WO2020225973A1 - 片面研磨方法 - Google Patents

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健汰 鈴木
正彬 大関
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信越半導体株式会社
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment

Definitions

  • the present invention relates to a single-sided polishing method.
  • the natural oxide film formed on the wafer surface is first removed in the initial stage of polishing, and then the exposed wafer surface (bare surface) is polished.
  • the slurry and the polishing pad tend to have the property of enhancing the protection to the wafer in order to improve the surface roughness and the surface defects.
  • the removal rate of the natural oxide film is extremely lowered due to the high protection to the wafer, which leads to a decrease in productivity. I am. That is, the conditions suitable for the removal of the natural oxide film and the polishing of the bare surface are different (see Patent Document 1).
  • the natural oxide film is first removed under conditions suitable for removing the natural oxide film, and then the bare surface is polished under conditions suitable for polishing the bare surface (for example, bare silicon). It is preferable to do so.
  • the polishing rate for the bare surface is generally high. Therefore, in order to suppress edge roll-off, the bare surface is immediately polished after the natural oxide film is removed. It is necessary to switch to suitable conditions.
  • the removal time of the natural oxide film is examined in advance, and the time obtained by adding a margin to the removal time is defined as the oxide film removal time.
  • the natural oxide film is removed under conditions suitable for removing the natural oxide film.
  • a method was used in which the bare surface was polished under conditions suitable for polishing bare silicon after the removal was performed and the oxide film removal time had elapsed.
  • the oxide film removal time varies from batch to batch, so accurate control is not possible, so edge roll-off can be suppressed accurately. Had a limit.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and proposes a single-sided polishing method capable of sufficiently suppressing edge roll-off by accurately detecting that the natural oxide film has been removed.
  • the purpose is.
  • the present invention is a single-sided polishing method in which the surface of a wafer is polished using a polishing pad, wherein the temperature change of the polishing pad is monitored and the first polishing is started.
  • the surface of the wafer is polished under the conditions, and when the temperature change of the polishing pad changes from rising to falling, the surface of the wafer is polished by switching from the first condition to the second condition.
  • a single-sided polishing method is provided.
  • the polishing recipe can be switched based on the temperature change of the polishing pad, that is, the state of the batch (wafer) actually polishing at that time. That is, unlike the case where the polishing recipe is uniformly switched based on the oxide film removal time obtained in advance, the single-sided polishing method can accurately detect the timing at which the natural oxide film is removed for each batch. Therefore, in single-sided polishing, edge roll-off can be sufficiently suppressed with high accuracy.
  • the polishing with the first condition as a condition for removing the silicon oxide film and the second condition as a condition for polishing the silicon wafer.
  • polishing it is preferable to perform the polishing by assuming that the second condition is different from the first condition in any one or more of the slurry, the polishing load, and the polishing rotation speed.
  • polishing under the first condition polishing of the natural oxide film
  • polishing under the second condition polishing under the second condition
  • the polishing load is the pressure at which the polishing head holding the wafer is pressed against the polishing pad on the surface plate during polishing
  • the polishing rotation speed is the rotation of the polishing head, the surface plate, or both of them during polishing. It's a number.
  • the polishing is performed by using the slurry used under the second condition as the same type but having a different concentration or a different type with respect to the slurry used under the first condition.
  • the temperature of the polishing pad can be measured directly by, for example, a radiation thermometer, but by incorporating a temperature sensor in the surface plate and measuring the temperature of the surface plate, the temperature of the polishing pad can be measured based on the temperature change of the surface plate. It is also possible to detect temperature changes. In this case, the temperature change of the polishing pad can be easily detected by using an inexpensive temperature sensor.
  • the removal of the natural oxide film formed on the wafer surface first proceeds, and then the exposed bare surface is polished.
  • the natural oxide film is removed under conditions suitable for removing the natural oxide film, it is difficult to accurately detect that the natural oxide film has been removed. Therefore, even after the natural oxide film is removed. Since the bare surface is polished under the same conditions, there is a problem that the edge roll-off of the wafer becomes large.
  • the edge roll-off means a displacement from the reference plane near the edge of the wafer with respect to the surface (reference plane) at the center of the wafer, and the edge roll-off can be suppressed from the viewpoint of improving the flatness of the wafer. It is desired.
