JPH0419070A - パウダービームエッチングとデポジションの方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パウダービームエツチングとデポジションの
方法及びその装置に係わり、特にパウダーと気体の固気
２相ビームを被加工物に噴射して、被加工物のエツチン
グとデポジションを行うようにしたものであって、微細
加工に用いて好適な方法及びその装置に関する。

〔発明の概要〕

パウダーと気体の固気２相ビームを被加工物に噴射して
加工する方法及びその装置において、固気２相ビームを
２系統設け、第１の系統のパウダーの粒径を１μｍ以上
に、第２の系統のパウダーの粒径を１μｍ以下にする事
により、前者によるエツチングと後者によるデポジショ
ンを被加工物に対して行えるようにする事により、被加
工面の表面粗度が密で、微細加工に適すると共に、深い
溝穴や厚い形成膜の形成が可能な加工方法及び装置を提
供する。

〔従来の技術〕

材料表面の加工技術を大別すると、除去加工と付加加工
とに分類出来る。除去加工としては、従来から幅広く用
いられている切削加工や研削加工に加え、最近では、フ
ォトエツチング、イオンビームエツチング、レーザビー
ムエツチング、そしてプラズマエツチング等のようなエ
ツチングや、ウォータジェットやサンドブラスト等の粉
砕加工が知られている。

一方、付加加工としては、デポジションが知られている
。デポジションには、ＭＯＣＶＤ　（ｌｌ＋ｅｔａｌｏ
ｒｇａｎｉｃ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）のように紫外線を利用したもの、イオ
ンビームデポジションのようにイオンを利用したもの、
ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）やＰＶＤ　（ｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒ　
ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のように分子を利用したもの、
そしてプラズマ重合膜形成のようなプラズマ溶射を利用
したもの等がある。

しかし、以上述べたエツチングやデポジションは、半導
体製造装置として、実績はあるものの、一般の加工方法
及びその装置として見た場合、作業性が悪く、能率が悪
い。従って量産に適していない等の問題点があった。特
に、除去加工としては、深い溝の加工には不向きであり
、付加加工としては、形成膜を厚くする事が困難である
という問題点があった。

一方、粉砕加工のウォータジェットは、金属材料等の切
断、トリミングやパリ取りに使用されているのみで、微
細加工には不向きであるばかりでなく、高い水圧が必要
で、その水圧の高いものでは、３８５０ｋｇ／　ｄｌと
超高圧水を利用しているため、水の流速が音速の２倍以
上にも達し、その衝撃エネルギが大きく、装置としての
構成が複雑であり、切断面等の粗さが粗いという欠点が
あった。

更に、サンドブラストは、粉砕加工に利用するザンド（
砂）と称される砥粒の粒径が２５〜１００μｍ程度と大
きく、粗面しか得ることができないので、これもまた、
微細加工には不適当なものであって、せいぜい機構部品
のパリ取りや、船舶の塗料やｔａ落し、小物にあっては
、塗装をするための下地の錆落し、装飾用の加工等にし
か用いられていなかった。

その他プラズマを利用して、混合粉を溶射するプラズマ
溶射がよく知られているが、このプラズマ溶射は表面性
が良くない欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、このような従来の問題点及び欠点を解消する
ためになされたものであって、パウダーと気体の固気２
相ビームを被加工物に噴射して加工する方法及びその装
置において、固気２相ビームを２系統設け、第１の系統
の固気２相ビームのパウダーの粒径を１μｍ以上に、第
２の系統の固気２相ビームのパウダーの粒径を１μｍ以
下にする事により、前者によるエツチングと後者による
デポジションを被加工物に対して行えるようにし、被加
工面の表面粗度が密で、微細加工に適すると共に、除去
加工として深い溝の加工が可能であり、付加加工として
厚い形成膜の形成が可能な加工方法及び装置を提供する
事を課題とする。

（課題を解決するための手段］ 本発明は、パウダーと気体の固気２相ビームを被加工物
に噴射して、被加工物の加工を行うパウダービームエツ
チングとデポジションの方法及びその装置において、 その方法は、前記固気２相ビームを２系統設け、その第
１の系統の固気２相ビームのパウダーの粒径を１μｍ以
上とし、第２の系統の固気２相ビームのパウダーの粒径
を１μｍ以下とする。

