部および前記第４の片持梁状部は、前記共通部の他方の端部に配置され、前記コイル部は、前記共通部に配置され、前記導電性膜に渦電流を形成可能な励磁コイルと、前記第１の片持梁状部および第２の前記片持梁状部のうちの少なくとも一方に配置され、前記導電性膜に形成される前記渦電流を検出可能な検出コイルと、第３の前記片持梁状部および第４の前記片持梁状部のうちの少なくとも一方に配置されるダミーコイルとを有し、前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の各々が前記共通部と接続する部分から遠い前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接し、前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の各々が前記共通部と接続する部分から遠い前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接することを特徴とする渦電流センサが提供される。
【００１１】
この形態によれば、第１の片持梁状部および第２の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接し、かつ第３の片持梁状部および第４の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接しているコア部を用いているために、励磁コイルによって発生した磁束が、第１の片持梁状部の先端と第２の片持梁状部の先端との間の隙間、及び第３の片持梁状部の先端と第４の片持梁状部の先端との間の隙間においてのみ、コア部から外部に漏れるため、磁束の小さなスポット径を、渦電流センサの外部に作り出すことができる。すなわち、コア部の形状により磁束を細く収束させて、渦電流センサの空間分解能を向上させることができる。従来よりも、より狭い範囲の膜厚を測定できるため、半導体ウェハのエッジ等において、研磨終点検出の精度を向上させることができる。
【００１２】
前記コイル部は、前記第１の片持梁状部に配置され、前記導電性膜に形成される前記渦電流を検出する第１の検出コイルと、前記第３の片持梁状部に配置される第２のダミーコイルを有することが好ましい。または、前記コイル部は、前記第１の片持梁状部に配置され、前記導電性膜に形成される前記渦電流を検出する第１の検出コイルと、前記第３の片持梁状部に配置される第２のダミーコイル、前記第２の片持梁状部に配置され、前記導電性膜に形成される前記渦電流を検出する第２の検出コイルと、前記第４の片持梁状部に配置される第２のダミーコイルを有することが好ましい。
【００１３】
本願発明の第２の形態によれば、前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の各々が前記共通部と接続する部分から離れる方向に前記コア部が先細形状となるように、前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接し、前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の各々が前記共通部と接続する部分から離れる方向に前記コア部が先細形状となるように、前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接する。
【００１４】
本願発明の第３の形態によれば、前記４本の片持梁状部は、直交する２本の中心線を有し、前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部は、前記一方の中心線に関して対称であり、前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部は、前記一方の中心線に関して対称であり、前記第１の片持梁状部および前記第３の片持梁状部は、前記他方の中心線に関して対称であり、前記第２の片持梁状部および前記第４の片持梁状部は、前記他方の中心線に関して対称である。
【００１５】
本願発明の第４の形態によれば、前記コア部の外部、かつコイル部の外部に配置された
金属製の外周部を有する。前記コア部の外部、かつコイル部の外部の周囲を金属で囲むことによって、外に広がる磁場を遮断して、センサの空間分解能を向上することができる。前記コア部の外部、かつコイル部の外部に絶縁物を配置し、その絶縁物を囲むように金属を配置してもよい。また、この外周部を接地してもよい。この場合、磁気遮断の効果が安定し、かつ増加する。
【００１６】
本願発明の第５の形態によれば、前記外周部は、前記渦電流センサの長手方向に伸びる少なくとも１つの溝を有する。このように、外周部に切れ込み(溝)を入れて、外周部における周方向の渦電流の発生を防ぐことができる。
【００１７】
本願発明の第６の形態によれば、前記検出コイル及び前記励磁コイル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。 
【００１８】
本願発明の第７の形態によれば、前記励磁コイルに印加される電気信号の周波数は、前記渦電流センサの出力に基づいて前記導電性膜に形成された渦電流を検出する検出回路が発振しない周波数である。
【００１９】
本願発明の第８の形態によれば、前記検出コイルと前記励磁コイルと前記ダミーコイルの導線の巻き数は、前記渦電流センサの出力に基づいて前記導電性膜に形成された渦電流を検出する検出回路が発振しない周波数になるように設定されている。
【００２０】
