CN104275640A - 膜厚测定装置、膜厚测定方法及具有膜厚测定装置的研磨装置 - Google Patents

Abstract

一种膜厚测定装置，具有：将基板(W)支承成水平的基板台(87)；洗涤水供给部(90)，其将洗涤水供给到基板台(87)上的基板(W)整个表面；膜厚测定头(84)，其将光照射在基板台(87)上的基板(W)表面上的测定区域，生成来自测定区域的反射光的光谱，从该光谱确定基板(W)的膜厚；以及流体供给部(130)，其在光的光路上形成气体流，将该气体流施加到测定区域。采用本发明的膜厚测定装置及膜厚测定方法，可提高膜厚的测定精度。

Description

膜厚测定装置、膜厚测定方法及具有膜厚测定装置的研磨装置

技术领域

本发明涉及一种对晶片等基板的膜厚进行测定的膜厚测定装置及膜厚测定方法和具有膜厚测定装置的研磨装置。

背景技术

人们预测将来半导体器件将越来越细微化。为了实现这种细微结构，对于以CMP装置为代表的研磨装置，要求更精密的过程控制及更高度的研磨性能。具体来说，要求更准确的剩余膜控制(即研磨终点检测精度)及改良的研磨结果(缺陷少和平坦的被研磨面)。此外，还要求更高的生产率(处理量)。

现在的研磨装置中，为了提高研磨精度而进行被称为“返工”的再研磨。这种再研磨是这样的工序：将由研磨装置研磨后的晶片搬入外部的膜厚测定装置，用膜厚测定装置对研磨后的晶片的膜厚进行测定，为了消除测定出的膜厚与目标膜厚的差异而再次对晶片进行研磨。

现参照图1来说明以往的晶片研磨方法的流程。研磨装置一般被划分成研磨部和清洗部。晶片首先被输送到研磨部。在研磨部，一边将研磨液(浆料)供给到研磨台上的研磨垫上，一边使晶片与研磨垫滑动接触，由此研磨晶片(步骤1)。研磨后的晶片接着被输送到清洗部，在此对晶片进行清洗(步骤2)，此外，对已清洗的晶片进行干燥(步骤3)。

如此处理后的晶片，接着被输送到设在研磨装置外部的膜厚测定装置(步骤4)，在此，测定研磨后的晶片的膜厚(步骤5)。将晶片的膜厚与规定的目标膜厚进行比较(步骤6)，当晶片的膜厚未达到目标膜厚时，晶片就再次被搬入研磨装置，再次进行研磨、清洗，并干燥。但是，这种被称为返工的再研磨，虽然对于实现准确的膜厚是有效的，但是，从晶片最初研磨至再研磨花费相当的时间，会使生产率(处理量)下降。

采用上述的研磨方法，基于外部的膜厚测定装置的膜厚测定结果，而可调整后续晶片的研磨条件(研磨时间、研磨压力等)。但是，将调整后的研磨条件适用于晶片研磨之前的一段时间，数枚晶片的研磨已经结束，因此，对于这些晶片的研磨来说未反映调整后的研磨条件。为了将调整后的研磨条件适用于下个晶片的研磨，下个晶片的研磨需要等待至先前晶片的膜厚测定结束，以及研磨条件的调整结束。但是，这种操作会使生产率(处理量)下降。

作为上述的膜厚测定装置，有时也使用所谓的湿式膜厚测定装置，其能在晶片处于湿状态的时候对晶片的膜厚进行测定。该湿式膜厚测定装置构成为，在其膜厚测定头与晶片之间介有纯水的状态下，对晶片的膜厚进行测定。采用该类型的膜厚测定装置，可在刚研磨好晶片时对湿状态的晶片的膜厚进行测定。

但是，由于研磨液(浆料)和研磨屑有时会混入存在于膜厚测定头与晶片之间的纯水中，使纯水的清洁度下降，其结果是会降低膜厚测定的精度。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于上述以往的问题而做成的，其目的在于，提供一种膜厚测定装置及膜厚测定方法，能提高膜厚的测定精度。另外，本发明的目的在于，提供一种具有膜厚测定装置的研磨装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明的一形态是一种膜厚测定装置，其特点是，具有：基板台，该基板台将基板支承成水平；洗涤水供给部，该洗涤水供给部将洗涤水供给到所述基板台上的基板的整个表面；膜厚测定头，该膜厚测定头将光照射在所述基板台上的所述基板的表面上的测定区域，生成来自所述测定区域的反射光的光谱，根据该光谱确定所述基板的膜厚；以及流体供给部，该流体供给部在所述光的光路上形成气体流，并将该气体流施加到所述测定区域。

本发明的另一形态是一种膜厚测定装置，其特点是，具有：基板台，该基板台将基板支承成水平；洗涤水供给部，该洗涤水供给部将洗涤水供给到所述基板台上的基板的整个表面；喷管，该喷管具有能够与所述基板的表面接触或接近的开口部；液体供给管路，该液体供给管路将液体供给到所述喷管内；以及膜厚测定头，该膜厚测定头使光透过所述喷管内的液体而将光照射到所述基板台上的所述基板的表面上的测定区域，生成来自所述测定区域的反射光的光谱，根据该光谱确定所述基板的膜厚。

本发明的另一形态是一种膜厚测定方法，其特点是，将基板支承成水平，将洗涤水供给到所述基板的整个表面，一边将光照射到所述基板的表面上的测定区域，一边在光的光路上形成气体流，并将该气体流施加到所述测定区域，生成来自所述测定区域的反射光的光谱，根据所述光谱确定所述基板的膜厚。

本发明的另一形态是一种膜厚测定方法，其特点是，将基板支承成水平，将洗涤水供给到所述基板的整个表面，使喷管的开口部与所述基板的表面接触或接近，将液体供给到所述喷管内，使光透过所述喷管内的液体而将光照射到所述基板的表面上的测定区域，生成来自所述测定区域的反射光的光谱，根据所述光谱确定所述基板的膜厚。

本发明的另一形态是一种研磨装置，其特点是，研磨部，该研磨部对基板进行研磨；清洗部，该清洗部对所述基板进行清洗、干燥；以及上述膜厚测定装置。

发明的效果

采用本发明，供给于基板的测定区域的气体或纯水等流体，可局部去除形成在该测定区域上洗涤水的膜。因此，膜厚测定头不受洗涤水的影响而能准确测定膜厚。

附图说明

图1是说明以往的晶片研磨方法的流程图。

图2是表示研磨方法的流程图。

图3是表示能实行图2所示的研磨方法的研磨装置的示意图。

图4是模式表示第1研磨单元的立体图。

图5是表示图4所示的顶环的剖视图。

图6(a)及图6(b)是表示湿式膜厚测定装置的模式图。

图7是表示湿式膜厚测定装置的膜厚测定头的详细结构的模式图。

图8是表示与膜厚测定头相邻地设置气体喷射部的例子的示意图。

图9是表示湿式膜厚测定装置的另一实施形态的示意图。

图10是图9所示的气体供给部的俯视图。

图11是表示具有多个气体导入管路连接于喷管的结构的气体供给部的俯视图。

图12表示湿式膜厚测定装置的又一实施形态的示意图。

图13是图12所示的喷管、纯水供给管路及纯水排出管路的俯视图。

图14是表示喷管的内部空间由圆筒状的分隔壁分隔为内侧导入空间和外侧排出空间的结构的示意图。

图15是表示省略纯水排出管路及分隔壁的例子的示意图。

图16是表示晶片表面的周缘部设有环状的围堰的例子的剖视图。

图17是表示晶片表面的周缘部设有环状的围堰的例子的俯视图。

图18是围堰及密封部件的放大图。

图19是表示湿式膜厚测定装置的又一实施形态的示意图。

图20是表示晶片剖面结构的一个例子的示意图。

图21(a)及图21(b)是表示图20所示的晶片的研磨方法的一个例子的示意图。

图22是用于说明图21(a)及图21(b)所示的晶片的研磨方法的流程图。

图23(a)、图23(b)、图23(c)、图23(d)是表示图20所示的晶片的研磨方法的其它例子的示意图。

图24是用于说明图23(a)、图23(b)、图23(c)、图23(d)所示的晶片的研磨方法的流程图。

图25(a)、图25(b)、图25(c)、图25(d)是表示图20所示的晶片的研磨方法的又一例子的示意图。

图26是用于说明图25(a)、图25(b)、图25(c)、图25(d)所示的晶片的研磨方法的流程图。

图27是由钨膜、势垒膜及绝缘膜构成的层叠结构的剖视图。

图28(a)及图28(b)是表示图27所示的晶片的研磨方法的一个例子的示意图。

图29是用于说明图28(a)及图28(b)所示的晶片的研磨方法的流程图。

图30是形成有层间绝缘膜(ILD)的晶片的剖视图。

图31(a)及图31(b)是图30所示的晶片的研磨方法的一个例子的示意图。

图32是用于说明图31(a)及图31(b)所示的晶片的研磨方法的流程图。

图33表示STI(浅沟槽隔离)工艺的晶片的剖视图。

图34(a)及图34(b)是表示图33所示的晶片的研磨方法的一个例子的示意图。

图35是用于说明图34(a)及图34(b)所示的晶片的研磨方法的流程图。

图36是在形成High-k金属栅的过程中应用CMP的形成有层叠构造的晶片剖视图。

图37(a)、图37(b)、图37(c)、图37(d)是表示图36所示的晶片的研磨方法的一个例子的示意图。

图38是用于说明图37(a)、图37(b)、图37(c)、图37(d)所示的晶片的研磨方法的流程图。

图39是用于说明图37(a)、图37(b)、图37(c)、图37(d)所示的晶片的另一研磨方法的流程图。

图40是表示具有涡电流式膜厚传感器及光学式膜厚传感器的第1研磨单元的模式剖视图。

图41是用于说明光学式膜厚传感器原理的模式图。

图42是表示晶片与研磨台之间位置关系的平面图。

图43是表示由动作控制部生成的光谱的示意图。

图44是说明将由动作控制部生成的当前光谱与多个基准光谱进行比较从而确定当前膜厚的过程的示意图。

图45是表示与膜厚差Δα对应的二个光谱的模式图。

图46是表示用于说明涡电流式膜厚传感器原理的电路的示意图。

图47是表示将与膜厚一起变化的X、Y描绘在XY坐标系上而得到的曲线图。

图48是表示使图47的曲线图形逆时针旋转90度，再使其平行移动后得到的曲线图。

图49是表示根据线圈与晶片的距离而变化的XY坐标的圆弧轨迹的示意图。

图50是表示根据研磨时间而变化的角度θ的曲线图。

符号说明

1                      壳体

2                      装载/卸载部

3                      研磨部

3A、3B、3C、3D         研磨单元

4                      清洗部

5                      动作控制部

6                      第1线性传送装置

7                      第2线性传送装置

10                     研磨垫

11                     升降器

12                     摆动式传送装置

16                     顶环旋转轴

17                     连接构件

18                     顶环用电动机

19                     台用电动机

20                     前装载部

21                     行走机构

22                     输送用自动装置

30A、30B、30C、30D     研磨台

31A、31B、31C、31D     顶环

32A、32B、32C、32D           研磨液供给机构

33A、33B、33C、33D           修整工具

34A、34B、34C、34D           喷雾器

40                           光学式膜厚传感器

42                           射光部

43                           受光部(光纤)

44                           分光光度计

47                           光源

48                           光纤

50A                          第1孔

50B                          第2孔

51                           通孔

53                           液体供给道

54                           液体排出道

55                           液体供给源

56                           万向接头

57                           顶环主体

58                           护环

60                           涡电流式膜厚传感器

61                           线圈

62                           薄膜

63                           夹紧板

64                           压力调整部

70                           扭矩电流计测器

72                           临时放置台

73                           一次清洗机

74                           二次清洗机

75                           干燥机

77                           第1输送用自动装置

78                           第2输送用自动装置

79                           输送用自动装置

80                           湿式膜厚测定装置

84        膜厚测定头

85        定向监测器

87        基板台

90        洗涤水供给部

92        头移动机构

100       光源

101       聚光透镜

103       第1分光镜

105       成像透镜

110       分光光度计

112       数码照相器

115       第2分光镜

116       第1中继透镜

117       第2中继透镜

120       处理部

130       气体喷射部(流体供给部)

