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ULSI製造コンタミネーションコントロール技術

コードNO0154
発 刊1992年3月
監 修
奥村 勝弥
(株)東芝 半導体プロセス技術第2部 部長
清田 省吾
(株)日立製作所 半導体設計開発センタ 副技師長
鈴木 道夫
日立プラント建設(株)空調プラント事業本部技術本部 副技師長
水野 修
日本電気(株)半導体生産技術本部 本部長代理
価 格 本体65,000円+税
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体 裁 A4判上製 400頁
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 不可  在庫僅少のため。増刷の予定はありません。
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ULSI製造に不可欠のコンタミネーションコントロール技術を総括的にまとめ、現在判明している知見やデータを可能な限り詳細に記載。

■ 主要構成

第1篇 ULSIコンタミネーションフリー技術
第2篇 ULSI洗浄技術
第3篇 ULSIゲッタリング技術
第4篇 コンタミネーション計測・評価技術
第5篇 ULSI清浄環境・部材の形成と管理
【発刊にあたって】

半導体素子の製造は、従来より“不純物との戦い”と言ってもよい。 しかしこれを避けては16M、64M、256M、1Gと高集積・微細化していくULSIの製造は不可能である。

コンタミネーションに対する基本的な姿勢は、“君子危うきに近寄らず”の例え通り、コンタミネーション源に『近寄らない、近づけない、使わない』であるが、ULSI時代に突入し、除去の対象が、蒸気、ミストのような分子・原子・イオン状態のものになると、その制御は格段に難しくなる。 そこで、コンタミネートされたものをきれいにするために、洗浄プロセスがある。 しかしここで、汚れを完全に取り去ったと思っても完璧でないかもしれないし、洗浄後にまたコンタミネートされてしまうかもしれない。 このような恐れや懸念に対する“保険”の意味を込めて、不純物をゲッタリングするプロセスがある。

このようにULSI製造においては、コンタミネーションに対して三段のプロセス構築からなっているといってよい。

本書は、このような基本認識の下にULSI製造プロセスに沿って展開されるコンタミネーションに対する対策を全5篇にわけてまとめたものであり、それはULSI時代の新たな「コンタミネーションコントロール工学」と言っても過言ではない。 この書がコンタミネーションと取り組む全ての技術者の役に立つと信じるものである。

監修者を代表して 奥村 勝弥

■ 内容目次

巻頭言   奥村勝弥

第1篇 ULSIコンタミネーションフリー技術

第1章 リソグラフィ

(1) 露光<水野 文夫>
  1. 露光におけるコンタミネーション
  2. パターン品質の劣化と露光マージンの低下
    2.1 露光(パターン転写方式とパターン描画方式)
    2.2 光縮小投影露光におけるパターン品質の劣化と露光マージンの低下
    2.3 EB直接描画におけるパターン品質の劣化と露光マージンの低下
  3. デバイス特性の劣化
    3.1 ウエーハの汚染(ウエーハ裏面への粒子付着)
    3.2 照射損傷
(2) レチクル<田渕 千裕>
  1. レチクルの種類
  2. レチクルの構造
  3. レチクルの製造工程
  4. レチクルに要求される品質
    4.1 寸法精度
    4.2 重ね合わせ精度
    4.3 欠陥サイズ
  5. レチクルの清浄化
    5.1 レチクルの洗浄
    5.2 レチクル清浄度の測定
  6. レチクルの清浄度維持
  7. ペリクル
    7.1 ペリクル材料
    7.2 ペリクル装着工程
    7.3 出荷・保管用ケース
  8. レチクルの清浄度向上
  9. 今後の課題
(3) 塗布、現像<永田 一志>
  1. パーティクル
    1.1 析出
    1.2 昇華
    1.3 ミスト
    1.4 レジスト欠け
    1.5 気泡
    1.6 搬送発塵
  2. 不均一性
    2.1 膜厚バラツキ
    2.2 寸法バラツキ
    2.3 パターン剥がれ
  3. 材質不安定性
    3.1 熱変形
    3.2 アウトガス

