JP7269871B2 - Eddy current sensor output signal processing circuit and output signal processing method - Google Patents
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Description
本発明は、渦電流センサの出力信号処理回路および出力信号処理方法に関するものである。 The present invention relates to an eddy current sensor output signal processing circuit and an output signal processing method.
渦電流センサは膜厚測定、変位測定等に使用される。以下では、膜厚測定を例にして渦電流センサを説明する。膜厚測定用渦電流センサは、例えば半導体デバイスの製造工程(研磨工程)で用いられる。研磨工程において渦電流センサは、以下のように用いられる。半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。そこで、被研磨物である半導体ウェハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一手段として研磨装置により研磨(ポリッシング)することが行われている。 Eddy current sensors are used for film thickness measurement, displacement measurement, and the like. The eddy current sensor will be described below using film thickness measurement as an example. Eddy current sensors for film thickness measurement are used, for example, in the manufacturing process (polishing process) of semiconductor devices. The eddy current sensor is used in the polishing process as follows. 2. Description of the Related Art As the degree of integration of semiconductor devices advances, circuit wiring is becoming finer and the distance between wirings is becoming narrower. Therefore, it is necessary to planarize the surface of the semiconductor wafer, which is the object to be polished.
研磨装置は、被研磨物を研磨するための研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、被研磨物を保持して研磨パッドに押圧するためにトップリングを備える。研磨テーブルとトップリングはそれぞれ、駆動部(例えばモータ)によって回転駆動される。研磨剤を含む液体(スラリー)を研磨パッド上に流し、そこにトップリングに保持された被研磨物を押し当てることにより、被研磨物は研磨される。 The polishing apparatus includes a polishing table for holding a polishing pad for polishing an object to be polished, and a top ring for holding and pressing the object to be polished against the polishing pad. The polishing table and the top ring are each rotationally driven by a driving section (for example, a motor). A liquid (slurry) containing an abrasive is poured onto the polishing pad, and the object to be polished held by the top ring is pressed against it, whereby the object to be polished is polished.
研磨装置では、被研磨物の研磨が不十分であると、回路間の絶縁がとれず、ショートするおそれが生じ、また、過研磨となった場合は、配線の断面積が減ることによる抵抗値の上昇、又は配線自体が完全に除去され、回路自体が形成されないなどの問題が生じる。このため、研磨装置では、最適な研磨終点を検出することが求められる。 In a polishing machine, if the polishing of the object to be polished is insufficient, insulation between circuits cannot be obtained, and there is a risk of short-circuiting. or the wiring itself is completely removed and the circuit itself is not formed. Therefore, the polishing apparatus is required to detect the optimum polishing end point.
このような技術としては、特開2011-23579号に記載のものがある。この技術においては、3個のコイルを用いた渦電流センサが研磨終点を検出するために用いられている。特開2011-23579号の図5に示すように、3個のコイルのうちの検出コイルとダミーコイルは直列回路を構成し、その両端は可変抵抗を含む抵抗ブリッジ回路に接続されている。抵抗ブリッジ回路でバランスの調整を行うことで、膜厚がゼロのときに、抵抗ブリッジ回路の出力がゼロになるようにゼロ点の調整が可能である。抵抗ブリッジ回路の出力は、特開2011-23579号の図6に示すように、同期検波回路に入力される。同期検波回路は、入力された信号から、膜厚の変化に伴う抵抗成分(R)、リアクタンス成分(X)、振幅出力(Z)および位相出力(tan-1R/X)等の直流成分を取り出す。 As such a technique, there is one described in JP-A-2011-23579. In this technique, an eddy current sensor using three coils is used to detect the polishing endpoint. As shown in FIG. 5 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-23579, the detection coil and the dummy coil among the three coils form a series circuit, and both ends of the series circuit are connected to a resistance bridge circuit including variable resistors. By adjusting the balance in the resistance bridge circuit, it is possible to adjust the zero point so that the output of the resistance bridge circuit becomes zero when the film thickness is zero. The output of the resistance bridge circuit is input to the synchronous detection circuit as shown in FIG. 6 of JP-A-2011-23579. The synchronous detection circuit detects DC components such as resistance component (R), reactance component (X), amplitude output (Z) and phase output (tan −1 R/X) associated with changes in film thickness from the input signal. Take out.
従来の渦電流センサを使用した膜厚の測定方法に関しては、渦電流センサが出力する信号に含まれるノイズが大きい。このため、微小な配線(例えば、Cu配線)を検出する時は、出力信号自体が小さく、出力信号がノイズに埋もれてしまい、膜厚が測れない場合もある。また、出力信号の大きさがノイズより多少大きい場合には、膜厚が測定できるが、膜厚の測定精度が低いという問題がある。 With regard to the conventional film thickness measurement method using an eddy current sensor, the signal output from the eddy current sensor contains a large amount of noise. Therefore, when detecting minute wiring (for example, Cu wiring), the output signal itself is small, and the output signal may be buried in noise, making it impossible to measure the film thickness. Also, when the magnitude of the output signal is somewhat larger than the noise, the film thickness can be measured, but there is a problem that the measurement accuracy of the film thickness is low.
本発明の一形態は、このような問題点を解消すべくなされたもので、その目的は、信号対雑音比(S/N:signal-to-noise ratio)を従来技術よりも改善した渦電流センサの出力信号処理回路および出力信号処理方法を提供することである。 One aspect of the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to improve the signal-to-noise ratio (S/N: signal-to-noise ratio) as compared with the prior art. An object of the present invention is to provide a sensor output signal processing circuit and an output signal processing method.
上記課題を解決するために、形態1では、励磁用信号を入力されて磁場を生成可能な励磁コイルと、前記磁場を検出して検出信号を出力可能な検出コイルとを有する渦電流センサと、前記検出信号を処理する出力信号処理回路とを有し、前記出力信号処理回路は、前記励磁用信号または前記検出信号からノイズを低減するためのノイズ低減信号を生成可能な生成回路と、前記生成回路において生成された前記ノイズ低減信号を前記検出信号に加算して、前記検出信号が含むノイズを低減したノイズ減少信号を生成可能な加算回路とを有することを特徴とする渦電流センサ組立体という構成を採っている。 In order to solve the above problems, in a first aspect, an eddy current sensor having an excitation coil capable of generating a magnetic field by receiving an excitation signal and a detection coil capable of detecting the magnetic field and outputting a detection signal; an output signal processing circuit for processing the detection signal, the output signal processing circuit being a generation circuit capable of generating a noise reduction signal for reducing noise from the excitation signal or the detection signal; and an addition circuit capable of adding the noise reduction signal generated in the circuit to the detection signal to generate a noise reduction signal in which noise contained in the detection signal is reduced. taking the configuration.
本実施形態では、ノイズ低減信号を検出信号に加算して、検出信号が含むノイズを低減したノイズ減少信号を生成するため、従来技術よりもS/Nが改善される。渦電流センサを膜厚の測定に使用する場合、ノイズの影響が低減されることによるCu配線等の検出精度が従来技術よりも改善して、渦電流センサの性能が向上する In this embodiment, the noise reduction signal is added to the detection signal to generate the noise reduction signal in which the noise included in the detection signal is reduced, so the S/N is improved as compared with the conventional technique. When an eddy current sensor is used to measure film thickness, the detection accuracy of Cu wiring, etc., is improved compared to conventional technology due to the reduction of the effects of noise, improving the performance of the eddy current sensor.
形態2では、励磁用信号を入力されて第1の磁場を生成可能な第1の励磁コイルと、前記第1の磁場を検出して第1の検出信号を出力可能な第1の検出コイルと、前記第1の磁場を検出して第1のダミー信号を出力可能な第1のダミーコイルとを有する渦電流センサが出力する前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号とを処理する渦電流センサの出力信号処理回路において、前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号の差である第1の差信号を出力可能な第1の抵抗ブリッジ回路と、前記励磁用信号、前記第1の検出信号、前記第1のダミー信号、前記第1の差信号のいずれかからノイズを低減するための第1のノイズ低減信号を生成可能な第1の生成回路と、前記第1の生成回路において生成された前記第1のノイズ低減信号を前記第1の差信号に加算して、前記第1の差信号が含むノイズを低減した第1のノイズ減少信号を生成可能な第1の加算回路とを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理回路という構成を採っている。
In
形態3では、前記渦電流センサは、前記励磁用信号を入力されて第2の磁場を生成可能な第2の励磁コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して第2の検出信号を出力可能な第2の検出コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して第2のダミー信号を出力可能な第2のダミーコイルとを有し、前記第1の検出コイルは、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して前記第1の検出信号を出力可能であり、前記第1のダミーコイルは、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して前記第1のダミー信号を出力可能であり、前記出力信号処理回路は、前記第2の検出信号と前記第2のダミー信号の差である第2の差信号を出力可能な第2の抵抗ブリッジ回路と、前記励磁用信号、前記第2の検出信号、前記第2のダミー信号、前記第2の差信号のいずれかからノイズを低減するための第2のノイズ低減信号を生成可能な第2の生成回路と、前記第2の生成回路において生成された前記第2のノイズ低減信号を前記第2の差信号に加算して、前記第2の差信号が含むノイズを低減した第2のノイズ減少信号を生成可能な第2の加算回路と、前記第1のノイズ減少信号と前記第2のノイズ減少信号とを加算可能な第3の加算回路とを有することを特徴とする形態2記載の渦電流センサの出力信号処理回路という構成を採っている。
In form 3, the eddy current sensor includes a second excitation coil that receives the excitation signal to generate a second magnetic field, and a second excitation coil that detects the first magnetic field and the second magnetic field and a second dummy coil capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field and outputting a second dummy signal; One detection coil is capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field and outputting the first detection signal, and the first dummy coil detects the first magnetic field and the second magnetic field. and outputting the first dummy signal, and the output signal processing circuit is capable of outputting a second difference signal that is a difference between the second detection signal and the second dummy signal. and a second noise reduction signal for reducing noise from any one of the excitation signal, the second detection signal, the second dummy signal, and the second difference signal. and the second noise reduction signal generated in the second generation circuit is added to the second difference signal to generate noise contained in the second difference signal. A second summing circuit capable of generating a reduced second noise reduction signal, and a third summing circuit capable of summing the first noise reduction signal and the second noise reduction signal. The configuration of the output signal processing circuit of the eddy current sensor described in
形態4では、励磁用信号を入力されて第1、第2の磁場をそれぞれ生成可能な第1、第2の励磁コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して、それぞれ第1、第2の検出信号を出力可能な第1、第2の検出コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して、それぞれ第1、第2のダミー信号を出力可能な第1、第2のダミーコイルとを有する渦電流センサが出力する前記第1、第2の検出信号と前記第1、第2のダミー信号と
を処理する渦電流センサの出力信号処理回路において、前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号の差である第1の差信号を出力可能な第1の抵抗ブリッジ回路と、前記第2の検出信号と前記第2のダミー信号の差である第2の差信号を出力可能な第2の抵抗ブリッジ回路と、前記第1の差信号と前記第2の差信号とを加算可能な第3の加算回路とを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理回路という構成を採っている。
In form 4, an excitation signal is input to detect first and second excitation coils capable of generating first and second magnetic fields, respectively, and the first magnetic field and the second magnetic field are detected. First and second detection coils capable of outputting first and second detection signals, detecting the first magnetic field and the second magnetic field, and capable of outputting first and second dummy signals, respectively an eddy current sensor output signal processing circuit for processing the first and second detection signals and the first and second dummy signals output by an eddy current sensor having first and second dummy coils, a first resistor bridge circuit capable of outputting a first difference signal that is the difference between the first detection signal and the first dummy signal; and a difference between the second detection signal and the second dummy signal. and a third addition circuit capable of adding the first difference signal and the second difference signal. It has a configuration of an eddy current sensor output signal processing circuit.