本願発明の第９の形態によれば、導電性膜が形成された基板の近傍に配置される渦電流センサであって、前記渦電流センサは、センサ部と、前記センサ部の近傍に配置されたダミー部とを有し、前記センサ部は、センサコア部と、センサコイル部とを有し、前記センサコア部は、センサ共通部と、前記センサ共通部に接続された第１の片持梁状部および第２の片持梁状部とを有し、前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部は、互いに対向して配置され、前記ダミー部は、ダミーコア部と、ダミーコイル部とを有し、前記ダミーコア部は、ダミー共通部と、前記ダミー共通部に接続された第４の片持梁状部および第３の片持梁状部とを有し、前記第４の片持梁状部および前記第３の片持梁状部は、互いに対向して配置され、前記センサコイル部は、前記センサ共通部に配置され、前記導電性膜に渦電流を形成可能なセンサ励磁コイルと、前記第１の片持梁状部および第２の前記片持梁状部のうちの少なくとも一方に配置され、前記導電性膜に形成される前記渦電流を検出可能な検出コイルとを有し、前記ダミーコイル部は、前記ダミー共通部に配置されるダミー励磁コイルと、前記第３の片持梁状部および第４の前記片持梁状部のうちの少なくとも一方に配置されるダミーコイルとを有し、前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の各々が前記センサ共通部と接続する部分から遠い前記第１の片持梁状部および前記第２の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接し、前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の各々が前記ダミー共通部と接続する部分から遠い前記第３の片持梁状部および前記第４の片持梁状部の端部が互いに接近して隣接し、前記センサ部及び前記ダミー部は、前記基板に近い位置から遠い位置に向かって、前記センサ部、前記ダミー部の順に配置される。
【００２１】
なお、ダミーコイルを用いる場合、ブリッジ回路により測定するため、共振タイプの測定システムに比べてコンデンサを追加しないので、大きな周波数で測定することができる。例えば30MHzを採用できる。これはシート抵抗の高い金属膜を測定するのに有利である。抵抗の高い金属ほど、薄膜の厚さの変化を検知する際に、高い周波数を必要とするからである。
【００２２】
本願発明の第１０の形態によれば、前記導電性膜を含む研磨対象物を研磨するための研
磨パッドが貼り付けられる研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転駆動する駆動部と、前記研磨対象物を保持して前記研磨パッドに押圧する保持部と、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導電性膜に形成される前記渦電流を前記研磨対象物の研磨面に沿って検出する第１の形態から第９の形態のいずれか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研磨対象物の膜厚データを算出する終点検出コントローラと、を備える研磨装置が提供される。
【００２３】
本願発明の第１１の形態によれば、前記終点検出コントローラが算出する膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の複数の領域の押圧力を独立に制御する機器制御コントローラを備える研磨装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は、研磨テーブルと渦電流センサと半導体ウェハとの関係を示す平面図である。
【図３】図３は、渦電流センサの構成を示す図であり、図３（ａ）は渦電流センサの構成を示すブロック図であり、図３（ｂ）は渦電流センサの等価回路図である。
【図４】図４（ａ），４（ｂ）は、従来の渦電流センサと本発明の渦電流センサとを対比して示す図であり、図４（ａ）は従来の渦電流センサの構成例を示す概略図であり、図４（ｂ）は本発明の渦電流センサの構成例を示す概略図である。
【図５】図５は、図４（ｂ）の渦電流センサ５０の拡大図である。
【図６】図６は、渦電流センサ５０の周囲に金属材料からなる筒状部材である外周部２１０を配置した例を示す概略図である。
【図７】図７は、渦電流センサの軸方向に伸びる４個の溝２２６を示す図である。
【図８】図８は、渦電流センサの別の構成を示す図である。
【図９】図９は、渦電流センサ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、渦電流センサの同期検波回路を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、膜厚制御を行う方法を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、渦電流センサが半導体ウェハ上を走査する軌跡を示す模式図である。
【図１３】図１３は、渦電流センサが半導体ウェハ上を走査する軌跡を示す模式図である。
【図１４】図１４は、研磨中に行う圧力コントロールの動作の一例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】
【００２５】
以下、本発明に係る研磨装置の実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、添付の図面において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２６】
図１は、本発明に係る研磨装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１００と、研磨対象物である半導体ウ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。
【００２７】
研磨テーブル１００は、テーブル軸１００ａを介してその下方に配置される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１００ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル１００の上面には研磨パッド１０１が貼付されており、研磨パッド１０１の表面１０１ａが半導体ウェハＷを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液Ｑが供給されるようにな
っている。図１に示すように、研磨テーブル１００の内部には、渦電流センサ５０が埋設されている。
【００２８】
