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JP2002018710A - 基板研磨方法、基板研磨装置、膜厚測定方法及び膜厚測定装置 - Google Patents

基板研磨方法、基板研磨装置、膜厚測定方法及び膜厚測定装置

Info

Publication number
JP2002018710A
JP2002018710A JP2000206413A JP2000206413A JP2002018710A JP 2002018710 A JP2002018710 A JP 2002018710A JP 2000206413 A JP2000206413 A JP 2000206413A JP 2000206413 A JP2000206413 A JP 2000206413A JP 2002018710 A JP2002018710 A JP 2002018710A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film thickness
polishing
film layer
light
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000206413A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaru Chichii
勝 乳井
Minokichi Ban
箕吉 伴
Takehiko Suzuki
武彦 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2000206413A priority Critical patent/JP2002018710A/ja
Publication of JP2002018710A publication Critical patent/JP2002018710A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨を継続した状態でも膜厚測定精度を維持
する。 【解決手段】 研磨を継続又は中断して基板Ｓの謨厚を
測定する膜厚測定手段８と、膜厚測定手段８により測定
した膜厚値に基づいて研磨条件を制御する制御手段１１
とを備える。膜厚測定手段８は光束を膜層に照射する光
源と、膜層において発生した反射光又は透過光を波長別
に受光する複数の受光素子と、受光素子により検出した
信号から膜厚値の複数解を演算するホストコンピュータ
１０とを有する。ホストコンピュータ１０は、膜厚値の
複数解から互いに値が最も近い解の組合わせを選択して
その平均値を求め、互いに値が最も近い解の組合わせの
分散度に応じて信号の補正を行い、互いに値が最も近い
解の組合わせの分散度を再び求め、所定になったときの
値を膜厚値とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造工程に採用可能であり、ウエハ等の基板の膜層を研
磨する基板研磨方法、基板研磨装置、膜厚測定方法及び
膜厚測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の研磨装置は、基板の表面の膜層を
短時間かつ高精度で研磨することが重要になっており、
研磨方法の１つとして膜層を化学的研磨作用と機械的研
磨作用により研磨する所謂ＣＭＰ（Chemical Mechanica
l Polishing）方法が知られている。このような基板研
磨方法を採用した基板研磨装置は、研磨液を膜層の表面
に供給しながら膜層を研磨する。また、このような研磨
装置では、研磨した膜層の膜厚を測定して、その結果か
ら研磨時間、研磨圧力、研磨液の供給量等を管理してい
る。
【０００３】ところで、従来から膜厚を測定する方法と
して、光束を膜層に照射し、その反射光を測定し膜厚を
算出する方法が知られているが、膜厚を測定する際に粒
子である研磨剤を含む研磨液が膜層の表面に残留してい
ると、膜層に入射した光束に研磨剤の影響による散乱又
は吸収が発生し、測定精度が著しく低下することがあっ
て、研磨の途中に正しい膜厚の測定が困難になる。この
ような問題に対処するため、研磨液を除去して膜厚を測
定する装置が、特開平７−３１１０１９号公報、特開平
９−２６０３１７号公報等に開示されている。
【０００４】前者の特開平７−３１１０１９号公報の装
置は、研磨の途中で膜厚を測定する膜厚測定手段を備
え、この膜厚測定手段は洗浄液を収容した容器を膜層の
近くに備えている。そして、研磨を中断した状態、つま
り基板であるウエハが研磨パッドから離間された状態で
容器内の洗浄液を加圧し、洗浄液をノズルから膜層の表
面に吹き付けることにより膜層上の研磨液を除去し、光
束を容器内の洗浄液を通して膜層に照射することにより
膜厚を測定している。
【０００５】後者の特開平９−２６０３１７号公報の装
置は、上述の装置と同様に研磨の途中で膜厚を測定する
膜厚測定手段を備え、この膜厚測定手段は洗浄ユニット
を備えている。洗浄ユニットはタービン空気により回転
するフラッシングヘッドを有し、このフラッシングヘッ
ドは純水を膜層上に供給するための軸孔を有している。
そして、純水をフラッシングヘッドの軸孔から膜層上に
噴射すると共に、タービン空気をフラッシングヘッドの
周囲から噴射することにより膜層上の研磨液を除去し、
その後に膜厚を光学的に測定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の何
れの装置でも、膜厚を測定する際に少量の研磨液が膜層
上に残留するため、光束に研磨剤の影響による散乱又は
吸収が発生し、膜厚を測定する際の分光反射率が変化
し、膜厚測定精度が低下するということがある。
【０００７】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
研磨を継続した状態でも干渉分光反射強度を補正するこ
とにより、膜厚測定精度を維持し得る基板研磨方法、基
板研磨装置、膜厚測定方法及び膜厚測定装置を提供する
ことにある。
【０００８】また、本発明の他の目的は、干渉分光反射
強度のＳ／Ｎの低下を防止することにより膜厚測定精度
を維持し得る基板研磨方法、基板研磨装置、膜厚測定方
法及び膜厚測定装置を提供することにある。
【０００９】更に、本発明の目的は、研磨中又は研磨途
中の膜厚測定において、研磨液等により複数の波長別受
光信号が或る程度影響を受けた状態であっても、受光信
号である分光反射強度信号を補正し、分光反射強度信号
のＳ／Ｎ低下を防止した状態での膜厚測定を可能とし、
化学的、機械的研磨に好適な基板研磨方法及び基板研磨
