JP5941763B2 - 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、特に複数の研磨テーブルを使用してウェハを研磨する方法に関する。
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。
近い将来、ウェハは、現在主流の直径３００ｍｍのものから直径４５０ｍｍのものに移行すると予想されている。４５０ｍｍのウェハは大きな面積を有しているため、研磨時間が長くなると、研磨温度の上昇や副生成物の研磨パッド上への堆積などに起因する研磨性能の低下が懸念される。したがって、４５０ｍｍのウェハを研磨するための研磨装置は、研磨性能および生産性ともに厳しい要求を満たさなければならない。
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。このような再研磨は正確な膜厚を実現するためには有効であるが、生産性を低下させてしまう。
特開２０１０−５０４３６号公報
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、ウェハなどの基板の研磨性能および研磨終点検出精度を向上させることができ、さらにはスループットを向上させ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、本発明の一態様は、絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する第３研磨工程と、前記第３研磨工程の後に、第４研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない水研磨工程と、前記水研磨工程を行っているときに、前記第４研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の初期膜厚信号を取得する工程と、前記初期膜厚信号から初期膜厚指標値を生成する工程と、前記初期膜厚指標値と前記絶縁膜の厚さの所定の目標値とから前記絶縁膜の目標除去量を算出する工程と、前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに研磨液を供給しながら、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達するまで前記絶縁膜を研磨する第４研磨工程とを含み、前記絶縁膜の除去量が前記目標除去量に達した時点で前記第４研磨工程を終了させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１研磨工程の前および／または後に行われる第１準備工程の時間と前記第１研磨工程の研磨時間とを加算した第１処理時間は、前記第２研磨工程の前および／または後に行われる第２準備工程の時間と前記第２研磨工程の研磨時間とを加算した第２処理時間と同じであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１準備工程および前記第２準備工程は、それぞれ、前記ウェハの搬送工程、前記研磨パッドのドレッシング工程、および前記研磨パッドに水を供給しながら前記ウェハを研磨する水研磨工程のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
本発明の一参考例は、絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより少なくとも前記導電膜を研磨する第３研磨工程と、前記ウェハを第４研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより少なくとも前記絶縁膜を研磨する第４研磨工程とを含むことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第３研磨工程は、前記ウェハを前記第３研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより前記導電膜をその厚さが所定の目標値に達するまで研磨する工程であり、前記第４研磨工程は、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨し、さらに前記絶縁膜をその厚さが所定の目標値に達するまで研磨する工程であることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第３研磨工程を所定の研磨時間だけ行い、前記第４研磨工程を所定の研磨時間だけ行うことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第３研磨工程の前記所定の研磨時間は、前記第４研磨工程の前記所定の研磨時間と同じであることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第３研磨工程および前記第４研磨工程のうちの少なくとも１つの研磨終点を、前記第３研磨テーブルおよび／または前記第４研磨テーブル内に設置された膜厚センサを用いて検出することを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第３研磨工程の研磨終点を、前記第３研磨テーブル内に設置された渦電流式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第４研磨工程の研磨終点を、前記第４研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第３研磨工程の前および／または後に行われる第３準備工程の時間と前記第３研磨工程の研磨時間とを加算した第３処理時間は、前記第４研磨工程の前および／または後に行われる第４準備工程の時間と前記第４研磨工程の研磨時間とを加算した第４処理時間と同じであることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第３処理時間と前記第４処理時間とが同じになるように前記導電膜の厚さの前記所定の目標値を調整することを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第３準備工程および前記第４準備工程は、それぞれ、前記ウェハの搬送工程、前記研磨パッドのドレッシング工程、および前記研磨パッドに水を供給しながら前記ウェハを研磨する水研磨工程のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第３研磨工程は、前記ウェハを前記第３研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する工程であり、前記第４研磨工程は、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより前記絶縁膜をその厚さが所定の目標値に達するまで研磨する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記導電膜の研磨レートが高く、前記絶縁膜の研磨レートが低くなる研磨液を前記第３研磨テーブル上の前記研磨パッドに供給しながら前記第３研磨工程を行うことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第３研磨工程および前記第４研磨工程のうちの少なくとも１つの研磨終点を、前記第３研磨テーブルおよび／または前記第４研磨テーブル内に設置された膜厚センサを用いて検出することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第３研磨工程の研磨終点を、前記第３研磨テーブル内に設置された渦電流式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第４研磨工程の研磨終点を、前記第４研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第３研磨工程の研磨終点を、前記第３研磨テーブルを回転させるテーブルモータのトルク電流の変化から決定することを特徴とする。
