JPS5830112B2 - 研摩材含有懸濁液の調製供給機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、脆い材料（半導体、あるいはガラス、セラ
ミックス等）を研摩材を用いて加工するために使用する
処理装置に関し、具体的には、Ｕ。

厚材含有懸濁液を調製し、研摩及び仕上げ旋盤（機）の
工具の作動域にこの懸濁液を供給するσ厚材含有懸濁液
の調製供給機に係るものである。

この発明は半導体切片の研摩に用いることができる。

非結合研摩材による研摩作業中に面の均−加Ｊを保証す
る基本的な条件は、研摩円盤の作動域に供給する懸濁液
中の固（研摩材粒子）液相比、及び溶液のｐＨ（活動度
）、加工域の懸濁液消費量のそれぞれを一定に保つこと
である。

懸濁液中の個液相の特定比から偏りがあると、例えば研
摩材粒子数が増加した場合、研摩面に弓かき傷を生じる
。

懸濁液流量（消費量）が小さいと研摩面に引かき傷や凹
凸が現われ品質を損うことになる。

研摩材含有懸濁液を調製し、研摩及び仕上げ機の工具の
作動域に重力によりこの懸濁液を供給する調製供給機は
周知である。

上記機械は構成が比較的簡単で懸濁液貯溜槽と分配ユニ
ットを備えている。

この機械中の懸濁液の流量は、貯溜槽中に入れた懸濁液
量によって制御され、一定流量を保証するようになって
いる。

従って、全加工サイクルに渡ってこの一定流量を維持す
ることが必要であり、自動制御手段を使用し得ない場合
は別に作業員を要する。

また周知の研摩材含有懸濁液の調製供給機には懸濁液供
給手段内に設けたポンプと弁により、懸濁液の流量を一
定に保つ機械がある（米国特許４０５９９２９号、１９
７７年特許を参照）。

この周知機械は、濃縮懸濁液と供給した溶媒を別々に入
れるようにした２個をタンクからなる原料から懸濁液を
調製するユニットを備えている。

これらタンクの各々は、一定積断面のパイプと、混合ヘ
ッドを通して各工具に懸濁液を送る枝パイプとを設けた
分配ユニットに連結しである。

各分配ユニットは流出口から個別のタンクと連通しであ
るこの周知機械は、また、懸濁排液貯溜タンクと、これ
と連通ずる懸濁排液浄化ユニットとを備え、このユニッ
トにおいて研摩固体粒子はユニット底部に沈澱し、一方
、分離した溶剤は再使用のため懸濁液調整ユニットの対
応タンクに圧送される。

この機械は以下のように作動する。

各タンクからの濃縮懸濁液と溶媒は、原料成分を混合ヘ
ッドに通す枝パイプを備えた分配ユニットにポンプで供
給され、この混合ヘッドにおいて濃縮懸濁液を溶媒と混
合する。

