特許 6843396 多成分材料のプラズマエッチング加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6843396

(24)【登録日】2021年2月26日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】多成分材料のプラズマエッチング加工方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 41/91 20060101AFI20210308BHJP

   H05H 1/30 20060101ALI20210308BHJP

   B01J 19/08 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   C04B41/91 Z

   H05H1/30

   B01J19/08 E

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-17230(P2018-17230)

(22)【出願日】2018年2月2日

(65)【公開番号】特開2019-131451(P2019-131451A)

(43)【公開日】2019年8月8日

【審査請求日】2019年9月24日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100074561

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 隆生

(74)【代理人】

【識別番号】100177264

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 嘉秀

(74)【代理人】

【識別番号】100124925

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 則夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141874

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 久由

(74)【代理人】

【識別番号】100163577

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 正人

(72)【発明者】

【氏名】山村 和也

(72)【発明者】

【氏名】大久保 雄司

(72)【発明者】

【氏名】孫 栄硯

【審査官】 小野 久子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１８３０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１５７７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５９９０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ４１／９１

Ｂ０１Ｊ １９／０８

Ｈ０５Ｈ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多成分材料のプラズマエッチング加工方法であって、
プラズマ発生条件を、多成分材料を構成する各成分からなる材料のエッチングレートが、ほぼ同じレートとなる範囲内のプラズマ発生条件に設定し、
該プラズマ発生条件を用いて、多成分材料をプラズマエッチング加工するプラズマエッチング加工方法であり、
前記プラズマ発生条件が、反応ガスの混合比であり、
前記多成分材料がＲＳ−ＳｉＣであり、
反応ガスをＣＦ_４とＯ_２の混合ガスとし、且つ反応ガスの混合比をＯ_２ガス８０〜９０％に設定してプラズマエッチング加工するプラズマエッチング加工方法。

【請求項2】

加工ギャップを、多成分材料を構成する各成分からなる材料の加工痕の形状が、ほぼ円形ないし楕円形となる範囲内の加工ギャップに設定し、
該加工ギャップのもと、多成分材料をプラズマエッチング加工する請求項１記載のプラズマエッチング加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多成分材料の加工において表面粗さの悪化を抑制できる、多成分材料のプラズマエッチング加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

多成分材料である反応焼結炭化ケイ素（Reaction Sintered Silicon Carbide：ＲＳ−ＳｉＣ）材は、耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れ、高剛性、高熱伝導、低熱膨脹、低比重などの特性を持つことから、ガラスモールド用の金型材料に適した材料である。

【0003】

しかしながら、高硬度かつ化学的に不活性であるため、ダイヤモンド砥粒を用いた研削加工ではスクラッチや加工変質層の生成が問題となる。また、研磨工程において用いられるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）では、ダメージのない良好な表面粗さが得られるが、加工速度が遅いうえ、さらに研磨に用いるスラリーと呼ばれる研磨液は凝集等を防ぐための維持管理が難しく、購入価格や産廃処理費用も高いことから、代替技術の開発が望まれている（たとえば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−１９７５７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、多成分材料で高硬度かつ化学的不活性な材料であっても、スクラッチや加工変質層の生成がなく、効率よく低コストにダメージのない均一で良好な表面粗さが得られる加工方法を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者は、プラズマエッチング加工に着目した。プラズマエッチング加工であれば、高硬度かつ化学的不活性な材料であっても、スクラッチや加工変質層の生成がなく、効率よく低コストに加工を行うことができる。特に、高能率な化学的ダメージフリー加工法として知られる大気圧プラズマＣＶＭ（atmospheric-pressure plasma chemical vaporization machining：ＡＰ−ＰＣＶＭ）を用いれば、より効率よく低コストに加工を行うことが可能となる。

【0007】

しかし、プラズマエッチング加工は、ＳｉやＳｉＣ、水晶ウエハなどの単成分材料の場合には良好な表面粗さが得られるものの、多成分材料に対しては、表面粗さが悪く、良好な表面粗さが得られず、また、加工領域内での加工量（エッチングレート）も均一にならず、良好な加工面が得られなかった。

【0008】

そこで、本発明者は更に鋭意検討した結果、多成分材料を構成する各成分のプラズマによる反応性の相違が、表面粗さの悪化や加工量の不均一化の原因であり、各成分ごとのプラズマによる反応性を考慮することで、表面粗さを良好なものにしたり、加工領域内の加工量を均一化できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

