JP2890599B2 - 加工方法 - Google Patents

加工方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガラス基板や半導体基板等の被加工面に対
してエッチングや，いわゆるデポジションを行う加工方
法に関するものであり、特に極微粒子を用いた新規な加
工方法に関するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、被加工面に対して平均粒径0.01〜３μｍの
極微粒子を主体とする粉体を吹きつけることにより、エ
ッチングやデポジション等の微細加工を生産性良く実現
可能とするものである。
〔従来の技術〕
半導体集積回路やプリント配線回路、さらには磁気ヘ
ッド等の各種機能素子等の製造に際しては、様々な微細
加工が必要で、高度なエッチング技術や薄膜形成技術が
必要となっている。
このような状況から、各方面で加工技術に関する研究
が進められており、例えば半導体ウエハの表面をレジス
トマスクを使って加工するエッチング技術として、アル
ゴンイオンを電気的に加速して被加工面に衝突させ、物
理的な破壊によってエッチングするイオンエッチング法
（IBE）や、フッ素や塩素等の活性ガスイオンを同様に
被加工面に衝突させ、物理的・化学的な作用でエッチン
グするリアクティブイオンエッチング法（RIE）等が開
発されている。
しかしながら、これらのエッチング法は、いずれも加
工速度が遅く、さらに装置の値段が高いこと、保守や維
持管理が煩雑であること等の問題を抱えている。
そこで、前記エッチング法に代わる加工方法として、
粉体と圧縮空気に混合して噴射する，いわゆるサンドブ
ラスト法が、例えば特開昭64−34670号公報等において
提案され、注目を集めている。
前記サンドプラスト法は、加工速度も速く、設備投資
等の点でも有利であるが、これまでは噴射する粉体の粒
径を最小でも16μｍ程度に想定しており、例えば半導体
ウエハの表面加工等に適用しようとした場合、パターニ
ング精度や加工後の被加工面の表面状態等に不満を残し
ている。
このように、エッチング技術としては様々な方法が提
案されているが、いずれも加工速度や加工精度の点で一
長一短を有しており、その改良が望まれる。
一方、薄膜形成技術としては、スパッタ法や熔射法、
気相成長法（CVD）等が知られている。
これらの中で、スパッタ法は、真空中でターゲットに
不活性ガス（通常はArガス）のイオンを加速して衝突さ
せ、ターゲットをたたき出してこれを基板上に堆積させ
て薄膜を形成するものである。かかるスパッタ法によっ
た場合、形成される膜の緻密性は非常に良いが、成膜ス
ピードが遅く（例えばアルミナを成膜する場合0.006μm
/分程度である。）、高真空が要求されること、装置の
値段が高いこと、基板の温度が上昇すること等の問題が
ある。
熔射法は、成膜する材料（例えばセラミクス）の粉体
を大気中もしくは減圧中でプラズマやバーナー等の熱に
より熔解し、これを吹きつけて薄膜を形成するものであ
る。この方法は、膜の成長が速いという特徴を有する
が、形成される膜中に気孔が多く、また被加工面の温度
がかなり上昇するため耐熱性の基板にしか膜形成が行え
ないという欠点を有する。
気相成長法は、プラズマ等の熱を利用してガスを反応
させ、基板上に反応生成物を堆積させて成膜するという
ものである。この気相成長法によった場合、先のスパッ
タ法の場合と同様、非常に緻密な膜を形成することがで
きるが、膜の形成速度が遅く、また高真空が必要であっ
て設備投資の点で不利である。さらに、基板温度は250
〜600℃程度とする必要があり、やはり耐熱性基板でな
ければ対応することができない。
したがって、薄膜形成技術についても、これまでの方
法では加工速度等の点で不十分であり、また成膜の際の
基板に対する制約も大きいことから、抜本的な改善が望
まれる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述のように、エッチングやデポジションのための加
工技術に関しては、加工速度や加工精度，さらには製造
コスト，メンテナンス等の点で改善すべき点が多く、新
