JP2015175608A

JP2015175608A - 渦電流センサ

Info

Publication number: JP2015175608A
Application number: JP2014049622A
Authority: JP
Inventors: 顕中村; Akira Nakamura; 高橋　太郎; Taro Takahashi; 太郎高橋; 宏明澁江; Hiroaki Shibue; 光男多田; Mitsuo Tada
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-10-05
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: JP6445241B2

Abstract

【課題】渦電流センサの測定精度を向上させる。
【解決手段】渦電流センサ２１０は、研磨対象物１０２の膜厚を測定するためのセンサである。渦電流センサ２１０は、研磨対象物１０２に渦電流を発生させるとともに渦電流の発生に起因する誘導磁場を検出するセンサコイル２６０を備える。また、渦電流センサ２１０は、センサコイル２６０の研磨対象物１０２側に配置された導電体５００を備える。導電体５００は、研磨対象物１０２とセンサコイル２６０との間に介在する研磨パッド１０８と、センサコイル２６０と、の間に配置される。導電体５００は、センサコイル２６０に対向する対向部５１０と、対向部５１０に接続されるとともにセンサコイル２６０の少なくとも一部の周囲を覆う外周部５２０を備える。
【選択図】図１３

Description

本発明は、渦電流センサに関するものである。

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。

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
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ））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（例えば半導体ウエハなどの基板、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。

研磨装置は、基板の表面に形成されたバリア膜や金属膜などの導電膜を研磨する研磨工程に広く用いられている。研磨工程の終点検知や、研磨中における研磨条件の変更は、導電膜の厚さに基づいて決定される。このため、研磨装置は、一般に、研磨中の導電膜の厚さを検出する膜厚検出器を備えている。膜厚検出器の代表的な装置として渦電流センサが挙げられる。

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、研磨パッドを介して研磨対象物と対向する。渦電流センサは、励磁コイル及び検出コイルを含むセンサコイルを備えている。励磁コイルは、交流電源に接続されており、磁界を発生させる。これによって、導電膜などの研磨対象物には渦電流が誘起される。渦電流は、研磨対象物の抵抗、すなわち研磨対象物の膜厚、に応じて大きさが変化する。検出コイルは、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を検出する。なお、渦電流センサは、研磨対象物の厚さを測定するだけではなく、渦電流センサから測定対象物までの距離を測定する場合にも使われる。すなわち、測定対象物に誘起される渦電流は、渦電流センサと測定対象物との間の距離に応じて大きさが変化するので、検出コイルは、測定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測定対象物までの距離を検出する。

特開２００５−１２１６１６号公報

しかしながら、従来技術は、渦電流センサの測定精度を向上させることは考慮されていない。

すなわち、渦電流センサは、上述したような渦電流センサとしての反応に加えて、静電容量センサとしての反応も有する。例えば、研磨対象物を研磨パッドによって研磨しながら研磨対象物の膜厚を測定する場合を考える。この場合、研磨対象物の研磨を実行すると、研磨対象物が研磨されて膜厚が薄くなるとともに研磨パッドも薄くなる。研磨パッドが薄くなると、渦電流センサと研磨対象物との距離が短くなるので、渦電流センサのセンサ
コイルと研磨対象物との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化が渦電流センサの出力に反映されるので、研磨対象物の膜厚の測定精度が悪化するおそれがある。

そこで、本願発明の一形態は、渦電流センサの測定精度を向上させることを課題とする。

本願発明の渦電流センサの一形態は、上記課題に鑑みなされたもので、測定対象物までの距離又は前記測定対象物の膜厚を測定するための渦電流センサであって、前記測定対象物に渦電流を発生させるとともに前記渦電流の発生に起因する誘導磁場を検出するセンサコイルと、前記センサコイルの前記測定対象物側に配置された導電体と、を備えることを特徴とする。

また、渦電流センサの一形態において、前記導電体は、前記センサコイルに対向する対向部を備える、ことができる。

また、渦電流センサの一形態において、前記導電体は、前記対向部に接続されるとともに前記センサコイルの少なくとも一部の周囲を覆う外周部をさらに備える、ことができる。

また、渦電流センサの一形態において、前記導電体は、前記センサコイルに被せるキャップ状に形成される、ことができる。

また、渦電流センサの一形態において、前記導電体は、カーボンを練り込んだポリプロピレン、シリコーン樹脂、金属を蒸着した合成樹脂、金属を蒸着したガラス、カーボンを練り込んだゴム、又は単結晶シリコン基板、を含んで形成される、ことができる。

