表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置
【課題】吸着した汚染物質の性質などによって被検体の表面性状が変化する場合においても、表面汚染度を評価することが可能な表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置を提供する。
【解決手段】所定の清浄度を保持することが求められる被検体１に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる被検体１の表面１ａの汚染度を評価する表面汚染度評価方法であって、空気中の水蒸気が吸着することによる表面１ａの吸着水分量を測定し、基準の被検体１の表面１ａに吸着した吸着水分量との差に基づいて表面１ａの汚染度を評価する。
【解決手段】所定の清浄度を保持することが求められる被検体１に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる被検体１の表面１ａの汚染度を評価する表面汚染度評価方法であって、空気中の水蒸気が吸着することによる表面１ａの吸着水分量を測定し、基準の被検体１の表面１ａに吸着した吸着水分量との差に基づいて表面１ａの汚染度を評価する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の清浄度を保持することが求められる例えば半導体ウエハやガラス基板などの被検体に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる被検体の表面の汚染度を評価するための表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子や液晶ディスプレイなどを製造する際に、クリーンルームや保管庫の空気中の化学物質等（汚染物質）が半導体ウエハやガラス基板（基板、被検体）の表面に吸着し、リーク電流の増大や絶縁耐圧の低下など電気的特性に悪影響を及ぼすことが知られている。このため、半導体素子や液晶ディスプレイなどの製造プロセスでは、製品不良発生による歩留まりの低下や製品の信頼性の低下を阻止するために、基板表面の汚染度評価を行っている。
【０００３】
そして、この基板表面の汚染度を評価する際には、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ）、表面洗浄法、拭き取り法などが用いられている。
【０００４】
昇温脱離ガス分析法は、密閉容器内に基板を収容するとともに昇温して基板表面に吸着した汚染物質を脱離させ、脱離ガス中の汚染物質をガスクロマトグラフ（ＧＣ）や質量分析装置（マススペクトル装置（ＭＳ））で同定、定量することによって、基板表面の汚染度評価を行う方法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
表面洗浄法は、基板表面を有機溶媒や純水で洗浄し、洗浄液中の汚染物質をＧＣやＭＳ、イオンクロマトグラフ（ＩＣ）で同定、定量することによって、基板表面の汚染度評価を行う方法である。
【０００６】
また、拭き取り法は、基板表面を不織布や石英ウールなどで拭き取った後、有機溶媒で不織布や石英ウールなどから汚染物質を溶出させ、溶出液中の汚染物質をＧＣやＭＳ、ＩＣで同定、定量することによって、基板表面の汚染度評価を行う方法である。
【０００７】
このように、これらの汚染度評価方法は、いずれもＧＣやＭＳなどの高価な分析装置を必要とする。また、他の汚染度評価方法として、フーリエ変換型赤外分光装置（ＦＴ−ＩＲ）などを用いた光学的な方法や、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いた方法の開発も進められているが、やはり高価な装置が必要になる。
【０００８】
一方、基板表面に純水などの液滴を滴下し、液滴の接触角を測定することによって、基板表面の汚染度評価を行う方法がある（例えば、特許文献２参照）。この汚染度評価方法は、拡大鏡などを用いて液滴を拡大し、基板表面の汚染物質の吸着量が増加するに従って変化する液滴の接触角を液滴の拡大像から測定することによって、基板表面の汚染度を評価する方法である。このため、ＧＣやＭＳなどの高価な装置を用いることなく、簡便に基板表面の汚染度を評価することが可能である。
【特許文献１】特開２００６−３３７０３１号公報
【特許文献２】特開平８−３３８８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の液滴の接触角を測定する方法においては、例えば表面に吸着した汚染物質の性質、すなわち汚染物質が親水性か、疎水性か、さらに親水性の汚染物質と疎水性の汚染物質の割合などによって接触角が変わってしまう。このため、正確に基板表面の汚染度を評価することが難しいという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、吸着した汚染物質の性質などによって被検体の表面性状が変化する場合においても、表面汚染度を評価することが可能な表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１２】
本発明の表面汚染度評価方法は、所定の清浄度を保持することが求められる被検体に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる前記被検体の表面の汚染度を評価する表面汚染度評価方法であって、前記空気中の水蒸気が吸着することによる前記表面の吸着水分量を測定し、該吸着水分量に基づいて前記表面の汚染度を評価することを特徴とする。
【００１３】
この発明においては、被検体の表面に汚染物質が吸着すると、表面の物理化学的性質（表面性状）が変化し、表面の吸着水分量が汚染物質の吸着量に応じて変化するため、この表面の吸着水分量を測定することで、表面の汚染度を評価することが可能になる。すなわち、清浄な状態の表面に吸着する吸着水分量に対し、親水性の汚染物質が吸着した場合には吸着水分量が増加し、疎水性の汚染物質が吸着した場合には吸着水分量が減少する。このため、被検体の表面に吸着した汚染物質によって表面性状が変化した場合においても、表面の吸着水分量を測定し、この吸着水分量の変化量（増減量）に基づいて、汚染の進行状況を確認することが可能になり、従来の液滴の接触角を測定する方法に対し比較的正確に表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００１４】
また、本発明の表面汚染度評価方法においては、前記空気の湿度を一定にして前記表面の吸着水分量を測定し、基準の被検体の表面に吸着した吸着水分量との差に基づいて前記被検体の表面の汚染度を評価することが望ましい。
【００１５】
この発明においては、空気の湿度を一定にした状態で、この湿度に応じて被検体の表面に吸着する吸着水分量を測定し、基準の被検体の吸着水分量と、汚染度の評価を行う被検体の吸着水分量との差（変化量）を確認することによって、確実に汚染の進行状況を捉えて表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００１６】
さらに、本発明の表面汚染度評価方法においては、前記空気の湿度を変化させ、複数の湿度条件で前記表面の吸着水分量を測定して前記湿度の変化量に対する前記吸着水分量の変化量の割合を求め、基準の被検体の前記湿度の変化量に対する前記吸着水分量の変化量の割合との差に基づいて前記被検体の表面の汚染度を評価することがより望ましい。
【００１７】
この発明においては、複数の湿度条件で表面の吸着水分量を測定し、基準の被検体の湿度の変化量に対する吸着水分量の変化量の割合と、汚染度の評価を行う被検体の前記割合との差（変化量）を確認することによって、より正確に汚染の進行状況を捉えて表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００１８】
すなわち、表面が清浄な状態である場合や表面に吸着した汚染物質の吸着量が少ない場合には、湿度を変化させると表面に吸着する吸着水分量が変化する。このとき、湿度が高くなると吸着水分量も増加する単調増加の関係があり、異なる湿度条件における吸着水分量を測定することで湿度の変化量に対する吸着水分量の変化量の割合が得られる。そして、この湿度に対する吸着水分量の変化の割合は、汚染の進行により変化するので、この割合を確認することによって、汚染の進行状況を捉えて表面の汚染度を評価することが可能になる。また、このように複数の湿度条件で吸着水分量を測定し、吸着水分量の変化量の割合に基づいて汚染度を評価する場合には、一つの湿度条件で吸着水分量を測定し、この一つの湿度条件における吸着水分量の変化量に基づいて汚染度を評価する場合と比較し、より正確に表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００１９】
また、本発明の表面汚染度評価方法においては、前記空気の湿度を変化させ、複数の湿度条件で前記表面の吸着水分量を測定して前記湿度と前記吸着水分量の関係を求め、該関係が直線的な関係となる基準の被検体に対し、該関係からの変化を捉えて前記被検体の表面の汚染度を評価することがさらに望ましい。
【００２０】
この発明においては、複数の湿度条件で表面の吸着水分量を測定し、基準の被検体の湿度と吸着水分量の直線的な関係が崩れることを確認することで、汚染の進行状況を捉えて表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００２１】
