(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板ウェーハと、前記支持基板ウェーハの一方の表面に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の表面に設けられたＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハの、前記ＳＯＩ層の表面を研磨するＳＯＩウェーハの片面研磨システムであって、
前記片面研磨システムは、定盤と、研磨パッドと、研磨ヘッドと、研磨ヘッド駆動機構と、光学式膜厚測定部と、制御部と、記憶部と、を備え、
前記定盤は窓部を有し、
前記研磨パッドは前記定盤の片面に貼付され、
前記研磨ヘッドは、ヘッド本体部と、前記ヘッド本体部の下面中央部に設けられ、前記支持基板ウェーハの他方の面を吸着可能なバッキングプレートを有し、前記ヘッド本体部は前記バッキングプレートを介して径方向の複数領域のそれぞれに加圧分布を設定可能な加圧制御室を具え、
前記研磨ヘッド駆動機構は前記研磨ヘッドに連結して、前記研磨ヘッドを並進駆動及び回転駆動可能であり、
前記制御部は、
（ｉ）前記研磨ヘッド駆動機構を用いて、前記研磨ヘッドに保持された前記ＳＯＩウェーハを前記定盤の前記窓部の上に移動させるとともに、前記窓部を介して、前記光学式膜厚測定部によって前記ＳＯＩ層の少なくとも径方向の膜厚分布を測定して、前記記憶部に前記膜厚分布を記録し、
（ｉｉ）前記記憶部に記録させた前記膜厚分布に基づき、予め記憶させた加圧分布候補群の中から、前記膜厚分布を均一化する実行用加圧分布を選択し、
（ｉｉｉ）前記実行用加圧分布を、径方向に前記加圧制御室の前記加圧分布を設定し、
（ｉｖ）前記研磨ヘッドに保持された前記ＳＯＩウェーハの前記ＳＯＩ層の表面を前記研磨パッドに擦り当てて研磨する
ことを特徴とするＳＯＩウェーハの片面研磨システム。
【請求項２】
前記制御部は、（ｉ）前記ＳＯＩ層の全面の膜厚分布を測定する、請求項１に記載のＳＯＩウェーハの片面研磨システム。
【請求項３】
前記ＳＯＩウェーハの片面研磨システムは、前記研磨パッドの表面に研磨スラリーを供給可能なスラリー供給ノズルをさらに備え、
前記制御部は、（ｉｖ）前記スラリー供給ノズルから前記研磨パッドへ前記研磨スラリーを供給しながら、前記ＳＯＩ層の表面を研磨する、請求項１又は２に記載のＳＯＩウェーハの片面研磨システム。
【請求項４】
前記光学式膜厚測定部は、前記窓部を介して測定光を入射可能な光源と、前記測定光の反射光を受光可能な受光センサとを有し、
前記制御部は、（ｉ）前記ＳＯＩウェーハが前記窓部の上に位置したときに前記測定光を入射する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳＯＩウェーハの片面研磨システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＳＯＩウェーハの片面研磨システムを用いて、前記ＳＯＩウェーハの前記ＳＯＩ層を片面研磨することを特徴とするＳＯＩウェーハの片面研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩウェーハの片面研磨システム及びそれを用いたＳＯＩウェーハの片面研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高集積ＣＭＯＳ素子、高耐圧素子、イメージセンサ等の種々の半導体デバイス用途において、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）構造を有するＳＯＩウェーハが注目されている。
【０００３】
ＳＯＩウェーハは一般的に、単結晶シリコンウェーハからなる支持基板ウェーハ上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の絶縁層及びデバイス活性層として使用される単結晶シリコン層などの半導体層が順次形成された構造を有する。なお、この半導体層は活性層又はＳＯＩ層とも呼ばれ、以下、本明細書では「ＳＯＩ層」と称する。バルクの単結晶シリコンウェーハでは素子と基板部分との間に発生し得る寄生容量が比較的大きいものの、ＳＯＩ層は絶縁層上に設けられるために寄生容量を大幅に低減できる。そのため、ＳＯＩウェーハはデバイスの高速化、高耐圧化、低消費電力化等の点で有利である。
