JPH10223579A - 基板の平坦化方法及びその装置 - Google Patents

基板の平坦化方法及びその装置

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JPH10223579A
JPH10223579A JP2894897A JP2894897A JPH10223579A JP H10223579 A JPH10223579 A JP H10223579A JP 2894897 A JP2894897 A JP 2894897A JP 2894897 A JP2894897 A JP 2894897A JP H10223579 A JPH10223579 A JP H10223579A
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layer
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polishing
energy
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JP2894897A
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Katsuyoshi Kojima
勝義 小島
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、基板上の膜厚均一性を大幅に向上す
る。 【解決手段】薄膜ＳＯＩ基板１２の活性層３の膜厚をエ
ッチャント１３中に配置してエッチング処理により均一
に制御する場合、活性層３の膜厚の厚い部分に対して局
所的にエッチャント１３を活性化させるエネルギー、例
えばエッチャント１３の種類に応じて赤外線又はＸｅＣ
ｌエキシマレーザ１５を与え、活性層３の膜厚の厚い部
分を選択的に除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程に
おける例えば薄膜ＳＯＩ基板の活性層厚を均一に制御す
る基板の平坦化方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜ＳＯＩ（silicon on insulator）基
板の活性層厚の制御は、図７に示すように、支持基板
（以下、Ｓｉウエハと称する）１上に中間酸化層２を介
して半導体ウエハの全面に活性層３を形成し、かつこれ
ら活性層３の間にストッパー４を設けている。
【０００３】このストッパー４は、例えば主にＳｉＯ
2 、ＳｉＮなどの材料で、形成すべき厚さの活性層３に
等しい厚さに形成されている。すなわち、このストッパ
ー４は、Ｓｉウエハ１にエッチングにより溝を形成し、
その溝の中にＣＶＤ等により活性層厚に等しい膜厚のＳ
ｉＯ2 、ＳｉＮなどを堆積して形成される。
【０００４】このようにストッパ４を設けることによ
り、活性層３の研磨では、Ｓｉに比べてストッパー４で
あるＳｉＯ2 、ＳｉＮの研磨能率が１００分の１程度に
低下するので、活性層３が研磨されてストッパー４が露
出したところで活性層３に対する研磨が止まる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記活
性層厚の制御では、Ｓｉウエハ１の全面にストッパー４
を設けるので、Ｓｉウエハ１枚から取れる素子（チッ
プ）数が少なくなる、すなわち素子の収率が悪くなる。
【０００６】又、研磨では、一般的にコロイダルシリカ
を研磨液として用いているが、これではストッパー４で
あるＳｉＯ2 、ＳｉＮも研磨されてしまう。従って、Ｓ
ｉＯ2 、ＳｉＮをストッパー４として機能させるために
は、研磨液の化学作用を強くしてＳｉの研磨能率を大き
くする、すなわち選択比を大きくする必要がある。
【０００７】しかしながら、Ｓｉの研磨能率を大きくす
る方法では、図８に示すようにストッパー４に挟まれた
部分の活性層３にエッチングにより窪み５が生じてしま
う。なお、この窪み５は、ストッパー４が露出してから
若干時間が経過してから研磨が終了するので、この時間