131       气体供给部(流体供给部)

133       喷管

134       气体导入管路

140       液体供给部(流体供给部)

141       喷管

142       液体供给管路

143       液体排出管路

145       导入空间

146       排出空间

148       分隔壁

150       围堰

151       密封部件

155       液体喷射部(流体供给部)

具体实施方式

下面，参照说明书附图来说明本发明的实施形态。

图2是表示研磨方法的流程图。如图2所示，在对研磨后的晶片进行清洗、干燥前，测定湿状态的晶片的膜厚。在测定出的膜厚未达到规定的目标值时，晶片被返回到研磨部，进行再研磨。如此，在晶片被清洗及被干燥前，由于可对该晶片进行再研磨，因此，可缩短再研磨所需要的时间。其结果，可提高处理量。此外，可将基于膜厚的测定结果而进行调整后的研磨条件(研磨时间、研磨压力等)适用于下个晶片的研磨，因此，可提高处理量。

图3是表示可实行上述研磨方法的研磨装置的示意图。如图3所示，该研磨装置具有大致矩形的壳体1，壳体1的内部由隔壁1a、1b划分为装载/卸载部2、研磨部3和清洗部4。研磨装置具有对晶片处理动作进行控制的动作控制部5。

装载/卸载部2具有前装载部20，前装载部20上放置有对多个晶片(基板)进行存放的晶片盒。在该装载/卸载部2上，沿前装载部20的排列而铺设有行走机构21，在该行走机构21上设置有可沿晶片盒的排列方向移动的二台输送用自动装置(装载器)22。输送用自动装置22通过在行走机构21上移动而可对搭载在前装载部20上的晶片盒进行存取。

研磨部3是对晶片进行研磨的区域，研磨部3具有第1研磨单元3A、第2研磨单元3B、第3研磨单元3C和第4研磨单元3D。如图3所示，第1研磨单元3A具有：第1研磨台30A，该第1研磨台30A安装有具有研磨面的研磨垫10；第1顶环31A，该第1顶环31A用于对晶片进行保持并将晶片按压在研磨台30A的研磨垫10上的同时对该晶片进行研磨；第1研磨液供给机构32A，该第1研磨液供给机构32A用于将研磨液(例如浆料)或修整液(例如纯水)供给到研磨垫10上；第1修整工具33A，该第1修整工具33A用于对研磨垫10的研磨面进行修整；以及第1喷雾器34A，该第1喷雾器34A将液体(例如纯水)与气体(例如氮气)的混合流体或液体(例如纯水)雾化而喷射到研磨面上。

同样，第2研磨单元3B具有：安装有研磨垫10的第2研磨台30B；第2顶环31B；第2研磨液供给机构32B；第2修整工具33B；以及第2喷雾器34B，第3研磨单元3C具有：安装有研磨垫10的第3研磨台30C；第3顶环31C；第3研磨液供给机构32C；第3修整工具33C；以及第3喷雾器34C，第4研磨单元3D具有：安装有研磨垫10的第4研磨台30D；第4顶环31D；第4研磨液供给机构32D；第4修整工具33D；以及第4喷雾器34D。

第1研磨单元3A、第2研磨单元3B、第3研磨单元3C及第4研磨单元3D，由于互相具有相同的结构，因此，下面参照图4来说明第1研磨单元31A。图4是模式表示第1研磨单元的立体图。另外，在图4中，省略修整工具33A及喷雾器34A。

研磨台30A通过台轴30a而与配置在研磨台30A的下方的台用电动机19连接，研磨台30A利用该台用电动机19而向箭头所示的方向旋转。在该研磨台30A的上表面贴附有研磨垫10，研磨垫10的上表面构成对晶片W进行研磨的研磨面10a。顶环31A与顶环旋转轴16的下端连接。顶环31A构成为，其下表面利用真空吸附而可保持晶片W。顶环旋转轴16利用未图示的上下移动机构而上下移动。

研磨台30A的内部，配置有光学式膜厚传感器40及涡电流式膜厚传感器60，它们获取根据晶片W的膜厚而变化的膜厚信号。这些膜厚传感器40、60如记号A所示，与研磨台30A一体旋转，获取由顶环31A保持的晶片W的膜厚信号。光学式膜厚传感器40及涡电流式膜厚传感器60对应于图3所示的动作控制部5连接，由这些膜厚传感器40、60获取的膜厚信号被送向动作控制部5。动作控制部5由膜厚信号生成直接或间接表示膜厚的膜厚指标值。

此外，设有扭矩电流计测器70，其对使研磨台30A旋转的台用电动机19的输入电流(即扭矩电流)进行检测。由扭矩电流计测器70检测的扭矩电流值被送向动作控制部5，晶片研磨中，扭矩电流值由动作控制部5监视。

晶片W的研磨如下那样进行。使顶环31A及研磨台30A分别向箭头所示的方向旋转，将研磨液(浆料)从研磨液供给机构32A供给到研磨垫10上。在该状态下，下表面保持有晶片W的顶环31A将晶片W按压到研磨垫10的研磨面10a上。晶片W的表面，利用研磨液所含的磨料颗粒的机械作用和研磨液的化学作用而被研磨。研磨结束后，由修整工具33A对研磨面10a进行修整(调节)，再将高压流体从喷雾器34A供给到研磨面10a上，去除残留在研磨面10a上的研磨屑和磨料颗粒等。

顶环31A构成为，可将晶片的多个区域独立地按压在研磨垫上。图5是表示图4所示的顶环31A的剖视图。顶环31A具有：通过万向接头56而与顶环旋转轴16连接的顶环主体57；以及配置在顶环主体57下部的护环58。

在顶环主体57的下方，配置有：与晶片W抵接的柔软的薄膜62；以及对薄膜62进行保持的夹紧板63。在薄膜62与夹紧板63之间设有四个压力室(气囊)P1、P2、P3、P4。压力室P1、P2、P3、P4由薄膜62和夹紧板63形成。中央的压力室P1是圆形，其它的压力室P2、P3、P4是环状。这些压力室P1、P2、P3、P4同心地排列。

加压空气等的加压流体通过流体道F1、F2、F3、F4由压力调整部64分别被供给或被真空吸引到压力室P1、P2、P3、P4内。压力室P1、P2、P3、P4的内部压力可互相独立地变化，由此，可对晶片W的四个区域，即对中央部、内侧中间部、外侧中间部及周缘部的推压力进行独立调整。另外，通过使顶环31A整体升降，从而可按规定的推压力将护环58推压到研磨垫10上。

在夹紧板63与顶环主体57之间形成有压力室P5，加压流体通过流体道F5由上述压力调整部64供给或真空吸引到该压力室P5内。由此，夹紧板63及护环62整体可沿上下方向移动。晶片W的周端部由护环58围住，在研磨中晶片W就不会从顶环31A飞出。在构成压力室P3的、薄膜62的部位上形成有开口，通过在压力室P3形成真空，从而晶片W被吸附保持在顶环31A上。另外，通过将氮气或清洁空气等供给到该压力室P3内，从而从顶环31A释放晶片W。

动作控制部5根据与各压力室P1、P2、P3、P4对应的晶片表面区域的膜厚指标值来确定各压力室P1、P2、P3、P4的内部压力的目标值。动作控制部5将指令信号送向上述压力调整部64，控制压力调整部64使得压力室P1、P2、P3、P4的内部压力与上述目标值一致。如此，由于具有多个压力室的顶环31A根据研磨的进度而可将晶片表面上的各区域独立地按压到研磨垫10上，因此，可均匀地研磨膜。

回到图3，与第1研磨单元3A及第2研磨单元3B相邻地配置有第1线性传送装置6。该第1线性传送装置6是在四个输送位置(第1输送位置TP1、第2输送位置TP2、第3输送位置TP3和第4输送位置TP)之间对晶片进行输送的机构。另外，与第3研磨单元3C及第4研磨单元3D相邻地配置有第2线性传送装置7。该第2线性传送装置7是在三个输送位置(第5输送位置TP5、第6输送位置TP6和第7输送位置TP7)之间对晶片进行输送的机构。

晶片由第1线性传送装置6而被输送到研磨单元3A、3B。第1研磨单元3A的顶环31A利用其摆动动作而在研磨台30A的上方位置与第2输送位置TP2之间移动。因此，晶片向顶环31A的交接在第2输送位置TP2进行。同样，第2研磨单元3B的顶环31B在研磨台30B的上方位置与第3输送位置TP3之间移动。晶片向顶环31B的交接在第3输送位置TP3进行。第3研磨单元3C的顶环31C在研磨台30C的上方位置与第6输送位置TP6之间移动，晶片向顶环31C的交接在第6输送位置TP6进行。第4研磨单元3D的顶环31D在研磨台30D的上方位置与第7输送位置TP7之间移动，晶片向顶环31D的交接在第7输送位置TP7进行。

与第1输送位置TP1相邻地配置有从输送用自动装置22接受晶片用的升降器11。晶片通过该升降器11而从输送用自动装置22被传递到第1线性传送装置6。隔壁1a上在位于升降器11与输送用自动装置22之间的位置设有闸门部件(未图示)，在输送晶片时打开闸门部件，晶片就从输送用自动装置22被传递到升降器11上。

在第1线性传送装置6、第2线性传送装置7和清洗部4之间配置有摆动式传送装置12。通过摆动式传送装置12晶片从第1线性传送装置6输送到第2线性传送装置7。晶片由第2线性传送装置7输送到第3研磨单元3C及/或第4研磨单元3D。

在研磨部3与清洗部4之间，配置有湿式膜厚测定装置80。更具体地说，湿式膜厚测定装置80与研磨部3的第4研磨单元3D相邻地配置。在第2线性传送装置7与湿式膜厚测定装置80之间配置有输送用自动装置79。由研磨部3研磨后的晶片，由输送用自动装置79而从第2线性传送装置7被输送到湿式膜厚测定装置80。因此，利用由第2线性传送装置7和输送用自动装置79构成的输送机而在研磨部3与湿式膜厚测定装置80之间输送晶片。也可省略输送用自动装置79，由第2线性传送装置7将晶片直接输送到湿式膜厚测定装置80。在该情况下，利用由第2线性传送装置7构成的输送机而在研磨部3与湿式膜厚测定装置80之间输送晶片。

湿式膜厚测定装置80，是能对干燥处理前的湿状态的晶片的膜厚进行测定的湿式光学膜厚测定器。该湿式膜厚测定装置80构成为，一边将成为测定对象的晶片的已研磨面维持成湿状态，一边对晶片的膜厚进行测定。

下面，说明湿式膜厚测定装置80。图6(a)是表示湿式膜厚测定装置80的模式图。湿式膜厚测定装置80具有：将晶片W支承成水平的基板台87；将洗涤水(通常为纯水)供给到晶片W上并使得洗涤水覆盖晶片W整个表面的洗涤水供给部90；以及对晶片W的膜厚进行测定的膜厚测定头84。由洗涤水覆盖的晶片W表面是由研磨部3研磨后的面，是成为测定对象的膜的露出面。

利用上述的输送用自动装置79，晶片W以膜向上的状态放置在基板台87上。基板台87构成为，利用真空吸附而保持晶片W的下表面。膜厚测定中，晶片W的位置利用真空吸附力而固定。图6(b)是表示基板台87另一例子的示意图。如图6(b)所示，为了能够对晶片W的周缘部进行支撑，基板台87也可具有沿晶片W的周缘部的环状部件，或沿晶片W的周缘部排列的多个支承部件。

在支承于基板台87的晶片W的上方设有对晶片W周向的朝向进行检测的定向检测器85。该定向检测器85通过对形成于晶片W周缘部的凹槽或被称为定向平面的缺口进行检测，从而检测晶片W的朝向。基板台87具有使晶片W绕其中心旋转的基板旋转机构(未图示)、以及XY扫描机构(未图示)，可自由调整由定向检测器85检测出的晶片W的朝向(周向的位置)及晶片W的位置。一边利用基板台87使晶片W旋转，一边利用定向检测器85对晶片W的朝向进行检测，利用基板台87使晶片W旋转直至晶片W朝向规定的方向。

