TW201302328A - 聚乙烯醇海綿刷的刷心軸 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於清潔基材的清潔裝置。該清潔裝置包含一大致上圓柱狀的刷心軸以及一圓柱刷。該刷心軸具有一主體部份與一外部表面，該外部表面依一中心軸放置。該外部表面被一接合構件截斷，該接合構件具有相鄰次要特性的主要特性。該刷具有一環繞該刷心軸形成的中空孔，其一內部表面被一第二接合構件截斷，該第二接合構件與該第一接合構件交會。該主要特性大致依照垂直於該中心軸周圍刷心軸的一旋轉方向的方向流動，且包含一大致與該外部表面垂直的第一表面。該次要特性包含一第二表面，其大致依照垂直於該第一表面且沿著該中心軸的方向流動。主要特性並未包含輻射狀阻擋特性，該輻射狀阻擋特性形成於任一次要特性之上。

Description

聚乙烯醇海綿刷的刷心軸

本發明大致與清潔物件的製程與裝置有關。更精確的說，與用以維持清潔半導體基材用的刷子之刷心軸有關。

傳統上，自動清潔系統是使用鑄造圓柱聚乙烯醇刷來提供化學機械研磨後(post CMP)製程，以有效清潔基材表面，例如半導體晶圓或是其他碟狀基材。圓柱聚乙烯醇刷也用於清潔系統中清潔玻璃和使玻璃乾燥，以及用於平板顯示製造、玻璃製造及印製電路板組裝之非碟狀基材。舉例來說，圓柱聚乙烯醇刷較佳具有如50公釐短或是如10公尺長的長度。

在清潔過程中圓柱刷置於中心刷心軸上，且刷心軸驅動圓柱刷。理想狀態為介於中心刷心軸與圓柱刷間的連結為精確且穩固的。圓柱刷可在其外部表面上具有節點以協助清潔基材。

期待圓柱刷在其軸上精確地旋轉且提供大致圓柱的表面，其表面在其使用壽命上具有大致一致的結點壓力模式，該模式在最少時間與對基材最小傷害的情況下定義整體基材表面的最佳化清潔。

在一些情形下，圓柱刷在中心刷心軸周圍形成。舉例來說，刷心軸可放置於模具中，且化學混合物，例如聚 乙烯醇，從中心刷心軸周圍的圓柱刷注入模具內。請參閱第1A和1B圖，在先前的刷心軸設計中，刷心軸30可包含複數個奇形的角落、破裂和裂縫52，形成於刷心軸30的外部表面54上以更加接合和夾住圓柱刷。當圓柱刷110形成於刷心軸30的周圍時，氣泡可能陷於裂縫52之中，且當圓柱刷110形成時，氣泡可能存在於裂縫52中或上升而陷於圓柱刷110中。該陷入的氣泡在圓柱刷110中形成缺陷，而使圓柱刷110不如預期中的表現。

此外，有時候隨著圓柱刷的壽命，刷子總是因部份在刷心軸上滑動而向軸或旋轉移動的趨勢，而此被認為是該刷的表現不如理想。因此，理想狀態為具有能提供介於中心刷心軸與圓柱刷間精確且穩固連結的刷心軸，且該刷心軸能避免氣泡形成或陷於圓柱刷中。

在一態樣中，本發明提供用以清潔基材的清潔裝置。該清潔裝置大致上包括，但不限於圓柱狀刷心軸和圓柱刷。該刷心軸具有主體部份與置於中心軸附近的外部表面。該外部表面被相鄰於次要特性而具有主要特性的第一接合構件截斷。該圓柱刷具有在刷心軸周圍形成的中空孔。該中空孔具有被第二接合構件截斷的內部表面，該第二接合構件與該刷心軸的第一接合構件相會並圍繞之。該主要特性係為第一表面，其大致依照垂直於該中 心軸周圍之刷心軸的旋轉方向的方向流動，以防止圓柱刷相對刷心軸的旋轉移動。次要特性係為第二表面，其大致依照垂直於第一表面且沿著中心軸的方向流動。第二表面具有較靠近中心軸的第一部份和相較於第一部份離中心軸更遠的第二部份，以防止圓柱刷相對刷心軸的軸向移動。

