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半導体用途向けステンレス鋼
Sunniva Collins、スウェージロック社
半導体チップは、特別に準備されたシリコン・ウェハーの表面に工学的構造を創出する、化学蒸着、露光、化学的ストリッピング、その他のプロセスを含むマルチステップ・プロセスにより製造されます。 これらのプロセスの多くは、ガスまたは気相を伴います。 半導体チップの製造に使用されるガスには、バルク・ガスと特殊ガスの両方が含まれています。 不活性、腐食性、毒性／自然発火性に分類できます。 各カテゴリーのガスについて、シールの完全性（安全衛生）および不純物の混入が業界の関心事です。 例えば、イオン注入に広く使用されているアルシンおよびホスフィンは、それぞれppmおよびppbレンジの閾値レベルに達した場合、非常に有毒です。 シリコン・エピタクシーおよび一部のシリカ蒸着プロセスに使用されるシランは、空気に触れると自然発火します。 塩化水素、臭化水素などのハロゲン・ガスは、水分レベルが数ppmを超えると、ステンレス鋼を腐食させます。 腐食は、波及的にパーティクル発生を引き起こし、このために、歩留りが下がる結果に至ることもあります。
「最も薄いラインの10分の1サイズのパーティクルでも、チップに損傷をもたらし、不良の原因になりうる」というのがチップ・メーカー間での一般的認識です。 (1) ライン幅は0.14 μmに近づいているので、「キラー欠陥」のサイズは、さらに微細なおよそ0.014 μmということになります （ちなみに、平均的な人間の頭髪の太さの範囲は50～120 μmです）。 こうした極めて厳しい製造要件は、プロセス・ガスと接触するすべてのコンポーネントがシステム・コンタミネーションの潜在的原因を最小にするようあるいは排除するように設計されていなければならないことを意味します。
半導体装置産業は、材料の清浄性と成分の限定に重きを置いて、大半のガス供給用途に316Lステンレス鋼を使用しています。 半導体のガス供給システムおよび製造装置に使用されるコンポーネントは、通常は機械加工され、電解研磨され、溶接されます。 半導体グレードのチューブは、通常シームレス・チューブから、いろいろなサイズで供給されます。 これも電解研磨されます。 システムあるいは装置に組み込まれる前に、コンポーネントとチューブは特別に洗浄され、システム流体と接触することになる表面からあらゆる不純物が除去されます。 システムおよび装置は、金属同士でシールする継手により、また、溶接により組み立てられます。 組み立て後のシステムおよび装置は、プロセスに悪影響を及ぼす不純物を排除するために、また、有害なガスを閉じ込めておくために、漏れのないものでなければなりません。 組み立て後のシステムは、漏れの検査をし、非常に低い水分レベルまで乾燥させたうえで、使用されます。
半導体ガス供給システムの仕様は、概ね、工学的判断に基づいています。 材料要件は、製造のしやすさ（機械加工性、電解研磨、溶接性）と用途（溶接性、腐食）で決まります。 半導体用途に使用される316Lに課される制約の多くは、受領する316Lが自社のシステム上機能することの保証を求めるエンド・ユーザー側の試みです。 硫黄に関する制限、あるいは溶解方法の仕様など、こうした制約のいくつかは、データまたは業務経験に基づくもので、これまで漏れを減らしシステム寿命を延ばす面で多大な改善を果たしてきました。
参考
1. 『Introduction to Semiconductor Fabrication』（半導体工程入門）、Applied Materials、1995年1月
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