本発明の他の態様は、絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する第３研磨工程と、前記第３研磨工程の後に、第４研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない第１水研磨工程と、前記第１水研磨工程を行っているときに、前記第４研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の初期膜厚信号を取得する工程と、前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに研磨液を供給しながら、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜の厚さが所定の目標値に達するまで前記絶縁膜を研磨する第４研磨工程と、前記第４研磨工程の後に、前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない第２水研磨工程と、前記第２水研磨工程を行っているときに、前記光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の終点膜厚信号を取得する工程と、前記初期膜厚信号と前記終点膜厚信号との差分から前記絶縁膜の除去量を算出する工程と、前記算出された除去量と、前記絶縁膜の初期膜厚と、前記絶縁膜の厚さの前記所定の目標値とから、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達しているか否かを決定する工程とを含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達していない場合には、前記所定の目標値を達成するための追加研磨時間を算出する工程と、前記研磨パッドに研磨液を供給しながら前記ウェハを前記追加研磨時間だけ再研磨する工程をさらに含むことを特徴とする。
本発明の他の態様は、絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する第３研磨工程と、前記第３研磨工程の後に、第４研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない水研磨工程と、前記水研磨工程の後に、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッド上で水平に移動させて前記ウェハの一部を、前記第４研磨テーブルの横に設置された光学式膜厚センサの上方に突き出し、前記光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の初期膜厚信号を取得する工程と、前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに研磨液を供給しながら、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜の厚さが所定の目標値に達するまで前記絶縁膜を研磨する第４研磨工程と、前記第４研磨工程の後に、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッド上で水平に移動させて前記ウェハの一部を前記光学式膜厚センサの上方に突き出し、前記光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の終点膜厚信号を取得する工程と、前記初期膜厚信号と前記終点膜厚信号との差分から前記絶縁膜の除去量を算出する工程と、前記算出された除去量と、前記絶縁膜の初期膜厚と、前記絶縁膜の厚さの前記所定の目標値とから、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達しているか否かを決定する工程を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達していない場合には、前記所定の目標値を達成するための追加研磨時間を算出する工程と、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに再び摺接させることにより前記ウェハを前記追加研磨時間だけ再研磨する工程をさらに含むことを特徴とする。
本発明の他の態様は、絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する第３研磨工程と、前記第３研磨工程の後に、前記ウェハを第４研磨テーブル上の研磨パッド上で水平に移動させて前記ウェハの一部を、前記第４研磨テーブルの横に設置された第１の光学式膜厚センサの上方に突き出し、前記第１の光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の初期膜厚信号を取得する工程と、前記第４研磨テーブル上の研磨パッドに研磨液を供給しながら、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達するまで前記絶縁膜を研磨する第４研磨工程と、前記第４研磨工程の後に、前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない水研磨工程と、前記水研磨工程を行っているときに、前記第４研磨テーブル内に設置された第２の光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の終点膜厚信号を取得する工程と、前記初期膜厚信号と前記終点膜厚信号との差分から前記絶縁膜の除去量を算出する工程と、前記算出された除去量と、前記絶縁膜の初期膜厚と、前記絶縁膜の厚さの前記所定の目標値とから、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達しているか否かを決定する工程を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達していない場合には、前記所定の目標値を達成するための追加研磨時間を算出する工程と、前記研磨パッドに研磨液を供給しながら前記ウェハを前記追加研磨時間だけ再研磨する工程をさらに含むことを特徴とする。
本発明の他の態様は、絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨し、さらに前記絶縁膜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第３研磨工程と、前記第３研磨工程の後に、第４研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない水研磨工程と、前記水研磨工程を行っているときに、研磨前の前記絶縁膜の膜厚信号を取得する工程と、前記取得された膜厚信号から膜厚指標値を生成する工程と、前記生成された膜厚指標値と前記絶縁膜の厚さの所定の第２の目標値とから前記絶縁膜の目標除去量を算出する工程と、前記目標除去量を達成するための研磨時間を算出する工程と、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜をその厚さが前記所定の第２の目標値に達するまで研磨する第４研磨工程とを含み、前記第４研磨工程を、前記算出された研磨時間だけ行うことを特徴とする。
本発明の他の態様は、絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨し、さらに前記絶縁膜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第３研磨工程と、前記第３研磨工程の後に、第４研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない水研磨工程と、前記水研磨工程を行っているときに、研磨前の前記絶縁膜の膜厚信号を取得する工程と、前記取得された膜厚信号から膜厚指標値を生成する工程と、前記生成された膜厚指標値と前記絶縁膜の厚さの所定の第２の目標値とから前記絶縁膜の目標除去量を算出する工程と、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜をその厚さが前記所定の第２の目標値に達するまで研磨する第４研磨工程とを含み、 前記第４研磨工程での前記絶縁膜の除去量が前記目標除去量に達した時点で前記第４研磨工程を終了させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第３研磨工程で前記絶縁膜が露出した点を前記第３研磨テーブル内に設置された渦電流式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第３研磨工程の研磨終点を、前記第３研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第３研磨工程で前記絶縁膜が露出した点を前記第３研磨テーブル内に設置された渦電流式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定し、さらに前記第３研磨工程の研磨終点を、前記第３研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第４研磨工程の研磨終点を、前記第４研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする。
