特許 6820285 凹状突起部スポンジブラシ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6820285

(24)【登録日】2021年1月6日

(45)【発行日】2021年1月27日

(54)【発明の名称】凹状突起部スポンジブラシ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20210114BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 644C

   H01L21/304 622Q

【請求項の数】8

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-18573(P2018-18573)

(22)【出願日】2018年2月5日

(62)【分割の表示】特願2015-504669(P2015-504669)の分割

【原出願日】2013年4月2日

(65)【公開番号】特開2018-88546(P2018-88546A)

(43)【公開日】2018年6月7日

【審査請求日】2018年3月7日

【審判番号】不服2019-12604(P2019-12604/J1)

【審判請求日】2019年9月24日

(31)【優先権主張番号】61/619,525

(32)【優先日】2012年4月3日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/804,428

(32)【優先日】2013年3月14日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】591203428

【氏名又は名称】イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100117019

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100173107

【弁理士】

【氏名又は名称】胡田 尚則

(72)【発明者】

【氏名】ジェフェリー ジェイ．ティレル

(72)【発明者】

【氏名】ブラッドリー エス．ウィザーズ

【合議体】

【審判長】 辻本 泰隆

【審判官】 加藤 浩一

【審判官】 井上 和俊

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００７−５０１７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１６２１６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 韓国公開特許第１０−２００６−０１１６４８８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01L21/304

H01L21/463

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円形の基板を洗浄する方法において、
外面を有したブラシであって、該ブラシの中心軸を中心とした中空ボアが形成されて成るブラシと、前記ブラシの外面上に形成されている複数の突起部であって、該複数の突起部の各々は凹面を有し、前記突起部の各々が、前記凹面と該突起部の側面との交線によって形成され中心点を囲繞する外縁部を有する複数の突起部とを具備する洗浄装置に基板を係合させることと、
前記ブラシを第１の軸の回りで第１の回転方向に回転させることと、
前記基板を第２の軸の回りで回転させることとを含んで成る方法。

【請求項2】

前記基板を係合させることは、
前記基板に対して垂直の第１の力によって、前記基板を前記凹面の前記外縁部に係合させることと、
前記基板に対して垂直の第２の力によって、前記基板を前記凹面の前記凹面の中心点に係合させることとを含み、
前記第２の力は前記第１の力よりも小さい請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記基板は円形の基板であり、前記方法は、前記基板を第２の軸の回りに回転させることを含む請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記基板は円形の半導体ウェハーである請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記ブラシはポリビニルアルコールブラシである請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記凹面の中心点は、前記凹面の中心にあるか、或いは、該凹面の中心付近にあり、
前記中心軸から前記凹面の前記外縁部までの第１のブラシ半径が第１の長さを有し、
前記中心軸から前記凹面の中心点までの第２のブラシ半径が第２の長さを有し、
第３のブラシ半径が、前記中心軸から第２の点まで前記第２のブラシ半径に対して平行な方向に延び、前記第２の長さよりも大きい第３の長さを有しており、
突起部半径が、前記凹面の前記外縁部から、前記第３のブラシ半径に対して垂直に延び、前記第２の点において前記第３のブラシ半径に交差し、
前記第３の長さと前記第２の長さとの差が各突起部の凹面深さに等しくなっている請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記突起部の半径は第４の長さを有し、該第４の長さは、（（前記第１の長さ）²−（前記第３の長さ）²）の平方根に等しくなっている請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記凹面深さは、前記第４の長さの約１／５０〜約１／２である請求項７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、包括的には、物品を洗浄する方法および装置に関する。本開示は、より詳細には、半導体基板を洗浄するのに使用されるブラシに関する。

【0002】

［関連出願］
本願は、２０１２年４月３日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第６１／６１９５２５号の利益を主張する。この米国特許仮出願の内容全体は、引用することにより、本明細書の一部をなす。

【背景技術】

【0003】

従来、化学機械平坦化（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Planarization）後処理を行う自動洗浄システムにおいて、成型された円筒状のポリビニルアルコールブラシ（洗浄ブラシとしても既知である）が、半導体ウェハーまたは他の円盤状の基板等の基板の表面を効果的に洗浄するのに使用される。洗浄ブラシは、また、洗浄システムにおいて、フラットパネルディスプレイ製造、ガラス製造およびプリント回路基板組立ての際に、ガラスの基板および他の非円盤状の基板を洗浄および乾燥するのに使用される。洗浄ブラシは、例えば、短くは５０ミリメートルの長さ、または長くは１０メートルの長さを有してもよい。

【0004】

洗浄ブラシは、中心ブラシコア上に位置付けられ、洗浄プロセスにおいて、中心ブラシコアによって駆動される。洗浄ブラシと中心ブラシコアとの正確で安定した連結が望ましい。

