(57)【要約】      （修正有）【課題】従来、薄膜上のベースに対して強固に固定されている角などをきれいに研磨加工するような装置は見当たらなかった。【解決手段】薄膜構造物加工装置１７０１は、基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物１７０７を加工するための薄膜構造物加工装置であって、液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部１７０２と、前記液化高圧不活性ガス保持部１７０２に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物１７０７に対して噴射するためのノズル部１７０３とを有し、ノズル部１７０３は、不活性ガスのジェット噴流を薄膜構造物１７０７に噴射することで薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有することを特徴とする。【選択図】    図１７
2004223639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置であって、
液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部と、
前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物に対して噴射するためのノズル部と、を有し、
前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を薄膜構造物に噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する
薄膜構造物加工装置。
【請求項２】
前記ノズル部は、前記不活性ガスを通すための第一のガス通路と、
前記第一のガス通路の全部又は一部と隣接する第二のガス通路と、
からなり、
前記第二のガス通路には、前記第一のガス通路及び、そのガス通路の端である不活性ガス解放端が前記不活性ガスにより結露などすることを防止するための結露防止ガスが流通されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜構造物加工装置。
【請求項３】
前記結露防止ガスは、窒素ガスであることを特徴とする請求項２に記載の薄膜構造物加工装置。
【請求項４】
前記ノズル部は、前記不活性ガスを通すための第一のガス通路と、
前記第一のガス通路の解放端に隣接して解放端を有する第三のガス通路と、
からなり、
前記第三のガス通路には液化窒素又は／及び、液体アルゴンが通され、前記第一のガス通路の解放端からジェット噴流となって解放される前記不活性ガスの帯電を除去するため、前記第三のガス通路の解放端は、前記液化窒素又は／及び、液体アルゴンを霧状に噴射することを特徴とする請求項１に記載の薄膜構造物加工装置。
【請求項５】
基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置であって、
液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部と、
研磨剤を保持する研磨剤保持部と、
前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放することにより生じる不活性ガスの氷状粒子と、前記研磨剤保持部に保持された研磨剤と、を前記薄膜構造物に対して噴射するためのノズル部と、
を有し、
前記ノズル部は、前記不活性ガスと前記研磨剤とからなるジェット噴流を薄膜構造物に噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する
薄膜構造物加工装置。
【請求項６】
前記研磨剤は、粒径が０．０１ミクロンから１ミクロンの範囲である請求項５に記載の薄膜構造物加工装置。
【請求項７】
前記研磨剤は、ダイヤモンド粒を含む請求項５又は６に記載の薄膜構造物加工装置。
【請求項８】
基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工方法であって、
液化高圧不活性ガスを常圧雰囲気中に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物に対して噴射して加工を行う薄膜構造物加工方法。
【請求項９】
基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工方法であって、
液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放することにより生じる不活性ガスの氷状粒子と、研磨剤と、を前記常温雰囲気中への解放に伴って生じるジェット噴流を薄膜構造物対して噴射して加工を行う薄膜構造物加工方法。
【請求項１０】
基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置であって、
液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部と、
