JP2020174144A

JP2020174144A - 基板洗浄用スポンジおよびその製造方法

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Publication number: JP2020174144A
Application number: JP2019075835A
Authority: JP
Inventors: 哲彦小佐見; Tetsuhiko Osami; 和美藤森; Kazumi Fujimori
Original assignee: Seiwa Kogyo KK
Current assignee: Seiwa Kogyo KK
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2020-10-22

Abstract

【課題】洗浄特性および洗浄効率を向上させた基板洗浄用スポンジおよびその製造方法を提供する。【解決手段】全体が、小径部２０及び該小径部２０に連続する大径部３０からなる段付円柱形を呈し、小径部２０または大径部３０のいずれか一方の端面２１他を被洗浄物に接触させたまま摺動する洗浄面４０とする少なくとも洗浄面４０において露出する連続気孔を有するとともに親水性を有する樹脂スポンジにより形成されている基板洗浄用スポンジであって、洗浄面４０に、洗浄面４０の外縁４１及び中心４２を通過するとともに、中心４２の位置で互いに略直交して、両側壁が洗浄面４０と直角で所定深さを有する直線状である２本の溝５０からなる十字溝が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハやガラス基板など、高度の表面平坦性を求められる被研磨物の洗浄工程において使用される基板洗浄用スポンジおよびその製造方法に関する。

近年、技術の高度化に伴い、より高度な半導体等の生産を効率よく行うことが求められており、その原料となるシリコンウェーハ等の表面を高度に平坦化する技術が求められている。

シリコンウェーハやガラス基板など、高度の表面平坦性を求められる被研磨物の研磨方法としては、一般的にケミカルメカニカルポリシング（以下、ＣＭＰという）が使用されている。このＣＭＰは、回転可能な定盤に固定した被研磨物と、回転可能かつ移動可能に備えた研磨パッドとを用い、前記被研磨物と前記研磨パッドの間にスラリー（研磨液）を供給し、研磨パッドを被研磨物の表面に接触させたままアームが前後左右方向に移動する動作、回転軸及び定盤が軸回転する動作によって相対的に摺動させることで研磨を行う方法である。これにより、スラリーの有する酸性またはアルカリ性の性質による化学的な作用に加えて、スラリーに含まれる砥粒による機械的な作用を利用して研磨加工を行うものである。

そして、ＣＭＰによる研磨工程が終了したら、被研磨物の表面に残留するスラリーや研磨屑などの異物を洗浄するための洗浄工程が実施される（以下、被研磨物を被洗浄物と称する）。

この際、例えば特開平９−１３４８９６号公報（特許文献１）または特開平１０−９２７８０号公報（特許文献２）に記載されているように、回転可能な円筒形のスポンジを用い、被洗浄物の表面に前記スポンジの洗浄面を接触させ、洗浄液を前記被洗浄物と前記スポンジの間に供給しつつ前記被洗浄物および前記スポンジを回転させることで相対的に移動させて前記被洗浄物の表面に残留する異物を除去する方法が一般的に知られている。

具体的には、この洗浄方法は図９に示すように、アーム１の先端に回転軸２を介して備えられたホルダー３に装着した基板洗浄用スポンジＳを用いて、回転可能な定盤４に固定した被洗浄物Ｂに対して、基板洗浄用スポンジＳと被洗浄物Ｂの表面５との間に洗浄液Ｒを供給し、基板洗浄用スポンジＳを被洗浄物Ｂの表面５に接触させたままアーム２が前後左右方向に移動する動作、回転軸２及び定盤４が軸回転する動作によって相対的に摺動させることで被洗浄物Ｂの表面５に残留するスラリーや研磨屑などの異物を洗い流して洗浄を行う方法である。

このとき、洗浄特性および洗浄効率を向上させるためには、基板洗浄用スポンジ自体が均一に被洗浄物に接触することが重要である。また、新たな洗浄液を均一に供給するとともに使用済の洗浄液を効率よく排出させる必要がある。

そこで、洗浄特性および洗浄効率の向上を可能とする基板洗浄用スポンジが求められていた。

特開平９−１３４８９６号公報特開平１０−９２７８０号公報

本発明は、洗浄特性および洗浄効率を向上させた基板洗浄用スポンジおよびその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明は、全体が小径部及び該小径部に連続する大径部からなる段付円柱形を呈し、前記小径部または前記大径部のいずれか一方の端面を被洗浄物に接触させたまま摺動する洗浄面とする少なくとも前記洗浄面において露出する連続気孔を有するとともに親水性を有する樹脂スポンジにより形成されている基板洗浄用スポンジであって、前記洗浄面に、前記洗浄面の外縁及び中心を通過するとともに前記中心の位置で互いに略直交して、両側壁が前記洗浄面と直角で所定深さを有する直線状である２本の溝からなる十字溝が形成されていることを特徴とする。

