(57)【要約】【課題】高精度の仕上がり性能を実現できる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、研磨パッド１０を支持する研磨テーブル３０Ａと、基板Ｗを研磨パッド１０に押し付けるトップリング３１Ａと、研磨テーブル３０Ａ内に配置された膜厚センサ４０を有するインサイチュウ分光式膜厚モニタ３９とを備える。インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９は、基板Ｗに光を照射し、該基板Ｗからの反射光のスペクトルを生成し、スペクトルを用いて基板Ｗの回転角度を決定し、スペクトルから膜厚を決定する。【選択図】図２
2015020242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドに押し付けるトップリングと、
前記研磨テーブル内に配置された膜厚センサを有するインサイチュウ分光式膜厚モニタとを備え、
前記インサイチュウ分光式膜厚モニタは、基板に光を照射し、該基板からの反射光のスペクトルを生成し、前記スペクトルを用いて前記基板の回転角度を決定し、前記スペクトルから膜厚を決定することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記インサイチュウ分光式膜厚モニタは、連続点灯光源を備えており、前記スペクトルのうち、前記基板のスクライブラインからの反射光のスペクトルを抽出し、前記抽出されたスペクトルを用いて前記基板の回転角度を決定することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記研磨装置は、静止状態にある前記基板の膜厚を測定するインライン膜厚測定器をさらに備えており、
前記インサイチュウ分光式膜厚モニタは、前記基板の周方向に沿った膜厚分布を取得し、前記膜厚分布を、前記インライン膜厚測定器によって取得された前記基板の周方向に沿った膜厚分布と比較することにより、前記基板の回転角度を決定することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記インサイチュウ分光式膜厚モニタは、研磨中の各時点において、前記基板の半径方向における所定の位置で基板周方向に沿って複数の膜厚を取得し、当該複数の膜厚の平均を算出することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項５】
基板を研磨パッドに押し付け、
前記研磨パッド上の前記基板に光を照射し、
前記基板からの反射光のスペクトルを生成し、
前記スペクトルを用いて前記基板の回転角度を決定し、
前記スペクトルから膜厚を決定し、
前記膜厚に基づいて前記基板の研磨の進捗を監視することを特徴とする研磨状態監視方法。
【請求項６】
前記光は前記基板に連続的に照射され、
前記スペクトルのうち、前記基板のスクライブラインからの反射光のスペクトルを抽出し、
前記抽出されたスペクトルを用いて前記基板の回転角度を決定することを特徴とする請求項５に記載の研磨状態監視方法。
【請求項７】
前記基板の研磨前に、静止状態にある前記基板の膜厚を測定して、該基板の周方向に沿った第１の膜厚分布を取得し、
前記基板の研磨中に、前記スペクトルから決定された膜厚に基づいて、前記基板の周方向に沿った第２の膜厚分布を取得し、
前記第２の膜厚分布を前記第１の膜厚分布と比較することにより、前記基板の回転角度を決定することを特徴とする請求項５に記載の研磨状態監視方法。
【請求項８】
研磨中の各時点において、前記基板の半径方向における所定の位置で基板周方向に沿って複数の膜厚を取得し、当該複数の膜厚の平均を算出することを特徴とする請求項５に記載の研磨状態監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハなどの基板を研磨する研磨装置、および基板の研磨状態を監視する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ等の基板を研磨する研磨装置において、主に絶縁層（透明層）の研磨の進行状態を監視し研磨終点を検出する目的でインサイチュウ（in  situ）分光式膜厚モニタが用いられる。このインサイチュウ分光式膜厚モニタでは、研磨テーブルに装着された光源および分光光度計にそれぞれ投光用ファイバーと受光用ファイバーが接続される。これらのファイバーの先端は、投受光部として、研磨テーブルが回転する度にウェーハ表面を１回ずつ走査するような位置に設置される。投受光部をウェーハの中心を通る位置に設置すると、投受光部は研磨テーブルが１回転する間にウェーハ面上の概ね直径に近いライン（曲線）を走査することになる。
【０００３】
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、研磨の仕上がり性能に対する要求が強まり、インサイチュウ分光式膜厚モニタに対する要求精度も極めて厳しくなっている。しかしながら、ウェーハの膜厚には、ウェーハの周方向に沿ってばらつきがあることがある。このようなウェーハの周方向における膜厚のばらつきは、ウェーハ全体の膜厚の測定に悪影響を与えてしまう。
【０００４】
膜厚のばらつきの影響を低減するために、研磨テーブルやトップリングの回転速度を適切に調節する方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、膜厚センサがウェーハ全面を走査し、平均的な膜厚を得ることができる。しかしながら、平均的な膜厚を得るには、研磨テーブル数回転分の膜厚データを取得する必要がある。このため、膜厚監視に時間遅れが生じ、研磨レートの変化により研磨過剰または研磨不足になるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４０８３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１５４９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題を解決し、高精度の仕上がり性能を実現できる研磨装置および研磨状態監視方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドに押し付けるトップリングと、前記研磨テーブル内に配置された膜厚センサを有するインサイチュウ分光式膜厚モニタとを備え、前記インサイチュウ分光式膜厚モニタは、基板に光を照射し、該基板からの反射光のスペクトルを生成し、前記スペクトルを用いて前記基板の回転角度を決定し、前記スペクトルから膜厚を決定することを特徴とする研磨装置である。