【0005】

洗浄ブラシは、その軸を中心として正確に回転するとともに、その有効寿命にわたって、略一貫した突起部圧パターンを、概ね円筒状の表面にもたらすことが想定され、これにより、最小の時間量で基板表面全体の最適な洗浄が明確になり、基板表面への損傷が最小限となる。いくつかの場合、洗浄ブラシは、中心ブラシコアの周囲に成形される。例えば、ブラシコアを金型内に配置することができ、ポリビニルアルコール等の化学品の混合物を金型内に射出して、この中心ブラシコアの周囲に洗浄ブラシを成形する。

【0006】

回転している洗浄ブラシが、半導体ウェハー等の基板に係合すると、洗浄ブラシによって基板に加わる垂直抗力に起因して、洗浄ブラシと基板との間に塵埃が捕捉される場合がある。洗浄ブラシと基板との間に補足された塵埃は、基板に掻き傷をつける場合がある。更に、基板に加わる垂直抗力によって、洗浄ブラシと基板との間の圧力が増大し、これにより、基板に対する洗浄ブラシの回転速度が落ちる。この減少した回転速度の結果として、基板を洗浄するために更なる時間が必要となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従って、洗浄ブラシと基板との間に捕捉されであろう塵埃の量が少ない洗浄ブラシを得ることが望まれている。更に、洗浄ブラシによって基板に加わる垂直抗力が減少し、その結果、洗浄ブラシと基板との間の圧力が減少し、基板に対する洗浄ブラシの回転速度が増大するようにした洗浄ブラシを得ることが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

１つの態様において、基板を洗浄する洗浄装置が提供される。本洗浄装置は、限定はしないが、洗浄ブラシと、複数の凹状突起部とを備える。この洗浄ブラシは、中空ボアを囲繞するとともに中心軸ａ₁の回りに位置している洗浄用外面を有する。複数の凹状突起部が、洗浄用外面上に形成されているとともに、中心軸ａ₁の回りに位置している。各凹状突起部は凹状外面を有する。各凹状外面は、凹面中心点Ｐ₁を囲繞する外縁部を有する。

【0009】

別の態様において、基板を洗浄する方法が提供される。本方法は、限定はしないが、基板を洗浄装置に係合させることを含む。この洗浄装置は、中空ボアを囲繞するとともに第１の中心軸ａ₁の回りに位置している洗浄用外面を有する洗浄ブラシと、洗浄用外面上に形成されているとともに、第１の中心軸ａ₁の回りに位置している複数の凹状突起部とを備える。各凹状突起部は凹状外面を有する。各凹状外面は、凹面中心点Ｐ₁を囲繞する外縁部を有する。本方法は、限定はしないが、ブラシを第１の中心軸ａ₁の回りで第１の回転方向αに回転させることを更に含む。

【0010】

更なる態様において、基板を洗浄する洗浄装置が提供される。本洗浄装置は、限定はしないが、洗浄ブラシを備える。この洗浄ブラシは、中空ボアを囲繞するとともに中心軸ａ₁の回りに位置している洗浄用外面を有する。本洗浄装置は、限定はしないが、洗浄用外面上に形成されているとともに、中心軸ａ₁の回りに位置している複数の凹状突起部を更に備える。各凹状突起部は凹状外面を有し、この凹状外面は、中心軸ａ₁に向かって内方に湾曲している。

【0011】

また別の態様において、基板を洗浄する洗浄装置が提供される。本洗浄装置は、外面を有するとともに、ブラシの中心軸の周囲に位置している中空ボアを内部に画定するこのブラシを備える。本洗浄装置は、ブラシの外面上に形成されている複数の突起部を更に備え、各突起部は凹面を有する。各凹面は、凹面中心点を囲繞する外縁部を有する。

【0012】

また更なる態様において、基板を洗浄する方法が提供される。本方法は、基板を洗浄装置に係合させることを含む。この洗浄装置は、外面を有するとともに、ブラシの第１の軸の周囲に位置している中空ボアを内部に画定するこのブラシを備える。この洗浄装置は、外面上に形成されている複数の突起部を更に備え、各突起部は凹面を有する。各凹面は、凹面中心点を囲繞する外縁部を有する。本方法は、ブラシを第１の軸の回りで第１の回転方向に回転させることを更に含む。

【0013】

更に別の態様において、基板を洗浄する洗浄装置が提供される。本洗浄装置は、外面を有するとともに、ブラシの中心軸の周囲に位置している中空ボアを内部に画定するこのブラシを備える。本洗浄装置は、外面上に形成されている複数の突起部を更に備え、各突起部は、中心軸に向かって内方に湾曲している凹面を有する。

