(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ、ＧａＮ又は超硬合金からなる難加工材料を、スクラッチや加工変質層を導入せずに高能率で加工する難加工材料の精密加工方法であって、
不活性ガスと、Ｈ2ＯとＨ2Ｏ2の一方又は双方を含む雰囲気中に高周波電力を投入して発生させた大気圧プラズマによってＯＨラジカルを生成し、この反応性の高いＯＨラジカルを難加工材料の表面に作用させて酸化し、難加工材料の表面に該難加工材料よりも軟質な酸化物層からなる表面改質層を形成する表面改質プロセスと、
モース硬度が前記難加工材料と表面改質層の中間硬度を有する研磨材料を用い、難加工材料に対してスクラッチや加工変質層を導入せず、且つ難加工材料よりも前記表面改質層に対する除去レートが高い研磨機構によって該表面改質層を選択的に除去する研磨プロセスと、
を含み、同じ加工装置で前記表面改質プロセスと研磨プロセスを交互に繰り返し、あるいは同時に進行させて加工することを特徴とする難加工材料の精密加工方法。
【請求項２】
前記表面改質プロセスによる表面改質層の厚さ増加速度の変化率が、表面改質層の厚さが増すにつれて漸減する改質機構である請求項１記載の難加工材料の精密加工方法。
【請求項３】
ＳｉＣ、ＧａＮ又は超硬合金からなる難加工材料を、スクラッチや加工変質層を導入せずに高能率で加工する難加工材料の精密加工装置であって、
難加工材料と研磨体とを接触状態で相対的に移動させて、該難加工材料の表面を研磨する駆動機構を備えるとともに、難加工材料の表面近傍でプラズマを発生させるための空間を設けるとともに、大気圧下で前記空間に不活性ガスとＨ2ＯとＨ2Ｏ2の一方又は双方を含む酸化性ガスを供給するガス供給手段を設け、更に前記空間に高周波電力を投入する電力供給手段を有し、前記空間に投入した高周波電力によって不活性ガスと酸化性ガスからなる大気圧プラズマを発生させ、大気圧プラズマによって生成した反応性の高いＯＨラジカルを難加工材料の表面に作用させて該難加工材料よりも軟質な酸化物層からなる表面改質層を形成し、前記研磨体に用いる研磨材料のモース硬度が前記難加工材料と表面改質層の中間硬度を有し、難加工材料に対してスクラッチや加工変質層を導入せず、且つ難加工材料よりも前記表面改質層に対する除去レートが高い材料であり、同じ加工装置でプラズマによる表面改質と機械研磨を交互に繰り返し、あるいは同時に進行させて加工することを特徴とする難加工材料の精密加工装置。
【請求項４】
前記難加工材料を保持して駆動する保持テーブルと、前記難加工材料の表面に所定押圧力で前記研磨体である研磨ヘッドを接触させながら回転する研磨ヘッド駆動手段とを備え、前記研磨ヘッドは、導電性のヘッド本体に少なくとも表面に前記研磨材料を設けた研磨パッドを、前記空間を形成して固定するとともに、前記ヘッド本体に前記空間へ連通したガス供給孔を形成したものであり、前記保持テーブル又は難加工材料と前記研磨ヘッドの間に前記電力供給手段から高周波電力を印加し、前記空間に大気圧プラズマを発生させる請求項３記載の難加工材料の精密加工装置。
【請求項５】
前記難加工材料を保持して駆動する保持テーブルと、前記難加工材料の表面に所定押圧力で前記研磨体である研磨ヘッドを接触させながら回転する研磨ヘッド駆動手段とを備え、前記研磨ヘッドは、導電性のヘッド本体の内部に通気性の多孔質金属板と該多孔質金属板にガスを供給するガス供給孔を形成するとともに、少なくとも表面に前記研磨材料を設けた通気性の多孔質研磨パッド又は複数の貫通孔が形成された研磨パッドを、前記多孔質金属板に積層状態で設け、前記多孔質研磨パッドの気孔又は研磨パッドの貫通孔がプラズマを発生させる前記空間となっており、前記保持テーブル又は難加工材料と前記研磨ヘッドの間に前記電力供給手段から高周波電力を印加し、前記空間に大気圧プラズマを発生させる請求項３記載の難加工材料の精密加工装置。
【請求項６】
前記難加工材料を保持して駆動する保持テーブルと、前記難加工材料の表面に所定押圧力で前記研磨体である研磨ヘッドを接触させながら回転する研磨ヘッド駆動手段とを備え、前記研磨ヘッドは、絶縁性のヘッド本体に少なくとも表面に前記研磨材料を設けた研磨パッドを、前記空間を形成して固定するとともに、前記ヘッド本体に前記空間へ連通したガス供給孔を形成した軸部を有し、該軸部の周囲に設けたコイル又は対向電極に前記電力供給手段から高周波電力を印加し、前記ガス供給孔から空間に大気圧プラズマを発生させる請求項３記載の難加工材料の精密加工装置。
【請求項７】
少なくとも表面に前記研磨材料を設けた表裏方向に通気性を有する前記研磨体である研磨定盤を保持して回転する研磨テーブルと、前記難加工材料を保持し、所定押圧力で接触させながら回転する導電性の加工物ホルダーとを備え、前記研磨テーブルは、導電性のテーブル本体の回転軸部に前記研磨定盤の裏面側にガスを供給するガス供給孔を設け、前記研磨定盤の表面近傍に前記空間を設け、前記加工物ホルダー又は難加工材料と前記研磨テーブルの間に前記電力供給手段から高周波電力を印加し、前記空間に大気圧プラズマを発生させる請求項３記載の難加工材料の精密加工装置。
【請求項８】
前記研磨定盤が、通気性を有する多孔質板、複数の貫通孔を形成した板材、複数の貫通孔を形成するとともに、表面側の貫通孔の周囲に凹部を形成した板材、表面に複数の凹溝を平行に設けるとともに、該凹溝に連通する複数の貫通孔を形成した板材、表面に複数の凹溝を平行且つ交差状に設けるとともに、該凹溝に連通する複数の貫通孔を形成した板材の何れか１種である請求項７記載の難加工材料の精密加工装置。
【請求項９】
前記難加工材料を保持して駆動する保持テーブルと、前記難加工材料の表面に所定押圧力で前記研磨体である研磨ヘッドを接触させながら回転するとともに、三次元的に駆動する研磨ヘッド駆動手段とを備え、前記研磨ヘッドは、先端部に回転対称曲面を有し、内部に空洞部を有する導電性のパイプ状本体と、該パイプ状本体の先端部の外面に少なくとも表面に前記研磨材料を設けた研磨パッドを、前記空間を形成して固定するとともに、前記空洞部から前記空間へ連通した複数のガス供給孔を形成したものであり、前記保持テーブル又は難加工材料と前記研磨ヘッドの間に前記電力供給手段から高周波電力を印加し、前記空間に大気圧プラズマを発生させる請求項３記載の難加工材料の精密加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、難加工材料の精密加工方法及びその装置に係わり、更に詳しくはＳｉＣ、ＧａＮ又はＷＣ等の超硬合金を始めとする難加工材料をプラズマ処理と機械研磨を複合させて高能率且つ高精密に加工する方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空宇宙、原子力、電子機器、自動車などの各種分野において、製品の小型化、軽量化及び高性能化の要求が高まる中で、より軽量・高強度・耐熱性の高い素材である難加工材料の適用が進んでいる。