Semiconductor

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IoT・スマート社会における5G環境下で
重要かつ不可欠な電子デバイス

例えば・・・・

電子デバイスの中で『通信』というキーワードで考えてみる。3G(800MHz~)、4G(2.4GHz)、そして5G(3.7~4.5GHz、28GHz)へと周波数帯が変遷し、その都度SAWデバイスや水晶発振子に対しての求められる付加価値も増大。例えばこのデバイスの櫛歯電極(IDT)形成にはスパッタリング装置が必須で、プロセス中の水分(H2O)やハイドロカーボンの残存の管理が重要。

低炭素社会を支える上で重要かつ
不可欠な電子デバイス

例えば・・・・

パワーデバイスというキーワードで考えてみる。パワーデバイスは、交流を直流にする、交流の周波数を変換するなど、電力の制御や供給の高速で極限の高効率が求められる。

  • 例えばこのデバイスにおけるソース電極や裏面電極形成には蒸着装置やスパッタリング装置での成膜が不可欠で、リーク確認やプロセスガスの不純物混入などの管理が重要。
  • 例えばこのデバイスにおける絶縁膜形成にはCVD装置でSiO2を成膜、エッチング装置でそのSiO2を加工。それら装置ではのクリーニングのエンドポイント確認が重要。

電子部品製造において鍵となる真空装置をお使いの中で
お悩みはありませんか?

たとえば、私たちのお客さまであるメーカーの皆さまから、このような声をよく伺います。

1. 不良品の市場流失が心配だ

2. グレーロット/グレーウエハはどうしょう?

3. 歩留まりが上がらない・・・

4. 装置ダウンタイムの高止まりをどう解決するか。

さらに、進化したIoTの社会ではさらなる品質向上やクオリティコントロールへの要求はどんどんシビアになっていきます。

1. 各種デバイスのさらなる高集積化/微細化

2. お客さまからの品質保証要求の増大

3. 最終製品への仕様要求の増大

スマート社会の到来は、電子デバイスへの機能の要求だけでなく、品質管理の大幅な向上が求められます。

もはや、私たちが未来に向かうために、これらの課題をクリアすることは不可欠といえるでしょう。

しかし、逆に考えれば、これからの電子デバイスにおいて、これらの課題をクリアできれば、競合他社の製品よりも大きな差別的優位性を獲得することも可能となります。

品質向上にかかる工数や時間が削減できることで、さらなる高機能の電子デバイスへの開発に時間とコストをかけることも可能となるのではないでしょうか。

そこで、私たちアルバックがご提案したいのが、アルバックのプロセスガスモニタ「Qulee」シリーズです。プロセスガスモニタ「Qulee」を製造工程に導入することで、電子デバイスの製造工程におけるさらなる品質向上をご提供します。

アルバックは、世界に類を見ない「真空総合メーカー」です。

電子デバイスを製造する装置を開発しているだけでなく、さらにその装置との組み合わせの相乗効果で、電子デバイスの製造プロセスの品質管理を行うコンポーネントも製造しています。

真空をつくる、真空をはかる、真空におけるテクノロジーを知り尽くした総合メーカー、アルバックだからこそ、ご提案できるソリューションです。

そもそもプロセスガスモニタ(ガス分析計)とは?

プロセスガスモニタとは、各種真空装置、例えばスパッタリング装置の残留ガス分析やプロセス中(成膜中)のガスを監視できるため、ガス異常(残留水分やハイドロカーボンなど)・リーク等の不具合を検知し、プロセス異常による製品不良を未然に防ぐためのモニタリング機器です。

プロセスガスモニタは、気体の質量数に応じてガス量に比例するピーク電流が得られるため、雰囲気中に存在するガスの組成や存在比が比較的簡単に測定できます。これらは従来、加熱ガス分析や破壊ガス分析など各種研究開発用途向けが主流ではあったのですが、生産性や品質の向上の観点からプロセス管理のニーズが急拡大しております。