  • the removal time of the natural oxide film is examined in advance, and the time obtained by adding a margin to the removal time is defined as the oxide film removal time.
  • the conditions suitable for removing the natural oxide film are set. A method was used in which the natural oxide film was removed, and after the oxide film removal time had elapsed, the bare surface was polished under conditions suitable for polishing the bare surface.
  • this polishing method there is a limit in suppressing edge roll-off with high accuracy because the oxide film removal time varies from batch to batch due to the atmospheric temperature at the time of polishing and the transition of batches.
  • the present inventors have removed the natural oxide film on the wafer surface in order to sufficiently suppress edge roll-off and improve the flatness of the wafer in single-sided polishing. It is most important to detect the disease accurately, and it is necessary to find a method for that purpose. In addition, it was judged that it would be difficult to reduce the variation between batches in addition to the time and effort required by the conventional method of investigating the oxide film removal time in advance, and in addition to that, the natural oxide film was removed. We focused on whether there was a method to accurately detect this, and conducted further diligent studies.
  • the temperature of the polishing pad rises sharply due to the reaction between the natural oxide film and the slurry at the start of polishing. After this, when the natural oxide film is completely removed and the reaction is completed, the temperature of the polishing pad drops after reaching the apex. After that, when the bare surface of the wafer is polished, the temperature of the polishing pad rises again.
  • the present inventors have discovered the above-mentioned behavior during single-sided polishing.
  • the present inventors monitor the temperature change on the surface of the polishing pad based on such behavior, and remove the natural oxide film at the time when the temperature change changes from rising (positive) to falling (negative).
  • edge roll-off is sufficiently suppressed with high accuracy.
  • the present invention is a single-sided polishing method in which the surface of a wafer is polished using a polishing pad, the surface of the wafer is monitored under the first condition from the start of the polishing by monitoring the temperature change of the polishing pad.
  • a single-sided polishing method characterized in that the surface of the wafer is polished by switching from the first condition to the second condition when the temperature change of the polishing pad changes from rising to falling. ..
  • FIG. 1 shows the single-sided polishing method of the present invention.
  • FIG. 2 shows the temperature change of the polishing pad. S1 to S5 in the temperature change of the polishing pad of FIG. 2 correspond to S1 to S5 in the flowchart of FIG.
  • step S1 the temperature measurement of the surface of the polishing pad is started using a radiation thermometer.
  • the calculation of the temperature change of the polishing pad that is, the temperature rise rate [° C./sec] is started.
  • the start time of the temperature measurement of the polishing pad is 2 seconds before the start of monitoring the temperature change of the polishing pad, that is, the start of the calculation of the temperature rise rate.
  • the temperature change of the polishing pad can be monitored in real time by immediately calculating the temperature rise rate ( ⁇ / ⁇ ) after measuring the surface temperature of the polishing pad. Further, the temperature rise rate is calculated based on the surface temperature of the polishing pad measured by the radiation thermometer, but instead of this, it may be based on the one corresponding to the temperature change of the polishing pad. For example, it may be calculated based on the platen temperature measured by the temperature sensor. Further, the calculation of the temperature rise rate is preferably performed every second, but the calculation is not limited to this, and may be performed every few seconds.
  • polishing is started under the first condition (polishing recipe R1: natural oxide film removing condition) for removing the natural oxide film (for example, silicon oxide film).
  • polishing is performed while supplying a slurry suitable for removing the natural oxide film.
  • polishing may be performed with a polishing load suitable for removing the natural oxide film or a polishing rotation speed.
  • the natural oxide film reacts with the slurry, and the heat of the reaction causes the temperature of the polishing pad to rise sharply.
  • the temperature change of the polishing pad after the start of polishing under the first condition that is, the temperature rise rate ( ⁇ / ⁇ ) is positive (see A in FIG. 2).
  • step S4 when the temperature rise rate becomes positive ⁇ 0 ⁇ negative (see B ⁇ C in FIG. 2), from the first condition, the bare surface of the wafer (for example, a silicon wafer)
  • the polishing is continued under the second condition (polishing recipe R2: bare surface polishing condition).
  • polishing is performed while supplying a highly protective slurry for the bare surface of the wafer.
