JP2580745B2

JP2580745B2 - サンドブラスト装置

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Publication number: JP2580745B2
Application number: JP63284325A
Authority: JP
Inventors: 彰生三島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPH02131872A

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
れてきたが、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。なお、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７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にその上部にある金網11aを通して入れ
られて貯溜された研磨粉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の底部である研磨粉堆積
部15a内に通じ、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が通じる研磨粉堆積部15aの下面には、
サーメット（金属粉を焼結して形成しに無数の微孔を有
するプレート）により成るフィルター18が、研磨粉堆積
部15a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が堆積されるように成されている。

また、研磨粉堆積部15a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の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ている混合室２における
第２の流路17と合流部22との延長上に形成された混合物
の流路50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向される。

またブラスト室３内の下部には研磨粉受け部28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。

更に混合室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。なお、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及び吸引ファン
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ー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
研磨粉堆積部15a内に流入される。この際、圧縮空気が
研磨粉堆積部15a内に堆積されている研磨粉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側が第２の流路側17より負圧
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堆積部
15a内に落下堆積される。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。また、この除去された研磨粉は研磨粉溜り部35
に蓄積される。

〔発明が解決しようとする課題〕

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）以上の細かい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、また前記エアーバイブレーター効果による撹拌も持
続せず、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、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。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明のサンドブラスト
装置は、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、上記混合室の底部において、空気を低速で上方に吹き
付け得る無数の微孔を有する環状のフィルターと、この
フィルターの内側に１個以上の高速空気吹出口と、上記
高速空気吹出口の内側に研磨粉取出口とを順次同軸配置
して、上記高速空気吹出口は、上記研磨粉取出口の上部
に設けられた集粉器に対して高速で空気を吹付けるよう
に設けている。

〔実施例〕

以下、本発明を適用したサンドブラスト装置の一実施
例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明によるサンドブラスト装置の一実施
例を示すものである。

最初に、本実施例のサンドブラスト装置の全体の構成
を説明するが、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。即ち、ブラス
ト室３は研磨粉供給部11の上部近傍位置に配置されて、
研磨粉供給部11との間で垂直な還元パイプ45によって短
絡されている。研磨粉供給部11には蓋57が設けられてお
り、その蓋57の一端には研磨粉の入口57bが設けられて
おり、この入口57bに上記還元パイプ45が接続されてい
る。また、蓋57の他端には空気の出口57cが設けられて
いる。この入口57bと出口57cとの間は、研磨粉供給部の
内壁11bと上記蓋57の下部に設けられたリング状の仕切
り板57aとで形成される迂回路によって連絡されてい
る。

この空気の出口57cから排出パイプ60が導出され、そ
の先端は排風機４に接続されている。

なお、この排出パイプ60の上記出口57c近傍には電磁
弁59が設けられている。

また、研磨粉供給部11内の供給弁13は、その上部と蓋
57との間に設けられたコイルばね58による上方への引張
り作用によって研磨粉の供給口14の周囲に密着されて閉
じられている。

また、混合室２内の空気を排気するための排気パイプ
30の中途部には既述した電磁弁31の下流側に排気量調整
弁61が設けられている。

なお、上記電磁弁59と上記電磁弁31とは所定の電気回
路に接続されて一定の周期で互いに開閉状態が逆になる
ように制御される。

また、混合室２内の上部にはシリカゲル等の吸湿手段
62及びヒーター等による乾燥手段63が設けられている。

以上のように構成される本実施例のサンドブラスト装
置は次の如く動作される。即ち、ブラスト室３において
被研磨物Ａに向けてノズル27から噴射された後の研磨粉
12及び空気は排風機４の吸引力によって吸引されて、研
磨粉供給部11の入口57bに達する。そして入口57bから出
口57cに向けて旋回流が上記迂回回路に沿って生じてい
るので、研磨粉12は遠心力によって研磨粉供給部の内壁
11bに衝突して落下して研磨粉供給部11に堆積する。こ
のようにして研磨粉12が回収されて再使用に供される。

一方、電磁弁59及び電磁弁31が交互に開閉制御され、
電磁弁31が開放され、かつ電磁弁59が閉塞されると、研
磨粉タンク15内は研磨粉供給部11より圧力が降下するた
め、研磨粉12の供給弁13はコイルばね58に抗して押し下
げられて、供給口14から研磨粉12が落下する。そして、
逆に上記電磁弁31が閉塞され、かつ電磁弁59が開放され
ると、供給弁13はコイルばね58によって元に戻り、研磨
粉12の落下は停止する。以上の協働動作が繰り返され
て、研磨粉供給部11から研磨粉タンク15内へ研磨粉12が
自動的に順次供給される。

