KR20140097493A

KR20140097493A - 외팔보형 결절을 갖춘 브러시

Info

Publication number: KR20140097493A
Application number: KR1020147017812A
Authority: KR
Inventors: 브래들리 에스 위더스; 마이클 지 크로커; 로버트 에이 윌리스
Original assignee: 일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-08-06
Also published as: KR102004564B1; WO2013082092A8; US9202723B2; WO2013082092A1; EP2786406A1; TWI638687B; US20130133692A1; TW201341067A; EP2786406B1

Abstract

기판을 세척하는 세척 디바이스가 마련된다. 상기 세척 디바이스는, 제1 회전 방향(α)을 한정하는 제1 중심 축선(a₁)을 중심으로 배치되고 중공 보어를 둘러싸는 외측 세척면을 갖는 세척 브러시; 및 외측 세척면 상에 형성되는 복수 개의 외팔보형 결절을 포함하며, 각각의 결절은 외측 세척면과 연결되는 장착부, 이 장착부와 연결되는 세척부, 및 기판과 맞물리는 접촉 부재를 포함한다. 세척부는 장착부로부터 접촉 부재까지 제1 방향(D₁)으로 연장되는데, 반경 방향(D_r)은 중심 축선(a₁)으로부터 외측 세척면을 향해 회전 방향(α)에 수직하게 방사상으로 연장되는 것으로서 정의되며, 제1 방향(D₁)은 반경 방향(D_r)과 각도(γ)로 교차한다. 각도(γ)는 0 보다 크며 180 도보다 작다.

Description

외팔보형 결절을 갖춘 브러시{BRUSH WITH CANTILEVERED NODULES}

본 발명은 외팔보형 결절을 갖춘 브러시에 관한 것이다.

세척 브러시로도 또한 알려져 있는 주물식 원통형 브러시는 폴리비닐 알코올(PVA)로 보통 제조되는 세척 브러시이며 CMP(Chemical Mechanical Planarization) 후 프로세스를 제공하여 반도체 웨이퍼 또는 다른 디스크 형상의 기판과 같은 기판의 표면을 효과적으로 세척하기 위해 통상적으로 자동 세척 시스템에 사용된다. 또한 세척 브러시는 평면 패널 디스플레이 제조, 유리 생산 및 인쇄 회로 기판 조립체에서 유리 및 다른 비디스크 형상의 기판을 세척 및 건조하기 위해 세척 시스템에서 이용된다. 세척 브러시는 예컨대 바람직하게는 50 밀리미터만큼 짧은 길이를 갖거나 또는 10 미터만큼 긴 길이를 갖는다.

세척 브러시는 세척 프로세스에서 중앙 브러시 코어 상에 위치하고 이 중앙 브러시 코어에 의해 구동된다. 세척 브러시와 중앙 브러시 코어 사이의 정확하고 안정적인 연결이 바람직하다. 세척 브러시는 기판의 세척에 도움이 되도록 세척 브러시의 외측면에 결절을 갖출 수 있다.

세척 브러시는 세척 브러시의 축선 상에서 정확하게 회전하게 되어 있으며, 세척 브러시의 유효 수명에 걸쳐 대체로 원통형인 표면에 대체로 일정한 결절 압력 패턴을 제공하고, 이는 기판 표면에 대한 손상을 최소한으로 하면서 최소한의 시간 내에 전체 기판 표면에 대한 최적의 세척을 나타내도록 한다. 일부 경우에 있어서, 세척 브러시는 중앙 브러시 코어 주위에 형성된다. 예를 들면, 중앙 브러시 코어는 몰드 내에 배치될 수 있으며, 중앙 브러시 코어 주위에 세척 브러시를 형성하기 위해 비닐 알코올과 같은 하나 이상의 폴리머 전구체를 포함하는 화학물질의 혼합물이 몰드 내로 분사된다.

종래의 세척 브러시는, 브러시의 몸체로부터 수직으로 돌출되는, 보통 원통형인, 결절을 특징으로 한다(도 1a 및 도 1b 참고). CMP 이후 반도체 표면의 적절한 세척을 위해 필요한 통상의 작동 조건 하에서, 종래의 브러시 결절은 브러시의 몸체로부터 수직으로 돌출되기 때문에 과도한 전단력을 발생시킨다. 그 결과로서, 과도한 전단력은 스크래치와 같은 기계적으로 유발되는 결함을 발생시킴으로써 과도한 수직 힘과 함께 세척하려는 노출 표면에 악영향을 준다. 세척 브러시에 의해 발생되는 스크래치는 반도체 디바이스의 성능, 수율 및 신뢰도에 악영향을 준다.

