JP2716371B2 - プラズマ加工処理特性の測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は物体のプラズマ加工方法
に関し、特に、物体をプラズマ加工するに先だって、物
体のあらかじめ選択された処理特性を得るのに必要とな
るプラズマ加工動作条件を非破壊的に評価する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ加工は何らかの利点を得るため
に物体の表面特性を変更するのに使用されるいくつかの
方法の一つである。例として、スタンピングやプレスダ
イなどの工具は容易に機械加工あるいは形成しやすいよ
うに柔らかい材料からなっている。このことより工具を
比較的安価に製造することができる。エポキシや改善さ
れたエポキシからできた非金属材料はそのような工具と
して好適する。一方、工具の加工表面は部品が連続して
製造される間に寸法が変形しないようにできるだけ耐摩
耗性でなければならない。

【０００３】非金属性工具の表面が柔らかい場合は加工
が容易であるが、工具の寿命は短くなる。エポキシ工具
は表面を耐摩耗性に処理することなしには使用できな
い。エポキシなどのポリマー表面や金属表面をイオンあ
るいは電子処理することにより、寿命を大きく延ばすこ
とができることが見いだされた。そのような処理は例え
ば、イオン注入、イオン堆積、イオンミキシング、電子
衝撃を含む。

【０００４】イオン注入はイオンを静電電位によって加
速して表面に衝突させる方法である。イオンのエネルギ
によってイオンが表面下に埋め込まれる。注入イオンの
ドーズあるいは濃度が十分大きければ表面層の強度を大
きく増大することができる。イオンミキシングにおいて
は、薄い（約３００乃至６００オングストローム）材料
層がまず処理すべき表面に堆積され、次に複合表面が堆
積された材料原子を表面内に混合すべくイオン注入され
る。イオン堆積はイオンの加速エネルギが低く、イオン
が表面下に埋め込まれるのではなく、堆積された材料層
とともに同時に処理すべき表面上に堆積される点を除い
て、イオンミキシングと類似している。ポリマー表面の
電子衝撃では、励起電子（１００乃至２００００ボルト
以上）が静電電位によって加速されて、処理すべき表面
に衝突する。このような処理方法を使用することによ
り、支持体の強度を改善するとともに、摩耗特性を改善
することができる。

【０００５】従来の他の処理方法は静電加速電極を使用
して電荷キャリア（イオンまたは電子）のビームを加速
させている。この方法は効果的であるが、３フィート×
５フィート×１フットの寸法を有する一般的な自動車工
具などの、大きく３次元の不規則な形状の物体を一様に
処理することが困難であるという欠点を有している。電
荷キャリアのビームは深い穴やくぼみなどのアクセス困
難な領域や表面から突き出た突起などを含む全表面をゆ
っくりと移動させねばならない。この場合、ビームによ
って領域を一様に処理できるように物体を操作しなけれ
ばならない。そのような表面を有する大きな工具や多数
の小さな物体を処理する場合は、イオンあるいは電子ビ
ームを使用する表面処理は極端に速度が遅くなり、高価
になる。

【０００６】イオン注入、イオン堆積、イオンミキシン
グによって大きな物体の表面を処理する場合の欠点を克
服する他の方法として、プラズマイオン注入があり、米
国特許４７６４３９４号に記載されている。プラズマイ
オンが注入すべき物体の表面に隣接して形成され、物体
が静電的にイオンの電位と反対の電位にチャージされ
る。例えば、正にチャージされた窒素イオンが注入され
るときは、物体は概して約１０００００ボルト以上の反
復電圧パルスを使用して負にチャージされる。窒素イオ
ンはこの加速電位によって物体の表面に吸引されて表面
及び支持体の副表面領域内に注入される。プラズマイオ
ン注入はプラズマイオンが物体の全表面領域に分布され
るソースを提供するので、前表面領域に渡って一様な注
入が同時に得られるという利点を有している。

