(57)【要約】【課題】基板を押圧するメンブレンの圧力を適切に制御するとともに、基板研磨の終点を適切に検知する。【解決手段】  基板研磨装置は、基板を研磨パッドに押し付けるためのトップリングと、基板の複数の領域を独立して押圧する押圧機構と、基板の被研磨面に光照射してその反射光を受光するとともに、当該反射光の波長に対する反射率スペクトルを算出するスペクトル生成部と、基板上の複数の測定点における反射率スペクトルが入力されて、基板の研磨プロファイルを生成するプロファイル信号生成部と、研磨プロファイルに基づいて、押圧機能の複数の領域による基板の押圧力を制御する圧力制御部と、研磨プロファイルに基づくことなく基板研磨の終点を検知する終点検知部とを備える。【選択図】図６
2019030934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を研磨パッドに押し付けるためのトップリングと、
前記基板の複数の領域を独立して押圧する押圧機構と、
前記基板の被研磨面に光照射してその反射光を受光するとともに、当該反射光の波長に対する反射率スペクトルを算出するスペクトル生成部と、
前記基板上の複数の測定点における前記反射率スペクトルが入力されて、前記基板の研磨プロファイルを生成するプロファイル信号生成部と、
前記研磨プロファイルに基づいて、前記押圧機能の前記複数の領域による前記基板の押圧力を制御する圧力制御部と、
前記研磨プロファイルに基づくことなく前記基板研磨の終点を検知する終点検知部とを備えたことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項２】
前記終点検知部は、基板表面の下地層との界面又は基板表面上の段差が解消された時点を検出することを特徴とする、請求項１記載の基板研磨装置。
【請求項３】
前記プロファイル信号生成部は、異なる膜厚に対応する複数の参照スペクトルを含むスペクトルグループを記憶しており、前記スペクトル生成部からの反射率スペクトルと最も形状の近い前記参照スペクトルを選択し、当該参照スペクトルに対応する膜厚を研磨中のウェハの膜厚として推定することを特徴とする、請求項１又は２記載の基板研磨装置。
【請求項４】
前記プロファイル信号生成部は、前記スペクトル生成部からの反射率スペクトルに対してフーリエ変換処理を行って、ウェハの厚さと対応する周波数成分の強度からなるスペクトルを決定し、前記決定されたスペクトルのピークからウェハの膜厚を推定することを特徴とする、請求項１又は２記載の基板研磨装置。
【請求項５】
前記プロファイル信号生成部は、前記スペクトル生成部からの反射率スペクトルが極大値または極小値をとる波長を示す極値点を抽出し、前記基板の研磨に伴う前記極値点の変化量に基づいてウェハの膜厚を推定することを特徴とする、請求項１又は２記載の基板研磨装置。
【請求項６】
前記終点検知部には、前記スペクトル生成部からの前記反射率スペクトルが入力されることを特徴とする、請求項１又は２記載の基板研磨装置。
【請求項７】
前記終点検知部は、前記スペクトル生成部からの前記反射率スペクトルのうち、所定の２波長を基準とした指標を算出するとともに、当該指標の時間変化における極大値を検出することで研磨量を算出することを特徴とする、請求項６記載の基板研磨装置。
【請求項８】
前記終点検知部は、前記スペクトル生成部からの前記反射率スペクトルの時間変化を積算してスペクトル累積変化量を算出し、当該スペクトル累積変化量が所定値に達した時点で研磨終了と判定することを特徴とする、請求項６記載の基板研磨装置。
【請求項９】
研磨パッドにより基板表面を研磨する方法であって、前記基板の複数の領域は押圧機構により独立して押圧可能とされており、
前記基板の被研磨面に光照射してその反射光を受光するとともに、当該反射光の波長に対する反射率スペクトルを算出するステップと、
前記基板上の複数の測定点における前記反射率スペクトルが入力されて、前記基板の研磨プロファイルを生成するステップと、
前記研磨プロファイルに基づいて、前記押圧機能の前記複数の領域による前記基板の押圧力を制御するステップと、
前記研磨プロファイルに基づくことなく前記基板研磨の終点を検知する終点検知ステップと、を有することを特徴とする基板研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の基板の表面を処理する基板処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ等の基板に対し、いわゆるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって基板の表面を研磨するための基板研磨装置が広く知られている。このような基板研磨装置では、研磨中の基板の膜厚を測定するための膜厚測定器を備えている。
【０００３】
膜厚測定器として、光学式の膜厚測定器が知られている。この光学式膜厚測定器では、基板の表面に測定光を照射し、基板から反射された測定光を受光してスペクトルを取得する。反射光のスペクトルは基板の膜厚に応じて変化することから、膜厚測定器では、取得した反射光のスペクトルから、基板の膜厚を推定することができる。
【０００４】