アルバックのプロセスガスモニタは、宇宙、原子力などの最先端研究・開発用途に適した高性能・高分解能ハイエンドモデルから、 生産ラインに適したベーシックタイプまで幅広いラインナップがあります。 シンプルさと使いやすさを実現し、真空装置のプロセス管理まであらゆるニーズに対応しています。

プロセスガスモニタ(ガス分析計)の原理

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プロセスガスモニタの心臓部である分析管は、イオン源部、質量分離部、検出部の3つ構成要素から成り立っております。気体分子をイオン化するイオン源部、質量分離を行うフィルタ部、さらにフィルタ部を通過したイオンを測定する検出部です。

イオン源は、タングステンやイットリア(Y2O3)被覆イリジウム線などで製作された熱フィラメントと、モリブデンなどの高融点金属で製作されたかご型のグリッドから構成されています。フィラメントから放出された熱電子は、フィラメントとグリッド間の電位勾配によりグリッド方向に加速され、グリッド内で気体分子と衝突します。気体分子は熱電子との衝突により最外殻電子が一つ剥ぎ取られて正イオンになり、フィルタ部方向へ引き出されます。

フィルタ部は4本の金属製の棒状電極が等間隔で平行に配置された四極子構造をしています。4本の棒状電極のうち対向する2組の電極には、それぞれ直流電圧と高周波電圧が重畳した位相が逆の電位が印加されます。直流電圧と交流電圧をある条件に設定すると、イオン源部から引き出されて4本の棒状電極の内側領域に入射したイオンのうち通過条件を満たしたもののみがある軌道を描いてイオン検出部に到達し、電気信号に変換されます。

その他のイオンは、イオン検出器に到達するまでの間にふるい落とされます。気体の質量数に応じてガス量に比例するピーク電流が得られるため、雰囲気中に存在するガスの組成や存在比が比較的簡単に測定できます。イオン検出部としては、定量性を重視したファラデーカップ型のものや、高感度測定が可能な2次電子増倍管が使用されております。

真空装置のプロセス管理ができればお悩みも解決!

真空装置のプロセス管理がしっかりできれば、生産量の拡大と同時にコストダウンにも貢献します。

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安心の実績

ULVACはプロセスガスモニタの製造販売が今年で50年

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ULVACのプロセスガスモニタ Quleeシリーズ

電子部品製造におけるスパッタリング装置の残留H2Oのチェック
コンパクトプロセスガスモニタ
【Qulee CGM2】

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スパッタリング装置のプロセス管理に最適!

  • 装置到達圧力時の高真空領域からプロセス時の1Paまで連続した測定/管理が可能
  • 残留不純物H2O checkに最適
  • プロセスガスAr純度の確認
  • 外部からのAirリークの確認、内部からのガスのリークの確認
  • 炭化水素系のハイドロカーボンの確認
  • 全圧測定機能によるフィラメント保護機能あり
  • 圧力への信号変換に外部参照の必要がない
  • デガス機能によるセンサーからのコンタミ除去が可能
  • 低エミッション電流で高感度なセンサー設計
  • SEMを使用せずにプロセス中の微小分圧が測定可能
  • オプションで装置圧力を監視して自動で測定開始/停止も可能
  • 生産ラインで常時プロセス監視用途としての豊富な実績あり

電子部品製造における光学/有機蒸着装置の不純物のチェック
ベーシックプロセスガスモニタ
【Qulee BGM2】

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蒸着装置の不純物管理に最適!