装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る基板研磨方法は、研磨を継続又は中断し
て基板の膜層の膜厚を測定し、測定した膜厚値に基づい
て研磨条件を制御して、前記膜層を研磨する基板研磨方
法であって、光源から光束を前記膜層に照射して前記膜
層において発生した反射光又は透過光を複数の受光素子
により波長別に受光し、これらの受光素子で検出した検
出信号から演算により膜厚値の複数解を求め、該複数解
から互いに値が最も近い解の組合わせを選択しその平均
値を求め、前記互いに値が最も近い解の組合わせの分散
度に応じて前記検出信号の補正を行い、前記互いに値が
最も近い解の組合わせの分散度を再び求め、所定になっ
たときの値を膜厚値とすることを特徴とする。
【００１１】本発明に係る基板研磨方法は、研磨を継続
又は中断して基板の膜厚を測定し、測定した膜厚値に基
づいて研磨条件を制御し、前記膜層と前記膜層を測定す
る手段との間に液体と空気を交互に噴射して前記膜層を
研磨する基板研磨方法であって、光源から光束を前記膜
層に照射して前記膜層において発生した反射光又は透過
光により前記膜厚を測定する際に、前記光源の瞬間発光
時間と前記噴射手段の空気噴射時間を連動させることを
特徴とする。
【００１２】本発明に係る基板研磨装置は、基板の膜層
を研磨する基板研磨装置において、前記研磨を継続又は
中断して膜厚を測定する膜厚測定手段と、該膜厚測定手
段により測定した膜厚値に基づいて研磨条件を制御する
制御手段とを備え、前記膜厚測定手段は、光束を前記膜
層に照射する光源と、前記膜層において発生した反射光
又は透過光を波長別に受光する複数の受光素子と、これ
らの受光素子により検出した検出信号から膜厚値の複数
解を演算する演算手段とを有し、該演算手段は膜厚値の
複数解から互いに値が最も近い解の組合わせを選択して
その平均値を求め、前記互いに値が最も近い解の組合わ
せの分散度に応じて前記検出信号の補正を行い、前記互
いに値が最も近い解の組合わせの分散度を再び求め、所
定になったときの値を膜厚値とすることを特徴とする。
【００１３】本発明に係る基板研磨装置は、基板の膜層
を研磨する基板研磨装置において、前記研磨を継続又は
中断して膜厚を測定する膜厚測定手段と、該膜厚測定手
段により測定した膜厚値に基づいて研磨条件を制御する
制御手段と、前記膜層と前記膜厚測定手段との間に液体
と空気を交互に噴射する噴射手段とを備え、前記制御手
段は、前記膜厚測定手段の光源から光束を前記膜層に照
射して前記膜層において発生した反射光又は透過光によ
り前記膜厚を測定する際に、前記光源の瞬間発光時間と
前記噴射手段の空気噴射時間を連動させることを特徴と
する。
【００１４】本発明に係る膜厚測定方法は、光源から光
束を基板の膜層に照射し、前記膜層において発生した反
射光又は透過光を複数の受光素子により波長別に受光
し、これらの受光素子により検出した信号から演算手段
により膜厚値の複数解を求め、膜厚値の複数解から互い
に値が最も近い解の組合わせを選択してその平均値を求
め、前記互いに値が最も近い解の組合わせの分散度に応
じて前記信号の補正を行い、前記互いに値が最も近い解
の組合わせの分散度を再び求め、所定になったときの値
を膜厚値とすることを特徴とする。
【００１５】本発明に係る膜厚測定装置は、光束を基板
の膜層に照射する光源と、前記膜層において発生した反
射光又は透過光を波長別に受光する複数の受光素子と、
これらの受光素子により検出した検出信号から膜厚値の
複数解を演算する演算手段とを備え、該演算手段は膜厚
値の複数解から互いに値が最も近い解の組合わせを選択
してその平均値を求め、前記互いに値が最も近い解の組
合わせの分散度に応じて前記検出信号の補正を行い、前
記互いに値が最も近い解の組合わせの分散度を再び求
め、所定になったときの値を膜厚値とすることを特徴と
する。
【００１６】本発明に係る基板研磨方法は、研磨中又は
研磨途中で基板の膜層の膜厚を測定し、測定した膜厚値
に基づいて研磨条件を制御して、前記膜層の表面を研磨
する研磨方法において、光源からの光束を前記膜層に照
射して前記膜層において発生した反射光又は透過光を波
長別に複数の受光素子で受光し、波長別の受光信号のそ
れぞれから膜厚値の複数解を演算し、膜厚値の複数解か
ら互いに値が最も近い解の組合わせを選択してその平均
値から膜厚値を得るようにし、前記互いに最も近い解の
組合わせの分散度を計算し、前記膜層により発生した反
射光又は透過光を変化させる要因と変化率の関係に基づ
いて前記波長別受光信号を補正し、再度前記互いに値が
最も近い解の組合わせの分散度を計算し、その値が所定
値になったときの膜厚値を前記膜層の膜厚値とすること
を特徴とする。
【００１７】本発明に係る基板研磨装置は、研磨中又は
研磨途中で基板の膜層の膜厚を測定する膜厚測定手段
と、該膜厚測定手段により測定した膜厚値に基づいて研
磨条件を制御する制御手段とを備え、前記膜層の表面を
研磨する研磨装置において、前記膜厚測定手段は、光源
からの光束を前記膜層に照射して前記膜層により発生し
た反射光又は透過光を波長別に複数の受光素子で受光
し、波長別の受光信号のそれぞれから膜厚値の複数解を
演算する機能を有し、膜厚値の複数解から互いに値が最
も近い解の組合わせを選択してその平均値から膜厚値を
得る手段と、前記の互いに値が最も近い解の組合わせの
分散度を計算し、前記膜層により発生した反射光又は透
過光を変化させる要因と変化率の関係に基づいて前記波
長別受光信号の補正後に、再度前記の互いに値が最も近
い解の組合わせの分散度を計算し、その値が所定値にな
ったときの膜厚値を前記膜層の膜厚値とする演算手段と
を有することを特徴とする。
【００１８】本発明に係る基板研磨方法は、研磨中又は
研磨途中で基板の膜層の膜厚を測定し、測定した膜厚値
に基づいて研磨条件を制御して、前記膜層の表面を研磨
する研磨方法において、光源からの光束を前記膜層に照
射し、前記膜層において発生した反射光又は透過光によ
り膜層の膜厚値を測定に際して、前記膜層の表面と膜厚
を測定する手段との間に溶液とエアーを、溶液・エアー
・溶液の順序で噴射し、前記エアーの噴射時間を前記光
源の発光時間と連動して設定し、前記エアー噴射時間中
に膜厚測定を行うことを特徴とする。
【００１９】本発明に係る基板研磨装置は、基板の膜層
の膜厚を測定する膜厚測定手段と、該膜厚測定手段によ
り測定した膜厚値に基づいて研磨条件を制御する制御手
段とを備え、前記膜層の表面を研磨する基板研磨装置に
おいて、前記制御手段は、光源からの光束を前記膜層に
照射し前記膜層において発生した反射光又は透過光によ
り前記膜層の膜厚値を測定する際に、前記膜層の表面と
