JPH08134673A - 浄化・バリ取り方法及び装置 - Google Patents

浄化・バリ取り方法及び装置

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JPH08134673A
JPH08134673A JP6273186A JP27318694A JPH08134673A JP H08134673 A JPH08134673 A JP H08134673A JP 6273186 A JP6273186 A JP 6273186A JP 27318694 A JP27318694 A JP 27318694A JP H08134673 A JPH08134673 A JP H08134673A
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JP
Japan
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deburring
processed
torr
discharge
cleaning
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JP6273186A
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English (en)
Inventor
Kiyoshi Inoue
潔 井上
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INR Kenkyusho KK
Original Assignee
INR Kenkyusho KK
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】低真空度でも放電を生じることなく、浄化又は
バリ取り加工を効率良く行ない得る方法及び装置を提供
する。 【構成】低圧気体を封入した加工室1中で、被処理面に
イオンビームを照射して浄化又はバリ取りをする方法に
おいて、加工室内の気圧を0.133パスカル(10-3
orr)以上、665パスカル(5Torr)以下とす
ると共に、被処理面に衝突するイオン粒子の速度及び面
密度を周期的に変化させる。 【効果】被処理面に衝突するイオン粒子の速度及び面密
度を周期的に変化させることにより、放電の発生を防止
し、高真空下ではなく低圧気体中において効率よく浄化
又はバリ取り加工を行ない得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被処理面にイオンビー
ムを照射して浄化又はバリ取りをする方法及び装置に関
し、特に精密部品、半導体素子、光学素子等々の表面浄
化や表面のバリ取りに好適に利用できる方法及び装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、上記の如き処理若しくは加工に
は、機械的浄化、化学薬品による溶解除去、電子ビーム
やレーザビーム、紫外線等を利用した浄化が行なわれて
いた。然しながら、電子ビームによるものは高真空中で
の処理が必要であり、時間的、コスト的に不利であっ
た。また、気中でのレーザビーム処理や紫外線処理は、
被処理面がすぐに再汚染して高品位の処理が困難であっ
たり、処理中に放電を生じて被処理面を傷つける等の不
都合があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決するためなされたものであり、その目的とすると
ころは、低真空度で浄化又はバリ取り加工を効率良く行
ない得る方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】上記の目的は、低圧気体を封入した加工室
中で、被処理面にイオンビームを照射して浄化又はバリ
取りをする方法において、加工室内の気圧を0.133パ
スカル(10-3Torr)以上、665パスカル(5T
orr)以下とすると共に、被処理面に衝突するイオン
粒子の速度及び面密度を周期的に変化させ、被処理面の
浄化又はバリ取りをする方法によって達成できる。
【0005】また、上記方法は、室内の気圧を0.133
パスカル(10-3Torr)以上、665パスカル(5
Torr)以下に保持し得る加工室と、上記加工室内に
設けられ、被加工体の被処理面にイオンビームを照射す
る電極と、上記被加工体と電極間に印加する電圧及び平
均電流を周期的に変化させることのできる加工用電源
と、を有することを特徴とする被処理面の浄化又はバリ
取り装置によって実施できる。加工電圧は変化電圧で1
00V〜10kVまでの範囲で、変化時間は2μsτ 0N
より1msec程度までとする。休止時間は10μs〜
100msec程度に変化させる。勿論、offにする
こともある。通常は、一定の電圧300V程度は一定の
上に印加する。これは品物により選択できる。
【0006】
【作用】上記の如く、本発明においては、被処理面に衝
突するイオン粒子の速度及び面密度を周期的に変化させ
ることにより、放電の発生を防止し、高真空下ではなく
低圧気体中において効率よく浄化又はバリ取り加工を行
ない得るものである。即ち、被加工体と電極間に印加す
る電圧及び平均電流を上げ、イオン粒子の速度及び面密
度を高くすると浄化等が迅速に行なわれるが、これをm
sec以上継続すると一般に放電状態に移行するので、
その前に上記電圧及び平均電流を減少させて放電への移
行を回避し、その後再び電圧及び平均電流を増大させる
