JP6046933B2 - 研磨方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェハの研磨方法に関し、特にウェハを研磨した後にウェハの膜厚を測定し、膜厚が目標値に達していなければウェハを再研磨する研磨方法に関する。
半導体デバイスは、将来ますます微細化が進むと予想される。そのような微細構造を実現するために、ＣＭＰ装置に代表される研磨装置には、より精密なプロセスコントロールおよびより高度な研磨性能が求められている。具体的には、より正確な残膜コントロール（すなわち研磨終点検出精度）およびより改善された研磨結果（少ないディフェクトや平坦な被研磨面）が求められる。これに加え、より高い生産性（スループット）も要求される。
現在の研磨装置では、研磨精度を向上するために「リワーク」と呼ばれる再研磨が行われている。この再研磨は、研磨装置で研磨されたウェハを外部の膜厚測定装置に搬入し、研磨されたウェハの膜厚を膜厚測定装置で測定し、測定された膜厚と目標膜厚との差分をなくすために、再度ウェハを研磨する工程である。
従来のウェハの研磨方法の流れについて図１を参照して説明する。研磨装置は、一般に、研磨部と洗浄部とに区分けされている。ウェハは、まず、研磨部に搬送される。研磨部では、研磨テーブル上の研磨パッドに研磨液（スラリー）を供給しながら、ウェハと研磨パッドとを摺接させることによりウェハが研磨される（ステップ１）。研磨されたウェハは、次に洗浄部に搬送され、ここでウェハが洗浄され（ステップ２）、さらに、洗浄されたウェハが乾燥される（ステップ３）。
このようにして処理されたウェハは、次に、研磨装置の外部に設けられた膜厚測定装置に搬送され（ステップ４）、ここで、研磨されたウェハの膜厚が測定される（ステップ５）。ウェハの膜厚が所定の目標膜厚と比較され（ステップ６）、ウェハの膜厚が目標膜厚に達していない場合は、ウェハは、再度研磨装置に搬入され、再び研磨され、洗浄され、そして、乾燥される。しかしながら、このようなリワークと呼ばれる再研磨は正確な膜厚を実現するためには有効であるが、ウェハの最初の研磨から再研磨まである程度の時間がかかり、生産性（スループット）を低下させてしまう。
上述した研磨方法によれば、外部の膜厚測定装置での膜厚測定結果に基づいて、後続のウェハの研磨条件（研磨時間、研磨圧力など）を調整することが可能である。しかしながら、調整された研磨条件がウェハの研磨に適用されるまで既に数枚のウェハの研磨が終了しているため、それらウェハの研磨には調整された研磨条件が反映されない。調整された研磨条件を次のウェハの研磨に適用するためには、先のウェハの膜厚測定が終了し、研磨条件の調整が完了するまで、次のウェハの研磨を待たせる必要がある。しかしながら、このような操作は、生産性（スループット）を低下させてしまう。
特開２００４−１２３０２号公報 特開平８−９９２６４号公報 特開平９−１０９０２３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、再研磨に要する時間を少なくする、または再研磨をなくすことができ、かつ調整した研磨条件を次のウェハの研磨に直ちに適用することができる研磨方法を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の第１の態様は、膜が形成されたウェハを研磨する方法であって、（ｉ）研磨パッドを支持するための回転可能な研磨テーブル、ウェハを保持し前記研磨パッドに押圧するための回転可能なトップリング、研磨液を前記研磨パッドの表面に供給する研磨液供給機構、および前記研磨テーブル内に埋設され、前記ウェハを研磨している間に前記ウェハの膜厚に従って変化する膜厚信号を取得する膜厚センサとを含む研磨部と、（ii）研磨されたウェハを洗浄および乾燥する洗浄部と、（iii）研磨されたウェハの膜の厚さをウェハ上の複数の測定点で測定することができる光学式膜厚測定ヘッドを有する膜厚測定器と、を備えた研磨装置を用意し、前記トップリングでウェハを保持し、前記研磨パッドとともに前記研磨テーブルを回転させながら、前記ウェハとともに前記トップリングを回転させ、前記ウェハを前記研磨パッドに対して押し付けることにより前記ウェハの膜を前記研磨部で研磨する研磨工程を行い、前記ウェハの研磨中、前記研磨テーブルとともに回転する前記膜厚センサで、前記トップリングとともに回転している前記ウェハの膜厚信号を取得し、前記膜厚信号から生成された膜厚指標値が第１の目標値に達したときに前記ウェハの研磨を停止し、前記研磨されたウェハを洗浄および乾燥する前に、該ウェハを前記膜厚測定器に搬送し、研磨された前記膜の厚さを前記膜厚測定器により複数の測定点で測定し、測定された前記膜の厚さと第２の目標値とを比較し、前記膜の厚さが前記第２の目標値に達していなければ、前記ウェハを前記洗浄部で洗浄および乾燥する前に該ウェハを前記研磨部で再研磨する再研磨工程を行い、現在の膜厚指標値と、前記膜厚測定器から得られた現在の膜厚の測定値とに基づいて、前記膜厚センサを較正し、後続のウェハを研磨し、その間、較正された前記膜厚センサで前記後続のウェハの膜厚信号を取得し、前記膜厚信号から生成された膜厚指標値が所定の目標値に達したときに前記後続のウェハの研磨を停止することを特徴とする。
本発明の一参考例は、膜が形成されたウェハを研磨する方法であって、前記ウェハを研磨部で研磨する研磨工程を行い、前記研磨されたウェハを洗浄および乾燥する前に、該ウェハを膜厚測定器に搬送し、前記膜厚測定器により前記膜の現在の厚さを測定し、前記現在の厚さと所定の目標値とを比較し、前記現在の厚さが前記所定の目標値に達していなければ、前記ウェハを洗浄および乾燥する前に該ウェハを前記研磨部で再研磨する再研磨工程を行うことを特徴とする。
本発明の一参考例は、膜が形成されたウェハを研磨する方法であって、前記膜の厚さを測定しながら前記ウェハを研磨部で研磨し、前記膜の厚さが第１の目標値に達したときであって、かつ最終目標値である第２の目標値に達する前に前記ウェハの研磨を終了し、前記研磨されたウェハを洗浄および乾燥する前に、該ウェハを膜厚測定器に搬送し、研磨された膜の厚さを前記膜厚測定器により測定し、前記膜厚測定器で測定された膜の厚さを前記第２の目標値と比較し、前記ウェハを洗浄および乾燥する前に、前記膜の厚さが前記第２の目標値に達するまで該ウェハを前記研磨部で再研磨することを特徴とする。
本発明の一参考例は、膜が形成されたウェハを研磨する方法であって、前記ウェハを研磨部で研磨し、前記研磨されたウェハをウエット状態のまま膜厚測定器に搬送し、研磨された前記ウェハの膜の厚さを前記膜厚測定器により測定し、前記膜の厚さを目標値と比較し、前記膜の厚さが前記目標値に達していなければ、前記ウェハを洗浄および乾燥する前に該ウェハを前記研磨部で再研磨する再研磨工程を行い、前記再研磨工程の発生に起因する後続のウェハの研磨開始時間の遅れを計算し、前記後続のウェハの研磨を開始するタイミングを調整することを特徴とする。
本発明の第２の態様は、膜が形成されたウェハを研磨する方法であって、前記膜の厚さに従って変化する膜厚信号を膜厚センサで取得しながら前記ウェハを研磨し、前記膜厚信号から生成された膜厚指標値が所定の値に達したときに前記ウェハの研磨を停止し、研磨された前記ウェハを膜厚測定器に搬送し、前記膜厚測定器により前記膜の現在の厚さを測定し、現在の膜厚指標値と、前記膜厚測定器から得られた現在の膜厚の測定値とに基づいて、前記膜厚センサを較正し、後続のウェハを研磨し、その間、前記較正された膜厚センサで前記後続のウェハの膜厚信号を取得し、前記膜厚信号から生成された膜厚指標値が所定の目標値に達したときに前記後続のウェハの研磨を停止することを特徴とする。
図２は、上述した本発明の第１の態様に係る研磨方法を示すフローチャートである。図２に示すように、本発明によれば、研磨されたウェハを洗浄、乾燥する前に、ウエット状態のウェハの膜厚が測定される。測定された膜厚が所定の目標に達していない場合には、ウェハは研磨部に戻され、再研磨される。このように、ウェハが洗浄および乾燥される前に、そのウェハを再研磨することができるので、再研磨に要する時間を短縮できる。その結果、スループットを向上させることができる。さらには、膜厚の測定結果に基づいて調整された研磨条件（研磨時間、研磨圧力など）を次のウェハの研磨に適用することができる。したがって、スループットを向上させることができる。
本発明の第２の態様によれば、測定精度の高いウエット型膜厚測定器の膜厚測定値を用いて膜厚センサが較正される。したがって、後続のウェハの研磨中のＩｎ−ｓｉｔｕ膜厚測定の精度が向上され、結果として、ウェハの再研磨をなくすことができる。さらに、膜厚の測定結果に基づいて調整された研磨条件（研磨時間、研磨圧力など）を次のウェハの研磨に適用することができる。したがって、スループットを向上させることができる。
従来のウェハの研磨方法を説明するフローチャートである。 本発明に係る研磨方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る研磨方法を実行することができる研磨装置を示す図である。 第１研磨ユニットを模式的に示す斜視図である。 図４に示すトップリングを示す断面図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、ウエット型膜厚測定器を示す模式図である。 ウェハの断面構造の一例を示す図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、図７に示すウェハの研磨方法の一例を示す図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）に示すウェハの研磨方法を説明するためのフローチャートである。 図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）は、図７に示すウェハの研磨方法の他の例を示す図である。 図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）に示すウェハの研磨方法を説明するためのフローチャートである。 図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）は、図７に示すウェハの研磨方法のさらに他の例を示す図である。 図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）に示すウェハの研磨方法を説明するためのフローチャートである。 タングステン膜、バリア膜、および絶縁膜からなる積層構造の断面図である。 図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、図１４に示すウェハの研磨方法の一例を示す図である。 図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すウェハの研磨方法を説明するためのフローチャートである。 層間絶縁膜（ＩＤＬ）が形成されたウェハの断面図である。 図１８（ａ）および図１８（ｂ）は、図１７に示すウェハの研磨方法の一例を示す図である。 図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すウェハの研磨方法を説明するためのフローチャートである。 ＳＴＩ（シャロートレンチアイソレーション）プロセスを示すウェハの断面図である。 図２１（ａ）および図２１（ｂ）は、図２０に示すウェハの研磨方法の一例を示す図である。 図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すウェハの研磨方法を説明するためのフローチャートである。 Ｈｉｇｈ−ｋメタルゲートを形成する過程においてＣＭＰが適用される積層構造が形成されたウェハの断面図である。 図２４（ａ）乃至図２４（ｄ）は、図２３に示すウェハの研磨方法の一例を示す図である。 図２４（ａ）乃至図２４（ｄ）に示すウェハの研磨方法を説明するためのフローチャートである。 図２４（ａ）乃至図２４（ｄ）に示すウェハの別の研磨方法を説明するためのフローチャートである。 渦電流式膜厚センサおよび光学式膜厚センサを備えた第１研磨ユニットを示す模式断面図である。 光学式膜厚センサの原理を説明するための模式図である。 ウェハと研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。 動作制御部によって生成されたスペクトルを示す図である。 動作制御部によって生成された現在のスペクトルと複数の基準スペクトルとの比較から現在の膜厚を決定するプロセスを説明する図である。 膜厚差Δαに対応する２つのスペクトルを示す模式図である。 渦電流式膜厚センサの原理を説明するための回路を示す図である。 膜厚とともに変化するＸ，Ｙを、ＸＹ座標系上にプロットすることで描かれるグラフを示す図である。 図３４のグラフ図形を反時計回りに９０度回転させ、さらに平行移動させたグラフを示す図である。 コイルとウェハとの距離に従って変化するＸＹ座標の円弧軌跡を示す図である。 研磨時間にしたがって変化する角度θを示すグラフである。 ウエット型膜厚測定器の光学式膜厚測定ヘッドの詳細を示す模式図である。
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。
