JP4320618B2 - スクラブ洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属やガラスなどからなる磁気ディスク用基板や半導体ウエハなどの円形又は矩形の板状ワークのスクラブ洗浄に用いて好適なスクラブ洗浄装置に関する。

例えば、磁気ディスクの製造工程としては、大きく分けて、基板を製造する段階と、基板の表面に磁気記録膜などを成膜して最終製品としての磁気ディスクを製造する段階とがあるが、そこでの処理対象となるワークは円環状の薄板からなるディスクであり、製造工程中に繰り返し表面が研磨される。そして、研磨が終了する毎にワークの洗浄及び乾燥が行なわれる。その際のワークの洗浄精度は、記録密度向上のために極めて高い水準が要求されている。
ワークの洗浄方式としては種々のものがあるが、代表的なものとしてスクラブ洗浄がある。スクラブ洗浄とは、研磨が終了したワークを回転させつつ、ワークの表面にブラシを摺接させることによりワーク表面の汚れを除去するものである。ブラシとしては、円筒棒状のロールブラシ、または円板や円環状に形成したパッドブラシなどが用いられ、これらは弾性変形可能な多孔質体、例えばスポンジ状の樹脂などにより形成される。

スクラブ洗浄においては、ブラシを用いて機械的にワークの表面をスクラブすることから、ブラシとワークの接触状態が非常に重要であるが、ブラシとワークの接触具合を調整する方法としては各種のものが提案されている。
例えば、特許文献１や特許文献２では、ブラシが洗浄対象ワークから退避している状態で、ブラシの接触面と、ワーク主面に対して所定の位置関係にある平面との距離を検出する検出部を有し、その結果に基づいてブラシとワーク間の接触間隔を制御する。
また、特許文献３では、ブラシとワークの間の距離変化をレーザー変位計等により検出して平行度を調整している。
特開平１１−７４２３８号公報 特開平１１−２６０７８３号公報 特開２０００−２２８３８２号公報 特開平１０−１７７９７７号公報 特開２００２−５０６０２号公報 特開２００１−１９５７３１号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２のものでは、ブラシ接触面がワークに対して傾いている時や接触面内で平面度にムラがある場合を検出することはできず、そのままでは面内の洗浄度合いにムラが生ずるという問題がある。また、特許文献３のものでは、ブラシは軟質材であるから、平行度の調整の仕方によっては、検出部付近（ブラシ把持部から遠いところ）で精度よく平行度を保っていても、ブラシ把持部に近づくにつれて大きく変形し、ワークとの平行度を維持できない場合があり、ワークとの平行度に問題がない場合でも、ブラシの押し付け量が把握できないという問題がある。いずれの場合も当該提案の検出方法では接触状態の異常を検出できない場合がある。
上述のとおり、スクラブ洗浄においては、ブラシを用いて機械的にワークの表面をスクラブすることから、ブラシとワークの接触状態が非常に重要であり、ブラシの接触量を多くすることによりワーク表面汚れの除去率は上がるが、一方でワークへの損傷が大きくなるため、両者のバランスが取れるようなブラシの接触量の最適値が存在する。

このため、ブラシの交換時には必ず、ブラシ接触量を調整しなければならない。また、ブラシは使い続けているうちに変形や磨耗し、常にワークとの接触具合が変化していくことから、同一ブラシ使用中も定期的にブラシの接触量を調整しなければならない。
この調整方法については、装置に洗浄ブラシを取り付けた際、作業者が目視によって洗浄ブラシのワークとの接触面がワークの洗浄対象面に軽く接触する位置を確認する、あるいは、ブラシがワークに接した状態でワークを擦り動かし、その抵抗感からブラシの押し付け状態を把握し、調整を繰り返して適当になったところを基準位置と決めることができる。
また、ブラシの装置への取り付け方については、ブラシがスポンジ状の樹脂の場合、作業者がブラシをブラシホルダーに取り付け、そのブラシホルダーを装置のブラシ駆動部に取り付けるというのが一般的である。

