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【番外編】水素水が半導体の洗浄に使われている?

飲料用だけでなく、工場用の洗浄液としても活用されている水素水。このページでは、その特徴やメカニズム、製造方法、効果について解説しています。

工場用機能水として使用されている

半導体の洗浄に使われている水素水

現在、飲料用として高く注目されている水素水ですが、オゾン水やアンモニア水などと並んで使われる工場用洗浄液の一種でもあります。

工場用の水素水は半導体工場でよく使われていて、不純物を含まない純水または、純水よりも純度を高めた超純水に高純度のH2ガスを溶かしてつくられています。半導体とは低温ではほとんど電流を通さず、高温になるにつれて電流が通りやすくなる物質のことです。

水素水は、従来の超純水やアンモニア水で洗浄時に除去できなかった微粒子を99%以上取り除けます。洗浄液として使用した後の廃液処理にかかるコストが比較的軽微なのもポイントです。さらに、洗浄力は従来の薬剤よりも優れた効果があり、薬残りもありません。

製品を傷つけない上に高い洗浄力を持ち、費用対効果も高いことから、水素水は洗浄処理の科学的根拠が明らかにされた水として積極的に活用されています。半導体以外にも、メッキ・機械部品・車などの洗浄や洗浄液の腐敗・悪臭防止などに利用されている水です。

工業用として使われる水素水の特徴

化学合成洗剤よりも洗浄力を持つ

強い浸透力で汚れを浮かせて表面から取り除く水素水は、一般的な化学合成洗剤よりも高い洗浄効果を発揮します。

環境を汚さない洗浄用水

化学合成物質を一切使わずに水素の働きだけで洗浄するため、廃水処理やリサイクルが容易です。一般的な洗剤と違って環境に負担をかけません。

洗浄物のサビを防止

強いアルカリ性を持つ水素水は酸素と結びついて物質を酸化前の状態に戻す作用があるので、洗浄物にサビがつくのを抑制できます。

半導体洗浄のメカニズム

洗浄効果が高いため近年活用されているのが、機能水を使った洗浄法です。機能水は、水素ガスに不純物の含まれていない超純水を溶かしてつくられます。そして、機能水と超音波を併用することで、非常に高い洗浄効果を発揮します。

機能水と超音波を併用すると、余分な水素原子が発生。その水素原子が半導体の表面から汚れを引きはがすことで、除去効果があらわれます。半導体は製造過程で汚れが溜まるので、汚れを洗浄するのに効果的なのが機能水です。

工場用機能水の製造方法

工場用機能水にはガス溶解装置を使ってつくられるガス溶解機能水や、電解水からつくられる機能水があります。

ガス溶解機能水の製造方法

水を分解して水素ガスとオゾンガスを同時につくります。その後、ガス溶解装置を介してガスを超純水に溶け込ませ、水素水とオゾン水をつくり出すのがガス溶解機能水の製造法です。オゾンガスを製造せず、水素水生成のみに特化した方法もあります。

半導体製造工場には水素ガスが配管供給されていることがほとんど。配管供給された水素を使ってガス溶解機能水をつくることができます。

電解機能水の製造方法

超純水に電圧をかけて電解機能水をつくる方法です。電解機能水はオゾン水よりも抗酸化力があります。半導体の表面を洗浄する場合、オゾン水では表面にダメージを与える場合がありますが、電解機能水だとダメージを与えず洗浄が可能です。

機能水の洗浄効果

金属不純物の除去

機能水には、金属の除去に使われる洗浄液「HPM(塩酸過酸化水素混合液)」と同等の銅(Cu)除去効果があることが分かっています。HPMが高温で使用されるのに対し、機能水は常温で優れた洗浄力を示すことも。

半導体に金属の汚れがあった場合、これまでは高温で刺激の強いHPMを使って洗浄していました。新たな方法として確立された機能水を使った洗浄では、塩素という有効成分を効率的に生成できるため、刺激の強い薬品の大幅な削減が達成されています。

微粒子の除去

半導体を磨くと膨大な量の微粒子(けずりカス)が付着するため、優れた微粒子除去効果を持つ洗浄方法が求められます。

純水やアンモニア水での洗浄だと、500~600個ほど微粒子が残ったままですが、機能水では残留微粒子を100個以下にできます。さらに強いアルカリ性の機能水は、半導体に使われているアルミニウムに対するダメージもわずかです。

まとめ

工場用の洗浄液として活用されている水素水は、半導体の洗浄に使われています。従来の使用されていた洗剤よりも、不純物や微粒子のゴミを取り除けるのが特徴です。

半導体そのものへのダメージも少なくてコスパも良く、環境への影響も少ないことから、半導体工場で積極的に利用されています。超音波を併用することで、微粒子を取り除く効果が高くなるのもポイント。

環境に悪影響を与える薬品を一切使っていないため、廃水処理やリサイクルが簡単にでき、環境への負担もかかりません。そのため、半導体製造会社や機械部品製造会社にとって、水素水はなくてはならない洗浄用水だといえます。