【0014】

本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定され、本概要内の陳述によって影響を受けない。

【0015】

本開示は、添付の図面および以下の記載を参照しながらより良く理解することができる。図中の構成要素は、必ずしも同縮尺で描かれておらず、代わりに、本開示の原理を例示することに重点が置かれている。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本開示の１つの実施形態に係る基板を洗浄および研磨する例示的な洗浄システムの斜視図であり、この例示的な洗浄システムは図２に示す洗浄装置を備えている。

【図2】本開示の１つの実施形態に係る図１に示す洗浄ブラシとブラシコアとを備える例示的な洗浄装置の斜視図であり、複数の突起部が洗浄ブラシ上に位置しており、複数の突起部のそれぞれは凹面を有する。

【図3】本開示の１つの実施形態に係る、突起部を有する洗浄ブラシとブラシコアとを備える別の例示的な洗浄装置の部分分解斜視図であり、複数の突起部のそれぞれは凹面を有する。

【図4】本開示の１つの実施形態に係る図１、２に示す洗浄ブラシの側面図である。

【図5】本開示の１つの実施形態に係る図２に示す洗浄ブラシの、線５−５に沿った断面図である。

【図6】本開示の１つの実施形態に係る図４に示す洗浄ブラシの第１の端面図である。

【図7】本開示の１つの実施形態に係る図４に示す洗浄ブラシの斜視図である。

【図8】本開示の１つの実施形態に係る図４に示す洗浄ブラシの第２の端面図である。

【図9】本開示の１つの実施形態に係る図４の線Ｃ−Ｃに沿った第２の断面図である。

【図10】本開示の１つの実施形態に係る図６に示す洗浄ブラシの一部分の拡大図である。

【図11】本開示の１つの実施形態に係る例示的な凹状突起部を備える洗浄ブラシの一部分の拡大側断面図である。

【図12】本開示の１つの実施形態に係る別の例示的な凹状突起部を備える洗浄ブラシの一部分の拡大側断面図である。

【図13】本開示の１つの実施形態に係る基板に係合する例示的な凹状突起部を備える洗浄ブラシの一部分の拡大側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本開示に一致する方法およびシステムは、凹状突起部を備える洗浄ブラシを形成することによって、従来のブラシおよびブラシコアシステムの欠点を克服する。凹状突起部によって、洗浄ブラシが基板に係合するのに沿う係合領域における、洗浄ブラシと洗浄される基板との間の圧力が低減される。

【0018】

図１を参照すると、基板１０４を洗浄および研磨する洗浄システム１００が示されている。洗浄システム１００は、基板１０４、より詳細には基板１０４の表面１０６を研磨および／または洗浄するように自動または手動で設定することができる自動洗浄システムとしてもよい。基板１０４は、ガラス、乾燥ガラス、半導体ウェハー、フラットパネルディスプレイのガラスパネル、ガラス製品パネルおよびプリント回路基板を含むシリコン系基板；ポリマー系基板；シリコン系半導体基板、単元素半導体基板、シリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）基板、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板、ＩＩ−ＶＩ族半導体基板、他の二元半導体基板、三元半導体基板、四元半導体基板等の種々のタイプの半導体基板；光ファイバー基板；超伝導基板；ガラス基板；溶融石英基板；溶融シリカ基板；エピタキシャルシリコン基板；並びに有機半導体基板等の、多様な円形、円盤状、または非円盤状の基板のうちの任意の基板としてもよい。

【0019】

図１、２を参照すると、第１の例示的な実施形態の洗浄ブラシ１１０とブラシコア１３０とが示されている。図３を参照すると、第２の例示的な実施形態の洗浄ブラシ１１０とブラシコア１３０とが示されている。本開示の洗浄システム１００は、多種多様な洗浄ブラシを使用することが可能であり、種々の例示的なブラシが本明細書において記載および言及されることが理解されるべきである。本明細書において記載、示される例示的な洗浄ブラシは、本開示に対して限定を与えることは意図していない。本開示の洗浄システム１００は、洗浄ブラシを伴う多種多様なコアを使用することが可能であり、種々の例示的なコアが本明細書において記載および言及されることが理解されるべきである。本明細書において記載、示される例示的なコアは、本開示に対して限定を与える意図はない。

【0020】

図１〜図３を参照すると、洗浄システム１００は、中空ボア１１２を有する洗浄ブラシ１１０と、中空ボア１１２内でブラシ１１０に係合しているブラシコア１３０と、ブラシコア１３０に係合している回転機構１０２とを備える。洗浄ブラシ１１０を自動洗浄システムにおいて用いて、化学機械平坦化（ＣＭＰ）後処理を行い、基板１０４の表面１０６を有効に洗浄してもよい。洗浄ブラシ１１０は、限定はしないが、成型されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フォーム、ポリウレタンフォーム、他のポリマーフォーム、または、基板１０４の表面１０６を満足に洗浄および／または研磨することが可能である多種多様な他の吸収性材料を含む、多様な異なる材料で作製してもよい。洗浄ブラシ１１０は、例えば、略切頭円錐状、円錐状、または円筒状等の多種多様な形状としてもよい。