本発明の他の参考例は、絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜をその厚さが所定の目標値に達するまで研磨する第１研磨工程と、前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程とを含み、前記第１研磨工程の前および／または後に行われる第１準備工程の時間と前記第１研磨工程の研磨時間とを加算した第１処理時間が、前記第２研磨工程の前および／または後に行われる第２準備工程の時間と前記第２研磨工程の研磨時間とを加算した第２処理時間と同じとなるように、前記所定の目標値を調整することを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第１準備工程および前記第２準備工程は、それぞれ、前記ウェハの搬送工程、前記研磨パッドのドレッシング工程、および前記研磨パッドに水を供給しながら前記ウェハを研磨する水研磨工程のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
本発明のさらに他の参考例は、絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、２つの研磨テーブルのうちの一方に取り付けられた研磨パッドに前記ウェハを摺接させることにより少なくとも前記導電膜を研磨し、前記２つの研磨テーブルのうちの他方に取り付けられた研磨パッドに前記ウェハを摺接させることにより少なくとも前記絶縁膜を研磨することを特徴とする。
本発明によれば、研磨工程に従って４つの研磨テーブルが使用されるので、１つの研磨テーブル当たりの研磨時間が短くなり、研磨温度の上昇や副生成物の発生が抑制される。その結果、ウェハのディフェクトが低減され、ウェハ表面の平坦性が向上する。また、研磨テーブルごとに被研磨膜の種類に従って最適な研磨条件（例えば、研磨液、研磨圧力、研磨テーブルの回転速度）および最適な研磨終点検出方法を適用することができるので、面内均一性などの研磨結果を改善でき、かつ研磨終点検出精度を高めることができる。さらに、研磨終点検出精度が向上する結果、リワーク（再研磨）をなくす、またはリワークの回数を減らすことができる。したがって、ウェハ研磨のスループットを向上させることができる。
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。 配線を形成する多層構造の一例を示す断面図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、従来の研磨方法を説明するための図である。 図５（ａ）乃至図５（ｄ）は、本発明の研磨方法の一実施形態を説明するための図である。 図６（ａ）乃至図６（ｄ）は、本発明の研磨方法の他の実施形態を説明するための図である。 図７（ａ）乃至図７（ｄ）は、本発明の研磨方法のさらに他の実施形態を説明するための図である。 図８（ａ）乃至図８（ｄ）は、本発明の研磨方法のさらに他の実施形態を説明するための図である。 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。 図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、研磨テーブルの横に光学式膜厚センサが設けられた研磨ユニットを示す模式断面図である。 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１７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。
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２を参照して説明する。図２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。
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の下端に固定されている。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１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。
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。
図１に示すように、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。
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８０が配置されている。この仮置き台８０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８０の間を移動する。
仮置き台８０に載置されたウェハは、洗浄部４の第１の搬送ロボット８９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、研磨されたウェハを洗浄液で洗浄する一次洗浄モジュール８１および二次洗浄モジュール８２と、洗浄されたウェハを乾燥する乾燥モジュール８５とを備えている。第１の搬送ロボット８９は、ウェハを仮置き台８０から一次洗浄モジュール８１に搬送し、さらに一次洗浄モジュール８１から二次洗浄モジュール８２に搬送するように動作する。二次洗浄モジュール８２と乾燥モジュール８５との間には、第２の搬送ロボット９０が配置されている。この第２の搬送ロボット９０は、ウェハを二次洗浄モジュール８２から乾燥モジュール８５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により乾燥モジュール８５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、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。
図３は、配線を形成する多層構造の一例を示す断面図である。図３に示すように、ＳｉＯ２やＬｏｗ−ｋ材からなる層間絶縁膜１０１の上に、ＳｉＯ２などの酸化膜やＳｉＮなどの窒化膜からなる第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、ＴｉやＴｉＮなどの金属からなる第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Ｔａ，ＴａＮ，Ｒｕなどの金属、またはこれら金属の積層からなるバリア膜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、導電膜はバリア膜１０５から構成され、絶縁膜は層間絶縁膜１０１から構成される。さらに、第１ハードマスク膜１０２または第２ハードマスク膜１０４のいずれか一方がないウェハも存在する。この場合も、銅膜、導電膜、絶縁膜によって多層構造が構成される。
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、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）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３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。
従来の研磨方法では、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４（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４（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が所定の厚さに達するまで（すなわちトレンチ内の配線１０８が所定の高さになるまで）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。
しかしながら、このような従来の研磨方法では１つの研磨ユニット当たりの研磨時間が長くなり、上述したように、研磨温度の上昇や副生成物の研磨パッド上の堆積などに起因してウェハのディフェクトを引き起こし、またはウェハ表面の平坦度が低下してしまう。そこで、本発明では、１つのウェハを４つの研磨ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを用いて連続的に研磨する。
