(57)【要約】【課題】２２ｎｍの未来世代の技術要件を満たし、４５０ｍｍのウェーハの新しい世代にも適している新規のポリッシング法を提供する。【解決手段】半導体ウェーハの裏面を研磨パッド中に固定された砥粒を含有する研磨パッドでポリッシングし、半導体ウェーハの前面を研磨パッド中に固定された砥粒を含有する研磨パッドで粗研磨し、微小粗さと微小損傷を半導体ウェーハの前面から研磨パッドでの半導体ウェーハの前面のポリッシングによって除去し、半導体ウェーハの前面を研磨パッド中に固定された砥粒を含有しない研磨パッドでの半導体ウェーハの前面のポリッシングによって仕上げポリッシングする。【効果】端面除外領域におけるローカルジオメトリーの改善に適している。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の工程を規定された順序で有する、半導体ウェーハの両面をポリッシングする方法において、
ａ）半導体ウェーハの裏面を研磨パッド中に固定された砥粒を含有する研磨パッドでポリッシングし、この場合、このポリッシング工程中に、固体を含有しないポリッシング剤溶液は、半導体ウェーハの裏面と研磨パッドとの間に導入され；
ｂ）半導体ウェーハの前面を研磨パッド中に固定された砥粒を含有する研磨パッドで粗研磨し、この場合、このポリッシング工程中に、固体を含有しないポリッシング剤溶液は、半導体ウェーハの前面と研磨パッドとの間に導入され；
ｃ）微小粗さと微小損傷を半導体ウェーハの前面から研磨パッドでの半導体ウェーハの前面のポリッシングによって除去し、この場合、このポリッシング工程中に、砥粒を含有するポリッシング剤溶液は、半導体ウェーハの前面と研磨パッドとの間に導入され：
ｄ）半導体ウェーハの前面を研磨パッド中に固定された砥粒を含有しない研磨パッドでの半導体ウェーハの前面のポリッシングによって仕上げポリッシングし、この場合、このポリッシング工程中に、砥粒を含有するポリッシング剤溶液は、半導体ウェーハの前面と研磨パッドとの間に導入されることを特徴とする、半導体ウェーハの両面をポリッシングする方法。
【請求項２】
工程ａ）および工程ｂ）によるポリッシング剤溶液は、水または化合物の炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）またはこれらの任意の混合物の水溶液である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ポリッシング剤溶液のｐＨは、１０〜１２であり、ポリッシング剤溶液中の前記化合物の割合は、０．０１〜１０質量％である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
さらにポリッシング工程を工程ｂ）と工程ｃ）との間で研磨パッド中に固定された砥粒を含有する研磨パッドで実施し、この場合この砥粒を含有するポリッシング剤溶液は、ポリッシング工程中に半導体ウェーハの前面と研磨パッドとの間に導入される、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
工程ｃ）および工程ｄ）によるポリッシング剤懸濁液中の砥粒の割合は、有利に０．２５〜２０質量％である、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
工程ｃ）および工程ｄ）によるポリッシング剤懸濁液中の砥粒の割合は、有利に０．２５〜１質量％である、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
平均粒径は、５〜３００ｎｍである、請求項６記載の方法。
【請求項８】
平均粒径は、５〜５０ｎｍである、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ポリッシング剤懸濁液中の砥粒は、元素のアルミニウム、セリウムまたはシリコンの酸化物の１つまたはそれ以上から構成されている、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ポリッシング剤懸濁液は、コロイド状の分散シリカを含有する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
ポリッシング剤懸濁液のｐＨは、９〜１１．５の範囲内にある、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
ポリッシング剤懸濁液のｐＨは、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）またはこれらの化合物の任意の混合物から選択された添加剤によって調節される、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
