涡电流传感器的制作方法
本发明涉及适用于检测形成于半导体晶片等基板的表面的金属膜等导电性膜的涡电流传感器。
背景技术：
近年来，伴随着半导体元件的高集成化，电路的配线也细微化，配线间距离也逐渐变得更加狭窄。在此，需要使作为研磨对象物的半导体晶片的表面平坦化，作为该平坦化法的一种方法是利用研磨装置进行研磨(抛光)。
研磨装置具有：用于保持用来对研磨对象物进行研磨的研磨垫的研磨台；用于保持研磨对象物并将其按压到研磨垫的顶环。研磨台和顶环分别利用驱动部(例如电动机)旋转驱动。使包含研磨剂的液体(料浆)在研磨垫上流动，将保持于顶环的研磨对象物安放于此，从而对研磨对象物进行研磨。
在研磨装置中，在研磨对象物的研磨不充分时，不能形成电路间的绝缘，可能产生短路，另外，在过度研磨的情况下，会有配线的截面积减小而导致阻值上升，或配线本身被完全除去，而不能形成电路本身等问题。因此，在研磨装置中，需要检测最适当的研磨终点。
作为如上所述的技术，存在日本特开2012-135865号以及日本特开2013-58762号记载的技术。在这些技术中，使用了螺线管型或螺旋型的线圈。
专利文献1:日本特开2012-135865号
专利文献2:日本特开2013-58762号
发明所要解决的课题
近年来，为了减小半导体晶片的边缘附近的不良品率，要求测定更靠近半导体晶片的边缘的膜厚，并想要利用In-situ的闭环控制来进行膜厚控制。
另外，在顶环中，有利用了空气压力等的气袋头部的方式。气袋头部具有同心状的多个气袋。为了提高涡电流传感器的半导体晶片的表面的凹凸的分辨率，而利用宽度较窄的气袋进行膜厚控制，有想要测定更窄范围的膜厚的要求。
但是，在螺线管型或螺旋型的线圈中，难以使磁通变细，窄范围的测定有界限。
在特开2009-204342号中，记载了在涡电流传感器的磁心内部产生电磁波的尺寸共振，在比磁心的截面积更小的范围内，集中产生磁场。由于该磁场施加于金属膜，因此能够获得比涡电流传感器的磁心的截面积更小的空间分辨率。但是，在利用电磁波的尺寸共振的情况下，虽然磁通变细，但会有磁通减弱(磁场减弱)的缺点。
此外，关于尺寸共振，在特开2009-204342号中，记载了“在涡电流传感器的磁心材料使用了施加磁特性而使感应电特性显著的Mn-Zn铁素体等的情况下，例如，在MHz带的高频励磁下，公知的是磁心内部的电磁波成为驻波的现象，并将其称为尺寸共振。在驻波的波峰的部分使磁通集中，使其磁场产生面积(磁通截面积)比磁心的磁路截面积更小，并将该磁通施加在样品上”。
技术实现要素：
在此，本发明的一方式以测定更窄范围的膜厚，而改善晶片的研磨平坦性为课题。
用于解决技术课题的手段
根据本申请发明的研磨装置的第一方式，提供一种涡电流传感器，该涡电流传感器配置在形成有导电性膜的基板的附近，该涡电流传感器的特征在于，具有：芯部和线圈部，所述芯部具有共通部和连接于所述共通部的端部的四根悬臂梁状部，相对于所述共通部，第一所述悬臂梁状部以及第二所述悬臂梁状部配置在第三所述悬臂梁状部以及第四所述悬臂梁状部的相反侧，所述第一悬臂梁状部以及所述第三悬臂梁状部配置于所述共通部的一方的端部，所述第二悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部配置于所述共通部的另一方的端部，所述线圈部具有：励磁线圈，所述励磁线圈配置于所述共通部，能够在所述导电性膜形成涡电流；检测线圈，所述检测线圈配置于所述第一悬臂梁状部以及第二所述悬臂梁状部中的至少一方，能够检测形成于所述导电性膜的所述涡电流；以及虚拟线圈，所述虚拟线圈配置在第三所述悬臂梁状部以及第四所述悬臂梁状部中的至少一方，从所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部分别与所述共通部连接的部分远离的所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接，从所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部分别与所述共通部连接的部分远离的所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接。
根据本申请发明的第二方式，一种涡电流传感器，该涡电流传感器配置在形成有导电性膜的基板的附近，该涡电流传感器的特征在于，具有：传感器部和配置在所述传感器部的附近的虚拟部，所述传感器部具有传感器芯部和传感器线圈部，所述传感器芯部具有传感器共通部、以及连接于所述传感器共通部的第一悬臂梁状部和第二悬臂梁状部，所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部彼此相对配置，所述虚拟部具有虚拟芯部和虚拟线圈部，所述虚拟芯部具有虚拟共通部、以及连接于所述虚拟共通部的第三悬臂梁状部和第四悬臂梁状部，所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部彼此相对配置，所述传感器线圈部具有：传感器励磁线圈，所述传感器励磁线圈配置于所述传感器共通部，能够在所述导电性膜形成涡电流；以及检测线圈，所述检测线圈配置于所述第一悬臂梁状部以及第二所述悬臂梁状部中的至少一方，能够检测形成于所述导电性膜的所述涡电流，所述虚拟线圈部具有：配置于所述虚拟共通部的虚拟励磁线圈；以及配置于所述第三悬臂梁状部和第四所述悬臂梁状部中的至少一方的虚拟线圈，从所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部分别与所述传感器共通部连接的部分远离的所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接，从所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部分别与所述虚拟共通部连接的部分远离的所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接，所述传感器部以及所述虚拟部从靠近所述基板的位置朝向远离所述基板的位置，以所述传感器部、所述虚拟部的顺序配置。
本申请发明的研磨装置的第三方式，提供一种涡电流传感器，该涡电流传感器配置在形成有导电性膜的基板的附近，该涡电流传感器的特征在于，具有：壶形芯，所述壶形芯具有底面部、设于所述底面部的中央的磁心部、设于所述底面部的周围的周壁部，所述壶形芯为磁性体；励磁线圈，所述励磁线圈配置于所述磁心部，在所述导电性膜中形成涡电流；以及检测线圈，所述检测线圈配置于所述磁心部，检测形成于所述导电性膜的所述涡电流，所述磁性体的相对电容率为5～15，相对导磁率为1～300，所述磁心部的外形尺寸为50mm以下，在所述励磁线圈上施加有频率为2～30MHz的电信号。
本申请发明的第四方式，一种涡电流传感器，该涡电流传感器配置在形成有导电性膜的基板的附近，该涡电流传感器的特征在于，具有：第一壶形芯和配置于所述第一壶形芯的附近的第二壶形芯，所述第一壶形芯以及所述第二壶形芯是磁性体，所述第一壶形芯以及所述第二壶形芯分别具有底面部、设于所述底面部的中央的磁心部、设于所述底面部的周围的周壁部，所述涡电流传感器具有：第一励磁线圈，所述第一励磁线圈配置于所述第一壶形芯的所述磁心部，在所述导电性膜形成涡电流；检测线圈，所述检测线圈配置在所述第一壶形芯的所述磁心部，检测形成于所述导电性膜的所述涡电流；第二励磁线圈，所述第二励磁线圈配置于所述第二壶形芯的所述磁心部；以及虚拟线圈，所述虚拟线圈配置于所述第二壶形芯的所述磁心部，所述第一壶形芯的所述磁心部的轴向与所述第二壶形芯的所述磁心部的轴向一致，所述第一壶形芯以及所述第二壶形芯从靠近所述基板的位置朝向远离所述基板的位置，以所述第一壶形芯、所述第二壶形芯的顺序配置。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的研磨装置的整体结构的概略图。
图2是表示研磨台、涡电流传感器及半导体晶片之间的关系的俯视图。
图3是表示涡电流传感器的结构的图，图3(a)是表示涡电流传感器的结构的框图，如图3(b)是涡电流传感器的等价电路图。
图4(a)、4(b)是对比表示以往的涡电流传感器和本发明一实施方式的涡电流传感器的图，图4(a)是表示以往的涡电流传感器的结构例的概略图，图4(b)是表示本发明一实施方式的涡电流传感器的结构例的概略图。
图5是图4(b)的涡电流传感器1-50的放大图。
图6是表示在涡电流传感器1-50的周围配置由金属材料构成的筒状部件即外周部1-210的示例的概略图。
图7是表示向涡电流传感器的轴向延伸的四个槽1-226的图。
图8是表示涡电流传感器的其他结构的图。
图9是表示涡电流传感器的各线圈的连接例的概略图。
图10是表示涡电流传感器的同步检波电路的框图。
图11是表示进行膜厚控制的方法的框图。
图12是表示涡电流传感器在半导体晶片上进行扫描的轨迹的示意图。
图13是表示涡电流传感器在半导体晶片上进行扫描的轨迹的示意图。
图14是表示在研磨中进行的压力控制的动作的一例的流程图。
图15是表示本发明一实施方式的研磨装置的整体结构的概略图。
图16是表示研磨台、涡电流传感器及半导体晶片之间的关系的俯视图。
图17是表示涡电流传感器的结构的图，图17(a)是表示涡电流传感器的结构的框图，图17(b)是涡电流传感器的等价电路图。
图18(a)、18(b)是对比表示以往的涡电流传感器与本发明的涡电流传感器的图，图18(a)是表示以往的涡电流传感器的结构例的概略图，图18(b)是表示本发明的涡电流传感器的结构例的概略图。
图19是表示壶形芯2-60的详细形状的图。
图20是表示在涡电流传感器2-50的周围配置由金属材料构成的筒状部件即外周部2-210的示例的概略图。
图21是表示向磁心部2-61b的轴向延伸的四个槽2-226的图。
图22是表示涡电流传感器的其他结构的图。
图23是表示涡电流传感器的各线圈的连接例的概略图。
图24是表示涡电流传感器的同步检波电路的框图。
图25是表示进行膜厚控制的方法的框图。
图26是表示涡电流传感器在半导体晶片上进行扫描的轨迹的示意图。
图27是表示涡电流传感器在半导体晶片上进行扫描的轨迹的示意图。
图28是表示在研磨中进行的压力控制的动作的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的研磨装置的实施方式进行详细说明。此外，在附图中，对相同或相应的结构要素标注相同的附图标记并省略重复说明。
图1是表示本发明一实施方式的研磨装置的整体结构的概略图。如图1所示，研磨装置具有：研磨台1-100、保持作为研磨对象物的半导体晶片等基板并将其向研磨台上的研磨面按压的顶环(保持部)1-1。
研磨台1-100经由台轴1-100a与配置于其下方的驱动部即电动机(未图示)连结，而能够绕该台轴1-100a周围旋转。在研磨台1-100的上表面贴附有研磨垫1-101，研磨垫1-101的表面1-101a构成研磨半导体晶片W的研磨面。在研磨台1-100的上方设置有研磨液供给喷嘴1-102，利用该研磨液供给喷嘴1-102将研磨液Q供给到研磨台1-100上的研磨垫1-101上。如图1所示，在研磨台1-100的内部埋设有涡电流传感器1-50。