に活性層３部分のみがエッチングされて生じる。そこで
本発明は、基板上の膜厚均一性を大幅に向上できる基板
の平坦化方法及びその装置を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１によれば、積層
基板の被加工層をエッチャントを用いてエッチング処理
により被加工層を均一に制御する基板の平坦化方法にお
いて、積層基板上の被加工層のより厚い部分に対して局
所的にエッチャントを活性化させるエネルギーを与え、
前記被加工層のより厚い部分を除去する基板の平坦化方
法である。
【０００９】請求項２によれば、請求項１記載の基板の
平坦化方法において、エッチャントが硝弗酸系化学液の
場合にエネルギーとして赤外線を用いる。請求項３によ
れば、請求項１記載の基板の平坦化方法において、エッ
チャントが塩素ガスの場合にエネルギーとしてＸｅＣｌ
エキシマレーザ光を用いる。
【００１０】請求項４によれば、積層基板の被加工層を
エッチャントを用いてエッチング処理により被加工層を
均一に制御する基板の平坦化装置において、積層基板に
形成されている被加工層の厚さの分布を記憶する厚さ分
布記憶手段と、エッチャント中で積層基板の被加工層に
対してエネルギーを照射するエネルギー照射手段と、膜
厚記憶手段に記憶されている厚さ分布に基づいてエネル
ギー照射手段を動作させ、積層基板上の被加工層のより
厚い部分に対して局所的にエネルギーを与える除去制御
手段と、を具備した基板の平坦化装置である。
【００１１】請求項５によれば、請求項４記載の基板の
平坦化装置において、除去制御手段は、積層基板上の被
加工層を測定する膜厚計の測定結果に基づいてエネルギ
ー照射手段を動作制御し、積層基板上の被加工層を均一
にする機能を有する。
【００１２】請求項６によれば、基板面上に形成された
被加工層を研磨ヘッドの研磨により均一に制御する基板
の平坦化方法において、研磨ヘッドにおける基板上の被
加工層のより厚い部分に対して圧力を与え、除去する基
板の平坦化方法である。
【００１３】請求項７によれば、被加工層の形成された
基板を保持した状態で基板の被加工層を研磨部材に接触
させて被加工層を研磨し、かつ基板の保持面に貫通する
複数の空気突出孔が形成された研磨ヘッドと、基板に形
成されている被加工層の厚さ分布に基づいて基板上の被
加工層のより厚い部分に対し、複数の空気突出孔を通し
てそれぞれに局所圧力を与える空気圧制御手段と、を具
備した基板の平坦化装置である。
【００１４】請求項８によれば、請求項７記載の基板の
平坦化装置において、空気圧制御手段は、予め測定され
た基板の厚さ分布に基づいて被加工層に対する局所圧力
を制御する。
【００１５】請求項９によれば、請求項７記載の基板の
平坦化装置において、空気圧制御手段は、研磨ヘッドに
おける複数の空気突出孔ごとに独立に空気圧を制御す
る。請求項１０によれば、請求項７記載の基板の平坦化
装置において、空気圧制御手段は、予め測定された基板
の被加工層に加わる面圧分布に基づいて複数の空気突出
孔ごとの空気圧を設定し、基板の被加工層に対する面圧
を均一にする。請求項１１によれば、請求項７記載の基
板の平坦化装置において、研磨ヘッドは、冷却水路が形
成され、研磨熱による熱変形を防止する構成である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。本発明の基板の平坦化方法は、薄膜Ｓ
ＯＩ基板の活性層膜をエッチャント中に配置してエッチ
ング処理により均一に制御する場合、薄膜ＳＯＩ基板上
の膜厚の仕様よりも厚い部分に対して局所的にエッチャ
ントを活性化させるエネルギーを与え、膜厚の厚い部分
を選択的に除去するものである。
【００１７】この場合、エッチャントとして硝弗酸系化
学液の場合にエネルギーとして赤外線を照射し、又、エ
ッチャントとして塩素ガスの場合にエネルギーとしてＸ
ｅＣｌエキシマレーザ光を照射するものである。
【００１８】図１はかかる基板の平坦化方法の概念図で
ある。ＸＹテーブル１０上には、チャンバ１１が載置さ
れている。このチャンバ１１内には、薄膜ＳＯＩ基板１
