JP4616267B2 - スクラバーボックスおよびそれを使用する方法 - Google Patents

Description

発明の内容

本出願は、２００３年１０月２８日に出願された「Ｓｃｒｕｂｂｅｒ Ｂｏｘ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｔｈｅ Ｓａｍｅ」と題する米国仮出願第６０／５１４，９３７号に対する優先権を主張し、該出願は、あらゆる目的のため、その全体を参考の為に本明細書に組み入れる。

関連出願
本出願は、以下の同一出願人による同時係属中の米国特許出願に関連し、その両方とも、多目的のためにそれらの全体を参照として本明細書に組み入れる。

２００２年１０月２９日に出願された（代理人番号５４０８）、「Ｍｅｔｈｏｄｓ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ｓｃｒｂｂｅｒ Ｂｒｕｓｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ」と題する米国特許出願第１０／２８３，０３０号。

２０００年３月３０日に出願された（代理人番号３８７４）、「Ｒｏｌｌｅｒ Ｔｈａｔ Ａｖｏｉｄｓ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｓｌｉｐｐａｇｅ」と題する米国特許出願第０９／５８０，８８０号。

発明の分野
本発明は、一般に、電子デバイス製造に関し、より具体的には、半導体基板またはウェーハ、コンパクトディスク、ガラス基板等の薄いディスクを洗浄するスクラバーボックスに関する。

背景
スクラバーと呼ばれることがある公知のデバイスは、多くの場合、電子デバイス製造プロセスの１つ以上のステージで、半導体基板を洗浄するのに用いられる。例えば、スクラバーは、該基板の化学機械的研磨（ＣＭＰ）後の該基板を洗浄するのに用いることができる。公知のスクラバーは、該基板に接触しながら回転し、それによって該基板を洗浄する１つ以上のスクラバーブラシを用いる。

当分野において、多数のスクラバーシステムが存在するが、改良されたスクラバーデザインに対する要求がある。

概要
本発明の第１の態様においては、スクラバーブラシを支持するように適合されたリンク機構を含む装置が提供される。該リンク機構は、ベースと、該ベースに枢動可能に結合されたブラシ支持体とを含む。また、該装置は、該ブラシ支持体によって支持されたスクラバーブラシが、それぞれ、基板の主面との接触または接触の中断を実質的に同時に実現するように、該ブラシ支持体を一斉に枢動させるように適合されたアクチュエータも含む。

本発明の第２の態様においては、基板をスクラバーボックスに挿入するステップと、該ブラシ支持体によって支持されたブラシに基板を係合させる単一のアークを介して、対向するブラシ支持体を一緒に同時に枢動させるステップと、該ブラシを回転させて該基板を洗浄するステップとを含む方法が提供される。

本発明の第３の態様においては、スクラバーブラシを回転自在に保持するように適合されたブラシ支持体と、該ブラシ支持体に保持された該スクラバーブラシを回転させるように適合されたモータと、該ブラシ支持体に結合され、かつ該スクラバーブラシが基板に係合できるようにするために、該ブラシ支持体を動かすように適合されたアクチュエータと、該モータおよびアクチュエータに結合されたコントローラとを含む装置が提供される。該コントローラは、該モータに作用するトルクの変化に基づいて該スクラバーブラシのゼロ点位置を見つけて、該アクチュエータが該ブラシ支持体を動かすときに、該スクラバーブラシを回転させるように適合されている。

本発明の第４の態様においては、ベースと、スクラバーブラシを回転自在に支持するように適合されたブラシ支持体と、該ベースに滑動可能に取り付けられ、かつ該ブラシ支持体に結合された球面軸受と、該球面軸受の間に配置されたアクチュエータとを含む装置が提供される。該アクチュエータは、該ブラシ支持体を動かすことにより、該スクラバーブラシのトーイン位置を調整するように適合されている。

本発明の第５の態様においては、スクラバーブラシを収容するように適合された回転軸と、回転支持体と、該回転支持体上に取り付けられ、かつ該回転軸に結合された流体潤滑軸受とを含む装置が提供される。該回転軸は、軸方向に配置されたプロセス流体チャネルを含み、該流体潤滑軸受は、該回転軸の該プロセス流体チャネルに結合された流体潤滑入口点を含む。

本発明の第６の態様においては、基板をスクラバーボックス内で回転させるように適合されたローラと、該基板の規定された量の回転の発生を指し示すように適合されたセンサと、該センサに結合され、かつ該基板の回転の速度を判断するように適合されたコントローラとを含む装置が提供される。

本発明の第７の態様においては、スクラバーボックス内で基板を回転させるように適合されたローラと、ローラ支持体と、該ローラ支持体上に取り付けられ、かつ該ローラに結合された流体潤滑軸受とを含む装置が提供される。該ローラは、軸方向に配置されたプロセス流体チャネルを含み、該流体潤滑軸受は、該ローラの該プロセス流体チャネルに結合された流体潤滑軸受入口点を含む。

本発明の第８の態様においては、洗浄のために基板を収容するように適合されたタンクと、該タンクの外側の、該タンク内に配置されたスクラバーブラシの端部に結合するように適合された支持体と、該支持体の各々に取り付けられ、かつ該スクラバーブラシを回転させるように適合されたモータと、該支持体が、該スクラバーブラシのトーインを可能にするように適合された球面軸受を介して枢動的に取り付けられたベースと、該スクラバーブラシが、該基板との接触または接触の中断を実質的に同時に実現できるように、クランクおよびロッカー機構を介して、互いに向けてまたは互いに離れて該支持体を実質的に同時に枢動させるように適合されたブラシギャップアクチュエータと、該スクラバーブラシ間のトーイン角度を調整するために、互いに向けてまたは互いに離れて該球面軸受のうちの２つを動かすように適合されたトーインアクチュエータとを含むスクラバーボックスが提供される。