トップリング１は、半導体ウェハＷを研磨面１０１ａに対して押圧するトップリング本体２と、半導体ウェハＷの外周縁を保持して半導体ウェハＷがトップリングから飛び出さないようにするリテーナリング３とから基本的に構成されている。
【００２９】
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。
【００３０】
トップリングシャフト１１１およびトップリング１を上下動させる上下動機構１２４は、軸受１２６を介してトップリングシャフト１１１を回転可能に支持するブリッジ１２８と、ブリッジ１２８に取り付けられたボールねじ１３２と、支柱１３０により支持された支持台１２９と、支持台１２９上に設けられたＡＣサーボモータ１３８とを備えている。サーボモータ１３８を支持する支持台１２９は、支柱１３０を介してトップリングヘッド１１０に固定されている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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Ｗなどの基板を保持できるようになっている。トップリングヘッド１１０はトップリングシャフト１１７を中心として旋回可能に構成されており、下面に半導体ウェハＷを保持したトップリング１は、トップリングヘッド１１０の旋回により半導体ウェハＷの受取位置から研磨テーブル１００の上方に移動される。そして、トップリング１を下降させて半導体ウェハＷを研磨パッド１０１の表面（研磨面）１０１ａに押圧する。このとき、トップリング１および研磨テーブル１００をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１００の上方に設けられた研磨液供給ノズル１０２から研磨パッド１０１上に研磨液を供給する。このように、半導体ウェハＷを研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに摺接させて半導体ウェハＷの表面を研磨する。
【００３４】
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Ｗとの関係を示す平面
図である。図２に示すように、渦電流センサ５０は、トップリング１に保持された研磨中の半導体ウェハＷの中心Ｃｗを通過する位置に設置されている。符号ＣＴは研磨テーブル１００の回転中心である。例えば、渦電流センサ５０は、半導体ウェハＷの下方を通過している間、通過軌跡（走査線）上で連続的に半導体ウェハＷのＣｕ層等の金属膜（導電性膜）を検出できるようになっている。
【００３５】
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の構成を示す図であり、図３（ａ）は渦電流センサ５０の構成を示すブロック図であり、図３（ｂ）は渦電流センサ５０の等価回路図である。
【００３６】
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Ｗ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。
【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I２が変化することで、インピーダンスＺが変化し、信号源（可変周波数発振器）５２の発振周波数が変化すると、検波回路５４でこの発振周波数の変化を検出し、金属膜（または導電性膜）の変化を検出することができる。インピーダンスタイプでは、図３（ｂ）に示す等価回路において、渦電流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）５２から見たインピーダンスＺが変化すると、検波回路５４でこのインピーダンスＺの変化を検出し、金属膜（または導電性膜）の変化を検出することができる。
【００３８】
インピーダンスタイプの渦電流センサでは、信号出力Ｘ、Ｙ、位相、合成インピーダンスＺ、が後述するように取り出される。周波数Ｆ、またはインピーダンスＸ、Ｙ等から、金属膜（または導電性膜）Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｗの測定情報が得られる。渦電流センサ５０は、図１に示すように研磨テーブル１００の内部の表面付近の位置に内蔵することができ、研磨対象の半導体ウ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。
【００３９】
渦電流センサの周波数は、単一電波、混合電波、ＡＭ変調電波、ＦＭ変調電波、関数発生器の掃引出力または複数の発振周波数源を用いることができ、金属膜の膜種に適合させて、感度の良い発振周波数や変調方式を選択することが好ましい。
【００４０】
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であり、例えば水晶発振器が用いられる。そして、交流信号源５２により供給される交流電圧により、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。
【００４１】
図４（ａ），（ｂ）は、従来の渦電流センサと本発明の渦電流センサとを対比して示す図である。図４（ａ）は従来の渦電流センサの構成例を示す概略図であり、図４（ｂ）は本発明の渦電流センサ５０の構成例を示す概略図である。図４（ａ），（ｂ）では、従来の渦電流センサと本発明の渦電流センサが、同等の大きさである時のそれぞれの磁束の広がりを対比して示す。図４から明らかなように、本発明の渦電流センサ５０は、従来の渦電流センサに対して、磁束が集中しており、磁束の広がりが狭いことがわかる。図５に、図４（ｂ）の渦電流センサ５０の拡大図を示す。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、従来の渦電流センサ５１は、金属膜（または導電性膜）に渦電流を形成するためのコイル７２と、金属膜（または導電性膜）の渦電流を検出するためのコイル７３，７４とを分離したもので、コア(図示しない)に巻回された３個のコイル７２，７３，７４により構成されている。ここで中央のコイル７２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７２は、交流信号源５２より交流電圧を供給されて、磁界を形成し、この磁界は、渦電流センサ５１の近傍に配置される半導体ウェハ（基板）Ｗ上の金属膜（または導電性膜）ｍｆに渦電流を形成する。コアの金属膜（または導電性膜）側には、検出コイル７３が配置され、金属膜（または導電性膜）に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。励磁コイル７２を挟んで検出コイル７３の反対側にはダミー(バランス)コイル７４が配置されている。