このような膜厚測定器を備えた基板研磨装置では、膜厚測定器で得られた基板膜厚の情報から基板面内の複数領域における膜厚分布（プロファイル）を取得する。そして、当該プロファイルに基づいて、基板を押圧するメンブレンの圧力を制御することで、基板面内が均一になるようプロファイルを制御している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加しており、製造工程における半導体デバイス表面の平坦化、被研磨層と下地層との界面の検出精度がますます重要となっている。このため、基板研磨終了のタイミングを適切に制御することが望ましい。
【０００６】
メンブレンの圧力制御を行う従来の基板研磨装置においては、メンブレンの圧力を制御するためのプロファイル信号に基づいて基板膜厚を推定し、基板研磨の終了を判定するように構成されている。しかしながら、プロファイル信号に基づく膜厚推定では、下地層との界面付近ではプロファイルが飽和するため、界面の検出精度が悪くなる。また、プロファイル信号は下地層の影響によりばらつくため、膜厚推定の精度が安定しなかった。
【０００７】
一方、反射光のスペクトルの時間応答信号を入力信号として、基板研磨の終了を判定しようとする場合には、基板の被研磨面における膜厚分布を精度良く検出することができず、メンブレンの圧力を適切に制御することが困難となる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、基板を押圧するメンブレンの圧力を適切に制御するとともに、基板研磨の終点を適切に検知することが可能な基板研磨装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様である基板研磨装置は、基板を研磨パッドに押し付けるためのトップリングと、基板の複数の領域を独立して押圧する押圧機構と、基板の被研磨面に光照射してその反射光を受光するとともに、当該反射光の波長に対する反射率スペクトルを算出するスペクトル生成部と、基板上の複数の測定点における反射率スペクトルが入力されて、基板の研磨プロファイルを生成するプロファイル信号生成部と、研磨プロファイルに基づいて、押圧機能の複数の領域による基板の押圧力を制御する圧力制御部と、研磨プロファイルに基づくことなく基板研磨の終点を検知する終点検知部とを備える。
【００１０】
この基板研磨装置において、終点検知部は、基板表面の下地層との界面又は基板表面上の段差が解消された時点を検出する。プロファイル信号生成部は、異なる膜厚に対応する複数の参照スペクトルを含むスペクトルグループを記憶しており、スペクトル生成部からの反射率スペクトルと最も形状の近い参照スペクトルを選択し、当該参照スペクトルに対応する膜厚を研磨中のウェハの膜厚として推定することが好ましい。
【００１１】
あるいは、プロファイル信号生成部において、スペクトル生成部からの反射率スペクトルに対してフーリエ変換処理を行って、ウェハの厚さと対応する周波数成分の強度からなるスペクトルを決定し、決定されたスペクトルのピークからウェハの膜厚を推定することが好ましい。または、プロファイル信号生成部において、スペクトル生成部からの反射率スペクトルが極大値または極小値をとる波長を示す極値点を抽出し、基板の研磨に伴う極値点の変化量に基づいてウェハの膜厚を推定することが好ましい。
【００１２】
上記の基板研磨装置において、スペクトル生成部からの反射率スペクトルを、終点検知部に入力することが好ましい。また、終点検知部では、スペクトル生成部からの反射率スペクトルのうち、所定の２波長を基準とした指標を算出するとともに、当該指標の時間変化における極大値を検出することで研磨量を算出することが好ましい。あるいは、終点検知部において、スペクトル生成部からの反射率スペクトルの時間変化を積算してスペクトル累積変化量を算出し、当該スペクトル累積変化量が所定値に達した時点で研磨終了と判定することが好ましい。
【００１３】
本発明の一形態に係る基板研磨方法は、研磨パッドにより基板表面を研磨する方法であって、基板の複数の領域は押圧機構により独立して押圧可能とされており、基板の被研磨面に光照射してその反射光を受光するとともに、当該反射光の波長に対する反射率スペクトルを算出するステップと、基板上の複数の測定点における反射率スペクトルが入力されて、基板の研磨プロファイルを生成するステップと、研磨プロファイルに基づいて、押圧機能の複数の領域による基板の押圧力を制御するステップと、研磨プロファイルに基づくことなく基板研磨の終点を検知する終点検知ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板の研磨プロファイルとは独立して終点検知を行うようにしたから、基板を押圧するメンブレンの圧力を適切に制御するとともに、基板研磨の終点を適切に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る基板研磨装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】研磨ヘッドの構造を示す断面図である。
【図３】基板研磨装置に備えられた光学測定器の構成を示す断面図である。
【図４】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。
【図５】処理部の構成を示すブロック図である。