本発明の、これらおよび他の態様による装置、システムおよびコンピュータプログラムプロダクトと同様に、多数の他の態様が提供される。本明細書に記載した各コンピュータプログラムプロダクトは、コンピュータにより読取り可能な媒体（例えば、搬送波信号、フロッピーディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、ハードドライブ、ランダムアクセスメモリ等）によって実行することができる。

本発明の他の特徴および態様は、以下の詳細な説明、添付クレームおよび添付図面からより完全に明白になる。

詳細な説明
発明のスクラバーボックスリンク機構
図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ、本発明に従って提供された発明のスクラバーボックス１０１の側面斜視図および単純化した平面図である。図２は、発明のスクラバーボックス１０１の内部コンポーネントを示す、図１Ａと比較して１８０°だけ回転させた部分斜視図である。

図１Ａ〜図２を参照すると、スクラバーボックス１０１は、タンク１０３と、リンク機構１０５とを含む。リンク機構１０５は、スクラバーボックス１０１のタンク１０３の外部（すなわち、外側）にあり、基板Ｗ（図１Ｂおよび図２）の主面に対してタンク１０３の内側に配設された１つ以上のスクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂ（図１Ｂ）の都合のよくかつ的確な作動／動きのために用いることができる。リンク機構１０５は、第１のスクラバーブラシ１０６ａの両端部で第１のスクラバーブラシ１０６ａを回転支持する第１の支持体１０７と、第２のスクラバーブラシ１０６ｂの両端部で第２のスクラバーブラシ１０６ｂを回転支持する第２の支持体１０９とを備えてもよい。また、各スクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂを回転させる、ダイレクトドライブサーボモータ等のドライブモータ１１１を、タンク１０３の外側の各支持体１０７、１０９に１つ取り付けることができる。例えば、各モータ１１１は、スクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂの端部と一致させて正しい方向に置くことができ、また、支持体１０７、１０９に取り付けることができ、この場合、支持体１０７、１０９は、スクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂの端部を回転支持する。リンク機構１０５は更に、（例えば、以下に記載するように、基板Ｗの回転の予想される平面に対して、スクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂの正確なおよび／または連携的位置決めおよび／または方向性を共同して容易にするように）第１および第２の支持体１０７、１０９の各々をそれに対して結合することができる、タンク１０３の外側に配置され、また、第１および第２の支持体１０７、１０９を、それに対して（例えば、互いに対して上方および内方へ、および／または互いから離れて下方および外方へ）枢動させるように適合させることができるベース１１３を備えてもよい。

動作中、第１および第２の支持体１０７、１０９は、（例えば、更に以下に記載するように、複数の球面および／またはジンバル形軸受を介して）ベース１１３に対して、それぞれアークＡ_１、Ａ_２（図１Ａ）を経由して同時に動かすことができる。このような動きは、第１および第２のスクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂを、図１Ｂに示すように、基板Ｗに向かって近づけさせ、または、第１のスクラバーブラシ１０６ａと第２のスクラバーブラシ〜１０６ｂとの間のギャップ（図示せず）を開いて、基板Ｗの挿入および／またはスクラバーボックス１０１からの取り外しを可能にする可能性がある。例えば、第１のアクチュエータ１１５は、ベース１１３に取り付けることができ、また、第１および第２のスクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂが、（１）基板Ｗのそれぞれの主面との接触または接触の中断を同時に実現できるように、および／または（２）基板Ｗに向かって近づいたときに、基板Ｗのそれぞれの主面に対して同程度の圧縮を実現できるように、第１および第２の支持体１０７、１０９を一斉に正確に動かすことができる。

幾つかの実施形態においては、第１および第２のスクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂの経路は、（図１Ａに描いたアークＡ_１、Ａ_２とは対照的に）単一の連続アークを形成するように配置することができるアークＡ_１、Ａ_２（図１Ａ）に追従する。換言すれば、第１および第２のスクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂの経路は、第１のスクラバーブラシ１０６ａが、該単一のアークの半分に沿って動き、かつ第２のスクラバーブラシ１０６ｂが、該アークの残りの半分に沿って動く１つのアークを備えてもよい。この単一のアークの動きの経路は、スクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂと基板Ｗとの間の対称的で一致した相互作用の実行を補助することができる。

幾つかの実施形態においては、スクラバーボックス１０１は、モータ１１１、アクチュエータ１１５、１２９（図４）および／または他のデバイスの動作を指示するコントローラ１０４（図１Ｂ）を含んでもよい。コントローラ１０４は、ソフトウェアコードのかたちで該コントローラに与えられたプログラム命令を遂行するように作動することができる。幾つかの実施形態においては、コントローラ１０４は、モータ１１１、アクチュエータ１１５、１２９および／または他のデバイスにより作用されるトルクを測定する回路を含んでもよく、または、該トルクを測定するように他の方途で適合させることができる。

１つ以上の実施形態において、第１のアクチュエータ１１５は、ハーモニックドライブモータまたは他の適当なモータあるいは駆動機構１１６を備え、両支持体の同等な動きを提供するために、クランクおよびロッカー機構１１７（図３）を介して第１および第２の支持体１０７、１０９に結合されている。図３は、本発明に従って提供された例示的なクランクおよびロッカー機構１１７の部分斜視図である。クランクおよびロッカー機構１１７は、第１のアクチュエータ１１５（図１Ａ）によって駆動される２偏心クランク１１８（図２）を有するクランク軸リンク機構メカニズム１１７ａを含んでもよい。特定の一実施形態において、第１のクランクアーム１２０ａは、第１の支持体１０７を回転させおよび／または動かすように、クランク１１８の偏心の一方（例えば、図２における偏心１２２ａ）によって駆動され、第２のクランクアーム１２０ｂは、第２の支持体１０９を回転させおよび／または動かすように、クランク１１８の他方の偏心（例えば、図２における偏心１２２ｂ）によって駆動される。２つのカム従動子、送りねじを有するカム等の支持体１０７、１０９を動かす異なる実施形態も提供できる。

