(57)【要約】【課題】有機分子におけるシリコンウエハなどへの吸着しやすさを順位付けすることで、好適な分子汚染対策を可能とした。【解決手段】クリーンルームの清浄度評価方法は、分子シミュレーションを使用し、窒素、酸素、水などの通常の空気中に存在する既存分子の第１の吸着エネルギー値を算出すると共に、汚染分子（例えばＤＯＰ、ＤＢＰなどの有機分子）の第２の吸着エネルギー値を算出し、第１の吸着エネルギー値に対する第２の吸着エネルギー値のエネルギー差を求め、エネルギー差が相対的に大きい汚染分子ほどシリコンウエハに吸着しやすいものと判断するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子シミュレーションを用いて吸着剤に吸着する分子の吸着エネルギー値を計算する手法を使用したクリーンルームの清浄度評価方法であって、
通常の空気中に存在する既存分子の第１の吸着エネルギー値を算出すると共に、汚染分子の第２の吸着エネルギー値を算出し、
前記第１の吸着エネルギー値に対する前記第２の吸着エネルギー値のエネルギー差を求め、
前記エネルギー差が相対的に大きい前記汚染分子ほど前記吸着剤に吸着しやすいものと判断するようにしたことを特徴とするクリーンルームの清浄度評価方法。
【請求項２】
前記通常の空気中に存在する既存分子は、窒素分子、酸素分子及び水分子の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載のクリーンルームの清浄度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や液晶工場などのクリーンルームで分子汚染対策を必要とするクリーンルームの清浄度評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶などの電子デバイスを生産或いは開発するために使用されるクリーンルームでは、外気の導入に伴う侵入、生産工程で使用される薬品などから拡散されるものや建材などから発生する汚染物質があるため、分子汚染対策が必要不可欠となっている。分子汚染対策が必要なクリーンルームにおける清浄度を評価するためには、クリーンルーム空気中に存在する各種分子状・ガス状汚染物質の種類と濃度を正確に測定分析することが必要である。そのため、室内空気を固体吸着剤や溶液、キャニスターなどに捕集し、種々の装置を使用して分析することが行われている。
一方、空気中に存在する汚染物質の全てが、半導体用シリコンウエハや液晶パネル用ガラス基板に吸着することはなく、吸着した後の製造プロセスに悪影響を与える特性が、物質によって大きく異なることが明らかになっている。したがって、シリコンウエハやガラス基板に特異的に吸着する分子状、ガス状汚染物のみを特定化し、吸着量や室内濃度を評価する方法が有効とされている。その適切な方法として、シリコンウエハやガラス基板を吸着剤として使用する方法が、例えば特許文献１や非特許文献１に開示されている。
特許文献１及び非特許文献１は、シリコンウエハ微細片を捕集管に充填し、その捕集管に対象空気を強制吸引して内部のシリコンウエハ微細片に吸着させ、さらに汚染物質のみを脱離させて分離させて分析し、汚染物質を特定するものである。
【０００３】
また、最近の計算機科学の進展に伴い、分子シミュレーションが注目され、様々な分野で利用が進められている。その利用のひとつには、分子汚染対策用のクリーンルームの清浄度評価が挙げられる。すなわち、シリコンウエハやガラス基板表面への汚染分子（例えばＤＯＰ，ＤＢＰなどの有機分子）の吸着現象に関して、分子軌道法、分子力場法や分子動力学法を用いて吸着する際の分子間に働くエネルギーと変化量を計算し、その大きさから吸着のしやすさを推定するものである。有機分子とシリコンウエハ（又はガラス基板）とが吸着するときの吸着エネルギー値が大きいほど、その有機分子は吸着しやすく、半導体や液晶などの電子デバイスの生産時に悪影響の大きな物質であるものと評価している（例えば、非特許文献２参照）。この評価方法では、吸着現象の分子シミュレーションにおいて、一種類の有機分子モデルを単独の状態でシリコンウエハなどの吸着剤モデルの上部に配置し、この有機分子が吸着剤に安定して吸着されるまで計算することで吸着エネルギー値を算出する。さらに、他の種類の有機分子モデルについても同様に計算を行い、算出された各々の吸着エネルギー値同士を比較して、異なる分子間のエネルギー値の大小によって吸着のしやすさを判定している。
【特許文献１】特開２０００−３０４７３４号公報
【非特許文献１】梶間智明、鈴木良延、大北正信、「ガス・ケミカルイオンのウエハへの影響評価と汚染対策」、第１１回空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会予稿集、社団法人日本空気清浄協会、１９９２年、ｐ．２２３〜２２６
