JPH07500635A - ワーク表面加工方法および装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 ワーク表面加工方法および装置 この発明はワーク表面を加工する方法および装置に関する。

この発明はガスプラズマによるワーク表面の加工、極清浄表面の保護、および表 面への層または被覆の付着にとくに応用できる。これら応用は、電気、電子、機 械業界の数多くの部門だけてなく、例えば微生物収容室など医学上の処理におい ても生ずる。

特別の気密チェンバ内の制御可能なガス媒質を用いたプラズマ加工方法および装 置は周知でる。気密チェンバをまず完全に排気し、次に線材なガスまたは所要の 混合ガスを充填する。高周波もしくは超高周波グロー放電またはアーク放電（こ よりプラズマを活性化し、ガス混合体の組成または陰極もしくは陽極の材料に応 して、その放電により清浄化用、酸洗い用または膜堆積用に所要のプラズマ組成 を形成する（例えば、ブイ。アイ５オルロフおよびヴイ、エムガラン著［プラズ マアーク吹付けによる被覆の堆積、その技術および装置」、　［レヒューズ・オ フ・エレクトロニック・エクィップメント」シリーズ、　「テクノロジー・プロ ダクション・マネジメント・アント・エクイツブメンｔ−１１９８１年、１８号 （８３３）　、第４６〜４７頁参照）。

この種装置における上記チェンバは低圧の下で機能する。

高真空にするとプラズマ内の不要不純物を減らせる。しが特表千７−５００６３ ５　（３） し、高真空はまた活性粒子の密度の低下およびワーク表面向けのそれら粒子の流 れの密度の低下をもたらし、同ワーク表面の加工なとの処理の時間を長引かせる 。この種装置の生産量の比較的低い理由の一つはここにある。さらに、ある真空 度をチェンバの排気により継続して維持する必要かあることも上記低い生産量の 原因となっている。プラズマ発生ガスの交換の際にはチェンバ内を如何なる粒子 もないように完全にからにすることがとくに重要である。その後のワーク表面加 工おいて問題を生じさせ得る不要の不純物を除去するためである。そのために装 置稼働準備の時間が長くなる。また、フッ素や塩素なと活性度の高い成分を含む ガスを用いた場合はチェンバ壁との間で反応を誘発し消耗を早める。そのような 装置を連続加工プロセスに用いる場合は、特別の仕切りチェンバを設けて大気と の連通を可能にしなければならない。しかし、そのために基板表面の汚染か生じ やすく、これは例えばエレクトロニクスの分野では全く許容できないことである 。

真空チェンバなしに固体を機械加工する従来提案の方法および装置、すなわち被 加工物をプラズマ流に導入しそのプラズマ流内での加工期間中動かし数サイクル 後に引き出す方法および装置はビー、ニス、バニーリンおよびヴイ。

ニー、キレイエフにより「材料の酸洗いおよび清浄化のための低温プラズマの利 用」と題する論文　１９８７年エネルギアｌ−ミズタト（モスクワ）刊第３８〜 ５ｏ頁　に説明されている。しかし、このような操作によるとワーク表面は汚染 を受けやすく、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ製品）なとの超清浄表面で用いるに は全く不適である。

■、ハヤカワ編ＭＩＲ出版社（モスクワ）１９９０年刊の「清浄雰囲気序説」と 題する出版物に挙げられたもう一つの従来提案による装置においては、同書５８ 頁および５９頁に、保護表面上に薄層状の流れ、すなわち超純粋媒質でつくった 薄層状の流れの形成の方法が記載されている。この方法は開放系であって保護チ ェンバを必要とせず、したかって継続自動プロセスに比較的容易に一体化できる 。しかし、そこに述べられた方法は実用的には十分な信頼性を備えず、乱流の影 響を受けやすい。

この発明はワーク表面の周囲に遮へい領域を形成するか、遮へいガスシェツトを 制御されたやり方で形成する装置構成に関する。

この発明の具体例およびこの発明を実施する際に用いられる具体例を例示のため に添付図面を参照して次に説明する。

図１はプラズマ噴射装置の図解的軸断面図、図２は第２の装置の一部切欠き図解 的側面図、図３は図２の装置の一部の図解的断面図、図４はもう一つの装置形式 の図解的断面図である。

プラズマ噴射装置の簡単な形式を示す図１を参照すると、プラズマ生成ガス吐出 系および供給源（図示してない）に接続した二つの電極ユニットｌから成り大気 圧でプラズマ噴流を発生する装置が示しである。電極ユニット１は気密隔壁２の 封着開口を貫通している。使用材料吐出用のフィーダー３も隔壁２０封着開口を 貫通している。フィーダー３は図の平面で垂直な断面軸をもつ管の形状を備える 。電極ユニット１はこの断面軸について対称に配置しである。

