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• 半導体製造における汚染管理
  

半導体産業において、集積回路の素子サイズはますます小型化しており、小さなチップ上に数多くの微小な素子が集積されています。そのため、製造工程では外部からの不純物による汚染を厳格に防止する必要があります。こうした汚染源は、素子の性能劣化や回路製品の不良率の上昇、さらには信頼性の低下を招くおそれがあるからです。汚染問題は、チップ製造業界が最も重視し、多大な労力を投入して解決しなければならない最重要課題です。なお、汚染は大規模集積回路の製造プロセスに由来するだけでなく、供給される超清浄室専用の化学品や材料、さらには超清浄室の建設に用いられる建材や施工手法にまで及ぶ場合があります。

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• 1.1  汚染物質の種類
  

  
  

一般的な汚染源には、粒子状汚染物質、金属イオン、化学物質などがある。

1. 粒状汚染物質

粒子には、大気中に存在する粒子、作業者によって生成される粒子、さらには装置やプロセス工程で使用される化学物質から生じる粒子などが含まれる。いずれのウェーハにおいても、大量の粒子が存在する。なかにはデバイスの比較的感度の低い領域に位置し、デバイスの欠陥を引き起こさないものもある一方で、致命的な影響を及ぼすものもある。経験則として、粒子のサイズはデバイス上の最小特徴寸法の1/10以下でなければ、欠陥の発生につながるおそれがある。

2.金属イオン

半導体材料において、イオン状態で存在する金属イオン汚染物質は、移動性イオン汚染物質（MIC）と呼ばれる。これらの金属イオンは半導体材料中で高い移動性を示し、デバイスが電気特性試験に合格して製造工場から出荷された後であっても、依然としてデバイス内部で移動し、デバイスの故障を引き起こす可能性がある。残念ながら、ほとんどの化学物質にはデバイスの故障を招く金属イオンが含まれている。最も一般的な移動性イオン汚染物質はナトリウムであり、ナトリウムイオンはシリコン中で最も高い移動性を示す物質でもあるため、ナトリウムの制御はシリコンウェーハ製造における最優先課題となっている。特にMOSデバイスでは、MICによる影響がより深刻である。そのため、MOSグレードあるいは低ナトリウムグレードの化学品を開発・製造するための対策を講じる必要があり、これが半導体業界における化学メーカーの取り組みの方向性でもある。

3.化学物質

化学物質とは、半導体製造工程において不要な物質を指す。これらの物質が存在すると、ウェーハ表面に望ましくないエッチングが生じたり、デバイス上に除去不能な化合物が生成されたり、あるいはプロセスの不均一性を引き起こしたりする。最も一般的な化学物質は塩素であり、工程で使用される化学品中の塩素含有量は厳格に管理されている。

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• 1.2  汚染物質が引き起こす問題

1. デバイス製造工程の歩留まりが低下した

汚染はデバイスの寸法を変化させ、表面の清浄度および平坦性を低下させる。汚染環境下で製造されたデバイスは、歩留まりの低下、コストの増加、ならびにプロセス上の良品率の低下を招く。

2.デバイスの性能低下

製造工程において見落とされたり検出されなかった微小な汚染物質は、不要な化学物質や移動性のイオン汚染物質を生成し、デバイスの性能を変化させるおそれがあります。

3. デバイスの信頼性低下

汚染物質はデバイス内部に残留し、故障を引き起こしてデバイスの信頼性を低下させ、将来的に予期せぬ損失を招くおそれがあります。

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• 1.3 クリーンルーム の建設

クリーンルーム（Clean Room）とは、一定の空間内における空気中の微粒子や有害物質、細菌などの汚染物質を除去し、室内の温度・清浄度・室内圧・気流速度および気流分布・騒音・照明・静電気などを所定の要求範囲内に維持するよう特別に設計された室のことです。外部の空気条件がいかに変化しても、室内はあらかじめ設定された清浄度・温湿度・圧力など、必要な環境条件を安定して保つことができます。クリーンルームの最も重要な役割は、半導体チップが接触する大気の清浄度と温湿度を厳密に管理し、製品が良好な環境下で生産・製造されるようにすることにあります。

1.建築材料:

クリーンルームに使用する建築材料は、いずれも剥離しにくいものを選定しなければなりません。また、すべての配管口は密閉処理を施す必要があり、作業台はステンレス鋼製とすることができます。

2.クリーンルームにおける外部汚染の制御要因

（1）粘着式床マット。各クリーンルームの入口には必ず粘着式床マットを設置し、靴底の汚れをしっかり捕捉してクリーンルームへの持ち込みを防ぎます。一般的に、床マットは複数層構造になっており、汚れが付着したらその層を剥がして捨てます。

