JP2021096117A - 渦電流センサの出力信号処理回路および出力信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲環境の変化に対して従来よりも影響を受けにくい渦電流センサの出力信号処理回路および出力信号処理方法を提供する。【解決手段】渦電流センサ組立体１７４は、渦電流センサ５０と、渦電流センサ５０の出力信号１７６を処理する出力信号処理回路５４とを有する。出力信号処理回路５４は、出力信号１７６と、所定の周波数の信号１８０が入力されて、入力された２つの信号の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号を出力するミキサ回路１７８と、ミキサ回路１７８が出力する出力信号１８２が入力されて、入力された出力信号１８２に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号１８６を出力するローパスフィルタ１８４とを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、渦電流センサの出力信号処理回路および出力信号処理方法に関するものである。

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。

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。

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。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。

このような技術としては、特開２０１１−２３５７９号に記載のものがある。この技術においては、３個のコイルを用いた渦電流センサが研磨終点を検出するために用いられている。特開２０１１−２３５７９号の図５に示すように、３個のコイルのうちの検出コイルとダミーコイルは直列回路を構成し、その両端は可変抵抗を含む抵抗ブリッジ回路に接続されている。抵抗ブリッジ回路でバランスの調整を行うことで、膜厚がゼロのときに、抵抗ブリッジ回路の出力がゼロになるようにゼロ点の調整が可能である。抵抗ブリッジ回路の出力は、特開２０１１−２３５７９号の図６に示すように、同期検波回路に入力される。同期検波回路は、入力された信号から、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。

従来のブリッジ回路を使用した検出方法に関しては、ゼロ点調整時の抵抗値調整量はブリッジ回路を構成する抵抗値全体の大きさに比べて非常に小さい。その結果、抵抗値全体の温度変化量は、ゼロ点調整時の抵抗値調整量と比べると、無視できない量である。温度変化による抵抗値の変化や、抵抗が有する浮遊容量の変化等のために、抵抗の周囲環境の変化に対してブリッジ回路の特性が敏感に影響を受ける。この結果、上述のゼロ点がシフトしやすく、膜厚の測定精度が低下するという問題があった。

特開２０１１−２３５７９号

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、周囲環境の変化に対して従来よりも影響を受けにくい渦電流センサの出力信号処理回路および出力信号処理方法を提供することである。

上記課題を解決するために、第１の形態では、渦電流センサと、前記渦電流センサの出力信号を処理する出力信号処理回路とを有し、前記出力信号処理回路は、前記出力信号と、所定の周波数の信号が入力されて、入力された前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するミキサ回路と、前記ミキサ回路が出力する前記出力信号が入力されて、入力された前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するローパスフィルタとを有することを特徴とする渦電流センサ組立体という構成を採っている。

本実施形態では、渦電流センサの出力信号が抵抗ブリッジ回路を介さずに、ミキサ回路に接続されている。温度変化の影響を受けやすい抵抗ブリッジ回路を用いていないため、周囲環境の変化に対して従来よりも影響を受けにくい渦電流センサの出力信号処理回路を提供できる。

また、特開２０１１−２３５７９号では、その図６に示すように、抵抗ブリッジ回路の端子で検出された信号は、高周波アンプおよび位相シフト回路を経て、ｃｏｓ同期検波回路およびｓｉｎ同期検波回路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。同期検波された信号は、ローパスフィルタにより、信号成分以上の不要な高周波成分が除去される。このため、コイルが出力する高周波出力は、長い処理ステップを経た後に低周波信号となる。高周波信号であるステップが多いため、従来は信号にノイズが多くなる。

本実施形態では、コイルが出力する高周波出力は、ミキサ回路とローパスフィルタにより低周波信号となる。高周波出力が高周波状態であるステップ数が少ないため、従来と比較して信号はノイズが少なくなる。すなわち、周囲の影響を受けやすい高周波信号から、取り扱いやすい直流信号に早い段階（少ないステップ）で変換されるため、安定した信号測定を行うことができる。

形態２では、第１、第２の出力信号をそれぞれ出力する第１、第２のコイルを有する渦電流センサが出力する前記第１、第２の出力信号を処理する渦電流センサの出力信号処理回路において、前記第１の出力信号と、所定の周波数の信号が入力されて、入力された前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力する第１のミキサ回路と、前記第１のミキサ回路が出力する前記出力信号が入力されて、入力された前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力する第１のローパスフィルタと、前記第２の出力信号と、前記周波数の信号が入力されて、入力された前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力する第２のミキサ回路と、前記第２のミキサ回路が出力する前記出力信号が入力されて、入力された前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力する第２のローパスフィルタと、前記第１のローパスフィルタが出力する前記直流信号と前記第２のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力する第１の減算回路とを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理回路という構成を採っている。

本実施形態でも、渦電流センサの出力信号が抵抗ブリッジ回路を介さずに、ミキサ回路に接続されている。温度変化の影響を受けやすい抵抗ブリッジ回路を用いていないため、周囲環境の変化に対して従来よりも影響を受けにくい渦電流センサの出力信号処理回路を
提供できる。

本形態では減算回路により、膜厚変化に対応した微小な信号変化を２個のコイルを用いて取り出すという従来のブリッジ回路を用いた検出方法と同様なことができる。すなわち、２つの直流信号の差を求めて、膜厚変化に対応した微小な信号変化分のみを検出することが可能である。

