1
プロジェクトの概要
SF6SF6SF6SF6等に代替するガスを利用した等に代替するガスを利用した等に代替するガスを利用した等に代替するガスを利用した 電子デバイス製造クリーニングシステム 電子デバイス製造クリーニングシステム 電子デバイス製造クリーニングシステム 電子デバイス製造クリーニングシステム の研究開発 の研究開発 の研究開発 の研究開発
新エネルギー・産業技術総合開発機構 新エネルギー・産業技術総合開発機構 新エネルギー・産業技術総合開発機構 新エネルギー・産業技術総合開発機構 環境技術開発室 環境技術開発室 環境技術開発室 環境技術開発室
第1回「SF6等に代替するガスを利用した電子デバイス製造クリーニングシステムの研究開発」(中間評価)分科会
資料5-1
2
1972年 国連人間環境会議 ストックホルム宣言 グローバルな視点 1987年 オゾン層を破壊する物質に関する モントリオール議定書採択1992年 環境と開発に関する国連会議 リオ宣言1994年 気候変動に関する国連枠組み条約発効1995年 COP1 ベルリン1997年12月 COP3 京都議定書 先進国数値目標1998年6月 地球温暖化対策推進大綱 → 国と産業界の共同展開国と産業界の共同展開国と産業界の共同展開国と産業界の共同展開 技術開発としては技術開発としては技術開発としては技術開発としてはPFC削減関連プロジェクト削減関連プロジェクト削減関連プロジェクト削減関連プロジェクト
地球温暖化対策と国家プロジェクト
国連の動きと日本
3
半導体産業における地球温暖化ガス排出量削減の動向半導体産業における地球温暖化ガス排出量削減の動向半導体産業における地球温暖化ガス排出量削減の動向半導体産業における地球温暖化ガス排出量削減の動向1997年1997年1997年1997年 COP3:COP3:COP3:COP3: 地球温暖化ガス(対象6種類)排出量を地球温暖化ガス(対象6種類)排出量を地球温暖化ガス(対象6種類)排出量を地球温暖化ガス(対象6種類)排出量を
2008~2012年までに6%(日本)削減する2008~2012年までに6%(日本)削減する2008~2012年までに6%(日本)削減する2008~2012年までに6%(日本)削減する
半導体産業では対象6ガスの内、半導体産業では対象6ガスの内、半導体産業では対象6ガスの内、半導体産業では対象6ガスの内、パーフルオロカーボン(PFC)パーフルオロカーボン(PFC)パーフルオロカーボン(PFC)パーフルオロカーボン(PFC)、、、、6フッ化硫黄(SF6)が主な削減対象6フッ化硫黄(SF6)が主な削減対象6フッ化硫黄(SF6)が主な削減対象6フッ化硫黄(SF6)が主な削減対象
1998年~1999年1998年~1999年1998年~1999年1998年~1999年通産省(現在の経済産業省)の主導により排出量削減のための通産省(現在の経済産業省)の主導により排出量削減のための通産省(現在の経済産業省)の主導により排出量削減のための通産省(現在の経済産業省)の主導により排出量削減のための3つの国家がプロジェクト発足3つの国家がプロジェクト発足3つの国家がプロジェクト発足3つの国家がプロジェクト発足①1998年10月:①1998年10月:①1998年10月:①1998年10月: CVD代替ガス・システム開発プロジェクトCVD代替ガス・システム開発プロジェクトCVD代替ガス・システム開発プロジェクトCVD代替ガス・システム開発プロジェクト②1998年12月:回収・リサイクル技術開発プロジェクト②1998年12月:回収・リサイクル技術開発プロジェクト②1998年12月:回収・リサイクル技術開発プロジェクト②1998年12月:回収・リサイクル技術開発プロジェクト③1999年09月:エッチング新プロセス開発プロジェクト③1999年09月:エッチング新プロセス開発プロジェクト③1999年09月:エッチング新プロセス開発プロジェクト③1999年09月:エッチング新プロセス開発プロジェクト
1999年1999年1999年1999年 第3回世界半導体会議(WSC)第3回世界半導体会議(WSC)第3回世界半導体会議(WSC)第3回世界半導体会議(WSC)各国のPFC排出量削減の数値目標が合意各国のPFC排出量削減の数値目標が合意各国のPFC排出量削減の数値目標が合意各国のPFC排出量削減の数値目標が合意
日本は2010年までに1995年度比で10%削減日本は2010年までに1995年度比で10%削減日本は2010年までに1995年度比で10%削減日本は2010年までに1995年度比で10%削減
4
背景出典:JEITA資料
5
EIAJEIAJEIAJEIAJ電子デバイス幹部会電子デバイス幹部会電子デバイス幹部会電子デバイス幹部会
省エネWG省エネWG省エネWG省エネWG排ガスWG排ガスWG排ガスWG排ガスWG
国家PJ
国家PJ
国家PJ
国家PJ
EIAJ
EIAJ
EIAJ
EIAJ
PFC対策も目的とした3国家プロジェクトとEIAJ
(NEDOより各団体が受託)
地球温暖化対策特別委員会地球温暖化対策特別委員会地球温暖化対策特別委員会地球温暖化対策特別委員会
実行委員会・幹事会実行委員会・幹事会実行委員会・幹事会実行委員会・幹事会
