渦電流センサ、研磨装置、めっき装置、研磨方法、めっき方法
【課題】渦電流センサが配置される周囲構造物の材料に影響されることなく、簡単な構成で高感度で且つ安定して導電性膜厚を検出できる渦流センサ及び該渦電流センサを提供すること。
【解決手段】導電性膜が形成された基体の近傍に配置されたセンサコイルを備え、該センサコイルに交流電流を通電することにより、前記導電性膜に渦電流を誘起し、該渦電流により発生する磁束変化をセンサコイルに誘起される誘起電圧により検出して前記導電性膜の膜厚を測定する渦電流センサにおいて、センサコイル２１、２２、２３はセンサヘッド２４に配置されており、センサコイル２１、２２、２３はそれぞれＡ側とＢ側の一対のコイルからなり、一対のコイルの各コイルに通電した際に、センサヘッド２４の一方のコイル周囲を周回する電流Ｉａが、他方のコイル周囲を周回する電流Ｉｂと絶対値が同じで流れの向きが逆になるように配置した。
【解決手段】導電性膜が形成された基体の近傍に配置されたセンサコイルを備え、該センサコイルに交流電流を通電することにより、前記導電性膜に渦電流を誘起し、該渦電流により発生する磁束変化をセンサコイルに誘起される誘起電圧により検出して前記導電性膜の膜厚を測定する渦電流センサにおいて、センサコイル２１、２２、２３はセンサヘッド２４に配置されており、センサコイル２１、２２、２３はそれぞれＡ側とＢ側の一対のコイルからなり、一対のコイルの各コイルに通電した際に、センサヘッド２４の一方のコイル周囲を周回する電流Ｉａが、他方のコイル周囲を周回する電流Ｉｂと絶対値が同じで流れの向きが逆になるように配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流センサに係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に形成した導電性膜の膜厚等を検出するのに好適な渦電流センサ、該渦電流センサを備えた研磨装置、めっき装置、研磨方法、めっき方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
渦電流センサの考え方の基本は、交流磁界を生成する励磁コイルを備えている。通常、効率よく交流磁界を発生させるために電気回路の共振現象を利用している。抵抗（Ｒ）、インダクタンス（Ｌ）、コンデンサ（Ｃ）の直列回路からなる直列共振現象は、よく知られているとおり、共振周波数における直列回路のインピーダンスＺは、Ｚ＝Ｒとなり、小さい交流電圧Ｅで最大の交流電流Ｉを励磁コイルに通電することができる。なお、本明細書及び図面では渦電流センサ等の構造を電気的等価回路に置き換えて論述している。式及び計算は、記号法を使用しているので、本来は式の記号の頭にドット（・）を付け、記号法表記（正弦波交流を表すのに瞬時値ではなく、大きさと位相を表現したベクトル表示）であることを示すところであるが、本明細書及び図面ではドット（・）の表示を省略する。
Ｚ＝Ｒ＋ｊ（ω×Ｌ）−｛１／（ω×Ｃ）｝・・・・・・・・・・・・（１）
ω：駆動電圧周波数［Ｈｚ］
ｊ：複素数成分を示す記号
【０００３】
駆動電圧周波数ωを０〜∞まで変化させたとき、インピーダンス値が最小となるＺは、式（１）の右辺２項＝０のときとなる。そのとき駆動電圧周波数ω0、インダクタンスＬ0、コンデンサＣ0の関係式は（２）式となる。
ω0＝１／ＳＱＲＴ（Ｌ0×Ｃ0）・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
そのとき、周波数ω0で駆動できる電流は、（３）式となる。
Ｉ0＝Ｅ／Ｒ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
【０００４】
発生する磁界（磁束）φは、電流Ｉに比例する。
φ＝（μ×Ａ×Ｎ×Ｉ）／Ｌg・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
μ：透磁率
Ａ：磁路断面積
Ｎ：コイルの巻数
Ｌg：磁路長
【０００５】
この磁界φ内に被検出体が進入すると電磁誘導現象により被検出体側に誘導起電圧Ｖが発生し二次電流ＩTが流れる（この二次電流を渦電流と呼び、渦電流センサと呼ばれるものがある。）。
Ｖ＝ＮT×（Δφ／Δｔ）＝−ＬT×（ΔＩT／Δｔ）・・・・・・・（５）
ＩT＝Ｖ／ＺT・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
ＮT：二次回路のコイル巻数
ＬT：二次回路のインダクタンス
ＺT：被検出体側のインピーダンス
【０００６】
そのため、励磁コイルの励磁源から見たインピーダンスＺは、相互インダクタンスの項が現われ（無視できなくなり）増加することになる。そのため、励磁回路の共振周波数が変化し、駆動交流電流Ｉの大きさと位相（交流電圧Ｅに対する）が変化することになる（励磁周波数は変わらない）。従って、磁界φの大きさと位相が変化する。この変化を何で検出するかによって検出方法、呼び方に種類がある。（起電力形、インピーダンス変化形など）
【０００７】
例えば、この変化を第２のコイルを備え、該第２のコイルに誘導される誘導電圧によって検出する方法が用いられている。被検出体の影響を顕著に検出するため定常状態の誘導電圧成分をキャンセル（バランス）させるために第３のコイルを備え、第２と第３のコイル両端に発生する誘導電圧の差を検出するとよいとされている。この検出した電位変化を励磁電圧周波数基準で検波し大きさと位相を得て終点検知や膜厚検出をしている。演算により実数部と虚数部を求め終点検知や膜厚検出を管理することもある。
【０００８】
研磨テーブル、基板保持具を備え、回転する研磨テーブルの研磨面に回転する基板保持具で保持する被研磨基板を押圧して、被研磨基板と研磨テーブルの研磨面の相対的運動により被研磨基板を研磨する研磨装置（ＣＭＰ装置）においては、上記膜厚検出器は研磨テーブルに埋め込み固定されている。この研磨テーブルの材質には、アルミニウム、ステンレス、アルミナ、炭化珪素（ＳｉＣ）などが使われている。特に研磨テーブルの温度制御性を必要とする場合には、アルミニウムや炭化珪素（ＳｉＣ）を使用し冷却水を通水するなどしている。また、熱容量の大きいステンレスを使用することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１０６８０５号公報
【特許文献２】特公表２００３−５３４６４９号公報
【特許文献３】特開２００５−１１９７７号公報
【特許文献４】特開昭５５−４３４２０号公報
【特許文献５】特開昭６１−１５１４０２号公報
【特許文献６】特開平０５−２３１８０９号公報
【特許文献７】特開２００７−２６３９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、渦電流センサに対して、比較的高い固有抵抗材質や良導体薄膜の終点検知や膜厚検出の性能向上の観点から、下記のことが要望されている。
１）感度向上
２）ロバスト性向上（高感度化に伴う外乱排除）
【００１１】
上記課題の明確化のために渦電流センサの簡単なモデル式を以下に示す。なお、ここでは静電容量成分を省略している。
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋（ω2×Ｍ0T2／（Ｒt＋ｊωＬt））・・・・・・・・（７）
Ｚ0：励磁源インピーダンス［Ω］
Ｒ0：励磁源抵抗［Ω］
Ｌ0：励磁源インダクタンス［Ｈ］
ω：励磁周波数［ｒａｄ／ｓｅｃ］
ＲT：被検出体側の二次回路抵抗［Ω］
ＬT：被検出体側の二次回路インダクタンス［Ｈ］
Ｍ0T：励磁コイルと二次回路の相互インダクタンス［Ｈ］
式（７）の右辺第三項が被検出体の影響になる。
【００１２】
図１は渦電流センサの簡単なモデルを示す。図１（ａ）に示す回路方程式をベクトル表示で示すと、
（ｊωＬ0＋Ｒ0）Ｉ0＋ｊωＭＩ2＝Ｅ0
（ｊωＬT＋ＲT）Ｉ2＋ｊωＭＩ1＝０
となり、下記のように変形できる。
〔Ｒ0＋ｊω（Ｌ0−Ｍ）〕Ｉ0＋ｊωＭ（Ｉ0＋ＩT）＝Ｅ0
ｊωＭ（Ｉ0＋ＩT）＋〔ＲT＋ｊω（ＬT−Ｍ）Ｉ2〕＝０
上記方程式は、図１（ｂ）に示す回路方程式と同じである。
【００１３】
図１（ａ）、（ｂ）に示す回路の合成インピーダンスは、
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊω（Ｌ0−Ｍ）
＋１／｛ｊωＭ＋ｊω（ＬT−Ｍ）＋ＲT｝／〔ｊωＭ×｛ｊω（ＬT−Ｍ）＋ＲT｝〕
＝Ｒ0＋ｊωＬ0−ｊωＭ）
＋〔ｊωＭ×（ｊωＬT＋ＲT）＋ω2Ｍ2〕／（ＲT＋ｊωＬT）
＝Ｒ0＋ｊωＬ0
＋｛−ｊωＭ（ＲT＋ｊωＬT）＋ｊωＭ（ＲT＋ｊωＬT）＋ω2Ｍ2｝
／（ＲT＋ｊωＬT）
＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋｛ω2Ｍ2／（ＲT＋ｊωＬT）｝
となり、被検出体の影響を含んだ励磁源から見たインピーダンスとなる。第３項も実数と虚数に別けると
（ＲT−ｊωＬT）ω2Ｍ2／｛（ＲT＋ｊωＬT）（ＲT−ｊωＬT）｝
＝（ω2Ｍ2ＲT−ｊωω2Ｍ2ＬT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）
となり、
Ｚ0＝Ｒ0＋｛（ω2Ｍ2）／（ＲT2＋ω2ＬT2）｝ＲT
＋ｊω〔Ｌ0−｛（ω2Ｍ2）／（ＲT2＋ω2ＬT2）｝ＬT〕
【００１４】
従って、検出感度を向上させるには、下記１）〜４）の方法がある。
１） 式（４）より、
磁界φを大きくする必要がある。そのために、励磁源インダクタンスＬ0、励磁コイル巻数Ｎ0、駆動電源電流Ｉ0を増やす選択肢がある。但し、下記のようなデメリットもある。
・励磁コイル巻数Ｎ0を増やし、励磁源インダクタンスＬ0を増大すると、直列共振周波数ωに影響がある。式（１）の右辺第２項＝０を満足するには、Ｌ0を増大すると、静電容量Ｃを小さく必要がある。静電容量Ｃを小さくできない場合には、励磁周波数ωを小さくする必要がある。励磁周波数ωを小さくすると後述するとおり感度の低下をまねく。そのため静電容量Ｃを小さくする工夫が必要となる。しかし、静電容量Ｃは、高周波回路になると線間容量や周囲物体との容量も無視できないことが多く、励磁コイルの巻数Ｎ0を増やしたことでも静電容量Ｃが増加することもある。
・駆動電源電圧Ｅ0を上げ、駆動電源電流Ｉ0を増やす。すると電源系のサイズ増加や消費電力の増加、駆動電源電流Ｉ0の増加による発熱の増加が定性的デメリットとしてある。従って、これらのことにも留意する必要がある。
【００１５】
２） 上記１）項のデメリットより、
励磁コイル回路の線間容量の削減や有効な磁界φに寄与しないインダクタンス成分の削減。例えば、無駄な配線長さの削減など。この効果分を有効な励磁源インダクタンスＬ0の増加、直列共振周波数の上昇に振当てる選択肢がある。
【００１６】
３） 上記式（５）より、
検出コイルの巻数やコイル径を増し、インダクタンスを増加する。この場合のデメリットは、励磁コイルとの電磁気的結合があるので励磁コイルの駆動電源から見た負荷＝回路インピーダンスに検出コイル系との相互インダクタンス成分が加わる。従って、仮に同じ周波数での電流を流そうとした場合には、その大きさと位相に影響を与えることになる。
【００１７】
４） 上記式（７）の右辺第３項より、
励磁周波数ωを大きくする（但し、被検出体側のインピーダンス増加への影響もあり）と励磁コイルと二次回路間の相互インダクタンスＭ0Tを増やす選択肢がある。
ここで、
Ｍ0T＝ＳＱＲＴ（Ｌ0×ＬT）×ｋ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）
ｋ：結合係数（＝０〜１）、励磁コイルと被検出体との距離にも比例する。従って、励磁コイルを被検出体に近づけるという選択肢もある。
【００１８】
しかしながら、上記に挙げた選択肢の多くは、感度向上＝被検出体以外の周囲の影響も顕著に検出できることを意味している。そのため、比較的高い固有抵抗材質や良導体薄膜の終点検知や膜厚検出の性能向上には、ロバスト性向上（検出センサ側としては）も重要な課題であることが分かる。従来、このロバスト性向上に対しては、周辺環境の工夫により検出感度や検出信号への影響を改善して相対的に安定性を確保してきた。例えば、渦電流センサでは、性能を最大限に引き出す条件としてセンサ周辺を検出ヘッド径の何倍かを空間とすることを推奨している。また、アルミナなどの高抵抗素材とすることもある。
【００１９】
検出感度の向上の一つの選択肢として励磁周波数の増加を挙げたが、実際には、交流電流の表皮効果の影響もあるため注意深く設計する必要がある。例えば、コイルの抵抗値Ｒは、中実の銅線を用いていても励磁周波数によっては中空の銅線と等価な抵抗値を示す。これは、励磁周波数が高くなると表皮深さが薄くなり電流密度の高い領域がコイル線の表面付近のみとなるためである。ＬＣＲ直列共振回路（反共振特性）を利用しても抵抗Ｒが増加すれば、励磁電流は減少し、磁界φは減少することになる。従って検出感度へ影響がでる。そのため、コイル線径を励磁電流周波数に合わせて適切な太さを選択すること必要である。
【００２０】
また、被検出体の厚さの上限値ｔｍａｘと励磁周波数と材質特性から算出される渦電流の表皮深さδとは、ｔｍａｘ≦δとなるように選択する。なお、本願のコイル形状による効果は、励磁周波数の値によらずその効果を発揮する。従って、実施例の励磁周波数は、一例でありその値に限定されるものではない。
【００２１】
渦電流センサの周囲導体の影響を下記に説明する。
先ず、従来の渦電流センサの一例を図面を用いて説明する。
〔励磁コイル、検出コイルの周囲に導体がある場合〕
・励磁コイルに注目
図２（ａ）に示すように、励磁コイル１０１に励磁電圧Ｅ０の励磁交流電源から励磁電流Ｉ０を流すと磁束φが発生する。励磁コイル１０１の近傍に周囲導体１０２が存在すると、図２（ｃ）に示すように、周囲導体１０２内に二次電流が発生し、励磁コイル１０１のインピーダンスＺ0が大きくなる。そのため励磁電圧Ｅ0一定でも励磁コイル１０１を駆動する励磁電流Ｉ0＝Ｅ0／Ｚ0は小さくなり、励磁電流Ｉ0によって発生する磁界φが小さくなる。被検出体より周囲導体１０２との距離が近いので、相互誘導の結合力は、周囲導体１０２側が支配的となる。従って、被検出体の影響によりΔＩ0、Δφが小さくなり、検出感度が低下する。そのため、一般的にコイル周囲を空間とするか、高抵抗物質としている。図２（ｂ）において、１０３は周囲導体１０２の電気等価回路をＲとＬの直列回路で表している。
【００２２】
・検出コイルに注目
図３は、励磁コイル１０１のインダクタンスＬ0、検出コイル１０５のインダクタンスＬ1、被検出体の等価回路モデルＬｔ、Ｒｔ、検出コイル１０５の周囲導体１０２による等価回路Ｌ、Ｒを示している。図３に示すように、検出コイル１０５の近傍に周囲導体１０２が存在すると、それをＲとＬの電気等価回路１０３で示すことができる。励磁電源からみた励磁コイルのインピーダンスＺ0が高く(大きく)なり、発生する磁界φが低下（小さく）する。また、ＲT＋ｊωＬT（被検出体）の影響よりもＲ＋ｊωＬ（周囲導体）の影響が大きい（距離が近い方が相互誘導の結合力が大きいため）。よって、ＲT＋ｊωＬTによるΔφ／Δｔが減少し、検出感度が低下する（検出コイル１０５の両端電圧Ｖ1が小さくなる）。
【００２３】
研磨装置（ＣＭＰ装置）において、渦電流センサが研磨テーブルに固定されている。研磨テーブルの構成材料としては、アルミニウム、ステンレス、アルミナ、炭化珪素（ＳｉＣ）等が使われている。特に研磨テーブルの温度制御を必要とする場合には、アルミニウムや炭化珪素（ＳｉＣ）を使用し冷却水を通水するなどしている。また、熱容量の大きいステンレスを使用することもある。そのため、研磨テーブルの構成材料にアルミニウムやステンレスを使いたい場合には、渦電流センサ周辺を電気抵抗の高い別ピース部材を挿入して囲む必要がありデメリットとなる。そのため研磨テーブルの構成材料として炭化珪素（ＳｉＣ）やアルミナなどの選択肢がある。アルミナを選択した場合には、研磨プロセスによる発熱量を除去する工夫が必要となる。そのため、炭化珪素（ＳｉＣ）を選択する場合が多い。しかしながら、炭化珪素（ＳｉＣ）は、セラミックスの中では電気抵抗の低い材質であり、今後、渦電流センサの高感度化を進める上で無視できない材質となってくる。
【００２４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、渦電流センサが配置される周囲構造物の材料に影響されることなく、簡単な構成で高感度で且つ安定して導電性膜厚を検出できる渦電流センサ、該渦電流センサを備えた研磨装置、めっき装置、研磨方法、めっき方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため本発明は、導電性膜又は導電性膜が形成された基体の近傍に配置されたセンサコイルを備え、該センサコイルに交流電流を通電することにより、導電性膜に渦電流を誘起し、該渦電流により発生する磁束変化をセンサコイルに誘起される誘起電圧により検出して導電性膜の膜厚を測定する渦電流センサにおいて、センサコイルはセンサヘッドに配置されており、センサコイルは少なくとも一対のコイルからなり、一対のコイルを各コイルに通電した際に、センサヘッドの一方のコイル周囲を周回する電流が、他方のコイル周囲を周回する電流と絶対値が同じで流れの向きが逆になるように配置したことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、センサコイルは、一対のコイルからなる励磁用コイルと、一対のコイルからなる少なくとも１つの検出用コイルを具備することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、センサヘッドの所定位置に励磁用コイルを配置し、該励磁用コイルの上下に検出用コイルを配置し、一方の検出用コイルを他方の検出用コイルの定常状態の誘導電圧を打ち消すバランスコイルとしたことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、励磁用コイルの一対のコイルは、同じコイルを左右対称に配置したことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、検出用コイルの一対のコイルは、同じコイルを左右対称に配置したことを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、励磁用コイルの一対のコイルは、平面８の字状に形成されたコイルであることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、検出用コイルの一対のコイルは、平面８の字状に形成されたコイルであることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、平面８の字状に形成されたコイルの交差部の開き角度は９０°であることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、センサヘッドは絶縁体材料で構成されていることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明は、導電膜が形成された基板を研磨する研磨装置において、基板の導電膜の膜厚を検出する膜厚検出センサとして、上記渦電流センサのいずれかを備えたことを特徴とする。