という操作を周期的に反復継続して行なうことにより、
低圧気体中において効率よく浄化又はバリ取り加工を行
ない得るものである。
【0007】以下に本発明の作用の原理を説明する。衝
突する陰極のイオン電流密度をJとすれば、J=kε
(2e/M)1/2 ・V1.5 ・d-2 (ここで、kは常数
0.44、εは空間の誘電率、Mはイオン質量、Vは陰極
降下、dは陰極降下距離、eは電子の電荷である。) この電流密度で発生した荷電粒子(一般的には陽イオ
ン)をワークに衝突させることにより浄化バリ取り加工
をする。
【0008】この場合、加速した粒子の平均エネルギー
をEとすれば、E=2-1Mv2 =kT(ここで、k:ボ
ルツマン常数、T:K°、v:粒子速度、Mはイオン質
量である。) このエネルギーを衝突によってkT>qv(q:電荷)
となれば電離を起こして放電を発生することになる。
【0009】放電開始電流をIとしたとき、I=I0
ad(ここで、I0 は暗流〔10-10 A程度〕、aは電離
係数で、二次電離係数と電子の衝突電離係数、dは電極
間距離である。)であり、このような電流が流れて最終
的には定常安定放電に至る。
【0010】放電を開始する電圧をVsとすれば、Vs
=βpd・〔log{(A/φ)pd}〕-1 (ここ
で、φ,A,βは電極材料による定数)となる。従っ
て、その放電電流をIs とすれば、Is =f(Ev ,
d,I,p) (ここで、Ev :印加電圧、I:放電電
流、d:放電路長、p:媒体圧力) 即ち、媒体の圧力によって放電の特性は変化するので、
圧力の変化と、更には印加電圧(放電電流)を制御する
ことによって、荷電粒子を有効に衝突面密度(媒体圧
力)、粒子速度(印加電圧)を各々を単独にもしくは複
合的に目的に応じて変化させることができる。
【0011】媒体が低p,d域にある状態において浄化
作用を開始すると、被加工体の表面の汚れが急激に蒸発
してpが増大する。そのため、放電媒体は高p,d域に
移行する。即ち、低p,d域における放電は、(A)暗
流→タウンゼンド放電→グロー放電→火花放電→アーク
放電と移行すべきはずのものが、上記の如く放電媒体は
高p,d域となるため、(B)暗流→グロー放電→アー
ク放電、となったり、(C)暗流→アーク放電、となっ
たりする。
【0012】而して、上記(A)の放電移行状態であれ
ば、イオン衝撃によって浄化、バリ取り加工が充分に安
定に処理できる。勿論、(A)のグロー放電までの段階
において浄化、バリ取り加工を行なうものである。最終
の安定アーク放電にならないように媒体圧力、印加電圧
(放電電流)を制御することが必要となる。
【0013】一方、上記(B)の放電移行状態において
も、グロー放電までの条件においては浄化、バリ取り加
工を行なうことができるが、安定な加工状態を維持する
ことは相当困難であり、充分な制御を行なう必要があ
る。火花放電やアーク放電が生じると、被加工体のその
部分に必ず傷が残る。上記(C)の放電移行状態では浄
化、バリ取り加工を行なうことは不利である。
【0014】従って、本発明においては、(A)の状態
を保つように被処理面に衝突するイオン粒子の速度及び
面密度を制御し、(B)状態に移行したときは限界電圧
等を制御して(A)状態に復帰するよう制御するもので
ある。浄化、バリ取り加工中、媒体圧力p及び電極間距
離dは不可避的に変化するので、(A)又は(B)状態
を維持するよう電源側で制御するものである。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照しつゝ本発明を具体的に説
明する。図1は本発明に係る浄化及びバリ取り方法を実
施するための装置の一実施例を示す説明図、図2は他の
実施例を示す説明図である。
【0016】図1中、1は加工室、2は被加工体取付
台、3は電極、4は被加工体、5は電圧可変の直流電
源、6はスイッチング素子、7はパルス発振器、8は制
御装置、9は真空ポンプ、10はその駆動モータ、11
は電磁バルブである。
【0017】加工に当たっては、処理すべき被加工体4
を、被加工体取付台2上に設置し、加工室1内にAr、
He等の不活性ガスを導入しつつ、真空ポンプ9により
排気して加工室内を0.133パスカル(10-3Tor
r)以上、665パスカル(5Torr)以下の低圧に
保持しつつ、電極3と被加工体4間に数100Vないし
数1000Vの電圧を印加して被加工体4の被処理面に
イオン粒子を衝突させ、浄化又はバリ取り加工を行な
う。加工室内の圧力は電磁バルブ11を制御して調整す
る。
【0018】而して、本発明においては、電極3と被加
工体4間に印加すべき電圧及び平均電流を周期的に変化
させることにより、被処理面に衝突するイオン粒子の速
度及び面密度を周期的に変化させ、放電の発生を防止す
るよう制御する。
【0019】即ち、電極3と被加工体4間に印加される
電流は、電圧が可変の直流電源5からの電流を、パルス
発振器7からのパルスによってオン・オフせしめられる
スイッチング素子6により断続せしめるられるようにな
っており、直流電源5の電圧を制御装置8からの指令に
より増減することによりイオン粒子の速度を変化させ、
また、パルス発振器7の発するパルスのパルス幅とパル
ス間隔の比率(いわゆるデューティファクタ)を制御装
置8からの指令により変化させることによりスイッチン
グ素子6の平均オン時間を増減させ、これによりイオン
粒子の面密度を変化させるようにするものである。
【0020】図2は、電極3と被加工体2との間に補助
電極12を設け、いわゆるグリッド効果により被加工体