しかし、難加工材料は一般的に熱伝導率が低い、加工硬化しやすいという特徴を持つため、加工する際に工具寿命が短い、寸法精度が出しにくいなどの諸問題を抱えており、生産性の向上を妨げている。高精度ガラスモールド用の金型材料には、耐摩耗性、耐熱性、化学的安定性等が要求されるため、高硬度の難加工材料が用いられる。この金型材料の中でも代表的な高硬度材料として多結晶ＣＶＤ−ＳｉＣやＷＣ等の超硬合金が挙げられる。しかしながら、これらの材料は高硬度ゆえに最終仕上げ研磨工程においてはダイヤモンドの微細砥粒が用いられるため、これにより平坦化は可能であるが、スクラッチや加工変質層の生成は免れない。
【０００３】
一方、単結晶のＳｉＣやＧａＮ基板は、Ｓｉに比べてエネルギーバンドギャップが大きく、また熱伝導率や絶縁破壊電圧も格段に大きな値を持つ半導体であるため、次世代のパワーデバイス用半導体材料として期待されている。このような単結晶のＳｉＣやＧａＮ基板は、ダイヤモンド砥粒を設けたワイヤーソー等でスライスし、その切断面はダイヤモンド砥粒を用いたラッピングで平坦化している。この場合も基板表面にスクラッチや加工変質層が存在すると、本来有する優れた電子物性を十分に発揮できないので、表面にできるだけダメージを導入せずに仕上げることが要求されている。このような仕上げ加工方法として、種々のＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)プロセスが研究開発されている。ＣＭＰは、薬液と砥粒を用いることによって、化学的かつ機械的に基板を平坦化する技術であり、配線上絶縁膜の段差解消や、メタル配線における金属材料の平坦加工など、現在のデバイス製造プロセスにおいて重要な役割を担っている。しかしながら、ＳｉＣおよびＧａＮは高硬度かつ化学的に不活性であり、デバイスグレードのエピタキシャル成長用の基板として使用できるレベルの表面品位は得られていない。また、加工速度が０．５μｍ／ｈ以下と極端に遅いため、生産性が悪い。
【０００４】
また、特許文献１には、導電性物質の外周部に研磨砥粒を固着した工具を用い、ラジカルを含むプロセスガスを半導体基板の被研磨面に供給することで前記被研磨面の所定の領域をエッチングする工程、前記工具の研磨砥粒を前記被研磨面に接触させた状態で前記被研磨面の所定の領域を機械的に研磨する工程、前記ラジカルを含むプロセスガスを前記被研磨面に供給することで前記半導体基板をエッチングする状況下で、前記工具の研磨砥粒を前記被研磨面に接触させた状態で前記被研磨面の所定の領域を機械的に研磨する工程、の選択された２以上の工程を有する半導体装置の製造方法が記載されている。更に、前記工程において生じた残渣物を前記工具により除去することも開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、鏡面研磨が施されたＳｉＣ単結晶基板の表面をプラズマにより酸化し、酸化層を前記ＳｉＣ単結晶基板の表面に形成する工程と、前記酸化層の少なくと
も一部を反応性イオンエッチングにより除去する工程とを複数回繰り返し、更に酸化層を形成した前記ＳｉＣ単結晶基板の表面を化学的機械研磨法により研磨する工程を包含するＳｉＣ単結晶基板の製造方法が記載されている。ここで、プラズマによる酸化工程は、圧力が１０-1〜１０2Ｐａ程度の減圧された酸素雰囲気又は酸素及びＡｒ等の不活性ガスを含む雰囲気で行うことが開示されている。尚、最後に行う化学的機械研磨は、反応性イオンエッチング中に衝突したイオンによるダメージを除去するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４６３３９号公報
【特許文献２】特許第３７６１５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
機械加工は、一般的に工具と被削材との硬度差を利用するため、金型用材料やＳｉＣ等の高硬度・脆性・難削材料に対しては、加工能率が低下するとともに、高硬度砥粒の適用によるスクラッチや加工変質層の生成を抑制することは困難である。一方、加工能率が被削材の硬度には直接依存しない加工法として、放電加工や化学エッチング（ドライ、ウエット）等の物理化学的な加工法が挙げられるが、原理的に機械加工におけるラッピングやポリシングによって得られるレベルの平坦度やマイクロラフネスを実現することは難しい。研磨プロセスにおいては砥粒の接触点における局所的な高温・高圧場の形成によるメカノケミカル効果を利用した高能率加工やスラリーのｐＨ制御による材料表面の軟質化を援用したＣＭＰ等が開発されており、サファイヤ基板の平坦化やシリコンベースの半導体デバイス製造プロセス等において実用化されているが、金型材や高硬度半導体・セラミック材料(ＳｉＣ，ＧａＮ，Ｓｉ3Ｎ4)に対しては、その効果は認められるもののさらなる高能率化が要求されている。
【０００８】
また、特許文献１では、プラズマエッチングと機械研磨を複合化した加工方法であるが、その目的はプラズマＣＶＭ(Chemical Vaporization Machining)では加工が困難な薄膜、例えばＡｕ膜が形成されている場合等において、先ず機械研磨によって半導体基板を構成するＳｉを露出させることにより、その後のプラズマＣＶＭによる加工を行うことができるようにすることにある。従って、高硬度の難加工材料を加工する方法を開示しているのではない。また、特許文献２は、プラズマ酸化と反応性イオンエッチングとを複合化した加工方法であるが、どちらも等方的な処理であるので、プロセスに平坦化の機構はないのである。ま、低圧酸素プラズマを用いて酸化させるため酸化速度は遅く、その上、反応性イオンエッチングによるダメージの生成は避けられず、最後にこのダメージをＣＭＰで除去することが必要になり、加工効率は悪い。
【０００９】