形態３では、前記出力信号処理回路は、前記第１のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された前記直流信号の振幅の大きさを調整して、調整後の直流信号を出力する第１の調整回路を有し、前記第１の減算回路は、前記第１の調整回路が出力する前記直流信号と前記第２のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力することを特徴とする形態２記載の渦電流センサの出力信号処理回路。
という構成を採っている。

形態４では、前記出力信号処理回路は、前記第１のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された前記直流信号の振幅の大きさを調整して、調整後の直流信号を出力する第１の調整回路と、前記第２のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された前記直流信号の振幅の大きさを調整して、調整後の直流信号を出力する第２の調整回路とを有し、前記第１の減算回路は、前記第１の調整回路が出力する前記直流信号と前記第２の調整回路が出力する前記直流信号が入力されて、入力された２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力することを特徴とする形態２記載の渦電流センサの出力信号処理回路という構成を採っている。

形態３，４では調整回路と減算回路により、膜厚変化に対応した微小な信号変化を２個のコイルを用いて取り出すという従来のブリッジ回路を用いた検出方法と同等の性能を維持することができる。すなわち、少なくとも１個のコイルからの位相検波信号のレベルを調整回路により調整した後に減算して、膜厚変化に対応した微小な信号変化分のみを検出する。調整回路により、調整回路が無い場合と比べてゼロ点調整の精度を改善することができる。これにより、既述のようにゼロ点からの信号の微弱変化を取り出すことができる。

形態５では、前記渦電流センサは、第３、第４の出力信号をそれぞれ出力する第３、第４のコイルを有し、前記出力信号処理回路は、前記第３の出力信号と、前記周波数の信号が入力されて、入力された前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力する第３のミキサ回路と、前記第３のミキサ回路が出力する前記出力信号が入力されて、入力された前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力する第３のローパスフィルタと、前記第４の出力信号と、前記周波数の信号が入力されて、入力された前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力する第４のミキサ回路と、前記第４のミキサ回路が出力する前記出力信号が入力されて、入力された前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力する第４のローパスフィルタと、前記第３のローパスフィルタが出力する前記直流信号と前記第４のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力する第２の減算回路と、前記第１の減算回路が出力する前記差と前記第２の減算回路が出力する前記差が入力されて、入力された２つの前記差を加算してまたは２つの前記差の差を求めて、得られた前記和または差を出力する加算回路とを有することを特徴とする形態２ないし４のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理回路という構成を採っている。

本形態では、形態２ないし４に示す２個のコイルを有するコイル組立に加えて、さらに
、２個のコイルを有するコイル組立を有する。すなわち、２個のコイルの組み合わせを２組有する。組み合わせを２組有するため、２組により得られた２つの直流信号の差を加算してまたは２つの直流信号の差の差を求めることにより、測定精度が向上する。測定精度が向上する理由は以下のとおりである。加算する場合は、信号出力が大きくなるために、より小さな信号変化、すなわち、より小さな膜厚変化を検知できるので測定精度が向上する。

差を求める場合は例えば、一方の組み合わせが他方の組み合わせよりも、広い領域の膜厚を測定できるようにする。このとき、一方の組み合わせの出力から他方の組み合わせの出力を減算することにより、広い領域の膜厚の影響を低減して、狭い領域の膜厚の変化のみを、より正確に測定することができる。すなわち測定の空間的精度を改善することができる。

形態６では、渦電流センサの出力信号と、所定の周波数の信号をミキサ回路に入力して、ミキサ回路によって前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するステップと、前記ミキサ回路が出力する前記出力信号をローパスフィルタに入力して、高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法という構成を採っている。

形態７では、第１、第２の出力信号をそれぞれ出力する第１、第２のコイルを有する渦電流センサが出力する前記第１、第２の出力信号を処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、前記第１の出力信号と、所定の周波数の信号を第１のミキサ回路に入力して、前記第１のミキサ回路によって前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するステップと、前記第１のミキサ回路が出力する前記出力信号を第１のローパスフィルタに入力して、前記第１のローパスフィルタによって、前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するステップと、前記第２の出力信号と、前記周波数の信号を第２のミキサ回路に入力して、前記第２のミキサ回路によって前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するステップと、前記第２のミキサ回路が出力する前記出力信号を第２のローパスフィルタに入力して、前記第２のローパスフィルタによって、前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するステップと、前記第１のローパスフィルタが出力する前記直流信号と前記第２のローパスフィルタが出力する前記直流信号を第１の減算回路に入力して、前記第１の減算回路によって、２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法という構成を採っている。

形態８では、前記渦電流センサは、第３、第４の出力信号をそれぞれ出力する第３、第４のコイルを有し、前記出力信号処理方法は、前記第３の出力信号と、前記周波数の信号を第３のミキサ回路に入力して、前記第３のミキサ回路によって前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するステップと、前記第３のミキサ回路の出力信号を第３のローパスフィルタに入力して、前記第３のローパスフィルタによって、前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するステップと、前記第４の出力信号と、前記周波数の信号を第４のミキサ回路に入力して、前記第４のミキサ回路によって前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するステップと、前記第４のミキサ回路の出力信号を第４のローパスフィルタに入力して、前記第４のローパスフィルタによって、前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するステップと、前記第３のローパスフィルタが出力する前記直流信号と前記第４のローパスフィルタが出力する前記直流信号を第２の減算回路に入力して、前記第２の減算回路によって、２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力するステップと、前記第１の減算回路が出力する前記差と前記第２
の減算回路が出力する前記差を加算回路に入力して、前記加算回路によって、２つの前記差を加算してまたは２つの前記差の差を求めて、得られた前記和または差を出力するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法という構成を採っている。

