乾燥工程とは？：ウェハー上の水分を徹底排除💧❌

2024年4月28日 15:15

半導体製造において、乾燥工程は極めて重要な役割を果たします。洗浄工程で取り除かれた汚染物質や水分を完全に除去し、次の製造ステップに進むための準備を整えるためです。この記事では、乾燥工程について詳細に説明しますので、是非最後まで読んでください✨

乾燥工程の重要性

乾燥工程の主な目的は、洗浄工程で付着した半導体ウエハ上の水分を完全に取り除くことです💧❌ドライイン・ドライアウトという原則に則り、洗浄後は必ずウェハーを乾燥してから装置外に出します。

洗浄工程についてはこちらの記事で詳しく説明しているので、良ければ読んでみて下さい👇

水分が残っていると、ウエハ表面が酸化し、ウォーターマークと呼ばれるシミが発生することがあります。水垢のようなものをイメージしてもらうとわかりやすいかと思います。正確には、シリコン表面に空気と水が付着した三相界面でシリコンの不完全な酸化が起こることで形成されるものです。

乾燥方法の種類

半導体製造における乾燥の方式には、主にIPA乾燥、スピン乾燥、マランゴニ乾燥、ロタゴニ乾燥があります🔍特徴を簡潔にまとめると以下のようになります。

IPA乾燥
・メカニズム：水分をIPA（イソプロピルアルコール）蒸気で置換する
・メリット：パターン部の乾燥に有利
・デメリット：引火性の薬品を使用、有機物が残留
スピン乾燥
・メカニズム：ウェハを高速回転させて水分を除去
・メリット：装置構造が比較的単純で安価、スループット大
・デメリット：条件の最低化、静電気（パーティクル吸着）
マランゴニ乾燥
・メカニズム：純水に漬けておいたウェハーをIPA中に一気に引き上げ
・メリット：IPA使用量抑制、ウォーターマーク低減
・デメリット：スループット小、有機物が残留
ロタゴニ乾燥
・メカニズム：スピン乾燥させつつIPAと純水をノズルで吹き付け
・メリット：マランゴニ乾燥よりもIPA使用量を低減
・デメリット：装置機構が複雑

乾燥工程の課題と対策

乾燥工程にはいくつかの課題があります。以下に主な課題とその対策を紹介します👨‍🔬💡

１．パーティクル発生の問題

パーティクル発生は、乾燥工程における最大の課題の一つです。乾燥中に発生する微細なゴミや塵埃がウエハに付着すると、デバイスの性能に悪影響を及ぼす可能性があります。したがって、以下のような対策が必要になります🚫🦠

クリーンルームの環境管理の徹底
フィルターの定期的な交換
乾燥装置内部の定期的なクリーニング
パーティクルセンサーによるリアルタイムモニタリング

２．静電気の問題

静電気の問題も重要です。ウエハが帯電すると、パーティクルを引き寄せてしまうため、静電気の抑制が必要です。対策としては以下のようなアプローチが行われます。⚡️❗️

イオナイザーの使用
帯電防止材料の使用
適切な接地
湿度管理

３．ウォーターマークの発生

ウォーターマークの発生を防ぐことも当然重要になります。ウォーターマークは、ウエハ表面に残る水分が原因で発生するシミで、デバイスの電気的特性に悪影響を与えるため、乾燥工程での管理が求められます💧🚫
一般的には、以下のような対策が行われます。

乾燥速度の最適化
IPA乾燥や超臨界乾燥の採用
表面張力の低い溶媒の使用
ウエハ表面の親水性/疎水性制御

実際の応用例

乾燥工程は、半導体製造のさまざまなステップで使用されます。以下にいくつかの具体例を紹介します。📊✨

フォトリソグラフィ工程

フォトリソグラフィ工程では、ウエハにフォトレジストを塗布し、パターンを形成します。この工程の前後でウエハを洗浄し、乾燥工程を行います。乾燥が不十分だと、フォトレジストの密着性が低下し、パターンの精度が低下します。📸🖼️

エッチング工程

エッチング工程では、ウエハ表面の不要な部分を削り取ります。この工程の前後でウエハを洗浄し、乾燥工程を行います。乾燥が不十分だと、エッチング液が残り、ウエハ表面にダメージを与える可能性があります。🛠️💔

メタライゼーション工程

メタライゼーション工程では、ウエハ表面に金属を蒸着します。この工程の前後でウエハを洗浄し、乾燥工程を行います。乾燥が不十分だと、金属の密着性が低下し、電気的特性に悪影響を与えます。⚡️💎

まとめ

乾燥工程は、洗浄後のウエハから水分を完全に除去するために重要。💧✅
ウォーターマークやパーティクルの発生を防ぐことが求められる。🚫🔬
スピンドライヤー、IPA乾燥、超臨界乾燥などの方法がある。⚙️🌟
静電気抑制や発塵対策が必要。⚡️🛡️
最新技術として、マランゴニ乾燥、プラズマ乾燥、真空凍結乾燥などが開発されている。🚀💡
実際の応用例として、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、メタライゼーション工程がある。📊🔍

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最後まで読んでいただき、ありがとうございました！

専門用語の説明

乾燥工程: 半導体製造において、洗浄後のウエハから水分を取り除く工程。
ウォーターマーク: ウエハ表面に残る水分が原因で発生するシミ。
パーティクル: 微細なゴミや塵埃。
スピンドライヤー: ウエハを高速回転させて遠心力で水分を飛ばす乾燥装置。
イオナイザー: 静電気を抑制する装置。
IPA: イソプロピルアルコール。乾燥工程で使用される有機溶剤。
超臨界流体: 液体と気体の中間の性質を持つ流体。
マランゴニ効果: 表面張力の差によって液体が移動する現象。
プラズマ: 電離気体の状態。高エネルギー状態の粒子群。
昇華: 固体が液体にならずに直接気体になる現象。

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参考文献

https://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.45.5383/pdf