図３は、本発明の実施形態に係る研磨方法を実行することができる研磨装置を示す図である。図３に示すように、この研磨装置は、略矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は隔壁１ａ，１ｂによってロード／アンロード部２と研磨部３と洗浄部４とに区画されている。研磨装置は、ウェハ処理動作を制御する動作制御部５を有している。
ロード／アンロード部２は、多数のウェハ（基板）をストックするウェハカセットが載置されるフロントロード部２０を備えている。このロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上にウェハカセットの配列方向に沿って移動可能な２台の搬送ロボット（ローダー）２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載されたウェハカセットにアクセスできるようになっている。
研磨部３は、ウェハの研磨が行われる領域であり、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄを備えている。図３に示すように、第１研磨ユニット３Ａは、研磨面を有する研磨パッド１０が取り付けられた第１研磨テーブル３０Ａと、ウェハを保持しかつウェハを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に押圧しながら研磨するための第１トップリング３１Ａと、研磨パッド１０に研磨液（例えばスラリ）やドレッシング液（例えば、純水）を供給するための第１研磨液供給機構３２Ａと、研磨パッド１０の研磨面のドレッシングを行うための第１ドレッサ３３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして研磨面に噴射する第１アトマイザ３４Ａとを備えている。
同様に、第２研磨ユニット３Ｂは、研磨パッド１０が取り付けられた第２研磨テーブル３０Ｂと、第２トップリング３１Ｂと、第２研磨液供給機構３２Ｂと、第２ドレッサ３３Ｂと、第２アトマイザ３４Ｂとを備えており、第３研磨ユニット３Ｃは、研磨パッド１０が取り付けられた第３研磨テーブル３０Ｃと、第３トップリング３１Ｃと、第３研磨液供給機構３２Ｃと、第３ドレッサ３３Ｃと、第３アトマイザ３４Ｃとを備えており、第４研磨ユニット３Ｄは、研磨パッド１０が取り付けられた第４研磨テーブル３０Ｄと、第４トップリング３１Ｄと、第４研磨液供給機構３２Ｄと、第４ドレッサ３３Ｄと、第４アトマイザ３４Ｄとを備えている。
第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、互いに同一の構成を有しているので、以下、第１研磨ユニット３１Ａについて図４を参照して説明する。図４は、第１研磨ユニットを模式的に示す斜視図である。なお、図４において、ドレッサ３３Ａおよびアトマイザ３４Ａは省略されている。
研磨テーブル３０Ａは、テーブル軸３０ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ１９に連結されており、このテーブルモータ１９により研磨テーブル３０Ａが矢印で示す方向に回転されるようになっている。この研磨テーブル３０Ａの上面には研磨パッド１０が貼付されており、研磨パッド１０の上面がウェハＷを研磨する研磨面１０ａを構成している。トップリング３１Ａはトップリングシャフト１６の下端に連結されている。トップリング３１Ａは、真空吸着によりその下面にウェハＷを保持できるように構成されている。トップリングシャフト１６は、図示しない上下動機構により上下動するようになっている。
研磨テーブル３０Ａの内部には、ウェハＷの膜厚に従って変化する膜厚信号を取得する光学式膜厚センサ４０および渦電流式膜厚センサ６０が配置されている。これら膜厚センサ４０，６０は、記号Ａで示すように研磨テーブル３０Ａと一体に回転し、トップリング３１Ａに保持されたウェハＷの膜厚信号を取得する。光学式膜厚センサ４０および渦電流式膜厚センサ６０は図３に示す動作制御部５に接続されており、これら膜厚センサ４０，６０によって取得された膜厚信号は動作制御部５に送られるようになっている。動作制御部５は、膜厚を直接または間接に表す膜厚指標値を膜厚信号から生成する。
さらに、研磨テーブル３０Ａを回転させるテーブルモータ１９の入力電流（すなわち、トルク電流）を計測するトルク電流計測器７０が設けられている。トルク電流計測器７０によって計測されたトルク電流値は動作制御部５に送られ、ウェハＷの研磨中は動作制御部５によってトルク電流値が監視される。
ウェハＷの研磨は次のようにして行われる。トップリング３１Ａおよび研磨テーブル３０Ａをそれぞれ矢印で示す方向に回転させ、研磨液供給機構３２Ａから研磨パッド１０上に研磨液（スラリー）を供給する。この状態で、下面にウェハＷを保持したトップリング３１Ａは、トップリングシャフト１６により下降されてウェハＷを研磨パッド１０の研磨面１０ａに押し付ける。ウェハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用と研磨液の化学的作用により研磨される。研磨終了後は、ドレッサ３３Ａによる研磨面１０ａのドレッシング（コンディショニング）が行われ、さらにアトマイザ３４Ａから高圧の流体が研磨面１０ａに供給されて、研磨面１０ａに残留する研磨屑や砥粒などが除去される。
トップリング３１Ａは、ウェハの複数の領域を独立して研磨パッドに押し付けることができるように構成されている。図５は、図４に示すトップリング３１Ａを示す断面図である。トップリング３１Ａは、トップリングシャフト１６に自由継手５６を介して連結されるトップリング本体５７と、トップリング本体５７の下部に配置されたリテーナリング５８とを備えている。
トップリング本体５７の下方には、ウェハＷに当接する柔軟なメンブレン６２と、メンブレン６２を保持するチャッキングプレート６３とが配置されている。メンブレン６２とチャッキングプレート６３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。圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４はメンブレン６２とチャッキングプレート６３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、同心上に配列されている。
圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４にはそれぞれ流体路Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を介して圧力調整部６４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、ウェハ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３１Ａの全体を昇降させることにより、リテーナリング５８を所定の押圧力で研磨パッド１０に押圧できるようになっている。
チャッキングプレート６３とトップリング本体５７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Ｆ５を介して上記圧力調整部６４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６３およびメンブレン６２全体が上下方向に動くことができる。ウェハＷの周端部はリテーナリング５８に囲まれており、研磨中にウェハＷがトップリング３１Ａ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、メンブレン６２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ウェハＷがトップリング３１Ａ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、ウェハＷがトップリング３１Ａからリリースされるようになっている。
動作制御部５は、各圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に対応するウェハ表面の領域での膜厚指標値に基づいて、各圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の内部圧力の目標値を決定する。動作制御部５は上記圧力調整部６４に指令信号を送り、圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の内部圧力が上記目標値に一致するように圧力調整部６４を制御する。このように、複数の圧力室を持つトップリング３１Ａは、研磨の進捗に従ってウェハの表面上の各領域を独立に研磨パッド１０に押圧できるので、膜を均一に研磨することができる。
図３に戻り、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ６が配置されている。この第１リニアトランスポータ６は、４つの搬送位置（第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４）の間でウェハを搬送する機構である。また、第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ７が配置されている。この第２リニアトランスポータ７は、３つの搬送位置（第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７）の間でウェハを搬送する機構である。
ウェハは、第１リニアトランスポータ６によって研磨ユニット３Ａ，３Ｂに搬送される。第１研磨ユニット３Ａのトップリング３１Ａは、そのスイング動作により研磨テーブル３０Ａの上方位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、トップリング３１Ａへのウェハの受け渡しは第２搬送位置ＴＰ２で行われる。同様に、第２研磨ユニット３Ｂのトップリング３１Ｂは研磨テーブル３０Ｂの上方位置と第３搬送位置ＴＰ３との間を移動し、トップリング３１Ｂへのウェハの受け渡しは第３搬送位置ＴＰ３で行われる。第３研磨ユニット３Ｃのトップリング３１Ｃは研磨テーブル３０Ｃの上方位置と第６搬送位置ＴＰ６との間を移動し、トップリング３１Ｃへのウェハの受け渡しは第６搬送位置ＴＰ６で行われる。第４研磨ユニット３Ｄのトップリング３１Ｄは研磨テーブル３０Ｄの上方位置と第７搬送位置ＴＰ７との間を移動し、トップリング３１Ｄへのウェハの受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。
第１搬送位置ＴＰ１に隣接して、搬送ロボット２２からウェハを受け取るためのリフタ１１が配置されている。ウェハはこのリフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。リフタ１１と搬送ロボット２２との間に位置して、シャッタ（図示せず）が隔壁１ａに設けられており、ウェハの搬送時にはシャッタが開かれて搬送ロボット２２からリフタ１１にウェハが渡されるようになっている。
第１リニアトランスポータ６と、第２リニアトランスポータ７と、洗浄部４との間にはスイングトランスポータ１２が配置されている。第１リニアトランスポータ６から第２リニアトランスポータ７へのウェハの受け渡しは、スイングトランスポータ１２によって行われる。ウェハは、第２リニアトランスポータ７によって第３研磨ユニット３Ｃおよび／または第４研磨ユニット３Ｄに搬送される。
研磨部３と洗浄部４との間には、ウエット型膜厚測定器８０が配置されている。より具体的には、ウエット型膜厚測定器８０は、研磨部３の第４研磨ユニット３Ｄに隣接して配置されている。第２リニアトランスポータ７とウエット型膜厚測定器８０との間には搬送ロボット７９が配置されている。研磨部３で研磨されたウェハは、搬送ロボット７９により第２リニアトランスポータ７からウエット型膜厚測定器８０に搬送される。したがって、ウェハは、第２リニアトランスポータ７と搬送ロボット７９から構成される搬送機により研磨部３とウエット型膜厚測定器８０との間を搬送される。搬送ロボット７９を省略して、第２リニアトランスポータ７がウェハをウエット型膜厚測定器８０に直接搬送してもよい。この場合は、ウェハは、第２リニアトランスポータ７から構成される搬送機により研磨部３とウエット型膜厚測定器８０との間を搬送される。
ウエット型膜厚測定器８０は、乾燥処理前のウエット状態のウェハの膜厚を測定することができるウエット型光学膜厚測定器である。このウエット型膜厚測定器８０は、測定対象となるウェハと光学式膜厚測定ヘッドとの間に液体（通常は純水）を介在させた状態で、ウェハに形成された光透過膜の膜厚を測定するように構成されている。測定されるウェハと膜厚測定ヘッドとの間には物性が既知である液体が予め定められた厚さで存在している。以下、ウエット型膜厚測定器８０について図６を参照して説明する。図６（ａ）および図６（ｂ）は、ウエット型膜厚測定器８０を示す模式図である。ウエット型膜厚測定器８０は、純水が貯留された水槽８１と、ウェハＷを真空吸引により把持する把持部８２と、ウェハＷの膜厚を測定する光学式膜厚測定ヘッド８４とを有している。