前記膜厚測定手段の間に溶液とエアーを、溶液・エアー
・溶液の順序で噴射し、前記エアーの噴射時間を前記光
源の発光時間と連動して設定し、前記エアー噴射時間中
に膜厚測定を行う手段を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施の形態に基づ
いて詳細に説明する。図１は第１の実施の形態の構成図
であり、被研磨体であるウエハ等の基板Ｓは基板保持手
段２により被研磨面が上向きに水平に保持され、この基
板保持手段２は図示しない回転手段によりＡ方向に回転
駆動されると共に、揺動手段３により水平方向に揺動さ
れるようになっている。基板保持手段２にはロータリエ
ンコーダ４が備えられ、このロータリエンコーダ４は後
述の膜厚測定手段の光源に電気的に接続されている。
【００２１】基板保持手段２の上方には、研磨パッド５
を基板Ｓに対向するように保持したパッド保持手段６が
配置され、パッド保持手段６は図示しない回転手段によ
りＢ方向に回転駆動されると共に、図示しない上下動手
段により上下方向に駆動されるようになっている。研磨
パッド５とパッド保持手段６の中心には、相互に連通し
て研磨液を流通させる通液孔５ａ、６ａがそれぞれ形成
されており、パッド保持手段６の通液孔６ａには研磨液
供給手段７が接続されている。
【００２２】図２の部分拡大図にも示すように、基板Ｓ
の膜層Ｓａの膜厚を測定するための膜厚測定手段８が、
パッド保持手段６の側方に配置されている。膜厚測定手
段８の近傍には異物除去手段である洗浄液噴射手段９が
配置され、この洗浄液噴射手段９から純水等の透明な洗
浄液Ｌが基板Ｓと膜厚測定手段８の間に噴射されるよう
になっている。そして、膜厚測定手段８には後述のホス
トコンピュータ１０と制御手段１１が電気的に接続さ
れ、制御手段１１には基板保持手段２とパッド保持手段
６の回転手段、揺動手段３、上下動手段等が電気的に接
続されている。
【００２３】図３は基板Ｓ、基板保持手段２及び研磨パ
ッド５を平面視した模式図であり、例えば研磨パッド５
の径は基板Ｓの径の２倍以下とされている。基板Ｓの中
心Ｃは研磨パッド５の中心Ｄにおいて水平に直交するＸ
軸方向とＹ軸方向に駆動され、基板Ｓの中心Ｃと、基板
Ｓの被研磨面内に位置している研磨パッド５の中心Ｄと
の距離Ｌの最大値と基板Ｓの半径ｒとの和は、研磨パッ
ド５の半径Ｒ以下とされている。研磨パッド５は基板Ｓ
の前面に位置されたまま、基板Ｓがはみ出ることなく基
板Ｓを研磨する。
【００２４】図４は膜厚測定手段８の構成図であり、膜
厚測定手段８には膜層Ｓａの表面で反射した光束と、膜
層Ｓａの裏面（基板Ｓの表面）で反射した光束との干渉
による干渉分光反射率法が採用されている。基板Ｓの膜
層Ｓａに鉛直方向から入射する光路上には、下方から順
次に透明プレート２１、対物レンズ２２、第１のハーフ
ミラー２３、結像レンズ２４及び第２のハーフミラー２
５が配置されている。第１のハーフミラー２３の入射方
向には照明光学系２６が配置され、第２のハーフミラー
２５の反射方向には位置検出フォーカス系２７が配置さ
れ、第２のハーフミラー２５の透過方向には膜厚測定系
２８が配置されている。
【００２５】照明光学系２６では、第１のハーフミラー
２３の反射方向にミラー３１が配置され、ミラー３１の
反射方向にはコンデンサレンズ３２と光ファイバ３３が
順次に配置されている。光ファイバ３３には例えば白色
光を発生する図示しない光源が接続されており、光ファ
イバ３３の出射端面は対物レンズ２２の出射瞳に共役と
されている。なお、光源はロータリエンコーダ４が０度
を検出したときに、白色光を所望のタイミングで瞬間的
に発生するようになっている。位置検出フォーカス系２
７はテレセントリック系とされ、膜層Ｓａ上の所定位置
を検出するようになっている。位置検出フォーカス系２
７には、ＣＣＤ受光素子３４ａ〜３４ｃが図示しない結
像レンズとミラーと共に配置されている。受光素子３４
ａ〜３４ｃは異なる結像状態をそれぞれ得るように異な
る二次元位置に固定され、位置検出フォーカス系２７は
結像状態の最良な画像を選択し、選択した画像の膜厚測
定に好適な位置を決定するために利用されている。そし
て、膜厚測定系２８には膜層Ｓａからの反射光束を例え
ば３つの波長に分岐する図示しない３色分解光学素子
と、二次元配列のＣＣＤ受光素子３５ａ〜３５ｃとが配
置されている。
【００２６】図５は位置検出フォーカス系２７の受光素
子３４ａ〜３４ｃと、膜厚測定系２８の受光素子３５ａ
〜３５ｃからの信号を処理するホストコンピュータ１０
のブロック回路構成図であり、受光素子３４ａ〜３４ｃ
は一方のボード４１ａを介して外部記憶部４２の位置検
出部４２ａに接続され、位置検出部４２ａは画像処理部
４３の位置検出部４３ａに接続されている。また、受光
素子３５ａ〜３５ｃは他方のボード４１ｂを介して外部
記憶部４２の膜厚測定部４２ｂに接続され、膜厚測定部
４２ｂは画像処理部４３の好適位置選択部４３ｂに接続
されている。画像処理部４３の位置検出部４３ａと好適
位置選択部４３ｂは相互に接続され、好適位置選択部４
３ｂは膜厚演算部４４に接続され、膜厚演算部４４から
膜厚値ｄが出力されるようになっている。
【００２７】研磨を開始する前には、図３に示すように
基板ＳのノッチＳｂを基板保持手段２の基準マーク２ａ
に合致させるように、基板Ｓを基板保持手段２に固定す
る。そして、図６、図７に示すように基板保持手段２の
中心ＣがＸ軸上に位置すると共に、基板保持手段２の基
準マーク２ａは基板保持手段２の中心Ｃを挟んで研磨パ
ッド５の中心Ｄの反対側に位置する。このとき、ロータ
リエンコーダ４は角度０つまり原点を検出すると共に、
パッド保持手段６が下降して研磨パッド５が基板Ｓに当
接する。
【００２８】即ち、基板保持手段２は図示しない回転駆
動手段によって矢印Ａが示す方向へ軸ｇを中心に自転す
る。また、パッド保持手段６も図示しない回転駆動手段
によって矢印Ｂが示す方向へ軸Ｃを中心に自転する。研
磨開始前に基板保持手段２は、自転軸ｇをパッド保持手
段６の自転軸Ｃと直交する２軸、即ちＸ軸、Ｙ軸のうち
のＸ軸上に据え置いて基板保持手段２に設けられた基準
マーク２ａを、基板保持手段２の自転軸ｇを挟んでパッ
ド保持手段６の自転軸Ｃの反対の位置に至るようにす
る。このとき、ロータリエンコーダ４の角度位置が０度
つまり原点とするように設定されている。なお、ロータ
リエンコーダ４は図示しない瞬間光を射出する白色光源
と電気的に接続しており、角度位置が０度のとき膜厚測
定手段８から基板Ｓに向けて、白色光源が瞬間光を射出
するように設定されている。
【００２９】研磨中においては、研磨パッド５が基板Ｓ