第2章 ドライエッチング

(1) エッチング<宮武 浩/西岡 久作>
  1. 表面の堆積膜
  2. 不純物原子の侵入
  3. チャンバ材からの汚染
(2) レジスト除去<藤村 修三>
  1. レジストからの重金属汚染
  2. レジストからのナトリウム汚染
  3. 高ドーズイオン注入後レジストの剥離
第3章 イオン注入<伊藤 勝彦>
  1. コンタミネーション
    1.1 ドーズ量コンタミネーション(Dose Contamination)
    1.2 不純物コンタミネーション(Impurity Contamination)
    1.3 分布コンタミネーション(Profile Contamination)
    1.4 質量コンタミネーション(Mass Contamination)
    1.5 その他
第4章 酸化・拡散<山部 紀久夫>
  1. コンタミネーションのデバイス特性におよぼす影響
    1.1 シリコン中の不純物
    1.2 シリコン酸化膜中の不純物
  2. 各種コンタミネーションの高温での挙動
    2.1 各種不純物のシリコン中の挙動
    2.2 各種不純物原子のシリコン酸化膜中の挙動
  3. 酸化・拡散炉における汚染経路
  4. 塩酸クリーニング
  5. ゲッタリング

第5章 成膜(1)―CVD

(1) LPCVD<岡村 健司>
  1. 装置からのコンタミネーション
    1.1 エアフローによるコンタミネーション
    1.2 装置からの金属汚染
  2. プロセス起因のコンタミネーション
    2.1 窒化膜
    2.2 高温酸化膜(HTO膜)
  3. まとめとLPCVD装置の今後
(2) プラズマCVD<小谷 秀夫>
  1. パーティクル
  2. 異常成長
  3. 窒化膜の含有水素
第6章 成膜(2)―スパッタ技術<渡辺 徹>
  1. LSIにおけるスパッタ技術
  2. スパッタにおけるコンタミネーション
    2.1 アルミ配線の信頼性
    2.2 ガス成分コンタミネーション
    2.3 固体成分コンタミネーション
    2.4 パーティクル

第2篇 ULSI洗浄技術

第1章 ドライ洗浄<伊藤 隆司>

  1. 光ドライクリーニングの特徴
  2. 有機物の光ドライクリーニング
  3. 無機物の光ドライクリーニング
  4. 自然酸化膜の光クリーニング
第2章 ウエット洗浄(1) 枚葉方式<Dan Syverson>
  1. システムの概説
  2. 酸化膜エッチ特性
  3. パーティクル除去
  4. 金属イオン汚染
  5. 将来の課題
第3章 ウエット洗浄(2) バッチ方式<下野 次男>
  1. 要求されるウエーハ表面清浄度
  2. バッチ方式ウエット洗浄の考え方
    2.1 バッチ方式ウエット洗浄とは
    2.2 洗浄メカニズム
    2.3 洗浄装置の構造
  3. 問題点と技術動向
    3.1 薬品純度
    3.2 ウエーハ表面高清浄化
    3.3 アスペクト比増大
    3.4 ウエーハ乾燥
    3.5 装置大型化
    3.6 薬品使用量削減対策

第3篇 ULSIゲッタリング技術

第1章 IG(Intrinsic/Internal Gettering)<豊川 文敏>
  1. 酸素析出の制御とIG
    1.1 酸素析出と析出核
    1.2 初期酸素濃度の影響
    1.3 炭素の影響
    1.4 点欠陥の影響
    1.5 熱履歴の影響
    1.6 ドーパント濃度の影響
    1.7 酸素析出による結晶欠陥とゲッタリング
  2. 酸素析出によるIG技術
    2.1 基本的なIG熱処理
    2.2 IGの効果
    2.3 酸素析出によるIG技術の課題
  3. 酸素析出を伴わないIG技術
第2章 リンゲッタリング<灘原 壮一>
  1. シリコン中の遷移金属の挙動
  2. リンゲッタリング機構
    2.1 Enhanced Metal-solid Solubility Model
    2.2 Extended Defect Model
    2.3 Si Self-interstitial Model
第3章 バックサイドゲッタリング<中静 恒夫>
  1. ゲッタリング処理とゲッタリングサイト
    1.1 サンドブラスト法
    1.2 ポリシリコンバックシール法
    1.3 YAGレーザゲッタリング法
  2. ゲッタリング能力評価
    2.1 原子吸光法によるゲッタリング能力評価
    2.2 SIMSによるゲッタリング能力評価
    2.3 MOS C-t法による発生ライフタイムによる評価
  3. ゲッタリング効果に付随するウエーハ特性の変化
    3.1 ウエーハ高温強度
    3.2 ポリシリコン膜ゲッタリングウエーハの酸素析出促進効果