【0021】

本明細書において規定されるとき、図３に示すブラシ１１０等の略円錐状の部品、または略切頭円錐状の部品は、長手方向中心軸ａ₁の回りに成形され、中心軸ａ₁の回りで均衡することができる部品であり、この部品が中心軸ａ₁の回りに回転する際にこの部品によって生じる遠心力がわずか約±２０％で変動するようになっている。この構成により、一方の端１２６が、中心軸ａ₁に対して直角に捉えたとき、第２の端部１２４よりも大きい断面域を有する、比較的均衡した部品がもたらされる。結果として、略円錐状の部品、または略切頭円錐状の部品が提供される。このような部品は、完全に滑らかな外面を有しなくてもよいが、自身の外面上にまたは外面内に形成されている突起部、突出部、または窪み等の不連続部を有することができる。

【0022】

図１、２を参照すると、ブラシ１１０等の略円筒状の部品は、長手方向中心軸ａ₁の周囲に成形されているとともに、中心軸ａ₁の回りで均衡することができ、この部品が中心軸ａ₁の回りに回転する際にこの部品によって生じる遠心力がわずか約±２０％で変動するようになっている部品であり、比較的均衡したブラシ１１０がもたらされる。結果として、ブラシ１１０は、完全な円筒状外面１１０を有する必要はないが、自身の外面１１４上にまたは外面１１４内に形成されている突起部、突出部、または窪み等の不連続部を有することができる。

【0023】

図３を参照すると、洗浄ブラシ１１０は、内面１１３とは反対側の洗浄用外面１１４を有し、中空ボア１１２を形成している。中空ボア１１２は、例えば、予め形成されたブラシコア１３０の周囲にブラシ１１０を射出成型することによって、ブラシコア１３０の周囲に形成してもよいし、ブラシ１１０に中空ボア１１２を形成し、その後、ブラシ１１０をブラシコア１３０の周囲に位置付けてもよい。中空ボア１１２は、円錐型ブラシ１１０の内面１１３によって画定されている。１つの実施形態において、内面１１３は、ブラシコア１３０の第１の係合部１４０に一致するとともに第１の係合部１４０を囲繞する第２の係合部１１６によって、不連続となっている。第１の係合部１４０の周囲に第２の係合部１１６を形成することにより、ブラシコア１３０とブラシ１１０との間の滑りおよび動きを防止するために、ブラシ１１０がブラシコア１３０にしっかりと嵌合される。

【0024】

図２を参照すると、ブラシコア１３０は、中空ボア１１２内でブラシ１１０に係合している。ブラシコア１３０は、外面１３３を形成している本体部１３２を有する。外面１３３は、ブラシ１１０の中空ボア１１２を画定する内面１１３に係合、固定されている。この図示の例示的な実施形態では、ブラシコア１３０は、略円筒状である。

【0025】

続けて図２を参照すると、外面１１４、１３３は、ブラシコア１３０の中心軸ａ₁の回りに位置してもよいし、外面１１４、１３３は、ブラシコア１３０の中心軸ａ₁を中心に対称的に位置してもよい。ブラシ１１０とブラシコア１３０と間の回転方向の動き、および更には軸方向の動きを防止するために、外面１３３の外形すなわち輪郭は、第１の係合部１４０によって不連続となってもよい。回転方向の動きとは、本明細書において、図１に示すように、中心軸ａ₁回りでの回転方向αに沿った動きと定義される。軸方向の動きとは、本明細書において、中心軸ａ₁の約±３０度内での、中心軸ａ₁に対して略直角である軸方向に沿った動きと定義される。第１の係合部１４０は、より良好にブラシ１１０の第２の係合部１１６に係合するために、外面１３３の輪郭全体を不連続にする任意の特徴部である。第１の係合部１４０は、ブラシ１１０をブラシコア１３０に有効に軸方向に固定するように、１つのバンド若しくは一連のバンド、１つのリッジ若しくは一連のリッジ、または１つの溝部若しくは一連の溝部のような特徴部を、外面１３３にわたって任意の数の場所に有する。

【0026】

第１の係合部１４０および第２の係合部１１６が存在する結果として、ブラシコア１３０の外面１３３とブラシ１１０の内面１１３との物理的嵌合により、顕著な耐滑り性がもたらされる。この耐滑り性は、接着剤、コアの表面処理（化学的処理、物理的処理、コロナ処理等）を含む他の方法、または、突起部、エッジ部、かぎ部、尖部、キー溝部、若しくは他の連結特徴部のような更なる表面特徴部によって、更に向上させることができる。