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、ＳｉＣ、ＧａＮ又はＷＣ等の超硬合金を始めとする難加工材料の表面に、大気圧プラズマで生成した高密度ラジカルを照射することによって、ラッピングやポリシング等の機械研磨で容易に除去が可能になるように表面の機械的性質を改質し、スクラッチフリー、ダメージフリーの高品位表面を高能率に創成することが可能な難加工材料の精密加工方法及びその装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前述の課題解決のために、ＳｉＣ、ＧａＮ又は超硬合金からなる難加工材料を、スクラッチや加工変質層を導入せずに高能率で加工する難加工材料の精密加工方法であって、不活性ガスと、Ｈ2ＯとＨ2Ｏ2の一方又は双方を含む雰囲気中に高周波電力を投入して発生させた大気圧プラズマによってＯＨラジカルを生成し、この反応性の高いＯＨラジカルを難加工材料の表面に作用させて酸化し、難加工材料の表面に該難加工材料よりも軟質な酸化物層からなる表面改質層を形成する表面改質プロセスと、モース硬度が前記難加工材料と表面改質層の中間硬度を有する研磨材料を用い、難加工材料に対してスクラッチや加工変質層を導入せず、且つ難加工材料よりも前記表面改質層に対する除去レートが高い研磨機構によって該表面改質層を選択的に除去する研磨プロセスと、を含み、同じ加工装置で前記表面改質プロセスと研磨プロセスを交互に繰り返し、あるいは同時に進行させて加工することを特徴とする難加工材料の精密加工方法を構成した（請求項１）。
【００１１】
そして、前記表面改質プロセスによる表面改質層の厚さ増加速度の変化率が、表面改質層の厚さが増すにつれて漸減する改質機構であることが好ましい（請求項２）。
【００１２】
そして、本発明は、ＳｉＣ、ＧａＮ又は超硬合金からなる難加工材料を、スクラッチや加工変質層を導入せずに高能率で加工する難加工材料の精密加工装置であって、難加工材料と研磨体とを接触状態で相対的に移動させて、該難加工材料の表面を研磨する駆動機構を備えるとともに、難加工材料の表面近傍でプラズマを発生させるための空間を設けるとともに、大気圧下で前記空間に不活性ガスとＨ2ＯとＨ2Ｏ2の一方又は双方を含む酸化性ガスを供給するガス供給手段を設け、更に前記空間に高周波電力を投入する電力供給手段を有し、前記空間に投入した高周波電力によって不活性ガスと酸化性ガスからなる大気圧プラズマを発生させ、大気圧プラズマによって生成した反応性の高いＯＨラジカルを難加工材料の表面に作用させて該難加工材料よりも軟質な酸化物層からなる表面改質層を形成し、前記研磨体に用いる研磨材料のモース硬度が前記難加工材料と表面改質層の中間硬度を有し、難加工材料に対してスクラッチや加工変質層を導入せず、且つ難加工材料よりも前記表面改質層に対する除去レートが高い材料であり、同じ加工装置でプラズマによる表面改質と機械研磨を交互に繰り返し、あるいは同時に進行させて加工することを特徴とする難加工材料の精密加工装置を構成した（請求項３）。
【００１３】
具体的には、本発明の難加工材料の精密加工装置は、前記難加工材料を保持して駆動する保持テーブルと、前記難加工材料の表面に所定押圧力で前記研磨体である研磨ヘッドを接触させながら回転する研磨ヘッド駆動手段とを備え、前記研磨ヘッドは、導電性のヘッド本体に少なくとも表面に前記研磨材料を設けた研磨パッドを、前記空間を形成して固定するとともに、前記ヘッド本体に前記空間へ連通したガス供給孔を形成したものであり、前記保持テーブル又は難加工材料と前記研磨ヘッドの間に前記電力供給手段から高周波電力を印加し、前記空間に大気圧プラズマを発生させるのである（請求項４）。
【００１４】
あるいは、本発明の難加工材料の精密加工装置は、前記難加工材料を保持して駆動する保持テーブルと、前記難加工材料の表面に所定押圧力で前記研磨体である研磨ヘッドを接触させながら回転する研磨ヘッド駆動手段とを備え、前記研磨ヘッドは、導電性のヘッド本体の内部に通気性の多孔質金属板と該多孔質金属板にガスを供給するガス供給孔を形成するとともに、少なくとも表面に前記研磨材料を設けた通気性の多孔質研磨パッド又は複数の貫通孔が形成された研磨パッドを、前記多孔質金属板に積層状態で設け、前記多孔質研磨パッドの気孔又は研磨パッドの貫通孔がプラズマを発生させる前記空間となっており、前記保持テーブル又は難加工材料と前記研磨ヘッドの間に前記電力供給手段から高周波電力を印加し、前記空間に大気圧プラズマを発生させるものである（請求項５）。
【００１５】
あるいは、本発明の難加工材料の精密加工装置は、前記難加工材料を保持して駆動する保持テーブルと、前記難加工材料の表面に所定押圧力で前記研磨体である研磨ヘッドを接触させながら回転する研磨ヘッド駆動手段とを備え、前記研磨ヘッドは、絶縁性のヘッド本体に少なくとも表面に前記研磨材料を設けた研磨パッドを、前記空間を形成して固定するとともに、前記ヘッド本体に前記空間へ連通したガス供給孔を形成した軸部を有し、該
軸部の周囲に設けたコイル又は対向電極に前記電力供給手段から高周波電力を印加し、前記ガス供給孔から空間に大気圧プラズマを発生させるものである（請求項６）。
【００１６】
あるいは、本発明の難加工材料の精密加工装置は、少なくとも表面に前記研磨材料を設けた表裏方向に通気性を有する前記研磨体である研磨定盤を保持して回転する研磨テーブルと、前記難加工材料を保持し、所定押圧力で接触させながら回転する導電性の加工物ホルダーとを備え、前記研磨テーブルは、導電性のテーブル本体の回転軸部に前記研磨定盤の裏面側にガスを供給するガス供給孔を設け、前記研磨定盤の表面近傍に前記空間を設け、前記加工物ホルダー又は難加工材料と前記研磨テーブルの間に前記電力供給手段から高周波電力を印加し、前記空間に大気圧プラズマを発生させるものである（請求項７）。
【００１７】
この場合、前記研磨定盤が、通気性を有する多孔質板、複数の貫通孔を形成した板材、複数の貫通孔を形成するとともに、表面側の貫通孔の周囲に凹部を形成した板材、表面に複数の凹溝を平行に設けるとともに、該凹溝に連通する複数の貫通孔を形成した板材、表面に複数の凹溝を平行且つ交差状に設けるとともに、該凹溝に連通する複数の貫通孔を形成した板材の何れか１種であることが好ましい（請求項８）。
【００１８】
また、本発明の難加工材料の精密加工装置は、前記難加工材料を保持して駆動する保持テーブルと、前記難加工材料の表面に所定押圧力で前記研磨体である研磨ヘッドを接触させながら回転するとともに、三次元的に駆動する研磨ヘッド駆動手段とを備え、前記研磨ヘッドは、先端部に回転対称曲面を有し、内部に空洞部を有する導電性のパイプ状本体と、該パイプ状本体の先端部の外面に少なくとも表面に前記研磨材料を設けた研磨パッドを、前記空間を形成して固定するとともに、前記空洞部から前記空間へ連通した複数のガス供給孔を形成したものであり、前記保持テーブル又は難加工材料と前記研磨ヘッドの間に前記電力供給手段から高周波電力を印加し、前記空間に大気圧プラズマを発生させるものである（請求項９）。