  • the highly protective slurry for the bare surface of the wafer the same type but different concentration or different type is used with respect to the slurry suitable for removing the natural oxide film. ..
  • the polishing load or the polishing rotation speed is set to the bare surface of the wafer in accordance with or instead of this. May be changed to a value suitable for polishing.
  • the polishing recipe is changed when the temperature rise rate changes from positive to 0 to negative.
  • the fact that the temperature rise rate changes from positive to negative means that the natural oxide film reacts with the slurry. This means that the natural oxide film on the wafer has been completely removed.
  • the temperature rise rate maintains a negative state for a certain period of time (see D in FIG. 2), and then starts to rise again due to the heat of reaction and frictional heat between the wafer and the slurry (not shown).
  • step S5 the bare surface of the wafer is polished for an arbitrary time according to the required allowance, and then this flow is terminated.
  • the polishing recipe is switched by accurately detecting the completion of removal of the natural oxide film from the change in the temperature of the polishing pad, instead of switching the polishing recipe in time. That is, by setting the switching timing from the natural oxide film removal condition to the bare surface polishing condition to the time when the temperature change of the polishing pad changes from rising to falling, there is no variation between batches that the natural oxide film has been removed. Can be detected accurately. As a result, edge roll-off can be sufficiently suppressed.
  • Example 2 One side polishing of the silicon wafer was performed under the following experimental conditions. -Experimental conditions A polishing pad was attached to a ceramic surface plate, and a silicon wafer attached to a polishing head was pressed against the polishing pad for polishing.
  • polishing slurry of a KOH-based alkaline aqueous solution containing silica-based abrasive grains was used as the slurry under the natural oxide film removal condition (polishing recipe R1). Further, the natural oxide film was removed by sliding the silicon wafer against the polishing pad while rotating the polishing head and the surface plate at 20 rpm.
  • polishing slurry of an NH 4 OH-based alkaline aqueous solution containing silica-based abrasive grains was used as the slurry under the bare surface polishing condition (polishing recipe R2). Further, the bare surface of the silicon wafer was polished by sliding the silicon wafer against the polishing pad while rotating the polishing head and the surface plate at 40 rpm.
  • polishing recipe R1 In order to determine the switching timing between the natural oxide film removal condition (polishing recipe R1) and the bare surface polishing condition (polishing recipe R2), the surface temperature of the polishing pad is measured using a radiation thermometer, and the temperature rise rate is measured in real time. Calculated in. Then, when the temperature rise rate changed from rising (positive) to falling (negative), the polishing recipe was switched.
  • the polishing process was performed in 12 batches, and the degree of edge roll-off was determined by determining the amount of change in ESFQD (edge site front deviation) before and after polishing.
  • FIG. 3 shows the switching timing of the polishing recipe.
  • the figure shows a comparison of the switching timings of the polishing recipes of the above-mentioned example and the comparative example. The difference in effect due to the difference in timing will be described in detail in the following verification results.
  • FIG. 4 shows the amount of change in ESFQD before and after polishing.
  • FIG. 5 is a graph showing the amount of change in ESFQD of FIG.
  • the ESFQD is one of the indexes for evaluating the edge roll-off, and represents the amount of displacement from the reference plane near the edge of the wafer with respect to the surface (reference plane) at the center of the wafer. That is, when ESFQD is negative, it means that it is displaced below the reference plane, and when ESFQD is positive, it means that it is displaced above the reference plane.
  • the ESFQD becomes negative near the edge of the wafer, and the smaller this value is, the more the edge roll-off is suppressed.
  • the amount of change in ESFQD before and after polishing is an index showing how much the edge roll-off was deteriorated by polishing of Examples and Comparative Examples. Become. That is, a small change in ESFQD before and after polishing means that the edge roll-off due to polishing is small, and a large change in ESFQD before and after polishing means that the edge roll-off is large due to polishing. Means.
  • the average value of 12 batches was -3.48 nm in the comparative example, whereas the average value of 12 batches was ⁇ 1.23 nm in the example. It was. This means that in the examples, the edge roll-off due to polishing is sufficiently suppressed as compared with the comparative examples.
  • the standard deviation SD which shows variation between batches, also decreased from 1.05 in Comparative Example to 0.72 in Example.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an example, and any object having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect and effect is the present invention. Is included in the technical scope of.

