特開 2022-134658 ブラシローラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022134658

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】ブラシローラ

(51)【国際特許分類】

   B08B 1/04 20060101AFI20220908BHJP

   B08B 3/04 20060101ALI20220908BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

B08B1/04

B08B3/04 A

H01L21/304 644G

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021033945

(22)【出願日】2021-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】500004069

【氏名又は名称】アイオン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107238

【弁理士】

【氏名又は名称】米山 尚志

(74)【代理人】

【識別番号】100181434

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 正明

(72)【発明者】

【氏名】大久保 絵里

(72)【発明者】

【氏名】真野 稔正

【テーマコード（参考）】

3B116

3B201

5F157

【Ｆターム（参考）】

3B116AA03

3B116AB33

3B116BA02

3B116BA15

3B116BB22

3B201AA03

3B201AB33

3B201BA02

3B201BA15

3B201BB22

3B201BB93

5F157AA96

5F157BA03

5F157BA07

5F157BA14

5F157DB02

5F157DB37

(57)【要約】

【課題】被洗浄面上での洗浄液の滞留を抑制する。
【課題手段】ブラシローラ２は、略円筒形状のロール体３とロール体３の外周面４上に一体形成された複数の突起５とを有し、ロール体３の軸心７を中心として回転することにより突起５が被洗浄面に回転接触して被洗浄面を洗浄する。複数の突起５は、ロール体３の外周面４のうち軸心７に沿った長手方向８の両端部４Ａに千鳥状に配列される千鳥配列突起群５Ａと、両端部４Ａの間の中間部４Ｂに千鳥配列突起群５Ａよりも低密度で螺旋状に配列される螺旋配列突起群５Ｂとから構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

湿潤状態で弾性を有する多孔質素材によって構成され、略円筒形状のロール体と前記ロール体の外周面上に一体形成された複数の突起とを有し、前記ロール体の軸心を中心として回転することにより前記突起が被洗浄面に回転接触して前記被洗浄面を洗浄するブラシローラであって、
前記複数の突起は、前記ロール体の外周面のうち前記軸心に沿った長手方向の両端部に千鳥状に配列される千鳥配列突起群と、前記両端部の間の中間部に前記千鳥配列突起群よりも低密度で螺旋状に配列される螺旋配列突起群とから構成される
ことを特徴とするブラシローラ。

【請求項2】

請求項１に記載のブラシローラであって、
前記螺旋配列突起群が配列される前記中間部は、前記ロール体の外周面の前記長手方向の中央を含む中央部である
ことを特徴とするブラシローラ。

【請求項3】

ポリビニルアセタール系多孔質素材によって構成された請求項１に記載のブラシローラであって、
前記ロール体の前記長手方向の全長に対する前記中央部の前記長手方向の長さの割合は、５％以上９５％以下である
ことを特徴とするブラシローラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば半導体電子デバイスウエハ、シリコンウエハ、ハードディスク等のエレクトロニクス部品の製造工程のうち、主に洗浄工程のスクラブ洗浄で用いられるブラシローラに関する。

【背景技術】

【0002】

アルミハードディスク、ガラスディスク、ウエハ、フォトマスク、或いは液晶ガラス基板等の製造工程では、その表面を極めて精度の高い面に仕上るために、シリカ、アルミナ、セリア等の各種砥粒を用いた高精度研磨、いわゆるポリッシング加工が行われる。ポリッシング加工された被研磨物の表面には、砥粒や研磨屑が付着しており、これらを除去するために、ポリッシング加工後に十分な洗浄を施す必要がある。

【0003】

ポリッシング加工後の洗浄方法としては、超音波洗浄やジェット水流を用いる方法があるが、高い洗浄効果を得るため、また基板へのダメージを低減するため、弾性多孔質体（例えばポリビニルアセタール系多孔質体）からなるスポンジ体によるスクラブ洗浄が広く用いられている。また、洗浄液としては、通常ＤＩ水だけでなく、酸、アルカリ、溶剤といった各基板に適した各種薬剤も使用される。例えば、シリコンウエハの洗浄液としては、アンモニア水と過酸化水素水の混合液、希弗酸、塩酸と過酸化水素水の混合液等が知られている。

