JPH05245644A - 微細加工機 - Google Patents
微細加工機Info
- Publication number
- JPH05245644A JPH05245644A JP4544492A JP4544492A JPH05245644A JP H05245644 A JPH05245644 A JP H05245644A JP 4544492 A JP4544492 A JP 4544492A JP 4544492 A JP4544492 A JP 4544492A JP H05245644 A JPH05245644 A JP H05245644A
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- JP
- Japan
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- insulator
- processed
- discharge
- plasma
- reaction gas
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- Arc Welding In General (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 加工部材と被加工材料との間の距離によらず
に安定した放電を行わせて、微細加工を実現する。 【構成】 カソードとなる金属微細管２１とアノードと
なる被加工材料との間に被誘電率の大きい絶縁体２２を
構成する。これにより、絶縁体，金属（カソード），真
空が接する三重接点６０が形成され、電子が放出されや
すくなり、絶縁体２２表面に沿って沿面放電が発生され
る。この沿面放電中に金属微細管２１の吐出口４２から
の反応ガス５０を通すことによってラジカル化し、この
プラズマガスの流れ６１を被加工材料１０と反応させる
ことによってエッチングを行う。
に安定した放電を行わせて、微細加工を実現する。 【構成】 カソードとなる金属微細管２１とアノードと
なる被加工材料との間に被誘電率の大きい絶縁体２２を
構成する。これにより、絶縁体，金属（カソード），真
空が接する三重接点６０が形成され、電子が放出されや
すくなり、絶縁体２２表面に沿って沿面放電が発生され
る。この沿面放電中に金属微細管２１の吐出口４２から
の反応ガス５０を通すことによってラジカル化し、この
プラズマガスの流れ６１を被加工材料１０と反応させる
ことによってエッチングを行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は微細加工技術に係り、例
えばマイクロモータの軸穴あるいは圧力センサの圧力導
入孔等に必要なハイアスペクト比を有する微細トレンチ
の形成に採用して好適な微細加工機に関する。
えばマイクロモータの軸穴あるいは圧力センサの圧力導
入孔等に必要なハイアスペクト比を有する微細トレンチ
の形成に採用して好適な微細加工機に関する。
【０００２】
【背景技術およびその問題点】従来、微細孔を形成する
精密加工技術の一つとして放電加工技術が知られてい
る。ここで、放電加工技術による微細孔加工は、単発の
放電痕すなわちクレータの集積として実現されるもの
で、その仕上げ面は粗いものとなる。
精密加工技術の一つとして放電加工技術が知られてい
る。ここで、放電加工技術による微細孔加工は、単発の
放電痕すなわちクレータの集積として実現されるもの
で、その仕上げ面は粗いものとなる。
【０００３】そこで、加工形状精度，仕上げ面共に良好
にできる微細加工方法として、図３に示すように、その
先端部と被加工材料１１０との間で局所的に反応ガス１
５０を分解・解離させ活性種とする領域（プラズマ領
域）を形成し得る極細線形状の部材１２１を被加工材料
１１０に対向して配置し、この極細線状部材１２１を被
加工材料１１０のエッチング底面との距離が送り機構１
２０により一定に保たれた状態で送り込み、被加工材料
１１０を局所的に原子レベルでエッチング除去する方法
を先に出願した（特願平３−２２０１７５号）。
にできる微細加工方法として、図３に示すように、その
先端部と被加工材料１１０との間で局所的に反応ガス１
５０を分解・解離させ活性種とする領域（プラズマ領
域）を形成し得る極細線形状の部材１２１を被加工材料