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記インサイチュウ分光式膜厚モニタは、連続点灯光源を備えており、前記スペクトルのうち、前記基板のスクライブラインからの反射光のスペクトルを抽出し、前記抽出されたスペクトルを用いて前記基板の回転角度を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨装置は、静止状態にある前記基板の膜厚を測定するインライン膜厚測定器をさらに備えており、前記インサイチュウ分光式膜厚モニタは、前記基板の周方向に沿った膜厚分布を取得し、前記膜厚分布を、前記インライン膜厚測定器によって取得された前記基板の周方向に沿った膜厚分布と比較することにより、前記基板の回転角度を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記インサイチュウ分光式膜厚モニタは、研磨中の各時点において、前記基板の半径方向における所定の位置で基板周方向に沿って複数の膜厚を取得し、当該複数の膜厚の平均を算出することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様は、基板を研磨パッドに押し付け、前記研磨パッド上の前記基板に光を照射し、前記基板からの反射光のスペクトルを生成し、前記スペクトルを用いて前記基板の回転角度を決定し、前記スペクトルから膜厚を決定し、前記膜厚に基づいて前記基板の研磨の進捗を監視することを特徴とする研磨状態監視方法である。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記光は前記基板に連続的に照射され、前記スペクトルのうち、前記基板のスクライブラインからの反射光のスペクトルを抽出し、前記抽出されたスペクトルを用いて前記基板の回転角度を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記基板の研磨前に、静止状態にある前記基板の膜厚を測定して、該基板の周方向に沿った第１の膜厚分布を取得し、前記基板の研磨中に、前記スペクトルから決定された膜厚に基づいて、前記基板の周方向に沿った第２の膜厚分布を取得し、前記第２の膜厚分布を前記第１の膜厚分布と比較することにより、前記基板の回転角度を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、研磨中の各時点において、前記基板の半径方向における所定の位置で基板周方向に沿って複数の膜厚を取得し、当該複数の膜厚の平均を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、時間遅れなしに，ウェーハ面内周方向のばらつきに依らず平均的な監視膜厚を得ることができる。さらに、研磨前後の膜厚管理点と一致する測定位置の監視膜厚を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る研磨装置を示す図である。
【図２】第１研磨ユニットを模式的に示す斜視図である。
【図３】インサイチュウ分光式膜厚モニタを備えた第１研磨ユニットを示す模式断面図である。
【図４】インサイチュウ分光式膜厚モニタの原理を説明するための模式図である。
【図５】ウェーハと研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。
【図６】処理部によって生成されたスペクトルを示す図である。
【図７】得られたスペクトルと複数の参照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。
【図８】インライン膜厚測定器を示す模式図である。
【図９】インライン膜厚測定器の膜厚測定ヘッドの詳細を示す模式図である。
【図１０】研磨前後にインライン膜厚測定器で膜厚を測定する測定点の一例を示す図である。
【図１１】インサイチュウ分光式膜厚モニタの膜厚センサがウェーハ面上に描く走査軌跡の一例を示す図である。
【図１２】研磨テーブルが６０回転する間に、ウェーハのある半径方向の位置にある測定点で得られたスペクトルを重ね描きしたグラフである。
【図１３】膜厚センサの先端部が、ウェーハのスクライブラインに沿って移動する様子を示す図である。
【図１４】インサイチュウ分光式膜厚モニタから得られたスペクトルを利用してスクライブラインを検知し、ウェーハの回転角を求める方法の一例を説明する図である。
【図１５】研磨テーブルが１回転する間の測定点を示す図である。
【図１６】インサイチュウ分光式膜厚モニタがスクライブラインを検知したときの４つの測定点を示す図である。
【図１７】研磨テーブルの回転速度が６０ｍｉｎ−１、トップリングの回転速度が６１ｍｉｎ−１の場合の膜厚センサの走査軌跡を示す図である。
【図１８】研磨前後のウェーハの周方向に沿った膜厚分布を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施形態を示すフローチャートである。
【図２０】図２０（ａ）乃至図２０（ｃ）は、ウェーハの回転角を求めるための別の方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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１は、本発明の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、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、ウェーハ処理動作を制御する動作制御部５を有している。
【００１４】
ロード／アンロード部２は、多数のウェーハ（基板）をストックするウェー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上にウェー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に搭載されたウェーハカセットにアクセスできるようになっている。
【００１５】