【００４３】
これに対して、導電性膜が形成された基板の近傍に配置される本発明の渦電流センサ５０は、図４（ｂ）及び図５に示すように、コア部６０と、５個のコイル６２，６３１，６３２，６４１，６４２により構成されている。磁性体であるコア部６０は、共通部６５と、共通部６５の端部に接続された４本の片持梁状部６６〜６９とを有する。
【００４４】
第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７は、互いに対向して配置され、第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８は、互いに対向して配置される。共通部６５に関して時計回りに、第１の片持梁状部６６、第２の片持梁状部６７、第４の片持梁状部６８、第３の片持梁状部６９の順に、平面視において配置される。第１の片持梁状部６６および第３の片持梁状部６９は、共通部６５の一方の端部に配置され、第２の片持梁状部６７および第４の片持梁状部６８は、共通部６５の他方の端部に配置される。
【００４５】
第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７は、共通部６５よりも基板Ｗに近い側に配置され、第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８は、共通部６５よりも基板Ｗに遠い側に配置される。すなわち、第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７は、共通部６５に関して、第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８とは、反対側に配置される。
【００４６】
第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部の各々が共通部６５と接続する部分から遠い第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７の端部が互いに接近して隣接している。同様に、第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８の各々が共通部６５と接続する部分から遠い第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８の端部が互いに接近して隣接する。
【００４７】
第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７の各々が共通部６５と接続する部分から離れる方向にコア部６０が先細形状となるように、第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７の端部が互いに接近して隣接している。同様に、第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８の各々が共通部６５と接続する部分から離れる方向にコア部
６０が先細形状となるように、第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８の端部が互いに接近して隣接する。
【００４８】
４本の片持梁状部６６〜６９は、直交する２本の中心線ｃ１、ｃ２を有する。第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７は、平面視において、一方の中心線ｃ１に関して対称な形状であり、第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８は、平面視において、中心線ｃ１に関して対称な形状である。第１の片持梁状部６６および第３の片持梁状部６９は、平面視において、他方の中心線ｃ２に関して対称な形状であり、第２の片持梁状部６７および第４の片持梁状部６８は、平面視において、他方の中心線ｃ２に関して対称な形状である。
【００４９】
本実施例では、４本の片持梁状部６６〜６９は対称な形状であるが、本発明においては、厳密に対称な形状に限られるものではない。４本の片持梁状部６６〜６９は、若干の形状の相違や大きさの相違は性能上、問題はない。また、第１の片持梁状部６６および第３の片持梁状部６９は、共通部６５に対してねじられた形状も可能である。この場合も、第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７は、平面視において、中心線ｃ１に関して対称な形状である。
【００５０】
共通部６５と、４本の片持梁状部６６〜６９は、板状である、すなわち、それらの各々の長手方向に垂直な断面における各々の形状は、本実施例では長方形である。共通部６５と４本の片持梁状部６６〜６９は、板状に限られるものではなく、任意の形状が可能である。例えば棒状、すなわち、その断面形状は円形でもよい。
【００５１】
前記５個のコイル６２，６３１，６３２，６４１，６４２のうち、共通部６５に配置されるコイル６２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６２は、交流信号源５２より供給される電圧の形成する磁界により、近傍に配置される半導体ウェハＷ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６２には、例えば、周波数が２ＭＨｚ以上の電気信号が印可される。励磁コイル６２に印加される周波数は、任意の周波数を印可することができる。
【００５２】