すなわち、表面に吸着した汚染物質の吸着量が多くなるに従い（汚染の進行に従い）、湿度と吸着水分量の直線的な関係（直線性）が崩れ、湿度と吸着水分量の関係が曲線的な関係に変化する。このため、この直線性からの変化を捉えることによって（直線的な関係が成立しなくなることを捉えることによって）、さらに直線的な関係の吸着水分量に対する吸着水分量の変化量を確認することで、確実に汚染の進行状況を捉え、被検体の表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００２２】
さらに、本発明の表面汚染度評価方法においては、赤外線水分計を用いて前記吸着水分量を測定することが望ましい。
【００２３】
この発明においては、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）や質量分析装置（ＭＳ）などの高価な装置ではなく、比較的安価で取扱いが容易な赤外線水分計を用いて表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００２４】
また、このように赤外線水分計を用いる場合には、水分に吸収される例えば１．９２〜１．９５μｍの特定吸収波長で吸着水分量を測定することができる。そして、この特定吸収波長は、例えば半導体素子や液晶ディスプレイなどを製造する際に、クリーンルームや保管庫の空気中に存在するアルコール類やヒドロキシカルボン酸などの有機化合物（汚染物質）の水酸基（ＯＨ）、アミノ基（ＮＨ２）の特定吸収波長と近い。このため、被検体の表面の吸着水分量を測定した際には、実際の吸着水分量に、表面に吸着した汚染物質の水酸基やアミノ基を合わせた見かけの吸着水分量として測定され得る。これにより、吸着水分量だけを検出する場合よりも吸着した汚染物質に関する情報を含んだ測定結果が得られるため、この見かけの吸着水分量によって汚染状況をより詳細に評価することも可能になる。
【００２５】
本発明の表面汚染度評価装置は、所定の清浄度を保持することが求められる被検体に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる前記被検体の表面の汚染度を評価するための表面汚染度評価装置であって、前記被検体を収容する容器と、該容器内の湿度を調整する湿度調整手段と、前記容器に収容した前記被検体の表面の吸着水分量を測定する水分計とを備えて構成されていることを特徴とする。
【００２６】
この発明においては、上記の本発明の表面汚染度評価方法と同様の効果を得ることが可能である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置によれば、従来の液滴の接触角を測定する方法と比較し、被検体の表面に吸着した汚染物質によって表面性状が変化した場合においても、表面性状の変化に応じて表面に吸着する吸着水分量を測定し、この吸着水分量の変化量（増減量）を捉えることで、汚染の進行状況を確認することが可能になり、表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００２８】
また、このように表面の吸着水分量を測定して表面の汚染度を評価できることにより、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）や質量分析装置（ＭＳ）などの高価な装置を用いる必要がなく、簡便に表面の汚染度を評価することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図１から図５を参照し、本発明の第１実施形態に係る表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置について説明する。本実施形態では、所定の清浄度を保持することが求められる半導体ウエハや液晶ディスプレイのガラス基板の基板（被検体）表面の汚染度を評価するものとして説明を行う。
【００３０】
本実施形態の表面汚染度評価装置Ａは、図１に示すように、基板（被検体）１を収容する容器２と、容器２内に湿度センサ３ａを配置して容器２内の湿度を計測する湿度計３と、容器２内の湿度（相対湿度）を調整する湿度調整手段４と、容器２に収容した基板１の表面１ａに吸着された吸着水分量を測定する赤外線水分計（水分計）５と、湿度計３及び赤外線水分計５の測定値を記録して処理するパソコンなどの処理装置６とを備えて構成されている。
【００３１】
容器２には、湿度調整手段４が繋がり、この湿度調整手段４から送気された湿度調整空気を内部に取り込むための給気口２ａと、内部空気を外部に排出するための排気口２ｂとを備えて形成されている。また、容器２内に収容した基板１がその表面１ａを上方に向けて載置される反射板２ｃが内部に設けられている。
【００３２】
湿度調整手段４は、乾燥空気製造装置４ａと湿度調整装置４ｂとを備え、乾燥空気製造装置４ａで製造した乾燥空気を湿度調整装置４ｂに送気し、この湿度調整装置４ｂで所望の湿度に調整した湿度調整空気を給気口２ａから容器２内に供給するように構成されている。
【００３３】
赤外線水分計５は、光ファイバケーブル５ａが外側から容器２の内部に延設され、この光ファイバケーブル５ａの先端から基板１の表面１ａに赤外線を照射するように設けられている。また、この赤外線水分計５は、水分に吸収されやすい例えば１．９２〜１．９５μｍの波長の水分吸収波長光と、水分の影響を受けにくい例えば１．８０μｍの波長と例えば２．１０μｍの波長の参照波長光とをそれぞれ交互に基板１の表面１ａに照射し、これらの反射光を受光して、含水率に対応した水分計出力値（ＩＭ−Ｄ値（ｍＶ））を処理装置６に出力する。そして、処理装置６によってＩＭ−Ｄ値から基板１の表面１ａの吸着水分量が算出される。ちなみに、参照波長光は、基板１の表面１ａの色調などの影響を除いて安定した測定を行うために照射される。
【００３４】
ついで、上記構成からなる表面汚染度評価装置Ａを用いて基板１の表面１ａの汚染度を評価する方法について説明するとともに、本実施形態の表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置Ａの作用及び効果について説明する。
【００３５】
本実施形態においては、表面汚染度評価装置Ａの容器２の内部空気（空気）の湿度を湿度調整手段４によって一定に保持する。これにより、この一定の湿度条件に応じて内部空気中の水蒸気が反射板２ｃ上に設置した基板１の表面１ａに吸着し、この基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量を赤外線水分計５によって測定する。
【００３６】
このとき、清浄な状態の基板（基準の被検体）１の表面１ａに吸着する吸着水分量に対し、基板１の表面１ａに汚染物質が吸着した場合には、汚染物質の吸着量に応じて表面性状が変化し、湿度を一定に保持した場合においてもこの基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量が増減する。
【００３７】
すなわち、親水性の汚染物質が吸着し、表面性状が親水性になった場合には、図２に示すように、清浄な状態の表面（清浄面）１ａに吸着する吸着水分量に対して吸着水分量が増加し、疎水性の汚染物質が吸着して表面性状が疎水性になった場合には、図３に示すように、清浄面１ａに吸着する吸着水分量に対して吸着水分量が減少する。また、このような吸着水分量の増減量（変化量）は、基板１の表面１ａに吸着する汚染物質の吸着量などに応じて変化する。
【００３８】
このため、湿度を一定にした状態で、この湿度に応じて基板表面１ａに吸着する吸着水分量を測定し、清浄な状態の基板の表面１ａに吸着した吸着水分量と、汚染度の評価を行う基板１の表面１ａに吸着した吸着水分量との差（変化量）を確認することで、表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。
【００３９】
また、半導体素子や液晶ディスプレイを製造する際には、半導体ウエハや液晶ガラス基板（基板１）が多くの製造工程を経て完成品に至る。そして、各製造工程を行うクリーンルームや、一時的に基板１を保管する保管庫（ストッカー）の空気中の化学物質等（汚染物質）が基板１の表面１ａに吸着し、基板１の表面１ａが汚染される。
【００４０】
このため、清浄な状態の基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量を測定し、製造工程を経た段階で（例えば各製造工程の完了後毎に）、同一基板１の表面に吸着する吸着水分量を測定して、清浄な状態の基板表面１ａの吸着水分量と製造工程後の基板表面１ａの吸着水分量との差（変化量）、あるいは前工程における基板（基準の被検体）表面１ａの吸着水分量と後工程における基板（被検体）表面１ａの吸着水分量との差（変化量）を確認することで、汚染の進行状況を確認することが可能になる。
【００４１】
したがって、本実施形態の表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置Ａにおいては、基板１の表面１ａに吸着した汚染物質によって表面性状が変化した場合においても、空気の湿度を一定にした状態で、この湿度に応じて基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量を測定し、基準の基板１の吸着水分量と、汚染度の評価を行う基板１の吸着水分量との差を確認することによって（吸着水分量の変化量に基づいて）、確実に汚染の進行状況を捉えて、従来の液滴の接触角を測定する方法に対し比較的正確に表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。