２が収納されている。
【００１９】なお、この薄膜ＳＯＩ基板１２は、図７と
同様に、Ｓｉウエハ１上に中間酸化層２を介して半導体
ウエハの全面に活性層３を形成したものとなっている。
又、この薄膜ＳＯＩ基板１２は、チャンバ１１内に満さ
れている硝弗酸系化学液や塩素ガスなどのエッチャント
１３中に置かれている。
【００２０】しかるに、薄膜ＳＯＩ基板１２の活性層３
の膜厚を均一に制御するには、エネルギー照射口１４か
ら活性層３の膜厚の厚い部分に対して赤外線やＸｅＣｌ
エキシマレーザ光などのエネルギー１５を与え、局部的
にエッチング能率を上げる、すなわちエッチャントを活
性化させ、活性層３の膜厚の厚い部分を選択的に除去す
る。
【００２１】ここで、活性層３の除去量の制御は、光干
渉式膜厚計（以下、膜厚計と省略する）１６によりイン
プロセス管理する。このような基板の平坦化方法であれ
ば、活性層３の膜厚の厚い部分のみが選択的にエッチン
グされるので、活性層３の膜厚均一性がよくなる。
【００２２】又、活性層３の膜厚を膜厚計１６でインプ
ロセス計測するので、膜厚の絶対値を精度高くコントロ
ールできる。又、膜厚計１６のレンズは、サファイア板
又は石英板１７によりエッチャント１３から保護される
ので、測定に対して悪影響を及ぼさない。
【００２３】次に、このような方法を適用した基板の平
坦化装置について図２を参照して説明する。なお、図１
と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略
する。
【００２４】チャンバ１１には、エッチャント供給口１
８、エッチャント排出口１９が設けられ、エッチャント
１３として硝弗酸系化学液又は塩素ガスなどがチャンバ
１１内に供給され、排出されている。
【００２５】エネルギー照射装置２０は、エッチャント
１３中で薄膜ＳＯＩ基板１２の活性膜３に対してエネル
ギー２１、例えばエッチャント１３が硝弗酸系化学液の
場合に赤外線を照射し、又、エッチャントが塩素ガスの
場合にＸｅＣｌエキシマレーザ光を照射する機能を有し
ている。
【００２６】このエネルギー照射装置２０は、エネルギ
コントローラ２２によって出力エネルギ量が動作制御さ
れるものとなっている。例えば、赤外線を活性膜３に照
射する場合には、硝弗酸系化学液の温度が直径５ｍｍ領
域においてその周囲より３０〜４０℃上昇するエネルギ
ーを与える。
【００２７】又、ＸｅＣｌエキシマレーザ光（３０８ｎ
ｍ）を活性膜３に照射する場合には、塩素分子が原子に
分解され、Ｓｉと反応してＳｉＣｌガスが発生するエネ
ルギーを与える。
【００２８】又、エネルギー照射装置２０のエネルギ照
射口は、微小領域へのエネルギー供給を可能にするため
に直径１ｍｍ以下に形成されている。膜厚計１６は、エ
ッチャント１３中で薄膜ＳＯＩ基板１２の活性膜３の膜
厚を測定するもので、その先端部のレンズにサファイア
板又は石英板１７が用いられ、エッチャント１３から保
護されるものとなっている。
【００２９】この膜厚計１６は、膜厚計コントローラ２
３によって測定動作が制御されるものとなっている。な
お、ＸＹテーブル１０は、ＸＹテーブルコントローラ２
４によって所定間隔、例えば５ｍｍ間隔程度に移動し、
チャンバ１１をＸＹ方向に移動するものとなっている。
【００３０】コンピュータ２５は、膜厚計コントローラ
２３及びＸＹテーブルコントローラ２４にそれぞれ指令
を発し、チャンバ１１を例えば５ｍｍ間隔程度に移動
し、これと共に膜厚計１６により活性膜３の膜厚を測定
し、活性膜３の全面に対する膜厚分布を記憶する膜厚分
布記憶手段としての機能を有している。
【００３１】又、コンピュータ２５は、薄膜ＳＯＩ基板
１２の活性膜３の膜厚分布に基づいてエネルギーコント
ローラ２２に指令を発してエネルギー照射装置２０を動
作させ、活性膜３の膜厚の厚い部分に対して局所的にエ
ネルギーを与える除去制御手段としての機能を有してい
る。
【００３２】又、コンピュータ２５は、エネルギー照射
装置２０を動作させて活性膜３を除去する際、膜厚計１
６による測定結果を取り込み、すなわちインプロセス膜
厚計測を行いながら選択的に活性膜３を除去し、活性膜
