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製造業における洗浄の重要性

半導体洗浄とは

半導体製造において、洗浄は不可欠な工程であり、製造全体の約30％を占める重要なプロセスです。各工程で発生する有機物や金属、微細な塵埃（パーティクル）などの汚染物質は、半導体の品質に大きな影響を与えるため、これらを除去し、シリコンウエハの表面をクリーンに保つことが求められます。

特に、半導体の微細化・高密度化が進む現代では、わずかな不純物でも回路形成や積層プロセスに支障をきたし、製品の性能や信頼性を低下させる要因となります。そのため、洗浄の精度を向上させることは、技術革新や品質向上に直結する重要な課題となっています。

半導体の洗浄は「超精密洗浄」

工業製品の洗浄は、目的や必要な精度に応じて「一般洗浄」「精密洗浄」「超精密洗浄」の3つに分類されます。

〈洗浄の分類〉

半導体製造で行なわれる「超精密洗浄」は、単に汚れを取り除くだけでなく、微細な汚染物質や接触界面層に残る不純物まで完全に除去する工程です。表面の汚れを落とす「精密洗浄」と異なり、洗浄後に素材そのものの表面が現れる状態を目指します。
半導体製造では、微細な異物が回路の品質や歩留まりに影響を与えるため、徹底した洗浄が不可欠です。

半導体製造における汚れの種類

半導体製造で除去すべき主な汚れの種類について紹介します。
これらの汚れを確実に除去することで、高品質な製品の製造と歩留まりの向上が可能となります。

〈半導体製造における汚れ〉

パーティクル（塵埃）

空気中に浮遊する微細な塵やゴミで、サイズは0.1μm以下のものから数μmのものまで存在します。
半導体の微細加工が進むにつれ、極小のパーティクルであっても回路形成に影響を与えるため、洗浄による徹底的な除去が求められます。

金属汚染

半導体製造では、金属由来の汚染が主に2つの要因で発生します。
ひとつは、製造装置の駆動部分から発生する金属微粒子、もうひとつは、薬液中に含まれる微量な重金属成分が蒸発し、ナトリウム分子などとして付着するケースです。
これらがウエハ表面に残ると、積層や配線形成の妨げとなるため、適切な洗浄が不可欠です。

有機汚染

作業者由来のフケや皮脂、呼気中の炭素分子、薬液に含まれる有機成分などが汚染源となります。
さらに、クリーンルーム内の配管には微量のバクテリアが潜んでいることがあり、徹底して除去する必要があります。

油脂

主に作業者の汗や皮脂に含まれる油分が原因となる汚れです。これらがウエハ表面に付着すると、加工精度に影響を与えるため、製造環境を清潔に保つとともに、洗浄工程で確実に除去することが求められます。

自然酸化膜

シリコンウエハは、大気中の酸素と反応し、10～20nm程度の自然酸化膜を形成します。
絶縁膜として活用される場合もありますが、意図しない酸化膜の形成は製造工程に影響を与えるため、適切に除去することが必要です。

半導体製造の洗浄工程について

半導体製造は「前工程」と「後工程」に大別されますが、洗浄工程は主に前工程で繰り返し実施されます。
シリコンウエハの加工、回路形成、エッチングなどの各ステップで汚染物質が発生するため、その都度洗浄が必要になります。

〈半導体製造の洗浄工程〉

半導体洗浄装置の種類

半導体の洗浄装置は、大きくバッチ式と枚葉式に分類され、それぞれ特長や適用範囲が異なります。
製造プロセスや生産規模に応じて、適切に使い分けることが重要です。

〈半導体洗浄装置の種類〉

バッチ式洗浄装置

バッチ式は、複数のウエハを一度に洗浄できる方式で、薬液を満たした処理槽にウエハを浸して洗浄します。
大量処理が可能で生産性が高いというメリットがある一方、装置が大型で、薬液の消費量が多い点がデメリットです。
バッチ式には以下の2種類があります。

〈バッチ式の種類〉

枚葉式洗浄装置

枚葉式は、ウエハを1枚ずつ回転させながら薬液をスプレーし、洗浄する方式です。
装置が小型で、薬液の消費を抑えながら精密な洗浄が可能というメリットがありまが、1枚ずつ処理するため、大量生産には向かない点がデメリットです。

半導体洗浄の処理方法

半導体洗浄は、使用する洗浄媒体によってウェット洗浄とドライ洗浄の2種類に分類されます。

〈半導体洗浄の処理方法〉

ウェット洗浄

ウェット洗浄は、薬液や純水を使ってウエハの汚れを除去する主流の洗浄方法で、半導体洗浄の約99％を占めます。バッチ式や枚葉式の装置で処理され、浸漬・スプレー・超音波洗浄など多様な手法に対応可能です。
高い洗浄能力を持ち、微細なパーティクルや金属汚染、有機物を効果的に除去できます。

ドライ洗浄

ドライ洗浄は、ガスやプラズマを用いて汚れを除去する方法で、液体を使わないため薬液残留のリスクがなく、精密な洗浄が可能です。また、表面張力の影響を受けないため、微細構造を傷めにくい特長があります。
一方で、化学反応が遅く処理時間が長くなるうえ、コストが高く、工程が複雑になるデメリットもあります。高精度な微細加工に適していますが、大量生産には向かない場合があります。

半導体洗浄における乾燥

半導体の洗浄工程では、乾燥が不可欠なプロセスとなります。
洗浄後にウエハ表面に水分が残ると、酸化や不純物の付着、さらにはウォーターマーク（水滴によるシミ）が発生し、デバイスの品質や歩留まりに悪影響を及ぼします。そのため、洗浄と乾燥は「ドライイン・ドライアウト」の原則に基づき、必ずセットで実施されます。

〈水滴が残ることで発生する問題〉

洗浄が完了しても、適切な乾燥が行われなければ製品不良のリスクを完全に排除することはできません。そのため、乾燥は半導体品質を維持するための重要な工程であり、洗浄とともに製造工程全体の効率向上にも関わっています。

半導体の精度が求められる現場では、洗浄と乾燥の両方のプロセスを最適化することが、高品質なデバイスの生産に直結します。

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