그 결과로서, 세척 브러시와 기판 사이에 포획될 수 있는 입자가 거의 없는 세척 브러시를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 추가적으로, 세척 브러시로부터 기판 상에 인가되는 전단력 및 수직 힘이 감소되어 세척 브러시에 의해 기계적으로 유발되는 결함이 덜 발생되는 결과를 낳는 세척 브러시를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은, 세척 브러시와 기판 사이에 포획될 수 있는 입자가 거의 없는 세척 브러시를 제공하는 것이며, 또한 세척 브러시로부터 기판 상에 인가되는 전단력 및 수직 힘이 감소되어 세척 브러시에 의해 기계적으로 유발되는 결함이 덜 발생되는 결과를 낳는 세척 브러시를 제공하는 것이다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 기판을 세척하기 위한 세척 디바이스를 제공한다. 상기 세척 디바이스는, 중공 보어를 둘러싸는 외측 세척면을 갖고 제1 회전 방향(α)을 한정하는 제1 중심 축선(a₁)을 중심으로 배치되는 세척 브러시와, 외측 세척면에 형성되는 복수 개의 외팔보형 결절을 포함한다. 각각의 결절은 외측 세척면과 연결되는 장착부, 이 장착부와 연결되는 세척부, 및 기판과 맞물리는 접촉 부재를 갖는다. 세척부는 장착부로부터 접촉 부재까지 제1 방향(D₁)으로 연장되는데, 반경 방향(D_r)은 중심 축선(a₁)으로부터 외측 세척면을 향해 회전 방향(α)에 수직하게 연장되는 것으로서 정의되며, 제1 방향(D₁)은 반경 방향(D_r)과 각도(γ)로 교차한다.

제2 양태에 있어서, 본 발명은 기판을 세척하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 세척 디바이스와 기판을 맞물리는 것을 포함하는데, 상기 세척 디바이스는, 중공 보어를 둘러싸는 외측 세척면을 갖고 제1 회전 방향(α)을 한정하는 제1 중심 축선(a₁)을 중심으로 배치되는 세척 브러시와, 외측 세척면에 형성되는 복수 개의 외팔보형 결절을 포함하고, 각각의 결절은 외측 세척면과 연결되는 장착부, 이 장착부와 연결되는 세척부, 및 기판과 맞물리기 위한 접촉 부재를 갖는다. 세척부는 장착부로부터 접촉 부재까지 제1 방향(D₁)으로 연장되는데, 반경 방향(D_r)은 중심 축선(a₁)으로부터 외측 세척면을 향해 회전 방향(α)에 수직하게 방사상으로 연장되는 것으로서 정의되며, 제1 방향(D₁)은 반경 방향(D_r)과 각도(γ)로 교차한다. 이때 세척 브러시는 제1 회전 방향(α)으로 제1 중심 축선(a₁)을 중심으로 회전하게 된다.

제3 양태에 있어서, 본 발명은 기판을 세척하기 위한 세척 디바이스를 제공한다. 상기 세척 디바이스는, 중공 보어를 둘러싸는 외측 세척면을 갖고 제1 회전 방향(α)을 한정하는 제1 중심 축선(a₁)을 중심으로 배치되는 세척 브러시와, 외측 세척면에 형성되는 복수 개의 외팔보형 결절을 포함하며, 각각의 결절은 외측 세척면과 연결되는 장착부, 이 장착부와 연결되는 세척부, 및 기판과 맞물리는 접촉 부재를 가지며, 이 접촉 부재는 세척부의 측면과 연결되는 외측 단부면을 갖고, 이 외측 단부면은 기판의 세척 중에 단지 외측 단부면의 일부만이 기판과 맞물리도록 배치된다.

본 발명의 범위는 오로지 첨부된 청구범위에 의해서만 한정되며, 본 [과제의 해결수단]에서의 설명에 의해 영향을 받지 않는다.

본 발명에 따르면, 세척 브러시와 기판 사이에 포획될 수 있는 입자가 거의 없는 세척 브러시, 그리고 세척 브러시로부터 기판 상에 인가되는 전단력 및 수직 힘이 감소되어 세척 브러시에 의해 기계적으로 유발되는 결함이 덜 발생되는 결과를 낳는 세척 브러시를 얻을 수 있다.

이하의 도면 및 설명을 참고하면 본 발명을 더욱 양호하게 이해할 수 있다. 도면에서의 구성요소는 반드시 축척대로 도시된 것은 아니며, 그보다는 본 발명의 원리를 설명함에 있어서 강조될 수 있다.
도 1a는 브러시의 몸체로부터 수직으로 돌출되는 결절을 갖춘 종래의 세척 브러시를 도시한 것이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 세척 브러시의 라인 1B를 따른 단면도를 도시한 것이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따라 브러시 코어 및 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시의 부분 분해 사시도를 도시한 것이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따라 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시의 측면도를 도시한 것이다.
도 1e는 도 1d에 도시된 세척 브러시의 라인 1E를 따른 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 브러시 코어 및 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시의 사시도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판을 세척 및 연마하기 위한 세척 시스템의 사시도를 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시의 사시도를 도시한 것이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 결절이 외팔보 지지되는 위치에서 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시의 라인 C-C를 따른 단면도를 도시한 것이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따라 결절이 L자 형상인 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시의 라인 C-C를 따른 단면도를 도시한 것이다.
도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따라 결절이 만곡되는 것인 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시의 라인 C-C를 따른 단면도를 도시한 것이다.
도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따라 결절이 V자 형상인 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시의 라인 C-C를 따른 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시의 측면도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시의 측면도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시가 기판과 맞물릴 때 이 세척 브러시의 단면도를 도시한 것이다.
도 8은, 외팔보형 결절이 기판과의 접촉의 결과로서 구부러질 때 도 7에 도시된 세척 브러시의 단면도를 도시한 것이다.
도 9a는 종래의 브러시에서 브러시 압축에 대한 브러시 토크의 의존성을 예시한 것이다.
도 9b는 본 발명에 따라 외팔보형 결절을 갖춘 예시적인 브러시에서의 압축에 대한 브러시 토크의 의존성을 예시한 것이다.
도 9c는 본 발명에 따른 브러시(정사각형)에서의 압축에 대한 브러시 토크의 의존성 그리고 종래의 브러시(마름모꼴)에서의 압축에 대한 브러시 토크의 의존성을 비교하여 제시한 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 브러시일 때 얻은 압력 변동(아래 그래프)과 통상의 브러시일 때 얻은 압력 변동(위 그래프)을 비교하여 제시한 것이다.

