JP3937072B2

JP3937072B2 - ダミーウェハー

Info

Publication number: JP3937072B2
Application number: JP17117296A
Authority: JP
Inventors: 泰臣堀尾
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2016-07-01
Also published as: JPH1022185A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリコンウェハーに、スパッタリング、エッチング、ＣＶＤあるいはイオン注入等の種々な加工を施して集積回路を製造する場合に、各工程でのダストのモニター、加工後の特性評価、搬送チェック使用されるダミーウェハーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路を形成するには、上記のような種々な加工が施されるが、例えばシリコンウェハーの表面に減圧ＣＶＤ工程によって酸化膜等を形成する場合、これらのシリコンウェハーの多数を、例えば図１に示すような治具に支持して、図２に示すように、これを半導体製造装置であるＣＶＤ炉内に入れなければならない。最近では、作業効率を高めるために、１つのＣＶＤ炉内に１５０枚程度のシリコンウェハーを同時に入れて、各種加工を行うようにしている。
【０００３】
このように多数のシリコンウェハーを１つのＣＶＤ炉の中に入れてある加工を行おうとすると、全てのシリコンウェハーに対して均質な加工を施すことが困難となる。何故なら、図２に示したように、多数のシリコンウェハーを並べて原料ガス等の雰囲気中に置いたとすると、一番外側のシリコンウェハーと中程のシリコンウェハーとでは、原料ガス等に曝される割合がどうしても異なってしまうからである。
【０００４】
このため、実際の集積回路の製造工程では、１５０枚程度並べられたシリコンウェハーの両外側において、２枚〜２０枚程度は、製品化されない所謂「ダミーウェハー」とされるのである。このダミーウェハーは、上述したＣＶＤ炉内のガス濃度や流れを一定に保つために、あるいは膜厚や表面粗度、電気特性等の検査試料として使用されるものであり、従来はシリコンウェハーそのもの、あるいはシリコンウェハーと同じ形状の石英板を使用していた。
【０００５】
これらのダミーウェハーは、その使用後に硝酸等によって洗浄することにより再利用を図っていたのであるが、シリコンや石英は硝酸に対する耐食性や耐熱性に劣るものであるため、数回（１週間〜３ヶ月）の使用で使いものにならなくなり、廃棄処分としていたのである。しかも、例えばシリコンウェハーそのものは現在品不足でもあり、製品となるべき１割以上もダミーウェハーとして使用することは、当然のことながら不経済である。
【０００６】
このため、この種のダミーウェハーを炭化珪素によって形成することが提案されているが、炭化珪素は耐食性に優れているため、その耐久性、あるいは再利用性には何等問題はない。しかしながら、炭化珪素は硬度の非常に高い特性を有するものであり、ダミーウェハーとして製造するのに困難なものとなっている。また、炭化珪素は、その表面における熱伝導性や電気持性が適当でないため、シリコンウェハーと同程度の表面処理が行えず、ＣＶＤ炉内での加工後にこの炭化珪素からなるシリコンウェハーの加工結果を見るための試料とするには相応しくないものとなっている。
【０００７】
そこで、本発明者は、上記のシリコンウェハーにおける実状を改善するにはどうしたらよいかについて種々検討を重ねてきた結果、以下の本発明を完成したのである。
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の経緯に基づいてなされたもので、その解決しようとする課題は、製造や加工が容易で、物性的にも優れたダミーウェハーを提供することにある。
【０００８】
すなわち、本発明の目的とするところは、半導体製造装置内に入れるものとしての耐熱性、耐食性に優れていることは勿論、それ程硬度が高くなくて製造や加工、及び使用後の加工性にも優れていて、比較的安価に構成することのできるダミーウェハーを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、まず請求項１に係る発明の採った手段は、以下の実施形態の説明中において使用する符号を付して説明すると、