また、１つ以上の実施形態において、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂと支持体１０７、１０９との間の回転結合を実現するために、クリアランスホール（図示せず）をタンク１０３に形成してもよい。ベローズ等の幾何学的に適合した結合体１１９（図１Ａおよび図２）を、そのような各ホールの周りに配置することができ、また、タンク１０３と支持体１０７、１０９との間に取り付けることができる。このような構成は、（１）タンク１０３の壁に対するスクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂの相対的な動きを可能にし、（２）別なふうに該タンクの壁の該ホールを通ってタンク１０３の内部に入ってくる可能性がある粒子の汚染に対抗して基板Ｗを保護し、および／または（３）タンク１０３内の流体レベルが、該ホールのレベルに達するかまたは越えることを可能にすると共に、流体が該ホールを通って排出されるのを防ぐことができる。

トルクのモニタリングおよびゼロ点較正を介して一貫性のあるスクラブ力を維持すること
本発明の１つ以上の実施形態において、第１および第２のスクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂ（図１Ｂ）により基板Ｗ（図２）の主面にかかるスクラブ力は、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂのスクラブ面の進行性の摩耗および／または避けがたい製造または組み立て公差によるスクラバーボックス１０１のコンポーネントの配置または方向性の変動にも拘わらず、一貫性を保つことができる。例えば、第１および第２の支持体１０７、１０９によって支持されている第１および第２のスクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂの一方により基板Ｗの主面に対して通常の方向に加えられる所望量のスクラブ力Ｆ_Ｓは、予め決めることができ、また、次の等式で定義することができる。

ただし、Ｔ_Ｓ（アイドル）は、スクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂを基板Ｗに対して開（非接触）位置で回転駆動するモータ（例えば、モータ１１１）の軸に存在する初期トルクを表し、ｒ_ｂ（押し付け）は、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂが基板Ｗの主面に対して押し付けられた後の、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂの回転軸と基板Ｗの主面との間の（該ブラシの押し付けられていない半径よりも小さい）距離を表し、Ｔ_Ｓ（ブラッシング）は、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂが回転して基板Ｗを洗浄すると同時に、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂの軸が、該基板の主面からｒ_ｂ（押し付け）に配設されているときの、該モータの軸のトルクを表す。

Ｔ_Ｓ（アイドル）は、最初に、例えば、スクラバーボックス１０１が、使われる前に、および／または後にスクラバーボックス１０１の再較正が所望されたときに、測定することができる。ｒ_ｂ（押し付け）およびＴ_Ｓ（ブラッシング）に対する対の値は、（例えば、使用されるスクラバーブラシの特定のモデルに対して行う較正テストに基づいて）実験で得ることができる。

まだ基板Ｗの主面に接触しているブラシ１０６ａ〜１０６ｂと一致するｒ_ｂの最大値に相当する、基板Ｗの主面に対するスクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂのゼロ点は、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂが基板Ｗに対して動く際に、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂを駆動する上記モータのトルクＴ_Ｓをモニタリングしおよび／または測定することにより、見つけることができる。例えば、回転ブラシを、該回転ブラシがそこで基板Ｗの主面に向かって押し付けられる初期位置に設置することができ、トルクＴ_Ｓは、該回転ブラシが基板Ｗから離れて戻ってくる際にモニタして、トルクＴ_ＳがＴ_Ｓ（アイドル）に達したときのベース１１３に対する各支持体１０７、１０９の位置を判断することができる。このことは、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂと基板Ｗの主面との間のギャップが形成し始められた時点で起きる。代替として、回転ブラシは、該回転ブラシが、基板Ｗの主面から離間している初期位置に設置することができ、また、トルクＴ_Ｓは、該回転ブラシが基板Ｗの方へ動く際にモニタして、トルクＴ_ＳがＴ_Ｓ（アイドル）のベースライン値から上昇し始めたときに、各支持体１０７、１０９のベース１１３に対する位置を判断することができる。このことは、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂと基板Ｗの主面との間のギャップがちょうど閉じた時点で起きる。

スクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂのゼロ点が一旦見つかると、それぞれの支持体１０７、１０９は、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂの押し付けの程度に相当する量だけ、ベース１１３に沿って基板Ｗの方へ動かすことができ、従来の検査は、所望量のスクラブ力Ｆ_Ｓに相当する。例えば、スクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂは、先に記載した、以前のスクラブ力較正検査で使用される該ブラシの（既知の）半径の概略寸法からｒ_ｂ（押し付け）を減じることにより得られる所定距離の程度まで、基板Ｗの主面の方へ動かすことができる。用いることができる追加的なトルクモニタリング技術は、２００２年１０月２９日に出願された、既に組み入れられた、米国特許出願第１０／２８３，０３０号（代理人番号５４０８）に記載されている。米国特許出願第１０／２８３，０３０号に指し示されているように、スクラバーボックス１０１は、先に記載した測定を実行するトルクモニタを含んでもよい。

ブラシローラのトーイン
本発明は、第１のブラシ１０６ａと第２のブラシ１０６ｂとの間のトーイン角度の有利な調整も提供できる。例えば、第１のアクチュエータ１１５が、ベース１１３に対して、それぞれのアークＡ_１、Ａ_２を経由して第１および第２の支持体１０７、１０９を推進するところと反対側のタンク１０３の側部１２１（図１Ａ）で、スクラバーボックス１０１は、第１の支持体１０７を枢動支持する、ベース１１３上に滑動可能に取り付けられた第１の軸受１２３（図２）と、第２の支持体１０９を枢動支持する、ベース１１３上に滑動可能に取り付けられた第２の軸受１２５（図２）とを備えてもよい。