顶环1-1基本具有：将半导体晶片W向研磨面1-101a按压的顶环主体1-2、保持半导体晶片W的外周缘以使半导体晶片W不从顶环飞出的挡圈1-3。
顶环1-1与顶环轴1-111连接，该顶环轴1-111利用上下移动机构1-124而相对于顶环头部1-110上下移动。通过该顶环轴1-111的上下移动，使顶环1-1的整体相对于顶环头部1-110升降而定位。此外，在顶环轴1-111的上端安装有旋转接头1-125。
使顶环轴1-111以及顶环1-1上下移动的上下移动机构1-124具有：经由轴承1-126能够旋转地支承顶环轴1-111的桥部1-128、安装于桥部1-128的滚珠丝杠1-132、利用支柱1-130支承的支承台1-129、设于支承台1-129上的AC伺服电动机1-138。支承伺服电动机1-138的支承台1-129经由支柱1-130而固定于顶环头部1-110。
滚珠丝杠1-132具有：与伺服电动机1-138连结的螺纹轴1-132a、与该螺纹轴1-132a螺合的螺母1-132b。顶环轴1-111与桥部1-128成为一体而上下移动。因此，在驱动伺服电动机1-138时，桥部1-128经由滚珠丝杠1-132上下移动，由此，顶环轴1-111以及顶环1-1上下移动。
另外，顶环轴1-111经由键(未图示)与旋转筒1-112连结。该旋转筒1-112在其外周部具有正时带轮1-113。在顶环头部1-110上固定有顶环用电动机114，上述正时带轮1-113经由正时带1-115与设于顶环用电动机1-114的正时带轮1-116连接。因此，通过旋转驱动顶环用电动机1-114，使旋转筒1-112以及顶环轴1-111经由正时带轮1-116、正时带1-115以及正时带轮1-113一体旋转，而使顶环1-1旋转。此外，顶环头部1-110利用能够旋转地支承于架(未图示)的顶环头部轴1-117支承。
在如图1所示的结构的研磨装置中，顶环1-1能够在其下表面保持半导体晶片W等基板。顶环头部1-110构成为能够以顶环轴1-117为中心旋转，在下表面，保持半导体晶片W的顶环1-1利用顶环头部1-110的旋转而从半导体晶片W的承接位置向研磨台1-100的上方移动。然后，使顶环1-1下降而将半导体晶片W向研磨垫1-101的表面(研磨面)1-101a按压。此时，分别使顶环1-1以及研磨台1-100旋转，并从设于研磨台1-100的上方的研磨液供给喷嘴1-102向研磨垫1-101上供给研磨液。这样，使半导体晶片W与研磨垫1-101的研磨面1-101a滑动接触而对半导体晶片W的表面进行研磨。
图2是表示研磨台1-100、涡电流传感器1-50及半导体晶片W之间的关系的俯视图。如图2所示，涡电流传感器1-50设置在穿过保持于顶环1-1的研磨中的半导体晶片W的中心Cw的位置。附图标记CT是研磨台1-100的旋转中心。例如，在涡电流传感器1-50穿过半导体晶片W的下方时，能够在通过轨迹(扫描线)上连续地检测半导体晶片W的Cu层等金属膜(导电性膜)。
接着，参照附图，对本发明的研磨装置所具有的涡电流传感器1-50更详细地进行说明。
图3是表示涡电流传感器1-50的结构的图，图3(a)是表示涡电流传感器1-50的结构的框图，图3(b)是涡电流传感器1-50的等价电路图。
如图3(a)所示，涡电流传感器1-50配置在检测对象的金属膜(或导电性膜)mf的附近，在其线圈上连接有交流信号源1-52。在此，检测对象的金属膜(或导电性膜)mf是例如形成在半导体晶片W上的Cu、Al、Au、W等薄膜。涡电流传感器1-50相对于检测对象的金属膜(或导电性膜)，配置在例如1.0～4.0mm左右的附近。
在涡电流传感器中，具有：通过在金属膜(或导电性膜)1-mf上产生涡电流，使振荡频率发生变化，根据该频率变化来检测金属膜(或导电性膜)的频率型；及阻抗发生变化，并根据该阻抗变化来检测金属膜(或导电性膜)的阻抗型。即，在频率型中，在如图3(b)所示的等价电路中，通过使涡电流I2发生变化，而使阻抗Z发生变化，并使信号源(可变频率振荡器)1-52的振荡频率发生变化时，能够利用检波电路1-54检测该振荡频率的变化，从而检测金属膜(或导电性膜)的变化。在阻抗型中，在如图3(b)所示的等价电路中，通过使涡电流I2发生变化，而使阻抗1-Z发生变化，并从信号源(固定频率振荡器)1-52观察的阻抗Z发生变化时，能够利用检波电路1-54检测该阻抗Z的变化，从而检测金属膜(或导电性膜)的变化。
在阻抗型的涡电流传感器中，信号输出X、Y、相位、合成阻抗Z如后所述那样被读取。根据频率F或阻抗X、Y等获得金属膜(或导电性膜)Cu、Al、Au、W的测定信息。涡电流传感器1-50能够如图1所示那样内置于研磨台1-100的内部的表面附近的位置，并能够经由研磨垫而与研磨对象的半导体晶片相对地定位，并能够根据流过半导体晶片上的金属膜(或导电性膜)的涡电流检测到金属膜(或导电性膜)的变化。
涡电流传感器的频率能够使用单一电波、混合电波、AM调制电波、FM调制电波、函数发生器的扫描输出或多个振荡频率源，与金属膜的膜种类相适应地，优选选择灵敏度高的振荡频率、调制方式。
以下，对阻抗型的涡电流传感器进行具体说明。交流信号源1-52为2～30MHz左右的固定频率的振荡器，例如使用水晶振荡器。并且，利用由交流信号源1-52供给的交流电压，从而使电流I1流过涡电流传感器1-50。通过使电流流过配置于金属膜(或导电性膜)mf的附近的涡电流传感器1-50，且该磁通与金属膜(或导电性膜)mf交链从而在其间形成互感M，涡电流I2流过金属膜(或导电性膜)mf。在此，R1是包含涡电流传感器的一次侧的等价电阻，L1是同样地包含涡电流传感器的一次侧的自感。在金属膜(或导电性膜)mf侧，R2是与涡电流损失相当的等价电阻，L2是其自感。从交流信号源1-52的端子a、b观察到的涡电流传感器侧的阻抗Z根据在金属膜(或导电性膜)mf中形成的涡电流损失的大小变化。
图4(a)、(b)是对比表示以往的涡电流传感器与本发明的涡电流传感器的图。图4(a)是表示以往的涡电流传感器的结构例的概略图，图4(b)是表示本发明的涡电流传感器1-50的结构例的概略图。在图4(a)、(b)中，对比表示以往的涡电流传感器与本发明的涡电流传感器在同等大小时各自磁通的传播。根据图4可知，本发明的涡电流传感器1-50与以往的涡电流传感器相比，磁通集中，磁通的传播较窄。图5表示图4(b)的涡电流传感器1-50的放大图。
如图4(a)所示，以往的涡电流传感器1-51将用于在金属膜(或导电性膜)中形成涡电流的线圈1-72与用于检测金属膜(或导电性膜)的涡电流的线圈1-73、74分离，由缠绕在芯(未图示)上的三个线圈1-72、73、74构成。在此，中央的线圈1-72是与交流信号源1-52连接的励磁线圈。该励磁线圈1-72利用交流信号源1-52供给交流电压，而形成磁场，该磁场在配置于涡电流传感器1-51的附近的半导体晶片(基板)W上的金属膜(或导电性膜)mf上形成涡电流。在芯的金属膜(或导电性膜)侧配置有检测线圈1-73，检测由形成于金属膜(或导电性膜)的涡电流产生的磁场。隔着励磁线圈1-72在检测线圈1-73的相反侧配置有虚拟(平衡)线圈1-74。
与此相对，如图4(b)以及图5所示，在形成有导电性膜的基板的附近配置的本发明的涡电流传感器1-50由芯部1-60、五个线圈1-62、631、632、641、642构成。作为磁性体的芯部1-60具有：共通部1-65、连接于共通部1-65的端部的四根悬臂梁状部1-66～69。
第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67相互相对配置，第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68相互相对配置。在俯视时，按照第一悬臂梁状部1-66、第二悬臂梁状部1-67、第四悬臂梁状部1-68、第三悬臂梁状部1-69的顺序，关于共通部1-65以顺时针配置。第一悬臂梁状部1-66以及第三悬臂梁状部1-69配置在共通部1-65的一方的端部，第二悬臂梁状部1-67以及第四悬臂梁状部1-68配置在共通部1-65的另一方的端部。
第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67配置在比共通部1-65更靠近基板W一侧，第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68配置在比共通部1-65更远离基板W一侧。即，第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67关于共通部1-65，配置在与第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68的相反侧。
从第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部分别与共通部1-65连接的部分远离的第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67的端部彼此接近地邻接。同样地，从第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68分别与共通部1-65连接的部分远离的第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68的端部彼此接近地邻接。
在从第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67分别与共通部1-65连接的部分远离的方向上，以芯部1-60成为顶端变细的形状的方式，使第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67的端部相互接近地邻接。同样地，在从第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68分别与共通部1-65连接的部分远离的方向上，以芯部1-60成为顶端变细的形状的方式，使第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68的端部相互接近地邻接。
四根悬臂梁状部1-66～69具有正交的两条中心线c1、c2。第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67在俯视时为关于一方的中心线c1对称的形状，第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68在俯视时为关于中心线c1对称的形状。第一悬臂梁状部1-66以及第三悬臂梁状部1-69在俯视时，为关于另一方的中心线c2对称的形状，第二悬臂梁状部1-67以及第四悬臂梁状部1-68在俯视时，为关于另一方的中心线c2对称的形状。
在本实施例中，四根悬臂梁状部1-66～69为对称的形状，但在本发明中，不限于严格对称的形状。四根悬臂梁状部1-66～69的些许形状的差异或者大小的差异在性能上没有问题。另外，第一悬臂梁状部1-66以及第三悬臂梁状部1-69也可以是相对于共通部1-65具有螺旋的形状。在该情况下，第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67在俯视时，为关于中心线c1对称的形状。