工程ａ）および工程ｂ）で使用される研磨パッドは、元素のセリウム、アルミニウム、シリコンまたはジルコニウムの酸化物の粒子、または硬質物質、例えば窒化ケイ素、窒化ホウ素またはダイヤモンドの粒子から選択された砥粒を含有する、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
固定された砥粒を含有しない研磨パッドは、工程ｃ）で使用される、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
固定された砥粒を含有する研磨パッドは、工程ｃ）で使用される、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の砥粒を有する研磨パッドを使用する、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
半導体ウェーハは、３００ｍｍまたはそれ以上の緒系を有するシリコンウェーハである、請求項１から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法によって研磨された前面および裏面、ならびにＴＨＡ−２（ＳＥＭＩ標準Ｍ４３）として表現された、１〜１０ｎｍの前面ナノトポロジーを有する、３００ｍｍまたはそれ以上の直径を有するシリコンウェーハ。
【請求項１９】
ＴＨＡ−２として表現された、１〜５ｎｍの前面ナノトポロジーを有する、請求項１７記載のシリコンウェーハ。
【請求項２０】
４５０ｍｍの直径を有する、請求項１７または１８記載のシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの両面をポリッシングする方法に関する。
【０００２】
殊に、本発明は、次世代の技術のシリコンウェーハ、主に４５０ｍｍの直径を有するウェーハをポリッシングすることを意図している。
【背景技術】
【０００３】
現在、３００ｍｍの直径を有する、研磨されたかまたはエピタキシー処理された半導体ウェーハは、電子工業において最も要求の厳しい用途に使用されている。２００ｍｍの直径を有するシリコンウェーハは、次第に３００ｍｍのウェーハによって置き換えられている。
【０００４】
マイクロプロセッサーであろうとメモリーチップスであろうと、それらの構成部品の製造のために電子工業でよりいっそう大きな基板が何故要求されているのかという疑問に対する本質的な理由は、この構成部品に見込まれる多大な経済的利点にある。半導体工業においては、有用な基板領域上にピントを合わせるか、或いは換言すれば、如何にして数多くの構成部品、即ち論理チップスまたはメモリーチップスを個々の基板上に収容することができるのかを久しく考察してきた。これは、構成部品の製造業者の多重の処理工程が全ての基板を意図しているが、しかし、基板を構成するための個々の工程も存在し、即ち構成部品の構造体を製造し、その後に個々のチップスを生じる個々の工程も存在し、それ故に、処理工程の２つのグループのための製造費は、殊に基板の寸法によって決定されるという事実に関連する。基板の寸法は、構成部品による製造費に著しく影響を及ぼし、それ故に、測り知れない経済的重要性を有する。
【０００５】
しかし、基板の直径を増加させることは、大きな、時として全く新しくこれまで知られていない技術的問題を必然的に伴なう。
【０００６】
最後に、全ての処理工程は、該処理工程が純粋に機械的（鋸引き、研磨、ラップ仕上げ）なのか、化学的（エッチング、清浄化）なのか、或いはケミカルメカニカル的（ポリッシング）なのか、ならびに熱的処理（エピタキシー、アニーリング）なのかは、殊に前記処理工程に使用される機械およびシステム（装置）に関連して十分な修正が必要である。
【０００７】
本発明は、ウェーハがメモリーチップスの製造に意図されている場合には最後の本質的な処理工程として半導体ウェーハのポリッシングにピントを合わせており、或いはウェーハがマイクロプロセッサーを製造するための所謂エピウェーハ（epi wafer）として使用されることに意図されている場合には原理的に半導体ウェーハのエピタキシーより重要である、終わりから２番目の本質的な処理工程としてピントを合わせている。
【０００８】
本発明者は、４５０ｍｍのウェーハをポリッシングする方法には、基本的な変化が必要であることを見出した。新規のポリッシング法を定義することを考慮に入れた、公知技術水準で公知の前記のポリッシング法は、下記に呈示されるであろう。公知技術水準で公知の前記のポリッシング法は、両面ポリッシング（ＤＳＰ）およびケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）の通常使用される方法の変法を含み、１つの場合には、粗研磨（stock polishing）としてポリッシング剤を供給しながら研磨パッドを用いて半導体ウェーハの両面をポリッシングすること（ＤＳＰ工程）を有し、他の場合には、所謂曇りなしのポリッシングとしてよりいっそう軟質の研磨パッドを使用しながら前面（"構成部品側"）だけを仕上げポリッシングすること（ＣＭＰ工程、"仕上げ加工"）を有するが、しかし、比較的新しい所謂"固定砥粒形ポリッシング"（ＦＡＰ）技術も含み、この場合半導体ウェーハは、研磨パッド上でポリッシングされるが、しかし、この研磨パッドは、研磨パッド中に固定された砥粒を含有する（"固定砥粒形パッド（fixed-abrasive pad）"）。このようなＦＡＰパッドが使用されるポリッシング工程は、簡潔さのために、以下、ＦＡＰ工程と呼称される。