図４に図示するように、１つ以上の実施形態において、第２のアクチュエータ１２９は、第１の滑動可能に取り付けられた軸受１２３と第２の滑動可能に取り付けられた軸受１２５との間で、ベース１１３に固定して取り付けることができる。第２のアクチュエータ１２９は、第１の軸受１２３と第２の軸受１２５との間の距離の正確な調整を提供でき、それにより、トーイン角度の的確な調整を提供できるように適合させることができる。従って、図４に示すように、第１および第２の軸受１２３、１２５は、（例えば、第１のブラシ１０６ａと第２のブラシ１０６ｂとの間のトーイン角度が、第１の軸受１２３と第２の軸受１２５との間の距離と共に、増加および／または減少するように）互いに対して滑動するようにまたは往復動するように適合させることができる。

幾つかの実施形態においては、第２のアクチュエータ１２９は、軸受１２３と軸受１２５との間の距離を対称的に変えるように適合された送りねじ４０１（図４）を備えてもよい。例えば、そのような送りねじは、第１および第２の軸受１２３、１２５上の相補的なカラー４０３、４０５との連携のための左右のねじ山を備えてもよい。

適切なファスナーまたは他の保有機構（例えば、ねじ４０７ａ〜４０７ｄ）を、第１および第２の軸受１２３、１２５をベース１１３に滑動可能に取り付けるのに使用することができる。このようなファスナーは、軸受１２３、１２５の位置調整を可能にするために緩めることができ、その上、調整された軸受位置を保有するために締め付けることができる。

ベース１１３に対する支持体１０７、１０９のトーイン角度調整および円滑な枢動の両方に柔軟に適応するため、第１および第２の軸受１２３、１２５を含む、支持体１０７、１０９とベース１１３との間の軸受のうちの幾つかまたは全ては、球面および／またはジンバル形支持面および／またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の低摩擦プラスチック材を備えてもよい。例えば、図５は、第１のおよび／または第２の軸受１２３、１２５に（および／またはスクラバーボックス１０１の第１のアクチュエータ１１５側で支持体１０７、１０９に結合する軸受１２８ａ、１２８ｂ（図１Ａ）の一方または両方に）用いることができる例示的な球面軸受１２７の部分断面図である。

また、追加的および／または代替のトーイン調整機構を、例えば、２００２年１０月２９日に出願された、既に組み入れられた米国特許出願第１０／２８３，０３０号（代理人番号５４０８）に記載されているように、用いることもできる。

回転軸受の水潤滑
加圧下の流体の流れをスクラバーブラシに注ぐことにより、スクラバータンク内の基板の主面に流体の流れを注ぐことが知られている。例えば、スクラバーブラシのモータ端部における軸方向に配置された流体入口ポートは、加圧された流体を、該ブラシの基板スクラブ面に隣接する孔を介して、該ブラシの外部の径方向に流すのに用いることができる。本発明の１つ以上の実施形態において、このような流体のスクラバーブラシへの加圧された流れは、発明のスクラバーボックス１０１の１つ以上の軸受を滑らかにするのに追加的に使用することができる。例えば、回転支持体１３０（図１Ｂ）を（例えば、スクラバーブラシボックス１０１の非モータ端部１２１に)提供することができ、また、（図６を参照して以下に説明する）１つ以上の水潤滑可能な軸受を含んでもよく、また、水圧連通路を、該水潤滑軸受と、スクラバーブラシの流体含有内部部分との間に設けてもよい。

図６は、例えば、スクラバーブラシ１０６ａおよび／または１０６ｂの非モータ端部１２１（図１Ｂ）において用いることができる発明の回転支持体１３０の一部の断面図である。図６を参照して、回転支持体１３０は、回転支持体１３０内に形成されたエンクロージャ１３３内に突出する回転軸１３１を含む。流体ポート１３７は、エンクロージャ１３３で終点となるように、およびエンクロージャ１３３内への流体の流れを可能にするように、回転軸１３１内の軸方向に配置することができる。例えば、接続部品または他のカップリング（図示せず）を回転支持体１３０に結合することができ、また、流体（例えば、水）を流体ポート１３７に供給するのに用いることができる。本発明の一実施形態において、流体ポート１３７を流れる流体の全流れのうちの２〜３％は、（例えば、図６に矢印１３５で指し示されている該流体ポートに沿って左から右へ移動させることにより）エンクロージャ１３３内へ注ぐことができる。該全流れのうちの他の量も使用することができる。そらされた流体の流れは、回転支持体１３０内に配置された軸受１３９を滑らかにすることができる（例えば、該流体は、該軸受１３９を通して浸透させるおよび／または流すことができる）。幾つかのそのような実施形態においては、非モータ端部１２１における回転支持体１３０は、水、水をベースとする流体および／または他の種類の流体で滑らかになるように適合された１つ以上のポリマーまたはセラミックのボールベアリング１４１を備えてもよい。回転軸１３１および／または軸受ハウジング１４３は更に、粒子の生成の可能性を低減するために、および円滑化に使用される流体との適合性を提供するために、ポリマー／プラスチックを備えてもよい（例えば、水や他の流体を用いてもよい）。また、回転支持体１３０は、軸受１３９によって生成された何らかの粒子および／または該粒子に関連する望ましくない化学物質を取り除くために、および該何らかの粒子がタンク１０３（図１Ａ）に入るのを防ぐために、潤滑流体の流れのスクラバーボックス１０１外への排出も提供できる。例えば、ドレイン１４４を、軸受１３９を通って、および回転軸１３１に沿って、タンク１０３の方へ流れる（例えば、図６の右から左へ）何らかの流体を、該流体がタンク１０３に入る前に集めて排水できるように、回転軸１３１を囲む回転支持体１３０内に形成することができる。

本発明の別の実施形態においては、回転結合部を、回転軸１３１の端部６０１において用いることができる。例えば、シリコンカーバイド面メカニカルシールまたは他の適当な回転結合部を有する「Ｄｅｕｂｌｉｎ ｍｏｄｅｌ ２０２１１−６００ ｒｏｔａｒｙ ｕｎｉｏｎ」を用いることができる。