共通部1-65、四根悬臂梁状部1-66～69为板状，即，与它们各自长边方向垂直的截面的各自的形状在本实施例中为长方形。共通部1-65和四根悬臂梁状部1-66～69不限于板状，可以是任意形状。例如棒状，即，其截面形状也可以是圆形。
在所述五个线圈1-62、631、632、641、642中的，配置于共通部1-65的线圈1-62为与交流信号源1-52连接的励磁线圈。该励磁线圈1-62利用由交流信号源1-52供给的电压形成的磁场，而在配置于附近的半导体晶片W上的金属膜(或导电性膜)mf上形成涡电流。在励磁线圈1-62上，例如，施加有频率为2MHz以上的电信号。施加在励磁线圈1-62上的频率能够施加任意的频率。
配置在第一悬臂梁状部1-66的第一检测线圈1-631、配置于第二悬臂梁状部1-67的第二检测线圈1-632都检测形成于导电性膜的涡电流。在第三悬臂梁状部1-69上配置有第一虚拟线圈1-642，在第四悬臂梁状部1-68上配置有第二虚拟线圈1-641。
第一检测线圈1-631、第二检测线圈1-632能够分别单独检测涡电流，但也可以将第一检测线圈1-631与第二检测线圈1-632串联连接来检测涡电流。在第一检测线圈1-631与第二检测线圈1-632串联连接的情况下，第一虚拟线圈1-642与第二虚拟线圈1-641也串联连接。在后述图6中，进行如上所述的连接。
在第一检测线圈1-631、第二检测线圈1-632分别单独检测涡电流的情况下，检测线圈1-631、632分别更受到分别与检测线圈1-631、632靠近的区域的金属膜(或导电性膜)mf的膜厚的影响。若利用该现象，则与将第一检测线圈1-631与第二检测线圈1-632串联连接的情况相比，分别单独使用第一检测线圈1-631和第二检测线圈1-632来检测涡电流的情况一方能够检测更窄的区域。另一方面，第一检测线圈1-631与第二检测线圈1-632串联连接的情况与分别单独使用第一检测线圈1-631和第二检测线圈1-632来检测涡电流的情况相比，会有输出增大的优点。
在图4(b)，图5中，在芯部1-60的四根悬臂梁状部1-66～69上配置有四个线圈1-631、632、641、642。但是，也可以在芯部1-60的两个悬臂梁状部1-66、69上配置两个线圈1-631、642(或在两个悬臂梁状部1-67、68上配置两个线圈1-632、641)，在其他两个悬臂梁状部1-67、68(66、69)上不配置线圈。在该情况下，也能够检测窄的区域的涡电流。
从检测线圈1-62、线圈1-631、632、641、642分别引出用于与外部连接的导线1-62a、631a、632a、641a、642a。图4(a)的范围1-202表示以往的涡电流传感器的磁通1-206的传播，图4(b)的范围1-204表示本发明的涡电流传感器的磁通1-208的传播。在图4(b)中，从作为磁性体的第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67的端部之间的小间隙(磁性体的缝隙)漏出的磁场用于在半导体晶片W上的金属膜(或导电性膜)mf形成涡电流。因此，磁通1-208的传播被限制，磁通1-208变细，能够产生磁通小的点径。在图5中，利用箭头208a表示共通部1-65以及四根悬臂梁状部1-66～69内的磁通的朝向的一例。
在以往技术的图4(a)的情况下，由于仅在线圈的芯存在磁性体，因此在线圈的外部，磁通1-206不会聚集。因此，磁通1-206传播，磁通1-206的范围1-202扩大。在本发明中，磁性体构成闭环，在磁性体上设置有小间隙，以使得仅在闭环的极小一部分不存在磁性体。在图4(b)中，能够测定更窄范围的膜厚。因此，能够提高研磨终点检测的精度。
图5表示涡电流传感器1-50的尺寸的一例。作为涡电流传感器1-50的尺寸的一例，宽度方向的长度L1为3mm，轴向的长度L2为4mm。涡电流传感器1-50的芯部的厚度L3为0.5mm。
芯部1-60优选例如使用相对导磁率大的高导磁率材料(例如铁素体、非晶、坡莫合金，超坡莫合金(supermalloy)、镍铁高导磁合金)来制作。检测线圈1-631、632、励磁线圈1-62以及虚拟线圈1-641、642所使用的导线为铜、锰铜镍线或镍铬耐热合金线。通过使用锰铜镍线、镍铬合金线，使电阻等温度变化少，温度特性良好。
图6是表示配置于如图5所示涡电流传感器1-50的外周的磁性体或金属制的外周部1-210的剖视图。外周部1-210以包围芯部1-60以及线圈部1-61的整体的方式而配置于芯部1-60的外部及线圈部1-61的外部。图6是表示在涡电流传感器1-50的周围配置由磁性体或金属材料构成的棱柱状部件即外周部1-210的示例的概略图。图6(a)是从图6(b)的BB观察的剖视图，图6(b)是从图6(a)的AA观察的剖视图。
在利用磁性体1-210覆盖除了芯部1-60的上部以及下部的间隙1-70以外的情况下，磁通如箭头210a所示那样，从磁性体1-210的内部或芯部1-60向磁性体1-210流动。因此，由于减少了磁通向磁性体1-210的外部泄漏，因此能够提高磁场的会聚度。具有使侧面的向涡电流传感器1-50外部的泄漏磁场会聚到磁性体1-210内的效果。另外，在利用导电率高的金属制的外周部1-210覆盖的情况下，也减少磁通向外部的泄漏，具有屏蔽效果。这样，通过利用磁性体或金属覆盖传感器的周围，从而能够抑制间隙1-70以外的泄漏磁场，提高磁场会聚效果，测定更小范围的金属膜厚。外周部1-210的材料在使用金属的情况下，例如为SUS304或铝。
外周部1-210的内部空间1-300、302也可以用非磁性体填充。非磁性体为绝缘物，例如环氧树脂，氟树脂，玻璃环氧(环氧玻璃)。如图6(b)所示，外周部1-210的厚度L4约2mm。悬臂梁状部1-67与外周部1-210之间的绝缘物的厚度L5为约0.5mm。在外周部1-210为金属的情况下，通过金属制的导线将外周部1-210接地。在该情况下，稳定并增加磁屏蔽效果。
如图7所示，外周部1-210具有向传感器的轴向延伸的至少一个槽1-226，在本图中为四个。图7是图6(a)的向视CC的剖视图。这样，在外周部1-210形成切口(槽)226，防止外周部1-210的周向的涡电流1-228的产生。这是由于在外周部1-210的周向产生涡电流1-228时，在作为测定对象的导电性膜上产生的涡电流减弱。在检测中使用的磁场1-208(如图5所示)为在芯部1-60的轴向产生的磁场，与在外周部1-210产生的周向的涡电流不同，因此不会被外周部1-210的槽1-226屏蔽。仅周向的涡电流1-228被槽1-226屏蔽。
关于槽1-226的轴向的配置、长度，如图6(a)所示，可以仅在外周部1-210的上端1-241设置短槽，如图6(b)所示，也可以是跨过外周部1-210的轴向的长度的一半240的部件，进一步地，也可以是跨过外周部1-210的轴向的长度的全长1-242的部件。在外周部1-210的周向产生的涡电流1-228能够根据在作为测定对象的导电性膜上产生何种程度的涡电流来进行选择。
图8表示涡电流传感器的其他实施例。在图8中，涡电流传感器具有传感器部1-304、配置在传感器部1-304的附近的虚拟部1-306。传感器部1-304具有传感器芯部1-304a、传感器线圈部1-304b。传感器芯部1-304a具有传感器共通部1-65a、与传感器共通部1-65a连接的第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67。第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67彼此相对配置。
虚拟部1-306具有虚拟芯部1-306a、虚拟线圈部1-306b，虚拟芯部1-306a具有虚拟共通部1-65b、与虚拟共通部1-65b连接的第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68。第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68彼此相对配置。
传感器线圈部1-304b具有：配置于传感器共通部1-65a，在导电性膜W中形成涡电流的传感器励磁线圈1-62a；及配置于第一悬臂梁状部1-66，检测在导电性膜W形成的涡电流的第一检测线圈1-631。
虚拟线圈部1-306具有配置于虚拟共通部1-65b的虚拟励磁线圈1-62b、配置于第三悬臂梁状部1-69的第一虚拟线圈1-642。从第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67分别与传感器共通部1-65a连接的部分远离的第一悬臂梁状部1-66以及第二悬臂梁状部1-67的端部彼此接近而邻接。从第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68分别与虚拟共通部1-65b连接的部分远离的第三悬臂梁状部1-69以及第四悬臂梁状部1-68的端部彼此接近而邻接。
传感器部1-304以及虚拟部1-306从靠近基板W的位置向远离的位置，按照传感器部1-304、虚拟部1-306的顺序配置。
进一步地，传感器部1-304具有配置于第二悬臂梁状部1-67并检测在导电性膜W形成的涡电流的第二检测线圈1-632。虚拟部1-306具有配置于第四悬臂梁状部1-68的第二虚拟线圈1-641。
进一步地，传感器部1-304朝向导电性膜W的方向而顶端变细，但虚拟部1-306朝向与导电性膜W相反的方向而顶端变细。
在本图中，与图4的实施例不同，使用两个分离的芯部。在本图的情况下，检测线圈1-631、632和虚拟线圈1-641、642在各自的芯部内以同样的配置设置。在图4的实施例中，检测线圈1-63和虚拟线圈1-64配置在一个芯部内。在图8中，与图4的实施例不同，由于虚拟线圈1-641、642距离基板W远，因此难以受到基板W的影响。因此，虚拟线圈1-641、642具有能够精度良好地达成在测定时生成基准信号这一虚拟线圈1-641、642的目的的优点。
此外，关于传感器部1-304与虚拟部1-306之间的距离1-236，为了避面彼此芯的磁场干涉，优选距离1-236比芯底部厚度1-234大。作为其他方法，也可以通过将金属等插入距离1-236的部分来进行屏蔽。
此外，在图1～图8的实施例中，共通部1-65、第一悬臂梁状部1-66、第二悬臂梁状部1-67作为整体，也可以构成三角形。此时，共通部1-65、第一悬臂梁状部1-66、第二悬臂梁状部1-67分别相当于三角形的一边。同样，共通部1-65、第三悬臂梁状部1-69、第四悬臂梁状部1-68作为整体，也可以构成三角形。
此外，在图1～图8的实施例中，施加在励磁线圈1-62上的电信号的频率是基于涡电流传感器的输出检测形成于导电性膜的涡电流的检测电路不产生振荡的频率。通过利用不产生振荡的频率，使电路的动作稳定。
另外，检测线圈、励磁线圈、虚拟线圈的导线的圈数能够设定为，形成基于涡电流传感器的输出检测形成于导电性膜的涡电流的检测电路不产生振荡的频率。
