半導体製造におけるシリコンウェーハ表面のクリーン化・歩留向上技術および洗浄・乾燥技術 (2コースセット)

半導体デバイス (LSI) の超微細化に伴い、半導体デバイスの製造現場では、パーティクル (異物微粒子) や金属不純物、表面吸着化学汚染 (有機汚染に代表されるケミカル・コンタミネーション) などさまざまな微小 (少) な汚染物質が、半導体デバイスの歩留まりや信頼性にますます大きな悪影響を及ぼすようになっています。半導体プロセスは、その全てが汚染の発生源と言っても過言ではありません。このため、製造ラインのクリーン化 (全工程にわたり、いかに汚染を防止し、シリコンウェーハ表面をクリーンに保つか) および洗浄 (防止しきれなかった汚染をいかに除去するか) の重要性が一段と高まっています。 　本セミナーは、今まで半導体メーカーのノウハウとして門外不出の内向きの技術領域として扱われてきた「歩留まり向先端半導体クリーン化技術および洗浄・乾燥技術」について、その基礎から最先端技術までを、実践的な観点から豊富な事例を交えて、初心者にもわかりやすく、かつ具体的に解説します。 　いままで半導体の参考書では語られることが無かった半導体製造ラインにおける汚染の実態や防止策・除去手法についても多数の実例写真で紹介します。洗浄技術はリバースエンジニアリングで全く把握できず、参考書でもほとんど取り上げられない内容をカバーしております。

2025年2月27日「半導体製造におけるシリコンウェーハの洗浄・乾燥および汚染除去技術の基礎から最新動向まで」 (クリーン化・歩留向上技術編)

1. ビデオ学習〜半導体製造現場・クリーンルーム見学〜 (講義中に随時上映)
   1. 最先端 (300/450mmFOUP方式) 半導体工場クリーンルーム・製造現場見学
      • 米国G450Cの450mmライン
      • 米国Intel、台湾TSMC、キオクシア (旧東芝メモリ) などの300mm最先端ライン
   2. 旧来 (150/200mmオープンカセット方式半導体工場クリーンルーム・製造現場見学
      ⇒講義の合間に随時上映する予定です。
2. 世界および日本半導体産業の最新動向紹介 (まずは世界半導体産業の現状を理解しよう)
3. クリーン化の目的 (なぜクリーン化すべきか?)
   1. 歩留向上の重要性
   2. 歩留の定義
   3. 歩留習熟曲線
   4. 歩留の低下要因
   5. ランダム欠陥・固定欠陥
   6. 歩留り予測モデル (歩留の科学)
   7. 歩留の科学を理解するための練習問題
   8. ホットトピック:チップレットの概念とこれを用いることで歩留向上
4. クリーン化の対象 (何をクリーン化すべきか?)
   1. 半導体の最小線幅の年代推移
   2. 半導体製造における空気清浄度の推移
   3. ウェーハ搬送方式の推移
   4. 汚染発生源の推移
   5. ミニエンバイロンメント (200mm SMIF/300・450mm FOUP)
   6. ホットトピック:クリーンルーム不要へ向けてまったく新しい概念のクリーンルーム
   7. 半導体製造におけるクリーン化の優先順位
   8. 半導体製造における汚染の実態とそれぞれの汚染によるデバイス不良例
   9. ウェーハ表面汚染の種類と主なデバイス特性への影響
   10. 半導体製造装置・プロセスの主な発塵源
5. 半導体表面クリーン化の手法 (汚染をどのように防止すべきか?)
   1. ウェーハ表面の汚染分析手法
   2. 半導体プロセスにおけるパーティクルの低減・防止対策
      1. パーティクルによる様々な不良の実例
      2. 製造ラインでのパーティクルモニタリング
      3. 製造ラインでのパーティクル低減手法
      4. 半導体製造装置の主な発塵減
      5. 半導体製造プロセスの発塵減と低減防止策
      6. パーティクル沈着機構の変遷
      7. 洗浄によるパーティクル除去メカニズム
   3. 半導体プロセスにおける金属汚染の低減・防止策
      1. 金属汚染のデバイスへの影響
      2. 微細化に伴う新金属材料の必要性
      3. 金属汚染防止策
      4. 金属汚染ゲッタリング策
      5. 洗浄による金属汚染除去
   4. 半導体プロセスにおける無機化学汚染の低減・防止策
      1. 空気中のドーパント起因の不良
      2. 空気中のアンモニア起因の不良
      3. 空気中の酸起因の不良
      4. 空気中の無機化学汚染の低減防止策
   5. 半導体プロセスにおける有機化学汚染の低減・防止策
      1. 有機汚染のデバイス・プロセスへの影響
      2. リソグラフィにおける有機汚染の分解
      3. 有機汚染によるレンズやミラーの曇り
      4. クリーンルームにおける有機汚染の発生源
      5. ウェーハ収納ボックスからの有機汚染発生
      6. ウェーハ表面有機汚染の低減・防止策
      7. 洗浄による有機汚染の除去メカニズム
   6. ホットトピック:発生源が内部にあることを想定しなかったFOUPの問題点とFOUP内の窒素パージによる各種汚染の防止策
   7. 将来に向けたFOUPを用いないオール枚葉搬送・処理方式の提案
6. まとめ
   1. クリーン化技術のパラダイム転換
   2. 今まで計測できなかったナノパーティクルの課題と展望
   3. 歩留まり向上手法 (SPC, APC, FDC,YMSなど) へのビッグデータ、IoT (モノのインターネット) 、AI (人工知能、マシンラーニング) 、仮想計測 (VM) など最新手法の活用
• 質疑応答