【0009】

すなわち本発明は、以下の発明を包含する。
（１） 多成分材料のプラズマエッチング加工方法であって、プラズマ発生条件を、多成分材料を構成する各成分からなる材料のエッチングレートが、ほぼ同じレートとなる範囲内のプラズマ発生条件に設定し、該プラズマ発生条件を用いて、多成分材料をプラズマエッチング加工することを特徴とするプラズマエッチング加工方法。

【0010】

（２） 前記プラズマ発生条件が、反応ガスの混合比である（１）記載のプラズマエッチング加工方法。
（３） 前記多成分材料がＲＳ−ＳｉＣであり、反応ガスをＣＦ_４とＯ_２の混合ガスとし、且つ反応ガスの混合比をＯ_２ガス８０〜９０％に設定してプラズマエッチング加工する（２）記載のプラズマエッチング加工方法。

【0011】

（４） 加工ギャップを、多成分材料を構成する各成分からなる材料の加工痕の形状が、ほぼ円形ないし楕円形となる範囲内の加工ギャップに設定し、該加工ギャップのもと、多成分材料をプラズマエッチング加工する（１）〜（３）のいずれかに記載のプラズマエッチング加工方法。なお、本発明でいう「加工痕」は静止加工痕である。

【0012】

（５） 多成分材料のプラズマエッチング加工方法であって、加工ギャップを、多成分材料を構成する各成分からなる材料の加工痕の形状が、ほぼ円形ないし楕円形となる範囲内の加工ギャップに設定し、該加工ギャップのもと、多成分材料をプラズマエッチング加工することを特徴とするプラズマエッチング加工方法。

【発明の効果】

【0013】

以上にしてなる本発明によれば、プラズマ発生条件を、多成分材料を構成する各成分からなる材料のエッチングレートが、ほぼ同じレートとなる範囲内のプラズマ発生条件に設定し、該プラズマ発生条件を用いて、多成分材料をプラズマエッチング加工することで、各成分のエッチングレートの相違に基づく凹凸が生じなく、効率よく低コストにダメージのない良好な表面粗さが得られる。

【0014】

とくに、前記プラズマ発生条件として、エッチングレートに大きく影響する反応ガスの混合比を、前記各成分からなる材料のエッチングレートが同じレートとなる範囲内の混合比にすることで、より効率よく良好な表面粗さを得ることができる。たとえば多成分材料がＲＳ−ＳｉＣの場合、反応ガスをＣＦ_４とＯ_２の混合ガスとし、且つ反応ガスの混合比をＯ_２ガス８０〜９０％に設定することで良好な表面粗さを効率よく得ることができる。

【0015】

また、多成分材料を構成する各成分からなる材料の加工痕の形状が、ほぼ円形ないし楕円形となる範囲内の加工ギャップに設定し、該加工ギャップのもと、多成分材料をプラズマエッチング加工することで、各成分の加工領域内のエッチングレートの片寄りによる加工量（エッチングレート）の不均一化が生じなく、均一な加工を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】（ａ）、（ｂ）は、本発明の代表的実施形態にかかるプラズマエッチング加工装置を示す説明図。

【図2】（ａ）は、加工ギャップ３．０ｍｍでの各成分材料の加工痕、および同ギャップでの多成分材料の加工痕を示す走査型白色光干渉計（ＳＷＬＩ）画像、（ｂ）は、加工ギャップ６．０ｍｍでの各成分材料の加工痕、および同ギャップでの多成分材料の加工痕を示すＳＷＬＩ画像。

【図3】反応ガスの混合比と各成分材料のエッチングレートとの関係を示すグラフ。

【図4】（ａ）は、図３のＡの反応ガス組成（混合比が酸素８０％）による多成分材料の加工痕を示すＳＷＬＩ画像とａ−ｂ横断切片の表面形状を示すグラフ、（ｂ）は、図３のＢの反応ガス組成（混合比が酸素８５％）による多成分材料の加工痕を示すＳＷＬＩ画像とａ−ｂ横断切片の表面形状を示すグラフ、（ｃ）は、図３のＣの反応ガス組成（混合比が酸素９０％）による多成分材料の加工痕を示すＳＷＬＩ画像とａ−ｂ横断切片の表面形状を示すグラフ、（ｄ）は、図３のＤの反応ガス組成（混合比が酸素５０％）による多成分材料の加工痕を示すＳＷＬＩ画像とａ−ｂ横断切片の表面形状を示すグラフ。

