CN102194690B - 研磨监视方法、研磨方法、研磨监视装置及研磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够正确地监视研磨的进展、还能够检测正确的研磨终点的方法。本方法在基板的研磨中对基板照射光，受光来自基板的反射光，对各波长测量反射光的强度，由强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱，计算出每规定时间的波谱的变化量，将波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出波谱累积变化量，基于波谱累积变化量监视基板的研磨的进展。

Description

研磨监视方法、研磨方法、研磨监视装置及研磨装置
技术领域
本发明涉及监视半导体晶片等基板的研磨的进展的方法，特别涉及基于由来自基板的反射光得到的波谱的变化监视研磨的进展、决定研磨终点的方法。
此外，本发明涉及执行这样的研磨监视方法的研磨监视装置。
进而，本发明涉及利用这样的研磨监视方法的基板的研磨方法及研磨装置。
背景技术
在半导体器件的制造工序中，在硅晶片上将各种材料反复形成为膜状，形成.层叠构造。为了形成该层叠构造，使最上层的表面变得平坦的技术变得重要。作为这样的平坦化的一种方法，广泛地使用化学机械研磨(CMP)。
化学机械研磨(CMP)由研磨装置进行。这种研磨装置一般具备支承研磨垫板的研磨工作台、保持基板(具有膜的晶片)的顶圈(トツプリング)、和将研磨液供给到研磨垫板上的研磨液供给机构。在研磨基板时，一边从研磨液供给机构将研磨液供给到研磨垫板上，一边通过顶圈将基板的表面推压在研磨垫板上。进而，通过使顶圈和研磨工作台分别旋转而使基板与研磨垫板相对移动，对形成基板的表面的膜进行研磨。
研磨装置通常具备研磨终点检测装置。作为研磨终点检测装置的一例，有对基板的表面照射光、基于从基板反射来的光的波谱决定研磨终点的光学式研磨终点检测装置。例如，在专利文献1所公开的方法中，对反射光的强度实施用来除去噪声成分的规定的处理而生成特性值，根据该特性值的时间性变化的特征点(极大点或极小点)决定研磨终点。
波谱(spectrum)是以波长的顺序排列的光的强度的排列，表示各波长下的光的强度。由波谱生成的特性值如图1所示，随着研磨时间而周期性地变化，极大点和极小点交替地出现。这是因光波的干涉带来的现象。即，照射在基板上的光被介质与膜的界面、和膜与处于该膜之下的层的界面反射，由这些界面反射的光的波相互地干涉。该光波的干涉的方式根据膜的厚度(即光路长)而变化。因此，从基板返回的反射光的强度与膜的厚度一起周期性地变化。光的强度也可以表示为反射率或相对反射率等的相对值。
上述光学式研磨终点检测装置如图1所示，在研磨中计数特性值的时间变化的特征点(极大点或极小点)的数量，根据该特征点的数量监视研磨的进展。并且，在从特征点的数量达到规定值的时刻起经过了规定时间的时刻结束研磨。
除此以外，还有将在研磨中得到的波谱与预先准备的基准波谱比较来决定研磨终点的方法(例如专利文献2)。在该方法中，将研磨中的各时刻的波谱与基准波谱比较，将两波谱间的差满足目标差的条件的时刻作为研磨终点。基准波谱通过研磨与作为研磨对象的基板相同种类的试样基板而预先准备。
将在试样基板的研磨中得到的包括基准波谱的多个波谱与相关于研磨时间或研磨工作台的旋转速度的索引值建立关联而作为库存储。这样，通过将在别的基板的研磨中得到的波谱与库内的波谱进行比较，能够将研磨中的各时刻的基板的研磨状态用索引值表示。这样，索引值可以称作相对或间接地表示基板的膜厚的指标。
但是，在实际的基板中，具有不同的配线图案的配线层及不同种类的绝缘膜多重重叠而形成多层配线构造，光学传感器通过上层的绝缘膜的没有配线的部分也检测来自下层的绝缘膜的光。因此，如果在基板间在下层的绝缘膜的厚度及光学常数中存在离差，则波谱受到影响。结果，在上述方法中，不能正确地测量上层膜(被研磨膜)的厚度，难以正确地监视研磨的进展。还有检测到的研磨终点在基板间不同的问题。
[专利文献1]日本特开2004-154928号公报
[专利文献2]日本特表2009-505847号公报
发明内容
本发明是鉴于上述以往的问题而做出的，其目的是提供一种能够正确地监视研磨的进展、还有能够检测正确的研磨终点的方法及装置。
此外，本发明的目的是提供一种使用这样的研磨监视方法的基板的研磨方法及研磨装置。
为了达到上述目的，本发明的一技术方案，是一种监视具有膜的基板的研磨的方法，其特征在于，在基板的研磨中对上述基板照射光；受光来自上述基板的反射光；对各波长测量上述反射光的强度；由上述强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱；计算每规定时间的上述波谱的变化量；将上述波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出波谱累积变化量；基于上述波谱累积变化量监视上述基板的研磨的进展。
本发明的优选的技术方案的特征在于，上述波谱的变化量是在两个不同的时刻生成的两个波谱的相对变化的大小。
本发明的优选的技术方案的特征在于，上述相对变化的大小是规定的波长范围中的上述两个波谱间的上述强度的差分的平方平均平方根。
本发明的优选的技术方案的特征在于，上述相对变化的大小是规定的波长范围中的上述两个波谱间的上述强度的差分的绝对值的平均。
本发明的优选的技术方案的特征在于，上述波谱的变化量是通过将上述相对变化的大小用上述两个时刻间的时间间隔除而得到的波谱变化速度。
本发明的优选的技术方案的特征在于，上述波谱的变化量具有正或负的符号。
本发明的优选的技术方案的特征在于，上述波谱是表示波长、与将各波长下的强度用规定的波长范围下的强度的平均值除而得到的标准化的强度之间的关系的波谱。
本发明的优选的技术方案的特征在于，上述基板是在具有相同构造的第1基板之后被研磨的第2基板；上述方法还包括以下的工序：在上述第1基板的研磨中对上述第1基板照射光；受光来自上述第1基板的反射光；对各波长测量上述反射光的强度；由上述强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的基准波谱；计算出每规定时间的上述基准波谱的变化量；将上述基准波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出基准波谱累积变化量；基于上述基准波谱累积变化量、上述第1基板的初始膜厚和上述第1基板的最终膜厚，将关于上述第2基板的上述波谱累积变化量变换为上述第2基板的膜的除去量。
本发明的优选的技术方案的特征在于，还包括以下的工序：取得上述第2基板的初始膜厚；通过从上述第2基板的初始膜厚减去上述除去量，将上述除去量变换为上述第2基板的膜的厚度。
本发明的优选的技术方案的特征在于，上述基板的研磨是用于调节形成在上述基板的金属配线的高度的研磨。
本发明的优选的技术方案的特征在于，上述基板具有上述膜、形成在上述膜之上的隔离层和形成在上述膜内的上述金属配线；基于上述波谱变化量决定上述隔离层的除去时刻。
本发明的优选的技术方案的特征在于，在上述基板的表面上形成有台阶；上述波谱累积变化量的计算从上述台阶被除去了的时刻开始。
本发明的优选的技术方案的特征在于，基于上述波谱累积变化量决定上述基板的研磨终点。