2の表面に衝突するイオン粒子の速度及び面密度を周期
的に変化させるようにしたものである。即ち、直流電源
13からの電流を、スイッチング素子6によりパルス状
に断続せしめつつ補助電極12に印加し、このパルスの
デューティファクタを変化させることにより被加工体4
の表面に衝突するイオン粒子の速度及び面密度を周期的
に変化させ得るものである。なお、14はArガスボン
ベ、15はHeガスボンベ、16及び17は電磁バルブ
であり、制御装置8により電磁バルブ16及び17を制
御して、加工室内におけるこれらのガスの分圧を調整す
る。
【0021】以下に加工例を示す。加工室1内にArガ
スを導入しつつ、加工室内を3×10-3Torrの減圧
状態に保って、120℃の温度で、被加工体4(100
mm×100mm×2mmの鉄板)に対して加工を行な
った。この場合、電極3と被加工体2間に連続的に直流
300Vの電圧を3分間印加して加工を行なうと加工効
率は低いが安定した加工が行なわれた。しかしながら、
電圧を450Vに昇圧すると放電を生じ、被加工体の表
面に部分的に穴状の傷ができた。その傷は直径18m
m、深さ0.06mmであった。
【0022】これに対して、本発明に従い、最初に30
0V電圧を1秒間隔で断続させながら10秒間加工し、
次いで500V電圧を0.5秒間隔で断続させながら5秒
間加工し、次いで800V電圧を0.1秒間隔で断続させ
ながら3秒間加工し、最後に10kVの電圧を100マ
イクロ秒間隔で断続させながら1秒間加工したところ、
合計19秒間で被加工体の浄化及びバリ取り加工が良好
に完了した。
【0023】また、加工室1内にHeガス3%、Arガ
ス97%の混合ガスを導入しつつ、加工室内を3×10
-3Torrの減圧状態に保って、上記と同様に電圧及び
平均電流を周期的に変化させながら加工を行なったとこ
ろ、2分間で完全処理ができた。
【0024】表面の汚れが多い場合、この電圧変化に応
じて電流変化を検出して電圧を制御して実施し、いずれ
の場合も1〜2分以下で完全に処理できた。
【0025】被加工体の材質についても、任意の材料に
ついてほぼ同様な処理が可能であった。特にSi,G
e,GaAr等々、多くの材料について実施した結果、
極めて良好な結果が得られた。
【0026】加工室内の圧力は、加工電圧、加工材料等
によって適宜変更されるが、0.133パスカル(10-3
Torr)以上、665パスカル(5Torr)以下に
おいて好適に加工が行なわれ得ることが判明した。0.1
33パスカル(10-3Torr)より低圧にするには装
置が大掛かりとなり操作も困難となる。また、665パ
スカル(5Torr)より高い圧力では放電が生じ易く
なる。
【0027】
【発明の効果】本発明は上記の如く構成されるから、本
発明によるときは低真空度で浄化又はバリ取り加工を効
率良く行ない得る方法及び装置を提供し得るものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る浄化及びバリ取り方法を実施する
ための装置の一実施例を示す説明図である。
【図2】他の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 加工室 2 被加工体取付台 3 電極 4 被加工体 5 電圧可変直流電源 6 スイッチング素子 7 パルス発振器 8 制御装置 9 真空ポンプ 10 駆動モータ 11 電磁バルブ 12 補助電極 13 直流電源 14 Arガスボンベ 15 Heガスボンベ 16,17 電磁バルブ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 37/248 B 37/30 A 9508−2G H01L 21/3065 21/304 341 D

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低圧気体を封入した加工室中で、被処理面
    にイオンビームを照射して浄化又はバリ取りをする方法
    において、 加工室内の気圧を0.133パスカル(10-3Torr)
    以上、665パスカル(5Torr)以下とすると共
    に、被処理面に衝突するイオン粒子の速度及び面密度を
    周期的に変化させ、被処理面の浄化又はバリ取りをする
    方法。
  2. 【請求項2】室内の気圧を0.133パスカル(10-3
    orr)以上、665パスカル(5Torr)以下に保
    持し得る加工室(1)と、 上記加工室内に設けられ、被加工体の被処理面にイオン
    ビームを照射する電極(3)と、 上記被加工体と電極間に印加する電圧及び平均電流を周
    期的に変化させることのできる加工用電源(5〜8)
    と、 を有することを特徴とする被処理面の浄化又はバリ取り
    装置。
  3. 【請求項3】上記電極と被加工体との間に補助電極(1
    2)を設けた請求項2に記載の被処理面の浄化又はバリ
    取り装置。
JP6273186A 1994-11-08 1994-11-08 浄化・バリ取り方法及び装置 Pending JPH08134673A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106735796A (zh) * 2016-12-07 2017-05-31 兰州空间技术物理研究所 一种离子推力器栅极零件去毛刺方法

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