본 발명에 따른 방법 및 시스템은, 외팔보형 결절을 갖춘 세척 브러시를 형성하여 결과적으로 세척 브러시가 기판과 맞물리는 맞물림 영역에서 세척되는 기판과 세척 브러시 사이의 압력을 감소시킴으로써 종래의 브러시 및 브러시-코어 시스템의 단점을 극복한다. 외팔보형 결절은 효율적인 표면을 위해 요구되는 적절한 표면 접촉을 제공하면서도 반도체 웨이퍼에 전달 및 인가되는 전단력을 감소시킨다. 그 결과로서, 외팔보형 결절을 이용함으로써, 기계적으로 유발되는 결함의 빈도 및 크기가 감소될 수 있고, 반도체 디바이스의 전반적인 성능, 수율 및 신뢰도가 개선될 수 있다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않으면서, 외팔보형 기하학적 구조를 갖는 것은 결절이 기판에 대해 눌릴 때 압축되는 대신 순응하거나 구부러지는 것을 가능하게 하며, 이에 따라 기판에 전달되는 전단력을 감소시킨다.

도 1c 내지 도 3을 참고하면, 기판(104)을 세척 및 연마하기 위한 세척 시스템(100)이 도시되어 있다. 바람직하게는, 세척 시스템(100)은 기판(104), 더욱 구체적으로는 기판(104)의 표면(106)을 연마 및/또는 세척하도록 자동으로 또는 수동으로 설정될 수 있는 자동 세척 시스템이다. 기판(104)은, 유리, 건조 유리, 반도체 웨이퍼, 평면 패널 디스플레이 유리 패널, 유리 생산 패널 및 인쇄 회로 기판을 포함하는 실리콘 기반의 기판; 폴리머 기반의 기판; 그리고 실리콘 기반의 반도체 기판, 단일 요소 반도체 기판, SOI(Silicon on Insulator) 기판, Ⅲ-Ⅴ 반도체 기판, Ⅱ-Ⅵ 반도체 기판, 다른 2원 반도체 기판, 3원 반도체 기판, 및 4원 반도체 기판과 같은 다양한 유형의 반도체 기판; 광학 섬유 기판; 초전도 기판; 유리 기판; 용융 석영 기판; 용융 실리카 기판; 에피텍셜 실리콘 기판; 구리 기판; 및 유기 반도체 기판과 같은 다양한 유형의 반도체 기판과 같은 원형, 디스크형 또는 비디스크형 기판 중 임의의 기판을 포함한다.

세척 시스템(100)은, 중공 보어(112)를 갖는 세척 브러시(110), 이 중공 보어(112) 내에서 브러시(110)와 맞물리는 브러시 코어(130), 및 이 브러시 코어(130)와 맞물리는 회전 디바이스(102)를 포함한다. 세척 브러시(110)는, 주물식 폴리비닐 알코올(PVA) 폼 브러시, 폴리우레탄 폼 브러시, 또는 다른 폴리머 폼 브러시와 같이, 기판(104)의 표면(106)을 효과적으로 세척하도록 CMP 후 프로세스를 제공하기 위해 자동 세척 시스템에서 통상적으로 사용되는 또는 사용될 수 있는 임의의 브러시일 수 있다. 바람직하게는, 세척 브러시(110)는 일반적으로 절두 원추형 형상, 원추형 형상 또는 원통형 형상이다.

본 명세서에서 한정되는 바에 따라, 세척 브러시(110)와 같이 대체로 원추형 형상인 부재, 또는 대체로 절두 원추형 형상인 부재는, 종방향 중심 축선(a₁)을 중심으로 형성되는 부재로서, 부재가 중심 축선(a₁)을 중심으로 회전할 때 부재에 의해 발생되는 원심력이 ± 20 % 이하만큼 변하도록 하는 방식으로 바람직하게는 중심 축선(a₁)을 중심으로 균형잡힌 부재이며, 이에 따라 비교적 균형 잡힌 부재를 제공하고, 이를 위해 중심 축선(a₁)에 대해 수직으로 단면을 취하면 일 단부는 제2 단부에 비해 더 큰 단면적을 갖는다. 그 결과로서, 대체로 원추형 형상인 부재 또는 대체로 절두 원추형 형상인 부재는 완벽하게 매끄러운 외측면을 가질 필요는 없지만, 그 외측면 상에 또는 외측면 내에 형성되는 공동 혹은 결절과 같은 돌출부를 가질 수 있다. 본 명세서에서 한정되는 바에 따라, 세척 브러시(110)와 같은 대체로 원통형 형상의 부재는, 종방향 중심 축선(a₁)을 중심으로 형성되는 부재이며, 부재가 종방향 중심 축선(a₁)을 중심으로 회전할 때 부재에 의해 발생되는 원심력이 ± 20 % 이하로 변하도록 하는 방식으로 바람직하게는 중심 축선(a₁)을 중심으로 균형잡힌 부재이고, 이에 따라 비교적 균형 잡힌 세척 브러시(110)를 제공한다. 그 결과로서, 세척 브러시(110)는 완벽하게 원통형인 외측면을 가질 필요는 없지만, 그 외측면 상에 또는 외측면 내에 형성되는 공동 혹은 결절과 같은 돌출부를 가질 수 있다.