研磨部３は、ウェー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１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、ウェーハを保持しかつウェーハを研磨テーブル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（例えばスラリー）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。
【００１６】
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。
【００１７】
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２を参照して説明する。図２は、第１研磨ユニット３１Ａを模式的に示す斜視図である。なお、図２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。
【００１８】
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の上面がウェーハ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ーハ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。
【００１９】
第１研磨ユニット３１Ａは、ウェーハＷの膜厚を監視するためのインサイチュウ分光式膜厚モニタ３９を備えている。このインサイチュウ分光式膜厚モニタ３９は、ウェーハＷ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４０と、膜厚信号から膜厚を決定する処理部４５とを備えている。膜厚センサ４０は研磨テーブル３０Ａの内部に配置されている。膜厚センサ４０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に保持されたウェーハＷの膜厚信号を取得する。膜厚センサ４０は処理部４５に接続されており、膜厚センサ４０によって取得された膜厚信号は処理部４５に送られるようになっている。
【００２０】
次に、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９について説明する。図３は、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９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３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。
【００２１】
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。
【００２２】
上述したように、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９は、膜厚センサ４０と処理部４５とを備える。膜厚センサ４０は、ウェーハＷの表面に光を当て、ウェーハ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。膜厚センサ４０は、光をウェーハＷの被研磨面に照射する投光部４２と、ウェーハ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、ウェーハ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光度計４４とを備えている。
【００２３】
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。
【００２４】
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ーハ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、ウェーハ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に保持されたウェーハ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ーハ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に保持されたウェーハＷの中心に対向して配置される。
【００２５】
ウェーハ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、ウェーハ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の上にウェーハ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。
【００２６】
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、ウェーハＷの表面に対して垂直に配置されており、光ファイバー４８はウェーハＷの表面に垂直に光を照射するようになっている。
【００２７】
ウェーハＷの研磨中は、投光部４２から光がウェーハＷに照射され、光ファイバー（受光部）４３によってウェーハＷからの反射光が受光される。分光光度計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処理部４５に送る。この光強度データは、ウェーハ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。処理部４５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ーハＷの膜厚を決定する。
【００２８】
図４は、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９の原理を説明するための模式図であり、図５はウェーハ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４に示す例では、ウェーハ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、ウェーハ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ーハＷの中心を含む複数の領域に光を照射する。
【００２９】
