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機械制御

独自のマイクロプラズマを利用した半導体加工装置を開発次世代半導体開発のコスト・期間短縮に寄与

茨城県

株式会社三友製作所

2020年5月11日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 超精密位置決めステージを搭載した半導体加工装置の高度化技術開発
基盤技術分野 機械制御
対象となる産業分野 環境・エネルギー、自動車、ロボット、産業機械、情報通信、スマート家電、半導体、工作機械、光学機器
産業分野でのニーズ対応 高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(精度向上)、高効率化(同じ生産量に対するリソースの削減)、高効率化(工程短縮)、高効率化(使用機器削減)、環境配慮、低コスト化
キーワード 半導体故障解析、配線露出、プラズマエッチング、吸引プラズマ、SPPA
事業化状況 事業化に成功し継続的な取引が続いている
事業実施年度 平成24年度~平成24年度

プロジェクトの詳細

事業概要

微細・多層化する半導体デバイスにとって故障解析は重要性を増しているが、絶縁膜除去等の加工にコストと時間を要し、精度も不十分であった。本開発では加工時間を短縮できる半導体局所加工装置を低価格で実現し、さらに半導体産業から要望のあった絶縁膜一層毎の除去を可能にする。東日本大震災で被災した半導体産業の国際競争力向上とスマート社会向け半導体の開発に貢献し、温暖化問題と景気回復を図り元気な日本を復活させる。

開発した技術のポイント

吸引プラズマという新技術を活用し、集積回路の配線露出の全工程を1台の装置で1時間に短縮できる小型の半導体加工装置を開発する。また、半導体の絶縁膜を除去して配線を1層ずつ露出できる半導体加工装置の開発を目指す
(新技術)
吸引プラズマ(開発者の独自技術)を用いる
(新技術の特徴)
・加工によるLSIへのダメージが小さい
・加工速度が大きい
・装置およびランニングコストが小さい

従来の配線露出
実デバイスの1層ごとのエッチング例
具体的な成果

・高精度、軽量でクリーンルーム及び真空環境下で使用可能な3次元ステージの開発
‐ナノメータオーダの微動から、センチメートルオーダの粗動までを一つの素子で対応し、ゼロバックラッシュでガタなし3次元ステージを開発した
・加工情報を抽出する技術の開発
‐レーザー分光や質量分析法を応用し、加工中の化学種情報を抽出する技術を開発した
・ステージ制御のためのソフトウェアの開発
‐試料表面と加工装置の吸引管先端との間隔を一定に保つためのクローズループで制御可能な基本ソフトウェアを開発した
・高度化半導体加工装置プロトタイプ開発
‐プラズマガス除害装置、加工形状解析装置を搭載した可搬で設置床面積2m2以下の高度化半導体加工装置のプロトタイプを開発し、LSIの絶縁膜を1層ごとに約1分で除去することを可能にした

知財出願や広報活動等の状況

Jun Miyawaki, et al., "Laser induced fluorescence monitoring of the etching processes with the inward plasma", Vacuum 121(2015) 300-304
「駆動機構」 特願2015-232572
「プラズマエッチング装置」 特願2016-50793
2014.08.28日刊工業新聞
2014.12.18日刊工業新聞
2014.07.28日本経済新聞

研究開発成果の利用シーン

・集積回路の配線露出工程のコストと時間短縮可能な小型半導体加工装置は半導体産業の開発、品質管理のシーンにおいて故障解析の低コスト・高速化に貢献する。

・高精度、軽量でクリーンルームおよび真空環境下で使用可能な粗微動1体型の3次元ステージは、電子顕微鏡の試料室内で試料を操作・測定する必要のある新素材開発にも応用分野を広げることができる。

試作した半導体局所加工装置の概要図

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・高度化半導体加工装置のプロトタイプ及びプロトタイプ用ソフトウェアを開発した
・開発した半導体加工装置は、従来にない絶縁膜一層ごとの除去や加工速度の速さを有しており、本装置が半導体分野において優位な装置となり、市場性を確立できると考えている

提携可能な製品・サービス内容

設計・製作、製品製造、共同研究・共同開発

製品・サービスのPRポイント

・独自のステージでナノレベルから10mm以上の粗動まで対応
‐本半導体加工装置では絶縁膜一層ごとのエッチングを実現するために、マイクロプラ集積回路の配線露出加工例ズマと試料との間隔を精密に制御する
‐上記の目的のため、プラズマ環境下でもゼロバックラッシュでガタがなく、2nmの空間分解能を有する独自のステージを開発した
‐ステージのアクチュエータは粗微動一体型であり、ナノレベルの精密位置決めから10mm以上の粗動まで連続的に位置決めすることができる
・半導体加工の精密化と高速化
‐図は実デバイスを段階的にプラズマエッチングして配線加工した例で、枠で囲った部分は各段階ごとに露出された配線である
‐本装置は集積回路を一層ごとに配線露出することが可能である
‐本装置における絶縁層の加工速度は約2μm/minであり、これまでFIBで数時間を要していたデバイス1個当たりの加工時間を、マイクロプラズマの応用により10分から20分程度に短縮することが可能である

今後の実用化・事業化の見通し

・加工レシピをユーザの要望を予測しつつ開発し川下企業である半導体産業にとって使いやすい装置にブラッシュアップしていく
・国内の半導体製造メーカー、半導体開発に関連する公的研究機関、大学への販路を拡大する他、海外販売の体制も整える

実用化・事業化にあたっての課題

海外市場展開、半導体デバイス配線露出以外の応用分野。

事業化に向けた提携や連携の希望

新規市場を開拓するため、業界の垣根を超えた提携の実現を希望します。

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社三友製作所 設計開発部
事業管理機関 株式会社三友製作所 設計開発部
研究等実施機関 国立研究開発法人産業技術総合研究所 材料・化学領域 上席主任研究員 清水哲夫

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社三友製作所(法人番号:3050001026524)
事業内容 ・マイクロマニピュレータ及びラボ・オートメーション機器の設計開発・精密機械加工・分析機器関連製品の製作
社員数 230 名
生産拠点 〒313-0004 茨城県常陸太田市馬場町457
本社所在地 〒313-0004 茨城県常陸太田市馬場町457
ホームページ http://www.sunyou-ss.co.jp/
連絡先窓口 新堀俊一郎
メールアドレス shinbori@sunyou-ss.co.jp
電話番号 0294-33-9931