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は、本実施形態の渦電流センサ組立体を示すブロック図である。 図５は、本実施形態の渦電流センサ５０におけるコイルの構成例を示す概略図である。 図６は、他の実施形態における出力信号処理回路を示す概略図である。 図７は、抵抗ブリッジ回路を示す図である。 図８は、他の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９は、渦電流センサにおける励磁コイルの接続例を示す概略図である。 図１０は、渦電流センサによる磁場を示す図である。 図１１は、他の実施形態における出力信号処理回路を示す概略図である。 図１２は、図８に示す他の実施形態の渦電流センサの斜視図である。 図１３は、デジタルシグナルプロセッサの内部の回路構成を示す概略図である。 図１４は、渦電流センサの出力信号と、交流信号源の信号との間にある位相差によって、直流信号がどのように変化するかを示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１６０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。

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。渦電流センサ５０は空芯コイルでもよい。

渦電流センサの信号検出には、金属膜（または導電性膜）ｍｆに渦電流が生じることにより、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呼ばれるものがある。即ち、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。

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。

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。

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、Ｌ_１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、Ｌ_２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。

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、出力信号１７２により終点検出コントローラ２４６に接続されている。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。

図４に、渦電流センサ組立体１７４を示す。渦電流センサ組立体１７４は、渦電流センサ５０と、渦電流センサ５０の出力信号１７６を処理する出力信号処理回路５４とを有する。出力信号処理回路５４は、出力信号１７６と、所定の周波数の信号１８０が入力される。ミキサ回路１７８は、入力された前記２つの信号（出力信号１７６と信号１８０）の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号１８２を出力する。出力信号処理回路５４は、さらにローパスフィルタ１８４を有する。ローパスフィルタ１８４は、ミキサ回路１７８が出力する出力信号１８２が入力されて、入力された出力信号１８２に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を含む出力信号１８６を出力する。

渦電流センサ５０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励磁コイルと、生成された渦電流を検出するための検出コイルとを有する。例えば、円筒状のフェライトコアに、励磁コイルと検出コイルが軸方向に配置される。励磁コイルは、交流信号源５２に接続される。励磁コイルは、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、渦電流センサ５０の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。フェライトコアの上側（金属膜（または導電性膜）側）には、検出コイルが配置され、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。図４は、励磁コイルは図示していない。ミキサ回路１７８には、交流信号源５２から、励磁コイルに供給される電圧と同一の周波数を有する信号１８０が供給される。

ミキサ回路１７８は、アナログ乗算器もしくはデジタル乗算器である。ミキサ回路１７８は、２つの同一（または異なる）周波数成分f1、f2の電圧信号を入力されて、両信号に対して乗算の演算を行う回路である。ミキサ回路１７８は、混合器、混合回路、周波数混合器、周波数混合回路、ミキサ、周波数変換器、周波数変換回路、周波数コンバータ等とも呼ばれる。ミキサ回路の用途は、入力された２つの信号を掛け合わせ、２つの信号が有するそれぞれの周波数の和や差の周波数を取り出す（周波数変換を行う）ものである。入力された２つの信号が有するそれぞれの周波数が同一である場合は、２つの信号の位相差を取り出すことができる。

ミキサ回路１７８は、入力ポート１９８と、ローカルオシレータポート２００と、出力ポート２０２を有する。入力ポート１９８に渦電流センサ５０からの出力信号１７６が入力される。ローカルオシレータポート２００には、交流信号源５２からの信号１８０が入力される。出力信号１７６と信号１８０は、同一周波数である。ミキサ回路１７８で出力信号１７６と信号１８０を乗算した結果は、出力ポート２０２から出力される。出力ポート２０２が出力する出力信号１８２は、ローパスフィルタ１８４に入力される。ローパスフィルタ１８４を通すことで、渦電流センサ５０が検出した出力信号１７６と、信号１８０との位相変化量（位相差）を直流信号（出力信号１８６）として取り出す。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、例えば０．１〜１０Ｈｚの範囲で設定することができる。

ミキサ回路１７８の行う処理は次の通りである。出力信号１７６をA・sin(ωt＋θ_A)とする。信号１８０をB・sin(ωt＋θ_B)とする。A,Bは、それぞれ出力信号１７６，信号１８０の振幅（例えば、ｍｖ）、ωは周波数（1/ｓ）、tは時間(S)、θ_A、θ_Bは、それぞれ出力信号１７６，信号１８０の位相である。
ミキサ回路１７８の出力信号１８２は、以下のようになる。
A・sin(ωt＋θ_A)・B・sin(ωt＋θ_B) ＝ (1/2)A・B・cos(ωt＋θ_A ＋ωt＋θ_B)＋（1/2）A・B・ cos（ωt＋θ_A −ωt−θ_B)＝ (1/2)A・B・cos(2ωt＋θ_A ＋θ_B)＋(1/2)A・B・ cos（θ_A −θ_B)である。
この信号をローパスフィルタ１８４に入力すると、上式の第１項は除去されて、ローパスフィルタ１８４の出力信号１８６は、上式の第２項
(1/2)A・B・ cos（θ_A −θ_B) すなわち、直流信号となる。

本実施形態では、渦電流センサ５０の出力信号１７６が抵抗ブリッジ回路を介さずに、ミキサ回路１７８に接続されている。温度変化の影響受けやすい抵抗ブリッジ回路を用いていないため、周囲環境の変化に対して従来よりも影響を受けにくい渦電流センサ５０の出力信号処理回路５４を提供できる。

