JP2004298767A

JP2004298767A - 洗浄用多孔質ロール体

Info

Publication number: JP2004298767A
Application number: JP2003095389A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Tanaka; 洋一田中; Hiroshi Miyaji; 宏宮地
Original assignee: Aion Co Ltd
Current assignee: Aion Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】Ｌｏｗ−ｋ膜等のような柔質な素材を損傷することなく、柔軟にスクラブ洗浄を行うことが可能な洗浄用多孔質ロール体の提供。
【解決手段】洗浄用多孔質ロール体３は、親水性及び弾性を有する軟質多孔質素材で形成され、回転軸５が装着される中空部４を有する略円筒状である。ロール体３の外周面６には、所定の深さを有し中空部４の軸方向に沿って延びる切り込み８が、外周面６の周方向に所定の間隔毎に複数形成され、これにより、外周面６の略全域に、複数の薄板状のブラシ部９がロール体３と一体的に設けられている。切り込み８を挟んで相対向するブラシ部９の側面同士は、外力を受けない状態で接触又は近接している。スクラブ洗浄では、ブラシ部９がロール体３の回転方向に逆らって容易且つ好適に変形するため、被洗浄物１０の表面１１への接触圧や接触時の衝撃を小さく抑えることができ、柔軟にスクラブ洗浄を行うことができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリコンウェハー、磁気ディスク基板、液晶用ガラス基板、プリント配線基板等のエレクトロニクス部品の製造工程のうち、洗浄工程で用いられる多孔質ロール体に関し、特に、Ｌｏｗ−ｋ膜等のような柔質な素材の洗浄工程で用いられる多孔質ロール体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のエレクトロニクス工業では、各種部品の精密度が飛躍的に進み、それに伴って製造環境の清浄性に関する要求も高まっている。特に部品表面の化学的汚染や付着粒子は、製品の歩留まりや動作の信頼性に大きな影響を与えるため、製造工程における洗浄工程の重要性は非常に大きく、様々な洗浄方法が開発、実施されている。
【０００３】
例えば、半導体や電子デバイスの製造工程において、ウェハーの表面を平滑に磨くためのＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）では、研磨材や薬液等を含むスラリーを使用する。このため、ＣＭＰ後のウェハー上には、多量の汚染パーティクルが残存し、Ｐｏｓｔ−ＣＭＰ洗浄では、例えば０．１μｍ以上のパーティクルを数１０個以下にまで除去することが求められる。
【０００４】
このような多量のパーティクル汚染を洗浄除去する方法として、多孔質ロールによるスクラブ洗浄が知られている。多孔質ロールは、回転軸と、回転軸の外周に固着された多孔質体から成る略円筒状のロール体とから構成されている。スクラブ洗浄とは、ロール体を被洗浄物に接触させて、その接触部分に水その他の洗浄液を供給しながら回転軸を介してロール体を高速回転させることにより、摩擦洗浄するものである。
【０００５】
係る洗浄の用途に用いられるロール体の素材としては、様々なものが考案されており、その一つに、親水性を有するボリビニルアセタール系多孔質素材（以下、ＰＶＡｔ系多孔質素材と称する）がある。このＰＶＡｔ系多孔質素材は、吸水性及び保水性に優れ、さらに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ため、前記洗浄や吸水の用途に好ましく用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２４６１８７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、更なる高度集積化のため、従来のＡｌ配線よりも電気抵抗率が低く線幅の微細化が可能なＣｕ配線が使用されてきている。また、Ｃｕ配線との組み合わせによりＩＣの高速化が可能となるＬｏｗ−ｋ膜（低誘電率層間絶縁膜）やＵＬＫ膜（ＵｌｔｒａＬａｗ−ｋ膜）の開発が進められている。