の全面上に位置される。また、研磨液供給手段７から研
磨液が通液孔６ａ、５ａを通って膜層Ｓａ上に流入する
と共に、基板保持手段２とパッド保持手段６がそれぞれ
高速で自転する。このとき、基板保持手段２はＸ方向と
Ｙ方向に揺動し、研磨パッド５は膜層Ｓａの表面全体を
研磨する。基板Ｓの一部が、研磨パッド５からはみ出た
状態でも膜層Ｓａが研磨され続けてもよいが、はみ出た
状態では、膜層Ｓａが研磨され続けない方が好ましい。
【００３０】基板Ｓの一部が膜厚測定手段８の直下に位
置すると、洗浄液噴射手段９から膜層Ｓａと透明プレー
ト２１の間に洗浄液Ｌを噴射する。このとき、透明プレ
ート２１は研磨液に代る洗浄液Ｌの層を安定保持する。
その結果、膜層Ｓａ、即ち基板Ｓの乾燥を防止できる。
そして、ロータリエンコーダ４が角度０を検出したと
き、照明光学系２６の光源が瞬間的に白色光を所望のタ
イミングで発生し、光束は光ファイバ３３、コンデンサ
レンズ３２、ミラー３１、第１のハーフミラー２３、対
物レンズ２２及び透明プレート２１を通って膜層Ｓａの
所定領域にほぼ垂直に入射する。
【００３１】膜層Ｓａに入射した光束は膜層Ｓａの表面
と膜層Ｓａの裏面で反射し、これらの光束は透明プレー
ト２１、対物レンズ２２、第１のハーフミラー２３、結
像レンズ２４を通って第２のハーフミラー２５に入射す
る。そして、膜層Ｓａの表面で反射した光束は第２のハ
ーフミラー２５で反射して位置検出フォーカス系２７に
入射し、受光素子３４ａ〜３４ｃに結像する。また、膜
層Ｓａの裏面で反射した光束は第２のハーフミラー２５
を透過して膜厚測定系２８に入射し、３色分解光学素子
を介して受光素子３５ａ〜３５ｃに結像する。
【００３２】位置検出工程において、位置検出フォーカ
ス系２７の受光素子３４ａ〜３４ｃは、図８に示すよう
な位置検出用領域Ｅａと膜厚測定用領域Ｅｂを有する二
次元画像Ｅを結像する。ホストコンピュータ１０は画像
Ｅの信号をボード４１ａを介して外部記憶部４２の位置
検出部４２ａに二次元形式で記憶する。そして、画像処
理部４３の位置検出部４３ａは、結像状態の良好な画像
Ｅを判別するための画像Ｅの信号のプロファイル（画像
Ｅの断面形状）を求める複数のサンプリングラインｎ１
〜ｎ５を設定する。
【００３３】図９〜図１１は受光素子３４ａ〜３４ｃの
出力にそれぞれ対応し、例えばサンプリングラインｎ３
の画素番地Ｆに対するプロファイル信号Ｇを示してい
る。画像処理部４３は互いに隣り合う画素番地ｉ、ｊに
対する信号Ｇの差を受光素子３４ａ〜３４ｃ毎に求め、
これらの信号Ｇの差の平均値が最大となる図９の受光素
子３４ａの画像Ｅを、位置検出用の画面として採用す
る。
【００３４】そして、位置検出用として採用した画像Ｅ
から、予め登録してある図１２に示すような特定のパタ
ーン（又はマーク）Ｈを基準にして、画像Ｅ内の位置
（Ｘｐ，Ｙｐ）を求める。次に、特定のパターンＨの位
置に関して、膜厚測定に好適な位置（Ｘｍ，Ｙｍ）又は
領域Ｓが相対的にどの位置に存在するかを、基板Ｓのパ
ターンの配列分布から予め決定しているので、好適位置
選択部４３ｂは位置（Ｘｐ，Ｙｐ）を基準にして、膜厚
測定に好適な位置（Ｘｍ，Ｙｍ）又は領域Ｓを座標化に
より決定する。
【００３５】この際に、位置検出フォーカス光学系２７
をテレセントリック系としているので、複数の異なる結
像位置における画像Ｅの倍率変化を抑制できる。従っ
て、特定のパターンＨと基板Ｓ上のパターンとを比較す
ることにより、膜厚測定に好適な位置（Ｘｍ，Ｙｍ）を
決定しても、倍率変化による位置選択の誤りを防止でき
る。
【００３６】この位置検出工程に続いて、結像光学系８
において、ハーフミラー２５を透過した光束は、結像レ
ンズ２４を通り、３色分解光学素子を介してそれぞれＣ
ＣＤ受光素子３５ａ〜３５ｃに結像する。
【００３７】膜厚測定工程では、膜厚測定系２８の受光
素子３５ａ〜３５ｃに入射する波長λi（ｉ＝１〜３）
の光束は、図１３に示すように膜厚ｄに応じて固有の干
渉分光反射強度Ｒをそれぞれ有し、ホストコンピュータ
１０は波長別の干渉分光反射強度Ｒをボード４１ｂを介
して、外部記憶部４２の膜厚測定部４２ｂに二次元形式
で記憶する。そして、膜厚演算部４４は膜厚測定部４２
ｂに記憶した干渉分光反射強度Ｒから、位置検出工程で
得た膜厚測定に好適な位置（Ｘｍ，Ｙｍ）又は領域Ｓの
座標とに対応する画素の受光信号から膜厚値ｄを演算す
る。
【００３８】膜厚値ｄを演算する際には、波長別の複数
の干渉分光反射強度Ｒを用いて膜厚値ｄの複数解を求
め、これらの複数解の中から互いに値が最も近い解の組
合わせを選択し、選択した解の組合わせの平均値を求め
る。
【００３９】より詳細に説明すると、各波長λi（ｉ＝
１〜３）に対する干渉分光反射強度Ｒ、即ち波長別受光
信号の基準出力Ｒ（λi)(ｉ＝１〜３）は次式のように
表すことができる。 Ｒ（λi）＝｛γ2 ＋ρ2＋２γρ cos（φ＋δ)} ／｛１＋γ2ρ2＋２γρ cos（φ＋δ)} …（１）
【００４０】ただし、γは空気層と膜層Ｓａとの界面に
おけるフレネル反射係数、ρは膜層Ｓａと基板Ｓとの界
面におけるフレネル反射係数、φは膜層Ｓａと基板Ｓと
の界面での反射による位相変化、δは空気層と膜層Ｓａ
との界面での反射光と膜層Ｓａと基板Ｓとの界面での反
射光との位相差としている。また、波長λi(ｉ＝１〜
３）は、基準出力Ｒ（λi)（ｉ＝１〜３）の変化周期が
互いに一致しないように設定している。
【００４１】これらの波長λi(ｉ＝１〜３）について測
定した画像Ｅから、膜層測定に好適な位置（Ｘｍ，Ｙ
ｍ）又は領域Ｓにおける信号の平均値の画素に対応する
受光信号Ｒ'(λi）（ｉ＝１〜３）を求める。これらの
値から波長別の膜厚値ｄiを求めるためには、膜層Ｓａ
の屈折率ｎと整数Ｎを用いて、式（１）を次式のように
変換する。 ｄi＝｛λi／（４πｎ)}｛−φ＋２Ｎπ＋ cos-1（Ａ／Ｂ)} …（２）
【００４２】 ただし、Ａ＝γ2＋ρ2−（１＋γ2ρ2)Ｒ'(λi） Ｂ＝２γρ｛Ｒ'(λi）−１｝
【００４３】このとき、膜厚測定範囲において、整数Ｎ
の取り方によって複数の膜厚値ｄiNの解が発生する。測
定した受光信号Ｒ'(λi)（ｉ＝１〜３）に基づいて、膜
厚演算部４４が演算した膜厚値ｄiNを次の表１に示す。
【００４４】 表１ Ｎ Ｒ’(λ2N） Ｒ’(λ4N） Ｒ’(λ6N） １ ｄ2l ｄ41 ｄ61 ２ ｄ22 ｄ42 ｄ62 ３ ｄ23 ｄ43 ｄ63 ４ ｄ24 ｄ44 ｄ64 ５ ｄ25 ｄ45 ｄ65 ６ ｄ26 ｄ46 ｄ66 ７ ｄ27 ｄ47 ｄ67 ８ ｄ28 ｄ48 ｄ68 ９ ｄ29 ｄ49 ｄ69 １０ ｄ210 ｄ410 ｄ610 １１ ｄ211 ｄ411 ｄ611 １２ ｄ212 ｄ412 ｄ612 １３ ｄ213 ｄ413 ｄ613 １４ ｄ214 ｄ414 ｄ614 １５ ｄ215 ｄ415 ｄ615 １６ ｄ216 ｄ416 ｄ616 … … … …