在一態樣中，本發明提供用以清潔基材的清潔裝置。該清潔裝置大致上包括，但不限於圓柱狀刷心軸和圓柱刷。該刷心軸具有主體部份與置於依中心軸對稱的外部表面。該外部表面被相鄰於次要特性而具有主要特性的接合構件截斷。該圓柱刷具有在刷心軸周圍形成的中空孔。該中空孔具有被第二接合構件截斷的內部表面，該第二接合構件與該刷心軸的第一接合構件相會並圍繞之。該主要特性大致依照垂直於該中心軸周圍之刷心軸的旋轉方向的方向流動，且包含大致與該外部表面垂直的第一表面。次要特性包含第二表面，其大致依照垂直於第一表面且沿著中心軸的方向流動。主要特性並未包含輻射狀阻擋特性，該輻射狀阻擋特性形成於任一次要特性之上。

在一態樣中，本發明提供用以清潔基材的方法。該方法包括，但不限於接合基材與清潔裝置，該清潔裝置大致上具有一柱狀刷，該柱狀刷具有形成於刷心軸周圍的中空孔與具有外部表面包圍著中心軸。該外部表面被相鄰於次要特性而具有主要特性的接合構件截斷。該圓柱 刷具有在刷心軸周圍形成的中空孔。該中空孔具有被第二接合構件截斷的內部表面，該第二接合構件與該刷心軸的第一接合構件相會並圍繞之。該主要特性大致依照垂直於該中心軸周圍之刷心軸的旋轉方向的方向流動，且包含大致與該外部表面垂直的第一表面。次要特性包含第二表面，其大致依照垂直於第一表面且沿著中心軸的方向流動。主要特性並未包含輻射狀阻擋特性，該輻射狀阻擋特性形成於任一次要特性之上。

藉由參考本案下列圖式與敘述，可更瞭解本發明。在各圖中的元件並不一定依照比例作圖，可依照本發明原理之舉例說明而置入重點說明。

與本發明一致的方法與系統，藉由減少刷子的旋轉與軸向移動和減少刷內多餘氣泡的形成來克服傳統刷子與刷心軸系統的缺點。精確來說，柱狀刷圍繞刷心軸形成，刷心軸具被第一接合構件截斷的外部表面，該第一接合構件具有主要與次要特性，藉由主要特性並未包含輻射狀阻擋特性，該輻射狀阻擋特性是形成於任一次要特性之上，因而當在刷心軸周圍形成刷子時，防止在第一接合構件或刷中陷入任何氣泡。

參考第3圖，顯示用以清潔和拋光基材104的清潔系統100。清潔系統100較佳係為自動清潔系統，其可自 動或手動設置以拋光且/或清潔基材104，特別是基材104的表面106。基材104包含的各種碟狀或非碟狀的任一基材，例如矽基基材，包含玻璃、乾玻璃、半導體晶圓、平板顯示器玻璃面板、玻璃生產面板、印刷電路板；聚合物基的基材：以及各種半導體基材，例如矽基半導體基材、單元半導體基材、絕緣層上矽晶(SOI)基材、III-V族半導體基材、II-VI族半導體基材、其他二元導體基材、三元半導體基材、四元半導體基材；光纖基材；超導基材；玻璃基板；熔融石英基材；熔融矽石基材；磊晶矽基材；與有機半導體基材。

參考第2A至2G圖和第3圖，清潔系統100大致包含圓柱刷110，其具有中空孔112、在中空孔112內接合至圓柱刷110的刷心軸130，和接合至刷心軸130的旋轉裝置102。圓柱刷110可為任何用於傳統自動清潔系統的刷子，以提供化學機械研磨後(post CMP)製程來有效清潔基材104的表面106，例如鑄造圓柱聚乙烯醇(PVA)的泡棉刷、聚氨酯泡棉刷、或其他聚合物泡棉刷。

參考第2H圖，圓柱刷110包含相對內部表面113的外部清潔表面114，其形成中空孔112，且被第二接合構件116截斷。中空孔112於刷心軸130周圍形成，較佳為在已形成刷心軸130周圍藉由注入鑄造圓柱刷110。中空孔112被圓柱刷110的內部表面113定義。內部表面113被第二接合構件116截斷，該第二接合構件116與刷心軸130的第一接合構件140交會且圍繞之，因為 第二接合構件116於第一接合構件140的周圍形成。

