JP5436969B2 - 研磨終点検知方法、研磨終点検知装置、研磨方法、および研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁膜を有する基板の研磨終点を検出する方法および装置に関し、特に基板からの反射光に基づいて研磨終点を検知する方法および装置に関する。また、本発明は、基板からの反射光を監視しながら基板を研磨する研磨方法および研磨装置に関する。

半導体デバイスの製造工程では、シリコンウェハ上に種々の材料が膜状に繰り返し形成され、積層構造を形成する。この積層構造を形成するためには、最上層の表面を平坦にする技術が重要となっている。このような平坦化の一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行う研磨装置が用いられている。

この種の研磨装置は、一般に、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板（膜が形成されたウェハ）を保持するトップリングと、研磨液を研磨パッド上に供給する研磨液供給機構とを備えている。基板を研磨するときは、研磨液供給機構から研磨液を研磨パッド上に供給しながら、トップリングにより基板を研磨パッドに押し付け、さらにトップリングと研磨テーブルとを相対移動させることにより、基板を研磨して基板上の膜を平坦にする。研磨装置は、通常、研磨終点検知装置を備えている。この研磨終点検知装置は、膜が所定の厚さにまで除去されたとき、または膜全体が除去されたときに研磨終点に達したと判断する。

研磨終点検知装置の一つの例として、基板の表面に光を照射し、反射してくる光に含まれる情報に基づいて研磨終点を判断する、いわゆる光学式研磨終点検知装置が挙げられる。光学式研磨終点検知装置は、投光部、受光部、および分光器を一般に備えている。分光器は、基板からの反射光を波長に従って分解し、波長ごとの反射強度を測定する。この光学式研磨終点検知装置は、光透過性のある膜が形成された基板を研磨する場合にしばしば用いられている。例えば、特許文献１に示す方法では、基板から戻ってくる反射光の強度（反射強度）にノイズ成分を除去するための所定の処理が施されて特性値が生成され、この特性値の時間的変化の特徴点（極大点または極小点）から研磨終点が検知される。

反射強度から生成される特性値は、図１に示すように、研磨時間とともに周期的に変化し、極大点と極小点が交互に現れる。これは、光同士の干渉による現象である。つまり、基板に照射された光は、媒質と膜との界面と、膜とこの膜の下地層との界面で反射し、これらの界面で反射した光が互いに干渉する。この光の干渉の仕方は、膜の厚さ（すなわち光路長）に応じて変化する。このため、基板から戻ってくる反射光の強度（すなわち反射強度）は、膜の厚さに従って周期的に変化する。なお、反射強度は、反射率として表すこともできる。

上述した光学式研磨終点検知装置は、図１に示すように、研磨開始後に現れる特性値の変化の特徴点（極大点または極小点）の数をカウントし、特徴点の数が所定の値に達した時点を検知する。そして、この検知された時点から所定時間経過した時点で、研磨が停止される。

特性値は、波長ごとの反射強度を基にして得られる指数（スペクトラル・インデックス）である。具体的には、次の式（１）を用いて求められる。
特性値（Spectral Index）＝ref（λ１）／（ref（λ１）＋ref（λ２）＋…
＋ref（λｋ）） ・・・（１）
ここで、λは光の波長を表し、ref（λｋ）は、波長λｋにおける反射強度を表す。なお、特性値の算出に使用される光の波長λの数は、好ましくは、２つまたは３つである（すなわち、ｋ＝２または３）。

式（１）から分かるように、反射強度を反射強度で割ることによって、反射強度に含まれるノイズ成分（波長によらず反射光量が増減して発生するノイズ成分）が除去された特性値を得ることができる。なお、特性値ではなく、反射強度（反射率）そのものを監視してもよい。この場合も、図１のグラフと同様に、反射強度は研磨時間に従って周期的に変化するので、反射強度の変化から研磨終点を検出することができる。

さらに、反射強度を元に生成された相対反射率を用いて特性値を算出することもできる。相対反射率は、光の基準強度（基準反射強度−背景強度）に対する反射光の実測強度（測定された反射強度−背景強度）の比である。相対反射率は、研磨対象基板の研磨中の各波長での反射強度、及びある研磨条件の下で取得された各波長での基準反射強度のそれぞれから、反射対象物がない、或いは、反射光がない状態で測定された背景強度を減算して実測強度および基準強度を求め、実測強度を基準強度で除算することで求められる。具体的には、相対反射率は次の式から求められる。
相対反射率Ｒ（λ）＝｛Ｅ（λ）−Ｄ（λ）｝／｛Ｂ（λ）−Ｄ（λ）｝・・・（２）
ここで、λは波長であり、Ｅ（λ）は研磨対象となる基板の反射強度であり、Ｂ（λ）は基準反射強度であり、Ｄ（λ）は基板が存在しない状態、或いは、光源から基板に入射する光をシャッタなどで遮断した状態で取得された背景強度（ダークレベル）である。基準反射強度Ｂ（λ）としては、例えば、研磨パッド上に純水を供給しながらシリコンウェハを水研磨しているときに、このシリコンウェハからの反射光の強度を用いることができる。以下、本明細書では、反射強度および相対反射率を総称して単に反射強度という。

ところで、ＳＴＩ（シャロウトレンチアイソレーション）形成のための研磨などの、上層膜を研磨して下層膜を露出させることを目的とする研磨では、研磨液を調整して、上層膜に対して下層膜の研磨レートを小さくすることが一般的に行われている。これは、下層膜の過剰研磨を防止し、研磨プロセスを安定させるためである。しかしながら、研磨レートが低くなると、図２に示すように、特性値（または反射強度）があまり変化しなくなる。その結果、周期的な変化が得にくく、また特性値の特徴点（極大点または極小点）が捉えにくくなり、正確な研磨終点検知が達成できなくなってしまう。また、特性値（または反射強度）の変化は、上層、下層両方の膜厚および膜の種類の影響を受けるため、基板ごとの初期膜厚のばらつきに起因して研磨終点検知に誤差が生じることがある。一般に、成膜時における基板間の膜厚のばらつきは処理ロット毎に±１０％程度ある。そのため、特性値の特徴点（極大点または極小点）を捉えようとしても、基板ごとの下層膜厚のばらつきに起因して、特性値（または反射強度）の特徴点と下地膜の露出点との関係がずれて研磨終点検知に誤差が生じてしまう。