たな加工技術の出現が待たれるところである。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案された
ものであって、加工速度や加工精度等の点でこれまでの
技術を凌ぐ新たな加工方法を提供することを目的とす
る。
すなわち、本発明は、速い成膜速度でデポジションす
ることができ、被加工面に対する制約も少ない新規な加
工方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、微細なパターンを精度良くエッチン
グすることができ、エッチング速度も速く、しかもエッ
チング後の被加工面の表面状態を鏡面に近い良好なもの
とすることが可能な加工方法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〕
本発明者等は、前述の目的を達成せんものと長期に亘
って鋭意研究を重ねた結果、粒径の小さな極微粒子を被
加工面に吹きつけることでこれまでの加工技術とは異な
る現象で被加工面を加工することができるとの知見を得
るに至った。
本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであ
って、平均粒径0.01〜３μｍの極微粒子を主体とする粉
体を被加工面の法線方向に対して０〜10゜の入射角で吹
きつけ、被加工面に極微粒子材料を堆積させることを特
徴とするものであり、あるいは、平均粒径0.01〜３μｍ
の極微粒子を主体とする粉体を被加工面の法線方向に対
して40〜90゜の入射角で吹きつけ、被加工面をエッチン
グすることを特徴とするものである。
本発明の加工方法において最も特徴的なことは、平均
粒径0.01〜３μｍの極微粒子を使用することである。
このように極微粒子を使用することで、被加工面にお
いてこれまでとは全く異なる現象が起こり、例えば極微
粒子の入射角を被加工面の法線方向に対して０〜10゜と
すると、前記極微粒子を構成する材料の薄膜が被加工面
上に堆積（デポジション）される。また、極微粒子の入
射角を被加工面の法線方向に対して40〜90゜とすると、
被加工面のエッチングのみが行われ、これらの間の角度
（10〜40゜）では、エッチングとデポジションとが同時
に競合して行われる。
前記薄膜の堆積は、これまでの例えばサンドブラスト
等においては見られなかった現象であり、極微粒子を使
用したことによる特異な現象と言える。このような現象
によって成膜される薄膜は、非常に緻密であり、また成
膜速度も非常に速い。
一方、前記極微粒子によるエッチングも、従来のサン
ドブラストによるエッチングとは全く異なる新しいエッ
チングであり、例えば半導体プロセスに必要な微細加工
（数μｍオーダー）を真空プロセスなしに高速で行え、
被加工面が鏡面状態となる等の特徴を有する。前記エッ
チングにおいては、エッチング後の被加工面の表面粗度
が使用する極微粒子の平均粒径の1/10〜1/20となり、半
導体プロセスにも十分対応し得る。
ここで、前記極微粒子の平均粒径が３μｍを越える
と、新規な現象であるデポジションが起こらなくなり、
またエッチングの場合には表面平滑性の低下やパターン
精度の低下等が問題となる。逆に、極微粒子の平均粒径
が0.01μｍ未満となると、重力の影響が非常に小さくな
り、空気の影響が非常に支配的となって大気中ではブラ
ウン運動するようになる。このため、大気中で平均粒径
が0.01μｍ未満の極微粒子を噴射しても減速効果が大き
く、前述のエッチングやデポジションが起こらなくな
る。
また、使用する極微粒子の硬度（例えばビッカース硬
度）は、被加工面の硬度よりも大であることが好まし
い。極微粒子の硬度が被加工面の硬度よりも小さいと、
エッチングが不可能となるのは当然であるが、薄膜の堆
積に際しても、被加工面への食い込みが不足して薄膜が
剥離し易くなり、例えば厚膜の作成は困難となる。な
お、極微粒子の硬度を実測することは困難であるため、
通常は極微粒子の母材の硬度と被加工物の硬度を比較す
ればよい。
さらに、使用する極微粒子は、球形のものよりも角の
あるものが好ましい。特に、薄膜をデポジションする場
合には、極微粒子の角部が衝突によって被加工面に付着