【図６】ウェハからの反射光のスペクトルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について、図面を参照して説明する。なお、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す図である。図１に示すように、研磨装置１０は、研磨面１１ａを有する研磨パッド１１が取り付けられた研磨テーブル１３と、基板の一例であるウェハＷを保持しかつ研磨テーブル１３上の研磨パッド１１に押圧しながら研磨するための研磨ヘッド１５と、研磨パッド１１に研磨液（例えばスラリー）を供給するための研磨液供給ノズル１４と、ウェハＷの研磨を制御する研磨制御部１２とを備えている。
【００１８】
研磨テーブル１３は、テーブル軸１３ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ１７に連結されており、このテーブルモータ１７により研磨テーブル１３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１３の上面には研磨パッド１１が貼付されており、研磨パッド１１の上面がウェハＷを研磨する研磨面１１ａを構成している。研磨ヘッド１５は研磨ヘッドシャフト１６の下端に連結されている。研磨ヘッド１５は、真空吸引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。研磨ヘッドシャフト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。
【００１９】
ウェハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド１５および研磨テーブル１３をそれぞれ矢印で示す方向に回転させ、研磨液供給ノズル１４から研磨パッド１上に研磨液（スラリー）を供給する。この状態で、研磨ヘッド１５は、ウェハＷを研磨パッド１１の研磨面１１ａ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。
【００２０】
図２は、研磨ヘッド１５の構造を示す断面図である。研磨ヘッド１５は、円板状のキャリヤ２０と、キャリヤ２０の下に複数の圧力室（エアバッグ）Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を形成する円形の柔軟な弾性膜２１と、ウェハＷを囲むように配置され、研磨パッド１を押し付けるリテーナリング２２とを備えている。圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は弾性膜２１とキャリヤ２０の下面との間に形成されている。
【００２１】
弾性膜２１は、複数の環状の仕切り壁２１ａを有しており、圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４はこれら仕切り壁２１ａによって互いに仕切られている。中央の圧力室Ｄ１は円形であり、他の圧力室Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は環状である。これらの圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、同心円状に配列されている。本実施形態では、研磨ヘッド１５は４つの圧力室を備えているが、本発明はこれに限られることはなく、１つないし３つの圧力室を備えても良く、または５つ以上の圧力室を備えてもよい。
【００２２】
圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、流体ラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に接続されており、圧力調整された加圧流体（例えば加圧空気などの加圧気体）が流体ラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を通じて圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４内に供給されるようになっている。流体ラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４には真空ラインＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４が接続されており、真空ラインＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４によって圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に負圧が形成されるようになっている。
【００２３】
圧力室Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の内部圧力は、後述する処理部３２及び研磨制御部１２によって、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の対応する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研磨圧力を独立に調整することができる。
【００２４】
リテーナリング２２とキャリヤ２０との間には、環状の弾性膜２１が配置されている。この弾性膜２１の内部には環状の圧力室Ｄ５が形成されている。この圧力室Ｄ５は、流体ラインＧ５に接続されており、圧力調整された加圧流体（例えば加圧空気）が流体ラインＧ５を通じて圧力室Ｄ５内に供給されるようになっている。また、流体ラインＧ５には真空ラインＵ５が接続されており、真空ラインＵ５によって圧力室Ｄ５に負圧が形成されるようになっている。
【００２５】