上記混合ヘッドにより混合した懸濁液は加工域へ送られ
る。

その固液相比はポンプの送出しを変えることにより調節
することができる。

分配ユニットからの過剰の成分は元のタンクへ戻される
。

上記の懸濁液調製供給機械は、■個の研摩機へのみ懸濁
液を安定供給することができる。

複数の研摩機に懸濁液を供給する場合、同一の固液相比
の懸濁液を全ての機械に送ることが可成困難となる。

このことは次の事実から説明できる。

懸濁液が分配ユニットのパイプを流れるときに、懸濁液
の一部は板パイプを通って個々の研摩機に至る。

その結果、懸濁液の流速が最後尾の研摩機において最小
に落ちる。

この欠点は、最後尾の研摩機に近いパイプ中に研摩粒子
が沈澱することにより大きくなるし、懸濁液の液相が比
重により個々の成分と分離することによっても増大する
。

これらの現象は懸濁液中の固液体化に制御し難い変化を
招く。

固体粒子が沈澱する危険性は、分配ユニットパイプより
小横断面の枝パイプの連結点において特に太きい。

これらの連結点に発生傾向がある渦流は、懸濁液流を更
に減速させ、その結果、固体研摩粒子の不均等分散や、
泥の集積、枝パイプの詰りを生じる。

従って、この発明は、研摩材含有懸濁液のパラメータを
安定させること、特に−足固液体比を維持することを一
目的としている。

この発明の別の目的は、°研摩材含有懸濁液の流量を一
定に維持することである。

上記目的は、分配ユニットと排出口を介して連通ずる、
原料成分から懸濁液を調製する調製ユニットを備え、上
記分配ユニットに、上記懸濁液を各工具へ送る導出パイ
プを有し、かつ上記調製ユニットの注入口へその排出口
により連結したパイプを設け、懸濁排液の浄化ユニット
と連通ずる懸濁排液貯溜槽を更に設けると共に、上記懸
濁排液の浄化ユニットを懸濁液調製ユニットの第２の注
入口と連通させた、工具の作動域に研摩材含有懸濁液を
調製供給する機械において、この発明に従って上記分配
ユニットのパイプが全長に亘って可変横断面を有し、こ
のパイプの大横断面の部分を導出パイプを配置した個所
に設けた調製供給機械により達成される。

分配ユニットパイプの最大及び最小横断面積をＦ
＝３Ｆ−〜５Ｆ−（ここに、ＦｍａｘｌｍａＸ
ｍｉｎ ｍｌｎＦｍ１ｎはそれぞれ上記
パイプの最大及び最小横断面積である）の比率を満たす
ように選定することが望ましい。

