(57)【要約】【課題】  基準面が変化せず、化学的な反応が可能な触媒作用を利用した触媒支援型化学加工方法において、ＳｉＣやＧａＮ等の難加工物に対して精度良く加工能率を大幅に改善することができ、本発明の加工方法のみで単結晶ＳｉＣやＧａＮ等のパワーデバイス用基板を作製することが可能な加工方法と装置を提供する。【解決手段】  触媒としての鉄定盤上に、遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を供給しながら被加工物を所定の押圧力で接触させ、鉄定盤と被加工物を相対的に移動させて研磨する。また、触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、ＣｅＯ2を含浸させたポリッシングパッド上に供給しながら被加工物を所定の押圧力で接触させ、前記ポリッシングパッドと被加工物を相対的に移動させて研磨する。【選択図】        図１
2010188487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒としての鉄定盤上に、遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を供給しながら被加工物を所定の押圧力で接触させ、前記鉄定盤と被加工物を相対的に移動させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工方法。
【請求項２】
触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、ポリッシングパッド上に供給しながら被加工物を所定の押圧力で接触させ、前記ポリッシングパッドと被加工物を相対的に移動させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工方法。
【請求項３】
触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、ＣｅＯ2を含浸させたポリッシングパッド上に供給しながら被加工物を所定の押圧力で接触させ、前記ポリッシングパッドと被加工物を相対的に移動させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工方法。
【請求項４】
前記遷移金属微粒子が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉから選択した１種又は２種以上の組み合わせからなり、前記酸化物微粒子が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2から選択した１種又は２種以上の組み合わせからなる請求項１〜３何れかに記載の触媒支援型化学加工方法。
【請求項５】
前記被加工物が、結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドの内から選ばれた１種である請求項１〜４何れかに記載の触媒支援型化学加工方法。
【請求項６】
前記遷移金属微粒子がＦｅ、前記酸化物微粒子がＣｅＯ2であり、前記被加工物が単結晶ＳｉＣ又は単結晶ＧａＮである請求項１〜３何れかに記載の触媒支援型化学加工方法。
【請求項７】
触媒としての平坦な回転鉄定盤と、該鉄定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有し且つ押圧手段を有するホルダーとを備え、遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、鉄定盤上に供給しながら被加工物を前記鉄定盤に所定の押圧力で押圧し、前記鉄定盤とホルダーを回転させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工装置。
【請求項８】
平坦な回転定盤と、該定盤の上に配置したポリッシングパッドと、該定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有し且つ押圧手段を有するホルダーとを備え、触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、定盤上に供給しながら被加工物を前記定盤上のポリッシングパッドに所定の押圧力で押圧し、前記定盤とホルダーを回転させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工装置。
【請求項９】
