特表 2024-540850 ポストＣＭＰブラシおよび製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-06

(54)【発明の名称】ポストＣＭＰブラシおよび製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20241029BHJP

   A46B 15/00 20060101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 622Q

A46B15/00 Z

H01L21/304 644G

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024521179

(86)(22)【出願日】2022-10-19

(85)【翻訳文提出日】2024-05-30

(86)【国際出願番号】 US2022047187

(87)【国際公開番号】W WO2023069557

(87)【国際公開日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】63/271,130

(32)【優先日】2021-10-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/288,472

(32)【優先日】2021-12-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524128969

【氏名又は名称】バジャジ，ラジーブ

【氏名又は名称原語表記】ＢＡＪＡＪ， Ｒａｊｅｅｖ

【住所又は居所原語表記】８７５ Ｔｙｂａｌｔ Ｄｒ， Ｓａｎ Ｊｏｓｅ， ＣＡ ９５１２７ （ＵＳ）

(74)【代理人】

【識別番号】110003487

【氏名又は名称】弁理士法人東海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】バジャジ，ラジーブ

【テーマコード（参考）】

3B202

5F057

5F157

【Ｆターム（参考）】

3B202AB19

3B202BA03

3B202BC01

3B202EA01

5F057AA21

5F057AA44

5F057AA48

5F057CA25

5F057DA38

5F057EB26

5F157BA03

5F157BA08

5F157BA14

5F157BA31

5F157DC81

(57)【要約】

半導体ウエハのポスト化学的／機械的研磨洗浄用のブラシであって、連続気泡細孔を備えた微多孔質コアと、微多孔質コアの外面に形成された複数のループ繊維の外層と、を備え、ブラシは、第１コア流れ抵抗Ｒ１と、第２貫通面流れ抵抗Ｒ２と、表面を横切る第３流れ抵抗Ｒ３と、を有し、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２である、ブラシが提供される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ウエハ洗浄用の複合円筒状のブラシであって、前記ブラシは、
内面および外面を有する微多孔質コアと、そして
前記コアの前記外面に位置決め固定されたスリーブと、
を備え、
前記コアの前記内面は、ウエハ洗浄デバイスのマンドレル上に着脱可能に接続されるように構成され、
前記スリーブは、前記スリーブの外面の上方に伸びる複数の自立型の繊維および／または繊維ループを備えた織布帛または編布帛を備える、ブラシ。

【請求項2】

前記スリーブは、前記コアの前記外面と少なくとも４５度の角度を形成する方向に伸びる自立型の繊維および／または繊維ループを備える、請求項１に記載のブラシ。

【請求項3】

前記自立型の繊維および／または繊維ループは、ブラシ面に対して法線方向または略法線方向に伸びている、請求項１に記載のブラシ。

【請求項4】

前記微多孔質コアは、マイクロチャネルおよび／もしくは開口細孔を備える複合プラスチック材料または微多孔質プラスチック材料からなり、前記コアの前記内面から前記コアを通って水が前記コアの前記外面から前記スリーブに流出することが可能とされている、請求項１に記載のブラシ。

【請求項5】

前記自立型の繊維および／または繊維ループは、直径１ミクロン～２００ミクロン、好ましくは直径１～１００ミクロン、より好ましくは直径１～１０ミクロンであり、前記外面の上方の高さ０．５ｍｍ～１０ｍｍ、好ましくは前記スリーブの前記外面の上方の高さ１．０ｍｍ～７ｍｍ、より好ましくは前記スリーブの前記外面の上方の高さ２．０ｍｍ～５．０ｍｍに伸びる、請求項１に記載のブラシ。

【請求項6】

前記繊維は、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル、或いは、ポリパラフェニレンテレフタラミド、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、および超高分子量ポリエチレンのような改良繊維、好ましくはポリエステル、ナイロン、およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含む、単一のポリマーまたはポリマーの組み合わせからなる、請求項１に記載のブラシ。

【請求項7】

前記スリーブの基部の繊維密度は、１本／ｍｍ^２～２０００本の糸／ｍｍ^２、好ましくは２５本／ｍｍ^２～１０００本の糸／ｍｍ^２、より好ましくは５０本／ｍｍ^２～５００本の糸／ｍｍ^２である、請求項１に記載のブラシ。

【請求項8】

前記自立型の繊維および／または繊維ループの密度は、１本／ｍｍ^２～２０００本の繊維およびまたは繊維ループ／ｍｍ^２、好ましくは２５本／ｍｍ^２～１０００本の糸／ｍｍ^２、より好ましくは５０本／ｍｍ^２～５００本の糸／ｍｍ^２である、請求項１に記載のブラシ。

