(57)【要約】【課題】  化学的機械的研磨におけるダミーウエハの運用に基づく再成膜処理工数の削減を図る。【解決手段】  ダミー研磨における被研磨面を炭化珪素で形成したダミーウエハ１０を用いることで、ダミーウエハ１０の被研磨面の再成膜処理工数削減を図ることができる。すなわち、シリコン酸化膜を被研磨面とする場合に比べて研磨減りが極めて少ないため、化学的機械的研磨のダミー工程で、シリコン酸化膜の再生に必要なシリコン酸化膜除去工程、成膜工程の両工程を省くことができる。ダミーウエハ１０としては、全体を炭化珪素で形成する構成ばかりでなく、別素材のウエハ上に被研磨面として炭化珪素膜を成膜する構成でもよい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械的研磨における研磨レートの管理に使用する化学的機械的研磨用ダミーウエハであって、
前記化学的機械的研磨用ダミーウエハは、炭化珪素で形成されていることを特徴とする化学的機械的研磨用ダミーウエハ。
【請求項２】
化学的機械的研磨における研磨レートの管理に使用する化学的機械的研磨用ダミーウエハであって、
前記化学的機械的研磨用ダミーウエハは、ウエハ面に形成された炭化珪素膜を被研磨面として有することを特徴とする化学的機械的研磨用ダミーウエハ。
【請求項３】
半導体製品ウエハを化学的機械的研磨する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体製品ウエハの化学的機械的研磨に先立ち、被研磨面が炭化珪素である化学的機械的研磨用ダミーウエハを用いてダミー研磨する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記化学的機械的研磨用ダミーウエハは、前記被研磨面を再生することなく繰り返し使用されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記化学的機械的研磨用ダミーウエハは、前記被研磨面に炭化珪素膜を成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記化学的機械的研磨用ダミーウエハは、化学的機械的研磨装置内に常時配置され、前記被研磨面を再生することなく、ダミー研磨に繰り返し使用されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記化学的機械的研磨用ダミーウエハは、前記被研磨面を再生する場合を除いて、化学的機械的研磨装置内に常時配置され、ダミー研磨に繰り返し使用されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造技術に関し、特に、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）において、成膜を頻繁に行わなくても済むダミーウエハを用いて化学的機械的研磨の効率向上を図るのに有効な技術である。
【背景技術】
【０００２】
以下に説明する技術は、本発明を完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【０００３】
化学的機械的研磨技術は、近年、益々半導体装置の高集積化が要求されるなか、半導体ウエハの高精度平坦化において極めて重要な技術として位置づけられている。化学的機械的研磨は、砥粒と薬液とからなるスラリーを供給しながら、半導体ウエハに所定の押圧力をかけつつ研磨パッドとの間に相対速度を持たせることで研磨する方法である。
【０００４】
かかる化学的機械的研磨では、研磨レートの管理が極めて重要である。具体的には、ウエハ面内の予め定められた箇所の研磨レートを、要求される範囲以内に管理することである。この研磨レートは、半導体ウエハの被研磨面と研磨パッドとの接触状態等に大きく影響を受けるため、研磨当初はどうしても研磨レートが安定しない。
【０００５】
そこで、製品ウエハの研磨を行う前に、ダミーウエハを用いて、ダミーウエハの被研磨面を所定の押圧力で研磨パッド上に押し付け、製品ウエハに適した研磨レートに安定するまでダミー研磨を行う。所定の研磨レートが安定に得られる状態になってから、製品ウエハの研磨を開始する。
【０００６】
かかるダミーウエハとしては、被研磨面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）を所定膜厚に成膜したウエハを用いている。ダミーウエハは、一般に、３〜５回程度繰り返し使用されるが、繰り返し使用されたダミーウエハでは、シリコン酸化膜がダミー研磨により薄くなっている。そこで、残っているシリコン酸化膜を一旦除去し、再度、所定の膜厚にシリコン酸化膜を成膜し直して、再度使用している。このように、従来のダミーウエハでは、シリコン酸化膜の再生を頻繁に行っている。