以下、本発明の研磨方法の一実施形態について図５（ａ）乃至図５（ｄ）を参照して説明する。図５（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５（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１研磨工程と第２研磨工程とでは、ウェハの研磨条件を変えてもよい。研磨条件としては、ウェハに供給される研磨液の種類、トップリングからウェハに加えられる研磨圧力、研磨テーブルの回転速度などが挙げられる。例えば、第１研磨工程では、所定の第１の研磨圧力でウェハを研磨パッド１０に押圧して高い研磨レート（除去レートとも言う）でウェハを研磨し、第２研磨工程では、第１の研磨圧力よりも低い所定の第２の研磨圧力でウェハを研磨パッド１０に押圧して低い研磨レートでウェハを研磨してもよい。第１研磨工程を高い研磨圧力で実行することにより研磨時間を短くすることができ、第２研磨工程を低い研磨圧力で実行することにより正確な研磨終点検出を達成することができるとともに、被研磨面の平坦性を向上し、研磨されたウェハ表面のディフェクトを低減させることができる。
このように、銅膜１０７の研磨は、第１研磨ユニット３Ａでの第１研磨工程と、第２研磨ユニット３Ｂでの第２研磨工程とに分けられる。したがって、１つの研磨ユニットで銅膜１０７を研磨する従来の研磨方法に比べて、１つの研磨ユニット当たりの研磨時間を短くすることができる。
第１研磨ユニット３Ａでの全体の処理時間（以下、第１処理時間という）と、第２研磨ユニット３Ｂでの全体の処理時間（以下、第２処理時間という）とが同じであるとき、生産性（スループット）は最も高くなる。したがって、第１研磨ユニット３Ａでの第１処理時間と、第２研磨ユニット３Ｂでの第２処理時間とが同じであることが好ましい。この場合、第１研磨工程での膜厚指標値の所定のしきい値（すなわち銅膜１０７の厚さの目標値）を調整することにより、次のウェハ研磨において、第１研磨ユニット３Ａでの第１処理時間と、第２研磨ユニット３Ｂでの第２処理時間とを同じにすることができる。第１処理時間は、第１研磨工程の前および／または後に行われる第１準備工程の時間と、第１研磨工程の研磨時間とを加算した時間であり、第２処理時間は、第２研磨工程の前および／または後に行われる第２準備工程の時間と、第２研磨工程の研磨時間とを加算した時間である。第１準備工程および第２準備工程は、ウェハの搬送工程、研磨パッド１０のドレッシング工程、および研磨パッド１０に水を供給しながらウェハを研磨する水研磨工程のうちの少なくとも１つを含む。
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５（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が研磨される。より具体的には、導電膜１０６の厚さが所定の目標値に達するまで該導電膜１０６が研磨される。図５（ｃ）に示す例では、バリア膜１０５が除去され、さらに第２ハードマスク膜１０４の一部が除去される。第３研磨工程の他の例として、バリア膜１０５を研磨し、第２ハードマスク膜１０４が露出する前に、バリア膜１０５の研磨を停止させてもよい。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、導電膜１０６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（すなわち導電膜１０６の厚さが所定の目標値に達したとき）に導電膜１０６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５（ｄ）に示すように、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、残りの導電膜１０６（第２ハードマスク膜１０４のみ、またはバリア膜１０５および第２ハードマスク膜１０４）が除去され、引き続き導電膜１０６の下の絶縁膜１０３が研磨される。絶縁膜１０３は、第１ハードマスク膜１０２と、この第１ハードマスク膜１０２の下の層間絶縁膜１０１から構成される。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。
上述した残りの導電膜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が除去された点（すなわち絶縁膜１０３が露出した点）を検出する。例えば、導電膜１０６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。導電膜１０６が除去されて絶縁膜１０３が露出すると、導電膜１０６の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、導電膜１０６が除去された点に決定することもできる。
本実施形態では、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、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の初期膜厚（初期膜厚が既知でない場合には、仮定された初期膜厚）と、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。
第３研磨工程と第４研磨工程とでは、ウェハの研磨条件（研磨液、研磨圧力、研磨テーブルの回転速度など）を変えてもよい。さらに、各研磨工程中に、被研磨膜（導電膜１０６，絶縁膜１０３）の種類に従って研磨条件を変えてもよい。例えば、第４研磨工程中に、渦電流式膜厚センサ６０からの膜厚信号に基づいて導電膜１０６の除去を検出した時点で、ウェハの研磨条件を変更してもよい。
第３研磨ユニット３Ｃでの全体の処理時間（以下、第３処理時間という）と、第４研磨ユニット３Ｄでの全体の処理時間（以下、第４処理時間という）とが同じであることが好ましい。この場合、第３研磨工程での膜厚指標値の所定のしきい値（すなわち導電膜１０６の厚さの目標値）を調整することにより、次のウェハ研磨において、第３研磨ユニット３Ｃでの第３処理時間と、第４研磨ユニット３Ｄでの第４処理時間とを同じにすることができる。第３処理時間は、第３研磨工程の前および／または後に行われる第３準備工程の時間と、第３研磨工程の研磨時間とを加算した時間であり、第４処理時間は、第４研磨工程の前および／または後に行われる第４準備工程の時間と、第４研磨工程の研磨時間とを加算した時間である。第３準備工程および第４準備工程は、ウェハの搬送工程、研磨パッド１０のドレッシング工程、および研磨パッド１０に水を供給しながらウェハを研磨する水研磨工程のうちの少なくとも１つを含む。
本実施形態において、第３研磨工程の終点および第４研磨工程の終点を研磨時間で管理してもよい。すなわち、第３研磨ユニット３Ｃでの導電膜１０６の研磨を所定の研磨時間だけ行い、第４研磨ユニット３Ｄでの導電膜１０６および絶縁膜１０３の研磨を所定の研磨時間だけ行ってもよい。この場合は、導電膜１０６および絶縁膜１０３の膜厚または除去量を渦電流式膜厚センサ６０および光学式膜厚センサ４０で監視しなくてもよい。第３研磨ユニット３Ｃでの導電膜１０６の上記所定の研磨時間は、第４研磨ユニット３Ｄでの導電膜１０６および絶縁膜１０３の上記所定の研磨時間と同じであることが好ましい。
次に、本発明の研磨方法の他の実施形態について図６（ａ）乃至図６（ｄ）を参照して説明する。図６（ａ）および図６（ｂ）に示す第１研磨工程および第２研磨工程は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す上記実施形態の第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６（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６（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。
本実施形態の他の例として、第４研磨工程の前に第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に純水を供給しながらウェハを研磨する水研磨を行い、この水研磨を行っているときに絶縁膜１０３の初期膜厚信号を光学式膜厚センサ４０により取得し、初期膜厚信号から初期膜厚指標値を動作制御部５により生成し、この生成された初期膜厚指標値と絶縁膜１０３の膜厚の所定の目標値とから絶縁膜１０３の目標除去量を算出し、第４研磨工程での絶縁膜１０３の除去量が目標除去量に達したときに第４研磨工程を終了させてもよい。
