JP2007081145A - ダミーウエハー - Google Patents

Abstract

【課題】ＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーと同等の研磨特性を有し、光学式センサーによる認識が可能で、ＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーのような薄膜構造ではないため繰り返し使用することができ、極めて長寿命なダミーウエハーを得る。
【解決手段】ＳｉＯ_２を９５重量％以上含有する、着色された石英ガラス基材よりなる、ＣＭＰ研磨パッドの表面調整用ダミーウエハーであって、その組成（重量％）としてはＳｉＯ_２：９５〜９９．９９％および着色成分：０．０１〜５％、着色成分としては、Ｃ、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｔｉから選ばれる１種以上が好ましいものであり、例えば、非晶質シリカ粉末と着色成分とを混合して成形した後、焼結する製法や、非晶質シリカ粉末と着色成分とを混合して成形した後、高圧条件下で溶融するという製法によって得ることができる。
【選択図】なし

Description

本発明はＣＭＰ（化学的機械的研磨）用研磨パッドの表面調整に使用する着色されたダミーウエハーに関するものである。

半導体デバイスの微細化、多層配線化が進むに従い、シリコンウエハー表面に形成された絶縁膜（ＳｉＯ_２等）や金属膜の高い平坦性が求められるようになってきている。この平坦化方法の代表的なものとして、ＣＭＰが挙げられる。ＣＭＰとは、研磨定盤上に発泡ポリウレタンやポリエステル不織布からなる研磨パッドを貼り、シリカ等の研磨粒子を含むスラリーを供給しながら、絶縁膜や金属膜が形成されたシリコンウエハー（製品ウエハー）を押し当てて回転させることにより研磨し、高平坦性を得る研磨手法である。

このＣＭＰ工程において、ダミーウエハーは以下のような目的に使用されている。

（１）研磨パッドを交換した場合、通常ダイヤモンドドレッサーにより目立てを行った後、更に研磨特性を安定させるため、ダミーウエハーにより目慣らしを行なうため。この目慣らしでは、通常数枚から１０数枚のダミーウエハーを使用する。

（２）（１）のように調整した研磨パッドであっても、研磨回数を重ねるうちに、目詰まりをおこしてしまうため、再度ダイヤモンドドレッサーによる目立てを行った後、ダミーウエハーにより目慣らしを行うため。

このように研磨パッドを調整するためのダミーウエハーは、研磨を実施する製品ウエハーと同等の被研磨特性を有している必要があり、例えば、ＳｉＯ_２絶縁膜を設けた製品ウエハーの研磨工程に用いるダミーウエハーはＳｉＯ_２で構成されている必要がある。

しかし、自動化された半導体製造工程において、各種ウエハーは光学式センサーによって認識され、自動搬送されなければならないため、光学式センサーで検出できない透明な石英ガラスダミーウエハーは使用できない。そのため、一般的にはシリコンウエハー上にＳｉＯ_２を成膜したものがダミーウエハーとして使用されている。

特開２００４−１７２１４号公報

上記のＳｉＯ_２を成膜したシリコンウエハー（以後ＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーと記載）は、膜の磨耗により数回しか使用できないため、多大なコストを費やしていた。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、ＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーと同等の被研磨特性を有し、光学式センサーによる認識が可能であり、かつ極めて長寿命なダミーウエハーを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、二酸化珪素を９５重量％以上含有する、着色された石英ガラス基材よりなる、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）研磨パッドの表面調整用ダミーウエハーに関するものであり、具体的には、着色された石英ガラス基材が、二酸化珪素：９５〜９９．９９重量％および着色成分：０．０１〜５重量％（合計１００重量％）からなり、石英ガラスの着色成分としては、炭素、炭化珪素、珪素、ニオブおよびチタンからなる群より選ばれる１種以上のものを例示することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のダミーウエハーは、被研磨特性がＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーと比較して大きく異なったものとならないよう、ＳｉＯ_２：９５〜９９．９９重量％、着色成分：０．０１〜５重量％（合計１００重量％）からなるものが好ましい。

また、着色成分としては、被研磨特性がＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーと比較して大きく異なったものとならず、かつ、その後に研磨を実施する製品ウエハーへの汚染等を引き起こさないものであれば、使用する光学式センサーの波長等を考慮して適宜選択することができる。また、その含有量も、被研磨特性がＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーと比較して大きく異なったものとならず、光学式センサーでの認識が問題無く可能であり、製品ウエハーへの汚染等を引き起こさないことを考慮して適宜選択すれば良い。更に、着色成分の含有態様としては、粒子形状でも、原子レベルで均一に分散されていても良い。