ウェーハＷに照射された光は、媒質（図４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、ウェーハ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。分光光度計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。処理部４５は、分光光度計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。
【００３０】
図６は、処理部４５によって生成されたスペクトルを示す図である。図６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。基準強度は、波長ごとに予め取得される。各波長において反射光の強度（実測強度）を対応する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、これによりウェーハＷの膜厚情報のみを反映したスペクトルを得ることができる。
【００３１】
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ーハ（ベアウェーハ）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。
【数１】
2015020242.tif 000003
ここで、λは波長であり、Ｅ（λ）はウェーハからの反射光の波長λでの強度であり、Ｂ（λ）は波長λでの基準強度であり、Ｄ（λ）は波長λでのダークレベル（光を遮断した条件下で測定された光の強度）である。
【００３２】
図７は、得られたスペクトルと複数の参照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。処理部４５は、研磨中に生成されたスペクトルと複数の参照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参照スペクトルを決定し、この決定された参照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。複数の参照スペクトルは、研磨対象のウェーハと同種のウェーハを研磨することによって予め取得されたものであり、各参照スペクトルにはその参照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、各参照スペクトルは、異なる膜厚のときに取得されたものであり、複数の参照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参照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。
【００３３】
ウェーハ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、下面にウェーハＷを保持したトップリング３１Ａは、ウェーハＷを研磨パッド１０の研磨面１０ａに押し付ける。ウェーハ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。
【００３４】
図１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）の間でウェー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）の間でウェーハを搬送する機構である。
【００３５】
ウェーハは、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へのウェーハの受け渡しは第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へのウェーハの受け渡しは第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へのウェーハの受け渡しは第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へのウェーハの受け渡しは第７搬送位置ＴＰ７で行われる。
【００３６】
第１搬送位置ＴＰ１に隣接して、搬送ロボット２２からウェーハを受け取るためのリフタ１１が配置されている。ウェーハはこのリフタ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、ウェー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にウェーハが渡されるようになっている。
【００３７】
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へのウェーハの搬送は、スイングトランスポータ１２によって行われる。ウェーハは、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。
【００３８】
搬送ロボット２２に隣接してインライン膜厚測定器８０が設けられている。ウェーハは、研磨前および／または研磨後に、搬送ロボット２２によりインライン膜厚測定器８０に搬送され、ここでウェーハの膜厚が測定される。
【００３９】
次に、インライン膜厚測定器８０について図８を参照して説明する。図８は、インライン膜厚測定器８０を示す模式図である。以下、インライン膜厚測定器８０について説明する。図８は、インライン膜厚測定器８０を示す模式図である。インライン膜厚測定器８０は、ウェーハＷが水平に置かれる基板ステージ８７と、ウェーハＷの膜厚を測定する膜厚測定ヘッド８４とを有している。
【００４０】
基板ステージ８７は、ウェーハＷの周縁部を支えることができるように、ウェーハＷの周縁部に沿った環状の部材、またはウェーハＷの周縁部に沿って配列された複数の支持部材を備えている。ウェーハＷは、上述した搬送ロボット２２により、測定対象の膜が上を向いた状態で基板ステージ８７の上に置かれる。
【００４１】
基板ステージ８７に支持されたウェーハＷの上方には、ウェーハ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、ウェーハ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、ウェーハＷの向きを検出する。基板ステージ８７は、ウェーハＷをその中心まわりに回転させる基板回転機構（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ーハ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。基板ステージ８７によりウェーハＷを回転させながら、オリエンテーション検出器８５によりウェーハＷの向きを検出し、ウェーハＷが所定の方向を向くまで基板ステージ８７によりウェーハＷを回転させる。
