JPH06124933A - 固体表面に付着する微粒子の除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 物質の持つ自然のエネルギー、すなわち洗浄
液、たとえば超純水の凍結作用および凍結層の融解作用
を巧みに利用して、固体表面に付着する微粒子を効果的
に離脱・除去することが可能な、固体表面に付着する微
粒子の除去方法の提供を目的とする。 【構成】 表面に微粒子の付着した固体を容器に収容し
た洗浄液中に配置（浸漬）して負の温度領域の低温で冷
却処理し、前記容器中の洗浄液を凍結させて固体表面の
付着微粒子を凍結層に取り込み、次いで超純水中に浸漬
・処理して前記凍結層を融解させて固体表面に付着して
いた微粒子を固体表面から分離・除去することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば半導体ウエ
ハ、液晶用ガラス基板もしくは精密機械部品などの固体
表面に付着する微粒子の除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば半導体装置の製造プロセス、あ
るいは精密機械の製造などにおいては、半導体ウエハや
精密部品などの固体表面に、たとえばサブミクロンオー
ダの微粒子（切削片や塵埃）などが付着していると、様
々な不都合がある。すなわち、固体表面に付着する微粒
子の影響によって、所要の性能や機能が得られなかった
りするため、製品の収率ないし歩留まりを左右すること
になる。このような問題への対応（対策）に多くの関心
が払われており、たとえば半導体装置の製造プロセスに
おいては、超純水ジェットによる洗浄、もしくは超純水
中での超音波洗浄によって、半導体ウエハ表面に付着す
る微粒子を除去している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記超
純水ジェットによる洗浄や超純水中での超音波洗浄の場
合は、実用上次のような不都合な問題がある。すなわ
ち、超純水ジェットによって洗浄する場合は、ジェット
水を噴霧するときに発生する気流の乱れにより、反って
空気中の微粒子の付着が促進されたり、あるいは噴霧ノ
ズルの磨耗によって生じる微粒子が付着するなどして、
表面付着微粒子の除去を所望通り達成し難いのが実情で
ある。一方、超音波洗浄の場合は、固体表面に付着して
いる微粒子が微細化するほど周波数の高い超音波を必要
とし、いわゆるメガソニック洗浄となる。そして、この
超音波洗浄においては、超音波の指向性が大きくなり、
影の部分の洗浄がほとんどなされず（いわゆる洗浄ムラ
を生じるので）、付着微粒子の全面的な除去をなし得な
い。

【０００４】ところで、前記除去しようとする微粒子が
微細化するほど、固体表面との付着力（静電気力，ファ
ン・デア・ワールス力など）が、微粒子のもつ慣性力に
比べて大幅に大きくなるため、微粒子を固体表面から物
理的に離脱・除去するのに（換言すると付着する微粒子
を固体表面から引き離すとき）、必然的に大きなエネル
ギーを要することになる。しかし、前記微粒子の物理的
な離脱・除去に、大きなエネルギーを要することは、他
方で省エネルギーの問題があるばかりでなく、固体表面
の損傷をも招来し易いという不都合がある。

【０００５】本発明は上記事情に対処してなされたもの
で、物質の持つ自然のエネルギー、すなわち洗浄液、た
とえば超純水の凍結作用および凍結層の融解作用を巧み
に利用して、固体表面に付着する微粒子を効果的に離脱
・除去することが可能な、固体表面に付着する微粒子の
除去方法の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体表面に
付着する微粒子の除去方法は、表面に微粒子の付着した
固体を容器に収容した洗浄液（被凍結液）中に配置（浸
漬）して負の温度領域の低温で冷却処理し、前記容器中
の洗浄液を凍結させて固体表面の付着微粒子を凍結層に
取り込み、次いで超純水中に浸漬・処理して前記凍結層
を融解させて固体表面に付着していた微粒子を固体表面
から分離・除去することを特徴とする。上記本発明は、
物質の温度変化による膨脹率（収縮率）が固有のもの
で、物質が異なればその値も異なるため温度変化を与え
れば、固体およびその表面に付着する微粒子が、膨脹率
（収縮率）の差によって容易に離脱することに着目して
なされたものである。すなわち、個体表面に付着する微
粒子の離脱は、微粒子が表面に付着した固体を、超純水
などの洗浄液中に浸漬した状態で冷却処理した場合、す
なわち負の温度領域の低温媒体で洗浄液（被凍結液）を
方向性付けて凍結させ、付着微粒子を洗浄液が形成する
凍結層に取り込む形としたとき、さらに効率よく行われ
るという知見に基づいてなされたものである。