【０００７】プラズマイオンミキシングも同様な方法で
行われるが、この場合は、第１の薄い材料層が注入に先
だって表面上に堆積される点が異なる。プラズマイオン
堆積も同様の方法で行われるが、以下の点が異なる。す
なわち、加速電位が概して低く、イオンと材料層が副表
面層内に注入される代わりに、表面上に堆積される。イ
オン注入で使用されるのと類似のプラズマ方法で表面を
電子衝撃させることが可能である。プラズマイオン注
入、プラズマイオン堆積、プラズマイオンミキシング、
電子衝撃及び関連する他の技術はまとめてプラズマ加工
と呼ばれる。

【０００８】不規則形状の物体のプラズマ加工が実行さ
れるとき、物体表面のすべての位置で物体に対して望ま
しい処理が行われるように注意しなければならない。物
体が不規則形状である場合は困難ではないが第１の原理
からプラズマ加工装置及びシステムを設計することが困
難であり、各位置における所望の処理が達成される。

【０００９】現在はトライアルアンドエラーの方法がそ
のような物体の処理特性を測定すべく使用されている。
プラズマ加工すべき物体の形状及び寸法と同じ寸法のダ
ミー物体が準備される。多数の金属試験クーポンがダミ
ー物体の表面の各位置に付着される。ダミー物体は意図
した方法によってプラズマ加工され、クーポンは各クー
ポン位置における処理を測定すべく分析される。全処理
及び空間分布が次にマッピングされる。全処理及び空間
分布が所望のものでないときは、プラズマ加工システム
が必要に応じて変更され、チェック工程が反復される。
最後の処理パラメータが識別された後、ダミー物体はプ
ラズマ加工すべき物体によって置き換えられて処理が実
行される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】処理特性を評価するこ
のような方法は以下の欠点をもつ。すなわち、処理速度
が遅く長時間を要する。クーポンは時として容易に利用
できないＳＩＭＳ（二次イオン質量分析器）などの優れ
た分析方法を使用して個々に分析されねばならない。プ
ラズマイオン注入されるべき商用サイズの自動車用ダイ
の場合は２０乃至５０個のクーポンが必要であり、分析
が終了するまでに一日を要してしまう。複写ダミー物体
は注入されるべき物体の寸法に少なくとも近い寸法で製
造されねばならない。このことは注入すべき物体がある
種類の１つであるという点で高価になってしまう。この
方法の変形として、イオンドーズ特性が物体に関して評
価できるが、この方法は大きなサイズの物体がＳＩＭＳ
装置の内部に配置できないので実用的でない。さらに、
突発的に最適ドーズを越えた場合は意図した目的に反し
て物体を破壊してしまう。

【００１１】プラズマ加工方法において、大きな寸法の
不規則形状の物体あるいは多数の小さな物体の所望の処
理特性を達成するのに要する動作パラメータを測定でき
る改善された方法に対する要望があった。

【００１２】本発明のプラズマ加工処理特性の測定方法
はこのような課題に着目してなされたものであり、その
目的とするところは、上記した要求を満たしかつ関連す
る利点を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明はプラズ
マ加工すべき物体の処理特性を測定するための非破壊的
方法を提供する。この方法は処理速度が早くかつ安価で
ある。得られる結果は空間分布を迅速に評価できるとい
う点で質的であり、全体のプラズマ加工処理が校正によ
って測定できるという点で量的である。この方法は好ま
しくはプラズマ加工すべき実際の物体を使用して物体を
変更することなしに行われるのでダミー物体が不要であ
る。この方法は大きく不規則な形状の物体に対する所望
の全処理分布を得るのに特に有用である。

【００１４】本発明によれば、プラズマ加工システムに
おいて加工される物体の処理特性を測定する方法は、プ
ラズマ加工によって加工されるべきプラズマ加工表面を
有する３次元の不規則な形状の物体について動作可能で
ある。この方法はプラズマ加工表面の形状に概して一致
するように前記プラズマ加工表面の少なくとも一部にプ
ラズマ加工処理に応答して特性が変化する非導電性かあ
るいは弱い導電性（以下非導電性と呼ぶ）の表示層（in
dicator layer ）を提供する工程を含む。好ましくは表
示層は加工の後工程で除去される。この方法はさらに前
記表示層に導電性のグリッドを配置して、プラズマ加工
システムを使用して導電性のグリッドを介して前記表示
層をプラズマ加工する工程を含む。前記表示層は同じプ
ラズマ加工条件の基に、前記物体のプラズマ加工表面の
処理特性の代わりとして、前記表示層の処理特性を測定
すべく分析される。除去可能な表示材料が使用された場
合は前記表示層はその後除去される。