도 1을 참고하면, 세척 브러시(110)는, 중공 보어(112)를 형성하는 내측면(113)에 대해 대향되는 외측 세척면(114)을 포함한다. 중공 보어(112)는 브러시 코어(130)를 중심으로, 바람직하게는 이미 형성된 브러시 코어(130) 주위에 세척 브러시(110)를 사출 성형함으로써 형성될 수도 있고 중공 보어(112)가 형성된 이후에 브러시 코어(130)를 중심으로 중공 보어가 배치될 수도 있다. 중공 보어(112)는 원추형 형상의 세척 브러시(110)의 내측면(113)에 의해 형성된다. 일 실시예에 있어서, 내측면(113)은, 브러시 코어(130)의 제1 맞물림 부재(140)를 둘러싸고 이 제1 맞물림 부재와 짝을 이루는 제2 맞물림 부재(116)에 의해 중단된다. 제1 맞물림 부재(140) 주위에 제2 맞물림 부재(116)를 형성함으로써, 세척 브러시(110)는 브러시 코어(130)와 세척 브러시(110) 사이에서의 미끄러짐 및 이동을 방지하도록 브러시 코어(130)에 견고하게 조립될 수 있다.

도 1c 내지 도 1e를 참고하면, 외측 세척면(114)은, 이 외측 세척면(114) 상에 또는 외측 세척면 내에 형성되는 외팔보형 결절(118)을 포함한다. 결절(118)과 같은 표면 특징부를 구비하는 것은, 스크래치를 덜 발생시키면서 세척 브러시(110)가 특정 기판(104)을 더욱 양호하게 세척하는 데 도움이 될 수 있다.

도 2를 참고하면, 브러시 코어(130)는 중공 보어(112) 내에서 세척 브러시(110)와 맞물린다. 브러시 코어(130)는, 세척 브러시(110)의 중공 보어(112)를 형성하는 내측면(113)과 맞물리고 바람직하게는 이 내측면에 고정되는 외측면(133)을 형성하는 본체 섹션(132)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 브러시 코어(130)는 대체로 원추형 형상, 또는 대체로 절두 원추형 형상이다. 일 실시예에 있어서, 브러시 코어(130)는 대체로 원통형 형상이다.

또한, 도 2를 참고하면, 바람직하게는 외측면(114) 및 외측면(133)은 브러시 코어(130)의 종방향 중심 축선(a₁)을 중심으로 배치되며, 더욱 바람직하게는 외측면(114) 및 외측면(133)은 브러시 코어(130)의 중심 축선(a₁)을 중심으로 대칭으로 배치된다. 세척 브러시(110)와 브러시 코어(130) 사이에서 회전 이동 그리고 바람직하게는 축방향 이동을 방지하기 위해, 외측면(133)의 프로파일 또는 외형은 제1 맞물림 부재(140)에 의해 중단될 수 있다. 본 명세서에서 회전 이동은 도 3에 도시된 바와 같이 중심 축선(a₁)을 중심으로 회전 방향(α)을 따라 이동하는 것으로 정의된다. 본 명세서에서 축방향 이동은 중심 축선(a₁)의 ± 30 도 내에서, 중심 축선에 대해 대체로 수직인 축방향을 따라 이동하는 것으로 정의된다. 제1 맞물림 부재(140)는 세척 브러시(110)의 제2 맞물림 부재(116)와 더욱 양호하게 맞물리도록 하기 위해 외측면(133)의 대략적인 외형을 중단시키는 임의의 특징부이다. 제1 맞물림 부재(140)는, 브러시 코어(130)에 대한 세척 브러시(110)의 효과적인 축방향 고정을 위해 외측면(133)을 따라 임의의 갯수의 위치에 밴드 또는 일련의 밴드, 릿지 또는 일련의 릿지, 혹은 채널 또는 일련의 채널과 같은 특징부를 포함한다.

제1 맞물림 부재(140) 및 제2 맞물림 부재(116)의 결과로서, 세척 브러시(110)의 내측면(113)과 브러시 코어(130)의 외측면(133) 사이의 물리적인 맞춤은 미끄러짐에 대한 현저한 저항을 제공한다. 미끄러짐에 대한 이러한 저항은, 접착제, 브러시 코어의 표면 준비(화학적 준비, 물리적 준비, 코로나 방식의 준비 등), 또는 마디, 예리한 에지, 후크, 포인트, 키, 또는 다른 연결 특징부와 같은 추가적인 표면 특징부를 비롯한 다른 방법에 의해 더욱 강화될 수 있다.