し、効率的に成膜が行われる。また、エッチングにおい
ても極微粒子の角部で被加工面が効率的に削り取られ
る。したがって、使用する極微粒子は、例えば粉砕技術
等によって作製されたものであることが好ましい。
上述の条件を満たすものであれば極微粒子の材料は問
わないが、特に薄膜をデポジションする場合には、当然
のことながら所望の薄膜の種類に応じて極微粒子の材質
を選定する必要がある。
使用される極微粒子の構成材料を例示すると、アルミ
ナ，ガラス，二酸化珪素（SiO2），炭化珪素（SiC），
炭化ボロン（BC）等のセラミック材料や、Cu,Au,Ti,Ni,
Cr,Fe等の金属材料、カーボン等の導電材料、さらには
酸化鉄等の磁性材料等である。
また、特にエッチングを行う場合には、被加工物より
も軟質で大径（例えば５μｍ程度）の粒子の表面に前述
の極微粒子を付着させたものを使用してもよい。前記大
径の粒子の表面に極微粒子を付着させる方法としては、
例えば静電的な方法が挙げられ、具体的には平均粒径５
μｍのガラス粒子（負に帯電）の表面に平均粒径0.6μ
ｍのアルミナ極微粒子（正に帯電）を静電的に付着する
ことができる。
上述の極微粒子は、例えば空気とともに被加工面に吹
きつけられるが、このときの吹きつけ速度は50m/秒以上
に設定することが好ましい。吹きつけ速度があまり遅い
と、エッチングやデポジションが起こらなくなる。実用
上は50km/秒以上である。
一方、本発明の方法により加工される被加工物として
は、弾性体以外のものであればいずれにも適用すること
ができ、例えばフェライト基板やセラミック基板、ガラ
ス基板、樹脂基板等が加工対象となる。
〔作用〕
被加工面に対して平均粒径0.01〜３μｍの極微粒子を
主体とする粉体を吹きつけた場合、極微粒子の入射角を
被加工面の法線方向に対して０〜10゜とすると、前記極
微粒子を構成する材料の薄膜が被加工面上に堆積（デポ
ジション）される。また、極微粒子の入射角を被加工面
の法線方向に対して40〜90゜とすると、被加工面のエッ
チングのみが行われ、これらの間の角度（10〜40゜）で
は、エッチングとデポジションとが同時に競合して行わ
れる。
前記極微粒子の吹きつけによるデポジションは、新規
な現象であるが、これは次のような原理に基づいている
ものと推定される。
高速で吹きつけられた極微粒子は、被加工面と衝突す
るが、このとき極微粒子の運動エネルギーが熱エネルギ
ーに変化し、衝突した局部が非常に高温となる。このと
き、前記局部が極微粒子の融点以上の温度となると、こ
の部分が被加工面に付着する。次の瞬間、この上に別の
極微粒子が衝突し、同時に衝突した部分が高温になって
付着する。これが繰り返されてグレインサイズの小さい
緻密な膜が形成される。
一方、前記極微粒子によるエッチングは、これまでの
サンドブラストと同様の原理に基づくものと考えられる
が、吹きつけられる粒子が非常に小さいため、これまで
のサンドブラストによるエッチングとは質的に異なる。
すなわち、数μｍオーダーの微細加工が真空プロセス
なしに高速で行え、被加工面が鏡面状態となる。例え
ば、エッチング後の被加工面の表面粗度は、使用する極
微粒子の平均粒径の1/10〜1/20である。
〔実施例〕
以下、本発明を適用した具体的な実施例について図面
を参照しながら説明する。
本発明の加工方法は、粒径の極めて小さな極微粒子を
吹きつけて加工するものであるので、これまで用いられ
ているサンドブラスト装置にそのまま適用することは難
しい。これは、従来のサンドブラスト装置では、極微粒
子の運動エネルギーが被加工物の表面を破壊するために
消費されず、極微粒子自身の凝集のために消費されるか
らである。したがって、極微粒子が空気との混合室内で
均一に分散され、目詰まりを起こすことなく安定した状
態で連続的に噴射できるようにした加工装置を使用する
ことが必要である。
そこで、先ず、実施例において使用される加工装置の
構成について説明する。
加工装置の構成 本例で使用される加工装置は、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極微粒子
を混合する混合室（２）と、圧縮空気と共に極微粒子を
