有害ガスの Point‑of‑Use（PoU）アベートメントにおける新コンセプト

半導体業界における多くのプロセス工程では、有害な排ガスが発生します。反応性の高いガスを使用する化学気相成長（CVD）やドライエッチング工程では、発生源近傍で排ガスを処理するいわゆる PoU（Point of Use／使用地点）処理が一般的に採用されています。

一方、湿式化学プロセスにおいては、排気を中央集約型のウェットスクラバー、または VOC を多く含む場合には中央集約型の熱酸化装置で処理することが、長年にわたり確立された手法となっています。これらの設備は通常、建屋内または建屋屋上に設置されます。

しかしながら、シングルウェーハ洗浄が量産プロセスにおいてますます一般的になるにつれ、ローカル型ウェットスクラバーには明確な利点があることが分かってきました。技術的および経済的な理由から、設置面積を抑えつつ、洗浄プロセスで使用されるすべての化学薬品を含む排気を一つのシステムで処理できる、適応型ローカルスクラバーソリューションが求められるようになりました。本稿では、そのようなコンセプトについて説明します。

従来から使用されてきたウェットベンチでは、複数枚のウェーハを搭載したキャリアを、複数の液体槽からなる処理シーケンスに順次浸漬します。ウェットベンチの各槽には常に同一種類の液体が保持されています。各槽から換気される空気は、酸性、アルカリ性、VOC、一般排気といった区分に応じて、複数の排気系統のいずれかへ導かれます。

これに対して、シングルウェーハ式の湿式洗浄システムでは、単枚のウェーハがプロセスチャンバーに投入されます。ウェットクリーニング装置には複数のプロセスチャンバーが備えられており、同時に複数枚のウェーハを処理したり、それぞれ異なる工程を別のチャンバーで実行したりすることが可能です。洗浄工程では、ウェーハに対して複数の液体薬品が順次スプレーされ、その後スピン動作によって除去されます。

使用される薬液としては、純水のほか、アンモニア、硫酸、過酸化水素、オゾン水、フッ化水素酸、イソプロピルアルコールなどが一般的です。スプレーやスピン工程中には、一部の液体が蒸発し、微小な液滴が換気ダクト内に吸引されることがあります。

アンモニアを含む液体と、フッ化水素酸または硫酸を含む液体が同時に存在すると、蒸気や液滴同士が接触することで、排気中に塩結晶が生成される問題が生じる可能性があります。アンモニアとフッ化水素の反応は可逆反応であるため（式1参照）、両ガスの濃度を平衡値以下に抑えることで、フッ化アンモニウム塩の生成を抑制することが可能です。この平衡濃度は、熱力学的に次のように推定されます。

[[NH3][HF]< 100 (ppm)² at room temperature.

HF(g) + NH3(g) ↔ NH4F(s)

SALIX は、最大 12 系統の独立した 6 インチ吸気口を備えた複数の入口構成に対応しており、総処理風量は 1,000～4,000 m³/h です。スクラバー本体の設置面積はわずか 4 m² で、従来設備と比べて 40％未満に抑えられています。高さはバイパスなしで 2.04 m、バイパスオプションを含めた場合でも 2.57 m に収まります。周波数制御ファンを採用することで、運転中の圧力安定性は ±10 Pa を実現しています。

総排気量およびクリーンルーム空気の消費量は、従来設備の約 3 分の 1 に低減されました。プロセスチャンバー数が少ない装置や、総排気量が比較的少ない装置向けには、1 段式スクラバーのみを備えた小型バージョンも設計されています。今後は、圧力安定性のさらなる向上および媒体消費量の最適化に重点を置いた改良が予定されています。

SALIX システムは、SEMI S2 安全規格に基づいて設計・製作され、開発開始から 6 か月以内に認証を取得しました。バイパス機能は顧客要望により追加されたものです。本ウェットスクラバーは顧客サイトにて評価され、1 台のシングルウェーハ洗浄装置に接続された 12 個のプロセスチャンバーに接続されました。その際、通常運転時およびバイパス切替時におけるスクラバー入口圧力の安定性が最適化され、性能確認が行われました。

また、プロセスライン上において FTIR（フーリエ変換赤外分光法）技術を用い、入口および出口のガス濃度が測定されました。その結果、本システムは追加の改造を必要とすることなく、当該企業のシングルウェーハ湿式洗浄プロセスへの適用が可能であるとして、顧客による認定を受けました。