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Abstract

本発明は、研磨パッドを用いてウェーハの表面の研磨を行う片面研磨方法であって、前記研磨パッドの温度変化をモニタリングし、前記研磨の開始時から第１の条件で前記ウェーハの表面を研磨し、前記研磨パッドの温度変化が上昇から下降に変化した時点で、前記第１の条件から第２の条件に切り替えて前記ウェーハの表面を研磨することを特徴とする片面研磨方法である。これにより、自然酸化膜が除去されたことを正確に検出してエッジロールオフを抑えることができる。

Description

片面研磨方法
　本発明は、片面研磨方法に関する。
　片面研磨では、研磨の初期段階でウェーハ表面に形成された自然酸化膜の除去がまず進行し、その後に露出したウェーハの表面（ベア面）の研磨がなされる。該研磨においては、近年の要求品質の高まりによって、面粗さや表面欠陥改善のために、スラリーや研磨パッドにウェーハへの保護性を高めた特性を持たせる傾向にある。一方で、そのような特性を持ったスラリーや研磨パッドを用いた研磨では、ウェーハへの保護性の高さに伴って、自然酸化膜の除去レートが極端に低下して生産性の低下を招いている。すなわち、自然酸化膜の除去と、ベア面の研磨とでは、それぞれに適した条件が異なっている（特許文献１参照）。
特開２０１７－１３９３１１号公報
　以上から、片面研磨においては、まず、自然酸化膜の除去に適した条件で該自然酸化膜の除去を行い、その後にベア面（例えば、ベアシリコン）の研磨に適した条件でベア面を研磨することが好ましい。この時、自然酸化膜の除去に適した条件では、ベア面に対する研磨レートが概して高くなることから、エッジロールオフを抑えるために、自然酸化膜が除去された後、速やかにベア面の研磨に適した条件に切り替えることが必要となる。
　しかし、膜厚がナノメートルオーダーと極めて薄い自然酸化膜の除去完了を研磨中に即時検出することは一般的に困難である。このため、従来の片面研磨では、予め、自然酸化膜の除去時間を調べ、それにマージンを加えた時間を酸化膜除去時間とし、まず、自然酸化膜の除去に適した条件で該自然酸化膜の除去を行い、酸化膜除去時間が経過した後にベアシリコンの研磨に適した条件でベア面を研磨するという方法を用いていた。しかし、この研磨方法では、研磨時の雰囲気温度やバッチ推移などが原因し、バッチ毎に酸化膜除去時間にバラつきが発生するため、正確なコントロールができないことから、精度よくエッジロールオフを抑えるには限界があった。
　本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、自然酸化膜が除去されたことを正確に検出することで、エッジロールオフを十分に抑えることが可能な片面研磨方法を提案することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明では、研磨パッドを用いてウェーハの表面の研磨を行う片面研磨方法であって、前記研磨パッドの温度変化をモニタリングし、前記研磨の開始時から第１の条件で前記ウェーハの表面を研磨し、前記研磨パッドの温度変化が上昇から下降に変化した時点で、前記第１の条件から第２の条件に切り替えて前記ウェーハの表面を研磨することを特徴とする片面研磨方法を提供する。
　このような片面研磨方法によれば、研磨パッドの温度変化、すなわち、その時に実際に研磨を行っているバッチ（ウェーハ）の状態に基づき、研磨レシピを切り替えることができる。すなわち、上記片面研磨方法は、予め求められた酸化膜除去時間に基づき一律に研磨レシピの切り替えを行う場合と異なり、バッチ毎に、自然酸化膜が除去されたタイミングを正確に検知可能である。従って、片面研磨において、高精度でエッジロールオフを十分に抑えることが可能となる。
　前記第１の条件を、シリコン酸化膜を除去する条件とし、前記第２の条件を、シリコンウェーハを研磨する条件として、前記研磨を行うことが好ましい。
　これにより、シリコンウェーハの研磨において、該シリコンウェーハの表面に形成される自然酸化膜の除去完了を正確に検知できるようになるため、シリコンウェーハのエッジロールオフを改善し、フラットネス特性の向上を図ることができる。