（2）更衣エリア。クリーンルームの更衣エリアは、クリーンルームと工場区域との間の過渡的な空間であり、天井に設置された高性能粒子空気フィルター（HEPA）によって清浄な空気が供給されます。作業者はここで必ずクリーンスーツに着替えます。このエリアはベンチによって二つに区分されており、作業者は片側でクリーンスーツを着用し、もう一方の側でシューズカバーを装着することで、ベンチおよびクリーンルーム内を清潔に保つことができます。クリーンルームと工場区域のドアは同時に開けることができず、これによりクリーンルームが工場区域の汚染環境に曝されることを防止します。一部の工場では廊下にロッカーを設置しており、クリーンルーム用の衣類や物品についても適切な管理が求められます。なお、更衣エリアは通常、一次更衣エリアと二次更衣エリアの二つに分かれています。

(3) エアシャワー室。クリーンルームと更衣室の間にエアシャワー室を設置し、高速で流れる気流によって清潔服の外側に付着した粉塵粒子を吹き落とす。エアシャワー室には、前後のドアが同時に開かないよう互いに連動するロックシステムを必ず備えなければならない。

(4)保守エリア。クリーンルームの周囲には保守エリアが設けられており、通常はその清浄度クラスをクリーンルームより低く設定する（一般的には1,000級または10,000級）必要があります。技術者はクリーンルーム外で装置の保守作業を行うため、クリーンルーム内へ入室する必要はありません。

（5）空気圧制御システム。大気汚染を厳格に防止する工場では、設計段階においてクリーンルーム、更衣室および工場全体の空気圧をバランスよく調整することが求められる。一般的には、クリーンルームの空気圧が最も高く、次いで更衣室、そして工場内や廊下が最も低い設定となる。これにより、クリーンルームのドアを開けた際、クリーンルーム内部は相対的に

高い気圧は、空気中のほこりの侵入を防ぎます。

（6）靴クリーナーおよび手袋洗浄機。靴クリーナーでシューズカバーおよび靴側面のほこりを除去します。手袋洗浄機で手袋を洗浄し、乾燥させます。

（7）静電気防止設備。静電気は空気や作業服に付着した塵埃を引き寄せ、ウェハ上の高密度集積回路の製造および性能に影響を及ぼしやすい。静電気の制御は、静電気の蓄積を防ぐことと放電を防止することの二つの側面から構成される。静電気の蓄積防止には、静電気防止服、静電気防止用搬送箱、静電気防止用保管容器などを用いる。放電対策としては、イオナイザーの使用や静電気接地帯の設置が挙げられる。イオナイザーは通常、HEPAフィルターの下部に配置され、フィルター表面に蓄積した静電気を中和する。静電気の放電には、作業者の接地用リストバンドや作業台用の接地マットなどが用いられる。

3.職員の防护措置

クリーンルームの作業員は、最大の汚染源の一つです。人の呼吸には多量の汚染物質が含まれており、呼気によって大量の水蒸気や微粒子が空気中に放出されます。座っている状態でも、1分間に10万から100万個もの粒子が排出され、さらに抜け落ちた毛髪や壊死した皮膚片なども存在します。通常の衣類からも、クリーンルーム内に数百万個もの粒子が持ち込まれます。

人間由来の汚染を防止するための対策は、人間を完全に覆い隠すことです。クリーンスーツには、繊維の脱落がなく、編み目が緻密な素材を選び、静電気を放散する導電性繊維を含有させます。また、ろ過性能を確保しつつ、着用時の快適性も考慮します。クリーンスーツは高襟・長袖口の形状とし、体のあらゆる部位を確実に覆うよう設計します。頭部は内帽で髪を覆い、その上から外装を被せます。外装にはショール状のフードが付いており、作業着でこのフードを留めることで頭部カバーをしっかりと固定します。顔面はフェイスマスクで覆い、眼は側翼付きの安全メガネで保護します。衣類は航空宇宙服のヘッドギアをモデルにし、フィルターベルトやブロワー、真空システムを接続できる構造としています。新鮮な空気は真空ポンプによって供給され、フィルターにより呼出されるガス中の汚染物質がクリーンルーム内へ吹き込まれないよう確保します。皮膚には特殊な保湿剤を塗布することで、皮膚からの剥離物による汚染をさらに抑制します。なお、この保湿剤には塩分や塩化物を含みません。着用手順は、上部から下部へと順に進めるようにし、上部で舞い上がった粉塵を下部の衣類で遮るように配慮します。最後に手袋を装着してください。

