AIST6666 ジーパンでＩＣを製造する世界がやってくる

[ITRSclassRev1.OPJ][ITRSclassRev1.ai]

クリーンルームの清浄度はどんどん下がる

スーパークリーンルーム・クラス

[JACA一水会.ppt]

1995 2000西暦年

2005 2010 2015 2020

3

4

5

6

7

8

ISO

Cle

anlin

ess

Cla

ss9

ITRS1999

ITRS2001

ITRS2003

通常の大気レベル・クラス

ITRS roadmap requirement for Cleanroom Cleanliness Class

AIST6767 クリーンルームの多様化・目的分化

バイオクリーンルーム

HACCP ＠食品工場

バイオハザード

無菌

感染防止

＠培養室、動物飼育室

危険な生命体の区域外への拡散防止

＠バイオテクノロジー関連施設

危機管理対策、有害微生物混入防止

＠手術室、ICU、新生児室等

ＧＭＰ ＠製薬工場

＠半導体工場

Hazard Analysis & Critical Control Points

ハシップ （O157、雪印中毒事件等）

Good Manufacturing Practices

（海外出荷前製造許可に関係する工場品質基準のグローバル化）

ローコスト＆高効率化

ケミカル汚染対策

インダストリークリーンルーム

（エネルギー・資源効率、建設費抑制、歩留まりアップによる高効率生産）

（微細加工進化に伴い、各種プロセスは環境物質への感度上昇）

[クリーン化総合資料.ppt]

局所クリーン化生産方式6868AIST

密閉型製造装置

生産品に最適化された局所環境

裸の生産品

密閉型搬送容器（容器内に生産品）

半導体工場

（ボールルーム方式）

超高コスト○

△

○

△

◎◎◎

×

××

×

高品質エネルギー大量消費人と製品の妥協環境

低コスト品質管理に問題人優先の環境(汚れ）

◎省エネルギー

中コスト人と製品環境の分離超高品質人に優しい生産方式省エネルギー

町工場

局所クリーン化生産方式

[局所クリーン化生産方式CT誌用.ai][局所クリーン化生産方式.ai] [クリーン化総合資料.ppt]

※この図は、概念図。実際の装置は様々なバリエーションが考えられる。

局所クリーン化概念：従来技術vs新世代技術6969AIST

[クリーン化総合資料.ppt]

・エンバイロンメンタルチェンバ

新世代技術

装置とその周辺

搬送系

・垂れ壁式作業室

・ミニエンバイロンメントシステム＠ IC工場

既存技術

・ハイパーミニプロセスシステム＠産総研

密閉、または、分離壁による隔離性確保

密閉、または高い密閉性

大気解放 密閉、または高い密閉性

≈

≠

代表例

局所クリーン化技術

加工中だけクリーン 全工程がクリーン

“クリーン化補助技術” “環境分離技術”

局所クリーン化構成：従来技術vs新世代技術7070AIST

[クリーン化総合資料.ppt]

・密閉チェンバ、垂れ壁

新世代技術

清浄度向上方式

搬送系

- ミニエンバイロンメント室

既存技術

・オープン型、単純な箱型・密閉性容器

装置周辺

局所クリーン化技術

・FFU＋クリーンエア循環1. FFU ＋クリーンエア循環

3. 清浄ガス・清浄空気（使い捨て）

・前室

- エアーロック室・前室機能は無し

2. 発塵の無い密閉環境

※容器 前室 装置間の転送メカが必要。

“クリーン化補助技術” “環境分離技術”

局所クリーン化で基本４原則不要AIST

7171

局所クリーン化（ミニエン化）は、従来のノウハウを不要とする（のが１つの狙い）

① ＣＲに入れない

②発生防止

③極力排除

④堆積防止

微粒子に関して：

・陽圧・密閉構造/用途別空間分離

・HEPA/ULPAフィルター

・前室（エアシャワー、手洗い）

・発塵の少ない建材・部材

・発塵源での局所排気

・不必要な水平面を作らない

・ HEPA/ULPA/ケミカルフィルター

・床の角に丸みを付ける

・配管露出低減

・入室管理・搬入機材の清掃

・無塵衣

・最小作業計画・不要な物を持ち込まない

・CR内定期清掃・ 気流解析

・静電気対策

・除振対策

設計・施工時のケア 運営時のケア

・十分な換気回数

××××

[クリーン化総合資料.ppt]