CVCVCVCVDDDD代替ガス・代替ガス・代替ガス・代替ガス・システム開発PJシステム開発PJシステム開発PJシステム開発PJ
RITERITERITERITEH10/10スタートH10/10スタートH10/10スタートH10/10スタート
代替新プロセス代替新プロセス代替新プロセス代替新プロセス 開発PJ 開発PJ 開発PJ 開発PJ
ASETASETASETASET
H11上期スタートH11上期スタートH11上期スタートH11上期スタート
回収・再利用回収・再利用回収・再利用回収・再利用システム開発PJシステム開発PJシステム開発PJシステム開発PJ
RITE/SeleteRITE/SeleteRITE/SeleteRITE/SeleteH10/12スタートH10/12スタートH10/12スタートH10/12スタート
CVD&D/E WGCVD&D/E WGCVD&D/E WGCVD&D/E WG
(日本電子機械工業会、現JEITA:電子情報技術産業協会)
6
研究開発計画
• 研究開発目的: 地球温暖化影響の大きいSF6ガス等の排出量を削減するために、CVD工程のクリーニングプロセスで利用可能な新代替ガス及び代替プロセス・システムを開発する
• 研究開発期間: 平成10年度~14年度(5年間)
• 研究開発費: 25億円
7
研究開発スケジュール
研究開発項目
CVDクリーニング用反応ガスの基本性能の研究
CVDクリーニング用新代替ガスの研究開発
CVDプロセスの研究開発
総合評価
最 終 評 価
中 間 評 価
H10 H11 H12 H13 H14
8
実施体制
半導体CVD洗浄プロジェクト室 業務委員会 技術委員会 ガス・材料分科会 装置・プロセス分科会
独立行政法人産業技術総合研究所
茨城大学(国立)
つくば分室
戸塚分室
府中実験室
新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)
(財)地球環境産業技術機構(RITE) (株)富士総合研究所
委託
LCA研究
化学:旭硝子(株)、関東電化工業(株)、昭和電工(株)、ダイキン工業(株)、装置:アネルバ(株)、 (株)日立国際電気、日本真空技術(株)、東京エレクトロン(株)、半導体製造:富士通(株)、(株)日立製作所、松下電器産業(株)、(株)東芝、三菱電機(株)、沖電気(株)、ソニー(株)、日本電気(株)、三洋電機(株)、シャープ(株)、(株)半導体先端テクノロジーズ(Selete)、(社)電子情報技術産業協会(JEITA)
研究協力
CF3OF系化合物の研究
CVDシステムのハードウェア研究
プラズマの分光学的研究
研究員派遣
H12年7月~
H13年1月~
プロジェクトの円滑な運営のために各委員会を設ける。業務委員会:プロジェクト運営の基本的な事項(事業計画、予算、決算、資金計画、共同研究・再委託研究の実施等)について審議、承認する。技術委員会:プロジェクトの研究計画等の技術的事項について審議、承認する。分科会:分野別に設け、実験計画、実験データを審議する。 これらの委員会は、研究開発体制を構成する産総研、協力企業、JEITA、Seleteの代表者により構成される。
共同研究
再委託
アネルバ株式会社
セントラル硝子株式会社
共同研究
H13年3月~
9
国の関与の必要性• 国際条約に基づく地球環境問題に対応国際条約に基づく地球環境問題に対応国際条約に基づく地球環境問題に対応国際条約に基づく地球環境問題に対応 -京都議定書に定める温室効果ガス排出量を6%削減 -国としての約束
• 人類共益を目的とした京都議定書の突発的要請に対応するため 人類共益を目的とした京都議定書の突発的要請に対応するため 人類共益を目的とした京都議定書の突発的要請に対応するため 人類共益を目的とした京都議定書の突発的要請に対応するため -CVDクリーニングガスの研究は、これまでほとんど手付かずの分野
地球環境問題の中で大きくクローズアップされた。 -このような状態での抜本対策が半導体業界には必須と考えられたが、 半導体、装置、ガスの分野を横断しての技術開発には強力なリーダ シップが必要であった。 -ガスの市場が極めて小さく、化学業界のみでは開発費の負担が困難
• 産官学が協力する研究開発推進体制が必要産官学が協力する研究開発推進体制が必要産官学が協力する研究開発推進体制が必要産官学が協力する研究開発推進体制が必要 -新分野の研究であるため、基礎研究、共通基盤技術が重要となる
このため、公的研究機関、大学等の協力が必要 -企業枠を越え地球温暖化に対応 -各企業固有の技術・情報を国プロに集約
• 緊急性・重要性が大きく、最優先課題である緊急性・重要性が大きく、最優先課題である緊急性・重要性が大きく、最優先課題である緊急性・重要性が大きく、最優先課題である -2008年~2012年までに京都議定書の目標を国として達成する必要がある
• 産業界に及ぼす影響が極めて大きい産業界に及ぼす影響が極めて大きい産業界に及ぼす影響が極めて大きい産業界に及ぼす影響が極めて大きい -基幹産業である半導体業界の持続的発展に寄与し、国際競争力を強化する
9
10
研究開発の目標
• CVDクリーニング工程に用いられているSF6等に代替するクリーニングガスを開発代替するクリーニングガスを開発代替するクリーニングガスを開発代替するクリーニングガスを開発するとともに、これを用いたクリーニングプロセス・システムを開クリーニングプロセス・システムを開クリーニングプロセス・システムを開クリーニングプロセス・システムを開発発発発する。