第３研磨工程と第４研磨工程とでは、ウェハの研磨条件（研磨液、研磨圧力、研磨テーブルの回転速度など）を変えてもよい。例えば、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。さらに、研磨終点検出精度が向上するので、結果としてリワーク（再研磨）をなくす、またはリワークの回数を減らすことができる。したがって、ウェハ研磨のスループットを向上させることができる。
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２参照）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２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実施形態について図７（ａ）乃至図７（ｄ）を参照して説明する。図７（ａ）および図７（ｂ）に示す第１研磨工程および第２研磨工程は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す上記実施形態の第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７（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７（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７（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７（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。
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の厚さは、絶縁膜１０３の除去量から決定してもよい。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２のしきい値に達したとき（すなわち絶縁膜１０３の厚さまたは除去量が所定の第２の目標値に達したとき）に絶縁膜１０３の研磨を停止させる。
本実施形態において、第３研磨工程の終点および第４研磨工程の終点を研磨時間で管理してもよい。すなわち、第３研磨ユニット３Ｃでの導電膜１０６および絶縁膜１０３の研磨を所定の研磨時間だけ行い、第４研磨ユニット３Ｄでの絶縁膜１０３の研磨を所定の研磨時間だけ行ってもよい。この場合は、導電膜１０６および絶縁膜１０３の膜厚または除去量を渦電流式膜厚センサ６０および光学式膜厚センサ４０で監視しなくてもよい。第３研磨ユニット３Ｃでの導電膜１０６および絶縁膜１０３の上記所定の研磨時間は、第４研磨ユニット３Ｄでの絶縁膜１０３の上記所定の研磨時間と同じであることが好ましい。
第３研磨工程と第４研磨工程とでは、ウェハの研磨条件（研磨液、研磨圧力、研磨テーブルの回転速度など）を変えてもよい。さらに、各研磨工程中に、被研磨膜（導電膜１０６，絶縁膜１０３）の種類に従って研磨条件を変えてもよい。例えば、第３研磨工程中に、渦電流式膜厚センサ６０からの膜厚信号に基づいて導電膜１０６の除去を検出した時点で、ウェハの研磨条件を変更してもよい。
本実施形態の変形例として、第４研磨工程の前に第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に純水を供給しながらウェハを研磨する水研磨を行い、この水研磨を行っているときに、研磨前の絶縁膜１０３の膜厚信号を光学式膜厚センサ４０により取得し、取得された膜厚信号から膜厚指標値を動作制御部５により生成し、この生成された膜厚指標値と絶縁膜１０３の厚さの所定の第２の目標値とから絶縁膜１０３の目標除去量を算出し、この目標除去量を達成するための研磨時間を算出し、算出された研磨時間だけ第４研磨工程を行うようにしてもよい。
本実施形態のさらに他の変形例として、第４研磨工程の前に、第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に純水を供給しながらウェハを研磨する水研磨を行い、この水研磨を行っているときに、研磨前の絶縁膜１０３の膜厚信号を光学式膜厚センサ４０により取得し、取得された膜厚信号から膜厚指標値を動作制御部５により生成し、この生成された膜厚指標値と絶縁膜１０３の厚さの所定の第２の目標値とから絶縁膜１０３の目標除去量を算出し、第４研磨工程での絶縁膜１０３の除去量が目標除去量に達した時点で第４研磨工程を終了させてもよい。
水研磨中は、ウェハの研磨は実質的に進行しない。水研磨することで、研磨パッド１０上の研磨液、研磨屑、副生成物などを除去することができ、より正確な膜厚信号を取得することができる。したがって、より正確な研磨終点検出を実現することができる。さらに、研磨終点検出精度が向上するので、結果としてリワーク（再研磨）をなくす、またはリワークの回数を減らすことができる。したがって、ウェハ研磨のスループットを向上させることができる。
次に、本発明の研磨方法のさらに他の実施形態について図８（ａ）乃至図８（ｄ）を参照して説明する。図８（ａ）および図８（ｂ）に示す第１研磨工程および第２研磨工程は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す上記実施形態の第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８（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。
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。さらに、研磨終点検出精度が向上するので、結果としてリワーク（追加研磨）をなくす、またはリワークの回数を減らすことができる。したがって、ウェハ研磨のスループットを向上させることができる。また、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。
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８（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。より具体的には、次のようにして第４研磨工程が実行される。
絶縁膜１０３の研磨前に、研磨液供給機構３２Ｄから純水を研磨パッド１０上に供給しながらウェハが水研磨される（第１水研磨工程）。水研磨中は、ウェハの研磨は実質的に進行しない。この水研磨を行っているときに光学式膜厚センサ４０により絶縁膜１０３の初期膜厚信号が取得される。水研磨後、純水に代えて研磨液が研磨パッド１０上に供給され、ウェハと研磨パッド１０との間に研磨液が存在した状態で絶縁膜１０３が研磨される（第４研磨工程）。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の厚さが所定の目標値に達したか否かは、光学式膜厚センサ４０により取得された膜厚信号から生成された膜厚指標値または除去指標値に基づいて操作制御部５によって判断してもよく、または予め定められた研磨時間が経過したか否かに基づいて操作制御部５によって判断してもよい。
絶縁膜１０３の研磨後に、研磨液に代えて純水を研磨パッド１０に供給しながら、ウェハが水研磨される（第２水研磨工程）。この水研磨を行っているときに光学式膜厚センサ４０により絶縁膜１０３の終点膜厚信号が取得される。操作制御部５は、初期膜厚信号と終点膜厚信号との差分から絶縁膜１０３の除去量を算出し、この算出された除去量と、絶縁膜１０３の初期膜厚と、絶縁膜１０３の厚さの上記目標値とから、研磨された絶縁膜１０３の厚さがこの目標値に達しているか否かを決定する。研磨された絶縁膜１０３の厚さが目標値に達していない場合には、動作制御部５は、絶縁膜１０３の厚さがそ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。追加研磨時間は、絶縁膜１０３の現在の厚さ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。第２水研磨工程の終了後、再び研磨液が研磨パッド１０に供給され、ウェハは第４研磨ユニット３Ｄにおいて追加研磨時間だけ再研磨される。本実施形態によれば、水研磨中に取得された膜厚信号から正確な絶縁膜１０３の除去量を算出することができる。
本実施形態においては、光学式膜厚センサ４０は、研磨テーブル３０Ｄの横に配置されてもよい。この場合、ウェハはトップリング３１Ｄにより研磨パッド１０上を水平に移動されて光学式膜厚センサ４０の上方に突き出し（オーバーハングし）、このオーバーハング位置にあるウェハの絶縁膜１０３の膜厚信号を光学式膜厚センサ４０が取得する。