【００４２】
さらに、比較的安価で取扱いが容易な赤外線水分計５を用いて表面１ａの汚染度を評価することが可能になるため、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）や質量分析装置（ＭＳ）などの高価な装置を用いる必要がなく、簡便に表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。
【００４３】
ここで、このように赤外線水分計５を用いる場合には、水分に吸収される例えば１．９２〜１．９５μｍの特定吸収波長で吸着水分量を測定することができる。そして、この特定吸収波長は、半導体素子や液晶ディスプレイなどを製造する際に、クリーンルームや保管庫の空気中に存在するアルコール類やヒドロキシカルボン酸などの有機化合物（汚染物質）の水酸基（ＯＨ）、アミノ基（ＮＨ２）の特定吸収波長と近い。このため、基板１の表面１ａの吸着水分量を測定した際には、図４（親水性の汚染物質が表面１ａに吸着した場合）及び図５（疎水性の汚染物質が表面１ａに吸着した場合）に示すように、実際の吸着水分量に、表面１ａに吸着した汚染物質の水酸基やアミノ基を合わせた見かけの吸着水分量として測定され得る。これにより、吸着水分量だけを検出する場合よりも吸着した汚染物質に関する情報を含んだ測定結果が得られる。そして、半導体素子や液晶ディスプレイを製造するクリーンルームや保管庫のように空気中の汚染物質の種類、濃度などが既知である場合には、一定湿度条件における表面１ａに吸着する吸着水分量と汚染物質の吸着量の関係を予め求めておくことで、このような見掛けの吸着水分量から汚染状況をより詳細に評価することも可能になる。
【００４４】
ついで、図６及び図７を参照し、本発明の第２実施形態に係る表面汚染度評価方法について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様に、表面汚染度評価装置Ａを用いて、所定の清浄度を保持することが求められる半導体ウエハや液晶ディスプレイのガラス基板の基板（被検体）表面の汚染度を評価するものとして説明を行う。
【００４５】
ここで、第１実施形態のように、湿度を一定にした状態で測定した基準の基板１の吸着水分量と、汚染度の評価を行う基板１の吸着水分量との差を確認して表面１ａの汚染度を評価する場合には、基板の設置状態や赤外線水分計の例えば電圧などの変化で測定値（ＩＭ−Ｄ値、吸着水分量）全体が上下にシフトしたり、赤外線水分計の特性上時間とともにベースラインが変動するなどして、誤差が生じる場合がある。
【００４６】
これに対し、本実施形態の表面汚染度評価方法では、表面汚染度評価装置Ａの容器２の内部空気（空気）の湿度を湿度調整手段４によって変化させ、複数の湿度条件で基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量を測定する。
【００４７】
そして、表面１ａが清浄な状態である場合や、表面１ａに吸着した汚染物質の吸着量が少ない場合には、湿度を変化させると表面１ａに吸着する吸着水分量が変化し、このとき、湿度と吸着水分量の関係を直線回帰して求めることができる。すなわち、表面１ａが清浄な状態である場合や、汚染物質の吸着量が少ない場合には、湿度と吸着水分量の関係が直線的な関係となる。
【００４８】
そして、親水性の汚染物質が吸着し、表面性状が親水性になった場合には、図６に示すように、表面１ａが清浄な状態の基板（基準の被検体）１の湿度の変化量に対する吸着水分量の変化量の割合、すなわち表面１ａが清浄な状態の基板１の湿度と吸着水分量の直線的な関係の傾きに対し、この汚染物質が吸着した基板１の湿度と吸着水分量の関係の傾きが大きくなる。
【００４９】
また、疎水性の汚染物質が吸着し、表面性状が疎水性になった場合には、図７に示すように、表面１ａが清浄な状態の基板１の湿度と吸着水分量の直線的な関係の傾きに対し、この汚染物質が吸着した基板１の湿度と吸着水分量の関係の傾きが小さくなる。
【００５０】
このため、汚染の進行に応じて変化する湿度の変化量に対する吸着水分量の変化量の割合（傾き）の変化量を確認することによって、汚染の進行状況を捉えて表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。また、このように複数の湿度条件で吸着水分量を測定して傾きの変化量に基づいて汚染度を評価することで、一つの湿度条件で吸着水分量を測定し、この一つの湿度条件における吸着水分量の変化量に基づいて汚染度を評価する場合に生じる誤差を抑制することができ、より正確に表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。また、経時的に傾きの変化量を確認することで、汚染の進行状況を確認することが可能になる。なお、本実施形態においては、傾きの変化量を確認する方法であるため、少なくとも２つの湿度条件で測定を行うことにより、評価を行うことが可能である。
【００５１】
ついで、図８を参照し、本発明の第３実施形態に係る表面汚染度評価方法について説明する。
【００５２】
本実施形態は、第２実施形態と同様に、表面汚染度評価装置Ａの容器２の内部空気の湿度を湿度調整手段４によって変化させ、複数の湿度条件で基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量を測定する。
【００５３】
そして、湿度と吸着水分量の関係を求める。このとき、第２実施形態のように測定する湿度条件が２条件ではなく、３条件以上にすることで、湿度変化に対する吸着水分量の変化が直線性の高いものであるかどうか、また直線性からのずれを把握することができる。
【００５４】
例えば、図８に示すように、表面１ａの汚染の進行に従い、湿度と吸着水分量の関係性（直線性、あるいは直線性からのずれ）が変化する。
【００５５】
したがって、本実施形態の表面汚染度評価方法においては、この湿度と吸着水分量の関係が、直線性から変化することを捉えることによって（比例関係が成立しなくなることを捉えることによって）、さらに直線的な関係の吸着水分量に対する吸着水分量の変化量を確認することで、汚染の進行状況を捉え、基板１の表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。また、経時的に直線性からの変化量を捉えることで、確実に汚染の進行状況を確認することが可能になる。なお、本実施形態においては、直線的な関係からの変化を捉える方法であるため、３つ以上の湿度条件で測定することが望ましい。
【００５６】
以上、本発明に係る表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置の第１、第２及び第３実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、第１〜第３本実施形態では、表面汚染度評価装置Ａの水分計が赤外線水分計５であるものとし、この赤外線水分計５で表面１ａに吸着する吸着水分量を測定するものとしたが、本発明に係る水分計は、吸着水分量を測定することが可能であれば、赤外線水分計５に限定する必要はない。
【００５７】
また、第１〜第３実施形態では、本発明に係る被検体が半導体ウエハやガラス基板などの基板１であるものとして説明を行ったが、本発明は、基板表面１ａの汚染度評価への適用に限定されるものではなく、所定の清浄度を保持することが求められる全ての被検体に適用することが可能である。
【００５８】
さらに、第１〜第３実施形態では、表面汚染度評価装置Ａの容器２内に基板（被検体）１を収容して、この基板表面１ａの汚染度を評価するものとしたが、例えば半導体素子や液晶ディスプレイを製造する空間（クリーンルーム内や製造装置内）は温度、湿度ともに制御されているため、このような湿度環境が安定した室内であれば、被検体を容器２に入れる必要はなく、オープンな状態で評価することが可能である。
【実施例】
【００５９】
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００６０】
本実施例は、図１に示した汚染度評価装置Ａを用い、実際に液晶ガラス基板と半導体ウエハのそれぞれの基板１の表面１ａの吸着水分量を測定し、基板表面１ａの汚染度評価を行ったものである。
【００６１】
はじめに、液晶ガラス基板１の評価について説明する。
本実施例では、０．７ｍｍの厚さで形成した液晶ガラス基板１を用いるとともに、この液晶ガラス基板１の表面１ａの吸着水分量の測定に、反射式の赤外線水分計５（株式会社フジワーク製ＩＭ−３ＳＣＶ ＭＯＤＥＬ−１９００）を用いた。また、液晶ガラス基板表面１ａをエチルアルコールとヘキサンで交互に洗浄して清浄にし、この清浄な状態の液晶ガラス基板１を、容量が約２．３リットルの容器２の内部に収容して試験を行った。さらに、容器２内の温度を常時２０〜２１℃で保持し、試験開始前の段階では、湿度（相対湿度）が０．４〜０．５％の乾燥空気を１．０ＳＬＭの流量で供給し、容器２内の空気環境を乾燥状態にした。
【００６２】
そして、本実施例では、容器２内に液晶ガラス基板１を収容してから、１日後、３日後、４日後、７日後、９日後にそれぞれ湿度操作を行い、湿度を約０．５％から約８０％まで変化させて、赤外線水分計５の出力値（ＩＭ−Ｄ値（ｍＶ））の変化を測定した。このとき、乾燥空気製造装置４ａで製造した乾燥空気と、乾燥空気の一部を湿度調整装置４ｂの純水インピンジャーに導入して作った高湿度空気を混合して、混合空気（湿度調整空気）を１．０ＳＬＭの流量で容器２内に供給し、湿度を約０．５％から約８０％まで連続的に変化させるようにした。