【０００７】この発明において被処理体（固体）を浸漬
する洗浄液（被凍結液）に温度変化を与えるため、負の
温度領域の低温での冷却処理に用いる冷媒としては、た
とえば液体窒素，液体プロパン，ジエチルエーテル−エ
タノール系，あるいはドライアイス−メチルアルコール
系（メチルアルコールの代わりにエチルアルコール，ア
セトン，イソプロピルアルコールでもよい）などを使用
し得る。

【０００８】また、前記表面に微粒子が付着した固体
（被処理体）を浸漬する洗浄液としては、たとえば超純
水，メチルアルコール，超純水−メチルアルコール混合
液，炭酸水、およびこれらに表面活性剤を添加したもの
などが例示される。そして、この実施形態は、前記洗浄
液を収容した容器内に、被処理体をほぼ水平に浸漬・配
置した状態とし、その容器を冷媒中に浸漬する間接的な
冷却処理方式で行われる。なお、この間接的な冷却処理
方式においては、前記洗浄液の種類によって、被処理体
を吊り下げ浸漬するか、底面に配置するかを適宜選択す
ることが望ましく、さらに互いに異なる洗浄液で凍結・
融解を繰り返した場合、付着微粒子の除去が飛躍的に高
い除去率で行われる。

【０００９】

【作用】上記本発明によれば、被処理体（表面に微粒子
が付着した固体）を損傷することなく、その表面に付着
する微粒子を容易、かつ効果的に離脱・除去し得る。す
なわち、温度変化によって固体およびその表面に付着す
る微粒子は、相互の膨脹率（収縮率）の差によって離脱
し易い状態となる。一方、被処理体を収容，配置した洗
浄液は付着する微粒子側に向かって凍結を進め、前記微
粒子は形成された凍結層へ容易、かつ確実に取り込まれ
る。そして、その後の超純水中への浸漬ないし超純水で
の洗浄により凍結層が融解すると同時に、取り込まれて
いた微粒子を固体面から効率よく離脱・除去する。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１１】実施例１ 先ず、被処理体（固体）として、 PSL粒子（日本合成ゴ
ム株式会社製，粒子径1.096μm)を気相中で分散させ、
重力沈降によって一主面に付着させたスライドガラス板
を用意した。次いで、微粒子付着のスライドガラス板に
ついて、図１に概略構成を示す測定装置によって、初期
（洗浄処理前）における微粒子数を算出した。

【００１２】なお、図１において、１は被処理体、２は
マイクロスコープ、３はモニターテレビであり、また前
記付着粒子数の測定は次のごとき条件で行った。すなわ
ち、被処理体１に予め付けておいた目印を格子の中心に
合わせ、モニターテレビ３上の格子付けした視野内にあ
る粒子数を測定した。

【００１３】一方、洗浄液として、超純水，メチルアル
コール，超純水−メチルアルコール混合液（メチルアル
コールの含量約 5Vol%）および炭酸水を用意した。そし
て、深さ約30mmの容器内に、前記微粒子を付着させたス
ライドガラス板を、図２(a)に模式的に示すごとく、微
粒子付着面を下側として金網４に支持・装着した後、前
記の洗浄液５をそれぞれスライドガラス板１が浸る程度
に注入した。その後、別の容器内に収容された液体窒素
上に、前記スライドガラス板１を支持・装着した容器６
を浮かせた状態に保持し、スライドガラス板１に向かっ
て容器６の底面側から洗浄液５の凍結を進め、容器６内
の洗浄液５が十分に凍結した状態とした。前記凍結完了
後、容器６を取り出し、その容器６内の凍結層（凍結
部）に常温の超純水を流して凍結層を融解させてから、
前記測定装置によってスライドガラス板１面の付着微粒
子数（残留微粒子数）をそれぞれ算出（測定）し、付着
微粒子の除去率 (%)を測定評価した結果を表−１に示し
た。