この発明の工具の作動域への研摩材含有懸濁液の調製供
給機械は、分配ユニットから工具への懸濁液の供給改善
を可能とする。

可変横断面積のパイプを備えたこの発明の分配ユニット
は、懸濁液組成が分配ユニットの全長に亘って均一とす
る。

このパイプに交互に膨張収縮する部分を設けたことによ
りパイプ内の固体の沈澱や、枝パイプの滞溜域の形成お
よび詰りの問題を解消する。

次にこの発明の実施例を図面を参照して説明する。

図示した機械は、原料成分から懸濁液を調製する調製ユ
ニット１を備え、このユニットは排出口２を介して分配
ユニット３と連通している。

分配ユニット３は、研摩あるいは仕上げ機６からなる工
具の作動区域に上記懸濁液を供給する導出パイプである
枝パイプ５を備えたパイプ４により形成されている。

研摩機６は懸濁排液を集めるための貯溜槽７と連通し、
貯溜槽７は排出口８を介して上記懸濁排液の浄化ユニッ
ト９と通じている。

懸濁排液の浄化ユニット９は、今度は上記調製ユニット
１の注入口１０と連通している。

調製ユニット１は、懸濁液調製用貯溜槽１１と、調製済
み懸濁液の貯溜槽１２を備えている。

槽１１と１２はパイプ１３を介して連通している。

パイプ１３には、研摩材と他の大粒度の異物からなる懸
濁液の浄化に用いられる遠心分離機１４と瀘渦器１５を
介装しである。

前記槽１１は蓋１６を備えた密閉容器であり、ミキサ１
７を内部に止着しである。

ミキサ１７は、回転軸にプロペラ攪拌器１９を固着した
電気モータ１８と、この攪拌器１９と同軸心に配設しそ
の壁に細孔２１を明けたシリンダ２０とからなっている
。

更に、ミキサ１７の蓋１６には、原料（水、研摩材、化
学的活性物質、例えば、酸、アルカリ）を槽１１に供給
するための供給口２２を設けである。

懸濁液の液質監視装置のピックアップ２３が槽１１の壁
に埋込まれている。

前記懸濁液の液質監視装置は、例えば、懸濁液のｐＩ（
値を測定するための測定装置、あるいは、液体中の固相
量の測定装置等（図示せず）を含む。

槽１１の底部には、槽からパイプ１３への懸濁液流を制
御（制止）するための締切弁２４を設けである。

槽１１内の懸濁液量は表示装置２６に電気的に接続した
液面ピックアップ２５により測定される。

槽１２は、出来上った懸濁液の貯溜を目的とし、電気モ
ータ２８の軸に取付けた機械的な攪拌器２７を備えてい
る。

槽１２の底部には、この槽の排出口２を制御する締切弁
２９が設けである。

槽１２内の懸濁液量は液面ピックアップ３０により測定
され、このピックアップも表示装置２６に電気的に接続
されている。

分配ユニット３は可変横断面のパイプ４と枝パイプ５を
備えている。

このパイプ４は、枝パイプ５の接続部に配置した大横断
面部分３１とこの部分と共に断面が変わる小横断面の円
筒状部分３２とを備えている。

部分３１は長手方向断面が楕円形状としてもよいが、第
２図に示した形状が製造が容易なものである。

同図では大横断面部分３１は、拡開円錐体３３（ナイフ
ユーザー）、及び最大横断面積”ｍａｘを有する円筒部
３４、収斂円錐体３５（収縮ノズル）からできている。

枝パイプ５は円筒部３４０近くに配置してあり、その軸
線は、懸濁液流方向においてパイプ４の軸線に対して鋭
角をなしている。

円筒状部分３２は最小横断面積Ｆｍ１ｎを有している。

これらの部材の形状寸法は、研摩機６０所要懸濁液量の
関数として選定される。

通常は、枝パイプ５の横断面積ｆは、懸濁液の流量−走
化を可能とする計算値より幾分大きく設定する。

Ｆｍ１ｎＯ値は不等式Ｆｍ１ｎ＞ｎ−ｆを満足させるよ
うに選定する。

ここに、ｎは研摩機６に接続した枝パイプ５の数である
。

最大横断面積Ｆｍａｘは枝パイプ５内のヘッドの局部積
値の関数である。

最適値はである。

上記のようにすると、枝パイプ５内のヘッドの局部損を
上回るのに充分な圧力（ヘッド）が枝パイプの接続部に
生じる。

ＦｍａＸを更に増すとユニットの大きさが許容できない
程に増加する。

円錐頂角θは、３０〜４００の範囲内に選定でき、この
ようにすると部分３１の長さ方向の滞溜域を最小化し、
懸濁液の円滑な流れとその導出の良好な条件が保証され
る。

部分３４の長手方向寸法は、少なくともその直径程度に
選定する。

研摩機６（第１図）に供給した懸濁液の流量は。

枝パイプ５内に設けた弁３６により調整することができ
る。

弁３６は、弾性パイプを圧搾する作動形式に基く種類の
ものが最良である。

貯溜槽１２と分配ユニット３は、パイプ３７と３８を介
して互いに連通しており、閉回路を形成している。

パイプ３７内に送りポンプ３９を設げである。

懸濁排液を集めるために枝パイプ４０を介して研摩機６
を槽７に接続しである。

懸濁液を浄化するために槽７を排出口８からパイプ４１
により浄化ユニット９に接続しである。

ユニット９は、パイプ４１内に設けた濾過器４２と遠心
分離機４３、及びこのパイプ４１を受ける槽４４を備え
ている。

槽４４には電気モータ４６の軸に取付けた機械的攪拌器
を備え、更に底部に締切弁４７を備えている。

槽４４内の懸濁液量はピックアップ４８により監視され
るが、ピックアップ４８は槽１１，１２のピックアップ
２５，３０と同様のものであり、表示装置２６に接続さ
れている。