本发明的另一技术方案是一种研磨具有膜的基板的方法，其特征在于，使上述基板与研磨垫板滑动接触而研磨该基板；在基板的研磨中对上述基板照射光；受光来自上述基板的反射光；对各波长测量上述反射光的强度；根据上述强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱；计算出每规定时间的上述波谱的变化量；将上述波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出波谱累积变化量；基于上述波谱累积变化量监视上述基板的研磨的进展。
本发明的另一技术方案是一种研磨监视装置，其特征在于，具备：投光部，在基板的研磨中对上述基板照射光；受光部，受光来自上述基板的反射光；分光器，对各波长测量上述反射光的强度；以及处理装置，处理上述分光器的测量数据；上述处理装置进行下述处理：由上述强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱；计算出每规定时间的上述波谱的变化量；将上述波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出波谱累积变化量；基于上述波谱累积变化量监视上述基板的研磨的进展。
本发明的另一技术方案是一种研磨装置，其特征在于，具备：上述研磨监视装置；研磨工作台，用来支承研磨垫板；以及顶圈，用来将基板推压在上述研磨垫板上。
发明效果：
在本发明中，由于基于波谱整体的变化量监视研磨的进展，所以能够将本发明用在各种构造的基板的研磨中。特别是，即使如调节铜配线的高度的研磨过程那样、研磨量较小、并且将折射率较大地不同的透明膜层叠而波谱的极值点的波长的变化较小的情况下，也能够正确地捕捉被研磨膜的厚度的变化。此外，由于将波谱的变化量累积而得到的波谱累积变化量对应于研磨量(即除去量、膜厚的变化)，所以能够不受基板间的下层膜的厚度的偏差影响而进行精度较高的研磨终点检测。进而，即使在基板具有复杂的多层构造的情况下，波谱累积变化量也原则上在研磨中单调增加。因而，容易根据波谱累积变化量掌握基板的研磨的进展。即，通过波谱累积变化量与规定目标值或阈值的简单的比较，能够容易地检测研磨终点。
附图说明
图1是表示特性值随着研磨时间变化的状况的曲线图。
图2A是用来说明有关本发明的一实施方式的研磨监视方法的原理的示意图。
图2B是表示基板与研磨工作台的位置关系的俯视图。
图3是表示基于光的干涉理论进行模拟而得到的反射光的波谱的曲线图。
图4是表示图3所示的波谱中的相邻的两个波谱的曲线图。
图5A是表示模拟图2A中记载的基板的研磨的结果的曲线图。
图5B是表示模拟图2A中记载的基板的研磨的结果的曲线图。
图5C是表示模拟图2A中记载的基板的研磨的结果的曲线图。
图5D是表示模拟图2A中记载的基板的研磨的结果的曲线图。
图6A是表示波谱累积变化量A(θ)的曲线图。
图6B是表示波谱累积变化量A(θ)的曲线图。
图6C是表示波谱累积变化量A(θ)的曲线图。
图6D是表示波谱累积变化量A(θ)的曲线图。
图7A是表示根据基板研磨的模拟结果得到的研磨量的误差的曲线图。
图7B是表示根据基板研磨的模拟结果得到的研磨量的误差的曲线图。
图7C是表示根据基板研磨的模拟结果得到的研磨量的误差的曲线图。
图7D是表示根据基板研磨的模拟结果得到的研磨量的误差的曲线图。
图8是表示Cu配线形成工序中的基板的构造的一例的剖视图。
图9是表示研磨模拟用的基板模型的剖视图。
图10是表示由将图9所示的上层SiO2膜仅研磨100nm的模拟结果得到的波谱的推移的曲线图。
图11是表示图10所示的波谱的极大点及极小点的波长的变化的曲线图。
图12是表示根据图10所示的波谱的变化计算出的波谱累积变化量的变化的曲线图。
图13是表示由将图9所示的下层SiO2膜的厚度分别是450nm、500nm、550nm的3片基板研磨的模拟得到的、研磨量的推测误差的曲线图。
图14是描绘了实际研磨图8所示的构造的基板而得到的波谱累积变化量的时间推移的图。
图15是表示波谱累积变化量的拐点检测方法的一例的图。
图16是表示将相同构造的17片基板在相同的研磨条件下仅改变研磨时间实际研磨而得到的波谱累积变化量的曲线图。
图17是表示波谱累积变化量的初始值的设定方法的图。
图18是表示有关上述17片的各基板的研磨终点时的波谱累积变化量、与对各基板根据研磨前后的膜厚测量而得到的测量研磨量的关系的曲线图。
图19是表示在调节铜配线的高度的研磨过程中采用了有关本实施方式的方法时的处理的流程的流程图。
图20是说明决定波谱变化量的符号的工序的图。
图21是表示在图8所示的基板的隔离层(バリア)除去后取得的波谱累积变化量的图。
图22A是表示研磨工作台与顶圈的旋转速度分别是60min-1、61min-1的情况下的、在基板的表面上描绘的投受光部的轨迹的图。
图22B是表示研磨工作台与顶圈的旋转速度分别是60min-1、54min-1的情况下的、在基板的表面上描绘的投受光部的轨迹的图。
图23是示意地表示具备能够实行有关本实施方式的研磨监视方法及研磨终点检测方法的研磨监视装置的研磨装置的剖视图。
图24是表示图23所示的研磨装置的变形例的剖视图。
标号说明
11 投光部
12 受光部
13 分光器
15 监视装置
20 研磨工作台
22 研磨垫板
24 顶圈
25 研磨液供给机构
28 顶圈轴
30 孔
31 通孔
32 旋转接头
33 液体供给路径
34 液体排出路径
35 液体供给源
40 光源
41 光纤
45 透明窗
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。图2A是用来说明有关本发明的一实施方式的研磨监视方法的原理的示意图，图2B是表示基板与研磨工作台的位置关系的俯视图。如图2A所示，作为研磨对象的基板W具有基底层(例如硅层)、和形成在其上的膜(例如具有光透过性的SiO2等的绝缘膜)。基板W被保持在顶圈(在图2A及图2B中没有图示)上，如箭头所示那样绕基板W的中心旋转。基板W的表面被顶圈推压在旋转的研磨工作台20上的研磨垫板(パツド)22上，基板W的膜通过与研磨垫板22的滑动接触而被研磨。
投光部11及受光部12对置于基板W的表面而配置。对于基板W的表面大致垂直地照射光，受光部12受光来自基板W的反射光。投光部11发出的光为多波长的光。如图2B所示，每当研磨工作台20旋转1周，就将光照射在包括基板W的中心的区域中。在受光部12上连接着分光器13。该分光器13将反射光按照波长分解，对各波长测量反射光的强度。
在分光器13上连接着处理装置15。该处理装置15读取由分光器13取得的测量数据，由强度的测量值生成反射光的强度分布。更具体地讲，处理装置15生成表示各波长的光的强度的波谱。将该波谱呈现为表示反射光的波长与强度之间的关系的曲线。处理装置15还构成为，根据波谱的变化监视研磨的进展，决定研磨终点。作为处理装置15，可以使用通用或专用的计算机。处理装置15通过程序(或计算机软件)执行规定的处理步骤。
图3是表示关于图2A所示的构造的基板、基于光的干涉理论进行研磨模拟而得到的反射光的波谱的曲线图。在图3中，横轴表示光的波长，纵轴表示由光的强度导出的相对反射率。该相对反射率是表示光的强度的1个指标，具体而言是反射光的强度与规定的基准强度的比。通过这样将反射光的强度(实测强度)除以规定的基准强度，能够得到除去了噪声成分的光的强度。规定的基准强度例如可以为在将没有形成膜的硅晶片在水的存在下研磨时得到的反射光的强度。另外，在研磨模拟的情况下，通过将关于各波长得到的来自基板的反射光的强度(在模拟中是表示反射光相对于入射光的强度的比率的反射率)用上述基准强度(同样，在上述模拟中表示反射光相对于入射光的强度的比率的反射率)简单地除而求出相对反射率。另一方面，在实际的研磨中，在上述除法之前从被除数及除数中分别减去黑暗水平(ダ一クレベル)(在将光遮断的条件下得到的背景强度)。另外，也可以不使用相对反射率而使用反射光的强度本身。