【０００７】
化学的機械的研磨におけるダミーウエハとしては、化学的機械的研磨におけるマイクロスクラッチ数の管理を目的として、シリコンウエハ上にＴＥＯＳ膜を成膜する技術が提案されている（特許文献１）。かかる特許文献１では、ダミーウエハのＴＥＯＳ膜をダミー研磨し、研磨後にフッ酸処理によりマイクロスクラッチを顕在化させてマイクロスクラッチ数を計数し易いようにしている。
【０００８】
また、ダミーウエハとしては、化学的機械的研磨の分野とは全く異なる分野ではあるが、ＣＶＤ装置内の温度均一性等を管理するため、表面粗さをＲａ＝０．５以上に特定した炭化珪素のウエハを使用することが提案されている（特許文献２）。かかる特許文献２に記載の発明は、炭化珪素のウエハは透明あるいは半透明なため光電センサでの検出が行えず、光電センサによる検知が行えるように、敢えてウエハ表面の一部あるいは全部を特定の表面粗さとしたものである。
【０００９】
炭化珪素がＣＶＤ用ダミーウエハの材質として採用された技術的理由は、炭化珪素ウエハが、硝酸に対する耐蝕性が優れている点、熱膨張係数が窒化珪素やポリシリコン膜と近い点、高温での重金属等の不純物の拡散係数が極めて低い点、耐熱変形性に優れている点を有しているためである。
【００１０】
それまでＣＶＤ用のダミーウエハとして用いられていたシリコン単結晶あるいは高純度石英のウエハでは、ウエハ上に形成するポリシリコン膜や窒化シリコン膜との熱膨張係数が大きく異なるため、ポリシリコン膜等が熱により剥がれ易く炉内の汚染原因となったり、耐熱性、耐蝕性等の観点から短期廃棄が必要となる等の問題があり、かかる問題点の解決を図るために上記炭化珪素ウエハが採用された経緯が特許文献２には記載されている。
【００１１】
また同様に、化学的機械的研磨とは全く異なる分野ではあるが、ブラズマエッチング処理の分野において、定期的にチャンバ内にダミーウエハをセットしてブラズマエッチング処理を行い系内の洗浄を行うに際して、特定の結晶性状を有した炭化珪素ウエハを用いることが提案されている（特許文献３）。かかる特許文献３では、優れた耐熱性、耐蝕性、不純物汚染を起こさない高純度性等の観点から採用された炭化珪素のダミーウエハでは、ＣＶＤ法による析出させる炭化珪素膜を有するウエハに反りが発生するため、析出させる炭化珪素の結晶性を特定することによりかかる反りを回避することが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１１８０８３号公報（段落００５４、００５５参照）
【特許文献２】特開平１１−９２２９５号公報（段落０００７、０００８参照）
【特許文献３】特開平１１−１９９３２３号公報（段落０００９、００１２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者は、シリコン酸化膜を被研磨面として有するダミーウエハを化学的機械的研磨に用いることにおいて、以下の課題があることを見出した。
【００１３】
すなわち、シリコン酸化膜を用いたダミーウエハでは、前述の如く、３〜５回に１回は、シリコン酸化膜を成膜し直す必要があり、頻繁に再生を行っている。かかるシリコン酸化膜の再生は、一旦残っているシリコン酸化膜を除去し、再度、所定の膜厚にシリコン酸化膜を成膜するため、多くの工数を必要とする。
【００１４】
また、ダミーウエハの成膜は、製品ウエハの成膜装置を用いるため、単にダミーウエハの成膜再生に工数がかかるという問題では済まされず、製品ウエハの生産効率、生産コストにも直接的に大きな影響を及ぼすこととなる。例えば、現行のライン構成では、ダミーウエハにシリコン酸化膜を再成膜するために、成膜工程の実に約５％もの成膜能力が費やされている。これは、生産に直接寄与しない装置を約５％抱えていることを意味する。
【００１５】
本発明者は、シリコン酸化膜を用いたダミーウエハを使用することは、シリコン酸化膜の再生に関するかかる問題を有するため、早急に解決すべき重要な課題と考えた。
【００１６】
また、ダミーウエハの再成膜に関しては、ダミーウエハを化学的機械的研磨装置へ流す一方で、定期的にシリコン酸化膜の成膜装置へ流すことが必要なため、ダミーウエハの搬送処理が複雑となる。そのため、自動化においては、かかるダミーウエハの搬送処理が円滑なウエハの流れをシステム化する際のネックともなっている。
【００１７】