これら電極ユニットｌの軸はフィーダー３の軸と鋭角を成して固定しである。方 形断面の閉じた管の形状の噴流型遮へいガススクリーン形成用環状成形器４、す なわち自身の形成する輪の内側の空間を隔壁２で完全に覆うようにその周縁部全 体を通して隔壁２に堅く連結された環状成形器４が備えである。成形器４は隔壁 ２とともに水平および垂直の両平面で可動になっている。成形器４は管５を通じ て遮へいガス吐出系（図示してない）と連通している。また、成形器４はワーク ７のホルダー６の上部にとりつけである。

ホルダー６は、一端でワーク７の装填を受け加工ののち他端でそのワークの取外 しを受けるコンベヤの形を備える。

このホルダー６の平面に面する成形器４の壁の長さ全体にわたって、溝穴８、す なわち成形器４の環状面全体にわたって延びる溝穴８が設けである。溝穴８は多 孔質材料から成る素子９により覆っである。

この装置の動作をガラスセラミック基板の形のワーク７の表面への銅薄膜の堆積 について考えよう。

電圧とアルゴンから成るプラズマ生成ガスとを電極ユニットｌに供給する。これ ら電極ユニットｌからのアルゴンプライマの噴流が組合せ噴流１０を形成する。

次に気体フレオンから成る使用材料がフィーダー３を通じて組合せ噴流ＩＯの中 心に吐出される。同時に、清浄化したアルゴンから成る遮へいガスを成形器４の 内部に管５を通じて流す。

溝穴８を覆う素子９を通り抜けて、この例ではアルゴンから成る遮へいガスが一 様な円形の遮へいガススクリーン１１を形成し、それによって、この遮へいガス の形成する円形のスクリーン１１の内部の空間を近傍の媒質からの汚染粒子およ び酸素の侵入に対して保護する。

ホルダー６に装着されたガラスセラミック基板７は加工領域、すなわち組合せプ ラズマ噴流ＩＯの領域に導入される。ここで、フィーダー３から吐出されたフレ オンは炭素およびフッ素の励起原子およびイオンに分解される。これら励起原子 およびイオンはプラズマ噴射器１０により基板７、すなわち堆積層の付着を損な う有機不純物がその表面にほぼ必らず付いている基板に向けられる。

上記励起原子およびイオンと基板７との相互作用にり基板表面か清浄化される。

清浄化プロセスが終ると、微細分散銅粉の粒子または複素有機銅含有物質の蒸気 がフィーダー３からプラズマ噴流ＩＯに吐出される。

この物質はプラズマ噴流間で分解され、銅原子が基板７の表面に堆積する。円形 遮へいガススクリーンが作動領域または加工領域への酸素の侵入を防止するので 、例えば銅の酸化物などの不純物を含まない純粋な銅の層の被覆を基板７に形成 できる。

他の噴射装置と同様に、プラズマ噴射装置ＩＯはその周特表千７−５００６３５ 　（４） 囲に真空を生し、したがって周囲媒質から空気を吸入する傾向かある。隔壁２の 外部からの空気なとの不純物の侵入を確実に阻止するために、電極ユニット１お よびフィーダー３は、例えばフッ素樹脂材料から成る封着ガスケットにより気密 隔壁２の気密打止部材に固定しである。

上述のとおり、遮へいガススクリーンＩＩは三つの部分を有し、それらのうち二 つは上述の要件との関連でとくに重要である。初期内側部１３は周囲媒質からの 不純物を全く含まないので重要である。領域１４、すなわち上記部分１３へのバ ッファとして機能する際に上記環の内側および外側の空間の周囲媒質と噴流ＩＯ が混ざり合う領域は両方とも重要である。スクリーン１１は加工空間または領域 を汚染粒子および周囲媒質からの空気の侵入に対して保護しなければならない。

この目的は、遮へいガス流１１と周囲媒質との混合か乱流の低減、すなわち前記 ガス流と周囲物質との間の無秩序で強度の混合の際にそのガス流に悪影響を与え る乱流の低減ができればもっともよく達成できる。

乱流を伴う混合の低減において重要なものは素子９、すなわち秩序圧しい構成の 多孔質材料から成り成形器４内におけるガス流を等化する素子９である。そのよ うな素子９は、例えば互いに重ね合わせたフィルタの一組の微細メツツユ素子で 構成できる。