在实际的研磨中，相对反射率R(λ)可以使用下式求出。
[数式1]
R ( λ ) = E ( λ ) - D ( λ ) B ( λ ) - D ( λ ) · · · ( 1 )
这里，λ是波长，E(λ)是来自基板的反射光的强度，B(λ)是基准强度，D(λ)是在不存在基板的状态下取得的背景强度(黑暗水平)。
基于光的干涉理论的来自基板的反射光的模拟在使光的介质为水(H2O)的条件下进行。图3所示的曲线图表示在膜厚10nm的间隔下取得的多个波谱。如图3所示，当膜厚较大时，波谱的极大点及极小点(以下将它们统称作极值点)的间隔较短，极值点的数量较多。另一方面，当膜厚较小时，极值点的数量较少，波谱描绘平缓的曲线。进而，随着膜厚的减小(即研磨的进展)，波谱向波长较短的方向移动(在图3中向图的左侧移动)。
图4是关于图3所示那样的波谱、表示对应于膜厚差Δθ的两个波谱的示意图。这里，θ是膜厚，在研磨时膜厚θ随着时间而减小，所以Δθ＜0。如上所述，波谱随着膜厚的变化而沿着波长轴移动。对应于膜厚差Δθ的波谱的变化量如图4所示，相当于由在两个不同的时刻取得的上述两个波谱包围的区域(用阴影表示)。由图3可知，只要膜厚差Δθ足够小(在该例中Δθ＝-10nm)，则不论膜厚的大小如何，该区域的面积都大致一定。因而，通过在研磨中累积上述面积或类似于它的变量，可以期待能够捕捉膜厚的变化。
所以，在本方法中，将波谱变化量V(t)用下式表示。
[数式2]
V ( t ) = 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 [ R ( λ , t + Δt ) - R ( λ , t ) ] 2 · · · ( 2 )
这里，λ是光的波长，λ1、λ2是决定作为监视对象的波谱的波长范围的最小波长及最大波长，Nλ是上述波长范围内的波长个数，t是时间(研磨时间)，Δt是规定的时刻间距，R(λ，t)是波长λ、时间t时的相对反射率。作为Δt，例如可以取研磨工作台旋转p周(p是较小的自然数)所需要的时间。
波谱变化量V(t)也可以表示为每单位时间的波谱变化量、即波谱的变化速度。在此情况下，波谱的变化量V(t)如以下这样表示。
[数式3]
V ( t ) = 1 / Δt * 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 [ R ( λ , t + Δt ) - R ( λ , t ) ] 2 · · · ( 3 )
每规定时间Δt的波谱变化量表示为上述波长范围中的两个波谱的相对变化的大小(即变位的大小)。上述式(2)是将波谱变化量表示为平方平均平方根的式子。更具体地讲，由上述式(2)求出的波谱变化量V(t)是两个波谱间的各自的波长下的光的强度的差的平方平均平方根。
进而，根据式(2)及式(3)，波谱的变化量的沿着时间轴的累积值A(t)可以如以下这样求出。
[数式4]
A ( t ) = Σ t = to t V ( t ) · · · ( 4 )
或者
[式5]
A ( t ) = Σ t = to t V ( t ) Δt · · · ( 5 )
这里，t0是开始膜厚变化的监视的时间。另外，也可以对式(4)、式(5)的右边乘以适当的系数而将A(t)的值调节为容易看到的大小。另外，式(5)的Δt并不需要一定与式(3)的Δt相等，例如可以将式(3)的Δt及式(5)的Δt如以下这样设定。
(步骤i)每1秒测量相对反射率R(t)。
(步骤ii)将式(3)的Δt设定为2秒，每1秒根据相隔2秒的时刻间的波谱变化量求出波谱变化速度V(t)。
(步骤iii)将式(5)的Δt设定为1秒，每1秒求出波谱累积变化量A(t)。
将波谱变化量定式化的方法并不限于上述式子，也可以使用其他方法。例如，波谱变化量V(t)也可以是两个波谱间的各自的波长下的光的强度的差的平方平均。此外，作为监视对象的波谱的波长范围也可以是不连续的多个范围。进而，波谱变化量V(t)也可以作为相当于图4所示的阴影区域的面积的值而如下式这样定义。
[数式6]
V ( t ) = Δλ * Σ λ = λ 1 λ 2 | R ( λ , t + Δt ) - R ( λ , t ) | · · · ( 6 )
这里，Δλ是波长间距。与式(2)的情况同样，波谱变化量V(t)也可以表示为作为监视对象的波谱的波长范围[λ1，λ2]中的每1波长的相对反射率的差的绝对值的平均。该绝对值平均由下式给出。
[数式7]
V ( t ) = 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 | R ( λ , t + Δt ) - R ( λ , t ) | · · · ( 7 )
进而，也可以代替式(2)～(3)以及式(7)的R(λ，t)而使用标准化的相对反射率RN(λ，t)。该标准化的相对反射率RN(λ，t)通过将相对反射率R(λ，t)用规定的波长范围中的相对反射率的平均值除而求出。作为规定的波长范围，可以设为例如[λ1，λ2]。下式(8)是用来求出标准化的相对反射率RN(λ，t)的式子。
[数式8]
R N ( λ , t ) = R ( λ , t ) / [ 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 R ( λ , t ) ] · · · ( 8 )
下式(9)及式(10)分别是将式(2)及式(7)的R(λ，t)用式(8)的RN(λ，t)替代的式子。
[数式9]
V ( t ) = 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 [ R N ( λ , t + Δt ) - R N ( λ , t ) ] 2 · · · ( 9 )
[数式10]
V ( t ) = 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 | R N ( λ , t + Δt ) - R N ( λ , t ) | · · · ( 10 )
通过使用标准化的相对反射率，能够将光量的变化的影响排除。例如，如果研磨垫板磨损，则基板与光学传感器(投光部11及受光部12)的距离变化，起因于此，检测到的光量变化。在这样的情况下，也通过使用标准化的相对反射率，能够不受光量变化的影响而计算出波谱变化量。
图5A至图5D是表示模拟具有初始厚度为1000nm的氧化膜的图2A所述的基板的研磨的结果的曲线图。图5A对应于上述式(2)，图5B对应于上述式(7)，图5C对应于上述式(9)，图5D对应于上述式(10)。
在研磨速度(除去速率)为一定的条件下，在时间t仅增加Δt的期间中，膜厚θ仅变化Δθ(＜0)。因而，时间Δt对应于膜厚差Δθ。如果代替t、Δt而使用θ、Δθ，则式(2)及式(3)可以如以下这样表示。
[数式11]
V ( θ ) = 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 [ R ( λ , θ + Δθ ) - R ( λ , θ ) ] 2 · · · ( 11 )
[数式12]