【0027】

図３を参照すると、本体部１３２の外面１３３から本体部１３２内の流体チャネル１５０にかけて孔１５６が形成され、流体チャネル１５０から本体部１３２の外面１３３に、そしてブラシ１１０に洗浄用および／または研磨用流体を流すようになっている。

【0028】

図１、３を参照すると、１つの実施形態において、ブラシコア１３０は、回転機構１０２に係合および連結する回転係合部１６０を更に有する。回転係合部１６０は、別の装置に連結または固定するのに用いることができる任意の機能部であり、例えば、ナット状部片、または、ブラシコア１３０と一体として単一に形成される任意の他の多角形状部片等のものを含み、回転機構１０２に固定することができる。回転機構１０２は、ブラシコア１３０を回転運動させることができる任意の装置、例えば、電気モーター、ガスモーター若しくはエンジン、モーター式若しくは手動式のクランクシャフト動力装置、並びに、プーリー、ホイール、機械的リンク機構、および／または自動若しくは手動で動くギアの任意の組合せを含む。回転機構１０２は、ブラシコア１３０を回転機構１０２に係合および連結する回転係合部１６０に連結する相補的係合部を有する。

【0029】

図１〜図４を参照すると、洗浄用外面１１４は、洗浄用外面１１４上にまたは洗浄用外面１１４内に形成されている例示的な突起部１１８を有するとともに、突起部１１８間に形成されている溝部１２０またはリッジ１２１を有する。溝部１２０またはリッジ１２１を伴う突起部１１８等の表面特徴部を有することは、ブラシ１１０が或る特定の基板１０４をより良好に洗浄するのに役立つ場合がある。窪み、溝部１２０、スジ部、エッジ部、尖部、または突起部１１８等の、洗浄用外面１１４上の表面特徴部を組み込んで、トルク伝達のレベルを増大させることにおいて有益な効果が得られる場合がある。しかし、表面特徴部は、その表面特徴部が洗浄用外面１１４の幾何学形状の変化に与える影響に起因して限定される場合がある。

【0030】

図１〜図１２を参照すると、突起部１１８は、洗浄用外面１１４上に形成されているとともに、中心軸ａ₁の回りに位置している凹状突起部１１８である。各凹状突起部１１８は、凹状外面１９０を有し、各凹状外面１９０は、凹面中心点Ｐ₁を囲繞する外縁部１９２を画定する。凹状突起部１１８は、それぞれ、円、球、楕球の内側のように、内方に湾曲している輪郭、すなわち面１９０を有する。凹状外面１９０に沿って、外縁部１９２から凹面中心点Ｐ₁にかけて進むと、図１１、１２に示すように、凹状外面１９０は中心軸ａ₁に向かって内方に湾曲している。洗浄ブラシ１１０の洗浄用外面１１４上に形成されている凹状突起部１１８により、洗浄ブラシ１１０の洗浄用外面１１４が基板１０４の表面１０６に係合するのに沿う係合領域において、洗浄ブラシ１１０と洗浄される基板１０４との間の圧力が下がる。いくつかの実施形態において、凹状突起部１１８は、突起部１１８と基板１０４の表面１０６との接触面積も減少させる。なぜなら、外縁部１９２と、おそらくは、凹面１９０のほんの一部分とが基板１０４に係合する一方で、凹面１９０の少なくとも一部分は基板１０４に係合しないからである。

【0031】

１つの実施形態において、図１１を参照すると、凹状突起部１１８は、洗浄用外面１１４の上方に第１の距離ｄ₁だけ突出している。凹状突起部１１８の外縁部１９２は、洗浄用外面１１４の距離ｄ₁だけ上方に形成されている。距離ｄ₁は約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍである。他の実施形態において、距離ｄ₁は、図１２に示すように、０．５ｍｍ未満、実際には約０ｍｍ±０．５ｍｍである。そのような実施形態において、凹状突起部１１８は洗浄用外面１１４と同一平面に形成してもよい。更なる実施形態において、凹状突起部１１８の外縁部１９２は、洗浄用外面１１４の下方または内部に形成してもよく、距離ｄ₁は、洗浄用外面１１４から洗浄用外面１１４の下方に、−０．５ｍｍ〜−１０ｍｍ等、０ｍｍ未満である。