被加工物に噴射するためのブラスト室（３）及びこのブ
ラスト室（３）より極微粒子を回収吸引する排風機
（４）とにより構成されている。
上記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、この空気供給パイプ（５）は、
さらに第１の供給パイプ（６）と第２の供給パイプ
（７）とに分岐され、それぞれ混合室（２）に接続され
ている。なお、前記空気供給パイプ（５）の中途部に
は、混合室（２）へ供給される圧縮空気の圧力を調整す
る調整弁（８）及び混合室（２）への圧縮空気の供給を
制御する電磁弁（９）が設けられ、また第２の供給パイ
プ（７）の中途部には、当該第２の供給パイプ（７）へ
の圧縮空気の流量を調整する調整弁（10）が設けられて
いる。
一方、上記混合室（２）の上部には、極微粒子の供給
部（11）が設けられており、当該供給部（11）の蓋体
（12）を開蓋して極微粒子を供給するようになってい
る。
前記供給部（11）の底部は、円錐形状の斜面とされ、
中央部には前記混合室（２）への投入口（11a）が設け
られるとともに、当該投入口（11a）に嵌合する円錐形
状の供給弁（13）が設けられている。前記供給弁（13）
は、前記蓋体（12）の中央部を貫通して配設されてお
り、その基端部に設けられた係止部（13a）と蓋体（1
2）の間にコイルバネ（14）を介在せしめることで図中
上方に付勢されている。したがって、通常は円錐部（13
b）の周面が前記投入口（11a）に密着することで閉塞す
るようにされており、必要に応じて前記コイルバネ（1
4）に抗して供給弁（13）を押圧操作することで前記円
錐部（13b）の投入口（11a）への密着状態が解除され、
供給部（11）内の極微粒子が混合室（２）内に落下せし
められるようになっている。
上記混合室（２）は、円筒状の容器とされ、その内部
に極微粒子（15）が収容されている。該混合室（２）の
底部はやはり円錐形状とされており、底面にサーメット
（金属粉を焼結して形成される無数の微細孔を有する多
孔質板）等よりなる円板状のフィルター（16）が設けら
れるとともに、前記エアーコンプレッサー（１）の第１
の供給パイプ（６）が当該フィルター（16）の背面側に
接続されている。したがって、前記第１の供給パイプ
（６）に供給される圧縮空気は、フィルター（16）を介
して混合室（２）内へ導入されることになる。
また、上記フィルター（16）の周囲の斜面には、第２
図に示すように、複数の振動手段（17）が設けられてい
る。前記振動手段（17）は、例えば上下一対の圧電素子
と電極とから構成される，いわゆるバイモルフであっ
て、その自由端がフィルター（16）の上方に臨むように
円環状に配置され、基端部が混合室（２）の円錐状の斜
面に固定されている。
上記振動手段（17）は、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を上下方向に振動させること
ができ、前記極微粒子（15）を機械的に分散させながら
フィルター（16）からの圧縮空気と攪拌混合するエアー
バイブレータ効果を付与することができる。なお、印加
する交流電圧の周波数は、例えば200〜400Hz程度の高周
波であってよく、バイモルフの共振周波数とほぼ等しく
することが望ましい。さらに、隣合う振動手段（16）の
振動の位相を逆にすると一層効果的である。
また本例では、前記振動手段（17）の基端側半分を覆
ってゴムシート（18）が貼着されており、当該振動手段
（17）の下側に極微粒子（15）が入り込んで振動を阻害
するのを防ぐようにしている。
上記フィルター（16）の中央部には、混合室（２）の
底部を貫通する送り出しパイプ（19）が一端を当該混合
室（２）内に開口する如く植立されており、混合室
（２）で圧縮空気により攪拌分散された極微粒子（15）
を送り出すようになっている。前記送り出しパイプ（1
9）の中途部には、上記第２の供給パイプ（７）の先端
部（7a）が挿入されており、この第２の供給パイプ
（７）より供給される圧縮空気の空気流によって生じる
負圧によって、当該送り出しパイプ（19）内に極微粒子
（15）が吸い込まれ、圧縮空気と混合して送り出され