图9是表示涡电流传感器的各线圈的连接例的概略图。如图9(a)所示，检测线圈1-631和虚拟线圈1-642彼此反相连接。在图9(a)中，关于检测线圈1-631与虚拟线圈1-642的情况表示了连接例，但检测线圈1-632与虚拟线圈1-641的情况的连接方法也相同。以下，对检测线圈1-631和虚拟线圈1-642的情况进行说明。
检测线圈1-631和虚拟线圈1-642如上所述那样构成反相的串联电路，其两端与包含可变电阻76的电阻桥部电路1-77连接。励磁线圈1-62与交流信号源1-52连接，通过生成交变磁通，而在配置于附近的金属膜(或导电性膜)mf上形成涡电流。通过调整可变电阻1-76的阻值，能够将由线圈1-631、642构成的串联电路的输出电压调整为在不存在金属膜(或导电性膜)时为零。利用分别并联接入线圈1-631、642的可变电阻1-76(VR1，VR2)将L1、L3的信号调整为同相位。即，在图9(b)的等价电路中，以
VR1-1×(VR2-2+jωL3)＝VR1-2×(VR2-1+jωL1)(1)
的方式，调整可变电阻VR1(＝VR1-1+VR1-2)以及VR2(＝VR2-1+VR2-2)。由此，如图9(c)所示，使调整前的L1、L3的信号(图中用虚线表示)成为同相位、同振幅的信号(图中用实线表示)。
并且，在金属膜(或导电性膜)存在于检测线圈1-631的附近时，利用在金属膜(或导电性膜)中形成的涡电流产生的磁通在检测线圈1-631和虚拟线圈1-642中交链，但由于检测线圈1-631的一方配置在靠近金属膜(或导电性膜)的位置，因此在两线圈1-631、642中产生的感应电压失衡，由此，能够检测由金属膜(或导电性膜)的涡电流形成的交链磁通。即，从与交流信号源连接的励磁线圈1-62中分离出检测线圈1-631与虚拟线圈1-642的串联电路，并通过电阻桥部电路进行平衡的调整，从而能够进行零点的调整。因此，由于能够根据零状态检测流过金属膜(或导电性膜)的涡电流，因此能够提高金属膜(或导电性膜)中的涡电流的检测灵敏度。由此，能够在宽的动态范围进行形成于金属膜(或导电性膜)的涡电流的大小的检测。
图10是表示涡电流传感器的同步检波电路的框图。
图10表示从交流信号源1-52侧观察涡电流传感器1-50侧的阻抗Z的计测电路例。在图10所示的阻抗Z的计测电路中，能够读取伴随膜厚的变化的电阻成分(R)、电抗成分(X)、振幅输出(Z)以及相位输出(tan-1R/X)。
如上所述，对配置于检测对象的金属膜(或导电性膜)mf成膜后的半导体晶片W附近的涡电流传感器1-50供给交流信号的信号源1-52为由水晶振荡器构成的固定频率的振荡器，例如供给2MHz、8MHz的固定频率的电压。由信号源1-52形成的交流电压经由带通滤波器1-82供给到涡电流传感器1-50。通过涡电流传感器1-50的端子检测到的信号经由高频放大器1-83以及相位转换电路1-84，利用由cos同步检波电路1-85以及sin同步检波电路1-86构成的同步检波部读取监测信号的cos成分和sin成分。在此，由信号源1-52形成的振荡信号利用相位转换电路1-84形成信号源1-52的同相成分(0゜)和正交成分(90゜)这两个信号，并分别导入cos同步检波电路1-85和sin同步检波电路1-86，来进行上述同步检波。
进行了同步检波的信号利用低通滤波器1-87、1-88，除去信号成分以上的不需要的高频成分，并分别读取cos同步检波输出即电阻成分(R)输出、sin同步检波输出即电抗成分(X)输出。另外，利用矢量运算电路89，从电阻成分(R)输出和电抗成分(X)输出获得振幅输出(R2+X2)1/2。另外，利用矢量运算电路90，同样地从电阻成分输出、电抗成分输出获得相位输出(tan-1R/X)。在此，在测定装置主体中，为了除去传感器信号的杂音成分而设置各种滤波器。各种滤波器设定了与各自对应的截止频率，例如，通过将低通滤波器的截止频率设定在0.1～10Hz的范围，除去混在研磨中的传感器信号的杂音成分而能够高精度地对测定对象的金属膜(或导电性膜)进行测定。
此外，在使用上述各实施方式的研磨装置中，如图11所示，在顶环1-1的内部的空间设置有多个压力室(气袋)P1-P7，而能够调整压力室P1-P7的内部压力。即，在形成于顶环1-1的内侧的空间内设置有多个压力室P1-P7。多个压力室P1-P7具有中央的圆形的压力室P1、以同心圆状配置在该压力室P1的外侧的多个环状的压力室P2-P7。各压力室P1-P7的内部压力能够利用各气袋压力控制器244彼此独立变化。由此，能够独立地调整与各压力室P1-P7对应的位置的基板W的各区域的按压力。
为了独立调整各区域的按压力，需要利用涡电流传感器1-50测定晶片膜厚分布。如以下说明，能够根据传感器输出、顶环转速、台转速求得晶片膜厚分布。
首先，关于在涡电流传感器1-50扫描半导体晶片的表面时的轨迹(扫描线)进行说明。
在本发明中，对顶环1-1与研磨台1-100的旋转速度比进行调整，以使得在预定的时间内，涡电流传感器1-50在半导体晶片W上描绘的轨迹遍及半导体晶片W的表面的整体大致均匀地分布。
图12是表示涡电流传感器1-50在半导体晶片W上进行扫描的轨迹的示意图。如图12所示，涡电流传感器1-50在研磨台1-100每转一圈时，扫描半导体晶片W的表面(被研磨面)，但在研磨台1-100旋转时，涡电流传感器1-50描绘大致穿过半导体晶片W的中心Cw(顶环轴1-111的中心)的轨迹而扫描半导体晶片W的被研磨面上。通过使顶环1-1的旋转速度与研磨台1-100的旋转速度不同，如图12所示，半导体晶片W的表面的涡电流传感器1-50的轨迹伴随研磨台1-100的旋转而变化为扫描线SL1、SL2、SL3…。在该情况下，如上所述地，由于涡电流传感器1-50配置在穿过半导体晶片W的中心Cw的位置，因此涡电流传感器1-50所描绘的轨迹每次都穿过半导体晶片W的中心Cw。
图13是表示将研磨台1-100的旋转速度设定为70min-1、将顶环1-1的旋转速度设定为77min-1时在预定时间(在该例中为5秒)内涡电流传感器1-50所描绘的半导体晶片上的轨迹的图。如图13所示，在该条件下，由于研磨台1-100每转一圈，涡电流传感器1-50的轨迹旋转36度，因此每进行五次扫描，传感器轨迹在半导体晶片W上旋转半周。考虑到传感器轨迹的弯曲，通过在预定时间内使涡电流传感器1-50在半导体晶片W上扫描六次，涡电流传感器1-50在半导体晶片W上大致均匀地进行整面扫描。关于各轨迹，涡电流传感器1-50能够进行数百次的测定。对于半导体晶片W整体，例如能够在1000处到2000处的测定点测定膜厚，而求得膜厚分布。
在上述例中，表示了顶环1-1的旋转速度比研磨台1-100的旋转速度快的情况，在顶环1-1的旋转速度比研磨台1-100的旋转速度慢的情况(例如，研磨台1-100的旋转速度为70min-1，顶环1-1的旋转速度为63min-1)下，仅使传感器轨迹向反方向旋转，而关于在预定的时间内，使涡电流传感器1-50在半导体晶片W的表面描绘的轨迹遍及半导体晶片W的表面的整周分布方面与上述例相同。
以下，对基于所获得的膜厚分布，控制基板W的各区域的按压力的方法进行说明。如图11所示，涡电流传感器1-50与终点检测控制器1-246连接，终点检测控制器1-246与设备控制控制器1-248连接。涡电流传感器1-50的输出信号输送到终点检测控制器1-246。终点检测控制器1-246对涡电流传感器1-50的输出信号进行必要的处理(运算处理、修正)而生成监测信号(利用终点检测控制器1-246修正后的膜厚数据)。终点检测控制器1-246基于监测信号而对顶环1-1内的各压力室P1-P7的内部压力进行操作。即，终点检测控制器1-246确定顶环1-1按压基板W的力，并将该按压力向设备控制控制器1-248发送。设备控制控制器1-248向各气袋压力控制器1-244发出指令，以变更顶环1-1对基板W的按压力。利用设备控制控制器1-248对利用膜厚传感器检测的基板W的膜厚或相当于膜厚的信号的分布进行储存。然后，根据从终点检测控制器1-246发送的基板W的膜厚或相当于膜厚的信号的分布，利用设备控制控制器1-248，基于对于存储在设备控制控制器1-248的数据库中的按压条件的研磨量，确定检测了膜厚或相当于膜厚的信号的分布的基板W的按压条件，并向各气袋压力控制器1-244发送。
基板W的按压条件例如如下所述那样确定。在使各自的气袋的压力发生变化时，基于与研磨量受到影响的晶片区域有关的信息，计算各晶片区域的膜厚平均值。根据实验结果等计算受到影响的晶片区域，并提前输入到设备控制控制器1-248的数据库。控制气袋压力，以使得对于膜减薄的晶片区域所对应的气袋位置的压力降低，对于膜增厚的晶片区域所对应的气袋位置的压力升高，使各区域的膜厚均匀。此时，也可以根据之前的膜厚分布结果，计算研磨速率，作为所控制的压力的指标。
接下来，对基板W的各区域的按压力的控制流程进行说明。
图14是表示在研磨中进行的压力控制的动作的一例的流程图。首先，研磨装置将基板W搬送到研磨位置(步骤S101)。然后，研磨装置开始基板W的研磨(步骤S102)。
接下来，终点检测控制器1-246在基板W的研磨中，对于研磨对象物的各区域计算出残膜指数(表示残膜量的膜厚数据)(步骤S103)。然后，设备控制控制器1-248基于残膜指数控制残膜厚的分布(步骤S104)。
具体而言，设备控制控制器1-248基于关于各区域计算出的残膜指数，独立地控制施加于基板W的背面的各区域的压力(即，压力室P1-P7内的压力)。此外，在研磨初期，有时会因为基板W的被研磨膜表层变质等而使研磨特性(相对于压力的研磨速度)不稳定。在这种情况下，也可以在从研磨开始到进行首次控制期间，设置预定的待机时间。
接下来，终点检测器基于残膜指数确定是否应该终止研磨对象物的研磨(步骤S105)。在终点检测控制器1-246判断残膜指数未达到预先设定的目标值的情况(步骤S105，否)下，返回步骤S103。
另一方面，在终点检测控制器1-246判断为残膜指数达到预先设定的目标值的情况(步骤S105，是)下，设备控制控制器1-248终止研磨对象物的研磨(步骤S106)。在步骤S105～106中，也可以判断从研磨开始是否经过了预定的时间而终止研磨。根据本实施方式，涡电流传感器由于空间分辨率提高，涡电流传感器输出的有效范围在边缘等狭窄区域扩大，因此能够增加基板W的每个区域的测定点，谋求研磨的控制性的提高，能够改善基板的研磨平坦性。
图15是表示本发明一实施方式的研磨装置的整体结构的概略图。如图15所示，研磨装置具有：研磨台2-100、保持作为研磨对象物的半导体晶片等基板并将其向研磨台上的研磨面按压的顶环(保持部)1。
研磨台2-100经由台轴2-100a与配置于其下方的驱动部即电动机(未图示)连结，而能够绕该台轴2-100a旋转。在研磨台2-100的上表面贴附有研磨垫2-101，研磨垫2-101的表面2-101a构成对半导体晶片W进行研磨的研磨面。在研磨台2-100的上方设置有研磨液供给喷嘴2-102，利用该研磨液供给喷嘴2-102向研磨台2-100上的研磨垫2-101上供给研磨液Q。如图15所示，在研磨台2-100的内部埋设有涡电流传感器2-50。
顶环2-1基本具有：将半导体晶片W向研磨面2-101a按压的顶环主体2-2；保持半导体晶片W的外周缘，以使半导体晶片W不从顶环飞出的挡圈2-3。