【０００４】
半導体デバイスの高集積化はますます加速しており、半導体ウェーハの平坦度などの表面品質の改善が求められている。この要望に応えるため、半導体ウェーハの研磨装置及び研磨方法の改良が幅広く行われている。
【０００５】
例えば特許文献１に記載の半導体ウェーハの研磨装置では、研磨圧力に伴う半導体ウェーハの変形を防止するため、複数の圧力室を具える研磨ヘッドが用いられている。
【０００６】
また、特許文献２には、半導体ウェーハの周方向における膜厚分布を取得し、この周方向膜厚分布に基づいて、第１の領域を決定し、研磨パッドが貼付された定盤を回転させ、研磨ヘッドで半導体ウェーハを回転させながら、この半導体ウェーハの表面を研磨パッドに押し付け、上記第１の領域を、半導体ウェーハの表面内の第２の領域の除去レートとは異なる除去レートで研磨する研磨方法が開示されている。特許文献２に記載の研磨方法では、定盤及び研磨ヘッドの回転を利用しつつ、定盤に設けられた膜厚センサを用いて上記周方向膜厚分布を測定することにより、周方向に沿った膜厚分布のばらつきを研磨によって解消しようとするものである。
【０００７】
また、特にＳＯＩウェーハの場合、ＳＯＩ層の優れた膜厚均一性も要求されており、ＳＯＩウェーハに特化した研磨方法の改善も試みられている（例えば特許文献３、４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１３１９２０号公報
【特許文献２】特開２０１７−６４８０１号公報
【特許文献３】特開２０１４−６３８９４号公報
【特許文献４】特開２０１４−６３８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の膜厚分布は支持基板ウェーハの凹凸形状の影響及び研磨前の製造工程の影響を受けやすい。特許文献３、４に記載されるように特定方向にテーパ状に膜厚分布がばらつく場合もある一方で、径方向にばらつく場合も見られる。また、ＳＯＩウェーハでは、上述のとおりＳＯＩ層の膜厚均一化が求められており、ＳＯＩウェーハ全体の厚さ分布のばらつきを一部犠牲にしてでも、ＳＯＩ層の膜厚均一化を優先する必要がある。先に参照した特許文献２に開示される研磨方法は、半導体ウェーハ全体の周方向膜厚分布のばらつきを解消しようとするものである。そのため、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の膜厚分布をより均一化するためには、そのままでは当該研磨方法を適用することはできない。
【００１０】
そこで本発明は、ＳＯＩ層の膜厚分布をより均一化できるＳＯＩウェーハの片面研磨システム及びそれを用いたＳＯＩウェーハの片面研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決すべく本発明者らは鋭意検討した。そして、定盤に設けられた窓部を介して、少なくとも径方向におけるＳＯＩ層の膜厚分布を研磨に先立って測定し、この測定結果に基づいて研磨ヘッドにおける加圧制御室の加圧分布を適正制御すれば、ＳＯＩ層の膜厚分布を均一化できることを本発明者らは知見した。上記知見に基づき完成した本発明の要旨構成は以下のとおりである。
【００１２】
（１）支持基板ウェーハと、前記支持基板ウェーハの一方の表面に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の表面に設けられたＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハの、前記ＳＯＩ層の表面を研磨するＳＯＩウェーハの片面研磨システムであって、
前記片面研磨システムは、定盤と、研磨パッドと、研磨ヘッドと、研磨ヘッド駆動機構と、光学式膜厚測定部と、制御部と、記憶部と、を備え、
