JP2008255450A - 表面処理方法及び表面処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物の表面に梨地形状（凹凸形状）に加工する表面処理加工において、マスク形成、除去およびクリーニング工程を不要にすること、さらに梨地領域の表面に任意の粗さ分布をもたせることができる表面処理方法及び表面処理装置を提供する。
【解決手段】電子ビームを被処理物の表面に照射して被処理物Ｗの表面に凹凸を形成する表面処理装置１において、被処理物Ｗの表面に電子ビームを照射する処理対象領域、処理対象領域において電子ビームを照射する照射点及び被処理物の表面の形状情報並びに電子ビームのビーム電流または収束電流の設定値を記憶する記憶手段１９と、記憶手段１９に記憶されている処理対象領域、照射点及び形状情報並びに設定値に基づいて照射点を無作為に選択して電子ビーム照射するように制御する制御装置９とを備えるものとする。
【選択図】図１

Description

この本発明は、被処理物に電子ビームを照射して表面処理を行う電子ビーム表面処理方法及びその方法に使用する電子ビーム表面処理装置に関する。

一般に、被処理物の表面を凹凸形状（以後、梨地という）に処理する方法としてショットブラスト法や化学エッチング法がある（例えば、特許文献１参照）。

ショットブラストは、単にブラストとも呼ばれ投射材と呼ばれる粒体を被処理物に衝突させて表面に凹凸を形成する加工方法である。

化学エッチング法は、耐酸性皮膜（レジスト）でマスクをして皮膜のない部分を化学薬品を使ってエッチングし、被処理物表面を腐食する方法で、結晶方位の違い、組成の違いなどによるエッチング速度の違いを利用して、被処理物表面に凹凸を付けるために用いられる。

特開２００１−２６５２５２号公報（第３頁−第６頁、図２、図４）

上記特許文献１に記載されている技術は、被処理物であるフロントパネルガラス表面に梨地処理したい箇所だけ露出させ、それ以外の箇所はフォトレジストで防護することにより梨地処理をしないようにマスクを形成する工程と、ブラスト処理した後に残留している投射体をクリーニングする工程と、さらにマスクを除去する工程を必要とする。したがって加工工程が多くなり、マスク形成と除去およびクリーニング用の装置が必要になり処理コストが高くなるという問題がある。

さらに、梨地領域の表面において任意の粗さ分布を付けて加工することは、従来のショットブラスト処理法や化学エッチング法ではできないという問題がある。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、高エネルギー密度をもつ電子ビームを被処理物に照射し穿孔することにより表面に凹凸形状を形成する表面処理方法及び表面処理装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係る表面処理方法は、電子ビームを被処理物の表面に照射して上記被処理物の表面に凹凸を形成する表面処理方法において、
上記被処理物の表面処理を行う処理対象領域と、上記処理対象領域内に上記電子ビームを照射する照射点の位置とを制御して、上記照射点に上記電子ビームを照射するものである。

この発明に係る表面処理装置は、電子ビームを被処理物の表面に照射して上記被処理物の表面に凹凸を形成する表面処理装置において、
上記被処理物の表面に上記電子ビームを照射する処理対象領域、上記処理対象領域において上記電子ビームを照射する照射点及び上記被処理物の表面の形状情報並びに上記電子ビームのビーム電流及び収束電流の設定値を記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶されている上記処理対象領域、照射点及び形状情報並びに設定値に基づいて上記照射点を無作為に選択して上記電子ビーム照射するように制御する制御装置と、
を備えるものである。

この発明に係る表面処理方法によれば、電子ビームを被処理物の表面に照射して上記被処理物の表面に凹凸を形成する表面処理方法において、
上記被処理物の表面処理を行う処理対象領域と、上記処理対象領域内に上記電子ビームを照射する照射点の位置とを制御して、上記照射点に上記電子ビームを照射するものであるので、マスク形成及びマスク除去の工程が不要にできるという効果がある。

また、梨地表面処理に投射体あるいは化学薬品が不要であるので、クリーニング工程が不要になるという効果がある。

この発明に係る表面処理装置によれば、電子ビームを被処理物の表面に照射して上記被処理物の表面に凹凸を形成する表面処理装置において、
上記被処理物の表面に上記電子ビームを照射する処理対象領域及び上記処理対象領域において上記電子ビームを照射する照射点並びに上記電子ビームのビーム電流または収束電流の設定値を記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶されている上記処理対象領域及び照射点並びに設定値に基づいて上記照射点を無作為に選択して上記電子ビーム照射するように制御する制御装置と、
を備えるものであるので、マスク形成及びマスク除去の工程が不要にできるという効果がある。

また、凹凸状の表面処理に用いる投射体あるいは化学薬品が不要であるので、クリーニング工程が不要になるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る表面処理装置の実施の形態１の構成図である。この実施の形態１の電子ビーム表面処理装置１は、鋼等の鉄系金属、あるいはアルミニウム合金等の非鉄金属からなる被処理物Ｗの表面処理を行うものである。表面処理装置１は、真空チャンバ２内に電子ビーム照射手段３とＸＹテーブル４とが配置されている。また、真空チャンバ２内の外部には、真空排気装置５、ビーム収束装置６、ビーム偏向装置７、電源装置８及び制御装置９が設けられている。