V ( θ ) = - 1 / Δθ * 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 [ R ( λ , θ + Δθ ) - R ( λ , θ ) ] 2 · · · ( 12 )
进而，式(4)及式(5)如以下这样表示。
[数式13]
A ( θ ) = Σ θ = θo θ V ( θ ) · · · ( 13 )
[数式14]
A ( θ ) = - Σ θ = θo θ V ( θ ) Δθ · · · ( 14 )
这里，一般是θ＜θ0(初始膜厚)，但在式(13)、式(14)中，∑表示从θ到θ0的范围中的V(θ)的总和。
此外，上述式(7)可以如以下这样表示。
[数式15]
V ( θ ) = 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 | R ( λ , θ + Δθ ) - R ( λ , θ ) | · · · ( 15 )
进而，上述式(9)及式(10)分别可以如以下这样表示。
[数式16]
V ( θ ) = 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 [ R N ( λ , θ + Δθ ) - R N ( λ , θ ) ] 2 · · · ( 16 )
[数式17]
V ( θ ) = 1 / N λ * Σ λ = λ 1 λ 2 | R N ( λ , θ + Δθ ) - R N ( λ , θ ) | · · · ( 17 )
另外，在图5A至图5D中，纵轴表示每单位研磨量1nm的波谱变化量，横轴表示研磨量、即膜的除去量。由图5A至图5D所示的曲线图可知，当膜厚较大时，波谱变化量虽然有周期性的较小的变动，但大致是一定的，随着膜厚变小，变动的振幅逐渐变大。
图6A至图6D是表示使用上述式(13)计算出的波谱累积变化量A(θ)的曲线图。更具体地讲，图6A是由上述式(11)及式(13)得到的曲线图，图6B是由上述式(15)及式(13)得到的曲线图，图6C是由上述式(16)及式(13)得到的曲线图，图6D是由上述式(17)及式(13)得到的曲线图。
如上所述，由于波谱变化量周期性地变动，所以变动带来的基于平均水平的误差几乎不被累积。因而，如图6A至图6D所示，波谱累积变化量A(θ)大致直线性地增加，直到研磨量达到800nm～900nm(膜厚200nm～100nm)。由以上的结果可知，根据波谱累积变化量，能够掌握膜厚的减小(即膜的除去量)。上述处理装置15在基板的研磨中计算出波谱累积变化量，由波谱累积变化量监视基板的研磨的进展。进而，处理装置15由波谱累积变化量决定基板的研磨终点。研磨终点可以设为波谱累积变化量达到规定的目标值的时刻。
图7A至图7D是表示在将图2A中记载的基板的氧化膜从1000nm研磨掉500nm的情况下、根据波谱累积变化量推测的研磨中各时刻的研磨量距真正的研磨量具有怎样的误差、通过模拟讨论的结果。
在研磨开始时刻(研磨量0nm、膜厚1000nm)，波谱累积变化量和研磨量都是0。因而，如果假设研磨结束时刻(研磨量500nm、膜厚500nm)的研磨量规定值的误差是0、研磨量与波谱累积变化量完全成比例，则膜厚θ时的推测研磨量为
[A(θ)-A(1000nm)]/[A(500nm)-A(1000nm)]×500nm。
其中，A(1000nm)＝0。
研磨中的各时刻的真正的研磨量用1000nm-θ表示。因而，研磨中的各时刻的研磨量的推测误差E(θ)用下式表示。
[数式18]
E(θ)＝A(θ)/A(500nm)×500nm-(1000nm-θ)…(18)
在图7A至图7D的曲线图中，横轴表示研磨量即膜的除去量，纵轴表示以膜厚θ为变量的由上式(18)表示的研磨量的误差E(θ)。更具体地讲，图7A是由上述式(11)、式(13)及式(18)得到的曲线图，图7B是由上述式(15)、式(13)及式(18)得到的曲线图，图7C是由上述式(16)、式(13)及式(18)得到的曲线图，图7D是由上述式(17)、式(13)及式(18)得到的曲线图。
在图7A中，可知研磨中的误差大致处于-0.3nm～0.8nm的范围中，能够基于波谱累积变化量高精度地监视研磨的进展的状况。图7B至图7D中的研磨量误差比图7A的情况大，但在出现最大误差的图7D的情况下，研磨量误差也为2.5nm以下，相对较小。因而，通过事前取得波谱累积变化量与研磨量的关系，能够根据在研磨中得到的波谱累积变化量高精度地推测研磨量。波谱累积变化量与研磨量的关系是将与作为研磨对象的基板相同种类的(即相同或类似的)基准基板研磨而取得基准波谱累积变化量、测量基准基板的研磨前后的膜厚(即初始膜厚及最终膜厚)而求出从研磨开始到研磨结束的研磨量、在研磨中的基准波谱累积变化量与研磨量成比例的假设中将基准波谱累积变化量与研磨量建立关联而得到的。
如果在形成铝等的配线的膜上形成绝缘膜，则有在该绝缘膜的表面上形成多个台阶(凹凸)的情况。在如该例那样在基板的表面上有较大的台阶(凹凸)的情况下，虽然也取决于研磨液及研磨垫板，但在研磨初期基板表面的凸部较强地接触在研磨垫板上而被较大地研磨，与凸部相比，凹部的研磨量较小。因而，表面台阶被逐渐消除。因此，在研磨初期，波谱并不一定表现如期待那样的变化。在这样的情况下，优选的是从表面台阶大致被除去的时刻开始波谱累积变化量的计算而监视研磨量。表面台阶的除去点的决定可以基于例如使研磨工作台旋转的马达的电流检测研磨垫板与基板之间的摩擦的变化来进行。
图8是表示Cu配线形成工序中的基板的构造的一例的剖视图。在硅晶片上形成有多个氧化膜(SiO2膜)，还形成有用导通孔连接的两层铜配线、即上层铜配线M2及下层铜配线M1。在氧化膜的各层之间形成有SiCN膜，并且在最上层的氧化膜上形成有隔离层(例如TaN或Ta)。上侧的3层氧化膜的厚度分别在100～200nm的范围中，各SiCN层的厚度是30nm左右。最下层的氧化膜的厚度是1000nm左右。晶体管等的下层的构造省略图示。上层铜配线M2形成在最上层的氧化膜内，最上层的氧化膜和上层铜配线M2被同时研磨。该基板的研磨过程以调节上层铜配线M2的高度、即配线电阻为目的。
SiCN膜是在前工序中形成Cu配线槽时用来使蚀刻停止的蚀刻阻止层。也有代替SiCN而使用SiN等的情况。为了调查该蚀刻层的影响，准备图9所示那样的、研磨模拟用的简单化的基板模型。在该基板中，在硅晶片之上形成有下层SiO2膜，在其上形成有作为蚀刻阻止层的SiCN膜，再在其上形成有上层SiO2膜。上层SiO2膜的初始厚度是200nm，SiCN膜的厚度是30nm，下层SiO2膜的厚度是500nm。
研磨模拟在使光的介质为水(H2O)的条件下执行。将其结果在图10及图11中表示。图10是表示由将图9所示的上层SiO2膜仅研磨100nm的模拟得到的波谱的推移的曲线图，图11是表示图10所示的波谱的极大点及极小点(即极值点)的波长的变化的曲线图。与将图2A所示那样的单层SiO2膜研磨的情况不同，波谱的极大点及极小点的波长不较大地变化，随着膜厚的减少，波谱不单单向短波长侧移动。这是因为，SiO2的折射率(约1.46)与SiCN的折射率(约1.83)的差比SiO2的折射率与H2O的折射率(约1.33)的差大。一般，如果两个物质的折射率差较小，则其界面上的反射光变弱。作为极端的例子，如果假设没有界面的折射率差则不发生反射。因此，在测量的反射光整体的波谱中，与由作为被研磨膜的上层SiO2膜的上面反射的光的成分相比，由SiCN膜与上层SiO2膜的界面、或者SiCN膜与下层SiO2膜的界面反射而透过上层SiO2膜的光的成分所占的比例大。结果，极值点的数量及波长较强地受到比SiCN膜靠下层、主要是下层SiO2膜的影响。由于该下层SiO2膜没有被研磨，所以在研磨中得到的波谱很难反映上层SiO2膜的厚度的减小。