図６に示すように、カップリング体１１９は、回転支持体１３０をタンク１０３からシールするのに用いることができる。カップリング体１１９は、ベローズまたは同様の運動用シール（例えば、直線相互運動シール）を備えてもよい。固定シール（図示せず）を、参照数字６０３で指し示すように、カップリング体１１９とタンク１０３との間の接合部に用いることができる。

増加した直径のアイドラーローラ
図７は、基板Ｗを支持するおよび／または回転させるための、図１Ａ〜図２のスクラバーボックス１０１内で用いることができる発明のローラ構成１４５の側面概略図である。図７を参照して、ローラ構成１４５は、アイドラーローラ１４７と、２つの駆動ローラ１４９とを含む。アイドラーローラ１４７の直径は、２つの駆動ローラ１４９の直径よりもわずかに大きく（例えば、．００５〜．０１０インチより大きい）、該２つの駆動ローラは、幾つかの実施形態においては、直径がほぼ２．５インチである。本発明の少なくとも１つの実施形態においては、ローラ１４９とローラ１４７との間の角度は、角度θ_１で示すような約４０°の従来の角度ではなく、角度θ_２で示すように約５０°とすることができる。他の角度を用いてもよいことは理解される。

動作中、比較的大きな直径のアイドラーローラ１４７と、比較的小さな直径の第１および第２の駆動ローラ１４９とからなる上記のローラ構成１４５を備えるスクラバーボックスにおける基板Ｗの回転中には、アイドラーローラ１４７および第１および第２の駆動ローラ１４９の各々は、基板Ｗがアイドラー１４７および駆動ローラ１４９と共に回転する際に、基板Ｗの周縁部Ｅとの接触を、および該接触を確実に続けることを同時に実現することができる。一方、該アイドラーローラおよび駆動ローラのそれぞれの直径が、少なくとも名目上同じである１つ以上の公知の構成においては、公称の直径の前後の、製造公差内のローラ径の直径の変動は、該駆動ローラまたはアイドラーローラの一方が、基板の回転中に、該基板の縁部との接触を実現または維持することができなくする可能性がある。

１つ以上の実施形態において、本発明のより大きな直径のアイドラーローラ１４７が回転している基板Ｗの縁部Ｅに接触する場合、該アイドラーローラは、駆動ローラ１４９上の対応する縁接触領域と比較して、より大きな押し付け性を呈する可能性がある。このようなアレンジメントは、例えば、該基板の縁部とより大きな直径のアイドラーローラ１４７との間の接触が、該基板縁部の該駆動ローラ１４９のいずれかまたは両方からのずれをもたらさないようにする。

また、幾つかのこのような実施形態においておよび／または１つ以上の他の実施形態において、アイドラーローラ１４７は、（例えば、回転している基板Ｗによって伝達されるような駆動ローラ１４９のトルクの他に）追加的な回転トルク源を装備してもよい。例えば、アイドラーローラ１４７は、アイドラーローラ１４７および駆動ローラ１４９が、（例えば、アイドラーローラ１４７が該基板縁部に接触する滑り接触を介して、選択的な基板縁部洗浄を可能にするように）異なる速度で回転するように、別々の駆動モータ（例えば、図１Ａのモータ７０１）を装備してもよい。幾つかのこのような実施形態においては、アイドラーローラ１４７は、追加的な回転トルク源に選択的に結合および／または該トルク源から分断することができる。

本発明の他の実施形態において、アイドラーローラ１４７および駆動ローラ１４９を同様のサイズにしてもよいことは、理解される。更に、該駆動ローラおよびアイドラーローラの他の構成を用いることができる。例えば、アイドラーローラ１４７は、駆動ローラ１４９間に配置してもよい。

基板回転センサ
本発明の１つ以上のさらなる実施形態において、アイドラーローラ１４７（および／または１つ以上の駆動ローラ１４９）は、毎分の回転数（ｒｏｔａｔｉｏｎｓ ｐｅｒｍｉｎｕｔｅ；ＲＰＭ）の測定値を提供するように適合させることができる。例えば、図８は、アイドラーローラ１４７の一実施形態の側面断面図である。図８に図示するように、アイドラーローラ１４７は、ハウジング１５１と、ハウジング１５１に埋め込まれ、かつ近接するセンサ１５７（例えば、ホール効果をベースとするセンサ、誘導をベースとするセンサ等）と情報をやりとりするように適合された１つ以上の磁石１５３とを備えてもよい。より具体的には、アイドラーローラ１４７が回転する際、１つ以上の磁石１５３は、アイドラーローラ１４７の回転速度に対応する速度で電気的パルスを生成するように、１つ以上の磁石１５３が近接するセンサ１５７を通るときに近接するセンサ１５７と情報をやりとりすることができる。幾つかのこのような実施形態において、コントローラ１５５は、該パルスを収容して、該パルスを該基板のＲＰＭ測定値に変換するように適合させることができる。

ローラ軸受の水潤滑
図８に更に示すように、本発明の少なくとも１つの実施形態において、アイドラーローラ１４７は、水潤滑軸受８０１を用いてもよい。例えば、インレット８０３を、アイドラーローラ１４７がその周りを回転するスピンドルハウジング８０５の裏側に形成することができる。インレット８０３は、流体（例えば、水）が、矢印８０７で指し示すように、軸受８０１の方へ移動して該軸受８０１を滑らかにすることを可能にする。１つ以上の駆動ローラ１４９を同様に構成してもよい。

幾つかの実施形態において、アイドラーローラ１４７は、水および／または水をベースとする流体を使用して滑らかにされるように適合された１つ以上のポリマーまたはセラミックの球面軸受を備えてもよい。アイドラーローラ１４７および／または軸受ハウジング１５１は更に、粒子の生成の可能性を低減するために、および潤滑に使用される流体との適合性を実現できるように、ポリマー／プラスチックを備える（例えば、典型的には、水だけではなく、他の流体も用いることができる）。また、軸受ハウジング１５１は、軸受８０１により生成された何らかの粒子および／または該粒子に関連する望ましくない化学物質を取り除くために、および該粒子がタンク１０３（図１Ａ）に入るのを防ぐために、潤滑流体の流れのスクラバーボックス１０１外への排出を提供することもできる。