また、従来技術では、抵抗ブリッジ回路の端子で検出された信号は、高周波アンプおよび位相シフト回路を経て、ｃｏｓ同期検波回路およびｓｉｎ同期検波回路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。同期検波された信号は、ローパスフィルタにより、信号成分以上の不要な高周波成分が除去される。このため、コイルが出力する高周波出力は、長い処理ステップを経た後に低周波信号となる。高周波信号であるステップが多いため、従来は信号にノイズが多くなる。

本実施形態では、渦電流センサ５０のコイルが出力する高周波出力（出力信号１７６）は、ミキサ回路１７８とローパスフィルタ１８４により低周波信号（出力信号１８６）となる。出力信号１７６が高周波信号であるステップ数が少ないため、従来と比較して出力信号１８６はノイズが少なくなる。すなわち、周囲の影響を受けやすい高周波信号から、取り扱いやすい直流信号に早い段階（少ないステップ）で変換されるため、安定した信号測定を行うことができる。

図４において、信号１８０と出力信号１７６を比較したときに、２つの信号間で位相変化が大きく、振幅変化が小さい場合は、位相変化により膜厚を測定することが好ましい。２つの信号間で位相変化が小さく、振幅変化が小さい場合は、振幅変化により膜厚を測定することが好ましい。２つの信号間で位相変化が大きく、振幅変化も大きい場合は、位相変化と振幅変化により膜厚を測定することが好ましい。また、信号１８０は、正弦波でなくてもよい。例えば、出力信号１７６と同一の周波数の矩形波を用いてもよい。さらに、出力信号１７６と信号１８０の周波数は厳密に同一でなくても、実質的に同一であればよい。出力信号１７６と信号１８０の周波数のずれが大きい場合、出力信号１７６と信号１８０の周波数のうちの少なくとも一方の周波数を、周波数調整回路により調整した後に、ミキサ回路１７８に入力してもよい。

次に、本発明の別の実施形態について説明する。図５は、本実施形態の渦電流センサ５０におけるコイルの構成例を示す概略図である。本形態では、渦電流センサ５０は、金属膜（または導電性膜）に渦電流を形成するための励磁コイル７２と、金属膜（または導電性膜）の渦電流を検出するための検出コイル７３と、ダミーコイル７４とを有する。渦電流センサ５０は、フェライトコア７１に巻回された３層のコイル、励磁コイル７２，検出コイル７３，ダミーコイル７４により構成されている。なお、渦電流センサ５０の構造としては、図４，５，８に示す構造に限られず、任意の構造を採用することができる。

ここで中央の励磁コイル７２は、交流信号源５２に接続される。この励磁コイル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、半導体ウェハＷＨの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。フェライトコア７１の上側（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。そして、励磁コイル７２の検出コイル７３と反対側にはダミーコイル７４が配置されている。励磁コイル７２、検出コイル７３、ダミーコイル７４は例えば、同じターン数（１〜２０ｔ）のコイルである。ダミーコイル７４を設ける理由は、金属膜（または導電性膜）が存在しないときには、出力信号処理回路５４の出力がゼロとなるように調整可能とするためである。

図６は、本実施形態における出力信号処理回路５４を示す概略図である。渦電流センサ５０は、出力信号１７６（第１の出力信号）、出力信号１８８（第２の出力信号）をそれぞれ出力する検出コイル７３（第１のコイル）、ダミーコイル７４（第２のコイル）を有する。出力信号処理回路５４は、渦電流センサ５０が出力する出力信号１８２、出力信号１８８を処理する。出力信号処理回路５４は、出力信号１７６と、交流信号源５２が出力する所定の周波数の信号１８０が入力されて、入力された２つの出力信号１７６、信号１８０の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号１８２を出力するミキサ回路１７８１（第１のミキサ回路）と、ミキサ回路１７８１が出力する出力信号１８２が入力されて、入力された出力信号１８２に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を含む出力信号１８６１を出力するローパスフィルタ１８４１（第１のローパスフィルタ）を有する。

出力信号処理回路５４は、さらに出力信号１８８と、交流信号源５２が出力する所定の周波数の信号１８０が入力されて、入力された出力信号１８８と信号１８０の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号１９０を出力するミキサ回路１７８２（第２のミキサ回路）と、ミキサ回路１７８２が出力する出力信号１９０が入力されて、入力された出力信号１９０に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を含む出力信号１８６２を出力するローパスフィルタ１８４２（第２のローパスフィルタ）とを有する。

出力信号処理回路５４は、さらにローパスフィルタ１８４１が出力する出力信号１８６１とローパスフィルタ１８４２が出力する出力信号１８６２が入力されて、入力された２つの出力信号１８６１と出力信号１８６２の差を求めて、得られた差を出力する第１の減算回路１９６１（減算回路）とを有する。

また、出力信号処理回路５４は、ローパスフィルタ１８４１が出力する出力信号１８６１（直流信号）が入力されて、入力された出力信号１８６１の振幅の大きさを調整して、調整後の直流信号１９２１を出力する第１の調整回路１９４１と、ローパスフィルタ１８４２が出力する出力信号１８６２（直流信号）が入力されて、入力された出力信号１８６２の振幅の大きさを調整して、調整後の直流信号１９２２を出力する第２の調整回路１９４２とを有し、さらに第１の調整回路１９４１が出力する調整後の直流信号１９２１と、第2の調整回路１９４２が出力する調整後の直流信号１９２２の差を求めて、得られた差を出力する第１の減算回路１９６１（減算回路）とを有してもよい。