る。また、この送り出しパイプ（19）は、ブラスト室
（３）まで延在されており、その先端部にノズル（20）
が設けられるとともに、中途部には振動手段（21）が設
けられ、送り出される極微粒子（15）が当該送り出しパ
イプ（19）の中途部に堆積することを防止している。
送り出しパイプ（19）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おり、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ている。また各パイプの
連結部は、段差等を避けて空気だまりができないような
構造とされており、極微粒子の堆積による目詰まりを未
然に防止するようにしている。
なお、混合室（２）の底面において、前記送り出しパ
イプ（19）の周囲には、空気吹き出し口（22）が穿設さ
れており、前記第１の供給パイプ（６）から供給される
圧縮空気の一部が当該空気吹き出し口（22）から噴射
し、送り出しパイプ（19）の入口（19a）近傍で乱気流
を生ぜしめ極微粒子（15）を強力に攪拌するようにされ
ている。
混合室（２）内には、さらに上記供給弁（13）の底面
に回動軸（23）が固定される攪拌機構（24）が設けられ
ている。この攪拌機構（24）は、前記回動軸（23）から
延長されるアーム部（24a）と、金属の細線（いわゆる
針金）等からなる枠体（24b）と、前記枠体（24b）の下
側縁に沿って設けられるブラシ（24c）とから構成され
るもので、回動軸（23）を駆動することで混合室（２）
内で凝集した極微粒子（15）の塊を粉砕する機能を有し
ている。
また、混合室（２）の上記送り出しパイプ（19）の上
方位置には、集粉器（25）が設けられており、この集粉
器（25）の底部は、送り出しパイプ（19）の入口（19
a）と対向する台形状の集粉凹部（25a）が形成されてい
る。前記集粉器（25）の上半分は、多孔質体からなるフ
ィルター（25b）とされており、導出パイプ（26）を介
して排風機（４）に接続されている。なお、前記導出パ
イプ（26）の中途部には、排気の流れや量を調整する電
磁弁（27）や排気量調整弁（28）が設けられている。
排風機（４）は、内部にフィルター（29）及び吸引フ
ァン（30）を有し、吸引ファン（30）によってフィルタ
ー（29）を介して導出パイプ（26）より空気を吸引し、
排気口（31）より排気するものである。したがって、混
合室（２）内からの排気は、前記フィルター（29）によ
って清浄化されて外部に排出される。なお、フィルター
（29）によって取り除かれた極微粒子は、当該フィルタ
ー（29）の下方に設けられる集塵溜まり部（32）内に収
容される。
その他、前記混合室（２）の上部には、シリカゲル等
の吸湿手段（33）及びヒータ等の加熱手段（34）が設け
られており、さらに混合室（２）の周囲にもヒータ（3
5）が巻回され、混合室（２）内の極微粒子（15）を乾
燥状態に保ち凝集を防止するようになされている。
一方、ブラスト室（３）には、前記混合室（２）から
の送り出しパイプ（19）の先端に取り付けられるノズル
（20）が配設され、これと対向して被加工物（36）を載
置する回転テーブル（37）が設けられている。前記回転
テーブル（37）は、噴射される極微粒子が当該テーブル
（37）で反射することにより例えば被加工物の側面等が
不用意に加工されるのを防止するためにメッシュ状とさ
れており、またモータ（38）により回転されるようにな
されている。
回転テーブル（37）の周囲は、吸気ボックス（39）に
よって覆われており、ブラスト室（３）内への極微粒子
（15）の散乱が防止されている。ブラスト室（３）内に
極微粒子（15）が散乱すると、例えば作業者がブラスト
室（３）の扉を開けたときに極微粒子（15）が外部に漏
れる危険があり、また極微粒子（15）の回収効率も低下
する。
上記ブラスト室（３）の底部はやはり円錐状とされる
とともに返送パイプ（40）が設けられ、この返送パイプ
（40）は吸気ボックス（39）の返送パイプ（41）と共に
蓋体（12）を介して前述の供給部（11）へと導かれてい