第4篇 コンタミネーション計測・評価技術

第1章 ウエーハ上パーティクルの計測・評価技術<三好 元介>
  1. 微小粒子からの光散乱の解析
    1.1 空気中に浮遊した微小粒子からの光散乱
    1.2 ウエーハ上の微小粒子からの光散乱
  2. ウエーハ上パーティクル検出装置の構成
    2.1 検出,照明光学系と光ビームの走査方法
    2.2 信号処理技術
    2.3 システム構成とソフトウェア
  3. 実用レベルでの測定手法
    3.1 検出感度の確認とキャリブレーション
    3.2 膜付きウエーハの測定
  4. パターン付きウエーハ表面検査装置

第2章 ウエーハ表面吸着汚染の計測・評価技術

(1) 物理的計測方法<益子 洋治/小山 浩>
  1. 物理的計測の基礎
    1.1 電子プローブによる信号発生
    1.2 イオンプローブによる信号発生
    1.3 フォトンプローブによる信号発生
  2. SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy)
    2.1 SIMSの原理
    2.2 SIMSの装置
    2.3 コンタミネーション評価へのSIMSの応用
    2.4 TOF-SIMS
  3. SNMS (Sputtered Neutrals Mass Spectrometry)
    3.1 SNMSの原理
    3.2 コンタミネーション評価への適用
  4. 全反射蛍光X線分析法 (TXRF)
    4.1 TXRFの原理
    4.2 TXRFのコンタミネーション評価への適用
  5. XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)
    5.1 XPSの原理
    5.2 コンタミネーション評価への適用
  6. その他のコンタミネーション評価手法
    6.1 AES (Auger Electron Spectroscopy)
    6.2 EPMA (Electron Probe Micro-Analysis)
(2) 化学的計測方法<角田 成夫>
  1. 化学的計測について
  2. 分析方法
    2.1 原子吸光分析法(Atomic Absorption Spectrometry、AAS)
    2.2 ICP (Inductively Coupled Plasma)発光および質量分析法
    2.3 イオンクロマトグラフ(Ion Chromatograph, IC)
  3. 表面不純物の回収方法
    3.1 気相分解法
    3.2 液相分解法
  4. 応用例
  5. 分析環境について

第3章 環境の計測・評価技術

(1) 気体中パーティクル(真空を含む)<星名 民雄>
  1. パーティクルカウンターの原理と問題点
    1.1 パーティクルカウンターの機能
    1.2 従来型パーティクルカウンターの問題点
  2. 半導体製造装置用パーティクルカウンター
    2.1 半導体製造装置用パーティクルカウンターの構造
    2.2 粒子検出システム
    2.3 リークタイト型パーティクルカウンター
(2) 気体中不純物高感度計測法―大気圧イオン化質量分析法<三井 泰裕>
  1. 大気圧イオン化質量分析法の原理
  2. 装置
    2.1 試料導入部
    2.2 イオン化部
    2.3 差動排気部
    2.4 分析部
  3. イオン―分子反応の応用
  4. クラスターイオンの生成と解離
  5. 検量線