前記定盤は窓部を有し、
前記研磨パッドは前記定盤の片面に貼付され、
前記研磨ヘッドは、ヘッド本体部と、前記ヘッド本体部の下面中央部に設けられ、前記支持基板ウェーハの他方の面を吸着可能なバッキングプレートを有し、前記ヘッド本体部は前記バッキングプレートを介して径方向の複数領域のそれぞれに加圧分布を設定可能な加圧制御室を具え、
前記研磨ヘッド駆動機構は前記研磨ヘッドに連結して、前記研磨ヘッドを並進駆動及び回転駆動可能であり、
前記制御部は、
（ｉ）前記研磨ヘッド駆動機構を用いて、前記研磨ヘッドに保持された前記ＳＯＩウェーハを前記定盤の前記窓部の上に移動させるとともに、前記窓部を介して、前記光学式膜厚測定部によって前記ＳＯＩ層の少なくとも径方向の膜厚分布を測定して、前記記憶部に前記膜厚分布を記録し、
（ｉｉ）前記記憶部に記録させた前記膜厚分布に基づき、前記膜厚分布を均一化する実行用加圧分布を決定し、
（ｉｉｉ）前記実行用加圧分布を、前記加圧制御室の前記加圧分布に設定し、
（ｉｖ）前記研磨ヘッドに保持された前記ＳＯＩウェーハの前記ＳＯＩ層の表面を前記研磨パッドに擦り当てて研磨する
ことを特徴とするＳＯＩウェーハの片面研磨システム。
【００１３】
（２）前記制御部は、（ｉ）前記ＳＯＩ層の全面の膜厚分布を測定する、前記（１）に記載のＳＯＩウェーハの片面研磨システム。
【００１４】
（３）前記ＳＯＩウェーハの片面研磨システムは、前記研磨パッドの表面に研磨スラリーを供給可能なスラリー供給ノズルをさらに備え、
前記制御部は、（ｉｖ）前記スラリー供給ノズルから前記研磨パッドへ前記研磨スラリーを供給しながら、前記ＳＯＩ層の表面を研磨する、前記（１）又は（２）に記載のＳＯＩウェーハの片面研磨システム。
【００１５】
（４）前記光学式膜厚測定部は、前記窓部を介して測定光を入射可能な光源と、前記測定光の反射光を受光可能な受光センサとを有し、
前記制御部は、（ｉ）前記ＳＯＩウェーハが前記窓部の上に位置したときに前記測定光を入射する、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のＳＯＩウェーハの片面研磨システム。
【００１６】
（５）前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載のＳＯＩウェーハの片面研磨システムを用いて、前記ＳＯＩウェーハの前記ＳＯＩ層を片面研磨することを特徴とするＳＯＩウェーハの片面研磨方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＳＯＩ層の膜厚分布をより均一化できるＳＯＩウェーハの片面研磨システム及びそれを用いたＳＯＩウェーハの片面研磨方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に従うＳＯＩウェーハの片面研磨システムの模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に従うＳＯＩウェーハの片面研磨システムにおける拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態に従うＳＯＩウェーハの片面研磨システムにおける加圧制御室の模式平面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態に従うＳＯＩウェーハの片面研磨システムにおける加圧分布の模式図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態に従うＳＯＩウェーハの片面研磨システムを用いて研磨することにより得られる研磨取代の一例である。
【図６】実施例１において測定した研磨前後におけるＳＯＩ層の径方向膜厚分布である。
【図７】実施例１及び比較例１において測定したＳＯＩ層の膜厚の変動幅を示すグラフであり、（Ａ）は研磨前を示し、（Ｂ）は研磨後を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、重複する説明を省略する。また、図１〜図４に図示した各構成は模式図であり、実際の縦横比とは異なる。なお、図２は、図１に模式的に図示するＳＯＩウェーハ１０が研磨ヘッド４０に保持されつつ、ＳＯＩウェーハ１０が定盤２０の窓部２１上に位置するときの様子を図示した拡大模式図である。
