JP2001079379A - 研磨材微粒化用撹拌機の撹拌羽根及び混合羽根 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨材の粗い原料粒子から、半導体を研磨す
るための微粒の研磨材を撹拌機で作るとき、撹拌槽内で
回転させる撹拌羽根及び混合羽根を、摩耗しても研磨材
中に金属が混入しないものにする。 【解決手段】 撹拌羽根１の全体を無垢の硬質合成樹脂
で作り、円板部２の外周側に、羽根部３を両側に突出さ
せて設け、羽根部３の回転方向の端面にエッジ３ａ，３
ｂ，３ｃを形成し、研磨材の粗い原料粒子を前記端面と
エッジで叩いて微粒化する。研磨材との衝突や摩擦でエ
ッジが丸く摩耗したら研磨してシャープにする。混合羽
根２３も無垢の硬質合成樹脂で作って金属汚染を避け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨材の粗い原料
粒子を、金属成分を混入させない条件下で微粒の研磨材
にするために使用する撹拌機において、撹拌槽内で回転
させる撹拌羽根及び混合羽根に関するものである。前記
微粒の研磨材は、例えばシリコンウェファの如き半導体
のディスクを、すり合わせて平滑に研磨する際、又は他
の非金属材料を研磨する際に用いられるものであり、前
記撹拌羽根は、粗い原料粒子と水を混合して収容した撹
拌槽内で回転し、該原料粒子を破砕して微細な研磨用の
粒子にするために作用する。前記原料粒子は、例えば平
均直径が５０ミクロンのシリカＳｉＯ₂であり、撹拌後
に作られた微細な研磨材の粒子の平均直径は、０．２ミ
クロンである。

【０００２】

【従来の技術】 半導体を研磨する研磨材に金属成分が
混入していると、その金属成分が極めて微量であって
も、該研磨材で研磨された半導体は、金属成分で汚染さ
れて電気的特性が害されるおそれがある。このため、研
磨材の原料粒子を半導体研磨用として微粒化するとき本
出願人が使用していた従来の撹拌羽根は、金属製の芯体
に絶縁性のエポキシ樹脂の接着剤を塗り重ねて被覆層と
したものであり、例えば厚さ１．５ｍｍのステンレス材
の表面に厚さ２．０ｍｍのエポキシ樹脂の被覆層を設け
た構成を備え、エポキシ樹脂の面で破砕作用をさせてい
た。しかし、エポキシ樹脂の塗着面は、端面に丸みがで
きてエッジがシャープに形成されないため破砕作用が低
く、またエポキシ樹脂の耐摩耗性は比較的低いので、加
工される原料粒子のもつ研磨作用によって研磨されて摩
耗し易く、使用時間の累計が５０〜６０時間程度で金属
製の芯体が露出し始める。この露出の直前の状態が撹拌
羽根の寿命であるが、この撹拌羽根を不注意で使用し続
けると、金属製の芯体が研磨されて金属成分が研磨材に
混合するため、該研磨材は、金属成分で汚染されて半導
体加工用としては使用できなくなる。

【０００３】また、撹拌槽内で微粒化されている原料粒
子の粒度分布を均等にするために用いられる混合羽根
は、低速回転ですみ、殆ど摩耗しないため、適宜の金属
材料で作られていた。しかし、原料粒子を極微粒化する
ためには作業時間を長くする必要があり、混合羽根の摩
耗による金属汚染も無視できなくなった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、長時間使用
しても金属成分が研磨材中に混合するおそれがない、研
磨材微粒化用の撹拌羽根及び混合羽根を得ることを課題
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段の一つは、請求項１に記載したとおり、円板部の
中心に軸取付け部を設け、円板部の外周側に羽根部を設
け、表面を電気絶縁性の高い合成樹脂で形成した、研磨
材微粒化用撹拌機の撹拌羽根において、該撹拌羽根の全
体を電気絶縁性と耐摩耗性の高い無垢の硬質合成樹脂で
形成したことを特徴とする。

【０００６】また他の手段は、請求項２に記載したとお
り、研磨材の原料粒子と水の混合物中で、硬質合成樹脂
製の撹拌羽根を高速回転させると共に、混合羽根を低速
回転させる研磨材微粒化用撹拌機の混合羽根において、
該混合羽根の全体を電気絶縁性と耐摩耗性の高い硬質合
成樹脂で形成したことを特徴とする。

【０００７】請求項１の手段によれば、撹拌によって撹
拌羽根が摩耗しても金属が現れないため、研磨材が金属
で汚染されることがないと共に、耐摩耗性の硬質合成樹
脂は摩耗が少ないため撹拌羽根の寿命が長く保たれる。
摩耗によってエッジについた丸みは、研磨し直してシャ
ープにして加工性を向上させることができる。撹拌時に
硬質合成樹脂の摩耗物が僅かずつ発生して研磨材中に混
入するが、該摩耗物は、フィルタで除去することができ
研磨材及び半導体に悪影響を及ぼさない。