【発明の効果】
【００１９】
以上にしてなる本発明の難加工材料の精密加工方法及びその装置は、大気圧プラズマによって生成した活性なＯＨラジカルの照射によって加工物表面を酸化し、硬度や剥離強度等の機械的性質を低下させ、平坦化並びに平滑化能力に優れた機械加工法を適用することで、高能率化と高品位化を両立させることができる。大気圧プラズマを用いると酸化力が大きなＯＨラジカルを容易にかつ高密度に生成できるため、ほとんどの材料に対する表面改質効果が期待できる。したがって、本発明は、化学的な反応性の高い大気圧プラズマプロセスと仕上げ能力の高い機械加工プロセスとを融合するという点において斬新であり、従来技術では困難であったＳｉＣ、ＧａＮ又は超硬合金からなる難削材料の高能率・高品位加工プロセスを実現することができる。また、表面改質プロセスと研磨プロセスを同じ加工装置で時間差を設けて実行する又は同時に実行することにより、加工材料の搬送やセッティングの手間が省けるとともに、加工効率の向上を図ることができる。また、大気圧プラズマによる表面改質プロセスで酸化された難加工材料表面の酸化物層の除去を機械的に行うため、プラズマエッチングにおける等方的エッチングの問題点を解決でき、更に機械的な研磨によって、常に新しい加工物の表面が露出するので、プラズマ改質の効率が格段に向上するのである。
【００２０】
本発明の大気圧プラズマ援用加工は、難加工材料の加工を容易化するプロセスにおいて律速段階と推測される酸化等の表面改質過程を、高密度ラジカル酸化種の照射により高能率化することで加工能率を大幅に向上させることに特色がある。それにより、金型材料のみならず次世代半導体デバイス用基板、あるいは工具材料の高能率・高品位加工の実現が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の加工原理を示す説明図である。
【図２】本発明の加工原理を確認するための実証実験装置の簡略断面図である。
【図３】Ｈｅ+Ｈ2Ｏプラズマで処理した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の触針粗さ計による測定結果を示すグラフである。
【図４】Ｈｅ+Ｏ2プラズマで処理した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の触針粗さ計による測定結果を示すグラフである。
【図５】Ｈｅ+Ｈ2Ｏプラズマにおける発光分光測定結果を示すグラフである。
【図６】任意ガス雰囲気でプラズマ処理した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板のＸＰＳ測定結果を示し、Ｓｉ２ｐ軌道スペクトルのグラフである。
【図７】任意ガス雰囲気でプラズマ処理した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板のＸＰＳ測定結果を示し、Ｏ１ｓ軌道スペクトルのグラフである。
【図８】Ｈｅ＋Ｈ2Ｏプラズマ処理した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板のＨＦ浸漬後の触針粗さ計による測定結果を示すグラフである。
【図９】各種表面改質した４Ｈ−ＳｉＣ基板のボールオンディスク摩擦摩耗試験後、触針粗さ計による測定結果を示すグラフである。
【図１０】４Ｈ−ＳｉＣ基板をＨｅ＋Ｈ2Ｏプラズマ処理したときのプラズマ照射時間と酸化膜厚の関係を示すグラフである。
【図１１】４Ｈ−ＳｉＣ基板とＷＣをＨｅ＋Ｈ2Ｏプラズマ処理したときの表面硬度の変化を示すグラフである。
【図１２】４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）Ｓｉ面の平滑化加工結果であり、（ａ）は未加工表面のマイケルソン型位相シフト干渉顕微鏡によるSlope像であり、（ｂ）は加工表面のSlope像である。
【図１３】ＷＣ焼結体の平滑化加工結果であり、（ａ）は未加工表面のマイケルソン型位相シフト干渉顕微鏡によるSlope像であり、（ｂ）は加工表面のSlope像である。
【図１４】第１実施例の精密加工装置を示す簡略断面図である。
【図１５】研磨ヘッドの詳細を示し、（ａ）は研磨ヘッドの拡大断面図、（ｂ）は研磨ヘッドの研磨面の平面図、（ｃ）は研磨ヘッドの変形例を示す研磨面の平面図である。
【図１６】第２実施例の精密加工装置の研磨ヘッドの詳細を示し、（ａ）は研磨ヘッドの拡大断面図、（ｂ）は多孔質研磨パッドの断面図、（ｃ）は多数の貫通孔を有する研磨パッドの断面図である。
【図１７】第３実施例の精密加工装置の研磨ヘッドの詳細を示し、誘導結合型でプラズマを発生する方式の断面図である。
【図１８】第３実施例の精密加工装置の研磨ヘッドの詳細を示し、容量結合型でプラズマを発生させる方式の断面図である。
【図１９】第４実施例の精密加工装置の要部の拡大断面図である。
【図２０】第４実施例の精密加工装置に使用する研磨定盤を示し，（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２１】第４実施例の精密加工装置に使用する他の形態の研磨定盤を示し，（ａ）は研磨定盤の平面図、（ｂ）は研磨定盤の断面図、（ｃ）は研磨定盤の変形例の断面図である。
【図２２】第４実施例の精密加工装置に使用する更に他の形態の研磨定盤を示し，（ａ）は研磨定盤の平面図、（ｂ）は研磨定盤の断面図である。
【図２３】第５実施例の精密加工装置を示し、（ａ）は要部の断面図、（ｂ）は要部の拡大断面図である
【図２４】第６実施例の精密加工装置を示す簡略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明を実施形態に基づいて更に詳細に説明する。本発明で対象とする難加工材料は、ＳｉＣ、ＧａＮ又はＷＣ等の超硬合金、セラミックスであり、その形態は単結晶、
ＣＶＤによる堆積膜、焼結体を問わない。
【００２３】
本発明の難加工材料の精密加工方法は、大気圧プラズマによって生成した反応性の高い酸化種を難加工材料の表面に作用させて改質し、難加工材料に表面改質層を形成する表面改質プロセスと、難加工材料に対してスクラッチや加工変質層を導入せず、且つ難加工材料よりも前記表面改質層に対する除去レートが高い研磨機構によって該表面改質層を選択的に除去する研磨プロセスと、を含み、前記表面改質プロセスと研磨プロセスを交互に繰り返し、あるいは同時に進行させて加工することを特徴としている。
【００２４】
