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WO1997002917A1 - Procede de traitement de grande efficacite par reaction radicalaire haute densite avec utilisation d'une electrode rotative, appareil associe et electrode rotative utilisee a cette fin - Google Patents

Procede de traitement de grande efficacite par reaction radicalaire haute densite avec utilisation d'une electrode rotative, appareil associe et electrode rotative utilisee a cette fin Download PDF

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Publication number
WO1997002917A1
WO1997002917A1 PCT/JP1996/001953 JP9601953W WO9702917A1 WO 1997002917 A1 WO1997002917 A1 WO 1997002917A1 JP 9601953 W JP9601953 W JP 9601953W WO 9702917 A1 WO9702917 A1 WO 9702917A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
processing
electrode
workpiece
gas
rotating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP1996/001953
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yuzo Mori
Toshio Ishikawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Development Corp of Japan filed Critical Research Development Corp of Japan
Priority to DE1996630276 priority Critical patent/DE69630276T2/de
Priority to EP96923079A priority patent/EP0781618B1/en
Publication of WO1997002917A1 publication Critical patent/WO1997002917A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/12—Rotating-disc electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
    • H05H1/466—Radiofrequency discharges using capacitive coupling means, e.g. electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T83/00—Cutting
    • Y10T83/04—Processes
    • Y10T83/0405—With preparatory or simultaneous ancillary treatment of work
    • Y10T83/041—By heating or cooling
    • Y10T83/0414—At localized area [e.g., line of separation]

Definitions

  • the present invention relates to a high-efficiency processing method and apparatus using a high-density radical reaction using a rotating electrode. More specifically, the present invention relates to a semiconductor such as a silicon single crystal or a conductor or an insulator such as a glass-ceramic or the like. The present invention relates to a high-efficiency processing method by a high-density radical reaction using a rotary electrode capable of processing with high accuracy and high efficiency without introducing a deteriorated layer, a device therefor, and a rotary electrode used therefor.
  • Background art
  • Neutral radicals of the reaction gas due to the plasma are supplied to the processing surface of the workpiece, and volatile substances generated by the radical reaction between the neutral radicals and atoms or molecules forming the processing surface are vaporized and removed.
  • a non-distortion precision processing method (plasma CVM method) that enables high-precision processing without introducing defects or thermally deteriorated layers in semiconductors or conductors such as silicon single crystals or insulators such as glass or ceramics is introduced.
  • the CVM is an abbreviation for Chemical Vapor orizon on Machine.
  • the workpiece and the electrode are arranged in an atmosphere gas containing a reaction gas, and a high-frequency voltage is applied between the workpiece and the electrode to generate a neutral radical based on the reaction gas near the electrode.
  • the processing electrode is a wire electrode, the workpiece is cut or grooved. If the processing electrode is a flat electrode, the workpiece is smoothed or mirror-finished. A transfer process for transferring the shape to a workpiece can be performed.
  • the present inventor has proposed a cutting method using a flat gas supply nozzle that can be inserted into a processing groove (Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 4-162553), and a method of forming a gas on a support holding a processing electrode.
  • a processing method provided with a supply hole Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-337065, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-96950, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-169492
  • a processing electrode A processing method in which a gas supply means is provided in itself and a reaction gas is forcibly supplied to a processing gap between a processing electrode and a workpiece (Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
  • the processing speed is greatly related to the density of neutral radicals in the vicinity of the processing portion of the workpiece, that is, the concentration of the reactive gas for generating it, and the input power
  • the processing speed can be reduced by any conventional method. It is presumed that the reasons for the inability to achieve significant improvement were insufficient supply of reactive gas and exhaustion of used gas, and the low limit value of input power. Insufficient supply of reactive gas and exhaustion of used gas
  • the plasma CVM according to the present invention has a very high gas atmosphere pressure of 1 atm or more, and a very narrow processing gap of usually 10 to 200 m, so that the gas viscous resistance is large. It appears to be.
  • the reason why the limit value of the input power is low is that the electric field concentrated portion of the processing electrode is heated and is thermally damaged.
  • the concentration of the reactive gas (SF e) is 1 to several percent, and the input power is about 4 OW / cm, which is the limit.
  • the processing speed used is 20-3 O / z mZ minutes.
  • the reaction gas is ejected from the gas supply nozzle or the gas supply hole, the density of the reaction gas changes in density, resulting in a partially different amount of processing, and when a truly uniform processed surface cannot be obtained. Disadvantages were also inherent.
  • the present invention is to solve the problem by fundamentally providing a reaction gas supply and exhaust mechanism to a processing gap formed between a processing electrode and a processing portion of a workpiece.
  • Reviewing and supplying a large amount of reaction gas to the processing gap in a controlled state, and increasing the limit value of the power input to the processing electrode, increasing the density of neutral radicals in the vicinity of the processing progress area and increasing the processing speed A high-efficiency processing method and apparatus for high-density radical reaction using a rotating electrode that can greatly improve the temperature by a factor of 0 to 100 and prevent arc discharge and are thermally stable are provided. The point is to do.
  • the processing electrode when the processing electrode is rotated, the plasma becomes unstable due to an increase in the limit value of the high frequency power supplied to the processing electrode (rotating electrode), and the plasma temperature rises.
  • the rotating electrode since the rotating electrode is made of metal, the ion, which is a charged particle in the plasma, collides with the metal surface and emits secondary electrons, so that the electron density in the plasma becomes higher than the ion density, and It is extremely difficult to maintain a neutral state.
  • high-pressure plasma tends to shift to arc discharge, which is a local dielectric breakdown, and easily falls into an uncontrollable state.
  • the plasma temperature rises and the surface of the workpiece increases. This can cause thermal damage to the body.
  • the present invention provides an endless processing electrode and a workpiece in a gas atmosphere containing a reaction gas and an inert gas, and processes the processing electrode and the workpiece.
  • the machining electrode is rotated at a high speed while maintaining a machining gap between the machining electrode and the machining electrode.
  • a high-frequency voltage is applied to the processing electrode to generate plasma at the processing gap, and generate neutral radicals based on the reaction gas.
  • the volatile electrode generated by the radical reaction with the atoms or molecules that constitute the solid oxide is vaporized and removed, and the rotating electrode formed by the relative movement between the processing electrode and the workpiece is processed.
  • For high density la To provide a high-efficiency processing method by a dical reaction.
  • the processing electrode is rotationally symmetrical with respect to the rotation axis, and the processing electrode is rotated at a high speed around the rotation axis to entrain gas on the surface of the processing electrode and supply the gas to the processing gap. Is a preferred embodiment.
  • fine irregularities or grooves are formed on the surface of the processing electrode to promote gas entrainment.
  • An auxiliary electrode is disposed on the back or side of the workpiece in opposition to the processing electrode with the processing progress portion of the workpiece interposed therebetween, and a high-frequency voltage is applied between the processing electrode and the auxiliary electrode. This is also preferable depending on the material of the workpiece.
  • an endless processing electrode and a workpiece can be disposed inside, and an atmosphere gas including a reaction gas and an inert gas can be sealed or circulated.
  • a high-frequency power supply for supplying high-frequency power to the processing electrode; a matching device for matching the impedance of the high-frequency power supply with a load; and a gap between the endless processing electrode and a processing part of the workpiece.
  • Feed drive mechanism that maintains the machining gap and relatively shifts the machining electrode and the workpiece
  • a rotation drive mechanism for rotating the processing electrode at a high speed to move the processing electrode at a high speed with respect to a processing progress portion and to form a gas flow crossing the processing gap by entraining gas on the surface of the processing electrode;
  • a high-frequency voltage is applied to the processing electrode to generate plasma at a processing gap, generate neutral radicals based on a reaction gas, and generate the neutral radicals and atoms constituting a processing progress portion of a workpiece.
  • a high-density radial force using a rotating electrode that evaporates and removes a volatile substance generated by a radical reaction with a molecule and advances processing by relatively displacing the processing electrode and the workpiece.
  • a high-efficiency processing device based on the reaction of
  • the processing electrode is rotationally symmetrical with respect to the rotation axis, and the processing electrode is rotated at high speed around the rotation axis, and gas is wound on the processing electrode surface to perform processing.
  • the auxiliary electrode is disposed on the back or side of the workpiece facing the processing electrode with the processing progress portion of the workpiece interposed therebetween, and is provided between the processing electrode and the auxiliary electrode. It is preferable to apply a high frequency voltage.
  • the processing electrode is formed in a flat disk shape, and the outer peripheral portion is formed as an electric field concentration portion by cutting the workpiece.
  • the processing electrode is formed in a hollow flat ring shape, and the inner peripheral portion is formed as an electric field concentration portion.
  • the processing electrode is formed by cutting, and the processing electrode has a thick disk shape, a hollow thick disk shape, a cylindrical shape, or a cylindrical shape, and has a generating line parallel to the rotation axis on an outer peripheral surface or an inner peripheral surface.
  • the workpiece is polished, the processing electrode is a spherical or a thick disk or a flat disk having an arc-shaped bulge on the outer periphery, and the outer periphery is an electric field concentration portion,
  • the relative position between the workpiece and the workpiece is numerically controlled and shifted, and the average staying time of the electric field concentrated part with respect to the processing progress part of the workpiece is determined by the length according to the processing amount of the processing progress part and processed into an arbitrary shape
  • Processing electrode A single or a plurality of ring-shaped blades are protruded from the outer periphery of a cylindrical or cylindrical body at appropriate intervals, and the outer periphery of the blades is used as an electric field concentrating part to dice or process a
  • fine irregularities or spiral concave grooves or protrusions are formed on the side surface of the flat disk-shaped or hollow flat ring-shaped processing electrode, or the flat disk-shaped or hollow flat ring-shaped processing electrode is formed.
  • gear-shaped irregularities are formed at every interval, or a thick disk shape, hollow thick disk shape, or cylindrical or cylindrical shape, with a generatrix on the outer peripheral surface or inner peripheral surface parallel to the rotation axis
  • a continuous screw-shaped concave groove or ridge having an inclined angle with respect to the axis of rotation on the surface of the processing electrode, or a thick wall having a spherical or arc-shaped bulge on the outer periphery.
  • the disk-shaped or flat disk-shaped processing electrode surface is formed with a fine concave or convex or a continuous screw-shaped concave groove or ridge having an inclination angle with respect to the rotation axis. is there.
  • the high-efficiency processing method and apparatus using the high-density radical reaction using the rotating electrode according to the present invention having the above-described contents provide a predetermined processing between the processing electrode and the workpiece in a gas atmosphere containing a reaction gas.
  • a gap is formed and arranged, and a high-frequency voltage is applied to the processing electrode to generate plasma in the vicinity of the surface, and to excite a reactive gas in the plasma region to generate highly reactive neutral radicals.
  • Is generated, and volatile substances generated by a radical reaction between the neutral radical and atoms or molecules constituting the workpiece are vaporized and removed from the processing progress portion, and processing is performed while maintaining a predetermined processing gap.
  • the electrode and the workpiece are relatively displaced to progress the processing.
  • the reason that plasma is generated and maintained in the processing gap between the processing electrode and the processing portion of the workpiece is due to electric field concentration due to a difference in dielectric constant.
  • the present invention is significantly different from the prior art in that the machining electrode is rotated at a high speed.
  • the effects that can be expected from this are: (1) a large increase in processing speed by high-speed supply of reactive gas and high-speed exhaust of used gas; (2) high-precision positioning of the rotating electrode surface and high-precision gap control. Significant improvement in gas use efficiency and processing accuracy, 3 Significant improvement in processing efficiency by inputting large power based on sufficient cooling effect of the processing electrode.
  • the processing efficiency can be improved to 100 to 100 times as compared with the conventional method, and the processing accuracy, dimensional accuracy and surface roughness are improved by one digit. We can predict what we can do, both theoretically and experimentally.
  • the processing electrode when the processing electrode is rotationally symmetrical with respect to the rotation axis, the processing electrode can be rotated more stably around the rotation axis at a high speed, so that the gas is generated on the surface of the processing electrode.
  • the spatial position of the machining electrode surface is determined with high precision, and the setting of the machining gap is stabilized, enabling high-precision machining .
  • the viscous resistance of the boundary layer between the surface of the processing electrode and the gas increases, and the pumping action by the protrusion or the recess increases. This promotes entrainment of gas by the machining electrode, Thus, a gas flow crossing the air gap can be efficiently generated, and a large amount of a reactive gas and an inert gas serving as a neutral radical source can be supplied to a target space and exhausted. Also, by forming irregularities or grooves on the outer or inner peripheral portion of the processing electrode forming the processing gap, the electric field concentration occurs at the tip of the convex portion formed at predetermined intervals, and plasma is locally generated.
  • the plasma can be generated and extinguished intermittently by the high-speed rotation of the machining electrode, so that the plasma can be prevented from shifting to arc discharge. That is, when the processing electrode and the workpiece are considered to be fixed, the emission of thermoelectrons from the processing electrode and the ion collision with the processing electrode occur repeatedly at an accelerated rate, and the arc shifts to arc discharge. However, by generating and extinguishing the plasma intermittently, it is possible to prevent large power from being introduced.
  • continuous screw-shaped grooves or protrusions having an inclination angle with respect to the rotation axis are formed on the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the thick disk-shaped, hollow thick disk-shaped, column-shaped, or cylindrical shaped electrode.
  • the ridges By forming the ridges, it is possible to prevent the plasma from shifting to arc discharge, and the plasma is scanned in the processing progressing portion of the workpiece in the axial direction. Since the plasma is intermittently generated and extinguished, it is possible to prevent the processing portion from being excessively heated.
  • an auxiliary electrode is disposed on the back or side of the workpiece in opposition to the processing electrode with the processing progress portion of the workpiece sandwiched therebetween, and a high-frequency voltage is applied between the processing electrode and the capture electrode.
  • the present invention provides a method for rotating a rotary electrode at a high speed while maintaining a processing gap between a rotary electrode disposed in a gas atmosphere containing a reaction gas and an inert gas and a processing progress portion of a workpiece.
  • a gas flow is formed across the processing gap by entraining gas on the surface of the rotating electrode, and a high-frequency voltage is applied to the rotating electrode to generate plasma at the processing gap, thereby neutralizing neutral radicals based on the reaction gas.
  • the volatile substance generated by the radical reaction between the neutral radical and the atoms or molecules constituting the processing part of the workpiece is vaporized and removed, and the rotating electrode and the workpiece are relatively moved.
  • a high-density radical reaction which is a rotating electrode used for a processing method in which transfer is performed and processing is performed, and an insulator film with high corrosion resistance to neutral radicals is formed on at least the surface corresponding to the plasma generation region.
  • the above-mentioned problem was solved by configuring the rotating electrode used in the high-efficiency machining method according to the above.
  • the insulator film prevents secondary electrons from being emitted. Therefore, the neutral state is maintained and the low-temperature plasma can be stably maintained.
  • the insulator film is a ceramic film or a tetrafluoroethylene resin film, and further, the material of the rotating electrode is aluminum, and the insulator film is formed by alumite treatment. It is preferable to use a coated alumina film.
  • FIG. 1 is a simplified explanatory view of a cutting apparatus showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the SF 6 concentration obtained by the cutting apparatus of FIG. 1 and the processing speed.
  • FIG. 3 is a graph similarly showing the relationship between the processing time and the amount of cutting.
  • FIG. 4 is a simplified perspective view showing a modification of the cutting apparatus for simultaneously cutting a plurality of portions of a workpiece.