１１０に対向して配置し、この極細線状部材１２１を被
加工材料１１０のエッチング底面との距離が送り機構１
２０により一定に保たれた状態で送り込み、被加工材料
１１０を局所的に原子レベルでエッチング除去する方法
を先に出願した（特願平３−２２０１７５号）。
【０００４】しかしながら、この先願の技術で極微細加
工をする場合、極細線状部材とエッチング底面との距離
を非常に接近させることが必要となるが、その場合、該
極細線状部材と被加工材料との間に良好にプラズマ放電
を発生させることが困難になるという問題がある。
工をする場合、極細線状部材とエッチング底面との距離
を非常に接近させることが必要となるが、その場合、該
極細線状部材と被加工材料との間に良好にプラズマ放電
を発生させることが困難になるという問題がある。
【０００５】これは、極細線状部材と被加工材料との間
で良好なプラズマ放電を起こさせるためには、これら両
者間の距離をプラズマ気体のデバイ長（グロープラズマ
の最小単位）の数倍だけとることが必要となるためであ
る。デバイ長は、
で良好なプラズマ放電を起こさせるためには、これら両
者間の距離をプラズマ気体のデバイ長（グロープラズマ
の最小単位）の数倍だけとることが必要となるためであ
る。デバイ長は、
【０００６】
【数１】
【０００７】（ただし、ｎｅは電子密度〔ｍ-3〕，Ｔｅ
は電子温度〔ｅＶ〕）で与えられ、放電によるエッチン
グにおいては一般的に低圧放電プラズマを用いるため、
ｎｅ＝１０15〔ｍ-3〕，Ｔｅ＝２〔ｅＶ〕より．λD ＝
３．３２×１０ -4〔ｍ〕となり、プラズマを良好に形成
するためには数ｍｍの距離が必要となる。しかし、極微
細加工をする場合、極細線状部材と被加工材料との距離
を数ｍｍ確保すると、プラズマガスは拡散してしまい、
所望の局所微細加工を行うには不向きとなってしまうの
である。
は電子温度〔ｅＶ〕）で与えられ、放電によるエッチン
グにおいては一般的に低圧放電プラズマを用いるため、
ｎｅ＝１０15〔ｍ-3〕，Ｔｅ＝２〔ｅＶ〕より．λD ＝
３．３２×１０ -4〔ｍ〕となり、プラズマを良好に形成
するためには数ｍｍの距離が必要となる。しかし、極微
細加工をする場合、極細線状部材と被加工材料との距離
を数ｍｍ確保すると、プラズマガスは拡散してしまい、
所望の局所微細加工を行うには不向きとなってしまうの
である。
【０００８】ここで、極細線状部材と被加工材料との距
離を短くするために磁界を印加するという方法も考えら
れるが、被加工材料中に局所的に発生させるプラズマに
効率的に磁界を印加することは困難であろう。
離を短くするために磁界を印加するという方法も考えら
れるが、被加工材料中に局所的に発生させるプラズマに
効率的に磁界を印加することは困難であろう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した先願
技術の問題に鑑みてなされたものであり、局所プラズマ
の領域を拡大することなく良好に局所プラズマを発生さ
せることができ、それによって形状精度，仕上げ面とも
に高精度で実現することのできる微細加工機を提供する
ものである。
技術の問題に鑑みてなされたものであり、局所プラズマ
の領域を拡大することなく良好に局所プラズマを発生さ
せることができ、それによって形状精度，仕上げ面とも
に高精度で実現することのできる微細加工機を提供する
ものである。
【００１０】
【発明の概要】上記目的を達成するために本発明者ら
は、安定なプラズマを得るために加工電極部材と被加工
材料との間の距離をプラズマが拡散することなく充分確
保できるように、両者間に絶縁体を介在させて電子を放
出しやすくさせ、絶縁体上で誘発される沿面放電を利用
して局所的なプラズマ領域を形成することに着目した。
は、安定なプラズマを得るために加工電極部材と被加工
材料との間の距離をプラズマが拡散することなく充分確
保できるように、両者間に絶縁体を介在させて電子を放
出しやすくさせ、絶縁体上で誘発される沿面放電を利用
して局所的なプラズマ領域を形成することに着目した。
【００１１】具体的に本発明に係る微細加工機は、金属
体と、その先端を被加工材料に対向させるとともに前記
金属体と接点を有する絶縁体とからなる加工部材と、こ
の加工部材を構成する前記金属体を陰極として、前記被
加工材料方向から前記絶縁体の表面にほぼ平行に沿う方