【０００９】
ＷＯ  ９９／５５４９１Ａ１には、第１のＦＡＰ工程およびその後の第２のＣＭＰポリッシング工程を有する２工程のポリッシング法が記載されている。ＣＭＰに対して、研磨パッドは、固定砥粒を含有していない。ＤＳＰ工程の場合と同様に、砥粒は、ここでは懸濁液の形で半導体ウェーハと研磨パッドとの間に導入される。このような２工程のポリッシング法は、殊にＦＡＰ工程が基板のポリッシングされた表面上の背後に残された引掻き傷を除去するために使用される。
【００１０】
また、欧州特許出願公開第１７１７００１号明細書Ａ１は、半導体ウェーハのポリッシングのために使用されるＦＡＰ工程の１例であり、この半導体ウェーハの表面構造部品の構造体は、未だ形成されていない。このような半導体ウェーハのポリッシングは、特に平面であり、最小の可能な微小粗さおよびナノトポグラフィーを有する少なくとも１つの側面を形成させることを主に意図するものである。
【００１１】
ＵＳ  ２００２／００６０９９６７Ａ１の記載は、電子構成部品の製造中にトポグラフィカルな表面を平坦化するためのＣＭＰ法に関する。第１の目的は、ＦＡＰ研磨パッドを使用した場合に比較的低い除去速度の欠点を多少とも解決させることである。一連のポリッシング工程が提案され、この場合ポリッシングは、最初にポリッシング剤懸濁液と組合わせてＦＡＰパッドを用いて実施され、その後にポリッシング剤溶液と一緒にＦＡＰパッドを用いて実施される。一連の工程は、慎重に除去速度を増加させるために選択される。均一な組成を有する材料から形成されたウェーハ、例えばシリコンウェーハのポリッシングは、この明細書中には、開示されていない。
【００１２】
同様に、ＷＯ  ０３／０７４２２８Ａ１には、電子構成部品の製造中にトポグラフィカルな（topographical）表面を平坦化するための方法が開示されている。この場合、この発明の目的は、ＣＭＰ法の終止点を見い出すことにある。公知であるように、終止点を見出すことは、実際にはポリッシングされることが意図されていない領域の除去が引き起こされる前に、ポリッシング、ひいては材料の除去を即座に終結させることを含む。この目的のために、銅層をポリッシングするための２工程法が提案されている。第１工程において、ＦＡＰ研磨パッドを用いてポリッシングは、実施され、この場合ポリッシング剤は、場合によっては自由砥粒粒子を含有していてもよいし、自由砥粒粒子を含有していなくともよい。しかしながら、第２のポリッシング工程においては、ポリッシングは、同様にＦＡＰパッドを用いて実施され、ポリッシング剤を自由砥粒粒子と一緒に使用することは、本質的なことである。
【００１３】
本願の優先権主張日には未だ刊行されていない、出願番号１０２００７０３５２６６を有するドイツ連邦共和国特許出願には、互いに異なるＦＡＰタイプの２つの工程を有し、固定砥粒を固体物質として含有するポリッシング剤懸濁液が１つのポリッシング工程で基板と研磨パッドとの間に導入され、一方、第２のポリッシング工程でポリッシング剤懸濁液が固体を含有しないポリッシング剤溶液によって代替されることを特徴とする、半導体材料から形成された基板をポリッシングするための方法が記載されている。
【００１４】
ポリッシング剤の表現は、以下、ポリッシング剤懸濁液およびポリッシング剤溶液のための１つの包括的な用語として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＷＯ  ９９／５５４９１Ａ１
【特許文献２】欧州特許出願公開第１７１７００１号明細書Ａ１
【特許文献３】ＵＳ  ２００２／００６０９９６７Ａ１
【特許文献４】ＷＯ  ０３／０７４２２８Ａ１
【特許文献５】出願番号１０２００７０３５２６６を有するドイツ連邦共和国特許出願
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
目的
公知技術水準で公知の全ての方法は、常用の両面ポリッシング法およびＦＡＰポリッシング法を含めて素材のポリッシングに関連して極めて重大な欠点を有する。
【００１７】
半導体ウェーハの両面は、同時にポリッシングされ、通常、両面ポリッシングで"エッジロールオフ（edge roll-off）"と呼ばれている不利な端部対称、即ち半導体ウェーハの厚さに対する端部の減少をまねく。試験によれば、この問題は、よりいっそう大きな直径を有するウェーハ、即ち例えば４５０ｍｍの直径を有する前記ウェーハをポリッシングする場合であっても、さらに悪化されることを示した。よりいっそう大きな基板は、ウェーハ端部とウェーハの残りの領域との差動によるポリッシング除去率（differential polishing removal）の増加を必然的に伴い、したがってエッジロールオフは、さらにいっそう顕著になる。