しかし、上記ガス流の内側部１３の均一性は限られた長さたけ保持される。溝穴 ８の平面と基板７の表面との間の距離りが内側部１３の長さを超えず、次の関係 式で定まることか良好な結果のために実際的であることがわかった。

すなわち、 Ｌ＝Ｒ２Ｖ／Ｄ　（１１ ここで、■−遮へいガス噴流ｌｌの速度、Ｒ＝管溝穴８の幅、 Ｄ＝周囲媒質粒子の遮へいガス噴流１１への拡散係数 である。

図１に示した装置構成において、溝穴幅Ｒ＝ＩＯ−２ｍ、アルゴンガス速度Ｖ＝ ０．５ｍ／ｓ、一様な流れにおける正常時の拡散係数Ｄ＝　Ｉ　Ｏ−’ｒｄ／　 ｓである。これら数値を上記りの式に代入すると、 Ｌ＝　（１０−’）　２・０．５／１０−’＝０．５ｒｎが得られる。

したがって、被加工基板７の表面と溝穴８の表面との距離は０．４５ｍである。

図２を参照すると、表面の保護および加工に用いられる他の方法の理解のための もう一つの装置か示しである。

図２において、この装置は大気プラズマ噴流発生装置２１、すなわちプラズマ生 成ガス吐出系（図示してない）からの活性化粒子の種類によって、清浄化、酸洗 い、層の堆積、表面活性化なとの種々の動作を行なうことのできる発生装置を含 む装置である。ワーク２４のホルダー２３を備えるワークキャリヤ２２は発生器 ２１のプラズマ噴流２６の加工領域へのワーク２４の導入および同領域からの引 出しのだめの駆動装置２５を有する。キャリヤ２４と併せて出口孔直径２．１０ −２ｍの断面円形の管２７から成る噴流成形器か配置しである。管２７は例えば 低温窒素などの遮へいガスの供給源（図示してない）と連通している。管２７の 出口孔はワーク２４のホルダー２３に面している。遮へいガス噴流の軸は管２７ の出口からワーク２４の表面に平行に向けられている。管２７の出口孔の中には 一組の多孔スクリーンから成るガス透過素子２８が設けである。この素子２８が 管２７の出口にガスの均一な流れを生じさせる。ワーク２４の反対側の端と管２ ７の出口孔との間の距離はＳ＜Ｖｇｂ２／Ｄ　（２） になるように選ぶ。ここで、 ■＝素子２８から放出される遮へいガスの動的速度、ｂ＝管２７の出口孔の直径 、 Ｄ−遮へいガスへの周囲媒質の原子および分子の拡散係数、 である。

図２記載の装置の動作をワーク表面のプラズマ加工方法の要点の説明のために考 えてみよう。

加工対象の板２４かホルダー２３に装着され遮へいガス（低温窒素）か管２７に 速度Ｖｇ＝０．２５ｍ／ｓて送入される。管の直径か２．１０”ｍ、低温窒素の 拡散係数がＤ−１０−’ｒＴｆ／ｓであることを知って遮へいガス噴流の初期部 分の大きさＬを Ｌ＝ＶｇＲ２／Ｄ　（３１ からめよう。ここて、 Ｖｇ＝遮へい噴流の中のガスの速度、 Ｒ−遮へい噴流のさしわたしの長さ、 Ｄ−噴流内への周囲媒質物質の拡散係数である。

したがって、Ｌ＝０．２５−（２１０−２）２／１０−’＝Ｉｍである。

したがって、被加工板２４の信頼性ある保護は、管２７の出口孔とホルダー２３ の管２７と反対側の端部との間の距＃Ｓを１ｍ以下、例えばＳ＝０．７ｍに設定 し、遮へいガス噴流の軸を被加工板２４の平面内に合わせることによって確保て きよう。すなわち、板２４を遮へいガス噴流の初期部分て完全に包むのである。

発生器２１の電源スイツチ投入の前（二板２４の加工をプラズマ噴流の初期部分 によって行うように発生器２１を配置しなければならない。

アルゴンプラズマ使用による加工を考えてみよう。

発生器のノズル直径ｄ＝ＩＰ’ｍ、プラズマ流の速度Ｖｐ＝ｌ　ＯＯｍ／ｓ、圧 ）月０５Ｐａおよび温度１０４Ｋにおけるアルゴンプラズマの拡散係数Ｄ＝　ｌ 　Ｏ−’ｎ（／　ｓである。プラズマ噴流の初期部分の適切な長さを定めるため にこれら数値を次の式に代入する。すなわちｆｆ＝Ｖｐｄ’／Ｄ　（４） ここで、Ｖｐ−プラズマ噴流の速度、 ｄ＝プラズマ噴流の直径、 特表千７−５００６３５　（５） Ｄ二拡散係数 である。

