JP3104721B2 - 微粒子噴射加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス基板や半導体基
板などの被加工物に対して、エッチングやいわゆるデポ
ジションなどの加工を行なうのに好適な微粒子噴射加工
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路やプリント配線回路、さ
らには磁気ヘッドなどの各種機能素子などを製造する場
合に、様々な微細加工が必要となる。このため高度なエ
ッチング技術や薄膜形成技術が要求されている。

【０００３】このようなエッチング技術としては、イオ
ンエッチング法、リアクティブイオンエッチング法、サ
ンドブラスト法などが知られている。しかしながらイオ
ンエッチング法は加工速度が遅く、サンドブラスト法は
被加工面の表面状態が劣る欠点があった。

【０００４】一方、薄膜形成技術としては、スパッタ
法、熔射法、気相成長法などが知られている。しかしな
がらスパッタ法は成膜速度が遅く、熔射法は耐熱性基板
にしか膜形成が行なえず、気相成長法は成膜速度が遅い
上に耐熱性基板でなければ対応できない欠点があった。

【０００５】上記の問題を解決するため、本発明者らは
特開平３−２３１０９６号公報に記載されたように、被
加工面に対して平均粒径０．０１μｍ乃至３μｍの極微
粒子を主体とする粉体を所定の入射角で吹き付ける加工
方法を提案した。この方法によると、早い成膜速度で被
加工面に対する制約も少なくデポジションの加工を行な
うことができ、また微細なパターンを精度よく高速でエ
ッチングの加工を行なうことができる。

【０００６】図６に前記提案による加工方法で使用され
る加工装置の概略構成を示す。この加工装置は大別して
圧縮空気を供給するエアコンプレッサ１と、このエアコ
ンプレッサ１から送り出された圧縮空気に極微粒子２を
混合する混合室３と、圧縮空気とともに極微粒子２を被
加工物４に噴射する噴射室５と、噴射室５から極微粒子
２を回収吸引する排風機６とから構成されている。

【０００７】上記のように構成された加工装置におい
て、エアコンプレッサ１から送り出された圧縮空気は、
第１の空気供給管７と第２の空気供給管８に分流され、
第１の空気供給管７に分流された圧縮空気は混合室３の
底部に設けられたフィルタ９または空気吹き出し口１０
から混合室３内へ流入される。このとき圧縮空気が極微
粒子２内を通ることにより、エアバイブレータ効果によ
って極微粒子２が攪拌され、その一部が混合室３内に設
けれた集粉器１１の下面凹部１１ａによって送出管１２
の入口１２ａの近傍に集められる。

【０００８】この攪拌に際しては混合室３の内部底面に
設けられた振動部材１３により、極微粒子２の機械的な
分散も行なわれ、前記エアバイブレータ効果が効果的に
持続される。また集粉器１１に接続される導出管１４の
中途部に設けられた電磁弁１５と、混合室３の上部の極
微粒子供給部１６の蓋部１７に接続された排気管１８の
中途部に設けられた電磁弁１９とは、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る。この結果これ
らの開閉操作による圧力差によって、混合室３内の極微
粒子２が一層攪乱されるようになっている。

【０００９】一方、第２の空気供給管８に分流された圧
縮空気は、送出管１２に直接送り込まれ、その空気流に
よって負圧となることにより、出口８ａ付近に集められ
た極微粒子２が吸い込まれ、送出管１２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２との混合
物が送出管１２を通って、噴射室５内のノズル２０から
噴射され、被加工物４の被加工面に吹きつけられて加工
が行なわれる。使用済の極微粒子２は噴射室５に接続さ
れた反送管２１，２２を介して供給部１６に戻され、再
使用に供される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記提案
による加工装置によると、送出管１２の入り口１２ａか
らだんご状に凝集した極微粒子２が吸い込まれ、送出管
１２内で圧縮空気と混合されてノズル２０から噴射され
る。このとき噴射される極微粒子２は突沸状態となっ
て、この噴射が断続的に繰り返される。このように極微
粒子２が突沸状態でノズル２０から同時に多量に噴射さ
れると、微粒子によるマスク現象が発生するため被加工
物４は加工されにくくなる。この結果、被加工物４が均
一に加工されにくくなるおそれがあった。