【非特許文献２】神戸正純、高塚威、宮本明、「分子シミュレーションによるケミカル汚染物質の吸着挙動解析」、クリーンテクノロジー、２００３年７月、ｐ．５８〜６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の清浄度評価方法では、クリーンルーム内の空気中には、窒素、酸素、水、二酸化炭素などの物質が大量に存在することから、シリコンウエハやガラス基板へ吸着するか否かはこれらの大量に存在する物質を構成する分子との競争となるため、分子同士を比較評価することが難しいといった問題があり、好適な清浄度評価方法が必要とされていた。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、汚染分子、例えばＤＯＰやＤＢＰなどの有機分子におけるシリコンウエハなどへの吸着しやすさを順位付けすることで、好適な分子汚染対策を可能としたクリーンルームの清浄度評価方法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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るクリーンルームの清浄度評価方法は、分子シミュレーションを用いて吸着剤に吸着する分子の吸着エネルギー値を計算する手法を使用したクリーンルームの清浄度評価方法であって、通常の空気中に存在する既存分子の第１の吸着エネルギー値を算出すると共に、汚染分子の第２の吸着エネルギー値を算出し、第１の吸着エネルギー値に対する第２の吸着エネルギー値のエネルギー差を求め、エネルギー差が相対的に大きい汚染分子ほど吸着剤に吸着しやすいものと判断するようにしたことを特徴としている。
本発明では、例えば窒素、酸素、水などの通常の空気中に存在する既存分子が吸着剤（シリコンウエハやガラス基板）に吸着する場合の第１の吸着エネルギー値に対して、汚染分子が吸着剤に吸着する場合の第２の吸着エネルギー値のエネルギー差を求め、第１及び第２の吸着エネルギー値を比較することで、吸着剤に対して吸着するか否かを判断することができる。そして、第一及び第二吸着エネルギー値のエネルギー差の大きさを算定することで、吸着のしやすさ、即ちクリーンルーム内における生産のプロセスに悪影響を及ぼす大きさを順位付けし、クリーンルームの清浄度を評価することができる。
【０００７】
また、本発明に係るクリーンルームの清浄度評価方法では、通常の空気中に存在する既存分子は、窒素分子、酸素分子及び水分子の少なくとも一つであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のクリーンルームの清浄度評価方法によれば、例えば窒素、酸素、水などの通常の空気中に存在する既存分子毎の第１の吸着エネルギー値と、個々の汚染分子の第２の吸着エネルギー値とを比較し、そのエネルギー差の大きさから吸着のしやすさを順位付けすることによって、シリコンウエハなどの吸着剤への悪影響を及ぼす有機分子を特定し、クリーンルームにおける清浄度を評価することができる。そのため、順位の高い物質（例えばＤＯＰやＤＢＰなどの有機分子）がクリーンルーム中に検出された場合は、その物質に応じてケミカルフィルタなどの設置による除去対策が行えると共に、その物質を含んだ建材や部材の使用を避けることができる。このように、必要以上にクリーン化対策を施す必要がなくなり、大きな悪影響を及ぼす物質に絞ることで、クリーンルームにおける好適な分子汚染対策を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明のクリーンルームの清浄度評価方法の実施の形態について、図１及び図２に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態によるＤＯＰ分子の吸着現象の分子シミュレーションを示す図であって、（ａ）はシリコンウエハへの吸着前の図、（ｂ）は同じく吸着後の図、図２は水分子と比較した場合の各吸着分子の吸着エネルギー値の順列を示すグラフである。
【００１０】
本実施の形態によるクリーンルームの清浄度評価方法では、分子シミュレーションを用いて吸着剤をなすシリコンウエハに吸着する分子の吸着エネルギー値を計算した結果を用いてクリーンルームの清浄度評価を行うものである。
この分子シミュレーションでは、例えば分子動力学法などが採用される。そして、分子シミュレーションによって、通常の空気中に存在する既存分子（例えば、窒素分子、酸素分子、水分子など）の第１の吸着エネルギー値を算出すると共に、有機ガスとして汚染分子をなす有機分子の第２の吸着エネルギー値を算出する。
なお、必要に応じて、通常の空気中に存在する既存分子及び有機分子を、統一して「吸着分子」として説明する。
【００１１】
本実施の形態で対象とする有機分子は、例えばＤＯＰ、ＤＢＰ（フタル酸エステル類）、ＢＨＴ、Ｄ３、Ｄ５（低分子シロキサン類）、ＴＢＰ、ｎ-Ｍｅｔｈｙｌ-Ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅなどとする。
【００１２】