る。また、ブラスト室（３）の底部にもバイモルフ等か
らなる振動手段（42）が設けられており、落下する極微
粒子（15）をエアーバイブレーションによって速やかに
排出するようになされている。
ここで、前記蓋体（12）の他端側には前記導出パイプ
（26）と共に排風機（４）と接続される排気パイプ（4
3）が配管されており、また円筒状の仕切り板（44）が
垂下されている。したがって、返送パイプ（40），（4
1）を介して回収された極微粒子は、前記仕切り板（4
4）による迂回路を経由することで、サイクロンと同様
の原理により大まかに分級され、前記供給部（11）内へ
の落下される。これに対して、不要な空気は、排気パイ
プ（43）を通して排風機（４）から排出される。なお、
前記排気パイプ（43）の中途部には、排気の流れを制御
する電磁弁（45）が設けられている。
以上のように構成される加工装置は、次の如く動作さ
れる。
先ず、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
れた圧縮空気はフィルター（16）あるいは空気吹き出し
口（22）から混合室（２）内へ流入される。この際、圧
縮空気が極微粒子（15）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極微粒子（15）が
攪拌され、その一部が集粉器（25）の集粉凹部（25a）
によって送り出しパイプ（19）の入口（19a）付近に集
められる。
この攪拌に際しては、振動手段（17）による機械的な
分散も行われ、前記エアーバイブレーター効果が効果的
に持続される。また、集粉器（25）に接続される導出パ
イプ（26）の中途部に設けられる電磁弁（27）と、供給
部（11）の蓋体（12）に接続される排気パイプ（43）の
中途部に設けられる電磁弁（45）は、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、これらの開閉操
作による圧力差によって混合室（２）内の極微粒子（1
5）が一層攪乱されるようになっている。なお、このと
き、排気量調整弁（28）によって混合室（２）内からの
排気量をある一定量まで減らすと上記圧力差が小さくな
り、前記周期的な開閉操作を行っても極微粒子（15）は
ほぼ一定に噴射されるようになる。
一方、第２の供給パイプ（７）に分流された圧縮空気
は、送り出しパイプ（19）にストレートに送り込まれ、
その空気流によって負圧となることによって入口（19
a）付近に集められた極微粒子（15）が吸い込まれ、当
該送り出しパイプ（19）内で圧縮空気と混合される。
そして、この圧縮空気と極微粒子の混合物が送り出し
パイプ（19）を通ってノズル（20）より噴射され、被加
工物（36）の被加工面に吹きつけられて加工が行われ
る。
使用済みの極微粒子は、返送パイプ（40），（41）を
介して供給部（11）に戻され、再使用に供される。
加工条件の検討 上述の装置を用い、ノズル（20）から吹きつけられる
極微粒子の入射角度を変え、被加工面の加工状態を調べ
た。
その結果、第３図に示すように、極微粒子の入射角度
が被加工物（36）の被加工面の法線方向（図中矢印Ｘ方
向）に対して10゜以下（図中θで示す範囲。）である場
合には、前記極微粒子を構成する材料の薄膜が堆積（デ
ポジション）されることがわかった。
第４図は、前記入射角度による膜付け速度の変化を示
すもので、入射角度を基板の法線方向から傾けていく
と、膜形成速度が次第に小さくなり、ついには薄膜が付
着されなくなっている。
また、前記薄膜のデポジションは、極微粒子の平均粒
径が小さいときに特異的に起こる現象で、第５図に示す
ように、極微粒子の平均粒径が３μｍ以下のときに膜付
けが行われることが確認された。ただし、前記平均粒径
依存性は、使用する極微粒子の融点によっても若干異な
り、融点の大きい極微粒子では、平均粒径を小さくしな
いと薄膜を形成することができない。また、極微粒子の
平均粒径をあまり小さくしすぎると、膜形成に貢献でき
るエネルギーが小さくなるので、遂にはデポジションが
できなくなる大きさがある。このデポジションができな
くなる大きさは、第５図にも示されるように、およそ0.
