JPH03295236A - 基板の洗浄方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハ表面の微粒子や付着物あるいは
実装プリント板に残留するノ１ンダフラックスなどの基
板表面の汚染物質を、液化ガスを噴射して除去する基板
の洗浄方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体ウェハ表面の汚染物を除去することは、半導体の
製造工程あるいは完成品の品質上重大な問題である。例
えば、半導体ウエノ＼はＳｉ単結晶板に５ｉＯｚ、Ｓｉ
Ｎあるいは＾１などの保護膜を形成し、その表面に溝を
掘って回路を形成するが、これらの製造過程において基
板表面への汚染物の付着は避られす、有効な洗浄法が要
求される。

又、磁気あるいは光ディスクなどの分野も同様で、磁気
ディスクを例にとれば、＾１、＾１−Ｍｇ合金の表面に
付着する油脂、その他の有機物の洗浄は、その後の薄膜
形成にとって不可欠である。

一方、厳密な品質管理を行い製造された、例えばＩＣ，
ＬＳＩなど半導体チップは、回路ノ〈ターンを作成した
プリント板に／’％ンダ付けで装着されるが、ハンダ付
は後にノ＼ンダフラツクス残渣またはハンダボールが残
り、部品やプリント板の信頼性に影響を与える為、これ
らの除去・洗浄が必要である。以下、プリント板を中心
に説明する。

ハンダは５ｎ６０重量％、Ｐｂ４０重量％が主で、２０
０〜２５０メツシユ以下のノ＼ンダ粉末とフラックス及
びバインダーなどを、均一に混合したペースト状の塗布
可能な混合物が使用される。フラックスはロジン系が主
で、塩素含有がＪＩＳに規定されている０、　１〜０．
５重量％のものが使用されている。従来、プリント板の
実装は、ハンダペーストをスクリーン印刷法でプリント
板に塗布し、これにＩＣ，ＬＳＩなど半導体部品を搭載
してハンダ付けする。ハンダ付けはプリント板、及び搭
載した部品全体を加熱するりフロー法が広く採用されて
いる。しかし、リフローハンダ付後、前述のハンダフラ
ックス残渣やハンダボールが残る。このため、ロジン系
のフラックスの除去洗浄には、主にフロン、トリクロロ
エチレンなど有機溶剤が用いられている。

洗浄方法としては、（１）前記溶剤中に浸漬して洗浄す
る浸漬洗浄、（２）溶剤中に超音波振動を付加した超音
波洗浄、（３）溶剤を高圧スプレーで基板に吹き付ける
スプレー洗浄、（４）溶剤の蒸気により洗浄する蒸気洗
浄などがある。

ここで、主に洗浄用フロンはフロン１１３である。フロ
ン１１３は、安定性、低沸点、樹脂に対して不溶解性、
金属を腐食せず電気絶縁性大、毒性小といった優れた特
性があり、半導体あるいは精密機械業界などハイテク産
業には不可欠の物質であるが、大気に放出されると、大
気圏のオゾン層破壊の要因と考えられ国際環境計画で特
定のフロンは、削減、全廃されることになった。

一方、トリクロロエチレンは毒性が強く、規制の方向に
あり、また溶剤の溶解能が大であることから樹脂部品へ
の影響が大きい。このような状況から、開発技術として
種々の技術が発表されているが、いずれもフロン洗浄に
勝るものはなく、有効な代替技術の開発が急務となって
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術で主に使用されている洗浄用フロン、特に
特定のフロン（フロン１１，１２゜１１３など）は全廃
の方向で、使用不可能な状況である。又、洗浄力の優れ
たトリクロロエチレン、四塩化炭素なども規制の対象に
あり、代替技術の開発が急務である。

