(57)【要約】【課題】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、加工効率が高く且つ数１０μｍ以上の空間波長領域にわたって精度が高く加工することが可能な触媒支援型化学加工方法及び加工装置を提供する。【解決手段】酸化剤を含む処理液中に被加工物１０を配し、該酸化剤を分解する固体触媒１１を被加工物に接触、若しくは極接近させ、触媒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加工原理を用いる。そして、加工中に、被加工物に光を照射する光照射手段、被加工物と固体触媒の間に電圧を印加する電圧印加手段、触媒の温度、被加工物、及び／又は処理液の温度を制御する温度制御手段のうちの１種又は２種以上を組み合わせて適用し、被加工面を加工する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤を含む処理液中に被加工物を配し、該酸化剤を分解する固体触媒を被加工物の被加工面に接触、若しくは極接近させ、前記触媒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において、前記加工中に、被加工物の被加工面に光を照射する光照射手段、被加工物の被加工面と固体触媒の間に電圧を印加する電圧印加手段、触媒の温度、前記被加工物、及び／又は処理液の温度を制御する温度制御手段のうちの１種又は２種以上を組み合わせて適用し、被加工面を加工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】
前記処理液に酸化剤を安定化する安定化剤を添加することで、該酸化剤の分解速度を制御する請求項１記載の触媒支援型化学加工方法。
【請求項３】
前記酸化剤がＨ2Ｏ2若しくはＯ3である請求項１又は２記載の触媒支援型化学加工方法。
【請求項４】
前記固体触媒が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉからなる遷移金属、白金、金等の貴金属、セラミックス系の金属酸化物、固体塩基性触媒から選択した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、サファイア、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】
前記酸化剤がＨ2Ｏ2、固体触媒がＦｅ、被加工物がＳｉＣ、ＧａＮ、又はダイヤモンドであり、フェントン反応を利用して加工する請求項１又は２記載の触媒支援型化学加工方法。
【請求項７】
前記酸化剤がＨ2Ｏ2、安定化剤が珪酸ソーダである請求項２に記載の触媒支援型化学加工方法。
【請求項８】
前記固体触媒を微粉末として前記酸化剤の処理液中に分散させ、該固体触媒の微粉末を処理液の流動に伴って被加工物の加工面に供給して加工する請求項１〜７の何れかに記載の触媒支援型化学加工方法。
【請求項９】
酸化剤を分解する固体触媒を表面に有する平坦な回転定盤及び該定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有するホルダーとを備え、前記触媒の表面と被加工物の被加工面の間に前記酸化剤を含む処理液を供給し、前記ホルダーに保持した被加工物を前記定盤に所定の押圧力で押圧しながら回転させて、被加工物の被加工面を平坦化加工する触媒支援型化学加工装置において、前記加工中に、被加工物の被加工面に光を照射する光照射手段、被加工物の被加工面と固体触媒の間に電圧を印加する電圧印加手段、触媒の温度、前記被加工物、及び／又は処理液の温度を制御する温度制御手段のうちの１種又は２種以上を組み合わせて適用し、被加工面を加工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】
酸化剤を含む処理液中に、該酸化剤を分解する固体触媒を微粉末として分散させ、該固体触媒の微粉末を処理液の流動に伴って被加工物の被加工面に供給する処理液及び触媒供給手段を必須とし、被加工物の被加工面に光を照射する光照射手段、被加工物の被加工面と固体触媒の間に電圧を印加する電圧印加手段、触媒の温度、前記被加工物、及び／又は処理液の温度を制御する温度制御手段のうちの１種又は２種以上を組み合わせて適用し、被加工面を加工することを特徴とする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）による加工は既に知られている（特許文献１〜４）。