  • FIG. 5 is a simplified perspective view showing a modification of a cutting apparatus for cutting a large-diameter workpiece.
  • FIG. 6 is a simplified perspective view showing a modified example of a cutting apparatus for simultaneously cutting a plurality of portions of a large-diameter workpiece.
  • FIG. 7 is a simplified perspective view of a main part of a lapping apparatus showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the input power obtained by the apparatus of FIG. 7 and the processing speed (maximum depth).
  • FIG. 9 is also a graph showing the relationship between the input power and the removal volume.
  • FIG. 10 is a simplified perspective view showing a modification of the rubbing apparatus, in which the surface of a flat workpiece is rubbed with a cylindrical processing electrode.
  • FIG. 11 is a simplified perspective view showing a modification of the lapping apparatus, showing a case where the outer peripheral surface of a columnar workpiece is rubbed with a columnar processing electrode.
  • FIG. 12 shows a modified example of the rubbing apparatus, in which the outer peripheral surface of a columnar workpiece is wrapped with a cylindrical machining electrode, (a) is a simplified perspective view, and (b) is a simplified perspective view. Sectional view, (c) is a side view seen from the rotation axis direction.
  • FIG. 13 is a simplified perspective view showing a modification of the lapping apparatus, in which the inner peripheral surface of a cylindrical workpiece is rubbed with a columnar processing electrode.
  • FIG. 14 is a simplified explanatory view of a numerically controlled machining apparatus of an arbitrary shape showing a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the input power obtained by the apparatus of FIG. 14 and the processing speed (maximum depth).
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the number of rotations and the processing speed (maximum depth).
  • FIG. 17 is a simplified perspective view showing a state in which a workpiece is machined by the apparatus shown in FIG. 14 using a spherical machining electrode.
  • FIG. 18 is a simplified perspective view showing how a workpiece is machined by the apparatus shown in FIG. 14 'using a thick disk-shaped machining electrode having an arc-shaped bulge on the outer periphery.
  • FIG. 19 is a simplified perspective view showing how a workpiece is applied by the apparatus shown in FIG. 14 using a flat disk-shaped machining electrode.
  • FIG. 20 is a simplified perspective view of a dicing apparatus showing a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a simplified perspective view of a spherical machining apparatus showing a fifth embodiment of the present invention.
  • Fig. 22 shows a modification of the spherical machining apparatus, in which (a) is a simplified perspective view, (b) is a cross-sectional view, and (c) is a side view as viewed from the rotation axis direction.
  • FIG. 23 is a simplified perspective view of a shape transfer processing apparatus showing a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a simplified perspective view showing another example of use.
  • FIG. 25 is a simplified perspective view showing still another example of use.
  • Fig. 26 shows an embodiment of a flat disk-shaped machining electrode used in a cutting machine, (a) having a smooth surface, (b) having fine irregularities on a side surface, (c).
  • Fig. 1 shows a spiral groove formed on the side surface, and
  • Fig. 3 shows a gear-shaped irregular groove formed on the outer periphery.
  • FIG. 27 shows an embodiment of a hollow flat ring-shaped machining electrode used for a large-diameter cutting machine, wherein (a) has a smooth surface and (b) has fine irregularities formed on a side surface. (C) shows a spiral groove formed on the side, and (d) shows a gear-shaped concave and convex on the inner periphery.
  • FIG. 28 shows an embodiment of a cylindrical machining electrode used in a polishing apparatus, (a) having a smooth outer peripheral surface, (b) having fine irregularities formed on the outer peripheral surface, c) shows a screw-shaped groove formed on the outer surface, (d) shows a screw-shaped groove formed on the outer surface, and (e) shows a screw-shaped groove covered with an alumina layer. Shown respectively.
  • FIG. 28 shows an embodiment of a cylindrical machining electrode used in a polishing apparatus, (a) having a smooth outer peripheral surface, (b) having fine irregularities formed on the outer peripheral surface, c) shows a screw-shaped groove formed on the outer surface, (d) shows a screw-shaped groove formed on the outer surface, and (e) shows a screw-shaped groove covered with an alumina layer. Shown respectively.
  • FIG. 28 shows an embodiment of a cylindrical machining electrode used in a polishing apparatus, (a) having a smooth outer peripheral surface, (b) having fine irregularities formed on the outer peripheral surface, c
  • FIG. 29 shows an embodiment of a spherical machining electrode used in a numerically controlled machining apparatus of an arbitrary shape, (a) having a smooth spherical surface, (b) having fine irregularities formed on the spherical surface, ( c) a screw-shaped groove formed on the spherical surface, (d) a screw-shaped groove formed on the spherical surface, and (e) a screw-shaped groove covered with an alumina layer. Show.
  • FIG. 30 shows an embodiment of a thick disk-shaped machining electrode having an arc-shaped bulge at the outer periphery also used in the numerical control machining apparatus, wherein (a) shows a smooth outer periphery, and () shows an embodiment. (C) a screw-shaped groove formed on the outer surface, (d) a screw-shaped groove formed on the outer surface, (e) Each of the screw-shaped grooves is covered with an alumina layer.
  • FIG. 31 is a simplified perspective view showing a cutting apparatus according to the present invention along an arbitrary curve.
  • FIG. 32 is a spherical rotating electrode (processing electrode) on which an insulating film having high corrosion resistance to neutral radicals is formed.
  • (A) is an overall perspective view of the rotating electrode, and (b) is a cross-sectional view of the rotating electrode.
  • FIG. 33 shows a columnar rotating electrode (working electrode) on which an insulating film is similarly formed, (a) is a perspective view of the entire rotating electrode, and (b) is a sectional view of the rotating electrode.
  • an activated reactive radical (free radical) is generated in the vicinity of a processing portion of a workpiece, and a radical reaction between the neutral radical and atoms or molecules constituting the workpiece is performed.
  • a radical reaction between the neutral radical and atoms or molecules constituting the workpiece is performed.
  • the processing electrode and the workpiece are relatively moved and the processing is advanced, the shape of the processing electrode, especially direct
  • the shape of the processing electrode especially direct
  • the radical in the present invention is a concept in plasma physics (plasma etching, plasma CVD, etc.), and is a broad concept including excited ones in addition to those having unpaired electrons.
  • the processing speed greatly depends on the type of neutral radical, that is, the type of reactive gas and the type of inert gas that dilutes it, and the material of the workpiece. It is necessary to select an active gas.
  • This reaction gas is excited in the plasma generated by the application of high-frequency power to generate neutral radicals.
  • the working electrode and the workpiece are disposed in a gas atmosphere of 0.1 to 10 atm, preferably 1 atm or more containing a reaction gas and an inert gas, with a predetermined working gap.
  • a high-frequency voltage is applied to the processing electrode to generate plasma, It produces neutral radicals based on the reaction gas in the matrix.
  • the generation efficiency of neutral radicals based on the reaction gas in the plasma also depends on the type of inert gas that forms the plasma.
  • the workpiece is silicon single crystal or quartz glass
  • SF 6 is suitable for the reactive gas
  • He is suitable for the inert gas.
  • Other reaction gases, the fluorine-based may CF 4 or the like, the chlorine has C 1 2, CC 1 4, PC 1 5 etc., as the other inert gases, N e, A r etc. is there. Each of these gases may be used alone or in combination.
  • the processing amount (depth) is proportional to the processing time when the processing speed is constant, so that the desired processing amount can be obtained by controlling the processing time.
  • the processing time is determined by the stop time or the average residence time of the processing electrode with respect to the processing progress portion of the workpiece.
  • the gist of the present invention is to provide an endless processing electrode and a workpiece in a gas atmosphere containing a reaction gas and an inert gas, and to process the processing electrode and the workpiece.
  • the machining electrode surface is moved at a high speed with respect to the machining progress portion, and gas is entrapped at the machining electrode surface to cross the machining gap.
  • a high-frequency voltage is applied to the processing electrode to generate plasma at the processing gap, generate neutral radicals based on the reaction gas, and form a processing part for processing the neutral radicals and the workpiece.
  • FIG. 1 is a simplified explanatory view of a cutting apparatus showing a typical embodiment (first embodiment) of the present invention, wherein 1 is a machining electrode, 2 is a workpiece, 3 is a high-frequency power supply, and 4 is a matching.
  • the device, 5 is a feed drive mechanism, 6 is a rotary drive mechanism, 7 is a control device, and 8 is a gap measuring device.
  • An endless processing electrode 1 and a workpiece 2 are arranged inside a chamber 1 (not shown), and an atmosphere containing a reactive gas and an inert gas determined according to the material of the workpiece 2. Gas is sealed or circulated.
  • the pressure of the atmosphere gas is practically about 0.1 to 10 atmospheres, and is preferably 1 atmosphere or more from the viewpoint of processing efficiency.
  • a machining gap G of 10 to several hundred m is formed between the endless portion 9 of the machining electrode 1 and the machining progress portion 10 of the workpiece 2.
  • High-frequency power is supplied via a matching device 4 that matches the impedance of the power supply 3 with the load.
  • a high electric field is formed in the processing gap G between the processing electrode 1 and the processing progress portion 10, and plasma of an atmospheric gas existing in the region is generated.
  • the volatile substances generated by the radical reaction between the neutral radicals and atoms or molecules constituting the workpiece 2 are removed. It is vaporized and removed from the processing progress part 10. Then, while maintaining the processing gap G and causing the above-described radical reaction by the feed driving mechanism 5, the processing electrode 1 and the workpiece 2 are relatively displaced from each other, and volatile from the processing progress portion 10 is performed. The material evaporates and the processing proceeds.
  • the portion contributing to the machining of the machining electrode 1 is an endless portion (endless portion 9).
  • the endless portion 9 is formed. Is moved at a high speed with respect to the processing progress portion 10 and the gas is entrained on the processing electrode surface 11 to form a gas flow crossing the processing gap G, and reactant gas and inert gas for generating neutral radicals are generated. A large amount is supplied to the area between the endless part 9 and the processing part 10.
  • the shape of the machining electrode 1 is a rotationally symmetric shape with respect to its rotation axis.
  • the processing electrode 1 has a flat disk shape, and the outer peripheral portion 9 a becomes the endless portion 9.
  • the high-frequency power supply 3 and the feed drive mechanism 5 are controlled by a control device 7 composed of a personal computer.
  • the gap measuring device 8 uses the support frame 1 of the rotary drive mechanism 6. Two The displacement between the workpiece and the workpiece 2 is detected, and the signal is sent to the control device 7 to control the feed drive mechanism 5.
  • the feed drive mechanism 5 is a mechanism in which a lifting stage (adjustment and maintenance of the processing gap G), an XY stage, and a rotary stage are appropriately combined, and the workpiece 2 is three-dimensionally moved relative to the processing electrode 1. It is made movable.
  • the workpiece 2 is held by a conductive mounting table 14 fixed to an insulator 13 incorporated in the feed drive mechanism 5.
  • the workpiece 2 to be processed is an insulator or a semiconductor
  • high-frequency power is supplied between the processing electrode 1 and the mounting table 14 or high-frequency power is supplied to the processing electrode 1 and the mounting table 1 By grounding 4, the input power is concentrated on the machining gap G.
  • the mounting table 14 used for this purpose functions as an auxiliary electrode.
  • high-frequency power can be supplied directly to the additional electrode 1 and the workpiece 2.
  • a gas containing a volatile substance generated by the radical reaction is exhausted from a suction port arranged near the processing electrode, and is passed through a filter to remove the volatile substance. It is also possible to re-enter the above-mentioned chamber.
  • the frequency of the high-frequency power supply 3 is 150 MHz, and the power is supplied while varying from several hundreds to 1,000 W. Further, the processing since the electric field intensity in the gap G is about 1 0 6 vzm, the applied voltage to the endless portion 9 of the machining electrode 1, rather the force depends on the size of the working gap G, 1 0 0 It is about 1,000 V.
  • the rotation speed of the machining electrode 1 depends on the peripheral speed (or diameter), but the larger the machining speed, the higher the machining speed tends to be. In this embodiment, the machining speed is from 5,000 to 18,800 rpm. It is processed in.
  • the processing electrode 1 used was a flat disk having a diameter of 120 mm and a thickness of 5 mm, and the processing electrode 1 was rotated at a high speed of 18,800 rpm.
  • SF 6 as a reaction gas, using H e as the inert gas, and if the atmospheric gas is composed of only SF 6 and H e, SF 6 and H e 0 2 (0 2 concentration SF 6 concentration
  • the comparison was made with the supplied power of 600 W and 1,000 W, respectively.
  • Fig. 4 shows a modified example in which a plurality of the above-mentioned flat disk-shaped machining electrodes 1, ... are coaxially fixed at regular intervals and fixed to a rotating shaft 15 to simultaneously cut the workpiece 2 at a plurality of locations. Is shown.
  • FIG. 5 is a simplified view of a cutting device effective for cutting a workpiece 2 having a large cross-sectional area, for example, a large-diameter single-crystal silicon, and a processing electrode 1 used in this case.
  • the inner peripheral portion 9 b has a hollow flat ring shape and the endless portion 9 is formed.
  • the outer peripheral portion of the machining electrode 1 is linked to the rotary drive mechanism 6 using an appropriate fixing tool. In this case, since the mounting table 14 as described above cannot be used, the processing electrode 1 and the processing electrode 1 are sandwiched across the processing progress portion 10 of the workpiece 2.
  • the auxiliary electrode 16 is disposed on the back side of the workpiece 2 so as to face the workpiece 2 so that the workpiece 2 and the capture electrode 16 are integrally moved with respect to the processing electrode 1.
  • a high-frequency voltage is applied between the power supply and the auxiliary electrode 16.
  • the auxiliary electrode 16 is not always necessary in the processing method of the present invention, and the use of the auxiliary electrode 16 increases the electric field concentration in the processing gap G and facilitates the generation of plasma. .
  • FIG. 6 is a simplified view of a cutting apparatus for simultaneously cutting a workpiece 2 having a large cross-sectional area at a plurality of locations, and a plurality of hollow flat disk-shaped processing electrodes 1,. It is coaxial at every interval and fixed to a fixture (not shown) similarly to the above, and is linked to the rotation drive mechanism 6.
  • the machining electrode 1 used is a thick disk, hollow thick disk, column, or cylinder having an outer peripheral surface 9c or an inner peripheral surface 9d and a generatrix parallel to the rotation axis. . That is, the thick disk-shaped or cylindrical outer peripheral surface 9 c becomes the endless portion 9, and the hollow thick disk-shaped or cylindrical inner peripheral surface 9 d becomes the endless portion 9.
  • a processing example using a thick disk-shaped electrode having a diameter of 10 Omm0 and a thickness of 20 mm shown in FIG. 7 as the processing electrode 1 is shown.
  • the specific cross-sectional shape of the outer peripheral surface 9c of the machining electrode 1 has a flat surface with a width of 10 mm parallel to the rotation axis at the center, and both edges are arcs with a radius of 5 mm. It is a chamfered shape.
  • reference numeral 15 in the drawing denotes a rotation shaft that constitutes the rotation drive mechanism 6.
  • the processing conditions were as follows: a mixed gas obtained by diluting SF 6 with He as the atmospheric gas, the rotation speed was 5,000 rpm, the processing gap was 200 // m, the processing time was 1 minute, and the SF 6 concentration
  • the processing speed (maximum depth) and the removal volume when polishing the silicon wafer by changing the input power were measured for the cases of 5% and 10%.