３の膜厚を均一にする機能を有している。
【００３３】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。加工前に、コンピュータ２５は、膜厚計
コントローラ２３及びＸＹテーブルコントローラ２４に
それぞれ指令を発し、チャンバ１１を例えば５ｍｍ間隔
程度に移動し、これと共に膜厚計１６を測定動作させ
る。
【００３４】この膜厚計１６は、活性膜３に対して５ｍ
ｍ程度の間隔で移動し、活性膜３の膜厚を測定してその
測定信号を出力する。この測定信号は、膜厚計２３を通
してコンピュータ２５に送られる。
【００３５】このコンピュータ２５は、膜厚計１６から
の測定信号を取り込み、活性膜３の全面に対する膜厚分
布を薄膜ＳＯＩ基板１２上の座標と共に記憶する。次
に、チャンバー１１内に対し、エッチャント供給口１８
からエッチャント１３として硝弗酸系化学液又は塩素ガ
スを供給する。
【００３６】次に、コンピュータ２５は、活性膜３の膜
厚分布に基づいてエネルギーコントローラ２２に指令を
発し、エネルギー照射装置２０を動作させる。このエネ
ルギー照射装置２０は、活性膜３の膜厚の厚い部分に対
して局所的にエネルギーを与え、膜厚の厚い部分を除去
する。
【００３７】例えば、エッチャント１３が硝弗酸系化学
液の場合、赤外線を活性膜３に照射し、硝弗酸系化学液
の温度が直径５ｍｍ領域においてその周囲より３０〜４
０℃上昇するエネルギーを与える。
【００３８】又、エッチャントが塩素ガスの場合、Ｘｅ
Ｃｌエキシマレーザ光を照射し、塩素分子が原子に分解
され、Ｓｉと反応してＳｉＣｌガスが発生するエネルギ
ーを与える。
【００３９】これと共にコンピュータ２５は、膜厚計１
６による測定結果を取り込み、インプロセス膜厚計測を
行いながらエネルギーコントローラ２２にエネルギー量
の指令を発し、選択的に活性膜３を除去し、活性膜３の
膜厚を均一にする。
【００４０】このように上記第１の実施の形態において
は、薄膜ＳＯＩ基板１２の活性層３の膜厚をエッチャン
ト１３中に配置してエッチング処理により均一に制御す
る場合、活性層３の膜厚の厚い部分に対して局所的にエ
ッチャント１３を活性化させるエネルギー、例えばエッ
チャント１３の種類に応じて赤外線又はＸｅＣｌエキシ
マレーザを与え、活性層３の膜厚の厚い部分を選択的に
除去するようにしたので、薄膜ＳＯＩ基板１２に従来の
ようにストッパーを設ける必要がなく、素子の収率を高
くできる。
【００４１】又、活性層３に窪みが生じることもなく、
活性層３の膜厚の厚い部分に対して局所的に除去するの
で、活性層３の膜厚均一性を大幅に向上できる。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４２】本発明の基板の平坦化方法は、図３に示す
ように、薄膜ＳＯＩ基板１２面上に形成された活性層３
の膜厚を研磨ヘッド（セラミックスチャック）３０の研
磨により均一に制御する場合、この研磨ヘッド３０にお
ける活性層３の膜厚の厚い部分に対して局部圧力を与
え、活性層３の膜厚の厚い部分を選択的に除去するもの
である。
【００４３】図４はかかる方法を適用した基板の平坦化
装置の構成図である。研磨ヘッド３０は、薄膜ＳＯＩ基
板１２を保持した状態で、この基板１２の活性層３を研
磨部材としての研磨プレート３１上の研磨布又はエポキ
シ系樹脂３２に接触させて活性層３を研磨するものであ
る。
【００４４】この研磨ヘッド３０は、ウエハ保持用ガイ
ドリング３３により薄膜ＳＯＩ基板１２をその保持面に
ガイド位置決めするものとなっている。又、この研磨ヘ
ッド３０には、薄膜ＳＯＩ基板１２の保持面に貫通する
複数の加圧用空気突出孔３４が形成されるとともに、上
冷却水用配管３５、下冷却水用配管３６が配管され、か
つ熱電対の温度センサ３７が配設されている。
【００４５】図５は研磨ヘッド３０の具体的な構成図で
あって、同図(a) は側面から見た断面図、同図(b) は下
方から見た構成図である。この研磨ヘッド３０は、セラ
ミックス板３８を上水冷ジャケット３９と下水冷ジャケ
ット４０とにより挟持した構成となっている。なお、セ