【図5】（ａ）は、図３のＣの反応ガス組成（混合比が酸素９０％）による多成分材料の加工表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像、（ｂ）は、図３のＤの反応ガス組成（混合比が酸素５０％）による多成分材料の加工表面のＳＥＭ画像。

【図6】（ａ）は、図３のＤの反応ガス組成（混合比が酸素５０％）による多成分材料の３０秒間の加工痕を示すＳＷＬＩ画像、（ｂ）は同じく６０秒間の加工痕を示すＳＷＬＩ画像、（ｃ）は各場合のａ−ｂ横断切片の表面形状を示すグラフ。

【図7】（ａ）は、図３のＣの反応ガス組成（混合比が酸素９０％）による多成分材料の６０秒間の加工痕を示すＳＷＬＩ画像、（ｂ）は同じく１２０秒間の加工痕を示すＳＷＬＩ画像、（ｃ）は各場合のａ−ｂ横断切片の表面形状を示すグラフ。

【図8】（ａ）は、プラズマエッチング加工前のダイヤモンド・ラップ仕上げをした多成分材料の表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像とそのＡ−Ｂ間の断面形状を示す図、（ｂ）は、図３のＤの反応ガス組成（混合比が酸素５０％）による多成分材料の加工表面のＡＦＭ画像とそのＡ−Ｂ間の断面形状を示す図、（ｃ）は、図３のＣの反応ガス組成（混合比が酸素９０％）による多成分材料の加工表面のＡＦＭ画像とそのＡ−Ｂ間の断面形状を示す図、（ｄ）は、混合比が酸素９５％の反応ガス組成による多成分材料の加工表面のＡＦＭ画像とそのＡ−Ｂ間の断面形状を示す図。

【図9】（ａ）は、プラズマエッチング加工前のダイヤモンド・ラップ仕上げをした多成分材料の断面構造を示す模式図、（ｂ）は、図３のＤの反応ガス組成（混合比が酸素５０％）による多成分材料の加工後の断面構造を示す模式図、（ｃ）は、図３のＣの反応ガス組成（混合比が酸素９０％）による多成分材料の加工後の断面構造を示す模式図、（ｄ）は、混合比が酸素９５％の反応ガス組成による多成分材料の加工後の断面構造を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

【0018】

本発明の多成分材料のプラズマエッチング加工方法は、プラズマ発生条件につき、多成分材料を構成する各成分からなる材料のエッチングレートが、ほぼ同じレートとなる範囲内の条件に設定し、この条件を用いて多成分材料をプラズマエッチング加工することを特徴とするものであり、これにより各成分のエッチングレートの相違に基づく凹凸が生じなく、良好な表面粗さが得られるものである。

【0019】

このようなプラズマ発生条件としては、反応ガスの混合比や反応ガスを含むプロセスガスの流量、電力量、加工ギャップなどがあるが、特に、反応ガスの混合比はエッチングレートに大きく影響するため、この混合比を各成分材料のエッチングレートがほぼ同じになるように設定することが最も効果的である。

【0020】

また、本発明は、多成分材料のプラズマエッチング加工方法であって、加工ギャップを、多成分材料を構成する各成分からなる材料の加工痕の形状が、ほぼ円形ないし楕円形となる範囲内の加工ギャップに設定し、該加工ギャップのもと、多成分材料をプラズマエッチング加工することをも特徴とし、これにより各成分の加工領域内のエッチングレートの片寄りによる加工量（エッチングレート）の不均一化が生じなく、均一な加工を行うことができるものである。

【0021】

以下の実施形態では、各成分からなる材料のエッチングレートがほぼ同じになるようにプラズマ発生条件を設定することに加え、その前段階として、各成分からなる材料の加工痕の形状がほぼ円形ないし楕円形となる範囲内の加工ギャップに設定しているが、本発明は、双方の設定を組み合わせて用いることに何ら限定されず、一方のみ、すなわちエッチングレートがほぼ同じになるようにプラズマ発生条件を設定するが、各成分からなる材料の加工痕の形状はほぼ円形ないし楕円形とならないものや、その逆の場合も含まれる。