【００２０】
（ＳＯＩウェーハの片面研磨システム）
図１及び図２を参照する。本発明の一実施形態に従うＳＯＩウェーハの片面研磨システム１００の研磨対象は、支持基板ウェーハ１１と、支持基板ウェーハ１１の一方の表面に設けられた絶縁層１２と、絶縁層１２の表面に設けられたＳＯＩ層１３とを有するＳＯＩウェーハ１０の、ＳＯＩ層１３の表面である。そして、このＳＯＩウェーハの片面研磨システム１００（以下、「片面研磨システム１００」）は、定盤２０と、研磨パッド３０と、研磨ヘッド４０と、研磨ヘッド駆動機構５０と、光学式膜厚測定部６０と、制御部７０と、記憶部８０と、を少なくとも備える。そして、制御部７０を介して、光学式膜厚測定部６０によりＳＯＩ層１３の少なくとも径方向の膜厚分布を測定し、これに基づき研磨ヘッド４０によるＳＯＩウェーハ１０への加圧分布を制御してＳＯＩ層１３の表面を研磨する。こうすることで、ＳＯＩ層の膜厚分布を均一化することができる。以下、各構成の詳細を順次説明する。
【００２１】
＜定盤＞
片面研磨システム１００は定盤２０を備える。この定盤２０は窓部２１を有する。一般的な半導体ウェーハの片面研磨装置に用いられる定盤を、片面研磨システム１００の定盤２０に適用することができる。定盤２０における窓部２１の位置は特に制限されず、研磨ヘッド駆動機構５０による研磨ヘッド４０の移動により、ＳＯＩウェーハ１０の少なくとも直径全域を走査できる位置であればよい。この窓部２１を介して、光学式膜厚測定部６０がＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１３の膜厚を測定することになる。窓部２１の大きさ及び形状は光学式膜厚測定部６０による測定が可能であれば特に制限されない。窓部２１は貫通孔であってもよいし、可視光又は赤外光等の測定光６０Ｌを透過できる透明部材で構成されていてもよい。また、図１に図示されるように、定盤に２０の下面には回転軸２５が設けられることが一般的であり、回転軸２５の回転により定盤２０を回転させることができる。
【００２２】
＜研磨パッド＞
片面研磨システム１００は研磨パッド３０を備える。この研磨パッド３０は定盤２０の片面に貼付される。なお、研磨パッド３０には窓部２１に合わせた穴の加工が施されており、その穴と窓部２１の位置とを合わせて、貼付を行えばよい。また、例えば、研磨パッド３０には、ポリエステル製の不織布からなるパッド、ポリウレタン製のパッド等の、一般的な半導体ウェーハの片面研磨装置に用いられる研磨パッドを適用することができる。
【００２３】
＜研磨ヘッド＞
図２を特に参照する。片面研磨システム１００は研磨ヘッド４０を備え、研磨ヘッド４０によってＳＯＩウェーハ１０を保持することができる。この研磨ヘッド４０は、ヘッド本体部４１と、ヘッド本体部４１の下面中央部に設けられ、支持基板ウェーハ１１の他方の面（すなわち、絶縁層１２とは反対側の面）を吸着可能なバッキングプレート４３を有する。バッキングプレート４３は浸透可能な多孔質の発泡樹脂パッドやメンブレンゴム等の弾性体を具えることが一般的である。なお、バッキングプレート４３のチャック方式は水等の液体を用いた表面張力による吸着方式および真空チャック方式など、任意である。
【００２４】
また、研磨ヘッド４０には、研磨中のＳＯＩウェーハ１０の飛び出しを防止するためのリテーナリング４７を設けてもよい。図１及び図２では、リテーナリング４７はヘッド本体部４１の下面周縁部に設けられているが、これは一例にすぎない。一般的な半導体ウェーハの片面研磨装置の研磨ヘッドに用いられるリテーナリング（ガイドリング又はテンプレートとも呼ばれる）を、リテーナリング４７に適用することができる。
【００２５】
＜＜加圧制御室＞＞
