JP4514859B2 - ダミーウエハー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、耐食性、耐薬品性等に優れ、加工が容易であり、かつ安定した品質で製造できる半導体デバイスの製造工程で使用するためのダミーウエハーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリーや半導体集積回路などの半導体デバイスを製造する工程では、一般にシリコンウエハーが基板として使用されているが、これらの高性能化と高集積密度化に伴い、半導体デバイス製造ラインにおいて加工精度や清浄度等の各種の検査や機器類の動作試験を確認することが行われている。
このようなテストウエハーとしてダミーウエハーが使用される。ダミーウエハーとは言っても、上記の通り定常操業の基礎となるものであるから、その特性は高精度なものが要求される。例えば製品と同程度に鏡面研磨されたダミーウエハーを使用し、成膜後の膜圧の測定やウエハー上に付着したパーティクル数を測定することなどである。
【０００３】
このようなことから、ダミーウエハーが所有すべき性状として、シリコンウエハーの熱処理工程では５００〜７００°Ｃ程度に加熱されるために耐熱性が高いこと、ふっ酸、硝酸、塩酸ガス等による各種のエッチング工程を経るために耐食性が高いこと、反りがシリコンウエハ並みに小さく、使用中に反りが劣化しないこと、表面粗さが低く平坦加工性が良好であること、清浄度が高く洗浄等の処理で容易に再生できること、絶縁性を持つこと、光センサーを用いてウエハの位置確認を行うために光の透過性がないこと、また他材料の皮膜の形成が可能又は良好であること、高強度かつ耐磨耗性があって長寿命なことなどである。
【０００４】
ダミーウエハーとして基板材料と同等のシリコンウエハーを使用することも考えられるが、シリコンウエハーそのものが高価であり、またダミーウエハーとして使用する場合には、上記のような検査項目が多数に上ることから複数枚必要となり、さらにコスト高になる欠点がある。
また、シリコンウエハーは酸洗浄工程により腐食するので再生が難しく、また性質を変化させずにうまく再生できたとしても、次第に薄くなっていくので、使用回数も著しく制限される問題がある。
【０００５】
このようなことから、シリコンウエハーに替わるダミーウエハーがいくつか提案されている。例えばアルミナ単結晶基板や石英基板であるが、前者は光透過性を持つので、光センサーによる位置確認ができず、また後者はシリコンと同様に酸洗浄工程により腐食するのでダミーウエハーとして繰返し使用できないという問題がある。
また、炭化珪素やガラス状カーボンを使用する提案もある。しかし、炭化珪素は反りが発生し易く、また材料が極めて高価であるためコスト高になる欠点があり、またガラス状カーボンはそれ自体強度が高く耐熱性や耐食性に優れているが、炭化珪素同様に反りが大きいという問題がある。
上記に提案されている材料の複合層を形成する提案もあるが、複合層の選択が難しく、またそれらを形成する製造工程が必然的に複雑にならざるを得ず、この結果コスト高となり、安定した品質のダミーウエハーが得られず、依然として反りも大きいという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の諸問題に鑑み、耐食性、耐薬品性等に優れ、加工が容易であり、かつ反りの少ない安定した品質のダミーウエハーを提供するものであり、特に低コストで製造できる半導体デバイスの製造工程で使用するダミーウエハー提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するための技術的な手段は、特にチタン又はその合金を使用することにより、低コストで安定した品質のダミーウエハーを得ることができるとの知見を得た。
この知見に基づき、本発明は
１）半導体デバイスの製造工程で使用するダミーウエハーであって、チタン又はチタン合金からなることを特徴とする耐蝕性、耐薬品性等に優れたダミーウエハー
２）チタン又はチタン合金の表面に、窒化層、酸化層、炭化層又はこれらの複合層のいずれかを備えていることを特徴とする上記１）に記載のダミーウエハー
３）最上層にガラス状カーボン、ポリシリコン、シリカ、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素から選択した１成分以上を主成分とする被覆層を備えていることを特徴とする上記１）又は２）に記載のダミーウエハー
４）表面粗さがＲａ０．５μｍ以下であることを特徴とする上記１）〜３）のそれぞれに記載のダミーウエハー、を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体デバイスの製造工程で使用するダミーウエハーは、チタン又はチタン合金からなる。チタンは耐蝕性及び耐薬品性に優れ、また耐熱性が高く、十分な強度と靭性を持つ材料である。耐蝕性、耐薬品性及び耐熱性等は合金とすることにより、さらに向上させることができる。