【請求項9】

スリーブ面は、単一自立型の繊維および繊維ループの両方を含む、請求項１に記載のブラシ。

【請求項10】

スリーブ面は、繊維ループのみを含む、請求項１に記載のブラシ。

【請求項11】

前記繊維および／または繊維ループは、線状、円周状、螺旋状、円弧状、瘤状、または他の何らかの幾何学的パターン、好ましくは瘤状または螺旋状を含むパターンで配置されている、請求項１に記載のブラシ。

【請求項12】

前記自立型の繊維および／または繊維ループは、単一の織りプロセスまたは編みプロセスで前記スリーブの基部とともに前記スリーブの表面に形成され、
前記コアは、連続気泡微多孔質ＰＶＡ、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリウレタン、好ましくはポリプロピレンおよびＰＶＡからなる、請求項１に記載のブラシ。

【請求項13】

前記コアは、ポリプロピレン不織布フィルタカートリッジからなる、請求項１に記載のブラシ。

【請求項14】

前記コアは、メルトブローポリマーからなる布帛である、請求項１に記載のブラシ。

【請求項15】

半導体ウエハのポスト化学的／機械的研磨洗浄用のブラシであって、前記ブラシは、
連続気泡細孔を有する複合微多孔質コアと、そして
前記微多孔質コアの外面に配置された外スリーブと、を備え、
前記外スリーブは、布帛製基部と、前記スリーブの上面の上方に伸びる前記布帛基部上の繊維ループと、を備え、
前記ブラシは、前記微多孔質コアを通る第１コア流れ抵抗Ｒ１と、前記スリーブの基部を通る第２流れ抵抗Ｒ２と、前記ループの表面を横切る第３流れ抵抗Ｒ３と、を有し、
Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２である、ブラシ。

【請求項16】

前記ループは、織りまたは編みによって単一のプロセスで前記スリーブの基部とともに形成されたテリー繊維ループである、請求項１４に記載のブラシ。

【請求項17】

スリーブ織り密度は、コアブラシ密度より高い、請求項１４に記載のブラシ。

【請求項18】

前記コアは、６０％～９０％の細孔率を有し、スリーブ基部は、４０％～７０％の細孔率を有する、請求項１４に記載のブラシ。

【請求項19】

前記糸繊維は、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル、或いは、ポリパラフェニレンテレフタラミド、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、および超高分子量ポリエチレンのような改良繊維の少なくとも１種からなるポリマー繊維である、請求項１４に記載のブラシ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
この出願は、２０２１年１０月２３日に出願された米国仮特許出願第６３／２７１，１３０号および２０２１年１２月１０日に米国特許庁に出願された仮特許出願第６３／２８８，４７２号からの優先権を主張し、これらの内容は全てあらゆる目的のために本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

本発明の種々の例示的な実施形態は、総じて、ポストＣＭＰ（化学機械研磨）ウエハ洗浄に関し、より詳細には、低減されたＤＩＷ（脱イオン水）使用量のための改良ポストＣＭＰブラシに関する。

【0003】

半導体製造プロセスは、大量の水の使用を必要とする。現在、各先端ノードでは、完成した２００ｍｍ相当のウエハは約１３００ガロンの水を使用する。「インテル企業責任報告書 ２０２０－２１」を参照されたい。全世界の半導体生産能力約１億３，５００万ウエハ（２００ｍｍ換算）に基づけば、水使用量は約１，７５０億ガロン／年である。https://www.eenewseurope.com/news/top-five-chip-makers-dominate-global-wafer-capacityを参照されたい。

【0004】

半導体の使用量は増加し続けており、半導体製造における水使用量は、利用可能な天然水資源の総量と他の目的への利用可能性への負荷の原因となるであろう。現行のグローバル１．５℃気候目標に沿って資源を効率的に利用するため、水使用量全体を削減する必要がある。

【0005】

水使用量を低減するための重要な要素の１つは、より効率的なプロセスを設計することによって、水使用量の源で対処することである。化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスは、半導体ウエハ加工における重要なプロセスの１つであって、水を大量に消費する。１０ｎｍプロセスを使用する先進的なチップでは、デバイスを製造するために、絶縁工程および金属ＣＭＰ工程を合計２０回以上繰り返すことが必要であり得る。ウエハをポリウレタンパッドに押し付けながら、金属酸化物ナノ粒子と、滑らかな仕上がりでの除去に影響を与える薬品と、からなるスラリーを塗布して研磨する。次に、ウエハを、ブラシを通って水が流れるＰＶＡブラシを使用して一体化されたポストＣＭＰ（ＰＣＭＰ）洗浄機で洗浄する。「ポストＣＭＰ洗浄におけるプロセスの一貫性：課題と機会」Singh, Rakesh Kらを参照されたい。

【0006】

加えて、粒子や破片の除去に役立つよう、水および洗浄剤をウエハに噴霧する。ＰＶＡブラシは、架橋ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）の高多孔質ネットワークであって、製造者や使用されるブラシの種類に応じて、３０～１００μｍの範囲の細孔径を備える。気孔率は８０～９０％の範囲であり得る。洗浄は、水で満たされた回転するブラシを回転するウエハに押し付けることによって、達成される。