【0022】

本発明の加工対象としての「多成分材料」としては、プラズマエッチング加工が可能な多成分材料を広く適用でき、とくにセラミックス材料の加工に好適である。セラミックス材料の中でもダメージフリーで良好な表面粗さを得ることが難しい反応焼結セラミックス材料を対象とすれば効果的である。以下、大気圧プラズマＣＶＭ（ＡＰ−ＰＣＶＭ）の装置を用いて、反応焼結炭化ケイ素（ＲＳ−ＳｉＣ）をプラズマエッチング加工する例について説明する。

【0023】

図１は、本実施形態で用いるＡＰ−ＰＣＶＭ装置１の概略構成を示している。中心部にキャリアガスとしてアルゴンガスを供給するセラミック管２が設けられ、該セラミック管２の周囲には空洞共振器３が配置されている。空洞共振器３には、セラミック管２の先端付近（空洞共振器３の内側導体３０の先端位置）に最大強度の電界が生成されるように、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波電界が付与される。このマイクロ波によりセラミック管２の先端付近の内部でアルゴンプラズマＰ１が発生する。

【0024】

また、セラミック管２の先端開口が臨む空洞共振器３の内部には、側方の供給口１１より、プロセスガスとしてアルゴン、ＣＦ_４、Ｏ_２ガスが供給され、上記アルゴンプラズマ中の活性アルゴンがプロセスガス中の反応ガス成分ＣＦ_４、Ｏ_２に衝突することで、エッチングに寄与するＦラジカルおよび活性酸素が生成される二次的プラズマＰ２が生じ、空洞共振器３先端のノズル４から吐出した先で被加工物９の表面をエッチング加工する。

【0025】

プラズマＰ２によるＲＳ−ＳｉＣのエッチング加工は、ＲＳ−ＳｉＣを構成するＳｉおよびＳｉＣの酸化プロセス、並びにＳｉ、ＳｉＣ及び酸化物ＳｉＯ_２のエッチング過程により行われる。酸化プロセスは、
ＳｉＣ＋４Ｏ＊→ＳｉＯ_２＋ＣＯ_２↑
Ｓｉ＋２Ｏ＊→ＳｉＯ_２
の各反応が生じ、エッチング過程は、
ＳｉＯ_２＋４Ｆ＊→ＳｉＦ_４↑＋Ｏ_２↑
ＳｉＣ＋２Ｏ＊＋４Ｆ＊→ＳｉＦ_４↑＋ＣＯ_２↑
Ｓｉ＋４Ｆ＊→ＳｉＦ_４↑
の各反応が生じる。Ｏ＊は活性酸素、Ｆ＊はＦラジカルを示す。

【0026】

空洞共振器３は図示しないＸＹＺテーブル上に支持されてコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）され、ノズル４先端と被加工物との間の加工ギャップの調整や横方向への移動がなされる。以上の装置構成は例示であり、他の装置構成でも勿論よい。また、キャリアガス、プロセスガスの種類も上記ガスに限定されるものではなく、被加工物に応じて適したものを選択できる。本実施形態の被加工物９であるＲＳ−ＳｉＣは、ＡＰ−ＰＣＶＭ装置１で加工する前の前加工として、ダイヤモンド・ラップ仕上げを行った。

【0027】

本実施形態では、ＲＳ−ＳｉＣをプラズマエッチング加工するにあたり、まず加工ギャップを最適な値に設定する。図２（ａ）の右端のＳＷＬＩ画像は、加工ギャップ３．０ｍｍにおけるＲＳ−ＳｉＣ表面の加工痕を示しており、図２（ｂ）の右端のＳＷＬＩ画像は、加工ギャップ６．０ｍｍにおけるＲＳ−ＳｉＣ表面の加工痕を示している。加工時間は６０秒、反応ガス（ＣＦ_４、Ｏ_２ガス）のＯ_２ガスの混合比（流量（ｓｃｃｍ）の比）を５０%とした。いずれも表面粗さは良くないが、加工ギャップ３．０ｍｍの場合、加工領域（加工痕）内のエッチングレートが左半分の領域に片寄り、加工量（エッチングレート）の不均一化が生じているのに対し、加工ギャップ６．０ｍｍの場合は、加工領域（加工痕）内の加工量（エッチングレート）が均一化していることが分かる。