【００３５】
また、本発明は、導電膜を形成するめっき装置において、基板に形成される導電膜の膜厚を検出する膜厚検出センサとして、上記渦電流センサのいずれかを備えたことを特徴とする。
【００３６】
また、本発明は、導電膜が形成された基板の該導電膜の膜厚を膜厚センサで監視しながら該導電膜を研磨する研磨方法において、膜厚センサとして上記渦電流センサのいずれかを用いたことを特徴とする。
【００３７】
また、本発明は、基板の表面に形成される導電膜の膜厚を膜厚センサで監視しながら、該導電膜を形成するめっき方法において、膜厚センサとして上記渦電流センサのいずれかを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明は、センサコイルはセンサヘッドに配置されており、センサコイルは少なくとも一対のコイルからなり、一対のコイルを各コイルに通電した際に、センサヘッドの一方のコイル周囲を周回する電流が、他方のコイル周囲を周回する電流と絶対値が同じで流れの向きが逆になるように配置したので、渦電流センサの配置されている周囲構造物の材料に影響されることなく、簡単な構成で高感度で且つ安定して導電性膜厚を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】渦電流センサの簡単なモデルを示す図である。
【図２】図２は従来の渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図３】図３は従来の渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図４】図４は本発明の先行技術である渦電流センサのコイル構成と動作を説明する図である。
【図５】図５は励磁源インピーダンスＺ0の複素平面でのベクトル軌跡を示す図である。
【図６】図６は励磁源インピーダンスＺ0と被検出体抵抗ＲTの関係を示す図である。
【図７】図７は励磁源インピーダンスＺ0の複素平面でのベクトル軌跡を示す図である。
【図８】図８は図４に示す渦電流センサのコイルの動作を説明するための図である。
【図９】図９は励磁源インピーダンスＺ0の複素平面でのベクトル軌跡を示す図である。
【図１０】図１０は励磁源インピーダンスＺ0の複素平面でのベクトル軌跡を示す図である。
【図１１】図１１は検出コイルを含むＺ0とＲTの関係の一例を示す図である。
【図１２】図１２は実施例１に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図１３】図１３は図１２に示す渦電流センサの動作を説明するための変形例を示す図である。
【図１４】図１４は図１３に示す渦電流センサの等価回路を示す図である。
【図１５】図１５は図１４の等価回路を２つの等価回路に分けた図である。
【図１６】図１６は実施例１に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図１７】図１７は図１６の渦電流センサを用いる渦電流センサシステムのシステム構成例を示す図である。
【図１８】図１８は実施例２に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図１９】図１９は実施例３に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図２０】図２０は実施例４に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図２１】図２１は実施例５に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図２２】図２２は導電膜膜厚センサに本発明に係る渦電流センサを用いる基板研磨装置の要部構成例を示す図である。
【図２３】図２３は基板めっき装置の概略構成を示す図である。
【図２４】図２４は図２３に示す基板めっき装置に導電膜膜厚センサとして従来の渦電流センサを用いた基板めっき装置の概略構成を示す図である。
【図２５】図２５は図２３に示す基板めっき装置に導電膜膜厚センサとして本発明に係る渦電流センサを用いた基板めっき装置の概略構成を示す図である。
【図２６】図２６は駆動電源側から見た渦電流センサのインピーダンスの座標の円軌跡を示す図である。
【図２７】図２７は導電性膜と渦電流センサ２０との間のギャップを変化させた場合のインピーダンス座標面における円軌跡の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図４は本発明に係る渦電流センサに先行する特許文献１に記載されている渦電流センサのセンサコイルの構成例を示す図である。本渦電流センサは、被検出体（導電性膜）の影響を顕著に検出するために、定常状態の誘導電圧成分をキャンセル（バランス）させるために、図４（ａ）に示すように、第１のコイル（励磁コイル）１１の両側（図では上下側）に第１検出コイル１２と第２検出コイル１３を設け、第１検出コイル１２と第２検出コイル１３の両端に発生する誘導電圧の差を差電圧検出回路１４で検出するように構成している。励磁コイル１１、第１検出コイル１２、第２検出コイル１３はセンサヘッド１５に保持されている。図４（ｂ）は本渦電流センサの回路構成を示す図である。
【００４１】
上記式（７）で示す第１のコイル（励磁コイル）１１の駆動電源Ｅ0から見たインピーダンスＺ0は、
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋（ω2ＭOT2）／（ＲT＋ｊωＬT）
＝Ｒ0＋（ω2Ｍ0T2ＲT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）
＋ｊω〔Ｌ0−（ω2Ｍ0T2ＬT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）〕
Ｍ0T＝（Ｌ0ＬT）1/2，ｋ＝０〜１＝（Ｍ0T）／（Ｌ0ＬT）1/2
ＲTが０〜∞に変化したときのＺ0は、
Ｚ0(RT=0)＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋（ω2Ｍ0T2）／（０＋ｊωＬT）
＝Ｒ0＋ｊω（Ｌ0−Ｍ0T2／ＬT）
【００４２】
Ｍ0T2＝Ｌ0ＬTｋ2とおくと、Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0（１−ｋ2）となる。
結合係数ｋは、励磁コイルと被検出体との距離に反比例する。
ｋ＝１のとき、Ｚ0＝Ｒ0
ｋ＝０のとき、Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0
Ｚ0(RT=∞)＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋（ω2Ｍ0T2）／（∞＋ｊωＬT）
＝Ｒ0＋ｊωＬ0
複素平面でインピーダンスＺ0のベクトルの軌跡を表すと図５に示すようになる。
【００４３】
図５のＺ0ベクトル軌跡は、式（７）で容量成分を省略したため実数部Ｒｅ−虚数部Ｉｍ平面の第一象限の軌跡となる。このＺ0ベクトル軌跡を利用して被検出体を検出する場合の特徴は、下記１）〜３）となる。
１）検出感度を大きくする＝軌跡の円弧を大きくする＝Ｌ0を大きくする。
２）被検出体が無い状態でＺ0が最大。そのため、所定の電流Ｉ0を流すための電圧Ｅ0が相対的に大きな値が必要となる。
３）．被検出体抵抗：ＲT＝０のとき、Ｚ0は最小となり、そのとき最大電流が流れることになる。
【００４４】
また、具体的な回路パラメータを使い計算すると重要な特徴が浮き彫りになる。図６はＺ0とＲTの関係を示す図である。図６に示す通り、各ｋでのＺ0ベクトル軌跡の同一ＲTプロットは、直線上にのることが分かる。結合係数ｋは、センサヘッドと被検出体間の距離に反比例する。しかし、この距離が変化しても同上直線とＺ0（Ｉｍ）軸との角度を計測すれば、被検出体側の二次回路抵抗ＲTを同定することができることがわかる。被検出体側の膜厚は、被検出体の二次回路抵抗ＲTに反比例することが分かっているから、センサヘッドと被検出体間の距離変動にロバストな膜厚計測ができることを示している。
【００４５】
続いて、上記特徴２）、３）の対策として、励磁周波数での初期励磁源インピーダンスＺ0を小さくするためにＬＣＲ直列共振回路特性を利用する場合がある。この場合には、式（７）に容量成分項：−ｊ（１／ωＣ）を加えることになる。
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋（ω2Ｍ0T2）／（ＲT＋ｊωＬT）−ｊ１／ωＣ
＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ0T2）／（ＲT2＋ω2ＬT2）〕ＲT
＋ｊ〔ωＬ0−ω｛（ω2Ｍ0T2）／（ＲT2＋ω2ＬT2）｝ＬT−１／ωＣ〕
・・・（８）
Ｚ0(RT=0)＝Ｒ0＋０＋ｊ〔ωＬ0−ω（Ｍ0T2）／（ＬT）〕−１／ωＣ〕
Ｍ0T＝（ＬTＬ0）1/2ｋとおくと、
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊ〔ωＬ0−ωＬ0ｋ2−１／ωＣ〕
ｋ＝１のとき、
Ｚ0＝Ｒ0−ｊ１／ωＣ
となる。ここで注目する点は複素（Ｒｅ−Ｉｍ）平面の第四象限ベクトルの成分であり、Ｃが小さいほど軌跡円弧大となることである。
【００４６】
続いて、ＲT＝∞では、
Ｚ0(RT=∞)＝Ｒ0＋０＋ｊ〔ωＬ0−０−１／ωＣ〕
＝Ｒ0＋ｊ（ωＬ0−１／ωＣ）
ここで注目する点は、Ｚ0(RT=∞)はｋに依存しないことである。ω＝１／（Ｌ0Ｃ）1/2より、
Ｃ＝１／ω2Ｌ0
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊ（ωＬ0−ω2Ｌ0／ω）＝Ｒ0
となる。このベクトル軌跡を図７に示す。ここで注目する点は、図７に示すように、全てのＺ0はＺ0＝Ｒ0に収束し、初期状態のインピーダンスＺ0は最小値となることである。
【００４７】
上記Ｚ0のベクトル軌跡を利用して被検出体を検出する場合の特徴は、下記１）、２）となる。
１）検出感度を大きくする＝軌跡の円弧を大きくする＝Ｃを小さくする。言い換えれば、Ｌ0を大きくすることを意味している。
２）被検出体抵抗：ＲT＝∞のとき、つまり初期状態（被検出体無しの状態）でＺ0最小となり、そのとき最大電流が流れることになる。
【００４８】
上記インピーダンスＺ0の変化を何で検出するかによって検出方法、呼び方に種類がある。その一つが図４に示す構成の渦電流センサである。図４に示す構成の渦電流センサを図８を用いて整理する。励磁コイル１１の両側（図では上下側）に第１検出コイル１２と第２検出コイル１３が配置されている。第１検出コイル１２に誘起される誘起電圧Ｖ1＝−Ｎ1（Δφ／Δｔ）、第２検出コイル１３に誘起される電圧Ｖ2＝−Ｎ2（Δφ／Δｔ）とし、電位の基準（接地側）を第１検出コイル１２はコイルの下側、第２検出コイル１３ではコイルの上側としている。第１検出コイル１２の誘起電圧Ｖ1と第２検出コイル１３の誘起電圧Ｖ2は反対にしている。よって、誘起電圧Ｖ1と誘起電圧Ｖ2の電位変位を観察すると定常状態からのΔφ分を検出できる。
【００４９】
一定電圧Ｅ0で励磁コイル１１を駆動した場合の励磁電流Ｉ0は、インピーダンスＺ0の変化により変化する。励磁電流Ｉ0により発生する磁束φは、励磁電流Ｉ0に比例する。磁束φは、周波数ωの交番磁束であるから、第１検出コイル１２、第２検出コイル１３の両端には、電磁誘導現象により誘起電圧Ｖ1、Ｖ2が発生する。初期状態（ＲＴ＝∞、或いは被検出体が無い）での起電力成分をキャンセルさせ、初期状態からの変化を観測しやすくするため第１検出コイル１２と第２検出コイル１３の２つの検出コイルを用いている。
【００５０】
次に、上記第１検出コイル１２と第２検出コイル１３の影響を説明するために、図４の第１検出コイル１２と第２検出コイル１３、円筒状センサヘッド１５の周囲を筒状の周囲部材で囲まれた場合の成分をモデルに置き換え、式（８）に追加する。
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0
＋（ω2Ｍ0T2）／（ＲT＋ｊωＬT）
＋（ω2Ｍ012）／（Ｒ1＋ｊωＬ1）
＋（ω2Ｍ022）／（Ｒ2＋ｊωＬ2）
＋（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm＋ｊωＬm）−ｊ１／ωＣ・・・・・・・・（９）
【００５１】
ここで、（ω2Ｍ0T2）／（ＲT＋ｊωＬT）は被検出体成分で、（ω2Ｍ012）／（Ｒ1＋ｊωＬ1）は第１検出コイル１２の成分、（ω2Ｍ022）／（Ｒ2＋ｊωＬ2）は第２検出コイル１３の成分、（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm＋ｊωＬm）は周囲部材の成分である。そしてそれぞれ、
（ω2Ｍ0T2）／（ＲT＋ｊωＬT）＝（ω2Ｍ0T2）（ＲT−ｊωＬT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）
（ω2Ｍ012）／（Ｒ1＋ｊωＬ1）＝（ω2Ｍ012）（Ｒ1−ｊωＬ1）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）
（ω2Ｍ022）／（Ｒ2＋ｊωＬ2）＝（ω2Ｍ022）（Ｒ2−ｊωＬ2）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）
（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm＋ｊωＬm）＝（ω2Ｍ0m2）（Ｒm−ｊωＬm）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）
となる。
【００５２】
従って、式（９）の実数部Ｒｅ、虚数部Ｉｍはそれぞれ、
Ｒｅ） （ω2Ｍ0T2ＲT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）
＋（ω2Ｍ012Ｒ1）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）
＋（ω2Ｍ022Ｒ2）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）
＋（ω2Ｍ0m2Ｒm）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）＋Ｒ0
Ｉｍ） −ｊω〔（ω2Ｍ0T2ＬT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）
＋（ω2Ｍ012Ｌ1）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）
＋（ω2Ｍ022Ｌ2）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）
＋（ω2Ｍ0m2Ｌm）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕−ｊ１／ωＣ＋ｊωＬ0
となる。
【００５３】
Ｚ0(RT=0)＝Ｒ0＋０＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
＋〔（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕Ｒm
＋ｊ〔ωＬ0−ω｛（ω2Ｍ0T2）／（０＋ω2ＬT2）｝ＬT
−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
−ω｛（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm−１／（ωＣ）〕
【００５４】
ここでＲm≒∞（周囲部材の材質を絶縁体）とする。Ｃは第１検出コイル１２、第２検出コイル１３を含んだ励磁源から見た成分（ＲT＝∞）とωより設定するから、
Ｌ＝Ｚ0（Ｉｍ）／ω＝Ｌ0−〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｌ1
−〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｌ2
Ｃ＝１／（ω2Ｌ）より、１／ωＣ＝ωＬ
Ｍ0Tは第１検出コイル１２、第２検出コイル１３を含んだＬとＬTとの相互インダクタンスとし、Ｍ0T＝（ＬＬT）1/2ｋとおくと、
【００５５】
Ｚ0＝Ｒ0＋０＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2＋０
＋ｊ〔ωＬ0−ω｛（ω2ＬＬTｋ2）／（０＋ω2ＬT2）｝ＬT
−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2−ωＬ〕
Ｚ0（Ｉm）成分は、−ｊωＬｋ2＝−ｊω〔−Ｌ0＋｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1＋｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2〕ｋ2
ｋ＝１のとき、
Ｚ0＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
−ｊω〔−Ｌ0＋｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1＋｛（ω2Ｍ022）／
（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2〕