加えて、ウエハの大口径化に伴い、ダミーウエハもそれに併せて大口径化させなければならず、その分、成膜工程での再生工数も増大することとなり、φ３００ｍｍウエハの生産ラインではダミーウエハに関わるコスト増がより顕在化する。
【００１８】
そこで、再成膜の必要がない化学的機械的研磨用のダミーウエハが求められることとなるが、シリコン酸化膜を成膜しないシリコンウエハをダミーウエハとして使用する点については、研磨パッドとの摩擦が大きく、化学的機械的研磨装置のウエハホルダからウエハが外れるスリッピングが起き易く、ダミーウエハとしては不適切である。
【００１９】
本発明の目的は、再成膜の頻度を十分に抑制できる化学的機械的研磨用のダミーウエハを提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、化学的機械的研磨研磨におけるダミーウエハの運用に基づく再成膜処理の工数削減を図ることにある。
【００２１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２３】
すなわち、本発明では、化学的機械的研磨レート等の管理に際して用いるダミーウエハの被研磨面を炭化珪素とする。
【発明の効果】
【００２４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２５】
すなわち、化学的機械的研磨用のダミーウエハの被研磨面を炭化珪素とすることにより、被研磨面をシリコン酸化膜とするダミーウエハとは異なり、被研磨面の再生処理の頻度を少なく、あるいは省くことができ、ダミーウエハを用いた化学的機械的研磨処理の効率向上、処理コストの低減、及び製品の低価格化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明に係る化学的機械的研磨用ダミーウエハおよびそれを用いた化学的機械的研磨工程を有する半導体装置の製造方法について説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るダミーウエハの断面図である。図２は、化学的機械的研磨装置の要部を模式的に示す説明図である。
【００２８】
本発明者は、前述の如く、シリコン酸化膜をダミー研磨における被研磨面とするシリコン酸化膜ダミーウエハでは膜再生を頻繁に行わなければならず、本来なら製品ウエハの成膜に活用できる成膜装置の成膜能力を約５％もその膜再生につぎ込まなければならない事実に鑑み、膜再生を必要としない、あるいは膜再生を頻繁に行わなくても済む被研磨面を有するダミーウエハの開発を行った。
【００２９】
種々の材質を検討の結果、被研磨面を炭化珪素で形成することが有効なことを見出し、本発明に至った。
【００３０】
化学的機械的研磨におけるダミーウエハとして必要な性状を特定し、これに適った材質を選択した。化学的機械的研磨用のダミーウエハとしては、（１）被研磨面が親水性であること、（２）化学的機械的研磨でシリコン酸化膜程の研磨減りが発生しないこと、（３）半導体装置の製造に際して素子に悪影響を与える等の実質的に支障が発生する程の金属を含まない純度のものが確保されること、等を必須要件として掲げた。
【００３１】
（１）の親水性に関しては、接触角で判断した。親水性と疎水性の境界は接触角４０゜であり、炭化珪素の接触角は２０°〜４０°である。因みに、親水性がなくスリッピングを起こしてダミーウエハとしては用いることができないシリコンウエハの接触角は７０°〜９０°で、これまで使用されてきたダミーウエハのシリコン酸化膜の接触角は約５°であった。
【００３２】
かかる結果から、炭化珪素はシリコン酸化膜程ではないものの親水性を有しており、シリコンウエハとは異なり、ダミー研磨に際して研磨パッドとの摩擦が大き過ぎることに起因するスリッピング現象を起こすことなく、化学的機械的研磨のダミー研磨に使用することができることが確認された。実際にもスリッピングを起こすこなく使用することができた。
【００３３】
一方、（２）のシリコン酸化膜程の研磨減りが発生しないことに関しては、モース硬度でその評価を行った。化学的機械的研磨で使用されるスラリーには、通常、二酸化珪素（ＳｉＯ2）が使用されている。さらには、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）が使用される場合もある。そこで、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣｅＯ2より硬度が高ければ、化学的機械的研磨における研磨減りを抑制できる。
【００３４】