平坦な回転定盤と、該定盤の上に配置したＣｅＯ2を含浸させたポリッシングパッドと、該定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有し且つ押圧手段を有するホルダーとを備え、触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、定盤上に供給しながら被加工物を前記定盤上のポリッシングパッドに所定の押圧力で押圧し、前記定盤とホルダーを回転させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工装置。
【請求項１０】
前記遷移金属微粒子が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉから選択した１種又は２種以上の組み合わせからなり、前記酸化物微粒子が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2から選択した１種又は２種以上の組み合わせからなる請求項７〜９何れかに記載の触媒支援型化学加工装置。
【請求項１１】
前記被加工物が、結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドの内から選ばれた１種である請求項７〜１０何れかに記載の触媒支援型化学加工装置。
【請求項１２】
前記遷移金属微粒子がＦｅ、前記酸化物微粒子がＣｅＯ2であり、前記被加工物が単結晶ＳｉＣ又は単結晶ＧａＮである請求項７〜９何れかに記載の触媒支援型化学加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒支援型化学加工方法及びそれを用いた加工装置に係わり、更に詳しくは処理液中の分子を触媒で分解して生成した活性種を用いて被加工物を加工する触媒支援型化学加工方法及びそれを用いた加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に機械的な加工は、古くから様々な場面で使用されている。たとえば、機械研磨では工具を加工したい表面に押しつけることで、機械的作用により材料欠陥を導入し表面の原子をはぎとり加工する。このような機械研磨法では、結晶格子にダメージを与えてしまう上に、高精度な面を得ることが非常に困難となる。ゆえに、高精度でものを作成するためには、格子欠陥を発生させることなく加工できる化学的な加工を用いる必要がある。
【０００３】
既に、超微粉体を分散した懸濁液を被加工物の被加工面に沿って流動させて、該超微粉体を被加工面上に略無荷重の状態で接触させ、その際の超微粉体と被加工面界面での相互作用（一種の化学結合）により、被加工面原子を原子単位に近いオーダで除去して加工する、いわゆるＥＥＭ（Elastic Emission Machining）による加工は知られている（特許文献１〜４）。ＥＥＭは、その加工原理から考えて高周波の空間波長に対して非常に平滑な面を得ることが可能である。ＥＥＭは、超純水によりＳｉＯ2等の微粒子を表面に供給し、微粒子の表面の原子と加工物表面の原子が化学的に結合することで加工が進むことが特徴である。このとき、微粒子の表面が非常に平坦な面であり、それが基準面となって、表面に転写されていると考えられる。ゆえに、原子配列を乱すことなく、原子サイズのオーダで平坦な表面を作ることが可能となる。しかしＥＥＭは、その加工原理のゆえ数十μｍ以上の空間波長域を平坦化しにくい。
【０００４】
一方、化学機械研磨（ＣＭＰ）は、ＳｉＯ2やＣｒ2Ｏ3を砥粒として用い、機械的作用を小さくし、化学的作用によって無擾乱表面を形成しようとするものである。例えば、特許文献５に示すように、酸化触媒作用のある砥粒を分散させた酸化性研磨液にダイヤモンド薄膜を浸漬し、砥粒で薄膜表面を擦過しながらダイヤモンド薄膜を研磨する方法が開示されている。ここで、砥粒として酸化クロムや酸化鉄を用い、この砥粒を過酸化水素水、硝酸塩水溶液又はそれらの混合液に分散させた研磨液を用いることが開示されている。
【０００５】
そこで、本発明者は、特許文献６にて、酸化剤の溶液中に被加工物を配し，遷移金属からなる触媒を被加工物の被加工面に接触、もしくは極近接させ、前記触媒表面上で生成した強力な酸化力を持つ活性種と被加工物の表面原子との化学反応で生成した化合物を除去、あるいは溶出させることによって被加工物を加工する触媒支援型化学加工方法を提案している。具体的には、前記酸化剤がＨ2Ｏ2、触媒がＦｅ、被加工物がＳｉＣ又はＧａＮであり、フェントン反応を利用して加工するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平２−２５７４５号公報
【特許文献２】特公平７−１６８７０号公報
【特許文献３】特公平６−４４９８９号公報
【特許文献４】特開２０００−１６７７７０号公報
