JP5081482B2 - ショットブラスト用マスク装置およびマスク方法 - Google Patents

Description

本発明は、ショットブラスト加工時に被加工部品の端部に発生するチッピングやクラック等の発生を低減して、高品質な加工部品を製造し得るショットブラスト用マスク装置およびマスク方法に関する。

近年、半導体製造装置用に使用されている炭化ケイ素（ＳｉＣ）部品は、熱容量の低減、軽量化、高温熱処理時の性能向上に向けて、半導体ウェハの接触面が薄膜化の傾向にある。

また、半導体ウェハの成膜時に該半導体ウェハの貼り付きを抑えるため、半導体ウェハとの接触面の表面粗さを粗くし、半導体ウェハと炭化ケイ素部品の表面との密着を防ぐ手法が採用されている。このような半導体ウェハとの接触面の表面粗さを粗くする加工方法としては、ダイヤモンド粒子などを吹き付けて荒らす、いわゆるショットブラスト製法が多く用いられている。

なお、ショットブラスト製法は、機械部品の溝形成（例えば、特開２００１−２４６５６４号公報に開示の「溝付き部材の製造方法およびブラスト装置」）や、半導体基板の凹部形成（特開２００２−１２０１５２号公報に開示の「半導体チップ、半導体ウェハ、半導体デバイスおよびその製造方法」）など、種々の分野に適用されている。
特開２００１−２４６５６４号公報 特開２００２−１２０１５２号公報

しかしながら、炭化ケイ素部品の半導体ウェハとの接触面の表面粗さを粗くする加工に、単にショットブラスト製法を適用した場合には、半導体ウェハの接触面が薄膜化の傾向にあるため、ショットブラストによって炭化ケイ素部品の端部にチッピング（欠け）や微小なクラックが入るなど、製品不良が発生するという事情があった。

つまり、図５（ａ）に示すように、ショットブラスト加工装置の噴射ノズル２０からブラスト材２２を炭化ケイ素部品１０の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、チッピングが発生しやすい端部の上面および側面からショットブラスト材が強く当たりやすくなり、薄膜化により強度も低いため、図５（ｂ）に示すように、チッピングが発生しやすくなるためと考えられる。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、ショットブラスト加工時に被加工部品の端部に発生するチッピングやクラック等の発生を低減して、高品質な加工部品を製造し得るショットブラスト用マスク装置およびマスク方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載のショットブラスト用マスク装置は、ショットブラスト加工装置の噴射ノズルからブラスト材を部材の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、前記部材の外周端面または内周端面を被覆するマスキング部材を備えたショットブラスト用マスク装置であって、前記マスキング部材の厚みは被覆面近傍において前記部材の厚みよりも所定値だけ厚く、前記マスキング部材は、ショットブラスト加工時に該マスキング部材の被覆端面が前記部材の外周端面または内周端面と密着して設置されることを特徴とする。

また、請求項２に記載のショットブラスト用マスク装置は、ショットブラスト加工装置の噴射ノズルからブラスト材を部材の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、前記部材の外周端面または内周端面を被覆するマスキング部材を備えたショットブラスト用マスク装置であって、前記マスキング部材の被覆端面は所定角度の傾斜断面を持ち、前記マスキング部材は、ショットブラスト加工時に該マスキング部材の被覆端面の上側端部が前記部材の外周端面または内周端面の上側端部を覆うように設置されることを特徴とする。

また、請求項３に記載のショットブラスト用マスク装置は、前記マスキング部材は、ショットブラスト加工時に前記部材の外周端面または内周端面の上側端部が該マスキング部材の被覆端面の一部と密着して設置されることを特徴とする。

また、請求項４に記載のショットブラスト用マスク方法は、ショットブラスト加工装置の噴射ノズルからブラスト材を部材の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、マスキング部材により前記部材の外周端面または内周端面を被覆するショットブラスト用マスク方法であって、前記マスキング部材の厚みは被覆面近傍において前記部材の厚みよりも所定値だけ厚く、前記マスキング部材は、ショットブラスト加工時に該マスキング部材の被覆端面が前記部材の外周端面または内周端面と密着して設置されることを特徴とする。

