JP3641349B2 - 洗浄装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等の被洗浄物の表面に当接してこれを洗浄する洗浄装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポリッシング装置によって表面研磨をしたり化学処理をしたりした後の半導体ウエハ等の被洗浄物は、その表面が汚染されているので、これを清浄に洗浄するため、スクラブ洗浄装置が使用されている。
【０００３】
ここでスクラブ洗浄装置とは、回転する被洗浄物に、回転するスポンジ等からなる洗浄部材を押し付けることで被洗浄物の表面をこすって清浄にする洗浄装置であり、洗浄部材として円柱型のものとペンシル型のものとがある。
【０００４】
ところで従来のスクラブ洗浄装置においては、スポンジ等の洗浄部材を被洗浄物に押し付ける力を一定にするため、洗浄部材を被洗浄物に押し付けた際に、洗浄部材を取り付けているアームなどの部材と、被洗浄物の間の距離が一定になるように管理していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記方法で洗浄部材の被洗浄物への押し付け力を管理すると、経時変化によって洗浄部材であるスポンジ等にヘタりや摩耗が生じた場合、初期のスポンジ押し付け力よりもその押し付け力が変化してしまい、該押し付け力を常に一定に管理することができないという問題点があった。
【０００６】
上記問題点を解決するため、洗浄部材を取り付けているアームなどの部材に荷重計を取り付け、該荷重計の出力をモニターしてその出力が一定になるように前記洗浄部材の押し付け力を管理する方法も考えられる。
【０００７】
しかしながらこの方法ではその構造が複雑になり、しかも微妙な荷重の変化に対応しにくい。
【０００８】
また例えば洗浄部材と洗浄部材を回転駆動する駆動モータの間や、洗浄部材及び駆動モータ全体とこれら洗浄部材及び駆動モータ全体を上下動させる上下駆動機構との間等に、スプリングやエアシリンダやバランスウェイトを介在せしめることによって、洗浄部材の被洗浄物への押し付け力を一定に管理する機構もある。
【０００９】
しかしながら従来のこの種のスプリングやエアシリンダやバランスウェイトだけを用いた機構の場合、摩擦やブレが生じ、荷重の微妙な変化に滑らかに対応してその荷重を常に一定に保つには不十分であるという問題点があった。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、経時変化によってスポンジ等の洗浄部材にヘタりや摩耗が生じても洗浄部材の被洗浄物への押し付け荷重を常に一定に保つことができ、しかも微妙な押し付け荷重の変化にも即座に滑らかに対応することができる洗浄装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明は、半導体ウエハなどの被洗浄物の表面に当接してこれを洗浄する洗浄部材と、前記洗浄部材を回転駆動する駆動モータとを具備する洗浄装置において、前記駆動モータのモータシャフトと一体に回転するハウジングブッシュと、前記洗浄部材に一体に固定されたシャフトピンとを具備し、前記ハウジングブッシュの中央に貫通孔を設けるとともに、その下面の貫通孔の周囲にリング溝を設け、一方前記シャフトピンには前記ハウジングブッシュの貫通孔に挿入されるシャフトとシャフトの外方に張り出す板部とを設け、板部の上面の前記リング溝に対向する位置にリング状突起を設け、前記シャフトピンのリング状突起を前記ハウジングブッシュのリング溝内に挿入するとともに、前記ハウジングブッシュの貫通孔内に挿入したシャフトピンのシャフトを上下動自在に支持することでシャフトピンに固定した前記洗浄部材を被洗浄物の表面に対して離間可能な方向にスライド自在に支持するリニアブッシュなどの直動案内機構を設置し、さらに前記ハウジングブッシュとシャフトピン間を弾発して前記洗浄部材の被洗浄物への押付力を調節するコイルスプリングを設置することとした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は本発明を適用した第一実施形態にかかるペンシル型スクラブ洗浄装置の側断面図である。同図に示すペンシル型スクラブ洗浄装置は、洗浄部材支持部としてのケーシング１（１−１，１−２，１−３）の下端から突出する洗浄部材１０５を、ケーシング１内に収納した駆動モータ５０によって回転駆動するように構成されている。
【００１３】
駆動モータ５０にはモータシャフト５３が連結されており、モータシャフト５３はキー５５を介して部材５７に連結されている。部材５７はネジ７３によってその下のハウジングブッシュ６１に固定されている。なお駆動モータ５０としては発塵防止モータを使用することが好ましい。