本発明の石英ガラスダミーウエハーの着色成分としては、具体的には、例えば、炭素、炭化珪素、珪素、ニオブおよびチタンからなる群より選ばれる１種以上を例示することができる。これらの着色成分は、半導体製造工程で比較的忌避されない元素であることに加えて、特に良好な遮光性能が得られるため、光学式センサーによる認識が容易となり好ましい。

更に具体的には、炭素源としてはグラファイト粉末や結晶質炭素微粒子、非晶質炭素微粒子、あるいは有機物を加熱処理により炭化したものを例示することができる。炭化珪素源、珪素源としてはＳｉＣ微粒子、Ｓｉ微粒子が例示することができる。ニオブ源またはチタン源としては、これらの元素を少なくとも１種含有してなる化合物を例示でき、例えば、五塩化ニオブ等のハロゲン化物やチタニウムテトライソプロポキシド等の有機金属錯体等を挙げることができる。

本発明のダミーウエハーの好ましい組成（重量％）としては、ＳｉＯ_２：着色成分として９５〜９９．９９：０．０１〜５、より好ましくは、９９〜９９．９５：０．０５〜１、更に好ましくは、９９．５〜９９．９：０．１〜０．５である。

但し、光学センサー等における認識、被研磨体への汚染や、着色成分と二酸化珪素との反応を抑制する目的等、本発明の効果を損なわない範囲において、更に第三成分等を添加してもよい。

また、本発明のダミーウエハーは、Ｓｉ、Ａｌおよび着色成分を構成する元素以外の金属元素の各含有量が１ｐｐｍ以下であることが好ましく、０．７ｐｐｍ以下が更に好ましい。金属不純物を少なくすることで、製品ウエハーに高純度が要求される場合であっても、使用が可能となる。

このようなダミーウエハーの製造方法としては、例えば、非晶質シリカ粉末と着色成分とを混合して成形した後、例えば真空中で焼結するという製法や、非晶質または結晶質シリカ粉末と着色成分とを混合して成形した後、高圧条件下で熔融するという製法、あるいは非晶質または結晶質シリカ粉末と着色成分とを混合した後、真空中で熔融する製法等によって黒色石英ガラスを製造し、ダミーウエハーとすることができる。

着色成分として炭素を用いる場合、これらの製造過程において、炭素がシリカと反応することを防止するために、炭素としては結晶性の炭素微粒子を用いることが望ましい。炭素微粒子の平均粒径（１次粒径）としては、同一添加量でより高い遮光性能が得られるよう、均質に分散可能とするために、０．０５〜１μｍであることが好ましく、さらに好ましくは０．０７〜０．５μｍである。炭素添加量としては０.０５〜１重量％が好ましく、さらに好ましくは０．１〜０．５重量％である。このダミーウエハーの密度としては、ダミーウエハーとしての使用時に割れ等の不具合を生じにくくするために、２．１５〜２．２１ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。

また、本発明のダミーウエハーは、前記着色成分を含有する石英ガラスと透明な石英ガラスとの複合体としても使用可能である。複合体の態様としては、例えば、着色成分を含有する石英ガラスと透明な石英ガラスのウエハー同士とを接合する形式であっても良いし、透明な石英ガラスを主成分とし、光学式センサーの認識に関与する一部のみに着色成分を埋入する形式でも良い。

以上のように、本発明によれば、ＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーと同等の被研磨特性を有し、かつ光学式センサーにより認識可能なＣＭＰ用ダミーウエハーを提供することができる。このダミーウエハーはＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーのような薄膜構造ではないため繰り返し使用することができ、極めて長寿命という特徴を有するため、このダミーウエハーを使用することにより、ＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーを使用する場合と比較し、大幅なコスト低減が達成される。

本発明をさらに詳細に説明するために、以下の実施例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

なお、以下の実施例および比較例において製造したウエハーは全てφ２００ｍｍ×０．７２５ｍｍｔに加工し、得られたウエハーの特性は次のように測定した。
（密度）
ウエハーの密度はアルキメデス法により測定し、表１に結果を示した。
（透過率）
ウエハーの透過率は分光光度計を用いて測定し、表１には波長６６０ｎｍで測定した値を示した。
（光学センサーの認識試験）
光学式センサーによるウエハーの認識試験は、波長６６０ｎｍの透過型センサーを用いて認識するか否かを試験し、その結果を表１に示した。
（研磨量）
ウエハーの研磨量は、ダイヤモンドドレッサーによるＣＭＰパッドの目立てとダミーウエハーによる１分間の目慣らし（ダミー研磨）とを５回実施した後、その研磨パッドでウエハー上のＳｉＯ_２膜を１分間研磨し、その研磨量を測定した。結果を表１に示す。
（寿命試験）
ウエハーの寿命試験は、ダミー研磨を繰り返した後のウエハーの状態から、継続使用が可能か否かを判断した。実施例１および比較例２について測定した結果を表１に示す。

