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クリーンテクノロジー 2014年12月号 PDF版
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クリーンテクノロジー 2014年12月号 PDF版

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■特集:進化するミニマルファブ
○ミニマルファブ開発の進展
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/原史朗
産総研が提唱するミニマルファブ構想に基づき、100社で構成されるファブシステム研究会を中心に、ミニマルファブの開発が進められている。現在前工程のリソグラフィプロセスはミニマルファブにおいて実行できるようになり、MOSFETの試作も実現できている。本稿では、その進捗状況について概説する。

○ミニマルファブによるデバイス試作
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合
/クンプアン ソマワン・原史朗
本稿では、ミニマル装置群を用いた半導体デバイス試作について紹介する。2014年、拡散及び熱酸化プロセス装置がミニマルラインナップに加わり、ミニマル装置のみを用いてトランジスタ試作ができるようになった。長さ10μmのアルミゲートMOSFETを試作し、良好な特性が得られた。一方、ミニマル・メガファブハイブリッドプロセス(ミニマルリソグラフィ装置群と従来型装置の組み合わせ)によって、長さ1μmのポリシリコンゲートMOSFET試作を行い、こちらも良好な特性を得た。これらの結果から、開発したミニマルファブがデバイスを試作するレベルに達したことが証明され、また局所クリーン化システムが半導体デバイスを作るのに十分な清浄性を有していることが確認された。

○ミニマル装置群で作製したデバイスの電気的特性評価
/ミニマルファブ技術研究組合/浅野均・居村史人・古賀和博
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/クンプアン ソマワン・原史朗
クリーンルームではない、一般環境に設置されたミニマル装置群を使用して作製されたデバイス(pnダイオード、MOSキャパシタ、pチャネルMOSFET)について、電気的特性を評価し、大変良好な特性を得た。

○ミニマルパッケージング技術/(独)産業技術総合研究所/井上道弘
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/猿渡新水・原史朗
/ミニマルファブ技術研究組合/居村史人/アピックヤマダ(株)/小林一彦
/(株)石井工作所/宮本清治/(株)SSテクノ/小山賢秀/澁谷工業(株)/安田正二
/九州大学/浅野種正
多品種少量生産に適した画期的な半導体生産システムであるミニマルファブ構想において、前工程から連続性のある一貫ラインを構成できる後工程としてのミニマルパッケージング技術の開発を行っている。その技術およびパッケージング装置群の概要について述べる。

○ミニマルファブの局所クリーン化技術
/ミニマルファブ技術研究組合/谷島孝・安井政治・田島奈穂子
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/クンプアン ソマワン・前川仁・原史朗
/デザインネットワーク(株)・ミニマルファブ技術研究組合/二川真士・増田開
ミニマル装置前室をクリーンエアでパージし、装置本体の高気密化を図ることにより、装置内部を高度にクリーン化できることが分かった。また、前室のエアパージを行っていない現行装置においても、局所クリーン化システムは十分有効に機能していることを示す。

○真空対応ミニマル搬送系:vacPLADの開発
/タツモ(株)・ミニマルファブ技術研究組合/今井慎一・廣田健二
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/前川仁・原史朗
ミニマルファブにおいてウェーハを微粒子・ガスによる汚染から遮断しつつ製造装置内に取り込む前室搬送システム“PLAD”について、その真空装置仕様であるvacPLADについて概説する。

○ハーフインチウェハの評価/ミニマルファブ技術研究組合/梅山規男・奥田修史
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/クンプアン ソマワン・原史朗
ミニマルファブを構成する上で重要となるハーフインチウェーハついて言及し、開発ロードマップとウェーハ品質について概説する。特にウェーハ端部形状は、レジスト塗布状態と密接に関係しており、我々はこの研究から適切なべべリング形状を見いだした。