ウェハＷは、上述した搬送ロボット７９によりサポートアーム８３の上に置かれる。サポートアーム８３上のウェハＷは、把持部８２によって把持され、その後サポートアーム８３はウェハＷから離間する方向に移動する。把持部８２は、ウェハＷをその中心周りに回転させることができるように構成され、さらにウェハＷを上下方向に移動させることが可能に構成されている。水槽８１の上方には、ウェハＷの周方向の向きを検出するオリエンテーション検出器８５が設けられている。このオリエンテーション検出器８５は、ウェハＷの周縁部に形成されているノッチまたはオリエンテーションフラットと呼ばれる切り欠きを検出することによって、ウェハＷの向きを検出する。把持部８２によりウェハＷを回転させながら、オリエンテーション検出器８５によりウェハＷの向きを検出し、ウェハＷが所定の方向を向くまで把持部８２によりウェハＷを回転させる。
ウェハＷが所定の方向を向いた状態で、把持部８２が下降してウェハＷが水槽８１内の水に浸漬される。水槽８１内には、ウェハＷが置かれる複数の測定台８７が配置されており、図６（ｂ）に示すように、ウェハＷはこの測定台８７の上に置かれる。ウェハＷの周縁部が測定台８７上に置かれると、ウェハＷは水平状態となる。水槽８１の底部は透明窓９０から構成されており、光学式膜厚測定ヘッド８４は透明窓９０の下方に配置されている。光学式膜厚測定ヘッド８４は、透明窓９０を通じて水中のウェハＷに光を当て、ウェハＷからの反射光を受光し、反射光に含まれる光学情報からウェハＷの膜厚を決定する。光学式膜厚測定ヘッド８４の膜厚測定原理は、光学式膜厚センサ４０と基本的に同じである。ウエット型膜厚測定器８０としては、特許文献３に記載されている膜厚測定器を使用することができる。
光学式膜厚測定ヘッド８４は水平移動機構９２に連結されており、膜厚測定中の光学式膜厚測定ヘッド８４が水平方向に移動できるようになっている。測定台８７はウェハＷを回転させるウェハ回転機構（図示せず）を有しており、オリエンテーション検出器８５により検出されたウェハＷの向き（周方向の位置）を自在に調整することができるようになっている。水平移動機構９２により、光学式膜厚測定ヘッド８４は、ウェハＷの半径方向に沿った複数の測定点で膜厚を測定することができ、さらにウェハ回転機構を有する測定台８７と水平移動機構９２との組み合わせにより、ウェハＷ上の所望の点での膜厚を測定することができる。膜厚測定中は、水槽８１中のウェハＷは静止状態にあり、かつ水平に置かれているので、回転するウェハの膜厚を測定する光学式膜厚センサ４０よりも高い精度で膜厚を測定することができる。ウエット型膜厚測定器８０によって得られた膜厚の測定値は、動作制御部５に送られる。
図３に戻り、スイングトランスポータ１２の側方には、図示しないフレームに設置されたウェハの仮置き台７２が配置されている。この仮置き台７２は、図３に示すように、第１リニアトランスポータ６に隣接して配置されており、第１リニアトランスポータ６と洗浄部４との間に位置している。スイングトランスポータ１２は、第４搬送位置ＴＰ４、第５搬送位置ＴＰ５、および仮置き台７２の間を移動する。上述した実施例では、各研磨ユニット３Ａ−３Ｄ間でウェハが授受される際には、ウェハはトップリングから離脱され、リニアトランスポータ６，７を介して他の研磨ユニットに搬送されるが、研磨ユニット間のウェハの受け渡し機構は上述の例に限定されることなく、例えばウェハを保持したままトップリングが直接他の研磨ユニットに移動することによりウェハを搬送してもよい。
仮置き台７２に載置されたウェハは、洗浄部４の第１の搬送ロボット７７によって洗浄部４に搬送される。図３に示すように、洗浄部４は、研磨されたウェハを洗浄液で洗浄する一次洗浄器７３および二次洗浄器７４と、洗浄されたウェハを乾燥する乾燥器７５とを備えている。第１の搬送ロボット７７は、ウェハを仮置き台７２から一次洗浄器７３に搬送し、さらに一次洗浄器７３から二次洗浄器７４に搬送するように動作する。二次洗浄器７４と乾燥器７５との間には、第２の搬送ロボット７８が配置されている。この第２の搬送ロボット７８は、ウェハを二次洗浄器７４から乾燥器７５に搬送するように動作する。
乾燥されたウェハは、搬送ロボット２２により乾燥器７５から取り出され、ウェハカセットに戻される。このようにして、研磨、膜厚測定、洗浄、および乾燥を含む一連の処理がウェハに対して行われる。
次に、上述の研磨装置を用いてウェハを研磨する方法について説明する。図７は、研磨されるウェハの断面構造の一例を示す図である。このウェハでは、ＳｉＯ２やＬｏｗ−ｋ材からなる層間絶縁膜１０１の上に、ＳｉＯ２などの酸化膜からなる第１ハードマスク膜１０２が形成されている。さらに、第１ハードマスク膜１０２の上には、金属からなる第２ハードマスク膜１０４が形成されている。層間絶縁膜１０１に形成されたトレンチおよび第２ハードマスク膜１０４を覆うように金属からなるバリア膜１０５が形成される。層間絶縁膜１０１および第１ハードマスク膜１０２は絶縁膜１０３を構成し、第２ハードマスク膜１０４およびバリア膜１０５は導電膜１０６を構成する。図示しないが、多層構造の他の例として、第１ハードマスク膜１０２および第２ハードマスク膜１０４がないものもある。この場合、導電膜１０６はバリア膜１０５から構成され、絶縁膜１０３は層間絶縁膜１０１から構成される。
バリア膜１０５が形成された後、ウェハに銅めっきを施すことで、トレンチ内に銅を充填させるとともに、バリア膜１０５上に金属膜としての銅膜１０７を堆積させる。その後、研磨装置により不要な銅膜１０７、バリア膜１０５、第２ハードマスク膜１０４、および第１ハードマスク膜１０２が除去され、トレンチ内に銅が残る。このトレンチ内の銅は銅膜１０７の一部であり、これが半導体デバイスの配線１０８を構成する。図７の点線で示すように、絶縁膜１０３が所定の厚さになった時点、すなわち配線１０８が所定の高さになった時点で研磨が終了される。
図８（ａ）および図８（ｂ）は、図７に示すウェハの研磨方法の一例を示す図である。上記多層構造のウェハは、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂにて２段階で研磨され、同時に同じ構成の別のウェハが第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄにて２段階で研磨されている。２段研磨のうちの第１段目は、図８（ａ）に示すように、バリア膜１０５が露出するまで不要な銅膜１０７を除去する工程であり、第２段目は、図８（ｂ）に示すように、バリア膜１０５、第２ハードマスク膜１０４、および第１ハードマスク膜１０２を除去し、さらに絶縁膜１０３の厚さが所定の目標値に達するまで（すなわちトレンチ内の配線１０８が所定の目標高さになるまで）層間絶縁膜１０１を研磨する工程である。２段研磨の第１段目は第１研磨ユニット３Ａおよび第３研磨ユニット３Ｃにて行われ、第２段目は第２研磨ユニット３Ｂおよび第４研磨ユニット３Ｄにて行われる。このように、２枚のウェハが研磨ユニット３Ａ，３Ｂおよび研磨ユニット３Ｃ，３Ｄにて並行してそれぞれ研磨される。
絶縁膜１０３の研磨では、光学式膜厚センサ４０により絶縁膜１０３の膜厚信号が取得される。動作制御部５は、絶縁膜１０３の膜厚を直接または間接に表す膜厚指標値を膜厚信号から生成し、この膜厚指標値が所定のしきい値に達したとき（すなわち絶縁膜１０３の膜厚が所定の目標値に達したとき）に絶縁膜１０３の研磨を停止させる。動作制御部５は絶縁膜１０３の除去量から絶縁膜１０３の研磨終点を決定してもよい。すなわち、膜厚指標値に代えて、動作制御部５は、絶縁膜１０３の除去量を直接または間接に表す除去指標値を膜厚信号から生成し、この除去指標値が所定のしきい値に達したとき（すなわち絶縁膜１０３の除去量が所定の目標値に達したとき）に絶縁膜１０３の研磨を停止させるようにしてもよい。この場合でも、絶縁膜１０３をその厚さが所定の目標値に達するまで研磨することができる。
図９は、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すウェハの研磨方法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、第１研磨テーブル３０Ａまたは第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、導電膜１０６を構成するバリア膜１０５が露出するまで、銅膜（金属膜）１０７が研磨される。このステップ１は図８（ａ）に示す第１研磨工程に対応する。ステップ２では、第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、絶縁膜１０３が露出するまで導電膜１０６が研磨され、さらに絶縁膜１０３がその厚さが所定の目標値に達するまで研磨される。より具体的には、バリア膜１０５、第２ハードマスク膜１０４、および第１ハードマスク膜１０２が除去され、さらに層間絶縁膜１０１が研磨される。このステップ２は図８（ｂ）に示す第２研磨工程に対応する。
ステップ３では、研磨液に代えて、純水を第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。この水研磨によりウェハから研磨液および研磨屑が除去される。ステップ４では、研磨されたウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送される。
ステップ５では、研磨された絶縁膜１０３の厚さがウエット型膜厚測定器８０により測定される。膜厚の測定結果は動作制御部５に送られ、ステップ６で、測定された現在の膜厚と膜厚の所定の目標値が動作制御部５により比較される。測定膜厚が目標値に達していない場合には、ステップ７として、測定膜厚と目標値との差から、目標値を達成するために必要な追加研磨時間を動作制御部５により算出する。追加研磨時間は、絶縁膜１０３の現在の膜厚と目標値との差分と、研磨レートとから算出することができる。そして、ウェハは、再度第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に移送され、研磨パッド１０上に研磨液が供給されながら、算出された追加研磨時間だけ再研磨される。測定膜厚が目標値に達している場合には、ウェハは洗浄部４に搬送され、ステップ８として、ウェハが洗浄され、さらに乾燥される。なお、再研磨の後のステップ４，５の膜厚測定およびステップ６の目標膜厚値との比較は省略することが出来る。
ウェハがウエット型膜厚測定器８０にて測定されている間、および／または再研磨される間に、研磨ユニットなどにおいて後続のウェハに処理待ち時間が発生することがある。このような場合、ウェハ表面の乾燥や腐食などのディフェクトの増加を防止するために、ウェハ搬送経路、例えば第１リニアトランスポータ６、第２リニアトランスポータ７、スイングトランスポータ１２等に敷設されたスプレー（図示せず）により、純水や洗浄効果若しくは腐食防止効果等を有する薬液をトップリングに保持されたウェハ、あるいはリニアトランスポータの各搬送位置に停止したウェハに間欠的に吹き付けてもよい。また、再研磨の発生に起因する後続のウェハの研磨開始時間の遅れを動作制御部５で計算し、後続のウェハの研磨時間または研磨を開始するタイミングを調整してもよい。さらに、再研磨を許容するための後続ウェハの処理待ち時間を予め設定し、研磨装置へのウェハ投入タイミングを制御してもよい。このような再研磨を実施する際の後続ウェハに対する動作は、後に説明する実施例にも適用することが出来る。
ウエット型膜厚測定器８０は、ウェハ上の所望の複数の測定点で膜厚を測定し、動作制御部５は膜厚測定値からウェハの研磨プロファイルを生成する。研磨プロファイルは膜厚の断面形状を表している。動作制御部５は、生成された研磨プロファイルに基づいてトップリング３１Ａの研磨圧力、すなわち図５に示す圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４内の圧力を調整するように構成されている。例えば、ウェハのエッジ部の膜厚が他の領域に比べて大きい場合には、エッジ部に対応する圧力室Ｐ４の圧力が高められる。
ウエット型膜厚測定器８０によって取得される膜厚測定結果から、研磨時間、研磨圧力、研磨テーブルの回転速度などの研磨条件を調整することができる。例えば、各研磨工程の終点を研磨時間で管理する場合は、各研磨工程は、予め設定された研磨時間が経過した時点で終了される。この場合、膜厚測定結果に基づいて、設定研磨時間を、目標膜厚を達成するための最適な研磨時間に調整することができる。さらに、各圧力室Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４内の設定圧力（設定研磨圧力）を絶縁膜１０３の厚さが均一になるような最適な圧力に調整することができる。このようにして調整された研磨条件は、ウェハの再研磨に適用でき、また後続のウェハの研磨にも適用できる。したがって、後続のウェハは最適な研磨圧力および最適な研磨時間で研磨される。さらに、絶縁膜１０３を研磨するときの膜厚指標値または除去指標値のしきい値を調整することもできる。膜厚指標値または除去指標値がしきい値に達した後に、ウェハをさらに所定の時間だけ研磨（オーバーポリッシング）してもよい。この場合、オーバーポリッシングの上記所定の時間を膜厚測定結果に基づいて調整してもよい。