【0004】

弾性多孔質体のスポンジ体の形状は多様であるが、その中でも円筒の外周面に多数の突起を有するブラシローラ形状のスポンジ体（以下、ブラシローラと称する）がスクラブ洗浄（洗浄工程）に好適に用いられている。ブラシローラを回転させながら、その突起の頭頂部を被洗浄体の洗浄面に連続的に接触させることによって、良好な洗浄効果を得ることができる。被洗浄体がブラシローラの突起のみと接触するため、突起を有さないフラットなスポンジ体に比べて、摩擦が小さく被洗浄体へのダメージが少ないという利点や、洗浄液とともに夾雑物が突起の間を容易に通過して被洗浄体から除去されるという利点がある。このようなブラシローラとして、円筒の外周面の全域に複数の突起を千鳥状に配列したもの（例えば、特許文献１参照）が公知である。

【0005】

洗浄工程では、通常それぞれの基板に対応した専用の洗浄装置が使用され、スポンジ体とコアとによって洗浄用スポンジローラが構成される。コアはスポンジ体の内径部を挿通し、スポンジ体の内周面を固定的に支持する。コアの両端部を洗浄装置の回転駆動部に取付けて洗浄用スポンジローラを洗浄装置に装着し、スポンジ体と被洗浄体（ブラシローラの場合には突起と被洗浄体）とを接触させた状態でコアとともにスポンジ体を回転させる。例えば、被洗浄体がディスク形状の基板であり、ブラシローラによって基板の表面（被洗浄面）を洗浄する場合、基板とブラシローラの双方を回転させながらブラシローラの突起を被洗浄面に接触させることにより、洗浄効率を高めることができる。

【0006】

また、洗浄工程では、洗浄液を供給しながらスポンジ体と被洗浄体とを接触させる。洗浄液は、被洗浄体或いはスポンジ体にその上部や側面からノズル等によって供給してもよく、コア内部からスポンジ体の内側に供給してもよい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第３３７８０１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ディスク形状の基板の表面（被洗浄面）をブラシローラによってスクラブ洗浄する場合、例えば、円形状の被洗浄面の中心を通る径方向に沿ってブラシローラを配置し、基板を回転させながらブラシローラを回転させて、突起を被洗浄面に連続的に接触させる。基板の回転軸は、被洗浄面の中心を通り、ブラシローラの回転軸は、スポンジ体の円筒の軸心を通る。被洗浄面上の洗浄液は、基板とともに回転するため、遠心力によって外周側へ移動して、被洗浄面の外周縁から系外へ排出される。

【0009】

しかし、被洗浄面上の洗浄液に作用する遠心力は、被洗浄面の中心から外周に向かうほど強くなるため、被洗浄面の中心を含む中央域では外周側への洗浄液の移動速度が遅く、洗浄液が中央域に滞留してしまう可能性がある。洗浄液が滞留すると、夾雑物が被洗浄面から除去されず、被洗浄面に残留してしまう可能性がある。また、洗浄液の滞留によって洗浄力が強くなりすぎてしまい、被洗浄面にダメージを与えてしまう可能性もある。このように、洗浄液の滞留は、洗浄性能の低下を招くおそれがある。

【0010】

そこで本発明は、被洗浄面上での洗浄液の滞留を抑制することが可能なブラシローラの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成すべく、本発明のブラシローラは、湿潤状態で弾性を有する多孔質素材によって構成され、略円筒形状のロール体とロール体の外周面上に一体形成された複数の突起とを有する。ブラシローラは、ロール体の軸心を中心として回転することにより突起が被洗浄面に回転接触して被洗浄面を洗浄する。複数の突起は、ロール体の外周面のうち軸心に沿った長手方向の両端部に千鳥状に配列される千鳥配列突起群と、両端部の間の中間部に千鳥配列突起群よりも低密度で螺旋状に配列される螺旋配列突起群とから構成される。