また、研磨粉タンク15内に上記電磁弁31の開閉操作に
よって圧力差が生じると、研磨粉堆積部15aにおいて研
磨粉12を一層撹乱させることができるが、更に上記排気
量調整弁61によって研磨粉タンク15内からの排気量をあ
る一定量まで減らすと上記圧力差も小さくなって、上記
電磁弁31、59の周期的な開閉操作によらず、ノズル27に
おいて研磨粉12はほぼ一定に噴射されるようになる。こ
の研磨粉噴射量と時間との関係を示したのが第２図であ
って、上述の場合はＣのようにほぼ一定の噴射量とな
る。なお、電磁弁31も排気量調整弁61も設けられていな
い従来の装置の場合はＡのように、また電磁弁31のみが
設けられた場合にはＢのように変化する。

また、研磨粉タンク15内に吸湿手段62及び乾燥手段63
を設けることによって、研磨粉12が吸湿して固まること
を防止できる。特に、上述したように研磨粉12を再使用
すると、研磨粉12は吸湿することが多いので効果的であ
る。

以上の如く構成された本実施例のサンドブラスト装置
は、使用した研磨粉12を回収して再使用することのでき
る循環システムとなっている。

次に、混合室２内の研磨粉堆積部15a内に設けられた
振動手段36について説明する。即ち、第１図に示すよう
に混合室２内の研磨粉堆積部15a内の底部でフィルター1
8の外周に設けられた円錐状の傾斜部15b上に複数の振動
手段36が傾斜されて配置されている。また、第３図に示
すように上記複数の振動手段36は、例えば矩形状をした
複数のバイモルフ型圧電素子36aによって構成され、こ
れらは研磨粉取出ノズル19に関して対称となる位置に配
置される。そして、上記バイモルフ型圧電素子36aの自
由端36nはフィルタ18の上部に位置するように配置され
る。

また、第４図に示すようにバイモルフ型圧電素子36a
は、例えば上下１対の圧電素子38a、38bと３組の電極39
a、39b、39cとが互いに積層されることによって形成さ
れているものであって、その一端が固定端36mとして支
点37上に固定されている。そして、支点37側の一端が固
定端36m、他端が自由端36nであるように構成された上記
バイモルフ型圧電素子36aの電極Ｘ、Ｙに、例えば所定
の交流電圧を印加することによりその自由端36nを上下
方向に振動させる。

また、互いに隣り合うバイモルフ型圧電素子36aの電
極Ｘ、Ｙを結線する際に、互いの振動の位相が逆になる
ように結線するのが望ましい。

また、上記交流電圧の周波数は、例えば200〜400Hzの
ような高周波であってよく、また、上記バイモルフ型圧
電素子36aの共振周波数とほぼ等しくするのが望まし
い。

以上のように、複数の振動手段36を混合室２内の研磨
粉堆積部15a内に設けることによって、研磨粉12を機械
的に分散させながら、その分散された研磨粉12をフィル
ター18からの圧縮空気によって撹拌させることができる
ので、上述のエアバイブレーター効果を効果的に持続さ
せることができる。

また、隣り合う振動手段36の振動の位相を逆にしてや
ると更に効果的である。

また、バイモルフ型圧電素子36aに用いる圧電素子38
a、38bとしては、圧電現象を示す既知の材料、例えばチ
タン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、
水晶などを使用できる。また、これらの圧電素子に１対
の電極を両面から重合せた構造の振動手段も用いること
ができる。

次に、第１図及び第３図に示されている複数の高速空
気吹出口47について説明する。沿ち、研磨粉取出口20の
周囲で集粉凹部24の真下に対応する位置に複数の高速空
気吹出口47が設けられている。そしてこれらの高速空気
吹出口47は混合室２の下部において圧縮空気の第１の流
路16に接続されている。

以上のように構成することによって、研磨粉取出口20
の近傍に設けられた高速空気吹出口47から高速で吹出さ
れる圧縮空気を、その研磨取出口20の真上に設けられた
集粉凹部24に衝突させて反射させることにより、研磨取
出口20の上部近傍に圧縮空気の高速乱気流を生じさせる
ことができる。従って、研磨粉12が研磨取出口20近傍で
強力に撹拌されるので、研磨粉12を研磨取出口20からス
ムーズに取出してブラスト室３内で連続的に噴射される
ことができて、安定した研磨粉の連続噴射を行なえる。

また、研磨粉12と圧縮空気との合流部22に、第１図に
示すような吸引ノズル49が設けられているが、これによ
って第２の流路17からの圧縮空気がより高速に流れるよ
うになるので、研磨取出口20から研磨粉流路21を通じて
研磨粉が一層効率よく取出されるようになる。

第5A図は混合室３と送出パイプ26との連結部分を示す
ものである。連結パイプ51aの内面にテーパー部53aが、
継手52aの内面にテーパー部54aがそれぞれ設けられて混
合物の流路50と送出パイプ26との間が連続的に連結され
ている。また、第5B図は送出パイプ26と噴射ノズル27と
の連結部分を示す。上述の場合と同様に連結パイプ51b
及び継手52bの内面にそれぞれテーパー部53b及び54bが
それぞれ設けられて送出パイプ26と噴射ノズル27との間
が連続的に連結されている。このようにすることによっ
て上述の連結部において空気だまりなどができなくなる
ようにし、研磨粉12が堆積して目づまりを起こさないよ
うにしている。