○薬液を極小化するミニマルウェット洗浄プロセス開発
/ミニマルファブ技術研究組合/松田苑子
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/クンプアン ソマワン・原史朗
ミニマル硫酸過水洗浄とミニマルRCA洗浄について、洗浄力を有機物溶解速度、表面残留不純物濃度、残留微粒子の観点で調べた。その結果、これらの洗浄で、ミニマル洗浄装置が既存の洗浄装置と遜色ない洗浄力が確認された。

○薬液を極小化するミニマル現像プロセス開発
/ミニマルファブ技術研究組合/奥田修史
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/クンプアン ソマワン・原史朗
ミニマル現像装置では既存の1/1,000の面積のウェーハを使用するため、使用する薬品の量も1/1,000にスケーリングする必要がある。この課題を解決するために、従来のかけ流す現像から必要最小限の量だけをウェーハに滴下し、表面張力によってその液体をウェーハ上に保持しながらウェーハを回転して現像を進めるスピン現像を開発した。

○ミニマルマスクレス露光装置
/(株)ピーエムティー・ミニマルファブ技術研究組合/入田亮一
マスクレスでのリソグラフィを実現してTATの大幅短縮に貢献する、ミニマル規格準拠のマスクレス露光装置を開発した。マスクレス露光技術の概要と、ミニマル化への挑戦経緯、最新の量産機について述べる。

○ミニマルマスクレス露光装置の評価/ミニマルファブ技術研究組合/北山侑司
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/クンプアン ソマワン・原史朗
ミニマルマスクレス露光装置の描画性能の評価を行った。描画性能は、1 μmレベルであり、露光量の均一性は2.3%となっている。また、複数パターン露光の場合の重ね合わせ精度は、XYθ方向へ±0.25 μmである。この装置を使用してp-MOSFETを作成し、動作させることに成功している。

○ミニマルマイクロプラズマエッチングプロセス
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/清水禎樹・中野禅・小木曽久人・
クンプアン ソマワン・原史朗/ミニマルファブ技術研究組合/田中宏幸
/三友製作所(株)/白山裕也・横須賀俊太郎・加藤木真紀・新堀俊一郎・高橋賢
これまでの半導体製造プロセスでは本格的に用いられる事が無かった「マイクロプラズマ」を適用したドライエッチングプロセスについて、ミニマルファブ構想での研究開発に至った着眼点や試作機の構成、実際のエッチングプロセスなどについて紹介する。

○ミニマルスパッタ成膜装置の開発とその評価
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/小木曽久人・中野禅・
クンプアン ソマワン・原史朗/誠南工業(株)・ミニマルファブ技術研究組合/加藤旭彦
/(独)産業技術総合研究所/行村健/誠南工業(株)/薮田勇気
半導体製造において、Al電極の作成などに不可欠であるスパッタ成膜をミニマルファブで実現するために、ミニマル規格を満たすミニマルスパッタ成膜装置を試作した。このミニマルスパッタ成膜装置は、ミニマル筐体の中に、真空排気系、電源、試料搬送、冷却水などをすべて内蔵し、ミニマル規格で共通ユーティリティであるAC100 V、圧縮空気および窒素ガスがあれば動作が可能になった。ミニマルスパッタ成膜装置で成膜されるAl膜は、プロセス中の異常放電などが原因のパーティクルの付着も殆ど見られず、電気抵抗率が平均45nΩmで若干バルクAlよりも電気抵抗が高いものの簡単なデバイスをつくるのには十分小さな抵抗が実現できた。このミニマルスパッタ成膜装置および一連のミニマルプロセス装置群を利用して、実際に動作するFETの作成に成功している。これにより、スパッタ成膜プロセスもミニマルファブを構成するプロセスの一つして利用できる見通しがたった。現在は、このミニマルプロセス装置の評価を実施しながら、プロセス時間の短縮や膜厚均一性の向上、ターゲットの利用効率など、実際の生産設備としての安定利用をめざし、装置の改良に取り組んでいる。