本発明によれば、膜厚測定および再研磨は、ウェハの洗浄および乾燥前に行われるため、再研磨を開始するまでに必要な時間を短くすることができる。したがって、スループットを向上させることができる。また、ウェハ研磨のすぐ後に膜厚測定が行われ、研磨条件が調整されるので、その調整された研磨条件を次のウェハの研磨に直ちに適用することができるので次のウェハの処理を待たせることがなくスループットを向上させることができると共に、後続のウェハに最適な研磨条件を適用することで研磨の精度を向上させることができる。
次に、本発明の研磨方法の他の例について説明する。この例では、４つの研磨テーブル３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを用いて図７に示すウェハが研磨される。具体的には、図１０（ａ）に示すように、第１研磨工程として、第１研磨ユニット３Ａにて銅膜１０７がその厚さが所定の目標値に達するまで研磨される。銅膜１０７の研磨では、渦電流式膜厚センサ６０により銅膜１０７の膜厚信号が取得される。動作制御部５は、銅膜１０７の膜厚を直接または間接に表す膜厚指標値を膜厚信号から生成し、この膜厚指標値に基づいて銅膜１０７の研磨を監視し、膜厚指標値が所定のしきい値に達したとき（すなわち銅膜１０７の厚さが所定の目標値に達したとき）に銅膜１０７の研磨を停止させる。
第１研磨ユニット３Ａで研磨されたウェハは第２研磨ユニット３Ｂに搬送され、ここで第２研磨工程が行われる。図１０（ｂ）に示すように、第２研磨工程では、銅膜１０７の下のバリア膜１０５が露出するまで残りの銅膜１０７が研磨される。銅膜１０７が除去されてバリア膜１０５が露出した時点は、膜厚指標値に基づいて動作制御部５によって検出される。例えば、銅膜１０７の除去点は、膜厚指標値が所定のしきい値に達した点から決定することができる。銅膜１０７の研磨レートが高く、バリア膜１０５の研磨レートが低くなる研磨液を使用している場合、銅膜１０７が除去されてバリア膜１０５が露出すると、研磨がそれ以上進行しなくなる。この場合は、膜厚指標値は変化しなくなる。したがって、膜厚指標値が変化しなくなった点を、銅膜１０７が除去された点に決定することもできる。
第２研磨ユニット３Ｂで研磨されたウェハは第３研磨ユニット３Ｃに搬送され、ここで第３研磨工程が行われる。図１０（ｃ）に示すように、第３研磨工程では、導電膜１０６を構成するバリア膜１０５および第２ハードマスク膜１０４が除去される。具体的には、導電膜１０６の下の絶縁膜１０３が露出するまで（第１ハードマスク膜１０２が露出するまで）、導電膜１０６が研磨される。導電膜１０６の研磨では、渦電流式膜厚センサ６０により導電膜１０６の膜厚信号が取得される。動作制御部５は、膜厚信号から導電膜１０６の膜厚指標値を生成し、この膜厚指標値に基づいて導電膜１０６の研磨を監視し、膜厚指標値が所定のしきい値に達したとき、または膜厚指標値が変化しなくなったとき（すなわち導電膜１０６の第２ハードマスク膜１０４が除去されて第１ハードマスク膜１０２が露出したとき）にウェハの研磨を停止させる。
研磨されたウェハは、第３研磨ユニット３Ｃから第４研磨ユニット３Ｄに搬送され、ここで第４研磨工程が行われる。図１０（ｄ）に示すように、第４研磨工程では、第１ハードマスク膜１０２および層間絶縁膜１０１からなる絶縁膜１０３が研磨される。絶縁膜１０３の研磨は、第１ハードマスク膜１０２の除去と、層間絶縁膜１０１の研磨とを含む。絶縁膜１０３は、その厚さが所定の目標値に達するまで研磨される。
絶縁膜１０３の研磨では、光学式膜厚センサ４０により絶縁膜１０３の膜厚信号が取得される。動作制御部５は、膜厚信号から絶縁膜１０３の膜厚指標値または除去指標値を生成し、この膜厚指標値または除去指標値が所定のしきい値に達したとき（すなわち絶縁膜１０３の膜厚または除去量が所定の目標値に達したとき）に絶縁膜１０３の研磨を停止させる。
図１１は、図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）に示すウェハの研磨方法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、第１研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、銅膜（金属膜）１０７がその厚さが所定の目標値に達するまで研磨される。このステップ１は図１０（ａ）に示す第１研磨工程に対応する。ステップ２では、第２研磨テーブル３０Ｂ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、導電膜１０６を構成するバリア膜１０５が露出するまで、銅膜（金属膜）１０７が研磨される。このステップ２は図１０（ｂ）に示す第２研磨工程に対応する。
ステップ３では、第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、導電膜１０６を構成するバリア膜１０５および第２ハードマスク膜１０４が研磨される。この導電膜１０６の研磨は、絶縁膜１０３が露出するまで行われる。このステップ３は図１０（ｃ）に示す第３研磨工程に対応する。ステップ４では、第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、絶縁膜１０３がその厚さが所定の目標値に達するまで研磨される。このステップ４は図１０（ｄ）に示す第４研磨工程に対応する。
ステップ５では、研磨液に代えて、純水を第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。この水研磨によりウェハから研磨液および研磨屑が除去される。ステップ６では、研磨されたウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送される。
ステップ７では、研磨された絶縁膜１０３の厚さがウエット型膜厚測定器８０により測定される。膜厚の測定結果は動作制御部５に送られ、ステップ８で、測定された現在の膜厚と膜厚の所定の目標値が動作制御部５により比較される。測定膜厚が目標値に達していない場合には、ステップ９として、測定膜厚と目標値との差から、目標値を達成するために必要な追加研磨時間を動作制御部５により算出する。そして、ウェハは、再度第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に移送され、研磨パッド１０上に研磨液が供給されながら、算出された追加研磨時間だけ再研磨される。測定膜厚が目標値に達している場合には、ウェハは洗浄部４に搬送され、ステップ１０として、ウェハが洗浄され、さらに乾燥される。なお、再研磨の後のステップ６，７の膜厚測定およびステップ８の目標膜厚値との比較は省略することが出来る。
第３研磨工程では、導電膜１０６の研磨レートを高くしつつ、絶縁膜１０３の研磨レートを低くできる砥粒および／または化学成分を有する、いわゆる高選択比の研磨液を使用することが好ましい。このような研磨液を使用すると、絶縁膜１０３が露出した後はウェハの研磨が実質的に進行しない。したがって、動作制御部５は、導電膜１０６の研磨終点（絶縁膜１０３の露出点）をより正確に検出することができる。
第３研磨工程で高選択比の研磨液が使用される場合は、研磨テーブル３０Ｃを回転させるテーブルモータ１９（図４参照）のトルク電流に基づいて導電膜１０６の研磨終点（絶縁膜１０３の露出点）を検出することもできる。ウェハの研磨中は、ウェハの表面と研磨パッド１０の研磨面とが摺接するため、ウェハと研磨パッド１０との間には摩擦力が生じる。この摩擦力は、ウェハの露出面を形成する膜の種類、および研磨液の種類に依存して変化する。
テーブルモータ１９は、研磨テーブル３０Ｃを予め設定された一定の速度で回転させるように制御される。したがって、ウェハと研磨パッド１０との間に作用する摩擦力が変化すると、テーブルモータ１９に流れる電流値、すなわちトルク電流が変化する。より具体的には、摩擦力が大きくなると、研磨テーブル３０Ｃにより大きなトルクを与えるためにトルク電流が増え、摩擦力が小さくなると、研磨テーブル３０Ｃに与えるトルクを小さくするためにトルク電流が下がる。したがって、動作制御部５は、テーブルモータ１９のトルク電流の変化から導電膜１０６の研磨終点（絶縁膜１０３の露出点）を検出することができる。トルク電流は、図４に示すトルク電流計測器７０によって計測される。
次に、本発明の研磨方法のさらに他の例について説明する。この例でも、４つの研磨テーブル３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを用いて図７に示すウェハが研磨される。具体的には、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す金属膜の第１研磨工程および第２研磨工程は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す第１研磨工程および第２研磨工程と同じであるので、その重複する説明を省略する。
第２研磨ユニット３Ｂで研磨されたウェハは第３研磨ユニット３Ｃに搬送され、ここで第３研磨工程が行われる。図１２（ｃ）に示すように、第３研磨工程では、絶縁膜１０３が露出するまで導電膜１０６が研磨され、さらに露出した絶縁膜１０３が研磨される。より具体的には、導電膜１０６を構成するバリア膜１０５および第２ハードマスク膜１０４が除去され、さらに導電膜１０６の下の絶縁膜１０３が研磨される。絶縁膜１０３は、その厚さが所定の第１の目標値に達するまで研磨される。絶縁膜１０３の厚さは、絶縁膜１０３の除去量から決定してもよい。第３研磨工程での絶縁膜１０３の研磨は、第１ハードマスク膜１０２の除去および層間絶縁膜１０１の研磨、または第１ハードマスク膜１０２の研磨のみを含む。図１２（ｃ）は、導電膜１０６が研磨された後、第１ハードマスク膜１０２が研磨され、層間絶縁膜１０１は研磨されない例を示している。
第３研磨工程での導電膜１０６の研磨では、渦電流式膜厚センサ６０により導電膜１０６の膜厚信号が取得される。動作制御部５は、膜厚信号から導電膜１０６の膜厚指標値を生成し、この膜厚指標値に基づいて導電膜１０６の研磨を監視し、膜厚指標値が所定のしきい値に達したとき、または膜厚指標値が変化しなくなった点（すなわち導電膜１０６が除去されて絶縁膜１０３が露出した点）を検出する。第３研磨工程では、導電膜１０６と絶縁膜１０３は連続して研磨される。絶縁膜１０３の研磨では、光学式膜厚センサ４０により絶縁膜１０３の膜厚信号が取得される。動作制御部５は、膜厚信号から絶縁膜１０３の膜厚指標値または除去指標値を生成し、この膜厚指標値または除去指標値が所定の第１のしきい値に達したとき（すなわち絶縁膜１０３の膜厚が所定の第１の目標値に達したとき）に絶縁膜１０３の研磨を停止させる。
第３研磨ユニット３Ｃで研磨されたウェハは、ウエット型膜厚測定器８０に搬送され、ここでウェハの膜厚が測定される。膜厚測定後、ウェハは第４研磨ユニット３Ｄに搬送され、ここで第４研磨工程が行われる。図１２（ｄ）に示すように、第４研磨工程では、絶縁膜１０３が研磨される。絶縁膜１０３は、その厚さが所定の第２の目標値に達するまで研磨される。絶縁膜１０３の研磨は、第１ハードマスク膜１０２の除去および層間絶縁膜１０１の研磨、または層間絶縁膜１０１の研磨のみを含む。図１２（ｄ）は、第１ハードマスク膜１０２が除去され、続いて層間絶縁膜１０１が研磨された例を示している。
図１３は、図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）に示すウェハの研磨方法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、第１研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、銅膜（金属膜）１０７がその厚さが所定の目標値に達するまで研磨される。このステップ１は図１２（ａ）に示す第１研磨工程に対応する。ステップ２では、第２研磨テーブル３０Ｂ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、導電膜１０６を構成するバリア膜１０５が露出するまで、銅膜（金属膜）１０７が研磨される。このステップ２は図１２（ｂ）に示す第２研磨工程に対応する。
ステップ３では、第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、導電膜１０６を構成するバリア膜１０５および第２ハードマスク膜１０４が研磨され、さらにその下の絶縁膜１０３がその厚さが所定の第１の目標値に達するまで研磨される。このステップ３は図１２（ｃ）に示す第３研磨工程に対応する。ステップ４では、研磨液に代えて、純水を第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。この水研磨によりウェハから研磨液および研磨屑が除去される。ステップ５では、研磨されたウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送される。