  • the graph in Fig. 8 is obtained with the input power [W] on the horizontal axis and the processing speed (maximum depth) [/ z mZ] on the vertical axis
  • the graph in Fig. 9 is the input power on the horizontal axis. [W], and the vertical axis represents the removal volume [mm 3 / min].
  • FIGS. 10 to 13 show modified examples of the polishing apparatus.
  • the polishing apparatus shown in FIG. 10 uses a cylindrical processing electrode 1 having an outer peripheral surface 9 c having an endless portion 9.
  • Fig. 11 shows an example of polishing a surface 17 (a processing portion 10) of a flat plate-shaped workpiece 2
  • Fig. 11 shows a cylindrical workpiece 2 using the same processing electrode 1 as described above.
  • An example in which the outer peripheral surface 18 (the processing portion 10) is polished is shown in FIG. 12, and FIG. 12 shows a cylindrical shape in which an annular thick portion is partially formed on the inner peripheral portion and the inner peripheral surface 9d is formed.
  • FIG. 13 shows an inner peripheral surface 19 of a cylindrical workpiece 2 (a processing progress portion 10) using a processing electrode 1 similar to that shown in FIG. 10 and FIG. 2 shows an example in which polishing processing is performed.
  • the workpiece 2 has a columnar or cylindrical shape, it is preferable that the workpiece 2 is also loosely rotated around its axis. Further, in these cases, the auxiliary electrode 16 is formed in a flat plate shape in the case of FIG. 10 and is adhered to the back surface of the workpiece 2, and is not formed in the case of FIG.
  • non-contact or contact state on the peripheral surface of the work piece 2 it is not shown in FIG. They are disposed in a non-contact or contact state on the surface, and in the case of FIG.
  • non-contact is preferable because the workpiece 2 may be damaged by sliding when the workpiece 2 is rotated.
  • a numerically controlled machining apparatus having an arbitrary shape will be described as a third embodiment of the present invention.
  • a spherical electrode, a thick disk shape having an arc-shaped bulge in the outer peripheral portion, or a flat disk shape having an outer peripheral portion 9 e formed into an endless portion 9 is used as the machining electrode 1 in this case.
  • An example is shown in which the relative position and the processing time between the processing electrode 1 and the workpiece 2 are numerically controlled and changed to process the surface of the workpiece 2 into an arbitrary shape.
  • a portion corresponding to the processing gap G on the outer peripheral portion 9e of the processing electrode 1 is an electric field concentration portion.
  • FIG. 14 the results of experiments on the processing characteristics of single-crystal silicon using a spherical processing electrode 1 having a diameter of 30 mm ⁇ are shown.
  • the processing conditions were as follows: a mixed gas obtained by diluting SF 6 (concentration: 10%) with He as the atmospheric gas, the rotation speed was 180,000 rpm, and the processing gap was 100 / zm and 200,000. ⁇ m, and the processing time (maximum depth) when processing the silicon wafer by changing the input power when the processing time was set to 1 minute, and using the same atmosphere gas, the processing gap was set to 100 / m and the input power were fixed at 100 W, the processing speed (maximum depth) when processing the silicon wafer by changing the rotation speed was measured.
  • FIG. 17 shows a state in which the surface of the workpiece 2 is processed into an arbitrary shape by the above-mentioned numerically controlled processing apparatus. Specifically, by selecting the type, combination, and mixing ratio of the reactive gas and the inert gas according to the material of the workpiece 2, and setting the processing gap, input power, and rotation speed, the relationship between the processing time and the processing amount That is, the magnitude of the processing speed is determined. When the processing time and the processing amount are in a linear relationship, the processing speed is input, and when the processing time and the processing amount are in a non-linear relationship, the correlation data between the processing time and the processing amount is input to the control device 7 in advance.
  • the surface shape of the workpiece 2 before processing is accurately measured and input to the control device 7, and the difference between the surface shape before processing and the target surface shape is calculated, and the workpiece 2 is processed.
  • the machining amount on the coordinates is calculated, and the average time (machining time) during which the machining electrode 1 stays at a specific position of the workpiece 2 is determined accordingly.
  • the feed drive mechanism 5 is controlled to relatively move the processing electrode 1 and the workpiece 2 to perform processing into an arbitrary shape.
  • FIGS. 18 and 19 show a machining electrode 1 of another shape which can be used in a numerically controlled machining apparatus.
  • the machining electrode 1 of FIG. 18 has a thick wall having an arc-shaped bulge on the outer peripheral portion.
  • the machining electrode 1 shown in FIG. 19 has a flat disk shape similar to that used in the cutting device, and has no outer peripheral portion 9 e having an arc-shaped bulge. The electric field concentrates on this portion as an end portion 9.
  • the working electrode 1 of the present embodiment has a shape in which one or a plurality of ring-shaped blades 21 are protruded at appropriate intervals around an outer periphery of an electrode base 20 formed of a cylindrical body or a cylindrical body.
  • the part 9 f is used as the endless part 9.
  • the plate-shaped workpiece 2 is diced or grooved on the surface of the workpiece 2 by the blade 21. In the case of grooving, the surface of the workpiece 2 can be gently polished by the outer peripheral surface of the electrode substrate 20.
  • the working electrode 1 of the present embodiment is the same as that illustrated in the modification of the cutting apparatus, and has a hollow flat ring shape with an inner peripheral portion 9 g serving as an endless portion 9. Further, the workpiece 2 which has been roughly processed into a spherical shape in advance is fixed concentrically to a rotating shaft 22 having a diameter sufficiently smaller than its diameter. The diameter of the central hole (9 g of the inner peripheral portion) of the machining electrode 1 is set smaller than the diameter of the workpiece 2.
  • the inner peripheral portion 9 g of the machining electrode 1 is brought close to the spherical surface of the workpiece 2 with a predetermined machining gap, and the machining electrode 1 is rotated at a high speed while the rotating shaft 22 is rotated at a low speed.
  • the surface of the workpiece 2 is polished by changing the angle of the rotation axis 22 with respect to the center of the workpiece 2.
  • spiral concave grooves 23 are formed at regular intervals on the inverted surface of the processing electrode 1, and the gas caught on the surface of the processing electrode 1 with the high-speed rotation of the processing electrode 1 is subjected to the spiral-shaped grooves 23.
  • the grooves 23, ... are forcibly fed to the center, forming a gas flow across the machining gap.
  • the rotating shaft 22 can be used as the auxiliary electrode.
  • FIG. 22 shows another example of the ball processing device.
  • the machining electrode 1 in this case has a cylindrical shape with one end closed, and its inner peripheral surface 9 h is an endless portion 9, and the same spherical workpiece 2 as described above is placed inside the machining electrode 1.
  • the surface is polished by changing the angle of the rotating shaft 22 while rotating the processing electrode 1 at a high speed and rotating the workpiece 2 at a low speed.
  • FIG. The machining electrode 1 of the present embodiment has a cross-sectional shape formed on the workpiece 2.
  • a rotationally symmetric bulge 24 with a hexagonal cross section in the axial direction is used as the machining electrode 1 in the axial direction.
  • the outer peripheral surface 9 i of the bulging portion 24 becomes an endless portion 9. Accordingly, as shown in FIG. 23, by rotating the machining electrode 1 at a high speed while rotating the columnar workpiece 2 at a low speed about its rotation axis 22, an outer peripheral surface of the workpiece 2 is obtained.
  • a part of the rotating shaft 22 inserted into the center of the workpiece 2 functions as the auxiliary electrode 16.
  • a concave portion 26 having a shape obtained by cutting the bulging portions 24, 24 by a plane parallel to the axial direction is formed on the surface of the block-shaped workpiece 2.
  • the machining electrode 1 close to its inner peripheral surface is rotated at a high speed, and the bulging portion is formed.
  • 24 and 24 form triangular grooves 25 and 25 on the inner peripheral surface of the workpiece 2.
  • the cross-sectional shape of the processing electrode 1 is arbitrary, and the shape is transferred to the workpiece 2.
  • FIG. 26 (a) shows a flat disk-shaped processing electrode 1 used in the cutting apparatus, the surface 11 of which is smooth (side surface and outer peripheral portion 9a).
  • a feature of the present invention resides in that a gas is entrapped on the surface to form a gas flow across the addition gap by rotating the processing electrode 1 at a high speed, but an example for further enhancing the action is exemplified. I do.
  • FIG. 26 (b) shows a large number of fine irregularities 27 randomly formed on the side surface of the processing electrode 1 of (a). For example, the surface 11 of the processing electrode 1 is formed by blasting. be able to.
  • FIG. 26 (c) shows a spiral groove 28 in the direction in which the gas entrained on the side in the rotation direction R shown on the side of the processing electrode 1 in (a) is sent to the outer peripheral portion 9a. Are formed at regular intervals.
  • FIG. 26 (d) shows a case in which gear-shaped irregularities are formed at regular intervals on the outer peripheral portion 9a of the processing electrode 1 of (a), that is, convex portions 29 are formed at regular intervals. is there.
  • FIG. 27 shows an embodiment of a machining electrode 1 that can be used in the above-mentioned cutting apparatus for cutting a workpiece 2 having a large diameter.
  • FIG. 27 (a) shows the machined electrode 1 having a smooth surface 11 used for cutting the large-diameter workpiece 2 described above. In the cutting process using the processing electrode 1, a processing speed of 200 mZ has been obtained, but in order to further increase the processing speed, it is necessary to promote the entrainment of gas.
  • FIG. 27 (b) shows a large number of fine irregularities 27 randomly formed on the side surface of the processing electrode 1 in (a). For example, the surface 11 of the processing electrode 1 is formed by blasting. be able to.
  • FIG. 27 (c) shows a large number of spiral grooves 28 in the direction of rotation R shown in the side of the machining electrode 1 in (a) and the direction in which the gas entrained on the side is sent to the inner periphery. It is formed at regular intervals.
  • FIG. 27 (d) shows a case in which gear-shaped irregularities are formed at regular intervals on the inner peripheral portion of the processing electrode 1 of (a), that is, convex portions 29 are formed at regular intervals. .
  • the electric field concentrates at this portion, and the plasma is intermittently generated and extinguished, so that it is possible to prevent the plasma from shifting to arc discharge.
  • the surface of the processing electrode 1 shown in FIGS. 27 (a) to (d) is coated with alumina or the like as described above, the corrosion resistance of the electrode is improved and the plasma shifts to arc discharge. Can also be prevented.
  • FIG. 28 shows an embodiment of a columnar processed electrode 1 that can be used in the polishing apparatus.
  • FIG. 28 (a) shows a machined electrode 1 having a smooth surface 11 used in the above-mentioned polishing apparatus.
  • FIG. 28 (b) shows a random number of fine irregularities 27 formed on the outer peripheral surface 9c of the processing electrode 1 in (a). For example, the surface 11 of the processing electrode 1 is blasted. Can be formed.
  • FIGS. 28 (c) and (d) show the outer peripheral surface 9c of the machining electrode 1 of (a) inclined with respect to the rotation axis. Formed with a continuous screw-shaped concave groove 30 having an angle or a ridge.
  • the screw-shaped groove 30 of (c) has a large inclination angle with respect to the rotation axis, and the screw-shaped groove 30 of (d) has a small inclination angle with respect to the rotation axis. Things.
  • the screw-shaped concave groove 30 is formed on the outer peripheral surface 9c as described above, the entrainment of the gas is promoted, and the plasma is intermittently generated and extinguished, so that the plasma shifts to arc discharge.
  • the plasma generation region is scanned along the surface of the workpiece 2, excessive heating of the workpiece 2 can be prevented.
  • FIG. 28 (e) shows the machined electrode 1 in which the screw-shaped concave groove 30 of (c) or (d) is buried with a corrosion-resistant material such as alumina coating and the surface is smoothed.
  • 31 indicates an alumina layer.
  • the processing electrode 1 does not have a function of promoting gas entrainment, the corrosion resistance of the processing electrode 1 can be further improved, and plasma can be generated and extinguished intermittently. Furthermore, it is also possible to use the above-described units in appropriate combinations. Although not shown, it is also possible to form fine irregularities 27 and screw-like grooves 30 on the inner peripheral surface 9d of the cylindrical processing electrode 1 in the same manner as described above.
  • FIG. 29 shows an embodiment of a spherical machining electrode 1 which can be used in the numerically controlled machining apparatus having an arbitrary shape.
  • FIG. 29 (a) shows a spherical processed electrode 1 having a smooth surface 11.
  • FIG. 29 (b) shows a large number of fine irregularities 27 randomly formed on the spherical surface (surface 11) of the processing electrode 1 of (a).
  • FIGS. 29 (c) and (d) show a continuous screw-shaped groove 30 having an inclination angle with respect to the rotation axis on the spherical surface (surface 11) of the machining electrode 1 in (a).
  • the threaded groove 30 in (c) has a large inclination angle with respect to the rotation axis, and the threaded groove 30 in (d) is formed in the rotation axis. In contrast, it has a small inclination angle.
  • FIG. 29 (e) shows the machined electrode 1 in which the screw-shaped concave groove 30 of (c) or (d) is buried with the alumina layer 31 and the surface 11 is smoothed. Furthermore, it is also possible to use the above-described units in appropriate combinations.
  • FIG. 30 shows an embodiment of a thick disk-shaped machining electrode 1 having an arc-shaped bulge at an outer peripheral portion 9 e which can be used in the numerically controlled machining device of an arbitrary shape described above.
  • FIG. 30 (a) shows the processed electrode 1 in which the circular electric field concentration portion 9 is smooth.
  • FIG. 30 (b) shows fine irregularities 27 randomly formed on the outer peripheral surface of the machining electrode 1 of (a). In a large number.
  • FIGS. 30 (c) and (d) show a continuous screw-shaped concave groove 30 having an inclination angle with respect to the rotation axis on the outer peripheral surface of the processing electrode 1 of (a).
  • the (C) screw groove 30 has a large inclination angle with respect to the rotation axis, and the (C) screw groove 30 has a small inclination angle with respect to the rotation axis.
  • Fig. 30 (e) shows a machined electrode 1 in which the screw-shaped concave groove 30 of (c) or (d) is buried with an alumina layer 31 and the surface is smoothed. It is also possible to form fine irregularities 27 and a spiral concave groove 28 on the side surface of the processing electrode 1. Further, the above-described units may be used in appropriate combination.
  • the one shown in FIG. 31 is a schematic explanatory view of a cutting machine using an endless machining electrode 1 of a type completely different from the machining electrode 1 described above.
  • the processing electrode 1 is formed by an endless belt or wire, and the endless portion 9 corresponds to a portion along the side edge. Are stretched over a plurality of pulleys 32,..., And one of the pulleys 32 is linked to a rotary drive mechanism 6 to enable high-speed rotation. It is possible to cut the workpiece 2 along an arbitrary curve.
  • the auxiliary electrode 16 is located on the back side of the workpiece 2, at a position slightly separated from the endless portion 9 of the processing electrode 1, In other words, it is disposed on the front side of the processing section 10.
  • the above-mentioned means for promoting entrainment of gas can be provided on the surface of the processing electrode 1 comprising the belt or the wire 33 in FIG.
  • processing of single-crystal silicon has been mainly described.
  • various kinds of semiconductors can be used as well as insulators and conductors including ceramics as well as other semiconductors.