本実施形態によると、第1の差信号と第2の差信号とを加算するため、渦電流センサの出力信号が従来よりも大きくなり、膜厚測定の精度が改善する。 According to this embodiment, since the first difference signal and the second difference signal are added, the output signal of the eddy current sensor becomes larger than in the conventional case, and the accuracy of film thickness measurement is improved.
形態5では、励磁用信号を入力されて磁場を生成可能な励磁コイルと、前記磁場を検出して検出信号を出力可能な検出コイルとを有する渦電流センサが出力する前記検出信号を処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、前記励磁用信号または前記検出信号からノイズを低減するためのノイズ低減信号を生成するステップと、前記生成された前記ノイズ低減信号を前記検出信号に加算して、前記検出信号が含むノイズを低減したノイズ減少信号を生成するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法という構成を採っている。 In form 5, an eddy current sensor having an excitation coil capable of generating a magnetic field upon receiving an excitation signal and a detection coil capable of detecting the magnetic field and outputting a detection signal outputs an eddy current sensor that processes the detection signal. In the current sensor output signal processing method, the steps of generating a noise reduction signal for reducing noise from the excitation signal or the detection signal, adding the generated noise reduction signal to the detection signal, and generating a noise-reduced signal by reducing noise contained in the detection signal.
形態6では、励磁用信号を入力されて第1の磁場を生成可能な第1の励磁コイルと、前記第1の磁場を検出して第1の検出信号を出力可能な第1の検出コイルと、前記第1の磁場を検出して第1のダミー信号を出力可能な第1のダミーコイルとを有する渦電流センサが出力する前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号とを処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号の差である第1の差信号を出力するステップと、前記励磁用信号、前記第1の検出信号、前記第1のダミー信号、前記第1の差信号のいずれかからノイズを低減するための第1のノイズ低減信号を生成するステップと、生成された前記第1のノイズ低減信号を前記第1の差信号に加算して、前記第1の差信号が含むノイズを低減した第1のノイズ減少信号を生成するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法という構成を採っている。 In form 6, a first excitation coil that receives an excitation signal to generate a first magnetic field, and a first detection coil that detects the first magnetic field and outputs a first detection signal. and processing the first detection signal and the first dummy signal output by an eddy current sensor having a first dummy coil capable of detecting the first magnetic field and outputting a first dummy signal. In an eddy current sensor output signal processing method, the step of outputting a first difference signal that is a difference between the first detection signal and the first dummy signal, the excitation signal, the first detection signal, generating a first noise reduction signal for reducing noise from either the first dummy signal or the first difference signal; applying the generated first noise reduction signal to the first adding to the difference signal to generate a first noise reduction signal in which noise contained in the first difference signal is reduced; and there is
形態7では、前記渦電流センサは、前記励磁用信号を入力されて第2の磁場を生成可能な第2の励磁コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して第2の検出信号を出力可能な第2の検出コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して第2のダミー信号を出力可能な第2のダミーコイルとを有し、前記第1の検出コイルは、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して前記第1の検出信号を出力可能であり、前記第1のダミーコイルは、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して前記第1のダミー信号を出力可能であり、前記出力信号処理方法は、前記第2の検出信号と前記第2のダミー信号の差である第2の差信号を出力するステップと、前記励磁用信号、前記第2の検出信号、前記第2のダミー信号、前記第2の差信号のいずれかからノイズを低減するための第2のノイズ低減信号を生成するステップと、生成された前記第2のノイズ低減信号を前記第2の差信号に加算して、前記第2の差信号が含むノイズを低減した第2のノイズ減少信号を生成するステップと、前記第1のノイズ減少信号と前記第2のノイズ減少信号とを加算するステップとを有することを特徴とする形態6記載の渦電流センサの出力信号処理方法という構成を採っている。 In form 7, the eddy current sensor includes a second excitation coil that receives the excitation signal to generate a second magnetic field, and a second excitation coil that detects the first magnetic field and the second magnetic field to generate a second and a second dummy coil capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field and outputting a second dummy signal; One detection coil is capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field and outputting the first detection signal, and the first dummy coil detects the first magnetic field and the second magnetic field. can be detected to output the first dummy signal, and the output signal processing method outputs a second difference signal that is a difference between the second detection signal and the second dummy signal generating a second noise reduction signal for reducing noise from any one of the excitation signal, the second detection signal, the second dummy signal, and the second difference signal; adding the generated second noise-reduced signal to the second difference signal to generate a second noise-reduced signal in which noise contained in the second difference signal is reduced; The configuration of the eddy current sensor output signal processing method according to mode 6 is characterized by including the step of adding the noise reduction signal and the second noise reduction signal.
形態8では、励磁用信号を入力されて第1、第2の磁場をそれぞれ生成可能な第1、第2の励磁コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して、それぞれ第1、第2の検出信号を出力可能な第1、第2の検出コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して、それぞれ第1、第2のダミー信号を出力可能な第1、第2のダミーコイルとを有する渦電流センサが出力する前記第1、第2の検出信号と前記第1、第2のダミー信号とを処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号の差である第1の差信号を出力するステップと、前記第2の検出信号と前記第
2のダミー信号の差である第2の差信号を出力するステップと、前記第1の差信号と前記第2の差信号とを加算するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法という構成を採っている。
In
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each of the following embodiments, the same or corresponding members may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. Also, the features shown in each embodiment can be applied to other embodiments as long as they are not mutually contradictory.
図1は、本発明の一実施形態に係る渦電流センサ50が適用される研磨装置の全体構成を示す概略図である。図1に示すように、研磨装置は、研磨テーブル100と、研磨対象物である半導体ウェハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧するトップリング(保持部)1とを備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a polishing apparatus to which an
研磨テーブル100は、テーブル軸170を介してその下方に配置される駆動部であるモータ(図示せず)に連結されており、そのテーブル軸170周りに回転可能になっている。研磨テーブル100の上面には研磨パッド101が貼付されており、研磨パッド101の表面101aが半導体ウェハWHを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル100の上方には研磨液供給ノズル102が設置されており、この研磨液供給ノズル102によって研磨テーブル100上の研磨パッド101上に研磨液Qが供給されるようになっている。図1に示すように、研磨テーブル100の内部には、渦電流センサ50が埋設さ
れている。
The polishing table 100 is connected via a
トップリング1は、半導体ウェハWHを研磨面101aに対して押圧するトップリング本体142と、半導体ウェハWHの外周縁を保持して半導体ウェハWHがトップリングから飛び出さないようにするリテーナリング143とから基本的に構成されている。
The
トップリング1は、トップリングシャフト111に接続されており、このトップリングシャフト111は、上下動機構124によりトップリングヘッド110に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト111の上下動により、トップリングヘッド110に対してトップリング1の全体を昇降させ位置決めするようになっている。なお、トップリングシャフト111の上端にはロータリージョイント125が取り付けられている。
The
トップリングシャフト111およびトップリング1を上下動させる上下動機構124は、軸受126を介してトップリングシャフト111を回転可能に支持するブリッジ128と、ブリッジ128に取り付けられたボールねじ132と、支柱130により支持された支持台129と、支持台129上に設けられたサーボモータ138とを備えている。サーボモータ138を支持する支持台129は、支柱130を介してトップリングヘッド110に固定されている。
A
ボールねじ132は、サーボモータ138に連結されたねじ軸132aと、このねじ軸132aが螺合するナット132bとを備えている。トップリングシャフト111は、ブリッジ128と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ138を駆動すると、ボールねじ132を介してブリッジ128が上下動し、これによりトップリングシャフト111およびトップリング1が上下動する。
The
また、トップリングシャフト111はキー(図示せず)を介して回転筒112に連結されている。この回転筒112はその外周部にタイミングプーリ113を備えている。トップリングヘッド110にはトップリング用モータ114が固定されており、上記タイミングプーリ113は、タイミングベルト115を介してトップリング用モータ114に設けられたタイミングプーリ116に接続されている。したがって、トップリング用モータ114を回転駆動することによってタイミングプーリ116、タイミングベルト115、およびタイミングプーリ113を介して回転筒112およびトップリングシャフト111が一体に回転し、トップリング1が回転する。なお、トップリングヘッド110は、フレーム(図示せず)に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト117によって支持されている。
Also, the
図1に示すように構成された研磨装置において、トップリング1は、その下面に半導体ウェハWHなどの基板を保持できるようになっている。トップリングヘッド110はトップリングヘッドシャフト117を中心として旋回可能に構成されており、下面に半導体ウェハWHを保持したトップリング1は、トップリングヘッド110の旋回により半導体ウェハWHの受取位置から研磨テーブル100の上方に移動される。そして、トップリング1を下降させて半導体ウェハWHを研磨パッド101の表面(研磨面)101aに押圧する。このとき、トップリング1および研磨テーブル100をそれぞれ回転させ、研磨テーブル100の上方に設けられた研磨液供給ノズル102から研磨パッド101上に研磨液Qを供給する。このように、半導体ウェハWHを研磨パッド101の研磨面101aに摺接させて半導体ウェハWHの表面を研磨する。
In the polishing apparatus configured as shown in FIG. 1, the
図2は、研磨テーブル100と渦電流センサ50と半導体ウェハWHとの関係を示す平面図である。図2に示すように、渦電流センサ50は、トップリング1に保持された研磨
中の半導体ウェハWHの中心Cwを通過する位置に設置されている。研磨テーブル100は回転中心170の周りを回転する。例えば、渦電流センサ50は、半導体ウェハWHの下方を通過している間、通過軌跡(走査線)上で連続的に半導体ウェハWHのCu層等の金属膜(導電性膜)を検出できるようになっている。
FIG. 2 is a plan view showing the relationship between the polishing table 100, the
次に、本発明に係る研磨装置が備える渦電流センサ50について、添付図面を用いてより詳細に説明する。図3は、渦電流センサ50を含む渦電流センサ組立体の構成を示す図であり、図3(a)は渦電流センサ組立体の構成を示すブロック図であり、図3(b)は渦電流センサ組立体の等価回路図である。図3(a)に示すように、渦電流センサ50は、検出対象の金属膜(または導電性膜)mfの近傍に配置され、そのコイルに交流信号源52が接続されている。ここで、検出対象の金属膜(または導電性膜)mfは、例えば半導体ウェハWH上に形成されたCu,Al,Au,Wなどの薄膜である。渦電流センサ50は、検出対象の金属膜(または導電性膜)に対して、例えば1.0~4.0mm程度の近傍に配置される。コイルはフェライト等の磁性体(図示せず)に通常、巻かれている。渦電流センサ50は空芯コイルでもよい。
Next, the
渦電流センサの信号検出には、金属膜(または導電性膜)mfに渦電流が生じることにより、インピーダンスが変化し、このインピーダンス変化から金属膜(または導電性膜)を検出するインピーダンスタイプと呼ばれるものがある。即ち、インピーダンスタイプでは、図3(b)に示す等価回路において、渦電流I2が変化することで、インピーダンスZが変化し、信号源(固定周波数発振器)52から見たインピーダンスZが変化すると、出力信号処理回路54でこのインピーダンスZの変化を検出し、金属膜(または導電性膜)の変化を検出することができる。
In the signal detection of the eddy current sensor, the impedance changes due to the eddy current generated in the metal film (or conductive film) mf, and the metal film (or conductive film) is detected from this impedance change. there is something That is, in the impedance type, in the equivalent circuit shown in FIG . The output
インピーダンスタイプの渦電流センサでは、信号出力X、Y、位相、合成インピーダンスZ(=X+iY)、を取り出すことが可能である。インピーダンス成分X、Y等から、金属膜(または導電性膜)Cu,Al,Au,Wの膜厚に関する測定情報が得られる。渦電流センサ50は、図1に示すように研磨テーブル100の内部の表面付近の位置に内蔵することができ、研磨対象の半導体ウェハに対して研磨パッドを介して対面するように位置し、半導体ウェハ上の金属膜(または導電性膜)に流れる渦電流から金属膜(または導電性膜)の変化を検出することができる。
With an impedance type eddy current sensor, it is possible to extract signal outputs X, Y, phase, and combined impedance Z (=X+iY). From the impedance components X, Y, etc., measurement information regarding the film thickness of the metal films (or conductive films) Cu, Al, Au, W can be obtained. The
渦電流センサの周波数は、単一電波、AM変調電波、関数発生器の掃引出力等を用いることができ、金属膜の膜種に適合させて、感度の良い発振周波数や変調方式を選択することが好ましい。 For the frequency of the eddy current sensor, single radio wave, AM modulated radio wave, sweep output of function generator, etc. can be used, and the sensitive oscillation frequency and modulation method can be selected according to the type of metal film. is preferred.
