Southland Sensingの酸素分析計および電気化学式酸素センサーは、プロセスガスの純度検証、酸素に敏感なプロセスの保護、そしてウェハ製造、エピタキシャル成長、拡散炉工程、半導体パッケージング、電子機器製造といった各工程における不活性雰囲気の維持を通じて、超高純度（UHP）半導体製造を支えています。ppb（10億分率）レベルの酸素分析から連続的なプロセス監視に至るまで、当社のソリューションは、デバイス歩留まりの最大化、製品信頼性の向上、そして多大なコストを招く汚染の低減に貢献します。
半導体や電子機器の製造工程では、あらゆる産業の中でも最高水準のプロセスガス純度が求められます。ウェハ製造やエピタキシャル成長から、高度なパッケージング、プリント基板の組み立てに至るまで、わずかな酸素の混入であっても、歩留まりの低下やデバイス性能の劣化、さらには製品の長期信頼性への悪影響を招く恐れがあります。半導体製造においてデバイスの微細化やプロセス技術の高度化が進むにつれ、酸素濃度の測定技術も、ppm（100万分率）レベルの監視から、ppb（10億分率）レベルの超高純度（UHP）測定へと進化を遂げてきました。
Southland Sensingは、半導体製造のあらゆる工程で使用される超高純度（UHP）プロセスガスの極微量酸素分析を専門としています。当社の電気化学式酸素分析計は、ppb（10億分率）レベルでの連続的な酸素測定を行い、ガスの純度確認、酸素混入の検知、そして重要な製造工程に不可欠な不活性雰囲気の維持を実現します。高純度窒素、アルゴン、水素、あるいは特殊プロセスガスのいずれを監視する場合でも、連続的な酸素分析は、敏感な材料の保護、汚染の低減、そして製造歩留まりの最大化に貢献します。
半導体製造プロセス全体において、酸素濃度の監視は製品と装置の双方を保護する上で極めて重要な役割を果たします。拡散炉、エピタキシャル成長装置、CVD・MOCVDリアクター、ウェーハ搬送環境、半導体用グローブボックス、およびUHP（超高純度）ガス供給システムなどでは、ごく微量の酸素混入であってもプロセスの安定性に悪影響を及ぼす可能性があるため、極めて低い酸素濃度が求められます。また、電子機器の組み立て工程における低酸素リフローはんだ付けでは、酸化を最小限に抑え、はんだ接合部の品質を向上させることができます。さらに、クリーンルームやガス保管エリアでは、大量の不活性プロセスガスによって生じる酸素欠乏状態から作業員を保護するために、酸素濃度の監視が行われています。
本アプリケーションガイドでは、半導体および電子機器の製造工程全体における重要な酸素測定ポイントを検証し、ppb（10億分率）レベルの酸素監視が求められる箇所を解説するとともに、各用途に最適なSouthland Sensing社の分析計および電気化学式酸素センサーを推奨します。
半導体および電子機器の製造において、酸素モニタリングが重要である理由： ppb（10億分の1）レベルの酸素混入であっても、半導体の歩留まり低下、厳密に管理されたプロセスレシピの乱れ、そして製品信頼性の低下を招く恐れがあります。酸素を常時監視することは、超高純度プロセスガスの品質検証や不活性雰囲気の健全性確認に役立つほか、不良品が発生する前に酸素の侵入を検知し、窒素・アルゴン・水素・特殊ガスなどの環境下における酸素欠乏の危険から作業員を保護することにもつながります。
OMD-675は、半導体製造におけるプロセスガス供給システム、拡散炉、成膜装置、その他酸素の影響を受けやすい製造プロセスにおいて、超高純度（UHP）酸素を連続監視するために設計された装置です。ppb（十億分率）および極低ppmレベルでの連続的な酸素測定が可能であり、使用ポイント（POU）において半導体グレードの窒素、アルゴン、水素、および特殊プロセスガスの純度を検証するために必要な感度を備えています。4-20mA出力やModbus RTU通信といった充実した機能を搭載し、工場全体のSCADA、DCS、プロセス制御システムへのシームレスな統合が可能です。
