第 １ 節 今 後 の 半 導 体 洗 浄 技 術 の 展 望 に つ い て
１ ． ウ ェ ッ ト 洗 浄 と ド ラ イ 洗 浄 の 将 来 展 望
今 後 の 主 流 と な る 技 術 に つ い て は 特 許 分 析 、 論 文 分 析 の 結 果 か ら も ウ ェ ッ ト 洗 浄 で あ る と い え る 。但 し 、半 導 体 の 微 細 化 が ま す ま す 加 速 す る こ と か ら 、水 の 表 面 張 力 の 問 題 が 発 生 し 、 期 待 し た 洗 浄 効 果 が 得 ら れ な い と い う 課 題 が 将 来 的 に は 顕 著 と な る 。
ま た 、 微 細 空 隙 に 残 っ た 水 分 に つ い て パ タ ー ン ダ メ ー ジ を 与 え る こ と な く 除 去 し 、 ウ ォ ー タ ー マ ー ク も 発 生 さ せ な い 乾 燥 技 術 の 研 究 の 進 展 も 望 ま れ る 。
近 年 の 半 導 体 の 微 細 化 が 進 む 中 で 、 ド ラ イ 洗 浄 技 術 は 、 乾 式 で 半 導 体 の 表 面 か ら 汚 染 物 質 を 除 去 す る 技 術 で あ り 、 薬 液 を 殆 ど あ る い は 全 く 使 用 し な い こ と か ら 環 境 面 で 有 利 と さ れ 、 ウ ェ ッ ト 洗 浄 に 変 わ る 洗 浄 技 術 と し て 期 待 さ れ て い る 。
一 方 、 除 去 対 象 と な る 汚 染 物 質 が 、 有 機 物 、 無 機 物 等 で あ る か に 対 し て 、 ド ラ イ 洗 浄 に 用 い る 手 段 と し て 活 性 ガ ス 、 蒸 気 、 プ ラ ズ マ 、 紫 外 線 等 を 適 切 に 選 択 し な け れ ば な ら な い と い う 制 約 も あ る 。
ド ラ イ 洗 浄 の 一 つ で あ る プ ラ ズ マ を 用 い た 洗 浄 技 術 に 対 す る 期 待 が 拡 大 し て い る こ と は 、 特 許 出 願 の 傾 向（ 図 2- 12 参 照 ）か ら も 伺 え る 。一 部 の 企 業 に お い て は 、装 置 を 小 型 可 能 な 大 気 圧 付 近 で の プ ラ ズ マ 洗 浄 装 置 が 実 用 化 さ れ 市 場 に 供 給 さ れ て い る 。
一 般 的 に 、 プ ラ ズ マ を 用 い た ド ラ イ 洗 浄 は 、 半 導 体 に 付 着 し た 有 機 物 の 除 去 や 酸 化 膜 の 除 去 に 主 と し て 用 い ら れ て お り 、 処 理 室 内 部 で 生 成 し た プ ラ ズ マ に よ り 半 導 体 に 付 着 し た 有 機 物 等 の 除 去 を 行 う 技 術 で あ る が 、 洗 浄 時 に 半 導 体 基 板 そ の も の に ダ メ ー ジ を 与 え る と い う 欠 点 も 指 摘
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さ れ て い る 。 そ の た め 、 洗 浄 後 の 洗 浄 評 価 が 重 要 と さ れ て お り 、 こ れ ら の 課 題 を 解 決 す る 研 究 開 発 が 望 ま れ て い る 。
２ ． 浸 漬 式 と 枚 葉 式 洗 浄 の 将 来 展 望
ウ ェ ッ ト 洗 浄 技 術 に お い て 浸 漬 式 か 枚 葉 式 に 大 別 さ れ る が 、 枚 葉 式 に よ る 洗 浄 が 拡 大 し つ つ あ り 、2006 年 時 点 で は 、浸 漬 と 枚 葉 の 比 率 は 7: 3 で あ っ た が 、2008 年 に は 5: 5 に な る と い う 予 測
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も あ る 。
浸 漬 式 の 一 番 の メ リ ッ ト は ス ル ー プ ッ ト が 高 く コ ス ト を 抑 え る こ と に あ る 。 現 在 、 浸 漬 式 の 能 力 は 最 大 600 枚 ／ 時 間 と 言 わ れ 、 一 度 に 大 量 に 洗 浄 で き 、 高 温 プ ロ セ ス で 安 定 性 が 高 い と い う 利 点 が あ る 。
一 方 、現 在 の と こ ろ 枚 葉 式 は 50 枚 〜 150 枚 ／ 時 間 で あ り 、ス ル ー プ ッ ト と い う 点 で は 浸 漬 式 に は 及 ば な い 、 し か し な が ら 、 ス ル ー プ ッ ト 向 上 の た め マ ル チ チ ャ ン バ ー を 導 入 す る な ど の 工 夫 や 、洗 浄 条 件 を 詳 細 に 設 定 で き る な ど プ ロ セ ス 調 整 が 容 易 と い う 利 点 も あ り 、多 品 種・