在膜厚的测定中，在晶片W朝向规定方向的状态下，晶片W静止在该基板台87上。当晶片W放置在基板台87上时，晶片W就成为水平状态。膜厚测定头84配置在基板台87上的晶片W的上方。膜厚测定头84是，将光垂直照到晶片W表面上，接受来自晶片W的反射光，生成反射光的光谱，基于该光谱而确定晶片W的膜厚。膜厚测定头84的膜厚测定原理与后述的光学式膜厚传感器40基本上是相同的。

膜厚测定头84与头移动机构92连接，膜厚测定头84在与晶片W表面平行的平面内可自由移动。头移动机构92构成为，使膜厚测定头84也能够在上下方向上移动。膜厚测定头84利用头移动机构92而可在晶片W的多个测定点测定膜厚。膜厚测定中，晶片W为静止状态，且被水平放置，因此，相对于对旋转的晶片的膜厚进行测定的光学式膜厚传感器40而言，膜厚测定头84能以更高的精度对膜厚进行测定。可通过使膜厚测定头84及/或基板台87移动来调整膜厚测定头84与晶片W的相对位置。利用这种结构，膜厚测定头84可对参与晶片表面上的规定位置的测定点的膜厚进行测定。

图7是表示湿式膜厚测定装置80的膜厚测定头84的详细结构的模式图。如图7所示，膜厚测定头84具有：发出多波长的光的光源100；将来自光源100的光聚集的聚光透镜101；将通过聚光透镜101的光朝向晶片W的第1分光镜103；使来自分光镜103的光集中在晶片W上的成像透镜105；对来自晶片W的反射光的强度进行测定的分光光度计110；获取晶片W表面的图像的数码照相器112；以及将来自晶片W的反射光分成朝向分光光度计110和朝向数码照相器112的二束光线的第2分光镜115。

在数码照相器112与第2分光镜115之间配置有第1中继透镜116，在分光光度计110与第2分光镜115之间配置有第2中继透镜117。分光光度计(分光器)110构成为，依据波长而对反射光进行分解，在规定的波长范围对各波长的反射光的强度进行测定。膜厚测定头84还具有处理部120，处理部120从由分光光度计110得到的反射光的强度数据(膜厚信号)中生成光谱，并根据光谱确定膜厚。光谱表示各波长的反射光的强度。由湿式膜厚测定装置80得到的膜厚的测定值，被送向动作控制部5。

湿式膜厚测定装置80还具有气体喷射部(流体供给部)130，该气体喷射部130将气体的喷流施加到照射有来自膜厚测定头84的光的晶片表面上的测定区域。该气体喷射部130与未图示的气体供给源连接。作为供给到晶片W表面上的气体，使用氮气或空气。气体喷射部130的顶端朝向晶片W，在晶片W上形成气体的下降流。气体的下降流，在从膜厚测定头84发出的光的光路上前进，局部去除形成在晶片表面的测定区域上的洗涤水的膜。即，晶片W的大致整个表面被洗涤水覆盖，仅测定区域被气体的喷流局部地干燥。

膜厚测定头84的下端具有使朝向晶片W的光通过的光通过孔122。气体喷射部130的顶端配置在该光通过孔122的内部。因此，气体与光重叠，并形成从膜厚测定头84的下端朝向晶片W的下降流。换言之，来自膜厚测定头84的光通过气体的下降流而到达晶片W表面上的测定区域，在晶片W表面上反射，然后通过气体的下降流而返回到膜厚测定头84。

该气体的下降流局部去除洗涤水的膜，施加到晶片W的表面上并向光路外侧扩散。这种气体的下降流不会引起洗涤水向膜厚测定头84的回溅，可仅使晶片W的测定区域局部干燥。因此，膜厚测定头84不受因研磨液(浆料)等所引起的洗涤水浑浊的影响，且不受洗涤水的膜厚变化的影响，而可进行正确的膜厚测定。如图8所示，气体喷射部130也可与膜厚测定头84相邻即也可与膜厚测定头84分开设置。

图9是表示湿式膜厚测定装置80的另一实施形态。不特别说明的结构，是对应于图6(a)所示的实施形态相同的结构。在本实施形态中，湿式膜厚测定装置80具有气体供给部(流体供给部)131，该气体供给部131将气体供给到照射有来自膜厚测定头84的光的晶片表面上的测定区域。图10是图9所示的气体供给部131的俯视图。气体供给部131具有：固定在膜厚测定头84的下端的喷管133；以及与喷管133连接的气体导入管路134。气体导入管路134与未图示的气体供给源连接。氮气、空气等的气体从气体导入管路134被导入喷管133内。

喷管133由闭合的周壁构成。在本实施形态中，喷管133具有圆筒状，但只要具有闭合的周壁，也可是其它形状。喷管133与光通过孔122连接。更具体地说，光通过孔122被透明窗123封住，喷管133配置在透明窗123的下方。该透明窗123允许光通过且防止液体进入膜厚测定头84内。通过透明窗123的光经喷管133内而到达晶片W的表面。

膜厚测定中，如图9所示，喷管133的开口部位于形成在晶片W上的洗涤水的膜内，且稍许离开晶片W的表面。在该状态下，气体从气体导入管路134被导入喷管133内，在喷管133内形成下降流。气体的下降流在光的光路上行进，且气体经喷管133与晶片W表面之间的间隙而从喷管133排出。

光在形成于喷管133内的气体的下降流中行进并到达晶片W的表面，在晶片W的表面反射，然后经气体的下降流中而返回到膜厚测定头84。膜厚测定头84的下端向晶片W表面流动的气体与光重叠，局部去除洗涤水，由此确保光的光路。如此，气体的下降流可仅仅局部地干燥晶片W表面上的测定区域。由于透明窗123与充满于喷管133内的气体接触，因此，透明窗123被保持成干的状态。另外，可利用气体的下降流来防止洗涤水向透明窗123的回溅。如图11所示，也可将多个气体导入管路134与喷管133连接。

图12是表示湿式膜厚测定装置80的又一实施形态的示意图。不特别说明的结构，是对应于图6(a)所示的实施形态相同的结构。在本实施形态中，使用液体作为供给到晶片W表面的流体。湿式膜厚测定装置80具有液体供给部(流体供给部)140，该液体供给部140将液体供给到照射有来自膜厚测定头84的光的晶片表面上的测定区域。作为该液体，最好使用纯水。

液体供给部140具有：固定在膜厚测定头84的下端的喷管141；将液体供给到喷管141内部空间的液体供给管路142；将液体从喷管141的内部空间排出的液体排出管路143。液体排出管路143也可与吸引液体的泵连接。喷管141与膜厚测定头84的光通过孔122连接。更具体地说，光通过孔122被透明窗123封住，喷管141配置在该透明窗123的下方。

图13是图12所示的喷管141、液体供给管路142及液体排出管路143的俯视图。喷管141由闭合的周壁构成。在本实施形态中，喷管141具有圆筒状，但只要具有闭合的周壁，也可是其它形状。如图12所示，膜厚测定时，通过喷管141的开口部与晶片W的表面接触或接近，从而闭合喷管141的内部空间。当使喷管141的开口部与晶片W表面接触时，喷管141的开口部的顶端也可设置缓冲件。缓冲件也可使用与研磨垫相同的材料。

在喷管141内设有分隔壁148，该分隔壁148将喷管141的内部空间分隔成与液体供给管路142连接的导入空间145、和与液体排出管路143连接的排出空间146。液体经液体供给管路142而流入导入空间145，且在导入空间145内的光的光路上形成下降流。该下降流与光重叠并从膜厚测定头84的下端向晶片W行进。此外，液体经分隔壁148的下端与晶片W表面之间的间隙而流入排出空间146，并通过液体排出管路143排出。

来自膜厚测定头84的光，通过喷管141内的液体而到达晶片W表面上的测定区域，在晶片W表面反射，然后通过喷管141内的液体而返回到膜厚测定头84。膜厚的测定中，由于喷管141的开口部被晶片W表面闭合，因此，洗涤水不会进入喷管141的内部空间。因此，由液体的流动确保了位于内部空间内的光的光路，可实现正确的膜厚测定。

图13所示的分隔壁148，将喷管141的内部空间大致直线分隔成导入空间145和排出空间146。但如图14所示，也可由圆筒状的分隔壁148将喷管141的内部空间分隔成内侧的导入空间145和外侧的排出空间146。

如图15所示，也可省略液体排出管路143及分隔壁148。图15所示的例子，在喷管141与洗涤水的膜接触这一方面是与图12所示的例子相同的，但喷管141的开口部不与晶片W的表面接触，而是稍许离开晶片W的表面。在图15所示的例子中，液体充满喷管141的内部空间，然后经喷管141的开口部与晶片W表面之间的间隙排出。

膜厚测定中，较好的是，喷管141内的液体的液面水平为一定。膜厚测定中，也可用液体充满喷管141的内部空间。在该情况下，从设在膜厚测定头84的下端的透明窗123至晶片W的表面存在液体(较好的是纯水)，液体与透明窗123接触。为使液体的流动不影响膜厚测定，较好的是，膜厚测定中，延缓液体的流动速度。膜厚测定中也可不始终持续流动。可以是，在晶片W上形成洗涤水的膜之后，使喷管141与晶片W表面接触或接近，将液体供给到喷管141内，或者，也可以是，使喷管141与晶片W表面接触或接近，将液体供给到喷管141内之后，在晶片W上形成洗涤水的膜。

在上述的图6(a)至图15所示的实施形态中，为了将形成在晶片W表面(上表面)上的洗涤水的膜的厚度作成一定，较好的是如图16及图17所示，在晶片W表面的周缘部设置环状的围堰150。围堰150的材料不特别限定。为了防止洗涤水的泄漏及损伤晶片W，较好的是如图18所示，在围堰150与晶片W之间设置密封部件151。洗涤水从洗涤水供给部90供给到晶片W上，溢出围堰150。通过设置这种围堰150，在膜厚测定中，能可靠地保持晶片W表面的湿状态，且能将洗涤水的膜的厚度保持成一定。

图19是表示湿式膜厚测定装置80的又一实施形态的示意图。不特别说明的结构，是与图6(a)所示的实施形态相同的结构。在本实施形态中，在晶片W的测定对象的膜朝向下的状态下，晶片W被真空吸附保持在基板台87的下表面上。洗涤水供给部90及膜厚测定头84配置在由基板台87保持的晶片W的下方。洗涤水供给部90将洗涤水(通常为纯水)供给到晶片W的下表面并使得洗涤水覆盖晶片W的整个下表面。

在膜厚测定头84上设有液体喷射部(流体供给部)155，该液体喷射部155将液体的喷流供给到照射有光的晶片W的下表面上的测定区域。液体的喷流形成在光的光路上。形成在晶片W下表面的洗涤水的一部分膜，被来自液体喷射部155的清洁的液体置换。晶片表面的异物被液体的喷流去除，光路上被保持成清洁。因此，可实现正确的膜厚测定。作为该液体，最好使用纯水。

也可适当组合图19所示的实施形态与图6(a)至图15所示的实施形态。例如，也可在使喷管141与形成在晶片W下表面的洗涤水的膜接触的状态下，用液体充满喷管141内来进行膜厚测定。在该情况下，也可用吸液管那样的液体供给工具将液体供给到喷管141内。

回到图3，在摆动式传送装置12的侧方配置有晶片的临时放置台72，该临时放置台72设置在未图示的框架上。该临时放置台72如图3所示，与第1线性传送装置6相邻配置，并位于第1线性传送装置6与清洗部4之间。摆动式传送装置12在第4输送位置TP4、第5输送位置TP5、以及临时放置台72之间移动。

清洗部4的第1输送用自动装置77将放置于临时放置台72的晶片输送到清洗部4。如图3所示，清洗部4具有：用清洗液对研磨后的晶片进行清洗的一次清洗机73及二次清洗机74；以及对清洗后的晶片进行干燥的干燥机75。第1输送用自动装置77进行如下动作：将晶片从临时放置台72输送到一次清洗机73，再从一次清洗机73输送到二次清洗机74。在二次清洗机74与干燥机75之间配置有第2输送用自动装置78。该第2输送用自动装置78进行如下动作：将晶片从二次清洗机74输送到干燥机75。