以下に、インピーダンスタイプの渦電流センサについて具体的に説明する。交流信号源52は、2~30MHz程度の固定周波数の発振器260(図4を参照)を有する。発振器260は、例えば水晶発振器である。そして、交流信号源52により供給される交流電圧により、渦電流センサ50に電流I1が流れる。金属膜(または導電性膜)mfの近傍に配置された渦電流センサ50に電流が流れることで、この磁束が金属膜(または導電性膜)mfと鎖交することでその間に相互インダクタンスMが形成され、金属膜(または導電性膜)mf中に渦電流I2が流れる。ここでR1は渦電流センサを含む一次側の等価抵抗であり、L1は同様に渦電流センサを含む一次側の自己インダクタンスである。金属膜(または導電性膜)mf側では、R2は渦電流損に相当する等価抵抗であり、L2はその自己インダクタンスである。交流信号源52の端子a,bから渦電流センサ側を見たインピーダンスZは、金属膜(または導電性膜)mf中に形成される渦電流損の大きさによって変化する。
The impedance type eddy current sensor will be specifically described below. The
図1は、渦電流センサ50の出力信号処理回路54も示す。図2に示すように、研磨装
置の研磨テーブル100は矢印で示すようにその軸心170まわりに回転可能になっている。この研磨テーブル100内には、交流信号源52および出力信号処理回路54が埋め込まれている。渦電流センサ50と交流信号源52および出力信号処理回路54を一体型としてもよい。出力信号処理回路54の出力信号172は、研磨テーブル100のテーブル軸100a内を通り、テーブル軸100aの軸端に設けられたロータリジョイント(図示せず)を経由して、出力信号172により終点検出コントローラ246に接続されている。なお、交流信号源52および出力信号処理回路54のうちの少なくとも一方を研磨テーブル100外に配置してもよい。
FIG. 1 also shows the output
図4に、渦電流センサ組立体174を示す。渦電流センサ組立体174は、渦電流センサ50と、渦電流センサ50の出力信号176を処理する出力信号処理回路54とを有する。渦電流センサ50は、励磁用信号250を入力されて磁場308(図8参照)を生成可能な励磁コイル72と、磁場308を検出して出力信号176(検出信号)を出力可能な検出コイル73とを有する。出力信号処理回路54は、励磁用信号250または出力信号176からノイズを低減するためのノイズ低減信号252を生成可能な生成回路254と、生成回路254において生成されたノイズ低減信号252を出力信号176に加算して、出力信号176が含むノイズを低減したノイズ減少信号256を生成可能な加算回路258とを有する。本実施形態では、生成回路254は、検出コイル73の出力信号176からノイズ低減信号252を生成する。本実施形態では、出力信号176をフィルタ266と増幅器268により信号処理している。生成回路254は、信号処理後の出力信号176からノイズ低減信号252を生成する。
The eddy
交流信号源52は、発振器260の出力信号270を増幅する増幅器262と、増幅器262の出力信号272に含まれるノイズを低減するためのフィルタ264を有してもよい。増幅器262によりノイズも増幅されるため、増幅されたノイズ低減のために、増幅器262の後段にフィルタ264が設置される。本実施形態では、フィルタ264の出力信号が励磁用信号250である。
渦電流センサ50は、半導体ウェハWH上の金属膜(または導電性膜)に渦電流を形成するための励磁コイル72と、生成された渦電流を検出するための検出コイル73とを有する。例えば、円筒状のフェライトコアに、励磁コイル72と検出コイル73が軸方向に配置される。励磁コイル72は、交流信号源52に接続される。励磁コイル72は、交流信号源52より供給される電圧の形成する磁界により、渦電流センサ50の近傍に配置される半導体ウェハWH上の金属膜(または導電性膜)mfに渦電流を形成する。フェライトコアの上側(金属膜(または導電性膜)側)には、検出コイル73が配置され、金属膜(または導電性膜)に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。渦電流センサ50は、後述するようにダミーコイル74を有してもよい。
The
出力信号176は、出力信号処理回路54のフィルタ266と増幅器268を介して、生成回路254に入力される。フィルタ266の前段には、図示しない増幅器が配置されている。フィルタ266は、増幅されたノイズ低減のために設置される。図示しない増幅器だけでは、出力信号176が微弱な場合があるため、フィルタ266の後段に増幅器268を配置している。増幅器268の出力信号274は、生成回路254と加算回路258に入力される。
生成回路254は、ノイズ低減信号252を生成する。生成は、以下のようにして行われる。生成回路254はバンドストップフィルタ276と位相反転回路278とを有する。バンドストップフィルタ276は、発振器260が生成する特定の周波数信号(例えば、16MHz)の近傍の周波数信号だけを非常に低いレベルに減衰させる。バンドストップフィルタ276は、他の周波数信号(すなわちノイズ信号)はそのまま通す。バンドス
トップフィルタ276の出力信号282は、位相反転回路278に送られて、位相反転回路278により、位相が反転する。位相を反転させるとは、位相を180度進ませることである。
位相反転回路278の出力であるノイズ低減信号252は、加算回路258に送られて、加算回路258において、出力信号274と加算される。ノイズ低減信号252は、出力信号274に含まれるノイズ成分のみと打ち消しあう信号である。加算回路258の出力であるノイズ減少信号256は、発振器260が生成する特定の周波数以外の周波数の信号(すなわちノイズ)が減少した信号である。ノイズ減少信号256は、検波回路280に送られる。検波回路280は高周波信号から、既述の信号出力X、Y、位相、合成インピーダンスZ(=X+iY)等を取り出す。これらは直流信号である。検波回路280の出力が出力信号172である。
The output of
本実施形態では、ノイズ低減信号252を検出信号274に加算して、検出信号274が含むノイズを低減したノイズ減少信号256を生成するため、従来技術よりもS/Nが改善される。渦電流センサ50を膜厚の測定に使用する場合、ノイズの影響が低減されることによるCu配線等の検出精度が従来技術よりも改善して、渦電流センサ50の性能が向上する
In this embodiment, the
図5により、バンドストップフィルタ276と、位相反転回路278と、加算回路258において行われる処理をさらに説明する。以下では、ノイズキャンセリングが理想的に行われる場合を仮定する。バンドストップフィルタ276は、ノイズ成分のみを含む出力信号282を出力する。説明の明瞭化のために、出力信号282がY1=Asin(ωt)であるとする。ここで、Aは、ノイズの振幅(その単位は、例えばミリボルト(mv))であり、ωは、ノイズの角周波数(その単位は、例えばラジアン毎秒(rad/s))であり、tは時間(秒(s))である。
FIG. 5 further illustrates the processing performed in
出力信号282は、位相反転回路278により、ノイズ低減信号252となる。ノイズ低減信号252をY2とすると、Y2=-Y1である。別の表現では、Y2=Asin(ωt+π)である。一方、検出コイル73が出力する出力信号274は、ノイズ成分として、上記のノイズ成分Y1=Asin(ωt)と同一のノイズ成分Y3=Asin(ωt)を含む。
加算回路258は、ノイズ低減信号252と出力信号274を加算して、ノイズ減少信号256を出力する。ノイズ減少信号256に含まれるノイズ成分をY4とすると、Y4=Y3+Y2である。Y3とY2は、振幅が同一で、位相が180度ずれているため、Y4=0となる。ノイズ減少信号256は、ノイズ成分を含まない信号である。
Summing
図4において、ノイズ低減信号252は、検出コイル73またはダミーコイル74の出力から生成されている。ノイズ低減信号252は、検出コイル73またはダミーコイル74の出力以外から生成してもよい。例えば、発振器260の出力信号270や励磁用信号250からノイズ低減信号252を生成してもよい。図4には、増幅器やフィルタが複数使用されているが、増幅器やフィルタの前段または後段の信号からノイズ低減信号252を生成してもよい。なお、ノイズ低減信号252を検出コイル73またはダミーコイル74の出力から生成するときは、検出コイル73の出力からノイズ低減信号252を生成することが好ましい。最終的に必要な信号は検出コイル73の出力であるから、検出コイル73のノイズを除去するために、検出コイル73の出力をノイズ低減信号252の生成に用いることが好ましい。
In FIG. 4,
図4に戻って、検波回路280について説明する。図6は、渦電流センサの同期検波回
路280を示すブロック図である。本図は、交流信号源52側から渦電流センサ50側を見たインピーダンスZの計測回路例を示している。本図に示すインピーダンスZの計測回路においては、膜厚の変化に伴う抵抗成分(R)、リアクタンス成分(X)、振幅出力(Z)および位相出力(tan-1R/X)を取り出すことができる。
Returning to FIG. 4, the
上述したように、検出対象の金属膜(または導電性膜)mfが成膜された半導体ウェハWH近傍に配置された渦電流センサ50に、信号源52は、交流信号を供給する。信号源52は、水晶発振器からなる固定周波数の発振器である。信号源52は、例えば、2MHz,8MHz,16MHzの固定周波数の電圧を供給する。信号源52で形成される交流電圧は、バンドパスフィルタ82を介して渦電流センサ50に供給される。渦電流センサ50の端子で検出された信号は、高周波アンプ83および位相シフト回路84を経て、cos同期検波回路85およびsin同期検波回路86からなる同期検波部により検出信号のcos成分とsin成分とが取り出される。ここで、信号源52で形成される発振信号は、位相シフト回路84により信号源52の同相成分(0゜)と直交成分(90゜)の2つの信号が形成され、それぞれcos同期検波回路85とsin同期検波回路86とに導入され、上述の同期検波が行われる。
As described above, the
同期検波された信号は、ローパスフィルタ87,88により、信号成分以上の不要な高周波成分が除去され、cos同期検波出力である抵抗成分(R)出力と、sin同期検波出力であるリアクタンス成分(X)出力とがそれぞれ取り出される。また、ベクトル演算回路89により、抵抗成分(R)出力とリアクタンス成分(X)出力とから振幅出力(R2+X2)1/2が得られる。また、ベクトル演算回路90により、同様に抵抗成分出力とリアクタンス成分出力とから位相出力(tan-1R/X)が得られる。ここで、測定装置本体には、各種フィルタがセンサ信号の雑音成分を除去するために設けられている。各種フィルタは、それぞれに応じたカットオフ周波数が設定されており、例えば、ローパスフィルタのカットオフ周波数を0.1~10Hzの範囲で設定することにより、研磨中のセンサ信号に混在する雑音成分を除去して測定対象の金属膜(または導電性膜)を高精度に測定することができる。
