CN113766994A - 单面抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单面抛光方法，其为使用抛光垫进行晶圆的表面的抛光的单面抛光方法，其特征在于，监测所述抛光垫的温度变化，从开始所述抛光时起以第一条件对所述晶圆的表面进行抛光，在所述抛光垫的温度变化从上升变成下降的时间点，从所述第一条件切换成第二条件来对所述晶圆的表面进行抛光。由此，能够正确地检测出自然氧化膜已被去除从而抑制边缘塌边。

Description

单面抛光方法
技术领域
本发明涉及一种单面抛光方法。
背景技术
在单面抛光中，在抛光的初始阶段首先进行形成于晶圆表面的自然氧化膜的去除，然后进行露出的晶圆表面(裸面)的抛光。在该抛光中，因近年来对质量的要求的提高，为了改善表面粗糙度或表面缺陷，有对浆料或抛光垫赋予提高了对晶圆的保护性的特性的趋势。另一方面，在使用具有该种特性的浆料或抛光垫的抛光中，随着对晶圆的保护性的增高，自然氧化膜的去除速率极度降低进而导致生产率的降低。即，适合于自然氧化膜的去除与裸面的抛光的条件并不相同(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-139311号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
因此，在单面抛光中，优选首先以适合于自然氧化膜的去除的条件进行该自然氧化膜的去除，然后以适合于裸面(例如裸硅)的抛光的条件对裸面进行抛光。此时，由于在适合于自然氧化膜的去除的条件下，对裸面的抛光速率通常会增高，因此为了抑制边缘塌边(edge roll-off)，需要在去除自然氧化膜后，迅速地切换成适合于裸面的抛光的条件。
然而，通常难以在抛光过程中即刻检测出膜厚极薄至纳米级的自然氧化膜的去除是否完成。因此，在以往的单面抛光中使用了下述方法：预先调查自然氧化膜的去除时间，将在该去除时间的基础上加上边限(margin)的时间作为氧化膜去除时间，先以适合于自然氧化膜的去除的条件进行该自然氧化膜的去除，经过了氧化膜去除时间后，以适合于裸硅的抛光的条件对裸面进行抛光。然而，在该抛光方法中，因抛光时的氛围温度或批次递移等，每批次的氧化膜去除时间会产生偏差，因而无法进行正确的控制，故而以良好的精度抑制边缘塌边有所局限。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提出一种通过正确地检测出自然氧化膜已被去除，从而可充分地抑制边缘塌边的单面抛光方法。
解决技术问题的技术手段
为了达成上述目的，本发明提供一种单面抛光方法，其为使用抛光垫进行晶圆的表面的抛光的单面抛光方法，其特征在于，监测所述抛光垫的温度变化，从开始所述抛光时起以第一条件对所述晶圆的表面进行抛光，在所述抛光垫的温度变化从上升变成下降的时间点，从所述第一条件切换成第二条件来对所述晶圆的表面进行抛光。
根据这种单面抛光方法，能够根据抛光垫的温度变化、即此时实际进行抛光的批次(晶圆)的状态，切换抛光配方。即，上述单面抛光方法不同于根据预先求出的氧化膜去除时间而一概进行抛光配方切换的情况，可正确地检测出每批次自然氧化膜被去除的时间点。因而，在单面抛光中，可以高精度且充分地抑制边缘塌边。
优选将所述第一条件设为去除硅氧化膜的条件、将所述第二条件设为对硅晶圆进行抛光的条件来进行所述抛光。
由此，由于在硅晶圆的抛光中，可正确地检测出形成于该硅晶圆的表面的自然氧化膜完成了去除，故而可改善硅晶圆的边缘塌边，谋求平坦特性的提高。
优选将所述第二条件设为浆料、抛光负载及抛光转速中的任意一个以上与所述第一条件不同的条件来进行所述抛光。
如此，通过浆料、抛光负载及抛光转速中的任意一个以上来进行抛光配方的切换，由此可顺利地从以第一条件进行的抛光(自然氧化膜的抛光)切换成以第二条件进行的抛光(对晶圆的裸面的抛光)。
另外，抛光负载是指抛光时将保持有晶圆的抛光头按压于平台上的抛光垫的压力，抛光转速是指抛光时的抛光头、平台或这两者的转速。