ここで、前記表面改質プロセスによる表面の改質が、前記難加工材料の表面を軟質化するプロセスであり、モース硬度が前記難加工材料と表面改質層の中間硬度を有する研磨材料を用いた研磨プロセスにて表面改質層を除去するのである。更に、前記表面改質プロセスによる表面改質層の厚さ増加速度の変化率が、表面改質層の厚さが増すにつれて漸減する改質機構であることは、平坦化プロセスにおいて本質的である。
【００２５】
具体的には、前記表面改質プロセスにおける酸化種が、ＯＨラジカル又はハロゲンラジカルである。特に、前記表面改質プロセスにおいて、不活性ガスと、Ｈ2ＯとＨ2Ｏ2の一方又は双方を含む雰囲気中に高周波電力を投入してＯＨラジカルを生成し、ＯＨラジカルによって難加工材料の表面に酸化物層を形成することが実用的において最も好ましい。
【００２６】
本発明は、大気圧プラズマによって生成した反応性の高いＯＨラジカル等の酸化種をＳｉＣや超硬合金等の難加工材料の表面に作用させて軟質化することで、スクラッチフリーかつダメージフリーの表面を高能率にラッピング・ポリシング仕上げを行う新しい加工プロセスである。具体的には、改質した表面の硬度、剥離強度、耐摩耗性等の機械的特性を評価項目として、大気圧プラズマ照射における改質条件（ガス種、投入電力）の最適化を図ることが実用化において重要になる。また、改質した表面のラッピング及びポリシングにおける加工特性（加工能率、表面粗さ）と、加工表面の物性（欠陥密度、電子物性）を評価項目として、ラッピング・ポリシング条件（砥粒材質、加工圧力、砥粒の相対速度）を最適化することも重要である。
【００２７】
大気圧プラズマプロセスはプラズマに供給する反応ガスを変えることにより、エッチング、成膜、表面クリーニング、改質等のプロセスを容易に行える。本発明者らはこれまでフッ素系の反応ガスを用いて単結晶ＳｉＣを高速にエッチング加工できるという結果を得ている。しかしながら、エッチング反応は等方的に進行するため表面粗さの低減に対しては効率が低い。プラズマＣＶＭは、加工に異方性を持たせてＮＣ加工できるようにしたものである。また、被加工物の純度や加工変質層の存在によっては、反応生成物の残留や表面粗さの悪化等により表面品位が低下する。本発明のプロセスにおいては、プラズマ照射は表面を酸化、若しくはフッ化等で改質するのみで、改質した表面の除去は機械的に行うため、プラズマエッチングにおける問題点を解決できる。また、機械的な研磨によって、常に新しい加工物の表面が露出するので、プラズマ改質の効率が格段に向上するのである。
【００２８】
図１は本発明の加工原理を説明するための模式図である。基本的には、大気圧プラズマによる表面改質プロセス（Ａ）と、機械的研磨による研磨プロセス（Ｂ）とを繰り返して行うのである。それぞれのプロセス（Ａ），（Ｂ）を別々の装置で処理することも可能であるが、加工材料の搬送やセッティングに手間がかかるとともに、加工効率の向上を図るため、同じ装置で時間差を設けて実行する又は同時に実行することが望ましい。先ず、加工前の加工材料１の表面には、図１（ａ１）に示すように、多数の凹部２と凸部３が存在し、市販のＳｉＣ基板でもＰ−Ｖ値が４〜５ｎｍ程度である。図中符号Ｐはプラズマ発生領域である。ここで、大気圧プラズマで生成した酸化種を加工材料１の表面に供給して該
表面を酸化し、所定厚さの酸化層４が形成される（図１（ｂ１））。この酸化層４のモース硬度は、加工材料に比べて大幅に軟化しているため、加工材料１と酸化層４の中間硬度の研磨材料を用いた研磨機構Ｍで該加工材料１の表面を研磨する（図１（ｂ１））。この場合、研磨機構Ｍに直接接触する凸部３の酸化層４が選択的に除去され、加工材料１の母材が露出する（図１（ｃ１））。このとき、凹部２は加工されない。図１の分図の「ａ」は表面改質プロセス（Ａ）に対応し、分図の「ｂ」は研磨プロセス（Ｂ）に対応する。
【００２９】
次に、再度、表面改質プロセス（Ａ）によって、加工材料１の表面を酸化する（図１（ａ２））。この場合、凹部２には未加工の酸化層４が残っているので、新たに形成される酸化層５は、母材が露出した凸部３が厚く、未加工の酸化層４で覆われた部分では薄く形成される。つまり、凹部２では、繰り返し表面改質プロセス（Ａ）を行っても酸化層の厚さの増加は少ない。そして、再度、研磨プロセス（Ｂ）によって研磨すると、凸部３が選択的に除去される（図１（ｂ２））。図１（ｃ２））は、加工材料１の表面が平坦化した面が広くなり、凹部２の深さも浅くなっている状態を示している。同様に、図１（ａ３）、（ｂ３）のように繰り返すと図１（ｃ３）のように、更に凹部２の深さが浅くなる。最終的に、前記凹部２に残っている酸化層を研磨して除去すれば、平坦化加工が完了する。
【００３０】
本発明は、難加工材料表面とプラズマ中のラジカルを反応させることによって材料表面をより軟質な組成に変化させ、物理的作用により容易に処理面を除去する加工プロセスである。その加工原理を実証するための実験装置を図２に示す。本実験では、難加工材料としてφ３４．９ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面を用い、プラズマを照射した領域の物性がどのように変化しているのかを解明するため、任意ガスを導入した大気圧プラズマを基板に照射し、その処理面の解析を行った。表面改質プロセス（Ａ）を実行するためのプラズマ発生部１０は、電極１１をガス供給管１２の中心に通し、隙間から雰囲気ガスを先端から吐出できるようにした構造である。前記電極１１は、アルミナで先端を被覆した銅棒を使用した。これにより、誘電体バリア放電を発生させ、基板の損傷を引き起こす恐れのある金属壁面からのγ作用による電子の放出が引き起こすアーク放電の発生を防ぎ、安定なグロー放電を維持できる。
【００３１】
４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板１３を回転テーブル１４の上に固定した。一方、研磨プロセス（Ｂ）を実行するための小型の研磨装置１５を前記基板１３に対向させて設置した。前記研磨装置１５は、回転可能な研磨ヘッド１６を備え、表面に研磨パッドが装着されている。また、高周波電源１７には、出力１ｋＷ、周波数１３．５６ＭＨｚのＰＥＡＲＬ工業社製RF POWER GENERATOR RP−1000rcを用いた。チャンバー内のガスを任意ガス雰囲気に置換するために、一度ロータリーポンプで真空引きをした後、任意ガスを大気圧になるまで導入した。前記プラズマ発生部１０と研磨装置１５の軸を前記回転テーブル１４の回転軸と平行にし、それぞれ回転中心から等距離偏心した位置に設定した。
【００３２】