前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物に対して噴射するためのノズル部と、
前記薄膜構造物を保持するための薄膜構造物保持部と、
を有し、
前記薄膜構造物保持部は、前記薄膜構造物の加工対象面を斜め下方向に向けて保持し、
前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を、前記薄膜構造物保持部に保持された薄膜構造物の前記斜め下方向に向けられた加工対象面に対して、非法線方向の入射角度にて噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する
薄膜構造物加工装置。
【請求項１１】
基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置であって、
液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部と、
前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物に対して噴射するためのノズル部と、
前記薄膜構造物を保持するための薄膜構造物保持部と、
を有し、
前記薄膜構造物保持部は、前記薄膜構造物の加工対象面を真下に向けて保持し、
前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を、前記薄膜構造物保持部に保持された薄膜構造物の前記真下に向けられた加工対象面に対して、非法線方向の入射角度にて噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する
薄膜構造物加工装置。
【請求項１２】
基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置であって、
液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部と、
前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物に対して噴射するためのノズル部と、
前記薄膜構造物を保持するための薄膜構造物保持部と、
を有し、
前記薄膜構造物保持部は、前記薄膜構造物の加工対象面を斜め下方向に向けて保持し、
前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を、前記薄膜構造物保持部に保持された薄膜構造物の前記斜め下方向に向けられた加工対象面に噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する
薄膜構造物加工装置。
【請求項１３】
基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置であって、
液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部と、
前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物に対して噴射するためのノズル部と、
前記薄膜構造物を保持するための薄膜構造物保持部と、
を有し、
前記薄膜構造物保持部は、前記薄膜構造物の加工対象面を真下に向けて保持し、
前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を、前記薄膜構造物保持部に保持された薄膜構造物の前記真下に向けられた加工対象面に対して噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する薄膜構造物加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜構造を有する薄膜構造物の加工に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、炭酸ガスなどのジェット噴流を利用した洗浄装置、洗浄方法が考えられてきた。これらの洗浄装置や洗浄方法では、半導体ウェーハ、電子基板、ＧＭＲヘッド（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｈｅａｄ）、電気部材のコネクターなどの精密部品などに付着した有機物、酸、炭化水素、金属薄膜などの不純物を洗い流すことが目的とされてきた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２７７１１６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような洗浄装置や洗浄方法は、洗浄することにより、不純物を洗い流すことを目的としている。そのため、炭酸ガスなどのジェット噴流を利用して、あらかじめ製造時点で形成された半導体材料などの薄膜構造表面の凸凹や半導体材料の薄膜上のベースに対して強固に固定されている角などをきれいに研磨加工するような装置は見当たらなかった。その結果、レジスト剥離装置、ドライエッチング装置や研磨加工用の装置が別途必要となり、コスト的にもアップすることになってしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。