第二接合構件116定義中空孔112的外廓，且與刷心軸130的第一接合構件140相會且圍繞之。參考第1B圖，沿著第二接合構件116的截面，沿著垂直於刷心軸130的旋轉軸a₁的直線A-A，定義中空孔112的外廓。藉由在第一接合構件140周圍形成第二接合構件116，柱狀刷110牢固地安裝在刷心軸130以防止介於刷心軸130與圓柱刷110間的滑動和移動。

如第3圖所示，外部清潔表面114可大致為平滑，或如第1B圖所示，外部清潔表面114可具有節點118和通道120，該通道120形成於節點118之間。具有節點118與通道120可協助圓柱刷110更加清潔特定基材104。在外部清潔表面114上的表面特性，例如通道120、直線、邊緣、點、其他上升表面或節點118，可併入並在增加扭矩傳輸水平上具有有利的影響，但也因他們對外部清潔表面114上幾何形狀變化的影響以及在刷心軸130上形成圓柱刷110的困難性而有所限制。

參考第3圖和第2A至2G圖，刷心軸130在中空孔112中接合至圓柱刷110。刷心軸130包含主體部份132，其形成外部表面133來接合和固定內部表面113而定義圓柱刷110的中空孔112。

較佳為，刷心軸130大致上為圓柱狀。正如本文所定義，大致上圓柱狀的構件，例如刷心軸130，係為於縱向的中心軸a₁周圍形成之構件，且較佳為當構件於中心 軸a₁周圍旋轉時，藉由該構件形成離心力的方式來在中心軸a₁周圍達到平衡，而提供一個相對平衡的刷心軸130，該離心力之變化少於±20%。因此，刷心軸130並非必須具有完美的圓柱狀外部表面133，而是能具有截斷，例如在外部表面133內的第一接合構件140。

參考第2D圖，外部表面133較佳為置於刷心軸130的中心軸a₁，且更佳為外部表面133置於刷心軸130中心軸a₁的對稱位置。為了防止介於圓柱刷110和刷心軸130間的旋轉移動，特別是軸向移動，外部表面133的形貌或外廓可被第一接合構件140截斷。如第1B圖所示，旋轉移動在本文中定義為依旋轉軸a₁沿旋轉方向α的移動。軸向移動在本文中定義為沿軸向方向γ之大致垂直於旋轉軸a₁之±30°內的移動。第一接合構件140為截斷外部表面133的一般外廓之任一特性以更好接合圓柱刷110的第二接合構件116。如第2A至2G圖與第3圖所示，第一接合構件140在沿著外部表面133的任一數目之區域以有效軸向固定圓柱刷110和刷心軸130而包含下列特性：一或一系列的條帶、一或一系列的隆起緣、或一通道174或一系列的通道174。

在一實施例中，第一接合構件包含一通道174或一系列的通道174，該通道沿刷心軸130的長度延長，其方向較佳為大致上與刷心軸130的旋轉軸a₁平行於±30°之內，如第2A至2B圖所示。然而，通道174可圍繞刷心軸130，其方向較佳為大致上與刷心軸130的旋轉軸a₁ 垂直於±30°之內，且大致上與刷心軸130的旋轉方向α平行於±30°之內。在一實施例中，通道174以螺旋紋圍繞刷心軸130。

參考第2A圖至2G圖，第一接合構件140較佳為具有相鄰於次要特性180的主要特性170。較佳為，主要特性170包含第一表面172，該第一表面172大致依照垂直於該中心軸周圍刷心軸130的旋轉方向α之±30°內的方向流動，且從外部表面133及朝向中心軸a1的方向以防止圓柱刷110相對刷心軸130的旋轉移動。較佳為，第一表面形成通道174的側牆。

較佳為，次要特性180係為第二表面182，該第二表面182大致依照垂直於該第一表面172±30°之內且沿著該中心軸a₁方向流動。較佳為，第二表面182也大致平行於外部表面133之±60°內。較佳為，第二表面182具有更靠近中心軸a₁的第一部份184，和相較於第一部份184離中心軸a₁更遠的第二部份186，以防止圓柱刷110相對刷心軸130的軸向移動。較佳為，介於第一部份184與第二部份186間具有平滑轉變，也就是較佳為，沒有銳利的邊緣或是角落，以防止當在刷心軸130周圍形成圓柱刷110時，氣泡192陷入通道174或是圓柱刷110中。較佳為，如圖2A所示，該平滑轉變係為一系列的彎曲的山坡和山谷。