また、高電圧を印加した加工電極により発生させた反応ガスに基づく中性ラジカルを被加工物の被加工面に供給し、この中性ラジカルと被加工面の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、加工電極を被加工面に対して相対的に変化させて加工するものであって、反応ガスの種類と被加工物の材質に応じて決定される、加工時間と加工量との間の相関データと、前加工面と目的加工面の座標データとに基づきその座標差に応じて加工時間を数値制御して加工するプラズマＣＶＭ（Chemical Vaporization Machining）も提案されている（特許文献５）。更に、回転電極を高速に回転させることで、該回転電極表面でガスを巻き込むことによって加工ギャップを横切るガス流を形成して加工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も提案されている（特許文献６）。
【０００４】
前述のＥＥＭやプラズマＣＶＭは、一種の化学的な加工として非常に優れている。ＥＥＭは、原子スケールで平滑な面を得ることが可能であり、プラズマＣＶＭではＥＥＭと比較して精度は若干劣るものの、機械的な加工に匹敵する高能率な加工が高精度で可能である。
【０００５】
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難い。
【０００６】
また、プラズマＣＶＭは、活性なラジカルを利用しているので、非常に高効率な加工法である。プラズマＣＶＭの加工は、プラズマ中の中性ラジカルと加工物表面の化学反応を利用している。１気圧という高圧力雰囲気下において高密度のプラズマを発生させ、プラズマ中で生成した中性ラジカルを加工物表面の原子に作用させ、揮発性の物質に変えることで加工している。ゆえに、被加工面の原子配列を乱すことなく、従来の機械加工に匹敵する加工能率を持っている。しかし、基準面を持たない加工法であるため、指数面による影響を受けやすい。
【０００７】
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７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。
【０００８】
また、特許文献８には、被加工物に対して常態では溶解性を示さないハロゲンを含む分子が溶けた処理液中に該被加工物を配し、白金、金又はセラミックス系固体触媒からなる触媒を被加工物の加工面に接触若しくは極接近させて配し、前記触媒の表面で生成したハロゲンラジカルと被加工物の表面原子との化学反応で生成したハロゲン化合物を、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が提案されている。ここで、ハロゲンを含む分子がハロゲン化水素であり、具体的にはフッ化水素又は塩化水素を用いる点が開示されている。
【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２９６２５８３号公報
【特許文献６】特許第３０６９２７１号公報
【特許文献７】特許第３７３４７２２号公報
【特許文献８】特開２００６−１１４６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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、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、加工効率が高く且つ数１０μｍ以上の空間波長領域にわたって精度が高く加工することが可能な新しい加工法を提案することを目的とする。つまり、化学的な反応によってＳｉＣやＧａＮ等の難加工材料を、結晶学的に格子欠陥が導入されず、しかも空間制御性を備えて高精度に加工が可能な触媒支援型化学加工方法及び加工装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の課題解決のために、本発明は、酸化剤を含む処理液中に被加工物を配し、該酸化剤を分解する固体触媒を被加工物の被加工面に接触、若しくは極接近させ、前記触媒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において、前記加工中に、被加工物の被加工面に光を照射する光照射手段、被加工物の被加工面と固体触媒の間に電圧を印加する電圧印加手段、触媒の温度、前記被加工物、及び／又は処理液の温度を制御する温度制御手段のうちの１種又は２種以上を組み合わせて適用し、被加工面を加工することを特徴とする触媒支援型化学加工方法を提供する（請求項１）。
【００１１】
ここで、前記処理液に酸化剤を安定化する安定化剤を添加することで、該酸化剤の分解速度を制御することも好ましい（請求項２）。