○Si熱酸化によるミニマル抵抗加熱炉の評価
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/池田伸一・石田夕起・原史朗
/ミニマルファブ技術研究組合/中戸克彦
/光洋サーモシステム(株)・ミニマルファブ技術研究組合/森川清彦・服部昌
開発したミニマル抵抗加熱炉を用いてMOS構造を作成し、そのキャパシター構造の電気的特性を評価した。容量のゲート電圧依存性から、酸化膜中の固定電荷の影響は少なく、界面準位密度はデバイスアプリケーション上問題とならない低水準に抑えられていることがわかった。

○二重レーザ方式を用いたミニマルレーザ加熱炉の開発/ミニマルファブ技術研究組合/遠江栄希
/坂口電熱(株)・ミニマルファブ技術研究組合/千葉貴史・寺田昌男
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/原史朗
レーザ加熱方式は面内不均一性に課題がある。プロトタイプのミニマルレーザ加熱炉では、Si酸化膜厚の均一性は14.1%であったが、外周のリング状レーザを付加した新方式では5.3%まで改善し、スリップ転位を発生させない高温処理が可能となった。

○ミニマル液体ドーピングプロセス/ミニマルファブ技術研究組合/古賀和博・梅山規男・
居村史人・浅野均・遠江栄希/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合
/クンプアン ソマワン・原史朗
ミニマルプロセスにおいて、イオン注入法の代わりにボロン溶剤を用いたスピンオンによる熱拡散法を採用しドーピングプロセスを開発している。拡散の反応副生成物であるボロンシリサイドをLTO(Low Temperature Oxidation)処理にて酸化、除去し、ボロン濃度1019atoms/cm3が可能な高濃度拡散プロセスを開発した。

○ミニマルCMP装置の評価/ミニマルファブ技術研究組合/梅山規男
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/クンプアン ソマワン・原史朗
ミニマルCMP装置について、ユーザー視点から装置性能を評価した。平坦化の面内均一性を向上させるため、弾性ティルト機構付きヘッドに改善したところ、研磨レートの面内バラツキが2.3%となり、実用レベルを実現した。

○ミニマルCVD装置開発/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合
/石田夕起・池田伸一/ミニマルファブ技術研究組合/中戸克彦・三ケ原孝則
CVD装置をミニマル規格に収めることは、不可能に近いチャレンジである。我々は装置の小型化の課題を科学的に解決しつつ開発を進めている。本稿では、問題点把握のために試作したプロトタイプ機の結果および次世代機の開発方針と今後の見通しを紹介する。

○ミニマルイオン注入装置開発/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合
/大平俊行・原史朗/富士・インパック(株)・ミニマルファブ技術研究組合/北村是尊
イオン注入装置は高電圧や強磁場を使用するため、半導体プロセス装置のなかでも小型化が難しい装置である。従来方式ではミニマル装置化は難しいため、我々は独自の方針で装置開発を行っている。本稿では開発方針、開発状況などについて報告する。

○ミニマルウェハ微粒子スキャナの開発/(株)山梨技術工房/吾妻俊樹・名倉義信
/ミニマルファブ技術研究組合/遠江栄希
/(独)産業技術総合研究所・ミニマルファブ技術研究組合/原史朗
ミニマルで使用するウェーハはミニマルシャトルに密閉されクリーンな状態に保たれ、装置内部は局所クリーン化されているのでウェーハを汚染させる事なく一般環境で使用可能となる。これを実現評価するために今回「ミニマルウェーハ微粒子スキャナ」を開発した。

■解説
○加速試験によるウェーハ表面TDHの評価 7 
/半導体関連技術コンサルティング・滝山事務所/滝山真功
出荷容器洗浄工程の概要を解説し、シリコン・ウェーハへの品質リスクを報告した。自動洗浄装置による容器洗浄では、ポリカーボネートの脱水が進まず、TDH発生リスクが高くなる。

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