洗浄ユニット９の槽４４と懸濁液の調製ユニット１の槽
１１は送りポンプ５０を介装したパイプ４９により連続
しである。

この発明の作動を次に説明する。

懸濁液を調製するために、原料成分（水、化学的活性物
質、研摩材）を供給口２２がら懸濁液調製装置の槽１１
に入れる。

水量はピックアップ２５が検出し、表示装置２６へ信号
を送る。

化学的活性物質と研摩材（微細粉、例えば３８０大の大
きさのＳｉＯ□粒）の量はｐＨ計で検出する。

上記研摩材を装填した後、電気モータ１８によりプロペ
ラ攪拌器１９を回転してミキサ１７内で研摩材を液体と
混ぜる。

攪拌器１９は、細孔２１を通る液体流を生じさせて研摩
材粉末を導入させ、完全に混合してから中空シリンダ２
０の底部開口から懸濁液を排出する。

調製し完全に混合した懸濁液は、弁２４を開けると、パ
イプ１３を通って遠心分離機１４に送られ、この分離器
で荒い研摩材粒子と凝固懸濁液は排水管に自動的に排出
される。

沈澱物質排出用スクリュコンベヤを備えた水平型遠心分
離機を使用すると好都合である。

遠心分離機１４により浄化した懸濁液は布濾過器１５に
送られ、ここで大きな中空球の研摩材を分離する。

浄化した懸濁液は槽１２に流れ込み、ここで貯えられる
。

槽１２が特定液面に保たれたとき（表示装置２６にピッ
クアップ３０の信号を表示するとき）送りポンプ３９に
より弁２９を開放して懸濁液を分配ユニット３へ送る。

槽１２には電気モータ２８により作動する機械的攪拌器
２７を備えてあり、この攪拌器２７により懸濁液を均質
状態に保つ。

槽１２から分配ユニット３にポンプ３９により運ばれた
懸濁液はパイプ４に入り、このパイプから枝パイプ５を
通って研摩機６へ送られる。

研摩機６に送られる懸濁液量は弁３６により制御される
。

過剰の懸濁液はパイプ４からパイプ３８を通って槽１２
に戻される。

過大量の懸濁液を得、かつ機械の通常操作をなすための
必要な条件は、臨界速度ｖｃ、即ち固体分が沈澱し始め
る速度の数倍に、パイプ３８内の懸濁液の流速を保つこ
とである。

この速度は、研摩材粒子の直径、及び懸濁液の比重、粒
子の流体寸法（この寸法は、静水中の粒子の均一落下速
度を決定する一組の粒子特性を意味する）の関数である
。

懸濁液の枝パイプへの引出条件は、分配ユニット３のパ
イプ４の横断面を可変とすることにより改良することが
できる。

理由はこのことにより横断面がより大きな部分３１の流
速を減小させるからである。

こうすると流れがより安定し、（微粒子状Ｓ ｉ０２粉
末に関し）層流に特性が近くなる。

膨張部である部分３１における局部圧は増大し、懸濁液
を枝パイプ５へ引出す好適な条件を与える。

７１１４０円筒状部分３２（小さな横断面積の範囲）に
おいて、懸濁液の流速が増大し、流れは乱流となり、懸
濁液は強く攪拌され固相に関して均質性を得、その後洗
の大横断面の部分３１に送られる。

その結果、圧力変化と同時に、懸濁液の流速の交互の降
下と上昇によりパイプ４の全長に亘つて懸濁液の均質性
が与えられ、また研摩機への懸濁液の回収を助長する。

更に、上記パイプ内の研摩材の沈澱やパイプの詰り（閉
塞）が不可避の圧力安定器を用いずに簡単な手段により
パイプの内圧を一定に維持できる。

このことは、大横断面部分３１での局部圧を手動で上昇
させることにより達成される。

懸濁液のための枝パイプ５は、懸濁液流方向にパイプ４
の軸に対して鋭角をなして設定してあり枝パイプ５への
導入抵抗を下げ、かつ枝パイプ５の接続点に生じる渦流
を最小に押えて研摩剤の沈澱と枝パイプ５０詰りを最小
化する。