第１の片持梁状部６６に配置される第１の検出コイル６３１、第２の片持梁状部６７に配置される第２の検出コイル６３２は、いずれも導電性膜に形成される渦電流を検出する。第３の片持梁状部６９に第１のダミーコイル６４２が配置され、第４の片持梁状部６８に第２のダミーコイル６４１が配置される。
【００５３】
第１の検出コイル６３１と、第２の検出コイル６３２は、それぞれ単独で渦電流を検出することができるが、第１の検出コイル６３１と第２の検出コイル６３２とを直列に接続して渦電流を検出してもよい。第１の検出コイル６３１と第２の検出コイル６３２とを直列に接続する場合は、第１のダミーコイル６４２と第２のダミーコイル６４１も直列に接続する。後述する図６では、このような接続が行われている。
【００５４】
第１の検出コイル６３１と、第２の検出コイル６３２が、それぞれ単独で渦電流を検出する場合、それぞれの検出コイル６３１，６３２は、それぞれの検出コイル６３１，６３２に近い領域の金属膜（または導電性膜）ｍｆの膜厚の影響をより受ける。この現象を利用すると、第１の検出コイル６３１と第２の検出コイル６３２とを直列に接続した場合よりも、第１の検出コイル６３１と第２の検出コイル６３２をそれぞれ単独で用いて渦電流を検出する場合の方が、より狭い領域を検出することができる。一方、第１の検出コイル６３１と第２の検出コイル６３２とを直列に接続した場合は、第１の検出コイル６３１と第２の検出コイル６３２をそれぞれ単独で用いて渦電流を検出する場合よりも、出力が大きくなるという利点がある。
【００５５】
図４（ｂ），図５では、コア部６０の４個の片持梁状部６６〜６９に４個のコイル６３１，６３２，６４１，６４２が配置されている。しかし、コア部６０の２個の片持梁状部６６，６９に２個のコイル６３１，６４２（または２個の片持梁状部６７，６８に２個のコイル６３２，６４１）を配置し、他の２個の片持梁状部６７，６８（６６，６９）にはコイルを配置しないこととしてもよい。この場合も、狭い領域の渦電流を検出することができる。
【００５６】
検出コイル６２、コイル６３１，６３２，６４１，６４２からは、それぞれ、外部と接続するためのリード線６２ａ、６３１ａ，６３２ａ，６４１ａ，６４２ａが出ている。
図４（ａ）の範囲２０２は、従来の渦電流センサの磁束２０６の広がりを示し、図４（ｂ）の範囲２０４は、本発明の渦電流センサの磁束２０８の広がりを示す。図４（ｂ）では、磁性体である第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７の端部の間の小さな隙間(磁性体の切れ目)から漏れる磁場を、半導体ウェハＷ上の金属膜（または導電性膜）ｍｆに渦電流を形成するために使用する。このため、磁束２０８の広がりが制限され、磁束２０８が細くなり、磁束の小さなスポット径を作り出すことができる。図５に、共通部６５及び４個の片持梁状部６６〜６９内における磁束の向きの一例を矢印２０８ａで示す。
【００５７】
従来技術の図４（ａ）の場合、コイルのコアにのみ磁性体が存在しているため、コイルの外部においては、磁束２０６が集束されるということはない。そのため、磁束２０６が広がり、磁束２０６の範囲２０２が広くなる。本発明では、磁性体が閉ループを構成し、閉ループのごく一部においてのみ、磁性体が存在しないように、小さい隙間を磁性体に設けている。図４（ｂ）では、より狭い範囲の膜厚を測定できる。そのため、研磨終点検出の精度を向上させることができる。
【００５８】
図５に、渦電流センサ５０の寸法の一例を示す。渦電流センサ５０の寸法の１例としては、幅方向の長さＬ１は３ｍｍ、軸方向の長さＬ２は４ｍｍである。渦電流センサ５０のコア部の厚さＬ３は、０．５ｍｍである。
【００５９】
コア部６０は、例えば、比透磁率が大きい高透磁率材料（例えばフェライト、アモルファス、パーマロイ、スーパーマロイ、ミューメタル）を用いて製作することが好ましい。
検出コイル６３１，６３２、励磁コイル６２、及びダミーコイル６４１，６４２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。
【００６０】
図６は、図５に示す渦電流センサ５０の外周に配置された磁性体又は金属製の外周部２１０を示す断面図である。外周部２１０は、コア部６０の外部、かつコイル部６１の外部に、コア部６０及びコイル部６１の全体を囲むように配置されている。図６は、渦電流センサ５０の周囲に磁性体又は金属材料からなる角柱状部材である外周部２１０を配置した例を示す概略図である。図６(ａ)は、図６(ｂ)のＢＢから見た断面図であり、図６(ｂ)は、図６(ａ)のＡＡから見た断面図である。
【００６１】
コア部６０の上部及び下部の隙間７０以外を磁性体２１０で覆う場合、磁束は、矢印２１０ａで示すように、磁性体２１０の内部、又はコア部６０から磁性体２１０へと流れる。このため、磁性体２１０の外部へ磁束が漏れることが減るため、磁場の収束度を高めることができる。側面での渦電流センサ５０外部への漏れ磁場を、磁性体２１０内に収束する効果がある。また、電気伝導率の高い金属製の外周部２１０で覆う場合でも、磁束の外部への漏れが減り、遮蔽効果がある。このように、センサの周囲を磁性体または金属によって覆うことで、隙間７０以外での漏れ磁場を抑制し、磁場収束効果を強めて、より小さ
い範囲の金属膜厚を測定できる。外周部２１０の材料は、金属を用いる場合、例えば、ＳＵＳ３０４やアルミニウムである。
【００６２】
外周部２１０の内部空間３００，３０２は非磁性体で満たしてもよい。非磁性体は、絶縁物、例えばエポキシ樹脂、フッ素樹脂、ガラスエポキシ（ガラエポ）である。外周部２１０の厚さＬ４は、図６(ｂ)に示すように、約２ｍｍである。片持梁状部６７と外周部２１０との間の絶縁物の厚さＬ５は、約０．５ｍｍである。外周部２１０が金属の場合、外周部２１０を、金属製の導線により接地する。この場合、磁気遮断の効果が安定し、かつ増加する。
【００６３】