【０００８】
ここで、Ｌｏｗ−ｋ膜やＵＬＫ膜は、従来ウェハー上を覆っていた酸化膜や銅などに比して軟質であり、その機械的強度が低い。このため、従来と同様に洗浄を行うと、高速回転するロール体の外周面がＬｏｗ−ｋ膜等を損傷させてしまう可能性が生じる。
【０００９】
また、液晶ガラス基板については、その大型化が進み、薄くて壊れ易くなってきている。このため、従来と同様に洗浄を行うと、液晶ガラス基板を破損させてしまう可能性が生じる。
【００１０】
本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであって、Ｌｏｗ−ｋ膜等のような柔質な素材を損傷することなく、また、大型の液晶ガラス基板のように被洗浄物自身が強度の低い素材であっても破損することなく、柔軟にスクラブ洗浄を行うことが可能な洗浄用多孔質ロール体の提供を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明に係る洗浄用多孔質ロール体は、親水性及び弾性を有する軟質多孔質素材で形成され、回転軸が装着される中空部を有する略円筒状である。ロール体の外周面には、所定の深さを有し中空部の軸方向に沿って延びる切り込みが、外周面の周方向に所定の間隔毎に複数形成され、これにより、外周面の略全域に、複数の薄板状のブラシ部がロール体と一体的に設けられている。そして、切り込みを挟んで相対向するブラシ部の側面同士は、外力を受けない状態で接触又は近接している。
【００１２】
上記構成のロール体によるスクラブ洗浄では、回転軸を回転駆動し、回転軸と共に回転するロール体の外周面に被洗浄物を接触させて、被洗浄物の表面の摩擦洗浄を行う。このとき、ロール体の外周面の略全域に設けられた複数の薄板状のブラシ部が、ロール体の回転に伴って、被洗浄物の表面に順次連続して接触する。この薄板状のブラシ部は、回転軸と同方向に沿って延び、ロール体の回転方向に逆らって容易且つ好適に変形するため、被洗浄物の表面への接触圧や接触時の衝撃を小さく抑えることができ、柔軟にスクラブ洗浄を行うことができる。従って、Ｌｏｗ−ｋ膜等のような柔質な素材を損傷することなく、柔軟にスクラブ洗浄を行うことができる。
【００１３】
切り込みの深さは、切り込みの間隔以上の大きさが好ましく、切り込みの間隔は、５ｍｍ未満が好ましい。また、切り込みの深さは、ロール体の外周面と内周面との間の肉厚の半分以下であることが好ましい。
【００１４】
上記構成では、被洗浄物の表面にロール体の外周面を接触させてロール体を回転させると、周方向に並んだブラシ部がサラサラと送られるように被洗浄物と順次接触する。このような「サラサラ感」が得られることにより、被洗浄物に対して好ましいソフトな接触状態が確保され、より柔軟なスクラブ洗浄を行うことができる。
【００１５】
さらに、ロール体は、湿潤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で形成しても良く、湿潤状態のロール体は、２．０×１０^３Ｐａ以上１．５×１０^４Ｐａ以下の３０％圧縮応力を有することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本実施の形態に係る多孔質ロールのロール体に回転軸を装着した状態を示す斜視図、図２は図１の要部拡大正面図である。
【００１８】
図１に示すように、多孔質ロール１は、ロール体３と回転軸５とによって構成されている。
【００１９】
ロール体３は、中空部４（ロール体３の内周面）を有する略円筒状であり、親水性及び湿潤状態での弾性を有する軟質多孔質素材で形成されている。ロール体３の中空部４には、回転軸５が装着される。回転軸５は、略円柱状であり、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ている。回転軸５に対するロール体３の固定は、例えば接着剤が使用される。
【００２０】
