JP2019519688A - プラスチック表面を洗浄する方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、プラスチック表面を洗浄する方法、特に金属の汚れおよび／または粒子を除去する方法に関し、この方法は次の各ステップを有することを特徴とする。ａ）プラスチック表面が脱イオン水で洗い流され、ｂ）プラスチック表面が電解水で洗い流され、ｃ）プラスチック表面が脱イオン水で洗い流される。
Description
本発明は、プラスチック表面を洗浄する方法、特に金属の汚れおよび／または粒子を除去する方法に関する。
プロセッサや集積回路の製造は、今日、順次実行されるべきさまざまに異なる多数の作業ステップでシリコンウェーハの上で行われ、これらの作業ステップでウェーハが多種多様な材料でコーティングされ、もしくは露光され、または塗布された層の各部分がさまざまに異なるエッチング法もしくはその他の方法で再び除去される。これらの個々の作業ステップの間に、部分コーティングされたウェーハが１つの加工機械から別の機械へと搬送されなければならない。その際にもっとも重要なのは、非常に影響を受けやすく非常に微細にコーティングされた表面が損傷しないことである。特に、たとえばプロセッサなどの製造されるべきコンポーネントの機能性を保証するために、塗布された電気的な条導体が互いに電気的に分離されたまま保たれなければならない。
保管と搬送をするために、部分コーティングされたウェーハがいわゆるＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ、フープ）で保管される。これはたとえばポリカーボネートやポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などのプラスチックでできている。コーティングされたシリコンウェーハが挿入されたときに、材料が容器のプラスチックに付着し、そのために汚れにつながる可能性がある。その次の作業ステップで別のウェーハが容器に保管されると、そのようにして付着した金属の汚れおよび／または粒子が、コーティングされた新しいウェーハに転移し、そのためにたとえば電気配線の短絡やその他の損傷の原因になる可能性がある。したがって、このような汚れは著しい損失と機能性の欠けたコンポーネントをもたらしかねない。したがってシリコンウェーハの汚染を回避するために、プラスチック表面を洗浄することが必要である。当然ながら相応の洗浄方法は、プラスチック面が洗浄され、特に金属の汚れが除去されるべきこれ以外の用途例にも適している。
今日、シリコンウェーハが中で保管、搬送されるプラスチック容器は、蒸留水とも呼ばれる脱イオン水で主に処理されている。しかし、このことは特にコーティングや集積回路に製作される構造の小型化の進展に基づき、しばしば十分ではなくなってきている。小さな汚染や最小の汚染だけですでに集積回路の誤機能につながり、そのためにスクラップとなって使用できなくなるからである。したがって本発明の課題は、簡単、低コスト、かつ迅速に実施可能であり、洗浄作用が特に金属の汚れについて改善されるように、プラスチック表面を洗浄する方法を改良発展させることにある。
本発明は、プラスチック表面を洗浄する方法、特に金属の汚れおよび／または粒子を除去する方法によって課せられた課題を解決し、この方法は次の各ステップを有している。
ａ）プラスチック表面が脱イオン水で洗い流されるステップ、
ｂ）プラスチック表面が電解水で洗い流されるステップ、
ｃ）プラスチック表面が脱イオン水で洗い流されるステップ。
ｂ）プラスチック表面が電解水で洗い流されるステップ、
ｃ）プラスチック表面が脱イオン水で洗い流されるステップ。
「洗い流す」という概念は、本発明の意味においては、それぞれの液体が洗浄されるべきプラスチック表面に塗布されることであると理解される。このことは、たとえばそれぞれの液体が表面に吹き付けられ、またはプラスチック表面がそれぞれの液体に浸漬されることによって行うことができる。当然ながら、プラスチック表面の上に液体を流れさせることも可能である。
したがって第１の方法ステップで、洗浄されるべきプラスチック表面が、蒸留水とも呼ばれる脱イオン水で洗い流される。それに伴い、まず表面に付着または載置されている粗い粒子が除去される。脱イオン水が、洗浄されるべきプラスチック表面に吹き付けられるのが特別に好ましい。
第２の方法ステップで、プラスチック表面が電解水で洗い流される。電解水は、たとえば脱イオン水に電解質が添加され、引き続いて電気分解セルに通されることによって製作される。電解水を使用することで、プラスチック表面に付着している金属の少なくとも一部が溶解し、そのようにして表面から除去される。付着している金属が完全に除去されるのが好ましい。