「半導体製造装置内に多数並べられる集積回路等を形成するためのウェハー２０に混ぜて配置されるダミーウェハー１０であって、
全体が、層状に積層した熱分解炭素によって形成されていることを特徴とするダミーウェハー１０」
である。
【００１０】
すなわち、この請求項１に係るダミーウェハー１０は、図３の（イ）に示すように、その全体を、層状に積層した熱分解炭素によって形成したものであるが、これによりシリコンウェハー２０の表面と略同等の平滑性を有したものであり、製品となるシリコンウェハー２０の表面に対する酸化膜の形成と同程度の加工を行えるようにしたものである。また、熱分解炭素そのものは、耐熱性及び耐食性に優れたものであるから、ＣＶＤ炉内での高温雰囲気中（１２００℃〜１３００℃）に十分耐えるものであって、全く変化しないものであり、かつ、表面に形成された酸化膜を硝酸によって洗浄するに際して何等の変化も生じないものとなっている。
【００１１】
勿論、熱分解炭素によって形成したダミーウェハー１０は、その熱分解炭素が純度の高いものであるため、シリコンウェハー２０に対する酸化膜の形成中に、これに悪影響を与える不純物を飛散させることはなく、シリコンウェハー２０の加工を安定した状態で行うことができることは当然である。従って、熱分解炭素からなる請求項１のダミーウェハー１０は、シリコンウェハー２０の加工時に使用するものとして最適なものとなっており、耐久性にも優れていることから何度でも再使用することができ、従来の石英製のものは勿論、炭化珪素製のものに比較しても有用性の高いものとなっているのである。
【００１２】
前述した課題を解決するために、請求項２に係る発明の採った手段は、
「半導体製造装置内に多数並べられる集積回路等を形成するためのウェハー２０に混ぜて配置されるダミーウェハー１０であって、
ウェハー形状に加工されたカーボン基材１１の表面全体に、層状に積層した熱分解炭素被膜１２が形成されていることを特徴とするダミーウェハー１０」
である。
【００１３】
すなわち、この請求項２に係るダミーウェハー１０は、図３の（ロ）に示すように、カーボン基材１１の表面に熱分解炭素被膜１２を形成して構成したものであるから、この熱分解炭素被膜１２の存在によって、上記請求項１に係るダミーウェハー１０と同様な作用・機能を発揮するものとなっている。
【００１４】
また、この請求項２に係るダミーウェハー１０では、その大部分を比較的容易かつ安価に製造することのできるカーボン基材１１としたから、ダミーウェハー１０全体のコストが低減されていることは当然として、熱分解炭素被膜１２を必要最小限の厚さのものにすることが自由にできるため、その製造それ自体も容易に行えるものとなっている。
【００１５】
特に、以上の各請求項に係るいずれのダミーウェハー１０も、その表面が熱分解炭素を層状に積層したものとなっているから、その表面方向に対する熱伝導性及び電気伝導性が非常に高いものとなっている。
【００１６】
このため、まず、本発明に係るダミーウェハー１０では、これをシリコンウェハー２０とともに図１に示したような支持治具上に支持してＣＶＤ炉内に入れたとき、仮に雰囲気ガスが直接当たらない部分があったとしても、少なくとも周囲部分は雰囲気ガスによって直接加熱され、その熱は熱分解炭素の高い熱伝導性によって早急に内方まで伝導する。従って、このダミーウェハー１０は、ＣＶＤ炉の温度雰囲気に直ちに適応したものとなり、シリコンウェハー２０に対する酸化膜等の形成工程には全く悪影響を与えないのである。
【００１７】
また、このダミーウェハー１０の表面が優れた電気伝導度を有したものであるということは、その表面への酸化膜の形成をシリコンウェハー２０と同等に行うことができるということを意味しており、加工後のダミーウェハー１０を製品検査の試料としたときに、シリコンウェハー２０の表面状況を直接測定するのと同等の検査を行うことができるということをも意味していることになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、以上のように構成した各請求項の発明について、図面を参照しながら、その実施の形態を説明すると、次の通りである。