顶环2-1与顶环轴2-111连接，该顶环轴2-111利用上下移动机构2-124而相对于顶环头部2-110上下移动。通过该顶环轴2-111的上下移动，使顶环2-1的整体相对于顶环头部2-110升降而定位。此外，在顶环轴2-111的上端安装有旋转接头2-125。
使顶环轴2-111以及顶环2-1上下移动的上下移动机构2-124具有：经由轴承2-126能够旋转地支承顶环轴2-111的桥部2-128、安装于桥部2-128的滚珠丝杠2-132、利用支柱130支承的支承台2-129、设于支承台2-129上的AC伺服电动机2-138。支承伺服电动机2-138的支承台2-129经由支柱2-130固定于顶环头部2-110。
滚珠丝杠2-132具有：与伺服电动机2-138连结的螺纹轴2-132a、与该螺纹轴2-132a螺合的螺母2-132b。顶环轴2-111与桥部2-128成为一体而上下移动。因此，在驱动伺服电动机2-138时，桥部2-128经由滚珠丝杠2-132上下移动，由此，顶环轴2-111以及顶环2-1上下移动。
另外，顶环轴2-111经由键(未图示)连结于旋转筒2-112。该旋转筒2-112在其外周部具有正时带轮2-113。在顶环头部2-110固定有顶环用电动机2-114，上述正时带轮2-113经由正时带2-115与设于顶环用电动机2-114的正时带轮2-116连接。因此，通过使顶环用电动机2-114旋转驱动，经由正时带轮2-116、正时带2-115以及正时带轮2-113使旋转筒2-112以及顶环轴2-111一体旋转，而使顶环2-1旋转。此外，顶环头部2-110利用能够旋转地支承于架(未图示)的顶环头部轴2-117支承。
在图15所示结构的研磨装置中，顶环2-1能够在其下表面保持半导体晶片W等基板。顶环头部2-110构成为能够以顶环轴2-117为中心旋转，在下表面保持半导体晶片W的顶环2-1利用顶环头部2-110的旋转而从半导体晶片W的承接位置向研磨台2-100的上方移动。然后，使顶环2-1下降而将半导体晶片W向研磨垫2-101的表面(研磨面)101a按压。此时，分别使顶环2-1以及研磨台2-100旋转，并从设于研磨台2-100的上方的研磨液供给喷嘴2-102向研磨垫2-101上供给研磨液。这样，使半导体晶片W与研磨垫2-101的研磨面2-101a滑动接触而对半导体晶片W的表面进行研磨。
图16是表示研磨台2-100、涡电流传感器2-50、半导体晶片W的关系的俯视图。如图16所示，涡电流传感器2-50设置于穿过保持于顶环2-1的研磨中的半导体晶片W的中心Cw的位置。附图标记CT是研磨台2-100的旋转中心。例如，在涡电流传感器2-50通过半导体晶片W的下方期间，能够在通过轨迹(扫描线)上连续地检测半导体晶片W的Cu层等金属膜(导电性膜)。
接下来，参照附图，对本发明的研磨装置所具有的涡电流传感器2-50进行更详细的说明。
图17是表示涡电流传感器2-50的结构的图，图17(a)是表示涡电流传感器2-50的结构的框图，图17(b)是涡电流传感器2-50的等价电路图。
如图17(a)所示，涡电流传感器2-50配置在检测对象的金属膜(或导电性膜)mf的附近，在其线圈上连接有交流信号源2-52。在此，检测对象的金属膜(或导电性膜)mf为例如在半导体晶片W上形成的Cu、Al、Au、W等薄膜。涡电流传感器2-50相对于检测对象的金属膜(或导电性膜)，配置在例如1.0～4.0mm左右的附近。
在涡电流传感器中，具有：通过在金属膜(或导电性膜)mf上产生涡电流，使振荡频率发生变化，根据该频率变化检测金属膜(或导电性膜)的频率型；及阻抗发生变化，并根据该阻抗变化检测金属膜(或导电性膜)的阻抗型。即，在频率型中，在如图17(b)所示的等价电路中，通过使涡电流I2发生变化，而使阻抗Z发生变化，并使信号源(可变频率振荡器)2-52的振荡频率发生变化时，能够利用检波电路2-54检测该振荡频率的变化，从而检测金属膜(或导电性膜)的变化。在阻抗型中，在如图17(b)所示的等价电路中，通过使涡电流I2发生变化，而使阻抗Z发生变化，并从信号源(固定频率振荡器)2-52观察的阻抗Z发生变化时，能够利用检波电路2-54检测该阻抗Z的变化，从而检测金属膜(或导电性膜)的变化。
在阻抗型的涡电流传感器中，信号输出X、Y、相位、合成阻抗Z如后所述那样被读取。根据频率F或阻抗X、Y等获得金属膜(或导电性膜)Cu、Al、Au、W的测定信息。涡电流传感器2-50能够如图15所示那样内置于研磨台2-100的内部的表面附近的位置，并能够经由研磨垫而与研磨对象的半导体晶片相对地定位，并能够根据流过半导体晶片上的金属膜(或导电性膜)的涡电流来检测到金属膜(或导电性膜)的变化。
涡电流传感器的频率能够使用单一电波、混合电波、AM调制电波、FM调制电波、函数发生器的扫描输出或多个振荡频率源，与金属膜的膜种类相适应地，优选选择灵敏度高的振荡频率、调制方式。
以下，对阻抗型的涡电流传感器进行具体说明。交流信号源2-52为2～30MHz左右的固定频率的振荡器，例如使用水晶振荡器。并且，利用由交流信号源2-52供给的交流电压，电流I1流过涡电流传感器2-50。通过使电流流过配置于金属膜(或导电性膜)mf的附近的涡电流传感器2-50，该磁通与金属膜(或导电性膜)mf交链从而在其间形成互感M，涡电流I2流过金属膜(或导电性膜)mf。在此，R1是包含涡电流传感器的一次侧的等价电阻，L1是同样地包含涡电流传感器的一次侧的自感。在金属膜(或导电性膜)mf侧，R2是与涡电流损失相当的等价电阻，L2是其自感。从交流信号源2-52的端子a、b观察到的涡电流传感器侧的阻抗Z根据在金属膜(或导电性膜)mf中形成的涡电流损失的大小变化。
图18(a)、(b)是对比表示以往的涡电流传感器与本发明的涡电流传感器的图。图18(a)是表示以往的涡电流传感器的结构例的概略图，图18(b)是表示本发明的涡电流传感器2-50的结构例的概略图。在图18(a)、(b)中，对比表示以往的涡电流传感器与本发明的涡电流传感器在同等大小时各自磁通的传播。根据图18可知，本发明的涡电流传感器2-50与以往的涡电流传感器相比，磁通集中，磁通的传播较窄。如图18(a)所示，以往的涡电流传感器2-51将用于在金属膜(或导电性膜)中形成涡电流的线圈2-72、用于检测金属膜(或导电性膜)的涡电流的线圈2-73、74分离，由缠绕在芯(未图示)上的三个线圈2-72、73、74构成。在此，中央的线圈2-72是与交流信号源2-52连接的励磁线圈。该励磁线圈2-72利用交流信号源2-52供给交流电压，而形成磁场，该磁场在配置于涡电流传感器2-51的附近的半导体晶片(基板)W上的金属膜(或导电性膜)mf上形成涡电流。在芯的金属膜(或导电性膜)侧配置有检测线圈2-73，检测由形成于金属膜(或导电性膜)的涡电流产生的磁场。隔着励磁线圈2-72在检测线圈2-73的相反侧配置有虚拟(平衡)线圈2-74。
与此相对，如图18(b)所示，在形成有导电性膜的基板的附近配置的本发明的涡电流传感器2-50由壶形芯60、三个线圈2-62、63、64构成。作为磁性体的壶形芯60具有：底面部2-61a、设于底面部2-61a的中央的磁心部2-61b及设于底面部2-61a的周围的周壁部2-61c。
所述三个线圈2-62、63、64中的中央的线圈2-62是与交流信号源2-52连接的励磁线圈。该励磁线圈2-62利用由交流信号源2-52供给的电压形成的磁场，而在配置于附近的半导体晶片W上的金属膜(或导电性膜)mf上形成涡电流。在励磁线圈2-62的金属膜(或导电性膜)侧配置有检测线圈2-63，检测由在金属膜(或导电性膜)形成的涡电流产生的磁场。在隔着励磁线圈2-62与检测线圈2-63相反侧配置有虚拟线圈2-64。励磁线圈2-62配置于磁心部2-61b，在导电性膜形成涡电流。检测线圈2-63配置于磁心部2-61b，检测形成于导电性膜的涡电流。在励磁线圈2-62施加有频率为2MHz以上的电信号，使得涡电流传感器2-50的磁心部2-61b内部不产生电磁波的尺寸共振。
施加在励磁线圈2-62上的频率只要是不产生电磁波的尺寸共振的频率，能够施加任意的频率。在涡电流传感器的磁心材料使用导磁率以及电容率双方的值都高的Mn-Zn铁素体的情况下，在1MHz的高频励磁下，公知的是磁心内部的电磁波成为驻波的现象，并将其称为尺寸共振。由于尺寸共振是磁心的磁路截面积(磁心尺寸)所导致的共振，因此共振频率通过使励磁频率恒定而改变磁路截面积，或者使磁路截面积恒定而改变励磁频率，从而产生尺寸共振。导磁率以及电容率双方的值都低的Ni-Zn铁素体是难以产生尺寸共振的材料，因此在本实施例中使用Ni-Zn铁素体。本实施例的Ni-Zn类铁素体的相对电容率为5～15，相对导磁率为1～300，磁心部2-61b的外形尺寸L3(参照图19)为50mm以下。并且，以不产生电磁波的尺寸共振的方式在Ni-Zn铁素体上施加频率为2～30MHz的电信号。
涡电流传感器具有虚拟线圈2-64，该虚拟线圈2-64配置于磁心部2-61b，并检测形成于导电性膜的涡电流。磁心部2-61b的轴向与基板上的导电性膜正交，检测线圈2-63、励磁线圈2-62及虚拟线圈2-64在磁心部2-61b的轴向配置在不同位置，并且在磁心部2-61b的轴向上，从靠近基板上的导电性膜的位置朝向远离位置，按照检测线圈2-63、励磁线圈2-62、虚拟线圈2-64的顺序配置。从检测线圈2-63、励磁线圈2-62、虚拟线圈2-64分别引出用于与外部连接的导线2-63a、62a、64a。
图18(a)的范围2-202表示以往的涡电流传感器的磁通2-206的传播，图18(b)的范围2-204表示本发明的涡电流传感器的磁通2-208的传播。在图18(b)中，由于周壁部2-61c是磁性体，因此磁通2-208在周壁部2-61c内聚集。因此，磁通2-208的传播被限制，磁通2-208变细。在以往技术的图18(a)的情况下，在线圈的外周不存在磁性体，磁通2-206不会聚集。因此，磁通2-206传播，其范围2-202扩大，磁通2-206增大。
在图18(b)中，以在涡电流传感器2-50的磁心部2-61b内部不产生电磁波的尺寸共振的方式，对励磁线圈2-62施加了2MHz以上的电信号，因此产生强磁通。因此，能够利用强的磁通，测定更窄范围的膜厚。因此，能够提高研磨终点检测的精度。
图19表示壶形芯60的详细形状。图19(a)是俯视图，图19(b)是图19(a)的向视AA的剖视图。作为磁性体的壶形芯60具有：圆板形状的底面部2-61a、设于底面部2-61a的中央的圆柱形状的磁心部2-61b、设于底面部2-61a的周围的圆筒形状的周壁部2-61c。作为壶形芯60的尺寸的一例，底面部2-61a的直径L1为9mm，厚度L2为3mm，磁心部2-61b的直径L3为3mm，高度L4为5mm，周壁部2-61c的外径L5为9mm，内径L6为5mm，厚度L7为2mm，高度L4为5mm。磁心部2-61b的高度L4和周壁部2-61c的高度L4在图19中相同，但磁心部2-61b的高度L4也可以比周壁部2-61c的高度L4高或低。周壁部2-61c的外径在图19中是在高度方向上相同的圆筒形状，但也可以是朝向远离底面部2-61a的方向，即朝向顶端变细的顶端变细形状(锥形状)。