The synchronously detected signal is filtered by low-
次に、本実施形態の渦電流センサ50におけるコイルの構成例について説明する。図7は、本実施形態の渦電流センサ50におけるコイルの構成例を示す概略図である。本形態では、渦電流センサ50は、金属膜(または導電性膜)に渦電流を形成するための励磁コイル72と、金属膜(または導電性膜)の渦電流を検出するための検出コイル73と、ダミーコイル74とを有する。渦電流センサ50は、フェライトコア71に巻回された3層のコイル、励磁コイル72,検出コイル73,ダミーコイル74により構成されている。なお、渦電流センサ50の構造としては、図7に示す構造に限られず、任意の構造を採用することができる。
Next, a configuration example of the coil in the
ここで中央の励磁コイル72は、交流信号源52に接続される。この励磁コイル72は、交流信号源52より供給される電圧の形成する磁界により、半導体ウェハWHの近傍に配置される半導体ウェハWH上の金属膜(または導電性膜)mfに渦電流を形成する。フェライトコア71の上側(金属膜(または導電性膜)側)には、検出コイル73が配置され、金属膜(または導電性膜)に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。そして、励磁コイル72の検出コイル73と反対側にはダミーコイル74が配置されている。励磁コイル72、検出コイル73、ダミーコイル74は例えば、同じターン数(1~20t)のコイルである。ダミーコイル74を設ける理由は、金属膜(または導電性膜)が存在しないときには、出力信号処理回路54の出力がゼロとなるように調整可能とするためである。
Here the
検出コイル73とダミーコイル74の出力の処理方法としては、種々可能である。例え
ば、図4に示すように、検出コイル73とダミーコイル74のそれぞれの出力について、ノイズキャンセリングと同期検波を行う。その後、得られた2つの直流信号の減算を行う。減算結果に基づいて、膜厚測定を行うことができる。減算を行う理由は、既述のように、金属膜が存在しないときには、検出コイル73の出力がゼロとなるようにするためである。
Various methods of processing the outputs of the
図8は、渦電流センサにおける各コイルの別の接続例を示す概略図である。この例では、抵抗ブリッジ回路77を用いている。図8(a)に示すように、検出コイル73とダミーコイル74は互いに逆相に接続されている。検出コイル73とダミーコイル74は、逆相の直列回路を構成し、その両端は可変抵抗76を含む抵抗ブリッジ回路77に接続されている。
FIG. 8 is a schematic diagram showing another connection example of each coil in the eddy current sensor. In this example, a
具体的には、検出コイル73の信号線731は、抵抗ブリッジ回路77の端子773に接続され、検出コイル73の信号線732は、抵抗ブリッジ回路77の端子771に接続される。ダミーコイル74の信号線741は、抵抗ブリッジ回路77の端子772に接続され、ダミーコイル74の信号線742は、抵抗ブリッジ回路77の端子771に接続される。端子771は接地される。抵抗ブリッジ回路77の端子774がセンサ出力である。検出コイル73,励磁コイル72,ダミーコイル74は、それぞれインダクタンスL1,L2,L3を有する。
Specifically, the
励磁コイル72は交流信号源52に接続され、交番磁束を生成することで、近傍に配置される金属膜(または導電性膜)mfに渦電流を形成する。可変抵抗76の抵抗値を調整することで、検出コイル73とダミーコイル74からなる直列回路の出力電圧が、金属膜(または導電性膜)が存在しないときにはゼロとなるように調整可能としている。検出コイル73とダミーコイル74のそれぞれに並列に入る可変抵抗76(VR1,VR2)でL1,L3の信号を同位相にするように調整する。即ち、図8(b)の等価回路において、
VR1-1×(VR2-2+jωL3)=VR1-2×(VR2-1+jωL1) (1)
となるように、可変抵抗VR1(=VR1-1+VR1-2)およびVR2(=VR2-1+VR2-2)を調整する。これにより、図8(c)に示すように、調整前のL1,L3の信号(図中点線で示す)を、同位相・同振幅の信号(図中実線で示す)とする。
The
VR1-1 ×( VR2-2 + jωL3 )= VR1-2 ×( VR2-1 + jωL1 ) (1)
Adjust the variable resistors VR 1 (=VR 1-1 +VR 1-2 ) and VR 2 (=VR 2-1 +VR 2-2 ) so that As a result, as shown in FIG. 8(c), the signals of L 1 and L 3 before adjustment (indicated by dotted lines in the figure) are converted to signals of the same phase and amplitude (indicated by solid lines in the figure).
次に、本発明の別の実施形態について説明する。図9、10は、本実施形態の渦電流センサ50の構成例及び渦電流センサにおける励磁コイルの接続例を示す概略図である。導電性膜が形成された基板の近傍に配置される渦電流センサ50は、ポットコア60と、6個のコイル860,862、864,866、868、870により構成されている。磁性体であるポットコア60は、底面部61a(底部磁性体)と、底面部61aの中央に設けられた磁心部61b(中央磁性体)と、底面部61aの周辺部に設けられた周壁部61c(周辺部磁性体)とを有する。周壁部61cは、磁心部61bを囲うように底面部61aの周辺部に設けられる壁部である。本実施形態では、底面部61aは、円形のディスク形状であり、磁心部61bは、中実な円柱形状であり、周壁部61cは、底面部61aを囲うシリンダ形状である。
Another embodiment of the present invention will now be described. 9 and 10 are schematic diagrams showing a configuration example of the
前記6個のコイル860,862、864,866、868、870のうち中央のコイル860,862は、交流信号源52に接続される励磁コイルである。この励磁コイル860,862は、交流信号源52より供給される電圧の形成する磁界により、近傍に配置される半導体ウェハWH上の金属膜(または導電性膜)mfに渦電流を形成する。励磁コイル860,862の金属膜側には、検出コイル864,866が配置され、金属膜に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。励磁コイル860,862を挟んで検出コイル864,866と反対側にはダミーコイル868、870が配置されている。
Among the six
励磁コイル860は、磁心部61bの外周に配置され、磁場を生成可能な内部コイルであり、導電性膜に渦電流を形成する。励磁コイル862は、周壁部61cの外周に配置され、磁場を生成可能な外部コイルであり、導電性膜に渦電流を形成する。検出コイル864は、磁心部61bの外周に配置され、磁場を検出可能であり、導電性膜に形成される渦電流を検出する。検出コイル866は、周壁部61cの外周に配置され、磁場を検出可能であり、導電性膜に形成される渦電流を検出する。
The
渦電流センサは、導電性膜に形成される渦電流を検出するダミーコイル868、870を有する。ダミーコイル868は、磁心部61bの外周に配置され、磁場を検出可能である。ダミーコイル870は、周壁部61cの外周に配置され、磁場を検出可能である。検出コイルとダミーコイルは、本実施形態では、底面部61aの外周および周壁部61cの外周に配置されているが、検出コイルとダミーコイルは、底面部61aの外周および周壁部61cの外周の一方のみに配置してもよい。
The eddy current sensor has dummy coils 868, 870 that detect eddy currents formed in the conductive film. The
磁心部61bの軸方向は、基板上の導電性膜に直交し、検出コイル864,866と励磁コイル860,862とダミーコイル868,870は、磁心部61bの軸方向に異なる位置に配置され、かつ磁心部61bの軸方向に、基板上の導電性膜に近い位置から遠い位置に向かって、検出コイル864,866、励磁コイル860,862、ダミーコイル868,870の順に配置される。検出コイル864,866、励磁コイル860,862、ダミーコイル868,870からは、それぞれ、外部と接続するためのリード線(図12に示す)が出ている。
The axial direction of the
図9は、磁心部61bの中心軸872を通る平面における渦電流センサ50の断面図である。磁性体であるポットコア60は、円板形状の底面部61aと、底面部61aの中央に設けられた円柱形状の磁心部61bと、底面部61aの周囲に設けられた円筒形状の周壁部61cとを有する。ポットコア60の寸法の1例としては、底面部61aの直径L1は約1cm~5cm、渦電流センサ50の高さL2は約1cmから5cmである。周壁部61cの外径は、図18では高さ方向に同一である円筒形状であるが、底面部61aから離れる方向に、すなわち先端に向かって細くなる先細形状(テーパ形状)でもよい。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the
検出コイル864,866、励磁コイル860,862、ダミーコイル868,870に使用される導線は、銅、マンガニン線、又はニクロム線である。マンガニン線やニクロム線を使用することにより、電気抵抗等の温度変化が少なくなり、温度特性が良くなる。 The conductor wires used for the detection coils 864, 866, the excitation coils 860, 862, and the dummy coils 868, 870 are copper, manganin wires, or nichrome wires. By using a manganin wire or a nichrome wire, the temperature change of electric resistance and the like is reduced and the temperature characteristics are improved.