优选将所述第二条件中使用的浆料设为种类与所述第一条件中使用的浆料相同而浓度不同的浆料、或者种类与所述第一条件中使用的浆料不同的浆料来进行所述抛光。
如此，通过浆料的浓度或种类来进行抛光配方的切换，由此能够与上述相同地顺利地从以第一条件进行的抛光切换成以第二条件进行的抛光。
优选以实时的方式进行所述抛光垫的温度变化的监测。
由此，能够更正确地检测出抛光垫的温度变化从上升变成下降的时间点、即晶圆上的自然氧化膜完成了去除，故而改善硅晶圆的边缘塌边、谋求平坦特性的提高之类的效果增大。
优选根据装设所述抛光垫的平台的温度变化，检测所述抛光垫的温度变化。
抛光垫的温度例如可以利用辐射温度计直接测定，也可在平台上安装温度传感器来测定平台的温度，从而根据平台的温度变化来检测抛光垫的温度变化。此时，可使用廉价的温度传感器简单地检测到抛光垫的温度变化。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够实现一种通过正确地检测出自然氧化膜已被去除，从而可以以高精度充分地抑制边缘塌边的单面抛光方法。
附图说明
图1为显示本发明的单面抛光方法的流程图。
图2为显示抛光垫的温度变化的图。
图3为显示抛光配方的切换时间点的图。
图4为显示抛光前后的ESFQD的变化量的图。
图5为将图4的ESFQD的变化量条形图化而得到的图。
具体实施方式
如上所述，在单面抛光中，首先进行形成于晶圆表面的自然氧化膜的去除，然后进行露出的裸面的抛光。此处，由于当以适合于自然氧化膜的去除的条件去除该自然氧化膜时，难以正确地检测出该自然氧化膜已被去除，故而在去除自然氧化膜后也以相同的条件对裸面进行抛光，存在晶圆的边缘塌边增大的问题。
此处，边缘塌边是指相对于晶圆中央部的表面(基准平面)，晶圆边缘附近距基准平面的位移量，从提高晶圆的平坦度的角度出发，期望抑制边缘塌边。
以往，为了抑制该边缘塌边，使用了下述方法：预先调查自然氧化膜的去除时间，将在该去除时间的基础上加上边限的时间作为氧化膜去除时间，先以适合于自然氧化膜的去除的条件进行该自然氧化膜的去除，经过了氧化膜去除时间后，以适合于裸面的抛光的条件对该裸面进行抛光。然而，由于在该抛光方法中，因抛光时的氛围温度或批次递移等，每批次的氧化膜去除时间会产生偏差，故而以高精度抑制边缘塌边有所局限。
为此，期望开发一种通过正确地检测出自然氧化膜已被去除从而能够充分地抑制边缘塌边的单面抛光方法。
本申请的发明人对上述问题反复进行了深入研究，结果认为，在单面抛光中，对充分地抑制边缘塌边、谋求改善晶圆的平坦度而言，最重要的是正确地检测出晶圆表面的自然氧化膜已被去除，必须找出用于该正确检测的方法。此外，发明人认为如以往那样预先调查氧化膜去除时间的方法不仅费工夫，而且难以减小批次间的偏差，故而将重点放在除了该方法外，是否还有正确地检测出自然氧化膜已被去除的方法，并进一步进行了深入研究。
结果得出如下结论，即在每批次检测是否完成了自然氧化膜的去除才是批次间没有偏差且正确地检测出是否完成了自然氧化膜的去除的唯一手段，而非根据预先求出的时间，对所有批次一概地进行抛光配方的切换。而且，作为在每批次检测是否完成了自然氧化膜的去除的方法，本申请的发明人着眼于抛光垫的温度变化。
即，在适合于自然氧化膜的去除的抛光条件下，随着开始抛光，自然氧化膜与浆料进行反应，由此抛光垫的温度急剧上升。此后，当自然氧化膜完全被去除、该反应结束时，抛光垫的温度会在达到顶点后降低。接着，在此后对晶圆的裸面进行抛光时，抛光垫的温度会再次上升。本申请的发明人发现了如上所述的单面抛光时的反应变化。
基于此，本申请的发明人发现根据这种反应变化，通过监测抛光垫的表面的温度变化，将该温度变化从上升(正)变成下降(负)的时间点作为完成自然氧化膜的去除的时间点，在该时间点进行抛光配方的切换(从适合于自然氧化膜的去除的条件切换成适合于裸面的抛光的条件)，能够以高精度充分地抑制边缘塌边、谋求晶圆的平坦度的改善，从而完成了本发明。
即，本发明为一种单面抛光方法，其为使用抛光垫进行晶圆的表面的抛光的单面抛光方法，其特征在于，监测所述抛光垫的温度变化，从开始所述抛光时起以第一条件对所述晶圆的表面进行抛光，在所述抛光垫的温度变化从上升变成下降的时间点，从所述第一条件切换成第二条件来对所述晶圆的表面进行抛光。