【００１５】前記表示層は２つの機能を有している。す
なわち、注入され混合されあるいは堆積された標本（イ
オンあるいは電子）を受けて物理的特性が変化する、前
記表示層のプラズマ加工が終了した後、全加工を決定す
るために比較的簡単で迅速に行われる方法によって分析
される。これらの結果は校正によって量的に得られる。
表面の全処理マッピングが終了した後、例えば、プラズ
マ加工において使用されるプラズマ密度、電圧、時間あ
るいは／またはプラズマのガス圧を変更することによっ
て必要に応じて調整を行なう。

【００１６】測定工程は前記変更の効果を評価するため
に反復可能であり、システム及び加工が再び改善され
る。この方法は所望の空間全処理プロファイルが得られ
るまで必要に応じて何回でも反復され、各反復ごとに前
記表示層が置き換えられる。その後加工は表示層なしに
かつ、プラズマ加工が表示層を使用する最後の反復での
加工と実質的に同一であるという想定のもとに、物体の
実際のプラズマ加工表面に関して行われる。

【００１７】前記表示層は物体の表面を保護する。すべ
てのプラズマ加工は表示層が存在するときは、この表示
層内あるいは層上で行われる。物体の表面は加工が表示
層なしに行われるまでは変更されない。前もって除去さ
れた表示層が除去されてさらに試験を反復すべき新しい
表示層によって置き換えられたびに、前に変更された構
造が除去されて新しい表面が得られる。

【００１８】前記表示層は好ましくは非導電性の薄い層
である。望ましい表示層の材料の一例としては、カプト
ンなどのポリイミドかあるいは、レキサン（ｌｅｘａ
ｎ）などのポリカーボネートである。このような材料を
使用する利点は、プラズマ加工に応答して電気特性、
色、及び／あるいは光学透過度が変化することである。
これらの物理的特性の測定によりプラズマ加工の全処理
の測定値が得られることである。他の方法によって測定
された既知の値に対する校正によって結果が量的に得ら
れる。

【００１９】さらに、全物体表面の加工の効果が質的に
評価される。質的検査は問題の領域を識別するために非
常に価値のあるものである。従来のクーポン方法が使用
された場合はクーポンを分析するための時間を最小にし
ようとする動機が働く。その結果、問題の領域にはクー
ポンが存在しないので不十分なプラズマ加工の問題領域
を見逃してしまうことになる。この問題は特に大きく不
規則形状の物体において顕著である。これに対して本発
明の方法は表示層によって包囲された全表面に渡って迅
速に視覚的検査を行なうので、前記表示層の光学的外観
に基づいてプラズマ加工が過度に行われた領域や不十分
である領域を識別することができる。そしていったん識
別された後はこれらの問題を補正すべく注意が払われ
る。

【００２０】本発明は特に大きく不規則形状の物体に対
するプラズマ加工技術の進歩を大きく促進させるもので
ある。本発明の他の特徴及び利点は本発明の原理を例と
して示す以下に述べる好ましい実施例の図面を参照して
のより詳細な説明によって明らかになる。

【００２１】

【実施例】本発明は物体のプラズマ加工に関して使用さ
れる。図１はプラズマイオン注入装置の好ましい実施例
を示すプラズマ加工装置２０の構成を示す図であるが、
プラズマイオン堆積装置にも適用され得る。また、本発
明はプラズマイオンミキシングや電子衝撃などの他のプ
ラズマ加工に対しても適用できることはいうまでもな
い。