本実施形態では、フェライト等からなる磁心部61bの外側と、周壁部61cの外側に線材を巻き付けて、励磁コイル860,862を形成しているために、計測対象物に流れる渦電流密度を上げることができる。また、検出コイル864,866も磁心部61bの外側と、周壁部61cの外側に形成しているために、生成された逆磁場(鎖交磁束)を効率的に収集できる。
In this embodiment, since the excitation coils 860 and 862 are formed by winding wires around the outer side of the
計測対象物に流れる渦電流密度を上げるために、本実施形態では、さらに、励磁コイル860と励磁コイル862は、図10に示すように、並列に接続する。すなわち、内部コイルと外部コイルは電気的に並列に接続される。並列に接続する理由は、以下のとおりである。並列に接続すると、直列に接続した場合よりも、励磁コイル860と励磁コイル862に印加できる電圧が増加して、励磁コイル860と励磁コイル862に流れる電流が増加する。このため、磁場が大きくなる。また、直列に接続すると、回路のインダクタンスが増加して、回路の周波数が低下する。必要な高周波を励磁コイル860,862に印可することが困難になる。矢印874は、励磁コイル860と励磁コイル862に流れる電流の向きを示す。
In order to increase the density of the eddy current flowing through the object to be measured, in this embodiment, the
励磁コイル860と励磁コイル862は、図10に示すように、励磁コイル860と励磁コイル862の磁場方向が同じになるように接続する。すなわち、電流は励磁コイル860と励磁コイル862で異なる方向に流す。磁場876は、内側の励磁コイル860が生成する磁場であり、磁場878は、外側の励磁コイル862が生成する磁場である。図10に示すように、励磁コイル860と励磁コイル862の磁場方向は同じである。すなわち、内部コイルが磁心部61b内に生成する磁場の方向と、外部コイルが磁心部61b内に生成する磁場の方向は同じである。
As shown in FIG. 10, the excitation coils 860 and 862 are connected so that the magnetic field directions of the excitation coils 860 and 862 are the same. That is, currents flow in
領域880に示す磁場876と磁場878は、同じ向きであるために、2つの磁場が加算されて大きくなる。従来のような励磁コイル860による磁場876のみが存在する場合に比べて、本実施形態では励磁コイル862による磁場878分だけ、磁場が大きくなる。
検出コイル864,励磁コイル860,ダミーコイル868は、図7の検出コイル73,励磁コイル72,ダミーコイル74に対応する。検出コイル866,励磁コイル862,ダミーコイル870は、図7の検出コイル73,励磁コイル72,ダミーコイル74に対応する。すなわち、図11の渦電流センサは、図7の渦電流センサを同心状に2個配置した構造をしている。これに伴い、図11の渦電流センサに対応した出力信号処理回路54は、図4に示す出力信号処理回路54を2個有するものが好ましい。
A
図11の渦電流センサに対応した出力信号処理回路54の一例を図12、13に示す。図12は、ノイズキャンセリング機能を有しない比較例である。図13は、ノイズキャンセリング機能を有する。図12、13は、図9に示す渦電流センサを斜視図で示す。図12、13では理解の容易のために、上面218が上面220の上方にあるが、上面218と上面220は、図8に示すように同一水平面にある。図12、13では、コイル組立体が2組あるが、コイル組立体が3組以上あってもよい。コイル組立体が2組以上ある場合、コイル組立体が1組の場合に比べて、膜厚の測定数が増えるために、測定精度(S/N比)が向上する。
An example of the output
最初に比較例の構成について説明する。比較例では、内側渦電流センサ286の検出コイル864と、外側渦電流センサ288の検出コイル866は直列に接続される。内側渦電流センサ286のダミーコイル868と、外側渦電流センサ288のダミーコイル870は直列に接続される。内側と外側の渦電流センサの励磁コイル860と励磁コイル862は、信号源52に並列に接続される。
First, the configuration of the comparative example will be described. In a comparative example, the
具体的な接続は以下の通りである。内側渦電流センサ286において、検出コイル864は、信号線8641,8642を有する。励磁コイル860は、信号線8601,8602を有する。ダミーコイル868は、信号線8681,8682を有する。外側渦電流センサ288において、検出コイル866は、信号線8661,8662を有する。励磁コイル862は、信号線8621,8622を有する。ダミーコイル870は、信号線8701,8702を有する。
Specific connections are as follows. In inner
内側渦電流センサ286の検出コイル864の信号線8641は、抵抗ブリッジ回路77の端子773に接続される。検出コイル864の信号線8642は、外側渦電流センサ288の検出コイル866の信号線8661に接続される。検出コイル866の信号線8662は、抵抗ブリッジ回路77の端子771に接続される。内側渦電流センサ286のダミーコイル868の信号線8681は、抵抗ブリッジ回路77の端子772に接続される。ダミーコイル868の信号線8642は、外側渦電流センサ288のダミーコイル870の信号線8701に接続される。ダミーコイル870の信号線8702は、抵抗ブリッジ回路77の端子771に接続される。
A
比較例においては、内側渦電流センサ286の検出コイル864の出力と、外側渦電流センサ288の検出コイル866の出力が直列であるため、検出コイルが1個の場合と比較して、出力が大きくなるという効果がある。ブリッジ回路77の端子774が検波回路280に接続される。検波回路280の出力が出力信号172であり、図1に示す終点検出コントローラ246に接続される。
In the comparative example, the output of the
図13に示す形態は、ノイズキャンセリング機能を有するため、比較例よりもS/Nが改善されるという利点を有する。本形態は、内側渦電流センサ286用と外側渦電流センサ288用にそれぞれブリッジ回路77を1つ用いる。そして、抵抗ブリッジ回路77の後段に、それぞれ出力信号処理回路54(生成回路254と加算回路258)を設けているため、S/Nが改善する。
Since the form shown in FIG. 13 has a noise canceling function, it has an advantage that the S/N is improved as compared with the comparative example. This embodiment uses one
内側渦電流センサ286用の生成回路254が生成回路2541であり、外側渦電流センサ288用の生成回路254が生成回路2542である。生成回路2541と、生成回路2542は、生成回路254と同一の構成である。生成回路2541と生成回路2542の前段には、図4と同様にフィルタ266と増幅器268が設けられている。内側渦電流センサ286用の加算回路258が加算回路2581であり、外側渦電流センサ288用の加算回路258が加算回路2582である。加算回路2581と、加算回路2582は、加算回路258と同一の構成である。
The generating
内側渦電流センサ286と外側渦電流センサ288で得られたノイズ減少信号256が検波回路280に送られて、2つのブリッジ回路7710,7711の出力は、直流になる。その後、加算回路284で加算される。加算により、感度が改善される。
The noise-reduced
本形態の構成を具体的に説明する。内側渦電流センサ286は、励磁用信号8601,8602を信号源52から入力されて第1の磁場876(図11参照)を生成可能な励磁コイル860(第1の励磁コイル)と、第1の磁場876を検出して信号8641(第1の検出信号)を出力可能な検出コイル864(第1の検出コイル)と、第1の磁場を検出して信号8681(第1のダミー信号)を出力可能なダミーコイル868(第1のダミーコイル)とを有する。なお、本明細書では、信号線と、その信号線を流れる信号に同一の参照符号を付す場合がある。例えば、信号線8641と、信号8641である。
The configuration of this embodiment will be specifically described. The inner
内側渦電流センサ286が出力する信号8641と信号8681とを処理する本形態の出力信号処理回路290は、信号8641と信号8681の差である第1の差信号292を出力可能な第1の抵抗ブリッジ回路7710を有する。出力信号処理回路290は、励磁用信号8601、信号8641(第1の検出信号)、信号8681(第1のダミー信号)、第1の差信号292のいずれかからノイズを低減するための第1のノイズ低減信号252を生成可能な生成回路2541(第1の生成回路)を有する。本形態では、端子774からの出力である第1の差信号292からノイズを低減するための第1のノイズ低減信号252を生成する。
The output
出力信号処理回路290は、さらに生成回路2541において生成された第1のノイズ低減信号252を第1の差信号292に加算して、第1の差信号292が含むノイズを低減した第1のノイズ減少信号256を生成可能な第1の加算回路2581を有する。
The output
外側渦電流センサ288は、励磁用信号8621を入力されて第2の磁場878(図11参照)を生成可能な励磁コイル862(第2の励磁コイル)と、第1の磁場876と第2の磁場878を検出して信号8661(第2の検出信号)を出力可能な検出コイル866(第2の検出コイル)と、第1の磁場876と第2の磁場878を検出して信号870
1(第2のダミー信号)を出力可能なダミーコイル870(第2のダミーコイル)とを有する。
The outer
and a dummy coil 870 (second dummy coil) capable of outputting 1 (second dummy signal).
内側渦電流センサ286の検出コイル864は、第1の磁場876と第2の磁場878を検出して信号8641号を出力可能である。ダミーコイル868は、第1の磁場876と第2の磁場878を検出して前記第1のダミー信号を出力可能である。出力信号処理回路290は、信号8661と信号8701の差である第2の差信号294を出力可能な第2の抵抗ブリッジ回路7711を有する。
Detector coils 864 of inner
ここで、第1、第2の検出コイルは、第1の磁場876と第2の磁場878を検出するということの意味について説明する。内側渦電流センサ286の検出コイル864は、膜厚を以下のようにして検出する。最初に、励磁コイルが生成する高周波磁場によって金属表面に渦電流が誘起される。すなわち磁場の状態は、ウェハ(導電膜)が磁場の近傍にあるときとないときで異なる。高周波(2MHz~)を励磁コイルに印加することにより金属表面に磁場を発生させることができる励磁コイルを導電性金属表面に近づける。高周波の磁場により金属表面に渦状の電流が発生する。渦電流は磁場を部分的に打ち消す方向に流れる。渦電流センサの検出コイルは、部分的に打ち消された磁場を検出する。渦電流センサは、渦電流の大きさと膜の厚みとの相関性を利用して、金属上の導電膜の厚さを測る。
Here, the meaning of the first and second detection coils detecting the first
「第1の磁場と前記第2の磁場を検出する」とは、「第1の磁場と第2の磁場を合成した磁場を検出するということ」であり、合成磁場も、ウェハ(導電膜)があるときとないときで異なる。「第1、第2の検出コイルが第1、第2の磁場を検出する」とは、「第1、第2の磁場の合成された磁場により金属表面に渦電流が発生し、合成された磁場が、発生した渦電流により部分的に打ち消されて、部分的に打ち消された磁場を検出する」という意味である。 ``Detecting the first magnetic field and the second magnetic field'' means ``detecting a magnetic field obtained by synthesizing the first magnetic field and the second magnetic field''. It is different when there is and when there is not. "The first and second detection coils detect the first and second magnetic fields" means that "the combined magnetic field of the first and second magnetic fields generates an eddy current on the metal surface, The magnetic field is partially canceled by the generated eddy currents and the partially canceled magnetic field is detected."