【特許文献５】特許第３７３４７２２号公報
【特許文献６】特開２００７−２８３４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献６に記載の加工方法は、基準面が変化せず、化学的な反応が可能な触媒作用を利用し、その基準面を転写するといった加工原理に基づき、難加工物、特に近年電子デバイスの材料として重要性が高まっているＳｉＣやＧａＮ等を、数１０μｍ以上の空間波長領域にわたって精度良く加工することが可能な新しい加工方法であり、通常のＣＭＰプロセスよりも加工能率が改善されているものの、まだまだ加工能率が十分高いとは言えない。
【０００８】
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、基準面が変化せず、化学的な反応が可能な触媒作用を利用した触媒支援型化学加工方法において、ＳｉＣやＧａＮ等の難加工物に対して精度良く加工能率を大幅に改善することができ、それにより本発明の加工方法のみで単結晶ＳｉＣやＧａＮ等のパワーデバイス用基板を作製することが可能な触媒支援型化学加工方法及びそれを用いた加工装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の課題解決のためになされた第１発明は、触媒としての鉄定盤上に、遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を供給しながら被加工物を所定の押圧力で接触させ、前記鉄定盤と被加工物を相対的に移動させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工方法を構成した（請求項１）。
【００１０】
また、前述の課題解決のためになされた第２発明は、触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、ポリッシングパッド上に供給しながら被加工物を所定の押圧力で接触させ、前記ポリッシングパッドと被加工物を相対的に移動させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工方法を構成した（請求項２）。
【００１１】
また、前述の課題解決のためになされた第３発明は、触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、ＣｅＯ2を含浸させたポリッシングパッド上に供給しながら被加工物を所定の押圧力で接触させ、前記ポリッシングパッドと被加工物を相対的に移動させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工方法を構成した（請求項３）。
【００１２】
また、第１発明の加工方法を実現するために、触媒としての平坦な回転鉄定盤と、該鉄定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有し且つ押圧手段を有するホルダーとを備え、遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、鉄定盤上に供給しながら被加工物を前記鉄定盤に所定の押圧力で押圧し、前記鉄定盤とホルダーを回転させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工装置を構成した（請求項７）。
【００１３】
また、第２発明の加工方法を実現するために、平坦な回転定盤と、該定盤の上に配置したポリッシングパッドと、該定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有し且つ押圧手段を有するホルダーとを備え、触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、定盤上に供給しながら被加工物を前記定盤上のポリッシングパッドに所定の押圧力で押圧し、前記定盤とホルダーを回転させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工装置を構成した（請求項８）。
【００１４】
また、第３発明の加工方法を実現するために、平坦な回転定盤と、該定盤の上に配置したＣｅＯ2を含浸させたポリッシングパッドと、該定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有し且つ押圧手段を有するホルダーとを備え、触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、定盤上に供給しながら被加工物を前記定盤上のポリッシングパッドに所定の押圧力で押圧し、前記定盤とホルダーを回転させて研磨することを特徴とする触媒支援型化学加工装置を構成した（請求項９）。