通过输送用自动装置22从干燥机75中取出干燥后的晶片，将干燥后的晶片返回到晶片盒内。如此，对晶片进行包含研磨、膜厚测定、清洗、及干燥的一系列的处理。

在上述的实施例中，当在各研磨单元3A～3D间交接晶片时，晶片就脱离顶环，通过线性传送装置6、7而被输送到其它的研磨单元，但研磨单元间的晶片交接机构不限于上述的例子。例如，也可在另外的实施形态中，在保持晶片的状态下通过顶环(研磨头)直接移动到其它的研磨单元而输送晶片。在本实施形态中，湿式膜厚测定装置80也可配置在研磨台与研磨台之间，或配置在研磨台与上述输送位置(TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6、或TP7)之间。通过顶环(研磨头)将由研磨单元3A、3B、3C、3D中的任一个研磨后的晶片输送到湿式膜厚测定装置80，在由顶环(研磨头)保持着该晶片的状态下通过湿式膜厚测定装置80测定膜厚。若膜厚的测定值未达到目标值，则顶环不将晶片交接到下个研磨单元，而再次将晶片按压到研磨垫上进行研磨。若膜厚的测定值达到目标值，则顶环将晶片交接到下个研磨单元。

接着，说明用上述研磨装置对晶片进行研磨的方法。图20是表示研磨的晶片的剖面结构的一个例子的示意图。在该晶片中，在由SiO₂或低k材料构成的层间绝缘膜101上，形成有由SiO₂等氧化膜构成的第1硬掩膜102。进一步，在第1硬掩膜102上，形成有由金属构成的第2硬掩膜104。为了覆盖形成在层间绝缘膜101上的沟槽及第2硬掩膜104而形成由金属构成的隔离膜105(日：バリア膜)。层间绝缘膜101及第1硬掩膜102构成绝缘膜103，第2硬掩膜104及隔离膜105构成导电膜106。虽未图示，但作为多层结构的其它例子，也有不具备第1硬掩膜102及第2硬掩膜104的结构。在该情况下，导电膜106由隔离膜105构成，绝缘膜103由层间绝缘膜101构成。

在形成隔离膜105后，通过对晶片实施镀铜，使铜充填沟槽内，同时使作为金属膜的铜膜107堆积在隔离膜105上。然后，利用研磨装置去除不需要的铜膜107、隔离膜105、第2硬掩膜104及第1硬掩膜102，在沟槽内剩下铜。该凹槽内的铜是铜膜107的一部分，其构成半导体器件的配线108。如图20的虚线所示，在绝缘膜103成为规定厚度的时刻，即在配线108成为规定高度的时刻，研磨就结束。

图21(a)及图21(b)是表示图20所示的晶片研磨方法的一个例子的示意图。上述多层结构的晶片，由第1研磨单元3A及第2研磨单元3B进行二个阶段的研磨，同时相同构成的另外的晶片由第3研磨单元3C及第4研磨单元3D进行二个阶段的研磨。二个阶段研磨中的第1阶段如图21(a)所示，是去除不需要的铜膜107直至隔离膜105露出的工序，第2阶段如图21(b)所示，是去除隔离膜105、第2硬掩膜104及第1硬掩膜102，再研磨层间绝缘膜101直至绝缘膜103的厚度达到规定的目标值(即直至沟槽内的配线108成为规定目标高度)的工序。二个阶段研磨的第1阶段由第1研磨单元3A及第3研磨单元3C进行，第2阶段由第2研磨单元3B及第4研磨单元3D进行。如此，二枚晶片分别由研磨单元3A、3B及研磨单元3C、3D同时进行研磨。

在绝缘膜103的研磨中，由光学式膜厚传感器40获取绝缘膜103的膜厚信号。动作控制部5从膜厚信号中生成直接或间接表示绝缘膜103膜厚的膜厚指标值，当该膜厚指标值达到规定的阈值时(即绝缘膜103的膜厚达到规定的目标值时)，停止绝缘膜103的研磨。动作控制部5也可根据绝缘膜103的去除量来确定绝缘膜103的研磨终点。即，代替膜厚指标值，动作控制部5也可从膜厚信号中生成直接或间接表示绝缘膜103的去除量的去除指标值，当该去除指标值达到规定的阈值时(即绝缘膜103的去除量达到规定的目标值时)，停止绝缘膜103的研磨。在该情况下，也可将绝缘膜103研磨至其厚度达到规定的目标值为止。

图22是用于说明图21(a)及图21(b)所示的晶片的研磨方法的流程图。在步骤1中，一边将研磨液供给到第1研磨台30A或第3研磨台30C上的研磨垫10上，一边将铜膜(金属膜)107研磨至构成导电膜106的隔离膜105露出为止。该步骤1对应于图21(a)所示的第1研磨工序。在步骤2中，一边将研磨液供给到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边将导电膜106研磨至绝缘膜103露出为止，再将绝缘膜103研磨至其厚度达到规定的目标值为止。更具体地说，隔离膜105、第2硬掩膜104及第1硬掩膜102被去除，层间绝缘膜101进一步被研磨。该步骤2对应于图21(b)所示的第2研磨工序。

在步骤3中，将代替研磨液的纯水供给到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。利用该水研磨，从晶片上去除研磨液及研磨屑。在步骤4中，研磨后的晶片在晶片表面湿润的状态下被输送到湿式膜厚测定装置80。

在步骤5中，研磨后的绝缘膜103的厚度由湿式膜厚测定装置80测定。膜厚的测定结果被送向动作控制部5，在步骤6中，由动作控制部5来比较测定出的当前的膜厚与膜厚的规定目标值。当测定膜厚未达到目标值时，作为步骤7，动作控制部5从测定膜厚与目标值之差中算出为达成目标值所必须的追加研磨时间。追加研磨时间，可从绝缘膜103的当前的膜厚与目标值之差、和研磨速率中算出。然后，将晶片再次移送到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边以算出的追加研磨时间进行再研磨。当测定膜厚达到目标值时，晶片被输送到清洗部4，作为步骤8，对晶片进行清洗，再进行干燥。另外，可以省略再研磨之后的步骤4、5的膜厚测定及步骤6的与目标膜厚值的比较。

在晶片由湿式膜厚测定装置80测定的期间，及/或再研磨的期间，在研磨单元等中会产生后续晶片的处理等待时间。在该情况下，为了防止晶片表面的干燥和腐蚀等缺陷的增加，也可利用铺设于晶片输送路径例如第1线性传送装置6、第2线性传送装置7、摆动式传送装置12等的喷涂器(未图示)，将纯水、或具有清洗效果或防止腐蚀效果等的药液间歇性吹向由顶环保持的晶片，或吹向停止在线性传送装置的各输送位置的晶片。另外，也可用动作控制部5来计算因再研磨的产生而引起的后续晶片的研磨开始时间的延迟，对后续晶片的研磨时间或研磨开始的定时进行调整。此外，也可预先设定允许再研磨用的后续晶片的处理等待时间，控制将晶片投入研磨装置中的晶片投入定时。实施这种再研磨时的对后续晶片的动作，也可适用于下文说明的实施例。

在晶片上的所需多个测定点湿式膜厚测定装置80对膜厚进行测定，动作控制部5从膜厚测定值中生成晶片的研磨外形。研磨外形表示膜的截面形状。根据所生成的研磨外形，动作控制部5对顶环31A的研磨压力即图5所示的压力室P1、P2、P3、P4内的压力进行调整。例如，在晶片的边缘部的膜厚比其它区域大的情况下，提高对应于边缘部的压力室P4的压力。

从由湿式膜厚测定装置80获取的膜厚测定结果中，可调整研磨时间、研磨压力、研磨台的转速等研磨条件。例如，在用研磨时间控制各研磨工序终点时，在经过预先设定的研磨时间的时刻结束各研磨工序。在该情况下，基于膜厚测定结果，可将设定研磨时间调整成用于实现目标膜厚的最佳研磨时间。此外，可将各压力室P1、P2、P3、P4内的设定压力(设定研磨压力)调整成使绝缘膜103的厚度均匀的最佳压力。如此调整后的研磨条件，可应用于晶片的再研磨，另外也可应用于后续晶片的研磨。因此，后续晶片按最佳的研磨压力及最佳的研磨时间来研磨。此外，也可调整对绝缘膜103进行研磨时的膜厚指标值或去除指标值的阈值。当膜厚指标值或去除指标值达到阈值后，也可再以规定的时间研磨(额外抛光)晶片。在该情况下，也可基于膜厚测定结果来调整额外抛光的上述规定时间。

采用本发明，由于在晶片的清洗及干燥前进行膜厚测定及再研磨，因此，可缩短至再研磨开始所需的时间。因此，可提高处理量。另外，由于晶片研磨之后马上进行膜厚测定，调整研磨条件，且可将该调整后的研磨条件立即适用于下个晶片的研磨，故进行下个晶片的处理时无需等待，从而可提高处理量，同时，通过对后续晶片适用最佳研磨条件而可提高研磨的精度。

在上述的实施形态中，动作控制部5构成为，对由湿式膜厚测定装置80获取的膜厚测定结果进行保存，判断是否需要增加研磨，算出追加研磨时间，此外，对研磨时间、研磨压力、研磨台的转速等的研磨条件进行调整。动作控制部5也可将膜厚测定结果、是否需要增加研磨的判断结果、追加研磨时间和调整后的研磨条件等处理信息送向设定于研磨装置外部的主计算机中。此外，湿式膜厚测定装置80也可将膜厚的测定值送向主计算机中，由主计算机判断是否需要增加研磨和算出追加研磨时间，由主计算机将该判断结果及算出的追加研磨时间送向研磨装置。

下面，说明本发明的研磨方法其它例子。在本例子中，用四个研磨台30A、30B、30C、30D来研磨图20所示的晶片。具体来说，如图23(a)所示，作为第1研磨工序，由第1研磨单元3A研磨铜膜107直至其厚度达到规定的目标值。在铜膜107的研磨中，由涡电流式膜厚传感器60获取铜膜107的膜厚信号。动作控制部5从膜厚信号中生成直接或间接表示铜膜107的膜厚的膜厚指标值，基于该膜厚指标值来监视铜膜107的研磨，当膜厚指标值达到规定的阈值时(即铜膜107的厚度达到规定的目标值时)，停止铜膜107的研磨。

由第1研磨单元3A研磨后的晶片被输送到第2研磨单元3B，在此进行第2研磨工序。如图23(b)所示，在第2研磨工序中，研磨剩余的铜膜107直至露出铜膜107下方的隔离膜105。去除铜膜107并露出隔离膜105的时刻，由动作控制部5根据膜厚指标值测出。例如，铜膜107的去除点可根据膜厚指标值达到规定阈值的点来确定。在使用使铜膜107的研磨速率高、而使隔离膜105的研磨速率低的研磨液时，若铜膜107被去除且露出隔离膜105时，将不会进行进一步的研磨。在该情况下，膜厚指标值就不再变化。因此，也可将膜厚指标值不发生变化的点确定为铜膜107被去除的点。

由第2研磨单元3B研磨后的晶片被输送到第3研磨单元3C，在此进行第3研磨工序。如图23(c)所示，在第3研磨工序中，去除构成导电膜106的隔离膜105及第2硬掩膜104。具体来说，研磨导电膜106直至露出导电膜106下方的绝缘膜103(直至露出第1硬掩膜102)。在导电膜106的研磨中，由涡电流式膜厚传感器60获取导电膜106的膜厚信号。动作控制部5从膜厚信号中生成导电膜106的膜厚指标值，基于该膜厚指标值而监视导电膜106的研磨，当膜厚指标值达到规定的阈值时，或膜厚指标值不产生变化时(即，导电膜106的第2硬掩膜104被去除且露出第1硬掩膜102时)，停止研磨晶片。

研磨后的晶片从第3研磨单元3C被输送到第4研磨单元3D，在此进行第4研磨工序。如图23(d)所示，在第4研磨工序中，研磨由第1硬掩膜102及层间绝缘膜101构成的绝缘膜103。绝缘膜103的研磨包含第1硬掩膜102的去除和层间绝缘膜101的研磨。研磨绝缘膜103直至其厚度达到规定的目标值。