外側渦電流センサ288の説明に戻る。出力信号処理回路290は、励磁用信号8621、信号8661(第2の検出信号)、信号8701(第2のダミー信号)、第2の差信号294のいずれかからノイズを低減するための第2のノイズ低減信号252を生成可能な生成回路2542(第2の生成回路)を有する。本形態では、端子772からの出力である第2の差信号294からノイズを低減するための第2のノイズ低減信号252を生成する。
Returning to the description of the outer
出力信号処理回路290は、生成回路2542において生成された第2のノイズ低減信号252を第2の差信号294に加算して、第2の差信号294が含むノイズを低減した第2のノイズ減少信号256を生成可能な第2の加算回路2582と、第1のノイズ減少信号256と第2のノイズ減少信号256とを加算可能な第3の加算回路284とを有する。
The output
図13の形態の効果を、渦電流センサが1個で、かつノイズキャンセリング機能を有しない形態と比較したときの効果を概念的に図14、15に示す。図14、15は、検出コイルの出力信号に含まれるノイズと信号の強度分布を周波数に対して示すスペクトルである。図14は、渦電流センサが1個で、かつノイズキャンセリング機能を有しない形態(図示せず)における渦電流センサの出力300のスペクトルを示す。図15は、渦電流センサが2個で、かつノイズキャンセリング機能を有する図13に示す形態において、ノイズキャンセリング処理後の2個の渦電流センサの出力を加算した出力302のスペクトルである。図14、15において、横軸は周波数(単位は周波数(1/秒))、縦軸は、各周波数におけるパワー密度(振幅の2乗)(単位は、ミリボルトの2乗)である。出力300、302は、周波数296の近傍に存在する信号304と、周波数296の近傍以外に存在するノイズ306を含む。
14 and 15 conceptually show the effects of the configuration shown in FIG. 13 in comparison with the configuration having one eddy current sensor and no noise canceling function. 14 and 15 are spectra showing intensity distributions of noise and signals contained in the output signal of the detection coil with respect to frequency. FIG. 14 shows the spectrum of the eddy
図14,15を比較すると、励磁用信号8601が有する周波数296の近傍における、2個の渦電流センサの信号304を加算した出力302の大きさは、1個の渦電流センサの信号304の大きさの2倍程度ある。励磁用信号8601が有する周波数296の近傍以外における、2個の渦電流センサによる出力302に含まれるノイズ306の大きさは、1個の渦電流センサの出力300に含まれるノイズ306の大きさよりもかなり低減している。
14 and 15, the magnitude of the
なお図13に示すように、第1のノイズ減少信号256と第2のノイズ減少信号256は、それぞれ検波回路280を介して、直流信号(第1のノイズ減少信号2801と第2のノイズ減少信号2802)に変換されたのちに、第3の加算回路284により加算される。図12と図13を比較すると、図13の形態は、図12の形態に、第1の抵抗ブリッジ回路7710と、第1の生成回路2541,第2の生成回路2542、第1の加算回路2581、第2の加算回路2582と、内側渦電流センサ286用検波回路280と、第3の加算回路284を追加したものである。
Note that, as shown in FIG. 13, the first
図13の形態から、ノイズキャンセリング回路を除いた形態も可能である。すなわち2つの渦電流センサ286,288の出力をそれぞれブリッジ回路7710,7711で処理した後に、それぞれの処理信号の検波回路280で直流にしたのちに、第3の加算回路284により加算を行ってもよい。
A configuration in which the noise canceling circuit is removed from the configuration of FIG. 13 is also possible. That is, even if the outputs of the two
具体的には、この形態の出力信号処理回路は、信号8641(第1の検出信号)と信号8681(第1のダミー信号)の差である第1の差信号292を出力可能な第1の抵抗ブリッジ回路7710と、信号8661(第2の検出信号)と信号8701(第2のダミー信号)の差である第2の差信号294を出力可能な第2の抵抗ブリッジ回路7711と、第1の差信号292と第2の差信号294とを、検波回路280を経由して加算可能な第3の加算回路284とを有する。
Specifically, the output signal processing circuit of this form is a first detection signal capable of outputting a
図13においては、検波回路280により直流化したのちに、第3の加算回路284により加算しているが、検波回路280による直流化は行わなくてもよい。すなわち、交流信号同士を加算してもよい。しかし、直流化したのちに加算することには、後述する利点がある。
In FIG. 13, after DC conversion by the
図12と比較したときに、図13は、次の利点がある。図12においては、信号線8642と信号線8661を直結することにより、検出コイル864と検出コイル866の出力を加算している。これらは高周波信号であり、高周波信号の加算は、信号が相殺することがある。その結果、出力信号を有効に活用できない場合がある。図13においては、検波回路280により、直流化してから、第3の加算回路284により加算している。直流信号の加算であるため、信号が相殺することが無く、出力信号のレベルが大きくなる。
When compared with FIG. 12, FIG. 13 has the following advantages. In FIG. 12, by directly connecting the
図13の形態においては、第3の加算回路284は、内側渦電流センサ286の出力と外側渦電流センサ288の出力を加算しているが、第3の加算回路284は、内側渦電流センサ286の出力から外側渦電流センサ288の出力を減算してもよい。この時は以下の利点がある。内側渦電流センサ286は、直径が小さいため、小さい領域の導電膜の影響を受ける。その結果、小さい領域の膜厚を測ることができる。外側渦電流センサ288は直径が大きいため、大きい領域の導電膜の影響を受ける。その結果、大きい領域の膜厚を測ることができる。内側渦電流センサ286の出力から外側渦電流センサ288の出力を減算すると、内側渦電流センサ286の出力から、大きい領域の導電膜の影響を除去できる。その結果、小さい領域の膜厚を、より正確に測ることができる。図13に示す第3の加算回路284における「加算する」という用語には、この意味で「加算」と「減算」
を含む。
In the embodiment of FIG. 13, the third summing
including.
なお、図9に示す渦電流センサは、内側渦電流センサ286と外側渦電流センサ288が一体となっているが、内側渦電流センサ286と外側渦電流センサ288は、別個独立の渦電流センサでもよい。図9に示す一体化した渦電流センサの製作方法としては、(1)底面部61a,磁心部61b、周壁部61cを一体として切削加工により形成する方法、(2)底面部61a,磁心部61b、周壁部61cを別々に製作して、コイルを巻いた後に、これらの3ピースをロウ付け等により接着して、一体化する方法等がある。
9, the inner
バンドストップフィルタ276,位相反転回路278,加算回路258は、デジタルシグナルプロセッサ(digital signal processor:DSP)により構成することができる。デジタルシグナルプロセッサは、デジタル信号処理に適したマイクロプロセッサである。バンドストップフィルタ276,位相反転回路278,加算回路258をアナログ回路としてもよい。デジタルシグナルプロセッサは、その前段に、図示しないアナログ-デジタル変換回路(A/D変換回路:ADC:アナログ電気信号をデジタル電気信号に変換する電子回路)を有する。デジタルシグナルプロセッサは、その後段に、図示しないデジタル-アナログ変換回路(D/A変換回路:DAC:デジタル電気信号をアナログ電気信号に変換する電子回路)を有する。加算回路258の後段にある検波回路280もデジタルシグナルプロセッサにより構成することができる。
The
なお、図5の説明において、ノイズ成分Y1とノイズ成分Y3は、振幅Aの大きさが同じであると、説明の簡明化のために仮定したが、ノイズ成分Y1とノイズ成分Y3は、振幅Aの大きさが異なる場合がある。例えば、ノイズ成分Y1は励磁用信号250から生成し、ノイズ成分Y3は、検出コイル73に含まれるノイズ成分である場合である。その時は、DSP内において、振幅Aの大きさを一致させる処理を行う。図5の説明において、ノイズ成分Y1とノイズ成分Y3の位相についても同じであると、説明の簡明化のために仮定したが、位相のずれが大きい場合は、DSP内において、位相のずれを一致させる処理を行う。
In the description of FIG. 5, it is assumed that the noise component Y1 and the noise component Y3 have the same magnitude of the amplitude A for the sake of simplicity of description. may differ in size. For example, the noise component Y1 is generated from the
なお、図4の加算回路258では、出力信号274と、出力信号274の位相を反転させた信号を加算する。ノイズキャンセリングの方法は、これに限られるものではなく、ノイズキャンセリングが可能であれば、任意の方法を採用することができる。例えば、位相反転させないで、信号を減算する方法がある。すなわち、位相反転回路278を無くして、加算回路258において、出力信号274から、バンドストップフィルタ276の出力信号を減算する。この方法でも、位相反転回路278を用いた場合と同様にノイズキャンセリングが可能である。
Note that the
従って、「位相反転させた信号を加算する」ことと、「位相反転させない信号を減算する」ことは、ノイズキャンセリングという観点からは、同一の効果を有する。本明細書において、「加算する」という用語には、この意味で「加算」と「減算」を含む。 Therefore, "adding the phase-inverted signal" and "subtracting the non-phase-inverted signal" have the same effect from the viewpoint of noise canceling. As used herein, the term "adding" includes "addition" and "subtraction" in this sense.