【０００８】請求項２の手段によれば、混合翼が摩耗し
ても金属汚染が防止され、撹拌翼による金属汚染も防止
されるから、高品質の研磨材が得られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は撹拌羽根の一例を示し、
（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。撹拌羽根１
は、無垢の硬質合成樹脂で作られ、円板部２と羽根部３
を有し、円板部２の中心部に位置決め穴４とビス穴５が
開けられている。羽根部３は、円板部の２外周側から両
側へ交互に対称的に屈曲した形状で設けられ、回転方向
を向く端面３ａで原料粒子をたたくようにに作られてい
る。前記耐摩耗性の硬質合成樹脂としては、後記する超
高分子量ポリエチレン、ナイロン、ポリアセタール、ポ
リプロピレンなどがある。

【００１０】図２〜４は、前記撹拌羽根１を備えた撹拌
機１０を示し、１１はその本体、１２は撹拌槽であり、
該撹拌槽１２は、昇降腕で１２ａによって下方から支持
されて上下動されるようになっている。本体１１の上部
のカバー１３内に、図３に示すビーム１４が本体１１と
一体に設けられ、これに撹拌及び動力伝達のための機構
が設置されている。ビーム１４には下向きの筒体１５が
一体に設けられ、その外面に固定太陽歯車１６が固定さ
れ、内部に筒軸１７が軸受けされている。この筒軸１７
の上部に傘歯車１８、下部に遊星枠１９が固定され、遊
星枠１９に１本の高速回転軸２０と２本の低速回転軸２
１が軸受けされている。

【００１１】またビーム１４の上部にこれと一体の固定
枠１４ａが設けられ、その上端と遊星枠１９の下端との
間に、筒軸１７の内部を通る中心軸２２が軸受けされ、
中心軸２２に固定した歯車２２ａと高速回転軸２０に固
定した歯車２０ａが噛合い、低速回転軸２１に固定した
遊星歯車２１ａが前記固定太陽歯車１６と噛合ってい
る。そして高速回転軸２０の下端に前記撹拌羽根１が固
定され、２本の低速回転軸２１のそれぞれの下端に混合
羽根２３が固定されている。中心軸２２は変速モータ２
４からベルト伝動機構２４ａを介して駆動され、遊星枠
１９は、変速モータ２５から傘歯車２５ａ，１８を介し
て駆動される。

【００１２】この撹拌機１０において、撹拌槽１２の内
面及び高速回転軸２０と前記ビス穴５を通るビスの頭部
は、電気絶縁性の高い硬質合成樹脂で被覆されており、
撹拌羽根１と混合羽根２３は、前記のとおり電気絶縁性
の高い無垢の硬質合成樹脂で作られ、撹拌羽根１の端面
３ａにシャープなエッジが形成されている。

【００１３】撹拌機１０において、モータ２４，２５が
回転すると、高速回転軸２０と撹拌羽根１は、遊星枠１
９の回転と同じ公転をしながら中心軸２２の回転に伴う
高速の自転を行い、低速回転軸２１と混合羽根２３は、
遊星枠１９の回転と同じ公転をしながら固定太陽歯車１
６と遊星歯車２１ａの噛み合いに伴う低速の自転を行な
う。

【００１４】したがって、撹拌槽１２に研磨材の原料粒
子と水の混合物を入れ、昇降腕１２ａによって撹拌槽１
２内に撹拌羽根１と混合羽根２３が完全に入る位置まで
該撹拌槽１２を上昇させ、モータ２４，２５を作動させ
ると、撹拌羽根１の高速回転によって原料粒子を破砕
し、混合羽根２３の低速の公転と自転によって粒子の全
体を混合して粒子分布を平均化するから、この作用を継
続させることによって全体として微粒化した研磨材のス
ラリーが得られる。

【００１５】前記撹拌羽根１の摩耗テストには、内径４
８０ｍｍの撹拌槽１２と外径２４０ｍｍの混合羽根２３
を備える撹拌機１０を用い、回転羽根１として、前記の
硬質合成樹脂を用いて直径１００ｍｍ，円板部２と羽根
部３の厚さ２．５ｍｍの撹拌羽根１を作り、撹拌機１０
の高速軸２０に取り付けて周速１０〜３０ｍ／ｓｅｃで
回転させた。撹拌羽根１の材料としては、「ニユーライ
ト」の商品名で作新工業株式会社から販売されている超
高分子量ポリエチレン、「ＭＣナイロン」の商品名で日
本ポリペンコ株式会社から販売されているナイロン、及
びポリアセタール、ポリプロピレンなどの硬質合成樹脂
が用いられた。