そして、ヘッド本体部４１はこのバッキングプレート４３を介して径方向の複数領域のそれぞれに加圧分布を設定可能な加圧制御室４５（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄ）を具える（図２参照）。加圧制御室４５の模式平面図を図３に図示する。なお、図２及び図３では、径方向に対称に配置された圧力制御室４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄが加圧制御室４５を構成する場合を図示するもののが、これは例示に過ぎない。２以上の圧力制御室があれば加圧分布を設定することは可能である。圧力制御室４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄを隔壁膜などにより区分することができ、加圧空気などの流体によって各圧力制御室の加圧力を制御することができる。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に、加圧制御室４５による加圧分布の一例を図示する。図４（Ａ）は、ＳＯＩウェーハ１０の周縁部（エッジ部）の研磨取代を大きくするために、ＳＯＩウェーハ１０の中央部の加圧を小さく、かつ、ＳＯＩウェーハ１０の周縁部の加圧を大きくする場合の加圧分布を模式的に図示した。図中の矢印が加圧力を意味する。また、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の場合とは反対に、ＳＯＩウェーハ１０の中央部の研磨取代を大きくするために、ＳＯＩウェーハ１０の中央部の加圧を大きく、かつ、ＳＯＩウェーハ１０の周縁部の加圧を小さくする場合の加圧分布を模式的に図示した。
【００２６】
＜研磨ヘッド駆動機構＞
図１に戻る。片面研磨システム１００は研磨ヘッド駆動機構５０を備え、研磨ヘッド駆動機構５０は研磨ヘッド４０に連結して、研磨ヘッド４０を並進駆動及び回転駆動させる。ＳＯＩウェーハ１０を保持するとき、ＳＯＩウェーハ１０におけるＳＯＩ層１３の膜厚分布を測定するとき、ＳＯＩ層１３を研磨するとき、などの種々の用途で用いるものであり、一般的な半導体ウェーハの片面研磨装置の研磨ヘッド駆動機構を用いることができる。
【００２７】
＜光学式膜厚測定部＞
片面研磨システム１００は光学式膜厚測定部６０を備える。ＳＯＩ層１３の膜厚を測定できるものであれば特に制限されないが、光学式膜厚測定部６０は、例えば測定光６０Ｌを入射可能な光源６１及びこの測定光６０Ｌの反射光を受光可能な受光センサ６２を有することができる（図２参照）。窓部２１上に位置する部分のＳＯＩ層１３の膜厚を測定するときの測定態様の一例を説明する。光源６１からの測定光６０Ｌの入射光を、光ファイバ６３を経由してレンズ６５により集光し、定盤２０の窓部２１を介して測定光６０ＬをＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１３の露出面に入射する。絶縁層１２によって測定光６０Ｌは反射され、レンズ６５及び光ファイバ６３を経由した後、受光センサ６２が測定光６０Ｌの反射光を受光する。こうしてＳＯＩ層１３の膜厚を求めることができる。ＳＯＩウェーハ１０を研磨ヘッド駆動機構５０によって移動させた後、光学式膜厚測定部６０による同様の測定を行えば、ＳＯＩ層１３の膜厚分布を求めることができる。なお、光源６１の波長は、例えば可視光域であり、赤外光域であってもよい。
【００２８】
＜制御部＞
片面研磨システム１００は制御部７０を備える。制御部７０は、１つ以上のプロセッサを含めばよく、マイクロプロセッサ等によって実現することができる。制御部７０は、片面研磨システム１００全体の動作を制御し、具体的な制御プロセスについては後述する。
【００２９】
＜記憶部＞
片面研磨システム１００は記憶部８０を備え、記憶部８０は１つ以上のメモリを含めばよい。記憶部８０に含まれうる各メモリには、主記憶装置、補助記憶装置、キャッシュメモリ等を用いることができる。
【００３０】
＜制御プロセス＞