したがッテ、ｊ？＝Ｉ００・　（１００−’）”／１０−”＝ａ。

すなわち、設定を距離７国で行う。これは板２４の表面と発生器２１のノズルの 出口孔の面との間の距離ａである。

発生器２１の電源スイツチ投入後、駆動装置を始動させキャリヤ２２がホルダー ２３上の板２４を発生器２１のプラズマ噴流加工領域に導入する。発生器２１が らのプラズマ噴流２６を通じて板を動かすことによって板の表面を加工する。プ ラズマ流は管２７から放出された遮へいガスの噴流によって断たれることはない 。プラズマ流の速度ヘッドはガス噴流のそれよりもかなり高いがらである。被加 工板２４はプラズマ噴流２７から出ると遮へいガス噴流を受け、このようにして 加工サイクルが繰り返される。

この実施例の特徴は、プラズマ流内におけるワークの連続的動きの間にプラズマ 流の初期部でワークが加工され、その加工された部分かプラズマ流の中に導入さ れる前に遮へいガス噴流による吹付けを受け、遮へいガス噴流が被加工面に平行 にあたった状態でワークを遮へいガス噴流の初期部に保持してプラズマ流から引 き出されることである。

成形した遮へいガス噴流の特性をより明確に説明するための図３を次に考えよう 。ガス透過性素子２８を端部に有する管２７にガスか吐出されると、その管２７ の出口におけるガス流の速度は一様になる。この段階で吐出されたガス噴流は図 ３に境界を示した三つの明確な部分、すなわち初期部２９、周囲媒質との混合領 域３０、および端部の三つの部分を有することかわかる。この特定の場合は、初 期部２９は円錐の形状を備える。この円錐の形成は、周囲媒質のガス粒子か噴流 の軸と垂直な方向に速度Ｖｄて遮へいガス噴流に拡散していく傾向と、遮へいガ ス粒子か軸方向に速度Ｖｇて慣性により運動する傾向とに起因する。これら速度 ベクトルの和をとることによって、合成速度Ｖｒのベクトルが得られる。

したかって、混和性領域３０にある周囲領域のガス粒子は図中の点３２の右側に 位置する点においてたけ遮へいガス噴流の軸に向かって進んでいくことができる 。この点３２は管２７の出口孔の面からの遮へい領域の長さを定義する。

上述の説明から理解されるとおり、周囲媒質の粒子は領域２９には存在しない。

上記関係式（４）にみられるプラズマ流の長さｌの決定についても同様の結論が 得られる。

被加工板２４（図２）を管２７からの距離Ｓ＜してプラズマ流発生器２１からの 距離ａくβに配置することによって周囲媒質からの汚染粒子の侵入を防ぐことが できる。

図２および３を参照して説明した被加工表面のプラズマ加工方法は高い加工速度 で高品質の製品を産出する。この方法は超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）の製造に おいてとくに貴重である。プラズマ発生器に供給する活性成分を変えることによ って、この方法は、予備的清浄化から諸層の堆積に至るＶＬＳＩ製造の全工程を 流体力学応用の保護、すなわちワーク表面への汚染粒子の侵入を排除した保護の 下に行う備えを提供する。被加工面は周囲媒質の汚染効果から完全に分離されて いるので、このプラズマ加工は空気など如何なるガス媒質の中でも行うことが可 能である。

図４を参照すると、表面の保護および加工のもう一つの方法の理解のためのもう 一つの装置が示している。

図４の装置は円形断面で出口直径Ｚ＝１０”ｍを有する超清浄ガス噴流形成ユニ ット４１を含む。

管４２の前には保護対象のワーク、例えば板４４を保持するホルダー４３が備え られている。管４２の断面軸は板４４の表面が形成する面内にあり、ワークは管 ４２から吹き出されるガス噴流４５の中央に配置される。図４の装置は次のとお り動作する。

アルゴンなとの清浄化ガスを形成ユニット４１から管４２を通して保護対象の板 ４４に向かって吐出する。放出されたガス噴流は図４に境界を示した三つの明確 な部分、すなわち初期部４５、周囲媒質との混合領域４６、および主要部４６を 有する。この特定の場合は、初期部４５は円錐の形状を備える。この円錐の形成 は、周囲媒質のガス粒子が噴流の長さ方向軸と垂直な方向に速度Ｖｄて遮へいガ ス噴流に拡散していく傾向と遮へいガスの粒子が前記長さ方向軸の方向に速度Ｖ ｇて慣性により運動する傾向とに起因する。したがって、混合領域４６における 周囲媒質のガス粒子は図中の点４８よりも右側に位置する点てだけ遮へいガス噴 流の軸に達することができる。点４８は管４２の出口の面からの保護領域の長さ を定める。部分４５に周囲媒質の粒子がないことは上述の説明から理解されよう 。

