JP3378015B2

JP3378015B2 - 洗浄用スポンジローラ

Info

Publication number: JP3378015B2
Application number: JP52236998A
Authority: JP
Inventors: 光永五十嵐; 周起合田; 正男井出; 好徳永; 宏宮地
Original assignee: Aion Co Ltd
Current assignee: Aion Co Ltd
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2003-02-17
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: EP0937509A4; MY130128A; WO1998020987A1; TW419401B; EP0937509A1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、磁気記録用アルミディスク、半導体シリコ
ンウェハ等の基板の製造工程において、ポリッシング等
の加工工程後、砥粒、切削屑、研磨屑等、被洗浄体の表
面に付着した微細な粒子を、極めて効率良く、かつ、被
洗浄体の表面を損傷することなく除去することを可能に
した洗浄用スポンジローラに関する。

背景技術ハードディスク、ガラスディスク、シリコンウェハ、
CMP加工工程中の半導体素子、あるいはフォトマスク、
液晶ガラス基板等の製造工程において、その表面を極め
て精度の高い面に仕上げるために、酸化ケイ素、アルミ
ナ、セリウム等の各種砥粒を用いた高精度研磨、いわゆ
るポリッシング加工が行われているが、この加工におい
て、ハードディスク、シリコンウェハ等の被研磨物の表
面は、砥粒、研磨屑等によって汚染されるため、次工程
の処理を行う前に洗浄を行うことが不可欠である。

シリコンウェハの洗浄法としては、アンモニア水と過
酸化水素水の混合後、希弗酸、塩酸と過酸化水素水の混
合液をこの順に使用するRCA洗浄が知られている。ま
た、ハードディスク、シリコンウェハ等のボリッシング
工程後の洗浄には、ボリビニルアセタール系（以下PVAt
系と略する）多孔質体を素材とした洗浄用スボンジロー
ラが広く用いられている。特に、表面に各種突起を設け
たPVAt系スボンジローラが好適に用いられている。

例えば、半導体素子の製造工程において、CMP加工後
に基板の両面を洗浄する際には、基板を２本のPVAt系ス
ボンジローラで挟む形式の装置を用い、純水や洗剤水溶
液等の水系の洗浄液で被洗浄体の表面を満たしながら回
転接触させるスクラブ洗浄方法が用いられている。ま
た、この時の洗浄液の供給方法としては、スボンジロー
ラの上部もしくは斜め方向に設置されたノズルから噴射
する方法や、PVAt系スポンジローラの内部から供給する
方法が知られている。

洗浄液としては、シリコンウェハ基板の表面が酸化膜
の場合は純水が、また、タングステン膜等の場合はζポ
テンシャルをマイナスにコントロールする目的で弗酸や
アンモニアの薬液の使用が提唱されている。

ところで、洗浄後の基板表面の清浄度に対する要求レ
ベルは年々高くなりつつある。そして、この清浄度に対
する要求レベルは、残存する粒子の大きさに対しては小
さい方向へ、また粒子の絶対数に対しては少ない方向へ
と移行し、同時にこれら洗浄後要求レベルに到達する洗
浄時間に対しては、短い方向へと移行してきている。

これら年々高くなっていく上記洗浄に対する要求レベ
ルに対して、従来より用いられている洗浄用スポンジロ
ーラでは対応が困難となりつつあった。

本発明者等は、これら年々高くなっていく上記洗浄に
対する要求レベルに対して対応していくため、被洗浄面
に直接接触する洗浄用スポンジローラの洗浄面に関し、
特にその表面状態に着目し鋭意研究を行った結果、本発
明に至ったものである。

すなわち、従来の洗浄材料を用いた洗浄方法では、年
々高清浄度を要求されるハードィスク、シリコンウェハ
等の洗浄分野において、洗浄レベル（清浄度）の点で十
分に対応しきれず、また洗浄時問の点においても、さら
に短縮することが要求されるようになったのである。