向の電界を印加する電界印加手段と、前記絶縁体の表面
近傍を介して前記被加工材料表面に反応ガスを供給する
反応ガス供給手段とを備えることを特徴としている。
体と、その先端を被加工材料に対向させるとともに前記
金属体と接点を有する絶縁体とからなる加工部材と、こ
の加工部材を構成する前記金属体を陰極として、前記被
加工材料方向から前記絶縁体の表面にほぼ平行に沿う方
向の電界を印加する電界印加手段と、前記絶縁体の表面
近傍を介して前記被加工材料表面に反応ガスを供給する
反応ガス供給手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】上記構成において、加工部材の金属体と絶
縁体との接点は、絶縁物・陰極金属・真空が接する、い
わゆる三重接点となっている。三重接点においては電界
が集中しやすいため電子の放出源となる。加工部材の金
属体（陰極）より放射された電子は絶縁体の表面を衝撃
し２次電子を放出させ、絶縁体表面に沿う沿面放電が発
生される。
縁体との接点は、絶縁物・陰極金属・真空が接する、い
わゆる三重接点となっている。三重接点においては電界
が集中しやすいため電子の放出源となる。加工部材の金
属体（陰極）より放射された電子は絶縁体の表面を衝撃
し２次電子を放出させ、絶縁体表面に沿う沿面放電が発
生される。
【００１３】反応ガス（プラズマ化されるガス）は絶縁
体の表面近傍を介して被加工材料表面に供給されるが、
表面に導入される前に絶縁体表面の沿面放電によって効
率よくプラズマ化される。ここで、放電の距離は沿面放
電を利用することによりどの状態においてもデバイ長よ
り長くとることができ、安定したプラズマ（活性種）の
供給が可能となる。活性種は被加工材料表面に吸着しこ
れが被加工材料を原子レベルでエッチングする。
体の表面近傍を介して被加工材料表面に供給されるが、
表面に導入される前に絶縁体表面の沿面放電によって効
率よくプラズマ化される。ここで、放電の距離は沿面放
電を利用することによりどの状態においてもデバイ長よ
り長くとることができ、安定したプラズマ（活性種）の
供給が可能となる。活性種は被加工材料表面に吸着しこ
れが被加工材料を原子レベルでエッチングする。
【００１４】このように、本願発明においては絶縁体表
面の沿面放電を利用してプラズマ領域を形成するもので
あるため、加工部材と被加工材料との間をプラズマが拡
散しないように接近させたとしてもプラズマ放電を安定
して行うことができ、しかして効率的に反応ガスを分解
・解離して被加工材料を原子レベルでエッチングするこ
とができ、形状精度，仕上げ面ともに高精度で実現する
ことができる。
面の沿面放電を利用してプラズマ領域を形成するもので
あるため、加工部材と被加工材料との間をプラズマが拡
散しないように接近させたとしてもプラズマ放電を安定
して行うことができ、しかして効率的に反応ガスを分解
・解離して被加工材料を原子レベルでエッチングするこ
とができ、形状精度，仕上げ面ともに高精度で実現する
ことができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説
明する。図１（ａ）に本発明第１実施例を適用した微細
加工機のシステム構成図を、同図（ｂ）にその概略的な
要部構造図を示す。
明する。図１（ａ）に本発明第１実施例を適用した微細
加工機のシステム構成図を、同図（ｂ）にその概略的な
要部構造図を示す。
【００１６】図１において、１０は被加工材料であり、
真空槽４０内のホルダ電極３０に保持される。ホルダ電
極はアノード電極を構成し、所謂アノードカップリング
構成となっている。
真空槽４０内のホルダ電極３０に保持される。ホルダ電
極はアノード電極を構成し、所謂アノードカップリング
構成となっている。
【００１７】また、真空槽４０内にはアノード電極を構
成するホルダ電極３０に対し、カソード電極としてプラ
ズマ電源（本例ではＲＦ電源）３１が接続された金属微
細管２１が配置される。金属微細管２１の先端にはニー
ドル状の絶縁体２２が接続され、これら金属微細管２１
と絶縁体２２は加工部材として被加工材料１０方向へ送
り機構２０にて送り出されるように構成されている。
尚、加工部材の径は被加工材料にあけるトレンチ径に応
じて設定できるもので、交換により異なる径のトレンチ
加工を行うことができる。