また、その装置は、前記固気２相ビームを噴射するノズ
ルを２系統設け、その第１の系統のノズルの固気２相ビ
ームのパウダーの粒径を１μｍ以上にし、第２の系統の
ノズルの固気２相ビームのパウダーの粒径を１μｍ以下
とする。

〔作用〕

以上のようにする事により、その方法では、前記第１の
系統の固気２相ビームによってエツチングを行い、前記
第２の系統の固気２相ビームによってデポジションを被
加工物に対して行えるようにする。

また、その装置では、前記第１の系統のノズルの固気２
相ビームによってエツチングを行い、前記第２の系統の
ノズルの固気２相ビームによってデポジションを行える
ようにする。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照して
説明する。

第１図は本発明のパウダービームエツチングとデポジシ
ョンの方法及びその装置の一実施例の説明図である。第
２図（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の一実施例のノズルの部
分拡大図であり、同図（Ａ）は正面断面図、同図（Ｂ）
は側面断面図、そして同図（Ｃ）は底面図である。第３
図は本発明の方法及びその装置によりエツチング及び／
又はデポジションされた被加工物の断面図である。

本発明は、第１図及び第２図に示すように、パウダー１
．１ａと高圧気体２．２ａの固気２相ビーム３．３ａを
被加工物４に噴射して、この被加工物４を加工、即ちエ
ツチング及び／又はデポジションする方法及びその装置
に関してであって、従来の技術で説明したように、エツ
チングとは除去加工であり、デポジションとは付加加工
である。

その特徴とする所は、まず、その方法では、前記固気２
相ビーム３．３ａを２系統設け、その第１の系統の固気
２相ビーム３のパウダー１の粒径を１μｍ以上とし、第
２の系統の固気２相ビーム３ａのパウダー１ａの粒径を
１μｍ以下とする。

また、その装置は、前記固気２相ビーム３．３ａを噴射
するノズル５．５ａを２系統設け、その第１の系統のノ
ズル５の固気２相ビーム３のパウダー１の粒径を１μｍ
以上にし、第２の系統の固気２相ビーム３ａのパウダー
１ａの粒径を１μｍ以下とする。

これらの固気２相ビーム３．３ａの内、その第１の系統
の固気２相ビーム３は、１〜１０μｍ程度の粒径のＡ１
．０３　、Ｓｉｇｈ　、ＳｉＣ，Ｓｉ：＋　Ｎ４等のパ
ウダーと１〜１０ｋｇ／ｃｄ程度の空気やドライ窒素等
の高圧気体２との混合流である（例えば１００ｍ／ｓｅ
ｃ以上の高速流でもある）固気２相ビーム３を被加工物
４に噴射し、この被加工物４をエツチングする。

その第２の系統の固気２相ビーム３ａは、１μｍ以下の
粒径の前記ＡｌｚＯｘ等のパウダーと１〜１０ｋｇ／ｄ
程度の空気等の高圧気体２ａとの混合流である（例えば
１００＋ｗ／ｓｅｃ以上の高速流でもある）固気２相ビ
ーム３ａを被加工物４に噴射し、この被加工物４をデポ
ジションする。この第２の系統の固気２相ビーム３ａは
、パウダーの粒径として、１〜０．０１μｍ程度が被加
工物４のデポジションに適している。

次に、第３図を使いエツチング及び／デポジションされ
た被加工物４について説明する。

この被加工物４は、例えばセラミンクス材料からなり、
その表面には、厚さ数１０μｍの感光性ポリウレタン樹
脂からなるレジストが、例えばフォトエツチング加工さ
れレジストマスク６が形成されている。即ち、固気２相
ビーム３．３ａがこれから噴射される部分のレジストの
一部は、既に除去されていて、レジストマスク６のみが
残されている。

粒径が１μｍ以上のパウダー１と高圧気体２の第１の系
統の固気２相ビーム３を、レジストマスり６が形成され
、レジストが既に除去されている被加工物４に噴射する
事によって、深さ０．１〜数１１００ｔＩの被加工物４
の被加工面をエツチングする事ができる。７はこの被加
工物４が０．１〜数１１００ａの深さにエッチングされ
た部分を示す。