ステップ６では、研磨された絶縁膜１０３の厚さがウエット型膜厚測定器８０により測定される。膜厚の測定結果は動作制御部５に送られ、ステップ７で、測定された現在の膜厚と膜厚の最終目標値である所定の第２の目標値が動作制御部５により比較される。測定膜厚が目標値に達していない場合には、ステップ８として、測定膜厚と第２の目標値との差から、第２の目標値を達成するために必要な追加研磨時間を動作制御部５により算出する。追加研磨時間は、絶縁膜１０３の現在の膜厚と第２の目標値との差分と、研磨レートとから算出することができる。そして、ステップ９では、ウェハは、第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に移送され、研磨パッド１０上に研磨液が供給されながら、算出された追加研磨時間だけウェハが再研磨される。このステップ９は図１２（ｄ）に示す第４研磨工程に対応する。なお、ウェハを第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０に搬送して、再研磨を第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０で行ってもよい。
ステップ１０では、研磨液に代えて、純水を第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。その後、ウェハの処理フローは、ステップ５に戻る。測定膜厚が目標値に達している場合には、ウェハは洗浄部４に搬送され、ステップ１１として、ウェハが洗浄され、さらに乾燥される。
ステップ８で算出される追加研磨時間だけウェハを研磨することにより、ウェハの膜厚は目標値に達することが期待される。したがって、ステップ９およびステップ１０の後、ステップ５に戻って再度膜厚を測定することなく直接ステップ１１としてウェハを洗浄さらに乾燥してウェハ処理を終了させてもよい。このような再研磨後の膜厚測定の省略は、先に説明した実施例および後に説明する実施例にも適用することができる。
図１２（ａ）乃至図１２（ｃ），および図１３を参照して説明した本実施例は、膜厚がその最終目標値である第２の目標値の手前の第１の目標値に達するまで膜を研磨し、研磨されたウェハの膜厚をウエット型膜厚測定器８０により測定し、測定された現在の膜厚と第２の目標値との差をなくすために必要な追加研磨時間を算出し、そして、ウェハを追加研磨時間だけ再研磨するというものである。このように意図的に最終目標値の手前で研磨を止めて膜厚を測定し、その後再研磨するという本実施例は、先に説明した実施例および後に説明する実施例にも適用することができる。
本発明に係る研磨方法は、他の積層構造を有するウェハにも適用することができる。図１４は、タングステン膜、バリア膜、および絶縁膜からなる積層構造の断面図である。このウェハでは、絶縁膜１１０および該絶縁膜１１０に形成されたトレンチを覆うように導電膜としてのバリア膜１１１が形成されている。絶縁膜１１０はＳｉＯ２やＬｏｗ−ｋ材などから形成され、バリア膜１１１はＴｉあるいはＴｉＮなどの金属から形成されている。さらに、バリア膜１１１を覆うように金属膜としてのタングステン膜１１２が形成され、トレンチはタングステン膜１１２で充填されている。図１４の点線で示すように、不要なタングステン膜１１２およびバリア膜１１１が除去され、絶縁膜１１０が所定の厚さに達するまで研磨される。トレンチ内のタングステンはタングステン膜１１２の一部であり、これが半導体デバイスの配線１１３を構成する。
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、図１４に示すウェハの研磨方法の一例を示す図である。上記多層構造のウェハは、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂにて２段階で研磨され、同時に同じ構成の別のウェハが第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄにて２段階で研磨されている。２段研磨のうちの第１段目は、図１５（ａ）に示すように、絶縁膜１１０が露出するまでタングステン膜１１２およびバリア膜１１１を除去する工程であり、第２段目は、図１５（ｂ）に示すように、絶縁膜１１０の厚さが所定の目標値に達するまで（すなわちトレンチ内の配線１１３が所定の目標高さになるまで）絶縁膜１１０を研磨する工程である。２段研磨の第１段目は第１研磨ユニット３Ａおよび第３研磨ユニット３Ｃにて行われ、第２段目は第２研磨ユニット３Ｂおよび第４研磨ユニット３Ｄにて行われる。
図１６は、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すウェハの研磨方法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、第１研磨テーブル３０Ａまたは第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、絶縁膜１１０が露出するまで、タングステン膜（金属膜）１１２およびバリア膜１１１が研磨される。このステップ１は図１５（ａ）に示す第１研磨工程に対応する。ステップ２では、第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、絶縁膜１１０がその厚さが所定の目標値に達するまで研磨される。このステップ２は図１５（ｂ）に示す第２研磨工程に対応する。
絶縁膜１１０の研磨では、光学式膜厚センサ４０により絶縁膜１１０の膜厚信号が取得される。動作制御部５は、膜厚信号から絶縁膜１１０の膜厚指標値または除去指標値を生成し、この膜厚指標値または除去指標値が所定のしきい値に達したとき（すなわち絶縁膜１１０の膜厚または除去量が所定の目標値に達したとき）に絶縁膜１１０の研磨を停止させる。
ステップ３では、研磨液に代えて、純水を第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。この水研磨によりウェハから研磨液および研磨屑が除去される。ステップ４では、研磨されたウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送される。
ステップ５では、研磨された絶縁膜１１０の厚さがウエット型膜厚測定器８０により測定される。膜厚の測定結果は動作制御部５に送られ、ステップ６で、測定された現在の膜厚と膜厚の所定の目標値とが動作制御部５により比較される。測定膜厚が目標値に達していない場合には、ステップ７として、測定膜厚と目標値との差から、目標値を達成するために必要な追加研磨時間を動作制御部５により算出する。そして、ウェハは、再度第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に移送され、研磨パッド１０上に研磨液が供給されながら、算出された追加研磨時間だけ再研磨される。測定膜厚が目標値に達している場合には、ウェハは洗浄部４に搬送され、ステップ８として、ウェハが洗浄され、さらに乾燥される。なお、再研磨の後のステップ４，５の膜厚測定およびステップ６の目標膜厚値との比較は省略することが出来る。
次に、さらに他の積層構造を有するウェハを研磨する例について説明する。図１７は、層間絶縁膜（ＩＤＬ）が形成されたウェハの断面図である。このウェハでは、下地層１２０の上に金属配線１２１が形成され、さらに金属配線１２１を覆うように層間絶縁膜１２２がＣＶＤにより形成されている。
図１８（ａ）および図１８（ｂ）は、図１７に示すウェハの研磨方法の一例を示す図である。上記多層構造のウェハは、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂにて２段階で研磨され、同時に同じ構成の別のウェハが第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄにて２段階で研磨されている。２段研磨のうちの第１段目は、図１８（ａ）に示すように、層間絶縁膜１２２の表面に形成された段部（または凸部）を除去してその表面を平坦にする工程であり、第２段目は、図１８（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１２２を僅かに研磨してその表面に形成された傷を除去する工程である。２段研磨の第１段目は第１研磨ユニット３Ａおよび第３研磨ユニット３Ｃにて行われ、第２段目は第２研磨ユニット３Ｂおよび第４研磨ユニット３Ｄにて行われる。
図１９は、図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すウェハの研磨方法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、第１研磨テーブル３０Ａまたは第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、層間絶縁膜１２２の表面に形成された段部（または凸部）が除去されるまで、層間絶縁膜１２２が研磨される。このステップ１は図１８（ａ）に示す第１研磨工程に対応する。ステップ２では、第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、層間絶縁膜１２２の厚さが所定の目標値に達するまで層間絶縁膜１２２が研磨される。このステップ２は図１８（ｂ）に示す第２研磨工程に対応する。
層間絶縁膜１２２の研磨では、光学式膜厚センサ４０により層間絶縁膜１２２の膜厚信号が取得される。動作制御部５は、膜厚信号から層間絶縁膜１２２の膜厚指標値または除去指標値を生成し、この膜厚指標値または除去指標値が所定のしきい値に達したとき（すなわち層間絶縁膜１２２の膜厚または除去量が所定の目標値に達したとき）に層間絶縁膜１２２の研磨を停止させる。
ステップ３では、研磨液に代えて、純水を第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。この水研磨によりウェハから研磨液および研磨屑が除去される。ステップ４では、研磨されたウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送される。
ステップ５では、研磨された層間絶縁膜１２２の厚さがウエット型膜厚測定器８０により測定される。膜厚の測定結果は動作制御部５に送られ、ステップ６で、測定された現在の膜厚と膜厚の所定の目標値とが動作制御部５により比較される。測定膜厚が目標値に達していない場合には、ステップ７として、測定膜厚と目標値との差から、目標値を達成するために必要な追加研磨時間を動作制御部５により算出する。そして、ウェハは、再度第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に移送され、研磨パッド１０上に研磨液が供給されながら、算出された追加研磨時間だけ再研磨される。測定膜厚が目標値に達している場合には、ウェハは洗浄部４に搬送され、ステップ８として、ウェハが洗浄され、さらに乾燥される。なお、再研磨の後のステップ４，５の膜厚測定およびステップ６の目標膜厚値との比較は省略することが出来る。
図２０は、ＳＴＩ（シャロートレンチアイソレーション）プロセスを示すウェハの断面図である。図２０に示すウェハでは、シリコン層１３０の上にＳｉＯ２膜１３１が形成され、その上にＳｉ３Ｎ４からなるシリコン窒化膜１３２が形成され、さらにその上にＳｉＯ２からなる素子分離絶縁膜１３３（以下、単に絶縁膜１３３という）が高密度プラズマＣＶＤなどにより形成されている。シリコン層１３０、ＳｉＯ２膜１３１、およびシリコン窒化膜１３２にはＳＴＩ溝が形成されており、絶縁膜１３３の一部はＳＴＩ溝に埋め込まれている。
図２１（ａ）および図２１（ｂ）は、図２０に示すウェハの研磨方法の一例を示す図である。上記多層構造のウェハは、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂにて２段階で研磨され、同時に同じ構成の別のウェハが第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄにて２段階で研磨されている。２段研磨のうちの第１段目は、図２１（ａ）に示すように、不要な絶縁膜１３３を除去してシリコン窒化膜１３２を露出させる工程であり、第２段目は、図２１（ｂ）に示すように、絶縁膜１３３およびシリコン窒化膜１３２を研磨してその表面に形成された傷を除去するとともに絶縁膜１３３の膜厚を最終的に調整する工程である。２段研磨の第１段目は第１研磨ユニット３Ａおよび第３研磨ユニット３Ｃにて行われ、第２段目は第２研磨ユニット３Ｂおよび第４研磨ユニット３Ｄにて行われる。
図２２は、図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すウェハの研磨方法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、第１研磨テーブル３０Ａまたは第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、シリコン窒化膜１３２が露出するまで、絶縁膜１３３が研磨される。このステップ１は図２１（ａ）に示す第１研磨工程に対応する。ステップ２では、第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、絶縁膜１３３の厚さが所定の目標値に達するまで絶縁膜１３３およびシリコン窒化膜１３２が研磨される。このステップ２は図２１（ｂ）に示す第２研磨工程に対応する。