また、前記樹脂スポンジが、ポリビニルアルコールスポンジ（ＰＶＡスポンジ）である場合、このＰＶＡスポンジは連続気孔を有する立体網目構造の親水性を有する樹脂スポンジであり、吸水性及び保水性に富み、且つ耐薬品性および耐摩耗性に優れた特徴を有する基板洗浄用スポンジとすることができる。

更に、前記樹脂スポンジは平均気孔径８０μｍ〜１８０μｍであることが望ましい。

また、基板洗浄用スポンジを製造する方法は、以下の工程を有することを特徴とする。
１．水または使用する洗浄液により膨潤させた樹脂スポンジのブロック体の外周を切削加工することで小径部及び大径部を形成する。
２．前記小径部または前記大径部のいずれか一方の端面を切削加工して十字溝を形成することで洗浄面を形成する。

本発明の基板洗浄用スポンジによれば、全体を単一の樹脂連続気孔体により構成したことで、気孔によって一定の圧力を吸収することで洗浄面全体を均一に被洗浄面に接触させることができる点や、洗浄面に露出した気孔によって異物等を効率よく捕集することができる点において優れるのみならず、洗浄面にエッジが直角となる十字溝を形成したことによって、従来の溝を形成しない基板洗浄用スポンジや、直角以外の溝を形成した基板洗浄用スポンジに比較して各段に洗浄特性および洗浄効率を向上させたのみならず加工も容易としており、製造上の利点も有するものである。

本発明の好ましい実施の形態を示す（ａ）斜視図、（ｂ）平面図、（ｃ）Ａ−Ａ線断面図。図１（ｃ）を更に拡大した図。図１に示した基板洗浄用スポンジの製造工程を示す説明図。本発明の異なる実施の形態を示す（ａ）斜視図、（ｂ）平面図、（ｃ）Ａ−Ａ線断面図。図１に示した実施の形態における使用状態を示す要部拡大断面図。図１に示した基盤洗浄用スポンジ（本願発明）と、溝を形成しない基板洗浄用スポンジ（比較例１）と、溝を格子状に形成した基板洗浄用スポンジ（比較例２）とを示す斜視図および平面図の一覧表。図１に示した基板洗浄用スポンジおよび比較例１，比較例２の基板洗浄用スポンジを洗浄工程に用いた際の洗浄前後の残留パーティクル数を示す表。異なる比較例を示す断面図であり、（ａ）は溝が洗浄面に対し鈍角である基板洗浄用スポンジ、（ｂ）は溝が洗浄面に対し鋭角である基板洗浄用スポンジである。従来の洗浄装置を示す図。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明である基板洗浄用スポンジ１０Ａを示す図であり、この図に示すように、基板洗浄用スポンジ１０Ａは小径部２０及び小径部２０に連続する大径部３０からなる段付円柱形である。

小径部２０の端面２１に被洗浄物Ｂに摺動する洗浄面４０を備えており、洗浄面４０にはその外縁４１及び中心４２を通過するとともに前記中心４２の位置で互いに略直交する直線状の２本の溝５０，５０による十字溝が形成されている。

溝５０は洗浄面４０から所定の深さだけ切削加工することにより形成されており、溝５０の両側壁５１，５１は洗浄面４０に対し直角になっている。

溝５０の深さＨ１は小径部２０の高さＨ２の半分程度であることが望ましいが、特にこれに限るものではなく、小径部２０の高さＨ２を上限として任意に設定することができる（図２参照）。

溝５０の幅Ｗ１は小径部２０の幅Ｗ２に対して１０％〜２０％の範囲であることが望ましい（図２参照）。

基板洗浄用スポンジ１０Ａは、前記洗浄面４０において露出する連続気孔を有する樹脂スポンジにより全体が形成されており、前記樹脂スポンジとして本実施の形態ではポリビニルアルコールスポンジ（以下、ＰＶＡスポンジという）を使用している。

ＰＶＡスポンジは連続気孔を有する立体網目構造の親水性を有する樹脂スポンジであり、吸水性及び保水性に富み、且つ耐薬品性および耐摩耗性に優れた特徴を有するため、基板洗浄用スポンジとして用いた際に非常に適した素材であるが、例えばＰＶＡスポンジ以外のポリビニル系樹脂連続気孔体その他の樹脂スポンジを用いてもよい。

