JPS6044397B2 - 洗浄方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、洗浄溶液に二酸化ケイ素微粒子（ＳＩＱ、）
を懸濁させた溶液中で被洗浄物を超音波洗浄することに
よつて、従来洗浄法で除去し得なかった汚染を除去する
洗浄方法を提供するものである。

汚れに被洗浄物への付着形態は次の４つに分類すること
ができる。

（１）分子間吸引力 （２） 静電気による付着 （３）化学結合 （４）被洗浄物内部への拡散 （１）、（２）については、汚れを構成する物質と被洗
浄物間の吸引力を破つてやればよいわけで、例えば有機
溶剤中に浸漬させて超音波洗浄したり、煮沸することに
よつて汚れを除去することができる。

ところが、（３）、（４）に関しては化学的な付着であ
り、また、汚れを構成する物質と被洗浄物の化学反応部
分あるいは汚れを構成する物質の拡散層が被洗浄物の内
部に入り込んでいるため、前述の洗浄法でこれらの汚れ
を除去することは困難であつた。特に、薄膜磁気ヘッド
用基板や半導体用基板のように表面が鏡面状態に仕上げ
られたものでは、汚れを構成する物質が内部へ拡散しや
すくなつているため、最終ポリシングに使用する研摩剤
や接着剤等に基づく汚れがあつた場合、従来の洗浄法で
は完全に洗浄することができなかつた。

このような汚れはヘッド特性やデバイス特性を大きく劣
下させるため極めて有害なものであるといえる。薄膜磁
気ヘッドの場合、表面が肋ｍ以下の表面粗さに仕上げら
れた単結晶あるいは多結晶フェライト基板上に二酸化ケ
イ素（ＳｉＯ０）等の絶縁膜を堆積させて基板との絶縁
性を確保した後、磁性体層、導電体層、絶縁体層等を積
層して磁気ヘッドを構成している。この鏡面状態に仕上
げられた基板表面上に拡散によつて固着された汚れがあ
る場Ｊ合、この上に絶縁膜（例えば二酸化ケイ素５１０
２等）を堆積させても、汚染箇所の絶縁性は他の箇所に
比べてかなり低くなり、特性の劣化を招く結果となる。
また、汚染箇所では絶縁膜との付着性が弱いため絶縁膜
が基板から剥離しやすくなつてゝおり、薄膜磁気ヘッド
用の基板としての使用に耐えない。このことは半導体用
の基板に関しても同様である。このため、汚れが固着さ
れ、従来の洗浄法でこれらの汚れを除去し得ない基板等
を再び活用するためには次の２つの方法を採ることが現
状として必要であつた。

まず第１に、被洗浄物の表面を再びポリシングして汚染
層を機械的に除去してしまう方法、第２に、被洗浄物と
化学的に反応する溶液をエッチング液として、汚染層を
化学的にエッチング除去してしまう方法である。ところ
が第１の機械的除去法では、荒研摩，中研摩，仕上ポリ
シングと多く工程を経なくてはならず、多大の時間を要
するほか、加工しろを多く見ておかなくてはならず、基
板等の厚さの大幅な減少を招く問題点がある。また第２
の化学的除去法においては、処理前の基板等の表面粗さ
が、処理後において荒くなるため、表面の鏡面性を利用
する基板等ではこの方法を採ることは危険であつた。第
１図，第２図はこの一例を示したものであり、表面をポ
リシングして鏡面状態とした単結晶フェライト基板の表
面プロフィール（第１図）と、この基板を塩酸（２０Ｗ
ｔ％８０℃）で１紛間、エッチング処理した後の表面プ
ロフィール（第２図）を対比させて示しており、表面粗
さが処理後において大幅に大きくなつていることがわか
る。本発明は、このような従来の洗浄法で除去し得なか
つた汚れを被洗浄物の表面粗さを変えることなく、かつ
容易に取り除く洗浄方法を提供するものである。

本発明の特徴は、洗浄溶液に、粒径が５０１１ｍ以下の
二酸化ケイ素微粒子（ＳｉＯ２）を懸濁させた溶液中で
被洗浄物を超音波洗浄する点にあり、これにより、大幅
な洗浄効果の改善が図られた。