【００１４】この実施例で使用した洗浄液の凍結による
膨張，収縮は、超純水の場合0.9982g/cm³ （20℃）から
0.9168g/cm³ （凍結時）に膨張し、メチルアルコールの
場合0.7976g/cm³ （20℃）から0.9673g/cm³ （凍結時）
に収縮する。

【００１５】また、付着粒子の除去率は１回の冷却によ
る凍結，凍結層の融解の場合であって、 2回程度繰り返
すことにより除去率を90数％以上に成し得る。

【００１６】 前記においては、単独の洗浄液を用いて洗浄処理した例
を示したが、たとえばメチルアルコールによる冷却洗浄
処理後，引き続いての超純水による冷却洗浄処理、ある
いは超純水による冷却洗浄処理後，引き続いてのメチル
アルコールによる冷却洗浄処理など、洗浄液を変えて洗
浄した場合には、飛躍的に高い除去率で付着粒子の除去
がなされることも確認された。

【００１７】実施例２ 実施例１において、深さ約31mmの一定容器内に、微粒子
を付着させたスライドガラス板を図２(b) に模式的に示
すごとく、微粒子付着面を下側として容器６底面に配置
した後、前記の洗浄液５をそれぞれ容器６底面から約10
mm注入して、スライドガラス板１が漬かる状態とした他
は、実施例１の場合と同様の条件・手順で冷却による洗
浄液５の凍結，超純水による凍結層（凍結部）の融解な
どを行い、付着微粒子の除去などの評価を行った結果を
表−２に示す。ここで、付着粒子の除去率は１回の冷却
による凍結，凍結層の融解の場合であって、 2回程度繰
り返すことにより除去率を90数％以上に成し得る。

【００１８】表−２ 洗浄液 付着粒子の除去率(%) 超純水 70 メチルアルコール ＞90 超純水−メチル アルコール混合液 80〜90 炭酸水 ＞90 前記においては、単独の洗浄液を用いて洗浄処理した例
を示したが、たとえばメチルアルコールによる冷却洗浄
処理後，引き続いての超純水による冷却洗浄処理、ある
いは超純水による冷却洗浄処理後，引き続いてのメチル
アルコールによる冷却洗浄処理など、洗浄液を変えて洗
浄した場合には、飛躍的に高い除去率で付着粒子の除去
がなされることも確認された。

【００１９】参考例 実施例１の場合同様の微粒子を付着させたスライドガラ
ス板を用意し、このスライドガラス板を各種の洗浄液中
に浸漬して十分濡らしてから、そのスライドガラス板を
直接液体窒素中に沸騰がおさまるまで浸漬し、スライド
ガラス板の表面を濡らした洗浄液を凍結させた。その
後、表面に凍結層が形成されたスライドガラス板を、前
記液体窒素中から取り出し、超純水による凍結層（凍結
部）の融解を行って付着微粒子を除去した。この一連の
処理後、前記実施例１の場合と同様に付着微粒子の除去
評価を行った結果を表−３に示す。

【００２０】ここで、付着粒子の除去率は、前記実施例
１および実施例２の場合に比べて、洗浄液の種類にもよ
るが全般的に低い状態を示した。

【００２１】表−３ 洗浄液 付着粒子の除去率(%) 超純水 50 メチルアルコール 30 超純水−メチル アルコール混合液 60 炭酸水 70 実施例１および実施例２の洗浄処理によって、固体表面
に付着している微粒子が参考例に比べて、さらに容易
に、固体表面から離脱・除去されるメカニズムは次のよ
うに考えられる。