  • FIGS. 32 and 33 The rotationally symmetric machining electrode 1 shown in FIGS. 32 and 33, that is, the rotating electrode is suitable for polishing (smoothing).
  • FIG. 32 shows a shape in which the rotating shafts 15 and 15 are fixed to the spherical rotating electrode 1
  • FIG. 33 shows the rotating shafts 15 and 15 coaxially with the cylindrical rotating electrode 1. Indicates a fixed shape.
  • the spherical rotating electrode 1 shown in FIG. 32 has a spherical surface that has excellent corrosion resistance to neutral radicals (mainly halogen radicals) and dielectric loss at high frequencies.
  • An insulating film 34 with small physical properties is formed (see FIG. 32 (b)).
  • the same insulator coating 34 as described above is formed on the cylindrical surface (see FIG. 33 (b)).
  • the insulator film 34 is formed on the surface of the rotary electrode 1 corresponding to the plasma generation region, but in this embodiment, it is formed on almost the entire surface.
  • the plasma generation region corresponds to the outer peripheral portion 9a which is the electric field concentrated portion.
  • the insulator film 34 may be formed so as to form a concave portion on the surface of the rotating electrode 1 and fill the concave portion.
  • the types of the insulating coating 3 in addition to the above-mentioned alumina (A l 2 0 3), Jirukonia (Z r 0 2), such as ceramic box, or because it is often used a fluorine-based gas as a reaction gas a 1 F 3, M g F 2, C a F 2, N i F 2 fluorides such, or tetrafluoroethylene modified styrene resins.
  • the ceramic coating is formed on the surface of the rotating electrode 1 with high accuracy by thermal spraying or the like.
  • the rotating electrode 1 is made of aluminum, it is also preferable to form an alumina coating on the surface by alumite treatment.
  • the limit value of the input power is increased, thereby increasing the high-frequency power supplied to the working electrode and increasing the efficiency of generating neutral radicals.
  • the processing electrode when the processing electrode is rotationally symmetrical with respect to the rotation axis, the processing electrode can be more stably rotated at a high speed around the rotation axis, whereby gas is generated on the surface of the processing electrode.
  • the flatness of the machining surface is improved by stabilizing the rotation of the machining electrode.
  • the viscous resistance of a boundary layer between the surface of the processing electrode and the gas increases, thereby promoting gas entrainment by the processing electrode, and A gas flow crossing the gap can be efficiently generated, and a sufficient amount of a reactive gas and an inert gas serving as a neutral radical source can be supplied to the target space.
  • an auxiliary electrode is disposed on the back or side surface of the workpiece in opposition to the processing electrode with the processing progress portion of the workpiece interposed therebetween, and a high-frequency voltage is applied between the processing electrode and the auxiliary electrode.
  • the formation of an insulating film on the surface of the rotating electrode can prevent the emission of secondary electrons from the electrode surface.
  • Can be electrically neutral and low temperature bra Zuma can be maintained stably, and the processing characteristics can be stabilized. Therefore, the limit value of the high-frequency power that can be applied to the plasma can be drastically increased by the synergistic effect with the cooling effect obtained by the high-speed rotation of the rotating electrode, and the processing speed can be increased.
  • alumina or the like that has excellent corrosion resistance to neutral radicals as the material of the insulator film, it is possible to improve the durability of the rotating electrode and prevent contamination of the surface of the workpiece by the electrode material. Can be.

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Description

曰月 糸田 » 回転電極を用いた高密度ラジカル反応による高能率加工方法及びその装置並びに それに用いる回転電極 技術分野
本発明は、 回転電極を用いた高密度ラジカル反応による高能率加工方法及びそ の装置に係わり、 更に詳しくはシリコン単結晶等の半導体若しくは導体又はガラ スゃセラミックス等の絶縁体に欠陥や熱的変質層を導入することなく高精度且つ 高能率で加工することができる回転電極を用いた高密度ラジカル反応による高能 率加工方法及びその装置並びにそれに用いる回転電極に関する。 背景技術
従来のシリコン単結晶等の切断には、 例えばダイヤモンドホイールによるダイ シング加工法が用いられている。 この加工原理は、 微細クラックによる脆性破壊 を利用したものであることから、 加工表面の結晶学的な制御性がなく、 しかも必 ず仕上加工厚さに匹敵する深いダメージを与え、 このように切断したゥヱハ一を 用いて半導体デバイスを製造した場合、 歩留りが悪く、 またその電気的な性能を 低下させることになり、 更にその集積度の限界を律する要因の一つにもなつてい た。 このことは、 種々の機能性材料の加工に対し、 全てあてはまることである。 そこで、 本出願人は、 特開平 1一 1 2 5 8 2 9号公報 （U S P 4， 9 6 0 , 4 9 5 ) にて開示される如く、 高周波を印加した電極によって発生させた高密度プ ラズマによる反応ガスの中性ラジカルを被加工物の加工面に供給し、 この中性ラ ジカルと加工面を構成する原子又は分子とのラジカル反応によつて生成した揮発 性物質を気化させて除去し、 シリコン単結晶等の半導体若しくは導体又はガラス やセラミックス等の絶縁体に欠陥や熱的変質層を導入することなく高精度に加工 することが可能な無歪精密加工方法 （プラズマ C V M法） を既に提案している。 ここで、 C V Mとは、 Chemi cal Vapori zat i on Machini ng の略語である。 即ち、 被加工物と電極を反応ガスを含む雰囲気ガス中に配し、 被加工物と電極 間に高周波電圧を印加して、 電極近傍に反応ガスに基づく中性ラジカルを発生さ せるものである。 この際、 加工電極をワイヤー電極となした場合には被加工物を 切断加工若しくは溝切り加工、 平板状電極となした場合には平滑化加工若しくは 鏡面加工、 更に 雑な形状の電極となしてその形状を被加工物に転写する転写加 ェ等を行うことができるものである。
被加工物を切断する場合、 ワイヤー電極を用いて行う構成は有効ではあるが、 通常のワイヤー電極を用いた切断加工においては、 その過程に形成される切断溝 内に反応ガスを十分に供給することができないとともに、 電極への投入電力が低 く、 また広い面積の平滑面を有する平面電極を用いた鏡面加工においては、 その 加工ギヤップ内の中央部に反応ガスを十分に供給できず、 その部分で中性ラジカ ルの密度が低くなる。 その結果、 切断加工の場合はその加工の進行に伴い加工速 度の低下が生じ、 また鏡面加工の場合には電極の周縁部と中央部での加工速度の 相違から加工量のムラが生じるのである。
そのため、 本発明者は、 加工溝内に挿入可能な偏平なガス供給ノズルを用いた 切断方法 （特開平 4一 1 6 2 5 2 3号公報） や、 加工電極を保持する支持体にガ ス供給孔を設けた加工方法 （特開平 4一 3 3 7 6 3 5号公報、 特開平 5— 9 6 5 0 0号公報、 特開平 6— 1 6 8 9 2 4号公報） や、 加工電極自体にガス供給手段 を設け、 加工電極と被加工物との間の加工ギヤップに反応ガスを強制的に供給す る加工方法 （特開平 4一 2 4 6 1 8 4号公報、 特開平 5— 2 3 4 9 4 2号公報、 特開平 6— 8 5 0 5 9号公報） を提案し、 数 1 0 m,分の最大加工速度が達成 されている。 この加工速度は従来のプラズマドライエッチングの常識を遙に越え る値であるが、 工業的に肉厚の大きな被加工物を切断加工したり、 大きな面積を ポリッシング加工するには不十分である。
加工速度は、 被加工物の加工進行部の近傍での中性ラジカルの密度、 即ちそれ を生成するための反応ガスの濃度及び投入電力に大きく関係するので、 従来の何 れの方法でも加工速度の大幅な向上が図れなかった原因は、 反応ガスの供給及び 使用済みのガスの排気が不十分であり、 また投入電力の限界値が低かつたことに あると推測される。 反応ガスの供給及び使用済みのガスの排気が不十分である理 由は、 本発明に係るプラズマ C V Mではガス雰囲気の圧力が 1気圧以上と非常に 高く、 しかも加工ギャップが通常は 1 0〜2 0 0 mと非常に狭いので、 ガスの 粘性抵抗が大きいためであると思われる。 また、 投入電力の限界値が低い原因は 、 加工電極の電界集中部が加熱されて熱的なダメージを受けるからである。 例え ば、 1気圧のガス雰囲気中でワイヤー電極を用いて切断加工する場合、 反応ガス ( S F e ) の濃度は 1〜数％、 投入電力は約 4 O W/ c mが限界であり、 それに よって達成される加工速度は 2 0〜3 O /z mZ分である。 その上、 ガス供給ノズ ルゃガス供給孔から反応ガスを噴出させる場合には、 反応ガス密度に濃淡分布が 生じて部分的に加工量が異なり、 真に均一な加工面が得られないといつた欠点も 内在していた。
そこで、 本発明が前述の状況に鑑み、 解決しょうとするところは、 加工電極と 被加工物の加工進行部との間に形成される加工ギヤップへの反応ガスの供給及び 排気機構を根本的に見直し、 制御された状態で加工ギヤップへ反応ガスを大量に 供給し、 しかも加工電極に対する投入電力の限界値を高めて、 加工進行部の近傍 での中性ラジカルの密度を高めて加工速度を 1 0〜1 0 0倍と大幅に向上させる ことが可能であるとともに、 アーク放電の防止並びに熱的な安定を図つた回転電 極を用いた高密度ラジカル反応による高能率加工方法及びその装置を提供する点 にある。
一方、 加工電極を回転させることで、 該加工電極 （回転電極） に供給する高周 波電力の限界値が高くなつたことにより、 プラズマが不安定性になり、 またブラ ズマ温度が上昇するといつた新たな課題が生じる。 つまり、 回転電極は金属製で あるため、 ブラズマ中の荷電粒子であるィォンが金属表面に衝突して二次電子を 放出することで、 プラズマ中の電子密度がイオン密度に比べて過多となり、 電気 的に中性の状態を維持することが極めて困難になる。 ブラズマ中の電子密度が過 多になると、 高圧力プラズマにおいては特に局所的な絶縁破壞であるアーク放電 に移行して制御不能な状態に陥りやすく、 またプラズマの温度が上昇して被加工 物表面に熱的な損傷を引き起こしてしまうのである。
この課題に対しては、 金属製の回転電極の表面からの二次電子の放出を防止し 、 電気的に中性で且つ低温のプラズマを安定に維持することにより、 加工特性の 安定化を実現し、 投入電力の限界値を飛躍的に大きく して加工速度の増大を実現 することが可能な高密度ラジカル反応による高能率加工方法に用いる回転電極を 提供するのである。 発明の開示