【０００６】
第一の発明の薄膜構造物加工装置は、基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置であって、液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部と、前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物に対して噴射するためのノズル部とを有し、前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を薄膜構造物に噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有することを特徴とする。
【０００７】
第二の発明の薄膜構造物加工装置は、前記ノズル部は、前記不活性ガスを通すための第一のガス通路と、前記第一のガス通路の全部又は一部と隣接する第二のガス通路と、からなり、前記第二のガス通路には、前記第一のガス通路及び、そのガス通路の端である不活性ガス解放端が前記不活性ガスにより結露などすることを防止するための結露防止ガスが流通されることを特徴とする。
【０００８】
第三の発明の薄膜構造物加工装置は、基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置であって、液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部と、研磨剤を保持する研磨剤保持部と、前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放することにより生じる不活性ガスの氷状粒子と、前記研磨剤保持部に保持された研磨剤と、を前記薄膜構造物に対して噴射するためのノズル部と、を有し、前記ノズル部は、前記不活性ガスと前記研磨剤とからなるジェット噴流を薄膜構造物に噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有することを特徴とする。
ノズル内部のもっとも炭酸ガスの流速が早まる部位の直後に、前述第３のガス通路の端を置き、炭酸ガスの流速が早まる部分の気圧が極端に低下するため、研磨剤がガス通路の端よりノズル内部に吸入され、霧状にノズル内に拡散する。拡散する際、炭酸ガスに付着または独立して、炭酸ガス圧力により基板に噴射され、薄膜構造ぶつを除去できるノズル構造。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本件発明の実施の形態を説明する。実施の形態と、請求項との関係はおおむね次のようなものである。
【００１０】
実施の形態１は、主に、請求項１、請求項８などについて説明している。
【００１１】
実施の形態２は、主に、請求項２などについて説明している。
【００１２】
実施の形態３は、主に、請求項３などについて説明している。
【００１３】
実施の形態４は、主に、請求項４などについて説明している。
【００１４】
実施の形態５は、主に、請求項５、請求項９などについて説明している。
【００１５】
実施の形態６は、主に、請求項６などについて説明している。
【００１６】
実施の形態７は、主に、請求項７などについて説明している。
【００１７】
（実施の形態１）
【００１８】
本件発明の実施の形態１を図面に従って説明する。
【００１９】
＜薄膜構造物加工装置＞
【００２０】
図１に示すように、薄膜構造物加工装置（０１０１）は、液化高圧不活性ガス保持部（０１０２）と、ノズル部（０１０３）とを有する。
【００２１】
（液化高圧不活性ガス保持部）
【００２２】
「液化高圧不活性ガス保持部」は、例えば高圧ボンベのようなものが該当する。ここで「液化高圧不活性ガス」とは、常温で液体に維持するために不活性ガスを高圧の状態に保持したものである。不活性ガスには、炭酸ガス、アルゴン、窒素などが該当する。
【００２３】
（ノズル部）
【００２４】
「ノズル部」は、根元側は連結管（０１０４）を介して前記液化高圧不活性ガス保持部と連結され、他端は常圧雰囲気（０１０５）中に設置される。また前記ノズル部は、加工の対象物である半導体材料などの薄膜構造物の薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有しているものとする。
【００２５】
具体的には、図２、図１１に示すような断面構造のノズルが考えられる。ノズル部（０２０１、１１０１）は図に示すような中空構造であり、根元側は連結管（０２０２，１１０２）を介して液化高圧不活性ガス保持部と連結されており、不活性ガスが注入される。他端は常圧雰囲気中に解放され、不活性ガスの氷粒子（０２０３，１１０３）を噴射する。
【００２６】
＜薄膜構造物加工装置の動作原理＞
【００２７】