先ず、プラズマ発生部１０のみを用い、回転テーブル１４を静止した状態で、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板１３の表面改質を試みた。実験条件を表1に示す。Ｈ2Ｏは、Ｈｅガスをバブリングすることで供給し、Ｈ2Ｏの分圧は温湿度計を用いて測定した。また，プラズマの発光分光測定を行うための光学系を設置した。分光器はオーシャンオプティクス社製USB4000ファイバマルチチャンネル分光器を使用した。プラズマ処理後の基板表面の形状を触針粗さ計により評価した。また、基板表面の組成はＸＰＳにより測定した。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
Ｈｅ+Ｈ2Ｏプラズマ照射後の基板の表面形状を測定した結果を図３、Ｈｅ+Ｏ2プラズマ照射後の基板の表面形状を測定した結果を図４に示す。図３から、Ｈｅ+Ｈ2Ｏプラズマを照射することで、基板が隆起したことがわかった。それに対して、Ｈｅ+Ｏ2プラズマ照射しても基板の隆起は僅かであった。この結果から、Ｈ2Ｏ由来のラジカル種と基板が化学反応を起こしていると考えら、酸化種の供給としてＯ2よりもＨ2Ｏの方が効果的であることが分かった。次に、Ｈｅ+Ｈ2Ｏプラズマの発光分光測定結果を図５に示す。この結果から、Ｈ2Ｏを導入することにより、Ｈ2Ｏ由来のスペクトルが顕著に現れていることが分かる。３０８ｎｍ付近のピークは酸化力の大きなＯＨラジカル由来のピークであることから、ＯＨラジカルが基板隆起に寄与していると考えられる。
【００３５】
次に未処理部，プラズマ照射部のＸＰＳ解析結果を図６及び図７に示す。図６のＳｉ２ｐ軌道スペクトルにおいて、未処理部とＨｅ＋Ｈ2Ｏ処理部を比較すると、ピーク値が１０１ｅＶから１０３ｅＶへシフトしている。また、Ｈｅ＋Ｏ2処理部は両者の間の状態であると考えられる。１０１ｅＶのピークはＳｉ−Ｃ結合であるのに対して、１０３ｅＶはＳｉ−Ｏ結合であることが知られているので、このピークシフトはプラズマを照射することで基板表面にＯ原子が結合したことに起因していると考えられる。更に、図７のＯ１ｓ軌道スペクトルにおいて、スペクトルピーク強度が未処理部よりもプラズマ処理部の方が大きくなっていることからも、プラズマによってＯ原子がＳｉＣ基板表面に結合したことが確認できる。また、Ｈｅ＋Ｈ2Ｏ処理の方がＨｅ＋Ｏ2処理よりもＯ原子のピーク強度が大きいことから，Ｈｅ＋Ｈ2Ｏの方が基板の酸化作用に優れていることが分かる．これはＯ2ガス由来のＯラジカルよりもＨ2Ｏ由来のＯＨラジカルの方が大きな酸化力を有することに起因していると考えられる。参考のため、表２に各種酸化種の酸化力を示す。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
次に、Ｈｅ＋Ｈ2Ｏプラズマを２時間照射した４Ｈ−ＳｉＣ基板に対してフッ酸洗浄（
１０ｗｔ％、室温、１０min）を行い、触針式粗さ計によって基板の深さ方向の測定を行った。その結果を図８に示す。この結果から、ＸＰＳ測定において、Ｏ原子のピークが最も大きく検出されたＨｅ＋Ｈ2Ｏプラズマによる処理部分のみがフッ酸によってエッチングされたことがわかった。したがって、Ｈｅ＋Ｈ2Ｏプラズマによって、基板表面にはＳｉＯ2が形成されたと考えられる。これらの結果から、大気圧Ｈｅ＋Ｈ2Ｏプラズマに研磨機構を並行して作用させることで、ＳｉＣ基板の高効率な除去加工が期待できることが分かった。
【００３８】
図９は、プラズマ照射なし、Ｏ2プラズマ照射、Ｈ2Ｏプラズマ照射の３種類の４Ｈ−ＳｉＣ基板のボールオンディスク摩擦摩耗試験結果を示している。この結果、Ｈ2Ｏプラズマ照射した場合が最も摩耗量が大きいこと、つまり研磨による加工速度が速いことが確認できた。
【００３９】
図１０は、４Ｈ−ＳｉＣ基板を表１の実験条件で表面改質（酸化）したときのプラズマ照射時間と酸化膜厚の関係を示すグラフである。プラズマ照射時間の増大により酸化膜形成レートが減少していることが分かる。これは、酸化種の基板内部への浸透性が悪化するためであると考えられる。研磨の際には、形成した表面の酸化膜を即座に除去し、常にＳｉＣ表面状態を更新することが必要である。
【００４０】
図１１は、４Ｈ−ＳｉＣ基板とＷＣ超硬合金の表面を、それぞれ２時間Ｈ2Ｏプラズマを照射した後の表面硬度の変化を測定した結果を示す。どちらもプラズマ処理後は、表面硬度が大幅に低下していることが確認できた。
【００４１】
図２の加工装置を用いて４Ｈ−ＳｉＣ基板を加工した結果を図１２に示し、ＷＣ超硬合金（焼結体）を加工した結果を図１３に示している。いずれも（ａ）は本発明による加工前の表面を示す、（ｂ）は加工後の表面を示している。本発明の加工によって難加工材料の表面の粗さが大幅に改善されたことが分かる。
【００４２】
酸化性ガスとしては、ＯＨラジカルを効率良く生成できるものを用いることができ、前述のＨ2Ｏの他に、Ｈ2Ｏ2も使用できる。酸化性ガスとしてハロゲン系ガスを用いることも可能である。ハロゲン系ガスとしては、フッ素系ガスや塩素系ガス、あるいはハロゲン間化合物ガスを用いることができる。加工材料の表面をフッ化や塩化して、フッ化物層や塩化物層を研磨によって除去することも可能である。プラズマＣＶＭでは、生成したフッ化物を加工材料の表面から蒸発させて除去し、加工を進行するものであるが、ところが生成したフッ化物の蒸気圧が低い場合には、蒸発によって容易に除去できるとは限らない。加工材料の表面に反応生成物層が形成され、あるいは付着すると、その後の加工速度が大幅に低下することは避けられないのである。しかし、本発明は加工材料の表面を大気圧プラズマにより加工がしやすい状態に改質し、その改質層を機械研磨によって除去することで平坦化加工することができるのである。
【００４３】
具体的には、フッ素系ガスとしては、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、ＣｌＦ3、ＣｌＦ、ＮＦ3、Ｆ2、ＳＦ6、ＣＯＦ2、ＣＦ3Ｂｒ、ＢｒＦ3、ＢｒＦ5、ＨＦ等が挙げられ、これらの群から選択される一種以上のガスを用いる。また、一部重複するが、塩素系ガスとしては、Ｃｌ2、ＣＦ2Ｃｌ2、ＣｌＦ3、Ｃ2Ｆ5Ｃｌ、ＣＣｌ4、ＰＣｌ3、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4等が挙げられ、これらの群から選択される一種以上のガスを用いる。
【００４４】
幾何学的な仕上げ表面に対して機能性を付与するプラズマ照射処理を同一装置で行うことが可能な複合処理システムへと発展させることは重要である。それにより、金型の特性として重要な耐摩耗性や離型性を向上するための、窒化処理、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜の付与、フッ素系高分子膜の付与等、幾何学的な形状精度に加えて、表面