ブラシホルダーには凹凸がついており、ブラシがその凹凸に引っ掛かることで固定される。しかし、軟質なブラシをブラシホルダーに押し込んで取り付けるため、取り付けられたブラシは押し込まれた状態で変形しており、この状態ではワークとの接触面は平らになっていない。この時も作業者の手作業によって、ブラシのワークとの接触面が平らになるよう、ブラシの変形を直す方向に力を加えて修正することで対処することができる。
このように、接触状態の基準位置や、ブラシ取り付け時の接触面は、理想的には、ブラシの接触面がワーク表面に均一に接触し、その接触し始める状態、つまり相対距離ゼロとなる位置なのであるが、これらの作業は目視または感触といった作業者個人の感覚に頼った手作業とならざるを得なかった。そのため、その基準位置決定の作業に手間がかかり、作業者による基準位置の差が大きく、また複数回にわたる基準位置の再現性にも問題があった。その結果、基板の洗浄処理品質に影響が出ていた。

本発明は、上述の点に鑑み、ワークに対するブラシの接触状態をチェックする機能を設けることにより、接触状態チェックの確実性を高め、また、必要なときにのみメンテナンスを行なうことで、洗浄能力低下による不良品を出さずに、効率的に洗浄精度を維持することが可能なスクラブ洗浄装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するため、チャック部材に把持されている洗浄対象ワークの表面にブラシの表面を接触させた状態で洗浄液を供給しながらその接触位置を相対移動することで当該ワークの表面をスクラブ洗浄するスクラブ洗浄装置において、前記ブラシの接触状態をチェックするためのチェック用ワークを前記洗浄対象ワークに換えて前記チャック部材により把持し、前記洗浄液を供給することなく、かつ接触位置を相対移動させることなく、前記ブラシを当該チェック用ワークの表面に接触させることにより、当該チェック用ワークの表面に接触痕を形成する接触痕形成手段と、前記チェック用ワーク表面の前記接触痕の面積及び／又は形状を検査する表面検査部とを備えることを特徴とする。
ここで、チェック用ワークとしてチェック専用ワークを準備するチェック専用ワークロード部を備えることが好ましく、表面検査部が検査した接触痕の形状を表示し、また、表面検査部の検査結果が所定の面積・形状と異なる場合にアラームを表示する表示部を備えることが好ましい。

本発明においては、ブラシの接触状態をチェックする方法として、好ましくは高い清浄度を持つチェック用ワーク、より好ましくはチェック専用ワークにブラシを静的に接触・離隔させ、チェック用ワークに転写されたブラシ接触痕からブラシの接触状態を判断する。
また、表面検査部を備えており、接触痕の付いたチェック用ワークの表面検査を行なった結果、接触痕の面積・形状が、予め決めておいた面積・形状と異なる場合に、ブラシの取り付け不良であると判断し、アラームで知らせる。また同時に接触痕を表示することで、ブラシの接触状態を把握でき、原因箇所を素早く見つけることができる。

本発明によれば、ワークに対するブラシの接触状態を適宜セルフチェックする機能をもち、接触した面積・形状が、予め決めておいた面積・形状と異なる場合に、ブラシの取り付け不良であると判断し、アラームで知らせることができる。また、接触痕を表示することで、ブラシの接触状態を把握でき、原因箇所を素早く見つけることができる。これにより、接触状態チェックの確実性を高め、また、必要なときのみメンテナンスを行なうことで、洗浄能力低下による不良品を出さずに、効率的に洗浄精度を維持することができる。