また、請求項５に記載のショットブラスト用マスク方法は、ショットブラスト加工装置の噴射ノズルからブラスト材を部材の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、マスキング部材により前記部材の外周端面または内周端面を被覆するショットブラスト用マスク方法であって、前記マスキング部材の被覆端面は所定角度の傾斜断面を持ち、前記マスキング部材は、ショットブラスト加工時に該マスキング部材の被覆端面の上側端部が前記部材の外周端面または内周端面の上側端部を覆うように設置されることを特徴とする。

さらに、請求項６に記載のショットブラスト用マスク方法は、前記マスキング部材は、ブラスト加工時に前記部材の外周端面または内周端面の上側端部が該マスキング部材の被覆端面の一部と密着して設置されることを特徴とする。

上記特徴の本発明のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法によれば、マスキング部材の厚みを部材の厚みよりも所定値だけ厚くし、マスキング部材の被覆端面を部材の外周端面または内周端面と密着して設置し、ショットブラスト加工装置の噴射ノズルからブラスト材を部材の表面に噴射させてショットブラスト加工を施すので、部材の端部の側面からブラスト材が直接当たることが無く、また適度なマスキング部材と部材の段差によりショットブラスト加工が施されない部分を作ることも無くなり、結果として、ショットブラスト加工時のチッピングやクラック等の発生を低減して、高品質な加工部品を製造し得るショットブラスト用マスク装置およびマスク方法を実現することができる。

また、上記特徴の本発明のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法によれば、マスキング部材の被覆端面に所定角度の傾斜断面を持たせて、マスキング部材の被覆端面の上側端部が部材の外周端面または内周端面の上側端部を覆い、また、部材の外周端面または内周端面の上側端部がマスキング部材の被覆端面の一部と密着するように設置し、ショットブラスト加工装置の噴射ノズルからブラスト材を部材の表面に噴射させてショットブラスト加工を施すので、部材の端部の側面からブラスト材が直接当たることが無く、また適度なマスキング部材と部材の段差によりショットブラスト加工が施されない部分を作ることも無くなり、結果として、ショットブラスト加工時のチッピングやクラック等の発生を低減して、高品質な加工部品を製造し得るショットブラスト用マスク装置およびマスク方法を実現することができる。また、加工部材１０の外周端面または内周端面の上側角部がマスキング部材１３の被覆端面の何れかの部分と必ず密着して設置することができるので、一サイズのマスキング部材で部材の加工公差等による寸法変化に対応できる。

以下、本発明のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法の実施例について、〔実施例１〕、〔実施例２〕の順に図面を参照して詳細に説明する。

ショットブラスト加工装置の噴射ノズルからブラスト材を加工部材の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、加工部材の端部にチッピングが発生しないようにするには、該加工部分にブラスト材が当たらないようにすれば良いが、それではショットブラスト加工本来の目的が達成できず、半導体ウェハ接触面の表面粗さが粗くならないため、加工部材表面への半導体ウェハの貼り付きが発生してしまう可能性がある。本発明のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法は、加工部材の端部側面からブラスト材が直接当たらないようにしつつ、加工部材の端部表面には適量のブラスト材が当たるようにして、ショットブラスト加工時のチッピングやクラック等の発生を低減して、高品質な加工部品を製造しようとするものである。

〔実施例１〕
図１は本発明の実施例１に係るショットブラスト用マスク装置を用いたショットブラスト加工を説明する説明図である。図１において、本実施例のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法は、マスキング部材１２により加工部材１０の外周端面または内周端面を被覆するものであって、マスキング部材１２の厚みｈ２は被覆面近傍において加工部材１０の厚みｈ１よりも所定値だけ厚く、マスキング部材１２の被覆端面が部材１０の外周端面または内周端面と密着して設置し、ショットブラスト加工装置の噴射ノズル２０からブラスト材２２を加工部材１０の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す。

ここで、加工部材１０は、例えば半導体製造装置用に使用される炭化ケイ素部品であり、半導体ウェハの成膜時に該半導体ウェハの貼り付きを抑えるため、半導体ウェハとの接触面の表面粗さを粗くして半導体ウェハと炭化ケイ素部品の表面との密着を防ぐ目的で、炭化ケイ素部品の表面にショットブラスト加工を施すものである。また、マスキング部材１２には、一般にマスキング部材として使用されているものと同様に、ゴム、樹脂等の比較的柔らかい素材を使用する。また、ブラスト材２２としては、例えばダイヤモンド粒子等を使用する。