特開２００４−１５４９２８号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、研磨レートの変化を利用して正確な研磨終点を検知することができる研磨終点検知方法および研磨終点検知装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような研磨終点技術を利用した研磨方法および研磨装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、膜を有する基板の表面を研磨パッドで研磨し、前記研磨中に、前記基板の表面に光を照射し、かつ前記基板から戻る反射光を受光し、前記反射光の反射強度を波長ごとに測定し、前記反射強度から、前記膜に関する反射強度と波長との関係を示す分光プロファイルを生成し、前記分光プロファイルから、前記反射強度の極値を示す少なくとも１つの極値点を抽出し、前記研磨中に、前記分光プロファイルの生成と前記極値点の抽出を繰り返して複数の分光プロファイルおよび複数の極値点を取得し、前記複数の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記極値点の波長の相対変化量に基づいて研磨終点を検知することを特徴とする研磨終点検知方法である。

本発明の好ましい態様は、前記相対変化量が所定のしきい値に達したことを検出することにより、研磨終点を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの極値点は、複数の極値点であり、前記繰り返し工程によって取得された前記複数の極値点を複数のクラスターに分類し、前記複数の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記極値点の波長の相対変化量を前記クラスターごとに算出して、前記複数のクラスターにそれぞれ対応する複数の相対変化量を求め、前記複数の相対変化量に基づいて研磨終点を検知することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの極値点は、複数の極値点であり、前記分光プロファイルから抽出された前記複数の極値点の波長の平均値を算出し、前記複数の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記平均値の相対変化量に基づいて研磨終点を検出することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の分光プロファイル間で互いに対応する極値点が存在しない場合には、極値点を補間することを特徴とする。

本発明の他の態様は、膜を有する基板の表面を研磨パッドで研磨し、前記研磨中に、前記基板の表面上の半径位置の異なる第１の領域と第２の領域に光を照射し、かつ前記基板から戻る反射光を受光し、前記反射光の反射強度を波長ごとに測定し、前記反射強度から、前記膜に関する反射強度と波長との関係を示す第１の分光プロファイルおよび第２の分光プロファイルを前記第１の領域および前記第２の領域に対応して生成し、前記第１および第２の分光プロファイルから、前記反射強度の極値を示す第１の極値点および第２の極値点をそれぞれ抽出し、前記研磨中に、前記第１および第２の分光プロファイルの生成と前記第１および第２の極値点の抽出を繰り返して複数の第１の分光プロファイルおよび複数の第２の分光プロファイル、並びに複数の第１の極値点および複数の第２の極値点を取得し、前記研磨中に、前記第１の極値点と前記第２の極値点に基づいて、前記第１の領域および前記第２の領域を前記研磨パッドに対して押圧する力を独立に制御し、前記複数の第１の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記第１の極値点の波長の相対変化量に基づいて前記第１の領域での研磨終点を検知し、前記複数の第２の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記第２の極値点の波長の相対変化量に基づいて前記第２の領域での研磨終点を検知することを特徴とする研磨終点検知方法である。

本発明の他の態様は、膜を有する基板の表面を研磨パッドで研磨し、前記研磨中に、前記基板の表面上の半径位置の異なる第１の領域と第２の領域に光を照射し、かつ前記基板から戻る反射光を受光し、前記反射光の反射強度を波長ごとに測定し、前記反射強度から、前記膜に関する反射強度と波長との関係を示す第１の分光プロファイルおよび第２の分光プロファイルを前記第１の領域および前記第２の領域に対応して生成し、前記第１および第２の分光プロファイルから、前記反射強度の極値を示す第１の極値点および第２の極値点をそれぞれ抽出し、前記研磨中に、前記第１および第２の分光プロファイルの生成と前記第１および第２の極値点の抽出を繰り返して複数の第１の分光プロファイルおよび複数の第２の分光プロファイル、並びに複数の第１の極値点および複数の第２の極値点を取得し、前記研磨中に、研磨時間に対する前記第１の極値点の波長の相対変化量と、前記第２の極値点の波長の相対変化量に基づいて、前記第１の領域および前記第２の領域を前記研磨パッドに対して押圧する力を独立に制御することを特徴とする研磨方法である。

本発明の他の態様は、膜を有する基板の表面に光を照射する投光部と、前記基板から戻る反射光を受光する受光部と、前記反射光の反射強度を波長ごとに測定する分光器と、前記反射強度から、前記膜に関する反射強度と波長との関係を示す分光プロファイルを生成し、前記分光プロファイルから、前記反射強度の極値を示す少なくとも１つの極値点を抽出し、前記極値点を監視する監視部とを備え、前記監視部は、研磨中に、前記分光プロファイルの生成と前記極値点の抽出を繰り返して複数の分光プロファイルおよび複数の極値点を取得し、前記複数の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記極値点の波長の相対変化量に基づいて研磨終点を検知することを特徴とする研磨終点検知装置である。

本発明の他の態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、膜を有する基板を前記研磨パッドに押し付けるトップリングと、上記研磨終点検知装置とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
本発明の好ましい態様は、前記トップリングは、前記基板の複数の領域を独立して押圧する押圧機構を有し、前記研磨終点検知装置は、前記基板の複数の領域のそれぞれについて研磨終点を検知するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨終点検知装置は、前記基板の複数の領域のそれぞれについて分光プロファイルを取得し、前記押圧機構は、研磨時間に対する前記分光プロファイル上の極値点の波長の相対変化量に基づいて、前記基板の複数の領域への押圧力を研磨中に制御することを特徴とする。

研磨レートの低下は、研磨により膜が除去されて、その下層が露出したと考えることができる。本発明によれば、極大点および／または極小点の相対変化量から研磨レートの低下、すなわち研磨終点を正確に検知することができる。