密閉型容器7272

[講義7最前線.ppt][東北大講演.ppt]

200mm ウェーハ用 SMIF (Standard Mechanical Interface)

300mm ウェーハ用 FOUP (Front Opening Unified Pod)

2000年頃より導入開始。TSMC, AMD, Sony等の初期導入で有効性実証。

300mm工場においてFOUPが導入されている。

既設工場への追加導入が可能。

既設工場への追加は、300mm装置の丈が高く、事実上不可能。

垂直ローディング

ウェーハートレー内蔵

水平ローディング

ウェーハートレー無し

パーティクルフィルター付き

SMIF自体の多少高めのコスト

→

→

→

→

※どちらも、密閉が完全ではない。あくまでパーティクル遮蔽に効果があり、ガスはブロックしない。

FOUP

スミフ

フープ

AIST

人の持ち運びは可能

[クリーン化総合資料.ppt]

Courtesy of Shin-Etsu Polymer co.

CRへの局所クリーン化技術の導入7373

[講義7最前線.ppt]

クラス1(0.1μm/f ) 領域3

クラス10000(0.1μm/f )&3酸素濃度21% 領域

密閉型半製品容器

エアロック室

温調・送風ユニット 送風・（温調・）清浄化ユニット

回収エアエアロック室付き加工装置

清浄エア 作業室（清浄室）

天井上室

回収エア

温調・送風ユニット

湿度調整・清浄化ユニット

汚染エア 床下室

（ダウンフロー方式）

（低コストの乱流方式で良い）

通常のクリーンルーム

FOUP(Front Opening Unified Pod)フープ

ミニエンバイロンメント方式

加工装置

半製品（ウェーハー等)

半製品容器

清浄エア

作業室（清浄室）

天井上室

[ミニエンバイロンメントCRの利点.ai]

AIST

Courtesy of Shin-Etsu Polymer co.

[クリーン化総合資料.ppt]

7474

[講義7最前線.ppt]

局所クリーン化システム概念図@半導体工場

ウェーハ搬送経路

製造装置本体クリーンエア

密閉型カセット カセットローダ ミニエンバイロンメント＋ ＋

[東北大講演.ppt]

AIST

※本例は、縦型ウェーハローディングタイプの200mmウェーハ専用SMIFシステムの場合を描いてある。横型の300mmウェーハ専用FOUPシステムでは、カセットから水平にウェーハをローディングし、ミニエンバイロンメント室がカセットローダ機能も受け持つ。

7777 現状の自動搬送システム概念図@半導体工場AIST

[FabLayoutTopView.ai]

Stocker

製造装置

EFEM

Intrabay Transport Rail

（装置前室）

FOUP+

（搬送容器）

OHV（巻揚式 頭上搬送器）

FOUP+（搬送容器）OHS（頭上搬送器）

装置保守エリア

通路

ベイエリア（容器搬送エリア）

（容器一時保存庫）

ロードポート（容器出入機構）

（ベイ内容器搬送レール）

Interbay Transport Rail（ベイ間容器搬送レール）

橙色エリア = ISO CLASS 1程度

草色エリア = ISO CLASS 4～ 5程度

実際の運用の想像クラス

桃色エリア = ISO CLASS 6 程度（人の出入・動作分や装置メンテ発塵分だけ、ベイエリア（草色エリア）より発塵が多い）

(Automated Material Handling System: AMHS)

[クリーン化総合資料.ppt]