より具体的には、第４研磨工程の前に、ウェハをトップリング３１Ｄにより移動させて光学式膜厚センサ４０の上方にオーバーハングさせ、オーバーハングしているウェハの絶縁膜１０３の初期膜厚信号が光学式膜厚センサ４０により取得される。ウェハはトップリング３１Ｄにより研磨パッド１０上の研磨位置に戻されて絶縁膜１０３が所定の時間研磨される（第４研磨工程）。絶縁膜１０３の研磨後に、再びウェハを移動させて光学式膜厚センサ４０の上方にオーバーハングさせ、この状態で絶縁膜１０３の終点膜厚信号が学式膜厚センサにより取得される。操作制御部５は、初期膜厚信号と終点膜厚信号との差分から絶縁膜１０３の除去量を算出し、得られた除去量と、絶縁膜１０３の初期膜厚と、絶縁膜１０３の厚さの上記目標値とから、研磨された絶縁膜１０３の厚さがこの目標値に達しているか否かを決定する。研磨された絶縁膜１０３の厚さが目標値に達していない場合には、動作制御部５は、絶縁膜１０３の厚さがそ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。そして、ウェハは、再び研磨パッド１０上の研磨位置に戻され、研磨パッド１０に研磨液が供給され、ウェハは第４研磨ユニット３Ｄにおいて追加研磨時間だけ再研磨される。この例において、初期膜厚信号を取得する前に第１水研磨工程を行ってもよく、さらに第４研磨工程の後であって終点膜厚信号取得前に第２水研磨工程を行ってもよい。
さらに、本実施形態において、第１の光学式膜厚センサを第４研磨テーブル３０Ｄ内に配置し、さらに第２の光学式膜厚センサを第４研磨テーブル３０Ｄの横に配置してもよい。第１の光学式膜厚センサは、図９に示す光学式膜厚センサ４０と同様の配置および構成であり、第２の光学式膜厚センサは、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示す光学式膜厚センサ４０と同様の配置および構成であるので、その重複する説明を省略する。
このように２つの光学式膜厚センサが設けられている場合の研磨方法の一例は、次の通りである。第４研磨工程の前に、ウェハをトップリング３１Ｄにより移動させて第２の光学式膜厚センサの上方にオーバーハングさせ、オーバーハングしているウェハの絶縁膜１０３の初期膜厚信号が第２の光学式膜厚センサにより取得される。初期膜厚信号を取得する前に水研磨工程を行ってもよい。ウェハはトップリング３１Ｄにより研磨パッド１０上の研磨位置に戻されて絶縁膜１０３が所定の時間研磨される（第４研磨工程）。絶縁膜１０３の研磨後に、研磨液に代えて純水が第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０上に供給され、ウェハが水研磨される。この水研磨を行っているときに、ウェハの絶縁膜１０３の終点膜厚信号が第１の光学式膜厚センサにより取得される。操作制御部５は、初期膜厚信号と終点膜厚信号との差分から絶縁膜１０３の除去量を算出し、得られた除去量と、絶縁膜１０３の初期膜厚と、絶縁膜１０３の厚さの上記目標値とから、研磨された絶縁膜１０３の厚さがこの目標値に達しているか否かを決定する。研磨された絶縁膜１０３の厚さが目標値に達していない場合には、動作制御部５は、絶縁膜１０３の厚さがそ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。そして、第４研磨テーブル３０Ｄ上の研磨パッド１０に研磨液が供給され、ウェハは第４研磨ユニット３Ｄにおいて追加研磨時間だけ再研磨される。
上述した各実施形態によれば、従来１つの研磨テーブルを用いて行っていた導電膜１０６および絶縁膜１０３の研磨を２つの研磨テーブル３０Ｃ，３０Ｄで行うことにより、１つの研磨テーブル当たりの研磨時間を短くすることができるのみならず、研磨テーブル３０Ａ，３０Ｂでの研磨時間と、研磨テーブル３０Ｃ，３０Ｄでの研磨時間との差を少な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。さらに、研磨終点検出の精度が向上する結果、リワーク（再研磨）をなくす、またはリワークの回数を減らすことができる。したがって、ウェハ研磨のスループットを向上させることができる。上述した各実施形態は、第１ハードマスク膜１０２および／または第２ハードマスク膜１０４がない多層構造のウェハの研磨にも同様に適用可能である。
上述のようにして研磨されたウェハは、洗浄部４にて洗浄および乾燥され、搬送ロボット２２によりフロントロード部２０上のウェハカセットに戻される。その後、研磨装置の外部に設置された膜厚測定装置にウェハを搬送し、この膜厚測定装置で研磨されたウェハの絶縁膜１０３の膜厚を測定してもよい。絶縁膜１０３の膜厚が目標値よりも大きいか、または絶縁膜１０３の除去量が目標値よりも小さいときは、ウェハは再度研磨装置に搬入され、第４研磨ユニット３Ｄにおいて再研磨される。
次に、各研磨ユニット３Ａ〜３Ｄに配置された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９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９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１０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１１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１０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１０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１２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１２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 0005941763
 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。
図１３は、動作制御部５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。図１３に示すように、動作制御部５は、光強度データから生成された現在のスペクトルを複数の基準スペクトルと比較し、最も近い基準スペクトルを決定する。具体的には、現在のスペクトルと各基準スペクトルとの偏差を算出し、偏差が最も小さい基準スペクトルを最も近い基準スペクトルとして特定する。動作制御部５は、特定された最も近い基準スペクトルに関連付けられた膜厚を現在の膜厚に決定する。
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１０３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）から絶縁膜１０３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、絶縁膜１０３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１４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１４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、絶縁膜１０３の除去量を決定することができる。絶縁膜１０３の除去量Ｄは、次の式（２）から求められる。
Figure 0005941763
 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、絶縁膜１０３の除去量を示す除去指標値である。
図１５（ａ）に示すように、光学式膜厚センサ４０は、研磨テーブル３０Ａの横に配置されていてもよい。図１５（ｂ）に示すように、ウェハＷはトップリング３１Ａにより研磨パッド１０上を水平に移動されて光学式膜厚センサ４０の上方に突き出し（オーバーハングし）、このオーバーハング位置にあるウェハＷの膜厚信号を光学式膜厚センサ４０が取得する。図１５（ａ）および図１５（ｂ）では光学式膜厚センサ４０の詳細な構成は省略されているが、その構成は図９に示す光学式膜厚センサ４０の構成と同じである。図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示す例では、図９に示すような液体供給路５３，液体排出路５４，液体供給源５５は設けられていない。また、光学式膜厚センサ４０は、研磨テーブル３０Ａとともには回転しない。