在绝缘膜103的研磨中，由光学式膜厚传感器40获取绝缘膜103的膜厚信号。动作控制部5从膜厚信号中生成绝缘膜103的膜厚指标值或去除指标值，当该膜厚指标值或去除指标值达到规定的阈值时(即绝缘膜103的膜厚或去除量达到规定的目标值时)，停止绝缘膜103的研磨。

图24是用于说明图23(a)至图23(d)所示的晶片研磨方法的流程图。在步骤1中，一边将研磨液供给到第1研磨台30A上的研磨垫10上，一边研磨铜膜(金属膜)107直至其厚度达到规定的目标值。该步骤1对应于图23(a)所示的第1研磨工序。在步骤2中，一边将研磨液供给到第2研磨台30B上的研磨垫10上，一边研磨铜膜(金属膜)107，直至露出构成导电膜106的隔离膜105。该步骤2对应于图23(b)所示的第2研磨工序。

在步骤3中，一边将研磨液供给到第3研磨台30C上的研磨垫10上，一边研磨构成导电膜106的隔离膜105及第2硬掩膜104。该导电膜106的研磨进行至绝缘膜103露出。该步骤3对应于图23(c)所示的第3研磨工序。在步骤4中，一边将研磨液供给到第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边研磨绝缘膜103直至其厚度达到规定的目标值。该步骤4对应于图23(d)所示的第4研磨工序。

在步骤5中，将代替研磨液的纯水供给到第4研磨台30D的研磨垫10上对晶片进行水研磨。利用该水研磨而从晶片上去除研磨液及研磨屑。在步骤6中，研磨后的晶片被输送到湿式膜厚测定装置80。

在步骤7中，由湿式膜厚测定装置80测定研磨后的绝缘膜103的厚度。膜厚的测定结果被送向动作控制部5，在步骤8中，由动作控制部5来比较测定出的当前的膜厚与膜厚的规定目标值。当测定膜厚未达到目标值时，作为步骤9，由动作控制部5从测定膜厚与目标值之差中算出实现目标值所必须的追加研磨时间。然后，晶片再次被移送到第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边以算出的追加研磨时间进行再研磨。当测定膜厚达到目标值时，晶片被输送到清洗部4，作为步骤10，对晶片进行清洗，再进行干燥。另外，可省略再研磨后的步骤6、7的膜厚测定及步骤8的与目标膜厚值的比较。

在第3研磨工序中，最好使用具有使导电膜106的研磨速率提高、同时可降低绝缘膜103的研磨速率的磨料颗粒及/或化学成分的、所谓高选择比的研磨液。若使用这种研磨液，则绝缘膜103露出后，实质上不进行晶片的研磨。因此，动作控制部5可更正确地检测导电膜106的研磨终点(绝缘膜103的露出点)。

在第3研磨工序中使用高选择比的研磨液时，也可基于使研磨台30C旋转的台用电动机19(参照图4)的扭矩电流而检测导电膜106的研磨终点(绝缘膜103的露出点)。晶片研磨中，由于晶片的表面与研磨垫10的研磨面滑动接触，因此，在晶片与研磨垫10之间产生摩擦力。该摩擦力依据形成晶片的露出面的膜的种类及研磨液的种类而变化。

控制台用电动机19使研磨台30C以预先设定的一定速度旋转。因此，当作用于晶片与研磨垫10之间的摩擦力产生变化时，流向台用电动机19的电流值即扭矩电流就产生变化。更具体地说，当摩擦力变大时，扭矩电流就增加以赋予研磨台30C更大的扭矩，当摩擦力变小时，扭矩电流就下降以减小赋予研磨台30C的扭矩。因此，动作控制部5可从台用电动机19的扭矩电流的变化而检测导电膜106的研磨终点(绝缘膜103的露出点)。扭矩电流由图4所示的扭矩电流计测器70测量。

下面，对本发明的研磨方法的又一例子进行说明。在本例子中，也使用四个研磨台30A、30B、30C、30D来研磨图20所示的晶片。具体来说，图25(a)及图25(b)所示的金属膜的第1研磨工序及第2研磨工序，由于与图23(a)及图23(b)所示的第1研磨工序及第2研磨工序相同，故省略其重复说明。

由第2研磨单元3B研磨后的晶片被输送到第3研磨单元3C，在此进行第3研磨工序。如图25(c)所示，在第3研磨工序中，研磨导电膜106直至露出绝缘膜103，进一步研磨露出的绝缘膜103。更具体地说，构成导电膜106的隔离膜105及第2硬掩膜104被去除，再研磨导电膜106下方的绝缘膜103。绝缘膜103被研磨直至其厚度达到规定的第1目标值。绝缘膜103的厚度也可根据绝缘膜103的去除量确定。第3研磨工序中的绝缘膜103的研磨，包含第1硬掩膜102的去除及层间绝缘膜101的研磨或仅包含第1硬掩膜102的研磨。图25(c)表示导电膜106被研磨后第1硬掩膜102被研磨、层间绝缘膜101未被研磨的例子。

在第3研磨工序中的导电膜106的研磨中，由涡电流式膜厚传感器60获取导电膜106的膜厚信号。动作控制部5从膜厚信号中生成导电膜106的膜厚指标值，基于该膜厚指标值而监视导电膜106的研磨，检测当膜厚指标值达到规定的阈值的时刻、或膜厚指标值不产生变化的点(即导电膜106被去除且绝缘膜103露出的点)。在第3研磨工序中，连续地研磨导电膜106与绝缘膜103。在绝缘膜103的研磨中，由光学式膜厚传感器40获取绝缘膜103的膜厚信号。动作控制部5从膜厚信号中生成绝缘膜103的膜厚指标值或去除指标值，当该膜厚指标值或去除指标值达到规定的第1阈值时(即绝缘膜103的膜厚达到规定的第1目标值时)，停止研磨绝缘膜103。

由第3研磨单元3C研磨后的晶片被输送到湿式膜厚测定装置80，在此测定晶片的膜厚。膜厚测定后，将晶片输送到第4研磨单元3D，在此进行第4研磨工序。如图25(d)所示，在第4研磨工序中，绝缘膜103被研磨。研磨绝缘膜103直至其厚度达到规定的第2目标值。绝缘膜103的研磨，包含第1硬掩膜102的去除及层间绝缘膜101的研磨或仅包含层间绝缘膜101的研磨。图25(d)表示第1硬掩膜102被去除、接着层间绝缘膜101被研磨后的例子。

图26是用于说明图25(a)至图25(d)所示的晶片研磨方法的流程图。在步骤1中，一边将研磨液供给到第1研磨台30A上的研磨垫10上，一边研磨铜膜(金属膜)107直至其厚度达到规定的目标值。该步骤1对应于图25(a)所示的第1研磨工序。在步骤2中，一边将研磨液供给到第2研磨台30B上的研磨垫10上，一边研磨铜膜(金属膜)107直至露出构成导电膜106的隔离膜105。该步骤2对应于图25(d)所示的第2研磨工序。

在步骤3中，一边将研磨液供给到第3研磨台30C上的研磨垫10上，一边研磨构成导电膜106的隔离膜105及第2硬掩膜104，再研磨其下方的绝缘膜103直至绝缘膜103的厚度达到规定的第1目标值。该步骤3对应于图25(c)所示的第3研磨工序。在步骤4中，将代替研磨液的纯水供给到第3研磨台30C上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。利用该水研磨而从晶片上去除研磨液及研磨屑。在步骤5中，研磨后的晶片被输送到湿式膜厚测定装置80。

在步骤6中，研磨后的绝缘膜103的厚度由湿式膜厚测定装置80测定。膜厚的测定结果被送向动作控制部5，在步骤7中，由动作控制部5来比较测定出的当前的膜厚与膜厚的最终目标值即规定的第2目标值。当测定膜厚未达到第2目标值时，作为步骤8，由动作控制部5从测定膜厚与第2目标值之差中算出实现第2目标值所需的追加研磨时间。追加研磨时间可从绝缘膜103的当前的膜厚与第2目标值之差、和研磨速率算出。并且，在步骤9中，晶片被移送到第4研磨单元30D上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边以算出的追加研磨时间对晶片进行再研磨。该步骤9对应于图25(d)所示的第4研磨工序。另外，也可将晶片输送到第3研磨台30C上的研磨垫10上，用第3研磨台30C上的研磨垫10进行再研磨。

在步骤10中，将代替研磨液的纯水供给到第4研磨台30D上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。然后，晶片的处理流程返回步骤5。当测定膜厚达到目标值时，晶片被输送到清洗部4，作为步骤11，对晶片进行清洗，再进行干燥。

以步骤8算出的追加研磨时间对晶片进行研磨，由此可期待晶片的膜厚达到目标值。因此，在步骤9及步骤10之后，也可不返回步骤5再次测定膜厚，而直接在步骤11对晶片进行清洗再干燥，并结束晶片处理。这种再研磨后的膜厚测定的省略，也可适用于先前说明的实施例及以后说明的实施例。

参照图25(a)至图25(c)及图26而说明的本实施例是，将膜研磨直至膜厚达到其最终目标值即第2目标值之前的第1目标值，由湿式膜厚测定装置80测定研磨后的晶片的膜厚，算出用于消除测定出的当前的膜厚与第2目标值之差所需的追加研磨时间，然后，按追加研磨时间对晶片进行再研磨。如此有意地将研磨停止在最终目标值之前从而对膜厚进行测定、然后进行再研磨的本实施例，也可适用于先前说明的实施例及以后说明的实施例。

本发明的研磨方法，也可适用于具有其它层叠结构的晶片。图27是由钨膜、隔离膜及绝缘膜构成的层叠结构的剖视图。在该晶片中，形成有作为导电膜的隔离膜111以覆盖绝缘膜110及形成在该绝缘膜110上的沟槽。绝缘膜110由SiO₂或低k材料等形成，隔离膜111由Ti或TiN等金属形成。此外，形成有作为金属膜的钨膜112以覆盖隔离膜111，沟槽被钨膜112充填。如图27的虚线所示，不需要的钨膜112及隔离膜111被去除，绝缘膜110被研磨至达到规定的厚度。沟槽内的钨是钨膜112的一部分，其构成半导体器件的配线113。

图28(a)及图28(b)是表示图27所示的晶片的研磨方法的一个例子的示意图。由第1研磨单元3A及第2研磨单元3B对上述多层结构的晶片进行二个阶段研磨，同时，相同结构的另外的晶片由第3研磨单元3C及第4研磨单元3D进行二个阶段研磨。二个阶段研磨中的第1阶段如图28(a)所示，是将钨膜112及隔离膜111去除直至露出绝缘膜110的工序，第2阶段如图28(b)所示，是对绝缘膜110进行研磨直至绝缘膜110的厚度达到规定的目标值(即直至沟槽内的配线113成为规定的目标高度)的工序。二个阶段的第1阶段在第1研磨单元3A及第3研磨单元3C进行，第二阶段在第2研磨单元3B及第4研磨单元3D进行。

图29是用于说明图28(a)及图28(b)所示的晶片的研磨方法的流程图。在步骤1中，一边将研磨液供给到第1研磨台30A或第3研磨台30C上的研磨垫10上，一边研磨钨膜(金属膜)112及隔离膜111直至露出绝缘膜110。该步骤1对应于图28(a)所示的第1研磨工序。在步骤2中，一边将研磨液供给到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边研磨绝缘膜110直至其厚度达到规定的目标值。该步骤2对应于图28(b)所示的第2研磨工序。

在绝缘膜110研磨中，由光学式膜厚传感器40获取绝缘膜110的膜厚信号。动作控制部5从膜厚信号中生成绝缘膜110的膜厚指标值或去除指标值，当该膜厚指标值或去除指标值达到规定的阈值时(即当绝缘膜110的膜厚或去除量达到规定的目标值时)，停止绝缘膜110的研磨。

在步骤3中，将代替研磨液的纯水供给到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。利用该水研磨而从晶片上去除研磨液及研磨屑。在步骤4中，研磨后的晶片被输送到湿式膜厚测定装置80。