  • 装置到達時のRGA管理からプロセス時までの連続した測定/管理が可能
  • 残留不純物である炭化水素系のハイドロカーボンの確認
  • 残留不純物H2O checkに最適
  • 外部からのAirリークの確認
  • 内部からの水ラインのリークの確認
  • クライオポンプの再生タイミングの確認
  • デガス機能によるセンサーからのコンタミ除去が可能
  • 全圧測定機能によるフィラメント保護機能あり
  • オプションで装置圧力を監視して自動で測定開始/停止も可能
  • 生産ラインで常時プロセス監視用途としての豊富な実績あり

電子部品製造におけるCVD/エッチング/ALD装置のエンドポイントのチェック
リアクティブプロセスガスモニタ
【Qulee RGM2】

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クリーニングプロセスにおけるエンドポイントが一目瞭然!

  • 装置到達時のRGA管理からプロセス時までの連続した測定/管理が可能
  • クリーニング確認としてエンドポイントモニタに最適
  • 残留不純物H2O checkに最適
  • 外部からのAirリークの確認
  • 反応性/腐食性ガス下においても高耐久/高感度な磁石付き。クローズドイオン源の採用
  • お客様の装置にマッチした圧力に対応(13,000Pa~10-6Pa)
  • Qulee QCSに標準搭載の予防保全機能の採用

世界中の研究機関が認めたハイエンドモデル!

電子部品/光学/有機パネル関連の最先端の研究開発の必須アイテム
ハイパフォーマンスプロセスガスモニタ
【Qulee HGM2】

qulee_008.jpg </3>10-13Pa台の最小検知分圧を実現!

  • 装置到達時のRGA管理からプロセス時までの連続した測定/管理が可能
  • 世界最高感度を実現 2.5×10-6A/Paを実現
  • 最小検知分圧 10-13Pa台を実現
  • 過酷な研究条件でも使用可能 最大300℃まで対応可能(センサユニット分離状態)
  • 研究用途にマッチ、多彩な機能を装備したソフトウエアQulee QCS
  • Qulee with YTP-Hによる大気圧測定も含む研究用途にマッチした圧力環境での実験も可能

コストパフォーマンス抜群の低価格

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販売価格 95万円~

  • 測定質量数範囲 1~50/100/200/300 amuから選択可能
  • イーサネット対応(LANケーブル接続可能)
  • 表示部一体型の設計なので、PCレスでも測定可能
  • ワンクリックで測定可能な簡単操作
  • リークテスト機能の充実
  • 全圧測定機能によるフィラメント保護機能あり
  • 圧力への信号変換に外部参照の必要がない
  • デガス機能によるセンサーからのコンタミ除去が可能
  • 低エミッション電流で高感度なセンサー設計(CGM2)
  • SEMを使用せずにプロセス中の微小分圧が測定可能(CGM2)
  • オプションで装置圧力を監視して自動で測定開始/停止も可能(CGM2/BGM2)
  • 生産ラインで常時プロセス監視用途としての豊富な実績あり
  • Qulee QCSソフトウエアが標準搭載
  • CE標準対応

PCレス機能により煩雑な操作不要、誰にでも測定が可能

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ULVAC独自の機能:PCレスでリークテスト、不純物(H2O)分析が可能(全シリーズに標準採用)電源を接続すれば、スタートスイッチをオンするだけで分析ができるので、機械や測定に慣れていない方でも簡単に測定ができます。PCに接続することで、より詳細な内容を測定することが可能になります。

ビッグデータを駆使したプロセスデータの収集

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【プロセス前のチェック】

  • 残留ガス分析、不純物確認
  • 外部Airリーク確認
  • バルブからの内部リーク
  • チャンバー内各種部材からの放出ガス確認

【プロセス中の監視】

  • H2O管理
  • ハイドロカーボン系の管理
  • 外部/内部リークの総合監視
  • プロセスガスの純度確認、不純物確認
  • ウエハからの放出ガス確認

メインピークはもちろん、数ppmオーダーのGas測定も可能

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大気中の分析の一例になります。 空気のメインピークであるN2やO2以外にもたくさんのGasが存在しています。

【乾燥大気の主要成分】 窒素(N2) 78.084(体積比/%)75.51(重量比/%) 酸素(O2) 20.946(体積比/%)23.01(重量比/%) アルゴン(Ar) 0.934(体積比/%)1.286(重量比/%) 二酸化炭素(CO2) 0.032(体積比/%)0.040(重量比/%)