そこで、本発明は前記従来の問題点に留意し、短時問
で且つ高い洗浄効果を得ることが出来る洗浄材料を提供
することを目的としている。

発明の開示本発明に係る洗浄用スポンジローラは、弾性を有する
ポリビニルアセタール系多孔質体スポンジより構成さ
れ、側部表面に多数の突起が配設され、該突起の頂部を
被洗浄体の洗浄面に回転接触させて被洗浄体を洗浄する
洗浄用スポンジローラであって、前記突起の頂部が平滑
度の高い表層部で形成され、突起の頂部の表面粗さが50
μｍ以下であり、突起の頂部において長径40μｍ以上の
開口部による表面開口率が１〜20％である洗浄用スポン
ジローラである。

本発明の洗浄用スポンジローラは、適度な弾性と柔軟
性を有するスポンジから構成することにより、被洗浄体
を洗浄する際、洗浄用スポンジローラの突起が圧縮さ
れ、スポンジローラの突起の頂部が被洗浄物に隙間なく
密着する。更に、この突起がスポンジローラの側部表面
に多数配設され、これらの突起の頂部は高い真円度を持
つ円柱形状の仮想面を形成している。そして、これらの
突起の頂部が平滑度の高い表層部で形成されていること
により、突起の頂部と被洗浄体の表面との接触面積が実
質的に増大し洗浄能力が増すのである。

また、突起の頂部の表面粗さの上限を50μｍとするこ
とによって、高い精度で研磨された表面に付着した微粒
子に対し、洗浄材料の表層部が接触する確率が高まり、
それによって洗浄性能を充分に得ることができ、ハード
ディスクやシリコンウェハといった高い平面精度の要求
される被洗浄材へも実質的に対応させることができる。
より好ましくは、付着粒子をより効率的に除去できる点
で、この表面粗さの上限は30μｍである。

また、突起の頂部の長径40μｍ以上の比較的大きな開
口部が形成する表面開口率を、１〜20％とすることによ
って、適度に開口部を有しながら、かつ表面が大きな穴
だらけということがなくなり、表層部の平滑度が実質的
に高まり、理想的な平滑面が得られ、ハードディスクや
シリコンウェハといった高い平面精度の要求される被洗
浄材を、より効率よく洗浄することが可能となる。より
好ましくは、擦過洗浄の際、被洗浄材から除去されてス
ボンジローラの内部に取り込んだ微粒子が、吐き出され
て被洗浄材を再汚染し難い点で、表層部の長径40μｍ以
上の比較的大きな開口部が形成する表面開口率の上限
は、10％である。

さらに、突起の頂部には、長径１〜40μｍの微細な開
口部が一様にあり、それによって形成される表面開口率
を１〜20％とすることによって、界面に常に均一に水を
存在させることができ、被洗浄材表面に付着した特に0.
5μｍ未満の微細なパーティクルの掻き取り効果が上が
る。

ここで、本発明の洗浄用スポンジローラは親水性のポ
リビニルアセタール系多孔質体でできているために、保
水性、柔軟性に富んでいる。そして、これに純水や洗剤
水溶液等の水系の洗浄液をかけながら被洗浄体の表面に
押し当てて洗浄する際、洗浄液が均一に行き渡り、被洗
浄体の表面に付着した粒子や汚染物を極めて効率良く除
去でき、被洗浄体を傷つけることなく洗浄することがで
きる。ポリビニルアセタール系多孔質体は、耐摩耗性、
耐久性にも優れている。

さらに、また、本発明の洗浄用スポンジローラは、表
面に多数の突起が配設されていることにより、フラット
なローラを用いる場合よりも被洗浄体間の接触力と摩擦
抵抗を下げることができ、高精度研磨後の被洗浄体の表
面を損傷することなく洗浄することができる。また、洗
浄液の供給と排出が円滑にでき、微粒子を効率的に排除
することができる。

また、本発明のスポンジローラの素材であるポリビニ
ルアセタールのアセタール化度は50〜75％であることが
好ましい。アセタール化度が50％以上であるスポンジロ
ーラはある程度の強度の多孔質体を形成し、適度な弾力
性を有する。またアセタール化度が75％以下であること
によって親水基が残り、保水性能に優れ、柔軟性があ
る。