研磨時間と共に特性値が変化する様子を示すグラフである。 研磨レートが低いときの特性値を示すグラフである。 図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係る研磨終点検知方法を説明するための模式図であり、図３（ｂ）は基板と研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。 シリコンウェハ上に形成された酸化膜を研磨したときの分光プロファイルの一例を示す図である。 極大点および極小点の分布図を示すダイヤグラムである。 座標系上にプロットされた複数の極値点を示す図である。 複数のクラスターを用いて研磨終点を検出する方法の一例を説明するためのフローチャートである。 平均クラスターを用いて研磨終点を検出する方法の一例を説明するためのフローチャートである。 平均クラスターを示す分布図である。 Ｃｕ配線形成工程における基板の構造を示す一例である。 図１０に示すウェハを研磨したときの、分光プロファイル上の極大点および極小点をプロットした分布図である。 図１０に示す最下層の酸化膜の膜厚が異なる４枚の基板を研磨したときに得られたグラフである。 ｌｏｗ−ｋ材を絶縁膜としたＣｕ配線構造に存在するダメージ層を示す断面図である。 ダメージ層を有するＣｕ配線構造を研磨したときの分光プロファイル上の極値点の分布の一例を示すグラフである。 研磨終点検知装置を備えた研磨装置を模式的に示す断面図である。 図１５に示す研磨装置の他の変形例を示す断面図である。 基板の複数の領域を独立に押圧することができる押圧機構を有するトップリングの一例を示す断面図である。 トップリングの複数の圧力室に対応する基板の複数の領域を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係る研磨終点検知装置を説明するための模式図であり、図３（ｂ）は基板と研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。図３（ａ）に示すように、研磨対象となる基板Ｗは、下地層（例えば、シリコン層やＳｉＮ膜）と、その上に形成された膜（例えば、光透過性を有するＳｉＯ_２などの絶縁膜）を有している。投光部１１および受光部１２は、基板Ｗの表面に対向して配置される。基板Ｗの研磨中は、図３（ｂ）に示すように、研磨テーブル２０および基板Ｗが回転し、研磨テーブル２０上の研磨パッド（図示せず）と基板Ｗとの相対移動により基板Ｗの表面が研磨される。

投光部１１は、基板Ｗの表面に対してほぼ垂直に光を照射し、受光部１２は基板Ｗから戻ってくる光を受光する。投光部１１および受光部１２は、研磨テーブル２０が一回転するたびに基板Ｗを横切って移動する。このとき、投光部１１は、基板Ｗの中心部を含む複数の測定点に光を投光し、受光部１２は反射光を受光する。受光部１２には分光器１３が接続されており、分光器１３は、反射光の強さ（すなわち反射強度または反射率）を波長ごとに測定する。より具体的には、分光器１３は、反射光を波長に従って分解し、波長ごとの反射強度を測定する。

分光器１３には、監視装置１５が接続されている。監視装置１５は、分光器１３によって測定された反射強度から、膜に関する反射強度と波長との関係を示す分光プロファイル（分光波形）を生成する。分光器１３によって測定される反射強度は、一般に、膜のみならず、その下地層にも影響を受ける。そこで、膜のみに依存した分光プロファイルを取得するために、監視装置１５は次のような動作を行う。

監視装置１５には、膜が形成されていない基板（以下、これを基準基板という）の基準分光プロファイルが保存されている。この基準基板としては、通常は、シリコンウェハ（ベアウェハ）が用いられる。監視装置１５は、研磨対象の基板Ｗの分光プロファイルを上記基準分光プロファイルで割り算し、相対反射率を求める。具体的には、基板Ｗの分光プロファイル上の反射強度を、基準分光プロファイル上の反射強度で割り算し、波長ごとの相対反射率を取得する。ここで、上述の式（２）に示すように、基板Ｗの分光プロファイル上の反射強度、基準分光プロファイル上の反射強度のそれぞれから、反射光がない場合の背景強度（ダークレベル）を減算することで実測強度および基準強度を求め、実測強度を基準強度で除算することで相対反射率を求めてもよい。

このように、分光プロファイルを基準分光プロファイルで割り算することにより、光源や光伝送部の個体差の影響を排除することができる。したがって、波長に従った相対反射率の分布は、概ね膜に依存した分光プロファイルということができる。このようにして生成された分光プロファイルは、膜に関する反射強度と波長との関係を示している。

図４は、シリコンウェハ上に形成された酸化膜を研磨したときの分光プロファイルの一例を示すグラフである。図４に示すグラフにおいて、横軸は光の波長を表し、縦軸は相対反射率を表す。図４に示すように、研磨時間の増加（すなわち膜厚の減少）に伴い、極大点および極小点の位置が変化する。

分光プロファイルは、研磨テーブル２０が一回転するたびに取得される。監視装置１５は、分光プロファイルから得られた波長ごとの反射強度（相対反射率）の極大点および極小点を監視し、さらに後に述べるように極大点および／または極小点の経時的変化に基づいて研磨終点を検知する。この監視装置１５としては、汎用または専用のコンピュータを使用することができる。

図３（ａ）において、膜の屈折率をｎ、膜に接触している媒質の屈折率をｎ’、下地層の屈折率をｎ”とする。膜の屈折率ｎが媒質の屈折率ｎ’よりも大きく、下地層の屈折率ｎ”が膜の屈折率ｎよりも大きい場合（ｎ’＜ｎ＜ｎ”）は、媒質と膜との界面および膜と下地層との界面で反射する光の位相は、入射光に対してπだけずれる。基板からの反射光は、媒質と膜との界面で反射した光と、膜と下地層との界面で反射した光とが干渉した光であるので、反射光の強さは、２つの光の位相差によって変化する。したがって、膜の厚さの変化（すなわち光路長の変化）に応じて、反射強度は周期的に変化する。

膜の厚さ（すなわち研磨時間）に従って変化する反射強度の極大点および極小点は、反射強度の極大値および極小値を示す点として定義される。以下、極大点および極小点を総称するときは、極値点という。極大点および極小点は、媒質と膜との界面で反射した光と、膜と下地層との界面で反射した光とが互いに強め合う点および弱め合う点である。したがって、極大点が現れるときの膜の厚さ、および極小点が現れるときの膜の厚さは、次の式（３）および式（４）で表される。
極大点：２ｎｘ＝ｍλ ・・・（３）
極小点：２ｎｘ＝（ｍ−１／２）λ・・・（４）
ここで、ｘは膜の厚さ、λは光の波長、ｍは自然数である。なお、ｍは干渉により強め合う光同士の位相差（膜内の光路上の波の個数）を示している。

上述したように、反射強度（または相対反射率）の極大点および極小点を示す波長は、膜厚（研磨時間）の変化にしたがって変化する。そこで、監視装置１５は、基板の研磨中に反射強度の分光プロファイルから反射強度の極大点および極小点を抽出し、その極大点および極小点の変化を監視する。より具体的には、監視装置１５は、反射強度の極大点および極小点を示す反射光の波長を求め、その反射強度が測定されたときの研磨時点を特定する。そして、監視装置１５は、求められた波長および対応する研磨時点を監視装置１５に内蔵されている記憶装置（図示せず）に記憶する。さらに、監視装置１５は、縦軸を波長、横軸を研磨時間とする座標系上に、記憶された波長および対応する研磨時点からなる座標をプロットし、図５に示すようなダイヤグラムを作成する。以下、このダイヤグラムを極大点および極小点の分布図または単に分布図という。ここで、分光プロファイルは、下地層の影響などで研磨中に変化しない成分と、研磨の進捗（すなわち、被研磨層の膜厚の減少）に伴って長波長側から短波長側に移動する成分とを含む場合がある。このような場合、研磨中の各時点での反射強度を、波長ごとに研磨中の反射強度の平均値で除算して正規化した分光プロファイルを求め、これに基づいて分布図を作成してもよい。図５に示す分布図はこのようにして作成されたものである。