ラミックス板３８に対して上水冷ジャケット３９と下水
冷ジャケット４０とは、それぞれ接着剤３９ａ、４０ａ
により接合されている。この接着剤３９ａ、４０ａは、
熱歪みの影響を考慮し、熱膨脹係数の近いガラス系のも
のである。
【００４６】この研磨ヘッド３０には、複数の加圧用空
気突出孔３４がセラミックス板３８、上水冷ジャケット
３９及び下水冷ジャケット４０を貫通して形成されてい
る。これら加圧用空気突出孔３４は、同図(b) に示すよ
うに研磨ヘッド３０の保持面３０ａの全面の縦横に所定
の間隔毎に形成されている。
【００４７】又、これら加圧用空気突出孔３４には、そ
れぞれ加圧空気用配管４１が連結され、かつ図４に示す
加圧空気制御用コンピュータ４２に配管されている。そ
して、これら加圧空気用配管４１には、それぞれ個別に
各加圧空気用電磁弁４１ａが設けられている。
【００４８】又、研磨ヘッド３０には、研磨熱による熱
変形を防止するための冷却水路としての上水冷用溝４３
及び下水冷用溝４４が形成されている。このうち上水冷
用溝４３は、上水冷ジャケット３９とセラミックス板３
８との間に形成され、かつ上冷却水路４５が連通してい
る。そして、この上冷却水路４５は、上冷却水用配管３
５が連結されている。
【００４９】下水冷用溝４４は、下水冷ジャケット４０
とセラミックス板３８との間に形成され、かつ下冷却水
路４５が連通している。そして、この下冷却水路４６
は、下冷却水用配管３６が連結されている。
【００５０】さらに、研磨ヘッド３０の上水冷ジャケッ
ト３９と下水冷ジャケット４０とには、それぞれ温度セ
ンサ３７ａ、３７ｂが設けられている。図４に戻って、
かかる研磨ヘッド３０及び研磨プレート３１は、研磨装
置制御用コンピュータ４７によってそれぞれ回転駆動制
御される。
【００５１】この研磨プレート３１上の研磨布又はエポ
キシ系樹脂３２は、研磨における平坦性、すなわち研磨
面に微小なうねりを発生させないために、研磨装置上に
設けられたプレート切削装置（不図示）によって、予め
平面度１μｍ以下に仕上げられている。
【００５２】一方、上記加圧空気制御用コンピュータ４
２には、膜厚マッピング装置４８及びウエハ面圧マッピ
ング装置４９が接続されている。膜厚マッピング装置４
８は、膜厚測定器５０が接続され、研磨前に、研磨ヘッ
ド３０に保持されている薄膜ＳＯＩ基板１２の活性層３
の膜厚を膜厚測定器５０により測定し、この活性層３の
膜厚分布を記憶する機能を有している。
【００５３】ウエハ面圧マッピング装置４９は、ウエハ
面厚測定用センサ５１が接続され、研磨前に、研磨ヘッ
ド３０に保持されている薄膜ＳＯＩ基板１２に加わる面
圧をウエハ面厚測定用センサ５１により測定し、この面
圧分布を記憶する機能を有している。
【００５４】上記加圧空気制御用コンピュータ４２は、
膜厚マッピング装置４８からの活性層３の膜厚分布、及
びウエハ面圧マッピング装置４９からの薄膜ＳＯＩ基板
１２に加わる面圧分布を取り込み、このうち面圧分布に
基づいて薄膜ＳＯＩ基板１２に加わる面圧が均一になる
ように各加圧空気用電磁弁４１ａを調節し、各加圧用空
気突出孔３４ごとに送り込む各空気圧を設定する機能を
有している。
【００５５】又、加圧空気制御用コンピュータ４２は、
膜厚分布に基づいて活性層３の膜厚の厚い部分に対し、
複数の加圧用空気突出孔３４を通してそれぞれに局所圧
力を与える空気圧制御手段としての機能を有している。
【００５６】なお、この加圧空気制御用コンピュータ４
２は、研磨ヘッド３０における複数の加圧用空気突出孔
３４ごとに独立に空気圧を制御する機能を有している。
冷却水制御コンピュータ５２は、研磨ヘッド３０の上水
冷ジャケット３９側、下水冷ジャケット４０側にそれぞ
れ設けられた各温度センサ３７ａ、３７ｂからのセンサ
信号を温度計５３を通した温度信号として取り込み、こ
れらの研磨ヘッド３０の温度に基づいて上冷却水コント
ローラ５４、下冷却水コントローラ５５に対してそれぞ
れ冷却水量及び水温の指令を発する機能を有している。
【００５７】このうち上冷却水コントローラ５４は上冷
却水用配管３５に供給する冷却水の流量を調節し、かつ