　前記第２の条件を、前記第１の条件に対して、スラリー、研磨荷重、及び研磨回転数のいずれか１つ以上が異なるものとして、前記研磨を行うことが好ましい。
　このように、スラリー、研磨荷重、及び研磨回転数のいずれか１つ以上により研磨レシピの切り替えを行うことで、第１の条件による研磨（自然酸化膜の研磨）から第２の条件による研磨（ウェーハのベア面に対する研磨）にスムーズに切り替えることができる。
　なお、研磨荷重とは、研磨時にウェーハを保持した研磨ヘッドを定盤上の研磨パッドに押し付ける圧力のことであり、研磨回転数とは、研磨時における研磨ヘッド、定盤、又はこれら双方の回転数のことである。
　前記第２の条件で用いるスラリーを、前記第１の条件で用いるスラリーに対して、同じ種類で濃度が異なるもの、又は異なる種類のものとして、前記研磨を行うことが好ましい。
　このように、スラリーの濃度又は種類により研磨レシピの切り替えを行うことで、上記と同様に、第１の条件による研磨から第２の条件による研磨にスムーズに切り替えることができる。
　前記研磨パッドの温度変化のモニタリングをリアルタイムで行うことが好ましい。
　これにより、研磨パッドの温度変化が上昇から下降に変化した時点、すなわち、ウェーハ上の自然酸化膜の除去完了をより正確に検知できるため、シリコンウェーハのエッジロールオフを改善し、フラットネス特性の向上を図るという効果が増大する。
　前記研磨パッドの温度変化を前記研磨パッドが装着される定盤の温度変化に基づき検知することが好ましい。
　研磨パッドの温度は、例えば、放射温度計により直接測定することが可能であるが、定盤に温度センサを組み込み、定盤の温度を測定することで、定盤の温度変化に基づき研磨パッドの温度変化を検知することも可能である。この場合、廉価な温度センサを用いて簡単に研磨パッドの温度変化を検知できる。
　以上のように、本発明によれば、自然酸化膜が除去されたことを正確に検出することで、高い精度でエッジロールオフを十分に抑えることが可能な片面研磨方法を実現することができる。
本発明の片面研磨方法を示すフローチャートである。 研磨パッドの温度変化を示す図である。 研磨レシピの切り替えタイミングを示す図である。 研磨前後でのＥＳＦＱＤの変化量を示す図である。 図４のＥＳＦＱＤの変化量をグラフ化した図である。
　上記のとおり、片面研磨では、ウェーハ表面に形成された自然酸化膜の除去がまず進行し、その後に露出したベア面の研磨がなされる。ここで、自然酸化膜の除去に適した条件で該自然酸化膜を除去すると、該自然酸化膜が除去されたことを正確に検出することが難しいために、自然酸化膜が除去された後も同じ条件でベア面を研磨することになり、ウェーハのエッジロールオフが大きくなる問題があった。
　ここで、エッジロールオフとは、ウェーハ中央部における表面（基準平面）に対するウェーハのエッジ近傍での基準平面からの変位を意味し、ウェーハのフラットネス向上の観点からエッジロールオフを抑制することが望まれている。
　従来、このエッジロールオフを抑えるために、予め、自然酸化膜の除去時間を調べておき、それにマージンを加えた時間を酸化膜除去時間とし、まず、自然酸化膜の除去に適した条件で該自然酸化膜の除去を行い、酸化膜除去時間が経過した後にベア面の研磨に適した条件で該ベア面を研磨するという方法を用いていた。しかし、この研磨方法では、研磨時の雰囲気温度やバッチ推移などが原因し、バッチ毎に酸化膜除去時間にバラつきが発生するため、高い精度でエッジロールオフを抑えるには限界があった。
　このようなことから、自然酸化膜が除去されたことを正確に検出することで、エッジロールオフを十分に抑えることが可能な片面研磨方法の開発が望まれていた。
　本発明者らは、上記問題について鋭意検討を重ねた結果、片面研磨において、エッジロールオフを十分に抑えてウェーハのフラットネスの改善を図るには、ウェーハ表面の自然酸化膜が除去されたことを正確に検出することが最も重要であり、そのための手法を見出すことが必要であると考えた。また、従来のように、酸化膜除去時間を予め調べておく手法では、手間がかかる上に、バッチ間のバラつきを小さくすることが難しいと判断し、それ以外に、自然酸化膜が除去されたことを正確に検出する手法がないかに重点を置き、さらに鋭意検討を重ねた。
