JP2550593B2 - サンドブラスト装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば半導体の表面研磨加工に用いて好適
なサンドブラスト装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は例えば半導体の表面研磨加工に用いるサンド
ブラスト装置において、混合室に圧縮空気を断続的に送
り込み研磨粉を分散するようにすることにより、研磨粉
が混合室内で目づまりを起こすことなく研磨粉を安定し
た状態で連続的に噴射できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

例えば半導体ウエハの表面パターン加工においては、
一般にIBE（イオンビームエッチング）法が広く用いら
れていたが、このIBE法は加工時間を多く要する等の問
題点があるため、最近ではこれに代わる加工法として、
微粉を圧縮空気に混合して噴射するサンドブラスト加工
法が用いられている。

このサンドブラスト加工に用いるサンドブラスト装置
の従来例を第７図を参照して説明する。

このサンドブラスト装置は大別して圧縮空気を供給す
るエアーコンプレッサー（１）と、このエアーコンプレ
ッサー（１）より送り出された圧縮空気に研磨粉を混合
する混合室（２）と、圧縮空気と共に研磨粉を被研磨物
に噴射するブラスト室（３）、及びこのブラスト室
（３）より研磨粉を回収吸引する排風機（４）とにより
構成されている。

エアーコンプレッサー（１）からは、空気供給パイプ
（５）が導出され、さらにこの空気供給パイプ（５）は
第１の供給パイプ（６）と第２の供給パイプ（７）に分
岐されて混合室（２）に接続されている。尚、（８）は
混合室（２）に供給する圧縮空気の圧力を調整する調整
弁、（９）は混合室（２）への圧縮空気の供給を制御す
る電磁弁、（10）は第２の供給パイプ（６）の圧縮空気
の流量を調整する調整弁である。

混合室（２）は、その上部に研磨粉供給部（11）を有
し、この研磨粉供給部（11）に貯溜された研磨粉（12）
は、供給弁（13）の開閉操作によって供給口（14）を介
して適量が混合室（２）内の研磨粉タンク（15）に落下
供給される如くなされている。

また、混合室（２）の下部には、エアーコンプレッサ
ー（１）からの第１の供給パイプ（６）が接続される第
１の流路（16）と、第２の供給パイプ（７）が接続され
る第２の流路（17）を有し、第１の流路（16）は研磨粉
タンク（15）の底部に通じ、一方第２の流路（17）は混
合室（２）をストレート状に貫通するように夫々形成さ
れている。

第１の流路（16）が通じる研磨粉タンク（15）の底部
には、サーメット（金属粉を焼結して形成した無数の微
孔を有するプレート）により成るフィルター（18）が、
研磨粉タンク（15）内と第１の流路（16）とを仕切るよ
うに配されており、このフィルター（18）上に研磨粉供
給部（11）より落下供給された研磨粉（12）が蓄積され
るように成されている。

また、研磨粉タンク（15）の底部には、フィルター
（18）の中央部を貫くように研磨粉取出ノズル（19）が
突出され、この研磨粉取出ノズル（19）の頂面部に開放
された研磨粉取出口（20）は、研磨粉流路（21）を介し
て合流部（22）において第２の流路（17）に直交するよ
うに通じている。

また、研磨粉タンク（15）内においては、研磨粉取出
口（20）の上方に対応して集粉器（23）が設けられてお
り、この集粉器（23）の底部には、研磨粉取出口（20）
と対向するように台形状に窪んだ集粉凹部（24）が形成
されている。

また、（25）はこの集粉器（23）の上面開口部に取付
けられたフィルターである。

そして以上のように構成される混合室（２）における
第２の流路（17）の送出口側には、送出パイプ（26）が
接続され、この送出パイプ（26）はブラスト室（３）内
に導かれてその先端部にはノズル（27）が取付けられて
おり、このノズル（27）に被研磨物Ａ例えば半導体ウエ
ハが対応される。

またブラスト室（３）内の下部には研磨粉受け部（2
8）が設けられ、この研磨粉受け部（28）の底部からは
還元パイプ（29）が導出されており、この還元パイプ
（29）の先端部は混合室（２）に接続され、研磨粉タン
ク（15）内に通じている。

さらに混合室（２）内では、集粉器（23）の内空部か
ら排気パイプ（30）が導出され、この排気パイプ（30）
の先端部は排風機（４）に接続されている。尚、（31）
は排気パイプ（30）の空気の流れを制御する電磁弁であ
る。

排風機（４）は、その内部にフィルター（32）及び吸
引フアン（33）を有し、この吸引ファン（33）によって
フィルター（32）を介して排気パイプ（30）より空気を
吸引し、排気口（34）より排出する。また、（35）はフ
ィルター（32）の下部に設けられる研磨粉溜り部であ
る。