シリコンの拡散および熱酸化プロセスにおいて、炉内雰囲気中の酸素濃度は、酸化膜の成長速度や品質、不純物（ドーパント）の拡散プロファイル、さらにはSi/SiO₂界面における界面準位密度を直接的に制御する主要なプロセスパラメータです。精密なO₂濃度の維持が求められる意図的な酸化プロセスであれ、意図しない酸化を防ぐために酸素を排除する必要がある不活性ガス雰囲気でのアニールプロセスであれ、いずれの場合も、炉内への供給ガスにおける酸素濃度の正確かつ連続的な測定が不可欠です。
当社の超微量酸素分析計は、炉内雰囲気のリアルタイム監視、ガス切り替え時の検知、そして各熱処理工程の前後および実施中におけるプロセスガスの純度が仕様を満たしていることの確認に必要な、サブppmレベルの感度と高速応答性を実現します。
電子機器の組み立て工程において、銅やはんだパッドの酸化防止、はんだの濡れ性向上、はんだ接合部におけるボイド（空隙）の低減、およびはんだペーストの可使時間（ワーキングライフ）延長を目的として、窒素雰囲気下でのリフローはんだ付けが広く採用されています。窒素雰囲気による効果を十分に発揮させるためには、リフローゾーン内の酸素濃度を、使用するはんだ合金やフラックスの特性に応じて規定された閾値以下に維持することが不可欠です。その閾値は、一般的な鉛フリーはんだ付けでは通常100～1,000 ppm（O₂濃度）ですが、ファインピッチや高信頼性が求められる高度な用途では50～100 ppm未満とされています。
リフロー炉の入口、ピークゾーン、および出口において酸素濃度を常時オンライン監視することで、リフロー工程全体を通じて窒素雰囲気（窒素ブランケット）が適切に維持されていることをリアルタイムで確認できます。また、窒素供給の遮断、ドアシールの劣化、コンベア速度の変更などが原因で酸素濃度が設定値を超えた場合には、直ちにオペレーターへ警告が発せられます。
化合物半導体材料（GaAs、InP、GaN、InGaAsなど）の化学気相成長（CVD）や有機金属CVD（MOCVD）プロセスでは、酸素や水分の不純物濃度が典型的にはppb（10億分の1）レベルに抑えられた、極めて高純度なプロセスガスの供給が求められます。キャリアガス（通常はH₂やN₂）や反応ガス流に微量の酸素が混入するだけでも、エピタキシャル層に欠陥準位が生じたり、キャリア移動度の低下やバックグラウンド不純物濃度の増大を招いたりして、デバイス性能を低下させる原因となり得ます。
リアクターの直上流、すなわちガスパネル入口での酸素モニタリングは、ガス純度の低下を可能な限り早期に検知することを可能にし、汚染されたガスが成長チャンバーやウェーハに到達する前にプロセスを中断できるようにします。
半導体や電子機器の用途において、サンプルシステムの設計は極めて重要です。これらの用途では、プロセスガスの圧力が変動したり、反応性物質が含まれたりするほか、サンプルシステム自体が酸素による汚染源となってはならないからです。チューブ、継手、バルブ、流量制御機器など、サンプルシステムの接ガス部材はすべて、半導体製造用の超高純度（UHP）仕様である必要があります。具体的には、ガス放出やリークのリスクを最小限に抑えるため、電解研磨を施した316Lステンレス鋼を使用し、VCR継手やSwagelok（スウェージロック）製コンプレッション継手を採用するのが一般的です。
高圧プロセスガス供給ラインにおける使用点（ポイント・オブ・ユース）での監視を行う場合、分析計の上流側に適切な減圧機構を組み込む必要があります。正確かつ再現性の高い測定を確保するため、分析計を流れる流量は規定の範囲内に維持されるべきです。
高圧プロセスガス供給ラインにおける使用点（ポイント・オブ・ユース）での監視を行う場合、分析計の上流側に適切な減圧機構を組み込む必要があります。正確かつ再現性の高い測定を確保するため、分析計を流れる流量は規定の範囲内に維持されるべきです。
当社の～をご参照ください O₂センサー適合ガイド お使いの分析計のモデルおよびプロセス用途に適したセンサーを確認するため。
当社のアプリケーションエンジニアが、センサーの選定や設置、危険場所に関するご質問への対応をサポートいたします。
当社のアプリケーションエンジニアが、センサーの選定や設置に関するガイダンス、その他ご質問への対応を承ります。
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