　その結果、全てのバッチに対して、予め求められた時間に基づき、一律に研磨レシピの切り替えを行うのではなく、バッチ毎に自然酸化膜の除去完了を検出することが、バッチ間のバラつき無く、正確に自然酸化膜の除去完了を検出できる唯一の手段との結論に至った。そして、バッチ毎に自然酸化膜の除去完了を検出する手法として、本発明者らは、研磨パッドの温度変化に着目した。
　すなわち、自然酸化膜の除去に適した研磨条件では、研磨開始に伴って自然酸化膜とスラリーが反応することで、研磨パッドの温度が急峻に上昇する。この後、自然酸化膜が完全に除去されて該反応が終了すると、研磨パッドの温度は、頂点に達した後に低下する。さらにこの後、ウェーハのベア面が研磨されると、再度、研磨パッドの温度が上昇する。本発明者らは、以上のような片面研磨時の挙動を発見した。
　そこで、本発明者らは、このような挙動に基づき、研磨パッドの表面の温度変化をモニタリングし、該温度変化が上昇（正）から下降（負）に変化した時点を自然酸化膜の除去が完了した時点とし、その時点で研磨レシピの切り替え（自然酸化膜の除去に適した条件からベア面の研磨に適した条件への切り替え）を行うことで、高精度でエッジロールオフを十分に抑えてウェーハのフラットネスの改善を図ることができることを見出し、本発明を完成させた。
　すなわち、本発明は、研磨パッドを用いてウェーハの表面の研磨を行う片面研磨方法であって、前記研磨パッドの温度変化をモニタリングし、前記研磨の開始時から第１の条件で前記ウェーハの表面を研磨し、前記研磨パッドの温度変化が上昇から下降に変化した時点で、前記第１の条件から第２の条件に切り替えて前記ウェーハの表面を研磨することを特徴とする片面研磨方法である。
　以下、本発明の実施の形態について、添付した図面に基づいて具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
　図１は、本発明の片面研磨方法を示す。図２は、研磨パッドの温度変化を示す。
　図２の研磨パッドの温度変化におけるＳ１～Ｓ５は、図１のフローチャートにおけるＳ１～Ｓ５に対応する。
　まず、ステップＳ１に示すように、放射温度計を用いて、研磨パッドの表面の温度測定を開始する。併せて、研磨パッドの温度変化、すなわち、温度上昇率［℃／ｓｅｃ］の計算を開始する。ここで、研磨パッドの温度測定の開始時点は、研磨パッドの温度変化のモニタリングを開始する時点、すなわち、温度上昇率の計算を開始する時点の２秒前とする。
　なお、研磨パッドの温度変化のモニタリングは、研磨パッドの表面温度を測定した後、直ちに温度上昇率（δ／Δ）を計算することでリアルタイムに行うことができる。また、温度上昇率の計算は、放射温度計により測定された研磨パッドの表面温度に基づき計算しているが、これに代えて、研磨パッドの温度変化に対応しているものに基づいてもよく、例えば、温度センサにより測定された定盤温度に基づき計算してもよい。また、温度上昇率の計算は、１秒毎に行うのが好ましいが、これに限られず、数秒毎に行ってもよい。
　次に、ステップＳ２に示すように、ウェーハを保持した研磨ヘッドを研磨位置に移動させる。この後、ステップＳ３に示すように、自然酸化膜（例えば、シリコン酸化膜）を除去する第１の条件（研磨レシピＲ１：自然酸化膜除去条件）で、研磨を開始する。例えば、自然酸化膜を除去するのに適したスラリーを供給しながら研磨を行う。また、これに併せて、又はこれに代えて、自然酸化膜を除去するのに適した研磨荷重、又は研磨回転数で、研磨を行ってもよい。この時、自然酸化膜とスラリーとが反応し、その反応熱により研磨パッドの温度が急激に上昇する。なお、第１の条件での研磨を開始してからの研磨パッドの温度変化、すなわち、温度上昇率（δ／Δ）は、正である（図２のＡ参照）。