以上の如く構成されるサンドブラスト装置は、次の如
く動作される。即ち、エアーコンプレッサ（１）から送
り出された圧縮空気は、第１の供給パイプ（６）と第２
の供給パイプ（７）に分流され、第１の供給パイプ
（６）側に分流された圧縮空気は、第１の流路（16）を
通りフィルター（18）を介して研磨粉タンク（15）内に
流入される。この際、圧縮空気が研磨粉（12）の中を通
ることにより、いわゆるエアーバイブレーター効果によ
って研磨粉（12）が撹拌され、その一部が集粉器（23）
によって取出口（20）付近に集められる。

一方、第２の供給パイプ（７）側に分流された圧縮空
気は、第２の流路（17）をストレートに通過し、このと
き合流部（22）において研磨粉流路（21）側が負圧とな
ることにより研磨粉取出口（20）より研磨粉（12）が吸
込まれ、合流部（22）で圧縮空気と混合される。そして
この圧縮空気と研磨粉の混合物が送出パイプ（26）を通
ってブラスト室（３）内においてノズル（27）より噴射
され、これによって被研磨物Ａ例えば半導体ウエハの研
磨加工が行なわれる。

またこの被研磨物Ａに噴射された後の空気と研磨粉
（12）の混合物は、排風機（４）の作動によって吸引さ
れてブラスト室（３）から還元パイプ（29）を通って研
磨粉タンク（15）内に入り、ここで研磨粉（12）だけが
自重によって研磨粉タンク（15）の底部に落下蓄積され
る。そして空気のみが研磨粉タンク（15）内から排出パ
イプ（30）を通って排風機（４）に吸引され、この吸引
された空気内に残存している研磨粉をフィルター（32）
によって除去した後に浄化空気が排気口（34）から排出
される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなサンドブラスト装置は、近年さらに微細な
半導体の表面パターンの研磨加工に対応するために、研
磨粉としてより粒径の小さな微粉、例えば＃1000（粒径
16μｍ）以上の微粉が使用されるようになってきてい
る。

しかしながら、このような細かい微粉は粉末同士の吸
着性が大きいため凝集し易く、このため凝集した研磨粉
が混合室内の研磨粉取出口でいわゆる目づまりを起こ
し、最初に大量の研磨粉が噴射されると、その後は圧縮
空気だけしか噴射されないという極端な噴射ムラを生じ
る問題点を有している。

本発明は斯る点に鑑みてなされたもので、微粉の研磨
粉を使用した場合でも良好に研磨粉の噴射が行なわれる
サンドブラスト装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のサンドブラスト装置は、例えば第１図に示す
如く、研磨粉（12）と圧縮空気とを混合室（２）内の研
磨粉タンク（15）で混合し、この混合物をブラスト室
（３）で被研磨物Ａに噴射するようにしたサンドブラス
ト装置において、混合室（２）の研磨粉タンク（15）に
圧縮空気を断続的に送り込むように構成したものであ
る。

〔作用〕

このように混合室（２）に圧縮空気を断続的に送り込
むことにより、一層強力なエアーバイブレーター効果が
得られ、このため混合室（２）内の研磨粉（12）はさら
に大きく撹拌されて充分に分散されるので、研磨粉（1
2）が混合室（２）内で目づまりを起こすおそれはな
く、安定した研磨粉（12）の連続噴射が行なわれる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明のサンドブラスト装
置の実施例を説明するに、上述した第７図の従来例と対
応する部分には同一符号を付しその説明は省略する。

第１図は例えば半導体ウエハの表面パターン加工に用
いる本発明のサンドブラスト装置の一実施例を示すもの
で、本例のサンドブラスト装置においては、エアーコン
プレッサー（１）より圧縮空気を混合室（２）の研磨粉
タンク（15）内に送り込む第１の供給パイプ（６）の中
途部に、電磁弁（40）を設けてある。

この電磁弁（40）は、所定の制御回路に接続されてお
り、この制御回路からのスイッチング信号によって周期
的に電磁弁（40）が開閉され、研磨粉タンク（15）内に
圧縮空気が継続的に送り込まれるように成されている。

また、本例ではこの第１の供給パイプ（６）の電磁弁
（40）の開閉動作に連動して排気パイプ（30）の電磁弁
（31）が動作されるようにしてある。即ち、第１の供給
パイプ（６）の電磁弁（40）が開放され、研磨粉タンク
（15）内に圧縮空気が送り込まれるときには、排気パイ
プ（30）の電磁弁（31）が閉塞され、また第１の供給パ
イプ（６）の電磁弁（40）が閉塞されたときには、排気
パイプ（30）の電磁弁（31）が開放されて研磨粉タンク
（15）内の空気が排風機（４）側に排出される如く制御
される。