本発明は、上記背景に鑑み、フロン洗浄に代る基板の新
しい洗浄方法及び装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、基板を洗浄す
る方法において、任意の圧力、温度の洗浄容器内の基板
に、該容器圧力より高圧の液化ガスを、圧力差により液
化状態で噴射して、基板を洗浄することを特徴とする基
板の洗浄方法としたものであり、また、上記他の目的を
達成するために、本発明では、基板を洗浄する装置にお
いて、 （ａ）　　洗浄に使用するガスを、任意の圧力、温度条
件の液化ガスに液化する手段と、 （ｂ）　　基板を収容し、または保持して可動できる手
段及び該ガスを液化状態に保つ圧力、温度条件に制御す
る手段とを具備した洗浄容器と、（ｅ）　　該洗浄容器
より高圧の上記液化ガスを基板に向けて圧力差で噴射す
る手段と、 （ｄ）　　前記噴射した液化ガスを収容し、圧力あるい
は温度を変化させてガス化し分離する手段と、 （ｅ）　　前記分離したガスを清浄化する手段及び清浄
化したガスを前記液化手段に供給する手段とを備えたこ
とを特徴とする基板の洗浄装置としたものである。

そして、本発明においては、使用できる液化ガスとして
は炭化水素系のガス又は炭酸ガスがよく、これらの液化
ガス中には、基板の汚染物と液化ガスとに相互に液解性
のある物質、例えば有機溶剤及び酸又はアルカリ等を添
加して用いることもできる。

本発明は、半導体ウェハ、ディスク等の表面に付着した
油脂類などの有機物や微粒子、あるいはプリント基板の
ハンダフラックス残渣などの基板表面の汚染物を洗浄、
除去するため、従来使用していたフロン、トリクロロエ
チレンなどの有機溶剤に代り、液化ガスを使用するもの
である。以下具体的手段について述べる。

基板を出入れする開閉部を設け、前記基板を支持するス
テージを収容し、かつ、ステージをスライドあるいは回
転させる機構を有した洗浄容器内を前記ガスが液化状態
に保持できる圧力、温度条件にし、ボンベから供給した
例えばプロパンガスを液化器で液化し、これを高圧ポン
プで送液、昇圧して前記洗浄容器内より高い任意の圧力
及び温度条件の液化ガスを圧力差でノズルを介して、前
記洗浄容器内の基板表面に噴射する。基板は支持ステー
ジを任意に移動させ、基板の洗浄面が上記噴射により効
率よく洗浄されるように可動する。

これにより、液化ガスの溶解力と噴射による機械的な力
により効果的に基板表面の付着物を除去して洗浄するよ
うにしたものである。また、液化炭酸ガスの場合、第３
物質、例えば炭化水素系の有機溶剤であるトルエン、ヘ
キサン、ケロシンなどを添加して、溶解力を高めて噴射
すると、洗浄効果が向上する。

基板表面の付着物を除去した液化ガスは、保圧弁を通過
して分離槽に導入する。ここで、任意の圧力に減圧し、
液化ガスからガス相へ変化させると、液化ガスに溶解し
ていた溶解物がガス中に析出し、重力で落下し分離槽下
部に分離する。分離した析出物は適宜、分離槽下部より
内圧を利用して抜き出す。

一方のガス中には、析出物あるいは微粒子がミスト、ダ
ストとして飛散同伴されるためフィルターにより濾過し
、清浄化ガスとしてリサイクルする。また、ガス中に、
例えばハンダフラックスに含まれる塩素が塩素イオンと
して同伴される可能性がある。この場合は、フィルター
の前段に塩素を吸着あるいは反応する活性炭あるいはカ
ルシュラム充填塔を設置して、これを通過させることで
除去する。

このようにして、基板洗浄が終了すると液化ガスの供給
、噴射を停止し、洗浄容器内を減圧して基板を取出す。

特に、プリント板のハンダフラックスの洗浄の場合には
、溶媒ガスは炭化水素系のガス、例えばプロパン、メタ
ン、エタンなどの液化ガスが効果的である。

〔作用〕

第６図にプロパンの密度−圧力線図を示す。

液化ガスを抽出溶剤として使用するには、耐圧の洗浄容
器が必要である。例えば、液化プロパンガスの使用温度
４７℃とすれば、１５気圧以上の圧力に保持しなければ
ならない。

ここで、プリント板にロジン系ハンダペーストを塗布し
、加熱してハンダフラックス（約４０■）が残留する試
験片を作成し、溶解・洗浄テストを行った。その結果を
第７図に示す。