上述のように、本実施例のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法では、被覆面近傍においてマスキング部材１２の厚みｈ２が加工部材１０の厚みｈ１以上となるマスキング部材１２を使用して、ショットブラスト加工時には、マスキング部材１２の被覆端面を加工部材１０の外周端面または内周端面と密着して設置する点に特徴があるが、その意図するところは、ショットブラスト加工装置の噴射ノズル２０からブラスト材２２を加工部材１０の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、加工部材１０の端部の側面からブラスト材２２が直接当たらないようにすることにある。

つまり、加工部材１０の端部の角部側面にブラスト材２２が直接当たらないようにするために、マスキング部材１２の被覆端面を加工部材１０の外周端面または内周端面と密着して設置したときに、加工部材１０のショットブラスト加工面とマスキング部材１２の表面によって段差ができるようにしている。また、マスキング部材１２と加工部材１０の厚みの差が大きすぎると、その段差が作る影によってブラスト材２２が当たらない部分、即ちショットブラスト加工が施されない部分が生成されることになり、適度なマスキング部材１２と加工部材１０の段差となるように、加工部材１０の厚みｈ１に応じたマスキング部材１２の厚みｈ２の設定が肝要となる。

したがって、マスキング部材１２の厚みｈ２は、厚みｈ１が数［ｍｍ］程度の加工部材１０に対して、「加工部材１０の厚みｈ１＋０〜５［ｍｍ］」とするのが望ましい。つまり、マスキング部材１２と加工部材１０の段差の高さを０〜５［ｍｍ］とするのが望ましい。

次に、本実施例のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法の適用例について、図２および図３を参照して説明する。

まず、加工部材１０がリング状の部材である場合について説明する。図２は、加工部材１０をリング状の部材としたときの（ａ），（ｂ）ショットブラスト加工の説明図および（ｃ）加工部材の外観図である。

図２（ｃ）に示すように、リング状の部材にも外周が円形状のもの１０ｃや多角形状のもの１０ｄなど種々の形状があるが、この場合、ブラスト加工を施す箇所は上面であり、マスキング部材は、リング状加工部材１０ｃ，１０ｄそれぞれの中空部分の形状をその外観形状として持ち、ショットブラスト加工時には、マスキング部材の被覆端面である外周端面とリング状加工部材１０ｃ，１０ｄの内周端面とが密着するように、リング状加工部材１０ｃ，１０ｄの中空部分に該マスキング部材を嵌め込んで設置されることになる。

次に、加工部材１０が盤状の部材である場合について説明する。図３は、加工部材１０を盤状の部材としたときの（ａ）ショットブラスト加工の説明図および（ｂ）加工部材の外観図である。

図３（ｂ）に示すように、盤状の部材にも外周が円形状のもの１０ｆや多角形状のもの１０ｇなど種々の形状があるが、この場合、ブラスト加工を施す箇所は上面であり、マスキング部材は、盤状加工部材１０ｆ，１０ｇそれぞれの形状をその中空部分の外観形状として持ち、ショットブラスト加工時には、マスキング部材の被覆端面である内周端面と盤状加工部材１０ｆ，１０ｇの外周端面とが密着するように、該マスキング部材の中空部分に盤状加工部材１０ｆ，１０ｇを嵌め込んで設置されることになる。また、マスキング部材の厚みについては、図３（ａ）に示すように、被覆面近傍においてマスキング部材１２ｅの厚みがそれぞれ盤状加工部材１０ｅの厚み以上となるマスキング部材１２ｅが使用される。

以上説明したように、本実施例のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法では、ショットブラスト加工装置の噴射ノズル２０からブラスト材２２を加工部材１０の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、加工部材１０の外周端面または内周端面を被覆するマスキング部材１２を備えたショットブラスト用マスク装置であって、マスキング部材１２の厚みは被覆面近傍において加工部材１０の厚みよりも所定値だけ厚く、マスキング部材１２は、ショットブラスト加工時に該マスキング部材１２の被覆端面が加工部材１０の外周端面または内周端面と密着して設置される。