ステップ３では、研磨液に代えて、純水を第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。この水研磨によりウェハから研磨液および研磨屑が除去される。ステップ４では、研磨されたウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送される。
ステップ５では、研磨された絶縁膜１３３の厚さがウエット型膜厚測定器８０により測定される。膜厚の測定結果は動作制御部５に送られ、ステップ６で、測定された現在の膜厚と膜厚の所定の目標値とが動作制御部５により比較される。測定膜厚が目標値に達していない場合には、ステップ７として、測定膜厚と目標値との差から、目標値を達成するために必要な追加研磨時間を動作制御部５により算出する。そして、ウェハは、再度第２研磨テーブル３０Ｂまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に移送され、研磨パッド１０上に研磨液が供給されながら、算出された追加研磨時間だけ再研磨される。測定膜厚が目標値に達している場合には、ウェハは洗浄部４に搬送され、ステップ８として、ウェハが洗浄され、さらに乾燥される。なお、再研磨の後のステップ４，５の膜厚測定およびステップ６の目標膜厚値との比較は省略することが出来る。
次に、さらに他の積層構造を有するウェハを研磨する例について説明する。図２３はＨｉｇｈ−ｋメタルゲートを形成する過程においてＣＭＰが適用される積層構造が形成されたウェハの断面図である。図２３に示すように、シリコン層１４０の上にポリシリコン１４１が形成され、ポリシリコン１４１を覆うようにシリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）からなるサイドウォール１４２が形成されている。さらに、サイドウォール１４２の上には絶縁膜１４４が形成されている。
このウェハは、図２４（ａ）乃至図２４（ｄ）に示すように、４段階で研磨される。すなわち、第１研磨工程は、図２４（ａ）に示すように、絶縁膜１４４をその厚さが所定の第１の目標値に達するまで研磨する工程であり、第２研磨工程は、図２４（ｂ）に示すように、サイドウォール１４２が露出し、かつ絶縁膜１４４の厚さが所定の第２の目標値に達するまで絶縁膜１４４を研磨する工程であり、第３研磨工程は、図２４（ｃ）に示すように、ポリシリコン１４１が露出し、かつ絶縁膜１４４の厚さが所定の第３の目標値に達するまで絶縁膜１４４およびサイドウォール１４２を研磨する工程であり、第４研磨工程は、図２４（ｄ）に示すように、絶縁膜１４４が所定の第４の目標値に達するまで絶縁膜１４４、ポリシリコン１４１、およびサイドウォール１４２を研磨する工程である。
第１研磨工程は第１研磨ユニット３Ａで行われ、第２研磨工程は第２研磨ユニット３Ｂで行われ、第３研磨工程は第３研磨ユニット３Ｃで行われ、第４研磨工程は第４研磨ユニット３Ｄで行われる。各研磨工程中、光学式膜厚センサ４０により絶縁膜１４４の膜厚信号が取得される。光学式膜厚センサ４０に代えて、設定時間またはトルク電流計測器７０を使用して研磨終点を決定してもよい。動作制御部５は、膜厚信号から絶縁膜１４４の膜厚指標値または除去指標値を生成し、この膜厚指標値または除去指標値が所定のしきい値に達したとき（すなわち絶縁膜１４４の膜厚または除去量が所定の目標値に達したとき）に絶縁膜１４４の研磨を停止させる。
図２５は、図２４（ａ）乃至図２４（ｄ）に示すウェハの研磨方法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、第１研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、絶縁膜１４４の厚さが所定の第１の目標値に達するまで絶縁膜１４４が研磨される。このステップ１は図２４（ａ）に示す第１研磨工程に対応する。ステップ２では、第２研磨テーブル３０Ｂ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、サイドウォール１４２が露出し、かつ絶縁膜１４４の厚さが所定の第２の目標値に達するまで絶縁膜１４４が研磨される。このステップ２は図２４（ｂ）に示す第２研磨工程に対応する。
ステップ３では、研磨液に代えて、純水を第２研磨テーブル３０Ｂ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。この水研磨によりウェハから研磨液および研磨屑が除去される。ステップ４では、研磨されたウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送される。
ステップ５では、研磨された絶縁膜１４４の厚さがウエット型膜厚測定器８０により測定される。膜厚の測定結果は動作制御部５に送られ、ステップ６で、測定された現在の膜厚と膜厚の所定の第２の目標値とが動作制御部５により比較される。測定膜厚が第２の目標値に達していない場合には、ステップ７として、測定膜厚と第２の目標値との差から、第２の目標値を達成するために必要な追加研磨時間を動作制御部５により算出する。そして、ウェハは、再度第１研磨テーブル３０Ａまたは第２研磨テーブル３０Ｂ上の研磨パッド１０に移送され、研磨パッド１０上に研磨液が供給されながら、算出された追加研磨時間だけ再研磨される。なお、再研磨の後のステップ４，５の膜厚測定およびステップ６の目標膜厚値との比較は省略することが出来る。再研磨のために第１研磨テーブル３０Ａまたは第２研磨テーブル３０Ｂのどちらにウェハを搬送するかの判断基準は、サイドウォール１４２が露出しているか否か、あるいは絶縁膜１４４の現在の膜厚と膜厚の所定の第２の目標値との差が予め定めたレンジ内にあるか否かとすることができる。測定膜厚が目標値に達している場合には、ウェハは第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に搬送される。
ステップ８では、第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、絶縁膜１４４の厚さが所定の第３の目標値に達するまで絶縁膜１４４およびサイドウォール１４２が研磨される。このステップ８は図２４（ｃ）に示す第３研磨工程に対応する。ステップ９では、第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、絶縁膜１４４の厚さが所定の第４の目標値に達するまで絶縁膜１４４、ポリシリコン１４１、およびサイドウォール１４２が研磨される。このステップ９は図２４（ｄ）に示す第４研磨工程に対応する。
ステップ１０では、研磨液に代えて、純水を第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。この水研磨によりウェハから研磨液および研磨屑が除去される。ステップ１１では、研磨されたウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送される。
ステップ１２では、研磨された絶縁膜１４４の厚さがウエット型膜厚測定器８０により測定される。膜厚の測定結果は動作制御部５に送られ、ステップ１３で、測定された現在の膜厚と膜厚の所定の第４の目標値とが動作制御部５により比較される。測定膜厚が第４の目標値に達していない場合には、ステップ１４として、測定膜厚と第４の目標値との差から、第４の目標値を達成するために必要な追加研磨時間を動作制御部５により算出する。そして、ウェハは、再度第３研磨テーブル３０Ｃまたは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に移送され、研磨パッド１０上に研磨液が供給されながら、算出された追加研磨時間だけ再研磨される。なお、再研磨の後のステップ１１，１２の膜厚測定およびステップ１３の目標膜厚値との比較は省略することが出来る。再研磨のために第３研磨テーブル３０Ｃまたは第４研磨テーブル３０Ｄのどちらにウェハを搬送するかの判断基準は、ポリシリコン１４１が露出しているか否か、あるいは絶縁膜１４４の現在の膜厚と膜厚の所定の第４の目標値との差が予め定めたレンジ内にあるか否かとすることができる。測定膜厚が第４の目標値に達している場合には、ウェハは洗浄部４に搬送され、ステップ１５として、ウェハが洗浄され、乾燥される。
図２６は、図２４（ａ）乃至図２４（ｄ）に示すウェハの別の研磨方法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、第１研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、絶縁膜１４４の厚さが所定の第１の目標値に達するまで絶縁膜１４４が研磨される。このステップ１は図２４（ａ）に示す第１研磨工程に対応する。ステップ２では、研磨液に代えて、純水を第１研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。ステップ３では、ウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送され、ここで絶縁膜１４４の厚さが測定される。さらに、ステップ４では、測定された現在の膜厚が所定の第２の目標値に達するために必要な追加研磨時間が動作制御部５により算出される。
ステップ５では、ウェハは第２研磨テーブル３０Ｂ上の研磨パッド１０上に搬送され、研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、ステップ３で算出された追加研磨時間だけ絶縁膜１４４が研磨される。このステップ５は図２４（ｂ）に示す第２研磨工程に対応する。ステップ６では、研磨液に代えて、純水を第２研磨テーブル３０Ｂ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。
ステップ７では、ウェハはウエット型膜厚測定器８０に再び搬送され、ここで絶縁膜１４４の厚さがウエット型膜厚測定器８０により測定される。膜厚の測定結果は動作制御部５に送られ、ステップ８で、測定された現在の膜厚と膜厚の所定の第２の目標値とが動作制御部５により比較される。測定膜厚が第２の目標値に達していない場合には、ステップ９として、測定膜厚と第２の目標値との差から、第２の目標値を達成するために必要な追加研磨時間を動作制御部５により算出する。そして、ウェハは、再度第２研磨テーブル３０Ｂ上の研磨パッド１０に移送され、研磨パッド１０上に研磨液が供給されながら、算出された追加研磨時間だけ再研磨される。測定膜厚が目標値に達している場合には、ウェハは第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に搬送される。なお、上述のステップ５では、ステップ４で算出される追加研磨時間だけウェハを研磨することにより、ウェハの膜厚は所定の第２の目標値に達することが期待される。したがって、ステップ７の膜厚測定およびステップ８の目標膜厚値との比較は省略することが出来る。
ステップ１０では、第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、絶縁膜１４４の厚さが所定の第３の目標値に達するまで絶縁膜１４４およびサイドウォール１４２が研磨される。このステップ１０は図２４（ｃ）に示す第３研磨工程に対応する。ステップ１１では、研磨液に代えて、純水を第３研磨テーブル３０Ｃ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。ステップ１２では、ウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送され、ここで絶縁膜１４４の厚さが測定される。さらに、ステップ１３では、測定された現在の膜厚が所定の第４の目標値に達するために必要な追加研磨時間が動作制御部５により算出される。
ステップ１４では、ウェハは第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に搬送され、研磨パッド１０上に研磨液を供給しながら、ステップ１３で算出された追加研磨時間だけ絶縁膜１４４，サイドウォール１４２，およびポリシリコン１４１が研磨される。このステップ１４は図２４（ｄ）に示す第４研磨工程に対応する。ステップ１５では、研磨液に代えて、純水を第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される。
ステップ１６では、ウェハはウエット型膜厚測定器８０に搬送され、ここで絶縁膜１４４の厚さが測定される。膜厚の測定結果は動作制御部５に送られ、ステップ１７で、測定された現在の膜厚と膜厚の所定の第４の目標値とが動作制御部５により比較される。測定膜厚が第４の目標値に達していない場合には、ステップ１８として、測定膜厚と第４の目標値との差から、第４の目標値を達成するために必要な追加研磨時間を動作制御部５により算出する。そして、ウェハは、再度第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に移送され、研磨パッド１０上に研磨液が供給されながら、算出された追加研磨時間だけ再研磨される。測定膜厚が目標値に達している場合には、ウェハは洗浄部４に搬送され、ステップ１９として、ウェハが洗浄され、乾燥される。なお、上述のステップ１４では、ステップ１３で算出される追加研磨時間だけウェハを研磨することにより、ウェハの膜厚は所定の第４の目標値に達することが期待される。したがって、ステップ１６の膜厚測定およびステップ１７の目標膜厚値との比較は省略することが出来る。