【００６３】
図９は、上記の条件で行った試験結果であり、湿度に対するＩＭ−Ｄ値を示している。この結果から、液晶ガラス基板１では、全ての湿度条件において、洗浄後の経過日数とともにＩＭ−Ｄ値が上昇することが確認された。つまり、いずれの湿度で測定した場合においても、ＩＭ−Ｄ値は経過日数に応じて上昇することが認められ、容器２内の液晶ガラス基板１の表面１ａに、内部空気に含まれた汚染物質が吸着して、経時的に且つ継続的に汚染が進行することが確認された。
【００６４】
ついで、図１０は、湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量（△ＩＭ−Ｄ値）を示している。そして、この結果から、洗浄後の日数の経過とともに、ＩＭ−Ｄ値の変化量が減少することが確認された。特に７日後以降は、湿度の上昇に対する吸着水分量の変化が小さく、疎水性の汚染物質が液晶ガラス基板１の表面１ａに吸着し、この疎水性の汚染物質の影響が強く出ている。
【００６５】
これにより、本実施例において、液晶ガラス基板１の表面１ａは、１日後と３日後の間から汚染が進行し始め、日数が経過するとともに汚染が徐々に進行してゆくことが、ＩＭ−Ｄ値、すなわち吸着水分量の測定によって確認できる。そして、日数が経過するとともにＩＭ−Ｄ値の変化量が減少し、さらに直線性が崩れてゆくことから、液晶ガラス基板１には疎水性の汚染物質が吸着されて、表面性状が徐々に疎水性を強めるように変化することが確認できる。
【００６６】
よって、赤外線水分計５を用いて液晶ガラス基板１の表面１ａの吸着水分量を測定することができるとともに、このように吸着水分量を測定し、変化量や直線性の崩れを確認することで、汚染の進行を捉え、液晶ガラス基板１の表面汚染度の評価を行えることが実証された。
【００６７】
ここで、９日後の測定終了した段階で、容器２から液晶ガラス基板１を取り出し、室内にてさらに９日間暴露、放置した。そして、この液晶ガラス基板１を９日間の暴露後（１８日後）に乾燥空気を供給した容器２に戻し、その３日後（２１日後）に再測定を行ってみた。
【００６８】
この結果、図１１に示すように、室内空気の暴露により、湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量の応答が回復することが確認された。しかしながら、湿度とＩＭ−Ｄ値の変化量の関係においては、図１０の３日後と同様の曲線的な関係が維持されていた。このような湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量の応答性の回復は、液晶ガラス基板１の表面１ａの疎水性が回復したことを示唆している。一方で、直線関係からの変化の維持（曲線的な関係の維持）は、液晶ガラス基板１の表面１ａに汚染物質が残存していることを示唆する。そして、このように、湿度とＩＭ−Ｄ値の関係を詳細に調べることで、単に湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量の変化では捉えられない表面汚染の存在を把握することも可能になる。
【００６９】
ついで、半導体ウエハ１の評価について説明する。
本実施例では、ＣＺｐ型で、方位が１００、厚さが６２５±２５μｍの半導体ウエハ１を用いた。また、湿度操作を２日後、６日後、８日後に行っており、その他の条件は、液晶ガラス基板１の評価と同様にして試験を行った。
【００７０】
図１２は、湿度（相対湿度）に対するＩＭ−Ｄ値を示している。この結果から、半導体ウエハ１では、全ての湿度条件において、洗浄後の経過日数とともにＩＭ−Ｄ値が上昇することが確認された。つまり、いずれの湿度で測定した場合においても、ＩＭ−Ｄ値は経過日数に応じて上昇することが認められ、容器２内の半導体ウエハ１の表面１ａの汚染は、経時的に且つ継続的に進行することが確認された。また、２日後に対して６日後と８日後では低湿度域でＩＭ−Ｄ値の応答が低下した。
【００７１】
ついで、図１３は、湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量（△ＩＭ−Ｄ値）を示している。そして、この結果から、洗浄後の日数の経過とともに、ＩＭ−Ｄ値の変化量が減少することが確認された。特に６日後以降は、湿度の上昇に対する吸着水分量の変化が小さく、疎水性の汚染物質が液晶ガラス基板の表面に吸着し、この疎水性の汚染物質の影響が強くでている。また、２日後では、湿度とＩＭ−Ｄ値の変化量の関係がほぼ直線的な関係を示しているのに対し、６日後以降では、その直線性が崩れている。
【００７２】
よって、半導体ウエハ１に対しても、吸着水分量を測定し、変化量や直線性の崩れを確認することで、汚染の進行を捉え、表面汚染度の評価を行えることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る表面汚染度評価装置を示す図である。
【図２】湿度を一定にした状態における清浄な表面と親水性の汚染物質が吸着した表面の吸着水分量の違いを示す図である。
【図３】湿度を一定にした状態における清浄な表面と疎水性の汚染物質が吸着した表面の吸着水分量の違いを示す図である。
【図４】湿度を一定にした状態における清浄な表面と親水性の汚染物質が吸着した表面の見かけの吸着水分量の違いを示す図である。
【図５】湿度を一定にした状態における清浄な表面と疎水性の汚染物質が吸着した表面の見かけの吸着水分量の違いを示す図である。
【図６】清浄な表面と親水性の汚染物質が吸着した表面における湿度と吸着水分量の関係の傾きの違いを示す図である。
【図７】清浄な表面と疎水性の汚染物質が吸着した表面における湿度と吸着水分量の関係の傾きの違いを示す図である。
【図８】汚染の進行に伴う湿度と吸着水分量の関係の変化を示す図である。
【図９】実施例の液晶ガラス基板を用いた評価試験の結果を示した図であり、湿度に対するＩＭ−Ｄ値を示す図である。
【図１０】実施例の液晶ガラス基板を用いた評価試験の結果を示した図であり、湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量を示す図である。
【図１１】実施例の液晶ガラス基板を用いた評価試験の結果を示した図であり、洗浄２１日後の湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量を示す図である。
【図１２】実施例の半導体ウエハを用いた評価試験の結果を示した図であり、湿度に対するＩＭ−Ｄ値を示す図である。
【図１３】実施例の半導体ウエハを用いた評価試験の結果を示した図であり、湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 被検体（基板、液晶ガラス基板、半導体ウエハ）
１ａ 表面
２ 容器
２ａ 給気口
２ｂ 排気口
２ｃ 反射板
３ 湿度計
３ａ 湿度センサ
４ 湿度調整手段
４ａ 乾燥空気製造装置
４ｂ 湿度調整装置
５ 赤外線水分計（水分計）
５ａ 光ファイバケーブル
６ 処理装置
Ａ 表面汚染度評価装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の清浄度を保持することが求められる例えば半導体ウエハやガラス基板などの被検体に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる被検体の表面の汚染度を評価するための表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子や液晶ディスプレイなどを製造する際に、クリーンルームや保管庫の空気中の化学物質等（汚染物質）が半導体ウエハやガラス基板（基板、被検体）の表面に吸着し、リーク電流の増大や絶縁耐圧の低下など電気的特性に悪影響を及ぼすことが知られている。このため、半導体素子や液晶ディスプレイなどの製造プロセスでは、製品不良発生による歩留まりの低下や製品の信頼性の低下を阻止するために、基板表面の汚染度評価を行っている。
【０００３】
そして、この基板表面の汚染度を評価する際には、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ）、表面洗浄法、拭き取り法などが用いられている。
【０００４】
昇温脱離ガス分析法は、密閉容器内に基板を収容するとともに昇温して基板表面に吸着した汚染物質を脱離させ、脱離ガス中の汚染物質をガスクロマトグラフ（ＧＣ）や質量分析装置（マススペクトル装置（ＭＳ））で同定、定量することによって、基板表面の汚染度評価を行う方法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
表面洗浄法は、基板表面を有機溶媒や純水で洗浄し、洗浄液中の汚染物質をＧＣやＭＳ、イオンクロマトグラフ（ＩＣ）で同定、定量することによって、基板表面の汚染度評価を行う方法である。
【０００６】
また、拭き取り法は、基板表面を不織布や石英ウールなどで拭き取った後、有機溶媒で不織布や石英ウールなどから汚染物質を溶出させ、溶出液中の汚染物質をＧＣやＭＳ、ＩＣで同定、定量することによって、基板表面の汚染度評価を行う方法である。
【０００７】