　次に、ステップＳ４に示すように、温度上昇率が正→０→負（図２のＢ→Ｃ参照）となった時点で、第１の条件から、ウェーハのベア面（例えば、シリコンウェーハ）を研磨する第２の条件（研磨レシピＲ２：ベア面研磨条件）で、研磨を継続する。例えば、ウェーハのベア面用の保護性の高いスラリーを供給しながら研磨を行う。ここで、ウェーハのベア面用の保護性の高いスラリーとしては、上記の自然酸化膜を除去するのに適したスラリーに対して、同じ種類で濃度が異なるもの、又は異なる種類のものが用いられる。
　また、本例では、第２の条件として、第１の条件に対して、スラリーを変化させているが、これに併せて、又はこれに代えて、研磨荷重又は研磨回転数をウェーハのベア面を研磨するのに適した値に変化させてもよい。
　なお、温度上昇率が正→０→負となった時点で研磨レシピの変更を行うのは、このように温度上昇率が正から負へ変わったということは、自然酸化膜とスラリーとの反応が終了したこと、すなわち、ウェーハ上の自然酸化膜が完全に除去されたことを意味するからである。
　この後、温度上昇率は、一定期間、負の状態を維持した後（図２のＤ参照）、ウェーハとスラリーとの反応熱及び摩擦熱により、再度、上昇に転じる（図示せず）。
　最後に、ステップＳ５に示すように、必要な取り代に応じて、任意の時間、ウェーハのベア面を研磨した後、本フローを終了する。
　以上の片面研磨方法によれば、研磨レシピの切り替えを時間で行うのではなく、研磨パッドの温度の変化から自然酸化膜の除去完了を正確に検知して研磨レシピの切り替えを行う。すなわち、自然酸化膜除去条件からベア面研磨条件への切り替えタイミングを、研磨パッドの温度変化が上昇から下降に変化した時点とすることで、自然酸化膜が除去されたことをバッチ間のバラつき無しに正確に検出することができる。その結果、エッジロールオフを十分に抑えることが可能となる。
　以下に本発明の実施例を挙げて、本発明を詳細に説明するが、これらは、本発明を限定するものではない。
（実施例）
　以下の実験条件でシリコンウェーハの片面研磨を行った。
　・実験条件
　セラミック定盤に研磨パッドを貼り付け、研磨ヘッドに取り付けられたシリコンウェーハを該研磨パッドに押し付けて研磨を行った。
　自然酸化膜除去条件（研磨レシピＲ１）のスラリーとしては、シリカ系砥粒を含むＫＯＨベースのアルカリ性水溶液の研磨スラリーを用いた。また、研磨ヘッドと定盤をそれぞれ２０ｒｐｍで回転させながらシリコンウェーハを研磨パッドに摺接させることで、自然酸化膜の除去を行った。
　ベア面研磨条件（研磨レシピＲ２）のスラリーとしては、シリカ系砥粒を含むＮＨ４ＯＨベースのアルカリ性水溶液の研磨スラリーを用いた。また、研磨ヘッドと定盤をそれぞれ４０ｒｐｍで回転させながらシリコンウェーハを研磨パッドに摺接させることで、シリコンウェーハのベア面の研磨を行った。
　自然酸化膜除去条件（研磨レシピＲ１）とベア面研磨条件（研磨レシピＲ２）との切り替えタイミングを決定するため、放射温度計を用いて研磨パッドの表面温度を測定し、その温度上昇率をリアルタイムで計算した。そして、該温度上昇率が上昇（正）から下降（負）になった時点で、研磨レシピを切り替えた。
　研磨加工は１２バッチ行い、研磨前後でのＥＳＦＱＤ（ｅｄｇｅ　ｓｉｔｅ　ｆｒｏｎｔ　ｌｅａｓｔ　ｓｑｕａｒｓ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）の変化量を求めることで、エッジロールオフの度合いを求めた。
（比較例）
　以下の実験条件でシリコンウェーハの片面研磨を行った。
　・実験条件
　自然酸化膜除去条件（研磨レシピＲ１）とベア面研磨条件（研磨レシピＲ２）との切り替えタイミングを除き、上記実施例と同じ実験条件で、シリコンウェーハの研磨を行った。
　比較例では、研磨レシピの切り替えタイミングは、研磨開始から２５秒後（酸化膜除去時間＝２５秒）に固定した。
　図３は、研磨レシピの切り替えタイミングを示す。
　同図は、上記の実施例と比較例の研磨レシピの切り替えタイミングを比較して表すものである。該タイミングの違いによりどのような効果の差が表れたかについて、以下の検証結果で詳細に説明する。
（検証結果）
　図４は、研磨前後でのＥＳＦＱＤの変化量を示す。図５は、図４のＥＳＦＱＤの変化量をグラフ化した図である。