【００４２】
膜厚の測定中は、ウェーハＷが所定の方向を向いた状態で、ウェーハＷはこの基板ステージ８７の上で静止される。ウェーハＷの周縁部が基板ステージ８７上に置かれると、ウェーハＷは水平状態となる。膜厚測定ヘッド８４は、基板ステージ８７上のウェーハＷの上方に配置されている。膜厚測定ヘッド８４は、ウェーハＷの表面に垂直に光を当て、ウェーハＷからの反射光を受光し、反射光のスペクトルを生成し、このスペクトルに基づいてウェーハＷの膜厚を決定する。
【００４３】
膜厚測定ヘッド８４はヘッド移動機構９２に連結されており、膜厚測定ヘッド８４がウェーハＷの表面と平行な水平面内で自在に移動できるようになっている。ヘッド移動機構９２は膜厚測定ヘッド８４を上下方向にも移動させることが可能に構成されている。ヘッド移動機構９２により、膜厚測定ヘッド８４は、ウェーハＷの複数の測定点で膜厚を測定することができる。膜厚測定中は、ウェーハＷは静止状態にあり、かつ水平に置かれているので、回転するウェーハの膜厚を測定するインサイチュウ分光式膜厚モニタ３９よりも高い精度で膜厚を測定することができる。
【００４４】
図９は、インライン膜厚測定器８０の膜厚測定ヘッド８４の詳細を示す模式図である。図９に示すように、膜厚測定ヘッド８４は、多波長の光を発する光源１００と、光源１００からの光を集める集光レンズ１０１と、集光レンズ１０１を通過した光をウェーハＷに向けるビームスプリッター１０３と、ビームスプリッター１０３からの光をウェーハＷ上に集中させる結像レンズ１０５と、ウェーハＷからの反射光の強度を測定する分光光度計１１０とを備えている。分光光度計１１０とビームスプリッター１０３と間にはリレーレンズ１１７が配置されている。
【００４５】
分光光度計１１０は、反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って各波長での反射光の強度を測定するように構成される。膜厚測定ヘッド８４は、分光光度計１１０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１２０をさらに備えている。スペクトルは、各波長での反射光の強度を表わしている。インライン膜厚測定器８０によって得られた膜厚の測定値は、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９の処理部４５に送られる。
【００４６】
図１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ーハの仮置き台７２が配置されている。この仮置き台７２は、図１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間でウェーハが授受される際には、ウェー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ーハの受け渡し機構は上述の例に限定されることなく、例えばウェー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ーハを搬送してもよい。
【００４７】
仮置き台７２に載置されたウェーハは、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１に示すように、洗浄部４は、研磨されたウェーハを洗浄液で洗浄する一次洗浄機７３および二次洗浄機７４と、洗浄されたウェーハを乾燥する乾燥機７５とを備えている。第１の搬送ロボット７７は、ウェーハを仮置き台７２から一次洗浄機７３に搬送し、さらに一次洗浄機７３から二次洗浄機７４に搬送するように動作する。二次洗浄機７４と乾燥機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、ウェーハを二次洗浄機７４から乾燥機７５に搬送するように動作する。
【００４８】
乾燥されたウェーハは、搬送ロボット２２により乾燥機７５から取り出され、ウェーハカセットに戻される。このようにして、研磨、洗浄、乾燥、および膜厚測定を含む一連の処理がウェーハに対して行われる。
【００４９】
図１０は、研磨前後にインライン膜厚測定器８０で膜厚を測定する測定点の一例を示す。基本的には、測定点は、限られた測定点数でウェーハ全面の平均的或いは代表的な膜厚が得られるように分布されている。
【００５０】
図１１には、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９の膜厚センサ４０がウェーハ面上に描く走査軌跡の一例を示す。この例では、研磨テーブル３０Ａの回転速度は６０ｍｉｎ−１、トップリング３１Ａの回転速度は６６ｍｉｎ−１としており、膜厚センサ４０は研磨テーブル３０Ａが１０回転する間にウェーハ面上を周方向に均等に走査して元の位置に戻る。よって、この間に膜厚センサ４０はウェーハ全面を測定する。あるいは、テーブル３０Ａが５回転する間に、膜厚センサ４０はウェーハ面上を周方向に半周分走査するから、ウェーハ中心の前後の測定点を考慮すると、研磨テーブル３０Ａが５回転する間に膜厚センサ４０は近似的にはウェーハ全面を測定すると考えてもよい。したがって、研磨テーブル３０Ａが１０回転、又は、５回転する間に取得された膜厚値を平均することにより、ウェーハ面の周方向の膜厚分布に依らない平均的な膜厚値を得ることができる。
【００５１】
しかしながら、平均的な膜厚を得るには、研磨テーブル数回転分の膜厚データを取得して移動平均などの平均化の処理を加える必要がある。このため、算出された膜厚に時間遅れが生じ、研磨レートの変化により研磨過剰または研磨不足になるおそれがあった。
【００５２】
そこで、本発明は、研磨中のウェーハの回転角を求めることにより、ウェーハ面内の周方向の膜厚の分布を正確に捉えて時間遅れなく研磨の進行状態を監視することを狙う。研磨装置には、通常、研磨テーブル３０Ａとトップリング３１Ａの回転角を同期させたり、時々刻々の回転角を知る機構はない。そこで、以下に説明する方法は、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９で取得したスペクトルから特徴的なものを抽出して、ウェーハ面上の位置情報と関連付ける。
【００５３】