【００４５】 Ｖ（ａ，ｂ，ｃ）＝（ｄ1a−ｄ2b)2＋（ｄ1a−ｄ3c)2＋（ｄ2b−ｄ3c)2 ・・・（３） この値Ｖが最小となるときのｄ1a、ｄ2b、ｄ3cから、そ
の平均値(ｄ1a＋ｄ2b＋ｄ3c)／３を求めて、測定する膜
厚の概略値とする。
【００４６】また、本実施の形態では、膜厚を測定する
前に図２に示した洗浄液噴射手段９を用いて膜厚測定手
段８内の膜厚測定ヘッドに取り付けられた透明プレート
２１と基板Ｓの膜層表面間に溶液を噴射し、透明プレー
ト２１と基板Ｓの膜層表面間に介在する研磨液を排除し
て、溶液を充填させた状態で膜厚測定を行うようにして
いる。
【００４７】このような研磨手段において、基板Ｓの表
面に設けた膜層Ｓａの膜厚測定を行う際に、前述の研磨
液の排除を行っても溶液層には研磨剤を含む研磨液が完
全に透明な溶液に置換されず、或る濃度レベルで存在す
るので、膜層Ｓａを照明しその膜層Ｓａにより発生する
反射光が残存する研磨液によって散乱、吸収の影響を受
け、測定された千渉分光反射強度Ｒ’(λi)（ｉ＝１〜
３）の値が変化してしまう。
【００４８】このような洗浄液Ｌの層の中に残留する研
磨液の影響を除くためには、洗浄液Ｌの中の研磨液の濃
度を従来と同様に１％程度とする。そして、図１４〜図
１６に示すように、干渉分光反射強度Ｒ'(λi)(ｉ＝１
〜３）に補正係数ｋｉを乗じ、Ｒ'(λi)（ｉ＝１〜３）
をｋｉ・Ｒ'(λi）（ｉ＝１〜３）と補正する。次に、
補正した干渉分光反射強度ｋｉ・Ｒ'(λi）（ｉ＝１〜
３）から膜厚値ｄの複数解ｄiN（ｉ＝１〜３）を式
（２）に基づいて求める。
【００４９】更に、これらの膜厚値ｄの複数解ｄiNにつ
いて、式（３）から値Ｖが最小となるときの解の組合わ
せ（ｄ1N、ｄ2N、ｄ3N）の分散σjを演算する。この分
散σjの演算を繰り返し、演算の前後でそれぞれの分散
σjと分散σj+1を比較し、σj＜σj+1となるときに演算
の繰り返しを停止し、分散σjに対する複数解（ｄ1N，
ｄ2N，ｄ3N）の平均値を膜厚値ｄとする。
【００５０】上述の膜厚値ｄの補正方法を具体的に説明
すると、先ず膜層Ｓａに入射した光束に研磨液による散
乱及び吸収が発生した状態で、波長λ1、λ2、λ3別に
干渉分光反射強度Ｒ'(λｉ)(ｉ＝１〜３）を測定する。
そして、測定値を補正することなく式（２）及び式
（３）に基づいて演算すると、波長別の膜厚値ｄの解の
組合わせ（ｄ1，ｄ2，ｄ3）は、測定しようとする膜厚
値ｄ0 に対して大きくずれた値となり、それらの分散度
σ0：（√[{３(ｄ1 2＋ｄ2 2＋ｄ3 2)−(ｄ1＋ｄ2＋ｄ 3)2}
／{３(３−１)}]も大きく、それらの平均値（ｄ1＋ｄ2
＋ｄ3）も低精度となる。
【００５１】このため、干渉分光反射強度Ｒ'(λ1）、
Ｒ'(λ2）、Ｒ'(λ3）に補正係数ｋ１１、ｋ２１、ｋ３
１をそれぞれ乗じ、干渉分光反射強度Ｒ'(λi)(ｉ＝１
〜３）の補正値ｋ１１・Ｒ'(λ1）、ｋ２１・Ｒ'
(λ2）、ｋ３１・Ｒ'(λ3）を求める。ここでは、例え
ばｋ１１＝１．２、ｋ２１＝１．１２、ｋ３１＝１．０
５とする。
【００５２】この補正された受光信号を前述の式
（２）、（３）に基づいて再度演算すると、図１４、図
１５、図１６に示すように、各波長別の膜厚値の複数解
（ｄl’、ｄ2’、ｄ3’）は膜厚値ｄ0に近づく方向に補
正され、それらの分散度σ1は前回の分散度σ0に対して
小さくなり、その平均値をとった膜厚値は、補正前と比
べてよリ膜厚値ｄ0に近づく結果を得ることができる。
このように、研磨液濃度と反射率変化の関係に基づいて
補正された受光信号Ｒ’(λi)（ｉ＝１〜３）から前述
の式（２）、（３）により演算される各波長別の膜厚値
の解の組合わせの分散度を補正前後で比較判断してゆく
ことで、被測定膜の膜厚値ｄ0に近づき高精度な膜厚測
定が確保されることになる。ここで、補正を継続し過剰
に行った場合は、再び前述の分散度が拡大して行くこと
になるので、補正前後の分散度をσj、σj+1とすると
き、σj＜σj+1となるときを補正停止の判断を行うよう
にすればよい。
【００５３】このように、波長別に測定された干渉分光
反射強度Ｒ’(λi)の値を補正し、それらから算出され
る膜厚値の解の組合わせの分散度から算出された膜厚値
から、研磨制御手段によりその結果が許容範囲外である
か否かを判断し、許容範囲外であれば研磨条件である研
磨時間、研磨圧力、研磨液供給量などを変更し、再度研
磨加工を続行させ、許容範囲内であれば研磨条件である
研磨時間、研磨圧力、研磨液供給量などを変更し、再度
研磨加工を続行させ、許容範囲内であると判断された場
合に、研磨工程を終了させる。
【００５４】なお、図１７は上述の膜厚測定と研磨の制
御フローチャート図である。
【００５５】このように本実施の形態では、受光素子３
５ａ〜３５ｃは異なる焦点で複数の画像Ｅを一度に結像
する上に、画像Ｅの情報範囲を膜厚測定に好適な位置
（Ｘｍ、Ｙｍ）を含む広視野に設定するので、基板Ｓが
膜厚測定手段８に対して相対移動している間、つまり研
磨を継続している間でも、結像状態の良好な画像Ｅを容
易に得ることができ、測定位置を高精度でアライメント
する必要がない。また、照明光学系２６は瞬間光を発射
するので、画像Ｅの横ずれを従来よりも良好に防止で
き、膜厚測定に好適な位置（Ｘｍ，Ｙｍ）又は領域Ｓの
範囲を正確に抽出して測定できる。
【００５６】研磨液濃度と反射率変化の関係に基づく干
渉分光反射強度Ｒ'(λi)(ｉ＝１〜３）の補正値ｋ１１
・Ｒ'(λ1）、ｋ２１・Ｒ'(λ2）、ｋ３１・Ｒ'(λ3）
を求め、これらの補正値ｋ１１・Ｒ'(λ1）、ｋ２１・
Ｒ'(λ2）、ｋ３１・Ｒ'(λ3）を式（２）、（３）に基
づいて演算し、膜厚値ｄの解の組合わせの分散σjを補
正の前後で比較判断するので、測定しようとする膜厚値
ｄ0に接近した高精度な膜厚値ｄを得ることができる。
【００５７】図１８は別の実施の形態の部分断面図であ
り、膜厚測定手段８’の透明プレート５１の下面の中央
には、膜層Ｓａ側に突出する肉厚部５１ａが設けられて
いる。それ以外は先の実施の形態と同様である。透明プ
レート５１の側方には、膜層Ｓａの表面に残存する研磨
有害物、研磨屑等を除去するためのスクラバ５２が設け
られている。スクラバ５２の片側には膜層Ｓａと透明プ
レート５１の間に洗浄液Ｌと空気を交互に噴射する噴射
ノズル５３が設けられ、他側には洗浄液Ｌと空気を排除
する吸引ノズル５４が設けられている。
【００５８】洗浄液Ｌは研磨剤を固着させないものとさ