上述した片面研磨システム１００の各構成を用いた制御部７０による制御プロセスを説明する。概略すれば、制御部７０は、（ｉ）ＳＯＩ層１３の膜厚分布を測定して記録し、（ｉｉ）測定した膜厚分布に基づき実行用加圧分布を決定し、（ｉｉｉ）決定した実行用加圧分布を、加圧制御室４５の加圧分布に設定し、（ｉｖ）この加圧分布を用いてＳＯＩ層１３の研磨を行う。
【００３１】
＜＜（ｉ）膜厚分布測定＞＞
まず、制御部７０は研磨ヘッド駆動機構５０を用いて、研磨ヘッド４０に保持されたＳＯＩウェーハ１０を定盤２０の窓部２１の上に移動させる。そして、窓部２１を介して、光学式膜厚測定部６０によって窓部２１上に位置するＳＯＩ層１３の膜厚を測定する。制御部７０は、ＳＯＩウェーハ１０が窓部２１の上に位置するときに、光学式膜厚測定部６０から測定光６０ＬをＳＯＩ層１３に入射させればよい。そして、研磨ヘッド駆動機構５０を用いて研磨ヘッド４０ごとＳＯＩウェーハ１０を移動し、この膜厚測定を繰り返し行うことで、ＳＯＩ層１３の少なくとも径方向の膜厚分布を測定する。そして、制御部７０は、記憶部８０に測定した膜厚分布を記録する。ＳＯＩ層１３の全面の膜厚分布を測定することも好ましい。この場合、周方向でのＳＯＩ層１３の膜厚を平均化して、径方向の加圧分布に反映することが好ましい。
【００３２】
＜＜（ｉｉ）実行用加圧分布の決定＞＞
次に、制御部７０は、記憶部８０に記録させた膜厚分布に基づき、膜厚分布を均一化するための、研磨に用いる実行用加圧分布を決定する。制御部７０は、実行用加圧分布を、記憶部８０に予め記憶された加圧分布候補群の中から選択してもよい。また、制御部７０は、記憶部８０に記録させた膜厚分布から径方向の膜厚ばらつきが解消するよう実行用加圧分布を演算してもよい。いずれの場合も、測定結果に基づく膜厚分布の平均膜厚よりも膜厚が大きい部分の加圧を大きくし、平均膜厚よりも膜厚が小さい部分の加圧を小さくした実行用加圧分布を採用すればよい。
【００３３】
＜＜（ｉｉｉ）加圧分布の設定＞＞
その後、制御部７０は、実行用加圧分布を、加圧制御室４５の加圧分布に設定する。例えば、加圧制御室４５の各圧力制御室の圧力を実行用加圧分布に対応させればよい。
【００３４】
＜＜（ｉｖ）研磨＞＞
そして、制御部７０は、研磨ヘッド４０に保持されたＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１３の表面を研磨パッド３０に擦り当てて研磨する。一般的には、図１と同様に、研磨ヘッド４０の回転方向と、定盤の回転方向とは同方向である。また、研磨中、研磨ヘッド４０を揺動させることも好ましい。
【００３５】
これまで説明した片面研磨システム１００は、制御部７０を介して、光学式膜厚測定部６０によりＳＯＩ層１３の少なくとも径方向の膜厚分布を測定する。そして、この測定結果に基づき研磨ヘッド４０によるＳＯＩウェーハ１０への加圧分布を制御してＳＯＩ層１３の表面を研磨する。したがって、片面研磨システム１００を用いた片面研磨では、ＳＯＩ層１３の径方向の膜厚分布のばらつきを考慮しつつ、これを解消するための加圧分布を設定するため、ＳＯＩ層１３の膜厚分布をより均一化することができる。また、この片面研磨システム１００を用いれば、工程数を過剰に増大させることなく、ＳＯＩ層１３の研磨前の膜厚分布を測定できる点でも有利である。研磨前のＳＯＩ層１３の平均膜厚は概ね１０μｍ〜１００μｍまで薄膜化されており、別途の膜厚測定器を用いてＳＯＩ層１３の膜厚を測定すると膜厚測定器のステージの影響を受けやすい。しかしながら、片面研磨システム１００を用いればＳＯＩウェーハ１０を研磨ヘッド４０に装着したまま膜厚測定及び研磨を行うことができるため、ステージの影響による測定誤差も排除できる。
【００３６】
＜スラリー供給ノズル＞
なお、図１に図示するとおり、片面研磨システム１００は、研磨パッド３０の表面に研磨スラリー９１を供給可能なスラリー供給ノズル９０をさらに備えることも好ましい。遊離砥粒を含むアルカリ性水溶液などを研磨スラリー９１に用いることができる。ＳＯＩ層１３の研磨中に研磨スラリー９１を供給することで、化学機械研磨（ＣＭＰ; Chemical Mechanical Polishing）を行うことができるためである。この場合、制御部７０は、（ｉｖ）スラリー供給ノズル９０から研磨パッド３０へ研磨スラリー９１を供給しながら、ＳＯＩ層１３の表面を研磨すればよい。ただし、ＳＯＩ層１３の膜厚分布を正確に測定するためには、（ｉ）膜厚分布測定の場合には、制御部７０は研磨スラリー９１を供給せず、スラリー供給ノズル９０を閉塞することが好ましい。