以下，根据说明书附图对本发明的实施方案进行具体说明，但本发明并不限定于此。
图1显示本发明的单面抛光方法。图2显示抛光垫的温度变化。
图2的抛光垫的温度变化中的S1～S5对应于图1的流程图中的S1～S5。
首先，如步骤S1所示，使用辐射温度计，开始测定抛光垫的表面的温度。同时，开始计算抛光垫的温度变化、即温度上升率[℃/秒]。此处，开始测定抛光垫的温度的时间点为开始监测抛光垫的温度变化的时间点、即开始计算温度上升率的时间点的2秒前。
另外，抛光垫的温度变化的监测可通过在测定抛光垫的表面温度后立刻计算温度上升率(δ/△)，从而以实时的方式进行。此外，关于温度上升率的计算，根据利用辐射温度计测定的抛光垫的表面温度来计算，也可取而代之地根据对应于抛光垫的温度变化的温度来计算，例如，也可根据利用温度传感器测定的平台温度来计算。此外，优选每隔1秒进行1次温度上升率的计算，但不限定于此，也可每隔数秒进行1次。
接着，如步骤S2所示，使保持有晶圆的抛光头移动到抛光位置。此后，如步骤S3所示，以去除自然氧化膜(例如，硅氧化膜)的第一条件(抛光配方R1：自然氧化膜去除条件)开始抛光。例如，一边供给适合于去除自然氧化膜的浆料，一边进行抛光。此外，也可与此同时或取而代之地，以适合于去除自然氧化膜的抛光负载或抛光转速进行抛光。此时，自然氧化膜与浆料反应，抛光垫的温度因其反应热而急剧上升。此外，开始以第一条件进行抛光后的抛光垫的温度变化、即温度上升率(δ/△)为正(参照图2的A)。
接着，如步骤S4所示，在温度上升率为正→0→负(参照图2的B→C)的时间点，从第一条件切换为对晶圆的裸面(例如，硅晶圆)进行抛光的第二条件(抛光配方R2：裸面抛光条件)，继续进行抛光。例如，一边供给用于晶圆的裸面的保护性高的浆料，一边进行抛光。此处，作为用于晶圆的裸面的保护性高的浆料，使用种类与上述适合于去除自然氧化膜的浆料相同而浓度不同的浆料或种类与上述适合于去除自然氧化膜的浆料不同的浆料。
此外，在本实例中，作为第二条件，相较于第一条件改变了浆料，但也可与此同时或取而代之地将抛光负载或抛光转速改变成适合于对晶圆的裸面进行抛光的值。
此外，在温度上升率为正→0→负的时间点进行抛光配方的变更的原因在于，温度上升率如此从正变成负意味着自然氧化膜与浆料的反应结束、即晶圆上的自然氧化膜被完全去除。
此后，温度上升率维持一段时间呈负的状态后(参照图2的D)，因晶圆与浆料的反应热及摩擦热而再次转换成上升(未图示)。
最后，如步骤S5所示，根据所需的去除量(removal amount)，抛光晶圆的裸面任意时间后，结束本流程。
以上的单面抛光方法在根据抛光垫的温度变化而正确地检测出已完成自然氧化膜的去除后切换抛光配方，而非以时间切换抛光配方。即，通过将从自然氧化膜去除条件切换成裸面抛光条件的时间点设为抛光垫的温度变化从上升变成下降的时间点，能够以批次间没有偏差的方式正确地检测出自然氧化膜已被去除。结果，可充分地抑制边缘塌边。
实施例
以下，列举本发明的实施例来详细地说明本发明，但本发明并不受这些实施例限定。
(实施例)
按以下的实验条件进行硅晶圆的单面抛光。
·实验条件
将抛光垫贴附于陶瓷平台，将安装于抛光头的硅晶圆按压于该抛光垫而进行抛光。
作为自然氧化膜去除条件(抛光配方R1)的浆料，使用含有二氧化硅类磨粒的KOH碱基的碱性水溶液的抛光浆料。另外，通过一边使抛光头与平台分别以20rpm旋转一边使硅晶圆与抛光垫滑动接触，从而进行自然氧化膜的去除。
作为裸面抛光条件(抛光配方R2)的浆料，使用含有二氧化硅类磨粒的NH4OH碱基的碱性水溶液的抛光浆料。此外，通过一边使抛光头与平台分别以40rpm旋转一边使硅晶圆与抛光垫滑动接触，从而进行硅晶圆的裸面的抛光。
为了确定自然氧化膜去除条件(抛光配方R1)与裸面抛光条件(抛光配方R2)的切换时间点，使用辐射温度计测定抛光垫的表面温度，以实时的方式计算其温度上升率。接着，在该温度上升率从上升(正)变成下降(负)的时间点切换抛光配方。
抛光加工进行十二批次，通过求出抛光前后的ESFQD(edge site front leastsquare deviation)的变化量，从而求出边缘塌边的程度。