れ、研磨剤が二酸化珪素（ＳｉＯ2）であるときは水酸
化カリウム（ＫＯＨ）が好ましく、酸化アルミニウム
（Ａｌ 2Ｏ3）であるときは過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）が好ま
しく、酸化セリウム（ＣｅＯ2）であるときは純水が好
ましい。或いは、研磨剤の代りに砥粒を含まない液体を
例えば耐性或いはアルカリ性のような化学エッチング液
として用いる場合は、その化学特性を打ち消すような液
体、或いは純水等の希釈するような液体を洗浄液として
用いることも好ましい。
【００５９】膜厚の測定に際しては、先ず基板ＳがＪ方
向に移動することにより、必要に応じて設けられるスク
ラバ５２は膜層Ｓａの表面を摺動して有害研磨物、研磨
屑等の大半を除去する。そして、噴射ノズル５３から洗
浄液ＬがＪ方向に向かって噴射すると共に、吸引ノズル
５４は研磨液を含んだ洗浄液Ｌを吸引する。この際に、
噴射ノズル５３から噴射した洗浄液Ｌは膜層Ｓａと透明
プレート５１の間を流通し、膜層Ｓａの表面に残存する
研磨液を押し流しながら肉厚部５１ａを通過する。洗浄
液Ｌが肉厚部５１ａを通過する際には、洗浄液Ｌの速度
と圧力が増加するので、研磨液を効率良く吸引ノズル５
４側に流すことができ、吸引ノズル５４は肉厚部５１ａ
を通過した洗浄液Ｌを外部の回収部に回収する。
【００６０】次に、位置検出工程において光源が発光す
るときに、噴射ノズル５３は空気を膜層Ｓａと透明プレ
ート５１の間が空気層となるように噴射する。この際
に、光源が発光している時間は数マイクロ秒であるの
で、空気を噴射する時間は光源が発光する時間を含む数
１００ミリ秒とする。そして、測定を終了した後に噴射
ノズル５３は洗浄液Ｌを再噴射し、研磨剤の固着を防止
する。
【００６１】このように、別の実施の形態では洗浄液Ｌ
を噴射して研磨液を排除した後に、光源が発光する時間
を含む一定の時間、噴射ノズル５３から空気を噴射する
ので、膜層Ｓａと透明プレート５１の間が洗浄液Ｌに代
って空気層となり、干渉分光反射強度Ｒ'(λi）（ｉ＝
１〜３）のＳ／Ｎの低下を防止でき、高い膜厚測定精度
を維持できる。
【００６２】このように研磨液の洗浄を行うと、膜層表
面と膜厚測定ヘッド間の溶液層中に研磨剤が効果的に除
去でき、残存研磨剤の散乱、吸収等により膜厚測定時の
反射率が変化し膜厚測定精度が大きく影響を受けるとい
うことを防ぐことができる。
【００６３】なお、上述の実施の形態は研磨液の有効利
用も考え、研磨パッド５の径を基板Ｓの径に対して２倍
以下として、研磨パッド５の高速回転を可能とした基板
研磨装置としたが、２倍以上の所謂全面基板研磨装置で
あっても、１倍以下の所謂部分基板研磨装置であっても
よい。また、基板保持手段２を下方に配置しパッド保持
手段６を下方に配置したが、それらを逆に配置してもよ
い。
【００６４】本発明の第１の実施の形態では、図１に示
すように被研磨体である基板Ｓの直径に対して研磨パッ
ド５の直径が同径以上２倍以下の関係になっている研磨
装置を用いた。なお、研磨装置はここで説明するもの以
外に、先に述べたように基板Ｓの直径に対して研磨パッ
ド５の直径が２倍以上ある所謂全面研磨手段、また基板
Ｓの直径に対して研磨パッド５の直径が小さい所謂部分
研磨手段の何れであってもよい。
【００６５】図１９は残存研磨剤（砥粒）の散乱、吸収
等により膜厚測定時の反射出力が変化し、膜厚測定精度
が影響を受ける様子を比較例として示すグラフ図であ
り、Ｓｉ基板の表面上に１ｍｍの研磨剤を含む溶液層を
形成した場合の研磨液濃度Ｖに対する分光反射率変化Ｗ
の関係を示している。この図１９から、特に研磨液濃度
Ｖに対する反射率が低下する変化が、短波長側程大きく
なっていることが分かる。
【００６６】溶液層に研磨液が全く含まれない状態での
反射率は、反射率を測定する波長がλ1＝４４０ｎｍの
とき２６．９％、λ2＝５６０ｎｍのとき２１．４％、
λ3＝６８０ｎｍのとき１９．６％であるが、研磨液濃
度Ｖが０．５％の場合、各波長での反射率変化Ｗは、そ
れぞれ２．７％、１．７％、０．７％の反射率低下が発
生し、研磨液濃度Ｖが１．０％の場合に、各波長での反
射率変化Ｗはそれぞれ４．６％、２．３％、１．０％の
反射率低下が発生する。
【００６７】膜厚測定精度を被測定膜厚の１％程度の精
度で測定しようとすると、通常反射率変化Ｗの許容値は
０．３％程度に抑える必要があり、この残存研磨剤によ
る反射率変化への影響を溶液噴射による研磨剤洗浄のみ
で確保することは困難である。これに対し、本実施の形
態では反射率変化Ｗを０．３％程度或いはそれより小さ
くすることができる。
【００６８】また、前記参考例による研磨剤の洗浄は、
膜層表面と膜厚測定手段間に溶液層が形成された状態で
膜厚測定している。このとき、基板の膜層が二酸化酸素
のような絶縁膜である場合に、二酸化酸素の屈折率１．
４６と、溶液が純水の場合の屈折率１．３３との差が少
ないため、膜層表面と膜厚測定手段間が空気層である場
合と比較し、膜層表面と基板との界面である膜層裏面か
らの反射光の千渉による分光反射強度信号のＳ／Ｎが大
きく低下する。
【００６９】図２０、図２１のグラフ図は、上記参考例
により溶液層が純水の場合と、純水に換えて空気層とし
たときの分光反射強度信号をそれぞれ示している。両者
間でＳ／Ｎが大きく異なっているが、本実施の形態にお
いては、溶液噴射を行って研磨液を洗浄するので、分光
反射強度信号のＳ／Ｎ低下を防止することができる。
【００７０】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る基板研
磨方法、基板研磨装置、膜厚測定方法及び膜厚測定装置
は、膜厚値の複数解から互いに値が最も近い解の組合わ
せを選択してその平均値を求め、互いに値が最も近い解
の組合わせの分散度に応じて信号の補正を行い、互いに
値が最も近い解の組合わせの分散度を再び求め、所定に
なったときの値を膜厚値とするので、研磨を継続した状
態でも高い膜厚測定精度を維持できる。
【００７１】また、膜層上の研磨液を空気を吹き付けて
除去すれば、研磨液が信号に及ぼす影響を大幅に低減で
きるので、干渉分光反射強度のＳ／Ｎの低下を防止で
き、高い膜厚測定精度を維持できる。従って、研磨を継
続した状態で研磨の均一性状態を把握できる上に、研磨
の終点の正確な位置を検出できる。
【００７２】更に、本発明に係る研磨方法及び研磨装置
により、研磨液除去後に更に残存する研磨液が膜厚測定
に用いる受光信号に与える影響を大幅に低減し、又はそ
の受光信号のＳ／Ｎを低下させることなく研磨加工内で
高精度な膜厚測定を行うことができる。また、研磨の均
一性状態を研磨加工中に把握することができ、更には加