外周部２１０は、図７に示すように、センサの軸方向に伸びる少なくとも１つ、本図では４個の溝２２６を有する。図７は、図６(ａ)の矢視ＣＣにおける断面図である。このように、外周部２１０に切れ込み(溝)２２６を入れて、外周部２１０における周方向の渦電流２２８の発生を防ぐ。外周部２１０の周方向に渦電流２２８が発生すると、測定対象である導電性膜に生じる渦電流が弱くなるからである。検出に使用する磁場２０８(図５に示す)は、コア部６０の軸方向に生じる磁場であり、外周部２１０に発生する周方向の渦電流とは異なるため、外周部２１０の溝２２６によって遮断されない。周方向の渦電流２２８のみが溝２２６によって遮断される。 
【００６４】
溝２２６の軸方向の配置や長さに関しては、図６（ａ）に示すように、外周部２１０の上端２４１にのみ短い溝を設けてもよく、図６（ｂ）に示すように、外周部２１０の軸方向の長さの半分２４０にわたるものでもよく、さらに外周部２１０の軸方向の長さの全長２４２にわたるものでもよい。外周部２１０の周方向に発生する渦電流２２８が、どの程度、測定対象である導電性膜に渦電流を生じるかにより選択することができる。
【００６５】
図８に、渦電流センサの別の実施例を示す。図８では、渦電流センサは、センサ部３０４と、センサ部３０４の近傍に配置されたダミー部３０６とを有する。センサ部３０４は、センサコア部３０４ａと、センサコイル部３０４ｂとを有する。センサコア部３０４ａは、センサ共通部６５ａと、センサ共通部６５ａに接続された第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７とを有する。第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７は、互いに対向して配置されている。
【００６６】
ダミー部３０６は、ダミーコア部３０６ａと、ダミーコイル部３０６ｂとを有し、ダミーコア部３０６ａは、ダミー共通部６５ｂと、ダミー共通部６５ｂに接続された第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８とを有する。第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８は、互いに対向して配置される。
【００６７】
センサコイル部３０４ｂは、センサ共通部６５ａに配置され、導電性膜Ｗに渦電流を形成するセンサ励磁コイル６２ａと、第１の片持梁状部６６に配置され、導電性膜Ｗに形成される渦電流を検出する第１の検出コイル６３１とを有する。
【００６８】
ダミーコイル部３０６は、ダミー共通部６５ｂに配置されるダミー励磁コイル６２ｂと、第３の片持梁状部６９に配置される第１のダミーコイル６４２とを有する。第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７の各々がセンサ共通部６５ａと接続する部分から遠い第１の片持梁状部６６および第２の片持梁状部６７の端部が互いに接近して隣接する。第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８の各々がダミー共通部６５ｂと接続する部分から遠い第３の片持梁状部６９および第４の片持梁状部６８の端部が互いに接近して隣接する。
【００６９】
センサ部３０４及びダミー部３０６は、基板Ｗに近い位置から遠い位置に向かって、セ
ンサ部３０４、ダミー部３０６の順に配置される。
さらにセンサ部３０４は、第２の片持梁状部６７に配置され、導電性膜Ｗに形成される渦電流を検出する第２の検出コイル６３２を有する。ダミー部３０６は、第４の片持梁状部６８に配置される第２のダミーコイル６４１を有する。
【００７０】
さらに、センサ部３０４は、導電性膜Ｗの方に向かって先細になっているが、ダミー部３０６は、導電性膜Ｗとは反対の方を向かって先細になっている。
本図では、図４の実施例とは異なり、２つの分離したコア部を用いている。本図の場合、検出コイル６３１，６３２とダミーコイル６４１，６４２が、別々のコア部内に同様の配置で設けられている。図４の実施例では、検出コイル６３とダミーコイル６４が、１つのコア部内に配置されている。図８では、図４の実施例とは異なり、ダミーコイル６４１，６４２が、基板Ｗから遠いため、基板Ｗの影響を受けにくい。そのため、ダミーコイル６４１，６４２は、測定時に基準信号を生成するというダミーコイル６４１，６４２の目的を精度よく達成することができるという利点がある。
【００７１】
なお、センサ部３０４、ダミー部３０６との間の距離２３６に関しては、お互いのコアの磁場干渉を避けるために、距離２３６はコア底部厚さ２３４より大きくすることが好ましい。別の方法として、距離２３６の部分に金属等を挿入する事により遮断してもよい。
【００７２】
なお、図１〜図８の実施例において、共通部６５と、第１の片持梁状部６６と、第２の片持梁状部６７は全体として、３角形を構成してもよい。このとき、共通部６５と、第１の片持梁状部６６と、第２の片持梁状部６７のそれぞれが３角形の１辺に相当する。同様に、共通部６５と、第３の片持梁状部６９と、第４の片持梁状部６８は全体として、３角形を構成してもよい。
【００７３】
なお、図１〜図８の実施例において、励磁コイル６２に印加される電気信号の周波数は、渦電流センサの出力に基づいて導電性膜に形成された渦電流を検出する検出回路が発振しない周波数である。発振しない周波数を利用することにより回路の動作が安定する。
【００７４】
また、検出コイルと励磁コイルとダミーコイルの導線の巻き数は、渦電流センサの出力に基づいて導電性膜に形成された渦電流を検出する検出回路が発振しない周波数になるように設定することができる。
【００７５】
図９は、渦電流センサにおける各コイルの接続例を示す概略図である。図９（ａ）に示すように、検出コイル６３１とダミーコイル６４２とは互いに逆相に接続されている。図９（ａ）では、検出コイル６３１とダミーコイル６４２の場合について接続例を示すが、検出コイル６３２とダミーコイル６４１の場合についても接続方法は同じである。以下では、検出コイル６３１とダミーコイル６４２の場合について説明する。
【００７６】