スロット付きローラ
図９は、本発明の別の実施形態に従って提供された駆動ローラ１４９のうちの１つの側面斜視図である。図９に示すように、駆動ローラ１４９は、複数のスロット９０１または駆動ローラ１４９の各側部に形成された他の開口を含む。図示の実施形態においては、３２個のスロット９０１が、ローラ１４９の周辺部に均等に離間しており、約２．５インチの直径を有する１つのアイドラーローラの場合、約０．０３インチの幅と、約０．０６インチの深さとを有する。他の数および／または間隔／寸法のスロットを用いてもよい。スロット９０１は、好ましくは、基板Ｗに接触するローラ１４９の表面まで（またはその手前）まで伸びている。このようにして、スロット９０１は、基板Ｗとローラ１４９との間の保持力を増加させるように、液体が、基板Ｗに接触するローラ１４９の表面から逃げることを可能にする。また、ホールまたは他の表面の特徴部も、例えば、既に組み入れられた、２０００年３月３０日に出願された米国特許出願第０９／５８０，８８０号（代理人番号３８７４）に記載されているように使用することができる。アイドラーローラ１４７は、スロットおよび／または他の表面特徴部と共に同様に構成することができる。

ポリマー被覆モータ軸
本発明のまた別の実施形態において、ブラシモータ１１１（図１Ａ）、駆動ローラモータ（例えば、図１Ａのモータ１００１および１００３）またはアイドラーローラ７０１（図１Ａ）のうちの１つ以上の軸は、ポリマー被覆および／またはポリマーキャップを含んでもよい。このようなキャップおよび／または被覆は、基板のスクラブ中に用いられる何らかの化学物質から該モータ軸を保護することができる。例えば、図１０Ａは、ポリマーで覆われたモータ軸の第１の例示的な実施形態の部分断面図である。図１０Ａを参照して、モータ１００５は、軸１００７を有して示されている。ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）または別の適当な材料から形成されたポリマーキャップ１００９は、モータ１００５の取り付けブラケット１０１１の周りに配置されて、該ブラケットに結合されている。適当なシール（図示せず）を、ポリマーキャップ１００９をモータ１００５および／または軸１００７に対してシールするのに用いることができる。更に、ガスパージチャネル１０１３を、ポリマーキャップ１００９内に形成して、窒素または同様のパージガスが軸１００７の周りを流れ、流体が軸１００７に移動してモータ１００５の方へ流れるのを更に阻止できるようにすることができる。

図１０Ｂは、図１０Ａのモータ１００５に対する代替のポリマーキャップ構成を図示する。図１０Ｂにおいて、第１のポリマーキャップまたは被覆１０１５は、軸延長部材１０１７に取り付けられ、さらに／または形成されている。また、軸延長部材１０１７は、（例えば、位置決めねじまたは図示しない他の適当な機構を介して）モータ軸１００７に結合されている。第２のポリマーキャップ１０１９は、更に、第１のポリマーキャップまたは被覆１０１５とブラケット１０１１とに結合することができ、図１０Ａを参照して、先に記載したガスパージチャネル１０１３を提供するのに用いることができる。適当なシール（図示せず）を、第２のポリマーキャップ１０１９をモータ１００５および／または第１のポリマーキャップまたは被覆１０１５に対してシールするのに用いることができる。

軸延長部材１０１７は、モータ軸１００７と同じ材料（例えば、ステンレス鋼）または別の適当な材料を備えてもよい。独立した軸延長部材１０１７を用いることにより、より耐久性のある接着または接合プロセスを、モータ１００５／モータ軸１００７に対して用いる場合よりも、第１のポリマーキャップまたは被覆１０１５を軸延長部材１０１７に固着するのに用いることができる。同様に、モータ１００５とは異なり、軸延長部材１０１７は、ポリマー堆積プロセスに直接さらして、モータ軸１００７に取り付けられる。

ブラシのギャップ較正
先に記載したように、基板Ｗの主面にまだ接触しているブラシ１０６ａ〜１０６ｂと一致するｒ_ｂの最大値に相当する、スクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂ（図１Ｂ）の基板Ｗの主面に対するゼロ点は、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂが基板Ｗに接触するように動く際に、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂを駆動する上記モータのトルクＴ_Ｓをモニタリングすることにより見つけることができる。代替の実施形態においては、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂを駆動するモータ１１１のトルクをモニタリングすることにより、基板に対するスクラバーブラシのゼロ点を設ける代わりに、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂの位置を較正するために、２つのスクラバーブラシ１０６ａ〜１０６ｂの間に「ゼロ・ギャップ」位置を定めてもよい。

図１１を参照すると、ブラシギャップ較正方法１１００は、次のステップを含んでもよい。本発明によれば、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂ間のギャップは、第１のブラシ１０６ａが回転し、かつ第２のブラシ１０６ｂが静止しているが自由に回転できる間、徐々に狭めることができる。先に指し示したように、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂは、通常は、それぞれエンコーダを含む独立したサーボモータ１１１によって駆動することができる。ステップ１１０２において、該方法が始まる。ステップ１１０４において、第１のブラシ１０６ａは、低速度で駆動することができる。幾つかの実施形態においては、低速度は、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂ間の結果として生じる衝突が、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂのいずれかを損傷させる機会を最小化するように選択される。ステップ１１０６において、第２のブラシ１０６ｂは駆動されておらず、第２のブラシ１０６ｂに結合された対応するモータ１１１は、「フリーホイーリング」状態にされており、また、対応するモータ１１１の該エンコーダは、モニタされている。ステップ１１０８において、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂ間のギャップは、増量されて狭められている。プロセス１１００がステップ１１０８とステップ１１１０との間をループで結ぶ場合、駆動された第１のブラシ１０６ａは、静止した第２のブラシ１０６ｂに最終的に接触し、該第２のブラシを接触摩擦によって回転させる。静止したブラシ１０６ｂに結合されたモータ１１１のエンコーダフィードバックが、静止したブラシ１０６ｂが回転していることを指し示した時点で、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂの位置は、ゼロ・ギャップ位置として識別され、プロセス１１００はステップ１１１２へ進む。ステップ１１１２においては、該ゼロ・ギャップ位置を起点として使用して、ブラシ１０６ａ〜１０６ｂを一緒に、前述したように所定量を更に駆動することにより、規定したブラシ押し付け量を実現することができる。ステップ１１１４において、発明の較正プロセスは終了する。