【００２２】プラズマ加工装置２０はゲートバルブ２６
を介して真空ポンプ２４によって空気を送るための真空
チャンバ２２を含む。イオン化されプラズマイオン注入
されるかあるいは堆積されるガスは、バルブ３０を有す
るガスライン２８を介してチャンバ２２の内部に充填さ
れる。プラズマ加工されるべき３次元の不規則形状の物
体３２は、導電性の支持体３４上の真空チャンバ２２に
よって支持されている。ここで３次元という語は、物体
３２が平らな表面ではなく、同一平面でない処理すべき
表面特徴を有する表面を意味するものとする。支持体３
４は真空チャンバ２２の壁から電気的に分離されてい
る。物体３２は導電性のものでも、不導電性のものでも
よいが、好ましくは物体はエポキシなどの不導電性のポ
リマー材である。本実施例では物体３２は自動車部品製
造において使用される工具であり、３フィート×５フィ
ートの大きさと１フットの厚さを有し、不規則な形状の
表面を有するものとする。

【００２３】物体３２は全表面あるいは全表面の一部で
あるプラズマ加工表面３６を有する。表示構造（ｉｎｄ
ｉｃａｔｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）３８がプラズマ加
工表面３６に配置されている。この構造及び表示構造３
８の使用について以下に詳細に説明する。

【００２４】支持体３４はパルス変調器またはパワーサ
プライ４０からの電圧を印加することによって電気的に
バイアスされる。電圧源４２はプラズマ加工中に真空チ
ャンバ２２の内部に導入されたガスを使用してプラズマ
を形成する。電圧源４２は図１では簡略化されて示され
ており、物体３２の性質に適合するように構成されてい
る。好ましい窒素プラズマイオン処理において、支持体
３４はプラズマに関して負の電位が印加されている。真
空チャンバ２２の壁（及びプラズマ）は負のパルス電圧
に対してゼロ電位に維持される。

【００２５】この装置２０によってプラズマイオン処理
を行なうために、チャンバ２２はまずバルブ２６を介し
て約１０-6トールの真空状態にされる。窒素（あるいは
イオン化すべき他のガス）がバルブ３０を介して約１０
-1×１０-5トールの安定状態圧力で充填される。次に、
パルス状のプラズマイオン処理電圧−Ｖ0 がパワーサプ
ライ４０または電圧変調器によって印可される。通常の
動作パラメータは１００乃至１０００サイクル／秒の印
可電圧パルスの反復率であり、かつ１０乃至３０マイク
ロ秒のパルス周期を有する。窒素プラズマは通常１００
ボルトの放電電圧と、１０-1アンペアの放電電流を使用
して形成される。窒素プラズマイオン注入の場合は例え
ば好ましくは−１０００００ボルト以上の負の電圧が印
可されるが必要に応じて可変できる。このような条件で
の通常の注入時間は、平方センチメートル当たり１０-1
×１０17のドーズを注入するのに４時間を要する。この
ような条件での通常の堆積時間は、約０．１マイクロセ
ンチメートルの厚さの表面層を注入するのに４時間を要
する。プラズマイオン処理装置及びその方法についての
詳細は引用文献として添付されている米国特許４７６４
３９４号に記載されている。

【００２６】本発明の方法を実行するのに好ましい方法
は図３に示されている。まず、プラズマ加工すべき物体
３２が供給される（参照番号６０で示す工程）。通常は
準備のために支持体３４上に配置され、準備された物体
３２と支持体３４は次に真空チャンバ２２内に挿入され
る。表示構造３８はプラズマ加工すべき表面３６上に配
置される。表示構造３８は図２に詳細に示されている
が、これは要素をより分かりやすくするためであり、実
際の寸法ではない。ここで重要な特徴は、表示構造３８
は図２に示すように、バンプあるいは突起、さらには表
面のくぼみに一致した構造を有していることである。

【００２７】表示層４４がプラズマ加工表面３６の少な
くとも一部、すなわち、次にプラズマ加工される物体３
２の表面の一部に配置される（参照数字６２で示す工
程）。表示層は表示層のプラズマ加工ドーズに応答して
特性が変化する不導電性かあるいは弱導電性（以下では
不導電性と呼ぶ）の材料からなっている。表示層に対す
る好ましい材料は、市場に流布されているポリイミドポ
リマー材としてのカプトン（ｋａｐｔｏｎ）である。ポ
リカーボネートレキサンなどの他の材料も使用できる。