ここで注目すべき点は複素（Ｒｅ−Ｉｍ）平面の第四象限ベクトルの成分であり、そのベクトルの絶対値（大きさ）が検出コイルの影響分大きくなることである。
【００５６】
Ｚ0(RT=∞)＝Ｒ0＋０＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
＋〔（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕Ｒm
＋ｊ〔ωＬ0−０−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
−ω｛（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm−１／（ωＣ）〕
Ｒm≒∞（周囲材質が絶縁体）、Ｃは第１検出コイル１２、第２検出コイル１３を含んだＬ成分とωより設定するから、
ω＝１／（ＬＣ）1/2
Ｌ＝Ｚ0（Ｉm）／ω
＝〔ωＬ0−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2〕／ω
＝Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
よって、Ｃ＝１／（ω2Ｌ）より、１／（ωＣ）＝ωＬ
【００５７】
Ｚ0＝Ｒｅ成分＋ｊω〔Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2−Ｌ〕
ここで、〔Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2−Ｌ〕＝０、よってＲT＝∞で、Ｚ0＝Ｒｅ成分のみ
＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
このベクトル軌跡を図９に示す。ここで注目する点は、図９に示すように、Ｚ0ベクトルの絶対値（大きさ）に対して変化分の割合が小さくなったことである。
【００５８】
以上より、このＺ0ベクトル軌跡を利用して被検出体を検出する場合の特徴は、下記１）〜４）となる。
１）検出感度を大きくするには、軌跡の円弧を大きくする。即ちＬ0を大きくする。
２）第１検出コイル１２、第２検出コイル１３の影響により初期状態のＺ0は大きくなる。即ち、励磁電流Ｉ0が低下し、磁束φが低下する。
３）第１検出コイル１２、第２検出コイル１３の影響によりＺ0の変化分が少なくなる。即ち、被検出体の膜厚変化によるＺ0の変化が低下する。これは検出感度が低下することを意味している。
４）検出コイルに並列接続する抵抗値は、大きいほどＺ0への影響が小さくなる。
【００５９】
なお、並列抵抗値の値は、被検出体の膜厚測定レンジ上限抵抗値相当以上にするとよい。ただし、この抵抗値は、図４の可変抵抗器ＶＲ２の調整で最終的に決まる。この調整とは、図８の誘起電圧Ｖ１、Ｖ２の位相調整である。そのため、並列抵抗値とコイルの並列回路の特性根：ωｎ＝Ｒ／Ｌ［ｒａｄ／ｓｅｃ］が励磁周波数ωのω／１０〜１０ωの範囲が良い。
【００６０】
一定電圧Ｅ0で励磁コイル１１を駆動した場合の励磁電流Ｉ0は、インピーダンスＺ0の変化により変化する。励磁電流Ｉ0により発生する磁束φは、該励磁電流Ｉ0に比例する。磁束φは、周波数ωの交番磁束であるから第１検出コイル１２、第２検出コイル１３の両端には、電磁誘導現象により誘導起電圧が発生する。この誘起電圧Ｖは、Ｖ＝−Ｎ（Δφ／Δｔ）（Ｎ：コイル巻数）であるから、誘起電圧Ｖを検出することで磁束φの周波数ωでの変動成分を観測でき、よってインピーダンスＺ0の変化を観測していることになる。誘起電圧Ｖを検出した後の詳しい信号処理は、本願の要旨ではないのでその説明は省略する。（例えば特許文献１参照）
【００６１】
上記に記載する方法で被検出体の膜厚や研磨プロセスの終点検知などを達成している。基本原理に電磁誘導現象を利用しているから、上記のように周囲の物体が導電体であるとその影響を大きく受ける。Ｚ0ベクトル軌跡に対する円筒状のセンサヘッド１５の周囲構造物が比較的抵抗値の低い材質で構成されている場合の影響について説明する。式（９）の周囲材質の項を活かして整理すると、
・被検出体との結合係数：ｋ＝１
・Ｃは第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３を含んだ励磁源からみたＬ成分（ＲT＝∞）とωより設定する。但し、このＬ成分には、周囲構造物の材質の影響を含まず、周囲の構造物を絶縁体として設定する。
・Ｍ0Tは、第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３と抵抗値の下がった周囲導体のＬmを含んだＬ’とＬTとの相互インダクタンスとし、Ｍ0T＝（Ｌ’ＬTｋ）1/2とおくと、
Ｌ’＝Ｚ0（Ｉm）／ω
＝〔ωＬ0−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm〕／ω
＝Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm
Ｚ0(RT=0)＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
＋〔（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕Ｒm
＋ｊ〔ωＬ0−ωＬ’−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
−ω｛（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm−ωＬ〕
【００６２】
Ｚ0の虚数（Ｉｍ）成分Ｚ0（Ｉm）は、Ｌ＝Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2より、
Ｚ0（Ｉm）＝ｊ〔−ωＬ’−ω｛（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm〕
＝−ｊω〔−Ｌ0＋｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
＋｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2〕
Ｚ0(RT=0)＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
＋〔（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕Ｒm
＋ｊω〔Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2〕
ここで、注目する点は虚数（Ｉｍ）成分からＬmの項が消えることである。
Ｚ0’(RT=∞)＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
＋〔（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕Ｒm
＋ｊ〔−ω｛（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm〕
【００６３】
このベクトル軌跡を図１０に示す。このように、センサヘッド周囲の材質抵抗が下がり、誘導電流が流れる経路を有するとＺ0ベクトルは、大きさは増加し、変化が減少（減衰）することが説明できる。
【００６４】
良導体でも薄膜化が進むと、その材質内での電子の平均自由工程と膜厚とが近づいてくると抵抗率が上昇する。そのため抵抗率の高い被検出体を検知するために、励磁周波数ωを高くする等の感度向上のため対策が採られる。その結果、周囲構造物の材質の影響を無視できなくなることがある。具体的なパラメータを使い計算した結果を参考例として図１１に示す。ここでは、励磁周波数ω＝２９ＭＨｚ、周囲材質による電気回路抵抗：Ｒｍ＝ＩＧΩと１ｋΩの例を示す。
【００６５】
上記のように、渦電流センサの検出感度を向上させる対策の効果を引き出すには、周囲物体の影響を削減する方策を平行して実施する必要がある。本願発明では、比較的高い固有抵抗材質や良導体薄膜の終点検知や膜厚検出の性能向上のために検出感度向上とロバスト性向上を併せて持った渦電流センサを提供する。そのために、励磁コイルや検出コイルの周辺での渦電流（二次電流）発生を防止する磁気回路構造を備えた渦電流センサを提供する。磁気回路を工夫することで渦電流センサの周囲材質が導体であっても発生する誘導起電圧を全体として打ち消すようにする。そのため、周囲材質に二次電流が流れない構造とすることができる。よって、式（９）のＲｍを∞相当にすることで、周囲材質の影響を削減（理想的には消去）することができる。
【００６６】
なお、上述の励磁回路のＬＣＲ直列共振回路特性を利用するためのＣの設定と記述したが、Ｃの値は、１００ｐＦ以下のレベルである。そのため、実際の回路調整では、配線やコイルなどの必要構造物による容量成分（Ｃ）を極力抑える工夫をし合わせ込みすることが多い。（配線とＧＮＤ距離や配線間距離、コイルの巻き方など）
【実施例１】
【００６７】
図１２は本発明に係る渦電流センサの概略構成を示す。本渦電流センサ２０は円環状の励磁コイル２１、検出コイル２２、２３をそれぞれ２個以上（ここではＡ（左）側とＢ（右）側の２個）組合せた構成としている。２４は励磁コイル２１、検出コイル２２、２３を埋め込んだセンサヘッドであり、該センサヘッド２４はプラスチック、セラミック等の絶縁体で構成されている。励磁コイル２１をセンサヘッド２４の上下方向所定位置に配置し、該励磁コイル２１を挟んで検出コイル２２、２３を上下に配置して構成している。検出コイル２２、２３の一方の検出コイル（ここでは検出コイル２３）を定常状態の誘導電圧成分をキャンセルするバランスコイルとしている。２５は周囲導体である。なお、図１２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本渦電流センサ２０の平面、断面を示す。
【００６８】
上記構成の渦電流センサ２０において、Ａ側の励磁コイル２１の発生磁界による周囲導体２５に誘起される誘起電圧Ｖａによって流れる電流Ｉａは、Ａ側の励磁コイル２１の周囲を周回するように流れたいが、Ａ側の励磁コイル２１とＢ側の励磁コイル２１の間のセンサヘッド２４の構成部材が絶縁体であるため、電流Ｉａは限りなく０に近くなる。また、Ｂ側の励磁コイル２１の発生磁界による周囲導体２５に誘起される誘起電圧Ｖｂによって流れる電流Ｉｂは、Ｂ側の励磁コイル２１の周囲を周回するように流れたいが、上記のようにセンサヘッド２４の構成部材が絶縁体であるため、電流Ｉｂは限りなく０に近くなる。理想的には、Ａ側の励磁コイル２１により誘起させる誘起電圧ＶａとＢ側の励磁コイル２１により誘起される誘起電圧ＶｂはＶａ＝Ｖｂとなる。そのためにはＡ側の励磁コイル２１とＢ側の励磁コイル２１の形状寸法と巻数を同じにする。従って、Ａ側の励磁コイル２１とＢ側の励磁コイル２１の周囲を回る周回電流Ｉａ−Ｉｂも０となる。
【００６９】
また、Ａ側の検出コイル２２、２３、及びＢ側の検出コイル２２、２３も上記Ａ側及びＢ側の励磁コイル２１と同じに構成され、励磁と検出の相違のみで誘起電圧及び該誘起電圧によって流れる電流は同じであるので、説明は省略する。
【００７０】
図１２に示す渦電流センサ２０を図１３（ａ）、（ｂ）に書き換え、これをベクトル回路で示すと図１４のようになり、更に図１５（ａ）、（ｂ）に示すように２つの回路に書き換えることができる。Ａ側のコイルとＢ側のコイルは巻き方向が互に反対で直列に接続されている。図１４の回路において、Ｌ01はＡ側の励磁コイル２１を、Ｌ02はＢ側の励磁コイル２１をそれぞれ示す。コイルＬ01、コイルＬ02に同方向の電流Ｉ0を供給したとき、コイルＬ01で発生する磁束φ1（磁界Ｈ1）とコイルＬ02で発生する磁束φ2〈磁界Ｈ2〉の向きが反対となるため、周囲材質の等価電気回路モデルのインダクタンスＬm1、Ｌm2の両端に発生する誘起電圧Ｖm1と誘起電圧Ｖm2は互いに向きが反対となる。Ｌm1とＬm2の結合点ａは他に継がるルートがない。そのため誘起電圧Ｖm1＋Ｖm2による電流は流れない。なお、図１３（ａ）において、２６は被検出体を示す。
【００７１】
Ｉm1＝Ｖm1／Ｚm1＝−Ｎm1（Δφ1／Δｔ）／（Ｒm1＋Ｒm2＋ｊωＬm1）
φ1＝（μＡ01Ｎ01／Ｌ01）Ｉ0
Ｉm2＝Ｖm2／Ｚm2＝−Ｎm2（Δφ2／Δｔ）／（Ｒm1＋Ｒm2＋ｊωＬm2）
φ2＝（μＡ02Ｎ02／Ｌ02）Ｉ0
多数の起電力を含む回路網の電流分布は、各起電力が１つずつ単独に存在したときの電流分布の和に等しいとする重合せの理により、磁束φ1、φ2は大きさが同じで互いに反対向きの磁束分布とすれば、周囲材質の形状で決まるＮm1＝Ｎm2の条件を加えて、誘起電圧Ｖm1とＶm2を比較すると、Ｖm1＝−Ｖm2より、Ｖm1＋Ｖm2＝０であり、電流Ｉm1とＩm2の流れる方向は反対、また同様にＬm1＝Ｌm2であるから、
Ｚm1＝Ｚm2
よって、
ΣＩm＝Ｉm1＋Ｉm2＝０
となる。
【００７２】
図１６は本発明に係る渦電流センサ２０’の概略構成例を示す図である。本渦電流センサ２０’が図１２の渦電流センサ２０と異なる点は、本渦電流センサ２０’ではセンサコイルを励磁コイル２１のみとしている点である。図１７は渦電流センサ２０’を用いた渦電流センサシステム構成を示す図である。Ａ側の励磁コイル２１であるコイルＬ01、該コイルＬ01と巻方向が反対のＢ側の励磁コイル２１であるコイルＬ02を直列に接続し、該直列回路に駆動電源Ｅ0から周波数ωの交流励磁電流Ｉ0を供給するようにしている。
【００７３】
渦電流センサ２０’の信号処理部６０は図１７に示すように振幅調整器６１、位相調整器６２、高周波増幅器６３、ｓｉｎ成分を検出するｓｉｎ検波部とｃｏｓ成分を検出するｃｏｓ検波部を備えた検波器６４で構成されている。駆動電源Ｅ0からＡ側励磁コイル２１、Ｂ側励磁コイル２１に供給される電流Ｉ0を電流センサ６５で検出し、該電流センサ６５からΔＩ0／Δｔ＝ＥI相当信号を高周波増幅器６３に入力する。振幅調整期器６１及び位相調整器６２では初期状態（ＲＴ＝∞）の出力をできるだけ０にするための信号ｅ0を作成し、位相調整器６２から信号ｅ0を高周波増幅器６３に入力する。また、検波器６４には駆動電源Ｅ0から検波用基準信号Ｓが入力される。高周波増幅器６３では、（ＥI−ｅ0）×Ｇ＝Ｅout信号を作成し、検波器６４に入力する。検波器６４ではＥoutの実数Ｒｅ成分と虚数Ｉｍ成分を検出し、それぞれ出力する。
【実施例２】
【００７４】
図１８（ａ）、（ｂ）は本発明に係る渦電流センサ２０’’の概略構成例を示す図である。本渦電流センサ２０’’が図１６、図１７に示す渦電流センサ２０‘と異なる点は、センサコイルとしてＡ、Ｂ側の励磁コイル２１、２１であるコイルＬ01、Ｌ02の他に検出コイル２２、２２であるコイルＬ11、Ｌ12を設けている点である。そして図１８（ｃ）に示すようにコイルＬ01とＬ02を直列、コイルＬ11とＬ12を直列に接続している。コイルＬ11とＬ12の直列回路に接続された抵抗Ｒ1の両端の電圧Ｖ1は、
Ｖ1＝−Ｎ1Δφ／Δｔ≒ΔＩ0／Δｔ＝ＥI
となり、図１７の信号処理部６０と同じ構成の信号処理部６０を設けることにより、Ｅoutの実数Ｒｅ成分と虚数Ｉｍ成分を検出することができる。
【実施例３】
【００７５】
図１９は本発明に係る渦電流センサの概略構成を示す。本渦電流センサ３０は、半円環状（Ｄ型形状）、即ち、径部と半円弧部で形成された励磁コイル３１、検出コイル３２、３３をそれぞれ２個（ここではＡ（左）側とＢ（右）側にそれぞれ２個）を互いに背中合せ、即ち径部と径部を対向させて配置した構成としている。３４は励磁コイル３１、検出コイル３２、３３を支持（埋め込んだ）するセンサヘッドであり、該センサヘッド３４はプラスチック、セラミック等の絶縁体で構成されている。励磁コイル３１をセンサヘッド３４の上下方向所定位置に配置し、該励磁コイル３１を挟んで検出コイル３２、３３が上下に配置されている。検出コイル３２、３３の一方の検出コイル（ここでは検出コイル３３）をバランスコイルとしている。３５は周囲導体である。このようにＡ側の励磁コイル３１、検出コイル３２、３３、Ｂ側の励磁コイル３１、検出コイル３２、３３の平面形状を半円環状とすることにより、円柱状のセンサヘッド３４に配置したとき、無駄なスペースの無いセンサヘッドにすることができる。また、センサヘッド３４を円柱状にできるので、センサヘッド３４と周囲導体３５の間にＯリングのシール溝３７を設け、Ｏリング３６でシールでき、加工精度を出し易く、良好なシール性能を発揮できる。なお、図１９（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本渦電流センサ３０の平面、断面を示す。
【００７６】
Ａ側の励磁コイル３１の発生磁界による周囲導体３５に誘起される誘起電圧Ｖａによって流れる電流Ｉａは、Ａ側の励磁コイル３１の周囲を周回するように流したいが、センサヘッド３４が絶縁体であるため、電流Ｉａは限りなく０に近くなる。また、Ｂ側の励磁コイル３１の発生磁界による周囲導体３５に誘起される誘起電圧Ｖｂによって流れる電流Ｉｂは、Ｂ側の励磁コイル３１の周囲を周回するように流したいが、センサヘッド３４が絶縁体であるため、電流Ｉｂは限りなく０に近くなる。理想的には、Ａ側の励磁コイル３１により誘起させる誘起電圧ＶａとＢ側の励磁コイル３１により誘起される誘起電圧ＶｂはＶａ＝Ｖｂである。そのためにはＡ側の励磁コイル３１とＢ側の励磁コイル３１の形状寸法と巻数を同じにする。従って、Ａ側の励磁コイル３１とＢ側の励磁コイル３１の周囲を回る周回電流Ｉａ−Ｉｂも０となる。
【００７７】
また、Ａ側の検出コイル３２、３３、及びＢ側の検出コイル３２、３３もＡ側及びＢ側の励磁コイル３１と同じに構成され、励磁と検出の相違のみで同じであるので、説明は省略する。
【実施例４】
【００７８】
図２０は本発明に係る渦電流センサの概略構成を示す。本渦電流センサ４０は励磁コイル４１、検出コイル４２、４３のいずれもＡ（左）側とＢ（右）側の平面形状を８の字形状の一体のコイル、即ちＡ（左）側とＢ（右）側の一対のコイルを一体の８の字状コイルに形成している。センサヘッド４４のセンサコイル装着部４４ａは、円柱状のセンサヘッド４４の上部を小径部とし、該小径部の中央部に縦溝４４ｂを形成した形状としている。このセンサコイル装着部４４ａに平面８の字形状の励磁コイル４１、検出コイル４２、４３を下方から上方に検出コイル４３、励磁コイル４１、検出コイル４２の順次装着し、Ａ側とＢ側を等価な磁気回路としている。センサヘッド４４はプラスチック、セラミック等の絶縁体で構成されている。ここでも一方の検出コイル４３をバランスコイルとする。なお、図２０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本渦電流センサ４０の平面図、断面図、（ｃ）はセンサコイル装着部の斜視図を示す。