【0007】

３００ｍｍウエハ用の典型的なＰＣＭＰ洗浄機は、各々が２つのブラシを備えた２つのブラシステーションを有する。２つのブラシの間に置くことにより、ウエハを洗浄する。各ブラシの流水量は約０．５リットル／分であるため、ＰＣＭＰ洗浄機は連続的に２リットル／分の水を必要とする一方、ウエハ洗浄中は追加の噴霧ノズルがオンとなる。噴霧ノズルは、追加の水を最大で２リットル／分使用する。従って、ＰＣＭＰ洗浄機は、２リットル／分を連続的に使用し、ウエハ洗浄中は最大４リットル／分を使用する。これは、スタンバイモードで１００万リットル（２８０Ｋガロン）／年／洗浄機、または１００％洗浄モードで２００万リットル（５６０ｋガロン）／年に相当する。従って、よりＤＩＷ効率の高いプロセスや洗浄機が強く望まれる。

【0008】

既存のブラシ設計では、微多孔質ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）ブラシが使用されている。ブラシを通る均一な流れを得るために必要な流水量は、細孔率および細孔径の関数である。細孔率が高いほど、一般に高い流水量が必要となる。また、細孔径が大きいほど、一般的に高い流水量が必要となる。同様に、ブラシの圧縮率も細孔径および細孔率に比例する。従って、現行のブラシ設計では、細孔率、細孔径、および圧縮率が強く結びついて、ウエハ表面の洗浄に影響を与える。細孔率を下げることは流水量の低減に寄与し得るが、圧縮率も低下して洗浄効率に影響を与える。加えて、従来のブラシ洗浄では、表面接触も細孔によって制御される。ブラシを通るＤＩＷの流れと、洗浄中にブラシ－ウエハに噴霧されるＤＩＷは、洗浄用に最適化する必要がある。従来の設計では、ブラシを通るＤＩＷの流れは、破片がブラシに逆拡散するリスクを排除するため、適切にまたは十分に大きい必要がある。これは、高いＤＩＷ使用量につながる重要な考慮事項である。

【0009】

図１（ａ）は従来のブラシの簡略化模式図であり、図１（ｂ）はその断面を示している。ＰＶＡブラシコア［１０１］がマンドレル［１０３］に組み付けられており、ＤＩＷが、マンドレル［１０３］を通りブラシを通って流れる。洗浄中は、ブラシ瘤（brush nodule）［１０２］がウエハに接触する。洗浄中は、追加のＤＩＷ［１０４］がブラシに噴霧される。

【0010】

米国特許第４，０９８，７２８号には、ポリビニルアセタールスポンジおよびその作製方法が記載されている。この方法では、スポンジ内の細孔空間は、デンプン／硫酸塩の組み合わせのような細孔形成性添加剤ではなく、気泡によって形成される。この特許に開示されたスポンジはデンプン残渣を一切有していないため、デンプン残渣がヒト組織と接触したときに異物反応を引き起こし得る医療用途において、特に有用であった。

【0011】

ポリビニルアセタール製の合成スポンジや洗浄デバイスの使用はよく知られている。例えば、米国特許第４，５６６，９１１号は、平均細孔直径が１０～２００ミクロンの範囲の弾性ポリビニルアセタール材料の表層を有する、半導体チップを洗浄するためのポリビニルアセタール材料を用いた、ローラスクラブデバイスを開示している。平均細孔開口が１０μｍ未満であると、多孔質弾性材料の弾性が低くなって洗浄ロールの性能が不十分になり得る。平均細孔開口が２００μｍ超であると、多孔質弾性材料は、粗悪な細孔構成のために洗浄ロールに適さなくなる。３０％の圧縮応力が１５ｇ／ｃｍ^２未満であると、多孔質弾性材料は柔らか過ぎて洗浄ロールの回転によって歪みが発生する。３０％の圧縮応力が１５０ｇ／ｃｍ^２超であると、多孔質弾性材料は硬すぎて弾性が低下してしまう。

【0012】

米国特許第６，０８０，０９２号は、ポリビニルアセタール材料の円筒体と、円筒体の外面から伸びる円錐台形状の複数の突起と、を備えた工業用スポンジローラデバイスを記載している。従来の合成スポンジは、残渣や微量の金属を捕捉する「行き止まりポケット」が内部に形成されたポリマー構造を備えており、流体の滞留や残渣の堆積を引き起こす不均一な細孔径を有する。スポンジが摩耗すると、これらの金属は粒子状物質の形態でスポンジから出てくる可能性がある。このような粒子状物質は、洗浄すべき表面を損傷する可能性がある。さらに、この種のスポンジは、架橋反応中に細孔形成性添加剤の間の空間の結果である細孔に小さなフィブリルを有する。「架橋」とは、隣接する２つのヒドロキシル基の鎖間におけるエステル結合の形成であって、ポリビニルアルコールとアルデヒドの反応に伴って起こる。この反応により、得られる材料は硬化して強化される。