フラックス残渣は、ロジン（松脂）で淡黄色の樹脂フィ
ルム状に残留する。除去率は重量変化より算出した。抽
出溶剤は液化炭酸ガスの他有機溶剤として、トリクロロ
エチレン、エタノール、の結果も示す。

液化ガス以外は、ビーカ中の各溶剤に浸漬し、溶剤をス
タータで緩速攪拌した。液化ガスへのエタノール添加量
は、０．５重量％であるが、基板表面へは噴射していな
い。フラックス残渣はＫＢ値が大きいトリクロロエチレ
ンでは短時間で除去され、液化プロパンもほぼ同等に除
去される。ＫＢ値がフロン１１３と同等のエタノールで
、９３％の除去率である。液化炭酸ガス単独では５０％
余であるが、エタノール添加液化炭酸ガスでは、エタノ
ールと同等の除去率である。

ここで、エタノール、エタノール添加液化炭酸ガスの各
処理済サンプルを、それぞれの溶剤中で振動させると、
容易に残りの残渣を除去できた。超音波を付加しても同
様の結果である。

すなわち、本発明は、上記知見に基き、フラックス残渣
は溶解しても、付着物が微少残留するが、液化ガスの噴
射による機械的な力により、容易に除去できることに着
目してなされたものである。

さらに、炭酸ガスの場合、エタノールなどの第３物質の
溶剤の樹脂部品に対する溶解性については、溶剤の割合
が実施例では液化炭酸ガスの０．５重量％と少量であり
、影響が極めて少なく、廃溶剤発生量が低減できる。ま
た、溶剤の添加を停止し、液化炭酸ガスのみを噴射して
残渣除去後の基板表面への付着溶剤を洗浄し、そののち
減圧することで乾燥状態で基板を取出すことが可能であ
る。すなわち、乾燥工程が不要である。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明を説明するが、本発明はこれ
らに限定されない。

実施例１ 第１図は、本発明の一実施例であるプリント板のハンダ
フラックス残渣の除去、洗浄工程を示す工程図である。

装置は液化器１、高圧ポンプ２、温度調整器３及びノズ
ル４と基板２ｏを収容する洗浄容器５と保圧弁６ａ、さ
らに分離槽７及びフィルター８から構成されている。操
作はプロパンボンベ１１から供給されたプロパンガスを
、フィルター８で濾過する。濾過されたガスを液化器１
で液化し、高圧ポンプ２で送液して昇圧し、温度調整器
３により温度を調整して所定の圧力、温度条件の液化ガ
スとする。

この液化ガスを、ノズル４を介して洗浄容器５内の基板
２０に噴射して、基板表面を洗浄する。必要に応じて溶
剤タンク１０の第３物質を、溶剤ポンプ９より液化ガス
に添加して、液化ガスと溶剤を混合し噴射して、基板表
面の付着物を除去し、ついで溶剤ポンプ９を停止し、液
化ガスのみを噴射して溶剤を除去、洗浄する。

洗浄容器５内の圧力は、保圧弁６ａで保持されているが
、噴射された液化ガスは保圧弁６ａを流通し、減圧して
分離槽７に導入する。ここで、保圧弁６ａで減圧すると
、ガス膨張により冷却される。そのため、加熱器１３で
ガス相になるように加温する。分離槽７で分離した基板
から除去した付着物は分離槽底部に沈降し、適宜内圧を
利用して抜出す。

一方のガス中には除去した付着物の微粒子が飛散して同
伴されることがあるため、分離槽内のデミスタで除去し
、さらに、フィルター８により濾過して清浄化した後、
前記供給ガスとしてリサイクルする。

次に、第２図の洗浄容器５の縦断面、第２図のＡ−Ａ断
面図を示す第３図、第４図の基板ステージの鳥敞図によ
り洗浄時の動作を説明するまず、洗浄容器のフタ５１を
開き、基板２゜を第４図のステージ５３に取付け、フタ
５１を閉じ簡易締具５６でロックし、液化ガスをノズル
４から噴射する。しかし、この状態では、容器内は大気
圧であるため、液化ガスは減圧される状態でガスとなる
。ここで、放出弁５７を微開して、容器内空気をガスと
任意の時間内で置換した後放出弁を閉じる。

