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ポラリオンライトとシリコンウエハで落下塵を「見える化」する

ポラリオンライトとゴミを映す魔法の鏡
ポラリオン+シリコンウエハで
ゴミの確認能力が大幅アップ
ポラリオンライトを使って付着塵、落下塵を見る場合、ワークによっては見えにくいものがあります。ポラリオンライトは平で凹凸物がないワークでは視認性が大変良いのですが、表面形状がでこぼこしていたり、突起物などがあるとそこで強い反射が起こり眩しくて付着しているゴミ・ホコリの確認が難しくなるからです。

そこで、もっとも視認性の良い物質をサンプル収集台として、ポラリオンライトと組合わせることにより、常にベストコンディションで工程内の落下塵を確認する方法を考案しました。このツールを使えば、ポラリオンライトを最高によく見える状態で、ゴミを見ることができます!言わば、「ポラリオンライトとゴミを映す魔法の鏡」といったところでしょうか。そのツールの名前はシリコンウエハと言います。
【こんなメリットがあります】
  • シリコンウエハという同じ物質を使用するので、測定・観察の条件を一定にすることができ、ばらつきが少なくなります。
  • 一度使ったシリコンウエハはクリーンワイパーなどでクリーンナップできるので何度でも使用できて、測定のランニングコストはほとんどかかりません。
  • 従来では分かりにくかった、特定の装置、プロセスごとのゴミの付着を確認できます。
  • 写真撮影など、エビデンスを残すことができます。
シリコンウエハとは?
半導体チップの原材料となる基板で、インゴットと呼ばれる高純度のケイ素を薄い円盤状に加工したもの。その上に極微細加工を施すために、ラッピング、ポリッシングといった研磨工程を重ね、鏡面に仕上げます。世の中にあるものでもっとも平らなものだと考えていいでしょう。落下塵の確認用途としては大学研究用などに市販されている4インチウエハ(100φ)が安価であり、ハンドリングも容易です。もっとも従来は落下塵確認用途というのは存在しませんが・・・。
※接着剤などに使用されるシリコーンとは全く別のものです。
☆従来は粘着シートをシャーレに入れたものなどが同様の目的で使用されていました。視認性は直接比較したことはありませんが、2桁ぐらいは見えやすくなったと思います。
シリコンウエハの使い方
【シリコンウエハでゴミを確認するための手順】
  • 簡易タイプでよいのでクリーンベンチを用意します。そうしなければ、ゴミがいつ付いたものか分かりません。
  • ベンチ内でシリコンウエハをクリーンナップし、表面にゴミのない状態にします。ハンドリングでゴミが付かないように作業には専用のピンセットを使用します。
  • ウエハケースに入れて運び、調べたい工程で一定時間暴露します。
  • 終了後、ケースの蓋をしてベンチ内に運び観察します。
使い方のイメージ
【工程ごとに落下塵の量を突き止めよう】

例えば、下記のような製造ラインがあったとします。工程Aは装置を使い、その後搬送・保管を経て、人手で作業する工程Bという流れになっています。このラインでのゴミ不良の発見は、従来であれば、最終検査工程で行い、NGの場合はリペアして、また工程Aから・・・となります。

ゴミ対策を行うにしても、どの工程でゴミが付着するのか分からない状況では、パーティクルカウンターの値を頼りにやみくもにクリーンルーム全体の清浄度をあげたり、作業員にクリーンルームのマナーを教育することぐらいしかできませんでした。
これでは、装置内の駆動系が原因だったり、保管庫が問題だったりというようなケースには、ほとんど効果がありません。

しかし、シリコンウエハを落下塵収集のサンプルに使用すれば、放置時間中にゼロ→何個増えたのか?を単位面積に換算し、ゴミ付着の予想をすることができます。また、各工程で個別に行うことができるので、対策を行うにしても必要最小限かつ最大の効果が期待できる対策を打つことができます。

しかも、シリコンウエハはクリーンナップして何度でも使用できるので、測定の費用もほとんどかかりません。
・装置内駆動系からの発塵
・清掃不足
・プロセス特有の発塵
・搬送中の振動による付着
・輸送中の気中環境
・乗せ替え作業中の付着
・保管庫内部の清掃不足
・保管中の気中環境
・作業員からのゴミ付着
・工具類からのゴミ付着
・作業台からのゴミ付着
【補足・定性的な見える化】

