Latest Trends of Ultrapure Water and Functionalized Water for Semiconductor Manufacturing

Abstract

1 ．はじめに 極限まで不純物を除去し高度に精製された水，すなわち超 純水が用いられる分野としては，半導体や液晶などの電子デ バイス製造，原子力発電，医薬精製，バイオテクノロジー， 化学分析などが挙げられる。特に半導体製造分野においては， 回路の集積化に伴うパターン寸法の微細化が急速に進展し， 最高グレードの超純水が求められている。また，半導体製造 に用いられる薬品使用量の低減や，電子材料の多様化に対応 するため，超純水をベースに洗浄力を高めた水である機能水 の用途も拡大している。本稿では半導体製造に用いられる超 純水および機能水について，その定義や性質を概観した後， 近年のトレンドを紹介する。 2 ．超 純 水 2．1 超純水とは 水中に含まれる不純物の内，イオン交換や蒸留によりイオ ン類を除去した水を一般に純水またはイオン交換水と呼び， 残存する微粒子，有機物，溶存ガス等を様々な水処理手段を 組み合わせてさらに除去した高度精製水を超純水と呼ぶ。純 水・超純水の水質指標として最も一般的に用いられるのは， 電解質の総量の指標となる比抵抗であり，概ね 1 MΩ･cm （25 ℃） 以上の水のことを純水，10 MΩ･cm（25 ℃） 以上の水 を超純水と呼ぶことが多い。理論純水 （純粋な水） の比抵抗は 18.24 MΩ･cm（25 ℃） である。 工業用水や水道水の水源となる湖沼水や河川水，井水など の天然水には様々な不純物が含まれている。それらを大別す ると以下の 3 つに分類できる。 ○固体微粒子，コロイド状物質，高分子電解質 金属酸化物，金属水酸化物，コロイド状シリカ，有機物， 微生物など ○低分子電解質 ナトリウム・カルシウムなどの陽イオン，塩化物・炭酸 などの陰イオン ○低分子非電解質 溶存酸素，溶存窒素など 半導体製造に用いられる超純水製造装置は一般に，濁度成 分を除去する前処理システム，イオン類・有機物・溶存ガス 等を除去する一次純水製造システム，一次純水をさらに高純 度化する二次純水製造システム （サブシステム） の構成が用い られる。サブシステムは有機物を分解除去する紫外線酸化装 置 （UVox） ，イオン成分を除去する非再生型イオン交換樹脂 装置 （MB） ，溶存ガスを除去する膜脱気装置 （MD） および微 粒子を除去する限外ろ過膜装置 （UF） から構成され （図 1） ，一 次純水中に残留する不純物をほぼ完全に除去すると共に，高 純度化された水質を維持するため循環処理が行われている。 純水・超純水中の不純物濃度は極めて微量であるため，最 新の分析化学技術を駆使しても全てを同定・定量することは 困難である。したがって超純水の水質指標としては，個別に 定量可能な低分子電解質や一部の金属類以外は，比抵抗，微 粒子数，全有機体炭素濃度 （Total Organic Carbon：TOC） といっ た包括的な指標が用いられる。 先端半導体デバイスの製造に用いられる超純水は，デバイ ス構造の微細化および高集積化に伴い，年々求められる水質 が高くなっている。国際半導体技術ロードマップ （Interna-tional Technology Roadmap for Semiconductors：ITRS） （2015 年より IEEE International Roadmap for Devices and Systems： IRDS へ組織変更） が発行した超純水への要求水質 （表 1） , には，管理すべき不純物とその濃度が示されている。超純水 の高水質化を図る際には，これらの項目の不純物濃度レベル を極限まで低減することと，その水質に揺らぎ （変動） がない ことが要求される。 2．2 超純水の最新動向 超純水には，強酸化性物質である過酸化水素が 5 ～ 40 μg/ L 程度含まれていることが知られており，近年，超純水中に 含まれる過酸化水素の影響およびその除去方法に注目が集 まっている。 前述の通り，超純水を製造するサブシステム内では，波長 半導体製造に用いられる超純水と機能水の最新動向 矢 野 大 作 a a