【００１２】
具体的には、前記酸化剤がＨ2Ｏ2若しくはＯ3であること（請求項３）が好ましく、また前記固体触媒が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉからなる遷移金属、白金、金等の貴金属、セラミックス系の金属酸化物、固体塩基性触媒から選択した１種又は２種以上の組み合わせからなること（請求項４）が好ましい。そして、前記被加工物が結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、サファイア、ルビー、ダイヤモンドの内から選ばれた１種であると本発明の効果が顕著である（請求項５）。
【００１３】
そして、前記酸化剤がＨ2Ｏ2、固体触媒がＦｅ、被加工物がＳｉＣ、ＧａＮ、又はダイヤモンドであり、フェントン反応を利用して加工することがより好ましい（請求項６）。
【００１４】
更に、前記酸化剤がＨ2Ｏ2、安定化剤が珪酸ソーダであるとより効果的である（請求項７）。
【００１５】
また、前記固体触媒を微粉末として前記酸化剤の処理液中に分散させ、該固体触媒の微粉末を処理液の流動に伴って被加工物の加工面に供給して加工することも好ましい（請求項８）。
【００１６】
そして、本発明は、酸化剤を分解する固体触媒を表面に有する平坦な回転定盤及び該定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有するホルダーとを備え、前記触媒の表面と被加工物の被加工面の間に前記酸化剤を含む処理液を供給し、前記ホルダーに保持した被加工物を前記定盤に所定の押圧力で押圧しながら回転させて、被加工物の被加工面を平坦化加工する触媒支援型化学加工装置において、前記加工中に、被加工物の被加工面に光を照射する光照射手段、被加工物の被加工面と固体触媒の間に電圧を印加する電圧印加手段、触媒の温度、前記被加工物、及び／又は処理液の温度を制御する温度制御手段のうちの１種又は２種以上を組み合わせて適用し、被加工面を加工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）。
【００１７】
あるいは、本発明は、酸化剤を含む処理液中に、該酸化剤を分解する固体触媒を微粉末として分散させ、該固体触媒の微粉末を処理液の流動に伴って被加工物の被加工面に供給する処理液及び触媒供給手段を必須とし、被加工物の被加工面に光を照射する光照射手段、被加工物の被加工面と固体触媒の間に電圧を印加する電圧印加手段、触媒の温度、前記被加工物、及び／又は処理液の温度を制御する温度制御手段のうちの１種又は２種以上を組み合わせて適用し、被加工面を加工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１０）。
【００１８】
ここで、ＳｉＣやＧａＮ等のワイドバンドギャップ材料は化学的に非常に安定であるため、ヒドロキシルラジカルが反応しても、十分な反応速度を得ることが難しい。特にＧａＮは、価電子帯のエネルギーが非常に低いため、ヒドロキシルラジカルでは電子を引き抜くことができない。そこで、反応時に被加工物のバンドギャップに相当する光を照射することで、被加工物表面を活性にし加工速度を向上させることが可能となる。照射する光の波長は、被加工物のバンドギャップに相当する波長以下が好ましい。例えば、４Ｈ−ＳｉＣのバンドギャップは３．２６ｅＶであるから照射する光の波長は３８３ｎｍ以下、ＧａＮのバンドギャップは３．４２ｅＶであるから照射する光の波長は３６５ｎｍ以下である。
【００１９】
また、遷移金属表面でのフェントン反応のみでは、反応速度を制御することができないため、加工速度の向上が困難である。ここで、上記のフェントン反応は触媒表面におけるＨ2Ｏ2分子の１電子還元反応であるため、触媒定盤と被加工物の間に電圧を印加することで、ヒドロキシルラジカルの生成を促進することが可能である。触媒を陰極にするように電圧を印加した方が、還元反応が促進されるので望ましい。
【００２０】
そして、アレニウスの式で知られるように、化学反応は反応温度が高ければ、それだけ反応速度は大きくなる。本加工法は化学反応に基づいているため、触媒の温度、被加工物、及び／又は処理液の温度を制御することで、加工速度を変化させることができるのである。
【００２１】
前述の光照射手段、電圧印加手段及び温度制御手段は、単独でも加工に寄与する化学反応を促進させることができるが、それらを複数組み合わせて適用することも可能である。その場合には、複数の手段を同時に適用する場合と、経時的に前後にずらせて適用する場合がある。
【発明の効果】
【００２２】