【００１５】
ここで、前記遷移金属微粒子が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉから選択した１種又は２種以上の組み合わせからなり、前記酸化物微粒子が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2から選択した１種又は２種以上の組み合わせからなることが好ましい（請求項４、１０）。
【００１６】
そして、前記被加工物が、結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドの内から選ばれた１種である（請求項５、１１）。
【００１７】
更に、前記遷移金属微粒子がＦｅ、前記酸化物微粒子がＣｅＯ2であり、前記被加工物が単結晶ＳｉＣ又は単結晶ＧａＮであるとより好ましい（請求項６、１２）。
【発明の効果】
【００１８】
以上にしてなる第１発明の触媒支援型化学加工方法は、触媒としての鉄定盤上に、遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を供給しながら被加工物を所定の押圧力で接触させ、前記鉄定盤と被加工物を相対的に移動させて研磨するラッピングプロセスであるので、鉄定盤が触媒作用のある加工基準面となり、そして遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を用いることにより、触媒表面で過酸化水素から活性種を生成し、触媒に接触若しくは極接近した被加工物の表面原子と活性種との化学反応で生成した化合物を、遷移金属微粒子又は酸化物微粒子の作用により効率良く除去、あるいは溶出させることによって被加工物を高い平坦度で且つ高能率に加工することができ、前加工として用いることができる。
【００１９】
具体的な加工装置は、ラッピングプロセスを実現する触媒支援型化学加工装置は、触媒としての平坦な回転鉄定盤と、該鉄定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有し且つ押圧手段を有するホルダーとを備え、遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、鉄定盤上に供給しながら被加工物を前記鉄定盤に所定の押圧力で押圧し、前記鉄定盤とホルダーを回転させて研磨するものであるから、従来と同じ構造の回転研磨装置を用いて構成することができ、低コストで提供することができる。
【００２０】
また、第２発明の触媒支援型化学加工方法は、触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、ポリッシングパッド上に供給しながら被加工物を所定の押圧力で接触させ、前記ポリッシングパッドと被加工物を相対的に移動させて研磨するポリッシングプロセスであるので、前述のラッピングプロセスより加工能率は落ちるが表面粗さが非常に少ない高精度に加工することができ、仕上げ加工として用いることができる。特に、遷移金属微粒子と酸化物微粒子の両方を用いる場合が最も加工速度が速くなる。
【００２１】
具体的な加工装置は、平坦な回転定盤と、該定盤の上に配置したポリッシングパッドと、該定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有し且つ押圧手段を有するホルダーとを備え、触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、定盤上に供給しながら被加工物を前記定盤上のポリッシングパッドに所定の押圧力で押圧し、前記定盤とホルダーを回転させて研磨するものであるから、前記同様に低コストで提供することができる。
【００２２】
また、第３発明の触媒支援型化学加工方法は、第２発明のポリッシングパッドの代わりにＣｅＯ2を含浸させたポリッシングパッドを用いるものであり、加工速度の向上が期待できる。
【００２３】
本発明では、触媒機能を果たす遷移金属を過酸化水素水中で被加工面に接触させることにより、表面原子と活性種との化学反応で生成した被加工面の酸化物が除去されて、常に新しい被加工面が出現し、遷移金属微粒子や酸化物微粒子の作用により加工が効率良く進むのである。ここで、触媒表面で生成された活性種は、触媒表面から離れると急激に不活性化するので、活性種は基準面となる触媒表面上は若しくは表面の極近傍のみにしか存在せず、それにより空間的に制御された状態で加工できるのである。
【００２４】