【0013】

従って、ブラシは、材料および構造の不均質性を有しており、それは製造プロセスに固有である。材料および造の不均一性は、ブラシとウエハとの間の不均一な接触を創出し、それが洗浄の不均一な接触力につながる。加えて、平坦面の総接触密度は本質的に制限されている。典型的なＰＶＡブラシは、表面に直径４～１０ｍｍの瘤を有しており、実際にはこれが洗浄を行う。従って、接触面積はさらに減少する。従って、従来技術に固有の前述のおよびその他の欠陥を解消することは、非常に有利であろう。

【発明の概要】

【0014】

上記を考慮し、制御された表面特性およびプロファイルを備えた新しいウエハ洗浄ブラシ設計が提供される。

【0015】

一実施形態によれば 、半導体ウエハ洗浄用の複合ブラシが提供される。故に、ブラシは、
内面および外面を有する微多孔質コアと、そして
コアの外面に位置決め固定されたスリーブと、
を備え、
コアの内面は、ウエハ洗浄デバイスのマンドレル上に着脱可能に接続されるように構成され、
スリーブは、スリーブの外面の上方に伸びる複数の自立型の繊維および／または繊維ループを備えた織布帛または編布帛を備える。

【0016】

スリーブは、コアの外面と少なくとも４５度の角度を形成する方向に伸びる自立型の繊維および／または繊維ループを備えてもよい。

【0017】

自立型の繊維およびまたは繊維ループは、ブラシ面に対して法線方向または略法線方向に伸びていてもよい。

【0018】

微多孔質コアは、マイクロチャネルおよび／または開口細孔を備える複合プラスチック材料または微多孔質プラスチック材料からなり、コアの内面からコアを通って水がコアの外面からスリーブに流出することが可能とされてもよい。

【0019】

自立型の繊維および／または繊維ループは、直径１ミクロン～２００ミクロン、好ましくは直径１～１００ミクロン、より好ましくは直径１～１０ミクロンであり、外面の上方の高さ０．５ｍｍ～１０ｍｍ、好ましくはスリーブの外面の上方の高さ１．０ｍｍ～７ｍｍ、より好ましくはスリーブの外面からの高さ２．０ｍｍ～５．０ｍｍに伸びていてもよい。

【0020】

繊維は、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル、或いは、ポリパラフェニレンテレフタラミド、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、および超高分子量ポリエチレンのような改良繊維、好ましくはポリエステル、ナイロン、およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含む、単一のポリマーまたはポリマーの組み合わせからなってもよい。

【0021】

スリーブの基部の繊維密度は、１本／ｍｍ^２～２０００本の糸／ｍｍ^２、好ましくは２５本／ｍｍ^２～１０００本の糸／ｍｍ^２、より好ましくは５０本／ｍｍ^２～５００本の糸／ｍｍ^２であってもよい。

【0022】

自立型の繊維および／または繊維ループの密度は、１本／ｍｍ^２～２０００本の繊維およびまたは繊維ループ／ｍｍ^２、好ましくは２５本／ｍｍ^２～１０００本の糸／ｍｍ^２、より好ましくは５０本／ｍｍ^２～５００本の糸／ｍｍ^２である。

【0023】

スリーブ面は、単一自立型の繊維および繊維ループの両方を含んでもよい。

【0024】

スリーブ面は、繊維ループのみを備えてもよい。

【0025】

繊維および／または繊維ループは、線状、円周状、螺旋状、円弧状、瘤状、または他の何らかの幾何学的パターン、好ましくは瘤状または螺旋状を含むパターンで配置されてもよい。

【0026】

自立型の繊維および／または繊維ループは、単一の織りプロセスまたは編みプロセスでスリーブの基部とともにスリーブの表面に形成されてもよい。

【0027】

コアは、連続気泡微多孔質ＰＶＡ、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリウレタン、好ましくはポリプロピレンおよびＰＶＡからなってもよい。

【0028】

コアは、メルトブローポリプロピレンフィルタカートリッジからなってもよい。

【0029】

コアは、ポリオレフィン、ナイロン、ポリエステルまたはウレタンからなるメルトブロー不織布繊維からなってもよい。

【0030】

一実施形態において、半導体ウエハのポスト化学的／機械的研磨洗浄用のブラシは、
水の通過を可能にする連続気泡細孔を備えた複合微多孔質コアと、
微多孔質コアの外面に配置された外スリーブであって、布帛製基部と、スリーブの上面の上方に伸びる布帛基部上の繊維ループと、を備える、外スリーブと、
を備え、
ブラシは、微多孔質コアを通る第１コア流れ抵抗Ｒ１と、スリーブの基部を通る第２流れ抵抗Ｒ２と、ループの表面を横切る第３流れ抵抗Ｒ３と、を有し、
Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２であってもよい。