01μｍであった。
第６図は、極微粒子の速度と膜付け速度の関係を示し
たもので、極微粒子の速度がある値（50m/秒）以上にな
らないと前述のデポジションが起こらないことがわかっ
た。また、デポジションを行うのに必要な最低速度は、
融点の大きい極微粒子ほど大きくなる傾向にあることが
併せて確認された。
これに対して、前記入射角度を40゜以上（第３図中α
で示す範囲。）とした場合には、前記薄膜の形成は起こ
らず、エッチングのみが行われることがわかった。
エッチングにおいては、第７図に示すように、極微粒
子の平均粒径が大きくなるほど加工速度が速くなるが、
エッチング後の被加工面の表面性やエッチング精度等を
考慮すると、使用する極微粒子の平均粒径は３μｍ以下
とする必要がある。
また、これらの中間領域（第３図中ψで示す範囲。）
では、エッチングと薄膜形成が同時に起こり、例えばエ
ッチングの後に薄膜を形成する必要がある場合には有用
な方向となることがわかった。
前述のデポジションあるいはエッチングを行う場合、
第８図（Ａ）に示すように、ノズル（20）を幅広のスリ
ット状とするとともに、被加工物（36）を回転させなが
ら前記ノズル（20）を一方向に走査することで、広い面
積の加工が可能である。
このとき、前記ノズル（20）の幅Ｗと長さl1とは、第
８図（Ｂ）に示す直線上にあると良好な噴射が可能とな
る。
また、前記ノズル（20）の先端部分には、少なくとも
２〜10mm程度の平坦部〔ノズル（20）の内周面が被加工
面に対して略直角となる真っ直ぐな部分〕が設けられて
いると好適である。
さらに、ノズル（20）を一方向に走査する代わりに、
複数のノズルを並列配置することで、前記大面積の加工
に対応することも可能である。
あるいは、ノズル（20）の吹き出し口をスポット形状
とし、これを被加工物の送り方向と直交する方向に走査
するようにしてもよい。
以上の検討結果をもとに、実際にデポジションやエッ
チングを行った。以下、これらデポジションやエッチン
グの具体例について説明する。
実施例１ ビッカース硬度1800kg/mm2の焼結アルミナを粉砕し
て、平均粒径1.0μｍのアルミナ微粒子を作製した。
そして、先の加工装置を用いて、このアルミナ微粒子
を、吹きつけ速度300m/秒，入射角度０゜なる条件でフ
ェライト基板（ビッカース硬度650kg/mm2）上にスリッ
ト状のノズルから30秒間噴射した。
なお、噴射に際してのアルミナ微粒子の密度は、約0.