較佳為，通道174開始於第一末端175而終結於第二末端176，且次要特性180係為在通道174底部的彎曲 表面182，該通道174在第一末端175具有第一彎曲錐體177且通道174在第二末端176具有第二彎曲錐體178。第一錐體177、第二錐體178與彎曲表面182在刷心軸130周圍形成圓柱刷110時，協助防止氣泡192陷於通道174或圓柱刷110之內，因為彼等具有較不銳利的邊緣或是角落而不易使氣泡192陷入之。

較佳為主要特性140，且較佳為第一表面172，其較佳為包圍且相鄰於次要特性180，該主要特性並未包含輻射狀阻擋特性，該輻射狀阻擋特性形成於次要特性180之上。輻射狀阻擋特性係為形成於次要特性180上的任一特性，當從次要特性180的表面182上之一點劃一直線通過在外部表面133上形成的開口190時，該直線並未通過或觸碰主要特性170的任何部份。以此種方式，當在刷心軸130周圍形成圓柱刷110時，主要特性170沒有任何部份會阻擋或妨礙氣泡192從通道174中離開。

參考第2D至2E圖，較佳為從主體部份132的外部表面133到流體通道150形成孔洞156，以藉由通道158將拋光流體從流體通道150流通至主體部份132的外部表面133且至圓柱刷110。

如第一接合構件140和第二接合構件116的結果所示，介於刷心軸130的外部表面133與圓柱刷110的內部表面113間之物理配合提供顯著的滑移阻力。此滑移阻力能藉由下列其他方法來近一步增強，包含粘合劑、心軸的表面處理(化學、物理、電暈等等)、或額外的表 面特性，例如滾花、銳利邊緣、鉤、點、鍵、或其他連接特性。

參考第2E、2F圖和第3圖，在一個實施例中，刷心軸130也包含旋轉接合構件160和162，用以接合和連結旋轉裝置102。旋轉接合構件160和162係為能用來連結或固定到另一裝置的任一裝置，並且包含例如堅果狀碎片之物，該物與刷心軸130一體成形且固定於旋轉裝置102。此旋轉裝置102包含任何能導致刷心軸130旋轉移動的裝置，例如電動馬達、氣體馬達或發動機、由電動或手動驅動的曲柄軸動力，與自動或手動移動的滑輪、輪轂、機械聯繫、和/或齒輪的任意組合。旋轉裝置102具有適合的接合構件，其連接旋轉接合構件160和162以接合和連結刷心軸130與旋轉裝置102。

操作上，圓柱刷110在刷心軸130周圍形成，較佳為在刷心軸130周圍藉由注入鑄造圓柱刷110。當在刷心軸130周圍形成圓柱刷110時，刷心軸130與圓柱刷110藉由連結旋轉接合構件160和連接到旋轉裝置102的接合構件而連結至旋轉裝置102。然後，圓柱刷110沿旋轉軸a₁的旋轉方向α旋轉。當圓柱刷110旋轉時或圓柱刷110旋轉前，圓柱刷110是放置在基材104的表面106附近且接合之。圓柱刷110在表面106上的旋轉運動協助清潔且/或拋光表面106。參考第3圖，在一實施例中，基材104也依旋轉軸a₂沿旋轉方向β旋轉。在一實施例中，拋光流體經流體通道150打出且經由孔洞156進入 圓柱刷110，該流體通道150在主體部份132內形成，而該孔洞156形成通過主體部份132的外部表面133至流體通道150。拋光流體協助進一步的清潔及/或拋光該基材104。

雖然上述舉例說明聚乙烯醇圓柱刷110用以清潔半導體基材104，熟悉該項技藝者應知符合本發明之方法和系統，而不限於此。舉例來說，刷110可包含其他材料，以及可用以清潔其他類型的表面106或基材104。再者，刷110並不限於圓柱狀，而可具有任一形狀或外貌。