パターンウェーハにおいては、多くの場合、スクライブライン上に単層の酸化膜が形成された領域がある。この領域から反射した光のスペクトルは、パターンが形成された領域で得られたスペクトルとは大きく異なる。図１２は、研磨テーブル３０Ａが６０回転する間に、ウェーハのある半径方向の位置にある測定点で得られたスペクトルを重ね描きしたグラフである。この例では、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９の光源がハロゲンランプであり、連続的にウェーハ表面を照射した。グラフの縦軸は相対反射率であり、式（１）の基準強度Ｂ（λ）としてベアシリコンからの反射光の強度を使用している。グラフの横軸は反射光の波長を表している。
【００５４】
図１２において、太い実線、及び太い破線で示すスペクトルは、単層酸化膜のスペクトルと同様の形状・大きさを有しているのに対し、細い点線で示すその他のスペクトルは、異なる形状・大きさを有している。単層酸化膜のスペクトルに相当するスペクトル（太い実線および太い破線で示される）は、図１３に示すように、膜厚センサ４０の先端部が、点線楕円で示すようにスクライブラインに沿って動いたときに取得され、その他のスペクトルは、膜厚センサ４０の先端部がチップ内を動くか、またはスクライブラインに交差するように動いたときに取得されものと理解される。図１２において、例えば、波長４５０ｎｍ以上の相対反射率の最大値が９０％以上というような条件を置けば、単層酸化膜のスペクトルを他のスペクトルと区別して検知することができる。
【００５５】
図１４を参照して、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９から得られたスペクトルを利用してスクライブラインを検知し、ウェーハの回転角を求める方法の一例を説明する。図１４に示すように、ウェーハＷの中心ＯＷを原点としウェーハと共に回転する固定座標系をｘｙ固定座標系と定義し、ウェーハＷの中心ＯＷを原点とする回転座標系をＸＹ回転座標系と定義する。ウェーハＷは、その中心ＯＷまわりに反時計回りに回転し、研磨テーブル３０Ａは、その中心ＯＴまわりに反時計回りに回転する。以下に述べる回転角はｘ軸正方向からの角度を表す。
【００５６】
研磨パッド１０の研磨面上の点Ｐ（膜厚センサ４０の先端部）の基準時刻０（任意に設定可能）、及びある時刻ｔにおける回転角をそれぞれθＴ０、θＴとし、点Ｐの角速度をωＴとすると、ｘｙ固定座標系上のＰ（ｘ，ｙ）は、次のように表される。
θＴ＝θＴ０＋ωＴｔ                （２）
x＝ＬcosθＴ−Ｌ                  （３）
y＝ＬsinθＴ                      （４）
ただし、Ｌは、研磨テーブル３０Ａの中心ＯＴとウェーハの中心ＯＷとの距離である。
【００５７】
ＸＹ回転座標系は、ウェーハＷと共に回転し、ウェーハＷの中心に原点Ｏｗを有し、ウェーハＷ上のチップの直交する２辺の方向にＸ軸，Ｙ軸をもつ座標系である。基準時刻、及び時刻ｔにおけるウェーハＷの回転角をそれぞれ、θＷ０，θＷとし、ウェーハＷの角速度をωＷとすると、点Ｐ（膜厚センサ４０の先端部）のウェーハ面上の軌跡は、座標Ｘ，Ｙを用いて次のように表される。
θＷ＝θＷ０＋ωＷｔ                    （５）
Ｘ＝Ｌcos（θＴ−θＷ）−ＬcosθＷ      （６）
Ｙ＝Ｌsin（θＴ−θＷ）＋ＬsinθＷ        （７）
Ｘ２＋Ｙ２＝２Ｌ２（１−cosθＴ）          （８）
【００５８】
式（６）、式（７）より、次の式が得られる。
【数２】
2015020242.tif 000004
cosφ＝（ＡcosθＴ＋Ｂ）／Ｃ              （１４）
sinφ＝−ＡsinθＴ／Ｃ                    （１５）
sinψ＝cosφ，cosψ＝−sinφ              （１６）
式（１６）より、ψ＝φ＋π／２                      （１７）
【００５９】
スクライブライン上の単層酸化膜に相当するスペクトルが検知された場合、ｄＸ／ｄｔ＝０又はｄＹ／ｄｔ＝０であるから、式（９），（１０），（１７）より、その時点のウェーハの回転角θＷが次のように表される。
θＷ＝−φ＋ｎπ／２（ｎ＝０，１，２，または、３）                （１８）
ここで、角度φは式（１４）および式（１５）により決定される。ｎが０又は２であれば点Ｐはウェーハ面上をＸ軸に沿って動き、ｎが１又は３であれば点ＰはＹ軸に沿って動く。また、研磨中の研磨テーブル３０Ａとトップリング３１Ａの角速度ωＴ，ωＷが一定とすると、式（１８）で示されるθＷは、ｎとθＴのみを独立変数とする関数となる。
【００６０】
ウェーハの研磨中は、分光光度計４４の計測周期Ｓが一定であり、研磨テーブル３０Ａが１回転する度に膜厚センサ４０がウェーハ中心を測定するよう、測定タイミングが調整される（特開２００４−１５４９２８号公報参照）。また、研磨テーブル３０Ａが１回転する間の測定点ｋが、図１５に示されるようにウェーハ中心の測定点を０として測定時間の順に番号付けされているものとする。
ｋ＝・・・−２，−１，０，１，２，・・・
【００６１】
このとき、測定点ｋの回転角θＴは、次のように決定される。
θＴ＝ｋＳωＴ                    （１９）
ただし、Ｓは分光光度計４４の計測周期である。
これより、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９がスクライブラインを検知したときの測定点の番号から、点Ｐの回転角が式（１９）により一義的に決定される。したがって、式（１８）により、ウェーハの４つの回転角θＷが求められる。さらに、式（６）〜（７）により、ウェーハ面上の４つの測定点の座標値（Ｘ，Ｙ）が計算される。
【００６２】
図１６には、このようにして計算された４つの測定点の座標値を、黒丸●及び白丸○で示す。内側の破線の円は式(８）で決定される円であり、格子状の線はウェーハ面上のスクライブラインを表している。この座標値を、ウェーハ面上のスクライブラインの配置と照らし合わせることにより、その時点における測定点の座標値を決定することができる。図１６では、黒丸●で示した第２象限の点が、膜厚センサ４０の先端部がＹ方向のスクライブラインに沿って動くときの測定点位置になる。
【００６３】
図１６において、第１象限又は第３象限の白丸○で表される点がＸ方向のスクライブライン上に位置するのは、チップのサイズと配置が特別の場合に限定される。また、通常、ウェーハ中心はスクライブラインが交差する格子点上にはなく、ウェーハ中心に関し対称な第四象限の点は、Ｙ方向スクライブライン上には存在しない。したがって、多くの場合、スクライブラインを検知したときの測定点の座標値が一通りに決定される。