分布図の作成は、監視装置１５で取得した分光プロファイルを別のコンピュータに取り込み、このコンピュータにより実施してもよい。本実施形態では、研磨テーブル２０が一回転するごとに、分光プロファイルが取得される。したがって、研磨中の異なる時間での複数の分光プロファイルが取得される。これらの分光プロファイルに示される反射強度の極大点および極小点を座標系上にプロットすると、図５に示す分布図が得られる。なお、研磨テーブル２０が複数回回転するごとに、分光プロファイルを取得するようにしてもよい。研磨中は、研磨テーブル２０は一定の速度で回転するので、分光プロファイルは一定の時間間隔で取得される。

図５の分布図において、記号▽は極大点の座標を表し、記号△は極小点の座標を表す。図５から分かるように、研磨時間と共に極大点および極小点を示す座標の位置が右下がり傾向を示している。したがって、図５に示す分布図は、視覚的に膜厚の減少が捉えやすいダイヤグラムといえる。上述の式（３）および式（４）の膜厚ｘを研磨時間に置き換えると、図５の極大点を結ぶ直線および極小点を結ぶ直線は、概ね上記式（３）および式（４）でそれぞれ表すことができる。

図５の分布図において、研磨時間Ｔ１は、上層の膜が除去されて下層が露出した時点、すなわち、研磨レートが低下した時点を示している。研磨レートが低下すると、膜厚の変化が小さくなるため、極大点および極小点の減少傾向が緩やかになる。監視装置１５は、研磨中の極大点および／または極小点を監視し、その減少傾向が緩やかになった時点を検出することによって研磨終点を確定する。

図５に示すように、極大点および極小点は、複数のクラスターを形成する。ここで、クラスターとは、連続性を持つ複数の極値点の集合体またはグループである。図５において、符号Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｉは、連続性のある極大点からなるクラスターをそれぞれ示し、符号Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｉは、連続性のある極小点からなるクラスターをそれぞれ示す。監視装置１５によって監視される極大点および／または極小点は、予め定められた少なくとも１つのクラスターに属する極大点および／または極小点である。

減少傾向の変化は、次のようにして監視される。監視装置１５は、極値点が座標系上にプロットされるたびに、所定のクラスターに属する極値点のうち最新の２つを結ぶ直線の傾きを求める。この傾きは、異なる時間に取得された２つの分光プロファイル間における極値点の相対変化量ということができる。この相対変化量は、図５から分かるように、極値点を示す波長の減少量である。本実施形態では、研磨テーブル２０が一回転するごとに新たな極値点がクラスターに加えられるので、監視装置１５は、研磨テーブル２０が一回転するごとに極値点の最新の２つを結ぶ直線の傾きを求める。なお、研磨テーブル２０が所定回数（例えば、２回または３回）回転するごとに、極値点を座標系上にプロットしてもよい。

極大点からなるクラスターＰ１，Ｐ２，…，Ｐｉは、上記式（３）のパラメータｍ（自然数）によって特定される極大点のグループである。同様に、極小点からなるクラスターＶ１，Ｖ２，…，Ｖｉは、上記式（４）のパラメータｍによって特定される極小点のグループである。監視装置１５は、パラメータｍによって特定されるクラスターに属する極値点間の波長の差分を算出し、この差分の変化に基づいて研磨終点を検知する。

上層の膜が除去されて研磨レートが低くなると、直線の傾きは小さくなる。したがって、直線の傾きを監視することで、研磨レートの低下を検出することができる。そこで、監視装置１５は、求められた直線の傾きが所定のしきい値に達したときに、研磨レートが低下した、すなわち研磨終点に達したと判断する。

図５から分かるように、波長および研磨時間を軸に有する座標系上には、複数のクラスターが存在する。プロットされた１つの極値点（極大点または極小点）は、いずれかのクラスターに属する。ここで、プロットされた極値点がどのクラスターに属するか否かを決定する方法について図６を参照して説明する。図６は、座標系上にプロットされた複数の極値点を示す図である。図６に示すように、極大点ｐ２が新たにプロットされると、座標系上の所定の探索領域内に他の極大点が存在するか否かを監視装置１５が探索する。この探索領域は、極大点ｐ２の波長を中心とする所定の波長範囲Ｒ１（例えば、極大点ｐ２の波長±２０ｎｍ）と、極大点ｐ２の研磨時間を起点として時間を遡った所定の時間範囲Ｒ２とから定義される領域である。

図６に示す例では、探索領域内に他の極大点ｐ１が存在する。この場合、監視装置１５は、極大点ｐ２は、極大点ｐ１のクラスターに属すると判断し、極大点ｐ２を極大点ｐ１の既存のクラスターに関連付ける。一方、探索領域内に他の極大点が存在しない場合は、監視装置１５は、極大点ｐ２を新規なクラスターに属すると判断する。監視装置１５は、極大点と極小点とを別のカテゴリーとして特定し、極大点の分類と極小点の分類とは別に行なわれる。

研磨終点検知のために監視されるクラスターは、研磨の前に予め選択される。選択されるクラスターは１つでもよく、または複数でもよい。複数のクラスターが選択される場合は、複数のクラスターのうちの少なくとも１つに属する極値点の減少傾向の変化に基づいて、研磨終点が検知される。図７は、複数のクラスターを用いて研磨終点を検出する方法の一例を説明するためのフローチャートである。ステップ１では、上述したように、基板の研磨中に、基板からの反射光から分光プロファイルが取得される。ステップ２では、分光プロファイルから極値点が抽出され、座標系上にプロットされる。