ロール体３の外周面６には、所定の深さＤ（図２に示す）を有し、中空部４の軸方向（回転軸５の軸心７）と略平行に延びると共に回転軸５の軸心７へ向かう切り込み８が、略円形断面を有する外周面６の周方向に所定の間隔Ｌ（図２に示す）毎に複数形成されている。切り込み８は、軸心７を中心とした略等間隔の放射線上に位置し、外周面６の略全域に、複数の薄板状のブラシ部９をロール体３と一体的に区画形成する。切り込み８は、それ自身が幅を有さないように湿潤状態のロール本体３に対してバンドソー等によって形成され、切り込み８を挟んで相対向するブラシ部９の側面同士は、外力を受けない状態で接触又は極めて近接している。換言すると、ブラシ部９の側面にロール体３の外周面６と異なる着色を施す等の特段の事情がない限り、外力を受けない状態において、切り込み８を目視により視認することは難しい。
【００２１】
図２に示すように、切り込み８の深さＤは、切り込み８の間隔Ｌよりも大きく設定され、切り込み８の間隔Ｌは、５ｍｍ未満に設定されている。また、切り込み８の深さＤは、ロール体３の外周面６と中空部４との間の肉厚Ｔ（図１に示す）の半分以下に設定されている。
【００２２】
軟質多孔質素材としては、高分子化合物多孔質素材、例えば、含水状態（湿潤状態）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）や、乾燥及び含水状態で共に弾性を有するポリウレタン系多孔質素材などが使用される。
【００２３】
略円筒状のＰＶＡｔ系多孔質素材を得る方法としては、例えば、平均重合度３００〜２０００、ケン化度８０％以上のポリビニルアルコールを一種又はそれ以上混合して水溶液とし、それに架橋剤としてアルデヒド類、触媒として鉱酸類、及び気孔形成材として澱粉等を加え、これらの混合液を、円筒状の枠本体とこの枠本体内に支持されてロール体３の内径面を形成する棒状体とから構成された型の内部に注入し、５０〜８０℃で反応させた後、型から取り出す方法を挙げることができるが、必ずしもこの方法に限定されるものではない。また、反応完了後、型から取り出されたＰＶＡｔ系多孔質素材は、水中に溶存、浮遊する粒子、イオン、有機物等の夾雑物を除去した純水にて洗浄されて、使用される。
【００２４】
係る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、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。
【００２５】
また、ポリウレタン系多孔質素材は、吸水性及び保水性に優れ、乾燥及び湿潤状態で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。
【００２６】
なお、ポリウレタンに代えて、例えば、ポリスチレン，ポリ酢酸ビニル，ポリ塩化ビニル，ポリ塩化ビニリデン，ポリエチレン，ポリイソプロピレン，ポリクロロプレン，ポリブタジエン，スチレンブタジエン共重合体，酢酸ビニルエチレン共重合体，メチルメタクリレートブタジエン共重合体などの合成高分子や、天然ゴムなどの天然物を用いても良い。また、硫酸ナトリウムに代えて、硫酸アルミニウム，硫酸カリウム，硫酸マグネシウムなどの硫酸塩、炭酸ナトリウム，炭酸カリウム，炭酸水素ナトリウムなどの炭酸塩、硝酸カリウム，硝酸バリウムなどの硝酸塩、りん酸ナトリウムなどのりん酸塩、塩化カルシウム，塩化ナトリウムなどの塩化物、酢酸カルシウム，酢酸ナトリウムなどの有機酸の塩などを、単独で又は２種類以上を組み合わせて用いても良い。
【００２７】
このように構成された多孔質ロール１は、例えば、半導体や電子デバイスの製造工程において、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）後に残存する汚染パーティクルをウェハー上から除去するスクラブ洗浄で使用される。
【００２８】
多孔質ロール１によるスクラブ洗浄では、ロール体３の中空部４に回転軸５を装着し、回転軸５を回転駆動し、回転軸５と共に回転するロール体３の外周面６に被洗浄物（ウェハー）１０を接触させて、純水等を供給しながら被洗浄物１０の表面１１の摩擦洗浄を行う。
【００２９】
このとき、ロール体３の外周面６の略全域に設けられた複数の薄板状のブラシ部９が、ロール体３の回転に伴って、被洗浄物１０の表面１１に順次連続して接触する。この薄板状のブラシ部９は、回転軸５の軸心７と略平行に延び、ロール体３の回転方向に逆らって、容易、且つ好適に変形する。例えば、図２に示すように、被洗浄物１０の表面１１との接触位置にあるブラシ部９のうちロール体３の回転方向最前方（以下、洗浄位置と称する）に位置するブラシ部９ｂが回転方向に逆らって大きく変形する。このとき、ブラシ部９ｂに隣接する回転方向前方側のブラシ部９ａは被洗浄物１０から離れた状態で外力を受けないため、ブラシ部９ａとブラシ部９ｂとの間の切り込み８は開口する。そして、ロール体３の回転が進み、ブラシ部９ｂが被洗浄物１０から離れると、ブラシ部９ｂに隣接する回転方向後方側のブラシ部９ｃが洗浄位置に達し、回転方向に逆らって大きく変形する。このように、ブラシ部９は、ロール体３の回転に伴って順次洗浄位置に達し、被洗浄物１０の表面１１と接触して大きく変形して、被洗浄物１０の表面１１の摩擦洗浄を行う。