電子ビーム照射手段３は、被処理物Ｗの表面に電子ビームを照射するものである。電子ビーム照射手段３は、電子ビームを発生する電子銃１２、電子銃１２からの電子ビームを収束する収束レンズ１３及び電子ビームを偏向する偏向レンズ１４を備えている。電子銃１２は、カソード１２ａ、アノード１２ｂ及びバイアス電極１２ｃから構成され、電源装置８によりカソード１２ａとバイアス電圧１２ｃに負電圧が、アノード１２ｂに正電圧が印加されることにより、電子ビームが発生する。電子銃１２の電子ビームは、収束レンズ１３で収束された後、偏向レンズ１４で偏向されて被処理物Ｗの表面に照射される。

ＸＹテーブル４は、被処理物Ｗを搭載して互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動できるようになっている。また、真空排気装置５は、真空チャンバ２内を所定の真空度になるように真空引きを行うものである。

ビーム収束装置６は、制御装置９からの指令に基づいて収束レンズ１３による電子ビームの収束度合いを調整するものである。ビーム偏向装置７は、制御装置９からの指令に基づいて偏向レンズ１４による電子ビームの偏向度合いを調整するものである。そして、収束レンズ１３とビーム収束装置６によってビーム収束手段１５が構成され、また、偏向レンズ１４とビーム偏向装置７とによってビーム偏向手段１６が構成されている。

制御装置９は、マイクロコンピュータ等から構成されるもので、予め設定された制御プログラムに基づいて電子ビーム照射手段３、ＸＹテーブル４、真空排気装置５及び電源装置８の各動作を制御する。さらに、この制御装置９には、被処理物情報メモリ１９が設けられている。

被処理物情報メモリ１９は、特許請求の範囲における記憶手段に対応するもので、被処理物Ｗの表面処理を行う処理対象領域を規定する領域情報（電子ビーム照射点の位置情報、ビーム電流情報、収束電流情報）及び被処理物Ｗの表面形状（３次元）に関する形状情報があらかじめ登録されている。

制御装置９は、この被処理物情報メモリ１９に記憶されている領域情報（電子ビーム照射点の位置情報、ビーム電流情報、収束電流情報）及び被処理物表面の形状情報（３次元情報）に基づいて、電子ビームが被処理物Ｗの処理対象領域内で後述のごとく全ての電子ビーム照射点を縦横に並ぶビーム照射点の順序にかかわらず、照射の順序が無作為に選択されるようにビーム偏向手段１６を制御し、また、予め登録された領域情報の電子ビーム照射点毎に設定されたビーム電流と収束電流で照射するように電源装置８とビーム収束手段１５を制御する。制御装置９が請求の範囲におけるビーム走査制御手段及びフォーカス制御手段としての役目を果たしている。

図２は、上記構成の電子ビーム表面処理装置１を用いた被処理物Ｗの表面処理方法を示す斜視図であり、図１及び図２に基づいて表面処理方法を説明する。

被処理物Ｗの表面処理を行う際、被処理物情報メモリ１９に被処理物Ｗの処理対象領域を規定する領域情報及び被処理物Ｗの表面形状に関する形状情報を予め登録しておく。被処理物Ｗの処理対象領域を規定する領域情報は、電子ビームを照射する記憶点３１の位置情報（ピッチＤｘ、Ｄｙ）とその位置毎のビーム電流と収束電流情報である。

被処理物ＷをＸＹテーブル４上に載置した後、真空排気装置５により真空チャンバ内が所定の真空度に達するまで真空引きを行う。

真空チャンバ２内が所定の真空度に達すると、制御装置９は、ＸＹテーブル４を駆動して表面処理が必要とされる処理対象領域に電子ビームが照射可能な位置まで被処理物Ｗを移動させる。その後、制御装置９は、電源装置８を起動して電子銃１２から電子ビームを発生させる。

制御装置９は、被処理物情報メモリ１９に記憶されている領域情報に基づいて、電子ビームが被処理物Ｗの処理対象領域内で電子ビームを照射する記憶点３１を矢印で示すように無作為（ランダム）に選択して加工点３２を照射するようにビーム偏向手段１６を制御する。隣接する記憶点３１を連続して電子ビーム照射すると、前の電子ビーム照射の熱影響を受けるため、その熱影響を防ぐために無作為に電子ビームを照射する。

この実施の形態１によれば、予め登録された被処理物の設定処理対象領域内で、設定されたビーム照射点である記憶点３１に電子ビームを照射することにより、梨地処理ができ、マスク形成及び除去の工程が不要にできる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、処理対象領域内の粗さ分布を均一とした。この実施の形態２では、被処理物Ｗの処理対象領域内で任意の粗さ分布を形成させるために、被処理物情報メモリ１９に記憶させる処理対象領域を規定する領域情報の電子ビームを照射する記憶点、ビーム電流、収束電流及びドットピッチの値を下記表１に示すように設定する。