因而，如图11所示，不论研磨量的变化如何，极值点的波长都不怎么变化，难以基于极值点的波长的变化捕捉到研磨的进展。但是，在这样的情况下，也如图10所示，随着研磨量(膜厚)的变化而波谱变化。
图12是表示根据图10所示的波谱的变化计算出的波谱累积变化量的推移的变化的曲线图。如图12所示，波谱累积变化量随着研磨量而大致直线性增加。因而，可知通过本实施方式的方法能够掌握研磨的进展。图12所示的波谱累积变化量使用上述式(11)及式(13)计算，但也可以代替式(11)而使用式(15)、式(16)或式(17)。在此情况下也能够得到同样的结果。
图13是表示由将图9所示的下层SiO2膜的厚度分别是450nm、500nm、550nm的3片基板研磨的模拟得到的、研磨量的推测误差的曲线图。图13所示的推测误差使用上述式(11)、式(13)及式(18)计算，但也可以代替式(11)而使用式(15)、式(16)或式(17)。
误差的计算以下层SiO2膜的厚度是500nm的基板为基准进行，关于该基板得到的研磨终点处的波谱累积变化量A(θ)相当于研磨量100nm。如果将下层SiO2膜的厚度表示为下标，则与图7A至图7D的情况同样，各个情况下的误差可以用下式表示。
E500(θ)＝A500(θ)/A500(100nm)×100nm-(200nm-θ)…(19)
E450(θ)＝A450(θ)/A500(100nm)×100nm-(200nm-θ)…(20)
E550(θ)＝A550(θ)/A500(100nm)×100nm-(200nm-θ)…(21)
图13所示的较粗的点划线表示下层SiO2膜的厚度是500nm时的研磨量的误差。同时，将下层SiO2膜的厚度是450nm的情况下的误差用较细的虚线、将下层SiO2膜的厚度是550nm的情况下的误差用较细的实线表示。在哪种情况下，研磨量的推测误差都包含在±1nm的范围中，可知能够以在实用上没有问题的精度推测研磨量。由此，如果事前将1片基板(在该例中是下层SiO2膜的厚度为500nm的基板)研磨而求出波谱累积变化量与研磨量的关系，则对于下层SiO2膜的厚度不同的基板(在该例中，下层SiO2膜的厚度是450nm、550nm的基板)也能够在研磨中高精度地求出研磨量。
另外，在用于调节Cu配线高度的研磨过程中，实际上如图8所示，在最上层的绝缘膜之上形成有隔离层，通常将铜配线与隔离层连续地研磨。所以，在本方法的采用时，优选的是，首先通过研磨工作台的马达的电流计、涡流传感器、光学式传感器等检测出隔离层的除去点，从隔离层被除去的时刻开始波谱累积变化量的计算。如上所述，在用于调节Cu配线高度的研磨过程中，通过蚀刻阻止层的影响，波谱的极值点的波长变化变小。因而，利用了波谱整体的变化量的本方法特别有效。
图14是描绘了将图8所示的构造的基板实际研磨而得到的波谱累积变化量的时间推移的图。波谱累积变化量使用上述式(3)及式(5)求出。波谱累积变化量的斜率(斜度)在从研磨开始起经过20秒后变化，出现拐点。该拐点对应于上述隔离层的除去时刻。因而，只要在研磨中检测到波谱累积变化量的拐点，就能够决定隔离层的除去时刻。图15是表示波谱累积变化量的拐点检测方法一例的图。图15的曲线图是将用上述式(3)求出的每单位时间的波谱变化量(即波谱变化速度)的时间推移描绘的图。从明显比隔离层除去时刻早的时刻开始检测，在波谱变化量低于预先设定的阈值的时刻决定为隔离层被除去。
也可以代替式(3)而使用用来求出波谱变化量的其他式子(例如式(2)、式(6)、式(7)、式(9)、式(10)等)。在这些情况下，隔离层的除去点也表现为波谱累积变化量的拐点。因而，能够按照图15所示的方法同样检测波谱累积变化量的拐点、即隔离层的除去点。
接着，对将具有相同构造的多个基板实际研磨而得到的结果进行说明。图16是表示将相同构造的17片基板在相同的研磨条件下仅改变研磨时间来实际研磨而得到的波谱累积变化量的曲线图。在该研磨中，作为时刻间距Δt而使用研磨工作台旋转1周的时间。即，每当研磨工作台旋转1周就求出波谱变化量，将得到的波谱变化量累计而作为波谱累积变化量。另外，为了将所取得的波谱的噪声(畸变)除去，使用最近的多个波谱数据求出波谱的移动平均，由得到的波谱的移动平均计算出波谱变化量。更具体地讲，每当研磨工作台旋转一周，就求出最近的5个波谱(即在研磨工作台旋转5周的期间中得到的波谱)的平均，根据得到的波谱的平均计算出波谱变化量。在图16的曲线图中，纵轴表示波谱累积变化量，横轴表示研磨时间[秒]。由图16的曲线图可知，波谱累积变化量随着研磨时间大致直线性增加。因而，通过在研磨中监视波谱累积变化量，能够掌握研磨的进展。
在如上述那样使用移动平均法的情况下，各时刻的波谱变化量经过将移动平均时间和用于波谱变化量计算的时间间距Δt相加的期间(以下称作计算期间)计算。因而，各时刻的波谱变化量可以说是代表该时刻之前的计算期间内的波谱变化量的值。
在从研磨开始到经过上述计算期间之前，不能计算波谱变化量。因此，在从研磨开始起经过了计算时间的时刻，怎样设定波谱累积变化量的初始值成为问题。所以，参照图17，对波谱累积变化量的初始值的设定方法进行说明。在图17的下段描绘了每单位时间的波谱变化量(即波谱变化速度)，在上段描绘了波谱累积变化量，各个标记表示每当研磨工作台旋转1周计算出的值。
在图17中，将从研磨开始点起的计算期间表示为初始计算期间。初始计算期间以后的各时刻的波谱变化速度如上述那样描绘了代表各时刻之前的计算期间的值，此外，作为波谱累积变化量，描绘了将波谱变化速度累积后的值。
图17的符号A表示假设从研磨开始到经过初始计算期间之前为止的期间的波谱变化速度是0而求出的波谱累积变化量。该波谱累积变化量由于通过将实际的波谱变化速度累积而求出，所以在许多情况下呈现稳定的单调增加。由该符号A表示的波谱累积变化量特别适合于在研磨的初期阶段中基板间的研磨速度的离差较小的情况。但是，用符号A表示的波谱累积变化量没有充分地反映初始计算期间的研磨量，所以表示偏移后的值。
另一方面，图17的符号B表示假设从研磨开始到经过初始计算期间之前的时刻的波谱变化速度等于在初始计算期间的经过时刻求出的值B′而求出的波谱累积变化量。如上所述，值B′可以看作代表初始计算期间的值，具有一定的合理性。但是，初始计算期间的经过时刻处的值B′与初始计算期间以后的各时刻处的值相比，具有更大地反映到波谱累积变化量中的问题。例如，有受到基板面内的膜厚及配线密度的不均匀性的影响等而波谱变化速度较大地变动、值B′的距平均水平的误差变大的情况。在这样的情况下，B′的误差被强调，得到的波谱累积变化量有可能表示从实际的研磨量偏离的值。
图17的符号C表示假设从研磨开始到经过初始计算期间之前的时刻为止波谱变化速度等于在初始计算期间经过以后得到的波谱变化速度的平均值而求出的波谱累积变化量。波谱变化速度的平均值的计算从经过了初始计算期间的时刻开始，持续到规定的基准上限区间经过。即，在基准上限区间内的各时刻，每当计算出波谱变化速度，都计算到该时刻为止已求出的波谱变化速度的平均值。在基准上限区间经过后，将在基准上限区间的终点求出的波谱变化速度的平均值在各时刻作为初始计算期间中的波谱变化速度使用。在图17中，将在基准上限区间的终点计算出的波谱变化速度的平均值表示为C′。