ステップ３では、プロットされた極値点がいずれかのクラスターまたは新規なクラスターに分類される。ステップ４では、予め選択された複数のクラスター内の極値点から、極値点の減少傾向を示す傾き（極値点の相対変化量）が算出される。この傾きは、上述したように、最新の２つの極値点を結ぶ直線の傾きである。ステップ５では、求められた傾きが、所定のしきい値に達したか否かが判断される。この場合、しきい値は、単一のしきい値でもよく、またはクラスターごとに予め設定されたしきい値でもよい。ステップ６では、複数のクラスターでの傾きの監視結果に基づいて、研磨終点が判断される。例えば、５つのクラスターのうち３つのクラスターでの傾きがしきい値に達したときは、研磨終点に到達したと判断される。他の例として、全てのクラスターでの傾きがしきい値に達したときに、研磨終点に到達したと判断してもよい。

複数のクラスターから１つの平均クラスターを生成し、その平均クラスター内の極値点の減少傾向を監視してもよい。図８は、平均クラスターを用いて研磨終点を検出する方法の一例を説明するためのフローチャートである。ステップ１では、上述したように、基板の研磨中に、基板からの反射光から分光プロファイルが取得される。ステップ２では、分光プロファイルから極値点が抽出され、座標系上にプロットされる。ステップ３では、プロットされた極値点がいずれかのクラスターまたは新規なクラスターに分類される。

ステップ４では、予め選択された複数のクラスター内の極値点から、１つの平均クラスターが生成される。この平均クラスターの生成は、同一の分光プロファイルから抽出された複数の極大点および極小点の波長の平均値としての平均極値点を生成することにより行なわれる。図９に示す符号Ａｖｅは、クラスターＰ２とクラスターＶ３に属する極大点および極小点から算出した平均極値点からなる平均クラスターを示している。ステップ５では、平均極値点の減少傾向を示す傾き（極値点の相対変化量）が求められる。ステップ６では、求められた傾きが、所定のしきい値に達したか否かが判断される。この場合、傾きが所定のしきい値に達した時点が研磨終点として確定される。

図７および図８に示すいずれの方法においても、最新の極値点間を結ぶ直線の傾きを求めるのに必要な極値点が存在しない場合がある。このような場合は、補間（内挿）の手法を用いて、適当な極値点を挿入してもよい。用いられる補間の例としては、直線補間やスプライン補間が挙げられる。また、下地層やノイズの影響により、極値点が増加傾向を示すことがある。このような場合は、増加傾向を示す極値点を無視することが好ましい。図８に示す方法の場合は、増加傾向を示す極値点を含めた複数の極値点の平均極値点を求めてもよい。

研磨中に監視すべきクラスターは、研磨対象の基板と同一の構造（同一の膜、同一の積層構造）を有するダミー基板を研磨して得られた結果に基づいて選択される。ダミー基板の研磨中は、上述したように、ダミー基板からの反射光から分光プロファイルが取得され、極大点および極小点が分光プロファイルから抽出され、そして、波長を縦軸、研磨時間を横軸とする座標系上に極大点および極小点がプロットされる。このプロットされた極大点および極小点は、複数のクラスターを形成する。これらのクラスターから、研磨終点検知に適した少なくとも１つのクラスターが選択される。選択すべきクラスターは、研磨終点において極値点の減少傾向に明確な変化が現われるようなものである。さらに、研磨対象物である複数枚の基板を研磨し、クラスターの出現の再現性を確認することが好ましい。

研磨終点検知に用いられるしきい値（傾き）も、ダミー基板を研磨して得られた結果に基づいて選択される。この場合、ダミー基板の研磨は、ほぼ一定の研磨レートで行われる。ダミー基板の研磨の初期段階での研磨レート、または平均研磨レートから、基準研磨レート（基準傾き）が決定され、その基準研磨レートを１／ｎ倍した値がしきい値とされる。このｎの値は２以上であることが好ましい。

なお、上述の実施形態では、反射強度（相対反射率）から極大点および極小点を抽出しているが、式（１）に倣い相対反射率を基に特性値（Spectral Index）からなる新たな分光プロファイルを生成し、その極大点および極小点を抽出してもよい。例えば、次の式（５）から特性値Ｓ（λ）を求めることができる。
Ｓ（λ）＝Ｒ（λ）／（Ｒ（λ）＋Ｒ（λ＋Δλ）） ・・・（５）
ここで、Ｒ（λ）は波長λにおける相対反射率を表し、Δλは５０ｎｍである。
この場合でも、研磨レートが低下すると、極値点の波長の減少傾向の変化が小さくなる。したがって、極値点の変化を示す傾きが所定のしきい値に達したことを検出することにより、上層膜の除去（すなわち、研磨終点）を検出することができる。

以上、分光プロファイルの極値点の波長の変化に基づいて、研磨レートの低下点を検出する方法を示したが、同様に極値点の波長の変化に基づいて、研磨量を決定することも可能である。図１０は、Ｃｕ配線形成工程における基板の構造を示す一例である。シリコンウェハの上には複数の酸化膜（ＳｉＯ_２膜）が形成され、さらにビアホールで接続された２層の銅配線、すなわち上層銅配線Ｍ２及び下層銅配線Ｍ１が形成されている。酸化膜の各層の間にはＳｉＣＮ層が形成されており、さらに最上層の酸化膜上にはバリア層（例えば、ＴａＮまたはＴａ）が形成されている。上側の３層の酸化膜の厚さはそれぞれ１００〜２００ｎｍの範囲にあり、各ＳｉＣＮ層の厚さは３０ｎｍ程度である。最下層の酸化膜の厚さは１０００ｎｍ程度である。この研磨プロセスは、上層銅配線Ｍ２の高さを調節することを目的としている。

図１１は、図１０に示す基板を研磨したときの、分光プロファイル上の極大点および極小点をプロットした分布図である。なお、この例では、研磨中の平均値を用いた分光プロファイルの正規化は行っていない。図１１に示す例では、研磨時間約２５秒が経過したときにバリア層が除去されている。そして、図１１のグラフから分かるように、研磨時間約２５秒以降は、波長６００ｎｍ以上の領域において、極値点の分布が概ね右下がりの直線を描いている。図１２は、図１０に示す最下層の酸化膜の膜厚が異なる４枚の基板を研磨したときに得られたグラフである。図１２のグラフにおいて、横軸は研磨前後の測定膜厚から求めた酸化膜の除去量を表し、縦軸はバリア層除去後における波長６００ｎｍ以上の極値点波長の減少量（平均値）を表す。ここで、バリア層除去のタイミングは、渦電流センサの出力値の変化から求めることができる。