【0012】

ブラシローラは、ポリビニルアセタール系多孔質素材によって構成されてもよく、螺旋配列突起群が配列される中間部は、ロール体の外周面の長手方向の中央を含む中央部であってもよい。ロール体の長手方向の全長に対する中央部の長手方向の長さの割合は、５％以上９５％以下が好適であり、３０％以上６０％以下がさらに好適である。

【0013】

上記構成のブラシローラによってディスク形状の基板の表面（被洗浄面）をスクラブ洗浄する場合、例えば、円形状の被洗浄面の中心を通る径方向に沿って被洗浄面を横断するようにブラシローラを配置し、基板を回転させながらブラシローラを回転させて、突起を被洗浄面に連続的に接触させる。ブラシローラは、被洗浄面の中心を含む基板中央域に中間部の螺旋配列突起群が対向し、基板中央域よりも径方向外側の基板外周域に両端部の千鳥配列突起群が対向するように配置される。

【0014】

被洗浄面上の洗浄液は、基板とともに回転しながら、遠心力によって外周側へ移動する。被洗浄面上の洗浄液に作用する遠心力は、被洗浄面の中心から外周に向かうほど強くなるため、基板中央域と基板外周域とを比較すると、基板外周域の洗浄液は、外周側への移動速度が速く、滞留せずに被洗浄面の外周縁から系外へ円滑に排出され易い。また、基板外周域と対向する千鳥配列突起群では、螺旋配列突起群よりも高密度に突起が配置されているので、被洗浄面の洗浄効率を高めることができる。

【0015】

一方、基板中央域と対向する螺旋配列突起群では、複数の突起が、千鳥配列突起群よりも低密度で螺旋状に配列されている。換言すると、螺旋配列突起群では、複数の突起がロール体の長手方向及び周方向に対して傾斜して並び、長手方向に隣接する２つの突起間の間隙は、螺旋配列突起群の方が千鳥配列突起群よりも大きい。このため、基板中央域の洗浄液には、ブラシローラが配置される被洗浄面の径方向に対して傾斜する方向に沿って、ブラシローラを境とした被洗浄面の一方側から他方側へ向かう液流れ（螺旋配列突起群による液流れ）が生じる。基板中央域の洗浄液は、外周側への移動速度が基板外周域よりも遅いため滞留し易いが、螺旋配列突起群による上記液流れによって基板中央域に行き渡るとともに、基板中央域から基板外周域へ移動して系外へ排出される。従って、洗浄液の滞留に起因した洗浄性能の低下を抑制することができる。また、螺旋配列突起群では、突起が螺旋状に配列されているので、基板中央域の全域において突起を均等の頻度で被洗浄面に接触させることができ、突起との接触頻度のばらつきに起因した洗浄性能の低下を抑制することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、被洗浄面上での洗浄液の滞留を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係るブラシローラの斜視図である。

【図2】ブラシローラの側面図である。

【図3】ロール体の外周面を平面状に展開した場合の突起の配列図である。

【図4】ブラシローラの使用状態を示す平面図である。

【図5】図４を矢印Ｖ方向から視た正面図である。

【図6】第１の変形例のブラシローラの使用状態を示す平面図である。

【図7】第２の変形例のブラシローラの斜視図である。

【図8】第３の変形例のブラシローラのロール体の外周面を平面状に展開した場合の突起の配列図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態に係るブラシローラを、図面に基づいて説明する。

【0019】

図１及び図２に示すように、ブラシローラ２は、略円筒形状のロール体３と、ロール体３の外周面４上に一体成形された円柱形状の複数の突起５とを有する。ロール体３の内径部には、金属やプラスチックなどの硬質な材料によって形成された軸部材であるコア６が装着される。ブラシローラ２とコア６とによって洗浄用スポンジローラ１が構成され、ロール体３をコア６に装着した状態で、両者の軸心７は略一致する。なお、突起５の形状は、円柱形状に限定されるものではない。