チタン又はチタン合金の強度や靭性は、その加工や熱処理によって自由に調節ができ、反り等の発生を容易に防止できる。
このようなチタン合金の代表例としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を挙げることができる。しかし、この例に限定する必要はなく、この例以外のチタン合金を使用することもできる。
チタン又はチタン合金は、さらに研磨加工等により表面粗さを低くしたり、平滑かつ平坦に加工性することは、従来のセラミックス系のダミーウエハーに比べ、はるかに容易である特徴を有する。
【０００９】
また、市販の高純度チタン又はチタン合金を使用することができるが、特に必要がある場合には、より高純度のチタン又はチタン合金使用することもできる。チタン又はチタン合金の純度を上げ、不純物を低減することは比較的容易であり、４Ｎ５（９９．９９５％）レベル以上のものを通常の工程で製造することができる。
半導体ウエハーに存在することが好ましくないアルカリ金属や放射性元素、さらには遷移金属等を極力低減でき、清浄度を高く維持することが可能である。また、光の透過性がなく、また他材料の皮膜の形成が可能又は良好である等の多くの利点がある。
チタン又はチタン合金の表面に、窒化層、酸化層、炭化層又はこれらの複合層を形成して、さらに耐蝕性、耐薬品性及び耐熱性等の特性を向上させることができる。これによって、同時に絶縁性を持たせることができる。
このように、材料自体が従来のガラス状カーボンや炭化珪素等に比べ安価で安定的に入手できるばかりでなく、再生が極めて容易である特徴を有する。
【００１０】
さらに、前記チタン又はチタン合金の上に、又はこれらに窒化層、酸化層、炭化層又はこれらの複合層を形成した上に、さらにガラス状カーボン、ポリシリコン、シリカ、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素から選択した１成分以上を主成分とする被覆層を設けることもできる。
また、これらの成分に傾斜機能を持たせて、基板との接着強度を高めるとともに、熱膨張の差異による剥離等を抑制することもできる。
基礎材がチタン又はチタン合金であるために、強度や靭性に富むので、これらの被覆層のもつ欠点を補完すると同時に、これらの皮膜の特徴点を生かすことによって、さらにダミーウエハーとしての特性を増加させることができる。
ダミーウエハーとしての特性として、特に表面粗さが重要であり、これらのダミーウエハーの表面粗さをＲａ０．５μｍ以下、好ましくはＲａ０．１μｍ以下とすることにより、ダミーウエハーの性能をさらに向上させることができる。
【００１１】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本実施例はあくまで１例であり、この例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内で、実施例以外の態様あるいは変形を全て包含するものである。
【００１２】
（実施例１）
高純度チタンからなるダミーウエハーを製造する例を示す。
クロール法により精製した高純度チタンスポンジを真空溶解（ＥＢ又は真空ＶＡＭ）して高純度インゴットを得る。該インゴットを分析した結果、Ｃａ<１ｐｐｍ（ｗｔｐｐｍを示す。以下同様）、それぞれＭｇ<１ｐｐｍ、Ｆｅ：７ｐｐｍ、Ｎｉ：２ｐｐｍ、Ｃｒ：０．２ｐｐｍ、Ｃｕ：３ｐｐｍ、Ａｌ：１ｐｐｍ、Ｏ：２５０ｐｐｍであった。
次に、これを圧延して０.７５ｍｍ厚のチタン板に加工し、さらに直径１００ｍｍ（４インチ）の円板形状に打ち抜いて、ダミーウエハー原板とした。そして、この円板をさらに研削、精研磨して、表面粗さＲａ０．１μｍ以下に仕上げた。
このようにして、高純度チタンからなるダミーウエハーを得た。ダミーウエハーに加工することは上記の通り、従来の非シリコン系材料によるダミーウエハー製造技術に比べ、はるかに容易であり、安定して製造することができる。
チタン合金の場合には、高純度の合金材と前記高純度のチタンとを混合し溶解鋳造して、同様にチタン合金ダミーウエハーを製造する。
一般に、チタン合金は純チタンに比べ、さらに強度、耐熱性、耐酸化性等が高くすることが可能であり、より好適なダミーウエハーを製造することができる。
【００１３】
（実施例２）
次に、チタン又はチタン合金の表面に、窒化層、酸化層、炭化層又はこれらの複合層を形成する例を示す。
上記実施例１で得られた高純度チタン又はチタン合金を基板として、陽極酸化処理することにより、酸化被膜（ＴｉＯ_２、ＴｉＯ）を形成した。
また窒化チタンターゲットによるスパッタリングにより、窒化チタン膜（ＴｉＮ）を、さらに炭化チタンターゲットによるスパッタリングにより、炭化チタン（ＴｉＣ）膜をそれぞれ形成した。
これらの膜はいずれも堅く緻密な膜であり、耐熱性、耐酸化性、耐薬品性に優れており、表面粗度が小さく、平坦性に優れたダミーウエハーとしての有効な特性を示した。
【００１４】
（実施例３）
次に、純チタン板にガラス状カーボンを被覆する例を示す。