【００１１】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、圧縮空気中に分散された極微粒子をノズルから
安定して噴射させることができ、加工の均一性を向上す
ることができる微粒子噴射加工装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の微粒子
噴射加工装置は、極微粒子２が充填された混合室３と、
混合室３に圧縮空気を供給する空気供給管７と、混合室
３に送出管１２を介して接続され、極微粒子２を圧縮空
気とともに被加工物４に対して噴射する噴射室５と、混
合室３内の極微粒子２を攪拌する攪拌部材３３とを備え
た微粒子噴射加工装置であって、空気供給管７を混合室
３の底部に接続し、送出管１２の一端を混合室３の上部
に接続するとともに、送出管１２が接続された部位の混
合室３の上部に、所定の大きさの空間３１を設けたこと
を特徴とする。

【００１３】請求項２に記載の微粒子噴射加工装置は、
攪拌部材を複数個設けたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の微粒子噴射加工装置において
は、混合室３と送出管１２との接続部に所定の大きさの
空間３１を設けることにより、圧縮空気でまき上げら
れ、この圧縮空気中に分散した極微粒子２のみが空間３
１を通って送出管１２に送られる。そして送出管１２内
で圧縮空気と混合され、加速されてノズル２０から噴射
される。この結果極微粒子２の突沸現象の発生を防止す
ることができ、加工面の均一性が著しく向上する。

【００１５】請求項２に記載の微粒子噴射加工装置にお
いては、混合室３内の極微粒子２を攪拌する攪拌部材３
３を複数個設けることにより、攪拌部材３３の回転周期
による極微粒子２の送出管１２への供給量の変動を少な
くすることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の微粒子噴射加工装置の一実施
例を図面を参照して説明する。

【００１７】図１に本発明の一実施例の概略構成を示
す。図１において、図６に示す従来例の部分と対応する
部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略
する。本実施例の特徴は図６に示す従来例における集粉
器１１、振動部材１３、導出管１４、電磁弁１５を省略
し、第１の空気供給管７を混合室３の底部に接続し、混
合室３の上部に所定の大きさの空間３１を介して送出管
１２の一端を接続した点にある。また混合室３の上部に
はモータ３２が設けられており、混合室３内にはモータ
３２によって回転駆動される攪拌部材３３が装着されて
いる。さらに極微粒子供給部１６の蓋部１７には供給部
１６の下端の開口部を開閉する円錐状の供給弁３４が昇
降可能に取り付けられており、供給弁３４はコイルバネ
３５によって供給部１６の開口部を閉塞する方向に付勢
されている。

【００１８】なお符号３６，３７，３８はそれぞれ空気
供給管７，８に設けられた調整弁、電磁弁、調整弁であ
り、符号３９は送出管１２に設けられた加振器である。
さらに符号４０，４１はそれぞれ供給部１６及び混合室
３を加熱するヒータである。

【００１９】次に本実施例の作用を説明する。平均粒径
０．０１μｍ乃至３μｍの極微粒子２が送出管１２内に
おいて圧縮空気と混合され、ノズル２０から噴射され、
被加工物４の被加工面に吹き付けられて加工が行なわれ
ることは、基本的には従来例と同様である。本実施例で
は第１の空気供給管７から供給される圧縮空気が、混合
室３の底部に設けられた空気吹き出し口１０から吹き出
され、フィルタ９を通して極微粒子２の中を通過してい
る。なお空気吹出し口１０は例えば径２ｍｍのものが同
心円上に８個並んで配設されたものでもよく、中心にさ
らに径２ｍｍの孔を設けてもよい。またフィルタ９は例
えばメッシュ３０μｍ乃至１００μｍのＳＵＳサーメッ
トフィルタまたはブロンズサーメットフィルタである。