下冷却水コントローラ５５は下冷却水用配管３６に供給
する冷却水の流量及び水温を調節し、研磨ヘッド３０の
温度を制御する機能を有している。
【００５８】温度制御コンピュータ５６には、複数の温
度センサ５７ａ〜５７ｂが接続されている。これら温度
センサ５７ａ〜５７ｂは、研磨ヘッド３０における研磨
液５８の温度を測定する機能を有している。
【００５９】この温度制御コンピュータ５６は、各温度
センサ５７ａ〜５７ｂにより測定された研磨液５８の各
温度を取り込み、これら温度が同一となるように研磨液
温コントローラ５９及び研磨プレート冷却水コントロー
ラ６０に指令を発する機能を有している。
【００６０】このうち研磨液温コントローラ５９は研磨
ヘッド３０に供給する研磨液５８の温度を制御する機能
を有し、研磨プレート冷却水コントローラ６０は研磨ヘ
ッド３０に供給する冷却水の流量及び水温を制御する機
能を有している。
【００６１】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて図６に示す研磨工程を示す流れ図を参照して説明す
る。先ず、ステップ＃１において活性層３の膜厚測定を
行う。
【００６２】研磨前に、研磨ヘッド３０に対して薄膜Ｓ
ＯＩ基板１２を保持し、この状態で膜厚測定器５０を薄
膜ＳＯＩ基板１２の全面に走査する。この膜厚測定器５
０は、薄膜ＳＯＩ基板１２の活性層３の膜厚を測定し、
その測定信号を出力する。
【００６３】膜厚マッピング装置４８は、膜厚測定器５
０から出力される測定信号を入力し、この測定信号から
薄膜ＳＯＩ基板１２の活性層３の膜厚分布を求めてその
座標と共にマッピングする。
【００６４】次に、ステップ＃２においてウエハ圧力分
布を測定する。これも研磨前に、研磨ヘッド３０に対し
て薄膜ＳＯＩ基板１２を保持した状態で、ウエハ面厚測
定用センサ５１を薄膜ＳＯＩ基板１２に当てる。
【００６５】このウエハ面厚測定用センサ５１は、薄膜
ＳＯＩ基板１２に加わる圧力を測定し、その測定信号を
出力する。ウエハ面圧マッピング装置４９は、ウエハ面
厚測定用センサ５１から出力される測定信号を入力し、
この測定信号から薄膜ＳＯＩ基板１２に加わる面圧分布
を求めて座標と共にマッピングする。
【００６６】これら膜厚マッピング装置４８に記憶され
ている活性層３の膜厚分布、及びウエハ面圧マッピング
装置４９に記憶されている薄膜ＳＯＩ基板１２に加わる
面圧分布の各データは、それぞれ加圧空気制御用コンピ
ュータ４２に送られる。
【００６７】次に、研磨ヘッド３０は、薄膜ＳＯＩ基板
１２を保持した状態で、研磨プレート３１の研磨布又は
エポキシ系樹脂３２に対して対面配置される。次に、加
圧空気制御用コンピュータ４２は、ステップ＃３におい
て、面圧分布のデータに基づいて研磨ヘッド３０から薄
膜ＳＯＩ基板１２に加わる面圧が均一になるように、研
磨ヘッド３０の各加圧用空気突出孔３４から突出される
空気圧力を制御する。
【００６８】この場合、加圧空気制御用コンピュータ４
２は、各加圧空気用配管４１にそれぞれ個別に設けられ
た各加圧空気用電磁弁４１ａの開度を調整することによ
り各加圧用空気突出孔３４から突出される空気圧力を制
御する。
【００６９】ここで、薄膜ＳＯＩ基板１２に加わる面圧
を均一にする理由は、研磨の加工均一性（平面度）を向
上させるためである。なお、研磨布又はエポキシ系樹脂
３２と薄膜ＳＯＩ基板１２とは、必ずしも均一に接触し
ているとは限らず面圧も均一でない可能性がある。従っ
て、この面圧が不均一な場合は、良好な平面度が得られ
ないため、予め面圧を均一にする必要がある。
【００７０】次に、加圧空気制御用コンピュータ４２
は、ステップ＃４において、活性層３の膜厚分布のデー
タに基づき、この膜厚分布に対応した空気圧の設定を行
う。すなわち、加圧空気制御用コンピュータ４２は、各
加圧空気用電磁弁４１ａの開度を調整し、膜厚分布に基
づいて活性層３の膜厚の厚い部分に対して局所圧力を与
える。
【００７１】次に、ステップ＃５に移って研磨が行なわ
れる。すなわち、研磨ヘッド３０と研磨プレート３１と
は、研磨装置制御用コンピュータ４７によってそれぞれ