幾つかの実施形態においては、ソフトウェアによって駆動される（図１Ｂのコントローラ１０４等の）コントローラを、新しいブラシが据え付けられた後に、および／または該ブラシ間に基板がないときはいつでも、この較正プロセスを自動的に行うのに用いることができ、ブラシの摩耗は、該ゼロ・ギャップの再較正を必要とする。この較正方法には、幾つかの利点がある。追加的なセンサ、較正ツールおよび測定は必要ない。上記スクラバーボックスの内部に接触するのに人手は必要ない。ブラシの直径および他のデバイスの公差の変動は、本発明により自動的に補正される。

上記の説明は、本発明の例示的な実施形態のみを開示する。本発明の範囲内に含まれる上記の開示した装置および方法の変更例は、当業者には容易に理解できる。例えば、図１Ａ〜図３における支持体１０７、１０９の形状は、単に例示的なものである。一実施形態において、支持体１０７、１０９は、（例えば、主にブラシの一端部から下方のベース１１３に向かい、ベース１１３に沿った後、上方の該ブラシの他端部へ伸びるように）より大きなＵ字状とすることができる。従って、本発明を、本発明の例示的な実施形態に関して開示してきたが、他の実施形態が、以下のクレームによって定義するような本発明の趣旨および範囲内にあることを理解すべきである。

本発明に従って提供される発明のスクラバーボックスの側面斜視図である。 本発明に従って提供される発明のスクラバーボックスの単純化した平面図である。 発明のスクラバーボックスの内部コンポーネントを示す、図１Ａと比較して１８０°回転した部分斜視図である。 本発明による、スクラバーブラシを基板と接触させて、または基板と接触させずに配置する例示的なクランクおよびロッカー機構の部分的斜視図である。 本発明による、ブラシのトーイン角度を調整するのに用いることができる発明の軸受構成の斜視図である。 発明のスクラバーボックスで用いることができる例示的な球面軸受の部分断面図である。 本発明に従って、スクラバーブラシの端部で用いることができる発明の回転軸の一部の断面図である。 基板を支持するおよび／または回転させる、図１Ａ〜図２のスクラバーボックス内で用いることができる発明のローラ構成の側面概略図である。 例示的な発明のアイドラーローラの側面断面図である。 本発明の別の実施形態に従って提供された例示的な駆動ローラの側面斜視図である。 本発明に従って提供された、ポリマーで覆われたモータ軸の第１の例示的な実施形態の部分断面図である。 図１０Ａのモータに対する代替のポリマーキャップ構成を図示する。 本発明によるブラシギャップ構造方法の実施例の実施形態を図示するフローチャートである。

符号の説明

１０１…スクラバーボックス、１０３…タンク、１０４…コントローラ、１０５…リンク機構、１０６ａ…第１のスクラバーブラシ、１０６ｂ…第２のスクラバーブラシ、１０７…第１の支持体、１０９…第２の支持体、１１１…モータ、１１３…ベース、Ｗ…基板。

Claims (15)