地球温暖化効果等の環境負荷の少ないCVDクリーニング用ガス(現在使われているCVDクリーニングガスと比較して、GWP値が著しく低いもの)の開発、及びそれを用いたクリーニング効率・省エネルギー性の高い(電力エネルギーの効率を2~2.5倍程度)CVDプロセス・システムの開発を目指す。
GWP値: Global Warming Potential ; 炭酸ガスを1として決めた係数
11
0
200
400
600
800
1000
1200
省エネ効果 GWP改善効果
2010年 2015年
省エネ効果とGWP改善効果(万トンCO省エネ効果とGWP改善効果(万トンCO省エネ効果とGWP改善効果(万トンCO省エネ効果とGWP改善効果(万トンCO2222/年)/年)/年)/年)
わが国のCO2総排出量:13億700万トン(99年)
1/130万トンCO2/年
GWP:Global Warming Potential 炭酸ガスを1として決めた係数
12
PFCPFCPFCPFC等の地球温暖化係数等の地球温暖化係数等の地球温暖化係数等の地球温暖化係数
CO2
CF4
C2F6
C3F8
c-C4F8
CHF3
SF6
NF3
ガス 温暖化係数(GWP) 寿命(年)
1
6,500
9,200
7,000
8,700
11,700
23,900
8,000
50~200
50,000
10,000
2,600
3,200
264
3,200
700
GWP: 100年値
13
背景背景背景背景半導体産業とPFC使用量比率[%](EIAJ調査半導体産業とPFC使用量比率[%](EIAJ調査半導体産業とPFC使用量比率[%](EIAJ調査半導体産業とPFC使用量比率[%](EIAJ調査‘97‘97‘97‘97年)年)年)年)
CF4CF4CF4CF4
C2F6C2F6C2F6C2F6
C3F8C3F8C3F8C3F8
C4F8C4F8C4F8C4F8
CHF3CHF3CHF3CHF3
SF6SF6SF6SF6NF3NF3NF3NF3
その他その他その他その他
合計合計合計合計
CVDCVDCVDCVD エッチングエッチングエッチングエッチング 合 計合 計合 計合 計
8.18.18.18.1 23.723.723.723.7 31.831.831.831.8
48.048.048.048.0 2.62.62.62.6 50.650.650.650.6
0.00.00.00.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00.00.00.0
0.00.00.00.0 0.40.40.40.4 0.40.40.40.4
0.00.00.00.0 5.65.65.65.6 5.65.65.65.6
0.10.10.10.1 7.77.77.77.7 7.87.87.87.8
3.13.13.13.1 0.60.60.60.6 3.73.73.73.7
0.00.00.00.0 0.10.10.10.1 0.10.10.10.1
59.359.359.359.3 40.740.740.740.7 100.0100.0100.0100.0
14
プロジェクトの全般の成果プロジェクトの全般の成果プロジェクトの全般の成果プロジェクトの全般の成果
NEDO/RITENEDO/RITENEDO/RITENEDO/RITE
15
温室効果ガスの温室効果ガスの温室効果ガスの温室効果ガスの大気放出大気放出大気放出大気放出
温室効果ガス温室効果ガス温室効果ガス温室効果ガス大気放出大気放出大気放出大気放出
プラズマ除害装置
除害装置
除害装置
除害装置
真空ポンプ
プラズマCVDプラズマCVDプラズマCVDプラズマCVDクリーニングプロセスクリーニングプロセスクリーニングプロセスクリーニングプロセス
CVD原料ガスCVD原料ガスCVD原料ガスCVD原料ガス
CVD反応容器CVD反応容器CVD反応容器CVD反応容器
シリコン系堆積膜シリコン系堆積膜シリコン系堆積膜シリコン系堆積膜クリーニングクリーニングクリーニングクリーニング用ガス用ガス用ガス用ガスPFC、、、、NF3、、、、SF6
半導体製造と温室効果ガス排出半導体製造と温室効果ガス排出半導体製造と温室効果ガス排出半導体製造と温室効果ガス排出
プラズマ除害装置
除害装置
除害装置
除害装置
真空ポンプ
半導体CVD洗浄プロジェクト室
エッチング反応容器エッチング反応容器エッチング反応容器エッチング反応容器
ドライエッチングプロセスドライエッチングプロセスドライエッチングプロセスドライエッチングプロセス
エッチングエッチングエッチングエッチング用ガス用ガス用ガス用ガスPFC、、、、HFC他HFC他HFC他HFC他
シリコンウェーハシリコンウェーハシリコンウェーハシリコンウェーハ
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背景背景背景背景半導体産業とPFC使用量比率[%](EIAJ調査半導体産業とPFC使用量比率[%](EIAJ調査半導体産業とPFC使用量比率[%](EIAJ調査半導体産業とPFC使用量比率[%](EIAJ調査‘97‘97‘97‘97年)年)年)年)