【００１９】
（請求項１に係るダミーウェハー１０について）
このダミーウェハー１０は、図３の（イ）に示したように、その全体を熱分解炭素によって形成したものであるが、その外形形状は、図１にも示したように、製品となるべきシリコンウェハー２０と同じものとしてある。
【００２０】
熱分解炭素によってダミーウェハー１０を形成する方法としては、各種化学蒸着法により行なうことができる。通常は、黒鉛基材を加熱し、メタン、プロパン等の炭化水素ガスを高温（１２００℃〜２２００℃）の黒鉛基材に接触させることにより反応させ、黒鉛基材の表面に熱分解炭素を生成させる方法（ＣＶＤ法）による。この場合、炭化水素ガスの濃度調整、あるいはキャリアガスには水素ガスが適している。また、反応は常圧もしくは減圧下で行なわれるが、被膜の均一性、平滑性を得るため減圧下で行なうのが好ましく、３００Ｔｏｒｒ以下で行なうのが望ましい。
【００２１】
以上のように、黒鉛基材上に積層させた熱分解炭素を独立して取り出すためには、その全体を常温に急冷させればよい。これらの黒鉛基材及び熱分解炭素の２５℃〜４００℃における各熱膨張率は、それぞれ３〜６×１０^-6／℃、１.７× １０^-6／℃であるから、両者の熱膨張率の差によって、両者を簡単に剥すことができるのである。また、形成される熱分解炭素層の厚さを、できるだけ厚くすることにより、さらに黒鉛基材からの離脱が容易になる。この場合、形成される層の厚みは０．５ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上が望ましい。
【００２２】
さらに、形成される基材の形成面の表面粗度を小さくすることによっても基材からの離脱が行いやすい。基材表面が粗いと熱分解炭素層が基材の凹凸部に入り込み、層と基材との分離が困難となる。この場合、形成される基材の表面粗度はＲｍａｘ＝２５μｍ以下が望ましい。
【００２３】
勿論、以上のよう形成した熱分解炭素それ自体は高純度であるが、これを積層させるために使用した黒鉛基材中に種々な不純物、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、バナジウムが混入していることがあり、これらが熱分解炭素側に残留していることがある。熱分解炭素中に不純物が混入する経路として考えられるのは、前述した黒鉛基材中の不純物が混入していることがあげられる。これらの不純物は、高純度の黒鉛基材を用いる事及び供給ガスの純度（ガス供給部品、供給管及び反応容器等の構造、材質を選択する）により、熱分解炭素中に混入しないようにすることができるものである。
【００２４】
このような方法によって、当該熱分解炭素からなるダミーウェハー１０の全灰分（鉄等の不純物）の量を、１０ｐｐｍ以下とすることができるのである。従って、このダミーウェハー１０をウェハー処理用のＣＶＤ炉中の前端や後端に配置しても、処理ガスによる加熱が均等に行われるのである。このことは、ダミーウェハー１０の表面における電気伝導度についても同様であり、電気によって試料であるダミーウェハー１０上の様子をチェックする場合に適したものとなっている。
【００２５】
また、このダミーウェハー１０は、その全体を熱分解炭素によって構成してあるから、粒体集合系からなる高密度黒鉛とは異なって緻密組織のものとなっており、粒体脱落を生じることはない。従って、これらのダミーウェハー１０によってシリコンウェハー２０を汚染することはないのである。
【００２６】
次に、以上のようなダミーウェハー１０の製造方法を説明する。まず、高純度の黒鉛基材（熱膨張係数３．２×１０^-6／℃、基材面粗度Ｒｍａｘ＝１６μｍ）を炉中に配置した。そして、この炉によって黒鉛基材の表面側が常に２２００℃となるように加熱して、原料ガスを注入した。
【００２７】
原料ガスとしては、不純物を十分除去したメタン、プロパンあるいはベンゼン等の炭化水素ガスを用い、その濃度の調整をも行なうキャリアガスとして水素ガスを使用した。これにより、原料ガスは、高温になっている黒鉛基材の表面で、分解、結合などにより、熱分解炭素となって基材表面に沈積した。