【0031】

繊維ループは、織りまたは編みによって単一のプロセスでスリーブの基部とともに形成されたテリー繊維ループであってもよい。

【0032】

スリーブの織り密度は、コアブラシ密度より高くてもよい。

【0033】

コアは、６０％～９０％の細孔率を有し、スリーブ基部は、４０％～７０％の細孔率を有してもよい。

【0034】

これらおよび他の本発明の特徴および利点は、添付の図面に照らして見ながら本発明の現在好ましい実施形態の説明を考察すれば、当業者には明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1(A)】図１（ａ）は、ウエハ洗浄用の従来のブラシの簡略化模式図である。

【図1(B)】図１（ｂ）は、ウエハ洗浄用の従来のブラシの簡略化模式図である。

【0036】

【図2(A)】図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係るウエハ洗浄用ブラシの簡略化模式図である。

【0037】

【図2(B)】図２（ｂ）は、図２Ａのブラシの断面を示す。

【0038】

【図3】図３は、ウエハの表面の粒子欠陥に作用する繊維ループのクローズアップの簡略化拡大図を示す。

【0039】

【図4】図４は、その上面に複数の瘤を備えた従来のＰＶＡブラシの上面図を示す。

【0040】

【図5】図５は、本発明の一実施形態に係るブラシのスリーブの上面図を示し、繊維ループによってスリーブ面に形成される瘤状パターンを示している。

【発明の詳細な説明】

【0041】

本発明の種々の実施形態を、添付の図面を参照しつつ以下に更に詳細に説明する。ただし、本発明は、他の異なる実施形態、形態、およびそれらの変形例として具現化されてもよく、本明細書に挙げた実施形態に限定されると解釈されるべきではないことに留意すべきである。むしろ、記載した実施形態は、この開示を網羅的で完全にして、本発明が属する技術の当業者に十分に本発明の種々の態様および特徴を伝えるように提供される。本開示全体を通して、本発明の種々の図面および実施形態全体にわたり、同様の参照符号は同様の部分を指す。

【0042】

図面は、必ずしも縮尺通りではなく、幾つかの例示では、実施形態の特徴を明確に説明するために、比率が誇張されている可能性がある。

【0043】

さらに、ある要素が別の要素に「接続される（connected to）」、または「連結される（coupled to）」と言及されるとき、それは他の要素に直接、接続されるか、または連結されてもよく、或いは、１つまたは複数の介在要素が存在してもよいことが、理解されるであろう。加えて、要素が２つの要素の「間（between）」にあると言及されるとき、それは２つの要素の間の唯一の要素であってもよく、或いは、１つまたは複数の介在要素が存在してもよいことも、理解されるであろう。

【0044】

さらに、本明細書において使用する用語「備える／含む（comprise）」、「備える／含む（comprising）」、「含む（include）」、および「含む（including）」は、記載された要素の存在を特定するものであって、１つまたは複数の他の要素の存在または追加を排除するものではないことが理解されるであろう。

【0045】

また、幾つかの例示では、関連技術分野の当業者には明らかであるように、１つの実施形態に関連して説明した特徴または要素は、他に特に示されない限り、単独で、または別の実施形態の他の特徴または要素と組み合わせて、使用され得ることにも留意されたい。

【0046】

以下、本発明の種々の実施形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

【0047】

第１実施形態によれば、ブラシは、内面および外面を有する微多孔質コアを備える。内面は、マンドレルに取り付けられ、マンドレル自体が、マンドレルを通してブラシに脱イオン水を供給する洗浄デバイスに取り付けられてもよい。内面は、マンドレルに容易に組付固定されるように構成されてもよい。種々の周知の設計が使用され得る。微多孔質コアの外面は、布帛からなる基部と、自立型の繊維およびまたは繊維ループと、を含むスリーブに取り付けられる。基部および自立型の繊維およびまたは繊維ループは、好ましくは同じ材料から作られてもよい。

【0048】

スリーブは、例えば音波溶接、熱溶接、縫製、または機械的に接続を固定するための他の手段を含む任意の適切な手段によって、微多孔質コアに取付固定されてもよい。一実施形態では、スリーブは、例えば１つまたは複数の着脱可能なコネクタを使用して着脱可能な様式でコアに接続されることで、使用後のスリーブを新しいスリーブに容易に交換可能とされてもよい。

【0049】

自立型の繊維およびまたは繊維ループを備えたスリーブは、好ましくは、織りプロセスまたは編みプロセスによって形成され、高度に制御された高さおよび空間配置を有する。一実施形態では、布帛基部、自立型の繊維、およびスリーブの繊維ループを編んだり織ったりするのに使用される繊維または糸を作るために、幾つかの繊維が組み合わされてもよい。スリーブは、多孔質基部を備えてもよい。多孔質基部は、例えば、自立型の繊維および／または繊維ループと同じ材料からなってもよく、好ましくは、同じ織りプロセスまたは編みプロセスを用いることができる。特に言及しない限り、糸と繊維は、本発明の意味を変えることなく交換可能に使用される。