スパッタリング装置の条件の違いによるデータ比較

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【最適なProcess条件】

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【不純物(水分)が多いProcess条件】

不純物(H2O)が多いプロセス条件ですと結晶性の低下が見られる

H2O(緑線)に注目!このH2Oの上昇分が最終製品への不良率に直結します。 プロセスガスモニタでしっかりプロセス管理することで、不良率を下げることができます。

W-CVD装置のクリーニングプロセスの一例

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クリーニングプロセスにおけるエンドポイントが一目瞭然です

W-CVDのクリーニングプロセスのエンドポイントモニタリングの一例になります。 WF5(WF6)の減少過程からエンドポイントが明確に推察できます。

用語説明

プロセスガスモニタ
四重極型質量分析計(四極子型質量分析計)とかガス分析計、RGA( Residual Gas Analyzer )などとも称され、装置内部の圧力(全圧)を計測するだけでなく、そのガスの組成(分圧)を質的に計測・把握することが出来る真空計測機器になります。

RGA
Residual Gas Analyzerの略。残留ガス分析計のこと。高真空中で残留ガスをモニタするQMSを「RGA」と呼びます。

QMS
QuadrupoleMass Spectrometerの略。「四重極型質量分析計」のことになります。

分析管
イオン源部、質量分離部、検出部の3つ構成要素から成り立っております。気体分子をイオン化するイオン源部、質量分離を行うフィルタ部、さらにフィルタ部を通過したイオンを測定する検出部です。

全圧
真空度と同じ意味。通常真空計で計測しているのが全圧になります。

質量数
分子が持っている質量の大きさを示します。代表的なものとして、水素H2:2、He:4、H2O:18、N2:28、Ar:40、CO2:44などがあります。詳細は元素周期表などを参照してください。

ファラデーカップ
3つの構成要素の中の検出部にあたり、イオン電流を検知する電極のことになります。

二次電子増倍管
3つの構成要素の中の検出部にあたり、イオン電流を増幅して検知する検知器のことで、ファラデーカップタイプより感度が高くなります。

最小検知分圧
分圧(質量数別)で検知可能な最小の圧力を示すします。少なければ少ない程性能が良いことになります。

測定質量数範囲
製品が測定可能な質量数の範囲を示す。

分圧
全圧に対して、個々の質量数毎にどれくらい残留しているのかを示す個々のガスの圧力になります。

Q&A

Q:プロセスガスモニタ Quleeシリーズを使用するにあたり、PCに必要なデータ容量はどれくらいですか?
A:測定条件によって異なります。 例)Scanモード, 測定質量数範囲200mass, 200msec/AMU の場合、6時間で約432kBです。

Q:プロセスガスモニタ用ソフトウェア Qulee QCS の対応OSは何ですか?
A:Windows10(64bit)に対応しています。

Q:プロセスガスモニタ用ソフトウェア Qulee QCS はタッチパネル操作に対応していますか?
A:操作することは可能ですが、QuleeQCSはタッチパネル操作を想定して設計されていないため、マウス・キーボードを使わない場合は操作や入力に問題が出てくる可能性があります。 尚、Qulee本体のディスプレイを利用して、パソコンを使用せずに簡易測定も可能なアルバック独自の機能もあります。

Q:プロセスガスモニタ Quleeシリーズ を使用中、 PCと通信ができません。(Communication Error) インターフェース:Ethernet
A:【PC】
・IP Addressの設定をご確認ください。
・Firewallの設定を解除してください。
A: 【QCS】
・接続センサー番号が一致しているかをご確認ください。
・メニューバーの設定からIPアドレスの設定が正しいかご確認ください。
A: 【Qulee】
・本体ディップスイッチの通信設定(センサー番号, 固定or任意IPなど)をご確認ください。

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