また、本発明の洗浄用スポンジローラは適度な弾性を
有する多孔質体スポンジより構成されており、好ましく
は、構成乾燥重量に対し100％の水分を含んだ状態での3
0％圧縮応力が15〜400gf/cm2の概多孔質体スポンジから
構成されている。30％圧縮応力が上記範囲にあることに
より、概多孔質体スポンジは適度な弾性と柔軟性を有す
ることができる。洗浄用スポンジローラとしてより好ま
しくは、30％圧縮応力は40〜150gf/cm2である。

また、本発明のスポンジローラの多孔質体内部には微
細な気孔を有し、洗浄用途に好ましい平均気孔径は40〜
400μｍである。

さらに、本発明のスポンジローラの多孔質体内部の気
孔率は、洗浄用途に適したスポンジローラの柔軟性と強
度、高い洗浄効果が得られる点で、80〜95％であること
が好ましい。本発明のスポンジローラの突起の頂部の表
面開口率は好ましくは60％以下であって、該突起の頂部
を形成する表層部はスポンジローラの多孔質体内部とは
実質的に構造が異なっている。

図面の簡単な説明図１は、本発明における洗浄用スポンジローラの説明
図である。

図２は、上記洗浄用スポンジローラにおける、突起の
説明図である。

図３は、上記洗浄用スボンジローラの使用状態の説明
図である。

図４は、上記洗浄用スポンジローラを製造する製造装
置の説明図である。

発明を実施するための最良の形態以下、本発明の実施の形態につき添付図面に基づいて
説明する。

本発明の洗浄用スポンジローラの例を図１に示す。こ
こで、洗浄用スポンジローラ１は、表面に多数の突起２
を有している。また、図２に示すように突起２には胴体
部４があり、突起の頂部３は平滑度の高い表層部で形成
されている。図３に示すように、突起２の頂部が円柱形
状の仮想面５を形成して被洗浄体６に回転接触してスク
ラブ洗浄する形となっている。

また、突起は同一列上において等間隔で配設され、周
方向においても突起の列は等間隔に設けられている。さ
らに、突起の配列については、同一列上の突起間に生じ
た隙間の位置には、次の列において突起を配設してい
る。

このようにすることで、洗浄むらの無い均一な洗浄が
実現でき、短時間でかつ高精度な洗浄が可能である。

また、図１では突起の列の方向はローラの軸線に一致
しているが、突起の列の方向をローラの軸線に対して０
〜45゜の角度で設けてもよい。

ただし、突起の配列は、これに限定されるものではな
い。

ここで、突起の形状についても、円柱に限らず、長円
形あるいは、半円球状のものも使用することができる。

洗浄用スポンジローラの製造に用いる成形型の構成例
を、図４に示す。ただし、成形型の構成は、これに限ら
れるものではない。図４に示す洗浄用スポンジローラの
製造に用いる成形型は、外周に開口された多数の貫通孔
12を有する円筒形状をした第一のモールド成形型11の底
部を、蓋14によって閉じ、前記第一のモールド成形型11
に、それを覆う様に、内面を平滑にした第二のモールド
成形型13を嵌合した構成からなっている。そして、第二
のモールド成形型13の内面は、高い真円度を持つ円柱形
状になっている。そして、この構成の成形型にスポンジ
反応液を注ぐ。このスポンジ反応液が前記円筒形状をし
た第一のモールド成形型11の外周に設けた多数の貫通孔
に流れ込むことによって、反応固化の後、スポンジロー
ラの外周に多数の突起が形成される。

そして、スポンジローラの突起の頂部が前記第二のモ
ールド成形型13の内面に相当する新たな仮想面を形成
し、第二のモールド成形型13の内面が高い真円度の円柱
形状であることによって、スポンジローラの突起の頂部
が形成する仮想面も、高い真円度を持つ円柱外形形状を
有する。

また、前記第二のモールド成形型13の内面の平滑度が
高いことによって、前記貫通孔12の外周側の開口部流れ
込んだスポンジ反応液が平滑度の高い表面に接触し、反
応固化後、スポンジローラの突起の頂部に平滑度の高い
表層部が形成される。

第一のモールド成形型とこれに嵌合する第二のモール
ド型とを分離することで、スポンジローラの突起の頂部
を平滑度の高い表層部で形成するためには、モールド型
内面の全体を考慮する必要はなく、第二のモールド型の
内周面のみを考慮しこれの平滑度され高くすれば充分で
あり、モールド型全体のコストを低くすることが出来
る。