第5篇 ULSI清浄環境・部材の形成と管理

第1章 クリーンルーム技術

(1) 設計思想<富所 正時>
  1. クリーンルームの動向
  2. 設計条件とニーズ
    2.1 前提条件とニーズ項目
    2.2 要求品質レベル
  3. 動線計画
    3.1 全体配置と動線
    3.2 クリーンルームの動線
  4. クリーンルーム形式
    4.1 クリーンルームの分類
    4.2 クリーンルーム方式比較
  5. 清浄度
  6. 微量ガス、アルカリ金属および重金属汚染対策
    6.1 対象となる汚染物
    6.2 汚染対策
    6.3 外気処理システム
  7. 静電気対策
    7.1 静電気障害
    7.2 静電気対策
    7.3 クリーンイオナイザ
(2) 温湿度<富所 正時>
  1. クリーンルームにおける温湿度制御の動向
  2. 要求条件
    2.1 設定温湿度
    2.2 変動分布範囲
  3. 時間変動対応温湿度制御技術
  4. 空間分布対応温湿度制御技術
    4.1 空気の混合
    4.2 ドライコイルシステム
    4.3 外調機
    4.4 サプライチャンバでの温度変化防止
  5. 超高精度温湿度制御チャンバ
(3) HEPAフィルタ<大竹 信義>
  1. フィルタの構造と構成材料
  2. 性能と評価
    2.1 ろ紙の性能
    2.2 ユニットの性能
    2.3 クリーンルーム用フィルタの試験方法
  3. クリーンルーム用エアフィルタの今後の課題
(4) 内装材<野口 元弥>
  1. 内装材の条件
  2. 構造としての条件
  3. パネルシステムクリーンルームの特徴
  4. 表面材の耐腐食性能
  5. 内装材と静電気
  6. 帯電防止方法
  7. クリーンルームの内装制限
(5) 微振動対策<安田 正志>
  1. 微振動対策の概要
    1.1 半導体製造と微振動
    1.2 微振動対策の概括
    1.3 半導体製造施設の微振動源
  2. 対策技術と防・除振計画
    2.1 振動源対策
    2.2 絶縁対策(伝達特性の改善)
    2.3 制振対策(応答特性の改善)
  3. 伝達関数法による微振動対策
  4. 注目される微振動対策技術
    4.1 新しい防除振対策技術
    4.2 TMD(動吸振器)による制振技術
    4.3 アクティブ振動制御
  5. 超微振動対策に向けて
(6) 清浄度の維持・管理技術<浅田 敏勝>
  1. 維持管理と方法
  2. 清浄度維持とクリーンルーム主要付帯設備
    2.1 ULPAの効率,DOP検査の問題,再飛散
    2.2 床,壁,パスボックス,エアシャワー
    2.3 静圧確保
  3. クリーンルームの清掃
    3.1 清掃用衣服
    3.2 クリーンルーム施設の清掃手順
  4. クリーンルーム要員の選定と教育訓練
    4.1 クリーンルーム専門家
  5. クリーンルームの作業員
    5.1 クリーンルーム作業員の選定
    5.2 クリーンルーム作業員が平素心がけておくべき事項
  6. クリーンルーム運転管理指針
第2章 最適気流の形成<四方 信夫/田中 晃/都築 浩一>
  1. 浮遊塵埃の移動と付着のメカニズム
  2. 気流制御
  3. 気流シミュレーション
    3.1 室内気流のモデル化
    3.2 有限要素法による解析例
    3.3 差分法による解析例
  4. 気流設計への応用例
    4.1 垂直層流型クリーンルーム(2次元解析)
    4.2 垂直層流型クリーンルーム(3次元解析)
  5. 気流測定
第3章 超純水<二ツ木 高志/小池 勝美/神藤 郁夫/田中 順>
  1. 超純水の水質
    1.1 超純水への要求
    1.2 超純水要求水質の根拠
    1.3 現在の超純水達成水質
  2. 超純水製造システム
    2.1 超純水製造システム例
    2.2 各コンタミネーション物質への対応
  3. 超純水供給システム
    3.1 リバースリターン方式超純水供給システム
    3.2 高性能配管材料の開発
  4. 超純水水質評価技術
    4.1 オンラインモニター計器の開発
    4.2 分析評価技術の標準化
  5. 今後の課題

第4章 清浄部材

(1) レジスト<浅海 愼五>
  1. ポジ型ホトレジスト用原料中の不純物
  2. ホトレジスト工程における金属不純物の低減
  3. ホトレジスト中の微量金属の分析
(2) 薬液<三木 正博>
  1. 薬液品質レベルの進展および現状
  2. 薬液供給材料の品質
(3) 石英ガラス<松尾 秀逸>
  1. 石英ガラス
  2. 製造方法
  3. 石英ガラスの性質とコンタミネーション
    3.1 純度
    3.2 耐熱性
    3.3 耐薬品性
    3.4 機械的性質
  4. 問題点と今後の方向
    4.1 シリコン単結晶引上用ルツボ
    4.2 熱処理用炉芯管

(4) 高純度ガス供給

(4)−1 バルクガス<水口 泰光/杉山 和彦/大見 忠弘>
  1. バルクガスの超高純度化
  2. 超高純度ガス供給系の配管施工
  3. 超高純度ガス供給系の現状における到達点
(4)−2 特殊ガス<西川 幸伸>
  1. 高圧ガスシリンダー
  2. 特殊ガス充填技術
  3. シリンダー・キャビネット
  4. ガス配管
(5) ガスのピュリファイア<金子 晃治>
  1. 窒素ガス精製装置
  2. 酸素ガス精製装置
  3. パラジウム膜式水素精製装置
  4. 低温吸着式水素精製装置
  5. 不活性ガス(アルゴン,ヘリウム)精製装置
  6. インライン式精製器
  7. アルゴン回収精製装置
(6) フッ素樹脂<井原 清彦>
  1. フッ素樹脂の種類と一般的特性
  2. 半導体用途としての特徴
    2.1 クリーン性
    2.2 耐薬品性
    2.3 ガス透過性
    2.4 耐熱性
    2.5 非粘着性
  3. 半導体製造プロセスにおける使用例