以上にしてなる本発明の触媒支援型化学加工方法は、加工基準面に酸化剤を分解する固体触媒を用い、該触媒表面で酸化剤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、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のである。本発明では、砥粒や研磨材を用いずに、固体触媒を酸化剤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、加工が進むのである。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。
【００２３】
そして、本発明では、前記加工中に、被加工物の被加工面に光を照射する光照射手段、被加工物の被加工面と固体触媒の間に電圧を印加する電圧印加手段、触媒の温度、前記被加工物、及び／又は処理液の温度を制御する温度制御手段のうちの１種又は２種以上を組み合わせて適用し、被加工面を加工するので、加工に寄与する化学反応を促進させることができ、それにより加工速度を向上させることができるばかりでなく、これまで加工が非常に困難であったＳｉＣやＧａＮ等のワイドバンドギャップ材料が実用的レベルで化学加工することができるようになり、更にはサファイア、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可能性がある。特に、酸化剤として取り扱いが容易で安価なＨ2Ｏ2若しくはＯ3を用いることができるので、ＨＦを用いる方法と比較して加工コストを大幅に低減できるのである。
【００２４】
また、酸化剤を分解する固体触媒を表面に有する平坦な回転定盤及び該定盤の回転軸に対して偏心した回転軸を有するホルダーとを備え、前記触媒の表面と被加工物の被加工面の間に前記酸化剤を含む処理液を供給し、前記ホルダーに保持した被加工物を前記定盤に所定の押圧力で押圧しながら回転させて、被加工物の被加工面を平坦化加工する触媒支援型化学加工は、加工基準面を有する化学的な加工であるので、ＥＥＭやプラズマＣＶＭ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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、酸化剤を含む処理液中に被加工物を配し、該酸化剤を分解する固体触媒を被加工物の被加工面に接触、若しくは極接近させ、前記触媒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というものである。そして、加工中に、被加工物の被加工面に光を照射する光照射手段、被加工物の被加工面と固体触媒の間に電圧を印加する電圧印加手段、触媒の温度、前記被加工物、及び／又は処理液の温度を制御する温度制御手段のうちの１種又は２種以上を組み合わせて適用し、被加工面を加工することを特徴としている。ここで、本発明において、処理液中に被加工物と固体触媒を浸漬する場合と、被加工物と固体触媒の接触部分に処理液を流動供給する場合の両方を含むのである。
【００２６】
先ず、本発明の加工法の概念図を図１に示す。図中符号１は固体触媒、２は被加工物の被加工面を示している。図１（ａ）に示すように、酸化剤を含む処理液中で触媒１を被加工物２に接触、若しくは極接近させると、触媒１の表面で生成した活性種３と表面原子４とが反応して化合物５を作る。ここで、図中符号６は酸化剤分子、７は酸化剤分子６が解離して活性種３が生じた残余分子である。それから、図１（ｂ）に示すように、触媒１を被加工物２から離すと、化合物５は被加工物２の被加工面から除去され、未反応の活性種３は残余分子７と結合して不活性化する。従って、触媒１が接触、若しくは極接近している間だけ前記被加工物２が加工されるのである。そして、本発明では、前述の加工中に、光照射手段、電圧印加手段及び温度制御手段を単独で又は複数組み合わせて適用しながら加工するのである。
【００２７】
ここで、前記酸化剤として、Ｈ2Ｏ2若しくはＯ3を用い、前記固体触媒として、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉからなる遷移金属、白金、金等の貴金属、セラミックス系の金属酸化物、固体塩基性触媒から選択した１種又は２種以上の組み合わせたものを用いる。そして、前記被加工物としては、結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、サファイア、ルビー、ダイヤモンド等の難加工物を対象としているが、勿論Ｓｉの加工も可能である。特に、前記酸化剤がＨ2Ｏ2、固体触媒がＦｅ、被加工物がＳｉＣ、ＧａＮ、又はダイヤモンドであり、フェントン反応を利用して加工することが最も好ましい実施形態である。