도 4b 내지 도 4e를 참고하면, 세척 브러시(110)는 외팔보형 결절(118)을 특징으로 한다. 외팔보형 결절(118)은 제2 단부에서의 부하로 인해 제1 단부에서 약간의 인장력을 받게 된다. 외팔보형 결절(118)은 외측 세척면(114) 위로 돌출되며 장착부(1180)에 의해 외측 세척면에 연결되고 장착부(1180)에 대향하는 세척부(1182)에서 부하를 지탱한다. 외팔보형 결절(118)은 또한 인장력을 받게 되며, 장착부(1180)에서는 압축력이 있더라도 압축력은 거의 받지 않는다. 세척부(1182)는, 기판과 맞물리기 위해 장착부(1180)로부터 방향(D₁)으로 접촉 부재(1184)까지 연장된다. 예시적인 외팔보형 결절(118)은 기울어질 수도 있고 비스듬할 수도 있으며(도 4b에서와 같음), L자 형상일 수 있고(도 4c에서와 같음), 만곡될 수 있으며(도 4d에서와 같음), 또는 V자 형상일 수 있다(도 4e에서와 같음).

도 4b 내지 도 4d의 예시적인 결절(118)을 참고하면, 세척부(1182)의 방향(D₁)은 반경 방향(D_r)과 각도(γ)를 형성하는데, 이때 반경 방향(D_r)은 중심 축선(a₁)으로부터 중심 축선(a₁)을 중심으로 한 회전 방향을 향해 이 회전 방향에 수직이다. 방향(D₁)은 축선(a_c)의 방향, 즉 결절(118)의 단면의 기하학적 중심을 통해 그려진 세그먼트의 방향으로 정의될 수 있다. 원(C₁)은 중심 축선(a₁)에 대해 수직인 평면에 있고, 축선(a₁) 상에 중심이 위치하며; 즉 C₁의 둘레 상에서 이동하는 점은 이에 따라 회전 방향(α)으로 이동한다. 원(C₁)은 반경이 r_l인데, 이때 r₁은 반경 방향(D_r)으로 연장되며 r₁의 길이는 축선(a₁)과 축선(a_c) 사이의 최단 거리이다. 도 4b 및 도 4c의 예시적인 결절에 있어서, 방향(D₁)은 반경 방향(D_r)과 γ의 각도로 교차하며, 이에 따라 결절(118)은 수직으로부터 중심 축선(a₁)을 중심으로 한 회전 방향으로 γ만큼의 각도만큼 기울어지도록 형성될 수 있다. 각도(γ)는 0 도보다 크고 180 도보다 작다. 바람직하게는, γ는 적어도 ± 10 도이며, 최대 ± 90 도이다. 더욱 바람직하게는, γ는 적어도 ± 20 도이며, 최대 ± 70 도이다. 가장 바람직하게는, γ는 적어도 ± 30 도이며, 최대 ± 60 도이다. 대안으로, 바람직하게는, 세척 축선(a_c)은 중심 축선(a₁)과 교차하지 않는다. 그 결과로서, 결절(118)은 중심 축선(a₁)으로부터 방사상으로 연장되지 않는다.

도 4d의 예시적인 만곡형 결절(118)을 참고하면, 만곡의 결과로서, 장착부(1180)가 대체로 세척면에 대해 수직이며, 세척부(1182)의 방향(D₁)은 γ의 각도로 반경 방향(D_r)과 교차한다. 이때 또한 γ는 적어도 ± 10 도이며, 최대 ± 90 도이다. 더욱 바람직하게는, γ는 적어도 ± 20 도이며, 최대 ± 70 도이다. 가장 바람직하게는, γ는 적어도 ± 30 도이며, 최대 ± 60 도이다.

도 4e의 예시적인 V자형 결절(118)을 참고하면, 장착부(1180) 및 세척부(1182)는 양자 모두 외측 세척면(114)에 대해 수직이지만, 접촉 부재(1184)의 외측 단부면(1186)은 기판(104)에 대해 평행한 대신 기울어져 있다. 그 결과로서, 외측 단부면(1186)은, 기판의 세척 동안 단지 외측 단부면의 일부만이 기판과 맞물리도록 배치된다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 외측면(1186)의 경사도는 경사각(δ)으로 측정될 수 있는데, 이때 외측 단부면(1186)의 방향(D₂)은 앞서 정의된 바와 같은 반경 방향(D_r)과 교차한다. 바람직하게는, 각도(δ)는 적어도 ± 10 도이며, 최대 ± 80 도이다. 더욱 바람직하게는, 각도(δ)는 적어도 ± 20 도이며, 최대 ± 70 도이다. 가장 바람직하게는, 각도(δ)는 적어도 ± 30 도이며, 최대 ± 60 도이다.

외측 세척면(114)에 대해 수직인 장착부(1180)를 갖는 결절(118)을 참고하면, 결절은 완벽하게 수직일 필요는 없다는 것을 이해할 수 있으며, 장착부(1180)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 세척면(114)에 대해 대체로 수직이면서도 완벽하게 수직은 아닐 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 장착부(1180)는 세척면(114)에 대해 대체로 수직, 즉 ± 10 도를 이룰 수 있다. 도 5를 참고하면, 이는 장착부 축선(a_m)을 정의함으로써 시각화될 수 있으며, 즉 장착부(1180)의 단면의 기하학적 중심을 통해 그려진 세그먼트를 정의함으로써 시각화될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 축선(a_m)은 세척면(114)에 대해 수직, 즉 ± 10 도를 이룰 수 있다.