０．５ｍｍ厚フェノール系樹脂シートを純チタン円板の表面に貼り付け、アルゴンガス雰囲気中、８００°Ｃ以上の温度で、長時間加熱した。その後、熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）プロセスにより、ガラス状カーボンを硬質化させた。この膜は極めて硬質であり、強度が高く、耐熱性や耐食性に非常に優れていた。
基板として純チタン板を使用し、その上にガラス状カーボンの被膜を形成しているので、コスト的に安価に製造でき、また純チタン板との複合層であるために一定の弾性を備え、ダミーウエハーとして極めて有効である。
上記フェノール系樹脂の替わりに、フラン系樹脂やエポキシ系樹脂等の熱硬化型樹脂シートを貼付焼成することによっても同様のガラス状カーボンの被膜を形成したダミーウエハーを製造することができた。
また、基板としてチタン又はチタン合金の表面に、窒化層、酸化層、炭化層又はこれらの複合層を形成した上に、さらにガラス状カーボンを被覆することもできる。これらは、基板と被覆層のそれぞれの特徴を生かした組み合わせにより、より最適なダミーウエハーとすることができる。
【００１５】
（実施例４）
同様にして、チタン又はチタン合金の表面に、ＣＶＤ法又は熱分解法によりポリシリコン、シリカ、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素の被覆層を形成した。これらは、基板と被覆層のそれぞれの特徴を生かした組み合わせにより、より最適なダミーウエハーとすることができた。
【００１６】
上記ダミーウエハーの代表例について、表面粗さＲａ、強度、反り又は割れの発生（割れ及び反りは、平盤上に置いて肉眼により観察）、パーティクル発生量の対比を表１に示す。なお、パーティクルの発生量は、パーティクルカウンタ（日立電子エンジニアリング製ＬＳ５０００）にて測定した。
表１における割れ数及び欠け数は、コンリートな床上２ｍからの落下破壊試験で、それぞれ１０枚投下した時の割れ数及び欠け数を示す。また、パーティクル数は、ウエハ表面におけるφ０．２５μｍ以上の粒子数を示す。
比較例として、従来の石英ガラス、炭化珪素（ＳｉＣ）、ガラス状カーボンのダミーウエハーを用いた。
この表１に示す通り、従来のダミーウエハーは反りの量が大きかったが、本実施例はいずれも反りの発生量が小さい。これは、チタン（合金を含む）又はチタンを基板にし、その上に被膜等を形成したダミーウエハー固有の特性である。
また、ダミーウエハーの表面粗さの調整が容易であり、さらにパーティクルの発生量も小さいという効果が認められた。
実施例に示す通り、本発明のチタン（合金）を基板として、その上に石英ガラス、炭化珪素（ＳｉＣ）、ガラス状カーボン等の被膜を形成することができる。
これらの場合、ダミーウエハーとしての特別の機能に応じて表面被膜を選択することにより、それらの特性（耐熱性、耐薬品性、表面粗さ、パーティクルの発生量等）を保有させるとともに、チタン（合金）により反りの発生量を低減させ、靭性を向上させるという、複合体としての機能を有効に利用することができる利点がある。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【発明の効果】
本発明の半導体デバイスの製造工程で使用するダミーウエハーは、チタン又はチタン合金を基本材料とするものであり、耐蝕性及び耐薬品性に優れ、また耐熱性が高く、十分な強度と靭性を持つ。
チタン又はチタン合金の強度や靭性は、半導体製造プロセス中の熱処理や機械的な衝撃に繰返し曝されても、反り等の変形を防止でき、割れや欠けを生じず、それによるパーティクル汚染も発生しない。
また、このチタン又はチタン合金の表面に、窒化層、酸化層、炭化層又はこれらの複合層を形成したり、またガラス状カーボン、ポリシリコン、シリカ、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素から選択した成分の被覆層を形成することにより、特定のプロセス（ウエット処理等）に特化させたダミーウエハーとしての特性を保有させることもできる。
以上に示す通り、いずれも加工性に優れ、低コストかつ安定した品質のダミーウエハーを提供することができる優れた効果を有する。

Claims (4)

1. 半導体デバイスの製造工程で使用するダミーウエハーであって、チタン又はチタン合金からなることを特徴とする耐蝕性、耐薬品性等に優れたダミーウエハー。
2. チタン又はチタン合金の表面に、窒化層、酸化層、炭化層又はこれらの複合層のいずれかを備えていることを特徴とする請求項１記載のダミーウエハー。
3. 最上層にガラス状カーボン、ポリシリコン、シリカ、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素から選択した１成分以上を主成分とする被覆層を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載のダミーウエハー。
4. 表面粗さがＲａ０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のそれぞれに記載のダミーウエハー。