圧力Ｐ＝Ｉ０５Ｐａ、Ｔ　〜３００に、Ｚ＝ＩＯ”ｍ、■＝１．ｍ／ｓのとき遮 へいガス、すなわちアルゴンガスの噴流について濃度ｎ計算用の慣用の状態方程 式および拡散係数り決定用の分子物理学公式を用いると、ｎ　＝　Ｉ　Ｏ”ｍ− ”、Ｄ＝ＩＯ−’ｒ＋（／ｓが得られ、円錐の高さの下記公式にこれら数値を代 入するとＬ＝］が得られる。すなわち、Ｌ＝ＶＺ２／Ｄ　（５） ここで、■−ガス噴流の速度、 Ｚ−ガス噴流の横方向寸法、および Ｄ−拡散係数 である。

図４の装置構成の上述の説明から明らかなことは、ここに開示した超清浄表面の 保護方法の特徴か超清浄ガス媒質の噴流の生成と、その噴流に対する保護面の配 置を、その噴流の初期部かその噴流の一部の長さ、すなわち上記保護面の吹付は 面であって次の関係式で与えられる長さにわたって吹き付けるように行うことを 含んていることである。

ここて、■＝ガス噴流の速度、 Ｚ−ガス噴流の横方向寸法、および Ｄ−拡散係数 である。

ワーク表面保護のための図４の方法は不純物がワーク表特表千７−５００６３５ 　（６） 面に到達する可能性を最小にし不要な化学反応を防止する。

図４のこの方法は集積回路（ＶＬＳＩ）の製造にとくに重要である。予備的清浄 化から諸層の堆積に至るＶＬＳ　Ｉ製造の全工程を流体力学応用の保護、すなわ ちワーク表面への不純物粒子の侵入および同表面での不要な化学反応を排除した 保護の下で行うことがこの方法により可能になる。

周囲媒質による汚染および化学反応からのワーク表面の完全な分離により、加工 を空気なとあらゆるガス媒質の中で行うことか可能になる。

図１の説明、とくに上述の特定の装置から、表面のプラズマ加工を可能にするワ ーク領域の気体による保護が得られることが理解されよう。」二連の特定の装置 には、プラズマ生成ガス吐出系と、使用材料吐出用フィーダーと、加工領域への ワークの導入および同領域からの引出しを可能にするように相互間の相対運動へ の備えを伴って配置されたワークホルダーとを備える大気圧におけるプラズマ噴 流発生装置であって、ワークホルダーの周囲に噴流状の遮へいガススクリーンを 形成する手段を有し、このガススクリーン形成手段の画する空間かプラズマ発生 装置とプラズマ生成ガスのフィーダーとの貫通を受ける気密外被部材を存するプ ラズマ噴流発生装置かある。

図１を参照して説明した装置構成の利点は、真空チェンバを要することなく、保 護された処理または加工領域を提供できることである。これによって、処理また は加工装置構成の予め定めた組立て、すなわち周囲媒質とワーク表面との化学的 相互作用の可能性を最小にすることによって上記装置の技術的性能を高める予め 定めた組立てを作り出すことが可能になる。この方法により形成された保護領域 は、純粋な金属の堆積膜の空気中の酸素による酸化、またはフォトレジスト膜と 酸素との間の相互作用が生じにくくシ、それら膜の耐久性を改善する。図１を参 照して説明した装置構成はまた周囲媒質からの微粒子の侵入、すなわち例えば大 規模集積回路ＬＳＩおよび超大規模集積回路ＶＬＳ　１の製造に用いられる構造 寸法と整合可能な粒子の侵入を阻止する。

合理的な配置および設計の単純化のためにガスプラズマの発生装置および供給装 置は気密隔壁の開口にとりつけるのが好ましいがこれは必須ではない。これら発 生装置および供給装置は、周囲媒質からゆるい継目を通じてガスが侵入すること を防止しそれによって加工領域への汚染粒子の侵入を防止するために、隔壁によ く封着しなければならない。

乱流を抑えるために、噴流状遮へいガススクリーンを生ずる形成器４の溝穴８は その全長にわたり秩序圧しい構成の多孔質材料、すなわち吐出された遮へいガス 流を均一化し形成器出口で噴流形遮へいガススクリーン用の一様な流れを得るこ とを可能にする材料の素子９て覆う。