検出コイル６３１とダミーコイル６４２とは、上述したように逆相の直列回路を構成し、その両端は可変抵抗７６を含む抵抗ブリッジ回路７７に接続されている。励磁コイル６２は交流信号源５２に接続され、交番磁束を生成することで、近傍に配置される金属膜（または導電性膜）ｍｆに渦電流を形成する。可変抵抗７６の抵抗値を調整することで、コイル６３１，６４２からなる直列回路の出力電圧が、金属膜（または導電性膜）が存在しないときにはゼロとなるように調整可能としている。コイル６３１，６４２のそれぞれに並列に入る可変抵抗７６（VR１，VR２）でＬ１，Ｌ３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、
VR1-1×(VR2-2+jωL3)＝VR1-2×(VR2-1+jωL1)      (1)
となるように、可変抵抗VR1(=VR1-1+VR1-2)およびVR2(=VR2-1+VR2-2)を調整する。これに
より、図９（ｃ）に示すように、調整前のＬ１,Ｌ３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。
【００７７】
そして、金属膜（または導電性膜）が検出コイル６３１の近傍に存在する時には、金属膜（または導電性膜）中に形成される渦電流によって生じる磁束が検出コイル６３１とダミーコイル６４２とに鎖交するが、検出コイル６３１のほうが金属膜（または導電性膜）に近い位置に配置されているので、両コイル６３１，６４２に生じる誘起電圧のバランスが崩れ、これにより金属膜（または導電性膜）の渦電流によって形成される鎖交磁束を検出することができる。即ち、交流信号源に接続された励磁コイル６２から、検出コイル６３１とダミーコイル６４２との直列回路を分離して、抵抗ブリッジ回路でバランスの調整を行うことで、ゼロ点の調整が可能である。従って、金属膜（または導電性膜）に流れる渦電流をゼロの状態から検出することが可能になるので、金属膜（または導電性膜）中の渦電流の検出感度が高められる。これにより、広いダイナミックレンジで金属膜（または導電性膜）に形成される渦電流の大きさの検出が可能となる。
【００７８】
図１０は、渦電流センサの同期検波回路を示すブロック図である。
図１０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。図１６に示すインピーダンスＺの計測回路においては、膜厚の変化に伴う抵抗成分（Ｒ）、リアクタンス成分（Ｘ）、振幅出力（Ｚ）および位相出力（ｔａｎ−１Ｒ／Ｘ）を取り出すことができる。
【００７９】
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Ｗ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、高周波アンプ８３および位相シフト回路８４を経て、ｃｏｓ同期検波回路８５およびｓｉｎ同期検波回路８６からなる同期検波部により検出信号のｃｏｓ成分とｓｉｎ成分とが取り出される。ここで、信号源５２で形成される発振信号は、位相シフト回路８４により信号源５２の同相成分（０゜）と直交成分（９０゜）の２つの信号が形成され、それぞれｃｏｓ同期検波回路８５とｓｉｎ同期検波回路８６とに導入され、上述の同期検波が行われる。
【００８０】
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（Ｒ２＋Ｘ２）１／２が得られる。また、ベクトル演算回路９０により、同様に抵抗成分出力とリアクタンス成分出力とから位相出力（ｔａｎ−１Ｒ／Ｘ）が得られる。ここで、測定装置本体には、各種フィルタがセンサ信号の雑音成分を除去するために設けられている。各種フィルタは、それぞれに応じたカットオフ周波数が設定されており、例えば、ローパスフィルタのカットオフ周波数を０．１〜１０Ｈｚの範囲で設定することにより、研磨中のセンサ信号に混在する雑音成分を除去して測定対象の金属膜（または導電性膜）を高精度に測定することができる。
【００８１】
なお、上記の各実施形態を適用した研磨装置において、図１１に示すように、トップリング１の内部の空間に複数の圧力室（エアバッグ）Ｐ１−Ｐ７を設け、圧力室Ｐ１−Ｐ７の内部圧力を調整することができる。すなわち、トップリング１の内側に形成された空間内には、複数の圧力室Ｐ１−Ｐ７が設けられる。複数の圧力室Ｐ１−Ｐ７は、中央の円形の圧力室Ｐ１と、この圧力室Ｐ１の外側に同心円状に配置された複数の環状の圧力室Ｐ２−Ｐ７と、を備える。各圧力室Ｐ１−Ｐ７の内部圧力は、各エアバッグ圧力コントローラ
２４４により互いに独立して変化させることが可能である。これにより、各圧力室Ｐ１−Ｐ７に対応する位置の基板Ｗの各領域の押圧力を独立に調整することができる。
【００８２】
各領域の押圧力を独立に調整するためには、ウェハ膜厚分布を渦電流センサ５０により測定する必要がある。以下に説明するように、センサ出力と、トップリング回転数と、テーブル回転数からウェハ膜厚分布を求めることができる。 
【００８３】
最初に、渦電流センサ５０が半導体ウェハの表面を走査するときの軌跡（走査線）について説明する。
本発明では、所定の時間内に渦電流センサ５０が半導体ウェハＷ上に描く軌跡が半導体ウェハＷの表面の全体にわたってほぼ均等に分布するようにトップリング１と研磨テーブル１００の回転速度比を調整する。
【００８４】
図１２は、渦電流センサ５０が半導体ウェハＷ上を走査する軌跡を示す模式図である。図１２に示すように、渦電流センサ５０は、研磨テーブル１００が１回転するごとに半導体ウェハＷの表面（被研磨面）を走査するが、研磨テーブル１００が回転すると、渦電流センサ５０は概ね半導体ウェハＷの中心Ｃｗ（トップリングシャフト１１１の中心）を通る軌跡を描いて半導体ウェハＷの被研磨面上を走査することになる。トップリング１の回転速度と研磨テーブル１００の回転速度とを異ならせることにより、半導体ウェハＷの表面における渦電流センサ５０の軌跡は、図１２に示すように、研磨テーブル１００の回転に伴って走査線ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３，…と変化する。この場合でも、上述したように、渦電流センサ５０は、半導体ウェハＷの中心Ｃｗを通る位置に配置されているので、渦電流センサ５０が描く軌跡は、毎回半導体ウェハＷの中心Ｃｗを通過する。
【００８５】