【0028】

そして、図２（ａ）の左端と中央のＳＷＬＩ画像は、それぞれ多成分材料（ＲＳ−ＳｉＣ）を構成する各成分材料（ＳｉＣ（単結晶ＳｉＣ）とＳｉ（単結晶Ｓｉ））を用意し、それぞれ同じ加工ギャップ３．０ｍｍ、その他同じ条件で加工した材料表面の加工痕を示している。図２（ｂ）の左端と中央のＳＷＬＩ画像も、それぞれ多成分材料（ＲＳ−ＳｉＣ）を構成する各成分材料（ＳｉＣ（単結晶ＳｉＣ）とＳｉ（単結晶Ｓｉ））を用意し、それぞれ同じ加工ギャップ６．０ｍｍ、その他同じ条件で加工した材料表面の加工痕を示している。

【0029】

この結果から、加工ギャップ３．０ｍｍの場合、図２（ａ）の中央のＳＷＬＩ画像が示すようにＳｉ成分の加工が左側に片寄った歪な形状をしており、その影響で、ＲＳ−ＳｉＣの加工量も左半分の領域に片寄ったものとなっていることが分かる。これに対し、加工ギャップ６．０ｍｍの場合、図２（ｂ）に示すようにＳｉＣ（単結晶ＳｉＣ）とＳｉ（単結晶Ｓｉ）の両材料とも加工痕の形状がほぼ円形ないし楕円形で均一な加工がされており、結果、ＲＳ−ＳｉＣの加工も均一な加工となっていることが分かる。

【0030】

このように、多成分材料を構成する各成分からなる材料の加工痕の形状が、ほぼ円形ないし楕円形となる範囲内の加工ギャップに設定すれば、均一な加工を行うことができるのである。加工ギャップＧが大きくなりすぎると加工レートが落ちるため、本実施形態のように反応ガスＣＦ_４およびＯ_２ガスを用いたＡＰ−ＰＣＶＭ装置によるＲＳ−ＳｉＣの加工においては、５．０ｍｍ〜７．０ｍｍ、好ましくは６．０ｍｍに加工ギャップが設定される。

【0031】

次に、反応ガス（ＣＦ_４、Ｏ_２ガス）のＯ_２ガスの混合比（流量（ｓｃｃｍ）の比）を設定する。図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ前記混合比を酸素８０％、８５％、９０％、５０%としたときの加工痕を示すＳＷＬＩ画像とａ−ｂ横断切片の表面形状を示すグラフである。なお、５０％の加工痕の画像は、同じ条件で加工した図２（ｂ）の右端の画像とほぼ同じである。この結果からＯ_２ガスの混合比を８０〜９０％に設定すれば、良好な表面粗さの加工が行えることが分かる。

【0032】

そして、図３は、多成分材料（ＲＳ−ＳｉＣ）を構成する各成分材料（ＳｉＣ（単結晶ＳｉＣ）とＳｉ（単結晶Ｓｉ））を用意し、それぞれＯ_２ガスの混合比を変化させて加工したときのエッチングレートを示すグラフである。グラフ中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれＯ_２ガス混合比が８０％、８５％、９０％、５０%の位置を示している。このグラフから分かるように、上記良好な表面粗さの加工が行われたＯ_２ガス混合比８０〜９０％（Ａ〜Ｃ）は、各成分材料（ＳｉＣ（単結晶ＳｉＣ）とＳｉ（単結晶Ｓｉ））のエッチングレートが、ほぼ同じレートとなる範囲の混合比であることが分かる。

【0033】

このように、多成分材料を構成する各成分からなる材料のエッチングレートが、ほぼ同じレートとなる範囲内の反応ガスの混合比に設定すれば、良好な表面粗さの加工を行うことができるのである。本実施形態のように反応ガスＣＦ_４およびＯ_２ガスを用いたＡＰ−ＰＣＶＭ装置によるＲＳ−ＳｉＣの加工においては、上述のとおり、好ましくはＯ_２ガス混合比を８０〜９０％、より好ましくは８５〜９０％に設定される。

【0034】

図５（ａ）は、Ｏ_２ガス混合比９０％のときのＲＳ−ＳｉＣの加工表面のＳＥＭ画像、図５（ｂ）は、Ｏ_２ガス混合比５０%のときのＲＳ−ＳｉＣの加工表面のＳＥＭ画像である。Ｏ_２ガス混合比９０％では滑らかな表面となっているが、Ｏ_２ガス混合比５０%ではＳｉのエッチングレートが高く、ＳｉＣが表面に大きく露出した凹凸表面となっている。