本発明は、 前述の課題解決のために、 反応ガス及び不活性ガスを含むガス雰囲 気中に無端状の加工電極と被加工物を配設し、 該加工電極と被加工物の加工進行 部との間に加工ギヤップを維持しつつ、 加工電極を高速に回転させることで該加 ェ電極表面を加工進行部に対して高速移動させ且つ加工電極表面でガスを巻き込 むことによって前記加工ギャップを横切るガス流を形成するとともに、 加工電極 に高周波電圧を印加して加工ギヤップでプラズマを発生し、 反応ガスに基づく中 性ラジカルを生成し、 該中性ラジカルと被加工物の加工進行部を構成する原子又 は分子とのラジカル反応によつて生成した揮発性物質を気化させて除去し且つ加 ェ電極と被加工物とを相対的に変移させて加工を進行してなる回転電極を用レ、た 高密度ラジカル反応による高能率加工方法を提供する。
ここで、 前記加工電極が回転軸心に対して回転対称形であり、 該加工電極を回 転軸心の回りに高速回転させてその加工電極表面でガスを巻き込んで加工ギヤッ プに供給してなることが好ましい実施例である。
また、 前記加工電極の表面に微細な凹凸又は溝を形成してガスの卷き込みを促 進してなることも好ましい。
そして、 前記被加工物の加工進行部を挟んで、 前記加工電極と対向させて補助 電極を被加工物の背面又は側面に配設し、 前記加工電極と補助電極間に高周波電 圧を印加してなることも被加工物の材質によっては好ましい。
一方、 前述の加工方法によって被加工物を加工するために、 無端状の加工電極 と被加工物とを内部に配設するとともに、 反応ガス及び不活性ガスを含む雰囲気 ガスを密封若しくは循環させ得るチャンバ一と ；高周波電力を加工電極へ供給す る高周波電源と ；前記高周波電源と負荷のインピーダンスを整合させるマツチン グ装置と ；前記無端状の加工電極と被加工物の加工進行部との間に加工ギヤップ を維持するとともに、 加工電極と被加工物とを相対的に変移させる送り駆動機構 と ；前記加工電極を加工進行部に対して高速移動させ且つ加工電極表面でガスを 巻き込んで前記加工ギヤップを横切るガス流を形成するために、 前記加工電極を 高速に回転させる回転駆動機構と ；を少なくとも備え、 前記加工電極に高周波電 圧を印加して加工ギヤップでプラズマを発生し、 反応ガスに基づく中性ラジカル を生成し、 該中性ラジカルと被加工物の加工進行部を構成する原子又は分子との ラジカル反応によつて生成した揮発性物質を気化させて除去し且つ加工電極と被 加工物とを相対的に変移させて加工を進行してなる回転電極を用いた高密度ラジ 力ル反応による高能率加工装置を構成した。
本加工装置においても前記同様に、 前記加工電極が回転軸心に対して回転対称 形であり、 該加工電極を回転軸心の回りに高速回転させてその加工電極表面でガ スを巻き込んで加工ギヤップに供給してなること、 前記被加工物の加工進行部を 挟んで、 前記加工電極と対向させて補助電極を被加工物の背面又は側面に配設し 、 前記加工電極と補助電極間に高周波電圧を印加してなることが好ましい。 そして、 前記加工電極が偏平円盤形状で外周部を電界集中部となして被加工物 を切断加工してなること、 前記加工電極が中空の偏平リング形状で内周部を電界 集中部となして被加工物を切断加工してなること、 前記加工電極が厚肉円盤形状 又は中空厚肉円盤形状若しくは円柱形状又は円筒形状で外周面又は内周面に回転 軸心と平行な母線を有するもので、 被加工物をポリッシング加工してなること、 前記加工電極が球形状又は外周部に円弧状の膨らみを有する厚肉円盤形状又は偏 平円盤形状で外周部を電界集中部となして、 加工電極と被加工物との相対位置を 数値制御して変移させ、 被加工物の加工進行部に対する電界集中部の平均滞在時 間を加工進行部の加工量に応じて長短決定して任意形状に加工してなること、 前 記加工電極が円筒体又は円柱体の外周に単又は複数のリング状ブレードを適宜間 隔で突設した形状でブレードの外周部を電界集中部となして板状の被加工物をダ ィシング加工又は被加工物の表面に溝切り加工してなることが好ましい実施例で める o
更に、 偏平円盤形状若しくは中空の偏平リング形状の前記加工電極の側面に、 微細な凹凸又はスパイラル状の凹溝若しくは突条を形成し、 あるいは偏平円盤形 状若しくは中空の偏平リング形状の前記加工電極の外周部又は内周部に、 一定間 隔毎に歯車状の凹凸を形成し、 あるいは厚肉円盤形状又は中空厚肉円盤形状若し くは円柱形状又は円筒形状で外周面又は内周面上に回転軸心と平行な母線を有す る前記加工電極表面に、 微細な凹凸又は回転軸心に対して傾斜角度を有する連続 した螺子状の凹溝若しくは突条を形成し、 あるいは球形状又は外周部に円弧状の 膨らみを有する厚肉円盤形状又は偏平円盤形状の前記加工電極表面に、 微細な凹 凸又は回転軸心に対して傾斜角度を有する連続した螺子状の凹溝若しくは突条を 形成してなることがより好ましい実施例である。
以上の如き内容からなる本発明の回転電極を用いた高密度ラジカル反応による 高能率加工方法及びその装置は、 反応ガスを含むガス雰囲気中に加工電極と被加 ェ物とをその間に所定の加工ギャップを形成して配設し、 該加工電極に高周波電 圧を印加することによってその表面の近傍でプラズマを発生させ、 そのプラズマ 領域内で反応ガスを励起して反応性に富んだ中性ラジカルを生成し、 該中性ラジ カルと被加工物を構成する原子又は分子とのラジカル反応によって生じた揮発性 物質を気化させて加工進行部から除去するとともに、 所定の加工ギヤップを維持 しながら加工電極と被加工物とを相対的に変移させて加工を進行させるのである 。 尚、 加工電極と被加工物の加工進行部との間の加工ギャップでプラズマが発生 維持されるのは、 誘電率の違いによる電界集中のためである。
本発明が従来技術と大きく異なる点は、 加工電極を高速で回転させるところに ある。 それによつて期待できる効果は、 ①反応ガスの高速度供給及び使用済みガ スの高速度排気による加工速度の大幅な向上、 ②回転電極表面の高精度な位置決 め及び高精度なギヤップ制御による大幅なガス利用効率及び加工精度の向上、 ③ 加工電極の十分な冷却効果に基づく大電力の投入による加工能率の大幅な向上で ある。 以下それらについて物理的な見地から説明を行う。
①については、 流体力学の立場から簡単に予測できることである。 即ち流体力 学として取り扱えるものは、 粘性を有する物質についてであり、 ガスもその一つ である。 ガスを流す場合、 固定された境界上では、 ガスの移動速度は 0である。 その結果、 粘性により境界面はガスの流れに対する障害物となる。 それゆえ、 固 定された被加工物及び加工電極のギヤップ間にガスを流す場合は、 どちらも障害 物となるのである。 しかるに高速で回転する加工電極表面上のガスの速度は、 電 極表面と同じ速度になり、 障害物どころかガスを加速する原動力となる。 以上の ように、 加工電極を高速で回転すればするほど、 ガスの供給は容易になるととも に使用済みガスの排出も容易になり、 中性ラジカルの大量供給をすることが可能 になる。
②についても、 ①と同様に流体力学の立場から説明することができる。 固定さ れた境界の中をガスを流す場合は、 境界条件によってガスの流れは左右される。 それゆえガスの流れを制御しようと思えば、 回転電極を用い、 その表面の空間的 位置及び速度を制御すれば良い。 加工ギヤップをガスの平均自由工程から見たプ ラズマの発生可能なギヤップに近づければ近づけるほど、 分子運動の立場からい つてラジカルの使用効率は高くなることは当然であるし、 加工精度も向上するの は言うまでもない。
③については、 本加工法で加工能率を向上させるために必要な条件として、 ガ スの十分な供給に見合う十分な電力の供給を意味する。 これまで、 大電力の投入 を妨げているのは、 熱的要因に基づく電極の損傷である。 しかるに、 高速回転電 極を用いれば、 電極がプラズマに曝されている部分はほんの一部分であり、 大部 分は冷却されている。 それゆえ、 大電力を投入しても電極は損傷を受けずに高能 率 ·高精度の加工が可能になるのである。
以上のように、 回転電極を用いることにより、 加工能率を従来の方法に比べ 1 0〜 1 0 0倍に高め得ることができるとともに、 加工精度も寸法精度及び表面粗 さについても一桁向上させることができることを、 理論的にも予測し、 実験的に も実証している。
また、 前記加工電極が回転軸心に対して回転対称形であると、 該加工電極をよ り安定に回転軸心の回りに高速回転させることができ、 それによつて該加工電極 の表面でガスを巻き込んで加工ギヤップに供給し、 排気する作用が増大するとと もに、 加工電極表面の空間的位置が高精度に決まり、 また加工ギャップの設定も 安定するので、 高精度の加工が可能となる。
そして、 前記加工電極の表面に微細な凹凸又は溝を形成することによって、 加 ェ電極表面とガスとの境界層の粘性抵抗が増大するとともに、 凸部又は凹部によ るポンプ作用が増大し、 それにより加工電極によるガスの巻き込みを促進し、 加 ェギヤップを横切るガス流を効率良く発生でき、 中性ラジカル源となる反応ガス 及び不活性ガスを大量に目的空間に供給し且つ排気することが可能となる。 また、 加工ギャップを形成する加工電極の外周部又は内周部に、 凹凸又は溝を 形成することによって、 所定間隔毎に形成された凸部の先端部分で電界集中が起 こってプラズマが局部的に発生し、 加工電極が高速回転することによって、 ブラ ズマを断続的に発生、 消滅させることができるので、 プラズマがアーク放電に移 行することを防止できる。 即ち、 加工電極と被加工物とが固定的であると見なさ れる場合には、 加工電極からの熱電子の放出と加工電極へのイオン衝突が加速度 的に繰り返し発生し、 アーク放電へ移行するが、 プラズマを断続的に発生、 消滅 させることで大電力を導入した場合でもそれを防止することが可能である。 また、 厚肉円盤形状又は中空厚肉円盤形状若しくは円柱形状又は円筒形状の加 ェ電極の外周面又は内周面に、 回転軸心に対して傾斜角度を有する連続した螺子 状の凹溝若しくは突条を形成することによって、 プラズマがァーク放電に移行す ることを防止でき且つ被加工物の加工進行部をプラズマが軸方向に走査されるこ とになり、 即ち加工進行部の一点から見ればプラズマが断続的に発生、 消滅する ので、 加工進行部が過度に加熱されることを防止できる。
また、 前記被加工物の加工進行部を挟んで、 前記加工電極と対向させて補助電 極を被加工物の背面又は側面に配設し、 前記加工電極と捕助電極間に高周波電圧 を印加することによって、 被加工物が絶縁体や半導体であつても加工ギャップの 領域のみで更にプラズマを集中して発生させることができ、 もってこの領域での 中性ラジカル密度を増大させることが可能となる。 勿論、 被加工物が導体であつ ても有効である。
また、 本発明は、 反応ガス及び不活性ガスを含むガス雰囲気中に配設した回転 電極と被加工物の加工進行部との間に加工ギヤップを維持しつつ、 回転電極を高 速に回転させて該回転電極表面でガスを巻き込むことによって前記加工ギヤップ を横切るガス流を形成するとともに、 回転電極に高周波電圧を印加して加工ギヤ ップでプラズマを発生し、 反応ガスに基づく中性ラジカルを生成し、 該中性ラジ カルと被加工物の加工進行部を構成する原子又は分子とのラジカル反応によって 生成した揮発性物質を気化させて除去し且つ回転電極と被加工物とを相対的に変 移させて加工を進行してなる加工方法に用いる回転電極であつて、 少なくともプ ラズマ発生領域に対応する表面に、 中性ラジカルに対する耐食性の高い絶縁体被 膜を形成してなる高密度ラジカル反応による高能率加工方法に用いる回転電極を 構成することにより、 前述の課題の解決を図った。
ここで、 回転電極の表面に絶縁体被膜を形成することにより、 プラズマ中のィ オンが回転電極表面に衝突しても、 該絶縁体被膜によって二次電子の放出が防止 されるので、 電気的に中性の状態が維持され、 もって低温のプラズマを安定に維 持できるのである。
また、 前記絶縁体被膜が、 セラミックス被膜であること、 又は四フッ化工チレ ン榭脂被膜であること、 更には前記回転電極の材質がアルミニウムであり、 前記 絶縁体被膜が、 アルマイ ト処理によって形成したアルミナ被膜であることが好ま しい。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の第 1実施例を示す切断加工装置の簡略説明図である。 第 2図は、 第 1図の切断加工装置によって得られた S F 6 濃度と加工速度の関 係を示すグラフである。
第 3図は、 同じく加工時間と切断加工量の関係を示すグラフである。
第 4図は、 被加工物の複数箇所を同時に切断するための切断加工装置の変形例 を示す簡略斜視図である。
第 5図は、 大口径の被加工物を切断するための切断加工装置の変形例を示す簡 略斜視図である。
第 6図は、 同じく大口径の被加工物の複数箇所を同時に切断するための切断加 ェ装置の変形例を示す簡略斜視図である。
第 7図は、 本発明の第 2実施例を示すラッピング加工装置の要部の簡略斜視図 である。
第 8図は、 第 7図の装置によって得られた投入電力と加工速度 （最大深さ） の 関係を示すグラフである。
第 9図は、 同じく投入電力と除去体積の関係を示すグラフである。 第 1 0図は、 ラッビング加工装置の変形例を示し、 平板状の被加工物の表面を 円柱状の加工電極でラッビング加工する場合を示す簡略斜視図である。
第 1 1図は、 ラッピング加工装置の変形例を示し、 円柱状の被加工物の外周面 を円柱状の加工電極でラッビング加工する場合を示す簡略斜視図である。
第 1 2図は、 ラッビング加工装置の変形例を示し、 円柱状の被加工物の外周面 を円筒状の加工電極でラッピング加工する場合を示し、 （a) は簡略斜視図、 （b) は断面図、 （c) は回転軸方向から見た側面図である。
第 1 3図は、 ラッピング加工装置の変形例を示し、 円筒状の被加工物の内周面 を円柱状の加工電極でラッビング加工する場合を示す簡略斜視図である。
第 1 4図は、 本発明の第 3実施例を示す任意形状の数値制御加工装置の簡略説 明図である。
第 1 5図は、 第 1 4図の装置によって得られた投入電力と加工速度 （最大深さ ) の関係を示すグラフである。
第 1 6図は、 同じく回転数と加工速度 （最大深さ） の関係を示すグラフである 。
第 1 7図は、 球形の加工電極を用いた第 1 4図の装置で被加工物を加工する様 子を示した簡略斜視図である。
第 1 8図は、 外周部に円弧状の膨らみを有する厚肉円盤形状の加工電極を用い た第 1 4'図の装置で被加工物を加工する様子を示した簡略斜視図である。
第 1 9図は、 偏平円盤形状の加工電極を用いた第 1 4図の装置で被加工物を加 ェする様子を示した簡略斜視図である。
第 2 0図は、 本発明の第 4実施例を示すダイシング加工装置の簡略斜視図であ る ο
第 2 1図は、 本発明の第 5実施例を示す球面加工装置の簡略斜視図である。 第 2 2図は、 同じく球面加工装置の変形例を示し、 （a) は簡略斜視図、 （b) は 断面図、 （c) は回転軸方向から見た側面図である。
第 2 3図は、 本発明の第 6実施例を示す形状転写加工装置の簡略斜視図である
O
第 2 4図は、 同じくその他の使用例を示す簡略斜視図である。 第 2 5図は、 同じく更に他の使用例を示す簡略斜視図である。
第 2 6図は、 切断加工装置に用いる偏平円盤形状の加工電極の実施例を示し、 (a) は表面が平滑なもの、 （b) は側面に微細な凹凸を形成したもの、 （c) は側面 にスパイラル状の凹溝を形成したもの、 （d) は外周部に歯車状の凹凸を形成した ものをそれぞれ示す。
第 2 7図は、 大口径の切断加工装置に用いる中空の偏平リング形状の加工電極 の実施例を示し、 （a) は表面が平滑なもの、 （b) は側面に微細な凹凸を形成した もの、 （c) は側面にスパイラル状の凹溝を形成したもの、 （d) は内周部に歯車状 の凹凸を形成したものをそれぞれ示す。