2025年3月24日「半導体製造ラインの汚染の実態と歩留向上のためのシリコンウェーハ表面汚染防止技術の基礎から最新動向まで」 (半導体洗浄・乾燥技術編)

1. ウェーハ洗浄・乾燥の基礎
   1. 半導体製造における洗浄の重要性
      1. 半導体デバイスの製造フロー
      2. 半導体製造のプロセスフロー
      3. 製造工程でのパーティクル推移
      4. 半導体微細化の年代推移
      5. 半導体製造において管理対象とすべき汚染の種類の変遷
      6. ウェーハ表面汚染の種類とデバイス特性への影響
      7. 国際半導体技術ロードマップにおける表面汚染管理目標値の見方
   2. 表面汚染除去のメカニズム
      1. ウェット洗浄メカニズムのイメージ
      2. パーティクル除去のメカニズム
         • 基板との相互作用、エッチング深さやpH依存性、経時変化の影響
      3. 金属汚染除去のメカニズム
      4. 有機汚染除去のメカニズム
         • ウェット洗浄による有機汚染除去
   3. ウェーハ洗浄・乾燥手法
      1. 1970年代以前のシリコンウェーハ洗浄手法
      2. RCA洗浄の由来 – オリジナル論文。RCA社の変遷
      3. 多層浸漬式RCA洗浄とその基本条件
      4. RCA洗浄のメカニズム、目的と問題点
      5. ホットトピックス – 対韓輸出規制のHFにまつわる話題
      6. RCA洗浄の代替・改良例
      7. クリーンな洗浄の前提条件 – ウェット洗浄中のパーティクルの転写
      8. 過去は洗浄液の純度、現在はウェーハの汚染レベルが支配的
      9. 主なウェーハ乾燥方式
      10. マランゴニ乾燥の原理
      11. ウォータマークの発生メカニズム
      12. 浸漬式から枚葉スピン式洗浄へ
      13. バッチ浸漬式洗浄と枚葉スピン洗浄の比較
      14. 枚葉スピン洗浄シーケンス (講演者が開発したSCROD洗浄の詳細)
      15. 枚葉スピン洗浄の様々な利点
          1. 半導体産業・製造のパラダイム転換
          2. CMOS製造ラインの各装置の生産能力
          3. 液浸リソグラフィのウェハエッジのパーティクル問題
          4. ベベル洗浄
          5. 枚葉スピン洗浄の適用範囲拡大
      16. 枚葉スピン洗浄の最後の難問:SiNエッチ
      17. 枚葉スピン洗浄機でWETとDRY共用
      18. 主な浸漬式洗浄のウェーハ乾燥方式
          1. ウォータマークの発生
          2. 空気遮断板を用いた感動方式
          3. IPA吹付置換乾燥方式
      19. 半導体トップメーカーの洗浄枚葉化指向
      20. 洗浄装置売上高の推移と各社市場シェア
2. 回路パターン付きウェーハ洗浄の現状と課題
   1. 微細構造・新材料対応の洗浄技術
      1. トランジスタ構造と材料の変化
      2. 微細化トレンドと新材料の必要性
      3. 先端半導体洗浄に使用される材料の変遷
      4. MOSLSIで使用されてきた主な材料の変遷と今後の方向
   2. トランジスタ形成 (FEOL) 工程の洗浄の現状と課題
      1. High-k/メタルゲート周りの洗浄
         1. High-kの理由
         2. 異種金属導入への対応
         3. High-kエッチング液設計
         4. ゲート周り洗浄の課題
         5. FinFETプロセス
   3. 多層配線 (BEOL) 工程の洗浄の現状と課題
      1. CMOS-LSIの断面構造
      2. 多層配線を活用したCMP技術
      3. 配線遅延問題:AlからCu へ