研摩機６の操作中、懸濁液は調整弁３６を通って枝パイ
プ５から研摩域に流入する。

使用後、懸濁液はパイプ４０を通って懸濁液排液貯溜用
槽７に流れ、ここから排出口８とパイプ４１を通って濾
過器４２に入る。

１７１！７１２以上のメツシュの金網で形成した濾過器
４２により、半導体片の破片、ガラス等の予定外の粗大
物を含んだ懸濁液を予め濾過する。

濾過器４２から懸濁液は遠心分離機４３に入る。

この分離機は懸濁液調製ユニット１に取付けた遠心分離
機１４と同様のものである。

遠心分離機４３において、研摩操作からの機械的排出物
を懸濁液から分離し、浄化した懸濁液を槽４４に入れる
。

この槽４４に、ピックアップ４８により検出して懸濁液
を特定液面にして貯溜する。

この懸濁液は、電気モータ４６により作動される攪拌器
４５により均質に維持される。

懸濁液が特定の水位に一旦達すると、締切弁４７が開き
、懸濁液をパイプ４９を通して送りポンプ５０により懸
濁液調節ユニット１の槽１１へ送る。

懸濁液は研摩工程において変化するため、即ち液内の研
摩材の量が減小するため、被研摩物品への化学的侵蝕の
結果、溶液のｐＨが減小する。

従って原料成分をある量だけ懸濁液調製ユニット１内の
懸濁液に加えて各成分含有量を特定水準に保つ。

完全に懸濁液を混合してから、再使用の目的で槽１２に
送るため使用済みの懸濁液を研摩工程に数回使用できる
。

懸濁液が適当であるか否かは、物品の研摩速度により調
べる。

研摩速度が許容水準以下、に落ちた場合には、懸濁液は
装置から排出され、別の一装填分の懸濁液を新たな原料
成分から調製する。

更に、この発明の機械は、上述サイクルに従って全構成
部材の洗浄を可能とし、この場合操作サイクルとの唯一
の差は懸濁液に代えて水を機械に供給することにある。

懸濁液調製ユニット１の槽１１は、懸濁液調製サイクル
間の作業員交代寺に、このユニットの内部面から凝固物
質（凝固物、あるいはコロイド状物質等）を除去する目
的で洗浄することができる。

従って、研摩機操作の中断や処理サイクルの中止が不要
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は研摩及び仕上げ機の工具に研摩材含有懸濁液を
調製供給するこの発明に従った機械の要部を断面にした
概略図である。 第２図は第１図に矢印Ａで示した区域の拡大図である。 １・・・・・・懸濁液調製ユニット、２・・・・・・排
出口、３・・・・・・分配ユニット、４・・・・・・パ
イプ、５・・・・・・枝パイプ、７・・・・・・懸濁廃
液の貯溜槽、９・・・・・・懸濁廃液の浄化ユニット、
１０・・・・・・注入口、３１・・・・・・大横断面部
分、ＦｍａＸ・・・・・・パイプ最大横断面積、”ｍｉ
ｎ・・・・・・パイプの最小横断面積。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 分配ユニット３と排出口２を介して連通ずる、原料
   成分から懸濁液を調製する調製ユニット１を備え、上記
   分配ユニット３に、上記懸濁液を各工具へ送る導出パイ
   プ５を有し、かつ上記調製ユニット１の注入口へその排
   出口により連結したパイプ４を設け、懸濁排液の浄化ユ
   ニット９と連通ずる懸濁排液貯溜槽７を更に設けると共
   に、上記懸濁排液の浄化ユニット９を懸濁液調製ユニッ
   ト１の第２の注入口１０と連通させた、工具の作動域に
   研摩材含有懸濁液を調製供給する機械において、上記分
   配ユニツ］・３のパイプ４は全長に渡って可変横断面を
   有し、このパイプの大横断面の部分３１を導出パイプ５
   を配置した個所に設けた調製供給機械。 ２、特許請求の範囲第１項記載の研摩材含有懸濁液の調
   製供給機械において、前記分配ユニット３のパイプ４の
   最大及び最小横断面積をＦｍａＸ３Ｆ ・ 〜５Ｆ ・
   （ここに”ｍ ａｘと”ｍｉｎはそｍＢ１
   ｍｉｎ れぞれ前記分配ユニットの最大横断面積と最小横断面積
   である）を考慮して選定した調製供給機械。