また、渦電流センサの一形態において、前記導電体は、１Ω・ｃｍ〜１００Ω・ｃｍの電気抵抗率を有する材料を含んで形成される、ことができる。

また、渦電流センサの一形態において、前記センサコイルと前記導電体との間に配置され、前記センサコイルに対向する開口が形成された磁気シールドシートをさらに備える、ことができる。

また、渦電流センサの一形態において、前記渦電流センサは、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に形成された穴に設けられ、前記研磨対象物までの距離又は前記研磨対象物の膜厚を測定するための研磨装置用渦電流センサであり、前記センサコイルは、前記研磨対象物に渦電流を発生させるとともに前記渦電流の発生に起因する誘導磁場を検出し、前記導電体は、前記センサコイルの前記研磨対象物側に配置される、ことができる。

また、渦電流センサの一形態において、前記導電体は、前記センサコイルと前記研磨パッドとの間に配置される、ことができる。

また、渦電流センサの一形態において、前記導電体は、前記センサコイルと対向する対向部と、前記対向部に接続されるとともに前記研磨テーブルに形成された穴の内壁に対向する外周部と、を備える、ことができる。

かかる本願発明の一形態によれば、渦電流センサの測定精度を向上させることができる
。

図１は、研磨装置及び終点検出装置の全体構成を模式的に示す図である。図２は、研磨テーブルと渦電流センサと研磨対象物との関係を示す平面図である。図３は、渦電流センサの概略構成を示す図である。図４は、本実施形態の渦電流センサにおいて用いられているセンサコイルの構成例を示す概略図である。図５は、渦電流センサの詳細な回路構成を示す模式図である。図６は、終点検出部による処理の概略を示す図である。図７は、終点検出部による処理の概略を示す図である。図８は、従来の渦電流センサにおける静電容量について説明するための図である。図９は、従来の渦電流センサにおいて、研磨パッドの厚さの変化に対する合成静電容量の変化を示す図である。図１０は、従来の渦電流センサによって測定された信号Ｘ，信号Ｙのプロットデータである。図１１は、導電体を配置することによる効果を説明するための概念図である。図１２は、本実施形態の渦電流センサの構成の一例を示す図である。図１３は、本実施形態の渦電流センサの構成の他の一例を示す図である。図１４は、本実施形態の渦電流センサの構成の他の一例を示す図である。図１５は、本実施形態の渦電流センサの構成の他の一例を示す図である。図１６は、本実施形態の渦電流センサにおける静電容量について説明するための図である。図１７は、本実施形態の渦電流センサにおいて、研磨パッドの厚さの変化に対する合成静電容量の変化を示す図である。図１８は、本実施形態の渦電流センサによって測定された信号Ｘ，信号Ｙのプロットデータである。

以下、本願発明の一実施形態に係る渦電流センサを図面に基づいて説明する。

＜研磨装置＞
図１は、研磨装置及び終点検出装置の全体構成を模式的に示す図である。まず、研磨装置について説明する。

図１に示すように、研磨装置１００は、研磨対象物（例えば、半導体ウエハなどの基板、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。

また、研磨装置１００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。また、研磨装置１００は、研磨装置１００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。

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。

次に、研磨終点検出装置２００について説明する。図１に示すように、研磨終点検出装置２００は、渦電流センサ２１０と、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と接続された終点検出部２２０と、を備える。

＜渦電流センサ＞
まず、渦電流センサ２１０について説明する。研磨テーブル１１０には、渦電流センサ２１０を研磨テーブル１１０の裏面側から挿入できる穴が形成されている。渦電流センサ２１０は、研磨テーブル１１０に形成された穴に挿入される。なお、研磨テーブル１１０は、接地されている。