【００２０】上記の状態では極微粒子２は圧縮空気によ
り一時的に巻き上げられるだけである。この状態を持続
するために攪拌部材３３を一定の周期で回転させる。そ
して巻き上げられた極微粒子２は空間３１を通り、送出
管１２を通って第２の空気供給管８の出口８ａに至り圧
縮空気と混合される。このとき空間３１がない場合は図
２に示すように混合室３と送出管１２との接続部に極微
粒子２が寄せられて吸い込まれ、凝集した固まり状の極
微粒子２となり突沸状態となる。しかし本実施例に示す
ように、例えば内径３０ｍｍ、高さ３０ｍｍの空間を上
記接続部に設けることにより、圧縮空気で巻き上げられ
圧縮空気中に分散した極微粒子２のみが送出管１２内に
吸い込まれるので、図３に示すように突沸状態にはなら
ない。従ってノズル２０からの極微粒子２の突沸的な噴
射は発生せず、加工面の均一性が著しく向上する。特に
極微粒子２が混合室３内に満杯状態で充填されていると
きに有効である。

【００２１】また混合室３の下部に第１の空気供給管７
を介して供給する圧縮空気の供給圧力をゼロから増加し
ていくと、図４に示すように極微粒子２の供給量もほぼ
比例して増加する。従って供給圧力を調整することによ
り極微粒子２の供給量を任意に制御することができる。

【００２２】本実施例によれば、混合室３と送出管１２
との接続部に空間３１を設けたので、ノズル２０から噴
射される極微粒子２の突沸状態の発生を防止することが
でき、圧縮空気中に分散された極微粒子２が安定してノ
ズル２０から噴射される。この結果被加工物４の加工の
均一性を向上させることができる。また突沸噴射と正常
噴射との繰り返しによる送出管１２やノズル２０の偏摩
耗の発生を防止することができる。

【００２３】上記実施例では室間３１及び攪拌部材３３
がそれぞれ１個の場合について説明したが、室間３１を
混合室３の上部に均等に複数個設けてもよく、攪拌部材
３３を同心上に複数個設けてもよい。ここで攪拌部材３
３が空間３１の下にきたときに極微粒子２が最も多く送
出管１２へ送られるが、攪拌部材３３を複数個設けるこ
とによりこの変動を防止することができる。図５に攪拌
部材３３を４個、空間３１を３個設けたときの攪拌部材
３３の回転周期と極微粒子２の供給量との関係を曲線Ａ
で示す。曲線Ｂは攪拌部材３３及び空間３１がそれぞれ
１個の場合を示す。図５から明らかなように曲線Ａに示
す場合は極微粒子２の供給量の変動を大幅に改善するこ
とができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
微粒子噴射加工装置によれば、混合室と送出管との接続
部に空間を設けたので、ノズルから噴出される極微粒子
の突沸状態の発生を防止することができ、圧縮空気中に
分散された極微粒子が安定してノズルから噴射される。
この結果被加工物の加工の均一性を向上させることがで
きる。また突沸噴射と正常噴射との繰り返しによる送出
管やノズルの偏摩耗の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微粒子噴射加工装置の一実施例の概略
構成を示す断面図である。

【図２】極微粒子の突沸状態の一例を示す説明図であ
る。

【図３】本実施例による突沸解消状態を示す説明図であ
る。

【図４】圧縮空気供給圧力と極微粒子供給量との関係を
示す線図である。

【図５】攪拌部材回転周期と極微粒子供給量との関係を
示す線図である。

【図６】従来の微粒子噴射加工装置の一例の概略構成を
示す断面図である。

【符号の説明】

２ 極微粒子 ３ 混合室 ４ 被加工物 ５ 噴射室 ７，８ 空気供給管 １２ 送出管 ３１ 空間 ３３ 攪拌部材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極微粒子が充填された混合室と、 前記混合室に圧縮空気を供給する空気供給管と、 前記混合室に送出管を介して接続され、前記極微粒子を
   前記圧縮空気とともに被加工物に対して噴射する噴射室
   と、 前記混合室内の前記極微粒子を攪拌する攪拌部材とを備
   えた微粒子噴射加工装置であって、 前記空気供給管を前記混合室の底部に接続し、前記送出
   管の一端を前記混合室の上部に接続するとともに、前記
   送出管が接続された部位の前記混合室の上部に、所定の
   大きさの空間を設けたことを特徴とする微粒子噴射加工
   装置、
2. 【請求項２】 攪拌部材を複数個設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の微粒子噴射加工装置。