さらに、具体的に説明すると、分子シミュレーションでは、一種類の有機分子或いは窒素分子や水分子などが吸着剤をなすシリコンウエハ表面に吸着する際に、それら分子間に働くエネルギー値（後述する（１）式に必要なエネルギー値Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２）をその分子の種類毎に計算して求める（図１（ａ）及び（ｂ）参照）。ここで、エネルギー値Ｅ０（吸着分子−シリコンウエハ）は、シリコンウエハ表面に分子が吸着した状態で算出された全体のエネルギー値であり、エネルギー値Ｅ１はシリコンウエハのみ、エネルギー値Ｅ２は吸着分子のみのエネルギー値である。
なお、詳しい説明は後述の実施例で説明するが、図１（ａ）及び（ｂ）に示す符号１がシリコンウエハ基盤のモデル、符号２が水分子層のモデル、符号３がＤＯＰ分子のモデルである。
【００１３】
次に、（１）式は、シリコンウエハ表面と付着する吸着分子との界面に働く力をなす吸着エネルギー値ΔＥａｄｓを算出するものである。この吸着エネルギー値ΔＥａｄｓは、シリコンウエハ表面に分子が吸着した状態で算出された全体のエネルギー値Ｅ０（吸着分子−シリコンウエハ）から、シリコンウエハだけのエネルギー値Ｅ１と吸着分子だけのエネルギー値Ｅ２を差し引いて算出される。
ΔＥａｄｓ＝Ｅ０−（Ｅ１＋Ｅ２）  …（１）
【００１４】
そして、通常の空気中に存在する既存分子をなす窒素、酸素、水などの分子などのシリコンウエハ表面（１００結晶、表面水あり）への第１の吸着エネルギー値ΔＥａ（ｋＪ／ｍｏｌ）を、上述の分子シミュレーションによって得られたエネルギー値Ｅ（エネルギー値Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２）を用い、（１）式により算出する。
また、同様に、分子シミュレーションによって得られたエネルギー値Ｅ（エネルギーＥ０、Ｅ１、Ｅ２）を用い、（１）式により有機分子のシリコンウエハ表面への吸着エネルギー値ΔＥａｄｓ（ｋＪ／ｍｏｌ）を算出する。この有機分子の吸着エネルギー値を第２の吸着エネルギー値ΔＥｂとする。
【００１５】
その後、第１の吸着エネルギー値ΔＥａに対する第２の吸着エネルギー値ΔＥｂのエネルギー差を求め、このエネルギー差の数値が相対的に大きいほど、シリコンウエハに対して強く吸着する傾向があるものと判断され、シリコンウエハへの汚染性（悪影響）が大きいものと判断される（図２参照）。図２は水分子における第１の吸着エネルギー値ΔＥａを差し引いたときの各有機分子（ＤＯＰ、ＤＢＰ、Ｄ５、Ｄ３…）におけるエネルギー差を示したものである。これによると、ＤＯＰ分子やＤＢＰ分子がほかの有機分子と比べてエネルギー差が大きいことから、シリコンウエハに吸着しやすくなっているものと評価される。また、吸着のしやすさの順列は、ＤＯＰ，ＤＢＰ、Ｄ５、Ｄ３・・・の順で吸着しやすくなっていることがわかる。
【００１６】
このように、上述した窒素、酸素、水などの分子における第１の吸着エネルギー値ΔＥａと、各有機分子の第２の吸着エネルギー値ΔＥｂとを比較することで、シリコンウエハに対して吸着するか否かを判断することができる。そして、第一及び第二吸着エネルギー値ΔＥａ、ΔＥｂのエネルギー差の大きさを算定することで、吸着のしやすさ、即ちクリーンルーム内における生産のプロセスに悪影響を及ぼす大きさを順位付けし、クリーンルームの清浄度を評価することが可能となる。
【００１７】
本実施の形態によるクリーンルームの清浄度評価方法は、窒素、酸素、水などの通常の空気中に存在する既存分子毎の第１の吸着エネルギー値ΔＥａと、個々の有機分子の第２の吸着エネルギー値ΔＥｂとを比較し、そのエネルギー差の大きさから吸着のしやすさを順位付けすることによって、シリコンウエハへの悪影響を及ぼす汚染分子を特定し、クリーンルームにおける清浄度を評価することができる。
そのため、順位の高い物質（有機分子）がクリーンルーム中に検出された場合は、その物質に応じてケミカルフィルタなどの設置による除去対策が行えると共に、その物質を含んだ建材や部材の使用を避けることができる。このように、必要以上にクリーン化対策を施す必要がなくなり、大きな悪影響を及ぼす物質に絞ることで、クリーンルームにおける好適な分子汚染対策を実施することができる。
【実施例】
【００１８】
次に、本実施の形態によるクリーンルームの清浄度評価方法を裏付ける実施例について、図１および図２を用いて以下説明する。
【００１９】
先ず、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、分子動力学計算用プログラムにＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ Ｕｌｔｒａ（富士通社製）を使用し、シリコンウエハの１００の結晶構造を持つ３層からなる３次元周期的境界条件のモデルを作成する。そして、大気中を想定して、表面に水分子層（表面水）を置いたシリコンウエハ基板モデルを作成し、これらについて分子動力学計算を行って平衡状態とした。なお、分子動力学計算の条件としては、ＮＴＶアンサンブル、温度２９８Ｋ、体積一定条件、５００，０００ｓｔｅｐｓ（１ｓｔｅｐ＝０．１ｆｓ）とする。また、ポテンシャルはＵＦＦおよびＴｅｓｓｏｆｆを使用した。
【００２０】