도 1c 내지 도 4e에서 예시된 바와 같이, 결절(118)은 세척면(114)으로부터 바로 연장된다. 결절(118)은 바람직하게는 대체로 직사각형인 단면을 특징으로 하며, 방향(D₁)은 축선(a₁)에 대해 수직인 평면에 있다. 바람직할 수 있지만, 이러한 기하학적 특징을 갖는 것은 엄격한 요건이 아니라는 것을 이해할 것이며, 당업자라면 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 결절(118)의 형상의 변화가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

예를 들면, 도 6에 제시된 바와 같이, 방향(D₁)은 축선(a₁)에 대해 완벽하게 수직인 평면에 있지 않을 수도 있지만, 대신 이 축선과 각도(φ)를 형성하는데, 이때 φ는 바람직하게는 ± 10 도 내의 각도이다. 이러한 실시예에 있어서, 각도(γ)는 축선(a₁)에 대해 수직인 평면(PL) 상에서 D₁의 투사와 반경(r₁) 사이에서 측정된다. 또한, 결절(118)의 단면은 직사각형이 아닌 다른 형상일 수 있으며, 예컨대, 관형, 타원형 또는 불규칙 형상일 수 있다.

당업자라면, 도 1c 내지 도 4e의 예에서 나타나는 이러한 차이가 실질적인 차이는 아니며, 세척부(1182)의 대체적인 방향이 외팔보 형태의 기하학적 형상을 특징으로 하는 한, 본 발명의 범위로부터 벗어나도록 하지 않는다는 것을 이해할 것이고, 이에 따라 통상적인 결절에 의해 가능한 것보다 더욱 부드러운 세척 작용이 이루어진다. 또한, 결절(118)은, 영구적이고 기판과 브러시의 맞물림에 의해 야기되지 않는 틸팅, 경사 또는 만곡을 특징으로 한다는 것을 이해할 것이다.

결절(118)은 임의의 길이, 폭, 및 높이로 제조될 수 있으며, 수직으로부터 임의의 특정 각도로 몰딩될 수 있다. 바람직하게는, 결절(118)은 세척 브러시(110)와 동일한 재료로 제조되며, 그 길이는 1 내지 10 mm이다. 더욱 바람직하게는, 결절(118)은 길이가 4 내지 8 mm 이며, 가장 바람직하게는 길이가 5 내지 7 mm이다.

도 1 및 도 3을 참고하면, 일 실시예에 있어서, 브러시 코어(130)는 회전 디바이스(102)와의 결합 및 연결을 위해 회전 결합 부재(160)를 더 포함한다. 회전 결합 부재(160)는 다른 디바이스와의 연결 또는 다른 디바이스에 대한 고정에 사용될 수 있는 임의의 디바이스이며, 브러시 코어(130)와 일체로 형성되는 너트 형상의 부품과 같은 것을 포함하고, 회전 디바이스(102)에 대해 고정될 수 있다. 회전 디바이스(102)는, 전기 모터, 가스 모터 또는 엔진, 모터에 의해 또는 수동으로 동력을 공급받는 크랭크 샤프트 파워, 그리고 풀리, 휠, 기계적인 링크, 및/또는 자동으로 혹은 수동으로 운동되는 기어의 임의의 조합과 같이, 브러시 코어(130) 상에서 회전 운동을 유발할 수 있는 임의의 디바이스를 포함한다. 회전 디바이스(102)는, 브러시 코어(130)를 회전 디바이스(102)와 결합 및 연결하기 위해 회전 결합 부재(160)와 연결하는 상보적 결합 부재를 구비한다.

작동 중에, 바람직하게는 브러시 코어(130) 주위에 브러시(110)를 사출 성형함으로써 브러시(110)가 브러시 코어(130) 주위에 배치 또는 형성된다. 브러시 코어(130) 주위에 브러시(110)를 배치 또는 형성할 때, 회전 디바이스(102) 상에서 회전 결합 부재(160)를 결합 부재와 연결함으로써 브러시 코어(130) 및 브러시(110)는 이제 회전 디바이스(102)와 연결된다. 이후, 브러시(110)는 중심 축선(a₁)을 중심으로 회전 방향(α)을 따라 회전하게 된다. 브러시(110)를 회전시키는 동안 또는 브러시(110)를 회전시키기 이전에, 브러시(110)는 기판(104)의 표면(106) 근처에 배치되고 기판의 표면과 맞물린다.

브러시(110)는 제1 종방향 중심 축선(a₁)을 중심으로 배치되는 브러시 코어(130)와 기판(104)이 맞물리도록 한다. 브러시(110)를 기판(104)과 맞물리도록 할 때, 브러시(110)는 이제 제1 중심 축선(a₁)을 중심으로 제1 회전 방향(α)으로 회전하게 되며, 기판(104)은 제2 중심 축선(a₂)을 중심으로 제2 회전 방향(β)으로 회전하게 된다. 바람직하게는, 제2 중심 축선(a₂)은 제1 중심 축선(a₁)에 대해 수직이거나 또는 제1 중심 축선과 교차한다.