表１に示したように、表面粗さを大きくする場合にはビーム電流を大きくし（電子ビーム照射点数小、ドットピッチ大）、逆に表面粗さを小さくする場合にはビーム電流を小さくする（電子ビーム照射点数大、ドットピッチ小）。また、同一のビーム電流で、表面粗さを大きくする場合にはジャストフォーカスとし、逆に表面粗さを小さくする場合にはデフォーカスとしてもよい。また、デフォーカスでビーム電流を変えることによって表面粗さを変えることもできる。

例えば、被処理物ＷのＹ軸方向にＹが大きくなるほど粗くなるような粗さ分布を形成する場合、下記式１のようにビーム電流をＹ軸位置が大きくなるにしたがって大きくする。
Ｉｂ＝ＡＹ＋Ｂ…（式１）
Ｉｂ：ビーム電流
ＡおよびＢ：定数
Ｙ：電子ビーム照射位置におけるＹ座標

また、式２に示すように収束電流を変化させても同様の効果があり、ビーム電流と収束電流を同時に式１と式２に基づいて変化させても良い。
Ｉｆ＝ＣＹ＋Ｄ…（式２）
Ｉｆ：収束電流
ＣおよびＤ：定数
但しＹ座標が最大値で、ＩｆがジャストフォーカスになるようにＣ及びＤを設定する。

図３はこの実施の形態２を説明する概念図である。電子ビーム３０は予め被処理物情報メモリ１９に記憶された領域情報（電子ビーム照射点の位置情報すなわちＸ、Ｙ座標、ビーム電流、収束電流）に基づいて、電子ビーム照射点３１に無作為な順序で照射する。

上記の例では、Ｙ座標に線形な粗さ分布を示したが、下記式３、式４のように任意の関数分布でもよく、さらにＸＹ座標の２次元上に粗さ分布を形成することもできる。
Ｉｂ＝ｆ１（Ｘ、Ｙ）…（式３）
ｆ１（Ｘ、Ｙ）：Ｘ、Ｙ座標を変数とするビーム電流の関数
Ｉｆ＝ｆ２（Ｘ、Ｙ）…（式４）
ｆ２（Ｘ、Ｙ）：Ｘ、Ｙ座標を変数とする収束電流の関数

図４は、電子ビーム照射により形成される凹凸の断面形状を示す模式図である。図４に示したように、電子ビームのビーム電流量、収束電流のジャストフォーカスまたはデフォーカスによって加工穴４０と***部４１によって形成される表面粗さを変えることができる。

この実施の形態２によれば、被処理物Ｗの処理対象領域内で任意の粗さ分布を形成させることができる。

本発明は、表面処理を行う被非処理物が金型の場合等、凹凸形状の表面処理が要求される被処理物に対して広く適用することが可能である。

この発明に係る表面処理装置の実施の形態１の構成図である。 実施の形態１における電子ビーム表面処理装置を用いた被処理物の表面処理方法を示す斜視図である。 この発明に係る表面処理方法の実施の形態２を説明する概念図である。 電子ビーム照射により形成される凹凸の断面形状を示す模式図である。

符号の説明

１ 表面処理装置、２ 真空チャンバ、３ 電子ビーム照射手段、４ ＸＹテーブル、１２ 電子銃、１２ａ カソード、１２ｂ アノード、１２ｃ バイアス電流、
１３ 収束レンズ、１４ 偏向レンズ、１５ ビーム収束手段、１６ ビーム偏向手段、３０ 電子ビーム、３１ 記憶点、３２ 加工点、４０ 加工穴、４１ ***部、
Ｗ 被処理物。

Claims (6)

1. 電子ビームを被処理物の表面に照射して上記被処理物の表面に凹凸を形成する表面処理方法において、
   上記被処理物の表面処理を行う処理対象領域と、上記処理対象領域内に上記電子ビームを照射する照射点の位置とを制御して、上記照射点に上記電子ビームを照射することを特徴とする表面処理方法。
2. 上記照射点が縦横に並び、上記縦横に並ぶ照射点の順番に従わず、無作為に上記照射点を選択して上記電子ビームを照射することを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
3. 上記被処理物の処理対象領域内において、上記凹凸の大きさを変えて密度分布を不均一にすることを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
4. 上記照射点における電子ビームのビーム電流量を変えることを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
5. 上記照射点における電子ビームの照射を、ジャストフォーカス、デフォーカスまたはジャストフォーカスとデフォーカスとの組み合わせとすることを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
6. 電子ビームを被処理物の表面に照射して上記被処理物の表面に凹凸を形成する表面処理装置において、
   上記被処理物の表面に上記電子ビームを照射する処理対象領域、上記処理対象領域において上記電子ビームを照射する照射点及び上記被処理物の表面の形状情報並びに上記電子ビームのビーム電流及び収束電流の設定値を記憶する記憶手段と、
   上記記憶手段に記憶されている上記処理対象領域、照射点及び形状情報並びに設定値に基づいて上記照射点を無作為に選択して上記電子ビーム照射するように制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする表面処理装置。

Images