本実施形態でも、渦電流センサ５０の出力信号１７６，出力信号１８８が抵抗ブリッジ回路を介さずに、ミキサ回路１７８１，ミキサ回路１７８２に接続されている。温度変化の影響受けやすい抵抗ブリッジ回路を用いていないため、周囲環境の変化に対して従来よりも影響を受けにくい渦電流センサの出力信号処理回路５４を提供できる。

本形態では第１の減算回路１９６１により、膜厚変化に対応した微小な信号変化を２個のコイルを用いて取り出すという従来のブリッジ回路を用いた検出方法と同様なことができる。すなわち、２つの直流信号の差を求めて、膜厚変化に対応した微小な信号変化分のみを検出することが可能である。

ここで、比較例としてのブリッジ回路を用いた検出方法を図７により説明する。図７に示すように、３個の励磁コイル７２，検出コイル７３，ダミーコイル７４のうちの検出コイル７３とダミーコイル７４は直列回路を構成する。その両端は、可変抵抗２０６と可変抵抗２０８と固定抵抗２１０を含む抵抗ブリッジ回路２０４に接続されている。抵抗ブリッジ回路２０４の可変抵抗２０６と可変抵抗２０８でバランスの調整を行うことで、膜厚がゼロのときに、抵抗ブリッジ回路２０４の出力がゼロになるようにゼロ点の調整が可能である。抵抗ブリッジ回路２０４の出力は、図７に示すように、同期検波回路２１４に入力される。同期検波回路２１４は、入力された信号から、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。この回路には、抵抗が有する浮遊容量２１２が発生する。

可変抵抗２０６、可変抵抗２０８の抵抗値の調整量、すなわち、ゼロ点調整時の抵抗値調整量はブリッジ回路を構成する抵抗値全体の大きさに比べて非常に小さい。その結果、抵抗値全体の温度変化量は、ゼロ点調整量と比べると、無視できない量である。温度変化による抵抗値の変化や、抵抗が有する浮遊容量等のために、抵抗の周囲環境の変化に対して抵抗ブリッジ回路２０４の特性が敏感に影響を受ける。この結果、上述のゼロ点がシフトしやすく、膜厚の測定精度が低下するという問題がある。

図６の説明に戻る。第１の減算回路１９６１は、第１の調整回路１９４１が出力する直流信号１９２１と第２の調整回路１９４２が出力する直流信号１９２２が入力されて、入力された２つの直流信号１９２１、直流信号１９２２の差を求めて、得られた差を出力する。第１の調整回路１９４１、第２の調整回路１９４２を設ける理由は、次の通りである。

調整回路と減算回路により、膜厚変化に対応した微小な信号変化を２個のコイル（検出コイル７３，ダミーコイル７４）を用いて取り出すという従来の抵抗ブリッジ回路を用いた検出方法と同等の性能を維持することができる。すなわち、少なくとも１個のコイル（ただし、図６では２個の検出コイル７３，ダミーコイル７４）からの位相検波信号のレベルを調整回路により調整した後に減算して、膜厚変化に対応した微小な信号変化分のみを検出する。調整回路により、調整回路が無い場合と比べてゼロ点調整の精度を改善することができる。これにより、既述のゼロ点からの信号の微弱変化を取り出すことができる。第１の調整回路１９４１、第２の調整回路１９４２のうちの一方のみを設けることとしてもよい。なぜならば、一方の調整回路のみでも、位相検波信号のレベルを調整回路により調整して、ゼロ点調整が可能な場合があるからである。

第１の調整回路１９４１と第２の調整回路１９４２は、例えばアッテネータである。アッテネータとは、アッテネータに入力される信号を適切な信号レベル（振幅）に減衰させる回路素子および装置をいう。第１の調整回路１９４１と第２の調整回路１９４２は、例えば増幅器でもよい。第１の調整回路１９４１、第２の調整回路１９４２を設ける理由としては、コイルの特性に起因した理由以外に、以下もある。

ミキサ回路やローパスフィルタは、入力信号の振幅を増幅または減衰して出力する場合がある。その場合は、ミキサ回路やローパスフィルタの出力の振幅を調整するために、第１の調整回路１９４１と第２の調整回路１９４２が必要となる場合がある。

次に、本発明の別の実施形態について説明する。図８、９は、本実施形態の渦電流センサ５０の構成例及び渦電流センサにおける励磁コイルの接続例を示す概略図である。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、ポットコア６０と、６個のコイル８６０，８６２、８６４，８６６、８６８、８７０により構成されている。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。

前記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。

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。

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、検出コイルとダミーコイルは、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。

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１１に示す）が出ている。

図８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Ｌ１は約１ｃｍ〜５ｃｍ、渦電流センサ５０の高さＬ２は約１ｃｍから５ｃｍである。周壁部６１ｃの外径は、図１８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。

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。

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。

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９に示すように、並列に接続する。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。

励磁コイル８６０と励磁コイル８６２は、図９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１０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。すなわち、内部コイルが磁心部６１ｂ内に生成する磁場の方向と、外部コイルが磁心部６１ｂ内に生成する磁場の方向は同じである。

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。

検出コイル８６４，励磁コイル８６０，ダミーコイル８６８は、図５の検出コイル７３，励磁コイル７２，ダミーコイル７４に対応する。検出コイル８６６，励磁コイル８６２，ダミーコイル８７０は、図５の検出コイル７３，励磁コイル７２，ダミーコイル７４に対応する。すなわち、図１０の渦電流センサは、図５の渦電流センサを同心状に２個配置した構造をしている。これに伴い、図１０の渦電流センサに対応した出力信号処理回路５４は、図６に示す出力信号処理回路５４を２個有するものが好ましい。