第１の系統の固気２相ビーム３に含まれるパウダー１の
粒径は、ｌａｍ以上あるため、固気２相ビーム３に含ま
れるパウダー１の速度エネルギーが、加工エネルギーと
なり、被加工物４の被加工面をエツチングする。

一方、粒径が１μｍ以下のパウダー１ａと高圧気体２ａ
の第２の系統の固気２相ビーム３ａを、レジストマスク
６が形成され、レジストが既に除去されている被加工物
４に噴射する事によって、被加工物４にデポジションを
行う事が可能で、０．０１〜数１０μｍの薄膜８から、
それ以上の膜厚を有する厚膜を形成する事が可能である
。第２の系統の固気２相ビーム３ａに含まれるパウダー
１ａの粒径は、１μｍ以下であるため、固気２相ビーム
３ａに含まれるパウダー１ａの粒径が小さく、パウダー
１ａの速度エネルギーは、被加工物４に衝突後、デポジ
ションエネルギーとして集積され、薄膜８乃至それ以上
の厚膜を形成する。

以上、本発明で述べられているエツチング及び／又はデ
ポジションの加工を行う作用の特徴は、固気２相ビーム
３．３ａの作用が、そのパウダー１．１ａの粒径が１μ
ｍを境にして、１μｍ以上はエツチング作用をなし、１
μｍ以下ではデポジション作用をなす点にある。ここに
微妙な違いが、見出された。

次に、また第１図に戻る。この図面に示すように、本発
明の方法及びその装置は、第１の系統と第２の系統に別
れているが、左右対称なので、以下右半分に番号を付し
、その説明を行うものとする。

図面において、５はノズル、１１はコンヒユーザ、１２
は固気２相ビーム管、１３は吸引ノズルである。

吸引ノズル１３によって、パウダーｌ（後述の低圧気体
１９を含む）と高圧気体２とは混合、され、後の固気２
相ビーム３となる混合流が作られる。この混合流は固気
２相ビーム管１２を通り、コンヒユーザ１１に導かれ、
このコンヒユーザ１１により、パウダー１が気体２に一
様に混合され、しかも高速に加速されて、ノズル５より
固気２相ビーム３として、被加工物４の被加工面に噴射
される。

１４及び１５は高圧気体供給管、１６は高圧気体制御バ
ルブを示す、　１７はパウダー供給管、１８はパウダー
制御バルブを示す、１９はパウダーに混合される低圧気
体であり、この低圧気体１９の圧力は、約１ｋｇ／ｃｄ
以上ではあるが、前記高圧気体２．２ａ（１〜１０ｋｇ
／ｄ程度）より低い圧力の気体である。

２０はこの低圧気体１９を供給する低圧気体供給管、２
１は低圧気体制御バルブ、２２は低圧気体排気制御バル
ブ、２３は低圧気体排気管、２４はフィルタ、２５はパ
ウダー供給室、そして２６はパウダー集合器を示す。

ｌはこれまで説明したパウダーであり、２７はパウダー
供給バルブ、２８はホッパーを示す、パウダー１はこの
ホッパー２８に一時貯蔵され、必要に応じてパウダー供
給室２５に供給される。このパウダー供給室２５におい
て、フィルタ２４を通ってきた低圧気体１９とこのパウ
ダー１は混合される。低圧気体１９と混合されたパウダ
ー１は、パウダー集合器２６に集められ、パウダー供給
管１７によって、吸引ノズル１３近傍に供給される。

第２図（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の一実施例のノズルを
部分的に拡大して示したものである。この図面において
、固気２相ビーム３．３ａを噴射するノズル５．５ａは
、２系統設けられている。１１．１１ａはコンヒユーザ
、１２．１２ａは固気２相ビーム管である。ノズル５、
コンヒユーザ１１、そし７固気２相ビーム管１２を第１
の系統の管路、また、ノズル５ａ、コンヒユーザＩｌａ
、そして固気２相ビーム管１２ａを第２の系統の管路と
定義すると、これらの第１及び第２の系統の管路は、そ
れぞれ一体的に構成され、両者間に障害壁９が設けられ
ていて、第１及び第２の系統の管路と障害壁９の三者は
、それぞれステンレス鋼やセラミックス等で作られてい
て、これら王者は接着又は溶接等で接合されている。第
１及び第２の系統の管路は、各々完全に分離されている
ため、第１及び第２の固気２相ビーム３．３ａが途中で
混合する事がない。その上、第１及び第２の系統の管路
の特にノズル５．５ａの断面形状を矩形にする事が可能
なので、第１及び第２の系統の管路を、障害壁９を介し
て一体化する事が容易であるばかりでなく、組立、調整
が簡単になる。