【００２８】光学的及び電気的特性が大きく変化し、か
つ通常ではプラズマ加工全ドーズに応答するので、カプ
トンを使用することが好ましい。その色及び白光及び特
定の長の光に対する光学透過度はプラズマ加工ドーズに
応じて変化する。最初は十分に高いので不導電性とみな
される電気抵抗はプラズマ加工ドーズの増加につれて減
少する。表示層４４の特定領域のドーズ状態は、表示層
４４が存在しない物体３２のプラズマ加工表面３６の対
応する領域内に導入されたドーズの直接的測定の代わり
となるものである。表示層４４は表面３６の曲率や形状
に一致するように比較的薄く形成されている。表示層４
４は好ましくは要求される構造上の完璧さや強度を有
し、同時に荷電粒子の実質的にすべてを維持するのに十
分な厚さである。すなわち、表示層４４は存在する荷電
粒子が表面３６に到達しないようにする機能を有してい
る。この特徴により、プラズマ加工状態が正しくなるま
で処理が何回反復されるかということとは無関係に表面
３６に注入あるいは他の変更が起きないという点におい
て物体３２に関して不導電性となる。多くの場合は表示
層４４は好ましくは約０．０００５乃至０．００１の厚
さである。厚さが大きくなっても他の利点はない。実
際、処理評価はできるだけ速やかに行なうことが望まし
く、この点において処理層ができるだけ薄いことが好ま
しい。

【００２９】表示層４４はどのような動作方法でも提供
可能である。例として別個のシート材として表面３６に
一致するようにすることができる。この方法は、極端に
は大きくないがある程度の不規則性を有するダイなどの
表面に対して適している。他の方法は溶液からえられた
表示層の材料を気相成長処理あるいは他の方法によって
物体の表面上に堆積させるものである。この方法は大き
な表面に対しては不適であるが、表示層の材料が穴や別
個のシートが容易に一致しないような高度に不規則な領
域に到達する利点がある。しかしながら表示層の材料は
処理評価が完了した後で表面から容易に除去されてしま
う。

【００３０】表示構造３８は表示層４４の上に配置され
た導電性のグリッド４６を含んでいる。グリッド４６は
表示層４４の上に表示層４４から一定の距離を置いて配
置される（参照数字６４で示す工程）。グリッド４６は
表示層４４の表面から、少なくとも約０．５インチの距
離Ｄだけ変位している。この変位により、グリッドと、
グリッドワイヤ下方の表示層４４の非一様な処理による
シャドウ効果をなくすことができる。この方法によって
チェッカー盤パターンの形成を防ぐことができる。 グ
リッド４６は銅、ステンレススチール、チタンなどの導
電性のワイヤからできている。このワイヤは小さなサイ
ズであり、好ましくは０．０１０インチの直径を有す
る。グリッド４６はオープンメッシュを有する窓スクリ
ーンのごとくワイヤで編まれており、好ましくは少なく
とも７０パーセントのオープンスペースを有する。

【００３１】グリッド４６は導電性の材料からなり、溶
接４９によって導電性の支持体３４に接続されている。
したがってグリッド４６はパワーサプライ４０によって
バイアスされている支持体３４及び物体３２と共通の電
位である。好ましくは注入あるいは堆積されたイオンは
正にチャージされた窒素イオンである。これよりグリッ
ドは処理チャンバ壁に対して負にバイアスされている。
グリッド４６は支持体３４とともに処理すべき物体を完
全に包囲している。グリッド材料はプラズマ加工の結果
発生して表示層に堆積したグリッドの一部が当該層を変
更したものと干渉しないように最小になるように選択さ
れる。

【００３２】グリッド４６は物体３２の表面３６の形状
に概して従って容易に形成されるが、上記したように変
位される。”概して表面の形状に従う”という術語及び
関連する表現は、グリッドは必ずしも物体の表面に正確
に一致する必要はないが、本発明を動作可能にすべく、
表面の各位置で表面から外方向に正確に変位Ｄだけ離れ
ていることを意味している。したがって例えば、表示構
造３８は物体３２の表面の突起５０やくぼみ５２の形状
に概して従う必要があるが、表面３６からのグリッド４
６の変位Ｄのわずかな変化は許容できる。また、本発明
においては、物体３２の表面形状に比較してグリッド４
６の形状及び間隔のわずかな変化は容認できるものであ
る。さらに、表示層４４が表面３６の形状から僅かに分
離することは好ましいことではないが容認できる。