本案揭示所提供之摘要是為了讓讀者能快速瞭解本案所揭露之技術的本質。應瞭解本案提交該摘要不應用來解釋或限制申請專利範圍的範疇或含義。此外，在前述的實施方式中，可看見不同的特性被一起歸類於不同的實施例中以達到簡化揭示的目的。此揭示的方法將不解讀為欲反映所請求之實施例需要比具體記載於各請求項更多的特徵，而是以下請求項反映出具進步性的標的在所揭示之單一實施例的所有特徵內。因此，下列申請專利範圍在此以每一請求項各自分開請求的標的併入實施方式。

當敘述本發明不同的實施例時，對熟悉該項技藝者而言，在本發明的可能範疇內的其他實施例和施行方式是顯而易見的。因此，申請專利範圍與其均等物以外，本發明將不受限。

30‧‧‧刷心軸

52‧‧‧裂縫

54‧‧‧外部表面

100‧‧‧清潔系統

102‧‧‧旋轉裝置

104‧‧‧基材

106‧‧‧表面

110‧‧‧刷

112‧‧‧中空孔

113‧‧‧內部表面

114‧‧‧外部清潔表面

116‧‧‧第二接合構件

118‧‧‧節點

120‧‧‧通道

130‧‧‧刷心軸

132‧‧‧主體部份

133‧‧‧外部表面

140‧‧‧第一接合構件

150‧‧‧流體通道

156‧‧‧孔洞

158‧‧‧通道

160‧‧‧旋轉接合構件

162‧‧‧旋轉接合構件

170‧‧‧主要特性

172‧‧‧第一表面

174‧‧‧通道

175‧‧‧第一末端

176‧‧‧第二末端

177‧‧‧第一彎曲錐體

178‧‧‧第二彎曲錐體

180‧‧‧次要特性

182‧‧‧第二表面

184‧‧‧第一部份

186‧‧‧第二部份

192‧‧‧氣泡

190‧‧‧開口

第1A至1B圖描述先前之刷子與心軸組合的各種視圖。

第2A至2H圖描述根據本發明之刷子與刷心軸的一實施例的各種視圖。

第3圖描述根據本發明用以清潔與拋光基材的清潔系統的一實施例之透視圖。

130‧‧‧刷心軸

162‧‧‧旋轉接合構件

170‧‧‧主要特性

172‧‧‧第一表面

174‧‧‧通道

175‧‧‧第一末端

176‧‧‧第二末端

180‧‧‧次要特性

182‧‧‧第二表面

184‧‧‧第一部份

186‧‧‧第二部份

Claims (19)