この装置構成により遮へいガススクリーンを通過した汚染物質の速度は乱流の減 少に比例して低下する。形成器４の溝穴８への上記素子９の取付けは、汚染粒子 の拡散速度と流れそのものの速度との比の変動により、プラズマ加工プロセス実 施用の所要成分含有の技術的に好適の媒質を有する領域を拡大することを可能に する。

噴流型遮へいガススクリーン形成器４からの遮へいガス流は基本的に三つの部分 、すなわち周囲媒質からの汚染粒子かなく分子組成が遮へいガスの初期組成に完 全に対応している初期部分と、遮へいガス噴流が周囲媒質と混ざり合う領域と、 初期ガスか周囲ガス媒質と完全に混ざり合う主要部分との三つの部分に分かれる 。これら部分の境界は流れの放出速度、形成器溝穴の方法、および遮へいガス噴 流内の周囲媒質の粒子の拡散係数によって定まる。

微粒子、原子、分子か周囲媒質からプラズマ流内に遮へいガス流を通した拡散に より侵入することを最小に抑えるために、ワークホルダー面と溝穴の面との距離 を次式で与えられる上記初期部分の大きさ１を超えないように設定することかで きる。すなわち、 Ｌ＝ＶＲ２／Ｄ ここで、■＝遮へいガス噴流の速度、 Ｒ＝管管式穴幅、 Ｄ−遮へいガス噴流内の周囲媒質粒子の拡散係数 である。

図２および３の説明から、上述の装置構成の重要な特徴かワーク表面のプラズマ 加工用の方法の提供、すなわち周囲媒質中の汚染粒子がワーク表面に侵入する可 能性を最小にするガス流によってワークを保護する方法の提供にあることが理解 されよう。

図２および３を参照して説明した装置構成において、ワーク表面を清浄化し加工 する方法はプラズマ流の中へのワークの導入と、そのプラズマ流の中てのワーク の継続的駆動と、そのプラズマ流からのワークの引出しとを含み、プラズマ流へ のワークの導入前およびプラズマ流からの引出しのあと、ワーク表面と平行な向 きの遮へいガス噴流をワーク表面を横切って吹き付け、ワークを遮へいガス噴流 主要部の開始前に同噴流初期部に配置する方法である。

図２および３に開示したワーク表面プラズマ加工方法の利点は周囲媒質からワー クへの汚染粒子の侵入を最小にてきることにより加工の規格を改善できることで ある。また、加工表面の配置される噴流初期部では汚染粒子が除去されており周 囲媒質にはＱｌ何なる粒子も含まれ得るので、保護効果か得られる。拡散により 噴流に浸透できる粒子は噴流周縁からその中心向きの速度を有し、噴流内におけ る噴流ガス速度と粒子拡散速度との加算か周囲媒質から入来し得る汚染粒子の全 くない円錐状噴流初期部を生しさせる。この効果は噴流初期部におけるガスの乱 流および薄層状流の両方において得られる。たたし、薄層状流の場合は拡散速度 は流れそのものよりもかなり低く、噴流初期部の長さかとくに大きい。初期部の 大きさしは上述のとおり次の関係式から得られる。すなわち、 Ｌ＝ＶｇＲ２／Ｄ 特表千７−５００６３５　（７） ここで、Ｖｇ＝遮へいガス噴流中のガス速度、Ｒ−遮へいガス噴流の断面寸法、 Ｄ＝周囲媒質物質の噴流への拡散係数 である。

遮へい噴流の初期部の流れが乱流の性質のものである場合は、乱流状拡散用の数 値を用いなければならず、また、薄層状の流れの場合は、慣用の分子拡散係数を 用いなければならない。これら寸法と速度との関係が判ると、ワーク表面の噴流 主要部への配置、すなわち乱流状混合が常に大勢を占めており媒質からの汚染粒 子が被加工表面に容易に侵入できる主要部への配置を避けることができる。

周囲媒質からの粒子による被加工表面の汚染およびその表面における不要の化学 反応を最小限に抑えることは、ワークを遮へいガス噴流の初期部にプラズマ噴流 への導入の前でも後でも導入することだけでなく、加工の途中すなわち次式で与 えられる長さのプラズマ噴流初期部におけるワーク加工目的の加工の途中におい ても、達成できる。すなわち、 ｆｆ＝Ｖｐｄ２／Ｄ ここで、Ｖｐ−プラズマ噴流の速度、 ｄ−プラズマ噴流の直径、 Ｄ＝拡散係数 である。