このように、これらの汚染度評価方法は、いずれもＧＣやＭＳなどの高価な分析装置を必要とする。また、他の汚染度評価方法として、フーリエ変換型赤外分光装置（ＦＴ−ＩＲ）などを用いた光学的な方法や、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いた方法の開発も進められているが、やはり高価な装置が必要になる。
【０００８】
一方、基板表面に純水などの液滴を滴下し、液滴の接触角を測定することによって、基板表面の汚染度評価を行う方法がある（例えば、特許文献２参照）。この汚染度評価方法は、拡大鏡などを用いて液滴を拡大し、基板表面の汚染物質の吸着量が増加するに従って変化する液滴の接触角を液滴の拡大像から測定することによって、基板表面の汚染度を評価する方法である。このため、ＧＣやＭＳなどの高価な装置を用いることなく、簡便に基板表面の汚染度を評価することが可能である。
【特許文献１】特開２００６−３３７０３１号公報
【特許文献２】特開平８−３３８８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の液滴の接触角を測定する方法においては、例えば表面に吸着した汚染物質の性質、すなわち汚染物質が親水性か、疎水性か、さらに親水性の汚染物質と疎水性の汚染物質の割合などによって接触角が変わってしまう。このため、正確に基板表面の汚染度を評価することが難しいという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、吸着した汚染物質の性質などによって被検体の表面性状が変化する場合においても、表面汚染度を評価することが可能な表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１２】
本発明の表面汚染度評価方法は、所定の清浄度を保持することが求められる被検体に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる前記被検体の表面の汚染度を評価する表面汚染度評価方法であって、前記空気中の水蒸気が吸着することによる前記表面の吸着水分量を測定し、該吸着水分量に基づいて前記表面の汚染度を評価することを特徴とする。
【００１３】
この発明においては、被検体の表面に汚染物質が吸着すると、表面の物理化学的性質（表面性状）が変化し、表面の吸着水分量が汚染物質の吸着量に応じて変化するため、この表面の吸着水分量を測定することで、表面の汚染度を評価することが可能になる。すなわち、清浄な状態の表面に吸着する吸着水分量に対し、親水性の汚染物質が吸着した場合には吸着水分量が増加し、疎水性の汚染物質が吸着した場合には吸着水分量が減少する。このため、被検体の表面に吸着した汚染物質によって表面性状が変化した場合においても、表面の吸着水分量を測定し、この吸着水分量の変化量（増減量）に基づいて、汚染の進行状況を確認することが可能になり、従来の液滴の接触角を測定する方法に対し比較的正確に表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００１４】
また、本発明の表面汚染度評価方法においては、前記空気の湿度を一定にして前記表面の吸着水分量を測定し、基準の被検体の表面に吸着した吸着水分量との差に基づいて前記被検体の表面の汚染度を評価することが望ましい。
【００１５】
この発明においては、空気の湿度を一定にした状態で、この湿度に応じて被検体の表面に吸着する吸着水分量を測定し、基準の被検体の吸着水分量と、汚染度の評価を行う被検体の吸着水分量との差（変化量）を確認することによって、確実に汚染の進行状況を捉えて表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００１６】
さらに、本発明の表面汚染度評価方法においては、前記空気の湿度を変化させ、複数の湿度条件で前記表面の吸着水分量を測定して前記湿度の変化量に対する前記吸着水分量の変化量の割合を求め、基準の被検体の前記湿度の変化量に対する前記吸着水分量の変化量の割合との差に基づいて前記被検体の表面の汚染度を評価することがより望ましい。
【００１７】
この発明においては、複数の湿度条件で表面の吸着水分量を測定し、基準の被検体の湿度の変化量に対する吸着水分量の変化量の割合と、汚染度の評価を行う被検体の前記割合との差（変化量）を確認することによって、より正確に汚染の進行状況を捉えて表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００１８】
すなわち、表面が清浄な状態である場合や表面に吸着した汚染物質の吸着量が少ない場合には、湿度を変化させると表面に吸着する吸着水分量が変化する。このとき、湿度が高くなると吸着水分量も増加する単調増加の関係があり、異なる湿度条件における吸着水分量を測定することで湿度の変化量に対する吸着水分量の変化量の割合が得られる。そして、この湿度に対する吸着水分量の変化の割合は、汚染の進行により変化するので、この割合を確認することによって、汚染の進行状況を捉えて表面の汚染度を評価することが可能になる。また、このように複数の湿度条件で吸着水分量を測定し、吸着水分量の変化量の割合に基づいて汚染度を評価する場合には、一つの湿度条件で吸着水分量を測定し、この一つの湿度条件における吸着水分量の変化量に基づいて汚染度を評価する場合と比較し、より正確に表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００１９】
また、本発明の表面汚染度評価方法においては、前記空気の湿度を変化させ、複数の湿度条件で前記表面の吸着水分量を測定して前記湿度と前記吸着水分量の関係を求め、該関係が直線的な関係となる基準の被検体に対し、該関係からの変化を捉えて前記被検体の表面の汚染度を評価することがさらに望ましい。
【００２０】
この発明においては、複数の湿度条件で表面の吸着水分量を測定し、基準の被検体の湿度と吸着水分量の直線的な関係が崩れることを確認することで、汚染の進行状況を捉えて表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００２１】
すなわち、表面に吸着した汚染物質の吸着量が多くなるに従い（汚染の進行に従い）、湿度と吸着水分量の直線的な関係（直線性）が崩れ、湿度と吸着水分量の関係が曲線的な関係に変化する。このため、この直線性からの変化を捉えることによって（直線的な関係が成立しなくなることを捉えることによって）、さらに直線的な関係の吸着水分量に対する吸着水分量の変化量を確認することで、確実に汚染の進行状況を捉え、被検体の表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００２２】
さらに、本発明の表面汚染度評価方法においては、赤外線水分計を用いて前記吸着水分量を測定することが望ましい。
【００２３】
この発明においては、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）や質量分析装置（ＭＳ）などの高価な装置ではなく、比較的安価で取扱いが容易な赤外線水分計を用いて表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００２４】
また、このように赤外線水分計を用いる場合には、水分に吸収される例えば１．９２〜１．９５μｍの特定吸収波長で吸着水分量を測定することができる。そして、この特定吸収波長は、例えば半導体素子や液晶ディスプレイなどを製造する際に、クリーンルームや保管庫の空気中に存在するアルコール類やヒドロキシカルボン酸などの有機化合物（汚染物質）の水酸基（ＯＨ）、アミノ基（ＮＨ２）の特定吸収波長と近い。このため、被検体の表面の吸着水分量を測定した際には、実際の吸着水分量に、表面に吸着した汚染物質の水酸基やアミノ基を合わせた見かけの吸着水分量として測定され得る。これにより、吸着水分量だけを検出する場合よりも吸着した汚染物質に関する情報を含んだ測定結果が得られるため、この見かけの吸着水分量によって汚染状況をより詳細に評価することも可能になる。
【００２５】
本発明の表面汚染度評価装置は、所定の清浄度を保持することが求められる被検体に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる前記被検体の表面の汚染度を評価するための表面汚染度評価装置であって、前記被検体を収容する容器と、該容器内の湿度を調整する湿度調整手段と、前記容器に収容した前記被検体の表面の吸着水分量を測定する水分計とを備えて構成されていることを特徴とする。
【００２６】
この発明においては、上記の本発明の表面汚染度評価方法と同様の効果を得ることが可能である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置によれば、従来の液滴の接触角を測定する方法と比較し、被検体の表面に吸着した汚染物質によって表面性状が変化した場合においても、表面性状の変化に応じて表面に吸着する吸着水分量を測定し、この吸着水分量の変化量（増減量）を捉えることで、汚染の進行状況を確認することが可能になり、表面の汚染度を評価することが可能になる。
【００２８】
また、このように表面の吸着水分量を測定して表面の汚染度を評価できることにより、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）や質量分析装置（ＭＳ）などの高価な装置を用いる必要がなく、簡便に表面の汚染度を評価することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図１から図５を参照し、本発明の第１実施形態に係る表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置について説明する。本実施形態では、所定の清浄度を保持することが求められる半導体ウエハや液晶ディスプレイのガラス基板の基板（被検体）表面の汚染度を評価するものとして説明を行う。