第 2 8図は、 ポリッシング加工装置に用いる円柱形状の加工電極の実施例を示 し、 （a) は外周面が平滑なもの、 （b) は外周面に微細な凹凸を形成したもの、 （c ) は外周面に螺子状の凹溝を形成したもの、 （d) は外周面に螺子状の凹溝を形成 したもの、 （e) は螺子状の凹溝をアルミナ層で被覆したものをそれぞれ示す。 第 2 9図は、 任意形状の数値制御加工装置に用いる球状の加工電極の実施例を 示し、 （a) は球面が平滑なもの、 （b) は球面に微細な凹凸を形成したもの、 （c) は球面に螺子状の凹溝を形成したもの、 （d) は球面に螺子状の凹溝を形成したも の、 （e) は螺子状の凹溝をアルミナ層で被覆したものをそれぞれ示す。
第 3 0図は、 同じく数値制御加工装置に用いる外周部に円弧状の膨らみを有す る厚肉円盤形状の加工電極の実施例を示し、 （a) は外周面が平滑なもの、 ） は 外周面に微細な凹凸を形成したもの、 （c) は外周面に螺子状の凹溝を形成したも の、 （d) は外周面に螺子状の凹溝を形成したもの、 （e) は螺子状の凹溝をアルミ ナ層で被覆したものをそれぞれ示す。
第 3 1図は、 本発明の任意曲線に沿った切断加工装置を示す簡略斜視図である 第 3 2図は、 中性ラジカルに対する耐食性の高い絶縁体被膜を形成した球状の 回転電極 （加工電極） を示し、 （a) は回転電極の全体斜視図、 （b) は回転電極の 断面図である。
第 3 3図は、 同じく絶縁体被膜を形成した円柱状の回転電極 （加工電極） を示 し、 （a) は回転電極の全体斜視図、 （b) は回転電極の断面図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明は、 活性化した反応性に富んだラジカル （遊離基） を被加工物の加工進 行部の近傍で発生させ、 この中性ラジカルと被加工物を構成する原子又は分子と のラジカル反応 （遊離基反応） を利用し、 生成した揮発性物質を気化させて除去 し、 加工電極と被加工物とを相対的に移動させて加工を進行させる原理に基づき 、 加工電極の形状、 特に直接加工に寄与する電界集中部の形状によって被加工物 の切断加工、 ポリツシング加工、 任意形状の数値制御加工、 ダイシング加工、 更 には形状転写加工、 自由曲線切断加工を行うことができるものである。 尚、 本発 明でいうラジカルとは、 プラズマ物理 （プラズマエッチング、 プラズマ C V D等 ) における概念であり、 不対電子を有するものの他に、 励起されたものを含む広 い概念である。
ここで、 ラジカルを発生させる方法としては、 従来から Ι ΤΟΓΓ以下 （1 0— 3〜 1 Torr) 程度の真空度で放電により容易に生成できるブラズマを利用することが 、 プラズマドライエッチングでは行われている。 プラズマドライエッチングは、 その目的が被加工物の表層部のみの除去であるため、 加工速度は大して問題にな らないが、 本発明の目的とする加工では加工速度は非常に重要であり、 中性ラジ カルの密度が低い前述の低密度プラズマは利用できない。 例えば、 5インチ （直 径約 1 2 7 mm) のシリコンウェハーを切断することを考えると、 加工速度が 1 0 0 m/分では 2 1時間を要し、 加工速度が 1 mmZ分では 2 . 1時間を要す るので、 工業的に利用する切断加工では、 少なくとも数百/ z mZ分以上の加工速 度が必要である。
加工速度は、 中性ラジカルの種類、 即ち反応ガスの種類とそれを希釈する不活 性ガスの種類及び被加工物の材質に大きく依存するので、 被加工物に応じて最適 な反応ガス及び不活性ガスを選択する必要がある。 この反応ガスは高周波電力の 投入によって発生するプラズマ中で励起されて中性ラジカルを生成するのである 。 更に詳しくは、 反応ガスと不活性ガスとを含む 0 . 1〜1 0気圧、 好ましくは 1気圧以上のガス雰囲気中に、 加工電極と被加工物とを所定の加工ギヤップを設 けて配設し、 加工電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、 このプラズ マ中で反応ガスに基づく中性ラジカルを生成するのである。 プラズマ中における 反応ガスに基づく中性ラジカルの生成効率は、 プラズマを構成する不活性ガスの 種類にも依存する。 例えば、 被加工物をシリコン単結晶又は石英ガラスとした場 合には、 反応ガスは S F 6 が適し、 不活性ガスは H eが適している。 その他の反 応ガスとしては、 フッ素系では C F 4 等があり、 塩素系では C 1 2 ， C C 1 4 , P C 1 5 等があり、 その他の不活性ガスとしては、 N e、 A r等がある。 これら のガスはそれぞれ 1種類のみ又は混合して用いることも可能である。
従って、 被加工物の材質に応じて最適な反応ガス及び不活性ガスの種類が選択 されていることを前提とすれば、 加工速度を大きくするためには加工領域にいか に反応ガスを効率よく大量供給し且つ排気するかということと、 いかに反応ガス に効率良くエネルギーを与えるかということが現実問題として重要である。
また、 加工量 （深さ） は、 加工速度が一定であるとした場合には、 加工時間に 比例するので、 この加工時間を制御することによって目的の加工量が得られる。 加工時間は、 被加工物の加工進行部に対する加工電極の停止時間あるいは平均滞 在時間によって決まる。
そこで、 本発明の要旨とするところは、 反応ガス及び不活性ガスを含むガス雰 囲気中に無端状の加工電極と被加工物を配設し、 該加工電極と被加工物の加工進 行部との間に加工ギヤップを維持しつつ、 加工電極を高速に回転させることで該 加工電極表面を加工進行部に対して高速移動させ且つ加工電極表面でガスを巻き 込むことによって前記加工ギャップを横切るガス流を形成するとともに、 加工電 極に高周波電圧を印加して加工ギヤップでプラズマを発生し、 反応ガスに基づく 中性ラジカルを生成し、 該中性ラジカルと被加工物の加工進行部を構成する原子 又は分子とのラジカル反応によつて生成した揮発性物質を気化させて除去し且つ 加工電極と被加工物とを相対的に変移させて加工を進行させることにある。 次に本発明の詳細を添付図面に示した実施例に基づいて更に説明する。 第 1図 は本発明の代表的実施例 （第 1実施例） を示す切断加工装置の簡略説明図であり 、 図中 1は加工電極、 2は被加工物、 3は高周波電源、 4はマッチング装置、 5 は送り駆動機構、 6は回転駆動機構、 7は制御装置、 8はギャップ測定装置をそ れぞれ示している。 図示しないチャンバ一の内部には、 無端状の加工電極 1と被加工物 2とが配設 されているとともに、 被加工物 2の材質に応じて決定された反応ガス及び不活性 ガスを含む雰囲気ガスが密封若しくは循環されている。 雰囲気ガスの圧力は、 0 . 1〜 1 0気圧程度が現実的であり、 加工能率の観点から見れば 1気圧以上が好 ましい。 前記加工電極 1の無端状部分 9と被加工物 2の加工進行部 1 0との間に は 1 0〜数百 mの加工ギャップ Gが形成されており、 前記加工電極 1に高周波 電源 3から高周波電力が、 該電源 3と負荷のインピーダンスを整合させるマッチ ング装置 4を介して供給されている。 加工電極 1に高周波電力を供給することに よって、 前記加工電極 1と加工進行部 1 0との間の加工ギャップ Gに高電界を形 成し、 その領域に存在する雰囲気ガスのプラズマを発生させ、 該プラズマ領域に 存在する反応ガスを励起、 活性化して中性ラジカルを生成し、 この中性ラジカル と被加工物 2を構成する原子又は分子とのラジカル反応によつて発生した揮発性 物質を気化させて加工進行部 1 0から除去するのである。 そして、 前記送り駆動 機構 5によって、 前記加工ギヤップ Gを維持して前述のラジカル反応を起こさせ つつ、 加工電極 1 と被加工物 2とを相対的に変移させて加工進行部 1 0から揮発 性物質を気化させて加工を進行させるのである。
更に、 前記加工電極 1の加工に寄与する部分は無端状 （無端状部分 9 ) となつ ており、 回転駆動機構 6にて該加工電極 1を高速に回転させることによって、 前 記無端状部分 9を加工進行部 1 0に対して高速移動させ且つ加工電極表面 1 1で ガスを巻き込んで前記加工ギャップ Gを横切るガス流を形成し、 中性ラジカルを 生成するための反応ガス及び不活性ガスを無端状部分 9と加工進行部 1 0間の領 域に大量供給するのである。 尚、 回転駆動機構 6によって加工電極 1を高速且つ 安定に回転させるためには、 該加工電極 1の形状はその回転軸心に対して回転対 称形であることが好ましい。 ここで、 本切断加工装置の場合は、 前記加工電極 1 は偏平円盤形状であり、 その外周部 9 aが前記無端状部分 9となる。
また、 前記高周波電源 3と送り駆動機構 5は、 パーソナルコンピュータから構 成されている制御装置 7によって制御している。 また、 前記加工電極 1と被加工 物 2とが接触して高電圧回路が短絡しないように、 あるいは所定の加工ギヤップ Gを維持するために、 ギャップ測定装置 8によって回転駆動機構 6の支持枠 1 2 と被加工物 2との変位を検出し、 その信号を制御装置 7に送って前記送り駆動機 構 5を制御している。 前記送り駆動機構 5は、 昇降ステージ （加工ギャップ Gの 調整と維持） 、 XYステージ及び回転ステージとを適宜組み合わせた機構であり 、 加工電極 1に対して被加工物 2を三次元的に相対的移動可能にしたものである 。 また、 前記被加工物 2は、 送り駆動機構 5に組み込まれた絶縁体 1 3に固定さ れた導電性の載置台 1 4で保持されている。 加工対象とする被加工物 2が絶縁体 又は半導体である場合には、 高周波電力を加工電極 1と載置台 1 4との間に供給 、 あるいは高周波電力を加工電極 1に供給し且つ載置台 1 4を接地することによ つて、 加工ギャップ Gに投入電力を集中させる。 この目的で使用される載置台 1 4は、 補助電極としての働きをする。 尚、 被加工物 2が導体である場合には、 加 ェ電極 1 と被加工物 2とに直接高周波電力を供給できる。 尚、 図示しないが、 ラ ジカル反応によって生成した揮発性物質を含むガスを、 加工電極の近くに配した 吸引口から排気し、 それをフィルターに通して揮発性物質を除去した後、 雰囲気 ガスとして前述のチヤンバ一内に再投入することも可能である。
本実施例では、 前記高周波電源 3の周波数は 1 5 0 MH zであり、 電力は数百 〜1， 0 0 0 Wまで変化させて供給している。 また、 加工ギャップ Gにおける電 界強度は約 1 06 VZmであるので、 加工電極 1の無端状部分 9に印加される電 圧は、 加工ギャップ Gの大きさにもよる力く、 1 0 0〜 1， 0 0 0 V程度である。 また、 加工電極 1の回転数は、 周速 （又は直径） にもよるが大きければ大きい程 加工速度が大きくなる傾向があり、 本実施例では 5， 0 0 0〜1 8， 0 0 0 r p mで加工している。
前述の切断加工装置を用いて単結晶シリコンを切断する例を以下に示す。 加工 電極 1は、 直径 1 2 0 mm、 厚さ 5 mmの偏平円盤形状のものを使用し、 回 転数 1 8, 0 0 0 r pmで加工電極 1を高速回転させた。 反応ガスとして S F6 、 不活性ガスとして H eを使用し、 雰囲気ガスが S F6 と H eのみから構成され た場合と、 S F6 と H eに 02 (但し、 02 濃度は S F6 濃度と同じに設定して いる。 ） を混合した場合とで、 それぞれ投入電力を 6 0 0 Wと 1 , 0 0 0W供給 して比較した。
その結果を第 2図のグラフ （横軸は S F6 濃度 〔％〕 、 縦軸は加工速度 〔 m 分〕 ） に示す。 このグラフから、 S F 6 + H e + 0 2 の混合ガスで、 S F 6 濃 度が 2 0 %の雰囲気ガスを用い、 投入電力が 1， 0 0 0 Wの場合、 最大加工速度 6 0 0 /z mZ分が得られた。 また、 S F 6 + H eの混合ガスで、 S F 6 濃度が 2 0 %の雰囲気ガスを用い、 投入電力が 1， 0 ひ 0 Wの条件を固定して切断加工し て得られた結果を第 3図のグラフ （横軸は加工時間 〔分〕 、 縦軸は切断加工量 〔 〃m〕 ) に示す。 このグラフから、 加工溝 （切断加工量） が深くなつても、 略一 定の加工速度 （4 0 0 分） で切断加工できることが分かる。 尚、 現在、 厚 さ 0 . 2 mmのステンレス製の円盤状加工電極を用いて、 被加工物に幅 0 . 3 m mの加工溝が形成されている。
これらのグラフから、 本発明の加工電極 1を高速回転させることによるガスの 供給機構の有効性が実証された。 また、 反応ガス濃度を従来より 1桁程度高めた ことが加工速度が大きくなつた要因の一つでもあるが、 これは反応ガス濃度が高 くても投入電力を増大させてプラズマを安定に発生できたからであり、 その根本 的な要因はやはり加工電極 1の高速回転に帰するのである。 勿論、 切断面には、 微細クラックや熱的変質層が導入されず、 結晶学的にも電気物性的にも優れた表 面が得られることは、 従来のプラズマ C V Mと同様である。 尚、 被加工物 2が円 柱状である場合には、 その軸心を中心として被加工物 2を回転させることも従来 から提案されているが、 この回転は加工電極 1の高速回転と比べて無視できる程 度のゆつくりした回転であり、 送り駆動機構 5による被加工物 2の送りと同じ意 味である。
また、 第 4図は前述の偏平円盤形状の複数枚の加工電極 1， …を一定間隔毎に 同軸となして回転軸 1 5に固定し、 被加工物 2を同時に複数箇所で切断する変形 例を示している。
また、 第 5図は、 断面積が大きな被加工物 2、 例えば大口径の単結晶シリコン を切断する場合に有効な切断加工装置を簡略化して示したものであり、 この場合 に用いる加工電極 1としては、 中空の偏平リング形状で内周部 9 bを無端状部分 9となしたものである。 尚、 加工電極 1は、 外周部を適宜な固定具を用いて回転 駆動機構 6に連係している。 また、 この場合には、 前述のような載置台 1 4は使 用できないので、 前記被加工物 2の加工進行部 1 0を挟んで、 前記加工電極 1と 対向させて補助電極 1 6を被加工物 2の背面に配設して、 被加工物 2と捕助電極 1 6とを一体的に加工電極 1に対して移動させるようにし、 前記加工電極 1 と補 助電極 1 6間に高周波電圧を印加するのである。 しかし、 この補助電極 1 6は、 本発明の加工方法においては必ずしも必要ではなく、 捕助電極 1 6を用いること によって、 加工ギャップ Gでの電界集中が高まり、 プラズマの発生を容易にする のである。
また、 第 6図は、 断面積が大きな被加工物 2を同時に複数箇所で切断する切断 加工装置を簡略化して示したものであり、 複数枚の中空偏平円盤形状の加工電極 1， …を一定間隔毎に同軸となして前記同様に図示しない固定具に固定して、 回 転駆動機構 6に連係させている。
次に、 本発明の第 2実施例としてポリッシング加工装置について説明する。 こ の場合の加工電極 1は、 厚肉円盤形状又は中空厚肉円盤形状若しくは円柱形状又 は円筒形状で外周面 9 c又は内周面 9 dに回転軸心と平行な母線を有するものを 用いる。 つまり、 厚肉円盤形状又は円柱形状の外周面 9 cが無端状部分 9となり 、 中空厚肉円盤形状又は円筒形状の内周面 9 dが無端状部分 9となる。 ここでは 、 加工電極 1として、 第 7図に示した直径 1 0 O m m 0、 厚さ 2 0 mmの厚肉円 盤形状のものを用いた加工例を示す。 尚、 加工電極 1の外周面 9 cの具体的な断 面形状は、 中央部に回転軸心に平行な幅 1 0 mmの平面を有し、 その両縁部が半 径 5 m mの円弧で面取りされた形状である。 ここで、 図中 1 5は回転駆動機構 6 を構成する回転軸を示している。