そして、本発明の触媒支援型化学加工方法及び装置は、加工基準面を有する化学的な加工であるので、ＥＥＭでは困難であった数十μｍ以上の空間波長領域を高度に平坦化加工することができる。また、Ｓｉの加工は勿論であるが、これまで加工が難しかったＳｉＣやＧａＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ、更にはサファイヤ、ルビー、ダイヤモンドの高精度な加工ができるようになり、半導体製造工程においても使用できる。特に、酸化物微粒子としてＣｅＯ2を用いた場合、ラッピングプロセスとポリッシングプロセスの両方においてＳｉＣを最も高い加工能率で加工することができた。
【００２５】
例えば、ＳｉＣ単結晶のパワーデバイス用基板を作製する場合、従来はＳｉＣ単結晶をスライシングした後、先ずダイヤモンド砥粒機械研磨を行い、その後、化学機械研磨を複数回行い、最後に表面エッチング処理を施していたが、本発明を用いれば、スライシングしたＳｉＣ単結晶を、遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を用いて鉄定盤によるラッピングプロセスと、遷移金属微粒子と酸化物微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を用いてポリッシングパッドによるポリッシングプロセスとで処理するだけで、市販の基板（半導体ウエハ）と同等の表面平坦度、表面粗さに仕上げることができるのである。従来のパワーデバイス用基板の作製では、最終的な表面エッチング処理は、超高真空・高温下において行われるため、装置設備に莫大なコストがかかる。それに対して本発明では、常圧・常温下における溶液中での触媒化学反応を利用した加工プロセスであるため、加工環境制御は比較的容易であり、設備費も低く抑えられ、従来に比べて工程数も大幅に削減できるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の触媒支援型化学加工装置の概念図である。
【図２】本発明のラッピングプロセスの加工速度を示すグラフである。
【図３】（ａ）は市販の鏡面ＳｉＣ基板の表面のＷＹＫＯ像を示し、（ｂ）は市販のAs-slice ＳｉＣ基板を本発明のラッピングプロセスで処理した後のラピング面の表面のＷＹＫＯ像を示している。
【図４】（ａ）は市販の鏡面ＳｉＣ基板の表面の断面プロファイルを示し、（ｂ）は市販のAs-slice ＳｉＣ基板を本発明のラッピングプロセスで処理した後のラピング面の表面の断面プロファイルを示している。
【図５】本発明のポリッシングプロセスの加工速度を示すグラフである。
【図６】（ａ）は市販の鏡面ＳｉＣ基板の表面のマイケルソン型位相シフト干渉顕微鏡による二次元像であり、（ｂ）は本発明のポリッシングプロセスによって処理したＳｉＣ基板のポリッシング面のマイケルソン型位相シフト干渉顕微鏡による二次元像である。
【図７】本発明のＦｅ微粒子を用いたラッピング、ポリシングの２段階プロセスを行うことによって得られたＳｉＣ表面のＡＦＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。本発明の加工原理は、被加工物と遷移金属からなる触媒を酸化剤中に配置し、被加工物と触媒を接触させ、そのときに触媒上で酸化剤中の分子から生成された活性種によって被加工物の被加工面を酸化し、その酸化物を除去、あるいは溶出させることによって加工するというものである。特に、本発明では酸化剤として過酸化水素水を用い、遷移金属微粒子や酸化物微粒子を組み合わせて用いることにより、触媒表面上で生成されたＯＨラジカルと被加工物が反応し、表面が酸化物に改質され、その改質された領域が酸化物微粒子の導入により効率的に除去され、加工能率が大幅に向上するのである。尚、酸化剤として、Ｏ3も用いることが可能であるが、本発明では工業的に取扱い易い過酸化水素水を用いた。
【００２８】
前記遷移金属微粒子としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉから選択した１種又は２種以上の組み合わせを用いる。また前記酸化物微粒子としては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2から選択した１種又は２種以上の組み合わせを用いる。そして、前記被加工物が、結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドであり、特に平板状の形態が好ましい。具体的にはウエハの研磨加工に適している。前加工に適したラッピングプロセスでは、触媒として鉄定盤を用い、それに遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を用いて研磨する。一方、仕上げ加工に適したポリッシングプロセスでは、ＣＭＰで実績のあるポリッシングパッドを用い、触媒としての遷移金属微粒子と過酸化水素水をベースとした配合研磨液、あるいは触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を用いて研磨する。ここで、ＣｅＯ2を含浸させたポリッシングパッドを用いることも好ましい。