为了使磁场不向壶形芯60的周围泄漏，优选周壁部2-61c的厚度L7为磁心部2-61b的直径L3的1/2以上的长度，以及底面部2-61a的厚度L2为磁心部2-61b的直径L3以上的长度。壶形芯60的材料是难以产生尺寸共振的Ni-Zn铁素体。
检测线圈2-63、励磁线圈2-62以及虚拟线圈2-64所使用的导线为铜、锰铜镍线、或镍铬合金线。通过使用锰铜镍线、镍铬合金线，从而电阻等温度变化减少，温度特性良好。
图20是表示在图18(b)所示的涡电流传感器2-50的周壁部2-61c的外部配置的金属制的外周部2-210的剖视图。图20是表示在涡电流传感器2-50的周围配置了由金属材料构成的筒状部件即外周部2-210的示例的概略图。如图20所示，利用外周部2-210包围周壁部2-61c的周围。周壁部2-61c的材料例如为SUS304、铝。在周壁部2-61c的周围配置有绝缘物2-212(例如环氧树脂、氟树脂、玻璃环氧(环氧玻璃))，以包围该绝缘物2-212的方式配置外周部2-210。另外，该外周部2-210利用导线2-214接地。在该情况下，磁屏蔽的效果稳定，并且增加。
利用金属包围周壁部2-61c的周围，从而能够屏蔽向外扩散的磁场，提高传感器2-50的空间分辨率。也可以直接在周壁部2-61c上镀金属。如图21所示，外周部2-210具有向磁心部2-61b的轴向延伸的至少一个槽2-226，在本图中为四个。图21(a)为剖视图，图21(b)为俯视图。图21(a)是图21(b)的向视AA的剖视图。这样，在外周部2-210形成切口(槽)226，防止外周部2-210的周向的涡电流228的产生。这是由于若在外周部2-210的周向产生涡电流228，则在作为测定对象的导电性膜上产生的涡电流减弱。从检测所使用的芯中央部产生的磁场2-230是在壶形芯2-60的轴向产生的磁场，与在外周部2-210产生的周向的涡电流不同，因此未被外周部2-210的槽2-226屏蔽。仅向侧面泄漏的磁场2-232被槽2-226屏蔽。
关于槽2-226的轴向的配置、长度，如图21(a)所示，也可以仅在外周部2-210的上端2-241设置短槽，也可以是跨过外周部2-210的轴向的长度的一半240的部件，进一步地，也可以是外周部2-210的轴向的长度的全长242的部件。在外周部2-210的周向产生的涡电流228能够根据在作为测定对象的导电性膜上产生何种程度的涡电流来进行选择。
图22表示涡电流传感器的其他实施例。在图22(a)、22(b)中，涡电流传感器2-50a分别具有第一壶形芯2-60a和配置于第一壶形芯2-60a的附近的第二壶形芯2-60b。第一壶形芯2-60a以及第二壶形芯2-60b分别具有底面部2-61a、设于底面部2-61a的中央的磁心部2-61b及设于底面部2-61b的周围的周壁部2-61c。
涡电流传感器2-50a具有第一励磁线圈2-63a，该第一励磁线圈2-63a配置于第一壶形芯2-60a的磁心部2-61b，且在导电性膜W中形成涡电流。涡电流传感器2-50a还具有：配置在第一壶形芯2-60a的磁心部2-61b，检测形成于导电性膜W的涡电流的检测线圈2-63；配置于第二壶形芯2-60b的磁心部2-61b的第二励磁线圈2-63b；配置于第二壶形芯2-60b的磁心部2-61b的虚拟线圈2-64。第一壶形芯2-60a的磁心部2-61b的轴向和第二壶形芯2-60b的磁心部2-61b的轴向一致。第一壶形芯2-60a的磁心部2-61b的轴向和第二壶形芯2-60b的磁心部2-61b的轴向与基板W上的导电性膜正交。第一壶形芯2-60a以及第二壶形芯2-60b从靠近基板W的位置朝向远离位置，按照第一壶形芯2-60a、第二壶形芯2-60b的顺序配置。
进一步地，第一壶形芯2-60a朝向导电性膜W一方开口，但第二壶形芯2-60b朝向与导电性膜W相反的一方开口。
在本图中，与图18的实施例不同，使用两个壶形芯。在本图的情况下，检测线圈2-63和虚拟线圈2-64在各自的壶形芯内以同样的配置设置。在图18的实施例中，检测线圈2-63和虚拟线圈2-64配置在一个壶形芯内。因此，检测线圈2-63与底面部2-61b的距离比虚拟线圈2-64与底面部2-61b的距离远。即，检测线圈2-63和虚拟线圈2-64在与壶形芯的关系中，并非同样的配置。在图22的情况下，检测线圈2-63和虚拟线圈2-64在壶形芯内以同样的配置设置，因此具有检测线圈2-63和虚拟线圈2-64在电路方面表现同样的特性的优点。
另外，在图22中，与图18的实施例不同，由于虚拟线圈2-64距离基板W远，因此难以受到基板W的影响。因此，具有如下优点：虚拟线圈2-64能够精度良好地达成在测定时生成基准信号这一虚拟线圈2-64的目的。
进一步地，在图18的情况下，由于检测线圈2-63与底面部2-61b的距离比虚拟线圈2-64与底面部2-61b的距离远，因此检测线圈2-63的导线的圈数需要比虚拟线圈2-64的导线的圈数增加。这是由于检测线圈2-63一方距离底面部2-61b远，与虚拟线圈2-64相比，难以受到壶形芯的影响。其结果是，检测线圈2-63与虚拟线圈2-64制作为特性不同。另一方面，在图22中，由于检测线圈2-63、虚拟线圈2-64在壶形芯内以同样的配置设置，因此在电路方面表现同样的特性。因此，在图22的情况下，检测线圈2-63和虚拟线圈2-64为相同部件即可。因此，具有第一壶形芯2-60a、第二壶形芯2-60b由相同部件制作即可的优点。
图22(a)与图22(b)的不同之处在于第一励磁线圈2-63a和第二励磁线圈2-63b的连接方法。在图22(a)中，第一励磁线圈2-63a与第二励磁线圈2-63b串联连接。另一方面，在图22(b)中，第一励磁线圈2-63a与第二励磁线圈2-63b不连接。
具体而言，在图22(a)中，第一励磁线圈2-63a的一方的端子与第二励磁线圈2-63b的一方的端子利用导线2-234b串联连接。因此，与第一励磁线圈2-63a连接的导线2-234a、与第二励磁线圈2-63b连接的导线2-234c连接于外部的信号源。另一方面，在图22(b)中，与第一励磁线圈2-63a连接的两根导线2-234a、234b与外部的信号源连接，与第二励磁线圈2-63b连接的两根导线2-234c、234d与外部的信号源连接。即，在图22(b)中，第一励磁线圈2-63a、第二励磁线圈2-63b并联连接。
图22的配置与图18的配置相比，还具有以下优点。即在图22的情况下，检测线圈2-63与底面部2-61b的距离比图18的情况短。在图18的实施例中，在检测线圈2-63与底面部2-61b之间配置有虚拟线圈2-64。因此，图22的检测线圈2-63容易受到底面部2-61b的影响，即容易受到磁性体的影响。因此，在线圈的圈数相同的情况下，会有图22一方的检测线圈2-63的输出比图18大的优点。
此外，关于第一壶形芯2-60a与第二壶形芯2-60b之间的距离2-236，为了避免彼此芯的磁场干涉，优选距离2-236比芯底部厚度2-234大。作为其他方法，也可以通过在距离2-236的部分插入金属等来屏蔽。
此外，在图15～图22的实施例中，施加在励磁线圈2-62上的电信号的频率是基于涡电流传感器的输出而检测在导电性膜形成的涡电流的检测电路不发生振荡的频率。利用不发送信号的频率，从而使电路的动作稳定。
另外，检测线圈、励磁线圈、虚拟线圈的导线的圈数能够设定为，形成基于涡电流传感器的输出而检测在导电性膜形成的涡电流的检测电路不发生振荡的频率。
图23是表示涡电流传感器的各线圈的连接例的概略图。如图23(a)所示，检测线圈2-63和虚拟线圈2-64彼此反相连接。
检测线圈2-63和虚拟线圈2-64如上所述地构成反相的串联电路，其两端与包含可变电阻76的电阻桥部电路77连接。通过使励磁线圈2-62与交流信号源2-52连接，生成交变磁通，而在配置于附近的金属膜(或导电性膜)mf上形成涡电流。通过调整可变电阻2-76的阻值，由线圈2-63、64构成的串联电路的输出电压能够调整为在不存在金属膜(或导电性膜)时为零。利用分别并联接入线圈2-63、64的可变电阻2-76(VR1、VR2)而将L1、L3的信号调整为同相位。即，在图23(b)的等价电路中，以
VR1-1×(VR2-2+jωL3)＝VR1-2×(VR2-1+jωL1)(1)
的方式，调整可变电阻VR1(＝VR1-1+VR1-2)以及VR2(＝VR2-1+VR2-2)。由此，如图23(c)所示，使调整前的L1、L3的信号(图中用虚线表示)成为同相位、同振幅的信号(图中用实线表示)。
并且，在金属膜(或导电性膜)存在于检测线圈2-63的附近时，利用在金属膜(或导电性膜)中形成的涡电流而产生的磁通在检测线圈2-63和虚拟线圈2-64中交链，但由于检测线圈2-63一方配置在靠近金属膜(或导电性膜)的位置，因此在两线圈2-63、64中产生的感应电压失衡，由此，能够检测由金属膜(或导电性膜)的涡电流形成的交链磁通。即，从与交流信号源连接的励磁线圈2-62中分离出检测线圈2-63与虚拟线圈2-64的串联电路，并利用电阻桥部电路进行平衡的调整，从而能够进行零点的调整。因此，能够根据零的状态检测流过金属膜(或导电性膜)的涡电流，因此能够提高金属膜(或导电性膜)中的涡电流的检测灵敏度。由此，能够在宽的动态范围进行形成于金属膜(或导电性膜)的涡电流的大小的检测。
图24是表示涡电流传感器的同步检波电路的框图。
图24表示从交流信号源2-52侧观察涡电流传感器2-50侧的阻抗Z的计测电路例。在图24所示的阻抗Z的计测电路中，能够读取伴随膜厚的变化的电阻成分(R)、电抗成分(X)、振幅输出(Z)以及相位输出(tan-1R/X)。
如上所述，对配置于检测对象的金属膜(或导电性膜)mf成膜后的半导体晶片W附近的涡电流传感器2-50供给交流信号的信号源2-52为由水晶振荡器构成的固定频率的振荡器，例如供给2MHz、8MHz的固定频率的电压。由信号源2-52形成的交流电压经由带通滤波器2-82供给到涡电流传感器2-50。通过涡电流传感器2-50的端子检测到的信号经由高频放大器2-83以及相位转换电路2-84，利用由cos同步检波电路2-85以及sin同步检波电路2-86构成的同步检波部读取监测信号的cos成分和sin成分。在此，由信号源2-52形成的振荡信号利用相位转换电路2-84形成信号源2-52的同相成分(0゜)和正交成分(90゜)这两个信号，并分别导入cos同步检波电路2-85和sin同步检波电路2-86，来进行上述同步检波。
进行了同步检波的信号利用低通滤波器2-87、2-88，除去信号成分以上的不需要的高频成分，并分别读取cos同步检波输出即电阻成分(R)输出、sin同步检波输出即电抗成分(X)输出。另外，利用矢量运算电路2-89，从电阻成分(R)输出和电抗成分(X)输出获得振幅输出(R2+X2)1/2。另外，利用矢量运算电路2-90，同样地从电阻成分输出、电抗成分输出获得相位输出(tan-1R/X)。在此，在测定装置主体中，为了除去传感器信号的杂音成分而设置各种滤波器。各种滤波器设定了与各自对应的截止频率，例如，通过将低通滤波器的截止频率设定在0.1～10Hz的范围，除去混在研磨中的传感器信号的杂音成分而能够高精度地对测定对象的金属膜(或导电性膜)进行测定。