【0032】

図１１、１２を参照すると、凹面中心点Ｐ₁は、凹状外面１９０の中心にあるかまたはこの中心付近にある。凹面中心点Ｐ₁は、凹状外面１９０の中心から±５ｍｍ内にある。凹状外面１９０の中心は、凹状外面１９０上の、中心軸ａ₁に対して最も近い点としてもよい。第１のブラシ半径ｒは、中心軸ａ₁から外縁部１９２まで延びており、第１の長さＬ₁を有する。第２のブラシ半径ｂは、中心軸ａ₁から凹面中心点Ｐ₁まで延びており、第２の長さＬ₂を有する。第１のブラシ半径ｒは、第２のブラシ半径ｂよりも大きい。第２の半径ｂに対して平行な方向に延びる第３のブラシ半径ｂ’は、中心軸ａ₁から、凹面中心点Ｐ₁の上方の中心点Ｐ₂まで延びている。第３のブラシ半径ｂ’は第３の長さＬ₃を有し、第３の長さＬ₃は第２の長さＬ₂よりも大きい。突起部半径「ａ」は、外縁部１９２から第３のブラシ半径ｂ’に対して直角である方向に、中心点Ｐ₂に向かって延びている。突起部半径「ａ」は、中心点Ｐ₂において直角±約５度で第３のブラシ半径ｂ’と交差する。第３の長さＬ₃と第２の長さＬ₂との差は、凹状突起部１１８の凹面深さｄ_cに等しい。

【0033】

１つの実施形態において、突起部半径「ａ」は第４の長さＬ₄を有し、第４の長さＬ₄は（Ｌ₁²−Ｌ₃²）の平方根に等しい。凹面深さｄ_cは、第４の長さＬ₄の約１／５０〜約１／２としてもよいし、第４の長さＬ₄の約１／４０〜約１／４としてもよい。別の実施形態において、凹面深さｄ_cは、長さが約０．１ｍｍ〜約５ｍｍである。第４の長さＬ₄の約１／５０〜約１／２の長さであるように凹面深さを形成することにより、凹状突起部１１８によって、洗浄ブラシ１１０が基板１０４に係合するのに沿う係合領域において、洗浄ブラシ１１０と洗浄される基板１０４との間の圧力が下がる。

【0034】

本明細書において図示および記載され説明されている例示的な突起部は、多くの異なるタイプ、サイズおよび構成の突起部の例でしかなく、本開示に対して限定を与えることは意図していない。そのような突起部の可能な形態の全ては、本開示の趣旨および範囲内にあることが意図される。例えば、突起部は任意のサイズの直径としてもよい、すなわち、矩形状、楕円状、角が丸み付けられた菱状、または任意の多角形、若しくは外縁部が弧状になった形状等の、円形以外の形状としてもよい。いくつかの場合、突起部の凹率は、突起部の直径またはサイズが増大するにつれて増大し、それにより、より深い凹面が突起部に与えられる。更に、突起部は任意のようにブラシの外面上で向き付けてもよく、そのような可能な形態の全ては本発明の趣旨および範囲内にあることが意図される。例えば、ブラシは、自身の外面上に、異なる密集度の突起部を有してもよく、突起部は直線に整列していなくてもよい等である。

【0035】

作業の際、ブラシ１１０は、ブラシコア１３０の周囲に位置付け、または、ブラシコア１３０の周囲にブラシ１１０を射出成型することにより成形してもよい。ブラシコア１３０の周囲にブラシ１１０を位置付けまたは成形すると、その後、回転係合部１６０を回転機構１０２上の係合部に結合することにより、ブラシコア１３０およびブラシ１１０を回転機構１０２に連結する。その後、ブラシ１１０を回転方向αに沿って中心軸ａ₁の回りに回転させる。ブラシ１１０を回転させる間、またはブラシ１１０を回転させる前、ブラシ１１０は基板１０４の表面１０６付近に位置付けられて表面１０６に係合する。

【0036】

ブラシ１１０は、第１の中心軸ａ₁の回りに位置しているブラシコア１３０によって基板１０４に係合する。ブラシ１１０を基板１０４に係合させると、その後、ブラシが第１の中心軸ａ₁の回りで第１の回転方向αに回転し、基板１０４が第２の中心軸ａ₂の回りで第２の回転方向βに回転する。第２の中心軸ａ₂は、第１の中心軸ａ₁に対して直角であるか、または第１の中心軸ａ₁と交差する。図１３を参照すると、凹状突起部１１８の外縁部１９２は、基板１０４に対して垂直の第１の力Ｆ₁によって基板１０４に係合し、凹状突起部１１８の凹面中心点Ｐ₁は、基板１０４に対して垂直の第２の力Ｆ₂によって基板１０４に係合し、第２の力Ｆ₂は、Ｆ₁の矢印とＦ₂の矢印との長さの差によって示されているように、第１の力Ｆ₁よりも小さい。他の実施形態において、突起部１１８の外縁部１９２は基板１０４に係合し、凹面中心点Ｐ₁は基板１０４に係合しない。