図２は、研磨テーブル１１０と渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２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２１０は、トップリング１１６に保持された研磨中の研磨対象物１０２の中心Ｃｗを通過する位置に設置されている。符号Ｃ_Ｔは研磨テーブル１１０の回転中心である。例えば、渦電流センサ２１０は、研磨対象物１０２の下方を通過している間、通過軌跡（走査線）上で連続的に研磨対象物１０２の厚さを検出できるようになっている。

図３は、渦電流センサ２１０の概略構成を示す図である。図３Ａは渦電流センサ２１０の構成を示すブロック図であり、図３Ｂは渦電流センサ２１０の等価回路図である。

図３Ａに示すように、渦電流センサ２１０は、検出対象の金属膜等の研磨対象物１０２の近傍に配置されるセンサコイル２６０を備える。センサコイル２６０には、交流信号源２６２が接続される。ここで、検出対象の研磨対象物１０２は、例えば半導体ウエハ上に形成されたＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｗなどの薄膜である。センサコイル２６０は、検出対象の研磨対象物１０２に対して、例えば０．５〜５．０ｍｍ程度の近傍に配置される。

渦電流センサ２１０には、研磨対象物１０２に渦電流が生じることに起因する交流信号源２６２の発振周波数の変化、に基づいて導電膜を検出する周波数タイプがある。また、渦電流センサ２１０には、研磨対象物１０２に渦電流が生じることに起因する交流信号源２６２から見たインピーダンスの変化、に基づいて導電膜を検出するインピーダンスタイプがある。すなわち、周波数タイプでは、図３Ｂに示す等価回路において、渦電流Ｉ_２が変化することによって、インピーダンスＺが変化し、その結果、交流信号源（可変周波数発振器）２６２の発振周波数が変化する。渦電流センサ２１０は、検波回路２６４でこの発振周波数の変化を検出し、導電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３Ｂに示す等価回路において、渦電流Ｉ_２が変化することによって、インピーダンスＺが変化し、その結果、交流信号源（固定周波数発振器）２６２から見たインピーダンスＺが変化する。渦電流センサ２１０は、検波回路２６４でこのインピーダンスＺの変化を検出し、導電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、導電膜の測定情報が得られる。渦電流センサ２１０は、図１に示すように研磨テーブル１１０の内部の表面付近の位置に内蔵することができ、研磨対象物１０２に対して研磨パッド１０８を介して対向するように位置している間は、研磨対象物１０２に流れる渦電流から導電膜の変化
を検出することができる。

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２６２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２６２により供給される交流電圧により、センサコイル２６０に電流Ｉ_１が流れる。研磨対象物１０２の近傍に配置されたセンサコイル２６０に電流が流れることで、センサコイル２６０から発生する磁束が研磨対象物１０２と鎖交する。その結果、センサコイル２６０と研磨対象物１０２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Ｉ_２が流れる。ここでＲ１はセンサコイル２６０を含む一次側の抵抗であり、Ｌ_１は同様にセンサコイル２６０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抵抗であり、Ｌ_２は研磨対象物１０２の自己インダクタンスである。交流信号源２６２の端子ａ，ｂからセンサコイル２６０側を見たインピーダンスＺは、渦電流Ｉ_２によって発生する磁力線の影響で変化する。

図４は、本実施形態の渦電流センサにおいて用いられているセンサコイルの構成例を示す概略図である。図４に示すように、渦電流センサのセンサコイル２６０は、ボビン２７０に巻回された３個のコイル２７２，２７３，２７４を備える。コイル２７２は、交流信号源２６２に接続される励磁コイルである。励磁コイル２７２は、交流信号源２６２から供給される交流電流により励磁され、近傍に配置される研磨対象物１０２に渦電流を形成する。ボビン２７０の研磨対象物１０２側には、検出コイル２７３が配置され、研磨対象物１０２に形成される渦電流に起因して発生する磁界を検出する。励磁コイル２７２を挟んで検出コイル２７３の反対側にはバランスコイル２７４が配置されている。

コイル２７２，２７３，２７４は、同じターン数のコイルにより形成され、検出コイル２７３とバランスコイル２７４とは互いに逆相に接続されている。研磨対象物１０２が検出コイル２７３の近傍に存在すると、研磨対象物１０２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２７３とバランスコイル２７４とに鎖交する。このとき、検出コイル２７３のほうが導電膜に近い位置に配置されているので、両コイル２７３，２７４に生じる誘起電圧のバランスが崩れ、これにより導電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。