【００２８】
また、前記処理液に酸化剤を安定化する安定化剤を添加することで、該酸化剤の分解速度を制御することも可能である。特に、酸化剤としてＨ2Ｏ2、触媒としてＰｔを用いたときは、反応速度が速過ぎて加工中に気泡が成長して支障をきたすので、安定化剤として珪酸ソーダを添加することで、過酸化水素の分解反応を抑制し気泡の成長を防ぐことができる。つまり、処理液中に安定化剤を添加することで、触媒反応を遅くすることができる。
【００２９】
また、前記固体触媒を微粉末として前記酸化剤の処理液中に分散させ、該固体触媒の微粉末を処理液の流動に伴って被加工物の加工面に供給して加工することも可能である。
【００３０】
更に詳しく本発明の加工原理を説明する。先ず、触媒表面での活性種の生成について説明する。過酸化水素水やオゾン水の触媒分解過程では、下記に示すように強力な酸化力を持つ活性種であるヒドロキシルラジカル（反応式中では・ＯＨと表記）や酸素原子（反応式中では・Ｏ・と表記）が生成する。これらの活性種は触媒から脱離すると直ぐに周りの分子と反応し、不活性な分子に変化するため、被加工物を触媒表面に接触もしくは極接近させることで、触媒表面を基準とした加工を行うことが可能となる。
（過酸化水素の分解反応）
【００３１】
過酸化水素は白金、金、又は固体塩基性触媒等の固体触媒表面において、
Ｈ2Ｏ2→・ＯＨ＋・ＯＨ
の反応式に従い分解され、ヒドロキシルラジカルを生成する（図２参照）。
【００３２】
また、遷移金属（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔｉ）を固体触媒として用いる場合は、下記に示す反応式に従い、ヒドロキシルラジカルを生成すると推測される。
Ｍ＋ｎＨ2Ｏ2→Ｍn+＋ｎ・ＯＨ＋ｎＯＨ-
【００３３】
このとき、触媒である遷移金属がイオン化して溶液中へと溶解すると考えられるが、溶解量が微量であるため、触媒表面は殆ど変化しない。このヒドロキシルラジカルは非常に酸化力が強く活性であるため、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド等の化学的に安定な材料とも反応し、加工に用いることができる。また、触媒表面から脱離したヒドロキシルラジカルは、ヒドロキシルラジカル同士の反応により、過酸化水素分子に戻る他、溶液中の水分子や溶存酸素と反応することで活性を失い、最終的に水分子と酸素分子に分解される。過酸化水素分子や酸素分子はヒドロキシルラジカルと比べて不活性であるため、前記の化学的に安定な材料と反応することがない。
【００３４】
（オゾンの分解反応）
オゾン分子は、セラミックス系の金属酸化物、固体塩基性触媒（イオン交換材料）等の固体触媒表面において、
Ｏ3→Ｏ2＋・Ｏ・
の反応式に従い、酸素分子と酸素原子に分解される（図３参照）。この酸素原子は非常に酸化力が強く活性であるため、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド等の化学的に安定な材料とも反応し、加工に用いることができる。
【００３５】
触媒表面から脱離した酸素原子は、溶液中の酸素分子と反応または酸素原子同士で反応して、オゾン分子または酸素分子になる。
・Ｏ・＋Ｏ2→Ｏ3
・Ｏ・＋・Ｏ・→Ｏ2
【００３６】
オゾン分子や酸素分子は酸素原子と比べて不活性であるため、前記の材料と反応することがない。
【００３７】
（活性種と被加工物の反応）
ここで、被加工物がＳｉＣである場合には、ヒドロキシルラジカルあるいは酸素原子によって、それぞれ下記の反応によって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。
ＳｉＣ＋４・ＯＨ＋Ｏ2→ＳｉＯ2＋２Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2↑
ＳｉＣ＋４・Ｏ・→ＳｉＯ2＋ＣＯ2↑
【００３８】
また、被加工物がＧａＮである場合には、ヒドロキシルラジカルあるいは酸素原子によって、それぞれ下記の反応によってＧａＮ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。
２ＧａＮ＋７・ＯＨ＋７／４Ｏ2→Ｇａ2Ｏ3＋７／２Ｈ2Ｏ＋２ＮＯ2↑
２ＧａＮ＋７・Ｏ・→Ｇａ2Ｏ3＋２ＮＯ2↑
【実施例１】
【００３９】
（光照射による加工速度の向上）