成するホルダ電極３０に対し、カソード電極としてプラ
ズマ電源（本例ではＲＦ電源）３１が接続された金属微
細管２１が配置される。金属微細管２１の先端にはニー
ドル状の絶縁体２２が接続され、これら金属微細管２１
と絶縁体２２は加工部材として被加工材料１０方向へ送
り機構２０にて送り出されるように構成されている。
尚、加工部材の径は被加工材料にあけるトレンチ径に応
じて設定できるもので、交換により異なる径のトレンチ
加工を行うことができる。
【００１８】また金属微細管２１先端の吐出口４２より
反応ガス５０を被加工材料１０表面へ供給するように、
吸気口４１より送り機構２０内，金属微細管２１内部の
導入孔２３を介して反応ガス５０が導入される。導入さ
れた反応ガスは、絶縁体２２表面の沿面放電にてプラズ
マ化された反応種（ラジカル，イオン）となり、この反
応種の化学反応及び被加工材料１０への局所的な衝突等
により被加工材料１０をエッチングする。そして反応に
寄与したガスは排気口４３より排出される。
反応ガス５０を被加工材料１０表面へ供給するように、
吸気口４１より送り機構２０内，金属微細管２１内部の
導入孔２３を介して反応ガス５０が導入される。導入さ
れた反応ガスは、絶縁体２２表面の沿面放電にてプラズ
マ化された反応種（ラジカル，イオン）となり、この反
応種の化学反応及び被加工材料１０への局所的な衝突等
により被加工材料１０をエッチングする。そして反応に
寄与したガスは排気口４３より排出される。
【００１９】ここで、放電に必要なのは電子の放出及び
加速であり、これが十分になされないと安定なプラズマ
を得ることはできない。本実施例では絶縁体２２・金属
微細管（カソード）２１・真空（プラズマとなるガス）
の三重接点６０を構成するようにしており、放電に必要
な電子を容易に放出させることができる。
加速であり、これが十分になされないと安定なプラズマ
を得ることはできない。本実施例では絶縁体２２・金属
微細管（カソード）２１・真空（プラズマとなるガス）
の三重接点６０を構成するようにしており、放電に必要
な電子を容易に放出させることができる。
【００２０】これは、三重接点６０では電界が集中しや
すく、電子の放出源になり易いことを利用するものであ
る。絶縁体２２の比誘電率をεｒとすると三重接点近傍
の空隙には真空中に比べておよそεｒ倍の電界が生じる
ことになる。例えば絶縁体２２にアルミナ磁器のように
比誘電率が８．０〜１０．０と比較的高いものを使用す
れば周辺の電界は約１０倍となる。このように三重接点
近傍の電界が強くなることにより、数２からも明らかな
ように、三重接点付近からの電子の放出量が増大される
のである。
すく、電子の放出源になり易いことを利用するものであ
る。絶縁体２２の比誘電率をεｒとすると三重接点近傍
の空隙には真空中に比べておよそεｒ倍の電界が生じる
ことになる。例えば絶縁体２２にアルミナ磁器のように
比誘電率が８．０〜１０．０と比較的高いものを使用す
れば周辺の電界は約１０倍となる。このように三重接点
近傍の電界が強くなることにより、数２からも明らかな
ように、三重接点付近からの電子の放出量が増大される
のである。
【００２１】
【数２】ｊｆ＝Ａ・Ｅ2 ・ｅｘｐ（−Ｂ／Ｅ） ただし、数２において、ｊｆは単位面積あたりの電流，
Ａは定数，Ｅは電界の強さ〔Ｖ／ｍ〕，Ｂ＝６．８×１
０9 ・φ3/2 、φは陰極の仕事函数〔ｅＶ〕である。
Ａは定数，Ｅは電界の強さ〔Ｖ／ｍ〕，Ｂ＝６．８×１
０9 ・φ3/2 、φは陰極の仕事函数〔ｅＶ〕である。
【００２２】そして、カソード電極としての金属微細管
２１（特に三重接点６０）より放射された電子が、カソ
ード，アノード間の電界で加速されて絶縁体２２の表面
を衝撃し、その表面より２次電子を放出させる。絶縁体
２２の表面は電界方向とほぼ平行となっているため、１
個の電子に対して１個以上の２次電子が放出され、電子
の増幅作用が発生する。この２次電子放出により絶縁体
２２表面に沿った放電が発生し、この沿面放電領域にて
放電の距離を長くとることができるようになり、エッチ
ング反応に有益なラジカルの発生を促すことができる。
２１（特に三重接点６０）より放射された電子が、カソ
ード，アノード間の電界で加速されて絶縁体２２の表面
を衝撃し、その表面より２次電子を放出させる。絶縁体
２２の表面は電界方向とほぼ平行となっているため、１