【0050】

伝統的な織りプロセスは、繊維または糸をＸ－Ｙ方向に組み合わせて布帛を創出する工程を含む。幾つかの長いモノフィラメント繊維または短い長さの繊維を加工して、織りプロセスまたは編みプロセス用の糸を製造してもよい。個々の繊維の直径と繊維の数との組み合わせが、糸の太さを画定する。デニールは、糸を分類するための一般的な用語であって、９０００メートルの長さの糸のグラム単位の重量である。所望のデニールの糸は、数本の細い繊維を用いて、または少数の粗い繊維を用いて形成され得る。１種類または複数種類の糸を用いた高精度な織りを使用して、スリーブ用の種々のパターンおよび風合が形成される。好ましくは、テリーとして知られる織り技術が使用されてもよく、これは、布帛の表面全体にわたって、または所定のパターンで、自立型のループを形成する工程を含む。ループは、スリーブの基部の外側（上側または上面）に形成されて、ウエハに接触する。このようにして形成されたループは、閉じた形態で残すことも、切断して自立型の繊維を創出することもできる。自立型のループもしくは繊維は、その屈曲能力により、ウエハ－ブラシ界面において、標準的な平らなブラシ面よりも均一な接触および流体輸送を可能にする。

【0051】

ループは、例えば、ブラシの一部または全長に及ぶ範囲で水平線内にまたは長さを横切るように多くのリングが配置された、複数の円周リングのパターンで配置できる。パターンの別の例は、螺旋状パターンである。螺旋状のパターン配置は、ウエハの直径に沿った優先方向運動を与える。ループは、特定のサイズおよびピッチの円を正方形にグループ化したような幾何学的な形態で、ブラシ面全体に置くこともできる。本発明は、微多孔質コアおよびスリーブを備えた複合ブラシ設計により、洗浄効率の最適化と、ＤＩＷ消費量の大幅な削減と、を可能にする。

【0052】

本発明は、スリーブの表面の織られたまたは編まれた繊維ループまたは自立型の繊維のパターン、すなわち、最適なレイアウトひいては洗浄効率のためのほぼ無限の数の構成、を可能にする。糸とウエハ破片との間の相互作用は、ウエハ面から粒子や残渣を除去するための鍵となるため、糸の直径は重要な要素である。糸の直径が大きくなるとループの剛性が増加し、ループの伸長長さが長くなるとその柔軟性および撓みが増加する。糸を形成する繊維の機械的特性もまた、剛性および撓みに影響を与える。本発明によれば、従って、ブラシ構造を、繊維材料、個々の繊維径および糸径、並びに、ループ伸長およびループ密度の組み合わせで、調整することができる。

【0053】

一実施形態によれば、ブラシは、マイクロチャネルを形成する連続気泡細孔を備えた複合円筒形状の微多孔質コアを備え、マイクロチャネルを通ってＤＩＷがその内面からその外面に流れる。スリーブは、コアの外面に位置決め固定される。スリーブは、布帛からなる基部と、基部の上面（または外面）に形成された繊維ループと、を備える。ブラシは、第１コア流れ抵抗Ｒ１と、スリーブの基部の第２面貫通流れ抵抗Ｒ２と、ループの表面を横切る第３流れ抵抗Ｒ３と、を有し、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２である。流れ抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、所定の給水圧力における流れ方向の単位厚さ当たりの水抵抗を表す。これは、水がどれだけ容易に複合ブラシの３つのセクション、すなわちコア、スリーブの基部、そしてループおよび／または自立型の繊維を通って流れるか、の指標である。

【0054】

一実施形態では、微多孔質コアは、水フィルタ用途に使用されるポリプロピレンからなってもよい。メルトブローポリプロピレンフィルタカートリッジは、幾つかの細孔径のものが入手可能であり、この用途に特に適している。連続気泡、微多孔質ＰＶＡ、ウレタンまたは巻線フィラメントフィルタを使用してもよい。

【0055】

一実施形態では、糸ループは、織りや編みによって形成されたテリー繊維ループであってもよい。表面織り密度は、コアブラシ密度より高くてもよい。コアは、６０～９０％の細孔率を有してもよく、スリーブ布帛面は、４０～７０％の細孔率を有してもよい。コアの空隙率がスリーブ布帛の空隙率より高い限り、より高いまたはより低い比率が使用されてもよい。一実施形態では、ブラシコアが２０ｍｍ～７０ｍｍの半径を有してもよく、スリーブが１～２ｍｍの厚さを有してもよく、そして、糸ループおよびまたは自立型の繊維は、２～５ｍｍの自立高さを有してもよい。

【0056】

糸は、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル、或いは、ポリパラフェニレンテレフタラミド、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、および超高分子量ポリエチレンのような改良繊維のうちの少なくとも１種からなるポリマー繊維からなってもよい。