新モースの硬度（１５段階）では、ＳｉＯ2：７、Ａｌ2Ｏ3：１２、ＣｅＯ2：９であり、ＳｉＣ（炭化珪素）は１３であった。炭化珪素を用いれば、研磨減りはシリコン酸化膜の場合より格段に抑制されることが分かる。実際にも、シリコン酸化膜と同じ化学的機械的研磨条件で化学的機械的研磨を行った場合、シリコン酸化膜と比較して研磨減りが殆ど発生していなかった。
【００３５】
また、（１）、（２）の双方の要件を満足させる炭化珪素に関しては、現行で、純度９９．９９％の炭化珪素ウエハ製品を購入することも可能で、（３）の要件をも満足させることができる。
【００３６】
本発明に係る化学的機械的研磨用ダミーウエハとしては、図１（ａ）、（ｂ）の各々に示したウエハ形態を採用することができる。図１（ａ）、（ｂ）のいずれの場合にも、ダミー研磨に際して化学的機械的研磨により研磨される被研磨面が炭化珪素（ＳｉＣ）で形成されている。
【００３７】
図１（ａ）に示す場合には、ダミーウエハ１０は、シリコンウエハ等の素材で形成されたウエハ１１の上面に、炭化珪素膜１２が所定層厚に成膜され、かかる炭化珪素膜１２が被研磨面に形成されている。炭化珪素膜１２は、ダミー研磨に支障が発生しない程度に平坦に成膜されていればよく、ＣＶＤ法等の成膜手段を使用して膜形成を行えばよい。
【００３８】
炭化珪素は、シリコン酸化膜とは異なり硬度が高く、ダミー研磨による摩耗が極めて少ない。成膜を再生することなくどの程度繰り返し使用ができるかは、膜厚、研磨条件等により変わるが、例えば、同じ化学的機械的研磨条件で、膜厚を同一に設定したシリコン酸化膜と炭化珪素膜とを化学的機械的研磨すると、シリコン酸化膜に比べて、炭化珪素膜の膜再生の頻度は、３００回の繰り返し使用に対して膜再生は１回以下の割合という極めて少ない頻度となる。
【００３９】
炭化珪素は比較的高価であるため、被研磨面の炭化珪素膜１２をウエハ１１の上面に積層する図１（ａ）に示す構成を採用することで、ウエハ１１には炭化珪素とは別の安価な素材を使用することで、全体を炭化珪素で形成する場合に比べて、ダミーウエハ１０の低価格化を図ることができる。
【００４０】
尚、図１（ａ）に示す構成では、炭化珪素素材のウエハ１１上に、炭化珪素膜１２を成膜する構成であっても勿論構わない。
【００４１】
一方、価格的な問題に特段の配慮をする必要がない場合等には、図１（ｂ）に示すように、ダミーウエハ１０全体を炭化珪素で形成しても構わない。ダミーウエハ１０の上面は、ダミー研磨に支障が発生しない程度に平坦に形成されている。かかる構成のダミーウエハ１０では、ウエハそれ自体が炭化珪素で形成されているため、ダミー研磨で繰り返し使用しても、シリコン酸化膜を被研磨面とするこれまでのダミーウエハとは異なり、成膜の再生が不要となる。
【００４２】
次に、かかる構成の被研磨面を炭化珪素で形成した本発明に係るダミーウエハ１０を研磨レート等の研磨管理用に用いた化学的機械的研磨工程を有する半導体装置の製造方法について説明する。シリコン酸化膜を被研磨面として形成したこれまでのダミーウエハを用いた場合とは異なり、格段に、化学的機械的研磨工程における化学的機械的研磨の処理手順の簡略化、処理工数の削減を図ることができる。
【００４３】
先ず、化学的機械的研磨方法で使用する化学的機械的研磨装置では、その要部は、図２に示すようになっている。すなわち、化学的機械的研磨装置２０には、モータ２１により回転させられる定盤２２が設けられ、定盤２２上面に研磨パッド２３が設けられている。
【００４４】
研磨パッド２３の表面に対しては、モータ２４により回転可能に構成したウエハホルダ２５にキャリアパッド２６を介して装着したウエハＷが被研磨面を対面配置するように設けられている。併せて、研磨パッド２３の上方には、スラリー供給配管に接続されたノズル２７が設けられ、化学的機械的研磨に必要な砥粒と薬液からなるスラリーが研磨パッド２３の表面に供給されるようになっている。またウエハＷはウエハホルダ２５を介して押圧力２８で研磨パッド２３に押し付けられている。
【００４５】
このようにして研磨パッド２３表面にスラリーを供給しながら、研磨パッド２３に対面配置されたウエハＷの被研磨面に所定の押圧力２８をかけつつ互いに回転させ、相対速度を持たせることでウエハＷの被研磨面の化学的機械的研磨を行う。
【００４６】
尚、ダミーウエハ１０を用いた化学的機械的研磨方法の実施に際しては、使用する化学的機械的研磨装置２０は、上記図２に示す構成に限定されるものではなく、図２に示す構成はあくまで例示であり、化学的機械的研磨方法の実施に際して支障がない範囲で、図２に示す構成とは異なる構成を採用し得ることは勿論である。
【００４７】