此外，在使用上述各实施方式的研磨装置中，如图25所示，在顶环2-1的内部的空间设置有多个压力室(气袋)P1-P7，而能够调整压力室P1-P7的内部压力。即，在形成于顶环2-1的内侧的空间内设置有多个压力室P1-P7。多个压力室P1-P7具有中央的圆形的压力室P1和以同心圆状配置在该压力室P1的外侧的多个环状的压力室P2-P7。各压力室P1-P7的内部压力能够利用各气袋压力控制器2-244而彼此独立变化。由此，能够独立地调整与各压力室P1-P7对应的位置的基板W的各区域的按压力。
为了独立调整各区域的按压力，需要利用涡电流传感器2-50测定晶片膜厚分布。如以下说明，能够根据传感器输出、顶环转速、台转速求得晶片膜厚分布。
首先，对关于涡电流传感器2-50扫描半导体晶片的表面时的轨迹(扫描线)进行说明。
在本发明中，对顶环2-1与研磨台2-100的旋转速度比进行调整，以使得在预定的时间内，涡电流传感器2-50在半导体晶片W上描绘的轨迹遍及半导体晶片W的表面的整体大致均匀地分布。
图26是表示涡电流传感器2-50在半导体晶片W上进行扫描的轨迹的示意图。如图26所示，涡电流传感器2-50在研磨台2-100每转一圈时，扫描半导体晶片W的表面(被研磨面)，但在研磨台2-100旋转时，涡电流传感器2-50描绘大致穿过半导体晶片W的中心Cw(顶环轴2-111的中心)的轨迹而扫描半导体晶片W的被研磨面上。通过使顶环2-1的旋转速度与研磨台2-100的旋转速度不同，如图26所示，半导体晶片W的表面的涡电流传感器2-50的轨迹伴随研磨台2-100的旋转而变化为扫描线SL1、SL2、SL3…。在该情况下，如上所述地，由于涡电流传感器2-50配置在穿过半导体晶片W的中心Cw的位置，因此涡电流传感器2-50所描绘的轨迹每次都穿过半导体晶片W的中心Cw。
图27是表示将研磨台2-100的旋转速度设定为70min-1，将顶环2-1的旋转速度设定为77min-1，在预定时间(在该例中为5秒)内涡电流传感器2-50所描绘的半导体晶片上的轨迹的图。如图27所示，在该条件下，由于研磨台2-100每转一圈，涡电流传感器2-50的轨迹旋转36度，因此每进行五次扫描，传感器轨迹在半导体晶片W上旋转半周。考虑到传感器轨迹的弯曲，通过在预定时间内使涡电流传感器2-50在半导体晶片W上扫描六次，涡电流传感器2-50在半导体晶片W上大致均匀地进行整面扫描。关于各轨迹，涡电流传感器2-50能够进行数百次的测定。在半导体晶片W整体中，例如能够在1000处到2000处的测定点测定膜厚，而求得膜厚分布。
在上述例中，表示了顶环2-1的旋转速度比研磨台2-100的旋转速度快的情况，但在顶环2-1的旋转速度比研磨台2-100的旋转速度慢的情况(例如，研磨台2-100的旋转速度为70min-1，顶环2-1的旋转速度为63min-1)下，仅使传感器轨迹向反方向旋转，而在预定的时间内，使涡电流传感器2-50在半导体晶片W的表面描绘的轨迹遍及半导体晶片W的表面的整周分布方面与上述例相同。
以下，对基于所获得的膜厚分布，控制基板W的各区域的按压力的方法进行说明。如图25所示，涡电流传感器2-50与终点检测控制器2-246连接，终点检测控制器2-246与设备控制控制器2-248连接。涡电流传感器2-50的输出信号输送到终点检测控制器2-246。终点检测控制器2-246对涡电流传感器2-50的输出信号进行必要的处理(运算处理、修正)而生成监测信号(利用终点检测控制器2-246修正后的膜厚数据)。终点检测控制器2-246基于监测信号对顶环2-1内的各压力室P1-P7的内部压力进行操作。即，终点检测控制器2-246确定顶环2-1按压基板W的力，并将该按压力向设备控制控制器2-248发送。设备控制控制器2-248向各气袋压力控制器2-244发出指令，以变更顶环2-1的对基板W的按压力。由设备控制控制器2-248储存利用膜厚传感器检测的基板W的膜厚或相当于膜厚的信号的分布。然后，根据从终点检测控制器2-246发送的基板W的膜厚或相当于膜厚的信号的分布，利用设备控制控制器2-248，基于对于存储在设备控制控制器2-248的数据库中的按压条件的研磨量，确定检测了膜厚或相当于膜厚的信号的分布的基板W的按压条件，并向各气袋压力控制器2-244发送。
基板W的按压条件例如如下所述那样确定。在使各自的气袋的压力发生变化时，基于与研磨量受到影响的晶片区域有关的信息，计算各晶片区域的膜厚平均值。根据实验结果等计算受到影响的晶片区域，并提前输入到设备控制控制器2-248的数据库。控制气袋压力，以使得对于膜减薄的晶片区域所对应的气袋位置的压力降低，对于膜增厚的晶片区域所对应的气袋位置的压力升高，使各区域的膜厚均匀。此时，也可以根据之前的膜厚分布结果，计算研磨速率，作为所控制的压力的指标。
另外，也可以将利用膜厚传感器检测的基板W的膜厚或相当于膜厚的信号的分布发送到上位的主计算机(与多个半导体制造装置连接，并进行管理的计算机)，利用主计算机存储。并且，也可以根据从研磨装置侧发送的基板W的膜厚或相当于膜厚的信号的分布，在主计算机中，基于对于存储在主计算机的数据库的按压条件的研磨量，确定检测膜厚或相当于膜厚的信号的分布的基板W的按压条件，并发送到该研磨装置的设备控制控制器2-248。
接下来，对基板W的各区域的按压力的控制流程进行说明。
图28是表示在研磨中进行的压力控制的动作的一例的流程图。首先，研磨装置将基板W搬送到研磨位置(步骤S101)。然后，研磨装置开始基板W的研磨(步骤S102)。
接下来，终点检测控制器2-246在基板W的研磨中，关于研磨对象物的各区域计算出残膜指数(表示残膜量的膜厚数据)(步骤S103)。然后，设备控制控制器2-248基于残膜指数控制残膜厚的分布(步骤S104)。
具体而言，设备控制控制器2-248基于关于各区域计算出的残膜指数，独立地控制施加于基板W的背面的各区域的压力(即，压力室P1-P7内的压力)。此外，在研磨初期，有时会因为基板W的被研磨膜表层变质等而使研磨特性(相对于压力的研磨速度)不稳定。在这种情况下，也可以在从研磨开始到进行首次控制期间，设置预定的待机时间。
接下来，终点检测器基于残膜指数确定是否应该终止研磨对象物的研磨(步骤S105)。在终点检测控制器2-246判断残膜指数未达到预先设定的目标值的情况(步骤S105，否)下，返回步骤S103。
另一方面，在终点检测控制器2-246判断为残膜指数达到预先设定的目标值的情况(步骤S105，是)下，设备控制控制器2-248终止研磨对象物的研磨(步骤S106)。在步骤S105～106中，也能够判断从研磨开始是否经过了预定的时间而终止研磨。根据本实施方式，涡电流传感器由于空间分辨率提高，涡电流传感器输出的有效范围在边缘等狭窄区域扩大，因此能够增加基板W的每个区域的测定点，能够谋求研磨的控制性的提高，能够改善基板的研磨平坦性。
如以上说明，本发明具有以下方式。
根据本申请发明的研磨装置的第一方式，提供一种涡电流传感器，该涡电流传感器配置在形成有导电性膜的基板的附近，所述涡电流传感器具有：芯部和线圈部，所述芯部具有共通部和连接于所述共通部的端部的四根悬臂梁状部，相对于所述共通部，所述第二悬臂梁状部以及所述第一悬臂梁状部配置在第三所述悬臂梁状部以及第四所述悬臂梁状部的相反侧，所述第一悬臂梁状部以及所述第三悬臂梁状部配置在所述共通部的一方的端部，所述第二悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部配置在所述共通部的另一方的端部，所述线圈部具有：配置于所述共通部，能够在所述导电性膜形成涡电流的励磁线圈；配置于所述第一悬臂梁状部以及第二所述悬臂梁状部中的至少一方，能够检测形成于所述导电性膜的所述涡电流的检测线圈；配置在第三所述悬臂梁状部以及第四所述悬臂梁状部中的至少一方的虚拟线圈；从所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部分别与所述共通部连接的部分远离的所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接，从所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部分别与所述共通部连接的部分远离的所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接。
根据该方式，由于使用第一悬臂梁状部以及第二悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接，并且第三悬臂梁状部以及第四悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接的芯部，因此由励磁线圈产生的磁通仅在第一悬臂梁状部的顶端与第二悬臂梁状部的顶端之间的间隙、以及第三悬臂梁状部的顶端与第四悬臂梁状部的顶端之间的间隙从芯部向外部泄漏，因此能够在涡电流传感器的外部作出磁通小的点径。即，利用芯部的形状使磁通变细而会聚，能够提高涡电流传感器的空间分辨率。与以往相比，由于能够测定更窄范围的膜厚，因此在半导体晶片的边缘等，能够提高研磨终点检测的精度。
优选所述线圈部具有：配置于所述第一悬臂梁状部，检测形成于所述导电性膜的所述涡电流的第一检测线圈；及配置于所述第三悬臂梁状部的第二虚拟线圈。或者，优选所述线圈部具有：配置于所述第一悬臂梁状部，检测形成于所述导电性膜的所述涡电流的第一检测线圈；配置于所述第三悬臂梁状部的第二虚拟线圈；配置于所述第二悬臂梁状部，检测形成于所述导电性膜的所述涡电流的第二检测线圈；及配置于所述第四悬臂梁状部的第二虚拟线圈。
根据本申请发明的第二方式，所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接，使得在从所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部分别与所述共通部连接的部分远离的方向上，所述芯部成为顶端变细的形状，所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接，使得在从所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部分别与所述共通部连接的部分远离的方向上，所述芯部成为顶端变细的形状。
根据本申请发明的第三方式，所述四根悬臂梁状部具有正交的两条中心线，所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部关于一方的所述中心线对称，所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部关于一方的所述中心线对称，所述第一悬臂梁状部以及所述第三悬臂梁状部关于另一方的所述中心线对称，所述第二悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部关于另一方的所述中心线对称。
根据本申请发明的第四方式，具有配置在所述芯部的外部且线圈部的外部的金属制的外周部。利用金属包围所述芯部的外部且线圈部的外部的周围，从而能够屏蔽向外扩散的磁场，提高传感器的空间分辨率。也可以以在所述芯部的外部且线圈部的外部配置绝缘物，以包围该绝缘物的方式配置金属。另外，也可以使该外周部接地。在该情况下，磁屏蔽的效果稳定，并且增加。