(比较例)
按以下的实验条件进行硅晶圆的单面抛光。
·实验条件
除了自然氧化膜去除条件(抛光配方R1)与裸面抛光条件(抛光配方R2)的切换时间点以外，以与上述实施例相同的实验条件，进行硅晶圆的抛光。
在比较例中，抛光配方的切换时间点固定在开始抛光的25秒后(氧化膜去除时间＝25秒)。
图3示出了抛光配方的切换时间点。
该图为比较并示出上述实施例与比较例的抛光配方的切换时间点的图。关于因该时间点的不同而显现出何种效果的差异，在以下的检验结果中进行详细说明。
(检验结果)
图4示出抛光前后的ESFQD的变化量。图5为将图4的ESFQD的变化量条形图化而得到的图。
此处，对ESFQD进行说明。ESFQD为评估边缘塌边的指标之一，表示相对于晶圆中央部的表面(基准平面)，晶圆边缘附近距基准平面的位移量。即，ESFQD为负时，意味着位移至基准平面的下侧，ESFQD为正时，意味着位移至基准平面的上侧。
在晶圆的边缘附近，ESFQD为负且该值越小，则意味着边缘塌边越受到抑制。
在图4及图5中，为了对实施例与比较例的因抛光引起的边缘塌边的变化进行相对评估，检验了抛光前后的ESFQD的变化量。
假设在抛光前实施例及比较例的ESFQD相同时，抛光前后的ESFQD的变化量为显示边缘塌边因实施例及比较例的抛光而恶化多少的指标。即，抛光前后的ESFQD的变化量小意味着因抛光引起的边缘塌边小，抛光前后的ESFQD的变化量大意味着边缘塌边因抛光而较大。
其结果，关于抛光前后的ESFQD的变化量，在比较例中，十二批次的平均值为-3.48nm，相对于此，在实施例中，十二批次的平均值为-1.23nm。这意味着与比较例相比，实施例充分地抑制了因抛光引起的边缘塌边。此外，关于显示批次间偏差的标准偏差SD，也从比较例的1.05缩小为实施例的0.72。
根据以上的检验结果可知，在实施例中确认到，其抛光前后的ESFQD的变化量比比较例小，批次间的偏差也更小。即，根据实施例，能够以批次间没有偏差的方式正确地检测出自然氧化膜已被去除，结果证明了能够使边缘塌边充分地小。
如以上说明所述，根据本发明，能够实现通过正确地检测出自然氧化膜已被去除，从而可充分地抑制边缘塌边的单面抛光方法。
另外，本发明不受上述实施方案限定。上述实施方案为例示，具有与本发明的权利要求书中记载的技术构思实质相同的构成、并发挥相同作用效果的技术方案均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种单面抛光方法，其为使用抛光垫进行晶圆的表面的抛光的单面抛光方法，其特征在于，
监测所述抛光垫的温度变化，
从开始所述抛光时起以第一条件对所述晶圆的表面进行抛光；
在所述抛光垫的温度变化从上升变成下降的时间点，从所述第一条件切换成第二条件来对所述晶圆的表面进行抛光。
2.根据权利要求1所述的单面抛光方法，其特征在于，
将所述第一条件设为去除硅氧化膜的条件、将所述第二条件设为对硅晶圆进行抛光的条件来进行所述抛光。
3.根据权利要求1或2所述的单面抛光方法，其特征在于，
将所述第二条件设为浆料、抛光负载及抛光转速中的任意一个以上与所述第一条件不同的条件来进行所述抛光。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的单面抛光方法，其特征在于，
将所述第二条件中使用的浆料设为种类与所述第一条件中使用的浆料相同而浓度不同的浆料、或种类与所述第一条件中使用的浆料不同的浆料来进行所述抛光。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的单面抛光方法，其特征在于，
所述抛光垫的温度变化的监测以实时的方式进行。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的单面抛光方法，其特征在于，
根据装设所述抛光垫的平台的温度变化，检测所述抛光垫的温度变化。
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