　ここで、ＥＳＦＱＤについて説明する。ＥＳＦＱＤとは、エッジロールオフを評価する指標の一つであり、ウェーハ中央部における表面（基準平面）に対するウェーハのエッジ近傍での基準平面からの変位量を表す。すなわち、ＥＳＦＱＤがマイナスのときは、基準平面よりも下側に変位していることを意味し、ＥＳＦＱＤがプラスのときは、基準平面よりも上側に変位していることを意味する。
　ウェーハのエッジ近傍では、ＥＳＦＱＤはマイナスになり、この値が小さいほどエッジロールオフが抑制されていることを意味する。
　図４及び図５では、実施例と比較例との間で、研磨によるエッジロールオフの変化を相対評価できるように、研磨前後でのＥＳＦＱＤの変化量を検証した。
　研磨前において、実施例及び比較例のＥＳＦＱＤが同じであると仮定すると、研磨前後でのＥＳＦＱＤの変化量は、実施例及び比較例の研磨によってエッジロールオフがどれだけ悪化したかを示す指標となる。すなわち、研磨前後でのＥＳＦＱＤの変化量が小さいということは、研磨によるエッジロールオフが小さいことを意味し、研磨前後でのＥＳＦＱＤの変化量が大きいということは、研磨によりエッジロールオフが大きいことを意味する。
　その結果、研磨前後でのＥＳＦＱＤの変化量について、比較例では、１２バッチの平均値が－３．４８ｎｍであったのに対し、実施例では、１２バッチの平均値が－１．２３ｎｍであった。これは、実施例では、比較例よりも、研磨によるエッジロールオフが十分に抑えられていることを意味する。また、バッチ間バラつきを示す標準偏差ＳＤについても、比較例の１．０５から実施例の０．７２へと小さくなった。
　以上の検証結果から分かるように、実施例では、比較例に対して、研磨前後でのＥＳＦＱＤの変化量が小さく、バッチ間のバラつきもより小さいことが確認された。すなわち、実施例によれば、自然酸化膜が除去されたことをバッチ間のバラつき無しに正確に検出でき、その結果、エッジロールオフを十分に小さくできることが立証された。
　以上、説明してきたように、本発明によれば、自然酸化膜が除去されたことを正確に検出することで、エッジロールオフを十分に抑えることが可能な片面研磨方法を実現することができる。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (6)

  1. 　研磨パッドを用いてウェーハの表面の研磨を行う片面研磨方法であって、
    　前記研磨パッドの温度変化をモニタリングし、
    　前記研磨の開始時から第１の条件で前記ウェーハの表面を研磨し、
    　前記研磨パッドの温度変化が上昇から下降に変化した時点で、前記第１の条件から第２の条件に切り替えて前記ウェーハの表面を研磨することを特徴とする片面研磨方法。
  2. 　前記第１の条件を、シリコン酸化膜を除去する条件とし、前記第２の条件を、シリコンウェーハを研磨する条件として、前記研磨を行うことを特徴とする請求項１に記載の片面研磨方法。
  3. 　前記第２の条件を、前記第１の条件に対して、スラリー、研磨荷重、及び研磨回転数のいずれか１つ以上が異なるものとして、前記研磨を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の片面研磨方法。
  4. 　前記第２の条件で用いるスラリーを、前記第１の条件で用いるスラリーに対して、同じ種類で濃度が異なるもの、又は異なる種類のものとして、前記研磨を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の片面研磨方法。
  5. 　前記研磨パッドの温度変化のモニタリングをリアルタイムで行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の片面研磨方法。
  6. 　前記研磨パッドの温度変化を前記研磨パッドが装着される定盤の温度変化に基づき検知することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の片面研磨方法。
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