进而，在基准上限区间内的各时刻，还再计算波谱累积变化量。换言之，在基于波谱变化速度的平均值通过外插求出上述初始计算期间内的波谱累积变化量的数据时，每当计算出波谱变化速度时都重新计算波谱累积变化量，以使研磨开始时刻的波谱累积变化量成为0。这样，即使波谱变化速度较大地变动，也能够在各时刻求出最优的值。但是，有在初始计算期间的经过后较长的期间中、求出的波谱累积变化量上下变动的情况。此外，在研磨中、特别是在研磨开始阶段中研磨速度较大地变化那样的情况下，符号C的方法不适合。图16的例子是通过符号C的方法进行的，但由于波谱变化速度的变动较小，所以研磨初期中的波谱累积变化量的变动在曲线图中没有体现。另外，在将图8所示那样的基板从隔离层开始研磨的情况下，上述说明中的研磨开始时刻可以替换为隔离层除去检测时刻。
图18是表示对上述17片的各基板的研磨结束时的波谱累积变化量、与对各基板通过研磨前后的膜厚测量而得到的测量研磨量的关系的曲线图。通常，作为研磨结束时的波谱累积变化量而使用在研磨中得到的最后的测量数据。但是，在从研磨监视装置检测到研磨终点开始到得到最后的测量数据为止因研磨终点检测的确认或数据通信等而存在延迟时间的情况下，也可以使用从最后的测量数据仅追溯延迟时间量的测量数据。或者，也可以根据研磨最终阶段的波谱变化量推测对应于该延迟时间的波谱累积变化量，将该推测值加到基于从研磨终点仅追溯了延迟时间的测量数据求出的波谱累积变化量中。此外，同样，在设想在从研磨开始到取得最初的测量数据的期间中有延迟时间的情况下，也能够根据研磨初期的波谱变化量推测对应于延迟时间的波谱累积变化量、加到基于测量数据求出的波谱累积变化量中。图18的曲线图中表示的通过对于17片基板的各测量点的附近的回归直线可以通过最小二乘法求出。如果设波谱累积变化量为x、设测量研磨量(实际研磨量)为y，则回归直线用y＝212.5x+2.9表示。表示各测量点距离回归直线的偏差的残差处于-2.4nm～4.3nm的范围中。此外，回归直线的y切片是2.9nm，回归直线通过原点的附近。另外，在如上述那样推测对应于延迟时间的波谱累积变化量而确认波谱累积变化量与研磨量的关系、或求出关系式的情况下，在实际的研磨的监视中也同样求出推测值并加到波谱累积变化量中，作为监视用的数据。
在新研磨相同种类的基板的情况下，只要将在研磨中求出的波谱累积变化量代入到上述回归直线的式子中，就能够在研磨中求出各时刻的研磨量。因而，能够根据当前的研磨量与目标研磨量的比较来决定研磨终点。进而，在基板的初始膜厚的规格已知、相对于各个基板的误差较小的情况下、或在研磨各基板之前能够预先测量初始膜厚的情况下，通过从初始膜厚减去研磨量，能够求出剩余膜厚。进而，也可以根据剩余膜厚与目标膜厚的比较来决定研磨终点。
另外，在上述例子中，基于17个测量点使用最小二乘法求出回归直线，但也可以对这些测量点加上坐标轴的原点(波谱累积变化量＝0、测量研磨量＝0)而使用最小二乘法。此外，也可以假设回归直线通过原点而求出该回归直线。在如上述例子那样仅根据测量点制作回归直线的情况下，需要至少两个测量点，事前需要研磨至少两片基板。相对于此，在将坐标轴的原点加到测量点中而使用最小二乘法的情况下，只要事前至少研磨1片基板就可以。在仅研磨1片基板的情况下，求出通过坐标轴的原点和1个测量点的回归直线。回归直线通过坐标轴的原点附近是优选的，但即使因膜厚测量时的测量点与研磨中的监视用测量点之间的位置的差异等而原点有一些偏离，也只要在作为目标的研磨量附近能够得到残差较小的回归直线(即回归式)，就能够以相应的精度进行研磨终点的检测。
以上说明的实施方式是波谱累积变化量与研磨量大致成比例的例子。但是，也有波谱累积变化量与研磨量不成比例的情况。例如，在图8所示那样的用于调节Cu配线电阻(高度)的研磨的情况下，如果配线高度低于约65nm，则每单位研磨量的波谱较大地变化，特别是在600nm以上的波长域中波谱的变化较大。在这样的情况下，也通过适当地限定例如400nm～500nm等的波长范围，能够得到对应于研磨量的波谱累积变化量。此外，也可以求出表示波谱累积变化量与研磨量的关系的2次多项式等非线性的式子来进行回归分析。
图19是表示在调节铜配线的高度的研磨过程中采用了有关本实施方式的方法时的处理的流程的流程图。图8所示的基板是在本研磨过程中被研磨的基板的一例。该流程图表示通过涡流传感器检测隔离层的除去、从隔离层的除去时刻开始波谱累积变化量的计算、再决定研磨终点的处理次序。以下，参照图19对各步骤进行说明。
在基板的研磨中，取得来自基板的反射光的波谱(步骤1)，计算出相对于规定的时间的波谱变化量(步骤2)。在该例中，规定的时间被设定为研磨工作台旋转1周的时间。因而，步骤1及步骤2每当研磨工作台旋转1周时就被执行。
波谱变化量从隔离层被除去之前开始计算。其基于以下的理由。在使用了涡流传感器的隔离层的除去的检测中，进行用于使涡流传感器的输出信号平滑化及确认信号变化点检测的各种处理。因此，在隔离层的除去的检测中发生一些延迟。所以，如后述那样，在检测到隔离层的除去时，处理装置15决定隔离层被除去的实际的时刻，以该除去时刻为起点，回溯地计算出波谱累积变化量。另外，决定该隔离层被实际除去的时刻的方法在通过基于上述波谱变化速度的方法检测隔离层的除去的例子中也能够同样适用。
处理装置15(参照图2A)基于涡流传感器的输出信号检测隔离层的除去。处理装置15在步骤3中确认是否已经检测到隔离层的除去。在一个之前的时刻没有检测到隔离层的去除的情况下，处理装置15取得涡流传感器的新的输出信号(步骤4)，对该输出信号进行平滑化等规定的处理(步骤5)。进而，处理装置15基于处理后的输出信号决定隔离层是否已被除去(步骤6)。
如果检测到隔离层的除去，则处理装置15决定隔离层被除去的时刻(步骤7)。该隔离层除去时刻通过从在步骤6中决定为隔离层已被除去的时刻减去规定的时间来求出。规定的时间基于起因于上述传感器信号的平滑化以及信号的变化点的确认处理的延迟时间而决定。并且，处理装置15计算出从已决定的隔离层除去时刻到当前时刻为止的波谱累积变化量。然后，处理回到步骤1。
在步骤3中，在已经检测到隔离层的除去的情况下，在已有的波谱累积变化量的基础上加上当前时刻的波谱变化量，将波谱累积变化量更新(步骤9)。研磨的进展的监视及研磨终点的决定使用波谱累积变化量、研磨量、或膜厚的某个来进行。在对处理装置15指定了应使用研磨量或膜厚的某个决定研磨终点时(步骤10)，处理装置15基于上述回归式计算出研磨量(步骤11)。在对处理装置15指定了应根据膜厚决定研磨终点的情况下(步骤12)，处理装置15从预先取得的初始膜厚减去研磨量而计算出剩余膜厚(步骤13)。
处理装置15按照指示，基于波谱累积变化量、研磨量或膜厚决定研磨终点(步骤14)。基本上，波谱累积变化量及研磨量在研磨中单调增加，另一方面，膜厚在研磨中单调减小。因而，能够将波谱累积变化量、研磨量或膜厚达到规定的目标值的时刻作为研磨终点。
在本方法中，由于基于波谱整体的变化量监视研磨的进展，所以能够将本方法用在各种构造的基板的研磨中。特别是，即使在如调节铜配线的高度的研磨过程那样层叠折射率较大不同的透明膜而波谱的极值点的波长的变化较小的情况下，也能够正确地捕捉被研磨膜的厚度的变化。进而，将波谱的变化量累积而得到的波谱累积变化量即使在基板具有复杂的多层构造的情况下基本上也在研磨中单调增加。因而，容易根据波谱累积变化量掌握基板的研磨的进展。进而，通过波谱累积变化量与规定的目标值或阈值的简单的比较，能够容易地检测研磨终点。
