前回は、洗浄が工程の約5分の1を占めることを見ました。では、落としたい「汚れ」とは、何でしょうか。
じつは、汚れは大きく4種類に分けて考えます。種類ごとに、害のしかたも、落とし方もちがうからです。
この記事でわかること
- 汚れの4種類（粒子・有機物・金属・自然酸化膜）
- それぞれが、どんな悪さをするのか
- どんな方法で落とすのか（くわしくは、次回以降）
① 粒子（パーティクル）
空気中のほこりや、装置から出る小さなかけらです。前回見たとおり、回路の細い線をつないだり、ふさいだりして、ショートや断線の原因になります。スウェーデンの王立工科大学（KTH）の講義資料では、「致命的な不良になる粒子の大きさは、最小の線の幅の2分の1」と書かれています。前回のノースイースタン大学の解説では「約4分の1」でした。資料によって、不良になる粒子の大きさの目安は、線の幅の約4分の1〜2分の1とされます。
KTH（スウェーデン王立工科大学）の講義「Wafer Clean and Wet Processing」（Mikael Östling、2012年）。KTHの資料では最小の線の幅の2分の1、ノースイースタン大学の解説では約4分の1と、資料でちがいがあります。
KTHの資料の表では、最小の線の幅が65ナノメートル（2007年）、45ナノメートル（2010年）、32ナノメートル（2013年）と小さくなっていきます。
2分の1の目安で考えると、65 ÷ 2 ＝ 32.5ナノメートル、32 ÷ 2 ＝ 16ナノメートル。線が細くなるほど、気にする粒子もどんどん小さくなります。
確認クイズ：粒子が「ショートや断線」を起こすのは、なぜでしょう？
答え：回路の細い線のあいだをつないだり、線をふさいだりするからです。
② 有機物
油のよごれ、空気中の有機物の蒸気、保管容器から出るもの、そしてフォトレジスト（光で回路の形をつくる材料）の残りなどです。KTHの資料は、有機物の主な発生源として、空気中の有機物の蒸気・保管容器・フォトレジストの残りをあげています。
有機物の膜が残っていると、その上に、次の膜がうまくつきません。また、あとの高温の工程で、汚れがウェハの中に入りこむおそれがあります。KTHの資料も、「高温の工程は、汚れをシリコンや薄い膜の中に押しこむ」と注意しています。
落とし方は、強い酸化力で、有機物を二酸化炭素と水に変えるのが基本です。たとえば、硫酸と過酸化水素水を混ぜた液（ピラニア液）や、オゾンを使う方法があります。
確認クイズ：有機物が残ったまま高温の工程に進むと、何が起こるおそれがありますか？
答え：汚れが、ウェハや薄い膜の中に入りこむおそれがあります。
③ 金属
鉄、銅、ニッケル、クロム、アルカリ金属（ナトリウムなど）です。KTHの資料では、金属汚れの発生源は、薬品や、イオン注入、ドライエッチングなどの工程だと説明されています。金属汚れの量の桁の例として、1平方センチメートルあたり10の10乗個（1億の100倍）程度の原子という数字が示されています。
直径300ミリメートルのウェハの面積は、半径15センチメートルから、3.14 × 15 × 15 ≒ 707平方センチメートルです。
1平方センチメートルあたり10の10乗個なら、ウェハ全体で 10の10乗 × 707 ≒ 7 × 10の12乗個（約7兆個）の原子になります。目に見えない量でも、数としては、とても多いのです。
金属の原子は、シリコンの中で電気の流れ方を変えてしまいます。そのため、トランジスタの特性が、設計からずれる原因になります。落とし方は、酸性の液で金属を溶かし、くっつき直さないようにするのが基本です。
確認クイズ：金属の汚れは、おもにどんな工程や薬品から入りますか？
答え：薬品や、イオン注入、ドライエッチングなどの工程からです。
④ 自然酸化膜
シリコンは、空気や水にふれると、表面にごくうすい酸化膜が、すぐにできます。これを自然酸化膜といいます。KTHの資料は、自然酸化膜が引き起こす問題として、次の4つをあげています。
- 電気の接触の抵抗が、大きくなる
- 選択的に膜を育てる成膜（CVDやエピタキシー）が、むずかしくなる
- 金属汚れの、発生源になる
- 金属とシリコンの化合物（シリサイド）が、つくりにくくなる
自然酸化膜は、フッ酸（HF）を水でうすめた液で落とします。KTHの資料に出ているうすめ方は、フッ酸：水＝1：50です。
全体は 1 ＋ 50 ＝ 51 なので、フッ酸の割合は 1 ÷ 51 ≒ 約2％。ほとんどが水で、かなり薄い液です。
自然酸化膜は、空気や水にふれると、すぐにまたできるからです。だから、落としたら、できるだけ早く次の工程に進めることが大切です。
確認クイズ：自然酸化膜を落とすために使うのは、何をうすめた液でしょう？
答え：フッ酸（HF）を、水でうすめた液です。
汚れは、粒子・有機物・金属・自然酸化膜の4種類。害のしかたも、落とし方もそれぞれちがう。だから、洗浄では、種類ごとに液や方法を使い分ける。
| 汚れ | おもな害 | 落とし方（概要） |
|---|---|---|
| 粒子 | ショート・断線 | アルカリ性の液、超音波など |
| 有機物 | 膜がつかない、汚れの押しこみ | 強い酸化（硫酸＋過酸化水素水、オゾンなど） |
| 金属 | 電気特性のずれ | 酸性の液（塩酸＋過酸化水素水） |
| 自然酸化膜 | 接触不良、金属の発生源 | うすめたフッ酸 |
次の記事では、これらを落とす液の組み合わせ、RCA洗浄を、くわしく見ていきます。
ことばのおさらい
- パーティクル：ウェハについた、ごく小さなごみの粒です。
- フォトレジスト：光で回路の形をつくるときに使う、感光する材料です。
- 自然酸化膜：空気や水にふれて、表面にできる、ごくうすい酸化膜です。
- フッ酸（HF）：自然酸化膜を落とす、うすめて使う薬品です。
よくある誤解
Q. 汚れは、ごみのことだけですか？
いいえ。粒子のほかに、目に見えない有機物、金属、うすい酸化膜も、汚れとして扱います。
Q. 一度きれいにすれば、そのままで大丈夫ですか？
いいえ。自然酸化膜のように、空気にふれるとまたできるものがあります。