【００６４】
このとき、同時に、式(１８)の整数ｎ、及び、回転角θＷが一通りに決定される。さらに、式（５）から基準時刻でのウェーハ回転角θＷ０が、ただ一通りに決定される。基準時刻でのウェーハ回転角θＷ０が決定されると、式（５）により、現時点以降の任意の時刻でのウェーハ回転角θＷを求めることができる。そして、式（３）、式（４）、及び式（１９）で表される測定点Ｐ（ｘ，ｙ）を、式（６）及び式（７）によりウェーハ面上の座標値（Ｘ，Ｙ）に変換することができる。
【００６５】
図１６に示したウェーハ面上の膜厚センサ４０の走査軌跡は、研磨テーブル３０Ａの回転速度、トップリング３１Ａの回転速度がそれぞれ６０ｍｉｎ−１，６６ｍｉｎ−１の場合のものである。このように膜厚センサ４０が短時間にウェーハ面内を均等に走査する場合、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９で短時間（例えば研磨テーブル３０Ａが５回転、または１０回転する間）にウェーハ全面の膜厚測定値を得ることができる。したがって、研磨レートが安定している場合、その時間範囲内の各測定点（領域）の膜厚値を、研磨レートに基づいて一時点（例えばその時間範囲内の最後のスペクトルを測定した時点）の膜厚値に換算できる。これにより、ウェーハ面全体の最小膜厚に閾値を設けて研磨終点を決定したり、所定の割合の膜厚値が閾値を下回ったら研磨を終了するなど、より木目の細かな条件を置いて研磨終点検出を行うことができる。さらに補間によりインライン膜厚測定器８０の測定点に相当する膜厚値を求めれば、研磨前後の膜厚管理点と完全に一致する位置での監視膜厚を得ることができる。
【００６６】
ところで、比較的短時間の間に膜厚センサ４０がウェーハを周方向に均等に走査するよう、例えば図１５に示すように研磨テーブル３０Ａの回転速度が６０ｍｉｎ−１、トップリング３１Ａの回転速度が６６ｍｉｎ−１とした場合にも、ウェーハ面上の膜厚センサ４０の走査軌跡は、ウェーハ上の半径方向位置（ウェーハ中心からの距離）や研磨テーブル３０Ａの回転に従って様々な方向を取り得る。
【００６７】
しかしながら、例えば研磨テーブル３０Ａが１０回転すると、ウェーハ面上の測定点が元の位置に戻ってしまい、ウェーハ面上の測定点の軌跡は疎となる。このため、チップサイズが比較的大きな場合には、基準時刻におけるトップリング３１Ａの回転角によっては、スクライブラインを検知できないおそれがある。このような場合には、図１７に示すように、研磨テーブル３０Ａの回転速度とトップリング３１Ａの回転速度を少しだけ異なるように設定して膜厚センサ４０の走査軌跡が徐々に変化するようにすれば、より確実にスクライブラインを検知することができる。図１７には、研磨テーブル３０Ａの回転速度が６０ｍｉｎ−１、トップリング３１Ａの回転速度が６１ｍｉｎ−１の場合の膜厚センサ４０のウェーハ面上の走査軌跡を示している。
【００６８】
さらに、スラリを用いたウェーハ研磨の前に水研磨のステップを設けて、スクライブラインを検知してもよい。水研磨は、スラリの代わりに純水を研磨パッド１０上に供給しながらウェーハを研磨する工程であり、この水研磨中は、ウェーハの研磨は実質的に進行しない。
【００６９】
なお、研磨テーブル３０Ａの回転速度やスクライブラインの幅にもよるが、膜厚の計測周期を例えば３ミリ秒などある程度短くして、１つの測定点（１回の測定領域）の長さを数ｍｍ程度に抑えるのが好ましい。
【００７０】
以上に、膜厚センサ４０がウェーハ面上をスクライブラインに沿って走査した場合のスペクトルを基にウェーハの回転角を検知する方法を示したが、一般にこのような事象は研磨中に１回とは限らず、ウェーハ面内に１箇所とは限らない。一方で、ウェーハがトップリング３１Ａ内で回転方向に少しずれて、ウェーハとトップリング３１Ａとの間に回転角の差が生ずることも考えられる。そこで、研磨中継続してスクライブラインの検知を行って、ウェーハ面上の測定点の座標およびウェーハの回転角を求めて基準時刻相当のウェーハの回転角を計算する。基準時刻相当のウェーハ回転角に関しては過去のスクライブライン検知時に得られた値を逐次更新する。
【００７１】
研磨中のある時点において、基準時刻相当のウェーハの回転角θＷ０が求められると、前述のようにして、その時点以降の時刻においてウェーハの回転角θＷが求められ、そのときの測定点のウェーハ面上における座標値（Ｘ，Ｙ）を計算することができる。
【００７２】
図１８は、研磨前後のウェーハの周方向に沿った膜厚分布を示すグラフである。図１８から分かるように、研磨中にウェーハ面周方向の膜厚分布は概ね一定である。そこで周方向の膜厚分布が一定と仮定すれば、前述のようにして測定点のウェーハ面上における座標値（Ｘ，Ｙ）を求めることにより、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９で求めた膜厚値と研磨前にインライン膜厚測定器８０で求めた膜厚分布とを用いて、ウェーハのある半径方向の位置における、ウェーハ面周方向の膜厚分布を研磨中に推定することができる。したがって、時間遅れなしに、当該半径方向の位置における基板周方向の膜厚の平均を算出することができる。また、ウェーハ面上に概ね径方向に並んだ全測定点に関して膜厚を求め、それぞれの測定点に関して周方向の膜厚分布を推定すれば、研磨テーブル３０Ａが１回転する度にウェーハ全面の膜厚分布を推定することができる。これにより、ウェーハ面全体の最小膜厚に閾値を設けて研磨終点を決定したり、所定の割合の膜厚値が閾値を下回ったら研磨を終了するなど、より木目の細かな条件を置いて研磨終点検出を行うことができる。さらに、補間によりインライン膜厚測定器８０の測定点に相当する膜厚値を求めれば、研磨前後の膜厚管理点と完全に一致する位置での監視膜厚を得ることも可能である。
【００７３】
チップのサイズ、スクライブラインの幅、スクライブライン上の単層酸化膜の占有率などによっては、スクライブラインを検知できない可能性も考えられる。所定の時間経過後にスクライブラインを検知できない場合には、警告を発報したり、異常として研磨を停止してもよい。以上の流れの概略を、図１９に示す。
【００７４】