这里，如果基板面内的波谱的计测位置随着时间而变化、在基板面内的膜厚中存在一些离差，则有在研磨中膜厚不一定单调减小的情况。虽然能够将在研磨工作台旋转1周的期间中取得的波谱数据平均化，但如果膜厚在基板的周向上不均匀，则发生膜厚相对于时间轴不单调减小的情况。在这样的情况下，也只要将用来计算波谱变化量的上述规定的时间取较大，该规定的时间前后的膜厚就可以看作单调减小。或者，在求出波谱变化量之前，通过求出波谱的移动平均，对应的膜厚可以看作单调减小。
也可以考虑基板面内的膜厚的不均匀度而判断研磨中的波谱变化量的方向、即波谱变化量的正或负的符号。在形成于基板上的多个透明膜的光学常数大致相等的情况下，反射光的动态可以基于单层膜中的光的干涉理论来解析。即，随着膜厚的减小，波谱的各极值点(极大点、极小点)的波长减小。因而，通过跟踪波谱的各极值点的波长，能够决定波谱变化量的符号(正或负)。
相对于此，在如图8～图9所示的基板那样存在光学常数较大地不同的多个透明膜的情况下，波谱的极值点的波长不会随着膜厚的减小而单调地变化。在这样的情况下，可以如以下那样决定波谱变化量的符号(正或负)。图20是用来说明决定波谱变化量的符号的工序的图。在图20中，Δt表示关于当前时刻t的波谱变化量计算区间，T0表示先行于区间Δt的规定的符号基准区间。
对于区间Δt、区间T0、以及将两个区间Δt、T0合起来的总区间，分别求出例如由式(2)表示的波谱变化量(正值)。在总区间中的波谱变化量V1比区间T0中的波谱变化量V0大的情况下(V1＞V0)，将区间Δt中的波谱变化量ΔV的符号决定为正(ΔV＞0)。因而，膜厚有减小的趋势。在此情况下，波谱变化速度ΔV/Δt的符号也为正。另一方面，在总区间中的波谱变化量V1比区间T0中的波谱变化量V0小的情况下(V1＜V0)，将区间Δt中的波谱变化量ΔV的符号决定为负(ΔV＜0)。因而，膜厚有增加的趋势。在此情况下，波谱变化速度ΔV/Δt的符号也为负。
在研磨初始阶段中，在不能定义符号基准区间T0的情况下，也可以在波谱变化量计算区间Δt以后设置与上述区间T0相同长度的区间。波谱变化量的符号被按照与上述同样的工序决定，假设设定为“正”的波谱变化量的符号被更新。图21是表示在图8所示的基板的隔离层除去后取得的波谱累积变化量的图。由图21可知，波谱变化量的符号两次为负。
另外，在担心基板的周向上的膜厚的不均匀性给检测精度带来较大影响的情况下，可以通过调节研磨工作台的旋转速度和保持基板的顶圈的旋转速度来降低这样的不均匀的膜厚的影响。图22A是表示在图2B所示的结构的研磨装置中、研磨工作台与顶圈的旋转速度分别是60min-1、61min-1的情况下的、在基板的表面上描绘的投光部11及受光部12(参照图2A及图2B)的轨迹的图，图22B是表示研磨工作台与顶圈的旋转速度分别是60min-1、54min-1的情况下的、在基板的表面上描绘的投光部11及受光部12的轨迹的图。
在图22A的情况下，投光部11及受光部12的轨迹随着研磨工作台旋转而一点点移动，相对于此，在图22B的情况下，在研磨工作台旋转10周的期间顶圈旋转9周，投光部11及受光部12回到基板面内的原来的位置。即，在研磨工作台旋转10周之前取得的波谱与当前时刻的波谱是在基板的表面上的相同位置上取得的波谱。因而，在图22B的例子中，优选的是，在研磨中的各时刻，根据在研磨工作台旋转10周之前取得的波谱与当前时刻的波谱比较来求出波谱变化量。通过将基板的在相同位置取得的波谱比较，能够高精度地求出研磨量。或者，也可以在各时刻求出在研磨工作台旋转10周的期间中得到的最近的多个波谱的平均、根据得到的平均波谱来求出波谱变化量。由于在研磨工作台旋转10周的期间，投光部11及受光部12扫描基板的表面整体，所以能够得到精度较高的结果。
图23是示意地表示具备能够执行上述研磨监视方法及研磨终点检测方法的研磨监视装置的研磨装置的剖视图。如图23所示，研磨装置具备支承研磨垫板22的研磨工作台20、保持基板W而推压在研磨垫板22上的顶圈24、和对研磨垫板22供给研磨液(浆液(スラリ))的研磨液供给机构25。研磨工作台20连结在配置于其下方的马达(未图示)上，能够绕轴心旋转。研磨垫板22固定在研磨工作台20的上表面。
研磨垫板22的上表面22a构成研磨基板W的研磨面。顶圈24经由顶圈轴28连结在马达及升降压力缸(未图示)上。由此，顶圈24能够升降并且能够绕顶圈轴28旋转。将基板W通过真空吸附等保持在该顶圈24的下表面。
被保持在顶圈24的下表面的基板W一边通过顶圈24旋转，一边被顶圈24推压在旋转的研磨工作台20上的研磨垫板22上。此时，从研磨液供给机构25对研磨垫板22的研磨面22a供给研磨液，在基板W的表面与研磨垫板22之间存在研磨液的状态下将基板W的表面研磨。使基板W与研磨垫板22滑动接触的相对移动机构由研磨工作台20及顶圈24构成。
在研磨工作台20上，在其上面形成有开口的孔30。此外，在研磨垫板22上，在对应于该孔30的位置上形成有通孔31。孔30和通孔31连通，通孔31在研磨面22a上开口。孔30经由液体供给路径33及旋转接头32连结在液体供给源35上。在研磨中，从液体供给源35作为透明液体而将水(优选的是纯水)供给到孔30中，充满由基板W的下面和通孔31形成的空间中，通过液体排出路径34排出。研磨液与水一起被排出，由此确保光路。在液体供给路径33中，设有同步于研磨工作台20的旋转而动作的阀(未图示)。当基板W不位于通孔31之上时该阀进行动作以停止水的流动或减小水的流量。
研磨装置具有按照上述方法监视研磨的进展、并且检测出研磨终点的研磨监视装置。该研磨监视装置还作为研磨终点检测装置发挥功能。研磨监视装置具备将光照射在基板W的被研磨面上的投光部11、受光从基板W返回的光反射的作为受光部的光纤12、将来自基板W的反射光按照波长分解、遍及规定的波长范围测量反射光的强度的分光器13、和根据由分光器13取得的测量数据生成波谱、基于该波谱的变化监视研磨的进展的处理装置15。波谱是表示遍及规定的波长范围分布的光的强度的，表现为表示光的强度与波长的关系的曲线。
投光部11具备光源40和连接在光源40上的光纤41。光纤41是将光源40的光导引到基板W的表面的光传送部。光纤41从光源40通过孔30延伸到基板W的被研磨面的附近位置。光纤41及光纤12的各前端对置于被顶圈24保持的基板W的中心而配置，如图2B所示，每当研磨工作台20旋转时，都对包括基板W的中心的区域照射光。
作为光源40，可以使用发光二极管(LED)、卤素灯、氙闪光灯等能够发出具有多个波长的光的光源。光纤41和光纤12相互并列地配置。光纤41及光纤12的各前端相对于基板W的表面大致垂直地配置，光纤41对基板W的表面大致垂直地照射光。
在基板W的研磨中，从投光部11将光照射在基板W上，由光纤12受光来自基板W的反射光。在照射光的期间中，对孔30供给水，由此，光纤41及光纤12的各前端与基板W的表面之间的空间被水充满。分光器13测量各波长的反射光的强度，处理装置15生成表示光的强度与波长的关系的反射光的波谱。进而，处理装置15如上述那样根据反射光的波谱计算出波谱累积变化量，基于此监视研磨的进展，决定研磨终点。
图24是表示图23所示的研磨装置的变形例的剖视图。在图24所示的例子中，没有设置液体供给路径、液体排出路径、液体供给源。代替它而在研磨垫板22上形成有透明窗45。投光部11的光纤41通过该透明窗45对研磨垫板22上的基板W的表面照射光，作为受光部的光纤12通过透明窗45受光来自基板W的反射光。其他结构与图23所示的研磨装置是同样的。
上述实施方式是以具备本发明所属的技术领域的通常的知识的人能够实施本发明为目的而记载的。上述实施方式的各种变形例只要是本领域的技术人员就当然能够实施，本发明的技术思想也能够用在其他实施方式中。因而，本发明并不限定于记载的实施方式，应为符合由权利要求书定义的技术思想的最大的范围。