この種の加工においては、被加工表面上のあらゆる不要の化学反応、例えば堆積 層の酸化を不活性遮へいガスの利用により回避できる。

図２および３に開示した方法は、大気圧におけるプラズマ噴流発生装置を有する 上述のプラズマ加工装置、すなわちプラズマ生成ガス吐出系とワークホルダー付 きのキャリヤとを備えそれら発生装置およびキリャヤの両方をワークの加工領域 への導入および同領域からの引出しを可能にする相対運動手段とともに配置した プラズマ加工装置であって、遮へいガス供給源と連通しワークホルダーに出口孔 を向けたキャリヤ上に配置した管または導管の形の遮へいガス噴流形成器を有し 管出口孔からワークホルダーの反対側端部まての距離Ｓを次の関係式から定めた プラズマ加工装置により実現できる。すなわち、 Ｓ＜Ｖｇｂ２／Ｄ ここで、Ｖｇ−遮へいガス噴流の速度、ｂ−管出口孔の対角線長または直径、 Ｄ＝周囲媒質の遮へいガス噴流への拡散係数である。

図４の説明から、同図記載の装置構成の重要な特徴は、超清浄表面の保護か、周 囲媒質の乱流に影響されないガス噴流のそれら表面への吹付けにより可能である こと、およびこの保護装置構成の実現のための方法および装置の提供にあること か理解されよう。

図４を参照して上に述へた超清浄表面保護方法は保護対象の表面に吹きつけるへ き超清浄ガス媒質の噴流の形成を含み、保護対象のワーク表面を同表面吹付は用 の噴流の初期部に配置し、その噴流初期部の長さを次の関係式から定める。すな わち、 Ｌ＝ＶＺ２／Ｄ ここで、■＝ガス噴流の速度、 Ｚ＝ガス噴流の供給源の点における横方向寸法、Ｄ＝周囲媒質の拡散係数 である。

図４を参照して開示した超清浄表面の保護方法の利点は信頼性にある。すなわち 、保護対象のワークが噴流の性質に左右されない上述の噴流初期部により吹付け を受けるからである。噴流初期部は、周囲媒質からの粒子およびガス分子の浸透 速度のベクトルが二つのベクトルの合成値、すなわち互いに垂直な粒子および分 子拡散速度およびガス噴流速度の合成値であることによって定義される。したが って、主たる薄層状噴流においては粒子および分子の拡散速度は最小てあり、し たがって噴流初期部の長さは最大となる。反対に、乱流状噴流においては、拡散 速度は大きいが初期部の長さは最小となる。しかし、噴流の性質に関わりなく周 囲媒質からの不純物を含まない部分が常に存在し、その部分におけるガス組成は 吐出された遮へいガスの組成および清浄度だけに左右される。

図４記載の方法は図示の超清浄面保護装置、すなわちワークホルダーに面した出 口孔を有する管をその出口に有する超清浄ガス噴流形成ユニットを含み、底面か 前記管の出口孔により構成され高さＬが次の関係式によって与えられる円錐の画 する領域に前記ワークホルダーを配置した超清浄面保護装置を用いることにより 実施できる。すなわち、Ｌ＝ＶＺ２／Ｄ ここで、■＝ガス噴流の速度、 Ｚ＝ガス噴流の横方向寸法、 Ｄ＝拡散係数 である。