【0037】

ブラシ１１０が表面１０６に接して回転運動することは、表面１０６を洗浄および／または研磨するのに役立つ。図１を参照すると、１つの実施形態において、基板１０４も、第２の中心軸ａ₂の回りで回転方向βに沿って回転する。１つの実施形態において、研磨用流体は、本体部１３２内に形成されている流体チャネル１５０を通って、本体部１３２の外面１３３を貫いて流体チャネル１５０にかけて形成されている孔１５６を通って、ブラシ１１０内に圧送される。研磨用流体は、基板１０４を更に洗浄および／または研磨するのに役立つ。洗浄用外面１１４上に形成されている複数の凹状突起部１１８を有するブラシ１１０を設けることにより、洗浄ブラシ１１０が基板１０４に係合するのに沿う係合領域において、洗浄ブラシ１１０と洗浄される基板１０４との間の圧力が減少するとともに、面接触が減少する。

【0038】

上記の例示的な例は、半導体基板１０４を洗浄するのに使用されるＰＶＡブラシ１１０を記載しているが、当業者は、本開示に一致する方法およびシステムがそれに限定されないことを理解する。例えば、ブラシ１１０は、他の材料を含んでもよく、他のタイプの表面１０６または基板１０４を洗浄するのに使用してもよい。更に、ブラシ１１０は、ブラシ１１０の洗浄用外面１１４上若しくは洗浄用外面１１４内に形成されている突起部または窪みを有しても有しなくてもよい。

【0039】

いくつかの実施形態において、凹面１９０は、実際には、ブラシ１１０の洗浄用表面１１４において材料欠如部としてもよい。換言すれば、ブラシ１１０の表面１１４を通ってボア１１２までずっと、複数の穴を画定してもよい。そのような実施形態において、上記穴は、突起部１１８であり、基板１０４を洗浄および／または研磨するのを助ける。上記穴は、それぞれ同様に外縁部１９２および凹面中心点Ｐ₁を有してもよく、それぞれ同じように機能してもよく、本明細書に記載されている他の実施形態に対して同様に利する。このような実施形態の製造中、ブラシ１１０に画定された穴または突起部１１８の凹率は、穴の直径が変化するのにつれて変化する。

【0040】

要約書が、読み手が技術開示の本質を迅速につきとめることを可能にするために提供される。その理解を踏まえれば、要約書は特許請求の範囲の範囲若しくは意味を解釈または限定するのに用いられるのではないことが示される。更に、上記の発明を実施するための形態において、種々の特徴が、本開示を合理化する目的から種々の実施形態にともにグループ化されていることを認識することができる。本開示の方法は、請求される実施形態が各請求項において明記されているよりも多くの特徴を要するという意図を反映するものと解釈されるべきではない。むしろ、添付の特許請求の範囲が反映されるため、本発明の主題は、開示されている１つの実施形態の全ての特徴を満たさない。したがって、添付の特許請求の範囲は、本明細書の発明を実施するための形態に含まれ、各請求項はそれ自体が別個に請求される主題としてのものである。