도 7의 예시적인 실시예를 참고하면, 본 발명에 따른 외팔보형 결절(118)의 접촉 부재(1184)는 기판(104)에 대해 수직인 제1 압축력(F₁) 및 기판(104)에 대해 평행한 제2 전단력(F₂)으로 기판(104)과 맞물린다. 앞서 언급한 바와 같이, 브러시(110)에서의 결절(118)은, 브러시(110)가 기판(104)에 대해 눌리기 이전에, 즉 브러시(110) 및 결절(118)이 기판(104)과 맞물리지 않을 때, 위 설명된 외팔보형 구조를 특징으로 한다. 브러시(110)가 기판(104)과 맞물릴 때, 결절(118)은 도 8에 제시된 바와 같이 순응 또는 만곡되도록 허용되며, 브러시(110), 구체적으로 접촉 부재(1184)가 기판(104)에 대해 적용될 때 장착부(1180)에서 임의의 압축이 발생하더라도 거의 압축을 겪지 않는다.

외팔보형 결절(118)을 사용함으로써, 기판(104)에 인가되는 압축력(F₁) 및 전단력(F₂)은 실질적으로 감소될 수 있다. 기판(104)에 인가되는 압축력(F₁) 및 전단력(F₂)은 또한, 실질적으로 큰 인장 성분 또는 전단 성분을 갖고 실질적으로 감소된, 거의 없는, 압축력 성분을 갖는 결절 힘(F₃)으로서 결절(118)의 장착부(1180)에 전달된다. 일 실시예에 있어서, 결절 힘(F₃)의 압축력 성분은 결절(118)에 전달되는 전체 결절 힘(F₃)의 10 % 미만이다.

기판(104)에 인가되는 전단력(F₂)의 감소는 축선(a₁)을 중심으로 브러시(110)를 회전시키기 위해 일반적으로 사용되는 서보 모터의 토크 응답 대 브러시에 의해 닦이는 표면에 대한 압축 정도를 그래프로 나타냄으로써 측정될 수 있다. 도 9a 내지 도 9c에 제시된 바와 같이, 통상적으로 외팔보형이 아닌 직선형 결절을 특징으로 하는 브러시에 비해 더 작은 절대 토크 및 더 작은 토크 변동이 발생한다. 도 10에 제시된 바와 같이, 브러지 면 접촉은 또한 본래 균일하지 않기 때문에, 외팔보형 결절(118)은 또한 표면에 대한 브러시의 압력 분포를 정상화하며, 이에 따라 토크 변동을 낮추고 접촉 압력을 저하시키는데, 이때 브러시의 불균일 효과를 보상하기 위해 세척 브러시(110)의 압축이 증가될 필요가 있다.

표면(106) 상에서의 브러시(110)의 회전 운동은 표면(106)의 세척 및/또는 연마에 도움이 된다. 도 3을 참고하면, 기판(104)이 또한 제2 중심 축선(a₂)을 중심으로 회전 방향(β)을 따라 회전하게 되는 실시예가 도시되어 있다. 일 실시예에 있어서, 연마액은 본체 섹션(132)에 형성된 유체 채널(150)을 통해 그리고 브러시(110) 내로 본체 섹션(132)의 외측면(133)을 통해 형성된 보어(156)를 통과하여 유체 채널(150)로 펌핑된다. 연마액은 기판(104)의 추가적인 세척 및/또는 연마에 도움이 된다.

앞서 제시된 예는 반도체 기판(104)의 세척에 이용되는 PVA 브러시(110)를 설명하였지만, 당업자는 본 발명에 따른 방법 및 시스템이 이로써 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 브러시(110)는 다른 재료를 포함할 수 있으며, 다른 유형의 표면(106) 또는 기판(104)을 세척하는 데 이용될 수 있다.

[과제의 해결 수단]은 독자가 기술적 개시내용의 특성을 신속하게 확인할 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다. [과제의 해결 수단]은, 이 [과제의 해결 수단]이 청구범위의 범위 또는 의미를 한정하거나 청구범위의 범위 또는 의미를 해석하는 데 사용되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 추가적으로, 이상의 상세한 설명에서, 개시내용을 간단히 하려는 목적으로 다양한 특징이 다양한 실시예에서 함께 군으로서 분류되어 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 방식의 개시는, 청구된 실시예가 각각의 청구항에서 명시적으로 청구되는 것보다 많은 특징을 요구하도록 하는 의도를 반영하는 것으로서 이해되어서는 안 된다. 오히려, 후속하는 청구범위는 본 발명의 청구 대상이 개시된 단일 실시예의 모든 특징보다 적다는 것을 반영한 것이다. 따라서, 이하의 청구범위는 이에 따라 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 개별적으로 청구된 청구 대상으로서 독립적인 것이다.

본 발명의 다양한 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에서 다른 실시예 및 실시가 가능하다는 것은 당업자에게 명확하다. 이에 따라, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 관점을 제외하고는 한정되어서는 안 된다.

a₁ : 제1 중심 축선
a₂ : 제2 중심 축선
α : 제1 회전 방향
β : 제2 회전 방향
102 : 회전 디바이스
104 : 기판
106 : (기판의) 표면
118 : 외팔보형 결절
130 : 브러시 코어
160 : 회전 결합 부재