成形型の構成を、第一のモールド成形型と、底部を閉
じる蓋と、第二モールド成形型の、主に三つの部分に分
割できるようにすることで、反応硬化したスボンジロー
ラの離型と、離型後のモールド型の洗浄が容易にでき
る。

なお、後述の実施例を含む本発明の洗浄用スポンジロ
ーラの平均気孔径、気孔率、表面開口率、表面粗さ、ア
セタール化度、及び30％圧縮応力は次の測定方法に基づ
くものである。

（平均気孔径の測定）気孔径の測定はASTM（Desirnation:D4404−84）に基づ
いて測定した。具体的には、POROUS MATERIALS,INC社
製ポロシメーターを用い、水銀圧入法細孔測定により、
平均気孔径を求めた。

（気孔率の測定）サンプルを乾燥（60℃、３時間）した後、ノギスを用い
て見かけ体積（Va）と、島津製作所製乾式自動密度計ア
キュピック1330（商品名）を用いて真体積（Ｖ）を測定
する。この値を用いて下記の数式により気孔率ε（％）
を計算した。

ε＝（１−V/Va）×100 Va:見かけ体積 V :真体積（表面開口率の測定）スポンジローラの突起の頂部を電子顕微鏡撮影し、写真
を画像処理することにより、全画像面積に対する下層の
多孔質体の気孔が露出している開口部の割合を面積比で
表したものである。

表面開口率（％）＝所定の大きさの開口部の面積の合計／全画像面積×100 ただし、表層部の長径40μｍ以上の開口部が形成する
表面開口率の測定では、1000μｍ×1400μｍに相当する
写真画像の範囲から、長径40μｍ以上の開口部を抽出し
て計算した。また、表層部の長径40μｍ未満の開口部が
形成する表面開口率の測定では、長径40μｍ以上の開口
部が表れないようにして選んだ100μｍ×140μｍに相当
する写真画像の範囲から、長径１〜40μｍの開口部を抽
出して計算した。

（表面粗さの測定）スポンジローラの突起部を断面に頂部の曲率が表れな
いよう径（縦）方向に切断し、突起の頂部のスポンジの
境界線が表れるようにその断面を電子顕微鏡撮影した。
スポンジの境界線を画像処理することにより抽出曲線ｙ
＝ｆ（ｘ）として抜き取り、次の式から表面粗さRaを求
めた。ここで、Ｌはｘ方向の抽出曲線ｙ＝ｆ（ｘ）の長
さであり、ｙ＝ｇ（ｘ）は、抽出曲線ｙ＝ｆ（ｘ）の中
心線である。

（アセタール化度の測定）重水素クロロホルム、トリフルオロ酢酸水溶液中での
プロトンNMR測定から次の数式によりアセタール化度Ｆ
を算出した。

Ｆ＝（a/c）×100 c:メチンプロトン（例えば、4.153、4.442ppm）のピ
ーク強度の合計 a:エーテル基に隣接するメチレンプロトン（例えば、
4.667、5.150、5.313、5.326ppm）のピーク強度の合計（30％圧縮応力の測定）スポンジローラを長さ約30mmの輪切り状に切断し、長
さ方向に30mm/minで30％圧縮したときの荷重を、突起部
分を除く断面積で割った値を、30％圧縮応力として求め
た。

（実施例１）平均重合度が1500で完全ケトン化のポリビニルアルコー
ル樹脂9kgを水に投入し、全量を70リットルとした。次
にこの液を100℃付近まで加温し、十分に攪拌してポリ
ビニルアルコールを完全に溶解させた後、水を加えて全
量を85リットルとした。この液に気孔形成剤であるポテ
トスターチ5kgを水に分散せしめ、全量を15リットルと
した澱粉分散液を添加して攪拌混合した。ついで、50％
硫酸９リットルと37％ホルムアルデヒド水溶液20リット
ルとを添加し、素早く均一に攪拌してスポンジ反応液を
得た。