図３は、本発明の一実施例である高純度炭化珪素からなる外形寸法がＩ３００Ｉ規格のＴＷ３０１−１８０仕様に適合したダミーウエハ１０を利用した場合の、化学的機械的研磨工程での製品ウエハとダミーウエハの搬送情況を模式的に示している。図中、破線の矢印は、装置間のウエハ搬送を示し、実線の矢印は化学的機械的研磨装置（ＣＭＰ装置）２０内でのウエハ搬送を示している。
【００４８】
装置間のウエハ搬送では、製品ウエハは、複数枚のウエハを１ロットとしてフープに格納した状態でロット搬送が行われている。ダミーウエハも複数枚がフープに格納された状態で搬送される。
【００４９】
フープに格納されたダミーウエハは、図３のダミー工程に示すように、ストッカ４１に、化学的機械的研磨装置２０側の受け入れ態勢が整うまで一時的に保管される。化学的機械的研磨装置２０の準備が整った時点で、フープごと、化学的機械的研磨装置２０のロードポート（図示省略）に送られる。ロードポートでは、フープの戸が開けられ、化学的機械的研磨装置２０内に一枚ずつロボット搬送され、化学的機械的研磨（図中ＣＭＰと表示）によるダミー研磨が開始される。
【００５０】
製品ウエハのレシピに沿った条件で、スラリー、研磨速度等の条件設定がなされた状態でダミー研磨が行われる。ダミー研磨では、炭化珪素で形成された被研磨面を、図２に示す構成の研磨パッド２３に所定の押圧力２８で押し付けながら研磨を行い、所定枚数のダミーウエハを用いて、製品ウエハに適した研磨レートに安定するまで続けられる。安定な研磨レートが得られるようになった時点で、製品ウエハと入れ替えられ、製品ウエハの化学的機械的研磨が開始される。
【００５１】
図３の製品工程に示すように、化学的機械的研磨工程の前工程で所要の処理が施された製品ウエハは、ロット単位でフープに格納され、搬送調整目的等のために、その状態でストッカ５１に一時的に保管される。
【００５２】
前工程での所要の処理としては、化学的機械的研磨を用いる半導体装置の製造プロセスに応じて、種々想定することができる。例えば、ウエハの主面に素子分離領域を形成するに際して化学的機械的研磨を用いる場合には、前工程での所要の処理として、耐酸化性絶縁膜をマスクとしてウエハ主面をエッチングし、素子分離領域に溝を形成し、この溝の内部を含むウエハの主面上に溝の深さよりも厚い膜厚を有する酸化シリコン膜を堆積する処理が該当する。
【００５３】
因みに、かかる処理では、その後、化学的機械的研磨により耐酸化性絶縁膜をストッパとして酸化シリコン膜を研磨することにより、溝内部に酸化シリコン膜を選択的に残すことで素子分離領域を形成することができる。
【００５４】
このようにして前工程で所要の処理がなされた製品ウエハは、化学的機械的研磨装置２０内の受け入れ準備が整った時点で、ストッカ５１からフープに格納された状態で化学的機械的研磨装置２０のロードポートに搬送される。ロードポートに搬送されたフープはその戸が開けられ、前記の如く、ダミーウエハを用いてレシピに設定された研磨レートが安定に得られるようになった研磨部側へ、フープ内に格納されていたウエハが一枚ずつ送られる。
【００５５】
製品ウエハは、ダミーウエハと付け替えられ、研磨レートが安定して得られる状態に調整された研磨パッド２３上に、被研磨面を所定の押圧力２８で押し付けながら、化学的機械的研磨が施される。
【００５６】
このように、ダミーウエハを用いたダミー研磨は、製品ウエハの化学的機械的研磨に先立ち行われる。この様子を、より具体的に図４（ａ）、（ｂ）に示した。
【００５７】
図４（ａ）では、複数の製品ウエハのロットＡ、Ｂについて、ロットＡの化学的機械的研磨終了後、ロットＢの化学的機械的研磨が時間をあけて行われる場合を示している。２枚のダミーウエハＤＷ１、ＤＷ２を用いて製品ウエハと同様の化学的機械的研磨のレシピに沿ってダミー研磨を行い、製品ウエハに適した研磨レートが安定して得られた状態で、製品ウエハのロットＡの化学的機械的研磨を行う。ロットＡでは、例えば、１０枚の製品ウエハＳＷ１〜ＳＷ１０の化学的機械的研磨を行う。
【００５８】
その後時間をあけて製品ウエハのロットＢの研磨を行うが、製品ウエハの化学的機械的研磨の前に、再度本発明に係るダミーウエハ１０を用いてダミー研磨を行う。これは、ロットＡの化学的機械的研磨を行った後、ある程度の時間をあけると、ロットＡの化学的機械的研磨に際して押し付けられていた研磨パットが元に戻り研磨レートが変化するので、ダミー研磨によりロットＢの化学的機械的研磨に先立ち、製品ウエハに適した研磨レートを再設定するためである。
【００５９】
このようにして、図４（ａ）に示すように、２枚のダミーウエハＤＷ１、ＤＷ２を使用して再度製品ウエハに適した研磨レートを確保した上で、ロットＢの製品ウエハＳＷ１〜ＳＷ１０の化学的機械的研磨を行う。
【００６０】