なお、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９のみを用いた場合にも、膜厚センサ４０の走査軌跡がおおむねウェーハ面を１周する間に取得された膜厚値の平均を算出することにより、周方向の膜厚のばらつきを実質的に除去することができる。しかしながら、この方法では膜厚センサ４０の走査時間に従って平均膜厚値の取得に時間遅れが生じてしまう。そこで、インライン膜厚測定器８０のデータを併用することによりこのような時間遅れを解消して、タイムリーに研磨終点を検出することができる。これは、ウェーハ面の半径方向の膜厚分布を実時間制御する場合も同様であり、周方向の膜厚ばらつきによらず周方向に平均的な膜厚を求めて、時間遅れのないタイムリーな制御が可能になる。
【００７５】
なお、スクライブラインを検知してウェーハの回転角を求める方法は、上述の単層酸化膜の検知に限らない。ウェーハ面上で反射光のスペクトルが特徴的で判別可能であれば何でもよい。例えば、スクライブライン上のノンパターンの積層膜であってもよい。
【００７６】
図２０（ａ）乃至図２０（ｃ）は、ウェーハの回転角θＷを求めるための別の方法を示したものである。図２０（ｃ）には、図２０（ａ）に示す角度θに関し、研磨前にインライン膜厚測定器８０で測定したウェーハ外周部の膜厚を、近傍の測定点での膜厚値から補間して曲線で示している。この例では、ウェーハ面上のＸ軸正方向で最も膜厚が大きく、Ｘ軸負の方向で最も小さい。
【００７７】
これに対し、図２０（ｂ）は、研磨テーブル３０Ａ、トップリング３１Ａの回転速度がそれぞれ６０ｍｉｎ−１，６６ｍｉｎ−１のときのウェーハ面上におけるインサイチュウ分光式膜厚モニタ３９の膜厚センサ４０の走査軌跡を示したものである。膜厚センサ４０は、No.1〜No.10に示す位置および順番で、ウェーハ面内に突入する。このとき、ウェーハ面突入後１点目の測定点を白丸○で示している。また、研磨開始後１０回転分の膜厚値が図２０（ｃ）の白丸○で示されており、この例では時間の経過とともに軌跡は面内を時計回りに回転して角度が減少するから、膜厚値は測定と逆の順番でNo.10をθ＝０に合わせて示している。この膜厚値は、各測定点の研磨開始後の経過時間と想定研磨レートとから、研磨前の値に換算してもよい。
【００７８】
いま、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９で膜厚を測定した時のウェーハの回転角は未知であり、図２０（ｃ）において、実線で示すインライン膜厚測定器８０による膜厚値と、白丸○で示すインサイチュウ分光式膜厚モニタ３９による膜厚値とは角度のずれを持っている。そこで、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９の膜厚値を横軸（θ軸）に沿って平行移動させて、インライン膜厚測定器８０の膜厚値に最も近くなる点を求める。具体的には、No.1〜No.10の膜厚値とインライン膜厚測定器８０の膜厚値との間の二乗差総和、又は絶対値差総和が最小になる点を求める。このときの横軸に沿った移動量をΔθとすると、Δθは軌跡No.10上の最初の測定点に対するウェーハの回転角θＷを表している。すなわち、ウェーハの回転角θＷは膜厚値の移動量Δθ（この例では負値）に等しい（θＷ＝Δθ）。
【００７９】
ここでは、ウェーハ外周部の膜厚に着目し、インサイチュウ分光モニタ膜厚センサ４０の軌跡No.1〜No.10の最初の測定点を例に説明したが、比較される膜厚の測定点（半径方向の位置）は、もちろんこれに限るものではない。また、研磨初期の周方向の膜厚分布をインライン膜厚測定器８０の研磨前膜厚と比較してウェーハの回転角を求める例を示したが、図１８に示すように研磨中の周方向の膜厚分布は概ね一定であると考えられるから、研磨初期に限らず、研磨中の任意の時刻においてもウェーハの回転角を求めることが可能である。このとき、インサイチュウ分光式膜厚モニタ３９およびインライン膜厚測定器８０の両方で得られた周方向の膜厚分布を、それぞれ平均値で除して正規化し平均厚を揃えれば、より正確に回転角を求められることが期待される。
【００８０】
この方法の場合には、膜厚センサ４０の走査軌跡が短時間にウェーハを１周するよう、研磨テーブル３０Ａとトップリング３１Ａの回転速度比を調節する必要がある。また、前述のスクライブラインを検知する方法では、膜厚センサ４０が最初にスクライブラインに沿って走査するまでの間はトップリング３１Ａの回転角を得ることができないのに対し、本方法では研磨初期から継続して回転角度を得られる。この方法と、前述の方法と併用することももちろん可能である。
【００８１】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００８２】
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
３９    インサイチュウ分光式膜厚モニタ
４０    膜厚センサ
４２    投光部
４３    受光部（光ファイバー）
４４    分光光度計
４５    処理部
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
７２    仮置き台
７３    一次洗浄機
７４    二次洗浄機
７５    乾燥機
７７    第１搬送ロボット
７８    第２搬送ロボット
８０    インライン膜厚測定器
８４    膜厚測定ヘッド
８５    オリエンテーション検出器
８７    基板ステージ
９２    ヘッド移動機構
１００    光源
１０１    集光レンズ
１０３    ビームスプリッター
１０５    結像レンズ
１１０    分光光度計
１１７    リレーレンズ
１２０    処理部
【図１】
2015020242.tif 000005
【図２】
2015020242.tif 000006
【図３】
2015020242.tif 000007
【図４】
2015020242.tif 000008
【図５】
2015020242.tif 000009
【図６】
2015020242.tif 000010
【図７】
2015020242.tif 000011
【図８】
2015020242.tif 000012
【図９】
2015020242.tif 000013
【図１０】
2015020242.tif 000014
【図１１】
2015020242.tif 000015
【図１２】
2015020242.tif 000016
【図１３】
2015020242.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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