回転駆動制御される。
【００７２】これにより、薄膜ＳＯＩ基板１２における
活性層３の膜厚の厚い部分には、図３に示すようにその
薄膜ＳＯＩ基板１２の裏面から空気圧によって局所的に
加圧され、その部分が選択的に除去される。すなわち、
研磨ヘッド３０の各加圧用空気突出孔３４からの空気圧
は、予め測定された上記膜厚分布に従ってそれぞれ独立
に制御される。
【００７３】一方、冷却水制御コンピュータ５２は、研
磨ヘッド３０の上水冷ジャケット３９側、下水冷ジャケ
ット４０側の各温度を各温度センサ３７ａ、３７ｂ及び
温度計５３を通して取り込み、これらの温度に基づいて
上冷却水コントローラ５４、下冷却水コントローラ５５
に対してそれぞれ冷却水量及び水温の指令を発する。
【００７４】このうち上冷却水コントローラ５４は上冷
却水用配管３５に供給する冷却水の流量及び水温を調節
し、かつ下冷却水コントローラ５５は下冷却水用配管３
６に供給する冷却水の流量及び水温を調節する。
【００７５】これにより、研磨ヘッド３０の温度が上水
冷ジャケット３９側、下水冷ジャケット４０とでそれぞ
れ独立に制御される。又、温度制御コンピュータ５６に
は、複数の温度センサ５７ａ〜５７ｂにより測定された
研磨液５８の各温度を取り込み、これら温度が同一とな
るように研磨液温コントローラ５９及び研磨プレート冷
却水コントローラ６０にそれぞれ指令を発する。
【００７６】このうち研磨液温コントローラ５９は研磨
ヘッド３０に供給する研磨液５８の温度を制御し、研磨
プレート冷却水コントローラ６０は研磨ヘッド３０に供
給する冷却水の流量を制御する。
【００７７】このように上記第２の実施の形態において
は、研磨ヘッド３０における薄膜ＳＯＩ基板１２上の活
性層３の厚い部分に対して局部圧力を与え、その膜厚の
厚い部分を選択的に除去するようにしたので、上記第１
の実施の形態と同様に、薄膜ＳＯＩ基板１２に従来のよ
うにストッパーを設ける必要がなく、素子の収率を高く
できる。
【００７８】又、活性層３に窪みが生じることもなく、
活性層３の膜厚の厚い部分に対して局所的に研磨するの
で、活性層３の膜厚均一性を大幅に向上できる。さら
に、研磨ヘッド３０に冷却水を流してその温度を制御す
るので、研磨中の研磨ヘッド３０の熱変形による活性層
３への膜厚分布に悪影響を与えることがない。
【００７９】又、上記第２の実施の形態は、従来の研磨
技術の応用であり、プラズマエッチング等の手法に比べ
てコストを少なくできる。なお、本発明は、上記第１及
び第２の実施の形態に限定されるものでなく次の通り変
形してもよい。
【００８０】例えば、薄膜ＳＯＩ基板１２の活性層３の
膜厚を均一に制御するのに限らず、各種基板上の薄膜の
膜厚を均一に制御するのに適用できることは言うまでも
ない。
【００８１】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、基
板上の膜厚均一性を大幅に向上できる基板の平坦化方法
及びその装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる基板の平坦化方法の第１の実施
の形態を示す概念図。
【図２】同方法を適用した基板の平坦化装置の構成図。
【図３】本発明に係わる基板の平坦化方法の第２の実施
の形態を示す概念図。
【図４】同方法を適用した基板の平坦化装置の構成図。
【図５】研磨ヘッドの具体的な構成図。
【図６】研磨工程を示す流れ図。
【図７】従来の活性層厚を均一制御するためのストッパ
ーを設けた薄膜ＳＯＩ基板を示す図。
【図８】活性層に窪みが生じた薄膜ＳＯＩ基板の断面
図。
【符号の説明】
１…Ｓｉウエハ、 ３…活性層、 １１…チャンバ、 １２…薄膜ＳＯＩ基板、 １３…エッチャント、 １６…（光干渉式膜厚計）膜厚計、 ２０…エネルギー照射装置、 ２５…コンピュータ、 ３０…研磨ヘッド、 ３１…研磨プレート、 ３４…加圧用空気突出孔、 ３５…上冷却水用配管、 ３６…下冷却水用配管、 ３７ａ、３７ｂ…温度センサ、 ４２…加圧空気制御用コンピュータ、 ４８…膜厚マッピング装置、 ４９…ウエハ面圧マッピング装置、 ５０…膜厚測定器、 ５１…ウエハ面厚測定用センサ、 ５２…冷却水制御コンピュータ、 ５４…上冷却水コントローラ、 ５５…下冷却水コントローラ。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 積層基板の被加工層をエッチャントを用