加工条件は、 雰囲気ガスとして S F 6 を H eで希釈した混合ガスを用い、 回転 数を 5， 0 0 0 r p m、 加工ギャップを 2 0 0 // m、 加工時間を 1分とし、 S F 6 濃度が 5 %と 1 0 %の場合について投入電力を変化させてシリコンウェハーを ポリツシング加工する場合の加工速度 （最大深さ） と除去体積を測定した。 第 8 図のグラフは横軸を投入電力 〔W〕 、 縦軸を加工速度 （最大深さ） [ /z mZ分〕 として得られたものであり、 第 9図のグラフは横軸を投入電力 〔W〕 、 縦軸を除 去体積 〔mm 3 /分〕 として得られたものである。 これらの結果から、 ポリッシ ング加工においても約 2 0 0〃mZ分といった大きな加工速度が得られているこ とがわかる。 第 1 0図〜第 1 3図はポリツシング加工装置の変形例であり、 第 1 0図に示し たものは、 円柱形状で外周面 9 cを無端状部分 9となした加工電極 1を用いて平 板状の被加工物 2の表面 1 7 (加工進行部 1 0 ) をポリッシング加工する例を示 し、 第 1 1図は前記同様な加工電極 1を用いて円柱状の被加工物 2の外周面 1 8 (加工進行部 1 0 ) をポリツシング加工する例を示し、 また第 1 2図は円筒形状 でその内周部に部分的に環状厚肉部を形成しその内周面 9 dを無端状部分 9とな した加工電極 1を用いて円柱状の被加工物 2の外周面 1 8をポリッシング加工す る例を示している。 また、 第 1 3図は第 1 0図及び第 1 1図に示したものと前記 同様な加工電極 1を用いて円筒状の被加工物 2の内周面 1 9 (加工進行部 1 0 ) をポリツシング加工する例を示している。 尚、 前記加工電極 1は、 被加工物 2が 円柱状又は円筒状である場合には、 被加工物 2もその軸心の回りにゆつくり回転 させることが好ましい。 また、 これらの場合において、 前記捕助電極 1 6は、 第 1 0図の場合には平板状となして被加工物 2の背面に密着させ、 第 1 1図の場合 には平板状となして被加工物 2の周面に非接触又は接触の状態で配設し、 第 1 2 図の場合には図示しないが曲面状となして加工電極 1の内部であって被加工物 2 の外周面に非接触又は接触の状態で配設し、 第 1 3図の場合には曲面状となして 被加工物 2の外周面に非接触又は接触の状態で配設している。 尚、 被加工物 2と 捕助電極 1 6が接触する場合には、 被加工物 2を回転させることによって該被加 ェ物 2に摺動傷が付く場合もあるので非接触が好ましい。
次に、 本発明の第 3実施例として任意形状の数値制御加工装置について説明す る。 この場合の加工電極 1としては、 球形状又は外周部に円弧状の膨らみを有す る厚肉円盤形状又は偏平円盤形状で外周部 9 eを無端状部分 9となしたものを用 い、 該加工電極 1と被加工物 2との相対位置及び加工時間を数値制御して変化さ せて被加工物 2の表面を任意の形状に加工する例を示している。 この場合には、 加工電極 1の外周部 9 eであって加工ギャップ Gに対応する部分が電界集中部と なる。 ここでは、 第 1 4図に示すように直径 3 0 mm øの球形状の加工電極 1を 用いて、 単結晶シリコンの加工特性を実験した結果を示す。
加工条件は、 雰囲気ガスとして S F 6 (濃度 1 0 %) を H eで希釈した混合ガ スを用い、 回転数を 1 8， 0 0 0 r p m、 加工ギヤップを 1 0 0 /z mと 2 0 0〃 mとし、 加工時間を 1分とした場合について投入電力を変化させてシリコンゥェ ハーを加工する場合の加工速度 （最大深さ） を測定するとともに、 同じ雰囲気ガ スを用い、 加工ギヤップを 1 0 0 / m、 投入電力を 1 0 0 Wに固定した場合につ いて回転数を変化させてシリコンウェハ一を加工する場合の加工速度 （最大深さ ) を測定した。 第 1 5図のグラフは、 横軸を投入電力 〔W〕 、 縦軸を加工速度 （ 最大深さ） 〔 mZ分〕 として得られたものであり、 第 1 6図のグラフは横軸を 回転数 〔r p m〕 、 縦軸を加工速度 （最大深さ） 〔 mZ分〕 として得られたも のである。
これらの結果より、 多少の測定誤差はあるものの、 他の条件が同じであれば、 加工ギャップが小さい程、 加工速度が大きく、 また加工ギャップが 1 0 0 / の 場合には投入電力が大きい程、 加工速度が大きく、 更に回転数が大きい程、 加工 速度が大きいことが分かった。 しかも、 達成された加工速度は、 3 0 0 〜 1 ， 0 0 0〃mZ分であった。
第 1 7図は前述の数値制御加工装置によって、 被加工物 2の表面を任意形状に 加工する様子を示したものである。 具体的には、 被加工物 2の材質に応じて反応 ガスと不活性ガスの種類、 組み合わせ、 混合比率を選び、 加工ギャップ、 投入電 力及び回転数を設定すると、 加工時間と加工量の関係、 即ち加工速度の大きさが 決定される。 加工時間と加工量が直線関係にある場合には加工速度が、 また非直 線関係にある場合には加工時間と加工量の相関データが予め前記制御装置 7に入 力される。 また、 被加工物 2の加工前の表面形状が正確に測定されて、 前記制御 装置 7に入力され、 加工前の表面形状と目的表面形状との差が演算されて、 被加 ェ物 2の座標上での加工量が演算され、 それに応じて加工電極 1が被加工物 2の 特定位置に滞在する平均時間 （加工時間） が決定される。 これらの数値データに 基づいて、 前記送り駆動機構 5を制御して加工電極 1と被加工物 2との相対的に 移動させて任意形状に加工するのである。
また、 第 1 8図及び第 1 9図は数値制御加工装置に使用できる他の形状の加工 電極 1を示し、 第 1 8図の加工電極 1は外周部に円弧状の膨らみを有する厚肉円 盤形状のものであり、 第 1 9図の加工電極 1は切断加工装置に用いるものと同様 な偏平円盤形状のものであり、 それぞれ円弧状の膨らみを有する外周部 9 eが無 端状部分 9となってこの部分に電界が集中する。
次に、 本発明の第 4実施例としてのダイシング加工装置を第 2 0図に基づいて 説明する。 本実施例の加工電極 1としては、 円筒体又は円柱体からなる電極基体 2 0の外周に単又は複数のリング状ブレード 2 1を適宜間隔で突設した形状でブ レ一ド 2 1の外周部 9 f を無端状部分 9となしたものを用いる。 そして、 該ブレ ード 2 1にて板状の被加工物 2をダイシング加工又は被加工物 2の表面に溝切り 加工するのである。 尚、 溝切り加工の場合には、 電極基体 2 0の外周面によって 、 被加工物 2の表面を緩やかにポリッシング加工することも可能である。
次に、 本発明の第 5実施例としての球面加工装置を第 2 1図に基づいて簡単に 説明する。 本実施例の加工電極 1は、 切断加工装置の変形例において例示したも のと同様であり、 中空の偏平リング形状で内周部 9 gを無端状部分 9となしたも のを用いる。 また、 予め真球状に粗加工された被加工物 2をその直径より十分に 小さい直径の回転軸 2 2に同心状に固定されている。 また、 前記加工電極 1の中 心円孔 （内周部 9 g ) の直径は、 被加工物 2の直径よりも小さく設定している。 そして、 加工電極 1の内周部 9 gを被加工物 2の球面に所定の加工ギャップを設 けて近接させ、 加工電極 1を高速回転させるとともに、 回転軸 2 2を低速回転さ せながら、 被加工物 2の中心に対して回転軸 2 2の角度を変化させて、 被加工物 2の表面をポリツシング加工するのである。 ここで、 加工電極 1の翻面には、 ス パイラル状の凹溝 2 3が一定間隔ごとに形成され、 加工電極 1の高速回転に伴つ てその表面に巻き込まれたガスを該スパイラル状の凹溝 2 3 , …で強制的に中心 部へ送り、 加工ギャップを横切るガス流を形成するのである。 尚、 前記回転軸 2 2を前記補助電極として利用することも可能である。
また、 第 2 2図に球加工装置の他の例を示している。 この場合の加工電極 1は 、 一端が閉鎖された円筒形状であり、 その内周面 9 hが無端状部分 9となってお り、 前記同様の球状の被加工物 2を加工電極 1の内部に配設して、 該加工電極 1 を高速に回転させるとともに、 被加工物 2を低速回転させながら、 回転軸 2 2の 角度を変化させて表面をポリッシング加工するのである。
次に、 本発明の第 6実施例として形状転写加工装置を第 2 3図〜第 2 5図に基 づいて簡単に説明する。 本実施例の加工電極 1は、 被加工物 2に形成する断面形 状と同じ形状が軸方向の断面においてその一部に形成されたものであり、 図示し た例は加工電極 1として軸方向の断面が六角形の回転対称形の膨出部 2 4を軸方 向に二つ形成したものであり、 この膨出部 2 4の外周面 9 iが無端状部分 9とな る。 それによつて、 第 2 3図に示すように、 円柱状の被加工物 2をその回転軸 2 2を中心として低速回転させながら加工電極 1を高速回転させることによって、 被加工物 2の外周面に断面三角形状の三角溝 2 5 , 2 5が形成される。 この場合 は、 被加工物 2の中心部に嵌挿した回転軸 2 2の一部が補助電極 1 6の働きをす る。 また、 第 2 4図に示すように、 ブロック状の被加工物 2の表面部分に膨出部 2 4 , 2 4を軸方向に平行な平面で切断した形状の凹部 2 6が形成される。 そし て、 第 2 5図に示すように、 円筒状の被加工物 2をその軸心回りに低速回転させ ながら、 その内周面に近接した前記加工電極 1を高速回転させて、 膨出部 2 4， 2 4によって被加工物 2の内周面に三角溝 2 5， 2 5が形成される。 尚、 前記加 ェ電極 1の断面形状は任意であり、 その形状が被加工物 2に転写されるのである o
ここで、 第 2 6図（a) は、 前記切断加工装置で用いた偏平円盤形状の加工電極 1で、 表面 1 1 (側面と外周部 9 a ) が平滑なものを示している。 本発明の特徵 は、 加工電極 1を高速回転させることによって、 その表面でガスを巻き込んで加 ェギヤップを横切るガス流を形成することにあるが、 その作用を更に増強するた めの実施例を例示する。 第 2 6図（b) は、 （a) の加工電極 1の側面に微細な凹凸 2 7をランダムに多数形成したものであり、 例えば加工電極 1の表面 1 1をブラ スト処理して形成することができる。 第 2 6図（c) は、 （a) の加工電極 1の側面 に図示した回転方向 Rに対して側面に巻き込んだガスが外周部 9 aへ送られる方 向のスパイラル状の凹溝 2 8を多数一定間隔毎に形成したものである。 第 2 6図 (d) は、 （a) の加工電極 1の外周部 9 aに一定間隔毎に歯車状の凹凸を形成し、 即ち一定間隔毎に凸部 2 9， …を形成したものである。 この凸部 2 9， …を形成 した場合には、 この部分で電界が集中し、 プラズマが断続的に発生、 消滅するの で、 プラズマがアーク放電に移行することも防止できる。 これは、 加工電極 1か らの熱電子の放出と、 加工電極 1へのイオンの衝突が加工電極 1の特定部分で繰 り返すことを防止することにより、 アーク放電への移行を阻止することを意味す る。 また、 図示しないが、 前記（a) 〜（ に示した加工電極 1の表面 1 1にアル ミナコーティング （A 1 2 0 3 のコーティング） 等、 耐食性材料のコ一ティング を施せば、 電極の耐食性を向上させ且つプラズマがアーク放電に移行することも 防止できる。 これは、 アルミナコーティング層からは無制限に二次電子が放出さ れず、 表面が帯電された状態になるからである。 更に、 前述の各手段を適宜組み 合わせて用いることも可能である。
同様に、 第 2 7図には、 大口径の被加工物 2を切断するための前記切断加工装 置に用いることができる加工電極 1の実施例を示している。 第 2 7図（a) は、 前 述の大口径の被加工物 2の切断に用いた表面 1 1が平滑な加工電極 1を示してい る。 この加工電極 1を用いた切断加工でも、 2 0 0 mZ分の加工速度が得られ ているが、 更に加工速度を増大させるためにはガスの巻き込みを促進させる必要 がある。 第 2 7図（b) は、 （a) の加工電極 1の側面に微細な凹凸 2 7をランダム に多数形成したものであり、 例えば加工電極 1の表面 1 1をブラスト処理して形 成することができる。 第 2 7図（c) は、 （a) の加工電極 1の側面に図示した回転 方向 Rに対して側面に巻き込んだガスが内周部へ送られる方向のスパイラル状の 凹溝 2 8を多数一定間隔毎に形成したものである。 第 2 7図（d) は、 （a) の加工 電極 1の内周部に一定間隔毎に歯車状の凹凸を形成し、 即ち一定間隔毎に凸部 2 9， …を形成したものである。 この凸部 2 9， …を形成した場合には、 この部分 で電界が集中し、 プラズマが断続的に発生、 消滅するので、 プラズマがアーク放 電に移行することも防止できる。 また、 図示しないが、 前記同様に第 2 7図（a) 〜（d) に示した加工電極 1の表面にアルミナコーティング等を施せば、 電極の耐 食性を向上させ且つプラズマがアーク放電に移行することも防止できる。 更に、 前述の各手段を適宜組み合わせて用いることも可能である。
また、 第 2 8図には、 前記ポリッシング加工装置に用いることができる円柱形 状の加工電極 1の実施例を示している。 第 2 8図（a) は前述のポリツシング加工 装置に用いた表面 1 1が平滑な加工電極 1を示している。 第 2 8図（b) は、 （a) の加工電極 1の外周面 9 cに微細な凹凸 2 7をランダムに多数形成したものであ り、 例えば加工電極 1の表面 1 1をブラス ト処理して形成することができる。 第 2 8図（c) 及び（d) は、 （a) の加工電極 1の外周面 9 cに回転軸心に対して傾斜 角度を有する連続した螺子状の凹溝 3 0 , …若しくは突条を形成したものであり
、 (c) の螺子状の凹溝 3 0は回転軸心に対して大きな傾斜角度を有し、 （d) の螺 子状の凹溝 3 0は回転軸心に対して小さな傾斜角度を有するものである。 このよ うに螺子状の凹溝 3 0を外周面 9 cに形成した場合には、 ガスの卷き込みを促進 し且つプラズマを断続的に発生、 消滅させるのでプラズマがアーク放電に移行す ることを防止できる上に、 プラズマの発生領域が被加工物 2の表面に沿って走査 されるので、 被加工物 2の過度の加熱が防止できる。 第 2 8図（e) は、 （c) 又は (d) の螺子状の凹溝 3 0をアルミナコーティング等の耐食性材料で埋設するとと もに、 表面を平滑にした加工電極 1を示す。 図中 3 1はアルミナ層を示している 。 この加工電極 1では、 ガスの巻き込みの促進作用はないが、 加工電極 1の耐食 性を更に高め得るとともに、 プラズマを断続的に発生、 消滅させることができる 。 更に、 前述の各手段を適宜組み合わせて用いることも可能である。 また、 図示 しないが、 円筒形状の加工電極 1の内周面 9 dに前記同様に、 微細な凹凸 2 7や 螺子状の凹溝 3 0を形成することも可能である。
また、 第 2 9図には、 前述の任意形状の数値制御加工装置に用いることができ る球状の加工電極 1の実施例を示している。 第 2 9図（a) は、 表面 1 1が平滑な 球状の加工電極 1を示している。 第 2 9図（b) は、 （a) の加工電極 1の球面 （表 面 1 1 ) に微細な凹凸 2 7をランダムに多数形成したものである。 第 2 9図（c) 及び（d) は、 （a) の加工電極 1の球面 （表面 1 1 ) に回転軸心に対して傾斜角度 を有する連続した螺子状の凹溝 3 0， …若しくは突条を形成したものであり、 （c ) の螺子状の凹溝 3 0は回転軸心に対して大きな傾斜角度を有し、 （d) の螺子状 の凹溝 3 0は回転軸心に対して小さな傾斜角度を有するものである。 第 2 9図（e ) は、 （c) 又は（d) の螺子状の凹溝 3 0をアルミナ層 3 1で埋設するとともに、 表面 1 1を平滑にした加工電極 1を示す。 更に、 前述の各手段を適宜組み合わせ て用いることも可能である。