ＳｉＣやＧａＮ等のワイドバンドギャップ材料は化学的に非常に安定であるため、ヒドロキシルラジカルや酸素原子が作用しても、十分な加工速度を得ることが難しい。そこで、反応中に被加工物のバンドギャップに相当する光を照射することで、被加工物表面を活性状態にして加工速度の向上を行う。被加工物１０への励起光照射は、図４（ａ）に示すように、固体触媒１１の背後に励起光光源１２を配し、励起光を透過することができる励起光透過窓１３を介して触媒背面から照射することにより行うものとする。前記励起光透過窓１３の材質は石英（ＳｉＯ2）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、ＣａＦ2の何れかであることが好ましい。このとき固体触媒１１として励起光を透過しない材料を用いる場合は、該固体触媒１１に複数個の貫通穴１４をあけることで、被加工物１０の被加工面に励起光を照射する。励起光の波長は被加工物のバンドギャップに相当する波長以下の光を用いることが好ましい。例えば、４Ｈ−ＳｉＣのバンドギャップは３．２６ｅＶであるから照射する光の波長は３８３ｎｍ以下、ＧａＮのバンドギャップは３．４２ｅＶであるから照射する光の波長は３６５ｎｍ以下である。
【００４０】
そして、図４（ｂ）に示すように、被加工物１０の被加工面に励起光を照射しながら固体触媒１１を接近させると、被加工物１０の被加工面の活性領域１５が、該固体触媒１１の表面近傍で生成された活性種１６によって加工される（図４（ｃ）参照）。ここで、図中符号１７は励起光を示している。そして、図４（ｄ）に示すように、固体触媒１１を被加工物１０から遠ざけると加工は停止する。図示したように、固体触媒１１の表面の平坦度に応じて被加工物１０の被加工面の凸部が優先的に加工されて平坦化するのである。
【００４１】
一般に化学反応によるワイドギャップ材料の加工には、価電子帯（Ｅｖ）から電子を引き抜き正孔（ｈ+と表記）を生成する必要がある。ヒドロキシルラジカル又は酸素原子がＳｉＣ表面に作用した場合、ヒドロキシルラジカル又は酸素原子の酸化力がＳｉＣの価電子帯電位よりも強いため、
・ＯＨ→ＯＨ-＋ｈ+
・Ｏ・→・Ｏ-＋ｈ+
の反応により、ＳｉＣの価電子帯から電子が引き抜かれ正孔が生成される（図５の過程Ａ）。この正孔に処理液中の水分子や溶存酸素が作用することでＳｉＣの加工が生じる（図４の過程Ｂ）。
【００４２】
ここで、反応中に被加工物表面に被加工物のバンドギャップに相当する波長（３８３ｎｍ）以下の波長を持つ励起光を照射した場合、価電子帯に存在する電子は伝導体（Ｅｃ）へと励起され、正孔が生じる（図６の過程Ａ）。この正孔に処理液中の水分子や溶存酸素が作用することでＳｉＣの加工が生じる（図６の過程Ｂ）。また、伝導体へと励起された電子は、処理液中の水素イオンと反応し水素分子となることで消費される（図６の過程Ｃ）。この反応過程と上記の活性種による加工を同時に行うことで、加工速度を向上させることができる。
【００４３】
次に、ヒドロキシルラジカルまたは酸素原子がＧａＮに作用した場合を考える。ヒドロキシルラジカルや酸素原子がＧａＮ表面に作用した場合、ヒドロキシルラジカルや酸素原子の酸化力がＧａＮの価電子帯電位より弱いため、価電子帯から電子を奪うことができないため反応は進行しない（図７参照）。
【００４４】
ここで、反応中に被加工物表面に被加工物のバンドギャップに相当する波長（３６５ｎｍ）以下の波長を持つ励起光を照射した場合、価電子帯（Ｅｖ）に存在する電子は伝導体（Ｅｃ）へと励起され、正孔と励起電子が生じる（図８の過程Ａ）。この正孔に処理液中の水分子又は溶存酸素が作用することでＧａＮが加工される（図８の過程Ｂ）。この時、伝導体に励起された電子は、ヒドロキシルラジカルまたは酸素原子と反応することで消費される（図８の過程Ｃ）。
【００４５】
ここで、ヒドロキシルラジカル又は酸素原子が作用しなかった場合は、酸化剤の酸化力が伝導体電位よりも弱いため、励起電子を消費することができない。この場合、図８の過程Ｂの反応は進行せずに、励起電子と正孔の再結合が起こり加工は進行しない。以上のことからＧａＮの加工は励起光により被加工物表面が励起され、さらにヒドロキシルラジカルや酸素原子が被加工物表面に作用し励起電子を消費することで進行する。
【実施例２】
【００４６】
（電圧印加による加工速度の向上）
触媒による分解反応のみでは反応速度を制御することができないため、加工速度の向上が困難である。そこで、図９（ａ）に示すように、被加工物２０と固体触媒２１に直流電源２２を接続し、被加工物２０と固体触媒２１との間に電圧を印加することで、触媒表面を活性にし酸化剤の分解反応を促進する（図９（ｂ））。図中符号２３は活性種であり、２４は活性領域である。図９（ｃ）のように、固体触媒２１を被加工物２０に接近させると、固体触媒２１の表面の平坦度に応じて被加工物２０の被加工面の凸部が優先的に加工されて平坦化するのである（図９（ｄ））。
【００４７】