【0057】

従来のブラシでは、マトリクス材料は、より大きなマトリクスおよびマトリクスへの近距離接続によって制約される。対照的に、本発明によれば、ループおよび繊維の伸長の個々の性質が、ウエハ上の粒子および破片とのより効率的な接触を可能にする。ループのこの個別の性質はまた、全てのループ－ウエハ界面への、および界面からの効率的な流体分配を可能にすることで、洗浄効率を向上させる。本発明は、よって、ウエハ面を洗浄するための繊維ループによる洗浄効率の向上を示すブラシ用の改良表面設計を提供する。接触ダイナミクスが改善されることで洗浄性が改善される一方、ＤＩＷおよび洗浄薬品の消費量が削減される。

【0058】

本発明は、大幅に洗浄性能が向上しＤＩＷ使用量が低減されたＰＣＭＰブラシを提供するため、特別な改良繊維を用いたテリー紡織プロセスを採用する。テリープロセスによって高い解像度で高度に調整可能なウエハ接触が可能になることで、半導体ウエハ用のＰＣＭＰブラシの洗浄能力が大幅に向上する。改良繊維材料および繊維径を使用して、ループのサイズや表面密度などの設計パラメータおよび屈曲応答を調整し、洗浄性能を最適化してもよい。加えて、このような表面は、ウエハ面へのＤＩＷおよび薬品のより効率的な分配を可能にする。テリーは、織りや編みによって表面の質感を創出する１つの方法であることが、理解される。他にも織り／編みパターンがあり、これらも用途に有用な３Ｄ繊維ループまたは自立型の繊維構造を生成するために使用できる。本発明のＰＣＭＰブラシの利点は、既存のＰＣＭＰブラシと比較して、ＤＩＷ使用量が大幅に低減されることである。

【0059】

本発明は、細孔率／細孔径を圧縮性から切り離すことを可能にすることで、水使用量の低減を可能にしながら洗浄効率の向上を可能とする。

【0060】

図２（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るブラシの簡略化模式図である。図２（Ｂ）は、その断面を示している。ここで、図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照すると、全体が数字２００で示されるブラシが、本発明によって提供される。ブラシ２００は、内面２０１Ｂおよび外面２０１Ａを有する円柱形状のコア２０１を含む。コア２０１は、その内面２０１Ｂでマンドレル２０３に組み付けられている。

【0061】

ブラシ２００は、スリーブ基部２０５および基部２０５上の繊維ループ２０２を備えた布帛製（紡織繊維の形態の）スリーブ２０６を更に備える。スリーブ２０６は、洗浄中に追加のＤＩＷ噴霧２０４が適用される間、コア２０１の外面に取付固定される。作動中、マンドレル２０３によって提供されるＤＩＷは、コアの開口細孔／マイクロチャネルを通ってスリーブの基部に流れ込み、スリーブからループ上へ、そして洗浄されているウエハ面上に流れ出す。追加のＤＩＷ噴霧２０４もまた、洗浄中に噴霧されてもよい。

【0062】

図３は、ウエハ３００の表面３０１上の粒子欠陥３０２に作用している繊維ループ２０２のクローズアップを示す。本発明のブラシは、あらゆる欠陥および／または不純物をウエハの表面から洗浄するための水作用と繊維ループ作用との間の相乗効果を可能にすることで、洗浄の有効性を損なうことなく水使用量の大幅な節約を可能とする。

【0063】

従来のブラシは均質な材料組成からなるため、ブラシコア、表面および瘤における流れ抵抗は同じＲ１である。本発明のＰＣＭＰブラシは、コア流れ抵抗Ｒ１、ブラシ面における流れ抵抗Ｒ２、および表面を通る流れ抵抗Ｒ３を有し、これらは異なり、最適な性能を得るために、好ましくはＲ３がＲ１未満でＲ１がＲ２未満である、すなわちＲ３＜Ｒ１＜Ｒ２である。流れ抵抗Ｒ２は、繊維の織り／編みの密度によって調整できる。緻密な織りは高い圧力低下を招き、軽量な織りは低い圧力低下を招く。表面での圧力低下は、洗浄粒子の逆流に影響を与えるため、重要である。圧力低下が高ければ、洗浄粒子の逆流の可能性は最小限に抑えられる。加えて、洗浄繊維ループＲ３の表面流体流れ抵抗が低いことも、ブラシ面を横切る流れを優先的に方向付ける。表面織り密度がコアブラシ密度より高いことが、Ｒ２を制御するには望ましい。一実施形態では、ブラシコアの細孔率は７０～９０％である一方、スリーブ布帛面の細孔率は５０～７０％である。