工終点の正確な検出を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の構成図である。
【図２】部分拡大図である。
【図３】基板と研磨パッドを平面視した膜式図である。
【図４】膜厚測定手段の構成図である。
【図５】ホストコンピュータのブロック回路構成図であ
る。
【図６】作用説明図である。
【図７】作用説明図である。
【図８】画像の情報範囲の説明図である。
【図９】サンプリングラインのグラフ図である。
【図１０】サンプリングラインのグラフ図である。
【図１１】サンプリングラインのグラフ図である。
【図１２】特定パタ一ンの説明図である。
【図１３】干渉分光反射強度と膜厚値の関係のグラフ図
である。
【図１４】補正した干渉分光反射強度と膜厚値の関係の
グラフ図である。
【図１５】補正した干渉分光反射強度と膜厚値の関係の
グラフ図である。
【図１６】補正した干渉分光反射強度と膜厚値の関係の
グラフ図である。
【図１７】膜厚測定と研磨の制御フローチャート図であ
る。
【図１８】第２の実施の形態の部分断面図である。
【図１９】分光反射率変化と研磨液濃度の関係のグラフ
図である。
【図２０】純水に対する分光反射率強度と波長の関係の
グラフ図である。
【図２１】空気に対する分光反射率強度と波長の関係の
グラフ図である。
【符号の説明】
１ａ 膜層 ８、８’ 膜厚測定手段 １０ ホストコンピュータ １１ 制御手段 ３３ 光ファイバ ３４ａ〜３４ｃ、３５ａ〜３５ｃ 受光素子 ５３ 噴射ノズル ５４ 吸引ノズル Ｓ 基板 Ｌ 洗浄液 ｄ 膜厚値
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 武彦 東京都大田区下丸子三丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA06 AA30 AA52 BB02 BB03 BB16 BB27 CC19 DD04 EE00 FF10 FF51 FF66 GG08 GG24 HH13 HH15 JJ01 JJ09 JJ26 LL00 LL02 LL04 LL12 LL46 LL59 LL67 NN02 NN20 PP12 PP13 QQ01 QQ23 QQ24 QQ25 QQ28 QQ41 QQ42 TT06 TT07 3C058 AC02 AC04 BA01 BA02 BA07 BA09 BB08 BB09 CB01 DA12 DA17

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研磨を継続又は中断して基板の膜層の膜
    厚を測定し、測定した膜厚値に基づいて研磨条件を制御
    して、前記膜層を研磨する基板研磨方法であって、光源
    から光束を前記膜層に照射して前記膜層において発生し
    た反射光又は透過光を複数の受光素子により波長別に受
    光し、これらの受光素子で検出した検出信号から演算に
    より膜厚値の複数解を求め、該複数解から互いに値が最
    も近い解の組合わせを選択しその平均値を求め、前記互
    いに値が最も近い解の組合わせの分散度に応じて前記検
    出信号の補正を行い、前記互いに値が最も近い解の組合
    わせの分散度を再び求め、所定になったときの値を膜厚
    値とすることを特徴とする基板研磨方法。
  2. 【請求項２】 前記検出信号に異なる補正係数を乗じて
    前記補正を行う請求項１に記載の基板研磨方法。
  3. 【請求項３】 前記補正の前後の分散度を比較し、前記
    補正の後の分散度が前記補正の前の分散度より大きくな
    ったときに前記補正を終了する請求項１に記載の基板研
    磨方法。
  4. 【請求項４】 前記制御手段は前記膜厚及びその分布が
    所定範囲になったときに研磨を停止する請求項１に記載
    の基板研磨方法。
  5. 【請求項５】 研磨を継続又は中断して基板の膜厚を測
    定し、測定した膜厚値に基づいて研磨条件を制御し、前
    記膜層と前記膜層を測定する手段との間に液体と空気を
    交互に噴射して前記膜層を研磨する基板研磨方法であっ
    て、光源から光束を前記膜層に照射して前記膜層におい
    て発生した反射光又は透過光により前記膜厚を測定する
    際に、前記光源の瞬間発光時間と前記噴射手段の空気噴
    射時間を連動させることを特徴とする基板研磨方法。
  6. 【請求項６】 基板の膜層を研磨する基板研磨装置にお
    いて、前記研磨を継続又は中断して膜厚を測定する膜厚
    測定手段と、該膜厚測定手段により測定した膜厚値に基
    づいて研磨条件を制御する制御手段とを備え、前記膜厚
    測定手段は、光束を前記膜層に照射する光源と、前記膜
    層において発生した反射光又は透過光を波長別に受光す
    る複数の受光素子と、これらの受光素子により検出した
    検出信号から膜厚値の複数解を演算する演算手段とを有
    し、該演算手段は膜厚値の複数解から互いに値が最も近
    い解の組合わせを選択してその平均値を求め、前記互い
    に値が最も近い解の組合わせの分散度に応じて前記検出
    信号の補正を行い、前記互いに値が最も近い解の組合わ
    せの分散度を再び求め、所定になったときの値を膜厚値
    とすることを特徴とする基板研磨装置。
  7. 【請求項７】 前記補正は前記検出信号に異なる補正係
    数を乗じて行う請求項６に記載の基板研磨装置。
  8. 【請求項８】 前記補正の前後における分散度を比較
    し、前記補正の後の分散度が前記補正の前の分散度より
    も大きくなったときに前記補正を終了する請求項６に記
    載の基板研磨装置。
  9. 【請求項９】 前記制御手段は前記膜厚及びその分布が
    所定範囲になったときに前記研磨を停止する請求項６に
    記載の基板研磨装置。
  10. 【請求項１０】 基板の膜層を研磨する基板研磨装置に
    おいて、前記研磨を継続又は中断して膜厚を測定する膜
    厚測定手段と、該膜厚測定手段により測定した膜厚値に
    基づいて研磨条件を制御する制御手段と、前記膜層と前
    記膜厚測定手段との間に液体と空気を交互に噴射する噴
    射手段とを備え、前記制御手段は、前記膜厚測定手段の
    光源から光束を前記膜層に照射して前記膜層において発
    生した反射光又は透過光により前記膜厚を測定する際
    に、前記光源の瞬間発光時間と前記噴射手段の空気噴射
    時間を連動させることを特徴とする基板研磨装置。
  11. 【請求項１１】 光源から光束を基板の膜層に照射し、