次に、分子モデリングシステムＣＡＣｈｅ（富士通社製）を使用して吸着分子モデル作成し、半経験的分子軌道計算ＣＡＣｈｅ−ＰＭ５で構造最適化を行った。
【００２１】
その後、モデリングされたシリコンウエハ基板モデル上に、モデリングされた吸着分子モデルを配置し、分子動力学計算用プログラムを使用して平衡状態（吸着分子が落ち着いて安定した状態）となるまで分子動力学計算を行った。なお、この計算は、上述したシリコンウエハ基板モデルの方法と同様とする。なお、吸着分子間のポテンシャルにはＯＲＧＡＮＩＣを使用する。
【００２２】
ここで、対象とした有機ガスの汚染分子は、実施の形態で例示したものと同様にＤＯＰ、ＤＢＰ、ＢＨＴ、Ｄ３、Ｄ５、ＴＢＰ、ｎ-Ｍｅｔｈｙ-ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅの７種類とし、これら有機分子毎に上述の計算を行った。
さらに、これとは別に通常の空気中に存在する既存分子をなす酸素分子、窒素分子、水分子のみについても平衡状態となるまで計算を行った。
【００２３】
図１（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態でも説明したように分子シミュレーションによる計算結果の一例であり、シリコンウエハ表面へのＤＯＰ分子の吸着現象を示し、図１（ａ）が吸着前（分子シミュレーションの実行前）の状態であり、図１（ｂ）が吸着後（分子シミュレーションの実行後）の状態である。なお、図１（ａ）では、二層をなすモデルのうち下層に位置するモデルがシリコンウエハ基板モデル１であり、上層（シリコンウエハ表面）に位置するモデルが水分子層モデル２である。さらに、シリコンウエハ基板の上方に浮かんだ状態となっているのがＤＯＰ分子モデル３である。
これによると、分子シミュレーションの計算によって、シリコンウエハ基板の上方に浮かんでいたＤＯＰ分子が、水分子層の内部に飛び込み泳ぐようにシリコンウエハ表面に吸着している様子を確認することができる。つまり、ＤＯＰ分子がシリコンウエハ表面に吸着して安定化していることがわかる。
【００２４】
次いで、上述した分子シミュレーションの計算により得られた各吸着分子のエネルギー値Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２を用い、上述の（１）式を使用してシリコンウエハ基板上への吸着エネルギー値ΔＥａｄｓ（ｋＪ／ｍｏｌ）、すなわち窒素分子、酸素分子、水分子の第１の吸着エネルギー値ΔＥａと、有機分子の第２の吸着エネルギー値ΔＥｂとを算出した。
【００２５】
そして、これら第１の吸着エネルギー値ΔＥａに対する第２の吸着エネルギー値ΔＥｂのエネルギー差を求め、このエネルギー差の数値が相対的に大きいほど、シリコンウエハに対して強く吸着する傾向があるものと判断することができる（図２参照）。
【００２６】
以上、本発明によるクリーンルームの清浄度評価方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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、本実施の形態では有機分子（ＤＯＰ、ＤＢＰ、Ｄ５、Ｄ３など）の第２の吸着エネルギー値ΔＥｂの比較対象として、窒素、酸素、水の分子としているが、これに限定されることはなく、このほかに例えば二酸化炭素や、その他の分子などの清浄度評価の対象となる空気中に存在する可能性のある分子であってもかまわない。
また、本実施の形態では分子シミュレーションに分子動力学法と、安定した分子構造を求める方法として半経験的分子軌道計算を用いているが、これらの計算方法に限定されることはなく、このほかに例えばモンテカルロ法、分子軌道法、密度汎関数法などを使用することができる。要は、有機ガス分子の吸着エネルギー値を求めることができ、その数値と窒素分子、酸素分子及び水分子の吸着エネルギー値とを比較する評価方法であればよいのである。但し、多分子系で平衡状態のエネルギー値を短時間で求めるためには、分子動力学計算が好適である。
さらに、本実施の形態では分子シミュレーションのシリコンウエハ基板モデルに水分子層モデルを設けて計算しているが、この水分子層モデルを設けなくてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態によるＤＯＰ分子の吸着現象の分子シミュレーションを示す図であって、（ａ）はシリコンウエハへの吸着前の図、（ｂ）は同じく吸着後の図である。
【図２】水分子と比較した場合の各吸着分子の吸着エネルギー値の順列を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１  シリコンウエハ基板モデル
２  水分子層モデル
３  吸着分子モデル
【図１】
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【図２】
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