尚、その他の各部分は、第７図の従来例と同様に構成
されている。

以上のように構成される本例のサンドブラスト装置
は、第１の供給パイプ（６）の電磁弁（40）の開閉動作
によって混合室（２）の研磨粉タンク（15）内に断続的
に圧縮空気が送り込まれることにより、即ち研磨粉タン
ク（15）への圧縮空気の供給が急激に変化されることに
より、一層強力なエアーバイブレーター効果が得られ、
このため研磨粉タンク（15）内の研磨粉（12）が大きく
撹拌され、充分に分散される。

従って、研磨粉（12）に＃1000（粒径16μｍ）以上の
細かい微粉を用いた場合でも、研磨粉（12）が混合室
（２）内の研磨粉取出口（20）で目づまりを起こすおそ
れはなく、このため研磨粉（12）を安定した状態で連続
的に噴射することができ、被研磨物Ａ、例えば半導体ウ
エハは良好に研磨される。

また、本例では第１の供給パイプ（６）の電磁弁（4
0）が開放されたときには排気パイプ（30）の電磁弁（3
1）が閉塞し、第１の供給パイプ（６）の電磁弁（40）
が閉塞されたときには排気パイプ（30）の電磁弁（31）
が開放されるように動作することにより、供給パイプ
（６）内の圧力と研摩擦タンク（15）内の空気を排気し
た時の圧力との差が、常にある値以上の状態に保たれる
ので何らの抵抗もなく円滑に第１の供給パイプ（６）よ
り研磨粉タンク（15）内へ圧縮空気が送り込まれると共
に、研磨粉タンク（15）内に圧縮空気が送り込まれない
状態で排風機（４）によってブラスト室（３）から還元
空気を吸引するように動作されるので、ブラスト室
（３）より確実に研磨粉（12）を研磨粉タンク（15）内
に回収することができる。

また、第２図は本発明のサンドブラスト装置の他の実
施例を示すもので、この実施例は、混合室（２）の研磨
粉タンク（15）内への圧縮空気の供給口を追加して二箇
所に設けたものである。

即ち本例では、上述した第１図の構成に加えて、第１
の供給パイプ（６）の中途部からは分岐パイプ（41）が
分岐し、この分岐パイプ（41）は研磨粉タンク（15）の
側壁を貫通して集粉器（23）の内空部に導かれ、その先
端部は集粉器（23）の下面即ち集粉凹部（24）の中央部
に、研磨粉取出口（20）と対向するように開放されてい
る。そしてこの分岐パイプ（41）の中途部には、混合室
（２）の外側において電磁弁（42）が設けられている。
この電磁弁（42）は、第１の供給パイプ（６）の電磁弁
（40）と同様に、制御回路からのスイッチング信号によ
って周期的に開閉動作し、これによって研磨粉タンク
（15）内に圧縮空気が断続的に送り込まれる如くなされ
る。

尚、この分岐パイプ（41）の電磁弁（42）と、第１の
供給パイプ（６）の電磁弁（40）の開閉動作は、交互に
行なわれるようにしてもよいし、或いは両方同時に行な
われるようにしてもよい。

以上の如く構成される本例のサンドブラスト装置は、
研磨粉タンク（15）内への圧縮空気の供給口を二箇所に
設け、夫々圧縮空気を断続的に送り込むように動作され
るので、研磨粉タンク（15）内の研磨粉（12）がさらに
大きく撹拌され、充分に分散される。しかも分岐パイプ
（41）からの圧縮空気は集粉器（23）の中央部から研磨
粉取出口（20）に向って送り込まれる如くなされるの
で、研磨粉取出口（20）付近の研磨粉（12）が充分に分
散され、このため研磨粉（12）を一層良好に研磨粉取出
口（20）より取出すことができる。

また、第３図は混合室（２）における空気排出部の他
の実施例を示す。

即ち、この実施例では、混合室（２）の上部に、研磨
粉タンク（15）内の空気を一部抜き取るための抜取パイ
プ（43）を設けてある。この抜取パイプ（43）には、空
気の流量を調整する調整弁（44）が設けられ、またこの
抜取パイプ（43）の先端部には研磨粉（12）の流出を防
止するためのフィルター（45）が取付けられている。

このように抜取パイプ（43）を設けたことにより、研
磨粉タンク（15）内の空気が常時抜き取られるので、研
磨粉タンク（15）内の圧力が下がり、このため研磨粉タ
ンク（15）内に送り込まれる圧縮空気の量が多くなり、
従って研磨粉の分散は一層促進されることになる。

また、調整弁（44）を操作して抜取パイプ（43）によ
って抜取られる空気の量を調整し、研磨粉タンク（15）
内の圧力が一定値以下にならないようにすることによ
り、研磨粉取出口（20）より圧縮空気が逆流することを
防止できる。