【００１４】
ここで図２はハウジングブッシュ６１を示す図であり、同図（ａ）は側断面図（同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図）、同図（ｂ）は裏面図である。
【００１５】
同図に示すようにハウジングブッシュ６１はその中央に貫通孔６３を設け、またその下面の貫通孔６３の周囲にリング溝６５を設け、さらにその周囲に２つのバネ挿入穴６７と、２つの係止穴６９と、４つの溝７０内にそれぞれ設けた固定孔７１とを設けて構成されている。なお貫通孔６３の内部上下には、下記する止め金７７，７９を嵌合して固定するための円周溝６４，６４が設けられている。
【００１６】
そして図１に示すハウジングブッシュ６１は、４つの固定孔７１に挿入したネジ７３を、部材５７に設けたネジ穴５９に螺合することで固定されている。つまりモータシャフト５３と部材５７とハウジングブッシュ６１は一体に回転する。
【００１７】
次にハウジングブッシュ６１の貫通孔６３内には、シャフトピン８３のシャフトを支持するための直動案内手段としてリニアブッシュ７５が止め金７７，７９によって固定される。
【００１８】
一方図１に示すシャフトピン８３は、該シャフトピン８３の下端に設けたネジ部９３をスポンジケーシング１０１に螺合することによってスポンジケーシング１０１に一体に固定されている。
【００１９】
シャフトピン８３には外方に張り出す板部９５が設けられており、その上面の前記リング溝６５に対向する位置にはリング状突起９１が設けられ、また前記２つの係止穴６９に対向する位置にはピン９４が取り付けられている。スポンジケーシング１０１の下端には、洗浄部材として、例えばポリビニルホルマール（ＰＶＦ）の多孔質材で作られたスポンジ１０５が取り付けられている。
【００２０】
そしてバネ挿入穴６７内にコイルスプリング８１を挿入した状態で、スポンジケーシング１０１と一体にされたシャフトピン８３を、ハウジングブッシュ６１の下側に取り付けるが、そのときリニアブッシュ７５内に挿入したシャフトピン８３の上端を上側の止め金７７の上に突出し、該上端にワッシャ８７をネジ８９で固定する。これによってシャフトピン８３が鉛直下方へ抜けるのを防止できる。
【００２１】
なおスポンジ１０５の洗浄能力が落ちて来て交換が必要になったら、ケーシング１−３を取り外し、スポンジケーシング１０１とスポンジ１０５を一体にシャフトピン８３からネジ部９３を緩めて取り外し、新品のものと交換すればよい。
【００２２】
一方、シャフトピン８３のリング状突起９１はハウジングブッシュ６１のリング溝６５内に挿入され、またピン９４は係止穴６９内に挿入される。
【００２３】
つまりシャフトピン８３は、リニアブッシュ７５によって上下動自在に支持されると同時に、コイルスプリング８１によって下方向に弾発された状態となっている。なお図１では説明の都合上、ワッシャ８７と止め金７７の間に隙間が設けられているが、実際は無負荷（半導体ウエハＷに押圧されていない）状態では両者は当接している。
【００２４】
なおケーシング１−２，１−３には、このペンシル型スクラブ洗浄装置全体を揺動したり上下動させるための旋回アーム１１０が取り付けられている。またケーシング１−３には配管１１１の一端が接続されており、該配管１１１の他端には図示しない真空ポンプが取り付けられている。
【００２５】
そして駆動モータ５０を駆動すると、モータシャフト５３と部材５７とハウジングブッシュ６１が一体に回転し、ハウジングブッシュ６１の回転力はさらにピン９４を介してシャフトピン８３に伝えられ、シャフトピン８３とスポンジケーシング１０１とスポンジ１０５が一体に回転駆動される。
【００２６】
なおこのとき同時に配管１１１に接続された真空ポンプを駆動することでケーシング１内の空間を外気圧に対して負圧にしておく。
【００２７】
そしてこの状態で回転する半導体ウエハＷにスポンジ１０５を押し付け、旋回アーム１１０でスポンジ１０５の押し付け位置を半導体ウエハＷの少なくとも中心から半径方向に移動すれば、半導体ウエハＷ全体が洗浄される。
【００２８】
ところでシャフトピン８３は前述のように上下動自在で且つコイルスプリング８１によって下方向に弾発された状態となっているので、半導体ウエハＷにスポンジ１０５を当接して押し付けた際、その押し付け力が強いと、シャフトピン８３はその分上昇する。
【００２９】
そしてスポンジ１０５がその経時変化でヘタりや摩耗が生じた場合であっても、その分シャフトピン８３が上昇又は下降することによって、初期のスポンジ１０５の押し付け力に対する経時変化後のスポンジ１０５の押し付け力の変動幅を極力小さく維持できる。
【００３０】