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■ 執筆者一覧(敬称略、肩書等は発刊時のものです)
■ 監修
奥村 勝弥
(株)東芝 半導体プロセス技術第2部 部長
清田 省吾
(株)日立製作所 半導体設計開発センタ 副技師長
鈴木 道夫
日立プラント建設(株)空調プラント事業本部技術本部 副技師長
水野 修
日本電気(株)半導体生産技術本部 本部長代理
 
■ 執筆者(執筆順)
奥村 勝弥
(株)東芝 半導体プロセス技術第2部 部長
水野 文夫
(株)日立製作所 デバイス開発センタ 主任技師
田渕 千裕
大日本印刷(株)ミクロ製品製造第2本部 ミクロ技術第2部技術第3課 課長
永田 一志
三菱電機(株)LSI研究所試作部 次長
西岡 久作
三菱電機(株)北伊丹製作所 プロセス技術部エッチング技術課 課長
宮武 浩
三菱電機(株)LSI研究所LSIプロセス開発第1部 第3グループ
藤村 修三
富士通(株)プロセス開発部第1開発部 第1開発課
伊藤 勝彦
(株)日立製作所 半導体設計開発センタプロセス技術開発部 主任技師
山部 紀久夫
(株)東芝 ULSI研究所 主任研究員
岡村 健司
日本電気(株)半導体生産技術本部プロセス技術部 主任
小谷 秀夫
三菱電機(株)LSI研究所LSIプロセス開発第2部 第2グループ グループマネージャー
渡辺 徹
(株)東芝 半導体プロセス技術第2部 プロセス技術第3担当課長
伊藤 隆司
(株)富士通研究所 半導体研究部 部長
Dan Syverson
FSI社
下野 次男
日本電気(株)資源環境技術研究所 課長
豊川 文敏
富士フイルムマイクロデバイス(株)プロセス技術部 課長代理(元・日本電気(株)超LSI開発本部結晶開発部 主任)
灘原 壮一
(株)東芝 ULSI研究所研究第2部 研究主務
中静 恒夫
新日本製鐵(株)エレクトロニクス研究所半導体材料研究部 主任研究員
三好 元介
(株)東芝 半導体プロセス技術第2部 主査
小山 浩
三菱電機(株)LSI研究所評価・解析センター センター長
益子 洋治
三菱電機(株)LSI研究所評価・解析センター第1グループ グループマネージャー
角田 成夫
九州電子金属(株)半導体研究センター 物性研究グループ長
星名 民雄
リオン(株)環測技術部 部長
三井 泰裕
(株)日立製作所 中央研究所第4部 主任研究員
富所 正時
高砂熱学工業(株)本社技術部 参事
大竹 信義
日本無機(株)研究開発部 部長
野口 元弥
日軽冷熱(株)設計技術部 部長
安田 正志
特許機器(株)技術部 部長
浅田 敏勝
日本アイ・ビー・エム(株)環境制御技術開発主管・部長
四方 信夫
日立プラント建設(株)松戸研究所第2部 主任研究員
田中 晃
日立プラント建設(株)松戸研究所第2部 研究員
都築 浩一
(株)日立製作所 機械研究所第1部 主任研究員
神藤 郁夫
オルガノ(株)超純水技術開発センター センター長
小池 勝美
オルガノ(株)半導体事業部第1技術部 技術開発グループ次長
二ツ木 高志
オルガノ(株)超純水技術開発センター
田中 順
オルガノ(株)超純水技術開発センター
浅海 愼五
東京応化工業(株)電子材料事業部企画部 部長
三木 正博
橋本化成(株)技術担当常務取締役
松尾 秀逸
東芝セラミックス(株)中央研究所セラミック第1研究部 部長
大見 忠弘
東北大学 工学部 教授
杉山 和彦
大阪酸素工業(株)東松山開発センター準備室 課長
水口 泰光
大阪酸素工業(株)東松山開発センター準備室 主任
西川 幸伸
テイサン(株)アルファガスディビジョン技術開発グループ グループ長
金子 晃治
日本酸素(株)九州電子機材技術部 部長
井原 清彦
ダイキン工業(株)化学事業部第1研究開発部 主席研究員

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