健康な人は多くの汚染物質の発生源であり、患者に至ってはさらに深刻です。特に皮膚疾患や呼吸器感染症の患者は、さらなる汚染源ともなります。したがって、関連する職種では、それに応じた従業員の健康診断基準を定める必要があります。

4.空気制御システム

通常の大気には微粒子や浮遊塵などの汚染物質が多量に含まれており、これらは処理を経てからでなければクリーンルームへ導入することはできません。クリーンルームの清浄度は、空気中の微粒子のサイズおよびその濃度によって決定されます。天井部のHEPAフィルターにより空気をろ過し、床面から排気することで、常に清浄な空気の流れを維持します。

5. 温湿度制御システム

半導体用超清浄室における温湿度管理は重要な課題であり、その制御の精度は製造の歩留まりに直接影響を及ぼします。温度制御は作業者の快適性とプロセスの安定性の両面で極めて重要であり、特に化学薬品を用いたエッチングや洗浄工程では、化学反応が温度変化によって異なるため、温度管理が不可欠です。相対湿度も非常に重要なプロセスパラメータであり、特にリソグラフィ工程においては、湿度が高すぎるとウェーハ表面が過度に湿潤となり、ポリマーの接着特性に悪影響を及ぼします。一方、湿度が低すぎるとウェーハ表面に静電気が生じ、この静電気が空気中に浮遊する微粒子を引き寄せてしまうおそれがあります。

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• 1.4 クリーンルーム の基準

国際的な慣例に従えば、クリーンルームの清浄度レベルは、主に1立方メートルの空気中に存在する粒子径が規定基準以上の粒子数によって定められます。すなわち、「無塵」とは100％一切の粉塵がないことを意味するのではなく、極めて微量なレベルに抑制されていることを指します。もちろん、この基準においても、粉塵に関する規格に適合していることが求められます。 規格に準拠した微粒子は、一般的なほこりに比べれば極めて微小ですが、半導体デバイスにとっては、わずかなほこりでさえも非常に大きな悪影響を及ぼすため、半導体製品の製造においては、無塵化が不可欠な要件となっています。

単位体積あたりの塵埃数の違いに基づいて、クリーンルームは表1.2に示すように複数の等級に区分される。直径0.5マイクロメートルの塵埃を比較基準とし、1立方インチの空間内に0.5マイクロメートル以上の塵埃粒子が10個未満である場合を10級クリーンルーム、同様に0.5マイクロメートル以上の粒子が1,000個未満である場合を1,000級クリーンルームと呼ぶ。現在、多くの半導体製造ラインでは、クリーン度1級が要求されている。

表1.2 クリーンルーム等級表

〉〉クリーンルームの維持管理 クリーンルームの定期的な保守は極めて重要です。

清掃作業員は、生産作業員と同様のクリーンスーツを着用しなければなりません。クリーンルーム用の清掃器具、たとえばモップなども厳選する必要があります。一般家庭で使用される清掃用品は汚れがひどく、クリーンルームでは使用できません。真空式掃除機の使用にも特に注意が必要です。真空式掃除機の排気システムにはHEPAフィルターが装備されており、現在ではクリーンルームでの使用が可能となっています。多くのクリーンルームでは、清掃時に発生する汚染物質を低減するために、内蔵型の真空システムを採用しています。

プロセス作業台の清掃には、特殊な低汚染性のクロスおよびスポンジを使用する必要があります。拭き取りの手順も極めて重要で、壁面は上から下へ、作業台面は奥から手前に向けて行います。スプレーボトルで噴霧する洗浄剤は、被洗浄物の表面ではなく、清潔な布の表面に直接噴霧するようにしてください。これにより、ウェハや装置への不要な過剰な噴霧を抑制できます。

クリーンルームの清掃自体が、半導体プロセスを支える補助技術となっています。半導体チップ製造工場では、外部の認証機関に依頼して、クリーン度、作業手順、手順書および管理プログラムを評価・確認し、文書化することが可能です。

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  「世界全体の科学技術発展の潮流は絶えず推進されており、その最も基礎的な部分を担うのが半導体である。」現在においても、汚染の抑制は依然として半導体の性能向上における最大の課題である。

  
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なかでも、ウェーハ隔離用フィルム・紙（Wafer Isolation Film & Paper）は、ウェーハと直接接触する材料として、外部からの不純物や汚染源によるウェーハの汚染を防止するうえで極めて重要な役割を果たしています。以下に、こうした動向がウェーハ隔離膜の製造にもたらす新たな課題を示します。