また、 第 3 0図には、 前述の任意形状の数値制御加工装置に用いることができ る外周部 9 eに円弧状の膨らみを有する厚肉円盤形状の加工電極 1の実施例を示 している。 第 3 0図（a) は、 円孔状の電界集中部 9が平滑な加工電極 1を示して いる。 第 3 0図（b) は、 （a) の加工電極 1の外周面に微細な凹凸 2 7をランダム に多数形成したものである。 第 3 0図（c) 及び（d) は、 （a) の加工電極 1の外周 面に回転軸心に対して傾斜角度を有する連続した螺子状の凹溝 3 0 , …若しくは 突条を形成したものであり、 （C) の螺子状の凹溝 3 0は回転軸心に対して大きな 傾斜角度を有し、 （ の螺子状の凹溝 3 0は回転軸心に対して小さな傾斜角度を 有するものである。 第 3 0図（e) は、 （c) 又は（d) の螺子状の凹溝 3 0をアルミ ナ層 3 1で埋設するとともに、 表面を平滑にした加工電極 1を示す。 また、 前記 加工電極 1の側面に微細な凹凸 2 7や、 スパイラル状の凹溝 2 8を形成すること も可能である。 更に、 前述の各手段を適宜組み合わせて用いることも可能である また、 第 3 1図に示したものは、 前述の加工電極 1 とは全く異なるタイプの無 端状の加工電極 1を用いた切断加工装置の概略説明図である。 この場合の加工電 極 1は、 無端状のベルト又はワイヤーで形成し、 当然無端状部分 9はその側縁に 沿つた部分に対応する。 このベルト又はワイヤ一 3 3からなる加工電極 1を複数 のプーリ 3 2， …に張設されて、 何れか一つのプーリ 3 2を回転駆動機構 6に連 係することで高速回転可能となっている。 この加工電極 1を用いて板状の被加工 物 2を任意曲線に沿って切断することが可能である。 尚、 補助電極 1 6は被加工 物 2の背面側であって、 加工電極 1の無端状部分 9から若干離した位置、 即ち加 ェ進行部 1 0よりも前方側に配設している。
第 3 1図の前記ベルト又はワイヤー 3 3からなる加工電極 1の表面には、 ガス の巻き込みを促進するための前述の各手段を設けることができる。
本実施例では、 主として単結晶シリコンの加工について説明したが、 その他の 半導体は勿論、 セラミックスを始めとする絶縁体や導体であっても同様に各種加 ェすることができる。
第 3 2図及び第 3 3図に示した回転対称形の加工電極 1、 即ち回転電極は、 ポ リッシング加工 （平滑化加工） に適したものである。 第 3 2図は球状の回転電極 1に回転軸 1 5， 1 5が固定された形状のものを示し、 第 3 3図は円柱状の回転 電極 1に同軸状に回転軸 1 5， 1 5が固定された形状のものを示している。 そして、 第 3 2図に示した球状の回転電極 1にあっては、 その球面に中性ラジ カル （主にハロゲンラジカル） に対して耐食性に優れ且つ高周波における誘電損 失が小さい物性の絶縁体被膜 3 4を形成している （第 3 2図（b) 参照） 。 また、 第 3 3図に示した円柱状の回転電極 1にあっては、 その円柱面に前記同様な絶縁 体被膜 3 4を形成している （第 3 3図（b) 参照） 。 ここで、 前記絶縁体被膜 3 4 は、 回転電極 1の表面であってプラズマ発生領域に対応する部分に形成すれば足 りるが、 本実施例では略表面全面に形成している。 尚、 プラズマ発生領域は、 電 界集中部である外周部 9 aに対応する。 また、 前記絶縁体被膜 3 4は、 回転電極 1の表面に凹部を形成し、 該凹部を埋めるように形成しても良い。
前記絶縁体被膜 3 4の種類としては、 前述のアルミナ （A l 2 0 3 ) の他に、 ジルコニァ （Z r 0 2 ) 等のセラミ ックス、 又は反応ガスとしてフッ素系ガスを 用いることが多いので A 1 F 3 、 M g F 2 、 C a F 2 、 N i F 2 等のフッ化物、 又は四フッ化工チレン樹脂等が挙げられる。 ここで、 セラミ ックス被膜は、 溶射 等によって回転電極 1の表面に精度良く形成する。 また、 回転電極 1の材質がァ ルミ二ゥムの場合には、 その表面をアルマイ ト処理によって表層部にアルミナ被 膜を形成することも好ましい。 産業上の利用可能性
以上にしてなる本発明のラジカル反応による高速加工方法及びその装置によれ ば、 加工電極を高速に回転させることによって、 該加工電極表面で雰囲気ガスを 巻き込んで加工ギヤップを横切るガス流を形成し、 それにより加工ギヤップにお ける中性ラジカルの密度が非常に高くなって加工速度を大幅に大きくすることが できるとともに、 ラジカル反応により生成した揮発性物質の排出も促進されて常 に新しい反応ガスの供給が可能となる。 更に、 前記加工電極が高速回転すること によって、 その無端状部分が加工進行部に対して加工ギヤップを維持しつつ高速 移動するので、 加工電極に供給した高周波電力の集中が加工電極の一ヶ所に限定 されず常に移動し、 しかも空冷されるので、 投入電力の限界値が高くなり、 それ により加工電極に供給する高周波電力を高めて中性ラジカルの生成効率を高める ことができる。 このように、 加工電極を高速回転させたことによる加工ギャップ における雰囲気ガスの供給増加と、 投入電力の増加との相乗作用による加工ギャ ップにおける中性ラジカル密度の増大によつて、 従来の方法と比較して加工速度 を大幅 （1 0 ~ 1 0 0倍） に改善することが可能となった。
更に、 前記加工電極が回転軸心に対して回転対称形であると、 該加工電極をよ り安定に回転軸心の回りに高速回転させることができ、 それによつて該加工電極 の表面でガスを巻き込んで加工ギヤップに供給する作用を増大させて加工速度の 増加に寄与するとともに、 加工電極の回転が安定化することによって加工面の平 坦度が優れる。
そして、 前記加工電極の表面に微細な凹凸又は溝を形成することによって、 加 ェ電極表面とガスとの境界層の粘性抵抗が増大し、 それにより加工電極によるガ スの巻き込みを促進し、 加工ギャップを横切るガス流を効率良く発生でき、 中性 ラジカル源となる反応ガス及び不活性ガスの十分量を目的空間に供給することが できる。
また、 加工ギヤップを形成する加工電極の表面に凹凸又は溝を形成することに よって、 所定間隔毎に形成された凸部の先端部分に電界が集中してプラズマが発 生し、 加工電極が高速回転することによって、 プラズマを断続的に発生、 消滅さ せることができるので、 プラズマがアーク放電に移行することを防止できる。 また、 加工電極の表面に、 回転軸心に対して傾斜角度を有する連続した螺子状 の凹溝若しくは突条を形成することによって、 ガスの巻き込みが促進されるとと もに、 プラズマがアーク放電に移行することを防止でき且つ被加工物の加工進行 部をプラズマが軸方向に走査されることになり、 即ち加工進行部の一点から見れ ばプラズマが断続的に発生、 消滅するので、 加工進行部が過度に加熱されること を防止できる。
また、 前記披加工物の加工進行部を挟んで、 前記加工電極と対向させて補助電 極を被加工物の背面又は側面に配設し、 前記加工電極と補助電極間に高周波電圧 を印加することによって、 被加工物が絶縁体や半導体であつても加工ギャップの 領域のみでプラズマを集中して発生させることができ、 もってこの領域での中性 ラジカル密度を増大させることができ、 加工速度の増加に寄与する。
そして、 本発明の高密度ラジカル反応による高能率加工方法に用いる回転電極 によれば、 回転電極の表面に絶縁体被膜を形成することによって、 電極表面から の二次電子の放出を防止することができるため、 電気的に中性で且つ低温のブラ ズマを安定に維持することが可能となり、 加工特性の安定化を実現することがで きる。 よって、 回転電極の高速回転によって得られる冷却作用との相乗効果によ りプラズマに投入し得る高周波電力の限界値を飛躍的に大きくすることができ、 加工速度の増大を実現することができる。 また、 絶縁体被膜の材質として、 中性 ラジカルに対して優れた耐食性を有するアルミナ等を用いることにより、 回転電 極の耐久性の向上並びに電極材料による被加工物表面の汚染防止を実現すること ができる。

Claims

言青求の範囲
1 . 反応ガス及び不活性ガスを含むガス雰囲気中に無端状の加工電極と被加工物 を配設し、 該加工電極と被加工物の加工進行部との間に加工ギヤップを維持しつ つ、 加工電極を高速に回転させることで該加工電極表面を加工進行部に対して高 速移動させ且つ加工電極表面でガスを巻き込むことによって前記加工ギヤップを 横切るガス流を形成するとともに、 加工電極に高周波電圧を印加して加工ギヤッ プでプラズマを発生し、 反応ガスに基づく中性ラジカルを生成し、 該中性ラジカ ルと被加工物の加工進行部を構成する原子又は分子とのラジカル反応によって生 成した揮発性物質を気化させて除去し且つ加工電極と被加工物とを相対的に変移 させて加工を進行してなることを特徴とする回転電極を用いた高密度ラジカル反 応による高能率加工方法。
2 . 前記加工電極が回転軸心に対して回転対称形であり、 該加工電極を回転軸心 の回りに高速回転させてその加工電極表面でガスを巻き込んで加工ギヤップに供 給してなる請求の範囲第 1項記載の回転電極を用いた高密度ラジカル反応による 高能率加工方法。
3 . 前記加工電極の表面に微細な凹凸又は溝を形成してガスの巻き込みを促進し てなる請求の範囲第 1項又は第 2項記載の回転電極を用いた高密度ラジカル反応 による高能率加工方法。
4 . 前記被加工物の加工進行部を挟んで、 前記加工電極と対向させて補助電極を 被加工物の背面又は側面に配設し、 前記加工電極と補助電極間に高周波電圧を印 加してなる請求の範囲第 1項又は第 2項又は第 3項記載の回転電極を用いた高密 度ラジカル反応による高能率加工方法。
5 . 無端状の加工電極と被加工物とを内部に配設するとともに、 反応ガス及び不 活性ガスを含む雰囲気ガスを密封若しくは循環させ得るチャンバーと、
高周波電力を加工電極へ供給する高周波電源と、
前記高周波電源と負荷のインピーダンスを整合させるマツチング装置と、 前記無端状の加工電極と被加工物の加工進行部との間に加工ギヤップを維持す るとともに、 加工電極と被加工物とを相対的に変移させる送り駆動機構と、 前記加工電極を加工進行部に対して高速移動させ且つ加工電極表面でガスを卷 き込んで前記加工ギヤップを横切るガス流を形成するために、 前記加工電極を高 速に回転させる回転駆動機構と、
を少なくとも備え、 前記加工電極に高周波電圧を印加して加工ギャップでブラ ズマを発生し、 反応ガスに基づく中性ラジカルを生成し、 該中性ラジカルと被加 ェ物の加工進行部を構成する原子又は分子とのラジカル反応によつて生成した揮 発性物質を気化させて除去し且つ加工電極と被加工物とを相対的に変移させて加 ェを進行してなることを特徴とする回転電極を用いた高密度ラジカル反応による 高能率加工装置。
6 . 前記加工電極が回転軸心に対して回転対称形であり、 該加工電極を回転軸心 の回りに高速回転させてその加工電極表面でガスを巻き込んで加工ギヤップに供 給してなる請求の範囲第 5項記載の回転電極を用いた高密度ラジカル反応による 高能率加工装置。
7 . 前記被加工物の加工進行部を挟んで、 前記加工電極と対向させて捕助電極を 被加工物の背面又は側面に配設し、 前記加工電極と捕助電極間に高周波電圧を印 加してなる請求の範囲第 5項又は第 6項記載の回転電極を用いた高密度ラジカル 反応による高能率加工装置。
8 . 前記加工電極が偏平円盤形状で外周部を電界集中部となして被加工物を切断 加工してなる請求の範囲第 5項又は第 6項又は第 7項記載の回転電極を用いた高 密度ラジカル反応による高能率加工装置。
9 . 前記加工電極が中空の偏平リング形状で内周部を電界集中部となして被加工 物を切断加工してなる請求の範囲第 5項又は第 6項又は第 Ί項記載の回転電極を 用いた高密度ラジカル反応による高能率加工装置。
1 0 . 前記加工電極が厚肉円盤形状又は中空厚肉円盤形状若しくは円柱形状又は 円筒形状で外周面又は内周面に回転軸心と平行な母線を有するもので、 被加工物 をポリッシング加工してなる請求の範囲第 5項又は第 6項又は第 7項記載の回転 電極を用いた高密度ラジ力ル反応による高能率加工装置。
1 1 . 前記加工電極が球形状又は外周部に円弧状の膨らみを有する厚肉円盤形状 又は偏平円盤形状で外周部を電界集中部となして、 加工電極と被加工物との相対 位置を数値制御して変移させ、 被加工物の加工進行部に対する電界集中部の平均 滞在時間を加工進行部の加工量に応じて長短決定して任意形状に加工してなる請 求の範囲第 5項又は第 6項又は第 Ί項記載の回転電極を用いた高密度ラジカル反 応による高能率加工装置。
1 2 . 前記加工電極が円筒体又は円柱体の外周に単又は複数のリング状ブレード を適宜間隔で突設した形状でブレードの外周部を電界集中部となして板状の被加 ェ物をダイシング加工又は被加工物の表面に溝切り加工してなる請求の範囲第 5 項又は第 6項又は第 7項記載の回転電極を用いた高密度ラジカル反応による高能 率加工装置。
1 3 . 偏平円盤形状若しくは中空の偏平リング形状の前記加工電極の側面に、 微 細な凹凸又はスパイラル状の凹溝若しくは突条を形成してなる請求の範囲第 8項 又は第 9項記載の回転電極を用いた高密度ラジカル反応による高能率加工装置。
1 4 . 偏平円盤形状若しくは中空の偏平リング形状の前記加工電極の外周部又は 内周部に、 一定間隔毎に歯車状の凹凸を形成してなる請求の範囲第 8項又は第 9 項記載の回転電極を用いた高密度ラジカル反応による高能率加工装置。
1 5 . 厚肉円盤形状又は中空厚肉円盤形状若しくは円柱形状又は円筒形状で外周 面又は内周面上に回転軸心と平行な母線を有する前記加工電極表面に、 微細な凹 凸又は回転軸心に対して傾斜角度を有する連続した螺子状の凹溝若しくは突条を 形成してなる請求の範囲第 1 0項記載の回転電極を用いた高密度ラジカル反応に よる高能率加工装置。
1 6 . 球形状又は外周部に円弧状の膨らみを有する厚肉円盤形状又は偏平円盤形 状の前記加工電極表面に、 微細な凹凸又は回転軸心に対して傾斜角度を有する連 続した螺子状の凹溝若しくは突条を形成してなる請求の範囲第 1 1項記載の回転 電極を用いた高密度ラジカル反応による高能率加工装置。
1 7 . 反応ガス及び不活性ガスを含むガス雰囲気中に配設した回転電極と被加工 物の加工進行部との間に加工ギヤップを維持しつつ、 回転電極を高速に回転させ て該回転電極表面でガスを卷き込むことによつて前記加工ギャップを横切るガス 流を形成するとともに、 回転電極に高周波電圧を印加して加工ギヤップでブラズ マを発生し、 反応ガスに基づく中性ラジカルを生成し、 該中性ラジカルと被加工 物の加工進行部を構成する原子又は分子とのラジカル反応によつて生成した揮発 性物質を気化させて除去し且つ回転電極と被加工物とを相対的に変移させて加工 を進行してなる加工方法に用いる回転電極であって、 少なくともプラズマ発生領 域に対応する表面に、 中性ラジカルに対する耐食性の高い絶縁体被膜を形成した ことを特徴とする高密度ラジカル反応による高能率加工方法に用いる回転電極。
1 8 . 前記絶縁体被膜が、 セラミ ックス被膜である請求の範囲第 1 7項記載の高 密度ラジカル反応による高能率加工方法に用いる回転電極。
1 9 . 前記回転電極の材質がアルミニウムであり、 前記絶縁体被膜が、 アルマイ ト処理によつて形成したアルミナ被膜である請求の範囲第 1 7項記載の高密度ラ ジ力ル反応による高能率加工方法に用いる回転電極。
2 0 . 前記絶縁体被膜が、 四フッ化工チレン樹脂被膜である請求の範囲第 1 7項 記載の高密度ラジカル反応による高能率加工方法に用いる回転電極。
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