【００１８】
これは、国際的に合意された所謂ロードマップ（ITRS, "International Technology Roadmap for Semiconductors", chapter "Front End Processes"）によれば、半導体ウェーハの製造業者には、構成部品の製造に使用されうるウェーハの領域を増大させかつ構成部品にとって有効でない所謂"端面除外領域（edge exclusion）"を減少させることが要求されているという事実により、殊に問題である。
【００１９】
２ｍｍの端面除外領域は、通例、受け入れ可能であると考えられているが、最初にこの寸法は、４５０ｍｍへのウェーハ直径の増加のために今後は達成がよりいっそう困難になり、その後にたとえ１ｍｍに減少させるのであっても達成がよりいっそう困難になるであろう。
【００２０】
これは、エッジロールオフを著しく減少させることによってのみ達成されるであろう。このエッジロールオフは、完全に除去されることが望ましい。
【００２１】
ＩＴＲＳロードマップによりいっそう厳格に要求されている別の要件は、半導体ウェーハのナノトポグラフィーである。ナノトポグラフィーは、２ｍｍ×２ｍｍの面積を有する平方寸法のウィンドウを基礎とする高さの変化ＰＶ（＝"山対谷"）として通常表現される。
【００２２】
この場合も、以前のポリッシング法では半導体ウェーハの増加した要件を満たすには不十分であることが随分前に見い出された。
【００２３】
最後に、エッジジオメトリーおよびナノトポグラフィーの代わりに、大域的な平坦性およびローカル平坦度も次世代の技術およびその後の世代の技術を形成させるのに極めて重要である。
【００２４】
１つの特に重要な性質は、半導体ウェーハの前面のローカル平坦度またはローカルジオメトリーである。
【００２５】
現在のステッパー技術では、例えばＳＦＱＲ（"site front-surface referenced least squares/range"＝定義された寸法の構成部品表面（測定ウィンドウ、"サイト"）のために最小二乗最小化によって定義された、前面からの正負のずれの大きさ）として表現される、半導体ウェーハの前面の小区域中での場合によるローカル平坦度が要求される。ローカル平坦度の最大値ＳＦＱＲmaxは、半導体ウェーハを考慮に入れた構成部品の表面のための最高のＳＦＱＲ値を示す。
【００２６】
ローカル平坦度の最大値は、従来、２ｍｍの端面除外領域を考慮に入れることによって測定された。基準端面除外領域の内側の半導体ウェーハ上の１つの領域は、従来、"固定品質領域（fixed quality area）"、略してＦＱＡと呼ばれてきた。ＦＱＡの外側に領域の一部分を有しているが、しかし、ＦＱＡの内側に中心が位置しているサイトは、"部分サイト"と呼ばれる。
【００２７】
一般に承認された経験則には、半導体ウェーハのＳＦＱＲmax値は、半導体ウェーハ上に製造されるべき半導体構成部品のために前記半導体ウェーハに対して可能な線幅と等しくなければならないかまたはこの線幅より小さくなければならないことが述べられている。この値を越えると、ステッパーに対してピント合わせの問題をまねき、それ故に該当構成部品の損失をまねく。
【００２８】
現在、市場で入手可能な半導体ウェーハは、４５ｎｍ世代の技術（線幅＝４５ｎｍ）に対応し、この技術は、次第に既に開発された３２ｎｍ技術によって置き換えられており、したがって構成部品製造業者もこの程度にまで次第にデバイスプロセスを変更している。これに続くであろう２２ｎｍ世代の技術は、既に開発中である。通常のポリッシング法では、実際に２２ｎｍの設計ルールの要件を満たすには不十分であることが見い出された。
【００２９】
それ故に、本発明の目的は、未来世代の技術要件を満たし、４５０ｍｍのウェーハの新しい世代にも適している新規のポリッシング法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明の説明
この目的は、次の工程を規定された順序で有する：
ａ）半導体ウェーハの裏面を研磨パッド中に固定された砥粒を含有する研磨パッドでポリッシングし、この場合、このポリッシング工程中に、固体を含有しないポリッシング剤溶液は、半導体ウェーハの裏面と研磨パッドとの間に導入され；
ｂ）半導体ウェーハの前面を研磨パッド中に固定された砥粒を含有する研磨パッドで粗研磨し、この場合、このポリッシング工程中に、固体を含有しないポリッシング剤溶液は、半導体ウェーハの前面と研磨パッドとの間に導入され；
ｃ）微小粗さと微小損傷を半導体ウェーハの前面から研磨パッドでの半導体ウェーハの前面のポリッシングによって除去し、この場合、このポリッシング工程中に、砥粒を含有するポリッシング剤溶液は、半導体ウェーハの前面と研磨パッドとの間に導入され：