図４（ｂ）に示す場合は、製品ウエハのロットＣ、Ｄの化学的機械的研磨を、研磨パッドが元に戻る程の時間をあけずに、連続して行う場合を示している。この場合には、ロットＣの研磨終了後、ロットＤの研磨開始迄の間に、研磨レートは実質的に変化する虞はない。そこで、図４（ｂ）に示すように、２枚のダミーウエハＤＷ１、ＤＷ２を用いて設定した研磨レートが製品ウエハに適した状態で、ロットＣの製品ウエハＳＷ１〜ＳＷ１０の化学的機械的研磨を行い、その後、引き続いて、ロットＤの製品ウエハＳＷ１〜ＳＷ１０の化学的機械的研磨を行う。
【００６１】
一方、ダミー研磨が終了したダミーウエハ１０は、フープに一枚ずつ再度格納され、フープごとロードポートからストッカ４２に搬送され、搬送調整目的等のために必要な時間一時保管される。ストッカ４２に一時保管されたフープは、必要に応じて、ストッカ４１に搬送され、前記要領で再度ダミー研磨に用いられる。
【００６２】
このようにして、ダミーウエハ１０は繰り返し使用される。ダミーウエハ１０として、図１（ｂ）に示すようなウエハ全体を炭化珪素で形成した構成のものを使用すれば、図３に示すように、完全に、ダミーウエハ１０の膜再生の工程を省くことができる。
【００６３】
図１（ａ）に示すような炭化珪素膜１２をウエハ１１上に成膜した構成を使用した場合でも、繰り返し使用が３〜５回程度であったシリコン酸化膜の場合とは異なり、少なくとも、３００回以上の繰り返し使用の後で、１回の割合で炭化珪素膜の再生が必要となる程度で、実質的に膜再生が殆どないと同様の使用状態で、すなわち図３に示すような流れで繰り返し使用される。
【００６４】
化学的機械的研磨が終了した製品ウエハは、一枚ずつフープに格納され、所要枚数が格納された状態で、フープごとロードポートから搬出され、搬送調整目的等でストッカ５２に一時的に保管され、その後次工程に搬送される。
【００６５】
このように本発明のダミー研磨の被研磨面を炭化珪素で形成したダミーウエハ１０を用いる化学的機械的研磨方法では、図３からも明らかなように、ダミーウエハ１０の被研磨面の再生処理が全くないか、殆どないため、製品ウエハ用の成膜装置の成膜能力をダミーウエハの膜再生用に割く必要がない。そのため、化学的機械的研磨処理自体も、ダミーウエハの膜再生の工数がかからなく、化学的機械的研磨の効率が向上する。
【００６６】
併せて、製品全体としても、ダミーウエハ用に成膜能力を割く必要が全くないか、殆どないため、製品ウエハの成膜効率が向上し、製品の生産効率の向上、生産コストの大幅な削減が達成でき、低価格製品の製造が行えることとなる。
【００６７】
図５には、シリコン酸化膜を被研磨面としたこれまでのダミーウエハを用いた場合の製品工程とダミー工程の様子を、本発明の場合と比較するために示した。
【００６８】
すなわち、図５に示すように、シリコン酸化膜を被研磨面とするこれまでのシリコン酸化膜ダミーウエハ８０を用いる化学的機械的研磨のダミー工程では、複数枚のシリコン酸化膜ダミーウエハ８０がフープに格納され、搬送調整目的等でストッカ４１に一時保管され、化学的機械的研磨装置２０側の受け入れが整った時点で、化学的機械的研磨装置２０のロードポートに搬送される。
【００６９】
ロードポートに搬送されたフープは、フープの戸が開けられ、シリコン酸化膜ダミーウエハ８０が一枚ずつ、化学的機械的研磨装置２０の研磨部に装着され、ダミー研磨が製品ウエハのレシピに合わせて、製品ウエハに適した研磨レートに安定するまで続けられる。
安定な研磨レートが得られるようになった時点で、製品ウエハと入れ替えられ、製品ウエハの化学的機械的研磨が開始される。
【００７０】
図５の製品工程に示すように、前工程で所要の処理が施された製品ウエハは、ロット単位でフープに格納され、搬送調整目的等でストッカ５１に一時保管される。その後化学的機械的研磨装置２０の受け入れ態勢が整った時点で、化学的機械的研磨装置２０のロードポートに搬送される。ロードポートに搬送されたフープはその戸が開けられ、前記の如く、ダミーウエハを用いてレシピに設定された研磨レートが安定に得られるようになった研磨部側へ、フープ内に格納されていたウエハが一枚ずつ送られる。
【００７１】
製品ウエハは、ダミーウエハと付け替えられ、研磨レートが安定して得られる状態に調整された研磨パッド２３上に、被研磨面を所定の押圧力２８で押し付けながら、化学的機械的研磨が施される。
【００７２】
化学的機械的研磨が終了した製品ウエハは、再度フープ内に格納され、化学的機械的研磨装置２０のロードポートから搬送調整目的等でストッカ５２に一時保管後、次工程に搬送される。
【００７３】