上述した各実施形態では、膜厚測定および再研磨は、ウェハの洗浄および乾燥前に行われる。したがって、再研磨に必要な時間を短くすることができ、スループットを向上させることができる。また、ウェハ研磨のすぐ後に膜厚測定が行われるので、膜厚測定の結果調整された研磨条件を次のウェハの研磨に直ちに適用することができるので、次のウェハの処理を待たせることがなくスループットを向上させることができると共に、後続のウェハに最適な研磨条件を適用することで研磨の精度を向上させることができる。
研磨終点検出に光学式膜厚センサ６０を使用する場合には、ウエット型膜厚測定器８０での膜厚測定値を用いて光学式膜厚センサ６０の較正を実施することもできる。光学式膜厚センサ６０の較正を実施した後には、光学式膜厚センサ６０の膜厚信号から得られる膜厚指標値または除去指標値はウエット式膜厚測定器８０の膜厚測定値と相関が得られるため、ウエット型膜厚測定器８０での膜厚測定を省略しても研磨の精度を保つことができる。
具体的には、膜の厚さを光学式膜厚センサ６０で測定しながらウェハを研磨し、光学式膜厚センサ６０から得られた現在の膜厚の測定値が所定の値に達したときにウェハの研磨を停止し、研磨されたウェハを洗浄および乾燥する前にウエット型膜厚測定器８０に搬送し、ウエット型膜厚測定器８０により膜の現在の厚さを測定し、光学式膜厚センサ６０から得られた現在の膜厚の測定値と、ウエット型膜厚測定器８０から得られた現在の膜厚の測定値との比較から、光学式膜厚センサ６０を較正し、ウェハと同一の構成を有する後続のウェハを研磨し、その間、較正された光学式膜厚センサ６０で後続のウェハの膜の厚さを測定し、光学式膜厚センサ６０から得られた膜の厚さが所定の目標値に達したときに後続のウェハの研磨を停止することによって、精度の高い研磨を実現することができる。この研磨方法によれば、測定精度の高いウエット型膜厚測定器８０の膜厚測定値を用いて光学式膜厚センサ６０が較正される。したがって、後続のウェハの研磨中のＩｎ−ｓｉｔｕ膜厚測定の精度が向上され、結果として、ウェハの再研磨をなくすことができる。さらに、膜厚の測定結果に基づいて調整された研磨条件（研磨時間、研磨圧力など）を次のウェハの研磨に適用することができる。したがって、スループットを向上させることができる。
次に、渦電流式膜厚センサ４０および光学式膜厚センサ６０について説明する。図２７は、渦電流式膜厚センサおよび光学式膜厚センサを備えた第１研磨ユニット３Ａを示す模式断面図である。なお、研磨ユニット３Ｂ〜３Ｄも、図２７に示す第１研磨ユニット３Ａと同様の構成を有しているので、その重複する説明を省略する。
光学式膜厚センサ４０および渦電流式膜厚センサ６０は研磨テーブル３０Ａに埋設されており、研磨テーブル３０Ａおよび研磨パッド１０とともに一体に回転する。トップリングシャフト１６は、ベルト等の連結手段１７を介してトップリングモータ１８に連結されて回転されるようになっている。このトップリングシャフト１６の回転により、トップリング３１Ａが矢印で示す方向に回転するようになっている。
光学式膜厚センサ４０は、ウェハＷの表面に光を当て、ウェハＷからの反射光を受光し、その反射光を波長にしたがって分解するように構成されている。光学式膜厚センサ４０は、光をウェハＷの被研磨面に照射する投光部４２と、ウェハＷから戻ってくる反射光を受光する受光部としての光ファイバー４３と、ウェハＷからの反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って反射光の強度を測定する分光器４４とを備えている。
研磨テーブル３０Ａには、その上面で開口する第１の孔５０Ａおよび第２の孔５０Ｂが形成されている。また、研磨パッド１０には、これら孔５０Ａ，５０Ｂに対応する位置に通孔５１が形成されている。孔５０Ａ，５０Ｂと通孔５１とは連通し、通孔５１は研磨面１０ａで開口している。第１の孔５０Ａは液体供給路５３およびロータリージョイント（図示せず）を介して液体供給源５５に連結されており、第２の孔５０Ｂは、液体排出路５４に連結されている。
投光部４２は、多波長の光を発する光源４７と、光源４７に接続された光ファイバー４８とを備えている。光ファイバー４８は、光源４７によって発せられた光をウェハＷの表面まで導く光伝送部である。光ファイバー４８および光ファイバー４３の先端は、第１の孔５０Ａ内に位置しており、ウェハＷの被研磨面の近傍に位置している。光ファイバー４８および光ファイバー４３の各先端は、トップリング３１Ａに保持されたウェハＷに対向して配置される。研磨テーブル３０Ａが回転するたびにウェハＷの複数の領域に光が照射される。好ましくは、光ファイバー４８および光ファイバー４３の各先端は、トップリング３１Ａに保持されたウェハＷの中心に対向して配置される。
ウェハＷの研磨中は、液体供給源５５からは、透明な液体として水（好ましくは純水）が液体供給路５３を介して第１の孔５０Ａに供給され、ウェハＷの下面と光ファイバー４８，４３の先端との間の空間を満たす。水は、さらに第２の孔５０Ｂに流れ込み、液体排出路５４を通じて排出される。研磨液は水と共に排出され、これにより光路が確保される。液体供給路５３には、研磨テーブル３０Ａの回転に同期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５１の上にウェハ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。
光ファイバー４８と光ファイバー４３は互いに並列に配置されている。光ファイバー４８および光ファイバー４３の各先端は、ウェハＷの表面に対してほぼ垂直に配置されており、光ファイバー４８はウェハＷの表面にほぼ垂直に光を照射するようになっている。
ウェハＷの研磨中は、投光部４２から光がウェハＷに照射され、光ファイバー（受光部）４３によってウェハＷからの反射光が受光される。分光器４４は、反射光の各波長での強度を所定の波長範囲に亘って測定し、得られた光強度データを動作制御部５に送る。この光強度データは、ウェハＷの膜厚を反映した膜厚信号であり、膜厚に従って変化する。動作制御部５は、光強度データから波長ごとの光の強度を表わすスペクトルを生成し、さらにスペクトルからウェハＷの膜厚を示す膜厚指標値を生成する。
図２８は、光学式膜厚センサ４０の原理を説明するための模式図であり、図２９はウェハＷと研磨テーブル３０Ａとの位置関係を示す平面図である。図２８に示す例では、ウェハＷは、下層膜と、その上に形成された上層膜とを有している。投光部４２および受光部４３は、ウェハＷの表面に対向して配置されている。投光部４２は、研磨テーブル３０Ａが１回転するたびにウェハＷの中心を含む複数の領域に光を照射する。
ウェハＷに照射された光は、媒質（図２８の例では水）と上層膜との界面と、上層膜と下層膜との界面で反射し、これらの界面で反射した光の波が互いに干渉する。この光の波の干渉の仕方は、上層膜の厚さ（すなわち光路長）に応じて変化する。このため、ウェハＷからの反射光から生成されるスペクトルは、上層膜の厚さに従って変化する。分光器４４は、反射光を波長に従って分解し、反射光の強度を波長ごとに測定する。動作制御部５は、分光器４４から得られた反射光の強度データ（膜厚信号）からスペクトルを生成する。このスペクトルは、光の波長と強度との関係を示す線グラフ（すなわち分光波形）として表される。光の強度は、反射率または相対反射率などの相対値として表わすこともできる。
図３０は、動作制御部５によって生成されたスペクトルを示す図である。図３０において、横軸は反射光の波長を表わし、縦軸は反射光の強度から導かれる相対反射率を表わす。この相対反射率とは、反射光の強度を表わす１つの指標であり、具体的には、反射光の強度と所定の基準強度との比である。各波長において反射光の強度（実測強度）を所定の基準強度で割ることにより、装置の光学系や光源固有の強度のばらつきなどの不要な要素が実測強度から除去され、これにより上層膜の厚さ情報のみを反映したスペクトルを得ることができる。
所定の基準強度は、例えば、膜が形成されていないシリコンウェハ（ベアウェハ）を水の存在下で研磨しているときに得られた反射光の強度とすることができる。実際の研磨では、実測強度からダークレベル（光を遮断した条件下で得られた背景強度）を引き算して補正実測強度を求め、さらに基準強度から上記ダークレベルを引き算して補正基準強度を求め、そして、補正実測強度を補正基準強度で割り算することにより、相対反射率が求められる。具体的には、相対反射率Ｒ（λ）は、次の式（１）を用いて求めることができる。
Figure 0006046933
 ここで、λは波長であり、Ｅ（λ）はウェハからの反射光の強度であり、Ｂ（λ）は基準強度であり、Ｄ（λ）はダークレベル（光を遮断した条件下で測定された光の強度）である。
動作制御部５は、研磨中に生成されたスペクトルと複数の基準スペクトルとを比較することで、生成されたスペクトルに最も近い基準スペクトルを決定し、この決定された基準スペクトルに関連付けられた膜厚を現在の膜厚として決定する。複数の基準スペクトルは、研磨対象のウェハと同種のウェハを研磨することによって予め取得されたものであり、各基準スペクトルにはその基準スペクトルが取得されたときの膜厚が関連付けられている。すなわち、各基準スペクトルは、異なる膜厚のときに取得されたものであり、複数の基準スペクトルは複数の異なる膜厚に対応する。したがって、現在のスペクトルに最も近い基準スペクトルを特定することにより、現在の膜厚を推定することができる。この推定膜厚値は上述した膜厚指標値である。
光学式膜厚センサ４０は、光を透過させる性質を持つ絶縁膜の膜厚を決定するのに適している。動作制御部５は、光学式膜厚センサ４０によって取得された膜厚指標値（光強度データ）から膜の除去量を決定することもできる。具体的には、初期膜厚指標値（初期光強度データ）から上述の方法にしたがって初期の推定膜厚値を求め、この初期の推定膜厚値から現在の推定膜厚値を引き算することにより除去量を求めることができる。
上記方法に代えて、膜の除去量は、膜厚にしたがって変化するスペクトルの変化量から決定することもできる。図３２は、膜厚差Δαに対応する２つのスペクトルを示す模式図である。ここで、αは膜厚であり、研磨時には膜厚αは時間とともに減少する（Δα＞０）。図３２に示すように、スペクトルは膜厚の変化とともに波長軸に沿って移動する。異なる時間に取得された２つのスペクトル間の変化量は、これらスペクトルによって囲まれる領域（ハッチングで示す）に相当する。したがって、上記領域の面積を計算することにより、膜の除去量を決定することができる。膜の除去量Ｕは、次の式（２）から求められる。
Figure 0006046933
 ここで、λは光の波長であり、λ１，λ２は監視対象とするスペクトルの波長範囲を決定する下限値および上限値であり、Ｒｃは現在取得された相対反射率であり、Ｒｐは前回取得された相対反射率である。
上記式（２）に従って算出されたスペクトルの変化量は、膜の除去量を示す除去指標値である。
次に、渦電流式膜厚センサ６０について説明する。渦電流式膜厚センサ６０は、コイルに高周波の交流電流を流して導電膜に渦電流を誘起させ、この渦電流の磁界に起因するインピーダンスの変化から導電膜の厚さを検出するように構成される。図３３は、渦電流式膜厚センサ６０の原理を説明するための回路を示す図である。交流電源Ｓから高周波の交流電流Ｉ１を渦電流式膜厚センサ６０のコイル６１に流すと、コイル６１に誘起された磁力線が導電膜中を通過する。これにより、センサ側回路と導電膜側回路との間に相互インダクタンスが発生し、導電膜には渦電流Ｉ２が流れる。この渦電流Ｉ２は磁力線を発生し、これがセンサ側回路のインピーダンスを変化させる。渦電流式膜厚センサ６０は、このセンサ側回路のインピーダンスの変化から導電膜の膜厚を検出する。
図３３に示すセンサ側回路と導電膜側回路には、それぞれ次の式が成り立つ。
Ｒ１Ｉ１＋Ｌ１ｄＩ１／ｄｔ＋ＭｄＩ２／ｄｔ＝Ｅ （３）
Ｒ２Ｉ２＋Ｌ２ｄＩ２／ｄｔ＋ＭｄＩ１／ｄｔ＝０ （４）
ここで、Ｍは相互インダクタンスであり、Ｒ１は渦電流式膜厚センサ６０のコイル６１を含むセンサ側回路の等価抵抗であり、Ｌ１はコイル６１を含むセンサ側回路の自己インダクタンスである。Ｒ２は渦電流損に相当する等価抵抗であり、Ｌ２は渦電流が流れる導電膜の自己インダクタンスである。
ここで、Ｉｎ＝Ａｎｅｊωｔ（正弦波）とおくと、上記式（３），（４）は次のように表される。
（Ｒ１＋ｊωＬ１）Ｉ１＋ｊωＭＩ２＝Ｅ （５）
（Ｒ２＋ｊωＬ２）Ｉ２＋ｊωＭＩ１＝０ （６）
これら式（５），（６）から、次の式が導かれる。
Ｉ１＝Ｅ（Ｒ２＋ｊωＬ２）／｛（Ｒ１＋ｊωＬ１）（Ｒ２＋ｊωＬ２）＋ω２Ｍ２｝
＝Ｅ／｛（Ｒ１＋ｊωＬ１）＋ω２Ｍ２／（Ｒ２＋ｊωＬ２）｝ （７）
したがって，センサ側回路のインピーダンスΦは、次の式で表される。
Φ＝Ｅ／Ｉ１＝｛Ｒ１＋ω２Ｍ２Ｒ２／（Ｒ２ ２＋ω２Ｌ２ ２）｝
＋ｊω｛Ｌ１−ω２Ｌ２Ｍ２／（Ｒ２ ２＋ω２Ｌ２ ２）｝ （８）
ここで、Φの実部（抵抗成分）、虚部（誘導リアクタンス成分）をそれぞれＸ，Ｙとおくと、上記式（８）は、次のようになる。