ＰＶＡスポンジは、例えばアイオン株式会社製のベルイーターＤ（Ｄ）またはベルイーターＹ（Ｄ）が使用可能であり、その基本物性は下記表１の通りである。

基板洗浄用スポンジ１０Ａを製造する際の工程は以下の通りである。

まず、樹脂スポンジを長尺円柱状に成型した後に所定の幅にスライスしてブロック体１１を形成する（図３（ａ）参照）。

次に、前記ブロック体１１の外周を切削加工することで前記小径部２０Ａ及び前記大径部３０Ａを形成する（図３（ｂ）参照）。

そして、前記小径部２０Ａの端面２１を切削加工して前記十字溝を形成することで前記洗浄面４０を形成する（図３（ｃ）参照）。

上記工程は、樹脂スポンジに液体を含侵させたウェット状態で加工することによって、実際に洗浄工程で使用される際の寸法に合わせて成形することが可能であるため特に望ましい。含侵させる液体は、水または使用する洗浄液が使用可能である。

このように、長尺円柱状の樹脂スポンジの全面を切削して基板洗浄用スポンジ１０Ａを成形することで、長尺円柱状に成型した際に型表面のテクスチャが転写され連続気泡が埋没した状態から、連続気孔を表面に露出させることを容易に実現できる。

図４は本発明の異なる実施の形態の基板洗浄用スポンジ１０Ｂを示す図であり、図１に示した基板洗浄用スポンジ１０Ａと同様に、基板洗浄用スポンジ１０Ｂは小径部２０及び小径部２０に連続する大径部３０からなる段付円柱形である。

この基板洗浄用スポンジ１０Ｂは、大径部３０の端面３１に被洗浄物Ｂに摺動する洗浄面４０を備えている点において前記図１に示した基板洗浄用スポンジ１０Ａと異なり、洗浄面４０にはその外縁４１及び中心４２を通過するとともに前記中心の位置で互いに略直交しており、両側壁５１，５１が前記洗浄面４０と直角である直線状の２本の溝５０，５０による十字溝が形成されている。

図１に示した基板洗浄用スポンジ１０Ａおよび図４に示した基板洗浄用スポンジ１０Ｂは、装着する機器に適した形状に応じ使い分けられるものであって、その機能についてはほぼ同等であるため、以降本明細書においては図１に示した基板洗浄用スポンジ１０Ａについて説明する。

図５は前記図７に示した従来の洗浄装置に基板洗浄用スポンジとして前記図１に示した基板洗浄用スポンジ１０Ａを用いた使用状態を示す要部拡大断面図であり、前記図７と同一構成の箇所については同一の符号を付する。

図５（ｂ）に示すように、供給された洗浄液Ｒは回転および移動する基板洗浄用スポンジ１０Ａの溝５０の内部を案内されつつ、被洗浄物Ｂの表面５を洗浄した後に被洗浄物Ｂの外へ排出されるが、基板洗浄用スポンジ１０Ａは溝５０を洗浄面４０に対し直角に形成していることによって、エッジ部５２がスクレーパーのごとく洗浄液Ｒや異物等を案内することができるとともに、直線状の溝であることから切削工具による加工も容易となる。

図６は基盤洗浄用スポンジ１０Ａ（本願発明）と、洗浄面に溝を形成しない基板洗浄用スポンジ１０Ｃ（比較例１）と、洗浄面に溝を格子状に形成した基板洗浄用スポンジ１０Ｄ（比較例２）とを示す表である。

図７は基盤洗浄用スポンジ１０Ａ（本願発明），基板洗浄用スポンジ１０Ｃ（比較例１），基板洗浄用スポンジ１０Ｄ（比較例２）を用いてそれぞれシリコンウェーハの洗浄工程を行った際の洗浄前後の残留パーティクル数および洗浄後の除去率を示す表である。なお、項目名の「０．１ｕｐ」は０．１ミクロン以上のパーティクルの数を、「０．１５ｕｐ」は０．１５ミクロン以上のパーティクルの数を示す欄である。

前記図７に示す通り、溝を形成しない比較例１の基板洗浄用スポンジ１０Ｃは従来一般的に用いられてきたが、その洗浄性能は十分とは言い難く、０．１５ミクロン以上のパーティクル除去率が約７７％（１回目），約８０％（２回目）であり、約２割の０．１５ミクロン以上のパーティクルは残留してしまう。