【００３３】２、３の校正クーポン４８が表示層４４の
表面に設けられる。クーポンはステンレススチールなど
の金属からできている。クーポンは以下に述べる方法に
よって絶対的全ドーズを算出するために、量的に分析さ
れて表示層の隣接領域と相関がとられる。クーポンは表
示構造３８の不可欠な部分ではないが絶対的ドーズを測
定するために必要となるものである。

【００３４】プラズマ加工されるべき物体３２の全表面
３６はグリッド４６によって包囲される。このわずかな
変形例として、処理すべき物体の表面の一部のみをグリ
ッド４６によって包囲し、残りの部分を、図２の一部に
示すように一片のアルミニウムまたはステンレススチー
ルフォイルなどの堅い導電性のマスク３５で包囲するよ
うにしてもよい。マスク３５により包囲された領域では
プラズマ加工が行われなくなるが、注入、堆積、ミキシ
ングあるいは電子衝撃はグリッド４６を介して発生す
る。上記した実施例では導電性のシェルは処理すべき物
体の全表面上に形成される。それゆえ物体はグリッド、
シェル、支持テーブルによって定義される定電位の体積
内に密閉される。

【００３５】支持体３４上に配置され表示構造３８によ
って包囲された物体３２は装置２０内に配置される。装
置２０は表示層４４をプラズマ加工すべく動作する（参
照数字６６で示す工程）。この段階での表示層のプラズ
マ加工は処理の後工程での物体のプラズマ加工とは区別
される。表示層はこの段階でのプラズマ加工に対して物
体の表面を保護する。プラズマ加工の詳細は物体の種類
と装置２０の形状に関連する。いくつかの動作パラメー
タが例として示された。最初の工程では特定の物体に対
する所望の構造を得るために適当であるとみなされた装
置構成と処理パラメータとが使用され、次の工程で必要
に応じて変更された。表示層のプラズマ加工に続いて、
グリッド４６が除去されて表示層が分析される（参照数
字６８で示す工程）。表示層は基準位置のマーキングを
行った後、その場で分析されるかあるいは物体から除去
される。好ましい表示層の材料の分析には実質的に２つ
の方法がある。表示層の色及び光透過性についての一般
的な視覚分析が行われる。この視覚分析によりプラズマ
加工の一様性についての一般的な測定値が得られる。

【００３６】より量的な分析を行なう場合は、色、透過
性、あるいは電気抵抗に関する量的な測定が表示層の各
位置で行われる。これらの測定値はグループとして表示
層上の各位置の間の相対量的関係を示している。上記し
たことは表示層の色、透過性、電気抵抗の分析に焦点を
おいている。しかしながら、好ましい表示層の材料やそ
の他の材料に対しても他の特性が分析される。色、透過
性、及び／又は電気抵抗の測定値は校正工程における基
準に関して絶対量で得られる。参照標準は好ましくは物
体がプラズマ加工されるときに同時に準備される。これ
より参照標準として使用される２、３の金属クーポンは
表示層４４の各位置に添付される。プラズマ加工の後、
クーポンはプラズマ加工ドーズの絶対量を得るために既
知のＳＩＭＳ法によって分析される。これらの値は比較
されクーポンの位置に直接隣接する表示層の量的な色、
透過性あるいは電気的測定値と相関がとられる。この工
程はすべてのデータがクーポン測定値から得られる従来
の方法と対照的である。ここでは２、３のクーポンのみ
が表示層の測定に対する校正標準として使用される。

【００３７】このような分析によるいくつかの結果を以
下に例として挙げる。

【００３８】表示層の測定が、プラズマ加工システム及
び方法により満足な結果が得られなかったことを示した
ときは、プラズマ加工システム及び／または方法は必要
に応じて調整される（参照数字７０で示す工程）。調整
が行われなかった場合あるいは、調整が微少であって操
作者が所望の結果が物体３２内で得られるものと判断し
た場合は、物体３２は表示構造３８なしでプラズマ加工
される（参照数字７２で示す工程）。