一方、シリコン酸化膜ダミーウエハ８０は、ダミー研磨終了後にフープに格納され、化学的機械的研磨装置２０のロードポートから、搬送調整目的等でストッカ４２に一時的に保管される。その後必要に応じて、ストッカ４１に搬送されて一時保管の後、再度化学的機械的研磨装置２０でダミー研磨に繰り返し使用される。
【００７４】
しかし、シリコン酸化膜は、本発明に係る被研磨面を炭化珪素で形成したダミーウエハ１０とは異なり、ダミー研磨により研磨減りが大きく、繰り返し使用は３〜５回程度しかできない。そのため、３〜５回の繰り返し使用の後は、シリコン酸化膜ダミーウエハ８０は、化学的機械的研磨装置２０からフープに格納された状態で、ストッカ４２に一時保管された後、図５に示すように、シリコン酸化膜除去工程Ｓ１０に搬送される。
【００７５】
シリコン酸化膜除去工程Ｓ１０では、シリコンウエハ上に形成されたダミー研磨用の被研磨面である残存シリコン酸化膜がエッチング処理で除去される。残存シリコン酸化膜の除去後は、成膜工程Ｓ２０に送られ、ＣＶＤ装置等の成膜装置等でシリコンウエハ上に再度シリコン酸化膜が所定層厚に形成される。かかる所定層厚にシリコン酸化膜を形成するに際しては、製品ウエハの成膜を中断した状態で行われ、成膜能力の約５％も割くこととなる。
【００７６】
このようにして、これまでのシリコン酸化膜をダミー研磨用の被研磨面として構成したシリコン酸化膜ダミーウエハ８０では、３〜５回の繰り返し使用に１回の割合で膜再生を行わなければならず、図３に示した本発明の如く膜再生を行わずに、あるいは殆ど行わずにダミーウエハ１０を繰り返し使用する場合に比べて、化学的機械的研磨の効率が格段に悪い。さらに、３〜５回に１回の高い頻度で、シリコン酸化膜ダミーウエハ８０を成膜工程Ｓ２０に搬送する必要があり、自動搬送におけるシステム構成が複雑となるうえ、搬送負荷もかかる。
【００７７】
（実施の形態２）
上記実施の形態で説明した半導体装置の製造方法では、本発明に係るダミーウエハを繰り返し使用するに際して、フープに格納した状態でロードポートを介して化学的機械的研磨装置への出し入れを行う運用方法を示したが、かかる化学的機械的研磨装置２０への都度の出し入れを省く運用方法について説明する。図６は、かかる運用方法を示す説明図である。
【００７８】
本発明に係るダミーウエハ１０は、これまで使用してきた頻繁に膜再生を必要とするシリコン酸化膜ダミーウエハ８０とは異なり、膜再生を全く必要としない、例えば９９．９９％の炭化珪素で形成されている。すなわち、膜再生を行わずに繰り返し使用できる期間が極めて長い構成である。
【００７９】
本発明者は、かかる本発明に係るダミーウエハ１０の特徴点を活かした新たな化学的機械的研磨方法における運用方法を発案した。膜再生を頻繁に行うことを前提としたこれまでの運用方法を踏襲することなく、ダミーウエハ１０の化学的機械的研磨装置２０内への出し入れを都度行わない運用方法である。
【００８０】
本実施の形態では、図６に示すように、繰り返し使用期間が極めて長い本発明に係るダミーウエハ１０を、化学的機械的研磨装置２０内に留め置いた状態で、必要の都度ダミーウエハ１０を化学的機械的研磨装置２０内の装置内搬送のみで研磨部へ移動してダミー研磨を行う。
【００８１】
例えば、化学的機械的研磨装置２０内に、オープンカセット等のようなダミーウエハ１０の出し入れが戸の開閉を行わずにできる収納ケースが常設されている。かかる収納ケースから搬送ロボット等の自動搬送手段で、ダミーウエハが一枚ずつ研磨部に搬送され、前記実施の形態で説明した要領で、製品ウエハの安定した研磨レートが得られるまで、ダミー研磨を行えばよい。ダミー研磨が終了したダミーウエハ１０は、化学的機械的研磨装置２０内に常設された収納ケースに戻され、次のダミー研磨まで待機させられる。
【００８２】
このようにして、ダミーウエハ１０の使用限界が来るまで、ダミーウエハ１０は化学的機械的研磨装置２０内に常置しておくことにより、使用の都度、化学的機械的研磨装置２０内にフープに格納した状態で出し入れする図３に示す場合とは異なり、化学的機械的研磨におけるダミー研磨の立ち上がり時間を短縮することができる。また、ストッカ４１、４２、及びダミーウエハ１０用の装置間搬送手段を基本的に省くことができ、化学的機械的研磨装置２０の付帯設備の省スペース化、設備投資の削減を図ることもできる。
【００８３】
繰り返し使用限界に至ったダミーウエハ１０は、例えば、化学的機械的研磨装置２０の定期点検時等に、適宜交換する。交換時期は、繰り返し使用期間が半年単位、年単位で設定できるため、手間もかからず、生産効率に大きな負担となることはない。
【００８４】