容器内に、所定の圧力、温度の液化ガスが噴射されるよ
うになり、基板に噴射して洗浄がなされる。必要に応じ
て、ステージ５３をラック５４により複数回移動させ、
基板表面全体を洗浄する。

尚、噴射ノズルは、プリント板と部品との隙間が小さい
場合など角度をつけて噴射すると効果的に洗浄できる。

以上の本実施例によれば、基板を洗浄し、乾燥状態で取
出すことができるので、乾燥工程が不要である。又、洗
浄容器を複数個設置し、バルブの切換えにより連続処理
を行うことも可能である。

第５図は、磁気ディスクを用いた一実施例である洗浄容
器の断面図を示す。それぞれの記号は、第１図と同じで
ある。

〔発明の効果〕

本発明は、従来技術のフロンや特殊有機溶剤が使用規制
され、廃止されたのに代り、基板表面を効果的に洗浄で
きる技術であり、以下の効果がある。

１）溶剤に液化ガスを使用するため、リサイクルして使
用でき放出量が少ない。

２）液化ガスに添加する第３物質が少量であるため、そ
の処理が容易である。

３）　ガスは清浄化してリサイクルするため、基板洗浄
時はつねに新溶剤となっており、溶解度の低下がなく、
効果的に洗浄できる。

４）基板の洗浄時は液化ガスで湿式であるがガス化する
ため、乾燥状態で基板を取出せる。

このため乾燥工程が不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す処理工程図、第２図は
洗浄容器の縦断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ断面図、
第４図は基板ステージの鳥敞図、第５図は他の実施例で
磁気ディスク用洗浄容器の断面図、第６図はプロパンの
密度−圧力線図、第７図は洗浄、溶解テスト結果を示す
グラフである。 １・　・液化器、２・　・高圧ポンプ、３・温度調整器
、４・・・ノズル、５・・・洗浄容器、６ａ、６ｂ・　
・保圧弁、７・　・分離槽１，８・・・フィルター　９
　　・溶剤ポンプ、１０・・・溶剤タンク、１１　　・
ガスボンベ、２０・・・基板 第１図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．基板を洗浄する方法において、任意の圧力、温度の
   洗浄容器内の基板に、該容器圧力より高圧の液化ガスを
   、圧力差により液化状態で噴射して、基板を洗浄するこ
   とを特徴とする基板の洗浄方法。
2. ２．前記基板がプリント基板、半導体ウェハあるいは磁
   気ディスク、光ディスクであることを特徴とする請求項
   １記載の基板の洗浄方法。
3. ３．前記液化ガスが炭化水素系のガス又は炭酸ガスであ
   ることを特徴とする請求項１記載の基板の洗浄方法。
4. ４．前記液化ガスが、基板の汚染物と液化ガスとの相互
   に溶解性のある第３物質を含有することを特徴とする請
   求項１記載の基板の洗浄方法。
5. ５．前記第３物質が、有機溶剤、酸又はアルカリのいず
   れかであることを特徴とする請求項４記載の基板の洗浄
   方法。
6. ６．基板を洗浄する装置において、 （ａ）洗浄に使用するガスを、任意の圧力、温度条件の
   液化ガスに液化する手段と、 （ｂ）基板を収容し、または保持して可動できる手段及
   び該ガスを液化状態に保つ圧力、 温度条件に制御する手段とを具備した洗浄 容器と、 （ｃ）該洗浄容器より高圧の上記液化ガスを基板に向け
   て圧力差で噴射する手段と、 （ｄ）前記噴射した液化ガスを収容し、圧力あるいは温
   度を変化させてガス化し分離する 手段と、 （ｅ）前記分離したガスを清浄化する手段及び清浄化し
   たガスを前記（ａ）の液化手段に供給する手段とを備え
   たことを特徴とする基板 の洗浄装置。
7. ７．前記洗浄に使用するガスが、炭化水素系ガス又は炭
   酸ガスであることを特徴とする請求項６記載の基板の洗
   浄装置。
8. ８．前記液化ガスが、基板の汚染物と液化ガスとの相互
   に溶解性のある第３物質を含有することを特徴とする請
   求項６記載の基板の洗浄装置。