なお、渦電流センサ50内に温度センサを配置することによって、渦電流センサ50内の温度変化を検知して、検出コイル73の出力を補正することができる。補正の方法は例えば以下の通りである。半導体ウェハWHの研磨を行う前に、渦電流センサ50の温度と検出コイル73の出力との関係を測定して、この関係を補正テーブルとして作成する。補正テーブルの構成は種々可能である。例えば、渦電流センサ50の温度ごとに、検出コイル73の出力に乗ずる係数を補正テーブルとして作成する。または、温度の関数としての補正係数を表す多項式を補正テーブル(多項式の各次数の係数を表示する表)として作成する。温度に応じた補正を行うことにより温度変化に対応できるようになる。膜厚の測定精度が向上し、研磨終了の検知精度が改善できる。
By arranging a temperature sensor inside the
次に、渦電流センサの出力信号処理方法について説明する。図4において、励磁コイル72は、励磁用信号250を入力されて磁場を生成する。検出コイル73は、磁場を検出して検出信号176を出力する。励磁用信号250または検出信号176からノイズを低減するためのノイズ低減信号252を生成回路254は生成する。加算回路258は、生成されたノイズ低減信号252を検出信号176に加算して、検出信号176が含むノイズを低減したノイズ減少信号256を生成する。
Next, a method for processing the output signal of the eddy current sensor will be described. In FIG. 4, the
次に、渦電流センサの別の出力信号処理方法について説明する。図13において、励磁コイル860(第1の励磁コイル)は、励磁用信号250を入力されて第1の磁場876を生成する。検出コイル864(第1の検出コイル)は、第1の磁場876(図11参照)を検出して信号8641(第1の検出信号)を出力する。ダミーコイル868(第1のダミーコイル)は、第1の磁場876を検出して信号8681(第1のダミー信号)を出力する。
Next, another method of processing the output signal of the eddy current sensor will be described. In FIG. 13, an excitation coil 860 (first excitation coil) receives an
渦電流センサ286が出力する信号8641と信号8681とを処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、第1の抵抗ブリッジ回路7710は、信号8641と信号8681の差である第1の差信号292を出力する。生成回路2541は、励磁用信号250、信号8641、信号8681、第1の差信号292のいずれかからノイズを低減するための第1のノイズ低減信号252を生成する。図13においては、生成回路2541は、第1の差信号292からノイズを低減するための第1のノイズ低減信号252を生成する。第1の加算回路2581は、生成された第1のノイズ低減信号252を第1の差信号292に加算して、第1の差信号292が含むノイズを低減した第1のノイズ減少信号2801を生成する。
In an eddy current sensor output signal processing method for
次に、渦電流センサの別の出力信号処理方法について説明する。図13において、励磁コイル862(第2の励磁コイル)は、励磁用信号250を入力されて第2の磁場878(図11参照)を生成する。検出コイル866(第2の検出コイル)は、第1の磁場876と前記第2の磁場878を検出して信号8661(第2の検出信号)を出力する。ダミーコイル870(第2のダミーコイル)は、第1の磁場876と前記第2の磁場878を検出して信号8701(第2のダミー信号)を出力する。
Next, another method of processing the output signal of the eddy current sensor will be described. In FIG. 13, an excitation coil 862 (second excitation coil) receives an
検出コイル864は、第1の磁場876と第2の磁場878を検出して信号8641(第1の検出信号)を出力する。ダミーコイル868は、第1の磁場876と第2の磁場878を検出して信号8681(第1のダミー信号)を出力する。第2の抵抗ブリッジ回路7711は、信号8661と信号8701の差である第2の差信号294を出力する。生成回路2542は、励磁用信号250、信号8661、信号8701、第2の差信号294のいずれかからノイズを低減するための第2のノイズ低減信号252を生成する。第2の加算回路2582は、生成された第2のノイズ低減信号252を第2の差信号294に加算して、第2の差信号294が含むノイズを低減した第2のノイズ減少信号2802を生成する。第3の加算回路284は、第1のノイズ減少信号2801と第2のノイズ減少信号2802とを加算する。
次に、渦電流センサの別の出力信号処理方法について説明する。本実施形態は、図13の実施形態において、ノイズキャンセリング回路を除いたものである。2つの渦電流センサ286,288の出力をそれぞれブリッジ回路7710,7711で処理する。その後、検波回路280により直流にした後に第3の加算回路284で加算を行う。具体的には、励磁コイル860,862は、励磁用信号250を入力されて第1の磁場876,第2の磁場878をそれぞれ生成する。検出コイル864,866(第1、第2の検出コイル)は、第1の磁場876と第2の磁場878を検出して、それぞれ信号8641,866
1(第1、第2の検出信号)を出力する。ダミーコイル868,870(第1、第2のダミーコイル)は、第1の磁場876と第2の磁場878を検出して、それぞれ信号8681,8701(第1、第2のダミー信号)を出力する。
Next, another method of processing the output signal of the eddy current sensor will be described. This embodiment is obtained by removing the noise canceling circuit from the embodiment of FIG. The outputs of the two
1 (first and second detection signals) is output. Dummy coils 868 and 870 (first and second dummy coils) detect a first
本実施形態の出力信号処理方法においては、渦電流センサ286,288が出力する信号8641,8661と信号8681,8701とを処理する。第1の抵抗ブリッジ回路7710は、信号8641(第1の検出信号)と信号8681(第1のダミー信号)の差である第1の差信号292を出力する。第2の抵抗ブリッジ回路7711は、信号8661(第2の検出信号)と信号8701(第2のダミー信号)の差である第2の差信号294を出力する。第1の差信号292と第2の差信号294は、検波回路280において直流にされたのちに、第3の加算回路284において加算される。
In the output signal processing method of this embodiment, the
渦電流センサ50によって得られた膜厚に基づいて、研磨装置の各部を制御する方法について以下説明する。図1に示すように、渦電流センサ50は、終点検出コントローラ246に接続され、終点検出コントローラ246は、機器制御コントローラ248に接続されている。渦電流センサ50の出力信号は、終点検出コントローラ246に送られる。終点検出コントローラ246は、渦電流センサ50の出力信号に対して必要な処理(演算処理・補正)を施してモニタリング信号(終点検出コントローラ246によって補正された膜厚データ)を生成する。機器制御コントローラ248は、補正された膜厚データに基づいて、トップリング用モータ114、研磨テーブル100用モータ(図示しない)等を制御する。
A method for controlling each part of the polishing apparatus based on the film thickness obtained by the
以上、本発明の実施形態の例について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
形態1
励磁用信号を入力されて磁場を生成可能な励磁コイルと、前記磁場を検出して検出信号を出力可能な検出コイルとを有する渦電流センサと、
前記検出信号を処理する出力信号処理回路とを有し、
前記出力信号処理回路は、
前記励磁用信号または前記検出信号からノイズを低減するためのノイズ低減信号を生成可能な生成回路と、
前記生成回路において生成された前記ノイズ低減信号を前記検出信号に加算して、前記検出信号が含むノイズを低減したノイズ減少信号を生成可能な加算回路とを有することを特徴とする渦電流センサ組立体。
形態2
励磁用信号を入力されて第1の磁場を生成可能な第1の励磁コイルと、前記第1の磁場を検出して第1の検出信号を出力可能な第1の検出コイルと、前記第1の磁場を検出して第1のダミー信号を出力可能な第1のダミーコイルとを有する渦電流センサが出力する前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号とを処理する渦電流センサの出力信号処理回路において、
前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号の差である第1の差信号を出力可能な第1の抵抗ブリッジ回路と、
前記励磁用信号、前記第1の検出信号、前記第1のダミー信号、前記第1の差信号のいずれかからノイズを低減するための第1のノイズ低減信号を生成可能な第1の生成回路と、
前記第1の生成回路において生成された前記第1のノイズ低減信号を前記第1の差信号に加算して、前記第1の差信号が含むノイズを低減した第1のノイズ減少信号を生成可能な第1の加算回路とを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理回路。
形態3
前記渦電流センサは、前記励磁用信号を入力されて第2の磁場を生成可能な第2の励磁コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して第2の検出信号を出力可能な第2の検出コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して第2のダミー信号を出力可能な第2のダミーコイルとを有し、
前記第1の検出コイルは、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して前記第1の検出信号を出力可能であり、
前記第1のダミーコイルは、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して前記第1のダミー信号を出力可能であり、
前記出力信号処理回路は、
前記第2の検出信号と前記第2のダミー信号の差である第2の差信号を出力可能な第2の抵抗ブリッジ回路と、
前記励磁用信号、前記第2の検出信号、前記第2のダミー信号、前記第2の差信号のいずれかからノイズを低減するための第2のノイズ低減信号を生成可能な第2の生成回路と、
前記第2の生成回路において生成された前記第2のノイズ低減信号を前記第2の差信号
に加算して、前記第2の差信号が含むノイズを低減した第2のノイズ減少信号を生成可能な第2の加算回路と、
前記第1のノイズ減少信号と前記第2のノイズ減少信号とを加算可能な第3の加算回路とを有することを特徴とする形態2記載の渦電流センサの出力信号処理回路。
形態4
励磁用信号を入力されて第1、第2の磁場をそれぞれ生成可能な第1、第2の励磁コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して、それぞれ第1、第2の検出信号を出力可能な第1、第2の検出コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して、それぞれ第1、第2のダミー信号を出力可能な第1、第2のダミーコイルとを有する渦電流センサが出力する前記第1、第2の検出信号と前記第1、第2のダミー信号とを処理する渦電流センサの出力信号処理回路において、
前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号の差である第1の差信号を出力可能な第1の抵抗ブリッジ回路と、
前記第2の検出信号と前記第2のダミー信号の差である第2の差信号を出力可能な第2の抵抗ブリッジ回路と、
前記第1の差信号と前記第2の差信号とを加算可能な第3の加算回路とを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理回路。
形態5
励磁用信号を入力されて磁場を生成可能な励磁コイルと、前記磁場を検出して検出信号を出力可能な検出コイルとを有する渦電流センサが出力する前記検出信号を処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、
前記励磁用信号または前記検出信号からノイズを低減するためのノイズ低減信号を生成するステップと、
前記生成された前記ノイズ低減信号を前記検出信号に加算して、前記検出信号が含むノイズを低減したノイズ減少信号を生成するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法。
形態6
励磁用信号を入力されて第1の磁場を生成可能な第1の励磁コイルと、前記第1の磁場を検出して第1の検出信号を出力可能な第1の検出コイルと、前記第1の磁場を検出して第1のダミー信号を出力可能な第1のダミーコイルとを有する渦電流センサが出力する前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号とを処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、
前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号の差である第1の差信号を出力するステップと、
前記励磁用信号、前記第1の検出信号、前記第1のダミー信号、前記第1の差信号のいずれかからノイズを低減するための第1のノイズ低減信号を生成するステップと、
生成された前記第1のノイズ低減信号を前記第1の差信号に加算して、前記第1の差信号が含むノイズを低減した第1のノイズ減少信号を生成するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法。
形態7
前記渦電流センサは、前記励磁用信号を入力されて第2の磁場を生成可能な第2の励磁コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して第2の検出信号を出力可能な第2の検出コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して第2のダミー信号を出力可能な第2のダミーコイルとを有し、
前記第1の検出コイルは、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して前記第1の検出信号を出力可能であり、
前記第1のダミーコイルは、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して前記第1のダミー信号を出力可能であり、
前記出力信号処理方法は、
前記第2の検出信号と前記第2のダミー信号の差である第2の差信号を出力するステッ
プと、
前記励磁用信号、前記第2の検出信号、前記第2のダミー信号、前記第2の差信号のいずれかからノイズを低減するための第2のノイズ低減信号を生成するステップと、
生成された前記第2のノイズ低減信号を前記第2の差信号に加算して、前記第2の差信号が含むノイズを低減した第2のノイズ減少信号を生成するステップと、
前記第1のノイズ減少信号と前記第2のノイズ減少信号とを加算するステップとを有することを特徴とする形態6記載の渦電流センサの出力信号処理方法。
形態8
励磁用信号を入力されて第1、第2の磁場をそれぞれ生成可能な第1、第2の励磁コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して、それぞれ第1、第2の検出信号を出力可能な第1、第2の検出コイルと、前記第1の磁場と前記第2の磁場を検出して、それぞれ第1、第2のダミー信号を出力可能な第1、第2のダミーコイルとを有する渦電流センサが出力する前記第1、第2の検出信号と前記第1、第2のダミー信号とを処理する渦電流センサの出力信号処理方法において、
前記第1の検出信号と前記第1のダミー信号の差である第1の差信号を出力するステップと、
前記第2の検出信号と前記第2のダミー信号の差である第2の差信号を出力するステップと、
前記第1の差信号と前記第2の差信号とを加算するステップとを有することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法。
Although examples of embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments of the present invention are intended to facilitate understanding of the present invention, and do not limit the present invention. The present invention can be modified and improved without departing from the spirit thereof, and the present invention naturally includes equivalents thereof. In addition, any combination or omission of each component described in the claims and the specification is possible within the range that at least part of the above problems can be solved or at least part of the effect is achieved. is.