※注意！ITRSロードマップでは、装置保守エリアの清浄度を、容器搬送エリアよりも高く保つように未来予測しており、それは理想的であるが、空気循環を工場全体で一つにしている限り、清浄度の差を何桁もとるのは不可能。また、容器搬送エリアは人が入り込まない傾向は、今後益々強くなり、保守エリアの方が相対的に発塵が非常に多くなる（特に保守時）。

近未来の局所クリーン化システム例@半導体工場

製造装置本体

パージライン

“完全”密閉型カセット 前室＋ 低コスト

省フットプリント

ガスの完全制御

歩留まりの向上→水素終端理想表面の実用化→

7878

[東北大講演.ppt]

AIST

転送室

[クリーン化総合資料.ppt]

8787

[要素技術.ppt]

局所クリーン化の内在する新技術の可能性AIST

■溶存ガス制御

■製造物雰囲気完全制御

[クリーン化総合資料.ppt]

局所クリーン化の本質は環境分離技術8888AIST

製造物理想環境人作業理想環境

・ 酸素21%・ 窒素79%・ 相対湿度20-50%・ CLASS 0-9程度・ 化学物質 フリー

・ 帯電性には許容性

・ 照明（太陽光）

・ 酸素0%・ 不活性ガス等100% or 真空・ 相対湿度0%（パーティクル無仮定）・ パーティクルはゼロ

・ 化学物質 フリー

・ 照明不必要

（一般的に想定されること）

・ 閉塞感のない空間

・ 24-26℃ ・ 温度は、製造に適した値

ボールルーム

・ 帯電性は、製造に適した値

・ 自由な服装

（※パーティクルフリーなら重要性低下）

局所クリーン化

人・モノ理想環境同時達成性能

[クリーン化総合資料.ppt]

Ultra PureWater

Nitrogengas

Mini Transfer Box

■ Dissolved Oxygen free■ contamination-free

0.003μm

蒸着中< 10 Pa-7

基板温度 -150 C ~ 800 Co o

到達圧 < 10 Pa-8

到達圧 < 10 Pa-9

~ 0.1 ppm in N2O2

Hyper-mini Fab

filter

■ Residual oxygen free■ particle-free

O :2 ~ 2 ppm

Class: ~ 0 DO: ~ 0.2 ppb

(> 0.1μm)

ultra low densities of:

8989AIST

Clean EvaporatorClean Evaporator

STMSTM

XPS/AES/LEED/CAICISSXPS/AES/LEED/CAICISS

ハイパーミニ・プロセスシステム@AIST for printing

[情報機構セミナー.ppt]

局所クリーン化システム vs通常ULSI工場9090

[講義7最前線.ppt]

ハイパーミニプロセスシステム＠AIST

通常ULSI工場

(実測値) （仕様)

パーティクル [0.1μm/ｍ3] no count ~ 1000 (最適環境にて)酸素濃度 2×10-6 0.21 (非制御)

超純水中溶存酸素濃度 [ppb] 0.2 1-100 (不安定)相対湿度 [%] 0.35 30-35

大気圧部分の比容積 ~ 0.0005 1消費ガス量 [m3/min]

(ミニクリーンルーム200m3の場合)

窒素 0.005 空気 100-200 (設計・運用による)

[局所クリーン化システムとULSI工場比較.xls]原史朗, 「局所クリーンシステムの環境性能とその応用」、電子材料, 2000年8月号 より

AIST

局所クリーン化システム

[クリーン化総合資料.ppt]

ハイパーミニファブ内のパージ特性9191

[講義7最前線.ppt]

AIST

0 20 40 60 80 100 1201000

1001

1002

1003

1004

1005

1006

O2 c

onc.

in G

B [p

pm]

Time [min]

perfect mixture: 1/2 law

N2 flow rate 30l/min

Am

ount

of p

artic

le [c

ount

/lite

r]

perfect mixture: 1/2 law

0.2

0.150.1μm

μm

μm

μm

μm

Time [ min]