個の電子に対して１個以上の２次電子が放出され、電子
の増幅作用が発生する。この２次電子放出により絶縁体
２２表面に沿った放電が発生し、この沿面放電領域にて
放電の距離を長くとることができるようになり、エッチ
ング反応に有益なラジカルの発生を促すことができる。
【００２３】尚、放電は絶縁体２２に沿って起こるの
で、プラズマもそのニードル状とされた絶縁体２２の周
囲に形成されることとなり、プラズマガスの流れ６１は
被加工材料１０と先端部との間で拡散されることもな
く、被加工材料１０を局所的にエッチングすることがで
きる。
で、プラズマもそのニードル状とされた絶縁体２２の周
囲に形成されることとなり、プラズマガスの流れ６１は
被加工材料１０と先端部との間で拡散されることもな
く、被加工材料１０を局所的にエッチングすることがで
きる。
【００２４】そして、被加工材料１０のエッチングに応
じて送り機構２０により金属微細管２１および絶縁体２
２を被加工材料１０方向へ送り込むことにより任意の深
さのトレンチ加工が可能となる。この場合、放電の距離
は沿面放電により確保されているため、先端部と被加工
材料のエッチング底面との距離制御においてそれ程厳密
性は要求されないものとすることができる。
じて送り機構２０により金属微細管２１および絶縁体２
２を被加工材料１０方向へ送り込むことにより任意の深
さのトレンチ加工が可能となる。この場合、放電の距離
は沿面放電により確保されているため、先端部と被加工
材料のエッチング底面との距離制御においてそれ程厳密
性は要求されないものとすることができる。
【００２５】尚、反応ガスは被加工材料の材質に応じて
適宜設定できるもので、例えば被加工材料がシリコンで
あればＦ，Ｂｒ系ガス等が好適である。尚、上記第１実
施例では被加工材料が導電材料でないと放電が起こしに
くいものであったが、図２に示す本発明第２実施例で
は、被加工材料の材質によらずに沿面放電を容易に発生
させることができる。尚、図２（ａ）は本発明第２実施
例の概略的な要部構造図（尚、一部断面構造を示してあ
る）、同図（ｂ）はそのＡＡ断面図を示し、図１と同様
の構成には同一符号を付してある。
適宜設定できるもので、例えば被加工材料がシリコンで
あればＦ，Ｂｒ系ガス等が好適である。尚、上記第１実
施例では被加工材料が導電材料でないと放電が起こしに
くいものであったが、図２に示す本発明第２実施例で
は、被加工材料の材質によらずに沿面放電を容易に発生
させることができる。尚、図２（ａ）は本発明第２実施
例の概略的な要部構造図（尚、一部断面構造を示してあ
る）、同図（ｂ）はそのＡＡ断面図を示し、図１と同様
の構成には同一符号を付してある。
【００２６】本第２実施例においては、絶縁体２２を管
状にし先端内部にリング状のアノード電極３２を形成す
るようにし、絶縁体２２内部にて沿面放電を発生させ、
プラズマを導入孔２３より導入した反応ガス５０により
被加工材料１０表面へ押し出すようにしている。
状にし先端内部にリング状のアノード電極３２を形成す
るようにし、絶縁体２２内部にて沿面放電を発生させ、
プラズマを導入孔２３より導入した反応ガス５０により
被加工材料１０表面へ押し出すようにしている。
【００２７】本構造により、被加工材料１０の材質によ
らずに沿面放電を良好に行わせることができ、しかも微
細管形状をとる加工部材（金属微細管２１および絶縁体
２２）を被加工材料に極限まで近づけることが可能とな
り、加工精度，仕上げ面の精度をより向上させることが
可能となる。
らずに沿面放電を良好に行わせることができ、しかも微
細管形状をとる加工部材（金属微細管２１および絶縁体
２２）を被加工材料に極限まで近づけることが可能とな
り、加工精度，仕上げ面の精度をより向上させることが
可能となる。
【図１】図（ａ）は本発明第１実施例の微細加工機のシ
ステム構成図、図（ｂ）はその概略的な要部構造図であ
る。
ステム構成図、図（ｂ）はその概略的な要部構造図であ
る。
【図２】図（ａ）は本発明第２実施例の概略的な要部構
造図、図（ｂ）はそのＡＡ断面図である。
造図、図（ｂ）はそのＡＡ断面図である。
【図３】先行技術の説明に供する図である。
１０ 被加工材料 ２１ 金属微細管（カソード） ２２ 絶縁体 ２３ 導入孔 ３０ ホルダ電極（アノード） ３１ プラズマ電源 ３２ リング状アノード電極 ４０ 真空槽 ４２ 吐出口 ５０ 反応ガス ６０ 三重接点 ６１ プラズマガスの流れ