特に洗浄されるべきプラスチック表面にある電解水の残留物を除去するために、第３の方法ステップで表面があらためて脱イオン水で洗い流される。そのために、洗浄されるべき表面の上を脱イオン水が流れる、いわゆる「リンス・クリーニング・プロセス」が適用されるのが好ましい。
脱イオン水の利用によってのみ洗浄が行われる従来技術から知られる方法と比較して、本発明による方法は、水への金属の溶解性が特に水のｐＨ値と酸化還元電位に依存するという知見を利用する。したがって電解水への金属の溶解性は、通常、脱イオン水よりも高くなっているので、電解水での洗い流しの追加の方法ステップによって、脱イオン水だけでの洗浄の場合よりも良好に金属の汚れを除去することができる。
電解水での洗い流しは、７よりも低いｐＨ値を有する陽極水での洗い流しを含んでいるのが好ましい。したがってこの陽極水は酸性であり、一連の金属を溶解することができる。
その代替または補足として、電解水での洗い流しは、７よりも高いｐＨ値を有する陰極水での洗い流しを含んでいる。特に、粒子−たとえば金属粒子−を陰極水により少なくとも大部分、ただし好ましくは完全に除去できるのが好ましい。
電解水での洗い流しが、陽極水と陰極水での洗い流しを両方とも含んでいると好ましいことが判明しており、これら両方の相違する電解水が順次使用される。プラスチック表面がまず陽極水で洗い流されてから、陰極水で洗い流されるのが好ましい。陽極水でのプラスチック表面の洗い流しによって、軽微な正電荷が表面に残留する。それにより、その後のあらためての粒子の付着が容易になり、付着が改善されるので、このような残留する軽微な正電荷は回避されるべきである。陰極水での洗い流しによるその後の表面のアルカリ性の後処理によって、このような軽微な正電荷が除去され、それにより新たな粒子の付着が困難になる。
いずれの電解水が洗い流しに使用されるかに関わりなく、電解水の残存物をできる限り完全に除去するために、最後に脱イオン水が洗い流しのために使用される。
電解水は、２つの電極を有する電気分解セルで製作されて、電解質が添加された水がこれに導入されるのが好ましい。電解水の製作は以前から従来技術より知られている。しかしながら、電解水のｐＨ値および／または酸化還元電位を調整できるのが好ましく、それは、電解質の濃度および／または両方の電極の間で流れる電流が制御パラメータとして利用されることによる。電気分解セルは、通常、２つの電気分解室を備えており、そのうち一方は陰極が中にある陰極室であり、他方は陽極が中にある陽極室となっている。これら両方の電極がダイアモンド電極として構成されるのが好ましい。両方の室のうち少なくとも一方に、電解質を添加された脱イオン水が導入され、そのようにしてこれが両方の電極の間で生じる電場に暴露される。両方の室は、特定の電荷のイオンに対して透過性である隔膜によって互いに分離される。たとえばアニオンに対して透過性の隔膜や、カチオンに対して透過性の隔膜があり、したがって、これらによってどのイオン種類が隔膜を通過できるかを制御することができる。
そのつどの電解質の選択によって、および電解質のそのつどの濃度の選択によって、製作されるべき電解水のｐＨ値を事前設定された値に合わせて調整することができる。場合により、そのために電気分解セルのそれぞれの室の内部での、電解質が付与された脱イオン水の滞留時間、すなわち貫流速度、および／または両方の電極を通って流れる電流を調整して、適合化しなければならない。さらに電流によって、製作される電解水の酸化還元電位も調整することができる。したがって、ｐＨ値と酸化還元電位とをいずれも少なくとも事前設定された範囲の内部で、互いに独立して所望の値の組み合わせに合わせて調整し、そのようにして、洗浄されるべきプラスチック表面に汚れとして付着している溶解されるべき金属に合わせて、電解水を最善に調整することが可能である。
特に、塩化物イオン（Ｃｌ−）、フッ化物イオン（Ｆ−）、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）、リン酸イオン（ＰＯ４ ３−）、硝酸イオン（ＮＯ３ −）、またはこれらのイオンの組み合わせを形成する電解質を選択することができる。当然ながら、電気的な中性を保証するために、カチオンを形成する電解質も使用されなければならない。カチオンとして、特に水素イオン（Ｈ＋）および／またはアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）が考慮の対象となる。
このことは簡便、迅速、かつ確実に可能であり、それにより本方法を低コストに実施可能である。