在步骤5中，研磨后的绝缘膜110的厚度由湿式膜厚测定装置80测定。膜厚的测定结果被送向动作控制部5，在步骤6中，由动作控制部5来比较测定出的当前的膜厚与膜厚的规定目标值。当测定膜厚未达到目标值时，作为步骤7，由动作控制部5从测定膜厚与目标值之差中算出实现目标值所需的追加研磨时间。然后，晶片再次被移送到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边按算出后的追加研磨时间进行再研磨。当测定膜厚达到目标值时，晶片被输送到清洗部4，作为步骤8，对晶片进行清洗，再进行干燥。另外，可省略再研磨后的步骤4、5的膜厚测定及步骤6的与目标膜厚值的比较。

下面，说明对具有又一层叠结构的晶片进行研磨的例子。图30是形成有层间绝缘膜(ILD)的晶片的剖视图。在该晶片中，在基底层120上形成有金属配线121，再通过CVD形成层间绝缘膜122以覆盖金属配线121。

图31(a)及图31(b)是表示图30所示的晶片的研磨方法的一个例子的示意图。上述多层结构的晶片，在第1研磨单元3A及第2研磨单元3B进行二个阶段研磨，同时相同结构的另外晶片在第3研磨单元3C及第4研磨单元3D进行二个阶段研磨。二个阶段研磨中的第1阶段如图31(a)所示，是去除形成于层间绝缘膜122表面的阶梯部(或凸部)而使其表面平坦的工序，第2阶段如图31(b)所示，是对层间绝缘膜122进行少许研磨以去除形成在其表面上的损伤的工序。二个阶段的第1阶段由第1研磨单元3A及第3研磨单元3C进行，第二阶段由第2研磨单元3B及第4研磨单元3D进行。

图32是用于说明图31(a)及图31(b)所示的晶片的研磨方法的流程图。在步骤1中，一边将研磨液供给到第1研磨台30A或第3研磨台30C上的研磨垫10上，一边研磨层间绝缘膜122直至去除形成于层间绝缘膜122表面的阶梯部(或凸部)。该步骤1对应于图31(a)所示的第1研磨工序。在步骤2中，一边将研磨液供给到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边研磨层间绝缘膜122直至层间绝缘膜122的厚度达到规定的目标值。该步骤2对应于图31(b)所示的第2研磨工序。

在层间绝缘膜122研磨中，由光学式膜厚传感器40获取层间绝缘膜122的膜厚信号。动作控制部5从膜厚信号生成层间绝缘膜122的膜厚指标值或去除指标值，当该膜厚指标值或去除指标值达到规定的阈值时(即当层间绝缘膜122的膜厚或去除量达到规定的目标值时)，停止层间绝缘膜122的研磨。

在步骤3中，将代替研磨液的纯水供给到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。利用该水研磨而从晶片上去除研磨液及研磨屑。在步骤4中，研磨后的晶片被输送到湿式膜厚测定装置80。

在步骤5中，由湿式膜厚测定装置80测定研磨后的层间绝缘膜122的厚度。膜厚的测定结果被送向动作控制部5，在步骤6中，由动作控制部5来比较测定出的当前的膜厚与膜厚的规定目标值。当测定膜厚未达到目标值时，作为步骤7，由动作控制部5从测定膜厚与目标值之差中算出实现目标值所需的追加研磨时间。然后，将晶片再次移送到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边按算出的追加研磨时间进行再研磨。当测定膜厚达到目标值时，将晶片输送到清洗部4，作为步骤8，对晶片进行清洗，再进行干燥。另外，可省略再研磨后的步骤4、5的膜厚测定及步骤6的与目标膜厚值的比较。

图33是表示STI(浅沟槽隔离)工艺的晶片剖视图。在图33所示的晶片中，在硅层130上形成有SiO₂膜131，在SiO₂膜131上形成有由Si₃N₄构成的硅氮化膜132，再在硅氮化膜132上利用高密度等离子CVD等方式形成有由SiO₂构成的元件分离绝缘膜133(下面简称为绝缘膜133)。在硅层130、SiO₂膜131及硅氮化膜132上形成有STI槽，绝缘膜133的一部分被埋入STI槽内。

图34(a)及图34(b)是表示图33所示的晶片的研磨方法的一个例子的示意图。由第1研磨单元3A及第2研磨单元3B对上述多层结构的晶片进行二个阶段研磨，同时相同结构的另外晶片由第3研磨单元3C及第4研磨单元3D进行二个阶段研磨。二个阶段研磨中的第1阶段如图34(a)所示，是去除不需要的绝缘膜133并使硅氮化膜132露出的工序，第2阶段如图34(b)所示，是对绝缘膜133及硅氮化膜132进行研磨而去除形成在其表面上的损伤并最终调整绝缘膜133膜厚的工序。二个阶段的第1阶段由第1研磨单元3A及第3研磨单元3C进行，第2阶段由第2研磨单元3B及第4研磨单元3D进行。

图35是用于说明图34(a)及图34(b)所示的晶片的研磨方法的流程图。在步骤1中，一边将研磨液供给到第1研磨台30A或第3研磨台3C上的研磨垫10上，一边研磨绝缘膜133直至露出硅氮化膜132。该步骤1对应于图34(a)所示的第1研磨工序。在步骤2中，一边将研磨液供给到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边研磨绝缘膜133及硅氮化膜132直至绝缘膜133的厚度达到规定的目标值。该步骤2对应于图34(b)所示的第2研磨工序。

在步骤3中，将代替研磨液的纯水供给到第2研磨台30B或第4研磨台30D上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。利用该水研磨而从晶片上去除研磨液及研磨屑。在步骤4中，将研磨后的晶片输送到湿式膜厚测定装置80。

在步骤5中，由湿式膜厚测定装置80测定研磨后的绝缘膜133的厚度。将测定结果送向动作控制部5，在步骤6中，由动作控制部5来比较测定出的当前的膜厚与膜厚的规定目标值。当测定膜厚未达到目标值时，作为步骤7，由动作控制部5从测定膜厚与目标值之差中算出实现目标值所需的追加研磨时间。然后，将晶片再次移送到第2研磨台30B或第4研磨台30D的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边按算出的追加研磨时间进行再研磨。当测定膜厚达到目标值时，将晶片输送到清洗部4，作为步骤8，对晶片进行清洗，再进行干燥。另外，可省略再研磨后的步骤4、5的膜厚测定及步骤6的与目标膜厚值的比较。

下面，说明对具有又一层叠结构的晶片进行研磨的例子。图36是在形成高k金属栅极的过程中适用CMP的形成有层叠结构的晶片剖视图。如图36所示，在硅层140上形成有多晶硅141，覆盖多晶硅141地形成有由氮化硅(Si₃N₄)构成的侧壁142。此外，在侧壁142上形成有绝缘膜144。

该晶片如图37(a)至图37(d)所示，进行四个阶段研磨。即，第1研磨工序如图37(a)所示，是将绝缘膜144研磨至其厚度达到规定的第1目标值的工序，第2研磨工序如图37(b)所示，是将绝缘膜144研磨至露出侧壁142、且绝缘膜144的厚度达到规定的第2目标值的工序，第3研磨工序如图37(c)所示，是将绝缘膜144及侧壁142研磨至露出多晶硅141、且绝缘膜144的厚度达到规定的第3目标值的工序，第4研磨工序如图37(d)所示，是将绝缘膜144、多晶硅141及侧壁142研磨至绝缘膜144达到规定的第4目标值的工序。

第1研磨工序由第1研磨单元3A进行，第2研磨工序由第2研磨单元3B进行，第3研磨工序由第3研磨单元3C进行，第4研磨工序由第4研磨单元3D进行。各研磨工序中，由光学式膜厚传感器40获取绝缘膜144的膜厚信号。也可代替光学式膜厚传感器40，而用设定时间或扭矩电流计测器70来确定研磨终点。动作控制部5从膜厚信号中生成绝缘膜144的膜厚指标值或去除指标值，当该膜厚指标值或去除指标值达到规定的阈值(即当绝缘膜144的膜厚或去除量达到规定的目标值时)，停止绝缘膜144的研磨。

图38是用于说明图37(a)至图37(d)所示的晶片的研磨方法的流程图。在步骤1中，一边将研磨液供给到第1研磨台30A上的研磨垫10上，一边研磨绝缘膜144直至绝缘膜144的厚度达到规定的第1目标值。该步骤1对应于图37(a)所示的第1研磨工序。在步骤2中，一边将研磨液供给到第2研磨台30B上的研磨垫10上，一边研磨绝缘膜144直至露出侧壁142、且绝缘膜144的厚度达到规定的第2目标值。该步骤2对应于图37(b)所示的第2研磨工序。

在步骤3中，将代替研磨液的纯水供给到第2研磨台30B上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。利用该水研磨而从晶片上去除研磨液及研磨屑。在步骤4中，将研磨后的晶片输送到湿式膜厚测定装置80。

在步骤5中，由湿式膜厚测定装置80测定研磨后的绝缘膜144的厚度。将膜厚的测定结果送向动作控制部5，在步骤6中，由动作控制部5来比较测定出的当前的膜厚与膜厚的规定第2目标值。当测定膜厚未达到第2目标值时，作为步骤7，由动作控制部5从测定膜厚与第2目标值之差中算出实现第2目标值所需的追加研磨时间。然后，将晶片再次移送到第1研磨台30A或第2研磨台30B上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边按算出的追加研磨时间进行再研磨。另外，可省略再研磨后的步骤4、5的膜厚测定及步骤6的与目标膜厚值的比较。判断为了再研磨将晶片输送到第1研磨台30A或第2研磨台30B中的哪一个的判断基准可设为，侧壁142是否露出，或绝缘膜144的当前的膜厚与膜厚的规定第2目标值之差是否处于预先设定的范围内。当测定膜厚达到目标值时，将晶片输送到第3研磨台30C上的研磨垫10上。

在步骤8中，一边将研磨液供给到第3研磨台30C上的研磨垫10上，一边研磨绝缘膜144及侧壁142直至绝缘膜144的膜厚达到规定的第3目标值。该步骤8对应于图37(c)所示的第3研磨工序。在步骤9中，一边将研磨液供给到第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边研磨绝缘膜144、多晶硅141及侧壁142直至绝缘膜144的厚度达到规定的第4目标值。该步骤9对应于图37(d)所示的第4研磨工序。

在步骤10中，将代替研磨液的纯水供给到第4研磨台30D上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。利用该水研磨而从晶片上去除研磨液及研磨屑。在步骤11中，将研磨后的晶片输送到湿式膜厚测定装置80。

在步骤12中，由湿式膜厚测定装置80测定研磨后的绝缘膜144的厚度。将膜厚的测定结果送向动作控制部5。在步骤13中，由动作控制部5来比较测定出的当前的膜厚与膜厚的规定第4目标值。当测定膜厚未达到第4目标值时，作为步骤14，由动作控制部5从测定膜厚与第4目标值之差中算出实现第4目标值所需的追加研磨时间。然后，将晶片再次移送到第3研磨台30C或第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边按算出后的追加研磨时间进行再研磨。另外，可省略再研磨后的步骤11、12的膜厚测定及步骤13的与目标膜厚值的比较。判断为了再研磨而将晶片输送到第3研磨台30C或第4研磨台30D中哪一个的判断基准可设为，多晶硅141是否露出，或绝缘膜144的当前的膜厚与膜厚的规定第4目标值之差是否处于预先设定的范围内。当测定膜厚达到第4目标值时，将晶片输送到清洗部4，作为步骤15，对晶片进行清洗，再进行干燥。

图39是用于说明图37(a)至图37(d)所示的晶片的另一研磨方法的流程图。在步骤1中，一边将研磨液供给到第1研磨台30A上的研磨垫10上，一边研磨绝缘膜144直至绝缘膜144的厚度达到规定的第1目标值。该步骤1对应于图37(a)所示的第1研磨工序。在步骤2中，将代替研磨液的纯水供给到第1研磨台30A上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。在步骤3中，将晶片输送到湿式膜厚测定装置80，在此测定绝缘膜144的厚度。此外，在步骤4中，由动作控制部5算出使测定出的当前的膜厚达到规定的第2目标值所需的追加研磨时间。