洗浄溶液中の二酸化ケイ素微粒子（ＳｉＯ２）に超音波
振動を与えると、微粒子は運動エネルギを持ち、被洗浄
物の表面に微粒子が衝突することになる。この微粒子の
持つ運動エネルギによつて被洗浄物表面の極近傍の原子
の結合を打ち破り、汚染！層ともども表面層の原子を除
去するのが本洗浄法の原理である。しかし、被洗浄物の
表面性（例えば結晶性や表面粗さ等）に何らのダメージ
を与えることなく目的を達するためには、一つの微粒子
の持つ運動エネルギを、被洗浄物の表面の数原子ｔ層の
みの結合を打ち破るだけのものに制限することが必要で
あり、微粒子の粒径を極力小さくすることがこのために
要求される。第３図は、種々の粒径を持つ二酸化ケイ素
ＳｉＯ２をアセトン中に同一の重量％（４重量％）で懸
濁させた溶液中で表面が頷ｍの表面粗さに仕上げられた
単結晶フェライト基板を１紛間超音波洗浄することによ
つて表面粗さがどのように変化するかを求めたものであ
る。

粒径が４０〜５０ｒ１ｍ以下の微粒子では、洗浄前の表
面粗さ（２ｒ１ｍ）とほぼ同程度の表面粗さを呈してい
るのに対し、粒径が大きくなると、洗浄後の表面粗さは
大きくなつていることがわかる。冫 第４図は、種々の
粒径を持つ二酸化ケイ素ＳｉＯ２をアセトン中に同一の
重量％（４重量％）で懸濁させた溶液中で単結晶フェラ
イトを超音波洗浄したときの表面の除去速度を測定した
ものであり、４０〜５０ｒ１ｒｎの粒径を境にして、粒
径が小さ・くなつても、あるいは大きくなつても除去速
度が増加している。

第３図，第４図より、粒径が小さな微粒子ほど被洗浄物
の表面性を損なうことなく表面を微小除去することがで
き、また作用微粒子の増加によソー高い除去速度が得ら
れる。

これに対し、粒子が４０〜５０ｎｍより大きくなると、
除去速度の増加が得られるが一粒子の持つ運動エネルギ
が大きくなり、被洗浄物の表面内部にダメージを与える
ほか、洗浄後の表面粗さも大きくなり、表面性を損なう
結果となる。以上より、本洗浄に用いる微粒子としては
５０ｎｎ１以下の粒径のものが適当であることが立証さ
れたが、その中でも３０ｒ１ｍ以下の粒径の微粒子を用
いるとより有効であることがわかる。被洗浄物の表面に
汚染拡散層がある場合、この拡散層の原子密度および原
子構成は、非拡散層のそれと若干異なつている。

このため微粒子の超音波振動の衝突て被洗浄物の表面を
微小除去する場合、拡散層と非汚染層で若干除去速度に
差が出る結果となり、そこに微小な表面段差が生じる。
通常、拡散層において、拡散物質（例えば、樹脂等）は
原子オーダの微小除去をさまたげる傾向にあるため、除
去速度が若干遅くなつていた。そこで汚染層と非汚染層
で平均的な除去速度を得るため、被洗浄物の最表面に出
てきた汚染拡散物質を順次、溶解除去してやる必要があ
り、二酸化ケイ素微粒子を懸濁させる溶質をアセトン・
トリクレン等の有機溶剤とするのはこのためである。す
なわち、二酸化ケイ素微粒子の超音波振動に基づく被洗
浄物への衝突で、数原子層の原子の結合を破つて表面を
微小除去し、その際に最表面に出てきた汚染拡散物質を
洗浄用有機溶剤で順次、溶解除去する。このサイクルを
繰り返すことによつて汚染拡散層と非汚染層を同じ速度
て微小除去することができることになる。フェライト等
より構成されている薄膜磁気ヘッド基板ではアセトン●
トリクレン等の有機溶剤に二酸化ケイ素微粒子を懸濁さ
せた溶液中で超音波洗浄することにより、基板表面に拡
散した汚染物質の完全な除去が可能となる。