図５は、渦電流センサの詳細な回路構成を示す模式図である。交流信号源２６２は、水晶発振器などの固定周波数の発振器を有しており、例えば、１〜５０ＭＨｚの固定周波数の交流電流をセンサコイル２６０へ供給する。交流信号源２６２で形成された交流電流は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２８２を介してセンサコイル２６０（励磁コイル２７２）に供給される。一方、センサコイル２６０（検出コイル２７３及びバランスコイル２７４）の端子から出力された信号は、ブリッジ回路２８４及び高周波アンプ（ＲＦＡｍｐ）２８６を経て、ｃｏｓ同期検波回路２９２及びｓｉｎ同期検波回路２９３を含む同期検波部２９１に送られる。そして、同期検波部２９１によりインピーダンスの抵抗成分と誘導リアクタンス成分とが取り出される。

同期検波部２９１から出力された抵抗成分と誘導リアクタンス成分からは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ・ＡＦＡＭＰ）２９４，２９５により不要な高周波成分（例えば５ＫＨｚ以上の高周波成分）が除去され、インピーダンスの抵抗成分としての信号Ｘと誘導リアクタンス成分としての信号Ｙとがそれぞれ出力される。

終点検出部２２０は、渦電流センサ２１０から出力される信号Ｘ，Ｙに基づいて膜厚の変化を監視する。

図６，図７は、終点検出部２２０による処理の概略を示す図である。図６において、横軸は信号Ｘの強度を示しており、縦軸は信号Ｙの強度を示している。円弧３１０上の端点Ｔ∞は、研磨対象物１０２の膜厚が∞である状態を示し、端点Ｔ０は、研磨対象物の１０２の膜厚が０である状態を示す。研磨対象物１０２の膜厚が減少するに従って、信号Ｘ，Ｙの値から位置決めされる円弧３１０上の点Ｔｎは、円弧状の軌跡を描きながら端点Ｔ０に向かって進む。ＸＹ座標系の原点Ｏから点Ｔｎまでの距離Ｚ（＝（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２）は、端点Ｔ∞の近傍を除いて、膜厚が減少するに従って小さくなる。

膜厚測定の一つの観点では、終点検出部２２０は、研磨対象物１０２の膜厚に応じて変化する距離Ｚを算出する。そして、終点検出部２２０は、あらかじめ経験や試験により距離Ｚと研磨対象物１０２の膜厚との関係を把握しておけば、距離Ｚを監視することにより、研磨中の研磨対象物１０２の膜厚を検出することができる。

しかしながら、実際には、研磨対象物１０２の研磨を実行すると、研磨対象物１０２が研磨されて膜厚が薄くなるとともに研磨パッド１０８も薄くなる。研磨パッド１０８が薄くなるにしたがって、渦電流センサ２１０と研磨対象物１０２との距離が短くなるので、渦電流センサ２１０の出力が大きくなる。その結果、研磨パッド１０８が薄くなるにしたがって、図７の円弧３１０、円弧３２０、円弧３３０に示すように、円弧が大きくなる。したがって、研磨パッド１０８の厚みが変化する場合には、上述のように距離Ｚに基づいて研磨対象物１０２の膜厚を検出するのは難しい。

これに対して、図７に示すように、信号Ｘ，信号Ｙによって定まる点と端点Ｔ０とを結ぶ直線３４０が円弧３１０、円弧３２０、円弧３３０と交差する交点Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃは、研磨対象物１０２が同じ膜厚である状態を示している。この点に着目し、終点検出部２２０は、直線３４０と、端点Ｔ０から信号Ｙの軸と同じ方向に延びる直線と、のなす角度θを求める。終点検出部２２０は、あらかじめ経験や試験により角度θと研磨対象物１０２の膜厚との関係を把握しておけば、角度θを監視することにより、研磨中の研磨対象物１０２の膜厚を検出することができる。

終点検出部２２０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。終点検出部２２０は、算出した角度θに基づいて研磨対象物１０２の研磨終点を検出したら、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、終点検出部２２０から研磨終点を示す信号を受信したら、研磨装置１００による研磨を終了させる。