さらに第４図は混合室における研磨粉供給部の他の実
施例を示す。

本例は、混合室（２）の研磨粉タンク（15）内の上部
に、供給弁（13）の直下に位置して、研磨粉分散用の金
網（46）を配したものである。

この金網（46）は例えば＃200〜＃1000程度の細かい
鋼目を有し、その端末部を研磨粉タンク（15）の内壁に
固定支持してある。この金網（46）の支持部の上下部分
は蛇腹状の可撓部（47a）（47b）と成され、またこの金
網（46）の支持部の外側面にはバイブレーター（48）が
固定されており、このバイブレーター（48）の作動によ
って金網（46）が横方向或いは縦方向に振動される如く
成されている。

そして、供給弁（13）の開放操作によって研磨粉供給
部（11）から落下された研磨粉（12）は、一旦金網（4
6）上に溜まる状態となり、この状態で金網（46）がバ
イブレーター（48）によって振動されることにより、研
磨粉（12）は分散された状態で落下し、研磨粉タンク
（15）の底部に蓄積される。

このように本例では研磨粉（12）が金網（46）の振動
によっていわば篩にかけられる状態と成されることによ
り、研磨粉（12）は予め分散された状態で研磨粉タンク
（15）に供給されることになり、このため研磨粉（12）
が混合室（２）内で目づまりを起こすおそれはなく、安
定した研磨粉（12）の連続噴射が行える。

また、第５図は混合室（２）における研磨粉取出部の
他の実施例を示す。

本例では、研磨粉取出ノズル（19）の研磨粉取出口
（20）を小さく窄めて小径に形成すると共に、合流部
（22）において吸込式ノズル（49）を設け、第２の供給
パイプ（７）より送り込まれた圧縮空気を、この吸込式
ノズル（49）からさらに高圧で噴出させるようにしてあ
る。

このように構成することにより、合流部（22）は吸込
式ノズル（49）の周囲が大きな負圧となり、このため研
磨粉取出口（20）より研磨粉タンク（15）内の研磨粉
（12）を強力に吸引する状態となる。この際、研磨粉
（12）が凝集されていても、研磨粉取出口（20）が小径
に形成されていることにより、研磨粉（12）は強制的に
分散された状態で研磨粉タンク（15）より取出され、こ
のため一定量の研磨粉（12）を安定して連続噴射するこ
とができる。

また、第６図は混合室（２）における研磨粉取出部の
さらに他の実施例を示す。

即ち本例においては、研磨粉取出ノズル（19）の研磨
粉取出口（20）を、横方向に開放して複数個設けてあ
る。

このように研磨粉取出口（20）が横方向に設けられて
いることにより、研磨粉タンク（15）内の研磨粉（12）
が凝集したまま外に取出されることを防止することがで
きる。即ち、従来は研磨粉取出口（20）は上方向に開放
されていたため、集粉器（23）付近に集められたばかり
の充分に分散されていない研磨粉を吸引してしまうこと
があったが、本例ではこのようなおそれはなく、充分に
分散された研磨粉（12）が取出されるので、一定量の研
磨粉（12）を安定した状態で連続して噴射することがで
きる。

以上、本発明のサンドブラスト装置の実施例及び各部
の他の実施例を示したが、これ以外にも種々の構成を採
ることができ、以上の各実施例が本発明を特定するもの
ではない。

また、本発明のサンドブラスト装置は半導体の表面研
磨加工に限ることなく、その他各種の研磨加工に用いる
ことができることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明のサンドブラスト装置は、混合室に
圧縮空気を断続的に送り込むようにしたことにより、一
層強力なエアーバイブレーター効果が得られ、このため
混合室内の研磨粉が充分に撹拌されて分散されるので、
研磨粉は混合室内で目づまりを起すおそれがなく、この
ため研磨粉を安定した状態で連続的に噴射することがで
き、良好な研磨加工が行なえる効果を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のサンドブラスト装置の一実施例を示す
構成図、第２図は同、他の実施例を示す混合室の構成
図、第３図は混合室における空気排出部の他の実施例を
示す構成図、第４図は同、研磨粉供給部の他の実施例を
示す構成図、第５図は同、研磨粉取出部の他の実施例を
示す構成図、第６図は同、研磨粉取出部のさらに他の実
施例を示す構成図、第７図は従来のサンドブラスト装置
を示す構成図である。 図中、（２）は混合室、（３）はブラスト室、（12）は
研磨粉、Ａは被研磨物である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研磨粉と空気とを混合室で混合し、該混合
   物をブラスト室で被研磨物に噴射するようにしたサンド
   ブラスト装置において、 上記混合室に圧縮空気を断続的に送り込み上記研磨粉を
   分散するようにしたことを特徴とするサンドブラスト装
   置。