次に前記薄膜構造物加工装置の動作原理を説明する。前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された不活性ガスは、連結管を経由してノズル部に到着する。ノズル部に到着した不活性ガスは、他端の常圧雰囲気中に解放される。このとき高圧化で液化していた不活性ガスは、徐々に常圧に近づきながら圧力が低下していくために、一部気化し、一部固化する。固化した不活性ガスは氷状粒子になる。この氷状粒子を含むジェット噴流を薄膜構造物に対して噴射し、薄膜構造物の表面の凹凸や角を加工する。
【００２８】
ここで「薄膜構造物」とは、半導体材料であるシリコン材料、酸化物材料、化合物材料、金属材料などの薄膜が積層した構造を有するものをいう。また、薄膜構造物には、レジスト、油膜、ワックスや接着剤などの有機膜も該当する。
【００２９】
また「加工する」とは、構造的に結合した薄膜構造の一部を、不活性ガスの氷状粒子のジェット噴流の衝撃により、部分的にあるいは全面的に破壊することをいう。
【００３０】
例えば、半導体材料に使用されるシリコンウェーハなどのシリコン材料、酸化物材料、化合物材料、金属材料などの精密部品等の表面の凹凸を鏡面状に研磨することなどが考えられる。
【００３１】
また、半導体材料のエッチング時に形成される角の加工、除去などに使用することも可能である。ここで「角」とは、バリと異なり、半導体材料の薄膜上のベースに対して強固に固定されているものをいう。図３は角の一例を示したものであり、シリコンやガリウム砒素などの基板上に形成された酸化膜やメタルなどの薄膜上に形成された角である。図４、図５、図６は前記角が形成される過程を示したものである。一般的に、図４に示すように、半導体基板上に電子回路を形成するためには、シリコンやガリウム砒素などの半導体基板上に酸化膜やメタルなどの薄膜を形成し、その上からフォトレジスト材料を塗布する。次にフォトレジスト材料を塗布された半導体基板上部からイオンビームを照射し、フォトレジスト材料の塗布されていない領域のみ薄膜を除去し、その後エッチング処理によりフォトレジスト材料を除去する。以上が一般的な電子回路形成過程であるが、イオンビームを照射する時、図５に示すように、薄膜材料の分子が、フォトレジストの外側に飛び散ってくれることが理想的である。しかしながら、現実には、図６に示すように、全ての薄膜材料の分子が、フォトレジストの外側に飛び散らずに、一部はフォトレジストの側面に付着してしまう。点線で囲んだ部分が将来の角になる領域である。その結果、図３に示すような、高さ約１μｍ、幅約０．２μｍ程度の半導体材料の薄膜上のベースに対して強固に固定された角が形成されることになる。以上が半導体材料上に形成される角の形成過程の一例である。
【００３２】
＜ドライアイス状態になるノズル作用＞
【００３３】
液化不活性ガスノズルの作用は以下の通りである。液化不活性をノズル内部に圧送し、ノズル管内の一部が極端に絞り込まれたところを液化不活性ガスが通過する事により流速が速まりジェット噴流をノズル出口方向へ吹き出す。
【００３４】
この際、霧状に高速噴霧された液化不活性ガスが断熱膨張により非常に微細なドライアイス状態となり強度かつ高速な不活性ガスのジェット噴流に乗ったドライアイスが基板表面の薄膜および、バリ、角を研削可能となる。またノズルは、そのような作用を実現することが可能なノズル構造を有する。
【００３５】
（実施の形態２）
【００３６】
本件発明の実施の形態２は、そのノズル構造が、実施の形態１におけるノズル部の解放端が常圧雰囲気中の水蒸気により結露することを防止するためのノズル構造を有することを特徴とする実施の形態１に記載の薄膜構造物加工装置に関するものである。
【００３７】
本件発明の実施の形態２を図面に従って説明する。
【００３８】
＜ノズル構造＞
【００３９】
具体的なノズルの構造は、図７、図１２のようなものが考えられる。
【００４０】
図７、図１２に示すように、ノズル部（０７０１，１２０１）は、第一のガス通路（０７０２、１２０２）と、第二のガス通路（０７０３，１２０３）と、からなる。
【００４１】
（第一のガス通路）
【００４２】
「第一のガス通路」は、不活性ガスを通す。
【００４３】
ここで、「不活性ガス」とは、実施の形態１における「液化高圧不活性ガス保持部」保持されている「液化高圧不活性ガス」をいい、例えば、炭酸ガス、アルゴン、窒素などが該当する。
【００４４】
具体的には、図７、図１２に示すような断面構造が考えられる。第一のガス通路は図７、図１２に示すような中空構造であり、根元側は連結管（０７０４，１２０４）を介して液化高圧不活性ガス保持部と連結されており、不活性ガスが注入される。他端は常圧雰囲気中に解放され、不活性ガスの氷粒子（０７０５，１２０５）を噴射する。
【００４５】
（第二のガス通路）
【００４６】
「第二のガス通路」は、図７、図１２に示すように、前記第一のガス通路の全部又は一部と隣接する。
【００４７】