【0020】

図４に示すように、スクラブ洗浄の対象となる被洗浄体１１は、薄厚円盤状のウエハ（基板）である。洗浄用スポンジローラ１は、コア６の両端部を洗浄装置（図示省略）の回転駆動部（図示省略）に取付けることにより洗浄装置に装着される。被洗浄体１１は、略水平に洗浄装置に装着され、被洗浄体１１の円形状の上面（被洗浄面１２）は、鉛直方向と略直交する。ブラシローラ２は、被洗浄面１２の上方に、被洗浄面１２の中心を通る径方向に沿って被洗浄面１２を横断するように配置される。

【0021】

被洗浄体１１を回転させながら洗浄用スポンジローラ１（ブラシローラ２及びコア６）を回転させて、突起５を被洗浄面１２に連続的に接触させることにより（図５参照）、スクラブ洗浄が行なわれる。被洗浄体１１の回転方向を図４に矢印２１で、ブラシローラ２の回転方向を図５に矢印２０でそれぞれ示す）。被洗浄体１１の回転軸１３は、被洗浄面１２の中心を通り、ブラシローラ２は、ロール体３及びコア６の軸心７を中心として回転する。回転軸１３と軸心７とは略直交し、回転軸１３は略鉛直方向に延び、軸心７は略水平方向に延びる。被洗浄面１２上には、ノズル等の洗浄液供給部１４から洗浄液が供給される。図４の例では、２箇所の洗浄液供給部１４から洗浄液が供給される。被洗浄面１２上の洗浄液は、被洗浄体１１とともに回転するため、遠心力によって外周側へ移動して、被洗浄面１２の外周縁から系外へ排出される。なお、ブラシローラ２の回転方向及び被洗浄体１１の回転方向は、任意に設定可能である。

【0022】

ブラシローラ２（ロール体３及び突起５）は、含水状態で弾性を有するポリビニルアセタール系多孔質素材（ＰＶＡｔ系多孔質素材）から成る。ＰＶＡｔ系多孔質素材は、乾燥状態で硬化し、湿潤状態で軟化する。また、ＰＶＡｔ系多孔質素材は、吸水性及び保水性に優れ、湿潤時に好ましい柔軟性と適度な反発弾性を示し、耐磨耗性にも優れている。コア６はロール体３の内径部に挿通され、ロール体３を固定的に支持する。例えば、コア６の外周面とロール体３の内周面とを接着剤によって固着してもよく、また、コア６の外径をロール体３の内径よりも大きく形成し、コア６をロール体３の内径部に圧入することにより、ロール体３の弾性力によってロール体３をコア６に固定的に支持させてもよい。さらには、ブラシローラ２を製造する際にコア６を型内に設置し、反応後のブラシローラ２（ロール体３）を、コア６を伴った状態のまま型から取り出してもよい。このような固定的な支持により、ロール体３は、コア６と共に回転する。

【0023】

図１～図４に示すように、複数の突起５は、ロール体３の外周面４のうち軸心７に沿った長手方向８の両端部４Ａに千鳥状に配列される千鳥配列突起群５Ａと、両端部の間の中央部（中間部）４Ｂに千鳥配列突起群５Ａよりも低密度で螺旋状に配列される螺旋配列突起群５Ｂとから構成される。螺旋配列突起群５Ｂが配列される中央部４Ｂは、ロール体３の外周面４の長手方向８の中央１０（図２参照）を含む領域である。なお、外周面４の中央１０を含まない中間部に、螺旋配列突起群５Ｂを配列してもよい。