少 量 生 産 に 適 し て い る こ と か ら ニ ー ズ が 拡 大 し て い る 。 浸 漬 式 と く ら べ 洗 浄 の 過 程 で 温 度 が 下 が っ て い く と い う 点 で は 安 定 性 が 悪 い の で 、 今 後 は 枚 葉 式 洗 浄 に 適 し た 、 高 温 を 必 要 と し な い 、 ま た 個 々 の 洗 浄 に お け る 時 間 短 縮 を 図 れ る 薬 液 の 開 発 が 重 要 と な る 。
い ず れ に せ よ 、 課 題 に 対 し て 浸 漬 式 と 枚 葉 式 の ど ち ら の 方 式 が ク リ ア ー し や す い か （ パ フ
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小 川 洋 輝 、 堀 池 靖 浩 、「 は じ め て の 半 導 体 洗 浄 技 術 」 工 業 調 査 会 、 p187（ 2002）
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2006 年 10 月 11 日 付 け 半 導 体 産 業 新 聞 「 65nm以 降 に 対 応 し た 最 新 の 半 導 体 洗 浄 装 置 技 術 」
ォ ー マ ン ス 重 視 で い く か 生 産 性 重 視 で い く か ）、ど ち ら の 能 力 を 利 用 し た 方 が よ い か を 適 材 適 所 見 極 め 、 プ ロ セ ス 化 を 進 め る こ と が 大 切 で あ る 。 生 産 性 が ク リ ア ー で き れ ば 枚 葉 式 が 有 利 と 言 え る 。
３ ． 今 後 の 注 目 技 術 に つ い て
超 臨 界 流 体 洗 浄 は 、 微 細 化 の 進 む 半 導 体 基 板 に 損 傷 を 与 え る こ と な く 洗 浄 が 可 能 と い う 点 で 魅 力 が あ り 、 次 世 代 の 洗 浄 技 術 と し て 着 目 さ れ て い る 。 但 し 、 現 実 的 に 採 用 す る と な る と 種 々 の 問 題 が あ る 。 例 え ば 、 高 圧 な 流 体 を 扱 う 関 係 か ら 、 耐 圧 容 器 な ど の 防 爆 設 備 が 必 要 と な る 。ま た 、圧 力・温 度 制 御 に 高 度 な シ ス テ ム が 必 要 と な り 、コ ス ト 負 担 が 大 き く な る の で 、 コ ス ト 面 の 課 題 解 決 が 望 ま れ る 。
薬 液 を 使 用 し な い と い う 点 で 環 境 面 か ら 評 価 の 高 い 極 低 温 エ ア ロ ゾ ル を 使 用 し た 洗 浄 技 術 は 、 Aｒ や N２を 極 低 温 に よ り ア イ ス 状 態 に し て 空 気 と 混 合 し 吹 き 付 け る も の で あ り 、 物 理 的 シ ョ ッ ク で パ ー テ ィ ク ル 除 去 を す る 技 術
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で あ り 、 今 後 の 使 用 の 拡 大 が 期 待 さ れ て い る 。 更 に 高 度 な 洗 浄 を 求 め ら れ る 場 合 に 対 応 す る 技 術 が ピ ン ポ イ ン ト ク リ ー ニ ン グ で あ る 。 パ ー テ ィ ク ル を ひ と つ ひ と つ 狙 撃 ち す る も の で あ り 、 ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー を 駆 使 し た 先 端 技 術 と 言 え る 。 例 え ば ナ ノ ピ ン セ ッ ト を 用 い た 洗 浄 は 実 用 化 段 階 を 目 指 し た 研 究
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が 進 め ら れ て い る 。
こ う い っ た 新 技 術 の 研 究 開 発 に よ り 、 ス ル ー プ ッ ト の 向 上 、 コ ス ト の 低 減 、 環 境 へ の 配 慮 と い っ た 問 題 へ 対 処 す る こ と が 期 待 さ れ て い る 。
４ ． 産 業 競 争 力 の 展 望 に つ い て