また、上記送出パイプ26は例えばウレタンチューブ、
ナイロンチューブ、ビニールチューブ等の可撓性チュー
ブによって構成されているが、この送出パイプ26は、実
際に配管される場合、コーナー部において急激に曲げる
ことは避けて緩やかに曲げるように配置される。更に、
上記送出パイプ26には第１図に示すように振動手段43が
設けられている。この振動手段43としては例えば第６図
に示すようにバイモルフ型圧電素子43aを利用したもの
でよく、バイモルフ型圧電素子43aが送出パイプ26上に
支点43bを介して固定されて共振状態で振動が与えられ
る。

以上のように構成することによって、送出パイプ26内
に研磨粉が堆積することによる目づまりを防止できる。

また、ブラスト室３内の研磨粉受け部28には複数の振
動手段44が設けられてあり、噴射ノズル27から被研磨物
Ａに噴射された研磨粉12が研磨粉受け部28に堆積せぬよ
うにし、研磨粉供給部11までスムーズに送られるように
してある。この振動手段44としては、例えばバイモルフ
型圧電素子などを利用したものでよい。

また、既述したように混合室２内に吸湿手段62及び乾
燥手段63が設けられているが、第１図に示すように研磨
粉タンク15内の内壁15bの上部に沿ってリング状に曲げ
られたＬ形板64が取付けられ、このＬ形板64の中に吸湿
手段62として、例えば直径数mmの球状のシリカゲルが多
数配置され、更にＬ形板64の外側に乾燥手段63として、
例えばヒーターが配置されている。

以上のようにすると、研磨粉タンク15内の湿気は上記
吸湿手段62によって吸湿されて除去されると共に、上記
乾燥手段63によって研磨粉タンク15内の水分は蒸発す
る。そして、この蒸気は排気パイプ30を通して排気され
る。このようにして研磨粉12が何回も再使用されている
内に、研磨粉12が吸湿して固まってしまうと言った問題
を解消できる。また、研磨粉12が細くなればなる程その
吸湿性は著しくなるので効果的である。

以上の如く構成した本実施例のサンドブラスト装置を
用いると、JISR6001において規定する微粉（５〜80μ
ｍ）はもちろんのこと５μｍ以下0.01μｍのオーダーの
超微粉の研磨粉12をも噴射ムラを起こすことなく連続し
て噴射することができた。また、この装置を用いること
によって金属、セラミックス、ガラス、プラスチックな
どの精密かつ加工することができた。例えば、半導体の
微細な表面加工を、従来の真空装置によるドライエッチ
ングよりす早く行うことができ、また加工を始めるまで
の準備期間を極めて短かくすることができた。

また、このようなサンドブラスト装置を用いた加工時
に、試料を加工するのに効果的な反応性ガス、光、熱、
電界、磁界などを加えながら、より高速で加工すること
もできる。

以上の如く本発明による実施例を説明したが、これに
よって本発明は限定されるものではなく他の変形も可能
である。

〔発明の効果〕

本発明は上述のとおり構成されているので、次に記載
する効果を奏する。

サンドブラスト装置の混合室内において、研磨粉取出
口の上部近傍に圧縮空気の高速乱気流を生じさせること
ができるので、研磨粉が研磨粉取出口の近傍で一層強力
に撹拌される。従って、研磨粉が研磨粉取出口付近で目
づまりを起こすことなく研磨粉を研磨粉取出口からスム
ーズに取出してブラスト室内に連続的に噴射されること
ができて、安定した研磨粉の連続噴射を行えるので、極
めて細かい研磨粉を用いても良好で安定な研磨加工を行
うことができる。また、極めて細かい研磨粉を用いるこ
とができるので微細な表面加工を様々な材料に対して行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本実施例のサンドブラスト装置に関す
るものであって、第１図は全体図、第２図は研磨粉噴射
量の時間変化を示す図、第３図は第１図のIII−III矢視
図、第４図は第３図のIV−IV矢視図、第5A図及び第5B図
は送出パイプと混合室及び噴射ノズルとの連結部の各々
の拡大断面図、第６図は送出パイプに設けられた振動手
段を示した図である。第７図は従来例のサンドブラスト装置の全体図である。なお図面に用いられている記号において、１……エアーコンプレッサー２……混合室３……ブラスト室４……排風機 20……研磨粉取出口 23……集粉器 47……高速空気吹出口である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、上記混合室の底部において、空気を低速で上方に吹き付
け得る無数の微孔を有する環状のフィルターと、このフ
ィルターの内側に１個以上の高速空気吹出口と、上記高
速空気吹出口の内側に研磨粉取出口とを順次同軸配置し
て、上記高速空気吹出口は、上記研磨粉取出口の上部に
設けられた集粉器に対して高速で空気を吹付けるように
設けたことを特徴とするサンドブラスト装置。