【0035】

また、図６（ａ）は、Ｏ_２ガス混合比５０％のときのＲＳ−ＳｉＣの３０秒間の加工痕を示すＳＷＬＩ画像、（ｂ）は同じく６０秒間の加工痕を示すＳＷＬＩ画像、（ｃ）は各場合のａ−ｂ横断切片の表面形状を示すグラフである。図６から分かるように、Ｏ_２ガス混合比５０％では、加工時間を２倍にしても表面が荒れる（Ｓｉだけが加工が進み、穴あき状態となる）だけで加工深さが時間に比例しない。

【0036】

他方、図７（ａ）は、Ｏ_２ガス混合比９０％のときのＲＳ−ＳｉＣの６０秒間の加工痕を示すＳＷＬＩ画像、（ｂ）は同じく１２０秒間の加工痕を示すＳＷＬＩ画像、（ｃ）は各場合のａ−ｂ横断切片の表面形状を示すグラフである。図７から分かるように、Ｏ_２ガス混合比９０％では、加工時間を２倍にすれば表面が若干荒れるものの、時間に比例した加工深さが得られることが分かる。このことから、多成分材料を構成する各成分からなる材料のエッチングレートをほぼ同じレートとなる範囲内の反応ガスの混合比に設定すれば、良好な表面粗さの加工を行うことができるとともに、加工効率も向上できることが分かる。

【0037】

図８（ａ）は、プラズマエッチング加工前のダイヤモンド・ラップ仕上げをしたＲＳ−ＳｉＣ表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像とそのＡ−Ｂ間の断面形状を示す図、（ｂ）は、Ｏ_２ガス混合比５０％のときのＲＳ−ＳｉＣの加工表面のＡＦＭ画像とそのＡ−Ｂ間の断面形状を示す図、（ｃ）は、Ｏ_２ガス混合比９０％のときのＲＳ−ＳｉＣの加工表面のＡＦＭ画像とそのＡ−Ｂ間の断面形状を示す図、（ｄ）は、Ｏ_２ガス混合比９５％としたときのＲＳ−ＳｉＣの加工表面のＡＦＭ画像とそのＡ−Ｂ間の断面形状を示す図である。

【0038】

図８（ａ）が示すように、ダイヤモンド・ラップ仕上げは表面粗さは良好だが加工変質層が全面に形成され、スクラッチも避けられない。図８（ｂ）が示すように、Ｏ_２ガス混合比５０％ではＳｉのエッチングレートが大きく、表面が荒れてしまう。図８（ｃ）が示すようにＯ_２ガス混合比９０％では良好な表面粗さが得られる。図８（ｄ）が示すようにＯ_２ガス混合比９５％とすると、逆にＳｉＣのエッチングレートが大きく、Ｓｉが突出する形で表面が荒れてしまう。

【0039】

これを断面構造の模式図で示したものが図９である。（ａ）〜（ｄ）は図８の（ａ）〜（ｄ）に対応したものである。図中（ａ）の表面の黒塗りの部分は加工変質層を表している。特に（ｂ）〜（ｄ）に示すように、多成分材料のプラズマエッチングで表面粗さを良好にすることが難しいのは各成分材料のエッチングレートのアンバランスであり、これが同じになるようにプラズマ生成条件（本例ではＯ_２ガス混合比）を設定することで、（ｃ）のような良好な表面粗さが得られるのである。

【0040】

ＲＳ−ＳｉＣは耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れ、高剛性、高熱伝導、低熱膨脹、低比重などの特性を持つため、これを効率よく低コストにダメージのない良好な表面粗さに加工することができる本発明によれば、ＲＳ−ＳｉＣを例えば宇宙望遠鏡用のミラーやガラスモールド非球面レンズの金型等に利用することができ、産業の発展に大きく貢献する。

【0041】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0042】

１ ＡＰ−ＰＣＶＭ装置
２ セラミック管
３ 空洞共振器
４ ノズル
９ 被加工物
３０ 内側導体
１１ 供給口
Ｇ 加工ギャップ
Ｐ１、Ｐ２ プラズマ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】