【００１６】研磨材の原料粒子としては、平均粒径が５
０ミクロンのシリカＳｉＯ₂が用いられ、ＳｉＯ₂を２０
ｋｇ，水を４７．６ｋｇ，ｐＨ調節用のＫＯＨを０．４
ｋｇを混合したスラリーを撹拌し、回転羽根１の累積回
転時間５０時間ないし１５０時間の摩耗テストをしたと
ころ、図５に示すデータが得られた。このデータによれ
ば、ニューライト製は、１３５時間後に角に少しの丸み
がつく程度の摩耗であり、ＭＣナイロン製は、１５０時
間後に角に少しの丸みがつく程度の摩耗である。ポリア
セタール製は、５０時間後に角に少しの丸みがつく摩耗
で、ニューライト製のものを１３５時間使用したときと
摩耗量がほぼ等しい。またポリプロピレン製は、５０時
間後に角から周面にかけて多めの摩耗が生じたが、従来
のエポキシ樹脂製の５０時間使用のものより摩耗量は少
ない。

【００１７】以上のテストから、撹拌羽根１の寿命は、
ニューライト製は５００時間、ＭＣナイロン製は５００
時間、ポリアセタール製は２００時間、ポリプロピレン
製は１００時間であるとみることができる。このテスト
において、ＭＣナイロン製がテスト中にかえって重量を
増加しているのは、吸水率が高いことによるもので、摩
耗量はニューライトよりやや多く、ニューライトの方が
耐摩耗性に優れており、耐酸性、耐アルカリ性もよく総
合順位は高い。

【００１８】なお、研磨材を微粒化する作業は、前記の
摩耗テストに用いた撹拌機１０を使用し、同一の回転羽
根１と混合羽根２３を用いて行なうことができる。研磨
材の原料粒子として平均粒径が５０ミクロンのシリカを
用い、２０ｋｇのＳｉＯ₂、４７．６ｋｇの水、０．４
ｋｇのｐＨ調節用のＫＯＨを数回に分割して供給しなが
ら、初期は混合羽根２３のみを回転し、以後は撹拌羽根
１と混合羽根２３を同時に回転する作業を約２時間行な
うことにより、平均粒径が０．２ミクロンの微粒の研磨
材が得られる。

【００１９】以上、研磨材を微粒化する撹拌機として、
撹拌羽根１と混合羽根２３を有する撹拌機について説明
したが、小径の撹拌槽１２内に撹拌羽根１のみを備え、
混合羽根２３を設けない撹拌機によっても微粒化するこ
とはできる。

【００２０】しかし、製品の品質上、撹拌槽の大小にか
かわらず混合羽根２３を設けることが望ましく、この場
は、混合羽根２３の材質に撹拌羽根１と同様に電気絶縁
性と耐摩耗性の高い無垢の合成樹脂が使用される。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなとおり、請求項
１の手段によれば、撹拌羽根に無垢の硬質合成樹脂を用
いているので、研磨材を撹拌することによって撹拌羽根
が研磨されて摩耗しても金属が表面に現れず、金属が全
く研磨されないため、研磨材が金属で汚染されることが
ない。また硬質合成樹脂は耐摩耗性が高いため撹拌羽根
の寿命が極めて長く保たれ、摩耗によって羽根部のエッ
ジに丸みがついたときは、エッジを研磨し直してシャー
プにして作業能率を維持させることができる効果があ
る。＃ また請求項２の手段によれば、撹拌羽根と共に
混合羽根も摩耗することなく、金属で汚染されていない
原料粒子の均等な微粒化に寄与できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撹拌羽根の正面図及び縦断面図

【図２】撹拌機の斜視図

【図３】同じく縦断面図

【図４】同じく縦断面図

【図５】テスト結果の一覧図

【符号の説明】

１ 撹拌羽根 ２ 円板
部 ３ 羽根部 ３ａ，３ｂ，３ｃ エッ
ジ １０ 撹拌機 ２０ 高
速回転軸 ２１ 低速回転軸 ２３ 混
合羽根

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板部の中心に軸取付け部を設け、円板
   部の外周側に羽根部を設け、表面を電気絶縁性の高い合
   成樹脂で形成した、研磨材微粒化用撹拌機の撹拌羽根に
   おいて、該撹拌羽根の全体を電気絶縁性と耐摩耗性の高
   い無垢の硬質合成樹脂で形成したことを特徴とする、研
   磨材微粒化用撹拌機の撹拌羽根。
2. 【請求項２】 研磨材の原料粒子と水の混合物中で、硬
   質合成樹脂製の撹拌羽根を高速回転させると共に、混合
   羽根を低速回転させる研磨材微粒化用撹拌機の混合羽根
   において、該混合羽根の全体を電気絶縁性と耐摩耗性の
   高い硬質合成樹脂で形成したことを特徴とする、研磨材
   微粒化用撹拌機の混合羽根。