【００２９】
ここで、本実施形態では、触媒としての遷移金属元素としてＦｅを用い、酸化剤には濃度が３０％の過酸化水素水の原液を使用した。この場合、Ｆｅ表面では、下記の[化１]及び[化２]で表されるフェントン（Fenton）反応により活性種としてＯＨラジカル（ヒドロキシルラジカル）が発生する。ＯＨラジカル（化学式中にＯＨの右側にドットを表示）は、寿命は短いが、酸化力は非常に強い。
【００３０】
【化１】
2010188487.tif 000003
【化２】
2010188487.tif 000004
【００３１】
一般的に、Ｈ2Ｏ2のレドックス分解によってＯＨラジカルが生成されることが知られている。つまり、ハーバー−ワイス（Harber−Waiss）機構によるＨ2Ｏ2の分解であり、低原子価の遷移金属（Ｆｅ2+、Ｔｉ3+、Ｃｒ2+、Ｃｕ+等）による一電子還元によりＯＨラジカルが生成する。特に、Ｆｅ2+による反応は、フェントン反応としてよく知られている。Ｈ2Ｏ2はレドックス反応を行い得る低原子価金属イオンと反応し、ＯＨラジカルを生成するのである。ここで、Ｆｅ2+は触媒的な作用をするのである。
【００３２】
ここで、被加工物がＳｉＣの場合には、以下の[化３]に示すように、ＯＨラジカルとＨ2Ｏ2中の溶存酸素によってＳｉＣ表面が酸化され、その部分が優先的に加工されるものと推測する。
【００３３】
【化３】
2010188487.tif 000005
【００３４】
このような本発明に係る触媒支援型化学加工法には次の三つの特徴がある。（１）基準面（触媒）上でのみ反応種が作られる。（２）基準面から離れると、反応種は不活性化する。（３）基準面の物性は長時間変化しない。
【００３５】
このような特徴をもつために得られる本発明の利点を次に述べる。それは、「基準面上でのみ反応種が作られる」ために、化学エッチングとは異なり表面の面指数に影響されずに加工することが可能となる。「基準面から離れると、反応種が不活性化する」ために、基準面を転写する加工法となり、ＥＥＭで見られたような原子スケールでの平坦化が期待できる。「基準面の物性が長時間変化しない」ために、基準面が転写され加工が進行しても、該基準面の表面が変化しない。つまり、以上のようなことから触媒支援型化学加工法は効率的な超精密加工法となりうる可能性があると考えられる。
【００３６】
ここで、前記酸化剤としては、Ｈ2Ｏ2が挙げられるが、Ｈ2Ｏ2に限らず、被加工物、触媒、加工条件等の組み合わせにより、その他の酸化剤も用いることができる。しかし、工業的にはＨ2Ｏ2が安価で取扱い易いので最も好ましい。
【実施例１】
【００３７】
本発明の触媒支援型化学加工装置は、図１にその概念図を示すように、垂直な回転軸１を備えた円板状の平坦な鉄定盤２と、該鉄定盤２の回転軸１に対して偏心した回転軸３を有する押圧可能なホルダー４とを備え、遷移金属微粒子と酸化物微粒子の少なくとも一方と過酸化水素水をベースとした配合研磨液を、供給口５から鉄定盤２上に供給しながらホルダー４に取付けた被加工物を前記鉄定盤２に所定の押圧力で押圧しながら回転させて研磨する構造である。図中符号６は遷移金属微粒子、７は酸化物微粒子を図式的に示している。
【００３８】
ラッピングプロセスの加工条件を次の表１に示している。ラッピングプロセスでは、触媒作用のある鉄定盤を用いることが重要であり、それに遷移金属微粒子６又は酸化物微粒子７、あるいは遷移金属微粒子６と酸化物微粒子７を過酸化水素水に分散させた配合研磨液を用いる。本実施形態では、遷移金属微粒子６としてＦｅ微粒子、酸化物微粒子７としてＳｉＯ2又はＣｅＯ2を用いる。
【００３９】
【表１】
2010188487.tif 000006
【００４０】
図２にラッピングプロセスで２インチの４Ｈ-ＳｉＣ（Ｃ面）on axisを全面加工した結果を示している。図２のグラフ中の左端のＦｅ定盤とＨ2Ｏ2のみの結果は、従来例（特開２００７−２８３４１０号公報記載の加工方法）であり、約０．１２μｍ／ｈの加工速度が得られている。それに対して、Ｆｅ定盤と、Ｈ2Ｏ2にＳｉＯ2微粒子（濃度３wt％）を混合した配合研磨液を用いる場合の加工速度は従来例と同程度であるが、Ｆｅ定盤と、Ｈ2Ｏ2にＦｅ微粒子（濃度３wt％）を混合した配合研磨液を用いる場合には加工速度が約０．４５μｍ／ｈとなり、従来例の約４倍に増加する。更に、Ｆｅ定盤と、Ｈ2Ｏ2にＣｅＯ2微粒子（濃度３wt％）を混合した配合研磨液を用いる場合には加工速度が約０．７８μｍ／ｈとなり、従来例の約６．５倍に増加することが分かり、加工速度の大幅な向上を図ることができた。