CF4CF4CF4CF4
C2F6C2F6C2F6C2F6
C3F8C3F8C3F8C3F8
C4F8C4F8C4F8C4F8
CHF3CHF3CHF3CHF3
SF6SF6SF6SF6NF3NF3NF3NF3
その他その他その他その他
合計合計合計合計
CVDCVDCVDCVD エッチングエッチングエッチングエッチング 合 計合 計合 計合 計
8.18.18.18.1 23.723.723.723.7 31.831.831.831.8
48.048.048.048.0 2.62.62.62.6 50.650.650.650.6
0.00.00.00.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00.00.00.0
0.00.00.00.0 0.40.40.40.4 0.40.40.40.4
0.00.00.00.0 5.65.65.65.6 5.65.65.65.6
0.10.10.10.1 7.77.77.77.7 7.87.87.87.8
3.13.13.13.1 0.60.60.60.6 3.73.73.73.7
0.00.00.00.0 0.10.10.10.1 0.10.10.10.1
59.359.359.359.3 40.740.740.740.7 100.0100.0100.0100.0
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プラズマCVDプロセスプラズマCVDプロセスプラズマCVDプロセスプラズマCVDプロセス
SiO2
Al配線
SiO2
トランジスタ
(SiO2)
SiN
SiO2
SiO2
SiO2
LSI断面構造LSI断面構造LSI断面構造LSI断面構造
Al配線間の層間絶縁膜(SiO2)及び保護膜(SiN)膜の形成
ダスト発生を抑制するためダスト発生を抑制するためダスト発生を抑制するためダスト発生を抑制するためクリーニングガス(PFC)によるクリーニングガス(PFC)によるクリーニングガス(PFC)によるクリーニングガス(PFC)による不必要部分へのデポ膜の不必要部分へのデポ膜の不必要部分へのデポ膜の不必要部分へのデポ膜の定期的なクリーニングが必須定期的なクリーニングが必須定期的なクリーニングが必須定期的なクリーニングが必須
ガス
ポンプポンプポンプポンプ
ウエハーウエハーウエハーウエハー
地球温暖化ガス地球温暖化ガス地球温暖化ガス地球温暖化ガス排出排出排出排出
プラズマCVD装置プラズマCVD装置プラズマCVD装置プラズマCVD装置
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現状
温室効果ガスの温室効果ガスの温室効果ガスの温室効果ガスの大気放出大気放出大気放出大気放出
温室効果ガスの温室効果ガスの温室効果ガスの温室効果ガスの大気放出低減大気放出低減大気放出低減大気放出低減
除害装置
真空ポンプ
プラズマCVD反応容器内壁のプラズマCVD反応容器内壁のプラズマCVD反応容器内壁のプラズマCVD反応容器内壁の クリーニングプロセス クリーニングプロセス クリーニングプロセス クリーニングプロセス
CVD原料ガス
CVD反応容器
シリコン系堆積膜
クリーニング用ガス(C2F6 、NF3 、SF6等)
クリーニング用 クリーニング用 クリーニング用 クリーニング用 新代替ガス新代替ガス新代替ガス新代替ガス
半導体製造と地球温暖化防止対策半導体製造と地球温暖化防止対策半導体製造と地球温暖化防止対策半導体製造と地球温暖化防止対策
プラズマ除害装置
真空ポンプ
目標
プラズマ
クリーニング用 クリーニング用 クリーニング用 クリーニング用 新プロセス新プロセス新プロセス新プロセス
19
研究開発の基本方針
• 地球温暖化効果等の環境負荷の少ないCVDクリーニング用ガス(現在使われているCVDクリーニングガスと比較して、GWP値が著しく低いもの)の開発、及びそれを用いたクリーニング効率・省エネルギー性の高い(電力エネルギーの効率を2~2.5倍程度)CVDプロセスの開発を目指して、以下の研究開発を行う
(1) (1) (1) (1) CVDCVDCVDCVDクリーニング用反応ガスの基本性能の研究クリーニング用反応ガスの基本性能の研究クリーニング用反応ガスの基本性能の研究クリーニング用反応ガスの基本性能の研究
(2) (2) (2) (2) CVDCVDCVDCVDクリーニング用新代替ガスの研究開発クリーニング用新代替ガスの研究開発クリーニング用新代替ガスの研究開発クリーニング用新代替ガスの研究開発
(3) (3) (3) (3) CVDCVDCVDCVDプロセスの研究開発プロセスの研究開発プロセスの研究開発プロセスの研究開発
(4) (4) (4) (4) 総合評価総合評価総合評価総合評価
20
半導体半導体半導体半導体CVDCVDCVDCVD洗浄プロジェクト構成メンバー洗浄プロジェクト構成メンバー洗浄プロジェクト構成メンバー洗浄プロジェクト構成メンバー
•室 長:別府達郎(東芝)•技術部長:高瀬忠夫(昭和電工)•管理部長:武田茂(国際電気)•経理部長:上原直人(日立)•技術部専門部長:高市侃(RITE)•他、 事務員1名