    いてエッチング処理により前記被加工層を均一に制御す
    る基板の平坦化方法において、 前記積層基板上の被加工層のより厚い部分に対して局所
    的に前記エッチャントを活性化させるエネルギーを与
    え、前記被加工層のより厚い部分を除去することを特徴
    とする基板の平坦化方法。
  2. 【請求項２】 前記エッチャントが硝弗酸系化学液の場
    合に前記エネルギーとして赤外線を用いることを特徴と
    する請求項１記載の基板の平坦化方法。
  3. 【請求項３】 前記エッチャントが塩素ガスの場合に前
    記エネルギーとしてＸｅＣｌエキシマレーザ光を用いる
    ことを特徴とする請求項１記載の基板の平坦化方法。
  4. 【請求項４】 積層基板の被加工層をエッチャントを用
    いてエッチング処理により前記被加工層を均一に制御す
    る基板の平坦化装置において、 前記積層基板に形成されている前記被加工層の厚さの分
    布を記憶する厚さ分布記憶手段と、 前記エッチャント中で前記積層基板の前記被加工層に対
    してエネルギーを照射するエネルギー照射手段と、 前記膜厚記憶手段に記憶されている厚さ分布に基づいて
    前記エネルギー照射手段を動作させ、前記積層基板上の
    前記被加工層のより厚い部分に対して局所的に前記エネ
    ルギーを与える除去制御手段と、を具備したことを特徴
    とする基板の平坦化装置。
  5. 【請求項５】 前記除去制御手段は、前記積層基板上の
    前記被加工層を測定する膜厚計の測定結果に基づいて前
    記エネルギー照射手段を動作制御し、前記積層基板上の
    前記被加工層を均一にする機能を有することを特徴とす
    る請求項４記載の基板の平坦化装置。
  6. 【請求項６】 基板面上に形成された被加工層を研磨ヘ
    ッドの研磨により均一に制御する基板の平坦化方法にお
    いて、 前記研磨ヘッドにおける前記基板上の前記被加工層のよ
    り厚い部分に対して圧力を与え、除去することを特徴と
    する基板の平坦化方法。
  7. 【請求項７】 被加工層の形成された基板を保持した状
    態で前記基板の被加工層を研磨部材に接触させて前記被
    加工層を研磨し、かつ前記基板の保持面に貫通する複数
    の空気突出孔が形成された研磨ヘッドと、 前記基板に形成されている被加工層の厚さ分布に基づい
    て前記基板上の被加工層のより厚い部分に対し、前記複
    数の空気突出孔を通してそれぞれに局所圧力を与える空
    気圧制御手段と、を具備したことを特徴とする基板の平
    坦化装置。
  8. 【請求項８】 前記空気圧制御手段は、予め測定された
    前記基板の厚さ分布に基づいて前記被加工層に対する局
    所圧力を制御することを特徴とする請求項７記載の基板
    の平坦化装置。
  9. 【請求項９】 前記空気圧制御手段は、前記研磨ヘッド
    における前記複数の空気突出孔ごとに独立に空気圧を制
    御することを特徴とする請求項７記載の基板の平坦化装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記空気圧制御手段は、予め測定され
    た前記基板の被加工層に加わる面圧分布に基づいて前記
    複数の空気突出孔ごとの空気圧を設定し、前記基板の被
    加工層に対する面圧を均一にすることを特徴とする請求
    項７記載の基板の平坦化装置。
  11. 【請求項１１】 前記研磨ヘッドは、冷却水路が形成さ
    れ、研磨熱による熱変形を防止する構成であることを特
    徴とする請求項７記載の基板の平坦化装置。
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