JPH02131872A - サンドブラスト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔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プ
ラスト装置において、混合室の研磨扮取出口の上部に集
粉器を設け、上記集粉器に対して高速で空気を吹付ける
ように１個以上の高速空気吹出口を設けることによって
、研磨粉を強力に攪乱して研磨粉取出口に効率よく導く
ようにし、研磨粉が研磨粉取出口部分で目づまりを起こ
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ＩＢＢ　（イオンビームエソチング）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プラスト装置の
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、このエアーコンブレッサー
ｌ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プラ
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１ｌを有し、この
研磨粉供給部１ｌ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
慶粉タンク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の供給バイプ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を存
し、第１の流路ｌ６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
堆積部１５ａ内と第１の流路ｌ６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ｌ７に直交するように通じている。

また、研磨粉タンクｌ５内においては、研磨粉取出口２
０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２
７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２
９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の内空部から排気バイ
プ３０が導出され、この排気パイブ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３
２を介して排気パイプ３０より空気を吸引し、排気口３
４より排出する。また、３５はフィルター３２の下部に
設けられる研麿粉溜り部である。

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、エアーコンブレソサーｌ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１
２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が攪拌され、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ｌ７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ｌ２
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
ってプラスト室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ｌ
２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、近年さらに徽細な半
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徽粉、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、このような細かい徽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、
また前記エアーパイプレーター効果による攪拌も持続せ
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たサンドブラス
ト装置において、上記混合室の研磨粉取出口の上部に集
粉器を設け、上記集粉器に対して高速で空気を吹付ける
ように１個以上の高速空気吹出口を上記研磨粉取出口の
近傍に設けた設けた構成としている。

〔作用〕

研磨粉取出口の近傍に設けられた空気吹出口から高速で
吹出される圧縮空気を、その研磨粉取出口の上部に設け
られた集粉器に衝突させて反射させることにより、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。

〔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１５７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、この人口５７ｂに上記還元バイブ４
５が接続されている。また、１５７の他端には空気の出
口５７ｃが設けられている。この人口５７ｂと出口５７
ｃとの間は、研磨粉供給部の内壁１ｌｂ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
れる迂回路番ご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、この排出ハイプ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ｌｌ内の供給弁ｌ３は、その上部と
蓋５７との間に設けられたコイルぼね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千段６
２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、プラスト室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５
７ｂから出口５７ｃに向けて旋回流が上記迂回路に沿っ
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１ｌｂに衝突して落下して研磨粉供給部１
１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１ｌ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５
８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５
９が開放されると、供給弁ｌ３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ｌ１から研磨粉タン
ク１５内へ研磨粉ｌ２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内にお
いて研麿粉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６ｌ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、研磨扮タンク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内の研磨扮堆積部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１８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ｌ９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３９ａ，３９ｂ１３９ｃ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例の一端が固定端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３６
ａ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２００〜４００
Ｈｚ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攪拌させること
ができるので、上述のエアパイプ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３
８ａ、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。即ち、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ｌ６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が研慶取出
口２０近傍で強力に攪拌されるので、研磨粉１２を研磨
取出口２０からスムーズに取出してプラスト室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ｌ７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２
ｌ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。連結バイプ５１ａの内面にテーパ一部５
３ａが、継手５２ａの内面にテーパ一部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５ｌｂ及び継手５２ｂの内面にそ
れぞれテーパ一部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ｌ２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、コーナ一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内に吸湿千段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ｌ５内の内壁ｌ５ｂの上部に沿ってリング状
に曲げられたし形板６４が取付けられ、このし形板６４
の中に吸湿千段６２として、例えば直径数鶴の球状のシ
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
乾燥千段６３によって研磨粉タンクｌ５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か細くなれば
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〜
８０μｍ）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
ラスチックなどを精密かつ高速に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
攪拌される。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ｍ−ｍ矢視図
、第４図は第３図のｍＶ−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　−・−・
−・・・・・−・・・−・・・−・一　エアーコンブレ
ソサー２　　−−−−−−−−・・・・−・−・−・−
・−・〜・−・混合室３・−・・−・・−−一−−−−
一−−−・・−・−・−・・・−ブラスト室４　−・−
・一・・・−・・−・・−・・・・−・−・−　ｔＪＦ
　ｌｉｔ　ｍ２０・−・一・・・・・・・・・・−・−
・・・一・・・・・・・・研磨粉取出口２３・−・一−
一−一−一−一一−一・・・・−・−・・−・・・一集
粉器である。 高速空気吹出口 代 理 人 土 屋 勝 電孤央間閉の周期 石升磨紛墳射量の詩間変化 第２図 第５Ａ図 バイプ漣紡部拡大＠山 第５Ｂ図 ｚ６ 送出パイフ゜に設けられた振勤手没 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、 上記混合室の研磨粉取出口の上部に集粉器を設け、上記
   集粉器に対して高速で空気を吹付けるように１個以上の
   高速空気吹出口を上記研磨粉取出口の近傍に設けたこと
   を特徴とするサンドブラスト装置。