【００３０】
このため、被洗浄物１０の表面１１への接触圧や接触時の衝撃を小さく抑えることができ、柔軟にスクラブ洗浄を行うことができる。従って、被洗浄物１０の表面１１がＬｏｗ−ｋ膜等のような柔質な素材であっても、これを損傷することなく、柔軟にスクラブ洗浄を行うことができる。
【００３１】
また、切り込み８の深さＤは、切り込み８の間隔Ｌ以上に設定され、切り込み８の間隔Ｌは、５ｍｍ未満に設定されている。また、切り込み８の深さＤは、ロール体３の外周面６と中空部４との間の肉厚Ｔ（図１に示す）の半分以下に設定されている。なお、切り込み８は、１６本以上（外周面６を１６箇所以上のブラシ部９に分割）が好ましい。
【００３２】
切り込み８を上記のように設定することにより、回転方向におけるブラシ部９の変形容易性が好適となり、被洗浄物１０の表面１１にロール体３の外周面６を接触させてロール体３を回転させたとき、周方向に並んだブラシ部９がサラサラと送られるように被洗浄物１０の表面１１と順次接触する。このような「サラサラ感」が得られることにより、軟質な被洗浄物１０に対して好ましいソフトな接触状態が確保され、より柔軟なスクラブ洗浄を行うことができる。これに対し、切り込み８の深さＤが切り込み８の間隔Ｌよりも小さい場合や、切り込み８の間隔Ｌが５ｍｍ以上の場合には、ブラシ部９が変形し難くなる傾向にあり、「サラサラ感」を得ることが難しい。また、切り込み８の深さＤが、ロール体３の外周面６と中空部４との間の肉厚Ｔの半分よりも大きい場合には、ブラシ部９がより変形し易くなって被洗浄物１０へパタパタ叩きつけられてしまう傾向にあり、「サラサラ感」を得ることが難しい。
【００３３】
なお、ロール体３にＰＶＡｔ系多孔質素材を用いる場合、適正含水状態における３０％圧縮応力が２．０×１０^３Ｐａ以上１．５×１０^４Ｐａ以下（およそ２０ｇ／ｃｍ^２以上１５０ｇ／ｃｍ^２以下）のものが好ましい。適正含水状態とは、ＰＶＡｔ系多孔質素材が適正な弾力を発揮し得る含水状態をいい、含水率（乾燥状態に対する含水状態の重量％）が、およそ１００％〜１０００％の範囲で得られる。また、３０％圧縮応力とは、適正含水状態のＰＶＡｔ系多孔質素材を、両端面間の距離（長手方向の高さ）が３０ｍｍとなるように切断し、端面全体に荷重がかかるようにデジタル式荷重測定器にセットし、長手方向に３０％（９ｍｍ）押し潰した時の荷重を計測し、該荷重を端面の面積で割った値として得られる。
【００３４】
適正含水状態における３０％圧縮応力の好ましい範囲の上限を１．５×１０^４Ｐａ（およそ１５０ｇ／ｃｍ^２）としたのは、この値が１．５×１０^４Ｐａより大きいＰＶＡｔ系多孔質素材は、弾性率が高すぎて、製造時に回転軸５の挿通が困難になったり、被洗浄物１０へ押し付けて変形させる際に過大な力を必要とする等の問題が生じる可能性が高いためである。反対に、適正含水状態における３０％圧縮応力の好ましい範囲の下限を２．０×１０^３Ｐａ（およそ２０ｇ／ｃｍ^２）としたのは、この値が２．０×１０^３Ｐａより小さいＰＶＡｔ系多孔質素材は、湿潤時の弾性率が低すぎて変形し易いため、所望の摩擦洗浄効果が得られない可能性が生じるためである。
【００３５】
また、ＰＶＡｔ系多孔質素材としては、気孔率が８０％以上９５％以下、平均気孔径が６０μｍ以上２５０μｍ以下のものが好適である。
【００３６】
気孔率が８０％より小さいと、湿潤時の柔軟性が不十分となり、また、気孔率が９５％より大きいと、実用的強度に乏しく、何れも洗浄用には適さないためである。また、平均気孔径が６０μｍよりも小さいと、湿潤時の柔軟性が不足して十分な洗浄効果が得られず、２５０μｍを超えると、目が粗すぎて精密洗浄には不適当なためである。
【００３７】
なお、ここでいう気孔率とは、乾燥機で十分に乾燥された直方体のＰＶＡｔ系多孔質素材を乾式自動密度計にて測定し、直方体の見掛け体積と真体積とから、次式（１）にて算出される値である。