【0064】

コア空隙率がスリーブ面の空隙率よりも高い限り、より高いまたはより低い細孔率を使用してもよい。繊維ループの構築に使用される繊維の材料および設計は、洗浄効率に影響を与える。糸が付与する屈曲力は、繊維材料の特性、繊維および糸の直径、並びに表面上のループの自由伸長によって調整され得る。繊維に好適な材料には、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルを含むポリマー繊維、並びに、ＤｕＰｏｎｔ社がケブラー（登録商標）の名称で取引するポリパラフェニレンテレフタラミド、芳香族ポリアミド（アラミドとしても知られている）、ＤｕＰｏｎｔ社がテフロン（登録商標）の名称で取引するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）等のような改良繊維が含まれる。繊維材料は、吸水によるある程度の軟化は望ましいが、水や洗浄剤に長時間さらされても特性に大きく影響しないようなものを、選択するとよい。比較的小径の糸を使用することが望ましい。好ましくは糸径が２００ミクロン以下であり、より好ましくは直径が１０ミクロン未満のマイクロファイバーを用いてもよい。自由表面より上の繊維ループまたは繊維の伸長は、これらの剛性に影響を与え、ループまたは繊維の伸長が短ければ、長い伸長よりも高い剛性を示す。効率的なウエハ洗浄には、ウエハとブラシ面の間の良好で均一な接触が必要である。ブラシ面の平坦度は、微多孔質コアおよび外側織物スリーブの均一性の関数である。ウエハとブラシとのの間の隙間が小さくなるにつれてウエハ面に接触するループの数は増加し、やがてほぼ全てのループがウエハ面に接触する。ループの全体的な表面の高さは、ループの圧縮を最小限に抑えながら均一に接触できるように制御する必要がある。次に、隙間を調節して洗浄圧力を調整できる。一実施形態では、１～５ｍｍの範囲の定格伸長を有するループを適用してもよい。

【0065】

実施例

【0066】

スリーブ

【0067】

実施例１： 一実施形態では、スリーブを、各々が約５ミクロンの直径を有する３０本のポリエステル繊維からなる糸で作製した。スリーブ基部は、約５０／ｍｍ^２の繊維密度と、５０／ｍｍ^２のループ密度を有していた。ループの高さは４ｍｍであった。瘤状パターンを有するスリーブの上面図を、図５に示す。個々の瘤は、繊維ループの集合からなる。これは、表面に複数のＰＶＡ瘤を備えた従来のＰＶＡブラシの簡略化模式図を示している図４の瘤とは対照的である。図４の瘤は、１０ｍｍの直径を有し、高さは５ｍｍである。

【0068】

実施例２： 別の実施形態では、スリーブを、各々が約５ミクロンの直径を有する３０本のポリエステル繊維からなる糸で作製した。スリーブ基部は、約５０／ｍｍ^２の繊維密度を有していた。ループは、１５ｍｍのピッチで１０ｍｍの瘤リングに配置した。ループ密度は、瘤では５０／ｍｍ^２であり、ブラシ面全体で平均すると１２．５／ｍｍ^２であった。ループの高さは、４ｍｍに維持した。

【0069】

複合ブラシの実施例

【0070】

実施例３および実施例４

【0071】

実施例１および実施例２のスリーブを、Ｐａｒｋｅｒ株式会社製のポリプロピレン製フィルタＡＶＳ２０Ｍ２０モデルの外面に取付固定した。フィルタカートリッジは、２０インチの長さおよび２．５インチの直径を有し、要素は２０ミクロンの粒子除去と評価されている。フィルタカートリッジは、Ｌａｍ社製のＯｎｔｒａｋ Ｓｙｎｅｒｇｙウエハ洗浄機に装着するために必要とされる長さ２１８ｍｍに整合するように切断した。フィルタ直径２．５インチの円筒形および５ｍｍのループ高さは、最終的なブラシ直径仕様７２ｍｍと整合する。

【0072】

実施例５および実施例６

【0073】

実施例１および実施例２のスリーブを、長さ２０インチ、直径２．５インチ、２５ミクロンの粒子除去用のＳｐｉｒｏＰｕｒｅ株式会社製のフィルタカートリッジＳＰ－Ｐ２５－２０モデルの外面に取付固定した。

【0074】

実施例７および実施例８

【0075】

実施例１および実施例２のスリーブを、ＳＰ－Ｐ２５－２０モデルと同寸法で、５０ミクロンの粒子用と評価されているＳｐｉｒｏＰｕｒｅ株式会社製のフィルタカートリッジＳＰ－Ｐ５０－２０モデルの外面に取付固定した。

【0076】

実施例３から実施例８のブラシでは、図４に示すような瘤を備えた従来のＰＶＡブラシと比較して、洗浄効率の大幅な向上と水消費量の低減が得られた。

【0077】

本発明を、特定の実施形態によって説明したが、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲または趣旨を逸脱することなく、本発明が属する技術の当業者によって他の多くの実施形態が想定され得ることを、理解されたい。

【図1(A)】

【図1(B)】

【図2(A)】

【図2(B)】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】