圧力室Ｄ５内の圧力変化に伴い、弾性膜２１とともにリテーナリング２２の全体が上下方向に動くため、圧力室Ｄ５内の圧力はリテーナリング２２に加わり、リテーナリング２２は弾性膜２１とは独立して研磨パッド１１を直接押圧することができるように構成されている。ウェハＷの研磨中、リテーナリング２２はウェハＷの周囲で研磨パッド１１を押し付けながら、弾性膜２１がウェハＷを研磨パッド１１に対して押し付ける。
【００２６】
キャリヤ２０は、ヘッドシャフト１６の下端に固定されており、ヘッドシャフト１６は、上下動機構２５に連結されている。この上下動機構２５は、ヘッドシャフト１６および研磨ヘッド１５を上昇および下降させ、さらに研磨ヘッド１５を所定の高さに位置させるように構成されている。この研磨ヘッド位置決め機構として機能する上下動機構２５としては、サーボモータとボールねじ機構の組み合わせが使用される。
【００２７】
上下動機構２０は、研磨ヘッド１５を所定の高さに位置させ、この状態で、圧力室Ｄ１〜Ｄ５に加圧流体が供給される。弾性膜２１は、圧力室Ｄ１〜Ｄ４内の圧力を受けてウェハＷを研磨パッド１１に対して押し付け、リテーナリング２２は、圧力室Ｄ５内の圧力を受けて研磨パッド１１を押し付ける。この状態でウェハＷが研磨される。
【００２８】
研磨装置１０は、ウェハＷの膜厚を取得する光学測定器３０を備えている。この光学測定器３０は、ウェハＷの膜厚に従って変化する光学信号を取得する光センサ３１と、光学信号からウェハＷの膜厚分布を決定するとともに、ウェハＷの研磨終了を判定するための処理部３２とを備えている。光センサ３１は研磨テーブル１３の内部に配置されており、処理部３２は研磨制御部１２に接続されている。光センサ３１は、記号Ａで示すように研磨テーブル１３と一体に回転し、研磨ヘッド１５に保持されたウェハＷの光学信号を取得する。光センサ３１は処理部３２に接続されており、光センサ３１によって取得された光学信号は処理部３２に送られる。
【００２９】
図３は、光学測定器３０を備えた研磨装置を示す模式断面図である。研磨ヘッドシャフト１６は、ベルト等の連結手段３３を介して研磨ヘッドモータ３４に連結されて回転可能に構成されている。この研磨ヘッドシャフト１６の回転により、研磨ヘッド１５が矢印で示す方向に回転する。
【００３０】
光学測定器３０は、光センサ３１と処理部３２とを備える。光センサ３１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従って分解するように構成されている。光センサ３１は、光をウェハＷの被研磨面に照射する投光部４１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４２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４３とを備えている。
【００３１】
研磨テーブル１３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１１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１１ａ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。
【００３２】
投光部４１は、多波長の光を発する光源４５と、光源４５に接続された光ファイバー４６とを備えている。光ファイバー４６は、光源４５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４６，４２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４６，４２の各先端は、研磨ヘッド１５に保持されたウェハＷを向いて配置される。研磨テーブル１３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４６，４２の各先端は、研磨ヘッド１５に保持されたウェハＷの中心を通るように配置される。
【００３３】
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４６，４２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１３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。
【００３４】
２本の光ファイバー４６，４２は、互いに並列に配置されており、それぞれの先端は、ウェハＷの表面に対して垂直に配置されており、光ファイバー４６はウェハＷの表面に垂直に光を照射するようになっている。
【００３５】
ウェハＷの研磨中は、投光部４１から光がウェハＷに照射され、光ファイバー（受光部）４２によってウェハＷからの反射光が受光される。分光器４３は、各波長での反射光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処理部３２に送る。この光強度データは、ウェハＷの膜厚を反映した光学信号であり、反射光の強度及び対応する波長から構成される。
【００３６】
図４は、ウェハＷと研磨テーブル１３との位置関係を示す平面図である。投光部４１および受光部４２は、ウェハＷの表面に対向して配置されている。投光部４１は、研磨テーブル１３が１回転するたびにウェハＷの中心を含む複数の領域（図４における複数の黒丸の点）に光を照射する。
【００３７】