1. スクラバーブラシを支持するように適合されたリンク機構であって、
   ベースと、
   一つ以上の球面軸受を介して前記ベースに枢動的に結合された第１のブラシ支持体と、
   一つ以上の球面軸受を介して前記ベースに枢動的に結合された第２のブラシ支持体と、を含むリンク機構と、
   前記第１および第２のブラシ支持体により支持されたスクラバーブラシが、基板のそれぞれの主面との接触または該接触の中断をほぼ同時に実現するように、前記第１および第２の支持体を一緒に枢動させるように適合されたアクチュエータとを備え、
   前記リンク機構及び前記第１および第２のブラシ支持体は、タンクの外側に位置していると共に、前記タンク内に配置されたスクラバーブラシの端部に結合するように適合されている、装置。
2. 前記アクチュエータが更に、基板に向かって閉じられる際に、基板のそれぞれの主面に対して、同程度の押し付けを作用させるように適合されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記アクチュエータが、クランクおよびロッカー機構を含む、請求項１に記載の装置。
4. 基板をスクラバーボックスのタンクに挿入するステップと、
   前記タンクの外部に第１および第２のブラシ支持体を提供するステップと、
   前記球面軸受を介して前記第１および第２のブラシ支持体が取り付けられるベースを提供するステップと、
   対向する第１および第２のブラシ支持体を共に、単一のアークを経て同時に枢動させて、前記第１および第２のブラシ支持体により支持されたブラシに基板を係合させるステップと、
   前記ブラシを回転させて前記基板を洗浄するステップと、を備える方法。
5. 前記第１および第２のブラシ支持体を枢動させるステップが、各ブラシ支持体の一定量の動きが実質的に等しく、かつ物理的に連携するように、単一のアクチュエータを使用して、前記第１および第２のブラシ支持体を回転させる工程を含む、請求項４に記載の方法。
6. 基板を収容して洗浄するように適合されたタンクと、
   前記タンク内に位置するスクラバーブラシを回転可能に保持するように適合されると共にタンクの外部に配置されたブラシ支持体と、
   一つ以上の球面軸受を介して前記ブラシ支持体が枢動的に取り付けられているベースと、
   前記ブラシ支持体に保持された前記スクラバーブラシを回転させるように適合されると共に前記ブラシ支持体に取り付けられているモータと、
   前記ブラシ支持体に結合され、かつ前記スクラバーブラシが基板に係合できるように、前記ブラシ支持体を動かすように適合されたアクチュエータと、
   前記モータおよびアクチュエータに結合され、かつ前記モータにより作用されるトルクの変化に基づいて前記スクラバーブラシのゼロ点位置を見つけて、前記アクチュエータが前記ブラシ支持体を動かしているときに、前記スクラバーブラシを回転させるように適合されたコントローラと、を備える、装置。
7. ベースと、
   第１のスクラバーブラシを回転可能に支持するように適合された第１のブラシ支持体と、
   第２のスクラバーブラシを回転可能に支持するように適合された第２のブラシ支持体と、
   前記ベースに滑動可能に取り付けられ、かつ前記第１のブラシ支持体に結合された第１の球面軸受と、
   前記ベースに滑動可能に取り付けられ、かつ前記第２のブラシ支持体に結合された第２の球面軸受と、
   前記第１の球面軸受と前記第２の球面軸受との間に配置され、かつ前記第１および第２のブラシ支持体を動かすことにより、前記第１および第２のスクラバーブラシのトーイン位置を調整するように適合されたアクチュエータと、を備える、装置。
8. 基板を収容して洗浄するように適合されたタンクと、
   スクラバーブラシを収容するように適合された回転軸を含む回転支持体と、
   前記タンク内に配置された前記スクラバーブラシの端部に結合するように適合され、かつ前記タンクの外部に配置された少なくとも一つの支持体と、
   球面軸受を介して前記少なくとも一つの支持体が取り付けられているベースと、
   前記回転支持体に取り付けられ、かつ前記回転軸に結合された流体潤滑軸受と、を備え、
   前記回転支持体は、前記少なくとも一つの支持体に結合され、
   前記回転軸が、軸方向に配置されたプロセス流体チャネルを含み、前記流体潤滑軸受が、前記回転軸の前記プロセス流体チャネルに結合された流体潤滑入口点を含む、装置。
9. 基板をスクラバーボックス内で回転させるように適合されたローラと、
   第１及び第２のスクラバーブラシをそれぞれ支持するように適合された第１および第２の支持体を含むリンク機構と、
   前記第１および第２のスクラバーブラシのトーインを可能にするように適合された球面軸受を介して前記第１および第２の支持体が枢動的に取り付けられているベースと、
   前記基板の規定量の回転の発生を指し示すように適合されたセンサと、
   前記センサに結合され、かつ前記基板の回転速度を判断するように適合されたコントローラと、を備える装置。
10. スクラバーボックス内で基板を回転させるように適合されたローラと、
    ローラ支持体と、
    前記ローラ支持体に取り付けられ、かつ前記ローラに結合された流体潤滑軸受と、を備え、
    前記ローラが、軸方向に配置されたプロセス流体チャネルを含み、前記流体潤滑軸受が、前記ローラの前記プロセス流体チャネルに結合された流体潤滑入口点を含む、装置。
11. 基板を収容して洗浄するように適合されたタンクと、
    前記タンク内に配置された第１のスクラバーブラシの端部に結合するように適合された、前記タンクの外部の第１の支持体と、
    前記第１の支持体に取り付けられ、かつ前記第１のスクラバーブラシを回転させるように適合された第１のモータと、
    第２のスクラバーブラシの端部に結合するように適合された、前記タンクの外部の第２の支持体と、
    前記第２の支持体に取り付けられ、かつ前記第２のスクラバーブラシを回転させるように適合された第２のモータと、
    前記第１および第２のスクラバーブラシのトーインを可能にするように適合された球面軸受を介して前記第１および第２の支持体が枢動的に取り付けられているベースと、
    前記第１および第２のスクラバーブラシが、前記基板との接触または該接触の中断を実質的に同時に実現できるように、クランクおよびロッカー機構を介して、前記第１および第２の支持体を、互いに向けてまたは互いに離して実質的に同時に枢動させるように適合されたブラシギャップアクチュエータと、
    前記第１および第２のスクラバーブラシ間のトーイン角度を調整するために、２つの球面軸受を、互いに向けてまたは互いに離して動かすように適合されたトーインアクチュエータと、を備えるスクラバーボックス。
12. 前記モータが各々、駆動軸と、前記モータの各々の取り付けブラケットに結合されたポリマーキャップとを含み、
    前記ポリマーキャップが、前記駆動軸の周りに配置され、かつガスパージチャネルを含み、
    前記駆動軸が、前記ポリマーキャップを貫通して突出しており、前記ポリマーキャップが、前記スクラバーボックスからのプロセス流体が前記モータに達するのを防ぐように適合されている、請求項１１に記載のスクラバーボックス。
13. 第１の駆動ローラと、
    第２の駆動ローラと、
    アイドラーローラと、を更に備え、
    前記第１の駆動ローラ、前記第２の駆動ローラおよび前記アイドラーローラが、前記タンク内に配置されており、かつ基板を回転させるように適合されており、
    前記アイドラーローラが、前記第１および第２の駆動ローラの直径よりも大きい直径からなっている、請求項１１に記載のスクラバーボックス。
14. 前記アイドラーローラの直径が、前記ローラと前記基板との間の接触を維持するように十分大きくなっている、請求項１３に記載のスクラバーボックス。
15. 前記モータおよび前記ブラシギャップアクチュエータに結合され、かつ前記モータにより作用されるトルクの変化に基づいて前記スクラバーブラシのゼロ点位置を見つけて、前記アクチュエータが前記ブラシ支持体を動かすときに、前記スクラバーブラシを回転させるように適合されたコントローラを更に備える、請求項１３に記載のスクラバーボックス。

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