【００３７】
＜ＳＯＩウェーハ＞
上述のとおり、片面研磨システム１００の研磨対象であるＳＯＩウェーハ１０は、支持基板ウェーハ１１と、支持基板ウェーハ１１の一方の表面に設けられた絶縁層１２と、絶縁層１２の表面に設けられたＳＯＩ層１３とを有する。周方向ばらつきよりも径方向ばらつきが大きいＳＯＩウェーハの研磨に片面研磨システム１００を適用することが好ましい。もっとも、周方向ばらつきの方が径方向ばらつきより大きいとしても、研磨前の状態で径方向ばらつきのないＳＯＩウェーハは事実上皆無であり、片面研磨システム１００の効果が失われるわけではない。なお、研磨前のＳＯＩウェーハの全体の厚みは概ね７００〜１２００μｍ程度である。以下では、ＳＯＩウェーハ１０の具体的態様を説明する。ただし、本発明が以下の具体例に限定されないことは当然に理解される。
【００３８】
＜＜支持基板ウェーハ＞＞
シリコン単結晶からなる単結晶シリコンウェーハを支持基板ウェーハ１１に用いることができる。単結晶シリコンウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）等により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスしたものを使用することができる。また、単結晶シリコンウェーハには炭素および／または窒素が添加されていてもよい。さらに、任意の不純物を添加して、ｎ型またはｐ型としてもよい。
【００３９】
＜＜絶縁層＞＞
絶縁層１２は、酸化雰囲気で熱処理を行うなどして、支持基板ウェーハ１１の表面に形成することができる。また、絶縁層１２は熱処理により形成される酸化シリコンに限られず、種々の電気的絶縁体を用いることができ、例えば、窒化シリコンを用いてもよいし、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ; Diamond Like Carbon）などを用いることもできる。なお、絶縁層１２の膜厚は制限されないが、一般的には０．１μｍ〜５μｍである。
【００４０】
＜＜ＳＯＩ層＞＞
ＳＯＩ層１３は、シリコン単結晶からなる単結晶シリコンウェーハを、絶縁層１２を介して支持基板ウェーハ１１と貼合せた後、研削するなどして薄膜化したものである。支持基板ウェーハと導電型（ｐ型およびｎ型）を揃えてもよいし、異ならせても構わない。
【００４１】
（ＳＯＩウェーハの片面研磨方法）
また、本発明の一実施形態に従うＳＯＩウェーハの片面研磨方法は、上述したＳＯＩウェーハの片面研磨システム１００を用いて、ＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１３を片面研磨する。この片面研磨方法は、ＳＯＩ層１３の膜厚分布を測定する工程と、測定した膜厚分布に基づき実行用加圧分布を決定する工程と、決定した実行用加圧分布を、加圧制御室４５の加圧分布に設定する工程と、この加圧分布を用いてＳＯＩ層１３を研磨する工程と、を含むことができる。この片面研磨方法によりＳＯＩ層１３の膜厚分布をより均一化することができる。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４３】
（実施例１）
上述したＳＯＩウェーハの片面研磨システム１００を用いて１枚のＳＯＩウェーハの片面研磨を行った。まず、ＳＯＩ層１３の全面の膜厚分布を測定し、測定結果に基づき実行用加圧分布を、記憶部８０に予め記憶させた加圧分布候補群の中から選択して、ＳＯＩ層１３の片面をＣＭＰ研磨した。記憶部８０に記憶された加圧分布候補群を選択した際に得られる研磨取代分布の一例を、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す。図５（Ａ）は、ＳＯＩ層１３の膜厚分布において、中心部の膜厚が周縁部よりも約０．１μｍ薄い場合に選択される加圧分布候補群から得られる径方向の研磨取代分布である。また、図５（Ｂ）は、ＳＯＩ層１３の膜厚分布において、中心部の膜厚が周縁部よりも０．２μｍ厚い場合に選択される加圧分布候補群から得られる径方向の研磨取代分布である。なお、加圧制御室４５における圧力制御室の個数は、例示的に図示した図２等と同様に４つであり、径方向に圧力分布を設定可能である。