Claims

기판을 세척하는 세척 디바이스로서, 상기 세척 디바이스는,
제1 회전 방향(α)을 한정하는 제1 중심 축선(a₁)을 중심으로 배치되고 중공 보어를 둘러싸는 외측 세척면을 갖는 세척 브러시; 및
외측 세척면 상에 형성되는 복수 개의 외팔보형 결절로서, 각각의 결절은 외측 세척면과 연결되는 장착부, 이 장착부와 연결되는 세척부, 및 기판과 맞물리는 접촉 부재를 갖는 것인 결절
을 포함하며,
세척부는 장착부로부터 접촉 부재까지 제1 방향(D₁)으로 연장되고, 반경 방향(D_r)은 중심 축선(a₁)으로부터 외측 세척면을 향해 방사상으로 그리고 회전 방향(α)에 대해 수직하게 연장되는 것으로서 정의되며, 제1 방향(D₁)은 반경 방향(D_r)과 각도(γ)로 교차하고, 상기 각도(γ)는 0 도보다 크며 180 도보다 작은 것인 세척 디바이스.
제1항에 있어서, 각도(γ)는 적어도 ± 10 도이며, 최대 ± 90 도인 것인 세척 디바이스.
제1항에 있어서, 각도(γ)는 적어도 ± 20 도이며, 최대 ± 70 도인 것인 세척 디바이스.
제1항에 있어서, 각도(γ)는 적어도 ± 30 도이며, 최대 ± 60 도인 것인 세척 디바이스.
제1항에 있어서, 브러시가 기판과 맞물리지 않을 때 제1 방향(D₁)은 반경 방향(D_r)과 교차하는 것인 세척 디바이스.
제1항에 있어서, 결절은 실질적으로 직사각형인 단면을 특징으로 하는 것인 세척 디바이스.
제1항에 있어서, 장착부는 세척면에 대해 수직, 즉 ± 10 도를 이루는 것인 세척 디바이스.
제1항에 있어서, 세척 브러시는 대체로 원추형 형상, 대체로 절두 원추형 형상 또는 대체로 원통형 형상인 것인 세척 디바이스.
제1항에 있어서, 결절은 PVA, 폴리우레탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리머 재료로 이루어지는 것인 세척 디바이스.
제1항에 있어서, 결절은 패들(paddle) 형상인 것인 세척 디바이스.
기판을 세척하는 방법으로서,
세척 디바이스와 기판을 맞물리는 것으로서, 상기 세척 디바이스는 제1 회전 방향(α)을 형성하는 제1 중심 축선(a₁)을 중심으로 배치되며 중공 보어를 둘러싸는 외측 세척면을 갖는 세척 브러시; 및 외측 세척면 상에 형성되는 복수 개의 외팔보형 결절로서, 각각의 결절은 외측 세척면과 연결되는 장착부, 이 장착부와 연결되는 세척부, 및 기판과 맞물리는 접촉 부재를 포함하는 것인 결절을 포함하는 것인 세척 디바이스와 기판을 맞물리는 것, 그리고
제1 회전 방향(α)으로 제1 중심 축선(a₁)을 중심으로 브러시를 회전시키는 것
을 포함하고,
세척부는 장착부로부터 접촉 부재까지 제1 방향(D₁)으로 연장되며, 반경 방향(D_r)은 중심 축선(a₁)으로부터 외측 세척면을 향해 회전 방향(α)에 수직하게 연장되는 것으로서 정의되며, 제1 방향(D₁)은 반경 방향(D_r)과 각도(γ)로 교차하는 것인 방법.
제11항에 있어서, 기판은 제2 중심 축선(a₂)을 중심으로 회전하는 원형 기판인 것인 방법.
제11항에 있어서, 기판은 원형 반도체 웨이퍼인 것인 방법.
제11항에 있어서, 세척 브러시는 PVA, 폴리우레탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리머 재료로 이루어지는 것인 방법.
제11항에 있어서, 브러시에 1.5 mm의 압축을 가하면, 0.2 VDC 미만의 브러시 토크 응답이 발생되는 것인 방법.
제11항에 있어서, 브러시에 2 mm의 압축을 가하면, 0.35 VDC 미만의 브러시 토크 응답이 발생되는 것인 방법.
제11항에 있어서, 표면 상에서 세척 브러시에 의해 가해지는 압력은 비-외팔보형 결절(non-cantilevered nodules)을 포함하는 브러시에 의해 가해지는 압력보다 변동이 작은 것인 방법.
기판을 세척하는 세척 디바이스로서, 상기 세척 디바이스는,
제1 회전 방향(α)을 한정하는 제1 중심 축선(a₁)을 중심으로 배치되고 중공 보어를 둘러싸는 외측 세척면을 갖는 세척 브러시; 및
외측 세척면에 형성되는 복수 개의 외팔보형 결절
을 포함하며, 각각의 결절은 외측 세척면과 연결되는 장착부, 이 장착부와 연결되는 세척부, 및 기판과 맞물리는 접촉 부재를 가지며, 이 접촉 부재는 세척부의 측면과 연결되는 외측 단부면을 갖고, 이 외측 단부면은 기판의 세척 중에 단지 외측 단부면의 일부만이 기판과 맞물리도록 배치되는 것인 세척 디바이스.
제18항에 있어서, 반경 방향(D_r)은 중심 축선(a₁)으로부터 외측 세척면을 향해 그리고 회전 방향(α)에 수직하게 방사상으로 연장되는 것으로서 정의되며, 외측 단부면의 방향(D₂)은 각도(δ)로 반경 방향(D_r)과 교차하고, 각도(δ)는 적어도 ± 10 도 내지 최대 ± 80 도인 것인 세척 디바이스.
제19항에 있어서, 각도(δ)는 적어도 ± 20 도이며, 최대 ± 70 도인 것인 세척 디바이스.