•分 室 長 : 坂井 克夫(松下)•主任研究員: 小佐野善秀(三洋) 大倉 誠司(三菱) 和仁悦夫(アネルバ)
村田等(東エレ) 亀田 賢治(日立国際)
辻 直人(日本真空)•他、 事務員1名
•分 室 長 :三井有規(旭硝子)•主任研究員:大平 豊(ダイキン)•研 究 員 :米村 泰輔(関東電化)•他、 補助研究員1名、 事務員1名
戸塚分室:日立横浜工場内戸塚分室:日立横浜工場内戸塚分室:日立横浜工場内戸塚分室:日立横浜工場内 つくば分室:産業技術総合研究所内つくば分室:産業技術総合研究所内つくば分室:産業技術総合研究所内つくば分室:産業技術総合研究所内
•産総研 フッ素センター 山辺 正顕 センター長 関屋 章 副センター長
共同研究:産業技術総合研究所共同研究:産業技術総合研究所共同研究:産業技術総合研究所共同研究:産業技術総合研究所新橋事務局:ニュー西新橋ビル内新橋事務局:ニュー西新橋ビル内新橋事務局:ニュー西新橋ビル内新橋事務局:ニュー西新橋ビル内
21つくば仮設実験棟(物質工学工業技術研究所内 つくば仮設実験棟(物質工学工業技術研究所内 つくば仮設実験棟(物質工学工業技術研究所内 つくば仮設実験棟(物質工学工業技術研究所内 RITEつくば分室)つくば分室)つくば分室)つくば分室)
2217m17m17m17m
仮設実験棟レイアウト仮設実験棟レイアウト仮設実験棟レイアウト仮設実験棟レイアウト 204m204m204m204m2222
12m12m12m12m
CVD室室室室 測定室測定室測定室測定室
合成実験室合成実験室合成実験室合成実験室
研究室研究室研究室研究室
76m2
35m235m2
50m2
8m2
23
戸塚分室内の実験室戸塚分室内の実験室戸塚分室内の実験室戸塚分室内の実験室
•量産機ベースでのクリーニングプロセス評価 → 総合評価へ量産機ベースでのクリーニングプロセス評価 → 総合評価へ量産機ベースでのクリーニングプロセス評価 → 総合評価へ量産機ベースでのクリーニングプロセス評価 → 総合評価へ
•ハード(たとえばチャンバー)とプラズマ分解効率に関する検討ハード(たとえばチャンバー)とプラズマ分解効率に関する検討ハード(たとえばチャンバー)とプラズマ分解効率に関する検討ハード(たとえばチャンバー)とプラズマ分解効率に関する検討
Seleteクリーンルームクリーンルームクリーンルームクリーンルーム3F内内内内
搬送搬送搬送搬送
コアコアコアコアCH1ポンプポンプポンプポンプ
ラックラックラックラック
電装電装電装電装
ラックラックラックラック除害除害除害除害 除害除害除害除害
膜膜膜膜
厚厚厚厚
計計計計
FTIR
QMS
総面積総面積総面積総面積 60m2
大型大型大型大型PE-CVD装置装置装置装置
FTIR2
シリンダーキャビネット
24
①①①①CVDクリーニング用反応ガスクリーニング用反応ガスクリーニング用反応ガスクリーニング用反応ガス の基本性能の研究 の基本性能の研究 の基本性能の研究 の基本性能の研究
[つくば簡易実験機][つくば簡易実験機][つくば簡易実験機][つくば簡易実験機]
②②②②CVDクリーニング用新代替クリーニング用新代替クリーニング用新代替クリーニング用新代替 ガスの研究開発 ガスの研究開発 ガスの研究開発 ガスの研究開発
[つくば簡易実験機][つくば簡易実験機][つくば簡易実験機][つくば簡易実験機]
③③③③CVDプロセスの評価プロセスの評価プロセスの評価プロセスの評価
[戸塚大型[戸塚大型[戸塚大型[戸塚大型CVD装置]装置]装置]装置]
[大型[大型[大型[大型CVD2222号機]号機]号機]号機]
④総合評価④総合評価④総合評価④総合評価
[戸塚大型[戸塚大型[戸塚大型[戸塚大型CVD装置]装置]装置]装置]
H10 H11 H12 H13 H14
搬送部 CH #1
2号機製作、CH#2
①
②
③
④
中間評価 最終評価
合成試作・評価
反応基礎評価
合成試作・スクリーニング
プロセス・装置評価
代替ガス・プロセス・装置評価代替ガス・プロセス・装置評価代替ガス・プロセス・装置評価代替ガス・プロセス・装置評価
評価技術開発
CVDクリーニング用反応ガスの満たすべき要件の明確化
新規代替ガスの1次スクリーニング
新規CVDクリーニング用代替候補ガスの明確化
CVDクリーニング効率向上、温室効果ガス排出量低減
代替ガス、装置材料の絞込み、総合評価
代替ガス、装置材料のスクリーニング、総合評価を調査
ハード研究再委託
スケジュールスケジュールスケジュールスケジュール
25
クリーニングガス基本性能の研究クリーニングガス基本性能の研究クリーニングガス基本性能の研究クリーニングガス基本性能の研究
現象効果の物理・化学的把握 現象効果の物理・化学的把握 現象効果の物理・化学的把握 現象効果の物理・化学的把握
断片的観測事実の統合理解断片的観測事実の統合理解断片的観測事実の統合理解断片的観測事実の統合理解
新ガス種開発指針新ガス種開発指針新ガス種開発指針新ガス種開発指針
新プロセス・新プロセス・新プロセス・新プロセス・新装置開発指針新装置開発指針新装置開発指針新装置開発指針
何が作用するのか何が作用するのか何が作用するのか何が作用するのか 効果最大の条件は?効果最大の条件は?効果最大の条件は?効果最大の条件は?