実施例１
石英粉を酸水素火炎中で熔融することによって製造した熔融石英ガラスを平均粒径が０．３μmとなるように粉砕したシリカ粉と、平均粒径が０．０７μｍのグラファイト粉末とを、グラファイト粉末の含有量が０．２重量％となるよう、ボールミル混合を行い、得られた混合粉末を金型プレス成形により成形後、真空雰囲気中で１３５０℃で焼成することにより、黒色石英ガラスインゴットを製造し、それよりダミーウエハーを製造した。

得られたウエハーの透過スペクトルを図１に示す。また、得られたウエハーのＩＣＰ−ＭＳ（高周波誘導結合プラズマ−質量分析）による不純物分析を行なったところ、Ｃａ：０．２４ｐｐｍ，Ｆｅ：０．２２ｐｐｍ、Ｋ：０．６７ｐｐｍ、Ｍｇ：０．０２ｐｐｍおよびＮａ：０．３３ｐｐｍであった。

実施例２
実施例１において使用したグラファイト粉末のかわりに平均粒径が０．５μｍの炭化珪素粒子を含有量が１重量％となるよう使用し、成形後、９８ＭＰａ、１８００℃で加熱処理した他は実施例１と同様にして黒色石英ガラスからなるダミーウエハーを製造した。

実施例３
平均粒径２００μｍの石英粉末と五塩化ニオブとを、ニオブの含有量が０．５重量％となるよう、メタノール溶液中で混合後、１５０℃で乾燥し、カーボン容器に充填して真空中で１７５０℃で熔融することにより、黒色石英ガラスインゴットを製造し、それよりダミーウエハーを製造した。

実施例４
平均粒径２００μｍの非晶質シリカ粉末とチタニウムテトライソプロポキシドとを、チタンの含有量が０．５重量％となるよう、エタノール溶液中で混合後、１５０℃で乾燥し、カーボン容器に充填して真空中で１７５０℃で熔融することにより、黒色石英ガラスインゴットを製造し、それよりダミーウエハーを製造した。

実施例５
実施例１で得られたダミーウエハーから調製した０．４２５ｍｍｔのウエハーと、天然結晶性シリカ粉末を原料とし、火炎熔融法にて製造した透明石英ガラスから調製した０．３００ｍｍｔの透明石英ガラスウエハーとを、１１５０℃にて熱圧着することにより接合体を製造した。

比較例１
天然結晶性シリカ粉末酸を原料とし、火炎熔融法にて製造した透明石英ガラスから石英ガラスウエハーを製造した。

比較例２
Ｓｉウエハーを熱酸化し、Ｓｉウエハー上に約９００ｎｍのＳｉＯ_２膜を製造したウエハーを製造した。

表１に示したように本発明のダミーウエハーは、ＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーと同等の被研磨特性であり、かつ光学式センサーにより認識可能な特性を有していた。また、ＳｉＯ_２膜／Ｓｉウエハーは３回のダミー研磨で継続使用が不可となったのに対し、本発明のダミーウエハーは薄膜構造ではないため、５０回のダミー研磨でも継続使用に支障を来さなかった。

実施例１で得られたウエハーの透過スペクトル示す図である。

Claims (6)

1. 二酸化珪素を９５重量％以上含有する、着色された石英ガラス基材よりなる、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）研磨パッドの表面調整用ダミーウエハー。
2. 着色された石英ガラス基材の組成が、二酸化珪素：９５〜９９．９９重量％および着色成分：０．０１〜５重量％（合計１００重量％）であることを特徴とする請求項１記載のダミーウエハー。
3. 石英ガラス基材の着色成分が、炭素、炭化珪素、珪素、ニオブおよびチタンからなる群より選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のダミーウエハー。
4. 着色された石英ガラス基材として、着色成分が平均粒径０．０５〜１μｍの結晶質炭素微粒子であって、該結晶質炭素微粒子が０.０５〜１重量％分散され、密度が２．１５〜２．２１ｇ／ｃｍ^３である黒色石英ガラスを用いてなる請求項１記載のダミーウエハー。
5. Ｓｉ、Ａｌ、着色成分元素以外の金属元素の含有量が１ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のダミーウエハー。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の着色された石英ガラス基材と他の石英ガラス基材とを接合してなる、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）研磨パッドの表面調整用ダミーウエハー。
   

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