この記事で分かること
- ドライアッシング装置：真空チャンバー内でガスをプラズマ化し、生成された活性種（主に酸素ラジカル）でレジストを揮発除去します。ウェーハダメージを抑えるダウンストリーム方式や、高スループットのバッチ式、高均一性の枚葉式など多様な種類があります。
- 有力なメーカー：Lam Research、Applied Materials、東京エレクトロンといった半導体製造装置の主要企業に加え、アッシング装置に特化したMattson Technologyなどがあります。
ドライアッシング装置
半導体の重要性が増す中で、前工程装置は世界的に成長が続いています。
https://optronics-media.com/news/20250414/99245/
特に中国は米中対立もあり、大幅な投資増加が続いています。今後も先端技術を駆使した半導体の需要増加と従来技術による成熟プロセスともにその重要性は増加するとみられています。
今回はレジスト除去の手法である、ドライアッシングに使用される装置についての解説となります。
ドライアッシングとは何か
ドライアッシングは、半導体製造工程において、リソグラフィで形成された不要なフォトレジスト（感光性樹脂）を、プラズマやガス中の活性種を用いて除去する方法です。
「ドライ（乾式）」という名の通り、液体（薬液）を使わずにガス状の物質とレジストを反応させることで、レジストを揮発性のガスに分解し、排気によってウェーハ表面から取り除きます。
主な特徴と原理
- プラズマの利用: 最も一般的なのはプラズマアッシングです。真空チャンバー内でガス（主に酸素）に高周波電力を印加することで、プラズマを生成します。このプラズマ中には、レジストと反応しやすい活性なイオンやラジカル（不対電子を持つ化学種）が豊富に含まれています。
- 化学反応: これらの活性種（特に酸素ラジカル）がレジスト（有機物）と接触すると、酸化反応が起こり、二酸化炭素や水蒸気などの揮発性ガスが生成されます。これらのガスは排気され、レジストはウェーハ表面から除去されます。
- 高精度な除去: 微細なパターンに対応でき、ウェットプロセスに比べて均一な処理が可能です。
- ダメージ低減: プラズマ発生部とウェーハ処理部を分離するダウンストリームアッシャーなど、ウェーハへのダメージを最小限に抑える技術も開発されています。
- 環境負荷の低減: 液体廃液の処理が不要なため、環境負荷が低いという利点もあります。
ドライアッシングは、半導体の微細化が進むにつれて、より高精度でダメージの少ないレジスト除去が求められるようになり、現在では半導体製造に欠かせない重要な技術となっています。
ドライアッシングは、半導体製造で不要なレジストを、プラズマ中の活性種（主に酸素ラジカル）と反応させ、揮発性ガスとして除去する乾式プロセスです。下地へのダメージを抑えつつ、微細なパターンを精度良く除去するのに不可欠な技術です。
ドライアッシングの装置はどのようなものか
ドライアッシングを行う装置は、主に「プラズマアッシャー」または「オゾンアッシャー」と呼ばれます。基本的な原理は共通していますが、プラズマの生成方法やウェーハへのダメージ低減の工夫によって様々なタイプがあります。
プラズマアッシャーの基本的な構造と構成要素
一般的なプラズマアッシャーは、以下の主要な要素で構成されています。
- 真空チャンバー（処理室）：
- ウェーハが置かれ、プラズマが生成される密閉された空間です。
- 内部はプラズマによる腐食に耐える材料（例：石英、アルミナ、特殊合金など）で作られています。
- ガス供給システム：
- アッシングに必要な反応ガス（例：O2、H2、N2、Arなど）をチャンバー内に正確に供給します。
- マスフローコントローラー（MFC）などを用いて、ガスの流量を高精度に制御します。
- 排気システム（真空ポンプ）：
- チャンバー内を所定の低圧力（真空状態）に維持し、反応によって生成された揮発性ガスを排気します。
- ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどが組み合わされて使用されます。
- プラズマ生成部（電源と電極）：
- ガスをプラズマ化するためのエネルギーを供給します。
- 高周波（RF）電源: 13.56 MHzなどの高周波電力を供給します。
- マイクロ波電源: 2.45 GHzなどのマイクロ波エネルギーを供給します。
- 電極: RF電源の場合は、平行平板電極（ウェーハを載せる台も電極の一部となる場合が多い）や誘導結合プラズマ（ICP）コイルなどが用いられます。
- ウェーハ搬送システム：
- ウェーハをチャンバー内に導入し、処理後に取り出すためのロボットアームやロードロック機構など。
- 枚葉式（ウェーハ1枚ずつ処理）やバッチ式（複数枚のウェーハを一度に処理）によって構造が異なります。
- 温度制御システム：