図１３は、研磨テーブル１００の回転速度を７０min−１、トップリング１の回転速度を７７min−１として、所定時間（この例では５秒）内に渦電流センサ５０が描く半導体ウェハ上の軌跡を示す図である。図１３に示すように、この条件下では、研磨テーブル１００が１回転するごとに渦電流センサ５０の軌跡が３６度回転するので、５回走査するごとにセンサ軌跡が半導体ウェハＷ上を半周だけ回転することになる。センサ軌跡の湾曲も考慮すると、所定時間内に渦電流センサ５０が半導体ウェハＷを６回走査することにより、渦電流センサ５０は半導体ウェハＷ上をほぼ均等に全面スキャンすることになる。各軌跡について、渦電流センサ５０は、数百回の測定を行うことができる。半導体ウェハＷ全体では例えば、１０００箇所から２０００箇所の測定点で膜厚を測定して、膜厚分布を求めることができる。
【００８６】
上述した例では、トップリング１の回転速度が研磨テーブル１００の回転速度よりも速い場合を示したが、トップリング１の回転速度が研磨テーブル１００の回転速度よりも遅い場合（例えば、研磨テーブル１００の回転速度が７０min−１、トップリング１の回転速度が６３min−１）も、センサ軌跡が逆方向に回転するだけであり、所定の時間内に渦電流センサ５０が半導体ウェハＷの表面に描く軌跡を半導体ウェハＷの表面の全周にわたって分布させる点では上述の例と同じである。
【００８７】
得られた膜厚分布に基づいて、基板Ｗの各領域の押圧力を制御する方法について以下説明する。図１１に示すように、渦電流センサ５０は、終点検出コントローラ２４６に接続され、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。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、渦電流センサ５０の出力信号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（終点検出コントローラ２４６によって補正された膜厚データ）を生成する。終点検出コントローラ２４６は、モニタリング信号に基づいてトップリング１内の各圧力室Ｐ１−Ｐ７の内部圧力を操作する。すなわち、終点検出コントローラ２
４６は、トップリング１が基板Ｗを押圧する力を決定し、この押圧力を機器制御コントローラ２４８へ送信する。機器制御コントローラ２４８は、トップリング１の基板Ｗに対する押圧力を変更するように各エアバッグ圧力コントローラ２４４に指令を出す。膜厚センサによって検出された基板Ｗの膜厚または膜厚に相当する信号の分布を機器制御コントローラ２４８で蓄積する。そして、終点検出コントローラ２４６から送信された基板Ｗの膜厚または膜厚に相当する信号の分布に応じて、機器制御コントローラ２４８で、機器制御コントローラ２４８のデータベースに格納された押圧条件に対する研磨量に基づいて、膜厚または膜厚に相当する信号の分布が検出された基板Ｗの押圧条件を決め、各エアバッグ圧力コントローラ２４４に送信する。
【００８８】
基板Ｗの押圧条件は、例えば、次のように決められる。各々のエアバッグの圧力を変化させた時に研磨量が影響を受けるウェハエリアに関する情報に基づいて、各ウェハエリアの膜厚平均値を算出する。影響を受けるウェハエリアは実験結果などから算出し、前もって機器制御コントローラ２４８のデータベースに入力しておく。膜が薄くなっているウェハエリアに対応するエアバッグ箇所に対する圧力は低くし、膜が厚くなっているウェハエリアに対応するエアバッグ箇所に対する圧力は高くして、各エリアの膜厚が均一になるようにエアバッグ圧力をコントロールする。この時、過去の膜厚分布結果から、研磨レートを算出し、コントロールする圧力の指標にしてもよい。 
【００８９】
次に、基板Ｗの各領域の押圧力の制御フローについて説明する。
図１４は、研磨中に行う圧力コントロールの動作の一例を示すフローチャートである。まず、研磨装置は、基板Ｗを研磨位置に搬送する（ステップＳ１０１）。続いて、研磨装置は、基板Ｗの研磨を開始する（ステップＳ１０２）。
【００９０】
続いて、終点検出コントローラ２４６は、基板Ｗの研磨中に、残膜指数(残膜量を表す膜厚データ)を研磨対象物の各領域について算出する（ステップＳ１０３）。続いて、機器制御コントローラ２４８は、残膜指数に基づいて残膜厚の分布を制御する（ステップＳ１０４）。
【００９１】
具体的には、機器制御コントローラ２４８は、各領域について算出された残膜指数に基づいて、基板Ｗの裏面の各領域に加える圧力（すなわち、圧力室Ｐ１−Ｐ７内の圧力）を独立に制御する。なお、研磨初期には基板Ｗの被研磨膜表層の変質などにより研磨特性（圧力に対する研磨速度）が不安定になることがある。このような場合には、研磨開始から初回の制御を行うまでの間に、所定の待ち時間を設けてもよい。
【００９２】
続いて、終点検出器は、残膜指数に基づいて研磨対象物の研磨を終了すべきか否かを決定する（ステップＳ１０５）。残膜指数があらかじめ設定された目標値に達していないと終点検出コントローラ２４６が判断した場合には（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、ステップＳ１０３へ戻る。
【００９３】
一方、残膜指数があらかじめ設定された目標値に達したと終点検出コントローラ２４６が判断した場合には（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、機器制御コントローラ２４８は、研磨対象物の研磨を終了する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０５〜１０６においては、研磨開始から所定の時間が経過したか否かを判断して研磨を終了することも可能である。本実施形態によれば、渦電流センサは、空間分解能が向上しているため、渦電流センサ出力の有効範囲が、エッジ等の狭い領域に広がるので、基板Ｗの領域ごとの測定点が増え、研磨の制御性の向上を図ることができ、基板の研磨平坦性を改善することができる。
【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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