【実施例５】
【００７９】
図２１は本発明に係る渦電流センサの概略構成を示す。本渦電流センサ５０は励磁コイル５１、検出コイル５２、５３のいずれもＡ（左）側とＢ（右）側の平面を１の平面８の字形状の一体のコイル、即ちＡ（左）側とＢ（右）側の一対のコイルを一体の８の字状コイルに形成している。Ａ側とＢ側が交わる部分の開き角度９０°で直交させている。このような平面８の字形状の励磁コイル５１、検出コイル５２、５３はプラスチック、セラミック等の絶縁体で構成されているセンサヘッド５４内の上下方向所定の位置に励磁コイル５１を配置し、該励磁コイル５１を挟んで検出コイル５２と検出コイル５３を上下に配置している。これによりコイル等価回路定数として容量成分Ｃを削減している。ここでも一方の検出コイル５３をバランスコイルとする。なお、図２１の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本渦電流センサ５０の平面、断面を示す。
【００８０】
上記実施例１乃至５に示す構成の渦電流センサを導電膜が形成された基板を研磨する基板研磨装置（ＣＭＰ装置）の膜厚検出センサとして使用すれば、従来の膜厚センサでは、使用できなかった導電体材料、例えばアルミニウムやステンレスを研磨テーブルに使用できる。よってこれら導電体材料のメリットを活用しながら、研磨対象基板の膜厚検出や研磨終点検知を行うことができる。また、比較的高抵抗の被検出体の膜厚や研磨終点を検知するために、励磁周波数を上げた場合でも、導電体材料で構成された研磨テーブルの影響を無視できるレベルまで下げることができる。
【００８１】
また、従来の渦電流センサをめっき装置で使用する場合、めっき槽の側壁に絶縁体アダプタを取り付け、渦電流センサの周辺材料の影響を無視できる構造とする必要があった。これに対して、上記実施例１乃至５に示す構成の渦電流センサを用いれば、上記のような絶縁体アダプタは不要となる。また、本願渦電流センサは、電気良導体の中でもその影響を小さくできるので、めっき液内で被めっき体のめっき膜の膜厚や終点の検知を実施することが可能となる。
【００８２】
なお、従来の渦電流センサでは、磁界を発生する箇所が１つであったが、上記実施例１乃至５に示す構成の渦電流センサでは、隣り合う２つの箇所（一対の励磁コイル）となるため、磁束分布の広がり方に影響がでる。そのため、励磁コイルと被検出体との距離を近づけるなどの対策が必要となる場合もある。
【００８３】
また、本発明に係る渦電流センサは、被検査体の内部欠陥や内部通電の有無を非接触で検出するのにも利用できる。例えば、３次元実装チップの内部接合状態を検出できる。従来の渦電流センサのコイル形状では、磁束が大きく広がり過ぎて、接合不良が一部あっても必要な検出感度が得られがたい。本発明に係る渦電流センサのコイル形状は、２つのコイルを有するから、磁束密度の高い部分が２つのコイル間に発生する。例えば、図１９に示すコイル形状とすれば、Ａ（左）側とＢ（右）側のコイル間にライン状に磁束が集まり、接合不良部の存在を検知しやすく、且つ、場所の特定もしやすくなる。
【００８４】
図２２は半導体ウエハ等の表面に導電膜が形成された基板を研磨する基板研磨装置において、導電膜の膜厚測定用に本発明に係る渦電流センサを用いた基板研磨装置の要部構成を示す図である。基板研磨装置２００は、上面に研磨パッド２０１が貼り付けられた研磨テーブル２０２と、基板Ｗを保持するトップリング２１０を具備する。この基板研磨装置２００において、テーブル支持軸２０３を介して矢印Ａに回転する研磨テーブル２０２の研磨パッド２０１上面に、基板板保持面に基板Ｗを保持し、矢印Ｂに回転するトップリングの基板Ｗを当接させ、図示しない研磨液ノズルから研磨パッド２０１上面に研磨液を供給しながら、基板Ｗと研磨パッド２０１の相対運動により、基板Ｗの表面に形成された導電膜を研磨する。
【００８５】
研磨テーブル２０２内には、本発明に係る渦電流センサ２０が埋め込まれており、該渦電流センサ２０には、ロータリジョイント２０６をテーブル支持軸２０３を通るケーブル２０５を介して、駆動電源Ｅ0から渦電流センサ２０の励磁コイルに周波数ωの交流励磁電流Ｉ0を供給し、この交流励磁電流Ｉ0を電流センサ６５で検出するようになっている。該電流センサ６５から図１７に示すのと同様、ΔＩ0／Δｔ＝Ｅ1相当信号を高周波増幅器６３に入力する。また、振幅調整器６１及び位相調整器６２では初期状態（ＲT＝∞）の出力をできるだけ０にするための信号ｅ0を作成し、位相調整器６２から信号ｅ0を高周波増幅器６３に入力する。また、検波器６４には駆動電源Ｅ0から検波用基準信号Ｓが入力される。高周波増幅器６３では、（ＥI−ｅ0）×Ｇ＝Ｅout信号を作成し、検波器６４に入力する。検波器６４ではＥoutの実数Ｒｅ成分と虚数Ｉｍ成分を検出し、それぞれ出力する。
【００８６】
上記検波器６４からの実数Ｒｅ成分（Ｘ）と虚数Ｉｍ成分（Ｙ）から、基板Ｗの導電性膜厚を検出する手法として、特許文献７に開示されているように、θ＝Ｔａｎ-1Ｙ／Ｘに基づく方法と、抵抗成分とリアクタンス成分との合成インピーダンスに基づく手法と、円弧の長さを測る方法がある。ここでは、基板Ｗの導電性膜厚を、該導電性膜と渦電流センサ２０のギャップＧの変化に影響されることなく検出できるθ＝Ｔａｎ-1Ｙ／Ｘに基づく方法を下記に説明する。
【００８７】
図２６は駆動電源Ｅ0側から見たインピーダンスＺの座標の円軌跡を示す図である。縦軸リアクタンス成分Ｘであり、横軸は抵抗成分Ｒである。点Ｃは膜厚が例えば１００μｍ以上と極めて大きい（完全導体とみなせる）場合である。この場合には、駆動電源Ｅ0から渦電流センサ２０の励磁コイル２１に励磁電流Ｉ0を通電した場合、導電性膜に流れる渦電流が極めて大きく、励磁コイル２１と等価的に並列に接続された抵抗成分Ｒとリアクタンス成分Ｘが極めて小さくなる。従って、抵抗成分Ｒ及びリアクタンス成分Ｘが共に小さくなる。
【００８８】
研磨が進行して導電性膜が薄くなると、励磁コイル２１の入力端子から見たインピーダンスＺは、Ｃ点から開始し等価的な抵抗成分Ｒが増大し、リアクタンス成分Ｘも増大する。励磁コイル２１の入力端子から見たインピーダンスＺの抵抗成分Ｒが最大となる点をＢで示す。このとき励磁コイル２１の入力端子から見た渦電流損が最大となる。さらに研磨が進行し、導電性膜がより薄くなると、渦電流が減少し、励磁コイル２１の入力端子から見た抵抗成分Ｒは、渦電流損が徐々に減少するから、徐々に小さくなる。そして、導電性膜が全て研磨により除去されると、そこには渦電流損が存在せず、等価的に並列接続された抵抗成分Ｒは無限大となり、励磁コイル２１の抵抗のみが残ることになる。このときのリアクタンス成分Ｘは、励磁コイル２１自体のリアクタンス成分のみである。この状態を、点Ａで示す。
【００８９】
図２７は導電性膜と渦電流センサ２０との間のギャップを変化させた場合のインピーダンス座標面における図２６の円軌跡の変化を示す図である。渦電流センサ２０によるＸ成分及びＹ成分の測定結果からは、図に示すように、導電性膜と渦電流センサ２０との間のギャップＧにかかわらずに、Ｘ成分及びＹ成分の導電性膜の膜厚毎の出力値を直線（ｒ１〜ｒ３）で結ぶと、その直線が交差する点（中心点）Ｐを取得することができる。この予備測定直線ｒｎ（ｎ：１，２，３・・・）はその交点Ｐを通過するＹ成分一定の基準線（図２７における水平線）Ｌに対して、導電性膜の膜厚に応じた仰角（挟角）θで傾斜（勾配）する。
【００９０】
このことから、基板Ｗに形成された導電性膜と渦電流センサ２０との間のギャップＧ（研磨パッド２０１の厚さ）が変化しても導電性膜のＸ成分及びＹ成分の測定結果（出力値）と中心点Ｐを結ぶ本番測定線ｒｎの基準線Ｌに対する仰角θを求めれば、予め予備測定済みの導電性膜の膜厚に応じた仰角θの変化傾向などとの相関関係に基づいてその測定対象の導電性膜の膜厚を導出することができる。
【００９１】
上記のことは図６の励磁源インピーダンスＺ0と被検出体抵抗ＲTの関係を示す図からも明らかである。即ち、結合係数ｋは基板Ｗの導電性膜と渦電流センサ２０との間の距離に反比例するが、この距離（係数ｋ）が変化しても同一直線とＺ0（Ｉｍ）軸との角度を計測すれば、被検出体側の二次回路抵抗ＲTを同定することができるのである。図２２の検波器６４の出力である実数Ｒe成分と虚数Ｉm成分からθ＝ｔａｎ-1Ｉm／Ｒeを導電性膜の膜厚に対して、予め求めておき、このθと測定対象導電性膜を測定して得られたＲe成分とＩm成分から求めたθ（θ＝ｔａｎ-1Ｉm／Ｒe）を比較することにより、対象導電性膜の膜厚を検出できる。
【００９２】
上記のように基板研磨装置２００で、研磨中に基板Ｗの導電性膜厚を高精度で検出することにより、例えばエンドポイント等を精度よく検出し、研磨を終了させることができる。即ち、渦電流センサ２０で基板Ｗの導電性膜の膜厚状況を監視しながら、研磨の進捗を知ることができる。
【００９３】
なお、ここでは研磨テーブル２０２、トップリング２１０を具備し、導電膜が形成された半導体ウエハを基板Ｗとして研磨する基板研磨装置２００を例に説明したが、本発明に係る渦電流センサは、導電膜が形成された被研磨物の該導電膜を研磨する研磨装置の導電膜厚検出のために広く利用できる。なお、上記例では、図１２に示す渦電流センサを用いる例を示した、図１３、図１６、図１８、図１９、図２０、図２１に示す渦電流センサでもよいことは当然である。
【００９４】
次に、半導体ウエハ等の基板に導電性めっき膜を形成するめっき装置において、基板に形成される導電性膜の膜厚を検出する膜厚検出センサとして、本発明に係る渦電流センサを用いる例について説明する。図２３は基板めっき装置の概略構成例を示す図である。なお、ここでは無電解めっき装置を想定して示すので、電解めっき装置であれば、当然備えてる電極やめっき電流供給電源は図示していない。図示するように、めっき装置３００は、めっき槽３０１を備え、該めっき槽３０１内にめっき液３０２を収容している。めっき液３０２に基板ホルダー３１０の下面に保持した基板Ｗを浸漬し、基板Ｗの表面に銅膜等の導電性膜を形成する。導電膜形成中に基板Ｗを保持した基板ホルダー３１０を軸３１１を中心に矢印Ａに示すように回転することにより、ポンプ効果によりめっき液３０２中に矢印Ｂに示すような旋回流が発生し、基板Ｗの表面近傍に新鮮なめっき液が積極的に供給される。これにより、基板Ｗの表面に効率よく導電性めっき膜が形成される。
【００９５】
上記構成のめっき装置において、従来の渦電流センサを用いて、基板Ｗの表面に形成された導電性めっき膜の膜厚を測定するには、図２４に示すように、基板Ｗに対向するめっき槽３０１の側壁（図では底壁）に非導電性材からなるアダプタ３２１をＯリング３２２を介在させて気密状態で設け、該アダプタ３２１の凹部３２３に渦電流センサヘッド３２４を挿入設置していた。このように基板Ｗのめっき面と対向するめっき槽３０１の側壁に非導電性材からなるアダプタ３２１を設け、その凹部３２３に渦電流センサヘッド３２４を挿入設置した構成では、基板Ｗのめっき面と渦電流センサヘッド３２４までの距離Ｌが大きくなり、渦電流センサの感度が低下する。また、めっき槽３０１の深さ寸法を小さくすると、基板Ｗのめっき面とめっき槽３０１の底面との距離が小さくなり、基板ホルダー３１０を回転させてもポンプ効果による十分なめっき液３０２の旋回流が発生せず、基板Ｗに新鮮なめっき液３０２を供給できずめっき効率が低下するという問題がある。
【００９６】
図２５は基板Ｗの表面に形成された導電性膜の膜厚測定に本発明に係る渦電流センサ２０を用いためっき装置の構成例を示す図である。図示するように、基板Ｗに対向するめっき槽３０１の側壁（図では底壁）に棒状のセンサホルダー３３０をＯリング３３１を介在させて気密状態で設け、センサホルダー３３０の先端部に本発明に係る渦電流センサ２０を取り付ける。これにより渦電流センサ２０と基板Ｗのめっき面との距離が小さくなり、渦電流センサ２０の感度が向上する。このように渦電流センサ２０をめっき液中に浸漬しても、本発明に係る渦電流センサは、センサヘッドの側面に導電体があっても、上記のように影響を受けない渦電流センサであるから、問題がない。
【００９７】
基板Ｗのめっき面に形成される導電性めっき膜の膜厚は、上記基板研磨装置で説明したと同じ方法で検出できる。上記めっき装置において、めっき処理中に渦電流センサ２０で基板Ｗの表面に形成されるめっき膜の膜厚を監視しながら、めっき処理を継続し、所望の膜厚に達したらめっき終了とすることができる。なお、図示は省略するが電解めっき装置においても、めっき処理中に本発明に係る渦電流センサ２０で基板Ｗの表面に形成されるめっき膜の膜厚を監視しながら、めっき処理を継続し、所望の膜厚に達したらめっき終了とすることができる。
【００９８】
上記本実施例では、渦電流センサの周囲物体を導体としたが、周囲物体は導体に限らず絶縁体でもよい。また、外乱に対して安定な（ロバストな）検出機能を提供できることに変わりはない。
【００９９】
以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、導電性膜又は導電性膜が形成された基体の膜厚を渦電流センサが配置されている周囲構造物の材料に影響されることなく、安定して検出できる渦電流センサを提供できる。従って、基板面に形成された導電性膜を研磨する研磨装置や基板面に導電性膜を形成するめっき装置の膜厚検出や研磨終点検知等に広く利用できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１１ 励磁コイル
１２ 第１検出コイル
１３ 第２検出コイル
１４ 差電圧検出回路
１５ センサヘッド
２０ 渦電流センサ
２１ 励磁コイル
２２ 検出コイル
２３ 検出コイル
２４ センサヘッド
２５ 周囲導体
２６ 被検出体
３０ 渦電流センサ
３１ 励磁コイル
３２ 検出コイル
３３ 検出コイル
３４ センサヘッド
３５ 周囲導体
３６ Ｏリング
３７ シール溝
４０ 渦電流センサ
４１ 励磁コイル
４２ 検出コイル
４３ 検出コイル
４４ センサヘッド
４５ 周囲導体
５０ 渦電流センサ
５１ 励磁コイル
５２ 検出コイル
５３ 検出コイル
５４ センサヘッド
５５ 周囲導体
５０ 渦電流センサ
５１ 励磁コイル
５２ 検出コイル
５３ 検出コイル
５４ センサヘッド
５５ 周囲導体
６０ 信号処理部
６１ 振幅調整器
６２ 位相調整器
６３ 高周波増幅器
６４ 検波器
６５ 電流センサ
２００ 基板研磨装置
２０１ 研磨パッド
２０２ 研磨テーブル
２０３ テーブル支持軸
２０５ ケーブル
２０６ ロータリジョイント
２１０ トップリング
３００ めっき装置
３０１ めっき槽
３０２ めっき液
３１１ 軸
３２１ アダプタ
３２２ Ｏリング
３２３ 凹部
３２４ 渦電流センサヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流センサに係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に形成した導電性膜の膜厚等を検出するのに好適な渦電流センサ、該渦電流センサを備えた研磨装置、めっき装置、研磨方法、めっき方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
渦電流センサの考え方の基本は、交流磁界を生成する励磁コイルを備えている。通常、効率よく交流磁界を発生させるために電気回路の共振現象を利用している。抵抗（Ｒ）、インダクタンス（Ｌ）、コンデンサ（Ｃ）の直列回路からなる直列共振現象は、よく知られているとおり、共振周波数における直列回路のインピーダンスＺは、Ｚ＝Ｒとなり、小さい交流電圧Ｅで最大の交流電流Ｉを励磁コイルに通電することができる。なお、本明細書及び図面では渦電流センサ等の構造を電気的等価回路に置き換えて論述している。式及び計算は、記号法を使用しているので、本来は式の記号の頭にドット（・）を付け、記号法表記（正弦波交流を表すのに瞬時値ではなく、大きさと位相を表現したベクトル表示）であることを示すところであるが、本明細書及び図面ではドット（・）の表示を省略する。
Ｚ＝Ｒ＋ｊ（ω×Ｌ）−｛１／（ω×Ｃ）｝・・・・・・・・・・・・（１）
ω：駆動電圧周波数［Ｈｚ］
ｊ：複素数成分を示す記号
【０００３】
駆動電圧周波数ωを０〜∞まで変化させたとき、インピーダンス値が最小となるＺは、式（１）の右辺２項＝０のときとなる。そのとき駆動電圧周波数ω0、インダクタンスＬ0、コンデンサＣ0の関係式は（２）式となる。
ω0＝１／ＳＱＲＴ（Ｌ0×Ｃ0）・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
そのとき、周波数ω0で駆動できる電流は、（３）式となる。
Ｉ0＝Ｅ／Ｒ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
【０００４】
発生する磁界（磁束）φは、電流Ｉに比例する。
φ＝（μ×Ａ×Ｎ×Ｉ）／Ｌg・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
μ：透磁率
Ａ：磁路断面積
Ｎ：コイルの巻数
Ｌg：磁路長
【０００５】
この磁界φ内に被検出体が進入すると電磁誘導現象により被検出体側に誘導起電圧Ｖが発生し二次電流ＩTが流れる（この二次電流を渦電流と呼び、渦電流センサと呼ばれるものがある。）。
Ｖ＝ＮT×（Δφ／Δｔ）＝−ＬT×（ΔＩT／Δｔ）・・・・・・・（５）
ＩT＝Ｖ／ＺT・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
ＮT：二次回路のコイル巻数
ＬT：二次回路のインダクタンス
ＺT：被検出体側のインピーダンス
【０００６】
そのため、励磁コイルの励磁源から見たインピーダンスＺは、相互インダクタンスの項が現われ（無視できなくなり）増加することになる。そのため、励磁回路の共振周波数が変化し、駆動交流電流Ｉの大きさと位相（交流電圧Ｅに対する）が変化することになる（励磁周波数は変わらない）。従って、磁界φの大きさと位相が変化する。この変化を何で検出するかによって検出方法、呼び方に種類がある。（起電力形、インピーダンス変化形など）
【０００７】