【００３０】
本実施形態の表面汚染度評価装置Ａは、図１に示すように、基板（被検体）１を収容する容器２と、容器２内に湿度センサ３ａを配置して容器２内の湿度を計測する湿度計３と、容器２内の湿度（相対湿度）を調整する湿度調整手段４と、容器２に収容した基板１の表面１ａに吸着された吸着水分量を測定する赤外線水分計（水分計）５と、湿度計３及び赤外線水分計５の測定値を記録して処理するパソコンなどの処理装置６とを備えて構成されている。
【００３１】
容器２には、湿度調整手段４が繋がり、この湿度調整手段４から送気された湿度調整空気を内部に取り込むための給気口２ａと、内部空気を外部に排出するための排気口２ｂとを備えて形成されている。また、容器２内に収容した基板１がその表面１ａを上方に向けて載置される反射板２ｃが内部に設けられている。
【００３２】
湿度調整手段４は、乾燥空気製造装置４ａと湿度調整装置４ｂとを備え、乾燥空気製造装置４ａで製造した乾燥空気を湿度調整装置４ｂに送気し、この湿度調整装置４ｂで所望の湿度に調整した湿度調整空気を給気口２ａから容器２内に供給するように構成されている。
【００３３】
赤外線水分計５は、光ファイバケーブル５ａが外側から容器２の内部に延設され、この光ファイバケーブル５ａの先端から基板１の表面１ａに赤外線を照射するように設けられている。また、この赤外線水分計５は、水分に吸収されやすい例えば１．９２〜１．９５μｍの波長の水分吸収波長光と、水分の影響を受けにくい例えば１．８０μｍの波長と例えば２．１０μｍの波長の参照波長光とをそれぞれ交互に基板１の表面１ａに照射し、これらの反射光を受光して、含水率に対応した水分計出力値（ＩＭ−Ｄ値（ｍＶ））を処理装置６に出力する。そして、処理装置６によってＩＭ−Ｄ値から基板１の表面１ａの吸着水分量が算出される。ちなみに、参照波長光は、基板１の表面１ａの色調などの影響を除いて安定した測定を行うために照射される。
【００３４】
ついで、上記構成からなる表面汚染度評価装置Ａを用いて基板１の表面１ａの汚染度を評価する方法について説明するとともに、本実施形態の表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置Ａの作用及び効果について説明する。
【００３５】
本実施形態においては、表面汚染度評価装置Ａの容器２の内部空気（空気）の湿度を湿度調整手段４によって一定に保持する。これにより、この一定の湿度条件に応じて内部空気中の水蒸気が反射板２ｃ上に設置した基板１の表面１ａに吸着し、この基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量を赤外線水分計５によって測定する。
【００３６】
このとき、清浄な状態の基板（基準の被検体）１の表面１ａに吸着する吸着水分量に対し、基板１の表面１ａに汚染物質が吸着した場合には、汚染物質の吸着量に応じて表面性状が変化し、湿度を一定に保持した場合においてもこの基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量が増減する。
【００３７】
すなわち、親水性の汚染物質が吸着し、表面性状が親水性になった場合には、図２に示すように、清浄な状態の表面（清浄面）１ａに吸着する吸着水分量に対して吸着水分量が増加し、疎水性の汚染物質が吸着して表面性状が疎水性になった場合には、図３に示すように、清浄面１ａに吸着する吸着水分量に対して吸着水分量が減少する。また、このような吸着水分量の増減量（変化量）は、基板１の表面１ａに吸着する汚染物質の吸着量などに応じて変化する。
【００３８】
このため、湿度を一定にした状態で、この湿度に応じて基板表面１ａに吸着する吸着水分量を測定し、清浄な状態の基板の表面１ａに吸着した吸着水分量と、汚染度の評価を行う基板１の表面１ａに吸着した吸着水分量との差（変化量）を確認することで、表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。
【００３９】
また、半導体素子や液晶ディスプレイを製造する際には、半導体ウエハや液晶ガラス基板（基板１）が多くの製造工程を経て完成品に至る。そして、各製造工程を行うクリーンルームや、一時的に基板１を保管する保管庫（ストッカー）の空気中の化学物質等（汚染物質）が基板１の表面１ａに吸着し、基板１の表面１ａが汚染される。
【００４０】
このため、清浄な状態の基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量を測定し、製造工程を経た段階で（例えば各製造工程の完了後毎に）、同一基板１の表面に吸着する吸着水分量を測定して、清浄な状態の基板表面１ａの吸着水分量と製造工程後の基板表面１ａの吸着水分量との差（変化量）、あるいは前工程における基板（基準の被検体）表面１ａの吸着水分量と後工程における基板（被検体）表面１ａの吸着水分量との差（変化量）を確認することで、汚染の進行状況を確認することが可能になる。
【００４１】
したがって、本実施形態の表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置Ａにおいては、基板１の表面１ａに吸着した汚染物質によって表面性状が変化した場合においても、空気の湿度を一定にした状態で、この湿度に応じて基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量を測定し、基準の基板１の吸着水分量と、汚染度の評価を行う基板１の吸着水分量との差を確認することによって（吸着水分量の変化量に基づいて）、確実に汚染の進行状況を捉えて、従来の液滴の接触角を測定する方法に対し比較的正確に表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。
【００４２】
さらに、比較的安価で取扱いが容易な赤外線水分計５を用いて表面１ａの汚染度を評価することが可能になるため、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）や質量分析装置（ＭＳ）などの高価な装置を用いる必要がなく、簡便に表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。
【００４３】
ここで、このように赤外線水分計５を用いる場合には、水分に吸収される例えば１．９２〜１．９５μｍの特定吸収波長で吸着水分量を測定することができる。そして、この特定吸収波長は、半導体素子や液晶ディスプレイなどを製造する際に、クリーンルームや保管庫の空気中に存在するアルコール類やヒドロキシカルボン酸などの有機化合物（汚染物質）の水酸基（ＯＨ）、アミノ基（ＮＨ２）の特定吸収波長と近い。このため、基板１の表面１ａの吸着水分量を測定した際には、図４（親水性の汚染物質が表面１ａに吸着した場合）及び図５（疎水性の汚染物質が表面１ａに吸着した場合）に示すように、実際の吸着水分量に、表面１ａに吸着した汚染物質の水酸基やアミノ基を合わせた見かけの吸着水分量として測定され得る。これにより、吸着水分量だけを検出する場合よりも吸着した汚染物質に関する情報を含んだ測定結果が得られる。そして、半導体素子や液晶ディスプレイを製造するクリーンルームや保管庫のように空気中の汚染物質の種類、濃度などが既知である場合には、一定湿度条件における表面１ａに吸着する吸着水分量と汚染物質の吸着量の関係を予め求めておくことで、このような見掛けの吸着水分量から汚染状況をより詳細に評価することも可能になる。
【００４４】
ついで、図６及び図７を参照し、本発明の第２実施形態に係る表面汚染度評価方法について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様に、表面汚染度評価装置Ａを用いて、所定の清浄度を保持することが求められる半導体ウエハや液晶ディスプレイのガラス基板の基板（被検体）表面の汚染度を評価するものとして説明を行う。
【００４５】
ここで、第１実施形態のように、湿度を一定にした状態で測定した基準の基板１の吸着水分量と、汚染度の評価を行う基板１の吸着水分量との差を確認して表面１ａの汚染度を評価する場合には、基板の設置状態や赤外線水分計の例えば電圧などの変化で測定値（ＩＭ−Ｄ値、吸着水分量）全体が上下にシフトしたり、赤外線水分計の特性上時間とともにベースラインが変動するなどして、誤差が生じる場合がある。
【００４６】
これに対し、本実施形態の表面汚染度評価方法では、表面汚染度評価装置Ａの容器２の内部空気（空気）の湿度を湿度調整手段４によって変化させ、複数の湿度条件で基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量を測定する。
【００４７】
そして、表面１ａが清浄な状態である場合や、表面１ａに吸着した汚染物質の吸着量が少ない場合には、湿度を変化させると表面１ａに吸着する吸着水分量が変化し、このとき、湿度と吸着水分量の関係を直線回帰して求めることができる。すなわち、表面１ａが清浄な状態である場合や、汚染物質の吸着量が少ない場合には、湿度と吸着水分量の関係が直線的な関係となる。
【００４８】