【００２８】
以上のようにして、熱分解炭素が黒鉛基材表面に５mm以上沈積させた後、これを常温状態にして熱分解炭素を黒鉛基材から剥離した。この熱分解炭素を加工することにより、ダミーウェハー１０とした。
【００２９】
（請求項２に係るダミーウェハー１０について）
図３の（ロ）には請求項２に係るダミーウェハー１０の部分拡大断面図が示してあるが、このダミーウェハー１０は、等方性（熱膨張係数の異方比１．２０以下）を有し、高密度（１．７〜２．０ｇ／ｃｍ³ ）でしかも高純度（全灰分１０ｐｐｍ以下）のカーボン基材１１の表面全体を、厚さ１０μ以上の熱分解炭素被膜１２によって被覆して形成したものである。
【００３０】
カーボン基材１１そのものは、シリコンウェハー２０の形状に合わせたものを一般的な方法によって形成すればよく、このカーボン基材１１の表面の熱分解炭素被膜１２は、例えば上記請求項１に係るダミーウェハー１０の実施形態中で説明したのと同様な方法によって形成すればよいものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳述した通り、請求項１に係るダミーウェハー１０は、
「半導体製造装置内に多数並べられる集積回路等を形成するためのウェハー２０に混ぜて配置されるダミーウェハー１０であって、
全体が、層状に積層した熱分解炭素によって形成されていること」
に特徴があり、また、請求項２に係るダミーウェハー１０は、
「半導体製造装置内に多数並べられる集積回路等を形成するためのウェハー２０に混ぜて配置されるダミーウェハー１０であって、
ウェハー形状に加工されたカーボン基材１１の表面全体に、層状に積層した熱分解炭素被膜１２が形成されていること」
にその特徴があり、これにより、半導体製造装置内に入れるものとしての耐熱性、耐食性に優れていることは勿論、それ程硬度が高くなくて製造や加工、及び使用後の加工性にも優れていて、比較的安価なものとして製造することができるのである。
【００３２】
また、本発明に係るダミーウェハー１０では、これをシリコンウェハー２０とともにＣＶＤ炉内に入れたとき、仮に雰囲気ガスが直接当たらない部分があったとしても、少なくとも周囲部分は雰囲気ガスによって直接加熱され、その熱は熱分解炭素皮膜１２の高い熱伝導性によって早急に内方まで伝導する。従って、このダミーウェハー１０は、ＣＶＤ炉の温度雰囲気に直ちに適応したものとなり、シリコンウェハー２０に対する酸化膜等の形成工程には全く悪影響を与えることがない。
【００３３】
さらに、本発明によれば、ダミーウェハー１０の表面に層状に積層してある熱分解炭素皮膜１２が優れた電気伝導度を有したものであるから、このダミーウェハー１０の表面への酸化膜の形成をシリコンウェハー２０と同等に行うことができ、加工後のダミーウェハー１０を製品検査の試料としたときに、シリコンウェハー２０の表面状況を直接測定するのと同等の検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るダミーウェハーを、ウエハ保持治具上に多数配列したシリコンウェハーに混ぜて配置した状態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した全体を入れたＣＶＤ炉の断面図である。
【図３】本発明に係るダミーウェハーを示すもので、（イ）は熱分解炭素のみからなるダミーウェハーの部分拡大断面図、（ロ）はカーボン基材全体を熱分解炭素被膜によって被覆したダミーウェハーの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ダミーウェハー
１１カーボン基材
１２熱分解炭素被膜
２０シリコンウェハー

Claims

半導体製造装置内に多数並べられる集積回路等を形成するためのウェハーに混ぜて配置されるダミーウェハーであって、
全体が、層状に積層した熱分解炭素によって形成されていることを特徴とするダミーウェハー。
半導体製造装置内に多数並べられる集積回路等を形成するためのウェハーに混ぜて配置されるダミーウェハーであって、
ウェハー形状に加工されたカーボン基材の表面全体に、層状に積層した熱分解炭素被膜が形成されていることを特徴とするダミーウェハー。