ウェハＷは、下層膜と、その上に形成された上層膜（例えばシリコン層または絶縁膜）とを有している。ウェハＷに照射された光は、媒質（例えば水）と上層膜との界面、および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４３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。
【００３８】
図５は、処理部３２の構成の一例を示すブロック図であり、処理部３２は、ウェハＷからの反射光から反射率スペクトルを生成するスペクトル生成部６０と、プロファイル信号処理部６１、圧力制御部６２、終点検知信号生成部６３、終点検知部６４とを備えている。
【００３９】
スペクトル生成部６０は、分光器４３から得られた反射光の強度データ（光学信号）からスペクトルを生成する。以下、研磨されるウェハＷからの反射光から生成されたスペクトルを、測定スペクトル（反射率スペクトル）という。この測定スペクトルは、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。
【００４０】
図６は、スペクトル生成部６０によって生成された測定スペクトルを示す図であり、横軸は光の波長を表わし、縦軸はウェハＷから反射した光の強度に基づき算出される相対反射率を表わす。ここで、相対反射率とは、光の反射強度を表わす１つの指標であり、具体的には、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、光の強度（実測強度）を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ノイズが実測強度から除去され、これにより膜の厚さ情報のみを反映した測定スペクトルを得ることができる。
【００４１】
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）を水の存在下で水研磨しているときに得られた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、次式で求めることができる。
Ｒ（λ）＝（Ｅ（λ）−Ｄ（λ））／（Ｂ（λ）−Ｄ（λ））
ここで、λは波長であり、Ｅ（λ）はウェハから反射した波長λでの光の強度であり、Ｂ（λ）は波長λでの基準強度であり、Ｄ（λ）は光を遮断した状態で取得された波長λでの背景強度（ダークレベル）である。
【００４２】
処理部３２では、スペクトル生成部６０からのスペクトル信号（反射率スペクトル）を受けて、圧力室Ｄ１〜Ｄ５内の圧力を制御するための圧力制御情報と、研磨終点の検出により基板研磨を終了するための研磨終了情報とを生成し、これらを研磨制御部１２に送る。
【００４３】
プロファイル信号処理部６１は、スペクトル生成部６０からのスペクトル信号（反射率スペクトル）を受けて、ウェハＷの径方向の複数の領域におけるプロファイル（ウェハＷの径方向における膜厚分布）を算出し、プロファイル信号として出力する。圧力制御部６２では、プロファイル信号処理部６１から受信したプロファイル信号に基づいて、弾性膜２３によるウェハＷの押圧力が均等になるように、各圧力室Ｄ１〜Ｄ５の圧力を調整するための信号を出力する。なお、プロファイル信号処理部６１と圧力制御部６２とを一体で構成しても良い。
【００４４】
ここで、ウェハＷのプロファイルを算出するための方法としては、例えば、参照スペクトル（Fitting Error）方式、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）方式、またはピークバレー（Peak Valley）方式を用いることができる。
【００４５】
参照スペクトル方式では、異なる膜厚に対応する複数の参照スペクトルを含む複数のスペクトルグループを用意しておく。スペクトル生成部６０からのスペクトル信号（反射率スペクトル）と、最も形状が近い参照スペクトルを含むスペクトルグループを選択する。そして、ウェハ研磨中に、膜厚を測定するための測定スペクトルを生成し、選択されたスペクトルグループの中から、最も形状の近い参照スペクトルを選択し、当該参照スペクトルに対応する膜厚を、研磨中のウェハの膜厚として推定する。この方法により推定された膜厚の情報を、ウェハＷの径方向の複数の点において取得することで、プロファイルを取得する。
【００４６】
ＦＦＴ方式では、スペクトル生成部６０からのスペクトル信号（反射率スペクトル）に対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行って周波数成分とその強さを抽出し、得られた周波数成分を所定の関係式（被研磨層の厚さを表す関数であり、実測結果等から求められる）を用いて被研磨層の厚さに変換する。これにより、被研磨層の厚さと周波数成分の強度との関係を示す周波数スペクトルを生成する。周波数成分から変換された被研磨層の厚さに対するスペクトルのピーク強度が閾値を超えた場合に、当該ピーク強度に対応する周波数成分（被研磨層の厚さ）を、研磨中のウェハの膜厚と推定する。この方法により推定された膜厚の情報を、ウェハＷの径方向の複数の点において取得することで、プロファイルを取得する。
【００４７】
ピークバレー（Peak Valley）方式では、スペクトル生成部６０からのスペクトル信号（反射率スペクトル）について、その極値（極大値または極小値）を示す極値点となる波長を抽出する。被研磨層の膜厚が減少するにつれて、極値点となる波長が短波長側にシフトしていくことから、ウェハの研磨に伴い極値点とモニタすることで、被研磨層の膜厚を推定することができる。そして、ウェハの径方向の複数の点において、極値点となる波長をモニタすることで、プロファイルを取得することができる。