第二のガス通路には、前記第一のガス通路及び、そのガス通路の端である不活性ガス解放端が前記不活性ガスにより結露などすることを防止するための結露防止ガス（０７０６，１２０６）が流通される。第一のガス通路より噴射される不活性ガスと同時に、注入された結露防止ガスは、第二のガス通路を通ってノズル部の解放端より噴射される。第二のガス通路に注入される結露防止ガスは常温であり、高速で移動するため、ノズル部が冷却されるのを防止し、常圧雰囲気中の水蒸気が結露などすることを防止する。ここで「結露などする」とは、常圧雰囲気中の水蒸気が液化して露状になることのみならず、固化して氷結することも含む。さらに、噴射された結露防止ガスは、一部不活性ガスを取り囲み、一部はそのまま常圧雰囲気中に充満し、常圧雰囲気中の水蒸気が結露などして不活性ガスの氷状粒子が大きくなってワークを破壊するのを防止する。
【００４８】
結露防止ガスには、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどが該当する。
【００４９】
＜薄膜構造物加工装置の動作原理＞
【００５０】
次に、本件実施の形態２のノズル構造を利用した薄膜構造物加工装置の動作原理を説明する。前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された不活性ガスは、連結管を経由してノズル部の第一のガス通路に到着する。第一のガス通路に到着した不活性ガスは、他端の常圧雰囲気中に解放される。このとき高圧化で液化していた不活性ガスは、徐々に常圧に近づきながら圧力が低下していくために、一部気化し、一部固化する。固化した不活性ガスは氷状粒子になる。このとき、不活性ガスに炭酸ガスを使用すると、ノズル部の解放端は急激に温度が低下することになる。そのため、常温雰囲気中に水蒸気が含まれている場合には、常圧雰囲気中の水蒸気がノズル部の解放端周辺に結露などしてしまい、ノズルが使用不可能になる恐れがある。そこで、窒素ガスなどの結露防止ガスをノズル部の第二のガス通路より注入する。注入された結露防止ガスは第二のガス通路を通って、ノズル部の解放端より噴射される。第二のガス通路に注入される結露防止ガスは常温であり、高速で移動するため、ノズル部が冷却されるのを防止し、常圧雰囲気中の水蒸気が結露などすることを防止する。さらに、噴射された結露防止ガスは、一部不活性ガスを取り囲み、一部はそのまま常圧雰囲気中に充満し、常圧雰囲気中の水蒸気が結露などして不活性ガスの氷状粒子が大きくなってワークを破壊するのを防止する。したがって、常圧雰囲気中の水蒸気が結露するのを防止し、この氷状粒子を含むジェット噴流を薄膜構造物に対して噴射し、薄膜構造物の表面の凹凸や角を加工することができる。
【００５１】
（実施の形態３）
【００５２】
本件発明の実施の形態３は、実施の形態２において、結露防止ガスに窒素ガスを使用したものであることを特徴とする実施の形態２に記載の薄膜構造物加工装置に関するものである。
【００５３】
それ以外の点においては、実施の形態２と同様なので説明を省略する。
【００５４】
（実施の形態４）
【００５５】
本件発明の実施の形態４は、実施の形態１におけるノズル部の解放端からジェット噴流となって解放される不活性ガスの帯電を除去するためのノズル構造を有することを特徴とする実施の形態１に記載の薄膜構造物加工装置に関するものである。
【００５６】
本件発明の実施の形態４を図面に従って説明する。
【００５７】
＜ノズル構造＞
【００５８】
具体的なノズルの構造は、図１４、図１５のようなものが考えられる。
【００５９】
図１４、図１５に示すように、ノズル部（１４０１，１５０１）は、第一のガス通路（１４０２，１５０２）と、第三のガス通路（１４０３，１５０３）と、からなる。
【００６０】
（第一のガス通路）
【００６１】
「第一のガス通路」は、不活性ガスを通す。
【００６２】
ここで、「不活性ガス」とは、実施の形態１における「液化高圧不活性ガス保持部」保持されている「液化高圧不活性ガス」をいい、例えば、炭酸ガス、アルゴン、窒素などが該当する。
【００６３】
具体的には、図１４、図１５に示すような断面構造が考えられる。第一のガス通路は図１４、図１５に示すような中空構造であり、根元側は連結管（１４０４、１５０４）を介して液化高圧不活性ガス保持部と連結されており、不活性ガスが注入される。他端は常圧雰囲気中に解放され、不活性ガスの氷粒子（１４０５、１５０５）を噴射する。
【００６４】
（第三のガス通路）
【００６５】
「第三のガス通路」は、図１４、図１５に示すように、前記第一のガス通路の解放端に隣接して解放端を有する。
【００６６】
前記第三のガス通路には液化窒素が通され、前記第一のガス通路の解放端からジェット噴流となって解放される前記不活性ガスの帯電を除去するため、前記第三のガス通路の解放端は、前記液化窒素を霧状に噴射する。霧状の液化窒素は、ワークに到着するまでの間、一部は霧状の液化窒素、一部は気化し窒素ガスとして存在するため、霧状の液化窒素粒子（１４０６，１５０６）が、常圧雰囲気中の静電気を吸収する。また、ワークに到着した霧状の液化窒素は、大部分が気化する。このため、ドライ加工が可能となる。
【００６７】
また、上記液化窒素の変わりに液体アルゴンを使用してもよい。
【００６８】
＜薄膜構造物加工装置の動作原理＞
【００６９】