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１１に示す。渦電流センサ５０は、出力信号１７６（第１の出力信号）、出力信号１８８（第２の出力信号）をそれぞれ出力する検出コイル８６４（第１のコイル）、ダミーコイル８６８（第２のコイル）を有する。渦電流センサ５０は、第３の出力信号１７６１、第４の出力信号１８８１をそれぞれ出力する検出コイル８６６（第３のコイル）、ダミーコイル８７０（第４のコイル）を有する。

第１の出力信号と第２の出力信号に関するミキサ回路１７８１，ミキサ回路１７８２，ローパスフィルタ１８４１，ローパスフィルタ１８４２の処理は、既述の通りであるから説明を省略する。

出力信号処理回路５４は、第３の出力信号１７６１と、交流信号源５２が出力する所定の周波数の信号１８０が入力されて、入力された２つの信号の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号１８２１を出力する第３のミキサ回路１７８３と、第３のミキサ回路１７８３が出力する出力信号１８２１が入力されて、入力された出力信号１８２１に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を含む出力信号１８６３を出力する第３のローパスフィルタ１８４３を有する。

出力信号処理回路５４は、第４の出力信号１８８１と、交流信号源５２が出力する所定の周波数の信号１８０が入力されて、入力された２つの信号の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号１９０１を出力する第４のミキサ回路１７８４と、第４のミキサ回路１７８４が出力する出力信号１９０１が入力されて、入力された出力信号１９０１に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を含む出力信号１８６４を出力する第４のローパスフィルタ１８４４を有する。

デジタルシグナルプロセッサ２１６の内部構成を図１３に示す。出力信号処理回路５４は、第３のローパスフィルタ１８４３が出力する出力信号１８６３と第４のローパスフィルタ１８４４が出力する出力信号１８６４が入力されて、入力された２つの直流信号の差２２２２を求めて、得られた差２２２２を出力する第２の減算回路１９６２と、第１の減算回路１９６１が出力する差２２２１と第２の減算回路１９６２が出力する差２２２２が入力されて、入力された２つの差を加算してまたは２つの差の差を求めて、得られた和または差を出力信号１７２として出力する加算回路２２４とを有する。

本実施形態では、デジタルシグナルプロセッサ２１６（digital signal processor：ＤＳＰ）が、第１、第２、第３、第４の調整回路、第１、第２の減算回路、加算回路の機能を有する。すなわち、デジタルシグナルプロセッサ２１６は、第３のローパスフィルタ１８４３が出力する出力信号１８６３（直流信号）が入力されて、入力された出力信号１８６３の振幅の大きさを調整して、調整後の直流信号を出力する第３の調整回路１９４３と、第４のローパスフィルタ１８４４が出力する出力信号１８６４（直流信号）が入力されて、入力された出力信号１８６４の振幅の大きさを調整して、調整後の直流信号１９２４を出力する第４の調整回路１９４４を有してもよい。デジタルシグナルプロセッサ２１６は、デジタル信号処理に適したマイクロプロセッサである。第１、第２、第３、第４の調整回路、第１、第２の減算回路、加算回路のうちの少なくとも１つをアナログ回路またはデジタル回路として独立に設けてもよい。

本実施形態では、図５に示す２個のコイルを有するコイル組立に加えて、さらに、２個のコイルを有するコイル組立を有する。すなわち、２個のコイルの組み合わせを２組有する。組み合わせを２組有するため、２組により得られた２つの直流信号の差を加算してまたは２つの直流信号の差の差を求めることにより、測定精度が向上する。測定精度が向上する理由は以下のとおりである。加算する場合は、信号出力が大きくなるために、より小さな信号変化、すなわち、より小さな膜厚変化を検知できるので測定精度が向上する。

差を求める場合は例えば、一方の組み合わせが他方の組み合わせよりも、広い領域の膜厚を測定できるようにする。このとき、一方の組み合わせの出力から他方の組み合わせの出力を減算することにより、広い領域の膜厚の影響を低減して、狭い領域の膜厚の変化のみを、より正確に測定することができる。すなわち測定の空間的精度を改善することができる。

図８に示す渦電流センサの斜視図を図１２に示す。図１２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８に示すように同一水平面にある。図１２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。

本実施形態でも、渦電流センサの出力信号が抵抗ブリッジ回路を介さずに、ミキサ回路に接続されている。温度変化の影響受けやすい抵抗ブリッジ回路を用いていないため、周囲環境の変化に対して従来よりも影響を受けにくい渦電流センサの出力信号処理回路を提
供できる。

本形態では減算回路により、膜厚変化に対応した微小な信号変化を２個のコイルを用いて取り出すという従来のブリッジ回路を用いた検出方法と同様なことができる。すなわち、２つの直流信号の差を求めて、膜厚変化に対応した微小な信号変化分のみを検出することが可能である。

乗算回路および減算回路は、乗算および減算した結果に所定の定数（定数は、１、１より小、１より大のいずれでもよい）を掛けた、すなわち増幅した出力信号を出力する回路でもよい。

図１４に、渦電流センサ５０の出力信号１７６（図４に示す）と、交流信号源５２の信号１８０との間にある位相差によって、直流信号である出力信号１８６がどのように変化するかを示す。図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、位相差がそれぞれ０度、３０度，６０度，９０度の場合である。位相差が大きくなるに伴い、出力信号１８６が小さくなる。図の横軸は時間（ｓ）であり、縦軸は、振幅（ｍｖ）である。