ｄ）半導体ウェーハの前面を研磨パッド中に固定された砥粒を含有しない研磨パッドでの半導体ウェーハの前面のポリッシングによって仕上げポリッシングし、この場合、このポリッシング工程中に、砥粒を含有するポリッシング剤溶液は、半導体ウェーハの前面と研磨パッドとの間に導入される、半導体ウェーハの両面をポリッシングする方法によって達成される。
【００３１】
本発明者は、半導体ウェーハの前面および裏面の連続したポリッシングだけが前記方法に適していることを見出した。これまで使用されてきた、キャリヤーディスク上に同時に保持された複数の半導体ウェーハを両面で研磨するバッチ式のポリッシング法は、前記方法のためには全く不十分であり、シングルディスク処理によって置き換える必要があった。
【００３２】
半導体ウェーハの前面および裏面の前記のシングルディスク処理は、本発明によれば、有利に同じポリッシング機で連続して行なわれ、この処理は、粗研磨に対応するポリッシング工程（通常のＤＳＰ工程と同様）と曇りなしのポリッシングに対応するポリッシング工程（通常のＣＭＰと同様）の双方を有する。
【００３３】
裏面の処理は、第２のポリッシング機で行なわれるか、または半導体ウェーハの前面の処理に使用されたものと同じもので行なわれ、この後者の変法は、常にＤＳＰ工程およびＣＭＰ工程を含む先の通常の順序の場合よりも著しく少ないポリッシング装置を用いて行なうという利点を提供する。ウェーハの裏面を処理するために必要とされ、よりいっそう効果的に配置される第２のポリッシング機を有する変法のために、例えば全部で３個の研磨プレート上に固定砥粒形ポリッシングパッドを備えた、Applied Materials社のレフレクション型（the Reflection type）のポリッシング機を装備させ、その後にウェーハの裏面ポリッシングを実施することは、考えられる。その後の工程で、既に裏面ポリッシングされたウェーハは、同じ型の別のポリッシング機で、例えばロットごとに前面が研磨され、この場合には、項目ｂ）〜ｄ）に記載されたポリッシング工程が連続して使用される。
【００３４】
更に、製造順序に伴なう簡易化は、付加的な費用の節約を可能にする。
【００３５】
本発明は、エッジロールオフの改善、殊に部分的なサイトの改善によって研磨された半導体ウェーハのエッジジオメトリーの改善を達成することを可能にする。ナノトポロジーまたはナノトポグラフィーに関連して、既に２２ｎｍの設計ルールの要件を満たす値が達成されている。
【００３６】
これは、例えば端部領域内でジオメトリーにプラスに影響を及ぼすために、半導体ウェーハの２つの面を連続したポリッシングにより制御された方法で互いに適合させることができるので、可能なことである。
【００３７】
本発明による方法は、公知技術水準によって予想されたものではない。それというのも、ＵＳ  ２００２／００６０９９６７Ａ１に記載の方法は、前面でのＦＡＰ工程に関連してまさに反対の順序を必要としているからである（本発明による方法の工程ｂ）とｃ）参照）。従って、本発明に到達するために前記刊行物の記載から出発すると、当業者であれば、前記刊行物に開示された教示を乗り越えなければならない。しかし、本発明が示唆されるような前記刊行物に基づく明らかな考察は、何も存在していない。
【００３８】
ＷＯ  ０３／０７４２２８Ａ１に関連して、この刊行物中に記載された方法は、専ら銅のポリッシングを取り扱っており、この刊行物では、ポリッシング剤が第１のポリッシング工程で自由砥粒粒子を含有するかまたは含有しないかは重要なことではないと考えられることが強調されるべきである。
【００３９】
最も簡単な場合で言えば、本発明の工程ａ）およびｂ）によるポリッシング剤溶液は、水、好ましくは半導体工業での使用のために通常の純度を有する脱イオン水（ＤＩＷ）である。
【００４０】
しかし、ポリッシング剤溶液は、化合物、例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）またはこれらの任意の望ましい混合物を含有していてもよい。炭酸カリウムの使用は、特に好ましい。この場合、ポリッシング剤溶液のｐＨは、好ましくは１０〜１２の範囲内にあり、ポリッシング剤溶液中の前記化合物の割合は、好ましくは０．０１〜１０質量％、特に好ましくは０．０１〜０．２質量％である。
【００４１】
更に、ポリッシング剤溶液は、１つ以上の他の添加剤、例えば表面活性添加剤、例えば湿潤剤および界面活性剤、保護コロイドとして作用する安定剤、防腐剤、殺菌剤、アルコールおよび金属イオン封鎖剤を含有することができる。
【００４２】
工程ｂ）と工程ｃ）との間で、さらにＦＡＰ工程は、工程ｃ）と同様にではあるが、しかしＦＡＰパッドを用いてポリッシング剤懸濁液を使用することによって有利に実施される。
【００４３】
本発明による方法の工程ｃ）および工程ｄ）によるポリッシング剤懸濁液中の砥粒の割合は、好ましくは０．２５〜２０質量％、特に好ましくは０．２５〜１質量％である。
【００４４】
ポリッシング剤粒子の粒径分布は、好ましくは性質上、単峰性である。