しかも本発明の場合、洗浄部材１０５側に固定されているシャフトピン８３と、駆動モータ５０側に固定されているハウジングブッシュ６１との間に、ハウジングブッシュ６１に対してシャフトピン８３が回転軸方向（上下方向）にスライド自在となるようにリニアブッシュ７５を取り付けたので、駆動モータ５０側の各部材に対して洗浄部材１０５側の各部材が正確且つスムーズに回転軸方向にスライド移動できる。従ってスポンジ１０５の半導体ウエハＷへの押し付け荷重を常に一定に保つことができ、しかも微妙な押し付け荷重の変化にも即座に滑らかに対応することができる。
【００３１】
ところでハウジングブッシュ６１内のコイルスプリング８１は、その表面がフッ素樹脂などの合成樹脂によってコーティングされており、これによってコイルスプリング８１を構成する金属が流出して洗浄中の半導体ウエハＷを汚染することを防止し、同時にコイルスプリング８１自体の腐食を防止している。
【００３２】
また前述のように本発明においては、ケーシング１内を外気に対して負圧としているので、ケーシング１内で発生する恐れのある各種汚染物質が、ケーシング１の外部に漏れ出す恐れはなく、この点からも洗浄中の半導体ウエハＷの汚染が防止できる。
【００３３】
また本実施形態においては、リング状突起９１がリング溝６５内に挿入されているので、洗浄中の半導体ウエハＷに供給される純水や薬液等の洗浄液が、リニアブッシュ７５の部分に流入することを防止でき、その腐食を防止することができる。
【００３４】
〔第一参考例〕
図３は第一参考例にかかるペンシル型スクラブ洗浄装置を示す側断面図である。なお前記図１に示す第一実施形態と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３５】
このペンシル型スクラブ洗浄装置において、図１に示す第一実施形態と相違する点は、図１に示すコイルスプリング８１を省略し、その代りにシャフトピン８３の板部９５の下面に略円柱状の錘１２０を取り付けた点のみである。
【００３６】
即ちこの錘１２０はその中央孔１２１にシャフトピン８３の下面中央から突出する軸部９６を貫通して止め輪９７を取り付けることで固定される。そして軸部９６の下端に設けたネジ部９３にスポンジ１０５を固定したスポンジケーシング１０１を螺合して固定する。
【００３７】
なお錘１２０は、例えば鉄や鉛等の金属の表面に樹脂加工を施すことによって構成されている。
【００３８】
この参考例の場合、シャフトピン８３は上下動自在で且つ錘１２０によって常に下方向に所定の荷重が負荷された状態となっているので、この装置全体を下降してスポンジ１０５を半導体ウエハＷに当接した際、その下降量が大きくても、シャフトピン８３はその分上昇することによって常に一定の荷重が半導体ウエハＷに負荷される。
【００３９】
従って第一実施形態と同様に、スポンジ１０５がその経時変化でヘタりや摩耗が生じた場合であっても、初期のスポンジ１０５の押し付け力に対する経時変化後のスポンジ１０５の押し付け力の変動幅を極力小さく維持できる。またリニアブッシュ７５によって駆動モータ５０側の各部材に対して洗浄部材１０５側の各部材が正確且つスムーズに抵抗なく回転軸方向（上下方向）に直線状にスライド移動できるので、スポンジ１０５の半導体ウエハＷへの押し付け荷重を常に一定に保つことができ、しかも微妙な押し付け荷重の変化にも即座に滑らかに対応することができる。
【００４０】
〔第二参考例〕
図４は第二参考例にかかるペンシル型スクラブ洗浄装置を示す側断面図である。なお前記図１に示す第一実施形態と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４１】
このペンシル型スクラブ洗浄装置において、図１に示す第一実施形態と相違する点は、図１に示すコイルスプリング８１を省略し、その代りにスポンジケーシング１０１内に錘１３０を埋め込んだ点のみである。
【００４２】
即ちこの錘１３０はスポンジケーシング１０１内に固定されており、該錘１３０に対してシャフトピン８３に設けたネジ部９３を螺合する。錘１３０は例えば鉄や鉛等の金属の表面に樹脂加工を施すことによって構成される。
【００４３】
なおこの参考例のように錘１３０をスポンジケーシング１０１と別部材として設ける代わりに、スポンジケーシング１０１自体を適当な重さのものとすることによって、スポンジケーシング１０１の自重で半導体ウエハＷを押圧するようにすることもできる。
【００４４】
この参考例の場合も、前記第一参考例の場合と同様に半導体ウエハＷには常に一定の荷重が負荷される。
【００４５】
以上本発明の実施形態を説明したが本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
▲１▼被洗浄物は半導体ウエハに限定されず、例えば液晶板など、他のものであっても良い。
【００４６】