図１２に示すように、酸化膜の除去量と波長変化量とは比例関係にある。すなわち、バリア層の除去後、波長６００ｎｍ以上の極値点波長の変化量を測定することにより、酸化膜の除去量を精度よく監視できる。したがって、予め取得した酸化膜の研磨前の初期膜厚と酸化膜の除去量の差とから膜厚を算出し、目標膜厚に到達した時点を求めることが可能である。ここで、酸化膜の初期膜厚とは、例えば、Ｃｕ配線形成工程において、ドライエッチング等により配線溝を形成した後の絶縁膜の厚さである。なお、上に示した例では、相対反射率の分光プロファイルから極値点を求めているが、上述の例と同様に、式（５）で求められる特性値の分光プロファイルを用いてもよい。

ところで、図１３に示すように、ｌｏｗ−ｋ材を絶縁膜としたＣｕ配線構造では、エッチング等の処理によりダメージを受けた層が存在することがある。ＬＳＩの高密度および高集積化に伴い、銅配線形成プロセスの絶縁膜材料として誘電率の低いｌｏｗ−ｋ材が用いられ始めている。近年では、更なる低誘電率化が進み、例えば比誘電率が２．５未満の多孔質素材からなるｌｏｗ−ｋ材の導入も検討されている。しかし、多孔質素材は空孔を有するため、従来の絶縁膜に比べて密度が低い。このため、開口形成工程、エッチング工程、アッシング工程等の処理において、プラズマ等の粒子や洗浄剤がｌｏｗ−ｋ膜中に浸透しやすく、ｌｏｗ−ｋ膜がダメージを受けやすい。ダメージの例として、ハードマスクとｌｏｗ−ｋ膜間に、改質されたｌｏｗ−ｋ材の層が形成されることが挙げられる。改質されたｌｏｗ−ｋ材は、ダメージ層としてハードマスク膜とｌｏｗ−ｋ膜との間に存在する。図１４は、このようなダメージ層を有するＣｕ配線構造を研磨したときの分光プロファイル上の極値点の分布の一例を示す（ただし、上述の正規化は行っていない）。ダメージ層においては、屈折率が、ダメージを受ける前のｌｏｗ−ｋ膜よりも小さくなる場合があり、この場合、ダメージ層研磨中は極値点の波長が一定或いは増加傾向を示す。したがって、極値点の相対変化量に基づいて、ダメージ層を検出することができる。例えば、極値点波長の減少開始点をダメージ層が除去された時点として検出することが可能である。

次に、研磨終点検知装置を組み込んだ研磨装置について説明する。図１５は、研磨装置を模式的に示す断面図である。図１５に示すように、研磨装置は、研磨パッド２２を支持する研磨テーブル２０と、基板Ｗを保持して研磨パッド２２に押圧するトップリング２４と、研磨パッド２２に研磨液（スラリ）を供給する研磨液供給ノズル２５とを備えている。研磨テーブル２０は、その下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、軸心周りに回転可能になっている。研磨パッド２２は、研磨テーブル２０の上面に固定されている。

研磨パッド２２の上面２２ａは、基板Ｗを研磨する研磨面を構成している。トップリング２４は、トップリングシャフト２８を介してモータ及び昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。これにより、トップリング２４は昇降可能かつトップリングシャフト２８周りに回転可能となっている。このトップリング２４の下面には、基板Ｗが真空吸着等によって保持される。

トップリング２４の下面に保持された基板Ｗはトップリング２４によって回転させられつつ、回転している研磨テーブル２０上の研磨パッド２２にトップリング２４によって押圧される。このとき、研磨液供給ノズル２５から研磨パッド２２の研磨面２２ａに研磨液が供給され、基板Ｗの表面と研磨パッド２２との間に研磨液が存在した状態で基板Ｗの表面が研磨される。本実施形態においては、基板Ｗの表面と研磨パッド２２とを摺接させる相対移動機構は、研磨テーブル２０およびトップリング２４によって構成される。

研磨テーブル２０には、その上面で開口する孔３０が形成されている。また、研磨パッド２２には、この孔３０に対応する位置に通孔３１が形成されており、孔３０と通孔３１とは連通している。通孔３１は、研磨面２２ａで開口しており、通孔３１の径は約３〜６ｍｍである。孔３０は液体供給路３３およびロータリージョイント３２を介して液体供給源３５に連結されている。研磨中は、液体供給源３５からは、透明な液体として水（好ましくは純水）が孔３０に供給され、基板Ｗの下面と通孔３１とによって形成される空間を満たし、液体排出路３４を通じて排出される。研磨液は水と共に排出され、これにより光の光路が確保される。液体供給路３３には、研磨テーブル２０の回転に連動して作動するバルブ（図示せず）が設けられている。このバルブは、通孔３１の上に基板Ｗが位置しないときは水の流れを止める、または水の流量を少なくするように動作する。

研磨装置は、上述した方法に従って研磨終点を検出する研磨終点検知装置を有している。この研磨終点検知装置は、光を基板Ｗの被研磨面に照射する投光部１１と、基板Ｗから戻ってくる光を受光する受光部としての光ファイバー１２と、光ファイバー１２によって受光された光を波長に従って分解し、波長ごとの反射強度を測定する分光器１３と、分光器１３によって得られた反射強度から分光プロファイルを生成し、この分光プロファイルから反射強度の極大値および極小値を示す極大点および極小点を抽出し、この極大点および／または極小点を監視する監視装置１５とを備えている。この監視装置１５は、上述したように、極大点および／または極小点の減少傾向の変化に基づいて研磨終点を検知する。

投光部１１は、光源４０と、光源４０に接続された光ファイバー４１とを備えている。光ファイバー４１は、光源４０の光を基板Ｗの表面まで導く光伝送部である。光ファイバー４１は、光源４０から孔３０および通孔３１を通って基板Ｗの被研磨面の近傍位置まで延びている。光ファイバー４１および光ファイバー１２の各先端は、トップリング２４に保持された基板Ｗの中心に対向して配置され、研磨テーブル２０が回転するたびに基板Ｗの中心を含む領域に光が照射されるようになっている。なお、研磨パッド２２の交換作業が容易に行えるように、光ファイバー４１の先端が研磨テーブル２０の上面より突き出ず、孔３０に納まる位置に、光ファイバ４１を設置してもよい。

光源４０としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲンランプ、キセノンランプなどを用いることができる。光ファイバー４１と光ファイバー１２は互いに並列に配置されている。光ファイバー４１および光ファイバー１２の各先端は、基板Ｗの表面に対して垂直に配置されており、光ファイバー４１は基板Ｗの表面に垂直に光を照射するようになっている。