【００４５】
平均粒径は、５〜３００ｎｍ、特に好ましくは５〜５０ｎｍである。
【００４６】
ポリッシング剤は、基板材料、好ましくは元素のアルミニウム、セリウムまたはケイ素の酸化物の１つ以上を機械的に除去する材料から構成されている。
【００４７】
コロイド状の分散シリカを含有するポリッシング剤懸濁液は、特に好ましい（シリカゾル、第１表および関連した記載参照；"Glanzox"）。
【００４８】
ポリッシング剤懸濁液のｐＨは、好ましくは９〜１１．５の範囲内にあり、好ましくは炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）または前記化合物の任意の混合物から選択される添加剤によって調節される。炭酸カリウムの使用は、特に好ましい。
【００４９】
更に、ポリッシング剤溶液は、１つ以上の他の添加剤、例えば表面活性添加剤、例えば湿潤剤および界面活性剤、保護コロイドとして作用する安定剤、防腐剤、殺菌剤、アルコールおよび金属イオン封鎖剤を含有することができる。
【００５０】
本発明により研磨される適当な基板として、殊に材料、例えばケイ素、ヒ化ガリウム、ＳｉxＧｅ1-x、サファイアおよび炭化ケイ素から構成された半導体ウェーハを考えることができる。
【００５１】
特に好ましい基板は、ケイ素から構成された半導体ウェーハおよびこのケイ素に由来する基板である。研磨すべきシリコン半導体ウェーハの前面は、結晶からの半導体ウェーハのスライシング後、半導体ウェーハのラッピング後、半導体ウェーハの研磨後、半導体ウェーハのエッチング後または半導体ウェーハが既にポリッシングされた後に得られたような状態であることができる。
【００５２】
シリコン半導体ウェーハに由来する基板は、殊に１つの層構造を有する基板、例えばエピタキシーによって析出された層を有する半導体ウェーハ、ＳＯＩ基板（"Silicon On Insulator"）、およびｓＳＯＩ基板（Strained Silicon On Insulator）およびその相応する中間製品（例えば、ＳＧＯＩ）＝"Silicon-Germanium On Insulator"を意味することを意図する。
【００５３】
中間製品は、ドナー半導体ウェーハをも含み、この場合このドナー半導体ウェーハの層は、殊にＳＯＩ基板の製造中に他の基板に転移している。再使用可能であるようにするためには、比較的粗面でありかつ端部領域中に特徴のある段を有する、相転移に晒されたドナー半導体ウェーハの表面を平滑にすることが必要である。
【００５４】
研磨すべき基板の表面は、シリコンから構成されている必要はないし、シリコンだけから構成されている必要はない。この研磨すべき基板の表面は、例えばＩＩＩ−Ｖ化合物半導体、例えばヒ化ガリウムまたはシリコンとゲルマニウムとの合金（ＳｉxＧｅ1-x）から構成されている層であることができる。
【００５５】
他の例は、リン化インジウム、窒化ガリウムおよびヒ化ガリウムアルミニウムの層である。このような層は、通常、"発光ダイオード"（＝ＬＥＤｓ）の製造に殊に重要である。
【００５６】
ＳｉxＧｅ1-x層の表面は、しばしば転位によって引き起こされたパターンによって特徴付けられており、"クロスハッチ（cross hatch）"として公知であり、一般にこの表面は、１つ以上の他の層が前記表面上に析出されうる前に平坦化されなければならない。
【００５７】
ゲルマニウムまたはＳｉxＧｅ1-xの層を有する基板が本発明により研磨されうるならば、ポリッシング剤懸濁液またはポリッシング剤溶液、またはこれら双方は、酸化剤を他の添加剤として含有することができる。
【００５８】
適当な酸化剤は、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）およびオゾン（Ｏ3）である。これらの酸化剤の添加は、ゲルマニウムを水溶性化合物に変換する。
【００５９】
前記の酸化剤の添加なしに、ゲルマニウムを含有する粒子は、ポリッシングの経過中に形成されることができ、研磨された表面に引掻き傷を付けうる。
【００６０】
大きな直径を有する基板、例えば３００ｍｍの直径または殊に４５０ｍｍの直径を有するシリコン半導体ウェーハは、本発明によれば、個別的に研磨される。別々のポリッシング工程（本発明による方法の工程ａ）、ｂ）、ｃ）およびｄ）による少なくとも４つの工程）は、前面および裏面の双方に対して連続して実施される。
【００６１】
本発明は、前面および裏面の同時ポリッシングに同時に関連するものではない（ＤＳＰ）。本発明によれば、半導体ウェーハの片面だけは、それぞれの処理工程でそれぞれ処理される。
【００６２】
本質的には、半導体ウェーハは、"研磨ヘッド"を用いて、研磨プレート上に置かれた研磨パッドに対して研磨すべき側面で加圧される。
【００６３】
また、研磨ヘッドは、基板を側方で包囲しかつ研磨中に研磨ヘッドによる滑りから基板を回避させる"リテーナリング"を有する。
【００６４】