このように、マスキング部材１２の厚みを加工部材１０の厚みよりも所定値だけ厚くし、マスキング部材１２の被覆端面を加工部材１０の外周端面または内周端面と密着して設置し、ショットブラスト加工装置の噴射ノズルからブラスト材を加工部材１０の表面に噴射させてショットブラスト加工を施すので、加工部材１０の端部の側面からブラスト材が直接当たることが無く、加工部材１０の端部の上側角部にチッピングが殆ど発生しなくなる。また、適度なマスキング部材１２と部材１０の段差によりブラスト加工が施されない部分を作ることも無くなるので、結果として、ショットブラスト加工時のチッピングやクラック等の発生を低減して、高品質な加工部品を製造し得るショットブラスト用マスク装置およびマスク方法を実現することができる。

また、従来では、ショットブラスト加工において、加工部材１０の端部の上側角部にチッピングが発生する懸念があったために、短時間の弱いショットブラスト加工しかできなかったが、本実施例のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法ではチッピング発生のリスクが低減されるため、表面をショットブラスト加工によってより一層粗荒らすことが可能となり、加工部材１０が半導体製造装置用に使用される炭化ケイ素部品である場合、半導体ウェハの貼り付き等の不具合対策をより確実に行うことができる。

〔実施例２〕
図４は本発明の実施例２に係るショットブラスト用マスク装置を用いたショットブラスト加工を説明する説明図である。図４において、本実施例のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法は、マスキング部材１３により加工部材１０の外周端面または内周端面を被覆するものであって、マスキング部材１３の被覆端面に所定角度の傾斜断面を持たせ、マスキング部材１３の被覆端面の上側端部が加工部材１０の外周端面または内周端面の上側端部を覆うように設置し、ショットブラスト加工装置の噴射ノズル２０からブラスト材２２を加工部材１０の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す。

また、このとき、マスキング部材１３は、加工部材１０の外周端面または内周端面の上側端部が該マスキング部材１３の被覆端面の一部と密着して設置されることが望ましい。なお、加工部材１０の適用、マスキング部材１２およびブラスト材２２の材質等については実施例１と同様である。としては、例えばダイヤモンド粒子等を使用する。

実施例１のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法において、上記効果をより高めるには、加工部材１０の端部の上側角部とマスキング部材１２の被覆端面とが密着し、ブラスト材２２が加工部材１０の端部の側面に入り込まないようにする必要がある。しかし、加工部材１０がリング状の形状を持つ場合などでは、加工公差等により加工部材１０の直径が微妙に変化して、一サイズのマスキング部材１２では対応できず、その都度寸法に合わせてマスキング部材１２を製作しなくてはならないといった事情がある。

そこで、本実施例では、マスキング部材１３の被覆端面に所定角度の傾斜断面を持たせ、加工部材１０の直径が微妙に変化したとしても、加工部材１０の外周端面または内周端面の上側角部がマスキング部材１３の被覆端面の一部と必ず密着して設置させることができ、一サイズのマスキング部材１３で加工部材１０の加工公差等による寸法変化に対応可能なマスキング部材１３を提案する。

マスキング部材１３が被覆端面に持つ傾斜の角度ｄは、９０〜１２０［度］程度が好ましい。なお、この傾斜角度ｄが大きすぎると、マスキング部材１３の被覆端面の上側端部による影が広くなって、加工部材１０の端部表面を十分に荒らすことができず、加工部材１０が半導体製造装置用に使用される炭化ケイ素部品である場合、半導体ウェハの貼り付き等の不具合が発生してしまうこととなる。

なお、加工部材１０の外周端面または内周端面の上側端部がマスキング部材１３の被覆端面の一部と密着するように設置するための手法としては、図４に示すように、加工部材１０およびマスキング部材１３を設置する台座に段差をつけて調整する方法や、或いは、加工部材１０およびマスキング部材１３の台座を、それぞれ独立して高さ位置調整可能な台座構造とする方法など、種々考えられる。

