ASML社のパーティクル低減事例に学ぶ
新しいパーティクル測定装置の活用法
パーティクル低減に悩む半導体業界の皆様へ
ローコストでもっと手軽にできる
付着パーティクル測定ツールが登場
2021年現時点で世界で唯一EUV露光装置の製品化を成功させたASML社ですが、その成功の背景にはサプライチェーンが一体となったパーティクルの低減の取組みがありました。
半導体業界内では2桁nm以下の微細パーティクル低減を求められているかと思いますが、ASML社では13.5nmの最先端のEUV露光装置の製造及び周辺プロセスのパーティクル低減に、500nmという比較的大きなサイズの付着パーティクル測定ツールを用いて、EUV露光装置を実現させました。
その際に開発され現在は外販されているツール「Fastmicro」の活用方法について、ASML社の事例を元にご紹介いたします。
進化する半導体製造プロセス、パーティクル低減の戦いが続く
過去数年間、パーティクルの低減は継続的に行なわれ歩留まりは向上傾向にありましたが、新たな方式の登場によりパーティクル量が激増しました。それがEUV光源を用いた露光装置です。
EUV光源はエネルギー量が高く、ミラー等の光学系にダメージを与えてしまい安定した生産を行なうことが難しいということが指摘されていました。また錫にレーザー光を照射しプラズマ発光する過程で蒸発した金属粒子が装置内に飛散・付着することも課題でした。
さらに、プロセスは微細化され、よりパーティクルの影響を受けやすいことから、装置に用いられるパーツから生じるパーティクルの徹底した低減が求められました。
パーティクル発生の原因を探る
パーティクル発生の原因は様々です。
プロセスで生じるパーティクル以外にも、パーツの製造工程で生じるパーティクルもあります。
例えば装置内の部品に用いられているワイヤーの金属粒子がレーザー切断加工時に気化することで生じるようなケースもあります。
数千社のパーツベンダーから組み上げるASML
ステッパーは装置に用いられる部品点数も膨大であり、極めて緻密な先端技術の集合体です。
部品となるデバイスの製造やそのパーツの製作など、１台の装置には数千社が関わります。
EUV露光装置の実現のためにパーティクルの低減を行なうには、このサプライチェーンの隅々まで行き渡る（＝低価格で導入でき、手軽に測定できる）パーティクル管理のソリューションが必要でした。
パーティクル管理ツールの要件
手軽に、早く測定できること
最小限の手間ですばやく結果が得られ、現場で完結し、特別な知識もスキルも不要なツールであること。
価格
半導体業界のサプライチェーンに行き渡らせることを考え、十分な低コストであること。
十分小さな表面付着パーティクルの計測ができること
目視では認識できない、ナノメートル単位での計測ができること。
市場に存在するパーティクル測定ソリューションを調査
表面付着パーティクルを測定するためのソリューションを探索し、自動車業界に存在した粒子測定カード型の方式がありましたが、これは50㎛規模のパーティクル測定までしかできず、半導体業界で用いるには適合しませんでした。
現行のパーティクル計測ソリューションに条件を満たすものはなく、そこで半導体業界で用いることができるレベルの小さなパーティクルを高速に・手軽に測定できるソリューションが新たに開発されることになりました。
Fastmicroが誕生
そこで生まれたのがFastmicroです。
Fastmicroは500nmサイズの表面付着パーティクルを採取し、スキャン・測定することができます。
スキャンに要する時間は1分程で、分析処理は数分間程度です。
装置内部の様々な箇所に付着しているパーティクルを容易に調べられるため、組み上げた装置の内奥、配管内、周辺プロセスを頻回に調べることが可能です。
また、装置内部に限らずブランクウェーハ、レチクル、ペリクルの表面付着パーティクルを対象にすることも可能で、検査装置として半導体製造ラインに組み込むこともできる製品モデルもあります。
ASML社では自社のサプライチェーン内にこのソリューションを展開し、露光プロセスに近い重要なパーツから順に適用を進めています。
Fastmicroは半導体装置ベンダーだけでなく、装置内に組み込まれるデバイス、筐体を構成する金属やプラスチック素材のパーツ製作企業、バルブやポンプなどの周辺部品メーカーや付帯工事企業、そして半導体デバイスメーカーまで含め、コンタミ対策としてパーティクルの低減を求められるあらゆるレイヤーで活用が目されています。
Qなぜ最先端プロセスをリードするASML社が
500nmサイズという比較的大きなパーティクル計測をするのか？
動画の中にて「ASML社がなぜ20nm未満のパーティクル測定で満足しているのか」という質問がありました。
これに対しての回答として「小さなパーティクルの数と大きなパーティクルの数に対する相関関係」の存在について言及しています。
ASML社は過去数年間に渡りSEMで確認できる極小サイズのパーティクルと、それよりも大きなサイズのパーティクルの明確な相関関係について把握しており、継続的な計測によりその法則が最新のプロセスでも有効であることを日々確認しているとのことです。
この仕組みの活用により実際にEUV露光装置を実現させたことからも、パーティクル低減のための試行錯誤を頻回に行ない、改善を効率化することの価値が伺えます。
従来の表面付着パーティクルの計測方法と比較し、圧倒的に手軽で低価格なツールは、露光装置のほか、成膜装置をはじめ各種プロセスでのパーティクル低減に実際に導入されていることから、今後Fastmicroはパーティクル計測ツールの空白を埋め、新たなスタンダードになることが目されています。
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