この方法は落下塵の数量・大きさまでは「定量的」に判断できないので、「定性的な見える化」ということになります。それでもゼロ(に近い数)〜だいたい何個という判断ができるため、客観的な判断基準としても、使用可能と考えています。
シリコンウエハでどのように見えるのでしょうか?
【シリコンウエハの付着塵はどのように見えるのでしょうか?】

では、実際どのように見えるのでしょうか。右写真は上から、一般環境内でシリコンウエハのケースを開け、落下塵を付着させてカメラのストロボで撮影したものです。まったくと言っていいほど落下塵を見ることはできません。もちろん、肉眼で通常の灯りのもとではほとんどゴミの確認はできません。
しかし、次に、同じウエハをポラリオンライトを照射して撮影するとくっきりと落下塵が付着している様子が分かります。このときのコツは強い反射が起こらないようにできるだけ低い角度でポラリオンライトを照射することです。そうすれば、ウエハ上のゴミだけが浮かび上がって見えてきます。

この方法のメリットのひとつは写真撮影が容易なことですが、一番下の写真は上の写真を拡大トリミングしたものです。いくつかは繊維くずらしいと、ゴミの形まではっきりと確認することができます。目視確認の場合には、一番小さなものはだいたい10数μm程度まで、確認可能です。

シリコンウエハで落下塵を観察する
【シリコンウエハで落下塵を観察する】

次に落下塵が周囲環境によりどのように違うのか実験してみましょう。まず、3枚のシリコンウエハを用意し、1)休日の人のいないオフィス、2)屋外1F、3)屋外14Fにそれぞれ30分間暴露しました。それを回収、撮影したものが右の写真です。

1)休日のオフィス・・・人気がなく、浮遊塵が少ないせいか一番きれいです。しかし、人由来の比較的大きくて軽い異物がいくつか付着しているのが分かります。

2)屋外1F・・・往来に面した位置に暴露したので一番付着量も多くなっています。大きさはやや小さなものが多く、その多くは砂塵のようです。

3)屋外14F・・・1Fと比べると個数が少ないことが分かります。ここで対象としている粒子は大きさが小さいために非常にゆっくりと落下してくる粒子です。そのため、空気中に一定時間浮遊しますが、最終的には落下します。ですから、高いところほど、濃度は薄く、逆により地表に近い方が濃度が濃くなる傾向にあります。
転写させて付着塵を観察する
【転写させて付着塵を観察する】

同じ方法でクリーンルーム内で使用する手袋やワイパーなどのツールからの発塵や付着塵をシリコンウエハに転写させて調べることができます。

写真は一番上が、クリーンルームワイパーでクリーンナップした後のウエハの写真です。シリコンウエハ上に単にゴミが乗っかっている状態であれば、クリーンルームワイパー+工業用アルコールで容易に除去することができます。つまり、安価にリサイクル使用することが可能ですので、この方法でのランニングコストはほとんど気にする必要がありません。
※撮影用にクリーンベンチを使用していなかったため、完全にゴミゼロの状態ではありません。

次に軍手でそっとウエハに触れてみます。このときは力入れずに本当にかすかに触れただけです。

最後はその後、ウエハにポラリオンライトを当てて観察したものです。触った後に指の形にゴミが付着していることが確認できます。
このように、対象となるものからゴミを転写させて確認することもできます。
※上記実験では写真撮影のためポラリオンライトのグリーンフィルターを外して行っております。目視確認の場合は、グリーンフィルター付きの場合が見えやすいと思われます。
こんなときに有効です
  • クリーンルーム内の保管場所や製品の待機場所で一定時間内に落下してくるゴミの確認
  • 特定のプロセス中にどの程度のゴミの付着があるのか?
  • 炉内や装置内など、測定が難しい場所でゴミの付着があるのかどうか?
  • クリーンブースやクリーンベンチ、エアシャワーなどクリーン化機器の性能確認
こんなときに有効です
ポラリオンライトと最高のパートナーとして、落下塵の確認に威力を発揮するシリコンウエハ。取扱い易い1枚入り蓋・スプリング付きケース(ポリプロピレン製)、専用ピンセットも同時発売開始です。
下記お問い合わせフォームよりご利用ください。
※販売方法は4インチシリコンウエハと1枚入りケースとのセット販売です。25枚入りカセットでの販売は行っておりませんのでご注意ください。
  • 4インチシリコンウエハセット
  • 4インチウエハ専用 ピンセット

ポラリオン クリーンルーム ライト NP−1
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