以下に、板状、さらにはディスク状のワークである磁気ディスク用のディスク基板を洗浄するスクラブ洗浄装置の本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
〔装置の基本構成〕
図１に示すように、装置の基本構成として、洗浄対象ワーク１０１が準備されたワークロード部１０２と、スクラブ洗浄部１０３と、洗浄されたワークが取り出されるワークアンロード部１０４と、高い清浄度を持つチェック専用ワーク１０５が準備されたチェック専用ワークロード部１０６と、チェック専用ワークの表面を検査する表面検査部１０７と、それらの間でワークを移動させるための搬送部１０８と、接触痕の形状を表示する表示部１０９とを有し、それらの動作は、接触痕形成手段を構成する不図示の制御部によりコンピュータ等を用いて制御される。図６は、その制御動作を示すフローチャートである。
〔洗浄動作〕
通常の洗浄動作の処理手順（図６ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ１１〜Ｓ１３）では、１枚の洗浄対象ワーク１０１がワークロード部１０２より搬送部１０８ａを介してスクラブ洗浄部１０３へ取り込まれ、所定の洗浄が行なわれた後、搬送部１０８ｂを介してワークアンロード部１０４へ移動する（図６ステップＳ１１、Ｓ１２）。これを処理枚数カウンタをカウントアップ（図６ステップＳ１３）しながら、そのカウント枚数をチェック（図６ステップＳ１、Ｓ２）して所定枚数になるまで繰り返す（図６ステップＳ２ＮＯ）ことで多量のワーク１０１を連続的に処理していく。

図２（ａ）に示すように、スクラブ洗浄部１０３は、ワーク１０１がチャック部材２０１により回転自在に支持されており、ワーク１０１表裏に対して少なくとも１対のブラシ２０２が設けられ、ブラシ２０２はブラシを回転させるためのモーター２０３に取り付けられている。モーター２０３はブラシ２０２をワーク１０１に当接・離隔させるように動作する軸２０４に取り付けられている。また、洗剤や水などの洗浄液を供給するシャワーノズル２０５が設けられている。
搬送部１０８ａを介してワーク１０１が取り込まれると、図２（ｂ）に示すように、シャワーノズル２０５から洗剤や水が供給され、モーター２０３が駆動することでブラシ２０２が回転し、不図示のエアシリンダ等からなる駆動機構により駆動されて軸２０４が所定位置まで動作することで、ブラシ２０２がワーク１０１に当接する。この際、チャック部材２０１によって回転自在に支持されたワーク１０１はブラシ２０２の回転にならって回転を始め、ワーク１０１の表裏全面をブラシ２０２でスクラブすることにより、ワーク１０１の洗浄が行なわれる。なお、ブラシ２０２は図に示すロールタイプのものに限らず、円板や円環状に形成されたパッドタイプでもよい。
〔ブラシの取り付け〕
ブラシ２０２の取り付け方について図３に示す。一般に、新品のブラシ２０２は乾いていて柔軟性がないため、ブラシ２０２に水を含ませて柔らかくする。そして図３（ｂ）〜（ｃ）に示すように作業者によってブラシホルダー３０１に押し込むように取り付けられ、ブラシ２０２がブラシホルダー３０１の凹凸部に引っ掛かることで固定される。

ブラシホルダー３０１に取り付けられたブラシ２０２は押し込まれた状態で変形しており（図３（ｃ））、この状態ではワーク１０１との接触面は平らになっていない。そこで作業者が手作業によって、ブラシ２０２が均一にワーク１０１に接するよう、ブラシ２０２の変形を直す方向に力を加えて修正することで対処する（図３（ｄ））。このようにしてブラシ２０２が取り付けられたブラシホルダー３０１をモーター２０３に取り付ける。
〔ブラシの接触状態チェック動作〕
ブラシ２０２の接触状態チェック動作の処理手順（図６ステップＳ１〜Ｓ１０）では、接触痕形成手段の動作として、上記のようにブラシ２０２を交換した時（図６ステップＳ９の後）、あるいは（図６ステップＳ１、Ｓ２で処理枚数カウンタの内容を読み込んでチェックすることにより）交換後ワーク１０１を所定の枚数処理する度（図６ステップＳ２ＹＥＳ）に、図４に示すように、チェック専用ワークロード部１０６から、高い清浄度を持つチェック専用ワーク１０５を搬送部１０８ｘを介してスクラブ洗浄部１０３へ取り込み、ブラシ２０２を回転させずに軸２０４を動作させて、ブラシ２０２をチェック専用ワーク１０５に静的に当接させ離隔させる（図６ステップＳ３〜Ｓ５）。