特にＨ2Ｏ2の遷移金属による分解反応は、触媒表面におけるＨ2Ｏ2分子の１電子還元反応であるため、触媒が負になるように電圧を与えることで下記に示す反応式により分解速度を向上することができる（ハーバー・ワイス反応）。
Ｈ2Ｏ2＋e-→ＯＨ-＋・ＯＨ
【００４８】
その結果、触媒表面で活性種が多量に生成されるため、被加工物の加工速度を向上させることができる。
【実施例３】
【００４９】
（温度制御による加工速度の制御）
アレニウスの式で知られるように、化学反応は反応温度が高ければ、それだけ反応速度は大きくなる。本加工法は化学反応に基づいているため、触媒の温度、被加工物温度及び／又は処理液の温度を制御することで、加工速度を変化させることができると考えられる。触媒の温度を制御することで活性種の生成速度を制御することができる。被加工物温度を制御することで、被加工物の表面原子と活性種の反応速度を制御することができる。
【００５０】
図１０に示した加工装置は、酸化剤を分解する固体触媒を表面に有する平坦な回転定盤３１及び該定盤３１の回転軸３２に対して偏心した回転軸３４を有するホルダー３３とを備え、前記触媒の表面と被加工物３０の被加工面の間に前記酸化剤を含む処理液を供給ノズル３５から供給し、前記ホルダー３３に保持した被加工物３０を前記定盤３１に所定の押圧力で押圧しながら回転させて、被加工物３０の被加工面を平坦化加工するものである。ここで、前記回転定盤３１は容器３６の内部に設け、処理液を回収するようになっている。そして、前記回転定盤３１は、内部に流路３７を設けて調温流体を循環させ、該回転定盤３１の表面の温度、即ち固体触媒の温度を調節できるようになっている。
【００５１】
また、前記ホルダー３３の内部には、該ホルダー３３で保持した被加工物３０の温度を制御する温度制御機構としてのヒータ３９が回転軸３４に延びて埋設されている。また、前記供給ノズル３５には、熱交換器３８が設けられており、所定の温度に制御された処理液を容器３６の内部に供給できるようになっている。尚、この例では、被加工物３０の温度を制御する温度制御機構としてのヒータ３９、処理液の温度を制御する温度制御機構としての供給ノズル３５、及び回転定盤３１の温度を制御する温度制御機構としての流路３７を設けた例を示しているが、何れか１つを設けるようにしてもよい。
【００５２】
尚、光照射手段、電圧印加手段、温度制御手段はこれらを単独でも、また適宜組み合わせて加工を促進させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の加工法の概念図であり、（ａ）は処理液中で固体触媒を被加工物に接近させ活性種が被加工物の被加工面に作用した状態、（ｂ）は活性種によって被加工物の被加工面が加工され、固体触媒を離した状態をそれぞれ示している。
【図２】触媒による過酸化水素の分解反応を示す説明図である。
【図３】触媒によるオゾン水の分解反応を示す説明図である。
【図４】光照射手段による加工方法の説明用断面図であり、（ａ）は加工前の状態、（ｂ）は光を照射している状態、（ｃ）は加工中の状態、（ｄ）は加工後の状態をそれぞれ示している。
【図５】ＳｉＣにヒドロキシルラジカル又は酸素原子が作用した場合の反応過程を示す説明図である。
【図６】励起光照射した場合のＳｉＣの酸化過程を示す説明図である。
【図７】ＧａＮにヒドロキシルラジカル又は酸素原子が作用した場合の反応過程を示す説明図である。
【図８】励起光照射した場合のＧａＮの酸化過程を示す説明図である。
【図９】被加工物と固体触媒の間に電圧を印加する加工方法の説明用断面図であり、（ａ）は加工前の状態、（ｂ）は電圧を印加している状態、（ｃ）は加工中の状態、（ｄ）は加工後の状態をそれぞれ示している。
【図１０】温度制御機能付の加工装置を示す簡略断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  触媒、
２  被加工物、
３  活性種、
４  表面原子、
５  化合物、
６  酸化剤分子、
７  残余分子、
１０  被加工物、
１１  固体触媒、
１２  励起光光源、
１３  励起光透過窓、
１４  貫通穴、
１５  活性領域、
１６  活性種、
１７  励起光、
２０  被加工物、
２１  固体触媒、
２２  直流電源、
２３  活性種、
２４  活性領域、
３０  被加工物、
３１  回転定盤、
３２  回転軸、
３３  ホルダー、
３４  回転軸、
３５  供給ノズル、
３６  容器、
３７  流路、
３８  熱交換器、
３９  ヒータ。
【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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