例えば、この変化を第２のコイルを備え、該第２のコイルに誘導される誘導電圧によって検出する方法が用いられている。被検出体の影響を顕著に検出するため定常状態の誘導電圧成分をキャンセル（バランス）させるために第３のコイルを備え、第２と第３のコイル両端に発生する誘導電圧の差を検出するとよいとされている。この検出した電位変化を励磁電圧周波数基準で検波し大きさと位相を得て終点検知や膜厚検出をしている。演算により実数部と虚数部を求め終点検知や膜厚検出を管理することもある。
【０００８】
研磨テーブル、基板保持具を備え、回転する研磨テーブルの研磨面に回転する基板保持具で保持する被研磨基板を押圧して、被研磨基板と研磨テーブルの研磨面の相対的運動により被研磨基板を研磨する研磨装置（ＣＭＰ装置）においては、上記膜厚検出器は研磨テーブルに埋め込み固定されている。この研磨テーブルの材質には、アルミニウム、ステンレス、アルミナ、炭化珪素（ＳｉＣ）などが使われている。特に研磨テーブルの温度制御性を必要とする場合には、アルミニウムや炭化珪素（ＳｉＣ）を使用し冷却水を通水するなどしている。また、熱容量の大きいステンレスを使用することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１０６８０５号公報
【特許文献２】特公表２００３−５３４６４９号公報
【特許文献３】特開２００５−１１９７７号公報
【特許文献４】特開昭５５−４３４２０号公報
【特許文献５】特開昭６１−１５１４０２号公報
【特許文献６】特開平０５−２３１８０９号公報
【特許文献７】特開２００７−２６３９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、渦電流センサに対して、比較的高い固有抵抗材質や良導体薄膜の終点検知や膜厚検出の性能向上の観点から、下記のことが要望されている。
１）感度向上
２）ロバスト性向上（高感度化に伴う外乱排除）
【００１１】
上記課題の明確化のために渦電流センサの簡単なモデル式を以下に示す。なお、ここでは静電容量成分を省略している。
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋（ω2×Ｍ0T2／（Ｒt＋ｊωＬt））・・・・・・・・（７）
Ｚ0：励磁源インピーダンス［Ω］
Ｒ0：励磁源抵抗［Ω］
Ｌ0：励磁源インダクタンス［Ｈ］
ω：励磁周波数［ｒａｄ／ｓｅｃ］
ＲT：被検出体側の二次回路抵抗［Ω］
ＬT：被検出体側の二次回路インダクタンス［Ｈ］
Ｍ0T：励磁コイルと二次回路の相互インダクタンス［Ｈ］
式（７）の右辺第三項が被検出体の影響になる。
【００１２】
図１は渦電流センサの簡単なモデルを示す。図１（ａ）に示す回路方程式をベクトル表示で示すと、
（ｊωＬ0＋Ｒ0）Ｉ0＋ｊωＭＩ2＝Ｅ0
（ｊωＬT＋ＲT）Ｉ2＋ｊωＭＩ1＝０
となり、下記のように変形できる。
〔Ｒ0＋ｊω（Ｌ0−Ｍ）〕Ｉ0＋ｊωＭ（Ｉ0＋ＩT）＝Ｅ0
ｊωＭ（Ｉ0＋ＩT）＋〔ＲT＋ｊω（ＬT−Ｍ）Ｉ2〕＝０
上記方程式は、図１（ｂ）に示す回路方程式と同じである。
【００１３】
図１（ａ）、（ｂ）に示す回路の合成インピーダンスは、
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊω（Ｌ0−Ｍ）
＋１／｛ｊωＭ＋ｊω（ＬT−Ｍ）＋ＲT｝／〔ｊωＭ×｛ｊω（ＬT−Ｍ）＋ＲT｝〕
＝Ｒ0＋ｊωＬ0−ｊωＭ）
＋〔ｊωＭ×（ｊωＬT＋ＲT）＋ω2Ｍ2〕／（ＲT＋ｊωＬT）
＝Ｒ0＋ｊωＬ0
＋｛−ｊωＭ（ＲT＋ｊωＬT）＋ｊωＭ（ＲT＋ｊωＬT）＋ω2Ｍ2｝
／（ＲT＋ｊωＬT）
＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋｛ω2Ｍ2／（ＲT＋ｊωＬT）｝
となり、被検出体の影響を含んだ励磁源から見たインピーダンスとなる。第３項も実数と虚数に別けると
（ＲT−ｊωＬT）ω2Ｍ2／｛（ＲT＋ｊωＬT）（ＲT−ｊωＬT）｝
＝（ω2Ｍ2ＲT−ｊωω2Ｍ2ＬT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）
となり、
Ｚ0＝Ｒ0＋｛（ω2Ｍ2）／（ＲT2＋ω2ＬT2）｝ＲT
＋ｊω〔Ｌ0−｛（ω2Ｍ2）／（ＲT2＋ω2ＬT2）｝ＬT〕
【００１４】
従って、検出感度を向上させるには、下記１）〜４）の方法がある。
１） 式（４）より、
磁界φを大きくする必要がある。そのために、励磁源インダクタンスＬ0、励磁コイル巻数Ｎ0、駆動電源電流Ｉ0を増やす選択肢がある。但し、下記のようなデメリットもある。
・励磁コイル巻数Ｎ0を増やし、励磁源インダクタンスＬ0を増大すると、直列共振周波数ωに影響がある。式（１）の右辺第２項＝０を満足するには、Ｌ0を増大すると、静電容量Ｃを小さく必要がある。静電容量Ｃを小さくできない場合には、励磁周波数ωを小さくする必要がある。励磁周波数ωを小さくすると後述するとおり感度の低下をまねく。そのため静電容量Ｃを小さくする工夫が必要となる。しかし、静電容量Ｃは、高周波回路になると線間容量や周囲物体との容量も無視できないことが多く、励磁コイルの巻数Ｎ0を増やしたことでも静電容量Ｃが増加することもある。
・駆動電源電圧Ｅ0を上げ、駆動電源電流Ｉ0を増やす。すると電源系のサイズ増加や消費電力の増加、駆動電源電流Ｉ0の増加による発熱の増加が定性的デメリットとしてある。従って、これらのことにも留意する必要がある。
【００１５】
２） 上記１）項のデメリットより、
励磁コイル回路の線間容量の削減や有効な磁界φに寄与しないインダクタンス成分の削減。例えば、無駄な配線長さの削減など。この効果分を有効な励磁源インダクタンスＬ0の増加、直列共振周波数の上昇に振当てる選択肢がある。
【００１６】
３） 上記式（５）より、
検出コイルの巻数やコイル径を増し、インダクタンスを増加する。この場合のデメリットは、励磁コイルとの電磁気的結合があるので励磁コイルの駆動電源から見た負荷＝回路インピーダンスに検出コイル系との相互インダクタンス成分が加わる。従って、仮に同じ周波数での電流を流そうとした場合には、その大きさと位相に影響を与えることになる。
【００１７】
４） 上記式（７）の右辺第３項より、
励磁周波数ωを大きくする（但し、被検出体側のインピーダンス増加への影響もあり）と励磁コイルと二次回路間の相互インダクタンスＭ0Tを増やす選択肢がある。
ここで、
Ｍ0T＝ＳＱＲＴ（Ｌ0×ＬT）×ｋ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）
ｋ：結合係数（＝０〜１）、励磁コイルと被検出体との距離にも比例する。従って、励磁コイルを被検出体に近づけるという選択肢もある。
【００１８】
しかしながら、上記に挙げた選択肢の多くは、感度向上＝被検出体以外の周囲の影響も顕著に検出できることを意味している。そのため、比較的高い固有抵抗材質や良導体薄膜の終点検知や膜厚検出の性能向上には、ロバスト性向上（検出センサ側としては）も重要な課題であることが分かる。従来、このロバスト性向上に対しては、周辺環境の工夫により検出感度や検出信号への影響を改善して相対的に安定性を確保してきた。例えば、渦電流センサでは、性能を最大限に引き出す条件としてセンサ周辺を検出ヘッド径の何倍かを空間とすることを推奨している。また、アルミナなどの高抵抗素材とすることもある。
【００１９】
検出感度の向上の一つの選択肢として励磁周波数の増加を挙げたが、実際には、交流電流の表皮効果の影響もあるため注意深く設計する必要がある。例えば、コイルの抵抗値Ｒは、中実の銅線を用いていても励磁周波数によっては中空の銅線と等価な抵抗値を示す。これは、励磁周波数が高くなると表皮深さが薄くなり電流密度の高い領域がコイル線の表面付近のみとなるためである。ＬＣＲ直列共振回路（反共振特性）を利用しても抵抗Ｒが増加すれば、励磁電流は減少し、磁界φは減少することになる。従って検出感度へ影響がでる。そのため、コイル線径を励磁電流周波数に合わせて適切な太さを選択すること必要である。
【００２０】
また、被検出体の厚さの上限値ｔｍａｘと励磁周波数と材質特性から算出される渦電流の表皮深さδとは、ｔｍａｘ≦δとなるように選択する。なお、本願のコイル形状による効果は、励磁周波数の値によらずその効果を発揮する。従って、実施例の励磁周波数は、一例でありその値に限定されるものではない。
【００２１】
渦電流センサの周囲導体の影響を下記に説明する。
先ず、従来の渦電流センサの一例を図面を用いて説明する。
〔励磁コイル、検出コイルの周囲に導体がある場合〕
・励磁コイルに注目
図２（ａ）に示すように、励磁コイル１０１に励磁電圧Ｅ０の励磁交流電源から励磁電流Ｉ０を流すと磁束φが発生する。励磁コイル１０１の近傍に周囲導体１０２が存在すると、図２（ｃ）に示すように、周囲導体１０２内に二次電流が発生し、励磁コイル１０１のインピーダンスＺ0が大きくなる。そのため励磁電圧Ｅ0一定でも励磁コイル１０１を駆動する励磁電流Ｉ0＝Ｅ0／Ｚ0は小さくなり、励磁電流Ｉ0によって発生する磁界φが小さくなる。被検出体より周囲導体１０２との距離が近いので、相互誘導の結合力は、周囲導体１０２側が支配的となる。従って、被検出体の影響によりΔＩ0、Δφが小さくなり、検出感度が低下する。そのため、一般的にコイル周囲を空間とするか、高抵抗物質としている。図２（ｂ）において、１０３は周囲導体１０２の電気等価回路をＲとＬの直列回路で表している。
【００２２】
・検出コイルに注目
図３は、励磁コイル１０１のインダクタンスＬ0、検出コイル１０５のインダクタンスＬ1、被検出体の等価回路モデルＬｔ、Ｒｔ、検出コイル１０５の周囲導体１０２による等価回路Ｌ、Ｒを示している。図３に示すように、検出コイル１０５の近傍に周囲導体１０２が存在すると、それをＲとＬの電気等価回路１０３で示すことができる。励磁電源からみた励磁コイルのインピーダンスＺ0が高く(大きく)なり、発生する磁界φが低下（小さく）する。また、ＲT＋ｊωＬT（被検出体）の影響よりもＲ＋ｊωＬ（周囲導体）の影響が大きい（距離が近い方が相互誘導の結合力が大きいため）。よって、ＲT＋ｊωＬTによるΔφ／Δｔが減少し、検出感度が低下する（検出コイル１０５の両端電圧Ｖ1が小さくなる）。
【００２３】
研磨装置（ＣＭＰ装置）において、渦電流センサが研磨テーブルに固定されている。研磨テーブルの構成材料としては、アルミニウム、ステンレス、アルミナ、炭化珪素（ＳｉＣ）等が使われている。特に研磨テーブルの温度制御を必要とする場合には、アルミニウムや炭化珪素（ＳｉＣ）を使用し冷却水を通水するなどしている。また、熱容量の大きいステンレスを使用することもある。そのため、研磨テーブルの構成材料にアルミニウムやステンレスを使いたい場合には、渦電流センサ周辺を電気抵抗の高い別ピース部材を挿入して囲む必要がありデメリットとなる。そのため研磨テーブルの構成材料として炭化珪素（ＳｉＣ）やアルミナなどの選択肢がある。アルミナを選択した場合には、研磨プロセスによる発熱量を除去する工夫が必要となる。そのため、炭化珪素（ＳｉＣ）を選択する場合が多い。しかしながら、炭化珪素（ＳｉＣ）は、セラミックスの中では電気抵抗の低い材質であり、今後、渦電流センサの高感度化を進める上で無視できない材質となってくる。
【００２４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、渦電流センサが配置される周囲構造物の材料に影響されることなく、簡単な構成で高感度で且つ安定して導電性膜厚を検出できる渦電流センサ、該渦電流センサを備えた研磨装置、めっき装置、研磨方法、めっき方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため本発明は、導電性膜又は導電性膜が形成された基体の近傍に配置されたセンサコイルを備え、該センサコイルに交流電流を通電することにより、導電性膜に渦電流を誘起し、該渦電流により発生する磁束変化をセンサコイルに誘起される誘起電圧により検出して導電性膜の膜厚を測定する渦電流センサにおいて、センサコイルはセンサヘッドに配置されており、センサコイルは少なくとも一対のコイルからなり、一対のコイルを各コイルに通電した際に、センサヘッドの一方のコイル周囲を周回する電流が、他方のコイル周囲を周回する電流と絶対値が同じで流れの向きが逆になるように配置したことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、センサコイルは、一対のコイルからなる励磁用コイルと、一対のコイルからなる少なくとも１つの検出用コイルを具備することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、センサヘッドの所定位置に励磁用コイルを配置し、該励磁用コイルの上下に検出用コイルを配置し、一方の検出用コイルを他方の検出用コイルの定常状態の誘導電圧を打ち消すバランスコイルとしたことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、励磁用コイルの一対のコイルは、同じコイルを左右対称に配置したことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、検出用コイルの一対のコイルは、同じコイルを左右対称に配置したことを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、励磁用コイルの一対のコイルは、平面８の字状に形成されたコイルであることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、検出用コイルの一対のコイルは、平面８の字状に形成されたコイルであることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、平面８の字状に形成されたコイルの交差部の開き角度は９０°であることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明は、上記渦電流センサにおいて、センサヘッドは絶縁体材料で構成されていることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明は、導電膜が形成された基板を研磨する研磨装置において、基板の導電膜の膜厚を検出する膜厚検出センサとして、上記渦電流センサのいずれかを備えたことを特徴とする。
【００３５】
また、本発明は、導電膜を形成するめっき装置において、基板に形成される導電膜の膜厚を検出する膜厚検出センサとして、上記渦電流センサのいずれかを備えたことを特徴とする。
【００３６】
また、本発明は、導電膜が形成された基板の該導電膜の膜厚を膜厚センサで監視しながら該導電膜を研磨する研磨方法において、膜厚センサとして上記渦電流センサのいずれかを用いたことを特徴とする。
【００３７】
また、本発明は、基板の表面に形成される導電膜の膜厚を膜厚センサで監視しながら、該導電膜を形成するめっき方法において、膜厚センサとして上記渦電流センサのいずれかを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明は、センサコイルはセンサヘッドに配置されており、センサコイルは少なくとも一対のコイルからなり、一対のコイルを各コイルに通電した際に、センサヘッドの一方のコイル周囲を周回する電流が、他方のコイル周囲を周回する電流と絶対値が同じで流れの向きが逆になるように配置したので、渦電流センサの配置されている周囲構造物の材料に影響されることなく、簡単な構成で高感度で且つ安定して導電性膜厚を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】渦電流センサの簡単なモデルを示す図である。
【図２】図２は従来の渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図３】図３は従来の渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図４】図４は本発明の先行技術である渦電流センサのコイル構成と動作を説明する図である。
【図５】図５は励磁源インピーダンスＺ0の複素平面でのベクトル軌跡を示す図である。
【図６】図６は励磁源インピーダンスＺ0と被検出体抵抗ＲTの関係を示す図である。
【図７】図７は励磁源インピーダンスＺ0の複素平面でのベクトル軌跡を示す図である。
【図８】図８は図４に示す渦電流センサのコイルの動作を説明するための図である。
【図９】図９は励磁源インピーダンスＺ0の複素平面でのベクトル軌跡を示す図である。
【図１０】図１０は励磁源インピーダンスＺ0の複素平面でのベクトル軌跡を示す図である。
【図１１】図１１は検出コイルを含むＺ0とＲTの関係の一例を示す図である。
【図１２】図１２は実施例１に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図１３】図１３は図１２に示す渦電流センサの動作を説明するための変形例を示す図である。
【図１４】図１４は図１３に示す渦電流センサの等価回路を示す図である。
【図１５】図１５は図１４の等価回路を２つの等価回路に分けた図である。
【図１６】図１６は実施例１に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図１７】図１７は図１６の渦電流センサを用いる渦電流センサシステムのシステム構成例を示す図である。
【図１８】図１８は実施例２に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図１９】図１９は実施例３に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図２０】図２０は実施例４に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図２１】図２１は実施例５に係る渦電流センサの概略構成例を示す図である。
【図２２】図２２は導電膜膜厚センサに本発明に係る渦電流センサを用いる基板研磨装置の要部構成例を示す図である。
【図２３】図２３は基板めっき装置の概略構成を示す図である。
【図２４】図２４は図２３に示す基板めっき装置に導電膜膜厚センサとして従来の渦電流センサを用いた基板めっき装置の概略構成を示す図である。
【図２５】図２５は図２３に示す基板めっき装置に導電膜膜厚センサとして本発明に係る渦電流センサを用いた基板めっき装置の概略構成を示す図である。
【図２６】図２６は駆動電源側から見た渦電流センサのインピーダンスの座標の円軌跡を示す図である。