1g/mlとした。
その結果、厚さ約2.2μｍのアルミナ薄膜が得られ
た。
第９図はこの実施例で使用したアルミナ粒子の形状を
示す電子顕微鏡写真であり、第10図は形成された薄膜の
断面を示す電子顕微鏡写真である。
特に第10図を見ると、30秒という短い時間で非常に緻
密な膜が形成されたことがわかり、薄膜形成についての
推測が裏付けられたものと言える。
実施例２ アルミナ微粒子の平均粒径を0.6μｍとし、同様の条
件でフエライト基板上に噴射したところ、やはり緻密な
アルミナ薄膜が形成された。
さらに、アルミナ微粒子の平均粒径を0.2μｍとして
も同様に緻密なアルミナ薄膜が形成された。
比較例１ アルミナ微粒子の平均粒径を５μｍとし、先の実施例
１と同様の条件でフェライト基板上に吹きつけたとこ
ろ、アルミナ薄膜は全く付着せず、フェライト基板のエ
ッチングのみ起こった。
実施例３ 平均粒径0.6μｍのアルミナ微粒子を用い、フェライ
ト基板のエッチングを行った。
アルミナ微粒子の吹きつけ条件は、入射角度を40゜に
した他は先の実施例１と同様である。
エッチングパターンは、50μｍ幅とし、厚さ５μｍの
感光性ウレタンゴムをエッチングレジストととした。
エッチングに際しては、フェライト基板を30rpmで回
転させ、またアルミナ微粒子の吹きつけ時間は60秒とし
た。
その結果、フェライト基板の表面が深さ２μｍエッチ
ングされ、側壁角度は約60゜であった。また、エッチン
グ後の表面粗さは、Rmaxで0.06μｍであり、鏡面状態と
された。
実施例４ 硬質ステンレスからなる円筒状の金型を高速で回転さ
せ、その表面に平均粒径1.0μｍのアルミナ微粒子をス
リット状のノズルから10秒間吹きつけた。
アルミナ微粒子の吹きつけ条件は、先の実施例３と同
様である。
金型の表面はエッチングされ、表面粗さはRmaxで0.05
μｍであった。
比較例２ アルミナ微粒子の平均粒径を６μｍとし、実施例４と
同様に金型のエッチングを行った。
金型表面はエッチングされたが、その表面粗さはRmax
で0.7μｍであった。
〔発明の効果〕
以上の説明からも明らかなように、本発明において
は、平均粒径３μ以下の極微粒子を用いているので、加
工速度や加工精度等の点でこれまでの技術を凌ぐデポジ
ションあるいはエッチングを行うことができる。
特に、デポジションにおいては、成膜速度が非常に速
く、被加工面に対する制約も少ない。
また、エッチングにおいては、微細なパターンを精度
良くエッチングすることができ、エッチング速度も速
く、しかもエッチング後の被加工面の表面状態を鏡面に
近い良好なものとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は加工装置の具体的な構成例を示す概略断面図で
あり、第２図は混合室の底面の構造を示す平面図であ
る。 第３図は被加工面に対する極微粒子の入射角度を示す模
式図である。 第４図はデポジションにおける膜付け速度の角度依存性
を示す特性図であり、第５図は粒径依存性を示す特性
図、第６図は吹きつけ速度依存性を示す特性である。 第７図はエッチングにおける加工速度の粒径依存性を示
す特性図である。 第８図（Ａ）はノズルの走査方法の一例を示す模式図で
あり、第８図（Ｂ）はノズルの幅と長さの最適比を示す
特性図である。 第９図はデポジションに使用されるアルミナ微粒子の形
状を示す電子顕微鏡写真であり、第10図はデポジション
された薄膜の結晶構造を示す電子顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B24C 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】平均粒径0.01〜３μｍの極微粒子を主体と
    する粉体を被加工面の法線方向に対して０〜10゜の入射
    角で吹きつけ、被加工面に極微粒子材料を堆積させるこ
    とを特徴とする加工方法。
  2. 【請求項２】平均粒径0.01〜３μｍの極微粒子を主体と
    する粉体を被加工面の法線方向に対して40〜90゜の入射
    角で吹きつけ、被加工面をエッチングすることを特徴と
    する加工方法。
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