【００３８】
気孔率（％）＝（見掛け体積−真体積）／見掛け体積×１００ …（１）
平均気孔径は、ＰＯＲＵＳＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣ社製水銀ポロシメータを用いた、水銀圧入法細孔測定によって求められる値である。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態に係る多孔質ロール１では、薄板状のブラシ部９がロール体３の回転に伴って順次洗浄位置に達し、被洗浄物１０の表面１１と接触して大きく変形して、被洗浄物１０の表面１１の摩擦洗浄を行うので、被洗浄物１０の表面１１への接触圧や接触時の衝撃を小さく抑えることができ、柔軟にスクラブ洗浄を行うことができる。従って、被洗浄物１０の表面１１がＬｏｗ−ｋ膜等のような柔質な素材であっても、これを損傷することなく、柔軟にスクラブ洗浄を行うことができる。
【００４０】
また、切り込み８の深さＤや間隔Ｌを適切に設定したので、周方向に並んだブラシ部９がサラサラと送られるように被洗浄物１０の表面１１と順次接触する。このような「サラサラ感」が得られることにより、軟質な被洗浄物１０に対して好ましいソフトな接触状態が確保され、より柔軟なスクラブ洗浄を行うことができる。
【００４１】
また、大型の液晶ガラス基板（例えば、面積が約１５００ｍｍ×１８００ｍｍ以上の大きさで厚さが１ｍｍ未満）のように被洗浄物自身の強度の低い素材に対しても、上記「サラサラ感」が得られ、ブラシ部９が強く被洗浄物に当接することがないので、液晶ガラス基板の破損を確実に防止することができる。特に、ロール体３の中空部４が多少偏心してしまっている場合でも、これに起因してブラシ部９が被洗浄物に強く当接することがなく、ソフトな接触状態での洗浄を行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被洗浄物の表面がＬｏｗ−ｋ膜等のような柔質な素材であったり、また、大型の液晶ガラス基板のように被洗浄物自身が強度の低い素材であった場合でも、これを損傷や破損することなく、柔軟にスクラブ洗浄を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る多孔質ロールのロール体に回転軸を装着した状態を示す斜視図である。
【図２】図１のロール体の要部拡大正面図である。
【符号の説明】
１多孔質ロール
３ロール体（洗浄用多孔質ロール体）
４中空部
５回転軸
６ロール体の外周面
７回転軸の軸心
８切り込み
９ブラシ部
１０被洗浄物
１１被洗浄物の表面

Claims

親水性及び弾性を有する軟質多孔質素材で形成され、回転軸が装着される中空部を有する略円筒状の洗浄用多孔質ロール体であって、
前記ロール体の外周面に、所定の深さを有し前記中空部の軸方向に沿って延びる切り込みを、前記外周面の周方向に所定の間隔毎に複数形成することにより、前記外周面の略全域に、複数の薄板状のブラシ部を、前記ロール体と一体的に設け、
前記切り込みを挟んで相対向する前記ブラシ部の側面同士は、外力を受けない状態で接触又は近接している
ことを特徴とする洗浄用多孔質ロール体。
請求項１に記載の洗浄用多孔質ロール体であって、
前記所定の深さは、前記所定の間隔以上の大きさであることを特徴とする洗浄用多孔質ロール体。
請求項１又は請求項２に記載の洗浄用多孔質ロール体であって、
前記所定の間隔は、５ｍｍ未満であることを特徴とする洗浄用多孔質ロール体。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の洗浄用多孔質ロール体であって、
前記所定の深さは、前記ロール体の外周面と内周面との間の肉厚の半分以下であることを特徴とする洗浄用多孔質ロール体。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の洗浄用多孔質ロール体であって、
前記ロール体は、湿潤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で形成され、
湿潤状態の前記ロール体は、２．０×１０^３Ｐａ以上１．５×１０^４Ｐａ以下の３０％圧縮応力を有することを特徴とする洗浄用多孔質ロール体。