【００４１】
次に、図３（ａ）に市販されている鏡面ＳｉＣ基板の表面のＷＹＫＯ像を示し、Ｒａ：７３．３１ｎｍ、Ｒｔ：６８７．５０ｎｍである。そして、図３（ｂ）は、As-slice ＳｉＣ基板を、本発明のＦｅ微粒子を用いてラッピングプロセスで処理した表面のＷＹＫＯ像を示し、Ｒａ：２．４３ｎｍ、Ｒｔ：３１．８４ｎｍと大幅に平坦化できていることが分かる。尚、ＷＹＫＯは、非接触式の干渉計を使用し、０．１ｎｍから１ｍｍまでの表面高を高精度、高速に測定する３次元表面形状測定装置のことである。
【００４２】
図４は、市販の鏡面ＳｉＣ基板と、ラッピングプロセスで処理したＳｉＣ基板の断面プロファイルを示し、本発明のラッピングプロセスにより平坦度が大幅に改善されていることがわかる。尚、本実施例は、ＳｉＣ基板表面上に与えるダメージをできるだけ抑制するために、通常よりも負荷を抑え，かつ定盤サイズが２００ｍｍと小さめの卓上型加工装置を用いてＳｉＣ基板の加工を実施したものである。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明のポリッシングプロセスによって、前述のラッピングプロセスで処理して平坦度を大幅に改善したＳｉＣ基板を処理する実施例を示す。ここで使用する回転研磨装置は図１と同じであるが、鉄定盤２の表面にポリッシングパッドを貼り付け、そのポリッシングパッドにホルダー４に装着したＳｉＣ基板を所定の押圧力で押圧して回転研磨する。そして、触媒としての遷移金属微粒子、酸化物微粒子及び過酸化水素水をベースとした配合研磨液を用いる。本実施形態では、遷移金属微粒子６としてＦｅ微粒子、酸化物微粒子７としてＳｉＯ2又はＣｅＯ2を用いる。また、前記ポリッシングパッド（研磨布）は、発泡ポリウレタン等を用いた不織布タイプのものであり、本実施形態ではＩＣ−１０００（ロデール社製）を用いている。
【００４４】
図５にポリッシングプロセスでの加工結果を示している。図５のグラフ中の左端から２番目のＩＣ−１０００とＳｉＯ2微粒子及び過酸化水素水を用いる方法は、従来のＣＭＰプロセスであり、約０．１μｍ／ｈの加工速度が得られている。図５には、ＩＣ−１０００とＣｅＯ2微粒子、Ｆｅ微粒子、Ｆｅ微粒子＋ＣｅＯ2微粒子と過酸化水素水の組み合わせの結果を示してあり、Ｆｅ微粒子を用いた場合、加工速度が約０．２３μｍ／ｈで従来のＣＭＰプロセスの２倍強、またＦｅ微粒子＋ＣｅＯ2微粒子を用いた場合、加工速度が約０．２５μｍ／ｈで従来のＣＭＰプロセスの約２．５倍となっていることが分かり、加工速度の大幅な向上を図ることができた。尚、ＣｅＯ2微粒子のみを用いる場合は、ＳｉＯ2微粒子のみを用いる場合よりも加工速度が遅いことが分かる。
【００４５】
図６（ａ）は、市販の鏡面ＳｉＣ基板の表面のマイケルソン型位相シフト干渉顕微鏡による二次元像であり、（ｂ）は本発明のポリッシングプロセスによって処理したＳｉＣ基板のポリッシング面のマイケルソン型位相シフト干渉顕微鏡による二次元像である。市販の鏡面ＳｉＣ基板が、Ｒａ：０．４０ｎｍ、Ｒｑ：０．５０ｎｍ、Ｒｔ：４．５４ｎｍであるのに対し、本発明のポリッシングプロセスによって処理したＳｉＣ基板のポリッシング面は、Ｒａ：０．３５ｎｍ、Ｒｑ：０．４４ｎｍ、Ｒｔ：５．００ｎｍであり、市販品と同等な表面平滑化を達成できていることが分かる。つまり、本発明のラッピング、ポリシングの２段階プロセスを行うことによってAs-slice基板を市販基板と同等レベルの表面に仕上げることが可能である。
【００４６】
図７は、本発明のＦｅ微粒子を用いたラッピング、ポリシングの２段階プロセスを行うことによって得られたＳｉＣ表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した結果を示し、加工表面上には、周期的なステップ構造が確認でき、本発明により原子レベルでの表面平坦化が可能であることが分かった。
【符号の説明】
【００４７】
１  回転軸、
２  鉄定盤、
３  回転軸、
４  ホルダー、
５  供給口、
６  遷移金属微粒子、
７  酸化物微粒子。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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