を機能化する付加価値の高いプロセスとして完成することが期待できる。以下の実施例ではより具体的な加工装置の概念を説明する。
【実施例１】
【００４５】
図１４及び図１５は、表面改質プロセスと研磨プロセスを同時に実行することが可能な加工装置の実施例を示している。第１実施例の精密加工装置は、難加工材料の表面よりも小さな加工ヘッドで加工する方式である。難加工材料１００と研磨体１０１とを接触状態で相対的に移動させて、該難加工材料１００の表面を研磨する駆動機構１０２を備えるとともに、難加工材料１００の表面近傍でプラズマを発生させるための空間１０３を設けるとともに、大気圧下で前記空間１０３に不活性ガスと酸化性ガスを供給するガス供給手段１０４を設け、更に前記空間１０３に高周波電力を投入する電力供給手段１０５を有し、前記空間１０３に投入した高周波電力によって不活性ガスと酸化性ガスからなる大気圧プラズマを発生させ、大気圧プラズマによって生成した反応性の高い酸化種を難加工材料１００の表面に作用させて表面改質層を形成し、前記研磨体１０１に用いる研磨材料１０６が難加工材料１００に対してスクラッチや加工変質層を導入せず、且つ難加工材料１００よりも前記表面改質層に対する除去レートが高い材料であり、プラズマによる表面改質と機械研磨を交互に繰り返し、あるいは同時に進行させて加工するものである。ここで、精密加工装置において、前記大気圧プラズマによる表面の改質が、前記難加工材料１００の表面を軟質化するプロセスであり、モース硬度が前記難加工材料１００と表面改質層の中間硬度を有する研磨材料１０６を用いた研磨プロセスにて表面改質層を除去するのである。
【００４６】
具体的には、前記精密加工装置は、前記難加工材料１００を保持して駆動する保持テーブル２００と、前記難加工材料１００の表面に所定押圧力で前記研磨体１０１である研磨ヘッド３０１を接触させながら回転する研磨ヘッド駆動手段３００とを備え、前記研磨ヘッド３０１は、導電性のヘッド本体３０２に少なくとも表面に前記研磨材料１０６を設けた研磨パッド３０３を、前記空間１０３を形成して固定するとともに、前記ヘッド本体３０２に前記空間１０３へ連通したガス供給孔３０４を形成したものであり、前記保持テーブル２００又は難加工材料１００と前記研磨ヘッド３０１の間に前記電力供給手段１０５から高周波電力を印加し、前記空間１０３に大気圧プラズマを発生させる。
【００４７】
前記研磨ヘッド３０１は、研磨ヘッド駆動手段３００の回転軸３０５に対して絶縁体３０６を介して設けられたチャック部３０７に着脱可能に取付けられている。前記チャック部３０７の内部には、前記ガス供給孔３０４に連通したカス導入孔３０８が、軸方向から半径方向外方へ連続形成され、該チャック部３０７の外周に設けたロータリージョイント３０９を介してガス供給チューブ３１０が接続されている。前記チャック部３０７とロータリージョイント３０９及びガス供給チューブ３１０の基部は導電体で作製されており、チャック部３０７とロータリージョイント３０９の間は、磁性流体シールで密封されるとともに、ベアリングが接触状態で介在しているので電気的接続が図られている。前記ロータリージョイント３０９は、図示しないホルダーで非回転に保持され、前記電力供給手段１０５に接続されたガス供給チューブ３１０の導電体部分を通してロータリージョイント３０９、ヘッド本体３０２に高周波電力を印加できるようになっている。
【００４８】
前記研磨ヘッド３０１は、図１５に拡大して示しているように、ヘッド本体３０２の円板部分の下面周囲に複数の研磨パッド３０３，…が放射状に固定されている。中央部は、研磨パッド３０３が存在せず、前記空間１０３となっている（図１５（ｂ））。この空間１０３に供給された雰囲気ガスは、研磨パッド３０３，３０３間の隙間から外部に排気される。また、図１５（ｃ）に示した研磨ヘッド３０１は、ヘッド本体３０２の円板部分の下面周囲に略中央部から複数の研磨パッド３０３，…が放射状に固定され、前記ガス供給孔３０４に連通した複数の噴出口３１１を前記研磨パッド３０３，３０３間の空間１０３
に設けたものである。
【実施例２】
【００４９】
図１６は、第２実施例を示している。本実施例は、前記研磨ヘッド３０１の代わりに研磨ヘッド４０１を用いる。その他の構成は、第１実施例と同じであるので、同一構成には同一符号を付して、その説明は省略する。本実施例の研磨ヘッド４０１は、導電性のヘッド本体４０２の内部に通気性の多孔質金属板４０３と該多孔質金属板４０３にガスを供給するガス供給孔４０４を形成するとともに、少なくとも表面に前記研磨材料１０６を設けた通気性の多孔質研磨パッド４０５（図１６（ｂ）参照）又は複数の貫通孔４０６，…が形成された研磨パッド４０７を、前記多孔質金属板４０３に積層状態で設け、前記多孔質研磨パッド４０５の気孔又は研磨パッド４０７の貫通孔４０６がプラズマを発生させる前記空間１０３となっている。
【実施例３】
【００５０】
図１７及び図１８は、プラズマの発生機構が異なるものである。本実施例で用いる研磨ヘッド５０１は、第１実施例の研磨ヘッド３０１と同じ構造である。その他の構成は、第１実施例と同じであるので、同一構成には同一符号を付して、その説明は省略する。本実施例研磨ヘッド５０１は、絶縁性のヘッド本体５０２に少なくとも表面に前記研磨材料１０６を設けた研磨パッド５０３を、前記空間１０３を形成して固定するとともに、前記ヘッド本体５０２に前記空間１０３へ連通したガス供給孔５０４を形成した軸部５０５を有し、該軸部５０５の周囲に設けたコイル５０６（図１７参照）又は対向電極５０７，５０７（図１８参照）に前記電力供給手段１０５から高周波電力を印加し、前記ガス供給孔５０４から空間１０３に大気圧プラズマを発生させるものである。前記コイル５０６又は対向電極５０７，５０７と軸部５０５とは非接触になるので、電力の供給が容易である。コイル５０６を用いる方式は、誘導結合型でプラズマを発生し、対向電極５０７，５０７を用いる方式は、容量結合型でプラズマを発生させるのである。この場合、プラズマは、主に前記ガス供給孔５０４の内部で発生し、生成したラジカルがガスの流れとともに空間１０３に移動し、難加工材料１００の表面を改質するのである。
【実施例４】
【００５１】