【図２７】図２７は導電性膜と渦電流センサ２０との間のギャップを変化させた場合のインピーダンス座標面における円軌跡の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図４は本発明に係る渦電流センサに先行する特許文献１に記載されている渦電流センサのセンサコイルの構成例を示す図である。本渦電流センサは、被検出体（導電性膜）の影響を顕著に検出するために、定常状態の誘導電圧成分をキャンセル（バランス）させるために、図４（ａ）に示すように、第１のコイル（励磁コイル）１１の両側（図では上下側）に第１検出コイル１２と第２検出コイル１３を設け、第１検出コイル１２と第２検出コイル１３の両端に発生する誘導電圧の差を差電圧検出回路１４で検出するように構成している。励磁コイル１１、第１検出コイル１２、第２検出コイル１３はセンサヘッド１５に保持されている。図４（ｂ）は本渦電流センサの回路構成を示す図である。
【００４１】
上記式（７）で示す第１のコイル（励磁コイル）１１の駆動電源Ｅ0から見たインピーダンスＺ0は、
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋（ω2ＭOT2）／（ＲT＋ｊωＬT）
＝Ｒ0＋（ω2Ｍ0T2ＲT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）
＋ｊω〔Ｌ0−（ω2Ｍ0T2ＬT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）〕
Ｍ0T＝（Ｌ0ＬT）1/2，ｋ＝０〜１＝（Ｍ0T）／（Ｌ0ＬT）1/2
ＲTが０〜∞に変化したときのＺ0は、
Ｚ0(RT=0)＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋（ω2Ｍ0T2）／（０＋ｊωＬT）
＝Ｒ0＋ｊω（Ｌ0−Ｍ0T2／ＬT）
【００４２】
Ｍ0T2＝Ｌ0ＬTｋ2とおくと、Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0（１−ｋ2）となる。
結合係数ｋは、励磁コイルと被検出体との距離に反比例する。
ｋ＝１のとき、Ｚ0＝Ｒ0
ｋ＝０のとき、Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0
Ｚ0(RT=∞)＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋（ω2Ｍ0T2）／（∞＋ｊωＬT）
＝Ｒ0＋ｊωＬ0
複素平面でインピーダンスＺ0のベクトルの軌跡を表すと図５に示すようになる。
【００４３】
図５のＺ0ベクトル軌跡は、式（７）で容量成分を省略したため実数部Ｒｅ−虚数部Ｉｍ平面の第一象限の軌跡となる。このＺ0ベクトル軌跡を利用して被検出体を検出する場合の特徴は、下記１）〜３）となる。
１）検出感度を大きくする＝軌跡の円弧を大きくする＝Ｌ0を大きくする。
２）被検出体が無い状態でＺ0が最大。そのため、所定の電流Ｉ0を流すための電圧Ｅ0が相対的に大きな値が必要となる。
３）．被検出体抵抗：ＲT＝０のとき、Ｚ0は最小となり、そのとき最大電流が流れることになる。
【００４４】
また、具体的な回路パラメータを使い計算すると重要な特徴が浮き彫りになる。図６はＺ0とＲTの関係を示す図である。図６に示す通り、各ｋでのＺ0ベクトル軌跡の同一ＲTプロットは、直線上にのることが分かる。結合係数ｋは、センサヘッドと被検出体間の距離に反比例する。しかし、この距離が変化しても同上直線とＺ0（Ｉｍ）軸との角度を計測すれば、被検出体側の二次回路抵抗ＲTを同定することができることがわかる。被検出体側の膜厚は、被検出体の二次回路抵抗ＲTに反比例することが分かっているから、センサヘッドと被検出体間の距離変動にロバストな膜厚計測ができることを示している。
【００４５】
続いて、上記特徴２）、３）の対策として、励磁周波数での初期励磁源インピーダンスＺ0を小さくするためにＬＣＲ直列共振回路特性を利用する場合がある。この場合には、式（７）に容量成分項：−ｊ（１／ωＣ）を加えることになる。
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0＋（ω2Ｍ0T2）／（ＲT＋ｊωＬT）−ｊ１／ωＣ
＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ0T2）／（ＲT2＋ω2ＬT2）〕ＲT
＋ｊ〔ωＬ0−ω｛（ω2Ｍ0T2）／（ＲT2＋ω2ＬT2）｝ＬT−１／ωＣ〕
・・・（８）
Ｚ0(RT=0)＝Ｒ0＋０＋ｊ〔ωＬ0−ω（Ｍ0T2）／（ＬT）〕−１／ωＣ〕
Ｍ0T＝（ＬTＬ0）1/2ｋとおくと、
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊ〔ωＬ0−ωＬ0ｋ2−１／ωＣ〕
ｋ＝１のとき、
Ｚ0＝Ｒ0−ｊ１／ωＣ
となる。ここで注目する点は複素（Ｒｅ−Ｉｍ）平面の第四象限ベクトルの成分であり、Ｃが小さいほど軌跡円弧大となることである。
【００４６】
続いて、ＲT＝∞では、
Ｚ0(RT=∞)＝Ｒ0＋０＋ｊ〔ωＬ0−０−１／ωＣ〕
＝Ｒ0＋ｊ（ωＬ0−１／ωＣ）
ここで注目する点は、Ｚ0(RT=∞)はｋに依存しないことである。ω＝１／（Ｌ0Ｃ）1/2より、
Ｃ＝１／ω2Ｌ0
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊ（ωＬ0−ω2Ｌ0／ω）＝Ｒ0
となる。このベクトル軌跡を図７に示す。ここで注目する点は、図７に示すように、全てのＺ0はＺ0＝Ｒ0に収束し、初期状態のインピーダンスＺ0は最小値となることである。
【００４７】
上記Ｚ0のベクトル軌跡を利用して被検出体を検出する場合の特徴は、下記１）、２）となる。
１）検出感度を大きくする＝軌跡の円弧を大きくする＝Ｃを小さくする。言い換えれば、Ｌ0を大きくすることを意味している。
２）被検出体抵抗：ＲT＝∞のとき、つまり初期状態（被検出体無しの状態）でＺ0最小となり、そのとき最大電流が流れることになる。
【００４８】
上記インピーダンスＺ0の変化を何で検出するかによって検出方法、呼び方に種類がある。その一つが図４に示す構成の渦電流センサである。図４に示す構成の渦電流センサを図８を用いて整理する。励磁コイル１１の両側（図では上下側）に第１検出コイル１２と第２検出コイル１３が配置されている。第１検出コイル１２に誘起される誘起電圧Ｖ1＝−Ｎ1（Δφ／Δｔ）、第２検出コイル１３に誘起される電圧Ｖ2＝−Ｎ2（Δφ／Δｔ）とし、電位の基準（接地側）を第１検出コイル１２はコイルの下側、第２検出コイル１３ではコイルの上側としている。第１検出コイル１２の誘起電圧Ｖ1と第２検出コイル１３の誘起電圧Ｖ2は反対にしている。よって、誘起電圧Ｖ1と誘起電圧Ｖ2の電位変位を観察すると定常状態からのΔφ分を検出できる。
【００４９】
一定電圧Ｅ0で励磁コイル１１を駆動した場合の励磁電流Ｉ0は、インピーダンスＺ0の変化により変化する。励磁電流Ｉ0により発生する磁束φは、励磁電流Ｉ0に比例する。磁束φは、周波数ωの交番磁束であるから、第１検出コイル１２、第２検出コイル１３の両端には、電磁誘導現象により誘起電圧Ｖ1、Ｖ2が発生する。初期状態（ＲＴ＝∞、或いは被検出体が無い）での起電力成分をキャンセルさせ、初期状態からの変化を観測しやすくするため第１検出コイル１２と第２検出コイル１３の２つの検出コイルを用いている。
【００５０】
次に、上記第１検出コイル１２と第２検出コイル１３の影響を説明するために、図４の第１検出コイル１２と第２検出コイル１３、円筒状センサヘッド１５の周囲を筒状の周囲部材で囲まれた場合の成分をモデルに置き換え、式（８）に追加する。
Ｚ0＝Ｒ0＋ｊωＬ0
＋（ω2Ｍ0T2）／（ＲT＋ｊωＬT）
＋（ω2Ｍ012）／（Ｒ1＋ｊωＬ1）
＋（ω2Ｍ022）／（Ｒ2＋ｊωＬ2）
＋（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm＋ｊωＬm）−ｊ１／ωＣ・・・・・・・・（９）
【００５１】
ここで、（ω2Ｍ0T2）／（ＲT＋ｊωＬT）は被検出体成分で、（ω2Ｍ012）／（Ｒ1＋ｊωＬ1）は第１検出コイル１２の成分、（ω2Ｍ022）／（Ｒ2＋ｊωＬ2）は第２検出コイル１３の成分、（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm＋ｊωＬm）は周囲部材の成分である。そしてそれぞれ、
（ω2Ｍ0T2）／（ＲT＋ｊωＬT）＝（ω2Ｍ0T2）（ＲT−ｊωＬT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）
（ω2Ｍ012）／（Ｒ1＋ｊωＬ1）＝（ω2Ｍ012）（Ｒ1−ｊωＬ1）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）
（ω2Ｍ022）／（Ｒ2＋ｊωＬ2）＝（ω2Ｍ022）（Ｒ2−ｊωＬ2）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）
（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm＋ｊωＬm）＝（ω2Ｍ0m2）（Ｒm−ｊωＬm）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）
となる。
【００５２】
従って、式（９）の実数部Ｒｅ、虚数部Ｉｍはそれぞれ、
Ｒｅ） （ω2Ｍ0T2ＲT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）
＋（ω2Ｍ012Ｒ1）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）
＋（ω2Ｍ022Ｒ2）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）
＋（ω2Ｍ0m2Ｒm）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）＋Ｒ0
Ｉｍ） −ｊω〔（ω2Ｍ0T2ＬT）／（ＲT2＋ω2ＬT2）
＋（ω2Ｍ012Ｌ1）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）
＋（ω2Ｍ022Ｌ2）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）
＋（ω2Ｍ0m2Ｌm）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕−ｊ１／ωＣ＋ｊωＬ0
となる。
【００５３】
Ｚ0(RT=0)＝Ｒ0＋０＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
＋〔（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕Ｒm
＋ｊ〔ωＬ0−ω｛（ω2Ｍ0T2）／（０＋ω2ＬT2）｝ＬT
−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
−ω｛（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm−１／（ωＣ）〕
【００５４】
ここでＲm≒∞（周囲部材の材質を絶縁体）とする。Ｃは第１検出コイル１２、第２検出コイル１３を含んだ励磁源から見た成分（ＲT＝∞）とωより設定するから、
Ｌ＝Ｚ0（Ｉｍ）／ω＝Ｌ0−〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｌ1
−〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｌ2
Ｃ＝１／（ω2Ｌ）より、１／ωＣ＝ωＬ
Ｍ0Tは第１検出コイル１２、第２検出コイル１３を含んだＬとＬTとの相互インダクタンスとし、Ｍ0T＝（ＬＬT）1/2ｋとおくと、
【００５５】
Ｚ0＝Ｒ0＋０＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2＋０
＋ｊ〔ωＬ0−ω｛（ω2ＬＬTｋ2）／（０＋ω2ＬT2）｝ＬT
−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2−ωＬ〕
Ｚ0（Ｉm）成分は、−ｊωＬｋ2＝−ｊω〔−Ｌ0＋｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1＋｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2〕ｋ2
ｋ＝１のとき、
Ｚ0＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
−ｊω〔−Ｌ0＋｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1＋｛（ω2Ｍ022）／
（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2〕
ここで注目すべき点は複素（Ｒｅ−Ｉｍ）平面の第四象限ベクトルの成分であり、そのベクトルの絶対値（大きさ）が検出コイルの影響分大きくなることである。
【００５６】
Ｚ0(RT=∞)＝Ｒ0＋０＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
＋〔（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕Ｒm
＋ｊ〔ωＬ0−０−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
−ω｛（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm−１／（ωＣ）〕
Ｒm≒∞（周囲材質が絶縁体）、Ｃは第１検出コイル１２、第２検出コイル１３を含んだＬ成分とωより設定するから、
ω＝１／（ＬＣ）1/2
Ｌ＝Ｚ0（Ｉm）／ω
＝〔ωＬ0−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2〕／ω
＝Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
よって、Ｃ＝１／（ω2Ｌ）より、１／（ωＣ）＝ωＬ
【００５７】
Ｚ0＝Ｒｅ成分＋ｊω〔Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2−Ｌ〕
ここで、〔Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2−Ｌ〕＝０、よってＲT＝∞で、Ｚ0＝Ｒｅ成分のみ
＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
このベクトル軌跡を図９に示す。ここで注目する点は、図９に示すように、Ｚ0ベクトルの絶対値（大きさ）に対して変化分の割合が小さくなったことである。
【００５８】
以上より、このＺ0ベクトル軌跡を利用して被検出体を検出する場合の特徴は、下記１）〜４）となる。
１）検出感度を大きくするには、軌跡の円弧を大きくする。即ちＬ0を大きくする。
２）第１検出コイル１２、第２検出コイル１３の影響により初期状態のＺ0は大きくなる。即ち、励磁電流Ｉ0が低下し、磁束φが低下する。
３）第１検出コイル１２、第２検出コイル１３の影響によりＺ0の変化分が少なくなる。即ち、被検出体の膜厚変化によるＺ0の変化が低下する。これは検出感度が低下することを意味している。
４）検出コイルに並列接続する抵抗値は、大きいほどＺ0への影響が小さくなる。
【００５９】
なお、並列抵抗値の値は、被検出体の膜厚測定レンジ上限抵抗値相当以上にするとよい。ただし、この抵抗値は、図４の可変抵抗器ＶＲ２の調整で最終的に決まる。この調整とは、図８の誘起電圧Ｖ１、Ｖ２の位相調整である。そのため、並列抵抗値とコイルの並列回路の特性根：ωｎ＝Ｒ／Ｌ［ｒａｄ／ｓｅｃ］が励磁周波数ωのω／１０〜１０ωの範囲が良い。
【００６０】
一定電圧Ｅ0で励磁コイル１１を駆動した場合の励磁電流Ｉ0は、インピーダンスＺ0の変化により変化する。励磁電流Ｉ0により発生する磁束φは、該励磁電流Ｉ0に比例する。磁束φは、周波数ωの交番磁束であるから第１検出コイル１２、第２検出コイル１３の両端には、電磁誘導現象により誘導起電圧が発生する。この誘起電圧Ｖは、Ｖ＝−Ｎ（Δφ／Δｔ）（Ｎ：コイル巻数）であるから、誘起電圧Ｖを検出することで磁束φの周波数ωでの変動成分を観測でき、よってインピーダンスＺ0の変化を観測していることになる。誘起電圧Ｖを検出した後の詳しい信号処理は、本願の要旨ではないのでその説明は省略する。（例えば特許文献１参照）
【００６１】
上記に記載する方法で被検出体の膜厚や研磨プロセスの終点検知などを達成している。基本原理に電磁誘導現象を利用しているから、上記のように周囲の物体が導電体であるとその影響を大きく受ける。Ｚ0ベクトル軌跡に対する円筒状のセンサヘッド１５の周囲構造物が比較的抵抗値の低い材質で構成されている場合の影響について説明する。式（９）の周囲材質の項を活かして整理すると、
・被検出体との結合係数：ｋ＝１
・Ｃは第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３を含んだ励磁源からみたＬ成分（ＲT＝∞）とωより設定する。但し、このＬ成分には、周囲構造物の材質の影響を含まず、周囲の構造物を絶縁体として設定する。
・Ｍ0Tは、第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３と抵抗値の下がった周囲導体のＬmを含んだＬ’とＬTとの相互インダクタンスとし、Ｍ0T＝（Ｌ’ＬTｋ）1/2とおくと、
Ｌ’＝Ｚ0（Ｉm）／ω
＝〔ωＬ0−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm〕／ω
＝Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm
Ｚ0(RT=0)＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
＋〔（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕Ｒm
＋ｊ〔ωＬ0−ωＬ’−ω｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−ω｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2