根据本申请发明的第五方式，所述外周部具有在所述涡电流传感器的长边方向上延伸的至少一个槽。这样，在外周部形成切口(槽)，能够防止外周部的周向的涡电流的产生。
根据本申请发明的第六方式，所述检测线圈以及所述励磁线圈所使用的导线为铜、锰铜镍线或镍铬合金线。通过使用锰铜镍线、镍铬合金线，从而减少电阻等的温度变化，使温度特性良好。
根据本申请发明的第七方式，施加在所述励磁线圈上的电信号的频率为，基于所述涡电流传感器的输出而检测形成于所述导电性膜的涡电流的检测电路不产生振荡的频率。
根据本申请发明的第八方式，所述检测线圈、所述励磁线圈及所述虚拟线圈的导线的圈数被设定为，形成基于所述涡电流传感器的输出而检测形成于所述导电性膜的涡电流的检测电路不产生振荡的频率。
根据本申请发明的第九方式，一种涡电流传感器，该涡电流传感器配置在形成有导电性膜的基板的附近，所述涡电流传感器具有：传感器部和配置在所述传感器部的附近的虚拟部，所述传感器部具有传感器芯部和传感器线圈部，所述传感器芯部具有传感器共通部、以及连接于所述传感器共通部的第一悬臂梁状部和第二悬臂梁状部，所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部彼此相对配置，所述虚拟部具有虚拟芯部和虚拟线圈部，所述虚拟芯部具有虚拟共通部以及连接于所述虚拟共通部的第四悬臂梁状部和第三悬臂梁状部，所述第四悬臂梁状部以及所述第三悬臂梁状部彼此相对配置，所述传感器线圈部具有：配置于所述传感器共通部，能够在所述导电性膜中形成涡电流的传感器励磁线圈；以及配置于所述第一悬臂梁状部和第二所述悬臂梁状部中的至少一方，能够检测形成于所述导电性膜的所述涡电流的检测线圈，所述虚拟线圈部具有：配置于所述虚拟共通部的虚拟励磁线圈、配置于所述第三悬臂梁状部以及第四所述悬臂梁状部中的至少一方的虚拟线圈，从所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部分别与所述传感器共通部连接的部分远离的所述第一悬臂梁状部以及所述第二悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接，从所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部分别与所述虚拟共通部连接的部分远离的所述第三悬臂梁状部以及所述第四悬臂梁状部的端部彼此接近地邻接，所述传感器部以及所述虚拟部从靠近所述基板的位置朝向远离所述基板的位置，以所述传感器部、所述虚拟部的顺序配置。
此外，在使用虚拟线圈的情况下，由于利用桥部电路测定，与共振型的测定系统相比，不增加电容器，因此能够以大频率进行测定。例如能够采用30MHz。这在测定片电阻高的金属膜方面有利。这是由于电阻越高的金属，在检测薄膜的厚度的变化时，越需要高频率。
根据本申请发明的第十方式，提供一种研磨装置，具有：贴附有研磨垫的研磨台，所述研磨垫用于对包含所述导电性膜的研磨对象物进行研磨；旋转驱动所述研磨台的驱动部；保持所述研磨对象物并将所述研磨对象物向所述研磨垫按压的保持部；第一方式至第九方式中任一项所述的涡电流传感器，配置在所述研磨台的内部，伴随所述研磨台的旋转，沿着所述研磨对象物的研磨面检测形成于所述导电性膜的所述涡电流；及根据检测出的所述涡电流计算出所述研磨对象物的膜厚数据的终点检测控制器。
根据本申请发明的第十一方式，提供一种研磨装置，具有设备控制控制器，所述设备控制控制器基于所述终点检测控制器所计算出的膜厚数据，独立地控制所述研磨对象物的多个区域的按压力。
根据本申请发明的研磨装置的第十二方式，提供一种涡电流传感器，该涡电流传感器配置在形成有导电性膜的基板的附近，所述涡电流传感器具有：壶形芯，所述壶形芯具有底面部、设于所述底面部的中央的磁心部、设于所述底面部的周围的周壁部，所述壶形芯为磁性体；配置于所述磁心部，在所述导电性膜中形成涡电流的励磁线圈；及配置于所述磁心部，检测形成于所述导电性膜的所述涡电流的检测线圈，所述磁性体的相对电容率为5～15，相对导磁率为1～300，所述磁心部的外形尺寸为50mm以下，在所述励磁线圈上施加有频率为2～30MHz的电信号。在此，磁心部的外形尺寸是与利用励磁线圈施加在磁心部的磁场垂直的磁心部的截面的最大尺寸。
根据以上的方式，由于使用壶形芯，因此由励磁线圈产生的磁通被限制在磁心部的顶端与周壁部的顶端之间，能够作出磁通小的点径。另外，在磁性体的相对电容率为5～15，相对导磁率为1～300，所述磁心部的外形尺寸为50mm以下，在所述励磁线圈上施加有频率为2～30MHz的电信号的情况下，不产生电磁波的尺寸共振，因此磁通增强。因此，利用壶形芯的形状，一边使磁通变细而会聚，一边生成强的磁通，能够提高传感器的空间分辨率。由于能够以强的磁通，测定更窄范围的膜厚，因此能够测定到晶片的边缘附近。作为磁性体，例如，优选使用具有上述特性的Ni-Zn类铁素体。
在此，对不引起尺寸共振的条件进行说明。尺寸共振在与磁场垂直的芯的截面的最大尺寸为电磁波的波长λ的约1/2的整数倍的时出现。材料的特性与产生尺寸共振的波长之间具有以下关系。
λ＝C/f×√(μs×εr)
在此，C：真空的电磁波速度(3.0×108m/s)
μs：相对导磁率
εr：相对电容率
f：施加的磁场(电磁波)的频率
为了防止尺寸共振，根据使用的材料以及频率确定引起尺寸共振的最小尺寸，芯的尺寸比引起尺寸共振的最小尺寸小即可。在本发明的情况下，根据上述式可知，引起尺寸共振的最小尺寸约为7.5cm。因此，由于磁心部的外形尺寸为50mm以下，因此在本发明中不产生尺寸共振。
此外，2MHz～30MHz这一频率是检测金属的薄膜的厚度的变化这一目的所必要的频率。膜越薄，或者薄膜的阻值越大，为了检测薄膜的厚度的变化，越需要施加高频率的信号。在励磁线圈上施加2MHz～30MHz的高频是在研磨装置中所必要的。另外，相对电容率为5～15，相对导磁率为1～300的数值能够利用Ni-Zn类铁素体达成。
另外，相对电容率是物质的电容率ε与真空的电容率ε0的比ε/ε0＝εr。其测定根据JIS2138“电气绝缘材料-相对电容率以及感应电正接的测定方法”进行。相对导磁率是物质的导磁率μ与真空的导磁率μ0的比μs＝μ/μ0。其测定根据JISC2560-2“铁素体磁心-第二部：试验方法”进行。
在磁性体的材料为Ni-Zn类铁素体的情况下，Ni-Zn类铁素体与Mn-Zn类铁素体相比，由于导磁率以及电容率双方的值低，因此不产生电磁波的尺寸共振，因此磁通强。其结果是，利用壶形芯的形状，一边使磁通变细而会聚，一边生成强的磁通，能够提高传感器的空间分辨率。
根据本申请发明的第十三方式，所述涡电流传感器具有虚拟线圈，该虚拟线圈配置在所述磁心部，且对形成于所述导电性膜的所述涡电流进行检测。
此时，优选所述检测线圈、所述励磁线圈、所述虚拟线圈在所述磁心部的轴向上配置在不同的位置，并且在所述磁心部的轴向上，从靠近所述基板上的所述导电性膜的位置朝向远离的位置，以所述检测线圈、所述励磁线圈、所述虚拟线圈的顺序配置。
根据本申请发明的第十四方式，一种涡电流传感器，该涡电流传感器配置在形成有导电性膜的基板的附近，所述涡电流传感器具有：第一壶形芯和配置于所述第一壶形芯的附近的第二壶形芯，所述第一壶形芯以及所述第二壶形芯分别具有底面部、设于所述底面部的中央的磁心部、设于所述底面部的周围的周壁部，所述涡电流传感器具有：配置于所述第一壶形芯的所述磁心部，在所述导电性膜中形成涡电流的第一励磁线圈；配置在所述第一壶形芯的所述磁心部，检测形成于所述导电性膜的所述涡电流的检测线圈；配置于所述第二壶形芯的所述磁心部的第二励磁线圈；配置于所述第二壶形芯的所述磁心部的虚拟线圈；所述第一壶形芯的所述磁心部的轴向与所述第二壶形芯的所述磁心部的轴向一致，所述第一壶形芯以及所述第二壶形芯从靠近所述基板的位置朝向远离所述基板的位置，以所述第一壶形芯、所述第二壶形芯的顺序配置。
根据本申请发明的第十五方式，所述磁性体的相对电容率为5～15，相对导磁率为1～300，所述磁心部的外形尺寸为50mm以下，在所述第一以及第二励磁线圈上施加有频率为2～30MHz的电信号。
根据本申请发明的第十六方式，具有配置于所述周壁部的外部的金属制的外周部。利用金属包围周壁部的周围，从而屏蔽向外扩散的磁场，能够提高传感器的空间分辨率。也可以在周壁部上直接镀金属，也可以在周壁部的周围配置绝缘物，以包围该绝缘物的方式配置金属。另外，该外周部也可以接地。在该情况下，磁屏蔽的效果稳定，并且增加。
根据本申请发明的第十七方式，所述外周部具有在所述磁心部的轴向上延伸的至少一个槽。这样，在外周部形成切口(槽)，能够防止外周部的周向的涡电流的产生。
根据本申请发明的第十八方式，所述检测线圈以及所述励磁线圈所使用的导线为铜、锰铜镍线或镍铬合金线。通过使用锰铜镍线、镍铬合金线，电阻等温度变化减少，温度特性良好。
根据本申请发明的第十九方式，施加在所述励磁线圈的电信号的频率为，基于所述涡电流传感器的输出而检测形成于所述导电性膜的涡电流的检测电路不产生振荡的频率。
根据本申请发明的第二十方式，所述检测线圈、所述励磁线圈及所述虚拟线圈的导线的圈数被设定为，形成基于所述涡电流传感器的输出而检测形成于所述导电性膜的涡电流的检测电路不产生振荡的频率。
此外，在使用虚拟线圈的情况下，由于利用桥部电路测定，与共振型的测定系统相比，不增加电容器，因此能够以大频率进行测定。例如能够采用30MHz。这在测定片电阻高的金属膜方面有利。这是由于电阻越高的金属，在检测薄膜的厚度的变化时，越需要高频率。
根据本申请发明的第二十一的方式，提供一种研磨装置，具有：贴附有研磨垫的研磨台，所述研磨垫用于对包含所述导电性膜的研磨对象物进行研磨；旋转驱动所述研磨台的驱动部；保持所述研磨对象物并将所述研磨对象物向所述研磨垫按压的保持部；第十二方式至第二十方式中任一项所述的涡电流传感器，配置在所述研磨台的内部，伴随所述研磨台的旋转，沿着所述研磨对象物的研磨面检测形成于所述导电性膜的所述涡电流；及根据检测出的所述涡电流计算出所述研磨对象物的膜厚数据的终点检测控制器。
根据本申请发明的第二十二的方式，提供一种研磨装置，具有设备控制控制器，该设备控制控制器基于所述终点检测控制器所计算出的膜厚数据，独立地控制所述研磨对象物的多个区域的按压力。
以上，关于本发明的几个实施方式进行了说明，但上述发明的实施方式是为了容易理解本发明，并非将本发明限定于此。在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行变更、改良，当然，本发明包含其等价物。另外，在能够解决上述课题的至少一部分的范围内，或能够达成效果的至少一部分的范围内，可以对权利要求的范围以及说明书所记载的各结构要素进行任意组合或省略。
本申请主张2015年9月1日申请的日本专利申请号第2015-172007号，以及2015年9月16日申请的日本专利申请号第2015-183003号的优先权。特开2012-135865号公报、特开2013-58762号以及特开2009-204342号的包含说明书、权利要求的范围、附图以及摘要的全部公开，在本申请中作为参照整体引用。
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