現在の研磨ヘッドでは、研磨パッドから向きがそれている半導体ウェーハの側面は、発揮される研磨圧力を伝達する弾性膜上に支持されている。この膜は、気体または液体のクッションを形成する、場合によっては細分割されたチャンバー系の１つの構成部品である。
【００６５】
それにも拘わらず、弾性バッキング（"バッキングパッド"）が膜の代わりに使用される研磨ヘッドが使用されている。この弾性バッキングは、一般に堅固に製造されたプレート（"バッキングプレート"）上に適用されている。更に、バッキングパッドとウェーハの裏面との間で、エアークッションは、場合によりウェーハの裏面上の種々の帯域に亘って発生させることができる。更に、ウェーハが所謂"テンプレート"を用いて、即ち裏面プレートおよび弾性バッキング（"バッキングパッド"）上に適用されているリテーナリングを用いて研磨される場合には、研磨ヘッドも使用される。定義された厚さを有するリテーナリングは、ウェーハがポリッシング中にキャリヤー中の位置を維持するように使用される。このリテーナリングの厚さは、所謂"埋め込み型ウェーハ"として記載されるウェーハ自体よりも厚手であるかまたは突き出し型ウェーハの用語が使用される場合には、薄手であるように選択されてよい。
【００６６】
基板のポリッシングは、ポリッシング剤を基板と研磨パッドとの間に供給しながら研磨ヘッドおよび研磨プレートを回転させることによって実施される。
【００６７】
更に、研磨ヘッドは、研磨パッド上を平行移動されてもよく、したがって研磨パッド表面のよりいっそう幅広い使用が達成される。
【００６８】
更に、本発明による方法は、シングルプレートポリシング機（single-plate polishing machine）およびマルチプレートポリシング機（multi-plate polishing machine）上で同様に実施されてよい。
【００６９】
好ましくは、２個、特に好ましくは３個の研磨プレートおよび研磨ヘッドを備えたマルチプレートポリシング機を使用することは、有利である。
【００７０】
異なる研磨パッドおよび異なるポリッシング剤が使用されてもよい。
【００７１】
本発明による方法においては、研磨パッド中に固定された砥粒を含有する研磨パッドは、それぞれ工程ａ）およびｂ）で使用される（ＦＡＰパッドまたはＦＡパッド）。
【００７２】
適当な砥粒は、例えば元素のセリウム、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウムの酸化物の粒子および硬質材料、例えば炭化ケイ素、窒化ホウ素およびダイヤモンドの粒子を含有する。
【００７３】
特に好適な研磨パッドは、複製された微小構造によって造形された表面トポグラフィーを有する。前記の複数の微小構造（"複数のポスト"）は、例えば円筒形または多角形の断面を有する柱（column）の形または錐体または角錐台の形を有する。
【００７４】
このような研磨パッドは、商業的に入手可能であり、例えば３Ｍ  Ｃｏｒｐ．社、ＳＡによって提供されている（例えば、３Ｍ社からの"ESP 001"）。このような研磨パッドのよりいっそう詳細な記載は、例えばＷＯ  ９２／１３６８０Ａ１およびＵＳ  ２００５／２２７５９０Ａ１中に含まれている。
【００７５】
粗研磨パッドは、工程ｃ）で有利に使用される。このために、例えば、Ｒｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ社からのＳＵＢＡTM類の研磨パッド、例えばＳＵＢＡTM  １２５０（"ストックパッド"）または典型的なＣＭＰ研磨パッド（"仕上げパッド"）、例えばＲｏｄｅｌ（登録商標）からのＳＰＭ  ３１００は、適している。しかし、本発明による方法の工程ｂ）の場合には、ＦＡＰポリッシングパッド、即ち粗研磨パッドおよびＣＭＰ研磨パッドとは異なって固定砥粒を含有する研磨パッドであってもよい。
【００７６】
従って、処理工程ｂ）およびｃ）は、同じ研磨パッドを含むことができるし、異なる研磨パッドが使用されることができる。例えば、工程ｃ）では、ＦＡＰポリッシングパッドを使用することができる。しかし、ＣＭＰ研磨パッドを使用することも有利である。
【００７７】
ＣＭＰ研磨パッド、例えば固定砥粒を含有しない、Ｒｏｄｅｌ（登録商標）からのＳＰＭ  ３１００は、工程ｄ）で使用される。工程ｄ）は、通常のＣＭＰポリッシング工程に対応する。ＣＭＰ研磨パッドは、標準のパッド状態調節により状態調節されることができる。例えば、ＫＩＮＩＣ社からのダイヤモンドドレッサーは、このために適している。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】特殊なＳＦＱＲ値が部分サイト中で発生する分布（周波数）を示す略図。
【実施例】
【００７９】
例
酸化セリウム（ＣｅＯ2）から形成されたＦＡＰパッド中に固定された砥粒粒子を有し、および０．５５μｍの平均粒径を有する、３Ｍ  Ｃｏｒｐ．社、ＵＳＡからのＦＡＰパッドを例示的な実施態様のために使用した。
【００８０】