1 . より高い純度の要求

• 微粒子制御 ： ウェハ上に集積される素子の数が増加するにつれて、わずかな粒子による汚染であっても素子の性能劣化を招くおそれがあります。そのため、ウェハ用分離膜は、いかなる微粒子による汚染も防ぐため、極めて高い純度が求められます。

• 化学純度： 物理的な微粒子汚染に加えて、化学成分の純度も厳密に管理し、化学反応を引き起こす可能性のある不純物がウェーハの性能に影響を及ぼさないよう防止する必要があります。

2. より高い静電気防止性能

• 静電気防止： チップ製造工程において、静電気放電（ESD）はチップに深刻な損傷をもたらすおそれがあります。チップの絶縁膜には、静電気の蓄積と放電を防止するため、より高い耐静電性が求められます。

• 導電性： 一部の用途においては、チップ用絶縁膜は静電気が迅速に放電されるよう、優れた導電性を備えている必要があります。

3. より精密な表面処理

• 表面粗さ： ウェーハ用分離フィルムの表面粗さは、接触時にウェーハ表面を傷つけることを防ぐため、極めて高い基準を満たす必要があります。

• 平坦度 ：ウェーハ用分離膜の表面平坦性も極めて重要であり、ウェーハの加工工程においていかなる応力による変形も生じないようにする必要があります。

4. より高い機械的性能

• 耐久性： チップ用の分離膜は、性能を損なうことなく複数回の繰り返し使用に耐えられるよう、優れた機械的強度と耐久性を備えている必要があります。

• 柔軟性： 一部の用途では、チップ用絶縁膜は、取り付けや使用を容易にするために一定の柔軟性を備えている必要があります。

5. より厳格な環境適応性

• 温度安定性： チップ用分離膜は、さまざまな温度条件下においてその性能を維持しなければならず、とりわけ高温および低温環境下での安定性が極めて重要である。

• 化学的安定性： 各種化学物質（溶剤、酸・アルカリ溶液など）に接触する際、ウェーハ用分離膜は化学的安定性を維持し、劣化や溶解を起こさない必要があります。

6. より高い製造プロセスの要求

• 一貫性： 製造工程においては、ウェーハの絶縁膜の均一性を確保する必要があり、厚さや密度などの諸パラメータについても一貫性が求められます。

• 自動化の程度： 生産効率と製品品質の向上を図るため、ウェーハ用分離フィルムの製造には高度な自動化が求められ、人的要因による影響を低減する必要があります。

7. より厳格な検査基準

• 品質検査： チップ用分離膜は、微小粒子の検出、化学組成の分析、機械的特性試験など、厳格な試験基準をクリアする必要があります。

• 信頼性試験： 長時間にわたる信頼性試験を実施し、チップの絶縁膜が使用中に安定した性能を維持できるよう確認する必要があります。

8. より包括的な環境保護要件

• 環境配慮型素材： 環境意識の高まりに伴い、チップ用分離フィルムには環境配慮型素材の使用が求められ、環境への負荷を低減することが重要となっています。

• リサイクル可能性： チップ用分離フィルムはリサイクル可能であり、廃棄物の発生を抑制すべきである。

対応策 これらの課題に対処するため、チップ用分離フィルムの製造企業は次のような取り組みが必要です。

• 研究開発投資の拡充： 材料配合および製造プロセスを不断に改善し、製品の性能を向上させています。

• 先進設備の導入： 先進的な生産設備と検査機器を導入し、製品の品質と一貫性を確保しています。

• 品質マネジメントシステムの整備： 厳格な品質管理システムを構築し、すべての生産工程が高い基準を満たすことを確保します。

• 専門人材の育成： 専門的な研究開発および技術チームを育成し、企業のイノベーション能力を向上させる。これらの施策により、ウェーハ分離膜の製造企業は製品の性能と品質を継続的に高め、半導体産業が求めるより高い要求に応えることができる。

精密なウェーハ処理からハイエンドな半導体製造に至るまで、恒升実業（香港）有限公司は皆様にとって信頼できるパートナーです。当社は黒色の静電気防止用セパレータフィルムを専門に製造しており、ほぼ 20 年、浄化千級を備え、局所無塵百級（ クラス100) 車間、 半導体の製造工程においては、1マイクロメートル単位の精度が極めて重要である。 ヘシオン お客様に最も信頼性の高いウェーハ用隔離紙をご提供し、各工程においてウェーハが最適な保護を受けることを確保します。 、お客様の生産工程が円滑に進行することを確保します。

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