図４を参照して説明した超清浄表面保護装置構成は上述の方法をごく簡単なやり 方で上述の特徴および利点を伴って実現することを可能にする。

特定の実施例を例示のために参照してこの発明を上に説明してきたが、添付の特 許請求の範囲の広さの範囲内でこれら実施例の変形および改変ができることは理 解されよう。

補正書の写しく翻訳文）提出書、いよ□１８４条（７）８、

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．ワーク表面の加工方法であって、前記ワーク表面のまわりに遮へい領域を生 じさせるように、または前記ワーク表面にわたりガス噴流を吹きつけるように向 けられた遮へい用ガス噴流により前記ワーク表面を周囲媒質から遮へいするステ ップを含む加工方法。
2. ２．超清浄ガス媒質の噴流を生じさせることと保護対象の表面にわたり前記噴流 を吹きつけることとを含む超清浄表面の周囲媒質からの保護方法であって、前記 ワークがそのワークに吹きつけられる前記噴流の初期部内に配置され、前記初期 部の長さが次の関係式、すなわちし＝ＶＺ２／Ｄ で与えられる方法、 ここで、Ｖ＝ガス噴流の速度、 Ｚ＝供給源における遮へいガスの横方向寸法、Ｄ＝周囲媒質の拡散係数 である。
3. ３．ワークの超清浄表面を周囲媒質から保護する装置であって、超清浄ガス噴流 を形成するユニットを含み、前記ユニットが前記ガス用の出口管を含み、その管 の出口が前記ワークのホルダー、すなわち円錐で画された噴流の領域に前記ワー クのホルダーが配置され、その円吹錐の底面が前記管の出口によって画され、前 記円錐の高さしが次の関係式、すなわち Ｌ＝ＶＺ２／Ｄ で与えられる装置、 ここで、Ｌ＝円錐の高さ、 Ｖ＝ガス噴流の速度、 Ｚ＝出口におけるガス噴流の横方向寸法、Ｄ＝周囲媒質の拡散係数 である。
4. ４．ワークの表面をプラズマ加工する方法であって、前記ワークをプラズマ流の 中に導入することと前記プラズマ流の中で前記ワークを連続的に動かしそのプラ ズマ流からそのワークを引き出すこととを含むプラズマ加工方法において、前記 ワークの前記プラズマ流への導入前および前記プラズマ流からの引出し後に遮へ いガス噴流を、加工対象の面と平行に、しかも加工期間中前記ワークを前記遮へ いガス噴流の初期部に配置して、前記ワークの表面に吹きつけるプラズマ加工方 法。
5. ５．前記遮へいガス噴流の初期部が次の関係式で定まる請求項３記載の方法、す なわち Ｌ＝ＶｇＲ２／Ｄ ここで、Ｖｇ＝遮へい用ガス噴流のガス動的速度、Ｒ＝供給源における遮へい用 ガス噴流の直径、 Ｄ＝周囲媒質の原子および分子の遮へいガス噴流への拡散係数 である。
6. ６．前記プラズマ流の前記初期部の長さが次の関係式で与えられる請求項３記載 の方法、すなわちｌ＝ＶｐＤ２／Ｄ ここで、Ｖｐ＝プラズマ流のガス動的速度、ｄ＝プラズマ流の初期直径、 Ｄ＝周囲媒質の原子および分子のプラズマ流への拡散係数 である。
7. ７．ワーク表面のプラズマ加工装置であって、大気圧でプラズマ噴流を発生する プラズマ噴流発生器とは、プラズマ生成ガスの吐出系と、ワークホルダーとを含 み、前記発生器と前記キャリやとを、前記ワークホルダー上のワークを加工領域 に出し入れすることを可能にする相対運動形成用に配置したプラズマ加工装置に おいて、遮へい用ガスの供給源と連通し前記キャリヤ上に出口を前記ワークホル ダーに向けて配置された管から成る遮へいガス噴流形成手段をさらに含み、前記 管の出口から前記ワークホルダーの相対する端までの距離Ｓを次の関係式から選 んだプラズマ加工装置、すなわち Ｓ＜Ｖｇｂ２／Ｄ ここで、Ｖｇ＝遮へい用ガス噴流のガス動的速度、ｂ＝管出口の対角線長または 直径、 Ｄ＝周囲媒質の遮へい用ガスの噴流への拡散係数 である。
8. ８．ワーク表面のプラズマ加工装置であって、プラズマ生成ガスの吐出系を伴う 大気圧プラズマ噴流発生器と、使用材料の吐出用のフィーダと、前記ワークを加 工領域に出し入れするように前記フィーダに相対的に可動なワークホルダーとを 含むプラズマ加工装置において、遮へいガスの供給源と連通する管から成り前記 ワークホルダーのまわりに配置されるとともに、その長さ全体にわたり延在し前 記加工領域に向いている溝穴を有する噴流型遮へいガススクリーンを形成する形 成手段をさらに含み、前記管の壁の画する空間が前記発生器および前記フィーダ の取付けを受けた気密隔壁に覆われているプラズマ加工装置。
9. ９．前記発生器およびフィーダが前記気密隔壁の開口に気密封止手段で封止して ある請求項８記載の装置。
10. １０．前記溝穴がその長さ全体にわたり規則正しい構造の多孔質材料から成る素 子で覆われている請求項８または９記載の装置。
11. １１．前記ワークホルダーの面と前記溝穴の面との距離が次の関係式で与えられ るＬを超えない請求項８乃至１０のいずれか一つに記載の装置、すなわち Ｌ＝ＶＲ２／Ｄ ここで、Ｖ＝遮へいガス噴流の速度、 Ｒ＝管の溝穴の幅、 Ｄ＝周囲媒質原子および分子の遮へいガス噴流への拡散係数 である。