    前記膜層において発生した反射光又は透過光を複数の受
    光素子により波長別に受光し、これらの受光素子により
    検出した信号から演算手段により膜厚値の複数解を求
    め、膜厚値の複数解から互いに値が最も近い解の組合わ
    せを選択してその平均値を求め、前記互いに値が最も近
    い解の組合わせの分散度に応じて前記信号の補正を行
    い、前記互いに値が最も近い解の組合わせの分散度を再
    び求め、所定になったときの値を膜厚値とすることを特
    徴とする膜厚測定方法。
  12. 【請求項１２】 光束を基板の膜層に照射する光源と、
    前記膜層において発生した反射光又は透過光を波長別に
    受光する複数の受光素子と、これらの受光素子により検
    出した検出信号から膜厚値の複数解を演算する演算手段
    とを備え、該演算手段は膜厚値の複数解から互いに値が
    最も近い解の組合わせを選択してその平均値を求め、前
    記互いに値が最も近い解の組合わせの分散度に応じて前
    記検出信号の補正を行い、前記互いに値が最も近い解の
    組合わせの分散度を再び求め、所定になったときの値を
    膜厚値とすることを特徴とする膜厚測定装置。
  13. 【請求項１３】 研磨中又は研磨途中で基板の膜層の膜
    厚を測定し、測定した膜厚値に基づいて研磨条件を制御
    して、前記膜層の表面を研磨する研磨方法において、光
    源からの光束を前記膜層に照射して前記膜層において発
    生した反射光又は透過光を波長別に複数の受光素子で受
    光し、波長別の受光信号のそれぞれから膜厚値の複数解
    を演算し、膜厚値の複数解から互いに値が最も近い解の
    組合わせを選択してその平均値から膜厚値を得るように
    し、前記互いに最も近い解の組合わせの分散度を計算
    し、前記膜層により発生した反射光又は透過光を変化さ
    せる要因と変化率の関係に基づいて前記波長別受光信号
    を補正し、再度前記互いに値が最も近い解の組合わせの
    分散度を計算し、その値が所定値になったときの膜厚値
    を前記膜層の膜厚値とすることを特徴とする基板研磨方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記補正は前記波長別受光信号それぞ
    れに異なる補正係数を与えて行う請求項１３に記載の基
    板研磨方法。
  15. 【請求項１５】 前記補正前後における分散度を比較
    し、補正後の分散度が補正前の分散度より大きくなった
    とき、補正を終了することを特徴とする請求項１３に記
    載の研磨方法。
  16. 【請求項１６】 前記膜層の膜厚が所定範囲になったと
    き研磨を停止する請求項１３に記載の基板研磨方法。
  17. 【請求項１７】 研磨中又は研磨途中で基板の膜層の膜
    厚を測定する膜厚測定手段と、該膜厚測定手段により測
    定した膜厚値に基づいて研磨条件を制御する制御手段と
    を備え、前記膜層の表面を研磨する研磨装置において、
    前記膜厚測定手段は、光源からの光束を前記膜層に照射
    して前記膜層により発生した反射光又は透過光を波長別
    に複数の受光素子で受光し、波長別の受光信号のそれぞ
    れから膜厚値の複数解を演算する機能を有し、膜厚値の
    複数解から互いに値が最も近い解の組合わせを選択して
    その平均値から膜厚値を得る手段と、前記の互いに値が
    最も近い解の組合わせの分散度を計算し、前記膜層によ
    り発生した反射光又は透過光を変化させる要因と変化率
    の関係に基づいて前記波長別受光信号の補正後に、再度
    前記の互いに値が最も近い解の組合わせの分散度を計算
    し、その値が所定値になったときの膜厚値を前記膜層の
    膜厚値とする演算手段とを有することを特徴とする基板
    研磨装置。
  18. 【請求項１８】 前記補正は前記波長別受光信号にそれ
    ぞれに異なる補正係数を与えて行う請求項１７に記載の
    基板研磨装置。
  19. 【請求項１９】 前記補正の前後における分散度を比較
    し、補正後の分散度が補正前の分散度より大きくなった
    とき補正を終了する請求項１７に記載の基板研磨装置。
  20. 【請求項２０】 前記制御手段は膜層の膜厚が所定範囲
    になったとき研磨を停止する請求項１７に記載の基板研
    磨装置。
  21. 【請求項２１】 研磨中又は研磨途中で基板の膜層の膜
    厚を測定し、測定した膜厚値に基づいて研磨条件を制御
    して、前記膜層の表面を研磨する研磨方法において、光
    源からの光束を前記膜層に照射し、前記膜層において発
    生した反射光又は透過光により膜層の膜厚値を測定に際
    して、前記膜層の表面と膜厚を測定する手段との間に溶
    液とエアーを、溶液・エアー・溶液の順序で噴射し、前
    記エアーの噴射時間を前記光源の発光時間と連動して設
    定し、前記エアー噴射時間中に膜厚測定を行うことを特
    徴とする基板研磨方法。
  22. 【請求項２２】 前記光源は白色光を発光する請求項２
    １に記載の基板研磨方法。
  23. 【請求項２３】 前記光源は瞬間光を発光する請求項２
    １に記載の基板研磨方法。
  24. 【請求項２４】 前記光源は瞬間白色光を発光する請求
    項２１に記載の基板研磨方法。
  25. 【請求項２５】 基板の膜層の膜厚を測定する膜厚測定
    手段と、該膜厚測定手段により測定した膜厚値に基づい
    て研磨条件を制御する制御手段とを備え、前記膜層の表
    面を研磨する基板研磨装置において、前記制御手段は、
    光源からの光束を前記膜層に照射し前記膜層において発
    生した反射光又は透過光により前記膜層の膜厚値を測定
    する際に、前記膜層の表面と前記膜厚測定手段の間に溶
    液とエアーを、溶液・エアー・溶液の順序で噴射し、前
    記エアーの噴射時間を前記光源の発光時間と連動して設
    定し、前記エアー噴射時間中に膜厚測定を行う手段を有
    することを特徴とする基板研磨装置。
  26. 【請求項２６】 前記光源は白色光を発光する請求項２
    ５に記載の基板研磨装置。
  27. 【請求項２７】 前記光源は瞬間光を発光する請求項２
    ５に記載の基板研磨装置。
  28. 【請求項２８】 前記光源は瞬間白色光を発光する請求
    項２５に記載の基板研磨装置。
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