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１６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１６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１７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１７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１８は、図１７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１８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１９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１９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１９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２０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９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。
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
６０ 渦電流式膜厚センサ
６１ コイル
７０ トルク電流計測器
８０ 仮置き台
８１ 一次洗浄モジュール
８２ 二次洗浄モジュール
８５ 乾燥モジュール
８９ 第１搬送ロボット
９０ 第２搬送ロボット

Claims (19)

  1. 絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、
    前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、
    前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、
    前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する第３研磨工程と、
    前記第３研磨工程の後に、第４研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない水研磨工程と、
    前記水研磨工程を行っているときに、前記第４研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の初期膜厚信号を取得する工程と、
    前記初期膜厚信号から初期膜厚指標値を生成する工程と、
    前記初期膜厚指標値と前記絶縁膜の厚さの所定の目標値とから前記絶縁膜の目標除去量を算出する工程と、
    前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに研磨液を供給しながら、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達するまで前記絶縁膜を研磨する第４研磨工程とを含み、
    前記絶縁膜の除去量が前記目標除去量に達した時点で前記第４研磨工程を終了させることを特徴とする方法。
  2. 絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、
    前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、
    前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、
    前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する第３研磨工程と、
    前記第３研磨工程の後に、第４研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない第１水研磨工程と、
    前記第１水研磨工程を行っているときに、前記第４研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の初期膜厚信号を取得する工程と、
    前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに研磨液を供給しながら、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜の厚さが所定の目標値に達するまで前記絶縁膜を研磨する第４研磨工程と、
    前記第４研磨工程の後に、前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない第２水研磨工程と、
    前記第２水研磨工程を行っているときに、前記光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の終点膜厚信号を取得する工程と、
    前記初期膜厚信号と前記終点膜厚信号との差分から前記絶縁膜の除去量を算出する工程と、
    前記算出された除去量と、前記絶縁膜の初期膜厚と、前記絶縁膜の厚さの前記所定の目標値とから、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達しているか否かを決定する工程とを含むことを特徴とする方法。
  3. 前記導電膜の研磨レートが高く、前記絶縁膜の研磨レートが低くなる研磨液を前記第３研磨テーブル上の前記研磨パッドに供給しながら前記第３研磨工程を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記第３研磨工程の研磨終点を、前記第３研磨テーブル内に設置された渦電流式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  5. 前記第４研磨工程の研磨終点を、前記光学式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  6. 前記第３研磨工程の研磨終点を、前記第３研磨テーブルを回転させるテーブルモータのトルク電流の変化から決定することを特徴とする請求項３に記載の方法。
  7. 前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達していない場合には、前記所定の目標値を達成するための追加研磨時間を算出する工程と、
    前記研磨パッドに研磨液を供給しながら前記ウェハを前記追加研磨時間だけ再研磨する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  8. 絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、
    前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、
    前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、
    前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する第３研磨工程と、
    前記第３研磨工程の後に、第４研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない水研磨工程と、
    前記水研磨工程の後に、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッド上で水平に移動させて前記ウェハの一部を、前記第４研磨テーブルの横に設置された光学式膜厚センサの上方に突き出し、前記光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の初期膜厚信号を取得する工程と、
    前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに研磨液を供給しながら、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜の厚さが所定の目標値に達するまで前記絶縁膜を研磨する第４研磨工程と、