そして、親水性の汚染物質が吸着し、表面性状が親水性になった場合には、図６に示すように、表面１ａが清浄な状態の基板（基準の被検体）１の湿度の変化量に対する吸着水分量の変化量の割合、すなわち表面１ａが清浄な状態の基板１の湿度と吸着水分量の直線的な関係の傾きに対し、この汚染物質が吸着した基板１の湿度と吸着水分量の関係の傾きが大きくなる。
【００４９】
また、疎水性の汚染物質が吸着し、表面性状が疎水性になった場合には、図７に示すように、表面１ａが清浄な状態の基板１の湿度と吸着水分量の直線的な関係の傾きに対し、この汚染物質が吸着した基板１の湿度と吸着水分量の関係の傾きが小さくなる。
【００５０】
このため、汚染の進行に応じて変化する湿度の変化量に対する吸着水分量の変化量の割合（傾き）の変化量を確認することによって、汚染の進行状況を捉えて表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。また、このように複数の湿度条件で吸着水分量を測定して傾きの変化量に基づいて汚染度を評価することで、一つの湿度条件で吸着水分量を測定し、この一つの湿度条件における吸着水分量の変化量に基づいて汚染度を評価する場合に生じる誤差を抑制することができ、より正確に表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。また、経時的に傾きの変化量を確認することで、汚染の進行状況を確認することが可能になる。なお、本実施形態においては、傾きの変化量を確認する方法であるため、少なくとも２つの湿度条件で測定を行うことにより、評価を行うことが可能である。
【００５１】
ついで、図８を参照し、本発明の第３実施形態に係る表面汚染度評価方法について説明する。
【００５２】
本実施形態は、第２実施形態と同様に、表面汚染度評価装置Ａの容器２の内部空気の湿度を湿度調整手段４によって変化させ、複数の湿度条件で基板１の表面１ａに吸着する吸着水分量を測定する。
【００５３】
そして、湿度と吸着水分量の関係を求める。このとき、第２実施形態のように測定する湿度条件が２条件ではなく、３条件以上にすることで、湿度変化に対する吸着水分量の変化が直線性の高いものであるかどうか、また直線性からのずれを把握することができる。
【００５４】
例えば、図８に示すように、表面１ａの汚染の進行に従い、湿度と吸着水分量の関係性（直線性、あるいは直線性からのずれ）が変化する。
【００５５】
したがって、本実施形態の表面汚染度評価方法においては、この湿度と吸着水分量の関係が、直線性から変化することを捉えることによって（比例関係が成立しなくなることを捉えることによって）、さらに直線的な関係の吸着水分量に対する吸着水分量の変化量を確認することで、汚染の進行状況を捉え、基板１の表面１ａの汚染度を評価することが可能になる。また、経時的に直線性からの変化量を捉えることで、確実に汚染の進行状況を確認することが可能になる。なお、本実施形態においては、直線的な関係からの変化を捉える方法であるため、３つ以上の湿度条件で測定することが望ましい。
【００５６】
以上、本発明に係る表面汚染度評価方法及び表面汚染度評価装置の第１、第２及び第３実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、第１〜第３本実施形態では、表面汚染度評価装置Ａの水分計が赤外線水分計５であるものとし、この赤外線水分計５で表面１ａに吸着する吸着水分量を測定するものとしたが、本発明に係る水分計は、吸着水分量を測定することが可能であれば、赤外線水分計５に限定する必要はない。
【００５７】
また、第１〜第３実施形態では、本発明に係る被検体が半導体ウエハやガラス基板などの基板１であるものとして説明を行ったが、本発明は、基板表面１ａの汚染度評価への適用に限定されるものではなく、所定の清浄度を保持することが求められる全ての被検体に適用することが可能である。
【００５８】
さらに、第１〜第３実施形態では、表面汚染度評価装置Ａの容器２内に基板（被検体）１を収容して、この基板表面１ａの汚染度を評価するものとしたが、例えば半導体素子や液晶ディスプレイを製造する空間（クリーンルーム内や製造装置内）は温度、湿度ともに制御されているため、このような湿度環境が安定した室内であれば、被検体を容器２に入れる必要はなく、オープンな状態で評価することが可能である。
【実施例】
【００５９】
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００６０】
本実施例は、図１に示した汚染度評価装置Ａを用い、実際に液晶ガラス基板と半導体ウエハのそれぞれの基板１の表面１ａの吸着水分量を測定し、基板表面１ａの汚染度評価を行ったものである。
【００６１】
はじめに、液晶ガラス基板１の評価について説明する。
本実施例では、０．７ｍｍの厚さで形成した液晶ガラス基板１を用いるとともに、この液晶ガラス基板１の表面１ａの吸着水分量の測定に、反射式の赤外線水分計５（株式会社フジワーク製ＩＭ−３ＳＣＶ ＭＯＤＥＬ−１９００）を用いた。また、液晶ガラス基板表面１ａをエチルアルコールとヘキサンで交互に洗浄して清浄にし、この清浄な状態の液晶ガラス基板１を、容量が約２．３リットルの容器２の内部に収容して試験を行った。さらに、容器２内の温度を常時２０〜２１℃で保持し、試験開始前の段階では、湿度（相対湿度）が０．４〜０．５％の乾燥空気を１．０ＳＬＭの流量で供給し、容器２内の空気環境を乾燥状態にした。
【００６２】
そして、本実施例では、容器２内に液晶ガラス基板１を収容してから、１日後、３日後、４日後、７日後、９日後にそれぞれ湿度操作を行い、湿度を約０．５％から約８０％まで変化させて、赤外線水分計５の出力値（ＩＭ−Ｄ値（ｍＶ））の変化を測定した。このとき、乾燥空気製造装置４ａで製造した乾燥空気と、乾燥空気の一部を湿度調整装置４ｂの純水インピンジャーに導入して作った高湿度空気を混合して、混合空気（湿度調整空気）を１．０ＳＬＭの流量で容器２内に供給し、湿度を約０．５％から約８０％まで連続的に変化させるようにした。
【００６３】
図９は、上記の条件で行った試験結果であり、湿度に対するＩＭ−Ｄ値を示している。この結果から、液晶ガラス基板１では、全ての湿度条件において、洗浄後の経過日数とともにＩＭ−Ｄ値が上昇することが確認された。つまり、いずれの湿度で測定した場合においても、ＩＭ−Ｄ値は経過日数に応じて上昇することが認められ、容器２内の液晶ガラス基板１の表面１ａに、内部空気に含まれた汚染物質が吸着して、経時的に且つ継続的に汚染が進行することが確認された。
【００６４】
ついで、図１０は、湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量（△ＩＭ−Ｄ値）を示している。そして、この結果から、洗浄後の日数の経過とともに、ＩＭ−Ｄ値の変化量が減少することが確認された。特に７日後以降は、湿度の上昇に対する吸着水分量の変化が小さく、疎水性の汚染物質が液晶ガラス基板１の表面１ａに吸着し、この疎水性の汚染物質の影響が強く出ている。
【００６５】
これにより、本実施例において、液晶ガラス基板１の表面１ａは、１日後と３日後の間から汚染が進行し始め、日数が経過するとともに汚染が徐々に進行してゆくことが、ＩＭ−Ｄ値、すなわち吸着水分量の測定によって確認できる。そして、日数が経過するとともにＩＭ−Ｄ値の変化量が減少し、さらに直線性が崩れてゆくことから、液晶ガラス基板１には疎水性の汚染物質が吸着されて、表面性状が徐々に疎水性を強めるように変化することが確認できる。
【００６６】
よって、赤外線水分計５を用いて液晶ガラス基板１の表面１ａの吸着水分量を測定することができるとともに、このように吸着水分量を測定し、変化量や直線性の崩れを確認することで、汚染の進行を捉え、液晶ガラス基板１の表面汚染度の評価を行えることが実証された。
【００６７】
ここで、９日後の測定終了した段階で、容器２から液晶ガラス基板１を取り出し、室内にてさらに９日間暴露、放置した。そして、この液晶ガラス基板１を９日間の暴露後（１８日後）に乾燥空気を供給した容器２に戻し、その３日後（２１日後）に再測定を行ってみた。
【００６８】
この結果、図１１に示すように、室内空気の暴露により、湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量の応答が回復することが確認された。しかしながら、湿度とＩＭ−Ｄ値の変化量の関係においては、図１０の３日後と同様の曲線的な関係が維持されていた。このような湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量の応答性の回復は、液晶ガラス基板１の表面１ａの疎水性が回復したことを示唆している。一方で、直線関係からの変化の維持（曲線的な関係の維持）は、液晶ガラス基板１の表面１ａに汚染物質が残存していることを示唆する。そして、このように、湿度とＩＭ−Ｄ値の関係を詳細に調べることで、単に湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量の変化では捉えられない表面汚染の存在を把握することも可能になる。
【００６９】
ついで、半導体ウエハ１の評価について説明する。
本実施例では、ＣＺｐ型で、方位が１００、厚さが６２５±２５μｍの半導体ウエハ１を用いた。また、湿度操作を２日後、６日後、８日後に行っており、その他の条件は、液晶ガラス基板１の評価と同様にして試験を行った。
【００７０】