更に、０．１ミクロン以上のパーティクル除去率が約４５％（１回目），約５２％（２回目）であることから、０．１ミクロン以上のパーティクルはほぼ半分が残留してしまうこととなる。

これに対し、本願発明の基盤洗浄用スポンジ１０Ａは０．１５ミクロン以上のパーティクル除去率が９９．６４％（１回目），９９．２１％（２回目）であり、比較例１をはるかに凌駕する洗浄性能を発揮する。更に、０．１ミクロン以上のパーティクル除去率が９８％以上であることが示されており、極微細な異物に対しても非常に有効な洗浄性能を発揮することが明らかである。

なお、格子状の溝を形成した比較例２は、比較例１よりも良好な洗浄性能を発揮するが、本願発明が０．１ミクロン以上のパーティクル除去率が９８％以上であるのに対し、比較例２は８５％程度であるため大きな開きがあり、洗浄性能は十分とは言えない。この理由としては、溝の本数が多すぎることで基盤洗浄用スポンジの内部と外部を行き交う洗浄液の流れが乱れ、使用後の洗浄液がうまく排出されないことなどが原因と推測される。

図８は異なる比較例を示す断面図であり、図８（ａ）に示した基板洗浄用スポンジ１０Ｅのように溝５０Ｅを洗浄面４０に対し鈍角に形成した場合、前記図１に示した基板洗浄用スポンジ１０Ａと比較してエッジ部がスクレーパーのごとく作用するエッジ効果が少ないとともに、溝５０Ｅの容積が減少するため、洗浄液Ｒを保持できる量が減少してしまう。また、図８（ｂ）に示した基板洗浄用スポンジ１０Ｆのように溝５０Ｆを洗浄面４０に対し鋭角に形成した場合、前記図１に示した基板洗浄用スポンジ１０Ａと比較してエッジ効果は増すものの、溝１０Ｆの奥へと向かう洗浄液Ｒの流れが出来てしまうため、洗浄液Ｒの更新がスムーズではなく、更にアリ溝状になるため加工が困難となる。

以上のように、本発明の基板洗浄用スポンジによれば、基板洗浄用スポンジを構成するＰＶＡスポンジは連続気孔を有する立体網目構造の樹脂連続気孔体であり、且つ全体を切削加工することにより形成したことで、気孔によって一定の圧力を吸収して洗浄面全体を均一に被洗浄面に接触させることができるのみならず、洗浄面に露出した連続気孔に洗浄液や異物を保持・更新することができるため、より効率的な洗浄ができる。

１アーム、２回転軸、３ホルダー、４定盤、５表面、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ基板洗浄用スポンジ、１１ブロック体、２０小径部、２１端面、３０大径部、３１端面、４０洗浄面、４１外縁、４２中心、５０，５０Ｃ，５０Ｄ溝、５１側壁、５２エッジ部、Ｂ被洗浄物、Ｓ基板洗浄用スポンジ、Ｒ洗浄液、Ｈ１溝の深さ、Ｈ２小径部の高さ、Ｗ１溝の幅、Ｗ２小径部の幅

Claims

全体が小径部及び該小径部に連続する大径部からなる段付円柱形を呈し、前記小径部または前記大径部のいずれか一方の端面を被洗浄物に接触させたまま摺動する洗浄面とする少なくとも前記洗浄面において露出する連続気孔を有するとともに親水性を有する樹脂スポンジにより形成されている基板洗浄用スポンジであって、
前記洗浄面に、前記洗浄面の外縁及び中心を通過するとともに前記中心の位置で互いに略直交して、両側壁が前記洗浄面と直角で所定深さを有する直線状である２本の溝からなる十字溝が形成されていることを特徴とする基板洗浄用スポンジ。
前記樹脂スポンジが、ポリビニルアルコールスポンジ（ＰＶＡスポンジ）であることを特徴とする請求項１記載の基板洗浄用スポンジ。
前記樹脂スポンジが、平均気孔径８０μｍ〜１８０μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の基板洗浄用スポンジ。
前記請求項１，２または３記載の基板洗浄用スポンジを製造する方法であって、以下の工程を有することを特徴とする基板洗浄用スポンジの製造方法。
１．水または使用する洗浄液により膨潤させた樹脂スポンジのブロック体の外周を切削加工することで小径部及び大径部を形成する。
２．前記小径部または前記大径部のいずれか一方の端面を切削加工して十字溝を形成することで洗浄面を形成する。