次に、渦電流センサの出力信号処理方法について説明する。図４において、渦電流センサ５０の出力信号１７６と、交流信号源５２の信号１８０をミキサ回路１７８に入力する。ミキサ回路１７８によって２つの信号の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号１８２を出力する。ミキサ回路１７８が出力する出力信号１８２をローパスフィルタ１８４に入力して、高周波信号をカットして、少なくとも直流信号１８６を出力する。

次に、渦電流センサの別の出力信号処理方法について説明する。図６において、第１、第２の出力信号１７６，１８８をそれぞれ出力する第１、第２のコイル７３，７４を有する渦電流センサ５０が出力する第１、第２の出力信号１７６，１８８を処理する。

第１の出力信号１７６と、交流信号源５２の信号１８０を第１のミキサ回路１７８１に入力して、第１のミキサ回路１７８１によって２つの信号の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号１８２を出力する。第１のミキサ回路１７８１が出力する出力信号１８２を第１のローパスフィルタ１８４１に入力して、第１のローパスフィルタ１８４１によって、出力信号１８２に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号１８６１を出力する。

第２の出力信号１８８と、交流信号源５２の信号１８０を第２のミキサ回路１７８２に入力して、第２のミキサ回路１７８２によって２つの信号の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号１９０を出力する。第２のミキサ回路１７８２が出力する出力信号１９０を第２のローパスフィルタ１８４２に入力して、第２のローパスフィルタ１８４２によって、出力信号１９０に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号１８６２を出力する。

第１のローパスフィルタ１８４１が出力する直流信号１８６１と第２のローパスフィルタ１８４２が出力する直流信号１８６２を第１の減算回路１９６１に入力して、第１の減算回路１９６１によって、２つの直流信号の差１７２を求めて、得られた差１７２を出力する。

次に、渦電流センサの別の出力信号処理方法について説明する。図１１において、渦電流センサは、第３、第４の出力信号１７６１，１８８１をそれぞれ出力する第３、第４のコイル８６６，８７０を有する。第３の出力信号１７６１と、交流信号源５２の信号１８０を第３のミキサ回路１７８３に入力して、第３のミキサ回路１７８３によって２つの信
号の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号１８２１を出力する。

第３のミキサ回路１７８３の出力信号１８２１を第３のローパスフィルタ１８４３に入力して、第３のローパスフィルタ１８４３によって、出力信号１８２１に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号１８６３を出力する。第４の出力信号１８８１と、交流信号源５２の信号１８０を第４のミキサ回路１７８４に入力して、第４のミキサ回路１７８４によって２つの信号の乗算を行い、乗算によって得られた出力信号１９０１を出力する。

第４のミキサ回路１７８４の出力信号１９０１を第４のローパスフィルタ１８４４に入力して、第４のローパスフィルタ１８４４によって、出力信号１９０１に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号１８６４を出力する。第３のローパスフィルタ１８４３が出力する直流信号１８６３と第４のローパスフィルタ１８４４が出力する直流信号１８６４を第２の減算回路１９６２に入力して、第２の減算回路１９６２によって、２つの直流信号１８６３，１８６４の差２２２２を求めて、得られた差２２２２を出力する。第１の減算回路１９６１が出力する差２２２１と第２の減算回路１９６２が出力する差２２２２を加算回路２２４に入力する。加算回路２２４によって、２つの差２２２１，２２２２を加算してまたは２つの差２２２１，２２２２の差を求めて、得られた和１７２または差１７２を出力する。

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、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。機器制御コントローラ２４８は、補正された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。

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。

５０…渦電流センサ
５２…交流信号源
５４…出力信号処理回路
６０…ポットコア
７１…フェライトコア
７２…励磁コイル
７３…検出コイル
７４…ダミーコイル
１００…研磨テーブル
１０１…研磨パッド
１０２…研磨液供給ノズル
１１０…トップリングヘッド
１７４…渦電流センサ組立体
１７８…ミキサ回路
１８４…ローパスフィルタ
１９８…入力ポート
２００…ローカルオシレータポート
２０２…出力ポート
２０４…抵抗ブリッジ回路
２１６…デジタルシグナルプロセッサ
２１８…上面
２２０…上面
２４６…終点検出コントローラ
２４８…機器制御コントローラ
８６０…励磁コイル
８６２…励磁コイル
８６４…検出コイル
８６６…検出コイル
８６８…ダミーコイル
８７０…ダミーコイル
１７８１…ミキサ回路
１７８２…ミキサ回路
１７８３…第３のミキサ回路
１７８４…第４のミキサ回路
１８４１…ローパスフィルタ
１８４２…ローパスフィルタ
１８４３…第３のローパスフィルタ
１８４４…第４のローパスフィルタ
１９４１…第１の調整回路
１９４２…第２の調整回路
１９６１…第１の減算回路

Claims (9)