- ウェーハの温度はアッシングレートやダメージに大きく影響するため、ヒーターや冷却機構によって厳密に制御されます。
- 制御システム：
- ガスの流量、圧力、電力、温度、処理時間などを自動で制御し、レシピに基づいた安定したプロセス実行を可能にします。
プラズマアッシャーの主な種類
プラズマ生成方法や構造によって、いくつかの種類があります。
- バッチ式プラズマアッシャー:
- 複数のウェーハをカセットごとチャンバーに入れ、一度に処理します。
- スループット（処理能力）が高いですが、プロセス均一性の課題や、ウェーハ間のばらつきが生じる可能性があります。
- 主にバレル型（円筒形のチャンバーで、ウェーハを立ててセットするタイプ）があります。
- 枚葉式プラズマアッシャー:
- ウェーハを1枚ずつチャンバーに導入し処理します。
- プロセス均一性が高く、ウェーハごとのプロセス制御が容易ですが、バッチ式に比べてスループットは劣ります。
- 近年の微細化プロセスでは主流となっています。
- ダウンストリームアッシャー:
- プラズマ生成部とウェーハ処理部が分離されているタイプです。
- プラズマが生成される領域から、主に中性ラジカル（不対電子を持つ原子や分子）だけをウェーハまで導きます。
- これにより、ウェーハが直接イオンや高エネルギー電子にさらされることが少なくなり、プラズマダメージ（チャージアップダメージ、物理的スパッタリングダメージなど）を最小限に抑えることができます。特に、低k膜のようなダメージに弱い材料のアッシングに有効です。
- RIE（Reactive Ion Etching）アッシャー:
- ドライエッチング装置に近い構造を持ち、ウェーハが直接プラズマに暴露されるため、イオンの物理的衝突とラジカルの化学反応の両方を利用してアッシングを行います。
- 異方性（垂直方向）の除去も可能ですが、下地へのダメージリスクは大きくなります。レジストのパターン加工にも使われます。
オゾンアッシャー（非プラズマアッシング）
- プラズマではなく、オゾンガス（O3）を熱や紫外線で分解して酸素ラジカルを生成し、レジストと反応させる装置です。
- 荷電粒子（イオン、電子）がウェーハに直接当たることがないため、プラズマダメージが原理的に発生しないという大きなメリットがあります。
- ただし、アッシングレートがプラズマアッシングに比べて遅い場合があるため、用途が限定されることもあります。
これらの装置は、半導体製造プロセスの要求に応じて、様々な構成や機能が最適化されています。
ドライアッシング装置は、真空チャンバー内でガスをプラズマ化し、生成された活性種（主に酸素ラジカル）でレジストを揮発除去します。ウェーハダメージを抑えるダウンストリーム方式や、高スループットのバッチ式、高均一性の枚葉式など多様な種類があります。
プラズマアッシャー装置の有力なメーカーはどこか
プラズマアッシャー装置の有力なメーカーは複数ありますが、特に半導体製造の前工程に特化したグローバルプレイヤーと、研究開発・小規模生産・特定用途に強みを持つメーカーに分けられます。
グローバルに有力なメーカー（特に半導体前工程向け）
- Lam Research Corporation (ラムリサーチ): 半導体製造装置のトップメーカーの一つで、エッチング装置と共に高性能なアッシング装置も提供しています。非常に広い顧客基盤を持っています。
- Applied Materials (アプライドマテリアルズ): こちらも半導体製造装置の最大手で、多様なプロセスに対応するアッシング装置をラインナップしています。
- Tokyo Electron Limited (TEL、東京エレクトロン): 日本を代表する半導体製造装置メーカーで、枚葉式のアッシング装置などで高いシェアを持っています。
- Mattson Technology, Inc. (マットソンテクノロジー): アッシング装置に特化したメーカーとして知られ、高スループットな装置を提供しています。（キヤノンマーケティングジャパンが取り扱い）
日本国内の有力メーカー（研究開発・特定用途・中小型装置などを含む）
- サムコ株式会社: ドライ洗浄装置やエッチング装置と共に、プラズマアッシャーも手掛けており、特に研究開発や特定デバイス向けの分野で強い存在感があります。
- ヤマト科学株式会社: 研究室などで広く使われるプラズマアッシャー（プラズマクリーナー）を提供しています。幅広い用途に対応する汎用性の高い装置が特徴です。
- 神港精機株式会社: アッシング装置を含む半導体製造装置を製造しています。
- ミヤ通信工業株式会社: 枚葉アッシング装置などを手掛けています。
- 株式会社KOKUSAI ELECTRIC (旧 日立国際電気): 枚葉アッシング装置などを提供しています。
その他、プラズマ処理装置全体で見ると、PVA TePla (ドイツ) なども有力なメーカーとして挙げられます。
コメント