これまでは、難加工材料の表面よりも小さな加工ヘッドで加工する方式であったが、図１９に示した第４実施例の精密加工装置は、広い研磨定盤で小さな難加工材料を加工する方式である。この場合、大量の難加工材料を平坦化加工するのに適している。本実施例の精密加工装置は、少なくとも表面に前記研磨材料１０６を設けた表裏方向に通気性を有する前記研磨体である研磨定盤６０１を保持して回転する研磨テーブル６００と、前記難加工材料１００を保持し、所定押圧力で接触させながら回転する導電性の加工物ホルダー７００とを備え、前記研磨テーブル６００は、導電性のテーブル本体６０２の回転軸部６０３に前記研磨定盤６０１の裏面側にガスを供給するガス供給孔６０４を設け、前記研磨定盤６０１の表面近傍に前記空間１０３を設け、前記加工物ホルダー７００又は難加工材料１００と前記研磨テーブル６００の間に前記電力供給手段１０５から高周波電力を印加し、前記空間１０３に大気圧プラズマを発生させるものである。
【００５２】
本実施例においても前記研磨定盤６０１にはバリエーションがある。図２０に示した研磨定盤６０１Ａは、通気性を有する多孔質板で構成したものであり、表面に形成された微細な気孔がプラズマを発生させる前記空間１０３となる。図２１に示した研磨定盤６０１Ｂは、複数の貫通孔６０５，…を形成した板材であり、貫通孔６０５が前記空間１０３となる。この場合、前記研磨定盤６０１Ｂの表面側の貫通孔６０５の周囲に凹部６０６を形成して前記空間１０３とすることも好ましい（図２１（ｃ）参照）。また、図２２に示した研磨定盤６０１Ｃは、表面に複数の凹溝６０７，…を平行に設けるとともに、該凹溝６０７に連通する複数の貫通孔６０８を形成した板材である。図示したものは、表面に複数
の凹溝６０７，…を平行且つ交差状に設けたものであり、正方格子あるいは斜め格子の配列がある。
【００５３】
これらの加工装置において、プラズマ発生部の環境はドライであってもウェットであっても良い。研磨プロセスは、スラリー研磨もあるので、その場合には雰囲気に水（Ｈ2Ｏ）が存在する。ウェット環境の場合は、雰囲気ガスとしてＨｅ等の不活性ガスあるいは空気だけを供給すれば、Ｈ2Ｏは自動的に供給される。尚、プラズマ発生部は雰囲気ガスが吐出するので、難加工材料の加工面の水分は飛ばされるので、プラズマ発生には問題がない。
【実施例５】
【００５４】
これまでの実施例は難加工材料を平面加工するものであるが、図２３に示した第５実施例の精密加工装置は、任意の曲面を平滑化するＮＣ加工装置である。本実施例の精密加工装置は、前記難加工材料１００を保持して駆動する保持テーブル２００と、前記難加工材料１００の表面に所定押圧力で前記研磨体である研磨ヘッド８００を接触させながら回転するとともに、三次元的に駆動する研磨ヘッド駆動手段３００とを備え、前記研磨ヘッド８００は、先端部に回転対称曲面８０１を有し、内部に空洞部８０２を有する導電性のパイプ状本体８０３と、該パイプ状本体８０３の先端部の外面に少なくとも表面に前記研磨材料１０６を設けた研磨パッド８０４を、前記空間１０３を形成して固定するとともに、前記空洞部８０２から前記空間１０３へ連通した複数のガス供給孔８０５を形成したものであり、前記保持テーブル２００又は難加工材料１００と前記研磨ヘッド８００の間に前記電力供給手段１０５から高周波電力を印加し、前記空間１０３に大気圧プラズマを発生させるものである。この場合、前記研磨ヘッド８００の回転中心は周速がゼロであるので、中心軸からずらせた部分を難加工材料の加工面に接触させて研磨する。従って、難加工材料の加工面の法線に対して研磨ヘッド８００の回転軸を傾けてセットする。
【実施例６】
【００５５】
図２４に示した精密加工装置は、既存の研磨装置に前述のようなプラズマ発生部１０を単に付加した構造であり、研磨ヘッド９００の研磨領域に向けてプラズマ発生部１０を配置したものである。
【符号の説明】
【００５６】
Ｍ  研磨機構、                  Ｐ  プラズマ発生領域、
１  加工材料、                  ２  凹部、
３  凸部、                      ４  酸化層、
５  酸化層、
１０  プラズマ発生部、          １１  電極、
１２  ガス供給管、              １３  ＳｉＣ単結晶基板、
１４  回転テーブル、            １５  研磨装置、
１６  研磨ヘッド、              １７  高周波電源、
１００  難加工材料、            １０１  研磨体、
１０２  駆動機構、              １０３  空間、
１０４  ガス供給手段、          １０５  電力供給手段、
１０６  研磨材料、
２００  保持テーブル、          ３００  研磨ヘッド駆動手段、
３０１  研磨ヘッド、            ３０２  ヘッド本体、
３０３  研磨パッド、            ３０４  ガス供給孔、
３０５  回転軸、                ３０６  絶縁体、
３０７  チャック部、            ３０８  カス導入孔、
３０９  ロータリージョイント、  ３１０  ガス供給チューブ、
３１１  噴出口、
４０１  研磨ヘッド、            ４０２  ヘッド本体、
４０３  多孔質金属板、          ４０４  ガス供給孔、
４０５  多孔質研磨パッド、      ４０６  貫通孔、
４０７  研磨パッド、
５０１  研磨ヘッド、            ５０２  ヘッド本体、
５０３  研磨パッド、            ５０４  ガス供給孔、
５０５  軸部、                  ５０６  コイル、
５０７  対向電極、
６００  研磨テーブル、          ６０１  研磨定盤、
６０１Ａ  研磨定盤、            ６０１Ｂ  研磨定盤、
６０１Ｃ  研磨定盤、            ６０２  テーブル本体、
６０３  回転軸部、              ６０４  ガス供給孔、
６０５  貫通孔、                ６０６  凹部、
６０７  凹溝、                  ６０８  貫通孔、
７００  加工物ホルダー、
８００  研磨ヘッド、
８０１  回転対称曲面、          ８０２  空洞部、
８０３  パイプ状本体、          ８０４  研磨パッド、
８０５  ガス供給孔、
９００  研磨ヘッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図１２】
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【図１３】
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