【００３９】一方、操作者がさらなる非破壊的評価が必
要であると判断したときは、工程６２、６４、６６、６
８、７０が必要な回数だけ反復される。この反復の間、
新たな表示層が使用されるかあるいは、同じ表示層が使
用される。概して、ただ１つの欠点がプラズマ加工が十
分高いドーズを生成しなかったことであるときは、同じ
表示層が所望の全ドーズが得られるまで再使用される。
他方、ドーズに空間的変化があり、いくつかの領域だけ
が高すぎるドーズを受けたときは表示層を取り替える必
要がある。表示層のプラズマ加工に対する初期の評価及
び反復の間、表示層はプラズマ加工に対して物体の表面
３６を保護する。システムが最終的に所望の結果を生成
すべく調整されたとき、保護用表示層は除去されて物体
３２の表面３６がプラズマ加工される。

【００４０】以下に述べる例によって本発明の各側面を
説明する。しかしながら、本発明はこれらの例によって
限定されるものではない。

【００４１】例１ 本発明の方法が窒素イオンを使用して大きな寸法の保証
された自動車ダイのプラズマイオン注入（ＰＩＩ）に関
して示された。このダイは約３フィート×５フィート×
１フットの寸法であり、鉄を充填したエポキシでできて
おり、約７０００ポンドの重量である。上記した好まし
い方法がプラズマ加工システムの構成及びプラズマ加工
パラメータを決定するために使用された。ケプトン表示
シートの質的及び量的な評価が行われた。ダイがプラズ
マ加工される前に、図３に示すような表示層処理及びシ
ステム調整工程が３回行われた。表示層を反復してプラ
ズマ加工したときの表示層の全プラズマ加工時間は約５
分であり、本発明の方法によれば迅速に最適な評価が行
えることを示した。

【００４２】例２ 本発明の方法がエポキシからなり、縦方向の寸法が約１
２インチ×２３インチのダイ物体のプラズマ加工につい
て示された。表示シートに関する質的及び量的評価が行
われた。図４はハンドヘルドマルチメータの形状を有す
る２ポイント抵抗プローブを使用して、１２インチ寸法
に平行な同じ軌跡に沿った表示層に対する３対の電気抵
抗測定の結果を示すものである。３対の測定結果はいく
つかの僅かな違いを有するが概して互いに一致してい
る。この結果は測定の軌跡に沿って抵抗の大きな違いを
示しており、この方法を評価すべく意図的に生成された
全ドーズに大きな相違があることを示している。測定は
１５分以内ですべて終了した。

【００４３】例３ 図４のデータについて絶対相関がとられた。例２に記載
のプラズマ加工の間、いくつかの金属クーポンが表示層
の表面上に取り付けられた。プラズマ加工が終了した
後、金属クーポンがＳＩＭＳによって全ドーズあるいは
流暢さ（ｆｌｕｅｎｃｅ）について分析された。図５は
全ドーズに対する電気抵抗の校正曲線を示している。図
５のデータは図４の抵抗測定に対する位置の関数として
全イオン注入ドーズを決定するために相互相関される。
この結果により表示層の電気抵抗は表示層の絶対ドーズ
の代わりとなる絶対量を示していることがわかる。

【００４４】例４ 前記した方法を使用して光学特性が絶対量で相関され
た。図６はいくつかの試験クーポンとともに、全ドーズ
レベルを変化すべくプラズマ加工された好ましい表示層
の材料からなる試験標本の６００ナノメートル波長での
光学透過度のグラフである。光学透過度が測定されて試
験クーポンから測定された全イオン注入ドーズとの相関
がとられた。電気抵抗と同様に光透過度は表示層の選択
された各位置が受けたドーズの絶対量として使用され
る。

【００４５】以上、本発明の特定された実施例を図を参
照して説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱する
ことなしに多くの変更及び追加が可能である。すなわ
ち、本発明は添付の請求の範囲以外によっては限定され
ない。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、加工されるべきプラズ
マ加工表面を有する３次元の不規則な形状の物体につい
て処理速度が早くかつ安価にプラズマ加工が行えるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマ加工用物体が配置されたプラズマ加工
システムの構成を示す図である。