【0041】

本開示の種々の実施形態を記載してきたが、当業者には本開示の範囲内で他の実施形態および実施態様が可能であることが明白であろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその均等物を除き限定されない。
なお、本発明は以下の特徴を以って実施することができる。
［特徴１］
基板を洗浄する洗浄装置において、
外面を有したブラシであって、該ブラシの中心軸を中心とした中空ボアが形成されて成るブラシと、
前記ブラシの前記外面上に形成されている複数の突起部であって、該複数の突起部の各々は凹面を有し、該凹面の各々が凹面中心点を囲繞する外縁部を有する複数の突起部とを具備する洗浄装置。
［特徴２］
前記突起部の前記外縁部は、前記ブラシの前記外面と同一平面に形成され、該ブラシの該外面から外方に突出していない特徴１に記載の洗浄装置。
［特徴３］
前記突起部は、前記外面から外方に所定の距離を以って突出している特徴１に記載の洗浄装置。
［特徴４］
前記凹面中心点は、前記凹面の中心にあるか、或いは、該凹面の中心付近にあり、
前記中心軸から前記凹面の前記外縁部までの第１のブラシ半径が第１の長さを有し、
前記中心軸から前記凹面中心点までの第２のブラシ半径が第２の長さを有し、
第３のブラシ半径が、前記中心軸から第２の点まで前記第２の半径に対して平行な方向に延び、前記第２の長さよりも大きい第３の長さを有しており、
突起部半径が、前記凹面の前記外縁部から、前記第３のブラシ半径に対して垂直に延び、前記第２の点において前記第３のブラシ半径に交差し、
前記第３の長さと前記第２の長さとの差が各突起部の凹面深さに等しくなっている特徴１に記載の洗浄装置。
［特徴５］
前記突起部半径は第４の長さを有し、該第４の長さは、（（前記第１の長さ）²−（前記第３の長さ）²）の平方根に等しくなっている特徴４に記載の洗浄装置。
［特徴６］
前記凹面深さは、前記第４の長さの約１／５０〜約１／２である特徴５に記載の洗浄装置。
［特徴７］
前記凹面深さは、前記第４の長さの約１／４０〜約１／４である特徴５に記載の洗浄装置。
［特徴８］
前記ブラシは、略円錐状、略切頭円錐状または略円筒状の何れか１つに形成されている特徴１に記載の洗浄装置。
［特徴９］
基板を洗浄する方法において、
外面を有したブラシであって、該ブラシの中心軸を中心とした中空ボアが形成されて成るブラシと、前記ブラシの前記外面上に形成されている複数の突起部であって、該複数の突起部の各々は凹面を有し、該凹面の各々が凹面中心点を囲繞する外縁部を有する複数の突起部とを具備する洗浄装置に基板を係合させることと、
前記ブラシを前記第１の軸の回りで第１の回転方向に回転させることとを含んで成る方法。
［特徴１０］
前記基板を係合させることは、
前記基板に対して垂直の第１の力によって、前記基板を前記凹面の前記外縁部に係合させることと、
前記基板に対して垂直の第２の力によって、前記基板を前記凹面の前記凹面中心点に係合させることとを含み、
前記第２の力は前記第１の力よりも小さい特徴９に記載の方法。
［特徴１１］
前記基板は円形の基板であり、前記方法は、前記基板を第２の軸の回りに回転させることを更に含む特徴９に記載の方法。
［特徴１２］
前記基板は円形の半導体ウェハーである特徴１１に記載の方法。
［特徴１３］
前記ブラシはポリビニルアルコールブラシである特徴９に記載の方法。
［特徴１４］
前記凹面中心点は、前記凹面の中心にあるか、或いは、該凹面の中心付近にあり、
前記中心軸から前記凹面の前記外縁部までの第１のブラシ半径が第１の長さを有し、
前記中心軸から前記凹面中心点までの第２のブラシ半径が第２の長さを有し、
第３のブラシ半径が、前記中心軸から第２の点まで前記第２の半径に対して平行な方向に延び、前記第２の長さよりも大きい第３の長さを有しており、
突起部半径が、前記凹面の前記外縁部から、前記第３のブラシ半径に対して垂直に延び、前記第２の点において前記第３のブラシ半径に交差し、
前記第３の長さと前記第２の長さとの差が各突起部の凹面深さに等しくなっている特徴９に記載の方法。
［特徴１５］
前記突起部半径は第４の長さを有し、該第４の長さは、（（前記第１の長さ）²−（前記第３の長さ）²）の平方根に等しくなっている特徴１４に記載の方法。
［特徴１６］
前記凹面深さは、前記第４の長さの約１／５０〜約１／２である特徴９に記載の方法。
［特徴１７］
基板を洗浄する洗浄装置において、
外面を有したブラシであって、該ブラシの中心軸を中心とした中空ボアが形成されて成るブラシと、
前記外面上に形成されている複数の突起部であって、該複数の突起部の各々が前記中心軸に向かって内方に湾曲している凹面を有する複数の突起部とを具備する洗浄装置。
［特徴１８］
各凹面は、凹面中心点を囲繞する外縁部を有し、
前記凹面中心点は、前記凹面の中心にあるか、或いは、該凹面の中心付近にあり、
前記中心軸から前記凹面の前記外縁部までの第１のブラシ半径が第１の長さを有し、
前記中心軸から前記凹面中心点までの第２のブラシ半径が第２の長さを有し、
第３のブラシ半径が、前記中心軸から第２の点まで前記第２の半径に対して平行な方向に延び、前記第２の長さよりも大きい第３の長さを有しており、
突起部半径が、前記凹面の前記外縁部から、前記第３のブラシ半径に対して垂直に延び、前記第２の点において前記第３のブラシ半径に交差し、
前記第３の長さと前記第２の長さとの差が各突起部の凹面深さに等しくなっている特徴１７に記載の洗浄装置。
［特徴１９］
前記突起部半径は第４の長さを有し、該第４の長さは、（（前記第１の長さ）²−（前記第３の長さ）²）の平方根に等しくなっている特徴１８に記載の洗浄装置。
［特徴２０］
前記凹面深さは、前記第４の長さの約１／５０〜約１／２である特徴１９に記載の洗浄装置。

【符号の説明】

【0042】

１００ 洗浄システム
１０２ 回転機構
１０４ 半導体基板
１０６ 表面
１１０ 洗浄ブラシ
１１０ 円筒状外面
１１２ 中空ボア
１１３ 内面
１１４ 外面
１１６ 第２の係合部
１１８ 突起部
１２０ 溝部
１２１ リッジ
１２４ 第２の端部
１２６ 端
１３０ ブラシコア
１３２ 本体部
１３３ 外面
１４０ 第１の係合部
１５０ 流体チャネル
１５６ 孔
１６０ 回転係合部
１９０ 凹状外面
１９２ 外縁部

【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】