プラスチック表面の洗い流しは各々の方法ステップで１５秒〜９０秒続くのが好ましい。方法ステップｂ）で陽極水と陰極水の両方での洗い流しがなされる場合、これら両方の洗い流しの各々について１５秒〜９０秒の洗い流し時間を意図することができる。異なる方法ステップでの洗い流しが、異なる長さだけ続くと好ましいことが判明している。それぞれの洗い流し時間は、予想される汚染や汚れ、および洗浄の所望の程度に合わせて調整されるのが好ましい。
洗い流し作用・洗浄作用をさらに改善するために、脱イオン水および／または電解水の温度を１０℃〜７０℃にすることができる。このとき、温度の上昇に伴って洗浄作用が高まることが示されている。当然ながら、ここでも異なる方法ステップでの温度をそれぞれの液体について異なるように選択することができる。特に、方法ステップａ）で洗い流しがなされる脱イオン水も別の温度を有することができ、特に、方法ステップｃ）で洗い流しがなされる脱イオン水よりも高温または低温であってよい。
さらに本発明は、ここに記載されている方法を実施する装置によって、課せられた課題を解決する。このような装置は、プラスチック表面をそれぞれ異なる液体で洗い流すための手段を備えているだけでなく、必要な電解水を自身で製作するために、電気分解セルも含んでいるのが好ましい。このとき電気分解セルは継続動作で連続式に作動させることができる。
その別案として、この装置がたとえば１つまたは複数の中間タンクまたはリザーバを備えていて、その中で電気分解された液体を中間保存できる場合には、電気分解セルの時間的に限定された動作も有意義であり得る。このケースでは、場合によりいっそう効率的に作動させることができる、大きな容量を有する電気分解セルを使用することが可能である。
次に、添付の図面を用いて本発明の実施例について詳しく説明する。図面は次のものを示す。
図１は、陽極４が中にある陽極室２と、陰極８が中にある陰極室６とを有する電気分解セル１を示す。陽極室２と陰極室６の間に、図示した実施例ではアニオン交換膜１０として構成されたイオン交換膜１０がある。陽極室流入部１２を通して、純水または超純水であってもよい脱イオン水または蒸留水が陽極室２へ導入される。それと同時に、図示した実施例では塩化物イオンを形成する電解質が中にある脱イオン水が、陰極室流入部１４を通して陰極室６へ導入される。図１に模式的に示すように、陰極室６の中には水（Ｈ２Ｏ）のほかにアンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と塩化物イオン（Ｃｌ−）もある。
陽極４と陰極８の間で電圧が印加され、これが塩化物イオン（Ｃｌ−）を矢印１６に沿って陽極４に向かう方向へ加速させる。塩化物イオンはイオン交換膜１０を通り抜けることができ、次いで陽極室２の中に入る。
別案の実施形態では、アニオン交換膜に代えてカチオン交換膜を使用することもでき、それにより、正に帯電したカチオンが陽極室２から陰極室６へと到達することができる。
陽極室流出部１８を通して、図１に示す各成分が陽極室２から出ていく。これは陽極４と陰極８の間の電圧によって生成される水、塩化物イオン（Ｃｌ−）、およびヒドロニウムイオン（Ｈ＋）である。それと同時に陽極室２ではオゾン（Ｏ３）が形成され、これも同じく陽極室流出部１８を通して陽極室２から出ていく。
陰極室流出部２０からは、水のほかにアンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）およびヒドロキシイオン（ＯＨ−）も陰極室６から出ていく。
図示した例では、塩化物イオン（Ｃｌ−）が形成される電解質の濃度から、および、陽極４と陰極８の間で印加される電圧によって惹起される電流から、陽極室流出部１８を出ていく電解水のｐＨ値および酸化還元電位を調整することができる。
図２は、本発明の第１の実施例に基づく洗浄方法を実施する装置を模式的に示す。
この装置は、それぞれ陽極室２と陰極室６を有する２つの電気分解セル１を備えている。両方の室の間に、図２の左側に示す電気分解セル１ではアニオン交換膜として構成され、右側に示す電気分解セル１ではカチオン交換膜として構成されたイオン交換膜１０がそれぞれ配置されている。したがって矢印１６に準じて、左側に示す電気分解セル１でアニオンがイオン交換膜１０を通って通過し、それに対して右側に示す電気分解セル１では、カチオンが陽極室２から陰極室６へ移行することができる。
図２に示す装置は、陽極液混合タンク２２を備えている。その中で、引込配管２４を介して提供される脱イオン水が陽極液と混合されてから、陽極室流入部１２を介して、図２の右側に示す電気分解セル１の陽極室２に供給される。陰極室流入部１４を通して、脱イオン水が供給される。
図２の右側に示す電気分解セルでは陰極水が製作され、これが陰極配管２６を介して陰極タンク２８へ供給される。そこからこれを塗布装置３０に供給することができ、これによってプラスチックの洗浄されるべき表面に塗布される。
