半導体の大敵「パーティクル」とは

パーティクル（particle）という言葉は小片、粒子を意味しますが、半導体分野におけるパーティクルとは製造プロセスにおいて悪影響を及ぼす主に数百～数十nmレベルの微粒子を指します。

他の表現として、不純物が混入するという意味で、コンタミネーション（コンタミ）、ウェハー表面やCVDなどで薄膜内に不着したものは不適合な状態であるとして「欠陥」とも表されます。

パーティクルは「ウェーハに付着し成膜時や露光時の不良を起こす」、「製造装置内で光学系に影響を与え不良を起こす」、等、歩留まりを悪化させることから半導体製造における大敵として、歴史的に軽減の取組みがなされてきました。

しばらくは各社様が持つ独自のノウハウによりパーティクル低減の取組みが功を奏し、影響を軽減できていましたが、プロセスルールの微細化が進み、より小さなパーティクルの考慮も必要になっています。

パーティクルは何でできているか？

パーティクルを構成する物質は様々です。
金属、ゴム、プラスチック、ホコリ、塵等、あらゆる固形物がパーティクルを形成します。

半導体工場では外部からもたらされるパーティクルを低減するためクリーンルーム内の気中の清浄度を保つよう取組みがなされていますが、実際は気中に浮遊し外部から混入するものだけではなく、製造装置自体がパーティクルの発生源であることがわかっています。

例えば搬送機能のような可動部からは摩耗によりパーティクルが発生しやすく、ほか圧力変動や毛細管現象など、あらゆる「力」がパーティクルの発生源となり得ます。

パーティクルはどうやって測定するのか？

ウェーハは表面検査装置（欠陥検査装置）であったり、走査電子顕微鏡（SEM）によってパーティクル付着を測定することが可能です。
空気中に関しては気中パーティクルカウンターや凝縮パーティクルカウンターで個数を測定します。

歩留まりが悪いとき、不適合品を調査するとパーティクルの付着が原因と判断されたとします。
その場合、問題になるのは「どのプロセスでそのパーティクル付着が生じているのか」が判断しにくいことです。

可能性がある箇所を手探りで改善し、実際にウェーハを流して見て、パーティクルの発生状況が改善されているかチェックするという地道な作業が必要になります。

また、パーティクルは必ずしも浮遊しているとは限らず、装置内部や配管内部に付着しており、力が加わったタイミングで落下・浮遊・付着することになります。
そのため、気中パーティクルカウンターや、ウェーハ表面を見ていてもパーティクルの発塵源に気づけない場合もあります。

そこで、気になる箇所を直接測定できる表面付着パーティクルを測定する専用装置が注目されています。