N2 flow rate 30l/min

0.5

1010 20 30 40 50 600

0

101

102

103

104

105

0.3

パーティクルのパージ特性

酸素分子のパージ特性

超純水内溶存酸素のパージ特性

100 101 102 10310-10

10-9

10-8

10-7

10-6

10-5

0.12ppb (ideal limit: Henry's law)

(O2 in G.B.: ~3ppm)

leaving

Stirring

start: 3.5 to 4.5ppm

N2 Bubbling

in H2O 120ccDissolved Oxygen Reduction

Time [min]

DO

con

cent

ratio

n

[DObubbleLOG.ai][図2.ai] [図3.ai] [クリーン化総合資料.ppt]

溶存酸素の低減原理9292

[講義7最前線.ppt][応物99SAlSi2.ppt]

＜Glove box＞＜Glove box＞

Partial O2 pressure:O2～ 20%

＜air＞

dissolved oxygenO2 ~8ppm

dissolved oxygenO2 ～0.2ppｂ

Henry's low Henry's low

Partial O2 pressure:O2 ～ 2ppm

＜Glove Box＞

in waterin water

AIST

[クリーン化総合資料.ppt]

sample transfer

Glove box

wet surface cleaning

transfer

Al deposition

Transfer box

E-gun evaporator

・ultra high vacuum deposition＜ 2x10-9 Torr

・low temperature deposition～ -80℃

・N2 flow: O2 ～ 2ppm ・particle: Class < 1 (0.1mm)・dissolved oxygen in solution:

DO～ 0.2ppm flattening and H-termination

No interface reaction

[AlSiSBHOxnCont.ppt]

AIST

[クリーン化総合資料.ppt]

102102

省パージガス消費量

省パージ（環境形成）時間

省フットプリント

省重量、製造コスト

高良品率

注： 局所クリーン化は、それ自体省エネルギーである。

高速パージ技術

エアロック技術

極限環境

パージ機構の改善、素材選定

有機物除去技術

パーティクル除去技術

水分制御技術

溶存ガス制御技術

圧力制御技術

要求される性能 技術的要素

パージ方式、流体解析

方式、コンパクト・簡便性の追求

発生防止と除去

高吸着性の克服素材の疎水表面形成

未知の技術、未知の課題

方式、高速応答性

課題

発生防止と除去

総合技術

（製造される工業製品の）

製品ハンドリング技術

局所クリーン化の機能性要素技術の課題AIST

汚染物質可視化 汚染物質モニタリング 小型化・低コスト化

ユニバーサリティ

（耐久性以外の部分）

[クリーン化総合資料.ppt]

108108

AIST

[クリーン化総合資料.ppt]

300mmファブ 200mmファブ 各種工場 研究システム＠産総研

FOUP&AMHS複合システム SMIF POD ハイパーミニ・プロセスシステム

搬送系自動化プロセス自動化搬送容器標準化搬送調整作業量遮断物質装置開発

自動化 手動化自動化 手動化

局所クリーン化設備投資 低コスト

300mmより高コスト高コスト

工場設備投資 低コスト高コスト

厳密な標準化 大まかな規格化 無規格

パーティクルパーティクル ニーズに応じて各種 全て

アウトソーシング 内製

中 小大

※いずれの規模に於いても、超高品質生産が可能。

技術の範疇基盤技術化 差別技術化

局所クリーン化応用：規模・自動化別

♪NF

109109

AIST

生産システム体系

[クリーン化総合資料.ppt]

製造群レベル 個別装置 パラメータ改良

経営

業界コンセンサス

生産技術部門 事業部内

装置メーカ

QCレベル

・ロボット工場化（人件費削減）

・標準化（ポリティカルマター）

・コア・コンピタンス（標準化とは相反する意義）

・コストダウン・省エネ・高効率生産

・エコロジー・人に優しい生産

・ミニエンによる、高付加価値化

・歩留まり向上

意志決定レベル

技術導入ハイアラキ

価値、特徴

導入価値の増大

※赤字は、300mm半導体工場の例※青字は、200mm半導体工場の例

・高品位生産

局所クリーン化応用：経営価値レベル別

♪NF

110110