1. 渦電流センサと、
   前記渦電流センサの出力信号を処理する出力信号処理回路とを有し、
   前記出力信号処理回路は、
   前記出力信号と、所定の周波数の信号が入力されて、入力された前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するミキサ回路と、
   前記ミキサ回路が出力する前記出力信号が入力されて、入力された前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するローパスフィルタとを有することを特徴とする渦電流センサ組立体。
2. 第１、第２の出力信号をそれぞれ出力する第１、第２のコイルを有する渦電流センサが出力する前記第１、第２の出力信号を処理する渦電流センサの出力信号処理回路において、
   前記第１の出力信号と、所定の周波数の信号が入力されて、入力された前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力する第１のミキサ回路と、
   前記第１のミキサ回路が出力する前記出力信号が入力されて、入力された前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力する第１のローパスフィルタと、
   前記第２の出力信号と、前記周波数の信号が入力されて、入力された前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力する第２のミキサ回路と、
   前記第２のミキサ回路が出力する前記出力信号が入力されて、入力された前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力する第２のローパスフィルタと、
   前記第１のローパスフィルタが出力する前記直流信号と前記第２のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力する第１の減算回路とを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理回路。
3. 前記出力信号処理回路は、前記第１のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された前記直流信号の振幅の大きさを調整して、調整後の直流信号を出力する第１の調整回路を有し、
   前記第１の減算回路は、前記第１の調整回路が出力する前記直流信号と前記第２のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力することを特徴とする請求項２記載の渦電流センサの出力信号処理回路。
4. 前記出力信号処理回路は、前記第１のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された前記直流信号の振幅の大きさを調整して、調整後の直流信号を出力する第１の調整回路と、
   前記第２のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された前記直流信号の振幅の大きさを調整して、調整後の直流信号を出力する第２の調整回路とを有し、
   前記第１の減算回路は、前記第１の調整回路が出力する前記直流信号と前記第２の調整回路が出力する前記直流信号が入力されて、入力された２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力することを特徴とする請求項２記載の渦電流センサの出力信号処理回路。
5. 前記渦電流センサは、第３、第４の出力信号をそれぞれ出力する第３、第４のコイルを有し、
   前記出力信号処理回路は、
   前記第３の出力信号と、前記周波数の信号が入力されて、入力された前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力する第３のミキサ回路と、
   前記第３のミキサ回路が出力する前記出力信号が入力されて、入力された前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力する第３のローパスフィルタと、
   前記第４の出力信号と、前記周波数の信号が入力されて、入力された前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力する第４のミキサ回路と、
   前記第４のミキサ回路が出力する前記出力信号が入力されて、入力された前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力する第４のローパスフィルタと、
   前記第３のローパスフィルタが出力する前記直流信号と前記第４のローパスフィルタが出力する前記直流信号が入力されて、入力された２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力する第２の減算回路と、
   前記第１の減算回路が出力する前記差と前記第２の減算回路が出力する前記差が入力されて、入力された２つの前記差を加算してまたは２つの前記差の差を求めて、得られた前記和または差を出力する加算回路とを有することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の渦電流センサの出力信号処理回路。
6. 渦電流センサの出力信号と、所定の周波数の信号をミキサ回路に入力して、ミキサ回路によって前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するステップと、
   前記ミキサ回路が出力する前記出力信号をローパスフィルタに入力して、高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法。
7. 第１、第２の出力信号をそれぞれ出力する第１、第２のコイルを有する渦電流センサが出力する前記第１、第２の出力信号を処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、
   前記第１の出力信号と、所定の周波数の信号を第１のミキサ回路に入力して、前記第１のミキサ回路によって前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するステップと、
   前記第１のミキサ回路が出力する前記出力信号を第１のローパスフィルタに入力して、前記第１のローパスフィルタによって、前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するステップと、
   前記第２の出力信号と、前記周波数の信号を第２のミキサ回路に入力して、前記第２のミキサ回路によって前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するステップと、
   前記第２のミキサ回路が出力する前記出力信号を第２のローパスフィルタに入力して、前記第２のローパスフィルタによって、前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するステップと、
   前記第１のローパスフィルタが出力する前記直流信号と前記第２のローパスフィルタが出力する前記直流信号を第１の減算回路に入力して、前記第１の減算回路によって、２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法。
8. 前記渦電流センサは、第３、第４の出力信号をそれぞれ出力する第３、第４のコイルを有し、
   前記出力信号処理方法は、
   前記第３の出力信号と、前記周波数の信号を第３のミキサ回路に入力して、前記第３の
   ミキサ回路によって前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するステップと、
   前記第３のミキサ回路の出力信号を第３のローパスフィルタに入力して、前記第３のローパスフィルタによって、前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するステップと、
   前記第４の出力信号と、前記周波数の信号を第４のミキサ回路に入力して、前記第４のミキサ回路によって前記２つの信号の乗算を行い、前記乗算によって得られた出力信号を出力するステップと、
   前記第４のミキサ回路の出力信号を第４のローパスフィルタに入力して、前記第４のローパスフィルタによって、前記出力信号に含まれる高周波信号をカットして、少なくとも直流信号を出力するステップと、
   前記第３のローパスフィルタが出力する前記直流信号と前記第４のローパスフィルタが出力する前記直流信号を第２の減算回路に入力して、前記第２の減算回路によって、２つの前記直流信号の差を求めて、得られた前記差を出力するステップと、
   前記第１の減算回路が出力する前記差と前記第２の減算回路が出力する前記差を加算回路に入力して、前記加算回路によって、２つの前記差を加算してまたは２つの前記差の差を求めて、得られた前記和または差を出力するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法。
9. 基板を研磨するための研磨パッドが貼り付けられるように構成される研磨テーブルと、
   前記研磨テーブルを回転駆動するように構成される駆動部と、
   前記基板を保持して前記研磨パッドに押圧するように構成される保持部と、
   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、前記基板に形成される導電性膜に形成される渦電流を検出するように構成される前記渦電流センサと、
   請求項２から５のいずれか１項に記載の前記渦電流センサの出力信号処理回路と、
   前記出力信号処理回路の出力から前記基板の膜厚データを算出するように構成される終点検出コントローラと、
   を備える研磨装置。
   

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