洗 浄 ・ 乾 燥 装 置 の 世 界 市 場 は 、 大 日 本 ス ク リ ー ン 製 造 、 東 京 エ レ ク ト ロ ン の 2 社 で 約 半 数 を 占 め て い る 。国 内 市 場 に お い て も 、同 2 社 で 約 60％ の シ ェ ア を 誇 っ て お り 日 本 企 業 が 市 場 に お い て 強 み を 発 揮 し て い る 。 ( 2004 年 実 績 ) 。
2 社 と も 、 浸 漬 式 、 枚 葉 式 ど ち ら の 洗 浄 装 置 も 生 産 し て い る が 、 世 界 、 日 本 市 場 と も に 3 位 に つ け て い る SEZ( オ ー ス ト リ ア ）は 、枚 葉 式 洗 浄 装 置 に 特 化 し て い る 装 置 メ ー カ ー で あ る 。 現 在 、 ス ル ー プ ッ ト の 向 上 が 技 術 課 題 と な っ て い る 枚 葉 式 洗 浄 で は あ る が 、 近 年 、 浸 漬 式 か ら 枚 葉 式 へ の 移 行 が 加 速 さ れ て お り 、枚 葉 洗 浄 に 特 化 し て い る SEZ が 市 場 を 伸 ば し つ つ あ る 。
５ ． 技 術 競 争 力 の 展 望
大 日 本 ス ク リ ー ン 製 造 、 東 京 エ レ ク ト ロ ン に 代 表 さ れ る 日 本 の 洗 浄 装 置 メ ー カ ー の 技 術 開 発 力 は 現 在 で も 世 界 の ト ッ プ ク ラ ス に あ る 。 し か し 、 韓 国 の Sams ung El ec t r oni c s , Hy ni x Semi c onduc t or や 、 台 湾 の Tai wan Semi c onduc t or Manuf ac t ur i ng Cor p. ( TSMC)
と い っ た ア ジ ア 各 国 の 有 力 企 業 も 技 術 力 を 付 け て お り 、 今 後 の 動 向 は 着 目 す る 必 要 が あ る 。 ま た 、 韓 国 、 台 湾 は 国 家 政 策 と し て 公 的 研 究 機 関 と 連 携 し た 技 術 開 発 を 強 力 に 推 し 進 め て い る し 、 各 国 の 主 要 企 業 は 、 中 国 の 巨 大 な マ ー ケ ッ ト を 押 さ え る た め の 技 術 開 発 に 凌 ぎ を 削 っ て い る 。
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岡 本 彰 他 、「 超 低 温 窒 素 エ ア ロ ゾ ル に よ る 微 細 中 空 構 造 の 洗 浄 」、第 50 回（ 2003 年 春 季 ）応 用 物 理 学 会 予 稿 集 、 p841
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逢 坂 他 、「 ナ ノ ピ ン セ ッ ト を 用 い た シ リ コ ン ウ エ ー ハ 表 面 の 局 所 ク リ ー ニ ン グ 」、 第 52 回 （ 2005 年 春 季 ） 応 用 物 理 学 会 予 稿 集 、 p880
こ う し た 中 で 、 い つ ま で も 日 本 の 技 術 力 を 世 界 に ア ピ ー ル で き る と は 考 え ら れ な い 。 ヨ ー ロ ッ パ で は 、I MEC( ベ ル ギ ー ) や L ETI ( フ ラ ン ス ) を 中 心 と し た 技 術 開 発 推 進 体 制 が あ り 、米 国 に お い て は 、SEMATECH( テ キ サ ス 州 、ニ ュ ー ヨ ー ク 州 ) 、ア ル バ ニ ー NanoTec h（ ニ ュ ー ヨ ー ク 州 ） 等 の 研 究 拠 点 を 設 立 し 優 秀 な 研 究 者 を 集 め て い る 。 こ う し た 世 界 の 動 き の 中 で 、 日 本 に お い て は す で に 進 行 し て い る MI RAI プ ロ ジ ェ ク ト 等 に 代 表 さ れ る 官 民 合 同 の コ ン ソ ー シ ア ム を さ ら に 強 力 に 推 し 進 め る こ と が 必 要 と な る 。 そ れ に は 、 中 心 的 な 役 割 を 担 う 企 業 と 支 援 す る 公 的 研 究 機 関 の 協 力 体 制 を 強 力 に 構 築 し て い く 必 要 が あ り 、 各 企 業 、 各 研 究 機 関 の 役 割 分 担 を 明 確 に す る 必 要 が あ る 。
第 ２ 節 我 が 国 の 半 導 体 洗 浄 技 術 の 国 際 競 争 力 の 強 化 に 向 け た 提 言