一方、製品ウエハ、図６の製品工程に示す如く、化学的機械的研磨前工程（ＣＭＰ前の工程）で処理終了後の製品ウエハを、前記実施の形態１の図３で示した要領で化学的機械的研磨装置２０に搬送し、化学的機械的研磨を施す。化学的機械的研磨終了後も、図３で示した要領で、化学的機械的研磨後の工程（ＣＭＰの後工程）に搬送する。
【００８５】
本実施の形態の半導体装置の製造方法における化学的機械的研磨方法では、化学的機械的研磨装置２０内にダミーウエハ１０を留め置いて行うため、現行の化学的機械的研磨装置２０内に、ダミーウエハ１０の収納ケース等の常設スペースを設ける等して対応することが求められるが、かかる常設スペースを有しない現行の化学的機械的研磨装置２０を用いても実施することができる。
【００８６】
通常、現行の化学的機械的研磨装置２０では、ロードポートが複数設けられているため、１個のロードポートを、ダミーウエハ１０のフープを常設する専用に設定することで対応することができる。
【００８７】
本実施の形態の半導体装置の製造方法で採用する化学的機械的研磨方法には、ウエハ全体が炭化珪素で形成されているものに限らず、炭化珪素膜１２をウエハ１１の上に成膜した構成のものでも適用できる。炭化珪素膜１２の研磨減りは極めて少ないので、膜再生に要する交換時期は少なくとも数カ月単位で設定することができるため、膜再生の搬送ルート等を常設しておく必要性は少ない。膜再生が必要になったときには、人による手段をも含めた適宜の搬送手段で、化学的機械的研磨装置２０内から成膜装置まで搬送すればよい。
【００８８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８９】
例えば、前記実施の形態では、本発明に係るダミーウエハを研磨レートの管理として用いた場合を例に挙げて説明したが、その他の化学的機械的研磨に必要な研磨管理に使用しても勿論かまわない。
【００９０】
また、前記実施の形態では、本発明の半導体装置の製造方法に関わる化学的機械的研磨をウエハ主面に素子分離領域を形成する場合を一例として説明したが、例えば、層間絶縁膜の平坦化、タングステン（Ｗ）プラグの形成、銅（Ｃｕ）シングルダマシン、デュアルダマシン等の化学的機械的研磨を必要とするその他の半導体プロセスに適用できることは言うまでもない。
【００９１】
さらに、前記実施の形態では、化学的機械的研磨用ダミーウエハを用いて、半導体ウエハの研磨レート設定用のダミー研磨に用いる場合を示したが、例えば、多層配線基板等の化学的機械的研磨による研磨処理を行う際の研磨ダミーとして使用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、半導体装置の製造に関しての化学的機械的研磨の分野で有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の化学的機械的研磨用ダミーウエハの一実施の形態の例を模式的に示した断面図である。
【図２】化学的機械的研磨装置の要部を示した説明図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法における化学的機械的研磨方法で採用するダミーウエハの搬送情況を示す説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、ダミーウエハと製品ウエハの研磨手順を示す説明図である。
【図５】化学的機械的研磨方法におけるシリコン酸化膜ダミーウエハを用いた搬送情況を示す説明図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法における化学的機械的研磨方法で採用するダミーウエハの搬送情況の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０      ダミーウエハ
１１      ウエハ
１２      炭化珪素膜
２０      化学的機械的研磨装置（ＣＭＰ装置）
２１      モータ
２２      定盤
２３      研磨パッド
２４      モータ
２５      ウエハホルダ
２６      キャリアパッド
２７      ノズル
２８      押圧力
４１      ストッカ
４２      ストッカ
５１      ストッカ
５２      ストッカ
８０      シリコン酸化膜ダミーウエハ
Ｓ１０    シリコン酸化膜除去工程
Ｓ２０    成膜工程
Ｗ        ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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