【００４４】
実施例１による片面研磨を行う前後での径方向膜厚分布を図６に示す。なお、この研磨前の膜厚分布では、中心部の膜厚が周縁部よりも約０．２μｍ大きかったので、図５（Ｂ）のグラフに図示した研磨取代分布が得られる加圧分布を採用した。図６から、研磨後のＳＯＩ層の膜厚分布を均一化できていることが確認される。
【００４５】
（比較例１）
ＳＯＩ層１３の膜厚分布を測定することなく、ＳＯＩウェーハ１０の全体の厚さ分布が均一となるよう、ＳＯＩ層１３の片面をＣＭＰ研磨した。装置構成は膜厚分布測定及び加圧分布制御を伴う制御手法を除き、実施例１と同様である。
【００４６】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）のグラフに、実施例１及び比較例１において測定したＳＯＩ層の膜厚の変動幅を示す。なお、これらグラフは、実施例１及び比較例１のそれぞれのＳＯＩウェーハの全面における膜厚の測定値を各点毎にプロットしたものであり、それぞれ１枚のＳＯＩウェーハから得た測定値である。図７（Ａ）は研磨前の膜厚分布の変動幅を示し、（Ｂ）は研磨後の膜厚の変動幅を示す。ロットの違いもあり、研磨前のＳＯＩ層の膜厚の変動幅は、比較例１の方が少ない。こうした事情があるにも関わらず、研磨後のＳＯＩ層の膜厚分布の変動幅を実施例１と比較例１とで比較すると、実施例１の方が膜厚の変動幅の方が小さく、大幅な膜厚精度の向上を確認することができた。なお、ＳＯＩ層の膜厚の変動幅における標準偏差は、実施例１では０．０１４μｍであり、比較例１では０．０３２μｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、ＳＯＩ層の膜厚分布をより均一化できるＳＯＩウェーハの片面研磨システム及びそれを用いたＳＯＩウェーハの片面研磨方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０    ＳＯＩウェーハ
２０    定盤
２１    窓部
３０    研磨パッド
４０    研磨ヘッド
４１    ヘッド本体部
４３    バッキングプレート
４５    加圧制御室
５０    研磨ヘッド駆動機構
６０    光学式膜厚測定部
７０    制御部
８０    記憶部
９０    スラリー供給ノズル
９１    研磨スラリー
１００    ＳＯＩウェーハの片面研磨システム
【要約】
【課題】ＳＯＩ層の膜厚分布をより均一化できるＳＯＩウェーハの片面研磨システム及びそれを用いたＳＯＩウェーハの片面研磨方法を提供する。
【解決手段】定盤と、研磨パッドと、研磨ヘッドと、研磨ヘッド駆動機構と、光学式膜厚測定部と、制御部と、記憶部と、を備える片面研磨システムにおいて、
制御部が、前記研磨ヘッド駆動機構を用いて、前記研磨ヘッドに保持されたＳＯＩウェーハを前記定盤の窓部の上に移動させるとともに、前記窓部を介して、前記光学式膜厚測定部によって前記ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の少なくとも径方向の膜厚分布を測定して、前記記憶部に前記膜厚分布を記録し、前記記憶部に記録させた前記膜厚分布に基づき、前記膜厚分布を均一化する実行用加圧分布を決定して、前記研磨ヘッドの加圧分布に設定し、前記研磨ヘッドに保持された前記ＳＯＩウェーハの前記ＳＯＩ層の表面を研磨する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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