1. 一種用於清潔基材的清潔裝置，該裝置包含：一大致上原柱狀的刷心軸，具有一主體部份與依一中心軸放置的一外部表面，其中該外部表面被一第一接合構件截斷，該第一接合構件具有相鄰於一次要特性的一主要特性；以及一圓柱刷，具有在該刷心軸周圍形成的一中空孔，該中空孔具有被一第二接合構件截斷的一內部表面，該第二接合構件相會於該刷心軸的該第一接合構件而圍繞之，其中該主要特性係為一第一表面，該第一表面大致依照垂直於該中心軸周圍之刷心軸的一旋轉方向的方向流動，以防止該圓柱刷相對該刷心軸的旋轉移動，其中該次要特性係為一第二表面，其大致依照垂直於該第一表面且沿著該中心軸的方向流動，且其中該第二表面具有較靠近該中心軸的一第一部份和相較於該第一部份離中心軸更遠的一第二部份，以防止該圓柱刷相對於該刷心軸的軸向移動。
2. 如請求項1所述的清潔裝置，其中該主要特性係為開始於一第一末端且終結於一第二末端的一通道，且其中該次要特性係為在該通道底部的一彎曲表面，在該通道的該第一末端具有一第一彎曲錐體且在該通道的該第二末 端具有一第二彎曲錐體。
3. 如請求項1所述的清潔裝置，其中該主要特性不包含一輻射狀阻擋特性，該輻射狀阻擋特性形成於該次要特性之上。
4. 如請求項1所述的清潔裝置，其中該主體部份形成一流體通道用以接收沿該主體部份的該中心軸的一流體，且其中該主體部份從主體部份的該外部表面至該流體通道形成一孔洞，用以將流體從該流體通道流至該主體部份的該外部表面。
5. 如請求項1所述的清潔裝置，進一步包含連結該刷心軸的一旋轉接合構件，用以接合一旋轉裝置。
6. 如請求項1所述的清潔裝置，其中該第一表面並未在任何次要特性上形成任何輻射狀阻擋特性。
7. 如請求項1所述的清潔裝置，其中該圓柱刷在該圓柱刷的一外部表面上具有複數個節點。
8. 一種用於清潔基材的清潔裝置，該裝置包含：一大致上原柱狀的刷心軸，具有一主體部份與依一中心軸對稱放置的一外部表面，其中該外部表面被一第一 接合構件截斷，該第一接合構件具有相鄰於次要特性的主要特性；以及一圓柱刷，具有在該刷心軸周圍形成的一中空孔，該中空孔具有被一第二接合構件截斷的一內部表面，該第二接合構件相會於該刷心軸的該第一接合構件而圍繞之，其中該主要特性大致依照垂直於該中心軸周圍之該刷心軸的一旋轉方向的方向流動且包括一第一表面，該第一表面大致上與該外部表面垂直，其中該次要特性包括一第二表面，其大致依照垂直於該第一表面且沿著該中心軸的方向流動，且其中主要特性不包括一輻射狀阻擋特性，該輻射狀阻擋特性形成在任一次要特性上。
9. 如請求項8所述的清潔裝置，其中該第二表面具有較靠近該中心軸的一第一部份和相較於該第一部份離中心軸更遠的一第二部份，以防止該圓柱刷相對於該刷心軸的軸向移動。
10. 如請求項9所述的清潔裝置，其中該主要特性係為開始於一第一末端且終結於一第二末端的一通道，且其中該次要特性係為在該通道底部的一彎曲表面，在該通道的該第一末端具有一第一彎曲錐體且在該通道的該第二末端具有一第二彎曲錐體。
11. 如請求項8所述的清潔裝置，其中該主體部份形成一流體通道用以接收沿該主體部份的該中心軸的一流體，且其中該主體部份從主體部份的該外部表面至該流體通道形成一孔洞，用以將流體從該流體通道流至該主體部份的該外部表面。
12. 如請求項8所述的清潔裝置，進一步包含連結該刷心軸的一旋轉接合構件，用以接合一旋轉裝置。
13. 如請求項8所述的清潔裝置，其中該圓柱刷在該圓柱刷的一外部表面上具有複數個節點。
14. 一種清潔基材的方法，包含：接合一基材與一清潔裝置，該清潔裝置大致上具有一柱狀刷，該柱狀刷具有形成於一刷心軸周圍的一中空孔，該刷心軸具有一外部表面圍繞著一中心軸，其中該外部表面被相鄰於次要特性而具有主要特性的一第一接合構件截斷，其中該圓柱刷具有在該刷心軸周圍形成的一中空孔，該中空孔具有被一第二接合構件截斷一的內部表面，該第二接合構件與該刷心軸的該第一接合構件相會並圍繞之，其中該主要特性大致依照垂直於該中心軸周圍之該刷心軸的一旋轉方向的方向流動，且包含大致與該外部表 面垂直的一第一表面，其中該次要特性包含一第二表面，該次要特性大致依照垂直於該第一表面且沿著該中心軸的方向流動，且其中主要特性不包含一輻射狀阻擋特性，該輻射狀阻擋特性形成於任一次要特性之上。
15. 如請求項15所述的方法，其中該第二表面具有較靠近該中心軸的一第一部份和相較於該第一部份離中心軸更遠的一第二部份，以防止該圓柱刷相對於該刷心軸的軸向移動。
16. 如請求項15所述的方法，其中該主要特性係為開始於一第一末端且終結於一第二末端的一通道，且其中該次要特性係為在該通道底部的一彎曲表面，在該通道的該第一末端具有一第一彎曲錐體且在該通道的該第二末端具有一第二彎曲錐體。
17. 如請求項15所述的方法，其中該主體部份形成一流體通道用以接收沿該主體部份的該中心軸的一流體，且其中該主體部份從該主體部份的該外部表面至該流體通道形成一孔洞，用以將流體從該流體通道流至該主體部份的該外部表面。
18. 如請求項15所述的方法，進一步包含連結該刷心軸的一旋轉接合構件，用以接合一旋轉裝置。
19. 如請求項15所述的方法，其中該圓柱刷在該圓柱刷的一外部表面上具有複數個節點。