在步骤5中，将晶片输送到第2研磨台30B上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边按步骤3算出的追加研磨时间而研磨绝缘膜144。该步骤5对应于图37(b)所示的第2研磨工序。在步骤6中，将代替研磨液的纯水供给到第2研磨台30B上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。

在步骤7中，将晶片再输送到湿式膜厚测定装置80，在此由湿式膜厚测定装置80测定绝缘膜144的厚度。将膜厚的测定结果送向动作控制部5，在步骤8中，由动作控制部5来比较测定出的当前的膜厚与膜厚的规定第2目标值。当测定膜厚未达到第2目标值时，作为步骤9，由动作控制部5从测定膜厚与第2目标值之差中算出实现第2目标值所需的追加研磨时间。然后，将晶片再次移送到第2研磨台30B上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边按算出后的追加研磨时间进行再研磨。当测定膜厚达到目标值时，将晶片输送到第3研磨台30C的研磨垫10上。另外，在上述的步骤5中，通过按步骤4算出的追加研磨时间来研磨晶片，从而可期待晶片的膜厚达到规定的第2目标值。因此，可省略步骤7的膜厚测定及步骤8的与目标膜厚值的比较。

在步骤10中，一边将研磨液供给到第3研磨台30C上的研磨垫10上，一边研磨绝缘膜144及侧壁142直至绝缘膜144的厚度达到规定的第3目标值。该步骤10对应于图37(c)所示的第3研磨工序。在步骤11中，将代替研磨液的纯水供给到第3研磨台30C上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。在步骤12中，将晶片输送到湿式膜厚测定装置90，在此测定绝缘膜144的厚度。此外，在步骤13中，由动作控制部5算出为使测定出的当前的膜厚达到规定的第4目标值所需的追加研磨时间。

在步骤14中，将晶片输送到第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边按步骤13算出的追加研磨时间对绝缘膜144、侧壁142及多晶硅141进行研磨。该步骤14对应于图37(d)所示的第4研磨。在步骤15中，将代替研磨液的纯水供给到第4研磨台30D上的研磨垫10上对晶片进行水研磨。

在步骤16中，将晶片输送到湿式膜厚测定装置80，在此测定绝缘膜144的厚度。将膜厚的测定结果送向动作控制部5，在步骤17中，由动作控制部5来比较测定出的当前的膜厚与膜厚的规定第4目标值。当测定膜厚未达到第4目标值时，作为步骤18，由动作控制部5从测定膜厚与第4目标值之差中算出实现第4目标值所需的追加研磨时间。然后，将晶片再次移送到第4研磨台30D上的研磨垫10上，一边将研磨液供给到研磨垫10上，一边按算出后的追加研磨时间进行再研磨。当测定膜厚达到目标值时，将晶片输送到清洗部4，作为步骤19，对晶片进行清洗，再进行干燥。另外，在上述的步骤14中，通过按步骤13算出的追加研磨时间来研磨晶片，从而可期待晶片的膜厚达到规定的第4目标值。因此，可省略步骤16的膜厚测定及步骤17的与目标膜厚值的比较。

在上述的各实施形态中，在晶片的清洗及干燥前进行膜厚测定及再研磨。因此，可缩短再研磨所需的时间，可提高处理量。另外，由于晶片研磨后马上进行膜厚测定，且将根据膜厚测定的结果调整后的研磨条件立即应用于下个晶片的研磨，因此，进行下个晶片的处理时不用等待、可提高处理量，同时，通过对后续晶片应用最佳研磨条件而可提高研磨的精度。

当将光学式膜厚传感器40用于研磨终点检测时，也可使用湿式膜厚测定装置80的膜厚测定值来实施光学式膜厚传感器40的校正。在对光学式膜厚传感器40实施了校正后，由于从光学式膜厚传感器40的膜厚信号中得到的膜厚指标值或去除指标值与湿式膜厚测定装置80的膜厚测定值相关，因此，即使省略在湿式膜厚测定装置80的膜厚测定，也可保证研磨的精度。

具体来说，一边用光学式膜厚传感器40对膜的厚度进行测定一边对晶片进行研磨，当由光学式膜厚传感器40得到的当前的膜厚的测定值达到规定值时，就停止研磨晶片，在对研磨后的晶片进行清洗及干燥前将其输送到湿式膜厚测定装置80，由湿式膜厚测定装置80测定膜的当前的厚度，比较由光学式膜厚传感器40得到的当前的膜厚的测定值与由湿式膜厚测定装置80得到的当前的膜厚的测定值，对光学式膜厚传感器40进行校正，对与晶片具有相同结构的后续的晶片进行研磨，期间，用校正后的光学式膜厚传感器40对后续晶片的膜的厚度进行测定，当由光学式膜厚传感器40得到的膜的厚度达到规定目标值时，就停止研磨后续的晶片，由此可实现高精度的研磨。采用这种研磨方法，可用测定精度高的湿式膜厚测定装置80的膜厚测定值来校正光学式膜厚传感器40。因此，后续晶片研磨中的现场(In-situ)膜厚测定的精度得到提高，结果，可取消晶片的再研磨。此外，可将基于膜厚的测定结果而调整后的研磨条件(研磨时间、研磨压力等)应用于下个晶片的研磨。因此，可提高处理量。

下面，说明涡电流式膜厚传感器60及光学式膜厚传感器40。图40是表示具有涡电流式膜厚传感器及光学式膜厚传感器的第1研磨单元3A的模式剖视图。另外，研磨单元3B～3D也具有与图40所示的第1研磨单元3A相同的结构，故省略其重复说明。

光学式膜厚传感器40及涡电流式膜厚传感器60埋设在研磨台30A内而与研磨台30A及研磨垫10一起进行一体旋转。顶环旋转轴16通过轮带等连接构件17而与顶环用电动机18连接而旋转。通过该顶环旋转轴16的旋转，顶环31A就向箭头所示的方向旋转。

光学式膜厚传感器40构成为，将光照射到晶片W的表面上，并接受来自晶片W的反射光，根据波长而对该反射光进行分解。光学式膜厚传感器40具有：将光照射到晶片W的被研磨面的射光部42；作为受光部、接受从晶片W返回的反射光的光纤43；以及根据波长而对来自晶片W的反射光进行分解、在规定的波长范围内对反射光的强度进行测定的分光光度计(分光器)44。

在研磨台30A上，形成有在研磨台30A的上表面开口的第1孔50A及第2孔50B。另外，在研磨垫10上的与这些孔50A、50B对应的位置上形成有通孔51。孔50A、50B与通孔51连通，通孔51在研磨面10a上开口。第1孔50A通过液体供给道53及旋转式接头(未图示)而与液体供给源55连接，第2孔50B与液体排出道54连接。

射光部42具有：发出多波长的光的光源47；以及与光源47连接的光纤48。光纤48是将光源47发出的光引导到晶片W表面上的光传送部。光纤48及光纤43的顶端位于第1孔50A内，并位于靠近晶片W的被研磨面的位置。光纤48及光纤43的各顶端，与由顶环31A保持的晶片W相对配置。研磨台30A每次旋转，光就照射到晶片W的多个区域。较好的是，光纤48及光纤43的各顶端与由顶环31A保持的晶片W的中心相对配置。

在研磨晶片W时，作为透明的液体的水(较好的是纯水)通过液体供给道53从液体供给源供给到第1孔50A，并充满晶片W下表面与光纤48、43顶端之间的空间。水再流入第2孔50B，经液体排出道54排出。研磨液与水一起被排出，由此确保光路。在液体供给道53上，设有与研磨台30A的旋转同步动作的阀(未图示)。当晶片W不位于通孔51上时该阀阻止水流动，或减少水的流量。

光纤48与光纤43互相并排配置。光纤48及光纤43的各顶端配置成相对晶片W的表面大致垂直，光纤48将光大致垂直地照射在晶片W的表面上。

在研磨晶片W时，光从射光部42照射到晶片W上，由光纤(受光部)43接受来自晶片W的反射光。分光光度计44在规定的波长范围对反射光的各波长的强度进行测定，并将得到的光强度数据送向动作控制部5。该光强度数据是反映了晶片W膜厚的膜厚信号，是根据膜厚而变化的。动作控制部5从光强度数据中生成表示各波长的光强度的光谱，再从光谱中生成表示晶片W膜厚的膜厚指标值。

图41是用于说明光学式膜厚传感器40原理的模式图，图42是表示晶片W与研磨台30A之间位置关系的平面图。在图41所示的例子中，晶片W具有下层膜、以及形成在下层膜上的上层膜。射光部42及受光部43与晶片W的表面相对配置。研磨台30A每旋转一次，射光部42就将光照射在包含晶片W中心在内的多个区域。

照射在晶片W上的光，在介质(图41例子中为水)与上层膜的界面上、以及上层膜与下层膜的界面上反射，在这些界面上反射后的光的波互相干涉。该光波干涉的方法根据上层膜的厚度(即光路长度)而变化。因此，由来自晶片W的反射光生成的光谱追随上层膜的厚度而变化。分光光度计(分光器)44根据波长而对反射光进行分解，测定各波长的反射光的强度。动作控制部部5从由分光光度计44得到的反射光的强度数据(膜厚信号)中生成光谱。该光谱表示为线图(即分光波形)，该线图表示光波长与强度的关系。光强度也可表示为反射率或相对反射率等的相对值。

图43是表示由动作控制部5生成的光谱的示意图。在图43中，横轴表示反射光的波长，纵轴表示从反射光的强度导出的相对反射率。所谓相对反射率，是表示反射光强度的一个指标，具体来说，是反射光强度与规定基准强度之比。基准强度是对各波长预先获取的。在各波长中将反射光的强度(实测强度)除以所对应的基准强度，由此从实测强度中去除装置的光学***和光源固有强度的偏差等不需要的要素，由此可获得仅反映晶片W的膜厚信息的光谱。

规定基准强度，例如可以是在水的存在的条件下对未形成有膜的硅晶片(裸晶片)进行研磨时所得到的反射光的强度。在实际研磨中，从实测强度中减去暗电平(在将光遮断的条件下所得到的背景强度)来求出补正实测强度，再从基准强度减去上述暗电平来求出补正基准强度，然后，将补正实测强度除以补正基准强度，由此求出相对反射率。具体来说，相对反射率R(λ)可用下式(1)求出。

[数式1]

$R\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{E\left(\mathrm{\λ}\right)-D\left(\mathrm{\λ}\right)}{B\left(\mathrm{\λ}\right)-D\left(\mathrm{\λ}\right)}---\left(1\right)$

此处，λ是波长，E(λ)是波长为λ的来自晶片的反射光的强度，B(λ)是波长λ的基准强度，D(λ)是波长λ的暗电平(在将光遮断的条件下测定的光的强度)。

如图44所示，动作控制部5通过对研磨中生成的光谱与多个基准光谱进行比较，从而确定最接近于所生成的光谱的基准光谱，将与该确定了的基准光谱有关的膜厚确定为当前的膜厚。多个基准光谱，是通过与研磨对象的晶片相同种类的晶片进行研磨而预先获取的，将各基准光谱与获取该基准光谱时的膜厚进行关联。即，各基准光谱是不同膜厚时所获取的，多个基准光谱对应于多个不同膜厚。因此，通过查明最接近于当前光谱的基准光谱，从而可推定当前的膜厚。该推定膜厚值是上述的膜厚指标值。

光学式膜厚传感器40适于确定具有使光透过的性质的绝缘膜的膜厚。动作控制部5也可从由光学式膜厚传感器40获取的膜厚指标值(光强度数据)中确定膜的去除量。具体来说，从初期膜厚指标值(初期光强度数据)根据上述方法而求出初期的推定膜厚值，通过从该初期的推定膜厚值中减去当前的推定膜厚值，就可求出去除量。

也可代替上述方法，而从根据膜厚而变化的光谱的变化量来确定膜的去除量。图45是表示与膜厚差Δα对应的二个光谱的模式图。此处，α是膜厚，在研磨时，膜厚α随时间一起减少(Δα＞0)。如图45所示，光谱随着膜厚的变化沿波长轴移动。不同时间获取的二个光谱之间的变化量相当于由这些光谱围起的区域(用阴影线表示)。因此，通过计算上述区域的面积，就可确定膜的去除量。膜的去除量U从下式(2)求出。