【0024】

本実施形態では、両端部４Ａの一方の長手方向８の長さＬＡ１と他方の長手方向８の長さＬＡ２とが略等しく設定されている。ロール体３の長手方向８の全長（ＬＡ１＋ＬＡ２＋ＬＢ）に対する中央部４Ｂの長手方向８の長さＬＢの割合は、５％以上９５％以下が好適であり、３０％以上６０％以下がさらに好適である。

【0025】

図３に示すように、「千鳥配列」とは、ロール体３の外周面４に周方向９に沿った円環状の複数の列ＦＡを長手方向８に等間隔に並ぶように設定し、各列ＦＡに複数の突起５を等ピッチで配置し、且つ隣接する２つの列ＦＡの突起５同士が周方向９にずれるように（実施形態では半ピッチずれるように）配置した状態を意味する。一方、「螺旋配列」とは、ロール体３の長手方向８及び周方向９に対して傾斜する複数の螺旋状の列ＦＢを長手方向８に等間隔に複数並ぶように設定し、各列ＦＢに複数の突起５を等ピッチで配置し、且つ隣接する２つの列ＦＢの突起５間の距離（間隙）Ｄ１が同一の列ＦＢ上で隣接する２つの突起５間の距離（間隙）Ｄ２よりも長くなる（間隙が大きくなる）ように配置して、隣接する２つの列ＦＢの突起５間に螺旋状の溝を設けた状態を意味する。また、螺旋配列突起群５Ｂの方が千鳥配列突起群５Ａよりも低密度であるため、長手方向８に隣接する２つの突起５間の距離（間隙）は、螺旋配列の距離Ｄ３の方が千鳥配列の距離Ｄ４よりも長くなる（間隙が大きくなる）。

【0026】

被洗浄面１２をブラシローラ２によってスクラブ洗浄する場合、図４に示すように、被洗浄面１２の中心（回転軸１３）を通る径方向に沿って被洗浄面１２を横断するようにブラシローラ２を配置し、被洗浄体１１を回転させながらブラシローラ２を回転させて、突起５を被洗浄面１２に連続的に接触させる。ブラシローラ２は、被洗浄面１２の中心（回転軸１３）を含む円形状の基板中央域１２Ｂに中央部４Ｂの螺旋配列突起群５Ｂが対向し、基板中央域１２Ｂよりも径方向外側のドーナツ状の基板外周域１２Ａに両端部４Ａの千鳥配列突起群５Ａが対向するように配置される。洗浄液供給部１４は、基板中央域１２Ｂの外周側や基板外周域１２Ａの内周側へ洗浄液を供給する。図４の例では、基板外周域１２Ａの内周側に洗浄液が供給される。

【0027】

被洗浄面１２上の洗浄液は、被洗浄体１１とともに回転しながら、遠心力によって外周側へ移動する。被洗浄面１２上の洗浄液に作用する遠心力は、被洗浄面１２の中心（回転軸１３）から外周に向かうほど強くなるため、基板中央域１２Ｂと基板外周域１２Ａとを比較すると、基板外周域１２Ａの洗浄液は、外周側への移動速度が速く、滞留せずに被洗浄面１２の外周縁から系外へ円滑に排出され易い。また、基板外周域１２Ａと対向する千鳥配列突起群５Ａでは、螺旋配列突起群５Ｂよりも高密度に突起５が配列されているので、被洗浄面１２の洗浄効率を高めることができる。