＜渦電流センサの測定精度の向上＞
次に、本実施形態による渦電流センサの測定精度の向上について説明する。まず、渦電流センサ２１０が静電容量センサとしても反応することによる精度の悪化について説明する。

図８は、従来の渦電流センサにおける静電容量について説明するための図である。図８Ａは、従来の構成において、渦電流センサが静電容量センサとして反応する場合の静電容量を模式的に示した図である。図８Ｂは、図８Ａの構成における等価回路である。図８Ａ，Ｂに示すように、渦電流センサ２１０とグラウンド（アース）との間には、励磁コイル２７２と検出コイル２７３との間の静電容量Ｃ１、検出コイル２７３と研磨対象物１０２との間の静電容量Ｃ２、研磨対象物１０２と研磨テーブル１１０との間の静電容量Ｃ３が存在する。渦電流センサ２１０とグラウンド（アース）との間の合成静電容量Ｃは、以下の数１式によって表される。

図９は、従来の渦電流センサにおいて、研磨パッドの厚さの変化に対する合成静電容量の変化を示す図である。図９において、横軸は研磨パッド１０８の厚さを示し、縦軸は渦電流センサ２１０とグラウンド（アース）との間の合成静電容量Ｃを示している。図１０は、従来の渦電流センサによって測定された信号Ｘ，信号Ｙのプロットデータである。図１０において、横軸は信号Ｘを示し、縦軸は信号Ｙを示している。

図９に示すように、研磨パッド１０８の厚さが研磨工程によって薄くなったら、合成静電容量Ｃは大きく増加する。その結果、研磨パッド１０８の厚さに対応する円弧４１０〜円弧４７０の端点Ｔ０は、図１０において破線４８０で囲ったように、揃わない。したがって、角度θを検出するための基準点が研磨パッド１０８の厚さの変化に応じてずれるので、角度θを精度よく検出することができず、その結果、研磨対象物１０２の膜厚の測定精度が悪化する。

＜測定精度の向上のための構成＞
これに対して本実施形態では、渦電流センサ２１０は、センサコイル２６０（励磁コイル２７２、検出コイル２７３、及びバランスコイル２７４を含む）の測定対象物側に配置された導電体５００を備える。

この点について説明する。図１１は、導電体５００を配置することによる効果を説明するための概念図である。まず、図１１Ａに示すように、渦電流センサ２１０と測定対象物８００（例えば、研磨対象物１０２）との間に導電体５００が配置されていない場合は、渦電流センサ２１０とグラウンド８１０（アース）との間の距離が変化すると、両者の間の静電容量が変化する。その結果、渦電流センサ２１０とグラウンド８１０（アース）との間の静電容量の変化がそのまま渦電流センサ２１０の出力に影響して、渦電流センサ２１０の出力が変化する。

これに対して、図１１Ｂに示すように、渦電流センサ２１０と測定対象物８００との間に導電体５００を配置する。導電体５００は、測定対象物８００より導電率が低いが絶縁体ではない材料で形成される。また、導電体５００は、図１１Ｂに示すように接地することによって、グラウンドとの間で静電容量が大きい状態とする。

導電体５００を配置することによって、渦電流センサ２１０と導電体５００との間には電界が発生する。導電体５００の下面には電荷が生じるが、導電体５００が配置されているため、導電体５００の上面には電荷が発生しにくくなる。このため、導電体５００と測定対象物８００との間には電界が発生せず、静電容量センサとしての動作が抑えられる。また、渦電流センサ２１０と測定対象物８００との間の距離が変動したとしても渦電流センサ２１０と導電体５００との間の距離は一定であり、渦電流センサ２１０と導電体５００との間に変動しない静電容量が生じるため、導電体５００と測定対象物８００との間に発生する静電容量変動の影響を抑えることができる。また、渦電流センサ２１０は通常は交流電源を用いるため、図１１Ｂのように接地する代わりに、図１１Ｃに示すようにコンデンサ成分を介して接地することによって導電体５００に十分大きな静電容量を持たせることでも同様の効果を得ることができる。