【図２】プラズマ加工用物体と隣接する構造をより詳細
に示す図である。

【図３】本発明の好ましい実施例の動作フロー図であ
る。

【図４】カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）からなるプラズマイ
オン注入シートに対する表面抵抗の変化を示すグラフで
ある。

【図５】カプトンからなるプラズマイオン注入シートに
対する測定表面抵抗と窒素イオンドーズとの相関を示す
グラフである。

【図６】カプトンからなるプラズマイオン注入シートに
対する６００ナノメータ波長の放射線の光学的透過度
と、窒素イオンドーズとの相関を示すグラフである。

【符号の説明】

２０…プラズマ加工装置、２２…真空チャンバ、２４…
真空ポンプ、２６…ゲートバルブ、２８…ガスライン、
３０…バルブ、３２…３次元不規則形状の物体、３４…
支持体、３６…プラズマ加工表面、３８…表示構造、４
０…パワーサプライ、４２…電圧源、４４…表示層。

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ加工システムにおいて加工され
   た物体の処理特性を測定するプラズマ加工処理特性の測
   定方法であって、 プラズマ加工によって処理すべきプラズマ加工表面を有
   する物体を供給する工程と、 前記プラズマ加工表面の形状に概して一致すべく、前記
   プラズマ加工表面の少なくとも一部に、前記プラズマ加
   工処理に応答して特性が変化する非導電性の材料からな
   る表示層を提供する工程と、 前記表示層に導電性のグリッドを配置する工程と、 プラズマ加工システムを使用して、前記導電性のグリッ
   ドを介して前記表示層をプラズマ加工する工程と、 同じプラズマ加工条件の基に、物体のプラズマ加工表面
   の処理特性の代わりとして、前記表示層の処理特性を測
   定すべく前記表示層を分析する工程と、 を具備したことを特徴とするプラズマ加工処理特性の測
   定方法。
2. 【請求項２】 前記表示層が約０．０００５乃至約０．
   ００１インチの厚さであることを特徴とする請求項１記
   載のプラズマ加工処理特性の測定方法。
3. 【請求項３】 プラズマ加工工程に先だって前記グリッ
   ドと前記物体とを同じ電位に設定する工程を含むことを
   特徴とする請求項１記載のプラズマ加工処理特性の測定
   方法。
4. 【請求項４】 前記分析工程の後で、前記物体の前記プ
   ラズマ加工表面をプラズマ加工する工程をさらに含むこ
   とを特徴とする請求項１記載のプラズマ加工処理特性の
   測定方法。
5. 【請求項５】 前記分析工程の後でこの分析工程に応答
   して、前記プラズマ加工システムを調整する工程と、 前記調整工程の後で、前記物体の前記プラズマ加工表面
   をプラズマ加工する工程と、 をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のプラズマ
   加工処理特性の測定方法。
6. 【請求項６】 前記表示層を提供する工程が、前記プラ
   ズマ加工表面の形状に概して一致するように、ポリイミ
   ドとポリカーボネートとからなる群から選択された材料
   の層を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１記
   載のプラズマ加工処理特性の測定方法。
7. 【請求項７】 前記分析工程が前記表示層の電気抵抗を
   測定する工程を含むことを特徴とする請求項１記載のプ
   ラズマ加工処理特性の測定方法。
8. 【請求項８】 前記分析工程が前記表示層の光学的特性
   を測定する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の
   プラズマ加工処理特性の測定方法。
9. 【請求項９】 前記プラズマ加工に先だって前記物体の
   前記プラズマ加工表面に少なくとも１つの金属プラズマ
   加工試験クーポンを配置する工程と、 前記プラズマ加工の後で前記プラズマ加工試験クーポン
   を分析する工程と、 前記表示層と前記プラズマ加工試験クーポンの分析結果
   との間の相関をとる工程と、 をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のプラズマ
   加工処理特性の測定方法。
10. 【請求項１０】 前記グリッドを配置する工程が、前記
    導電性のグリッドを前記表示層から少なくとも約０．５
    インチだけ変位させる工程を含むことを特徴とする請求
    項１記載のプラズマ加工処理特性の測定方法。
11. 【請求項１１】 前記物体が３次元でかつ不規則な形状
    を有していることを特徴とする請求項１記載のプラズマ
    加工処理特性の測定方法。