入力ガス種入力ガス種入力ガス種入力ガス種C2F6、、、、NF3、、、、etc
活性気体活性気体活性気体活性気体F+、F-、F、HFF+、F-、F、HFF+、F-、F、HFF+、F-、F、HF
被加工固体被加工固体被加工固体被加工固体SiN、SiO2、etcSiN、SiO2、etcSiN、SiO2、etcSiN、SiO2、etc 効果
物理的・化学的物理的・化学的物理的・化学的物理的・化学的
現象観測
活性分子種生成条件活性分子種生成条件活性分子種生成条件活性分子種生成条件
プラズマの立て方:プラズマの立て方:プラズマの立て方:プラズマの立て方: パワー、 パワー、 パワー、 パワー、 濃度、圧力、 濃度、圧力、 濃度、圧力、 濃度、圧力、 リモート リモート リモート リモート反応容器:形、材料反応容器:形、材料反応容器:形、材料反応容器:形、材料混在ガス種混在ガス種混在ガス種混在ガス種 etc etc etc etc
研究開発のスキーム(1)
26
代替ガス探索指針1)フッ素ラジカルF1)フッ素ラジカルF1)フッ素ラジカルF1)フッ素ラジカルF****の重要性の重要性の重要性の重要性 ① リモートプラズマでのエッチング特性(温度依存性) ②プラズマからのF*発光信号とエッチング特性
2)F2)F2)F2)F****生成反応生成反応生成反応生成反応 ①PFC+O2 酸化反応型 ②自己解離型 3)F3)F3)F3)F****生成の容易さと化学結合エネルギー(生成の容易さと化学結合エネルギー(生成の容易さと化学結合エネルギー(生成の容易さと化学結合エネルギー( kJ/mol ))))
F-OCF3 182.0 F-NF2 243 F-NFNF2 88 F-F 158.8 F-OF 272
F-CF3 547 F-C2F5 530.5F-COF 535F-C2F3 319.2
4)F4)F4)F4)F****消滅機構の抑制 共存ガスの役割消滅機構の抑制 共存ガスの役割消滅機構の抑制 共存ガスの役割消滅機構の抑制 共存ガスの役割
5)分解生成ガスの特性 たとえば、CF4生成が少ないこと5)分解生成ガスの特性 たとえば、CF4生成が少ないこと5)分解生成ガスの特性 たとえば、CF4生成が少ないこと5)分解生成ガスの特性 たとえば、CF4生成が少ないこと
27
研究開発のスキーム(2)
クリーニングガス開発シナリオクリーニングガス開発シナリオクリーニングガス開発シナリオクリーニングガス開発シナリオ
有力候補分子種の選定有力候補分子種の選定有力候補分子種の選定有力候補分子種の選定
分子種系統分類分子種系統分類分子種系統分類分子種系統分類 弗化炭素系弗化炭素系弗化炭素系弗化炭素系
オレフィン系 オレフィン系 オレフィン系 オレフィン系 環状系 環状系 環状系 環状系 エーテル系 エーテル系 エーテル系 エーテル系 ケトン系 ケトン系 ケトン系 ケトン系 二重結合の存在 二重結合の存在 二重結合の存在 二重結合の存在 H、、、、N、、、、I等の等の等の等の付加付加付加付加無機化合物系無機化合物系無機化合物系無機化合物系 F、、、、H、、、、O、、、、N組み合わせ化合物組み合わせ化合物組み合わせ化合物組み合わせ化合物 ( ( ( (F2、、、、HF、、、、OF2、、、、O2F2、、、、NF3)3)3)3) ハロゲン間化合物ハロゲン間化合物ハロゲン間化合物ハロゲン間化合物 ( ( ( ( ClF3、、、、BrF3、、、、IF5555)))) 混合系混合系混合系混合系 CF3NF2、、、、etc.
評価ポイント評価ポイント評価ポイント評価ポイント①反応容器内での挙動①反応容器内での挙動①反応容器内での挙動①反応容器内での挙動 エッチング速度エッチング速度エッチング速度エッチング速度 選択性 選択性 選択性 選択性
②反応性②反応性②反応性②反応性 大気中での寿命 大気中での寿命 大気中での寿命 大気中での寿命 OHラジカルとの反応性ラジカルとの反応性ラジカルとの反応性ラジカルとの反応性 簡単な除害 簡単な除害 簡単な除害 簡単な除害
③分解生成物の反応性③分解生成物の反応性③分解生成物の反応性③分解生成物の反応性 大気中での寿命大気中での寿命大気中での寿命大気中での寿命 OHラジカルとの反応性ラジカルとの反応性ラジカルとの反応性ラジカルとの反応性 簡単な除害 簡単な除害 簡単な除害 簡単な除害
④安全性、取り扱いやすさ④安全性、取り扱いやすさ④安全性、取り扱いやすさ④安全性、取り扱いやすさ 将来コスト将来コスト将来コスト将来コスト
×
調査
小型、中型簡易実験機による小型、中型簡易実験機による小型、中型簡易実験機による小型、中型簡易実験機によるクリーニング性能の簡易評価クリーニング性能の簡易評価クリーニング性能の簡易評価クリーニング性能の簡易評価
28
代替クリーニングガス種スクリーニングのプロセス(2)
候補分子~100種から24種への絞込み候補分子~100種から24種への絞込み候補分子~100種から24種への絞込み候補分子~100種から24種への絞込み
評価基準 ガス基本物性 : 沸点、腐食性、予測毒性、GWP値 ガス基本性能 : エッチレート、 規格化エッチレート 排ガス特性 : 排ガスMMTCE、除害容易性 ガスコスト :
これらの項目毎に、5~0の重み付け配点を実施し、これらの項目毎に、5~0の重み付け配点を実施し、これらの項目毎に、5~0の重み付け配点を実施し、これらの項目毎に、5~0の重み付け配点を実施し、
既存クリーニングガスの得点、候補ガスの得点を吟味評価。既存クリーニングガスの得点、候補ガスの得点を吟味評価。既存クリーニングガスの得点、候補ガスの得点を吟味評価。既存クリーニングガスの得点、候補ガスの得点を吟味評価。
29
エッチング速度とガス濃度の関係エッチング速度とガス濃度の関係エッチング速度とガス濃度の関係エッチング速度とガス濃度の関係