[数式2]

$U=\underset{\mathrm{\λ}1}{\overset{\mathrm{\λ}2}{\mathrm{\Σ}}}|\mathrm{Rc}\left(\mathrm{\λ}\right)-\mathrm{Rp}\left(\mathrm{\λ}\right)|---\left(2\right)$

此处，λ是光的波长，λ1、λ2是确定作为监视对象的光谱的波长范围的下限值及上限值，Rc是当前获取的相对反射率，Rp是上次获取的相对反射率。

根据上式(2)算出的光谱的变化量，是表示膜的去除量的去除指标值。

下面，说明涡电流式膜厚传感器60。涡电流式膜厚传感器60构成为，高频的交流电流流向线圈而使导电膜感应涡电流，从该涡电流磁场所引起的阻抗变化而检测导电膜的厚度。图46是表示用于说明涡电流式膜厚传感器60原理的电路的示意图。当高频交流电I₁从交流电源S(电压E[V])流向涡电流式膜厚传感器60的线圈61时，线圈61上感应的磁力线就通过导电膜中。由此，传感器侧电路与导电膜侧电路之间产生互感，涡电流I₂流过导电膜。该涡电流I₂产生磁力线，其使传感器侧电路的阻抗变化。涡电流式膜厚传感器60从该传感器侧电路的阻抗变化中检测导电膜的膜厚。

图46所示的传感器侧电路与导电膜侧电路，各自成立下式。

R₁I₁+L₁d I₁/d t+Md I₂/d t＝E      (3)

R₂I₂+L₂d I₂/d t+Md I₁/d t＝0       (4)

此处，M是互感，R₁是包含涡电流式膜厚传感器60的线圈61在内的传感器侧电路的等价电阻，L₁是包含线圈61在内的传感器侧电路的自感。R₂是感应涡电流的导电膜的等效电阻，L₂是流过涡电流的导电膜的自感。

此处，若I_n＝A_ne^jωt(正弦波)，则上述式(3)、(4)如下那样表示。

(R₁+jωL₁)I₁+jωM I₂＝E     (5)

(R₂+jωL₂)I₂+jωM I₁＝0     (6)

从这些数式(5)、(6)导出以下数式。

I₁＝E(R₂+jωL₂)/{(R₁+jωL₁)(R₂+jωL₂)+ω²M²}＝E/{(R₁+jωL₁)+ω²M²/(R₂+jωL₂)}    (7)

因此，传感器侧电路的阻抗Φ用下式表示。

Φ＝E/I₁＝{R₁+ω²M²R₂/(R₂ ²+ω²L₂ ²)}+jω{L₁-ω²L₂M²/(R₂ ²+ω²L₂ ²)}      (8)

此处，若Φ的实部(电阻成分)、虚部(感抗成分)分别设作为X、Y，则上述式(8)就成为下式。

Φ＝X+jωY      (9)

涡电流式膜厚传感器60输出包含该涡电流式膜厚传感器60的线圈61在内的电气电路的阻抗的电阻成分X及感抗成分Y。这些电阻成分X及感抗成分Y是反映了膜厚的膜厚信号，且根据晶片的膜厚而变化。

图47是表示将随膜厚而变化的X、Y描绘在XY坐标系上而画出的曲线图。点T∞的坐标，是当膜厚为无限大时即R₂为0时的X、Y，点T0的坐标，是若基板的导电率设作可忽视，则膜厚为0时，即R₂为无限大时的X、Y。由X、Y值而被定位的点Tn，随着膜厚减小而一边描绘圆弧状的轨迹一边向点T0行进。另外，图47所示的记号k是结合系数，下面的关系式成立。

M＝k(L₁L₂)^1/2       (10)

图48是表示使图47的曲线图形逆时针旋转90度、再使其平行移动后得到的曲线图。如图48所示，随着膜厚减小，而由X、Y值而被定位的点Tn一边描绘圆弧状的轨迹一边向点T0行进。

线圈61与晶片W之间的距离G，根据夹在它们之间的研磨垫10的厚度而变化。其结果，如图49所示，根据相当于所使用的研磨垫10厚度的距离G(G1～G3)，坐标X、Y的圆弧轨迹发生变动。从图49可知，无论线圈61与晶片W之间的距离G如何，若用直线(下面称为预备测定直线)将各膜厚的坐标X、Y连接起来，则可获取该预备测定直线相交的交点(基准点)P。该预备测定直线rn(n：1，2，3…)相对于规定的基准现(图49中的水平线)H以与膜厚对应的仰角(夹角)θ倾斜。因此，该角度θ可称为表示晶片W膜厚的膜厚指标值。

通过参照表示角度θ与膜厚之间关系的相关数据，从而动作控制部5可根据研磨中得到的角度θ来确定膜厚。该相关数据，是对与研磨对象的晶片的种类相同的晶片进行研磨，通过测定对应于各角度θ的膜厚而预先得到的。图50是表示根据研磨时间而变化的θ的曲线图。纵轴表示角度θ，横轴表示研磨时间。如该曲线图所示，角度θ随研磨时间增加而增加，在某时刻成为一定。因此，动作控制部5可在研磨中计算角度θ，并从该角度θ获取当前的膜厚。

作为上述的光学式膜厚传感器40及涡电流式膜厚传感器60，可使用日本专利特开2004-154928号公报和日本专利特开2009-99842号公报等所记载的公知的光学传感器及涡电流传感器。

如图4所示，第1研磨单元3A除了上述的光学式膜厚传感器40及涡电流传感器60外，还具有扭矩电流计测器70，该扭矩电流计测器70测量使研磨台30A旋转的台用电动机19的输入电流(即扭矩电流)。由该扭矩电流计测器70测量出的扭矩电流值被送向动作控制部5，在晶片研磨中由动作控制部5监视扭矩电流值。另外，也可不设置扭矩电流计测器70，而使用从驱动台用电动机19的逆变器(未图示)输出的电流值。

上述的实施形态，是以本发明所属的技术领域中具有通常知识的人员能实施本发明为目的而记载的。若是本领域技术人员就当然可实施上述实施形态的各种变形例，本发明的技术思想还可适用于其它的实施形态。因此，本发明不限于所记载的实施形态，应由基于权利要求书所定义的技术思想的最宽大的范围来解释。

Claims (18)

1.一种膜厚测定装置，其特征在于，具有：

基板台，该基板台将基板支承成水平；

洗涤水供给部，该洗涤水供给部将洗涤水供给到所述基板台上的基板的整个表面；

膜厚测定头，该膜厚测定头将光照射在所述基板台上的所述基板的表面上的测定区域，生成来自所述测定区域的反射光的光谱，根据该光谱确定所述基板的膜厚；以及

流体供给部，该流体供给部在所述光的光路上形成气体流，并将该气体流施加到所述测定区域。

2.如权利要求1所述的膜厚测定装置，其特征在于，所述流体供给部是气体喷射部，该气体喷射部在所述光的光路上形成气体的喷流，并将该气体的喷流施加到所述测定区域。

3.如权利要求1所述的膜厚测定装置，其特征在于，所述流体供给部具有：喷管，该喷管具有能够与所述基板的表面接触或接近的开口部；以及气体导入管路，该气体导入管路将气体导入所述喷管内从而在该喷管内形成所述气体流。

4.一种膜厚测定装置，其特征在于，具有：

基板台，该基板台将基板支承成水平；

洗涤水供给部，该洗涤水供给部将洗涤水供给到所述基板台上的基板的整个表面；

喷管，该喷管具有能够与所述基板的表面接触或接近的开口部；

液体供给管路，该液体供给管路将液体供给到所述喷管内；以及

膜厚测定头，该膜厚测定头使光透过所述喷管内的液体而将光照射到所述基板台上的所述基板的表面上的测定区域，生成来自所述测定区域的反射光的光谱，根据该光谱确定所述基板的膜厚。

5.如权利要求4所述的膜厚测定装置，其特征在于，还具有液体排出管路，该液体排出管路将供给到所述喷管内的所述液体排出。

6.一种膜厚测定方法，其特征在于，

将基板支承成水平，

将洗涤水供给到所述基板的整个表面，

一边将光照射到所述基板的表面上的测定区域，一边在光的光路上形成气体流，并将该气体流施加到所述测定区域，

生成来自所述测定区域的反射光的光谱，

根据所述光谱确定所述基板的膜厚。

7.如权利要求6所述的膜厚测定方法，其特征在于，将所述气体流施加到所述测定区域的工序，是通过将所述气体的喷流施加到所述测定区域而局部去除形成在所述基板的表面上的所述洗涤水的膜的工序。

8.如权利要求6所述的膜厚测定方法，其特征在于，还包含使喷管与形成在所述基板的表面上的所述洗涤水的膜接触的工序，

在所述光的光路上形成气体流的工序，是通过将气体供给到所述喷管内而在所述光的光路上形成气体流的工序。

9.一种膜厚测定方法，其特征在于，

将基板支承成水平，

将洗涤水供给到所述基板的整个表面，

使喷管的开口部与所述基板的表面接触或接近，

将液体供给到所述喷管内，

使光透过所述喷管内的液体而将光照射到所述基板的表面上的测定区域，

生成来自所述测定区域的反射光的光谱，

根据所述光谱确定所述基板的膜厚。

10.如权利要求9所述的膜厚测定方法，其特征在于，在将光照射到所述基板的表面上的测定区域的期间，减缓所述喷管内的液体的流速。

11.一种研磨装置，其特征在于，具有：

研磨部，该研磨部对基板进行研磨；

清洗部，该清洗部对所述基板进行清洗、干燥；以及

膜厚测定装置，该膜厚测定装置测定所述基板的膜厚，

所述膜厚测定装置具有：

基板台，该基板台将基板支承成水平；

洗涤水供给部，该洗涤水供给部将洗涤水供给到所述基板台上的基板的整个表面；

膜厚测定头，该膜厚测定头将光照射在所述基板台上的所述基板的表面上的测定区域，生成来自所述测定区域的反射光的光谱，根据该光谱确定所述基板的膜厚；以及

流体供给部，该流体供给部在所述光的光路上形成气体流，将该气体流施加到所述测定区域。

12.如权利要求11所述的研磨装置，其特征在于，还具有动作控制部，该动作控制部基于在所述基板上的多个测定点获取的所述基板的膜厚，作成所述基板的研磨外形。

13.如权利要求11所述的研磨装置，其特征在于，还具有动作控制部，该动作控制部从所述基板的膜厚与目标值之差中算出所述基板的追加研磨时间。

14.如权利要求11所述的研磨装置，其特征在于，还具有动作控制部，该动作控制部基于由所述膜厚测定头获取的所述基板的膜厚对后续基板的研磨条件进行调整。

15.一种研磨装置，其特征在于，具有：

研磨部，该研磨部对基板进行研磨；

清洗部，该清洗部对所述基板进行清洗、干燥；以及

膜厚测定装置，该膜厚测定装置测定所述基板的膜厚，

所述膜厚测定装置具有：

基板台，该基板台将基板支承成水平；

洗涤水供给部，该洗涤水供给部将洗涤水供给到所述基板台上的基板的整个表面；

喷管，该喷管具有能够与所述基板的表面接触或接近的开口部；

液体供给管路，该液体供给管路将液体供给到所述喷管内；以及

膜厚测定头，该膜厚测定头使光透过所述喷管内的液体而将光照射到所述基板台上的所述基板的表面上的测定区域，生成来自所述测定区域的反射光的光谱，根据该光谱确定所述基板的膜厚。

16.如权利要求15所述的研磨装置，其特征在于，还具有动作控制部，该动作控制部基于在所述基板上的多个测定点获取的所述基板的膜厚，作成所述基板的研磨外形。

17.如权利要求15所述的研磨装置，其特征在于，还具有动作控制部，该动作控制部从所述基板的膜厚与目标值之差中算出所述基板的追加研磨时间。

18.如权利要求15所述的研磨装置，其特征在于，还具有动作控制部，该动作控制部基于由所述膜厚测定头获取的所述基板的膜厚对后续基板的研磨条件进行调整。