基板Ｗの研磨中は、投光部１１から光が基板Ｗに照射され、受光部としての光ファイバー１２によって基板Ｗからの反射光が受光される。光が照射される間、孔３０には水が供給され、これにより、光ファイバー４１および光ファイバー１２の各先端と、基板Ｗの表面との間の空間は水で満たされる。分光器１３は、波長ごとに反射光の強さを測定し、監視装置１５は、測定された反射強度から分光プロファイルを生成する。監視装置１５は、分光プロファイルから極大点および極小点を抽出し、波長を縦軸、研磨時間を横軸とした座標系上に極大点および極小点をプロットする。そして、監視装置１５は、座標系上の極大点および／または極小点の減少傾向の変化から研磨終点を検出する。

図１６は、図１５に示す研磨装置の他の変形例を示す断面図である。図１６に示す例では、液体供給路、液体排出路、液体供給源は設けられていない。これに代えて、研磨パッド２２には透明窓５０が形成されている。投光部１１の光ファイバー４１は、この透明窓５０を通じて研磨パッド２２上の基板Ｗの表面に光を照射し、受光部としての光ファイバー１２は、透明窓５０を通じて基板Ｗからの反射光を受光する。その他の構成は、図１５に示す研磨装置と同様である。

図１７は、基板Ｗの複数の領域を独立に押圧することができる押圧機構を有するトップリングの一例を示す断面図である。このトップリング２４は、トップリングシャフト２８に自由継手６０を介して連結されるトップリング本体６１と、トップリング本体６１の下部に配置されたリテーナリング６２とを備えている。トップリング本体６１の下方には、基板Ｗに当接する円形の弾性パッド（メンブレン）６６と、弾性パッド６６を保持するチャッキングプレート６７とが配置されている。弾性パッド６６とチャッキングプレート６７との間には、４つの圧力室（エアバッグ）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が設けられている。これらの圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は弾性パッド６６とチャッキングプレート６７とによって形成されている。中央の圧力室Ｐ１は円形であり、他の圧力室Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は環状である。これらの圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、同心状に配列されている。

圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４にはそれぞれ流体路７１，７２，７３，７４を介して圧力調整部７０により加圧空気等の加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の内部圧力は互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、基板Ｗの４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する押圧力を独立に調整することができる。また、トップリング２４の全体を昇降させることにより、リテーナリング６２を所定の押圧力で研磨パッド２２に押圧できるようになっている。このリテーナリング６２は、基板Ｗを囲む形状を有している。

チャッキングプレート６７とトップリング本体６１との間には圧力室Ｐ５が形成され、この圧力室Ｐ５には流体路７５を介して上記圧力調整部７０により加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。これにより、チャッキングプレート６７および弾性パッド６６全体が上下方向に動くことができる。基板Ｗの周端部はリテーナリング６２に囲まれており、研磨中に基板Ｗがトップリング２４から飛び出さないようになっている。圧力室Ｐ３を構成する、弾性パッド６６の部位には開口が形成されており、圧力室Ｐ３に真空を形成することにより基板Ｗがトップリング２４に吸着保持されるようになっている。また、この圧力室Ｐ３に窒素ガスやクリーンエアなどを供給することにより、基板Ｗがトップリング２４からリリースされるようになっている。

監視装置１５は、上述した方法に従って反射強度の極値点の相対変化量を監視する。図１８は、トップリングの複数の圧力室に対応する基板の複数の領域を示す平面図である。図１８に示すように、監視される複数の測定点は、トップリング２４の圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に対応する基板Ｗの複数の領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に割り振られている。すなわち、基板Ｗの領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、それぞれ少なくとも１つの測定点を有する。複数の測定点が基板Ｗの１つの領域内に設定されている場合は、それらの複数の測定点のうちの代表的な１つの測定点が選択される。例えば、領域Ｃ１では、中心部に位置する測定点が選択される。あるいは、１つの領域内に位置する複数の測定点での測定結果の平均値を用いてもよい。

それぞれの測定点において、極値点は、図５に示すように、研磨時間の経過に従って変化する。監視装置１５は、領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４においてそれぞれ取得された極値点に基づいて、研磨中に圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の内部圧力を独立に制御する。この操作により、領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４での膜厚を独立に制御することができ、膜の研磨プロファイルを制御することができる。圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に対応する基板Ｗの領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４には、それぞれしきい値が設置されている。これらのしきい値は、基板Ｗの領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４において同じであってもよく、または異なっていてもよい。監視装置１５は、基板Ｗのそれぞれの領域について、上述した方法に従って極値点の減少傾向の変化（極値点の相対変化量）を基板Ｗの研磨中に監視する。そして、監視装置１５は、極値点の相対変化量が上記しきい値に達したことを検出することによって、それぞれの領域について研磨終点を決定する。

基板Ｗの研磨中に、いずれかの領域においては研磨終点が検知され、他の領域では研磨終点がまだ検知されていないことも起こりうる。このような場合は、監視装置１５は圧力調整部７０を制御して、研磨終点が検知された領域では、対応する圧力室内の圧力を下げて研磨の進行を停止させ、研磨終点が検知されていない領域では、対応する圧力室内の圧力を上げて研磨を促進させる。そして、基板Ｗのすべての領域で研磨終点に達したときに、基板Ｗの研磨が終了する。このような研磨方法によれば、所望の研磨プロファイルを実現することができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１１ 投光部
１２ 受光部
１３ 分光器
１５ 監視装置
２０ 研磨テーブル
２２ 研磨パッド
２４ トップリング
２５ 研磨液供給ノズル
２８ トップリングシャフト
３０ 孔
３１ 通孔
３２ ロータリージョイント
３３ 液体供給路
３４ 液体排出路
３５ 液体供給源
４０ 光源
４１ 光ファイバー
５０ 透明窓
６１ トップリング本体
６２ リテーナリング
６６ 弾性パッド
６７ チャッキングプレート
７１，７２，７３，７４， 流体路
７０ 圧力調整部
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５ 圧力室

Claims (15)