〔発明の効果〕

本発明は、パウダーと気体の固気２相ビームを被加工物
に噴射して、被加工物の加工を行うパウダービームエツ
チングとデポジションの方法及びその装置であって、 その方法としては、前記固気２相ビームを２系統設け、
また、その装置としては、前記固気２相ビームを噴射す
るノズルを２系統設け、その第１の系統の固気２相ビー
ムのパウダーの粒径を１μｍ以上にし、第２の系統の固
気２相ビームのパウダーの粒径を１μｍ以下とする事に
より、前記第１の系統の固気２相ビームによってエツチ
ングを行い、前記第２の系統の固気２相ビームによって
デポジションを被加工物に対して行えるようにする事に
より、被加工面の表面粗度が密で、微細加工に適すると
共に、除去加工として深い溝穴の加工が可能であり、付
加加工として厚い形成膜の形成が可能な加工方法及びそ
の装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパウダービームエツチングとデポジシ
ョンの方法及びその装置の一実施例の説明図である。第
２図（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の一実施例のノズルの部
分拡大図であり、同図（Ａ）は正面断面図、同図（Ｂ）
は側面断面図、そして同図（Ｃ）は底面図である。第３
図は本発明の方法及びその装置によりエツチング及び／
又はデポジションされた被加工物の断面図である。 １．１　ａ−−−−−−−−−パウダー２．２ａ−・・
−・−・−・−高圧気体３．３　ａ−−−−−−−−−
一・−・固気２相ビーム４・・−・−・−−−−ｍ−・
被加工物ノズル レジストマスク 被加工物がエツチングされた部分 薄膜 障害壁 ・・・−・−コンヒユーザ ・固気２相ビーム管 ・−吸引ノズル ・−高圧気体供給管 高圧気体制御バルブ パウダー供給管 パウダー制御バルブ 低圧気体 低圧気体供給管 低圧気体制御バルブ 低圧気体排気制御バルブ 低圧気体排気管 フィルタ パウダー供給室 パウダー集合器 ５．５ａ−−−−・−・−・ ６−−−・ ７・・−ｍ−−− ９−・ １１．１ｌａ １２．１２ａ・ １３．１３ａ １４．１５ １６−−−−−−−−・・ １７−−−−−・ １８−・・・・・ ２０−−−・−・ ２１−−−−−−−・ ２３−一一一・ ２ｔ−一−・ ２６−−−−−・ ２７・ ２８−・ パウダー供給バルブ ホッパー （Ａ）正面断面図 （Ｂ）（別面ぼ脊面Ｉ図 １ど （Ｃ）底面回 第２図本究明の一実ｗ！、例のノズルの部分拡大図４披
ｎＯ工物 工物のｌ！ｌ’Ｔ面図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．パウダーと気体の固気２相ビームを被加工物に噴射
   して加工するパウダービームエッチングとデポジション
   の方法において、 前記固気２相ビームを２系統設け、その第 １の系統の固気２相ビームのパウダーの粒径を１μｍ以
   上とし、第２の系統の固気２相ビームのパウダーの粒径
   を１μｍ以下とする事により、前記第１の系統の固気２
   相ビームによってエッチングを行い、前記第２の系統の
   固気２相ビームによってデポジションを行うようにした
   事を特徴とするパウダービームエッチングとデポジショ
   ンの方法。
2. ２．パウダーと気体の固気２相ビームを被加工物に噴射
   して加工するパウダービームエッチングとデポジション
   の装置において、 前記固気２相ビームを噴射するノズルを２ 系統設け、その第１の系統のノズルの固気２相ビームの
   パウダーの粒径を１μｍ以上にし、第２の系統のノズル
   の固気２相ビームのパ ウダーの粒径を１μｍ以下とする事により、前記第１の
   系統のノズルの固気２相ビームによってエッチングを行
   い、前記第２の系統のノズルの固気２相ビームによって
   デポジションを行うようにした事を特徴とするパウダー
   ビームエッチングとデポジションの装置。