−ω｛（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm−ωＬ〕
【００６２】
Ｚ0の虚数（Ｉｍ）成分Ｚ0（Ｉm）は、Ｌ＝Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2より、
Ｚ0（Ｉm）＝ｊ〔−ωＬ’−ω｛（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm〕
＝−ｊω〔−Ｌ0＋｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
＋｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2〕
Ｚ0(RT=0)＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
＋〔（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕Ｒm
＋ｊω〔Ｌ0−｛（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）｝Ｌ1
−｛（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）｝Ｌ2〕
ここで、注目する点は虚数（Ｉｍ）成分からＬmの項が消えることである。
Ｚ0’(RT=∞)＝Ｒ0＋〔（ω2Ｍ012）／（Ｒ12＋ω2Ｌ12）〕Ｒ1
＋〔（ω2Ｍ022）／（Ｒ22＋ω2Ｌ22）〕Ｒ2
＋〔（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）〕Ｒm
＋ｊ〔−ω｛（ω2Ｍ0m2）／（Ｒm2＋ω2Ｌm2）｝Ｌm〕
【００６３】
このベクトル軌跡を図１０に示す。このように、センサヘッド周囲の材質抵抗が下がり、誘導電流が流れる経路を有するとＺ0ベクトルは、大きさは増加し、変化が減少（減衰）することが説明できる。
【００６４】
良導体でも薄膜化が進むと、その材質内での電子の平均自由工程と膜厚とが近づいてくると抵抗率が上昇する。そのため抵抗率の高い被検出体を検知するために、励磁周波数ωを高くする等の感度向上のため対策が採られる。その結果、周囲構造物の材質の影響を無視できなくなることがある。具体的なパラメータを使い計算した結果を参考例として図１１に示す。ここでは、励磁周波数ω＝２９ＭＨｚ、周囲材質による電気回路抵抗：Ｒｍ＝ＩＧΩと１ｋΩの例を示す。
【００６５】
上記のように、渦電流センサの検出感度を向上させる対策の効果を引き出すには、周囲物体の影響を削減する方策を平行して実施する必要がある。本願発明では、比較的高い固有抵抗材質や良導体薄膜の終点検知や膜厚検出の性能向上のために検出感度向上とロバスト性向上を併せて持った渦電流センサを提供する。そのために、励磁コイルや検出コイルの周辺での渦電流（二次電流）発生を防止する磁気回路構造を備えた渦電流センサを提供する。磁気回路を工夫することで渦電流センサの周囲材質が導体であっても発生する誘導起電圧を全体として打ち消すようにする。そのため、周囲材質に二次電流が流れない構造とすることができる。よって、式（９）のＲｍを∞相当にすることで、周囲材質の影響を削減（理想的には消去）することができる。
【００６６】
なお、上述の励磁回路のＬＣＲ直列共振回路特性を利用するためのＣの設定と記述したが、Ｃの値は、１００ｐＦ以下のレベルである。そのため、実際の回路調整では、配線やコイルなどの必要構造物による容量成分（Ｃ）を極力抑える工夫をし合わせ込みすることが多い。（配線とＧＮＤ距離や配線間距離、コイルの巻き方など）
【実施例１】
【００６７】
図１２は本発明に係る渦電流センサの概略構成を示す。本渦電流センサ２０は円環状の励磁コイル２１、検出コイル２２、２３をそれぞれ２個以上（ここではＡ（左）側とＢ（右）側の２個）組合せた構成としている。２４は励磁コイル２１、検出コイル２２、２３を埋め込んだセンサヘッドであり、該センサヘッド２４はプラスチック、セラミック等の絶縁体で構成されている。励磁コイル２１をセンサヘッド２４の上下方向所定位置に配置し、該励磁コイル２１を挟んで検出コイル２２、２３を上下に配置して構成している。検出コイル２２、２３の一方の検出コイル（ここでは検出コイル２３）を定常状態の誘導電圧成分をキャンセルするバランスコイルとしている。２５は周囲導体である。なお、図１２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本渦電流センサ２０の平面、断面を示す。
【００６８】
上記構成の渦電流センサ２０において、Ａ側の励磁コイル２１の発生磁界による周囲導体２５に誘起される誘起電圧Ｖａによって流れる電流Ｉａは、Ａ側の励磁コイル２１の周囲を周回するように流れたいが、Ａ側の励磁コイル２１とＢ側の励磁コイル２１の間のセンサヘッド２４の構成部材が絶縁体であるため、電流Ｉａは限りなく０に近くなる。また、Ｂ側の励磁コイル２１の発生磁界による周囲導体２５に誘起される誘起電圧Ｖｂによって流れる電流Ｉｂは、Ｂ側の励磁コイル２１の周囲を周回するように流れたいが、上記のようにセンサヘッド２４の構成部材が絶縁体であるため、電流Ｉｂは限りなく０に近くなる。理想的には、Ａ側の励磁コイル２１により誘起させる誘起電圧ＶａとＢ側の励磁コイル２１により誘起される誘起電圧ＶｂはＶａ＝Ｖｂとなる。そのためにはＡ側の励磁コイル２１とＢ側の励磁コイル２１の形状寸法と巻数を同じにする。従って、Ａ側の励磁コイル２１とＢ側の励磁コイル２１の周囲を回る周回電流Ｉａ−Ｉｂも０となる。
【００６９】
また、Ａ側の検出コイル２２、２３、及びＢ側の検出コイル２２、２３も上記Ａ側及びＢ側の励磁コイル２１と同じに構成され、励磁と検出の相違のみで誘起電圧及び該誘起電圧によって流れる電流は同じであるので、説明は省略する。
【００７０】
図１２に示す渦電流センサ２０を図１３（ａ）、（ｂ）に書き換え、これをベクトル回路で示すと図１４のようになり、更に図１５（ａ）、（ｂ）に示すように２つの回路に書き換えることができる。Ａ側のコイルとＢ側のコイルは巻き方向が互に反対で直列に接続されている。図１４の回路において、Ｌ01はＡ側の励磁コイル２１を、Ｌ02はＢ側の励磁コイル２１をそれぞれ示す。コイルＬ01、コイルＬ02に同方向の電流Ｉ0を供給したとき、コイルＬ01で発生する磁束φ1（磁界Ｈ1）とコイルＬ02で発生する磁束φ2〈磁界Ｈ2〉の向きが反対となるため、周囲材質の等価電気回路モデルのインダクタンスＬm1、Ｌm2の両端に発生する誘起電圧Ｖm1と誘起電圧Ｖm2は互いに向きが反対となる。Ｌm1とＬm2の結合点ａは他に継がるルートがない。そのため誘起電圧Ｖm1＋Ｖm2による電流は流れない。なお、図１３（ａ）において、２６は被検出体を示す。
【００７１】
Ｉm1＝Ｖm1／Ｚm1＝−Ｎm1（Δφ1／Δｔ）／（Ｒm1＋Ｒm2＋ｊωＬm1）
φ1＝（μＡ01Ｎ01／Ｌ01）Ｉ0
Ｉm2＝Ｖm2／Ｚm2＝−Ｎm2（Δφ2／Δｔ）／（Ｒm1＋Ｒm2＋ｊωＬm2）
φ2＝（μＡ02Ｎ02／Ｌ02）Ｉ0
多数の起電力を含む回路網の電流分布は、各起電力が１つずつ単独に存在したときの電流分布の和に等しいとする重合せの理により、磁束φ1、φ2は大きさが同じで互いに反対向きの磁束分布とすれば、周囲材質の形状で決まるＮm1＝Ｎm2の条件を加えて、誘起電圧Ｖm1とＶm2を比較すると、Ｖm1＝−Ｖm2より、Ｖm1＋Ｖm2＝０であり、電流Ｉm1とＩm2の流れる方向は反対、また同様にＬm1＝Ｌm2であるから、
Ｚm1＝Ｚm2
よって、
ΣＩm＝Ｉm1＋Ｉm2＝０
となる。
【００７２】
図１６は本発明に係る渦電流センサ２０’の概略構成例を示す図である。本渦電流センサ２０’が図１２の渦電流センサ２０と異なる点は、本渦電流センサ２０’ではセンサコイルを励磁コイル２１のみとしている点である。図１７は渦電流センサ２０’を用いた渦電流センサシステム構成を示す図である。Ａ側の励磁コイル２１であるコイルＬ01、該コイルＬ01と巻方向が反対のＢ側の励磁コイル２１であるコイルＬ02を直列に接続し、該直列回路に駆動電源Ｅ0から周波数ωの交流励磁電流Ｉ0を供給するようにしている。
【００７３】
渦電流センサ２０’の信号処理部６０は図１７に示すように振幅調整器６１、位相調整器６２、高周波増幅器６３、ｓｉｎ成分を検出するｓｉｎ検波部とｃｏｓ成分を検出するｃｏｓ検波部を備えた検波器６４で構成されている。駆動電源Ｅ0からＡ側励磁コイル２１、Ｂ側励磁コイル２１に供給される電流Ｉ0を電流センサ６５で検出し、該電流センサ６５からΔＩ0／Δｔ＝ＥI相当信号を高周波増幅器６３に入力する。振幅調整期器６１及び位相調整器６２では初期状態（ＲＴ＝∞）の出力をできるだけ０にするための信号ｅ0を作成し、位相調整器６２から信号ｅ0を高周波増幅器６３に入力する。また、検波器６４には駆動電源Ｅ0から検波用基準信号Ｓが入力される。高周波増幅器６３では、（ＥI−ｅ0）×Ｇ＝Ｅout信号を作成し、検波器６４に入力する。検波器６４ではＥoutの実数Ｒｅ成分と虚数Ｉｍ成分を検出し、それぞれ出力する。
【実施例２】
【００７４】
図１８（ａ）、（ｂ）は本発明に係る渦電流センサ２０’’の概略構成例を示す図である。本渦電流センサ２０’’が図１６、図１７に示す渦電流センサ２０‘と異なる点は、センサコイルとしてＡ、Ｂ側の励磁コイル２１、２１であるコイルＬ01、Ｌ02の他に検出コイル２２、２２であるコイルＬ11、Ｌ12を設けている点である。そして図１８（ｃ）に示すようにコイルＬ01とＬ02を直列、コイルＬ11とＬ12を直列に接続している。コイルＬ11とＬ12の直列回路に接続された抵抗Ｒ1の両端の電圧Ｖ1は、
Ｖ1＝−Ｎ1Δφ／Δｔ≒ΔＩ0／Δｔ＝ＥI
となり、図１７の信号処理部６０と同じ構成の信号処理部６０を設けることにより、Ｅoutの実数Ｒｅ成分と虚数Ｉｍ成分を検出することができる。
【実施例３】
【００７５】
図１９は本発明に係る渦電流センサの概略構成を示す。本渦電流センサ３０は、半円環状（Ｄ型形状）、即ち、径部と半円弧部で形成された励磁コイル３１、検出コイル３２、３３をそれぞれ２個（ここではＡ（左）側とＢ（右）側にそれぞれ２個）を互いに背中合せ、即ち径部と径部を対向させて配置した構成としている。３４は励磁コイル３１、検出コイル３２、３３を支持（埋め込んだ）するセンサヘッドであり、該センサヘッド３４はプラスチック、セラミック等の絶縁体で構成されている。励磁コイル３１をセンサヘッド３４の上下方向所定位置に配置し、該励磁コイル３１を挟んで検出コイル３２、３３が上下に配置されている。検出コイル３２、３３の一方の検出コイル（ここでは検出コイル３３）をバランスコイルとしている。３５は周囲導体である。このようにＡ側の励磁コイル３１、検出コイル３２、３３、Ｂ側の励磁コイル３１、検出コイル３２、３３の平面形状を半円環状とすることにより、円柱状のセンサヘッド３４に配置したとき、無駄なスペースの無いセンサヘッドにすることができる。また、センサヘッド３４を円柱状にできるので、センサヘッド３４と周囲導体３５の間にＯリングのシール溝３７を設け、Ｏリング３６でシールでき、加工精度を出し易く、良好なシール性能を発揮できる。なお、図１９（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本渦電流センサ３０の平面、断面を示す。
【００７６】
Ａ側の励磁コイル３１の発生磁界による周囲導体３５に誘起される誘起電圧Ｖａによって流れる電流Ｉａは、Ａ側の励磁コイル３１の周囲を周回するように流したいが、センサヘッド３４が絶縁体であるため、電流Ｉａは限りなく０に近くなる。また、Ｂ側の励磁コイル３１の発生磁界による周囲導体３５に誘起される誘起電圧Ｖｂによって流れる電流Ｉｂは、Ｂ側の励磁コイル３１の周囲を周回するように流したいが、センサヘッド３４が絶縁体であるため、電流Ｉｂは限りなく０に近くなる。理想的には、Ａ側の励磁コイル３１により誘起させる誘起電圧ＶａとＢ側の励磁コイル３１により誘起される誘起電圧ＶｂはＶａ＝Ｖｂである。そのためにはＡ側の励磁コイル３１とＢ側の励磁コイル３１の形状寸法と巻数を同じにする。従って、Ａ側の励磁コイル３１とＢ側の励磁コイル３１の周囲を回る周回電流Ｉａ−Ｉｂも０となる。
【００７７】
また、Ａ側の検出コイル３２、３３、及びＢ側の検出コイル３２、３３もＡ側及びＢ側の励磁コイル３１と同じに構成され、励磁と検出の相違のみで同じであるので、説明は省略する。
【実施例４】
【００７８】
図２０は本発明に係る渦電流センサの概略構成を示す。本渦電流センサ４０は励磁コイル４１、検出コイル４２、４３のいずれもＡ（左）側とＢ（右）側の平面形状を８の字形状の一体のコイル、即ちＡ（左）側とＢ（右）側の一対のコイルを一体の８の字状コイルに形成している。センサヘッド４４のセンサコイル装着部４４ａは、円柱状のセンサヘッド４４の上部を小径部とし、該小径部の中央部に縦溝４４ｂを形成した形状としている。このセンサコイル装着部４４ａに平面８の字形状の励磁コイル４１、検出コイル４２、４３を下方から上方に検出コイル４３、励磁コイル４１、検出コイル４２の順次装着し、Ａ側とＢ側を等価な磁気回路としている。センサヘッド４４はプラスチック、セラミック等の絶縁体で構成されている。ここでも一方の検出コイル４３をバランスコイルとする。なお、図２０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本渦電流センサ４０の平面図、断面図、（ｃ）はセンサコイル装着部の斜視図を示す。
【実施例５】
【００７９】
図２１は本発明に係る渦電流センサの概略構成を示す。本渦電流センサ５０は励磁コイル５１、検出コイル５２、５３のいずれもＡ（左）側とＢ（右）側の平面を１の平面８の字形状の一体のコイル、即ちＡ（左）側とＢ（右）側の一対のコイルを一体の８の字状コイルに形成している。Ａ側とＢ側が交わる部分の開き角度９０°で直交させている。このような平面８の字形状の励磁コイル５１、検出コイル５２、５３はプラスチック、セラミック等の絶縁体で構成されているセンサヘッド５４内の上下方向所定の位置に励磁コイル５１を配置し、該励磁コイル５１を挟んで検出コイル５２と検出コイル５３を上下に配置している。これによりコイル等価回路定数として容量成分Ｃを削減している。ここでも一方の検出コイル５３をバランスコイルとする。なお、図２１の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本渦電流センサ５０の平面、断面を示す。
【００８０】
上記実施例１乃至５に示す構成の渦電流センサを導電膜が形成された基板を研磨する基板研磨装置（ＣＭＰ装置）の膜厚検出センサとして使用すれば、従来の膜厚センサでは、使用できなかった導電体材料、例えばアルミニウムやステンレスを研磨テーブルに使用できる。よってこれら導電体材料のメリットを活用しながら、研磨対象基板の膜厚検出や研磨終点検知を行うことができる。また、比較的高抵抗の被検出体の膜厚や研磨終点を検知するために、励磁周波数を上げた場合でも、導電体材料で構成された研磨テーブルの影響を無視できるレベルまで下げることができる。
【００８１】
また、従来の渦電流センサをめっき装置で使用する場合、めっき槽の側壁に絶縁体アダプタを取り付け、渦電流センサの周辺材料の影響を無視できる構造とする必要があった。これに対して、上記実施例１乃至５に示す構成の渦電流センサを用いれば、上記のような絶縁体アダプタは不要となる。また、本願渦電流センサは、電気良導体の中でもその影響を小さくできるので、めっき液内で被めっき体のめっき膜の膜厚や終点の検知を実施することが可能となる。
【００８２】
なお、従来の渦電流センサでは、磁界を発生する箇所が１つであったが、上記実施例１乃至５に示す構成の渦電流センサでは、隣り合う２つの箇所（一対の励磁コイル）となるため、磁束分布の広がり方に影響がでる。そのため、励磁コイルと被検出体との距離を近づけるなどの対策が必要となる場合もある。
【００８３】
また、本発明に係る渦電流センサは、被検査体の内部欠陥や内部通電の有無を非接触で検出するのにも利用できる。例えば、３次元実装チップの内部接合状態を検出できる。従来の渦電流センサのコイル形状では、磁束が大きく広がり過ぎて、接合不良が一部あっても必要な検出感度が得られがたい。本発明に係る渦電流センサのコイル形状は、２つのコイルを有するから、磁束密度の高い部分が２つのコイル間に発生する。例えば、図１９に示すコイル形状とすれば、Ａ（左）側とＢ（右）側のコイル間にライン状に磁束が集まり、接合不良部の存在を検知しやすく、且つ、場所の特定もしやすくなる。
【００８４】
図２２は半導体ウエハ等の表面に導電膜が形成された基板を研磨する基板研磨装置において、導電膜の膜厚測定用に本発明に係る渦電流センサを用いた基板研磨装置の要部構成を示す図である。基板研磨装置２００は、上面に研磨パッド２０１が貼り付けられた研磨テーブル２０２と、基板Ｗを保持するトップリング２１０を具備する。この基板研磨装置２００において、テーブル支持軸２０３を介して矢印Ａに回転する研磨テーブル２０２の研磨パッド２０１上面に、基板板保持面に基板Ｗを保持し、矢印Ｂに回転するトップリングの基板Ｗを当接させ、図示しない研磨液ノズルから研磨パッド２０１上面に研磨液を供給しながら、基板Ｗと研磨パッド２０１の相対運動により、基板Ｗの表面に形成された導電膜を研磨する。
【００８５】
研磨テーブル２０２内には、本発明に係る渦電流センサ２０が埋め込まれており、該渦電流センサ２０には、ロータリジョイント２０６をテーブル支持軸２０３を通るケーブル２０５を介して、駆動電源Ｅ0から渦電流センサ２０の励磁コイルに周波数ωの交流励磁電流Ｉ0を供給し、この交流励磁電流Ｉ0を電流センサ６５で検出するようになっている。該電流センサ６５から図１７に示すのと同様、ΔＩ0／Δｔ＝Ｅ1相当信号を高周波増幅器６３に入力する。また、振幅調整器６１及び位相調整器６２では初期状態（ＲT＝∞）の出力をできるだけ０にするための信号ｅ0を作成し、位相調整器６２から信号ｅ0を高周波増幅器６３に入力する。また、検波器６４には駆動電源Ｅ0から検波用基準信号Ｓが入力される。高周波増幅器６３では、（ＥI−ｅ0）×Ｇ＝Ｅout信号を作成し、検波器６４に入力する。検波器６４ではＥoutの実数Ｒｅ成分と虚数Ｉｍ成分を検出し、それぞれ出力する。
【００８６】
上記検波器６４からの実数Ｒｅ成分（Ｘ）と虚数Ｉｍ成分（Ｙ）から、基板Ｗの導電性膜厚を検出する手法として、特許文献７に開示されているように、θ＝Ｔａｎ-1Ｙ／Ｘに基づく方法と、抵抗成分とリアクタンス成分との合成インピーダンスに基づく手法と、円弧の長さを測る方法がある。ここでは、基板Ｗの導電性膜厚を、該導電性膜と渦電流センサ２０のギャップＧの変化に影響されることなく検出できるθ＝Ｔａｎ-1Ｙ／Ｘに基づく方法を下記に説明する。