【００２２】すなわち、微粒子が固体表面から離脱・除
去されるメカニズムを、固体表面に垂直方向の一次元の
熱膨脹の観点から考察したものを、図３ (a)〜(e) によ
って模式的に示す。洗浄液５たとえば超純水５におい
て、微粒子1aが付着したスライドグラス１は、図示され
ていない容器６内の洗浄液５中に収容・配置された状態
をなす（図３(a))。その後、液体窒素などにより容器６
内の洗浄液５の冷却が始まると、スライドグラス１上の
洗浄液５が外表面から凍結を開始し、その凍結はスライ
ドグラス１面側に向かって進行する（図３(b))。この凍
結が進行して、付着している微粒子1aを取り込み（図３
(c))、さらに凍結層の厚みが増加すると、液相から固相
への相変化により体積増加を生じ、微粒子1aは凍結層内
に取り込まれてスライドグラス１面から離される（図３
(d))。その後の凍結の完了に伴い、前記洗浄液５の相変
化による体積膨脹量だけ微粒子1aはスライドグラス１面
から引き離される（図３(d))と考えられる。

【００２３】そして、前記容器６内における洗浄液５の
凍結および融解による粒子除去は、いずれも洗浄液５の
凍結が方向性を採ってゆっくり進行するため、粒子1aも
液相中を容易に移動するので効果的に離脱・除去される
といえる。また、洗浄液５が超純水に比べて超純水＋メ
チルアルコール系の場合、より効果的に粒子の離脱・除
去されるのは濡れ性が関与し、さらに、洗浄液５が炭酸
水の場合は、気泡が粒子1aの離脱・除去に効果的に関与
しているといえる。実施例１および実施例２では、上記
のような一次元な熱膨脹だけでなく、３次元的な効果が
加わるため、良好な除去率が得られるものと考えられ
る。

【００２４】なお、上記実施例では表面に微粒子が付着
したスライドガラス板（被処理体）１を、洗浄液５中の
上面側（液面側の浅い位置）や底面側（深い位置）に配
置し、洗浄液５の方向性をもった凍結を進めたが、たと
えば洗浄液５深さの中間部に配置する状態など、その浸
漬位置は前記例示の場合に限定されるものでない。

【００２５】

【発明の効果】上記例示したように、本発明に係る固体
表面に付着する微粒子の除去方法においては、凍結作用
およびその凍結層の融解作用を巧みに利用したことによ
り、被処理体の損傷を起こしたりすることなく、または
大掛かりなエネルギー源なども必要とせずに、効率よく
かつ確実に所要の洗浄（微粒子の除去）を達成し得る。
したがって、半導体装置の製造あるいは精密機械の製造
などにおいて、性能面ないし機能面での歩留まり向上に
大きく寄与するものといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体表面に付着する微粒子の除去
方法において微粒子の除去状態を測定・評価する測定装
置の概略構成図。

【図２】本発明に係る固体表面に付着する微粒子の除去
方法において微粒子付着の固体を冷却する際の配置状態
を示すもので、(a) は洗浄液中に吊り下げ配置した状態
の模式図、(b) は洗浄液中底面に配置した状態の模式
図。

【図３】本発明に係る固体表面に付着する微粒子の除去
方法において固体表面から微粒子が離脱・除去する状態
の想定図で、(a) は洗浄液にて濡れたた状態の模式図、
(b) は洗浄液が外表面から凍結始めた状態の模式図、
(c) は洗浄液の凍結が進行し凍結層に付着粒子を取り込
んだ状態の模式図、(d) は洗浄液の凍結がさらに進行し
て付着粒子が固体面から離脱した状態の模式図、(e) は
洗浄液の凍結が完了して付着粒子が凍結層に移行した状
態の模式図。

【符号の説明】

１…被処理体（固体） 1a…微粒子 ２…マイクロ
スコープ ３…モニターテレビ ４…金網 ５…
洗浄液 ６…洗浄液を収容する容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 嘉治 神奈川県厚木市岡田948−１ 野村マイク ロ・サイエンス株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に微粒子の付着した固体を容器に収
   容した洗浄液中に配置して負の温度領域の低温で冷却処
   理し、前記容器中の洗浄液を凍結させ、固体表面の付着
   微粒子を凍結層に取り込み、次いで超純水中に浸漬・処
   理して前記凍結層を融解させて固体表面に付着していた
   微粒子を固体表面から分離・除去することを特徴とする
   固体表面に付着する微粒子の除去方法。