提 言 １
現 状 に お い て 、 我 が 国 の 企 業 ・ 研 究 者 は 、 ウ ェ ッ ト 洗 浄 技 術 を 主 流 に 研 究 開 発 を 進 め 、 競 争 力 優 位 の ポ ジ シ ョ ン に い る 。 こ の 位 置 を 強 固 な も の と す る た め に 、 半 導 体 の 微 細 化 に 対 し て ウ ェ ッ ト 洗 浄 に お け る 技 術 課 題 を 克 服 す る 研 究 開 発 を 進 め る 必 要 が あ る 。
加 え て 、 欧 米 や 韓 国 ・ 台 湾 の 企 業 等 は 、 ド ラ イ 洗 浄 技 術 、 及 び 、 物 理 的 洗 浄 技 術 に 関 す る 研 究 も 進 め て お り 、 こ の よ う な テ ー マ に お い て の 研 究 開 発 の 推 進 と 研 究 者 の 育 成 を 図 る こ と が 、 我 が 国 の 半 導 体 洗 浄 技 術 の 国 際 競 争 力 維 持 に 繋 が る 。
日 本 の 企 業 は ウ ェ ッ ト 洗 浄 技 術 を 主 流 に 研 究 開 発 を 進 め 、 今 日 の 競 争 優 位 性 を 獲 得 し て い る（ 図 2- 6 参 照 ）。し か し な が ら 、半 導 体 の 微 細 化 が 進 む こ と に よ り 、現 状 の ウ ェ ッ ト 洗 浄 技 術 で 対 応 が 困 難 と な る 場 面 が 今 後 顕 著 と な る 。特 に 水 の 表 面 張 力 の 問 題 の 解決は急務といえる ｡ 一 方 、 韓 国 ・ 台 湾 ・ 米 国 の 企 業 は 、 ウ ェ ッ ト 洗 浄 技 術 と 同 等 か そ れ 以 上 に ド ラ イ 洗 浄 技 術 や そ の 他 の 洗 浄 技 術（ 物 理 的 手 段 な ど ）に も 開 発 に 力 を 入 れ て お り（ 図 2- 6 参 照 ）、日 本 と し て も 、 こ の 部 分 の 研 究 開 発 を 疎 か に は で き な い 。
「 微 細 構 造 へ の 対 応 」 と い う 今 後 避 け ら れ な い 課 題 に 対 し て 、 現 状 の ウ ェ ッ ト 洗 浄 技 術 だ け で は な く 、 ド ラ イ 洗 浄 、 物 理 的 洗 浄 で も 競 争 力 を 発 揮 で き る こ と が 望 ま し い 。
ド ラ イ 洗 浄 技 術 の 進 展 は 、 「 何 が ウ エ ハ の 何 処 に 」 を 明 確 に す る 計 測 技 術 を 確 立 し 、 効 果 的 に 汚 染 物 質 を 基 板 か ら 浮 上 さ せ 、 基 板 へ の 損 傷 を 防 止 す る 技 術 を 開 発 で き れ ば 、 現 状 の 主 流 と い え る ウ ェ ッ ト 洗 浄 か ら 大 き な 転 換 を も た ら す 可 能 性 も あ る 。 我 が 国 企 業 の 一 部 で は 、 大 気 圧 付 近 で の ド ラ イ 洗 浄 を 実 用 化 し て お り 、 今 後 の 更 な る 研 究 の 推 進 が 期 待 さ れ る 。 特 許 分 析 か ら み て 、 ウ ェ ッ ト 洗 浄 技 術 に 研 究 開 発 が 注 力 さ れ て お り 更 に 本 洗 浄 技 術 を 発 展 さ せ る こ と は 言 う ま で も な い が 、 リ ス ク 分 散 の 観 点 か ら も 、 ド ラ イ 洗 浄 技 術 お よ び 物 理 的 洗 浄 技 術 に つ い て も 研 究 開 発 を 推 進 す る こ と を 提 言 す る 。
論 文 解 析 の 結 果 か ら 、 ウ ェ ッ ト 洗 浄 に 関 す る 研 究 が 中 心 に 展 開 さ れ て い る こ と が 伺 え る 。
（ 図 3- 7 お よ び 図 3- 8 参 照 ）我 が 国 に お い て は 、特 に ウ ェ ッ ト 洗 浄 技 術 に つ い て 、1970 年 に 原 点 を 持 つ RCA 洗 浄 技 術 に 更 に 改 良 を 加 え る 研 究 が 1990 年 頃 よ り 東 北 大 学 の UCT 研 究 グ ル ー プ に お い て 積 極 的 に 進 め ら れ 、 多 く の 論 文 が 他 に 引 用 さ れ て お り 、 我 が 国 研 究 者 の レ ベ ル の 高 さ が 伺 え る 。
ま た 、1990 年 代 に は 、機 能 水 の 研 究 開 発 も 純 水 装 置 技 術 を 持 つ 企 業 及 び 公 的 研 究 機 関 の 連