【００４８】
なお、上述したプロファイルの算出方法は、いずれか一つを用いても良いし、複数を組み合わせる（例えば、各方法による算出値の平均値を出力する）ようにしても良い。
【００４９】
終点検知信号生成部６３は、スペクトル生成部６０からのスペクトル信号（反射率スペクトル）を受けて、ウェハＷの研磨状況をモニタするための信号（終点検知信号）を出力する。終点検知部６４では、終点検知信号生成部６３からの終点検知信号を受信し、当該信号の特性が変化した場合（例えば、基板表面の下地層との界面が検出され、あるいは基板表面上の段差が解消されたことが検出された場合）に、被研磨層の研磨を終了するための信号（研磨終了信号）を生成し、研磨制御部１２に出力する。なお、終点検知信号生成部６３と終点検知部６４とを一体で構成しても良い。
【００５０】
ここで、ウェハＷの研磨状況をモニタするための信号（終点検知信号）を生成するための方法としては、スペクトル指数（Spectrum Index）方式、研磨指数（Polishing Index）方式を用いることができる。なお、これらの生成方法は、いずれか一つを用いても良いし、複数を組み合わせる（例えば、全ての（あるいはいずれかの）方式により研磨終了が検出された場合に、研磨終了信号を生成する）ようにしても良い。
【００５１】
スペクトル指数（Spectrum Index）方式では、スペクトル生成部６０からのスペクトル信号（反射率スペクトル）を受けて、ある特定の２点（２波長）を基準とした指標を算出し、当該指標の時間変化における極大値を検出することで研磨量を算出し、あるいは当該指標の時間変化における特徴点（閾値、急激な減少、増加等）を検出して、被研磨層の有無（すなわち研磨終了の可否）を検出するようにしても良い。ここで、特性値としての指標としては、例えば、波長λ１及びλ２に対して、次式により指標Indexλ1,λ2を算出する。
Ａλk＝∫Ｒ（λ）Ｗλk（λ）ｄλ
Indexλ1,λ2 ＝Ａλ1／（Ａλ1＋Ａλ2）
ここで、Ｒ（λ）は相対反射率を表し、Ｗλk（λ）は波長λｋに中心をもつ（すなわち波長λｋで最大値を示す）重み関数を表す。
【００５２】
研磨指数（Polishing Index）方式では、スペクトル生成部６０からのスペクトル信号（反射率スペクトル）を受けて、所定時間当たりのスペクトルの変化量を算出し、当該スペクトルの変化量を研磨時間に沿って積算することで、スペクトル累積変化量を算出する。スペクトルの累積変化量は、ウェハの研磨に伴い単調増加し、一方で膜厚は単調減少するから、スペクトル累積変化量が所定の目標値に達した時点を研磨終了として判定することができる。
【００５３】
上記の実施形態では、スペクトル生成部６０からの反射率スペクトルに基づいてウェハの研磨終了を判定するようにしているが、本発明はこれに限られることはない。反射光のスペクトルに基づいて圧力室Ｄ１〜Ｄ５の圧力を調整しつつ、スペクトル以外の特性量に基づいてウェハの研磨終了と判定するように構成しても良い。
【００５４】
例えば、導電成膜を備えたウェハの近傍にセンサコイルを配置して、一定周波数の交流電流を供給して導電性膜に渦電流を形成させ、当該センサコイルの両端子から見た導電成膜を含めたインピーダンスを計測する。計測されたインピーダンスを、抵抗成分と、リアクタンス成分と、位相及び振幅とを分離して出力させ、その変化を検出することで導電成膜の厚さを推定し、研磨終了の可否を判定することができる（渦電流（Resistance Eddy Current Monitor）方式）。
【００５５】
あるいは、被研磨層の研磨が終了して研磨が異材質に達したときに、研磨摩擦力が変動し、それにより、トップリングの駆動モータの駆動力（すなわち当該駆動モータに入力される電力）が変動する。そこで、当該駆動モータに入力される電力の変動をモニタすることで、研磨終了の可否を判定することができる（研磨テーブル電流（Table Current Monitor）方式）。
【００５６】
このように、反射光のスペクトルから算出された膜厚のプロファイル信号を、弾性膜による圧力室の内圧制御にのみ用いるとともに、プロファイル信号とは別個独立した信号に基づいて、基板研磨の終了の可否を判定するようにしたから、基板面内における研磨圧力を均等に保つとともに、研磨終了時における被研磨面の界面の検出精度を向上させることができる。
【００５７】
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。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。
【符号の説明】
【００５８】
１０  基板研磨装置
１１  研磨パッド
１２  研磨制御部
１５  研磨ヘッド
２１  弾性膜
２２  リテーナリング
３０  光学測定器
３２  処理部
４３  分光器
６０  スペクトル生成部
６１  プロファイル信号処理部
６２  圧力制御部
６３  終点検知信号生成部
６４  終点検知部
Ｄ１〜Ｄ５  圧力室
Ｗ  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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