＜導電体５００の具体的配置態様＞
次に、導電体５００の配置態様を具体的に説明する。図１２は、本実施形態の渦電流センサ２１０の構成の一例を示す図である。図１２に示すように、本実施形態の渦電流センサ２１０は、導電体５００を備える。導電体５００は、センサコイル２６０（励磁コイル２７２、検出コイル２７３、及びバランスコイル２７４を含む）の測定対象物（研磨対象物１０２）側に配置される。

具体的には、導電体５００は、測定対象物（研磨対象物１０２）とセンサコイル２６０との間に介在する絶縁体（研磨パッド１０８）と、センサコイル２６０と、の間に配置される。導電体５００は、少なくともセンサコイル２６０に対向する対向部５１０を備えていればよい。なお、対向部５１０は、励磁コイル２７２、検出コイル２７３、又はバランスコイル２７４のコイル軸に交差する面を有することによって、センサコイル２６０と対向する。

図１３は、本実施形態の渦電流センサ２１０の構成の他の一例を示す図である。図１３に示すように、導電体５００は、センサコイル２６０に対向する対向部５１０と、対向部５１０に接続されるとともにセンサコイル２６０の少なくとも一部の周囲を覆う外周部５２０と、を備えていてもよい。この例では、外周部５２０は、研磨テーブル１１０に形成された穴の内壁に対向する。

図１４は、本実施形態の渦電流センサ２１０の構成の他の一例を示す図である。図１４に示すように、導電体５００は、センサコイル２６０に対向する対向部５１０と、対向部５１０に接続されるとともにセンサコイル２６０の全部の周囲を覆う外周部５３０と、を備えており、センサコイル２６０に被せるキャップ状に形成されていてもよい。この例では、外周部５２０は、研磨テーブル１１０に形成された穴の内壁に対向する。

図１５は、本実施形態の渦電流センサ２１０の構成の他の一例を示す図である。図１５に示すように、導電体５００は、図１４と同様に、センサコイル２６０に対向する対向部５１０と、対向部５１０に接続されるとともにセンサコイル２６０の全部の周囲を覆う外周部５３０と、を備えており、センサコイル２６０に被せるキャップ状に形成されている。

これに加えて、渦電流センサ２１０は、エッジ角対策として、磁気シールドシート６００を備える。磁気シールドシート６００は、導電体５００と同様に、センサコイル２６０に対向する対向部６１０と、対向部６１０に接続されるとともにセンサコイル２６０の全部の周囲を覆う外周部６３０と、を備えており、センサコイル２６０に被せるキャップ状に形成されている。磁気シールドシート６００は、導電体５００の内部でセンサコイル２６０に被せられている。対向部６１０には、センサコイル２６０に対向する開口が形成されており、磁場が通ることができるようになっている。

図１２〜図１５において、対向部５１０は、センサコイル２６０の測定対象物（研磨対象物１０２）側に、センサコイル２６０と所定の距離を離して配置される。また、対向部５１０は、測定対象物（研磨対象物１０２）とも所定の距離を離して配置される。さらに、対向部５１０は、センサコイル２６０と対向部５１０との間の距離が、測定対象物（研磨対象物１０２）と対向部５１０との間の距離より短くなるように、センサコイル２６０と測定対象物（研磨対象物１０２）との間に配置される。なお、センサコイル２６０と対向部５１０との距離は固定される。すなわち、研磨パッド１０８が薄くなることなどによって渦電流センサ２１０（センサコイル２６０）と研磨対象物１０２との間の距離が変動したとしても、渦電流センサ２１０（センサコイル２６０）と対向部５１０との間の距離は一定である。

図１２〜図１５における導電体５００（対向部５１０）は、例えば、導電性ポリプロピレン、又は、シリコーン樹脂、を含んで形成することができる。また、図１２〜図１５における導電体５００（対向部５１０）は、例えば、カーボンを練り込んだポリプロピレン、シリコーン等の合成樹脂、金属を薄く蒸着した合成樹脂、金属を薄く蒸着したガラス、カーボンを練り込んだゴム（シリコーン等）、単結晶シリコン基板（Ｓｉ）などで形成することができる。