第１表は、全ての重要なパラメーターを有する前面ポリッシングのための処理順序の１例を示す。
【００８１】
マルチプレートポリシング機を試験のために使用した（Applied Materials, Inc.社からのＡＭＡＴ Reflection）。
【００８２】
このポリッシング機は、５帯域の膜キャリヤーを有し、この膜キャリヤーは、キャリヤーの圧力プロフィールを５帯域で異なるように設定することができる。
【００８３】
第１表中に規定された処理パラメーターは、ウェーハのポリッシングの当業者にとっては熟知しており、したがって詳細な説明は、ここでは省略することにする。殆んどのパラメーターは、公知技術水準と見なすことができ、前記パラメーター（圧力、速度）の最適化は、当業者の能力の範囲内にある。本発明の本質は、処理順序およびこのためにそれぞれ使用される研磨パッド（ＦＡＰまたはＣＭＰ、固定砥粒：有り／無し）およびポリッシング剤（溶液、懸濁液）にある。
【００８４】
粗研磨工程を最初にプレート１上でＦＡＰポリッシングパッドおよびポリッシング剤溶液（炭酸カリウムＫ2ＣＯ3）を使用して実施した。その後に、平滑化工程をＦＡＰパッドと同様にポリッシングプレート上で実施するが、しかし、ポリッシング剤溶液を使用して実施した。
【００８５】
プレート２およびプレート３での工程３および４は、常用のＣＭＰ工程に対応する。
【００８６】
【表１】
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＊）Glanzox 3900は、濃厚物として、Fujimi Incorporated社，日本、によって提供されたポリッシング剤懸濁液の商品名である。１０．５のｐＨを有する濃厚物は、３０〜４０ｎｍの平均粒径を有するコロイド状ＳｉＯ2約９質量％を含有する。第１表中に示されたＳｉＯ2含量は、ポリッシング剤の用語で表現されている。
【００８７】
ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社のＮａｎｏｍａｐｐｅｒ（登録商標）機器をナノトポグラフィーを研究するために使用した。この干渉計は、半導体ウェーハの前面で−２０ｎｍ〜＋２０ｎｍの範囲内のトポグラフィーを測定するのに適している。測定中、半導体ウェーハを軟質の平らなウェーハホルダー（チャック）上に置く。得られた山対谷（ＰＶ）値をフィルター（Gaussian high-pass filter）に掛け、山対谷のずれに関連して２ｍｍの直径を有する円（さらに、１０ｍｍの直径を有する円）で分析する。ＴＨＡ分析（"閾高さ分析"）で、詳細にはＳＥＭＩ  標準Ｍ４３参照、３σのＰＶ値を最終的に全てのＰＶ値の分布から所謂ＴＨＡ値として計算した。
【００８８】
本発明により研磨されたウェーハは、１０ｎｍまたはそれより良好なＴＨＡ値を生じた。第１表中に規定したポリッシングパラメーターを使用した場合には、５．１ｎｍのＴＨＡ値を得た。分析範囲は、２ｍｍの直径を有する前記円に対応した。このＴＨＡ値は、２ｍｍの直径の小さな分析ウィンドウが使用されたことを明らかにするために、しばしばＴＨＡ−２値とも呼ばれている。更に、このパラメーターにおける改善は、ポリッシング法の最適化から期待することができる。
【００８９】
従って、本発明により研磨された半導体ウェーハは、１〜１０ｎｍ、有利に１〜５ｎｍのＴＨＡ−２と表現されたナノトポグラフィーを有する。
【００９０】
所謂"部分サイト"のローカル平坦度の改善によるエッジジオメトリーの改善は、図１により下記に説明される。
【００９１】
図１は、特殊なＳＦＱＲ値が部分サイト中で発生する分布（周波数）を示し、一面で、本発明による方法を実施する前のウェーハを示し、他面、本発明により研磨された後のウェーハを示す。
【００９２】
３００ｍｍの直径を有する単結晶シリコンのＤＳＰ研磨されたウェーハについて研究した。エッジジオメトリーに対する本発明による方法の効果を確立するために、同じウェーハを前面の相応するポリッシングに掛け、この場合には、次のパラメーターを使用した（第１表中の工程順序参照）：
−  ＦＡＰパッドを用いるプレート１：工程１：３３秒  Ｋ2ＣＯ3溶液（０．２質量％）だけ；その後に工程２：８秒  Glanzox（シリカゲル）。
−  曇りなしのポリッシングパッド（ＣＭＰ"ＳＰＭ  ３１００"）を用い、および専らＧｌａｎｚｏｘをポリッシング剤として用いるプレート２およびプレート３；そのつど４３秒。
【００９３】
約０．０１μｍによる重要な改善を全分布に亘って見出す。部分サイトのＳＦＱＲmaxは、この総計によっても改善されている。
【００９４】
それ故に、本発明による方法は、端面除外領域におけるローカルジオメトリーの改善に適している。
【図１】
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【外国語明細書】
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