【００８７】
図２６は駆動電源Ｅ0側から見たインピーダンスＺの座標の円軌跡を示す図である。縦軸リアクタンス成分Ｘであり、横軸は抵抗成分Ｒである。点Ｃは膜厚が例えば１００μｍ以上と極めて大きい（完全導体とみなせる）場合である。この場合には、駆動電源Ｅ0から渦電流センサ２０の励磁コイル２１に励磁電流Ｉ0を通電した場合、導電性膜に流れる渦電流が極めて大きく、励磁コイル２１と等価的に並列に接続された抵抗成分Ｒとリアクタンス成分Ｘが極めて小さくなる。従って、抵抗成分Ｒ及びリアクタンス成分Ｘが共に小さくなる。
【００８８】
研磨が進行して導電性膜が薄くなると、励磁コイル２１の入力端子から見たインピーダンスＺは、Ｃ点から開始し等価的な抵抗成分Ｒが増大し、リアクタンス成分Ｘも増大する。励磁コイル２１の入力端子から見たインピーダンスＺの抵抗成分Ｒが最大となる点をＢで示す。このとき励磁コイル２１の入力端子から見た渦電流損が最大となる。さらに研磨が進行し、導電性膜がより薄くなると、渦電流が減少し、励磁コイル２１の入力端子から見た抵抗成分Ｒは、渦電流損が徐々に減少するから、徐々に小さくなる。そして、導電性膜が全て研磨により除去されると、そこには渦電流損が存在せず、等価的に並列接続された抵抗成分Ｒは無限大となり、励磁コイル２１の抵抗のみが残ることになる。このときのリアクタンス成分Ｘは、励磁コイル２１自体のリアクタンス成分のみである。この状態を、点Ａで示す。
【００８９】
図２７は導電性膜と渦電流センサ２０との間のギャップを変化させた場合のインピーダンス座標面における図２６の円軌跡の変化を示す図である。渦電流センサ２０によるＸ成分及びＹ成分の測定結果からは、図に示すように、導電性膜と渦電流センサ２０との間のギャップＧにかかわらずに、Ｘ成分及びＹ成分の導電性膜の膜厚毎の出力値を直線（ｒ１〜ｒ３）で結ぶと、その直線が交差する点（中心点）Ｐを取得することができる。この予備測定直線ｒｎ（ｎ：１，２，３・・・）はその交点Ｐを通過するＹ成分一定の基準線（図２７における水平線）Ｌに対して、導電性膜の膜厚に応じた仰角（挟角）θで傾斜（勾配）する。
【００９０】
このことから、基板Ｗに形成された導電性膜と渦電流センサ２０との間のギャップＧ（研磨パッド２０１の厚さ）が変化しても導電性膜のＸ成分及びＹ成分の測定結果（出力値）と中心点Ｐを結ぶ本番測定線ｒｎの基準線Ｌに対する仰角θを求めれば、予め予備測定済みの導電性膜の膜厚に応じた仰角θの変化傾向などとの相関関係に基づいてその測定対象の導電性膜の膜厚を導出することができる。
【００９１】
上記のことは図６の励磁源インピーダンスＺ0と被検出体抵抗ＲTの関係を示す図からも明らかである。即ち、結合係数ｋは基板Ｗの導電性膜と渦電流センサ２０との間の距離に反比例するが、この距離（係数ｋ）が変化しても同一直線とＺ0（Ｉｍ）軸との角度を計測すれば、被検出体側の二次回路抵抗ＲTを同定することができるのである。図２２の検波器６４の出力である実数Ｒe成分と虚数Ｉm成分からθ＝ｔａｎ-1Ｉm／Ｒeを導電性膜の膜厚に対して、予め求めておき、このθと測定対象導電性膜を測定して得られたＲe成分とＩm成分から求めたθ（θ＝ｔａｎ-1Ｉm／Ｒe）を比較することにより、対象導電性膜の膜厚を検出できる。
【００９２】
上記のように基板研磨装置２００で、研磨中に基板Ｗの導電性膜厚を高精度で検出することにより、例えばエンドポイント等を精度よく検出し、研磨を終了させることができる。即ち、渦電流センサ２０で基板Ｗの導電性膜の膜厚状況を監視しながら、研磨の進捗を知ることができる。
【００９３】
なお、ここでは研磨テーブル２０２、トップリング２１０を具備し、導電膜が形成された半導体ウエハを基板Ｗとして研磨する基板研磨装置２００を例に説明したが、本発明に係る渦電流センサは、導電膜が形成された被研磨物の該導電膜を研磨する研磨装置の導電膜厚検出のために広く利用できる。なお、上記例では、図１２に示す渦電流センサを用いる例を示した、図１３、図１６、図１８、図１９、図２０、図２１に示す渦電流センサでもよいことは当然である。
【００９４】
次に、半導体ウエハ等の基板に導電性めっき膜を形成するめっき装置において、基板に形成される導電性膜の膜厚を検出する膜厚検出センサとして、本発明に係る渦電流センサを用いる例について説明する。図２３は基板めっき装置の概略構成例を示す図である。なお、ここでは無電解めっき装置を想定して示すので、電解めっき装置であれば、当然備えてる電極やめっき電流供給電源は図示していない。図示するように、めっき装置３００は、めっき槽３０１を備え、該めっき槽３０１内にめっき液３０２を収容している。めっき液３０２に基板ホルダー３１０の下面に保持した基板Ｗを浸漬し、基板Ｗの表面に銅膜等の導電性膜を形成する。導電膜形成中に基板Ｗを保持した基板ホルダー３１０を軸３１１を中心に矢印Ａに示すように回転することにより、ポンプ効果によりめっき液３０２中に矢印Ｂに示すような旋回流が発生し、基板Ｗの表面近傍に新鮮なめっき液が積極的に供給される。これにより、基板Ｗの表面に効率よく導電性めっき膜が形成される。
【００９５】
上記構成のめっき装置において、従来の渦電流センサを用いて、基板Ｗの表面に形成された導電性めっき膜の膜厚を測定するには、図２４に示すように、基板Ｗに対向するめっき槽３０１の側壁（図では底壁）に非導電性材からなるアダプタ３２１をＯリング３２２を介在させて気密状態で設け、該アダプタ３２１の凹部３２３に渦電流センサヘッド３２４を挿入設置していた。このように基板Ｗのめっき面と対向するめっき槽３０１の側壁に非導電性材からなるアダプタ３２１を設け、その凹部３２３に渦電流センサヘッド３２４を挿入設置した構成では、基板Ｗのめっき面と渦電流センサヘッド３２４までの距離Ｌが大きくなり、渦電流センサの感度が低下する。また、めっき槽３０１の深さ寸法を小さくすると、基板Ｗのめっき面とめっき槽３０１の底面との距離が小さくなり、基板ホルダー３１０を回転させてもポンプ効果による十分なめっき液３０２の旋回流が発生せず、基板Ｗに新鮮なめっき液３０２を供給できずめっき効率が低下するという問題がある。
【００９６】
図２５は基板Ｗの表面に形成された導電性膜の膜厚測定に本発明に係る渦電流センサ２０を用いためっき装置の構成例を示す図である。図示するように、基板Ｗに対向するめっき槽３０１の側壁（図では底壁）に棒状のセンサホルダー３３０をＯリング３３１を介在させて気密状態で設け、センサホルダー３３０の先端部に本発明に係る渦電流センサ２０を取り付ける。これにより渦電流センサ２０と基板Ｗのめっき面との距離が小さくなり、渦電流センサ２０の感度が向上する。このように渦電流センサ２０をめっき液中に浸漬しても、本発明に係る渦電流センサは、センサヘッドの側面に導電体があっても、上記のように影響を受けない渦電流センサであるから、問題がない。
【００９７】
基板Ｗのめっき面に形成される導電性めっき膜の膜厚は、上記基板研磨装置で説明したと同じ方法で検出できる。上記めっき装置において、めっき処理中に渦電流センサ２０で基板Ｗの表面に形成されるめっき膜の膜厚を監視しながら、めっき処理を継続し、所望の膜厚に達したらめっき終了とすることができる。なお、図示は省略するが電解めっき装置においても、めっき処理中に本発明に係る渦電流センサ２０で基板Ｗの表面に形成されるめっき膜の膜厚を監視しながら、めっき処理を継続し、所望の膜厚に達したらめっき終了とすることができる。
【００９８】
上記本実施例では、渦電流センサの周囲物体を導体としたが、周囲物体は導体に限らず絶縁体でもよい。また、外乱に対して安定な（ロバストな）検出機能を提供できることに変わりはない。
【００９９】
以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、導電性膜又は導電性膜が形成された基体の膜厚を渦電流センサが配置されている周囲構造物の材料に影響されることなく、安定して検出できる渦電流センサを提供できる。従って、基板面に形成された導電性膜を研磨する研磨装置や基板面に導電性膜を形成するめっき装置の膜厚検出や研磨終点検知等に広く利用できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１１ 励磁コイル
１２ 第１検出コイル
１３ 第２検出コイル
１４ 差電圧検出回路
１５ センサヘッド
２０ 渦電流センサ
２１ 励磁コイル
２２ 検出コイル
２３ 検出コイル
２４ センサヘッド
２５ 周囲導体
２６ 被検出体
３０ 渦電流センサ
３１ 励磁コイル
３２ 検出コイル
３３ 検出コイル
３４ センサヘッド
３５ 周囲導体
３６ Ｏリング
３７ シール溝
４０ 渦電流センサ
４１ 励磁コイル
４２ 検出コイル
４３ 検出コイル
４４ センサヘッド
４５ 周囲導体
５０ 渦電流センサ
５１ 励磁コイル
５２ 検出コイル
５３ 検出コイル
５４ センサヘッド
５５ 周囲導体
５０ 渦電流センサ
５１ 励磁コイル
５２ 検出コイル
５３ 検出コイル
５４ センサヘッド
５５ 周囲導体
６０ 信号処理部
６１ 振幅調整器
６２ 位相調整器
６３ 高周波増幅器
６４ 検波器
６５ 電流センサ
２００ 基板研磨装置
２０１ 研磨パッド
２０２ 研磨テーブル
２０３ テーブル支持軸
２０５ ケーブル
２０６ ロータリジョイント
２１０ トップリング
３００ めっき装置
３０１ めっき槽
３０２ めっき液
３１１ 軸
３２１ アダプタ
３２２ Ｏリング
３２３ 凹部
３２４ 渦電流センサヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性膜又は導電性膜が形成された基体の近傍に配置されたセンサコイルを備え、該センサコイルに交流電流を通電することにより、前記導電性膜に渦電流を誘起し、該渦電流により発生する磁束変化をセンサコイルに誘起される誘起電圧により検出して前記導電性膜の膜厚を測定する渦電流センサにおいて、
前記センサコイルはセンサヘッドに配置されており、
前記センサコイルは少なくとも一対のコイルからなり、
前記一対のコイルを各コイルに通電した際に、前記センサヘッドの一方のコイル周囲を周回する電流が、他方のコイル周囲を周回する電流と絶対値が同じで流れの向きが逆になるように配置したことを特徴とする渦電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の渦電流センサにおいて、
前記センサコイルは、一対のコイルからなる励磁用コイルと、一対のコイルからなる少なくとも１つの検出用コイルを具備することを特徴とする渦電流センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の渦電流センサにおいて、
前記センサヘッドの所定位置に前記励磁用コイルを配置し、該励磁用コイルの上下に前記検出用コイルを配置し、一方の検出用コイルを他方の検出用コイルの定常状態の誘導電圧を打ち消すバランスコイルとしたことを特徴とする渦電流センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の渦電流センサにおいて、
前記励磁用コイルの一対のコイルは、同じコイルを左右対称に配置したことを特徴とする渦電流センサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の渦電流センサにおいて、
前記検出用コイルの一対のコイルは、同じコイルを左右対称に配置したことを特徴とする渦電流センサ。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の渦電流センサにおいて、
前記励磁用コイルの一対のコイルは、平面８の字状に形成されたコイルであることを特徴とする渦電流センサ。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の渦電流センサにおいて、
前記検出用コイルの一対のコイルは、平面８の字状に形成されたコイルであることを特徴とする渦電流センサ。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の渦電流センサにおいて、
前記平面８の字状に形成されたコイルの交差部の開き角度は９０°であることを特徴とする渦電流センサ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の渦電流センサにおいて、
前記センサヘッドは絶縁体材料で構成されていることを特徴とする渦電流センサ。
【請求項１０】
導電膜が形成された基板を研磨する研磨装置において、
前記基板の導電膜の膜厚を検出する膜厚検出センサとして、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の渦電流センサを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項１１】
導電膜を形成するめっき装置において、
前記基板に形成される導電膜の膜厚を検出する膜厚検出センサとして、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の渦電流センサを備えたことを特徴とするめっき装置。
【請求項１２】
導電膜が形成された基板の該導電膜の膜厚を膜厚センサで監視しながら該導電膜を研磨する研磨方法において、
前記膜厚センサとして請求項１乃至９のいずれか１項に記載の渦電流センサを用いたことを特徴とする研磨方法。
【請求項１３】
基板の表面に形成される導電膜の膜厚を膜厚センサで監視しながら、該導電膜を形成するめっき方法において、
前記膜厚センサとして請求項１乃至９のいずれか１項に記載の渦電流センサを用いたことを特徴とするめっき方法。
【請求項１】
導電性膜又は導電性膜が形成された基体の近傍に配置されたセンサコイルを備え、該センサコイルに交流電流を通電することにより、前記導電性膜に渦電流を誘起し、該渦電流により発生する磁束変化をセンサコイルに誘起される誘起電圧により検出して前記導電性膜の膜厚を測定する渦電流センサにおいて、
前記センサコイルはセンサヘッドに配置されており、
前記センサコイルは少なくとも一対のコイルからなり、
前記一対のコイルを各コイルに通電した際に、前記センサヘッドの一方のコイル周囲を周回する電流が、他方のコイル周囲を周回する電流と絶対値が同じで流れの向きが逆になるように配置したことを特徴とする渦電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の渦電流センサにおいて、
前記センサコイルは、一対のコイルからなる励磁用コイルと、一対のコイルからなる少なくとも１つの検出用コイルを具備することを特徴とする渦電流センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の渦電流センサにおいて、
前記センサヘッドの所定位置に前記励磁用コイルを配置し、該励磁用コイルの上下に前記検出用コイルを配置し、一方の検出用コイルを他方の検出用コイルの定常状態の誘導電圧を打ち消すバランスコイルとしたことを特徴とする渦電流センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の渦電流センサにおいて、
前記励磁用コイルの一対のコイルは、同じコイルを左右対称に配置したことを特徴とする渦電流センサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の渦電流センサにおいて、
前記検出用コイルの一対のコイルは、同じコイルを左右対称に配置したことを特徴とする渦電流センサ。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の渦電流センサにおいて、
前記励磁用コイルの一対のコイルは、平面８の字状に形成されたコイルであることを特徴とする渦電流センサ。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の渦電流センサにおいて、
前記検出用コイルの一対のコイルは、平面８の字状に形成されたコイルであることを特徴とする渦電流センサ。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の渦電流センサにおいて、
前記平面８の字状に形成されたコイルの交差部の開き角度は９０°であることを特徴とする渦電流センサ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の渦電流センサにおいて、
前記センサヘッドは絶縁体材料で構成されていることを特徴とする渦電流センサ。
【請求項１０】
導電膜が形成された基板を研磨する研磨装置において、
前記基板の導電膜の膜厚を検出する膜厚検出センサとして、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の渦電流センサを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項１１】
導電膜を形成するめっき装置において、
前記基板に形成される導電膜の膜厚を検出する膜厚検出センサとして、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の渦電流センサを備えたことを特徴とするめっき装置。
【請求項１２】
導電膜が形成された基板の該導電膜の膜厚を膜厚センサで監視しながら該導電膜を研磨する研磨方法において、
前記膜厚センサとして請求項１乃至９のいずれか１項に記載の渦電流センサを用いたことを特徴とする研磨方法。
【請求項１３】
基板の表面に形成される導電膜の膜厚を膜厚センサで監視しながら、該導電膜を形成するめっき方法において、
前記膜厚センサとして請求項１乃至９のいずれか１項に記載の渦電流センサを用いたことを特徴とするめっき方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１１−６４５９０（Ｐ２０１１−６４５９０Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６０１２（Ｐ２００９−２１６０１２）
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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