      4. ITRSのk値ロードマップはでたらめ
      5. Cuデュアルダマシン構造とその洗浄
      6. BEOL洗浄の課題
      7. 先端CMOSにおける洗浄技術の課題のまとめ
3. 超微細化に向けたウェーハ洗浄技術の展望
   1. ウェーハ大口径化に向けての洗浄の課題と展望
      1. 大口径化の変遷と今後の動向
      2. 450mmウェーハ対応洗浄装置の評価データ
   2. 超微細構造に向けての洗浄の課題 (1) (微細構造洗浄における超純水の問題点)
      1. 純粋の絶縁性
      2. ウォータマークの発生
      3. 水の高誘電性
      4. 水の金属腐食性
         1. FEOLの問題点 – Hig kキャップ材の消失
         2. BEOLの問題点 – CuやCoの消失
      5. 水の高表面張力による回路パターン倒壊
         1. パターン倒壊・癒着の実例
         2. パターン倒壊のメカニズム
         3. パターン倒壊の対処法
            • ラプラス圧制御
            • 表面改質
            • 設計変更
            • DFM
            • ドライ洗浄
   3. 超微細構造に向けての洗浄の問題点 (2) (洗浄時に意図的に加えられる物理力によるパターン倒壊)
      1. 洗浄時の物理力によるパターン倒壊例
      2. 洗浄時に物理力を加えざるを得ない背景
      3. ウェット洗浄による微細パターンダメージ
   4. 脆弱な超微細構造にダメージを与えない洗浄・乾燥技術
      1. ダメジレスウェット洗浄 (二流体洗浄、ガス溶存メガソニック洗浄)
      2. 代表的なドライ洗浄と長所・欠点
      3. HFベーパー洗浄
      4. エアロゾルクリーニング
      5. ガスクラスタクリーニング
      6. 固相クリーニング
      7. フリーズドライによるウェーハ乾燥時のパターン倒壊防止
      8. 乾燥直前表面改質によるウェーハ乾燥時のパターン倒壊防止
      9. 超臨界流体を利用したウェーハ乾燥時のパターン倒壊防止
         1. 超臨界流体洗浄を用いたウェーハ乾燥手順
         2. 超臨界流体洗浄・乾燥システム
      10. 超臨界流体洗浄の先端半導体デバイスへの応用
      11. 局所クリーニング
          1. 局所クリーニングの必要性
          2. レーザー照射を用いたクリーニング
          3. AFMナノプローブ
          4. ナノピンセットなどによる究極の局所クリーニング
          5. シリコンウェーハ局所クリーニングのまとめ
4. おわりに
   1. 今までのまとめ
   2. 半導体メモリの技術動向と洗浄の課題と解決策
   3. ロジックICの技術動向と洗浄の課題と解決策
   4. 超微細デバイスに採用予定の新構造 (GAA, Ribbon FETなど) への洗浄の対応
      1. 半導体ロジックデバイスの最新ロードマップ – IMECとIntelの例
      2. トランジスタ構造の変遷:過去から未来へ
      3. ゲートオールアラウンド名のワイヤFET
      4. 超微細化への洗浄の対応
      5. 洗浄技術の先端研究課題
      6. ホットトピックス
         • 表面改質でパターン倒壊防止
         • デジタルエッチングで超微細加工
   5. 半導体洗浄技術国際会議から見た洗浄技術の最新動向
      1. 世界の洗浄国際会議の紹介
      2. 最近の米国開催洗浄国際会議ECS-SCST参加報告 (レビュー記事の紹介)
      3. 最近の欧州開催洗浄国際会議UCPSS参加報告 (レビュー記事の紹介)
• 質疑応答