1. 膜を有する基板の表面を研磨パッドで研磨し、
   前記研磨中に、前記基板の表面に光を照射し、かつ前記基板から戻る反射光を受光し、
   前記反射光の反射強度を波長ごとに測定し、
   前記反射強度から、前記膜に関する反射強度と波長との関係を示す分光プロファイルを生成し、
   前記分光プロファイルから、前記反射強度の極値を示す少なくとも１つの極値点を抽出し、
   前記研磨中に、前記分光プロファイルの生成と前記極値点の抽出を繰り返して複数の分光プロファイルおよび複数の極値点を取得し、
   前記複数の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記極値点の波長の相対変化量に基づいて研磨終点を検知することを特徴とする研磨終点検知方法。
2. 前記相対変化量が所定のしきい値に達したことを検出することにより、研磨終点を決定することを特徴とする請求項１に記載の研磨終点検知方法。
3. 前記少なくとも１つの極値点は、複数の極値点であり、
   前記繰り返し工程によって取得された前記複数の極値点を複数のクラスターに分類し、
   前記複数の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記極値点の波長の相対変化量を前記クラスターごとに算出して、前記複数のクラスターにそれぞれ対応する複数の相対変化量を求め、
   前記複数の相対変化量に基づいて研磨終点を検知することを特徴とする請求項１に記載の研磨終点検知方法。
4. 前記少なくとも１つの極値点は、複数の極値点であり、
   前記分光プロファイルから抽出された前記複数の極値点の波長の平均値を算出し、
   前記複数の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記平均値の相対変化量に基づいて研磨終点を検出することを特徴とする請求項１に記載の研磨終点検知方法。
5. 前記複数の分光プロファイル間で互いに対応する極値点が存在しない場合には、極値点を補間することを特徴とする請求項１に記載の研磨終点検知方法。
6. 膜を有する基板の表面を研磨パッドで研磨し、
   前記研磨中に、前記基板の表面上の半径位置の異なる第１の領域と第２の領域に光を照射し、かつ前記基板から戻る反射光を受光し、
   前記反射光の反射強度を波長ごとに測定し、
   前記反射強度から、前記膜に関する反射強度と波長との関係を示す第１の分光プロファイルおよび第２の分光プロファイルを前記第１の領域および前記第２の領域に対応して生成し、
   前記第１および第２の分光プロファイルから、前記反射強度の極値を示す第１の極値点および第２の極値点をそれぞれ抽出し、
   前記研磨中に、前記第１および第２の分光プロファイルの生成と前記第１および第２の極値点の抽出を繰り返して複数の第１の分光プロファイルおよび複数の第２の分光プロファイル、並びに複数の第１の極値点および複数の第２の極値点を取得し、
   前記研磨中に、前記第１の極値点と前記第２の極値点に基づいて、前記第１の領域および前記第２の領域を前記研磨パッドに対して押圧する力を独立に制御し、
   前記複数の第１の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記第１の極値点の波長の相対変化量に基づいて前記第１の領域での研磨終点を検知し、
   前記複数の第２の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記第２の極値点の波長の相対変化量に基づいて前記第２の領域での研磨終点を検知することを特徴とする研磨終点検知方法。
7. 膜を有する基板の表面を研磨パッドで研磨し、
   前記研磨中に、前記基板の表面上の半径位置の異なる第１の領域と第２の領域に光を照射し、かつ前記基板から戻る反射光を受光し、
   前記反射光の反射強度を波長ごとに測定し、
   前記反射強度から、前記膜に関する反射強度と波長との関係を示す第１の分光プロファイルおよび第２の分光プロファイルを前記第１の領域および前記第２の領域に対応して生成し、
   前記第１および第２の分光プロファイルから、前記反射強度の極値を示す第１の極値点および第２の極値点をそれぞれ抽出し、
   前記研磨中に、前記第１および第２の分光プロファイルの生成と前記第１および第２の極値点の抽出を繰り返して複数の第１の分光プロファイルおよび複数の第２の分光プロファイル、並びに複数の第１の極値点および複数の第２の極値点を取得し、
   前記研磨中に、研磨時間に対する前記第１の極値点の波長の相対変化量と、前記第２の極値点の波長の相対変化量に基づいて、前記第１の領域および前記第２の領域を前記研磨パッドに対して押圧する力を独立に制御することを特徴とする研磨方法。
8. 膜を有する基板の表面に光を照射する投光部と、
   前記基板から戻る反射光を受光する受光部と、
   前記反射光の反射強度を波長ごとに測定する分光器と、
   前記反射強度から、前記膜に関する反射強度と波長との関係を示す分光プロファイルを生成し、前記分光プロファイルから、前記反射強度の極値を示す少なくとも１つの極値点を抽出し、前記極値点を監視する監視部とを備え、
   前記監視部は、研磨中に、前記分光プロファイルの生成と前記極値点の抽出を繰り返して複数の分光プロファイルおよび複数の極値点を取得し、前記複数の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記極値点の波長の相対変化量に基づいて研磨終点を検知することを特徴とする研磨終点検知装置。
9. 前記相対変化量が所定のしきい値に達したことを検出することにより、研磨終点を決定することを特徴とする請求項８に記載の研磨終点検知装置。
10. 前記少なくとも１つの極値点は、複数の極値点であり、
    前記監視部は、
    前記繰り返し工程によって取得された前記複数の極値点を複数のクラスターに分類し、
    前記複数の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記極値点の波長の相対変化量を前記クラスターごとに算出して、前記複数のクラスターにそれぞれ対応する複数の相対変化量を求め、
    前記複数の相対変化量に基づいて研磨終点を検知することを特徴とする請求項８に記載の研磨終点検知装置。
11. 前記少なくとも１つの極値点は、複数の極値点であり、
    前記監視部は、
    前記分光プロファイルから抽出された前記複数の極値点の波長の平均値を算出し、
    前記複数の分光プロファイル間での研磨時間に対する前記平均値の相対変化量に基づいて研磨終点を検出することを特徴とする請求項８に記載の研磨終点検知装置。
12. 前記複数の分光プロファイル間で互いに対応する極値点が存在しない場合には、前記監視部は、極値点を補間することを特徴とする請求項８に記載の研磨終点検知装置。
13. 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
    膜を有する基板を前記研磨パッドに押し付けるトップリングと、
    請求項８に記載の研磨終点検知装置とを備えたことを特徴とする研磨装置。
14. 前記トップリングは、前記基板の複数の領域を独立して押圧する押圧機構を有し、
    前記研磨終点検知装置は、前記基板の複数の領域のそれぞれについて研磨終点を検知するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の研磨装置。
15. 前記研磨終点検知装置は、前記基板の複数の領域のそれぞれについて分光プロファイルを取得し、
    前記押圧機構は、研磨時間に対する前記分光プロファイル上の極値点の波長の相対変化量に基づいて、前記基板の複数の領域への押圧力を研磨中に制御することを特徴とする請求項１３に記載の研磨装置。

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