As explained above, the present invention has the following aspects.
an eddy current sensor having an excitation coil capable of generating a magnetic field by receiving an excitation signal, and a detection coil capable of detecting the magnetic field and outputting a detection signal;
and an output signal processing circuit that processes the detection signal,
The output signal processing circuit is
a generation circuit capable of generating a noise reduction signal for reducing noise from the excitation signal or the detection signal;
and an addition circuit capable of adding the noise reduction signal generated in the generation circuit to the detection signal to generate a noise reduction signal in which noise contained in the detection signal is reduced. three-dimensional.
a first excitation coil that receives an excitation signal to generate a first magnetic field; a first detection coil that detects the first magnetic field and outputs a first detection signal; of the eddy current sensor for processing the first detection signal and the first dummy signal output by the eddy current sensor having a first dummy coil capable of detecting a magnetic field and outputting a first dummy signal In the output signal processing circuit,
a first resistance bridge circuit capable of outputting a first difference signal that is a difference between the first detection signal and the first dummy signal;
A first generation circuit capable of generating a first noise reduction signal for reducing noise from any one of the excitation signal, the first detection signal, the first dummy signal, and the first difference signal. and,
The first noise reduction signal generated in the first generation circuit can be added to the first difference signal to generate a first noise reduction signal in which noise contained in the first difference signal is reduced. and a first addition circuit.
Form 3
The eddy current sensor includes a second excitation coil that can generate a second magnetic field by receiving the excitation signal, and a second detection signal by detecting the first magnetic field and the second magnetic field. a second detection coil capable of outputting, and a second dummy coil capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field and outputting a second dummy signal;
The first detection coil is capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field and outputting the first detection signal,
the first dummy coil is capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field and outputting the first dummy signal;
The output signal processing circuit is
a second resistance bridge circuit capable of outputting a second difference signal that is the difference between the second detection signal and the second dummy signal;
A second generation circuit capable of generating a second noise reduction signal for reducing noise from any one of the excitation signal, the second detection signal, the second dummy signal, and the second difference signal. and,
the second noise reduction signal generated in the second generating circuit as the second difference signal;
a second summing circuit capable of generating a second noise-reduced signal in which noise contained in the second difference signal is reduced by adding to
The eddy current sensor output signal processing circuit according to
form 4
First and second excitation coils that receive an excitation signal to generate first and second magnetic fields respectively, detect the first magnetic field and the second magnetic field, and detect the first and second magnetic fields, respectively. first and second detection coils capable of outputting two detection signals; and first and second detection coils capable of outputting first and second dummy signals by detecting the first magnetic field and the second magnetic field, respectively. In an eddy current sensor output signal processing circuit that processes the first and second detection signals and the first and second dummy signals output by an eddy current sensor having a second dummy coil,
a first resistance bridge circuit capable of outputting a first difference signal that is a difference between the first detection signal and the first dummy signal;
a second resistance bridge circuit capable of outputting a second difference signal that is the difference between the second detection signal and the second dummy signal;
An output signal processing circuit for an eddy current sensor, further comprising a third addition circuit capable of adding the first difference signal and the second difference signal.
Form 5
Output of an eddy current sensor that processes the detection signal output by an eddy current sensor having an excitation coil capable of generating a magnetic field by receiving an excitation signal and a detection coil capable of detecting the magnetic field and outputting a detection signal. In the signal processing method,
generating a noise reduction signal for reducing noise from the excitation signal or the detection signal;
and adding the generated noise reduction signal to the detection signal to generate a noise reduction signal in which noise contained in the detection signal is reduced.
Form 6
a first excitation coil that receives an excitation signal to generate a first magnetic field; a first detection coil that detects the first magnetic field and outputs a first detection signal; of the eddy current sensor for processing the first detection signal and the first dummy signal output by the eddy current sensor having a first dummy coil capable of detecting a magnetic field and outputting a first dummy signal In the output signal processing method,
outputting a first difference signal that is the difference between the first detection signal and the first dummy signal;
generating a first noise reduction signal for reducing noise from any one of the excitation signal, the first detection signal, the first dummy signal, and the first difference signal;
and adding the generated first noise-reduced signal to the first difference signal to generate a first noise-reduced signal in which noise contained in the first difference signal is reduced. A method for processing an output signal of an eddy current sensor.
Form 7
The eddy current sensor includes a second excitation coil that can generate a second magnetic field by receiving the excitation signal, and a second detection signal by detecting the first magnetic field and the second magnetic field. a second detection coil capable of outputting, and a second dummy coil capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field and outputting a second dummy signal;
The first detection coil is capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field and outputting the first detection signal,
the first dummy coil is capable of detecting the first magnetic field and the second magnetic field and outputting the first dummy signal;
The output signal processing method includes:
a step of outputting a second difference signal that is the difference between the second detection signal and the second dummy signal;
and
generating a second noise reduction signal for reducing noise from any one of the excitation signal, the second detection signal, the second dummy signal, and the second difference signal;
adding the generated second noise-reduced signal to the second difference signal to generate a second noise-reduced signal in which noise contained in the second difference signal is reduced;
and adding the first noise reduction signal and the second noise reduction signal.
First and second excitation coils that receive an excitation signal to generate first and second magnetic fields respectively, detect the first magnetic field and the second magnetic field, and detect the first and second magnetic fields, respectively. first and second detection coils capable of outputting two detection signals; and first and second detection coils capable of outputting first and second dummy signals by detecting the first magnetic field and the second magnetic field, respectively. In an eddy current sensor output signal processing method for processing the first and second detection signals and the first and second dummy signals output by an eddy current sensor having a second dummy coil,
outputting a first difference signal that is the difference between the first detection signal and the first dummy signal;
outputting a second difference signal that is the difference between the second detection signal and the second dummy signal;
and adding the first difference signal and the second difference signal.
50…渦電流センサ
52…交流信号源
54…出力信号処理回路
72…励磁コイル
73…検出コイル
74…励磁コイル
77…抵抗ブリッジ回路
172…出力信号
174…渦電流センサ組立体
176…検出信号
250…励磁用信号
252…ノイズ低減信号、第1のノイズ低減信号、第2のノイズ低減信号
254…生成回路
256…ノイズ減少信号、第1のノイズ減少信号、第2のノイズ減少信号
258…加算回路
278…位相反転回路
280…検波回路
284…加算回路、第3の加算回路
286…内側渦電流センサ
288…外側渦電流センサ
290…出力信号処理回路
292…第1の差信号
294…第2の差信号
304…信号
306…ノイズ
771…ブリッジ回路
860…励磁コイル
862…励磁コイル
864…検出コイル
866…検出コイル
868…ダミーコイル
870…ダミーコイル
876…第1の磁場
878…第2の磁場
2541、2542…生成回路
2581…第1の加算回路
2582…第2の加算回路
2801…第1のノイズ減少信号
2802…第2のノイズ減少信号
7710…第1の抵抗ブリッジ回路
7711…第2の抵抗ブリッジ回路
50
Claims (2)
前記検出信号を処理する出力信号処理回路とを有し、
前記出力信号処理回路は、
前記励磁用信号または前記検出信号からノイズを低減するためのノイズ低減信号を生成可能な生成回路と、
前記生成回路において生成された前記ノイズ低減信号を前記検出信号に加算して、前記検出信号が含むノイズを低減したノイズ減少信号を生成可能な加算回路とを有し、
前記生成回路は、前記励磁用信号または前記検出信号に含まれる信号のうち、前記励磁用信号の周波数と同じ周波数を有する信号のレベルを減衰させて前記ノイズ低減信号を生成可能であることを特徴とする渦電流センサ組立体。 an eddy current sensor having an excitation coil capable of generating a magnetic field by receiving an excitation signal, and a detection coil capable of detecting the magnetic field and outputting a detection signal;
and an output signal processing circuit that processes the detection signal,
The output signal processing circuit is
a generation circuit capable of generating a noise reduction signal for reducing noise from the excitation signal or the detection signal;
an addition circuit capable of adding the noise reduction signal generated in the generation circuit to the detection signal to generate a noise reduction signal in which noise contained in the detection signal is reduced ;
The generating circuit is capable of generating the noise reduction signal by attenuating a level of a signal having the same frequency as that of the excitation signal among the signals included in the excitation signal or the detection signal. and an eddy current sensor assembly.
前記励磁用信号または前記検出信号からノイズを低減するためのノイズ低減信号を生成するステップと、
前記生成された前記ノイズ低減信号を前記検出信号に加算して、前記検出信号が含むノイズを低減したノイズ減少信号を生成するステップとを有し、
前記ノイズ低減信号を生成するステップでは、前記励磁用信号または前記検出信号に含まれる信号のうち、前記励磁用信号の周波数と同じ周波数を有する信号のレベルを減衰させて前記ノイズ低減信号を生成することを特徴とする渦電流センサの出力信号処理方法。
Output of an eddy current sensor that processes the detection signal output by an eddy current sensor having an excitation coil capable of generating a magnetic field by receiving an excitation signal and a detection coil capable of detecting the magnetic field and outputting a detection signal. In the signal processing method,
generating a noise reduction signal for reducing noise from the excitation signal or the detection signal;
adding the generated noise-reduced signal to the detection signal to generate a noise-reduced signal in which noise contained in the detection signal is reduced ;
In the step of generating the noise reduction signal, among the signals included in the excitation signal or the detection signal, the level of a signal having the same frequency as the excitation signal is attenuated to generate the noise reduction signal. An eddy current sensor output signal processing method characterized by:
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