また単結晶シリコンより構成された半導体基板において
も、薄膜磁気ヘッド基板同様、有機溶剤を溶質としても
目的を達することができるが、シリコンが耐薬品性に優
れている物質であることから発煙硝酸，発煙硫酸等を溶
質としても、高分子物質等の汚染を手軽（約２分程度）
に除去することができる。なお、本発明において洗浄溶
液に懸濁させる微粒子を二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）に限
定しているが、これは次の理由によるものである。

二酸化ケイ素は化学的に非常に安定な物質であり、ほと
んどの酸やアルカリに対して反応しない（例外としてフ
ッ酸系溶液およびフッ硝酸系溶液に対して反応する）。
これに対し、酸化マグネシウムＭｇＯやベンガラＦｅ２
Ｏ３を本洗浄における微粒子として使用する場合、微粒
子を懸濁させる溶質に塩酸や硝酸を用いると、両者の間
で化学反応が起こる。このため微粒子が溶質に溶解して
しまい、目的の達成が不可能となる。また二酸化ケイ素
は機械的に強固な物質のため粒径が数Ｎｍの超微粒子に
なつても機械的特性が保持されている。

このため超音波洗浄の最中に粉砕する恐れが全くなく、
経時的にも有効な洗浄効果が得られる特徴を持つ。以下
に本発明の洗浄方法を具体的に説明する。

第５図は、表面が２ｎｍの表面粗さに仕上げられた単結
晶フェライト基板（薄膜磁気ヘッド用）の表面プロフィ
ールを測定して結果であり、測定紙中央付近に汚れに基
づく突起箇所（４）がある。これは基板ポリシングの際
に使用する接着樹脂が基板表面に固着されているもので
ある。第６図は、この汚れを持つ基板を従来の洗浄法で
除去しようと試みた後の表面プロフィールを示している
。洗浄法は、トリクレン中超音波洗浄（１紛間）および
アセトン中超音波洗浄（１紛間）であるが、洗浄前の突
起箇所を完全に除去することは不可能であつた。これに
対し、第７図は本発明に基づく洗浄法を当基板に施した
場合の表面プロフィールを示しており、表面粗さは洗浄
前の加ｍを維持しており、かつ短時間の洗浄で汚染箇所
が完全に除去されていることがわかる。

下記にこの場合の洗浄条件を示す。Ｏ微粒子：ニ酸化ケ
イ素ＳｉＯ，，粒径約７ｎｍ０洗浄溶液（溶質）：アセ
トンＯ微粒子の全溶液に対しる重量％：１鍾量％Ｏ超音
波洗浄時間：５分間なお、超音波洗浄における高周波数
は２０〜５０ＫＨｚとするのが適当であり、本実施例で
は３０ＫＨｚの高周波を用いている。

以上説明したように、本発明の洗浄方法により、従来の
洗浄法で除去し得なかつた汚染（例えば汚染物質の被洗
浄物内部への拡散層等）を被洗浄物の表面粗さを変える
ことなく、かつ短時間に取り除くことが可能となつた。

図面の簡単な説明第１図は鏡面ポリシングされた単結晶
フェライト基板の表面プロフィールを示す図、第２図は
同基板の化学エッチング処理後の表面プロフィールを示
す図、第３図は本発明の洗浄法におけるＳｌＯ２微粒子
の平均粒径と洗浄後の表面粗さの関係を示す図、第４図
はＳｌＯ２微粒子の平均粒径と表面除去速度の関係を示
す図、第５図〜第７図は従来の洗浄法と本発明の洗浄法
による洗浄効果を示すもので、第５図は洗浄前の基板表
面のプロフィールを示す図、第６図は従来による洗浄後
の基板表面のプロフィールを示す図、第７図は本発明に
よる洗浄後の基板表面のプロフィールを示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 洗浄溶液に粒径が５０ｎｍ以下の二酸化ケイ素微粒
   子を懸濁させた溶液中で被洗浄物を超音波洗浄すること
   を特徴とする洗浄方法。 ２ 洗浄溶液がアセトン、トリクレン等の有機溶剤であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の洗浄方
   法。 ３ 洗浄溶液が発煙溶液が発煙硝酸であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の洗浄方法。