濃度が増加(酸素低下)→エッチング速度は極大点を持つ
エッチング速度最大値
C2F6 10912Å/min
COF2 9672Å/min(89%)
CF3COF 7340Å/min(67%)
COF2、、、、CF3COFはははは高いエッチング速高いエッチング速高いエッチング速高いエッチング速度を示した。度を示した。度を示した。度を示した。
特に、特に、特に、特に、 COF2ははははC2F6にににに匹敵した。匹敵した。匹敵した。匹敵した。
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0% 20% 40% 60% 80% 100%
試験ガス濃度(vol%)
エッチング速度(Å
/m
in)
C2F6
C3F8
COF2
CF3COF
C3F6
FE1216
C4F6
HFE227me
HFE-134
ガス総流量
(300sccm)一定
C2F6
C3F8 COF2
CF3COF
30
新代替ガス候補COF2の特徴現在半導体製造に用いられている最も標準的なクリーニングガスはC2F6/O2
1.1.1.1.C2F6系に系に系に系に較べほぼ同等のパフォーマンスを示すこと較べほぼ同等のパフォーマンスを示すこと較べほぼ同等のパフォーマンスを示すこと較べほぼ同等のパフォーマンスを示すこと2.使用ガス量は体積では1.6倍であるが、重量では76%と2.使用ガス量は体積では1.6倍であるが、重量では76%と2.使用ガス量は体積では1.6倍であるが、重量では76%と2.使用ガス量は体積では1.6倍であるが、重量では76%と 減少し、合成法等からも低コスト化が見こめること 減少し、合成法等からも低コスト化が見こめること 減少し、合成法等からも低コスト化が見こめること 減少し、合成法等からも低コスト化が見こめること3.3.3.3.COF2はははは加水分解特性を持つため加水分解特性を持つため加水分解特性を持つため加水分解特性を持つためGWP値は1値は1値は1値は1以下以下以下以下4.毒性は4.毒性は4.毒性は4.毒性はTLV値で値で値で値で半導体材料ガス中では弱い部類半導体材料ガス中では弱い部類半導体材料ガス中では弱い部類半導体材料ガス中では弱い部類5.排ガス中には5.排ガス中には5.排ガス中には5.排ガス中にはCF4副生はごくわずか。ゆえに、排ガスの副生はごくわずか。ゆえに、排ガスの副生はごくわずか。ゆえに、排ガスの副生はごくわずか。ゆえに、排ガスの MMTCEははははC2F6比較7%程度まで削減可能。比較7%程度まで削減可能。比較7%程度まで削減可能。比較7%程度まで削減可能。
MMTCE:Million Metric Ton Carbon Equivalent 排ガス中各成分濃度に それぞれのGWP値を乗じ、加算後炭素重量に換算した量
GWP改善効果改善効果改善効果改善効果
31
COF2COF2COF2COF2、、、、 F3NOF3NOF3NOF3NO、、、、CF3OFCF3OFCF3OFCF3OF等の比較評価等の比較評価等の比較評価等の比較評価
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
NF3/Ar
CF3OF
F3NO
COF2C2F6
エッチング速度(A/m
in
)
試験ガス濃度(vol%)
省エネ効果へ寄与
省エネ効果へ寄与
省エネ効果へ寄与
省エネ効果へ寄与
32
研究開発のスキーム(3)
クリーニングプロセス・システム開発シナリオクリーニングプロセス・システム開発シナリオクリーニングプロセス・システム開発シナリオクリーニングプロセス・システム開発シナリオ
有力クリーニングガス・プロセス・システムの提案有力クリーニングガス・プロセス・システムの提案有力クリーニングガス・プロセス・システムの提案有力クリーニングガス・プロセス・システムの提案
生産実機規模のプラズマCVD装置標準機(大型CVD1号機)による代替ガスクリーニング
プロセス開発
小型、中型簡易実験機による小型、中型簡易実験機による小型、中型簡易実験機による小型、中型簡易実験機による代替ガス候補クリーニング性能の簡易評価代替ガス候補クリーニング性能の簡易評価代替ガス候補クリーニング性能の簡易評価代替ガス候補クリーニング性能の簡易評価
生産実機規模のプラズマCVD装置開発機(大型CVD2号機)によるハードウェア研究
33
8.47E-028.47E-028.47E-028.47E-025.14E-035.14E-035.14E-035.14E-03
1.00E+001.00E+001.00E+001.00E+00
119119119119 114114114114 110110110110
0.00.00.00.0
0.20.20.20.2
0.40.40.40.4
0.60.60.60.6
0.80.80.80.8
1 .01 .01 .01 .0
1 .21 .21 .21 .2
1 .41 .41 .41 .4
C2F6 (CCP)C2F6 (CCP)C2F6 (CCP)C2F6 (CCP)13.56MHz13.56MHz13.56MHz13.56MHz
NF3 (CCP)NF3 (CCP)NF3 (CCP)NF3 (CCP)40.68MHz40.68MHz40.68MHz40.68MHz
COF2 (CCP)COF2 (CCP)COF2 (CCP)COF2 (CCP)13.56MHz13.56MHz13.56MHz13.56MHz
MM
TC
EM
MT
CE
MM
TC
EM
MT
CE
0000
20202020
40404040
60606060
80808080
100100100100
120120120120
140140140140
Endpoin
t
[sec]
Endpoin
t
[sec]
Endpoin
t
[sec]
Endpoin
t
[sec]