Φ＝Ｘ＋ｊωＹ （９）
渦電流式膜厚センサ６０は、該渦電流式膜厚センサ６０のコイル６１を含む電気回路のインピーダンスの抵抗成分Ｘおよび誘導リアクタンス成分Ｙを出力する。これらの抵抗成分Ｘおよび誘導リアクタンス成分Ｙは、膜厚を反映した膜厚信号であり、ウェハの膜厚に従って変化する。
図３４は、膜厚とともに変化するＸ，Ｙを、ＸＹ座標系上にプロットすることで描かれるグラフを示す図である。点Ｔ∞の座標は、膜厚が無限大であるとき、すなわち、Ｒ２が０のときのＸ，Ｙであり、点Ｔ０の座標は、基板の導電率が無視できるものとすれば、膜厚が０であるとき、すなわち、Ｒ２が無限大のときのＸ，Ｙである。Ｘ，Ｙの値から位置決めされる点Ｔｎは、膜厚が減少するに従って、円弧状の軌跡を描きながら点Ｔ０に向かって進む。なお、図３４に示す記号ｋは結合係数であり、次の関係式が成り立つ。
Ｍ＝ｋ（Ｌ１Ｌ２）１／２ （１０）
図３５は、図３４のグラフ図形を反時計回りに９０度回転させ、さらに平行移動させたグラフを示す図である。図３５に示すように、膜厚が減少するに従って、Ｘ，Ｙの値から位置決めされる点Ｔｎは円弧状の軌跡を描きながら点Ｔ０に向かって進む。
コイル６１とウェハＷとの間の距離Ｇは、これらの間に介在する研磨パッド１０の厚さに応じて変化する。この結果、図３６に示すように、使用する研磨パッド１０の厚さに相当する距離Ｇ（Ｇ１〜Ｇ３）に応じて、座標Ｘ，Ｙの円弧軌跡が変動する。図３６から分かるように、コイル６１とウェハＷとの間の距離Ｇにかかわらず、膜厚毎の座標Ｘ，Ｙを直線（以下、予備測定直線という）で結ぶと、その予備測定直線が交差する交点（基準点）Ｐを取得することができる。この予備測定直線ｒｎ（ｎ：１，２，３…）は、所定の基準線（図３６における水平線）Ｈに対して、膜厚に応じた仰角（挟角）θで傾斜する。したがって、この角度θは、ウェハＷの膜厚を示す膜厚指標値ということができる。
動作制御部５は、角度θと膜厚との関係を示す相関データを参照することにより、研磨中に得られた角度θから膜厚を決定することができる。この相関データは、研磨対象のウェハと同種のウェハを研磨し、各角度θに対応する膜厚を測定することにより予め得られたものである。図３７は、研磨時間にしたがって変化する角度θを示すグラフである。縦軸は角度θを表し、横軸は研磨時間を表している。このグラフに示すように、研磨時間とともに角度θは増加し、ある時点で一定となる。したがって、動作制御部５は、研磨中に角度θを計算し、その角度θから現在の膜厚を取得することができる。
上述した光学式膜厚センサ４０および渦電流センサ６０としては、特開２００４−１５４９２８号公報や特開２００９−９９８４２号公報などに記載されている公知の光学センサおよび渦電流センサを用いることができる。
図４に示すように、第１研磨ユニット３Ａは、上述した光学式膜厚センサ４０および渦電流センサ６０に加えて、研磨テーブル３０Ａを回転させるテーブルモータ１９の入力電流（すなわち、トルク電流）を計測するトルク電流計測器７０をさらに備えている。このトルク電流計測器７０によって計測されたトルク電流値は、動作制御部５に送られ、ウェハの研磨中は動作制御部５によってトルク電流値が監視される。なお、トルク電流計測器７０を設けずに、テーブルモータ１９を駆動するインバータ（図示せず）からの出力される電流値を用いることもできる。
図６に示すウエット型膜厚測定器８０の膜厚測定原理は、上述した光学式膜厚センサ６０と同じであるので、その重複する説明を省略する。図３８は、ウエット型膜厚測定器８０の光学式膜厚測定ヘッド４２の詳細を示す模式図である。図３８に示すように、光学式膜厚測定ヘッド４２は、光をウェハＷの被研磨面に照射する投光部１４２と、ウェハＷから戻ってくる反射光を受光する受光部１４３と、ウェハＷからの反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って反射光の強度を測定する分光器１４４と、分光器１４４から得られた反射光の強度データ（膜厚信号）からスペクトルを生成し、スペクトルに基づいて膜厚を決定する処理部１５０とを備えている。
投光部１４２は、多波長の光を発する光源１４７を備えている。投光部１４２および受光部１４３は透明窓９０に隣接しており、かつ把持部８２（図６（ａ）および図６（ｂ）参照）に保持されたウェハＷに対向して配置される。好ましくは、投光部１４２および受光部１４３は、把持部８２に保持されたウェハＷの中心に対向して配置される。
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。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に解釈されるものである。
１ ハウジング
２ ロード／アンロード部
３ 研磨部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 研磨ユニット
４ 洗浄部
５ 動作制御部
６ 第１リニアトランスポータ
７ 第２リニアトランスポータ
１０ 研磨パッド
１１ リフタ
１２ スイングトランスポータ
１６ トップリングシャフト
１７ 連結手段
１８ トップリングモータ
１９ テーブルモータ
２０ フロントロード部
２１ 走行機構
２２ 搬送ロボット
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 研磨テーブル
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ トップリング
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 研磨液供給機構
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ ドレッサ
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ アトマイザ
４０ 光学式膜厚センサ
４２ 投光部
４３ 受光部（光ファイバー）
４４ 分光器
４７ 光源
４８ 光ファイバー
５０Ａ 第１の孔
５０Ｂ 第２の孔
５１ 通孔
５３ 液体供給路
５４ 液体排出路
５５ 液体供給源
５６ 自由継手
５７ トップリング本体
５８ リテーナリング
６０ 渦電流式膜厚センサ
６１ コイル
６２ メンブレン
６３ チャッキングプレート
６４ 圧力調整部
７０ トルク電流計測器
７２ 仮置き台
７３ 一次洗浄器
７４ 二次洗浄器
７５ 乾燥器
７７ 第１搬送ロボット
７８ 第２搬送ロボット
７９ 搬送ロボット
８０ ウエット型膜厚測定器
８１ 水槽
８２ 把持部
８３ サポートアーム
８４ 光学式膜厚測定ヘッド
８５ オリエンテーション検出器
８７ 測定台
９０ 透明窓
９２ 水平移動機構

Claims (15)

  1. 膜が形成されたウェハを研磨する方法であって、
    （ｉ）研磨パッドを支持するための回転可能な研磨テーブル、ウェハを保持し前記研磨パッドに押圧するための回転可能なトップリング、研磨液を前記研磨パッドの表面に供給する研磨液供給機構、および前記研磨テーブル内に埋設され、前記ウェハを研磨している間に前記ウェハの膜厚に従って変化する膜厚信号を取得する膜厚センサとを含む研磨部と、（ii）研磨されたウェハを洗浄および乾燥する洗浄部と、（iii）研磨されたウェハの膜の厚さをウェハ上の複数の測定点で測定することができる光学式膜厚測定ヘッドを有する膜厚測定器と、を備えた研磨装置を用意し、
    前記トップリングでウェハを保持し、
    前記研磨パッドとともに前記研磨テーブルを回転させながら、前記ウェハとともに前記トップリングを回転させ、
    前記ウェハを前記研磨パッドに対して押し付けることにより前記ウェハの膜を前記研磨部で研磨する研磨工程を行い、
    前記ウェハの研磨中、前記研磨テーブルとともに回転する前記膜厚センサで、前記トップリングとともに回転している前記ウェハの膜厚信号を取得し、
    前記膜厚信号から生成された膜厚指標値が第１の目標値に達したときに前記ウェハの研磨を停止し、
    前記研磨されたウェハを洗浄および乾燥する前に、該ウェハを前記膜厚測定器に搬送し、
    研磨された前記膜の厚さを前記膜厚測定器により複数の測定点で測定し、
    測定された前記膜の厚さと第２の目標値とを比較し、
    前記膜の厚さが前記第２の目標値に達していなければ、前記ウェハを前記洗浄部で洗浄および乾燥する前に該ウェハを前記研磨部で再研磨する再研磨工程を行い、
    現在の膜厚指標値と、前記膜厚測定器から得られた現在の膜厚の測定値とに基づいて、前記膜厚センサを較正し、
    後続のウェハを研磨し、その間、較正された前記膜厚センサで前記後続のウェハの膜厚信号を取得し、
    前記膜厚信号から生成された膜厚指標値が所定の目標値に達したときに前記後続のウェハの研磨を停止することを特徴とする方法。
  2. 前記膜厚測定器で測定された前記膜の厚さが前記第２の目標値に達するために必要な追加研磨時間を算出する工程をさらに含み、
    前記再研磨工程は、前記ウェハを前記研磨部で前記追加研磨時間だけ再研磨する工程であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記研磨工程は、前記膜の厚さが前記第２の目標値に達する前に停止されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記研磨部は複数のトップリングと複数の研磨テーブルを含み、
    前記研磨工程および前記再研磨工程は、同一の研磨テーブルに取付けられた研磨パッド上に研磨液を供給しながら、前記ウェハを前記研磨パッドに摺接させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 前記研磨部は複数のトップリングと複数の研磨テーブルを含み、
    前記再研磨工程は、前記研磨工程で使用された研磨テーブルとは別の研磨テーブルに取付けられた研磨パッド上に研磨液を供給しながら、前記ウェハを前記別の研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 前記膜厚測定器で測定された前記膜の厚さが前記第２の目標値に達しているときは、前記ウェハを洗浄し、乾燥させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 前記再研磨工程を行っているとき、および／または前記膜厚測定器により前記膜の厚さを測定しているときに、後続のウェハに液体を吹き付けることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 前記膜厚測定器は、研磨された前記ウェハが水槽内の純水に浸漬された状態で前記膜の厚さを測定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 前記膜厚センサは、渦電流式膜厚センサまたは光学式膜厚センサであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 前記研磨されたウェハはウエット状態のまま前記膜厚測定器に搬送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 前記研磨されたウェハは前記トップリングによって搬送機に搬送され、さらに前記搬送機によって前記膜厚測定器に搬送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 前記光学式膜厚測定ヘッドは、ウェハと前記光学式膜厚測定ヘッドとの間に液体を介在させた状態で、ウェハの膜の厚さを測定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  13. 前記研磨部は複数のトップリングと複数の研磨テーブルを含み、
    前記再研磨工程のために前記複数の研磨テーブルのいずれかにウェハを搬送するかの判断基準は、現在の膜厚と前記第２の目標値との差が予め定めたレンジ内にあるか否かであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  14. 前記膜厚測定器で前記膜の厚さを測定する前に、ウェハの周方向の向きを検出することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  15. 膜が形成されたウェハを研磨する方法であって、
    前記膜の厚さに従って変化する膜厚信号を膜厚センサで取得しながら前記ウェハを研磨し、
    前記膜厚信号から生成された膜厚指標値が所定の値に達したときに前記ウェハの研磨を停止し、
    研磨された前記ウェハを膜厚測定器に搬送し、
    前記膜厚測定器により前記膜の現在の厚さを測定し、
    現在の膜厚指標値と、前記膜厚測定器から得られた現在の膜厚の測定値とに基づいて、前記膜厚センサを較正し、
    後続のウェハを研磨し、その間、前記較正された膜厚センサで前記後続のウェハの膜厚信号を取得し、
    前記膜厚信号から生成された膜厚指標値が所定の目標値に達したときに前記後続のウェハの研磨を停止することを特徴とする方法。
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