なお、導電体５００（対向部５１０）の電気抵抗率は、小さいほど渦電流２１０の静電容量センサとしての反応を除去することができるが、導電体５００自体に渦電流が発生し、研磨対象物１０２の膜厚測定の感度が低下する。一方、導電体５００（対向部５１０）の電気抵抗率は、大きすぎると、十分に静電容量センサとしての反応を除去することができない。これらの点を考慮して、例えば、図１２〜図１５における導電体５００（対向部５１０）は、１Ω・ｃｍ〜１００Ω・ｃｍの電気抵抗率を有する材料を含んで形成することができる。また、好ましくは、図１２〜図１５における導電体５００（対向部５１０）は、５Ω・ｃｍ〜５０Ω・ｃｍの電気抵抗率を有する材料を含んで形成することができる。さらに好ましくは、図１２〜図１５における導電体５００（対向部５１０）は、７Ω・ｃｍ〜２０Ω・ｃｍの電気抵抗率を有する材料を含んで形成することができる。

一方、図１３〜図１５における導電体５００（外周部５２０，５３０）は、対向部５１０と同様の材料を含んで形成されていてもよいし、銅テープ、ＳＵＳなどの導電材料によって形成されていてもよい。

次に、導電体５００を配置することによる効果について説明する。図１６は、本実施形態の渦電流センサにおける静電容量について説明するための図である。図１６Ａは、図１３の構成において、渦電流センサが静電容量センサとして反応する場合の静電容量を模式的に示した図である。図１６Ｂは、図１６Ａの構成における等価回路である。図１６Ａ，Ｂに示すように、渦電流センサ２１０とグラウンド（アース）との間には、励磁コイル２７２と検出コイル２７３との間の静電容量Ｃ１、検出コイル２７３と導電体５００との間の静電容量Ｃｄ１、導電体５００と研磨対象物１０２との間の静電容量Ｃ２´、研磨対象物１０２と研磨テーブル１１０との間の静電容量Ｃ３、及び導電体５００と研磨テーブル１１０との間の静電容量Ｃｄ２が存在する。静電容量Ｃ２´、静電容量Ｃ３、及び静電容量Ｃｄ２の合成静電容量Ｃｄは、以下の数２式によって表される。また、渦電流センサ２１０とグラウンド（アース）との間の全体の合成静電容量Ｃは、以下の数３式によって表される。

図１７は、本実施形態の渦電流センサにおいて、研磨パッドの厚さの変化に対する合成静電容量の変化を示す図である。図１７において、横軸は研磨パッド１０８の厚さを示し、縦軸は渦電流センサ２１０とグラウンド（アース）との間の合成静電容量Ｃを示してい
る。図１８は、本実施形態の渦電流センサによって測定された信号Ｘ，信号Ｙのプロットデータである。図１８において、横軸は信号Ｘを示し、縦軸は信号Ｙを示している。

図１７に示すように、研磨パッド１０８の厚さが研磨工程によって薄くなったとしても、合成静電容量Ｃはほとんど変化しない。例えば、図９において、研磨パッド１０８の厚さが３．０ｍｍ〜０．５ｍｍまで変化した場合には、合成静電容量Ｃは３２％変化した。これに対して、図１７において、同様に研磨パッド１０８の厚さが３．０ｍｍ〜０．５ｍｍまで変化した場合には、合成静電容量Ｃは０．００６％しか変化しなかった。すなわち、導電体５００を配置することによって、研磨パッド１０８の厚さの変化に起因する静電容量Ｃ２´，Ｃ３の変化が合成静電容量Ｃに及ぼす影響が少なくなった（渦電流センサ２１０の出力に反映され難くなった）ということである。言い換えると、センサコイル２６０と対向部５１０との距離は固定されているので、研磨パッド１０８の厚さが変化して渦電流センサ２１０（センサコイル２６０）と研磨対象物１０２との間の距離が変動したとしても、渦電流センサ２１０（センサコイル２６０）と対向部５１０との間の距離は一定である。したがって、渦電流センサ２１０（センサコイル２６０）と研磨対象物１０２との間の距離が変動したとしても、センサコイル２６０と対向部５１０との間の静電容量が変わらないので、研磨パッド１０８の厚さの変化に起因する静電容量Ｃ２´，Ｃ３の変化が合成静電容量Ｃに及ぼす影響が少なくなる。