MMTCE
Endpoint
RF Power 750WPress. 300PaC2F6 280sccmO2 420sccm
RF Power 700WPress. 120PaNF3 270sccmAr 540sccm
RF Power 750WPress. 300PaCOF2 600sccmO2 300sccm
SiN膜対象
大型大型大型大型PE-CVD装置(装置(装置(装置(CCP)で評価したで評価したで評価したで評価したCOF2 ( ( ( (従来比従来比従来比従来比C2F6比較排出を0比較排出を0比較排出を0比較排出を0.5%.5%.5%.5%に抑制)に抑制)に抑制)に抑制)
GWPC2F6 9,200NF3 8,000COF2 1
33
34
研究開発のスキーム(4)研究開発のスキーム(4)研究開発のスキーム(4)研究開発のスキーム(4) 代替システムの選定評価(総合評価) 代替システムの選定評価(総合評価) 代替システムの選定評価(総合評価) 代替システムの選定評価(総合評価)
ガス種、プロセス、ハードの重ね合わせの中からの選択
選択条件に毒性、除害容易性、コストが上乗せされる。
ガス種
無機系自己分解型
PFC系
プロセス
ガス混合F生成反応圧力、パワー、周波数
ガス混合酸化反応、圧力、パワー、周波数
ハード
プラズマ接触型
リモート
プラズマ源 除害
プラズマ除害 ポンプ系組込 最終段型
熱分解触媒燃焼、他
その他
35
まとめと課題まとめと課題まとめと課題まとめと課題
1.代替ガス探索指針の明確化 代替ガス探索のためのガイドラインを固めた代替ガス探索のためのガイドラインを固めた代替ガス探索のためのガイドラインを固めた代替ガス探索のためのガイドラインを固めた 2.代替候補ガスの選択 1.に基づき、候補ガスの一次選定の実施。 GWP改善効果、省エネ効果目標への指針を得た。改善効果、省エネ効果目標への指針を得た。改善効果、省エネ効果目標への指針を得た。改善効果、省エネ効果目標への指針を得た。 3.代替プロセスの探索 1.2.を踏まえ、CVD実機でのプロセス研究を推進 従来主流方式従来主流方式従来主流方式従来主流方式C2F6((((CCP)比較、総排出量大幅削減比較、総排出量大幅削減比較、総排出量大幅削減比較、総排出量大幅削減 への指針を得た。への指針を得た。への指針を得た。への指針を得た。 4.代替システムの選定評価 1.2.3.を総合し候補システムを検討中1.2.3.を総合し候補システムを検討中1.2.3.を総合し候補システムを検討中1.2.3.を総合し候補システムを検討中
まとめまとめまとめまとめ
36
Ⅰ. 1.2 継続 3.4. 具体的出力、提案へ
GWP改善効果、省エネ効果目標への指針から現実適用改善効果、省エネ効果目標への指針から現実適用改善効果、省エネ効果目標への指針から現実適用改善効果、省エネ効果目標への指針から現実適用 可能なシステム提案へ持ちこむ。可能なシステム提案へ持ちこむ。可能なシステム提案へ持ちこむ。可能なシステム提案へ持ちこむ。
Ⅱ.Ⅱ.Ⅱ.Ⅱ. 具体的には、現在の24種中、8具体的には、現在の24種中、8具体的には、現在の24種中、8具体的には、現在の24種中、8 種程度の候補につき、種程度の候補につき、種程度の候補につき、種程度の候補につき、 トータルシステムを詰め 推奨候補を提案する トータルシステムを詰め 推奨候補を提案する トータルシステムを詰め 推奨候補を提案する トータルシステムを詰め 推奨候補を提案する
実機での膜質基礎特性、パーティクル発生特性検証 実機での膜質基礎特性、パーティクル発生特性検証 実機での膜質基礎特性、パーティクル発生特性検証 実機での膜質基礎特性、パーティクル発生特性検証 ガス材料の急性毒性対策についても方針を明確化する。 ガス材料の急性毒性対策についても方針を明確化する。 ガス材料の急性毒性対策についても方針を明確化する。 ガス材料の急性毒性対策についても方針を明確化する。
Ⅲ.Ⅲ.Ⅲ.Ⅲ.新技術が産業界の製品製造への自主的応用につながる新技術が産業界の製品製造への自主的応用につながる新技術が産業界の製品製造への自主的応用につながる新技術が産業界の製品製造への自主的応用につながる
レベルのシナリオを描く。 レベルのシナリオを描く。 レベルのシナリオを描く。 レベルのシナリオを描く。
課 題
37
010615
平成10年 平成11年 平成12年 平成13年 平成14年
発表 学会発表(口答) 国内学会 7 8 2
国際学会 7 3
国内会議 1 3
国際会議 1 2 3 1
学会発表(論文)原著論文 3
和雑誌(総説等) 1 1 2
特許 4
2 11 30 6 0
成果形態
総計
半導体CVD洗浄プロジェクト発表等成果表
38
出願特許
出願番号出願日 発明の名称
A:発明者B:共願希望社 概 要
2000-207473 H12-7-7
クリーニングガス及びエッチングガス
2000-275647 H12-9-11
クリーニングガス及びエッチングガス
クリーニングガス及びエッチングガス
2000-290893 H12-9-25
2001-290893 H13-3-22
CVD装置のクリーニング方法及びそのためのクリーニング装置
2001- 出願予定
プラズマCVDチャンバー用クリーニングガスおよびプラズマCVDチャンバーのクリーニング方法
A:冨澤他B:ダイキン他13社 産総研
A:三井他B:旭硝子他15社 産総研
A:深江他B:関東電化他15社 産総研
A:芝田他B:三菱他16社
A:三井他B:
クリーニングガスとしてフロロエステルを使う
クリーニングガスとしてCOF2/O2混合系ガスを使う
クリーニングガスとしてF3NO、FNO/O2混合系ガスを使う
PFC/O2混合系でリモートプラズマ方式クリーニングを行う
クリーニングガスとしてフッ素ガスを源素材としたクリーニング方式