Claims (27)

1.一种研磨监视方法，监视具有膜的基板的研磨，其特征在于，
在基板的研磨中对上述基板照射光；
接收来自上述基板的反射光；
按各波长测量上述反射光的强度；
由上述强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱；
计算出每规定时间的上述波谱的变化量；
将上述波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出波谱累积变化量；
基于上述波谱累积变化量监视上述基板的研磨的进展。
2.如权利要求1所述的研磨监视方法，其特征在于，
上述波谱的变化量是在两个不同的时刻生成的两个波谱的相对变化的大小。
3.如权利要求2所述的研磨监视方法，其特征在于，
上述相对变化的大小是规定的波长范围中的上述两个波谱间的上述强度的差分的平方平均平方根。
4.如权利要求2所述的研磨监视方法，其特征在于，
上述相对变化的大小是规定的波长范围中的上述两个波谱间的上述强度的差分的绝对值的平均。
5.如权利要求2所述的研磨监视方法，其特征在于，
上述波谱的变化量是通过将上述相对变化的大小用上述两个不同时刻间的时间间隔除而得到的波谱变化速度。
6.如权利要求1所述的研磨监视方法，其特征在于，
上述波谱的变化量具有正或负的符号。
7.如权利要求1所述的研磨监视方法，其特征在于，
上述波谱是表示波长与将各波长下的强度用规定的波长范围下的强度的平均值除而得到的标准化的强度之间的关系的波谱。
8.如权利要求1所述的研磨监视方法，其特征在于，
上述基板是在研磨具有相同构造的第1基板之后被研磨的第2基板；
上述方法还包括以下的工序：
在上述第1基板的研磨中对上述第1基板照射光；
接收来自上述第1基板的反射光；
按各波长测量来自上述第1基板的反射光的强度；
由来自上述第1基板的反射光的强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的基准波谱；
计算出每规定时间的上述基准波谱的变化量；
将上述基准波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出基准波谱累积变化量；
基于上述基准波谱累积变化量、上述第1基板的初始膜厚和上述第1基板的最终膜厚，将关于上述第2基板的上述波谱累积变化量变换为上述第2基板的膜的除去量。
9.如权利要求8所述的研磨监视方法，其特征在于，
还包括以下的工序：
取得上述第2基板的初始膜厚；
通过从上述第2基板的初始膜厚减去上述除去量，将上述除去量变换为上述第2基板的膜的厚度。
10.如权利要求1所述的研磨监视方法，其特征在于，
上述基板的研磨是用于调节形成在上述基板的金属配线的高度的研磨。
11.如权利要求10所述的研磨监视方法，其特征在于，
上述基板具有上述膜、形成在上述膜之上的隔离层和形成在上述膜内的上述金属配线；
基于上述波谱变化量决定上述隔离层的除去时刻。
12.如权利要求1所述的研磨监视方法，其特征在于，
在上述基板的表面上形成有台阶；
上述波谱累积变化量的计算从上述台阶被除去了的时刻开始。
13.如权利要求1所述的研磨监视方法，其特征在于，
基于上述波谱累积变化量决定上述基板的研磨终点。
14.一种基板研磨方法，研磨具有膜的基板，其特征在于，
使上述基板与研磨垫板滑动接触而研磨该基板；
在上述基板的研磨中对上述基板照射光；
接收来自上述基板的反射光；
按各波长测量上述反射光的强度；
根据上述强度的测量值生成表示强度与波长关系的波谱；
计算出每规定时间的上述波谱的变化量；
将上述波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出波谱累积变化量；
基于上述波谱累积变化量监视上述基板的研磨的进展。
15.如权利要求14所述的基板研磨方法，其特征在于，
上述波谱的变化量是在两个不同的时刻生成的两个波谱的相对变化的大小。
16.如权利要求15所述的基板研磨方法，其特征在于，
上述相对变化的大小是规定的波长范围中的上述两个波谱间的上述强度的差分的平方平均平方根。
17.如权利要求15所述的基板研磨方法，其特征在于，
上述相对变化的大小是规定的波长范围中的上述两个波谱间的上述强度的差分的绝对值的平均。
18.如权利要求15所述的基板研磨方法，其特征在于，
上述波谱的变化量是将上述相对变化的大小用上述两个不同时刻间的时间间隔除而得到的波谱变化速度。
19.如权利要求14所述的基板研磨方法，其特征在于，
上述波谱的变化量具有正或负的符号。
20.如权利要求14所述的基板研磨方法，其特征在于，
上述波谱是表示波长与将各波长下的强度用规定的波长范围下的强度的平均值除而得到的标准化的强度之间的关系的波谱。
21.如权利要求14所述的基板研磨方法，其特征在于，
上述基板是在研磨具有相同的构造的第1基板之后被研磨的第2基板；
上述方法还包括以下的工序：
在上述第1基板的研磨中对上述第1基板照射光；
接收来自上述第1基板的反射光；
按各波长测量来自上述第1基板的反射光的强度；
由来自上述第1基板的反射光的强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的基准波谱；
计算出每规定时间的上述基准波谱的变化量；
将上述基准波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出基准波谱累积变化量；
基于上述基准波谱累积变化量、上述第1基板的初始膜厚和上述第1基板的最终膜厚，将关于上述第2基板的上述波谱累积变化量变换为上述第2基板的膜的除去量。
22.如权利要求21所述的基板研磨方法，其特征在于，
还包括以下的工序：
取得上述第2基板的初始膜厚；
通过从上述第2基板的初始膜厚减去上述除去量，将上述除去量变换为上述第2基板的膜的厚度。
23.如权利要求14所述的基板研磨方法，其特征在于，
上述基板的研磨是用于调节形成在上述基板的金属配线的高度的研磨。
24.如权利要求23所述的基板研磨方法，其特征在于，
上述基板具有上述膜、形成在上述膜之上的隔离层和形成在上述膜内的上述金属配线；
基于上述波谱变化量决定上述隔离层的除去时刻。
25.如权利要求14所述的基板研磨方法，其特征在于，
当上述波谱累积变化量达到规定的目标值时使上述基板的研磨结束。
26.如权利要求14所述的基板研磨方法，其特征在于，
还包括决定通过上述基板的研磨将形成在该基板的表面上的台阶除去了的时刻的工序；
上述波谱累积变化量的计算从上述台阶被除去了的时刻开始。
27.一种研磨监视装置，其特征在于，
具备：
投光部，在基板的研磨中对上述基板照射光；
受光部，接收来自上述基板的反射光；
分光器，对各波长测量上述反射光的强度；以及
处理装置，处理上述分光器的测量数据；
上述处理装置进行下述处理：
由上述强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱；
计算出每规定时间的上述波谱的变化量；
将上述波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出波谱累积变化量；
基于上述波谱累积变化量监视上述基板的研磨的进展。
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