ブラシ２０２は水分を含んでいることから、チェック専用ワーク１０５にはブラシ２０２が接触した部分の水分が転写されて接触痕が残る。接触痕のついたチェック専用ワーク１０５は搬送部１０８ｙを介して表面検査部１０７に取り込まれ、接触痕の面積および形状を検査することにより、ワーク１０１に対するブラシ２０２の接触状態を判断する（図６ステップＳ６、Ｓ７）。
検査方法として、例えばチェック専用ワーク１０５の表面に参照光を照射し、受光部に入った反射光量に関連付けて、チェック専用ワーク１０５の表面のブラシ接触痕を検出する。
検査を行なった結果、接触の面積・形状が予め決めておいた面積・形状と異なる場合には、ブラシ２０２の取り付け不良であると判断し（図６ステップＳ７ＹＥＳ）、接触痕の形状を表示部１０９に表示すると同時にアラーム等を表示して知らせる（図６ステップＳ８）。

図５に表示部１０９の表示例を示す。作業者は表示部１０９に表示された接触痕形状から、軸２０４の動作量（エアシリンダ等からなる駆動機構の動作量）を調節したり（図５（ｂ）（ｃ）の場合）、ブラシ２０２のブラシホルダー３０１への取り付け具合を調整したり（図５（ｄ）の場合）することで接触具合を修正し、その際、ブラシ２０２の磨耗が著しい場合等には必要に応じてブラシ２０２を交換する（図６ステップＳ９）。その後、作業者の指示操作がなされると図６ステップＳ３に戻り、再度ブラシ２０２の接触状態をチェックする。
ブラシ２０２の接触状態に異常が無い場合（図６ステップＳ７ＮＯ）には、処理枚数カウンタをリセット（図６ステップＳ１０）して図６ステップＳ１に戻り、再び図１に示した通常の処理手順でワーク洗浄処理を開始する。

本発明に係るスクラブ洗浄装置の実施形態の基本構成を洗浄動作時に動作する部分を太線で強調して模式的に示す説明図である。 図１に示すスクラブ洗浄装置の洗浄部の構成と動作を模式的に示す説明図で、（ａ）は洗浄前又は洗浄後の状態、（ｂ）は洗浄動作状態を示す。 図１に示すスクラブ洗浄装置のブラシホルダーの形状（ａ）及びそれにブラシを取り付ける時のブラシの状態（（ｂ）〜（ｄ））を模式的に示す説明図である。 図１に示すスクラブ洗浄装置において、ブラシの接触状態のチェック動作時に動作する部分を太線で強調して模式的に示す説明図である。 図４に示すスクラブ洗浄装置の表示部に表示される接触痕（（ａ）〜（ｄ））を模式的に例示する説明図である。 図１に示すスクラブ洗浄装置の制御動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１ 洗浄対象ワーク
１０２ ワークロード部
１０３ スクラブ洗浄部
１０４ ワークアンロード部
１０５ チェック専用ワーク
１０６ チェック専用ワークロード部
１０７ 表面検査部
１０８ 搬送部
１０９ 表示部
２０１ チャック部材
２０２ ブラシ
２０３ ブラシ駆動モーター
２０４ 軸
２０５ シャワーノズル
３０１ ブラシホルダー

Claims (4)

1. チャック部材に把持されている洗浄対象ワークの表面にブラシの表面を接触させた状態で洗浄液を供給しながらその接触位置を相対移動することで当該ワークの表面をスクラブ洗浄するスクラブ洗浄装置において、
   前記ブラシの接触状態をチェックするためのチェック用ワークを前記洗浄対象ワークに換えて前記チャック部材により把持し、前記洗浄液を供給することなく、かつ接触位置を相対移動させることなく、前記ブラシを当該チェック用ワークの表面に接触させることにより、当該チェック用ワークの表面に接触痕を形成する接触痕形成手段と、
   前記チェック用ワーク表面の前記接触痕の面積及び／又は形状を検査する表面検査部とを備えることを特徴とするスクラブ洗浄装置。
2. 前記チェック用ワークとしてチェック専用ワークを準備するチェック専用ワークロード部を備えることを特徴とする請求項１に記載のスクラブ洗浄装置。
3. 前記表面検査部が検査した接触痕の形状を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクラブ洗浄装置。
4. 前記表面検査部の検査結果が、所定の面積・形状と異なる場合にアラームを表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスクラブ洗浄装置。

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