得られたスポンジ反応液を図４に示した構成からなる
反応型枠に流し込み、60℃で18時間反応させた後、反応
生成物を取り出し水洗いして気孔形成剤を除去してPVAt
系多孔質体からなる洗浄用スポンジローラを得た。

図４に示した構成からなる反応型枠の内、13の第二の
モールド成形型の内側の面を真円柱状に整えたことによ
り、本洗浄用スポンジローラの突起表層部の平滑度は25
μｍであった。

また、表層部には長径40〜150μｍ程度の比較的大き
な開口部（表面開口率８％）と、長径４〜15μｍ程度の
比較的小さな開口部（表面開口率10％）が一様に多数見
られた。

本洗浄用スポンジローラの気孔率は90％、平均気孔径
は130μｍ、アセタール化度は67モル％であった。な
お、本PVAt系多孔質体の乾燥重量に対し100％の水分を
含んだ状態での30％圧縮応力は60gf/cm2であった。

直径が突起部分を含めて60mm、長さ150mmのものを用
いて、ハードディスクに用いる3.5インチ径のアルミ円
板を遊離砥粒で最終研磨し、流水をもって粗洗浄したも
のを検体として用い、本洗浄用スポンジローラの洗浄評
価試験を行った。この時、洗浄液は粒子コントローラを
行った純水を用い、洗浄用スポンジローラの前後でシャ
ワー状に被洗浄体にかかる構造とした。実験条件は次の
通りで、５回の試験の平均値をとった。

アルミ円板の送り速度＝5m/min 洗浄用スボンジローラの回転速度＝100RPM及び200RPM 接圧＝10gf/cm2 あらかじめ試験時問を決めておき、試験後の残存パー
ティクル数をマイクロスコープにて測定した。

結果を表１、表２に示す。残存する0.5μｍ以上及び
0.1μｍ以上のパーティクル数は極めて少なく、本スポ
ンジローラによる洗浄効果が非常に優れていることが分
かる。

（比較例１）従来の分離しないモールド成形型を用いた以外は実施
例１と同様にして洗浄用スポンジローラを作成した。評
価結果を表１、表２に示す。

実施例１と比較例１を比較した場合、突起頂部の表層
部が粗くなると残存するパーティクル数が多くなり、ア
ルミ円板上の清浄度が悪くなる。比較例１においては、
残存するパーティクル数が多く、近年の高清浄度を要求
される洗浄用途へは適用できない値となっている。これ
は、平滑度が大きいと洗浄用スポンジローラの洗浄面を
被洗浄面に接触させた時に、パーティクルに接触し払う
面積が小さくなるためである。

また、洗浄用スポンジローラの回転数を100RPMから20
0RPMに変化させた場合にはいずれの平滑度においても残
存するパーティクル数が減少した。

産業上の利用可能性本発明に係る洗浄用スポンジローラによれば、ハード
ディスク、シリコンウェハ等の洗浄分野において使用さ
れる洗浄用スポンジローラに関し、側部表面に多数配設
した突起の頂部に平滑度の高い表層部を形成させたこと
により、短時間で且つ極めて高い洗浄効果を持つ洗浄用
スポンジローラが得られるのである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮地宏千葉県松戸市常盤平５丁目24番２号 (56)参考文献特開平８−117717（ＪＰ，Ａ) 特開平４−216834（ＪＰ，Ａ) 特開平３−257456（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−6974（ＪＰ，Ａ) 特開平８−141531（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−186085（ＪＰ，Ｕ) 実公平５−28759（ＪＰ，Ｙ２) 実公昭64−6953（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B08B 1/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性を有するポリビニルアセタール系多孔
質体スポンジより構成され、側部表面に多数の突起が配
設され、該突起の頂部を被洗浄体の洗浄面に回転接触さ
せて被洗浄体を洗浄する洗浄用スポンジローラであっ
て、前記突起の頂部が平滑度の高い表層部で形成され、
突起の頂部の表面粗さが50μｍ以下であり、突起の頂部
において長径40μｍ以上の開口部による表面開口率が１
〜20％である洗浄用スポンジローラ。
【請求項２】突起の頂部に長径１〜40μｍの微細な開口
部が一様にあり、それによる表面開口率が１〜20％であ
る請求の範囲第１項に記載の洗浄用スポンジローラ。