さらに図２に示す装置は、陰極液混合タンク３２を備えている。その中で、引込配管２４を介して供給される脱イオン水が陰極液と混合されてから、陰極室流入部１４を介して陰極室６へ供給される。図２の左側に示す電気分解セル１の陽極室２には、脱イオン水が陽極室流入部１２を介して供給される。陽極室流出部１８から、左側に示す電気分解セルで製作された陽極水が陽極配管３４を通して陽極タンク３６へ供給され、そこから同じく塗布装置３０へ供給することができる。
図３および図４には、本発明の１つの実施例に基づく方法の洗浄作用がどのようであるかが模式的に示されている。ここでは、ポリカーボネートからなるコンポーネントの鉄の汚れを除去することが対象とされている。プロットされているのは、ＡのｐＨ値に対する、それぞれＢのミリボルト（ｍＶ）を単位とする酸化還元電位である。実線は、それぞれ四角の中の数字を含んでいる。これらの数字は、それぞれの方法で除去することができた鉄汚れのパーセンテージの割合を表す。たとえば図３に示す方法の結果では、５．２のｐＨ値と４２２ｍＶの酸化還元電位のとき、鉄汚れの２５％が除去されている。
図３に結果が示されている方法では、表面が１５秒の間、２２．１℃の温度のもとでそれぞれの液体によって処理され、それに対して図４に結果が示されている方法では、それぞれの液体による処理が１８０秒の間、７０℃の温度のもとで行われた。酸化還元電位ＢとｐＨ値Ａの同一の領域で、それぞれの液体の比較的長い作用時間によって、明らかに高い割合の鉄の汚染と汚れを除去できたことがわかる。
１ 電気分解セル
２ 陽極室
４ 陽極
６ 陰極室
８ 陰極
１０ イオン交換膜
１２ 陽極室流入部
１４ 陰極室流入部
１６ 矢印
１８ 陽極室流出部
２０ 陰極室流出部
２２ 陽極液混合タンク
２４ 引込配管
２６ 陰極配管
２８ 陰極タンク
３０ 塗布装置
３２ 陰極液混合タンク
３４ 陽極配管
３６ 陽極タンク
２ 陽極室
４ 陽極
６ 陰極室
８ 陰極
１０ イオン交換膜
１２ 陽極室流入部
１４ 陰極室流入部
１６ 矢印
１８ 陽極室流出部
２０ 陰極室流出部
２２ 陽極液混合タンク
２４ 引込配管
２６ 陰極配管
２８ 陰極タンク
３０ 塗布装置
３２ 陰極液混合タンク
３４ 陽極配管
３６ 陽極タンク
Claims (10)
- プラスチック表面を洗浄する方法、特に金属の汚れおよび／または粒子を除去する方法において、前記方法は次の各ステップ、すなわち、
ａ）プラスチック表面が脱イオン水で洗い流されるステップ、
ｂ）プラスチック表面が電解水で洗い流されるステップ、
ｃ）プラスチック表面が脱イオン水で洗い流されるステップ、
を有する方法。 - 電解水での洗い流しは７よりも低いｐＨ値を有する陽極水での洗い流しを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 電解水での洗い流しは７よりも高いｐＨ値を有する陰極水での洗い流しを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
- プラスチック表面が陽極水で洗い流されてから、陰極水で洗い流されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
- 電解水のｐＨ値および／または酸化還元電位が事前設定された値に合わせて調整されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
- ２つの電極（４，８）を有し、電解質が添加された水が導入される電気分解セル（１）で電解水が製作され、電解質の濃度および／または両方の前記電極（４，８）の間に流れる電流が制御パラメータとして利用されることによって、電解水のｐＨ値および／または酸化還元電位が調整されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
- プラスチック表面の洗い流しは各々の前記方法ステップで５秒〜６００秒、好ましくは１５秒〜９０秒続くことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
- 異なる方法ステップでの洗い流しが異なる長さの間、続くことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
- 脱イオン水および／または電解水の温度は１０℃〜７０℃であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
- 請求項１から９のいずれか１項に記載の方法を実施する装置。
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