その結果、研磨パッド１０８の厚さに対応する円弧５３５〜円弧５７０の端点Ｔ０は、図１８において破線５８０で囲ったように、揃っている。したがって、角度θを検出するための基準点が研磨パッド１０８の厚さの変化が変化したとしてもあまりずれないので、角度θを精度よく検出することができる。その結果、本実施形態によれば、研磨対象物１０２の膜厚の測定精度を向上させることができる。

なお、上記の説明では、研磨テーブル１１０が接地されている例を示したが、これには限られず、図１１Ｂに示すように導電体５００を直接接地してもよい。また、上記の説明は、主に、研磨装置１００に渦電流センサ２１０を適用する例を示したが、これには限られない。図１１を用いて説明したように、渦電流センサ２１０と測定対象物８００との間に導電体５００を配置することによって、静電容量の変化が合成静電容量に及ぼす影響が少なくなる（渦電流センサ２１０の出力に反映され難くなる）ので、渦電流センサ２１０の測定精度を向上させることができる。

１００研磨装置
１０２研磨対象物
１０８研磨パッド
１１０研磨テーブル
２１０渦電流センサ
２２０終点検出部
２６０センサコイル
２７２励磁コイル
２７３検出コイル
２７４バランスコイル
５００導電体
５１０対向部
５２０外周部
５２０，５３０外周部
６００磁気シールドシート
６１０対向部
６３０外周部
８００測定対象物
８１０グラウンド

Claims

測定対象物までの距離又は前記測定対象物の膜厚を測定するための渦電流センサであって、
前記測定対象物に渦電流を発生させるとともに前記渦電流の発生に起因する誘導磁場を検出するセンサコイルと、
前記センサコイルの前記測定対象物側に配置された導電体と、
を備えることを特徴とする渦電流センサ。
請求項１の渦電流センサにおいて、
前記導電体は、前記センサコイルに対向する対向部を備える、
ことを特徴とする渦電流センサ。
請求項２の渦電流センサにおいて、
前記導電体は、前記対向部に接続されるとともに前記センサコイルの少なくとも一部の周囲を覆う外周部をさらに備える、
ことを特徴とする渦電流センサ。
請求項１〜３のいずれか１項の渦電流センサにおいて、
前記導電体は、前記センサコイルに被せるキャップ状に形成される、
ことを特徴とする渦電流センサ。
請求項１〜４のいずれか１項の渦電流センサにおいて、
前記導電体は、カーボンを練り込んだポリプロピレン、シリコーン樹脂、金属を蒸着した合成樹脂、金属を蒸着したガラス、カーボンを練り込んだゴム、又は単結晶シリコン基板、を含んで形成される、
請求項１〜５のいずれか１項の渦電流センサにおいて、
前記導電体は、１Ω・ｃｍ〜１００Ω・ｃｍの電気抵抗率を有する材料を含んで形成される、
ことを特徴とする渦電流センサ。
請求項１〜６のいずれか１項の渦電流センサにおいて、
前記センサコイルと前記導電体との間に配置され、前記センサコイルに対向する開口が形成された磁気シールドシートをさらに備える、
ことを特徴とする渦電流センサ。
請求項１〜７のいずれか１項の渦電流センサにおいて、
前記渦電流センサは、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に形成された穴に設けられ、前記研磨対象物までの距離又は前記研磨対象物の膜厚を測定するための研磨装置用渦電流センサであり、
前記センサコイルは、前記研磨対象物に渦電流を発生させるとともに前記渦電流の発生に起因する誘導磁場を検出し、
前記導電体は、前記センサコイルの前記研磨対象物側に配置される、
ことを特徴とする渦電流センサ。
請求項８の渦電流センサにおいて、
前記導電体は、前記センサコイルと前記研磨パッドとの間に配置される、
ことを特徴とする渦電流センサ。
請求項８又は９の渦電流センサにおいて、
前記導電体は、前記センサコイルと対向する対向部と、前記対向部に接続されるとともに前記研磨テーブルに形成された穴の内壁に対向する外周部と、を備える、
ことを特徴とする渦電流センサ。