このように、加工部材１０およびまたはマスキング部材１３の設置の高さを調整することにより、加工部材１０の外周端面または内周端面の上側角部がマスキング部材１３の被覆端面の何れかの部分と必ず密着して設置することが可能となる。

以上説明したように、本実施例のショットブラスト用マスク装置およびマスク方法では、ショットブラスト加工装置の噴射ノズル２０からブラスト材２２を加工部材１０の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、加工部材１０の外周端面または内周端面を被覆するマスキング部材１３を備えたショットブラスト用マスク装置であって、マスキング部材１３の被覆端面は所定角度の傾斜断面を持ち、マスキング部材１３は、ショットブラスト加工時に該マスキング部材１３の被覆端面の上側端部が加工部材１０の外周端面または内周端面の上側端部を覆うように設置される。また、マスキング部材１３は、加工部材１０の外周端面または内周端面の上側端部が該マスキング部材１３の被覆端面の一部と密着して設置されることが望ましい。

これにより、実施例１と同様に、ショットブラスト加工時のチッピングやクラック等の発生を低減して、高品質な加工部品を製造し得るショットブラスト用マスク装置およびマスク方法を実現することができると共に、一サイズのマスキング部材１３で加工部材１０の加工公差等による寸法変化に対応可能とすることができる。

本発明の実施例１に係るショットブラスト用マスク装置を用いたショットブラスト加工を説明する説明図である。 加工部材をリング状の部材としたときの（ａ），（ｂ）ショットブラスト加工の説明図および（ｃ）加工部材の外観図である。 加工部材を盤状の部材としたときの（ａ）ショットブラスト加工の説明図および（ｂ）加工部材の外観図である。 本発明の実施例２に係るショットブラスト用マスク装置を用いたショットブラスト加工を説明する説明図である。 従来のショットブラスト加工の説明図である。

符号の説明

１０，１０ａ〜１０ｇ 加工部材（部材）
１２，１０ａ〜１０ｅ マスキング部材
１３ マスキング部材
２０ ショットブラスト加工装置の噴射ノズル
２２ ブラスト材

Claims (8)

1. ショットブラスト加工装置の噴射ノズルからダイヤモンド粒子を炭化ケイ素部品の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、前記炭化ケイ素部品の外周端面または内周端面を被覆するマスキング部材を備えたショットブラスト用マスク装置であって、
   前記ショットブラスト加工が施される表面と前記外周端面または内周端面とが成す角度は、直角であり、
   前記マスキング部材の厚みは被覆面近傍において前記炭化ケイ素部品の厚みよりも所定値だけ厚く、
   前記マスキング部材は、ショットブラスト加工時に該マスキング部材の被覆端面が前記炭化ケイ素部品の外周端面または内周端面と密着して設置されることを特徴とするショットブラスト用マスク装置。
2. 前記ショットブラスト加工が施される表面と、前記外周端面または内周端面とは、直接接していることを特徴とする請求項１に記載のショットブラスト用マスク装置。
3. 前記所定値は、０−５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のショットブラスト用マスク装置。
4. 前記マスキング部材は、ゴムまたは樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のショットブラスト用マスク装置。
5. ショットブラスト加工装置の噴射ノズルからダイヤモンド粒子を炭化ケイ素部品の表面に噴射させてショットブラスト加工を施す際に、マスキング部材により前記炭化ケイ素部品の外周端面または内周端面を被覆するショットブラスト用マスク方法であって、
   前記ショットブラスト加工が施される表面と前記外周端面または内周端面とが成す角度は、直角であり、
   前記マスキング部材の厚みは被覆面近傍において前記炭化ケイ素部品の厚みよりも所定値だけ厚く、
   前記マスキング部材は、ショットブラスト加工時に該マスキング部材の被覆端面が前記炭化ケイ素部品の外周端面または内周端面と密着して設置されることを特徴とするショットブラスト用マスク方法。
6. 前記ショットブラスト加工が施される表面と、前記外周端面または内周端面とは、直接接していることを特徴とする請求項５に記載のショットブラスト用マスク方法。
7. 前記所定値は、０−５ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載のショットブラスト用マスク方法。
8. 前記マスキング部材は、ゴムまたは樹脂であることを特徴とする請求項５に記載のショットブラスト用マスク方法。

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