Claims (5)
- 【請求項１】 金属体と、その先端を被加工材料に対向
させるとともに前記金属体と接点を有する絶縁体とから
なる加工部材と、 この加工部材を構成する前記金属体を陰極として、前記
被加工材料方向から前記絶縁体の表面にほぼ平行に沿う
方向の電界を印加する電界印加手段と、 前記絶縁体の表面近傍を介して前記被加工材料表面に反
応ガスを供給する反応ガス供給手段とを備えることを特
徴とする微細加工機。 - 【請求項２】 前記金属体は先端部を有する極細線形状
を有し、その先端部に該極細線形状を延長する前記絶縁
体が接続されていることを特徴とする請求項１記載の微
細加工機。 - 【請求項３】 前記極細線形状を有する前記金属体は前
記絶縁体表面に前記反応ガスを導く細管構造を有してお
り、該細管構造にて前記反応ガス供給手段を構成してい
ることを特徴とする請求項２記載の微細加工機。 - 【請求項４】 前記電界印加手段の陽極は前記被加工材
料に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の
いずれかに記載の微細加工機。 - 【請求項５】 前記電界印加手段の陽極は前記被加工材
料に対向する前記絶縁体の先端に設定されていることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の微細加工
機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4544492A JPH05245644A (ja) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | 微細加工機 |
| US07/935,104 US5397420A (en) | 1991-03-03 | 1992-08-27 | Fine structure forming device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4544492A JPH05245644A (ja) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | 微細加工機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05245644A true JPH05245644A (ja) | 1993-09-24 |
Family
ID=12719505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4544492A Withdrawn JPH05245644A (ja) | 1991-03-03 | 1992-03-03 | 微細加工機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05245644A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7604849B2 (en) | 2002-08-26 | 2009-10-20 | Panasonic Corporation | Plasma processing method and apparatus |
| JP2011243997A (ja) * | 2011-07-20 | 2011-12-01 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子線装置 |
| JP2021514543A (ja) * | 2018-02-13 | 2021-06-10 | コリア・ベーシック・サイエンス・インスティテュート | 環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール及び点状エッチングモジュールのエッチングプロファイルを制御する方法 |
-
1992
- 1992-03-03 JP JP4544492A patent/JPH05245644A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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