    前記第４研磨工程の後に、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッド上で水平に移動させて前記ウェハの一部を前記光学式膜厚センサの上方に突き出し、前記光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の終点膜厚信号を取得する工程と、
    前記初期膜厚信号と前記終点膜厚信号との差分から前記絶縁膜の除去量を算出する工程と、
    前記算出された除去量と、前記絶縁膜の初期膜厚と、前記絶縁膜の厚さの前記所定の目標値とから、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達しているか否かを決定する工程を含むことを特徴とする方法。
  9. 前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達していない場合には、前記所定の目標値を達成するための追加研磨時間を算出する工程と、
    前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに再び摺接させることにより前記ウェハを前記追加研磨時間だけ再研磨する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、
    前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、
    前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、
    前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨する第３研磨工程と、
    前記第３研磨工程の後に、前記ウェハを第４研磨テーブル上の研磨パッド上で水平に移動させて前記ウェハの一部を、前記第４研磨テーブルの横に設置された第１の光学式膜厚センサの上方に突き出し、前記第１の光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の初期膜厚信号を取得する工程と、
    前記第４研磨テーブル上の研磨パッドに研磨液を供給しながら、前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達するまで前記絶縁膜を研磨する第４研磨工程と、
    前記第４研磨工程の後に、前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない水研磨工程と、
    前記水研磨工程を行っているときに、前記第４研磨テーブル内に設置された第２の光学式膜厚センサにより前記絶縁膜の終点膜厚信号を取得する工程と、
    前記初期膜厚信号と前記終点膜厚信号との差分から前記絶縁膜の除去量を算出する工程と、
    前記算出された除去量と、前記絶縁膜の初期膜厚と、前記絶縁膜の厚さの前記所定の目標値とから、前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達しているか否かを決定する工程を含むことを特徴とする方法。
  11. 前記絶縁膜の厚さが前記所定の目標値に達していない場合には、前記所定の目標値を達成するための追加研磨時間を算出する工程と、
    前記研磨パッドに研磨液を供給しながら前記ウェハを前記追加研磨時間だけ再研磨する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、
    前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、
    前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、
    前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨し、さらに前記絶縁膜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第３研磨工程と、
    前記第３研磨工程の後に、第４研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない水研磨工程と、
    前記水研磨工程を行っているときに、研磨前の前記絶縁膜の膜厚信号を取得する工程と、
    前記取得された膜厚信号から膜厚指標値を生成する工程と、
    前記生成された膜厚指標値と前記絶縁膜の厚さの所定の第２の目標値とから前記絶縁膜の目標除去量を算出する工程と、
    前記目標除去量を達成するための研磨時間を算出する工程と、
    前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜をその厚さが前記所定の第２の目標値に達するまで研磨する第４研磨工程とを含み、
    前記第４研磨工程を、前記算出された研磨時間だけ行うことを特徴とする方法。
  13. 絶縁膜と、該絶縁膜の上に形成された導電膜と、該導電膜の上に形成された金属膜とを有するウェハを研磨する方法であって、
    前記ウェハを第１研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を研磨する第１研磨工程と、
    前記ウェハを第２研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより前記金属膜を前記導電膜が露出するまで研磨する第２研磨工程と、
    前記ウェハを第３研磨テーブル上の研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜が露出するまで前記導電膜を研磨し、さらに前記絶縁膜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第３研磨工程と、
    前記第３研磨工程の後に、第４研磨テーブル上の研磨パッドの研磨面に水を供給しながら前記ウェハを前記研磨面に押し付ける、前記ウェハの研磨が実質的に進行しない水研磨工程と、
    前記水研磨工程を行っているときに、研磨前の前記絶縁膜の膜厚信号を取得する工程と、
    前記取得された膜厚信号から膜厚指標値を生成する工程と、
    前記生成された膜厚指標値と前記絶縁膜の厚さの所定の第２の目標値とから前記絶縁膜の目標除去量を算出する工程と、
    前記ウェハを前記第４研磨テーブル上の前記研磨パッドに摺接させることにより、前記絶縁膜をその厚さが前記所定の第２の目標値に達するまで研磨する第４研磨工程とを含み、 前記第４研磨工程での前記絶縁膜の除去量が前記目標除去量に達した時点で前記第４研磨工程を終了させることを特徴とする方法。
  14. 前記第３研磨工程で前記絶縁膜が露出した点を前記第３研磨テーブル内に設置された渦電流式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
  15. 前記第３研磨工程の研磨終点を、前記第３研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
  16. 前記第３研磨工程で前記絶縁膜が露出した点を前記第３研磨テーブル内に設置された渦電流式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定し、さらに前記第３研磨工程の研磨終点を、前記第３研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
  17. 前記第４研磨工程の研磨終点を、前記第４研磨テーブル内に設置された光学式膜厚センサからの膜厚信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
  18. 前記第１研磨工程の前および／または後に行われる第１準備工程の時間と前記第１研磨工程の研磨時間とを加算した第１処理時間は、前記第２研磨工程の前および／または後に行われる第２準備工程の時間と前記第２研磨工程の研磨時間とを加算した第２処理時間と同じであることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記第１準備工程および前記第２準備工程は、それぞれ、前記ウェハの搬送工程、前記研磨パッドのドレッシング工程、および前記研磨パッドに水を供給しながら前記ウェハを研磨する水研磨工程のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
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