図１２は、湿度（相対湿度）に対するＩＭ−Ｄ値を示している。この結果から、半導体ウエハ１では、全ての湿度条件において、洗浄後の経過日数とともにＩＭ−Ｄ値が上昇することが確認された。つまり、いずれの湿度で測定した場合においても、ＩＭ−Ｄ値は経過日数に応じて上昇することが認められ、容器２内の半導体ウエハ１の表面１ａの汚染は、経時的に且つ継続的に進行することが確認された。また、２日後に対して６日後と８日後では低湿度域でＩＭ−Ｄ値の応答が低下した。
【００７１】
ついで、図１３は、湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量（△ＩＭ−Ｄ値）を示している。そして、この結果から、洗浄後の日数の経過とともに、ＩＭ−Ｄ値の変化量が減少することが確認された。特に６日後以降は、湿度の上昇に対する吸着水分量の変化が小さく、疎水性の汚染物質が液晶ガラス基板の表面に吸着し、この疎水性の汚染物質の影響が強くでている。また、２日後では、湿度とＩＭ−Ｄ値の変化量の関係がほぼ直線的な関係を示しているのに対し、６日後以降では、その直線性が崩れている。
【００７２】
よって、半導体ウエハ１に対しても、吸着水分量を測定し、変化量や直線性の崩れを確認することで、汚染の進行を捉え、表面汚染度の評価を行えることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る表面汚染度評価装置を示す図である。
【図２】湿度を一定にした状態における清浄な表面と親水性の汚染物質が吸着した表面の吸着水分量の違いを示す図である。
【図３】湿度を一定にした状態における清浄な表面と疎水性の汚染物質が吸着した表面の吸着水分量の違いを示す図である。
【図４】湿度を一定にした状態における清浄な表面と親水性の汚染物質が吸着した表面の見かけの吸着水分量の違いを示す図である。
【図５】湿度を一定にした状態における清浄な表面と疎水性の汚染物質が吸着した表面の見かけの吸着水分量の違いを示す図である。
【図６】清浄な表面と親水性の汚染物質が吸着した表面における湿度と吸着水分量の関係の傾きの違いを示す図である。
【図７】清浄な表面と疎水性の汚染物質が吸着した表面における湿度と吸着水分量の関係の傾きの違いを示す図である。
【図８】汚染の進行に伴う湿度と吸着水分量の関係の変化を示す図である。
【図９】実施例の液晶ガラス基板を用いた評価試験の結果を示した図であり、湿度に対するＩＭ−Ｄ値を示す図である。
【図１０】実施例の液晶ガラス基板を用いた評価試験の結果を示した図であり、湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量を示す図である。
【図１１】実施例の液晶ガラス基板を用いた評価試験の結果を示した図であり、洗浄２１日後の湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量を示す図である。
【図１２】実施例の半導体ウエハを用いた評価試験の結果を示した図であり、湿度に対するＩＭ−Ｄ値を示す図である。
【図１３】実施例の半導体ウエハを用いた評価試験の結果を示した図であり、湿度に対するＩＭ−Ｄ値の変化量を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 被検体（基板、液晶ガラス基板、半導体ウエハ）
１ａ 表面
２ 容器
２ａ 給気口
２ｂ 排気口
２ｃ 反射板
３ 湿度計
３ａ 湿度センサ
４ 湿度調整手段
４ａ 乾燥空気製造装置
４ｂ 湿度調整装置
５ 赤外線水分計（水分計）
５ａ 光ファイバケーブル
６ 処理装置
Ａ 表面汚染度評価装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の清浄度を保持することが求められる被検体に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる前記被検体の表面の汚染度を評価する表面汚染度評価方法であって、
前記空気中の水蒸気が吸着することによる前記表面の吸着水分量を測定し、該吸着水分量に基づいて前記表面の汚染度を評価することを特徴とする表面汚染度評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の表面汚染度評価方法において、
前記空気の湿度を一定にして前記表面の吸着水分量を測定し、基準の被検体の表面に吸着した吸着水分量との差に基づいて前記被検体の表面の汚染度を評価することを特徴とする表面汚染度評価方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の表面汚染度評価方法において、
前記空気の湿度を変化させ、複数の湿度条件で前記表面の吸着水分量を測定して前記湿度の変化量に対する前記吸着水分量の変化量の割合を求め、基準の被検体の前記湿度の変化量に対する前記吸着水分量の変化量の割合との差に基づいて前記被検体の表面の汚染度を評価することを特徴とする表面汚染度評価方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の表面汚染度評価方法において、
前記空気の湿度を変化させ、複数の湿度条件で前記表面の吸着水分量を測定して前記湿度と前記吸着水分量の関係を求め、該関係が直線的な関係となる基準の被検体に対し、該関係からの変化を捉えて前記被検体の表面の汚染度を評価することを特徴とする表面汚染度評価方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の表面汚染度評価方法において、
赤外線水分計を用いて前記吸着水分量を測定することを特徴とする表面汚染度評価方法。
【請求項６】
所定の清浄度を保持することが求められる被検体に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる前記被検体の表面の汚染度を評価するための表面汚染度評価装置であって、
前記被検体を収容する容器と、該容器内の湿度を調整する湿度調整手段と、前記容器に収容した前記被検体の表面の吸着水分量を測定する水分計とを備えて構成されていることを特徴とする表面汚染度評価装置。
【請求項１】
所定の清浄度を保持することが求められる被検体に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる前記被検体の表面の汚染度を評価する表面汚染度評価方法であって、
前記空気中の水蒸気が吸着することによる前記表面の吸着水分量を測定し、該吸着水分量に基づいて前記表面の汚染度を評価することを特徴とする表面汚染度評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の表面汚染度評価方法において、
前記空気の湿度を一定にして前記表面の吸着水分量を測定し、基準の被検体の表面に吸着した吸着水分量との差に基づいて前記被検体の表面の汚染度を評価することを特徴とする表面汚染度評価方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の表面汚染度評価方法において、
前記空気の湿度を変化させ、複数の湿度条件で前記表面の吸着水分量を測定して前記湿度の変化量に対する前記吸着水分量の変化量の割合を求め、基準の被検体の前記湿度の変化量に対する前記吸着水分量の変化量の割合との差に基づいて前記被検体の表面の汚染度を評価することを特徴とする表面汚染度評価方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の表面汚染度評価方法において、
前記空気の湿度を変化させ、複数の湿度条件で前記表面の吸着水分量を測定して前記湿度と前記吸着水分量の関係を求め、該関係が直線的な関係となる基準の被検体に対し、該関係からの変化を捉えて前記被検体の表面の汚染度を評価することを特徴とする表面汚染度評価方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の表面汚染度評価方法において、
赤外線水分計を用いて前記吸着水分量を測定することを特徴とする表面汚染度評価方法。
【請求項６】
所定の清浄度を保持することが求められる被検体に対し、空気中の汚染物質が吸着することによる前記被検体の表面の汚染度を評価するための表面汚染度評価装置であって、
前記被検体を収容する容器と、該容器内の湿度を調整する湿度調整手段と、前記容器に収容した前記被検体の表面の吸着水分量を測定する水分計とを備えて構成されていることを特徴とする表面汚染度評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１６２６０９（Ｐ２００９−１６２６０９Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４２９（Ｐ２００８−４２９）
【出願日】平成２０年１月７日（２００８．１．７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００７年７月３１日 社団法人 日本建築学会発行の「２００７年度大会（九州）学術講演梗概集 Ｄ−２分冊」に発表
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月７日（２００８．１．７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００７年７月３１日 社団法人 日本建築学会発行の「２００７年度大会（九州）学術講演梗概集 Ｄ−２分冊」に発表
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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