【0028】

一方、基板中央域１２Ｂと対向する螺旋配列突起群５Ｂでは、複数の突起５が、千鳥配列突起群５Ａよりも低密度で螺旋状に配列されている。すなわち、螺旋配列突起群５Ｂでは、複数の突起５がロール体３の長手方向８及び周方向９に対して傾斜して並び、長手方向８に隣接する２つの突起５間の間隙は、螺旋配列突起群５Ｂの方が千鳥配列突起群５Ａよりも大きい（図３参照）。このため、基板中央域１２Ｂの洗浄液には、ブラシローラ２が配置される被洗浄面１２の径方向（ロール体３の長手方向８）に対して傾斜する方向に沿って、ブラシローラ２を境とした被洗浄面１２の一方側（洗浄液の供給側）から他方側（洗浄液の非供給側）へ向かう液流れ１５（螺旋配列突起群５Ｂによる液流れ）が生じる。基板中央域１２Ｂの洗浄液は、外周側への移動速度が基板外周域１２Ａよりも遅く、基板中央域１２Ｂに滞留し易いが、螺旋配列突起群５Ｂによる上記液流れ１５によって、洗浄液は、洗浄液の供給位置（洗浄液供給部１４）よりも径方向内側の基板中央域１２Ｂに流れ、基板中央域１２Ｂに行き渡るとともに、基板中央域１２Ｂから基板外周域１２Ａへ移動して系外へ排出される。従って、洗浄液の滞留に起因した洗浄性能の低下を抑制することができる。また、螺旋配列突起群５Ｂでは、突起５が螺旋状に配列されているので、基板中央域１２Ｂの全域において突起５を均等の頻度で被洗浄面１２に接触させることができ、突起５との接触頻度のばらつきに起因した洗浄性能の低下を抑制することができる。

【0029】

なお、本発明は、一例として説明した上述の実施形態、実施例及びその変形例に限定されることはなく、上述の実施形態等以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

【0030】

例えば、ブラシローラ２の素材はＰＶＡｔ系多孔質素材に限定されず、連続気孔を有し、湿潤状態で弾性を有する多孔質素材であればよい。

【0031】

また、ブラシローラ２の形態は上記実施形態に限定されず、ロール体３の外周面４のうち軸心７に沿った長手方向８の両端部４Ａに千鳥配列突起群５Ａを設け、千鳥配列突起群５Ａの間に螺旋配列突起群５Ｂを設けたものであればよい。例えば、図６に示すブラシローラ３０のように、螺旋配列突起群５Ｂを上記実施形態とは反対の方向に傾斜させてもよい。また、図７に示すブラシローラ３１のように、両端部４Ａの一方の長手方向８の長さＬＡ１と他方の長手方向８の長さＬＡ２とを相違させてもよい（図７の例では、ＬＡ１＞ＬＡ２）。また、図８に示すように、ロール体３の外周面４の両端部４Ａと中央部４Ｂとの間の境界領域４Ｃに、千鳥配列及び螺旋配列以外の突起群（図８の例では、千鳥配列と螺旋配列とが混在する混成配列突起群５Ｃ）を設けてもよい。

【0032】

また、上記実施形態では、被洗浄体１１を略水平に（被洗浄面１２が鉛直方向と略直交するように）配置する横置きの洗浄装置について説明したが、スクラブ洗浄時の被洗浄体１１の姿勢は上記に限定されず、任意の姿勢の被洗浄面１２に対してブラシローラ１を略平行に配置すればよい。例えば、２本のブラシローラの間に被洗浄体１１を略鉛直に（被洗浄面１２が水平方向と略直交するように）配置し、被洗浄体の表裏両面を２本のブラシローラによってそれぞれ洗浄する縦置きの洗浄装置において、２本のブラシローラの各々に本発明のブラシローラ１を用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0033】

本発明は、スクラブ洗浄を行うブラシローラとして広く用いることができる。

【符号の説明】

【0034】

１：洗浄用スポンジローラ
２：ブラシローラ
３：ロール体
４：ロール体の外周面
４Ａ：ロール体の外周面の両端部
４Ｂ：ロール体の外周面の中央部（中間部）
４Ｃ：境界領域
５：突起
５Ａ：千鳥配列突起群
５Ｂ：螺旋配列突起群
５Ｃ：混成配列突起群
６：コア
７：軸心
８：ロール体の長手方向
９：ロール体の周方向
１０：ロール体の外周面の長手方向の中央
１１：被洗浄体
１２：被洗浄面
１２Ａ：基板外周域
１２Ｂ：基板中央域
１３：被洗浄体の回転軸
１４：洗浄液供給部
１５：液流れ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】