▲２▼上記実施形態では洗浄部材としてスポンジを用いたが、洗浄部材にはクロス，発泡ポリウレタン，ポリエステル，ブラシなど他の種々の材質のものが適用できる。特に本発明の場合は洗浄部材の被洗浄物への押し付け力を一定にできるので、必ずしもスポンジのように押し付け力を緩衝する部材を介在させる必要はなく、洗浄部材の材料として弾性が余り無く、比較的硬質の材料、例えばクロス部材のみを直接使用できる。
【００４７】
▲３▼上記各実施形態では駆動モータ５０をスポンジ１０５等の真上に配置したが、駆動モータ５０を別の場所（例えばアーム１１０の他端側）に設置して該駆動モータ５０の駆動力をタイミングベルト等によってスポンジ１０５に伝達するように構成しても良い。要は駆動モータ５０はスポンジ１０５に対して駆動力を伝達することができるように取り付ければ良い。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば以下のような優れた効果を有する。
▲１▼経時変化によってスポンジ等の洗浄部材にヘタりや摩耗が生じても、洗浄部材の被洗浄物への押し付け力は変化しない。
【００４９】
（２）弾発手段を取り付けることによって構成できるので、その構造が簡単で、別途エアシリンダやバランスウェイト等のような大型の装置を設けなくても良く、装置の小型化が図れる。
【００５０】
（３）洗浄部材と駆動モータの間に弾発手段を取り付けているので、弾発手段は洗浄部材及びこれに付帯する部材に対してのみ荷重を付加すれば良く、従って小型の弾発手段で済むばかりか、より洗浄部材の微妙な変化に対応でき、その押し付け荷重を一定にできる。
【００５１】
▲４▼洗浄部材と駆動モータの間に、駆動モータに対して洗浄部材が回転軸方向にスライド自在となるようにリニアブッシュを取り付けたので、駆動モータ側の各部材に対して洗浄部材側の各部材が正確且つスムーズに抵抗なく回転軸方向に直線状にスライド移動でき、従ってこの点からも洗浄部材の被洗浄物への押し付け荷重を常に一定に保つことができ、しかも微妙な押し付け荷重の変化にも即座に滑らかに対応することができる。
【００５２】
▲５▼ケーシング内の空間を外気圧に対して負圧としたので、ケーシング内で発生する恐れのある各種汚染物質がケーシングの外部に漏れ出す恐れはなく、洗浄中の被洗浄物を汚染する恐れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態にかかるペンシル型スクラブ洗浄装置の側断面図である。
【図２】ハウジングブッシュ６１を示す図であり、図２（ａ）は側断面図（図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図）、図２（ｂ）は裏面図である。
【図３】 第一参考例にかかるペンシル型スクラブ洗浄装置を示す側断面図である。
【図４】 第二参考例にかかるペンシル型スクラブ洗浄装置を示す側断面図である。
【符号の説明】
Ｗ 半導体ウエハ（被洗浄物）
１（１−１，１−２，１−３） ケーシング
５０ 駆動モータ
７５ リニアブッシュ（直動案内機構）
８１ コイルスプリング（押付力調節手段）
１０５ スポンジ（洗浄部材）
１２０ 錘（押付力調節手段）
１３０ 錘（押付力調節手段）

Claims (3)

1. 被洗浄物の表面に当接してこれを洗浄する洗浄部材と、前記洗浄部材を回転駆動する駆動モータとを具備する洗浄装置において、
   前記駆動モータのモータシャフトと一体に回転するハウジングブッシュと、前記洗浄部材に一体に固定されたシャフトピンとを具備し、
   前記ハウジングブッシュの中央に貫通孔を設けるとともに、その下面の貫通孔の周囲にリング溝を設け、
   一方前記シャフトピンには前記ハウジングブッシュの貫通孔に挿入されるシャフトとシャフトの外方に張り出す板部とを設け、板部の上面の前記リング溝に対向する位置にリング状突起を設け、
   前記シャフトピンのリング状突起を前記ハウジングブッシュのリング溝内に挿入するとともに、
   前記ハウジングブッシュの貫通孔内に挿入したシャフトピンのシャフトを上下動自在に支持することでシャフトピンに固定した前記洗浄部材を被洗浄物の表面に対して離間可能な方向にスライド自在に支持する直動案内機構を設置し、
   さらに前記ハウジングブッシュとシャフトピン間を弾発して前記洗浄部材の被洗浄物への押付力を調節するコイルスプリングを設置したことを特徴とする洗浄装置。
2. 前記直動案内機構と前記駆動モータを同一ケーシング内に収納したことを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
3. 前記ケーシング内の空間を外気圧に対して負圧としたことを特徴とする請求項２記載の洗浄装置。

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