次に、本件実施の形態４のノズル構造を利用した薄膜構造物加工装置の動作原理を説明する。前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された不活性ガスは、連結管を経由してノズル部の第一のガス通路に到着する。第一のガス通路に到着した不活性ガスは、他端の常圧雰囲気中に解放される。噴射された不活性ガスの氷粒子は帯電する可能性がある。そのため、第三の通路より液化窒素を注入し、ノズル部の解放端で液化窒素を霧状に噴射する。霧状の液化窒素は、ワークに到着するまでの間、一部は霧状の液化窒素、一部は気化し窒素ガスとして存在するため、霧状の液化窒素が、常圧雰囲気中の静電気を吸収する。また、ワークに到着した霧状の液化窒素は、大部分が気化する。このため、ドライ加工が可能となる。
【００７０】
（実施の形態５）
【００７１】
本件発明の実施の形態５は、そのノズル部が、実施の形態１において噴射される不活性ガスの氷粒子の周囲に研磨剤を付着させる構造を有することを特徴とする薄膜構造物加工装置に関するものである。
【００７２】
本件発明の実施の形態５を図面に従って説明する。
【００７３】
＜薄膜構造物加工装置＞
【００７４】
図８に示すように、薄膜構造物加工装置（０８０１）は、液化高圧不活性ガス保持部（０８０２）と、ノズル部（０８０３）と、研磨剤保持部（０８０６）と、からなる。
【００７５】
（液化高圧不活性ガス保持部）
【００７６】
「液化高圧不活性ガス保持部」は、実施の形態１のものと同様であるので、その説明は省略する。
【００７７】
（ノズル部）
【００７８】
「ノズル部」は、根元側は連結管（０８０４）を介して前記液化高圧不活性ガス保持部と連結され、他端は常圧雰囲気（０８０５）中に設置される。また、ノズル部は、その胴体部分の途中から研磨剤保持部に連結されている。さらに、前記ノズル部は、加工の対象物である半導体材料などの薄膜構造物の薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有しているものとする。
【００７９】
具体的には、図９、図１０、図１３に示すような断面構造のノズルが考えられる。ノズル部（０９０１、１００１，１３０１）は図に示すような中空構造であり、根元側は連結管（０９０２，１００２，１３０２）を介して液化高圧不活性ガス保持部と連結されており、不活性ガスが注入される。他端は常圧雰囲気中に解放され、不活性ガスの氷粒子（０９０３，１００３，１３０３）を噴射する。また、ノズル部の胴体部分の途中から、研磨剤（０９０４，１００４，１３０４）が注入される。注入された研磨剤は、ノズル内部の負圧の吸引作用によりノズル内部に圧送されて、ノズル部の解放端の手前で不活性ガスの氷粒子の表面に付着し、ノズル部の解放端より噴射される。噴射された不活性ガスの氷粒子は、研磨剤粒子（０９０５、１００５，１３０５）が表面に付着されることにより、物理的強度が増加する。
【００８０】
＜その他のノズル構造＞
【００８１】
また、図１６に示すような断面構造のノズルも考えられる。
【００８２】
このノズル構造は実施の形態２で説明した図１２のノズル構造に加えて、図１３で示したような研磨剤注入口を有するものである。
【００８３】
ノズル部（１６０１）は、図１６に示すような中空構造であり、根元側は連結管（１６０４）を介して液化高圧不活性ガス保持部と連結されており、第一のガス通路（１６０２）を通して不活性ガスが注入される。他端は常圧雰囲気中に解放され、不活性ガスの氷粒子（１６０５）を噴射する。また、第二のガス通路（１６０３）より、結露防止ガスが注入され、ノズル部の解放端より結露防止ガス粒子（１６０６）が噴射される。噴射された結露防止ガスにより結露などを防止できる。また、図１６に示すように、ノズル部の胴体部分の途中から、研磨剤（１６０７）が注入される。注入された研磨剤は、ノズル内部の負圧の吸引作用によりノズル内部に圧送されて、ノズル部の解放端の手前で不活性ガスの氷粒子の表面に付着し、ノズル部の解放端より噴射される。噴射された不活性ガスの氷粒子は、研磨剤粒子（１６０８）が表面に付着されることにより、物理的強度が増加する。
【００８４】
（研磨剤保持部）
【００８５】
「研磨剤保持部」は、研磨剤を保持する。不活性ガスの氷粒子に付着される。上述のように、注入された研磨剤は、負圧の作用により、ノズル部の解放端の手前で不活性ガスの氷粒子に付着し、ノズル部の解放端より噴射される。
【００８６】
研磨剤には、ダイヤモンド粒、シリカ、カーボンナノチューブ、フラーレン、アルミナなどが該当する。
【００８７】
＜薄膜構造物加工装置の動作原理＞
【００８８】
次に前記薄膜構造物加工装置の動作原理を説明する。前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された不活性ガスは、連結管を経由してノズル部に到着する。ノズル部に到着した不活性ガスは、他端の常圧雰囲気中に解放される。このとき高圧化で液化していた不活性ガスは、徐々に常圧に近づきながら圧力が低下していくために、一部気化し、一部固化する。固化した不活性ガスは氷状粒子になるが、ノズル部の解放端の手前で、この不活性ガスの氷状粒子の周囲には、研磨剤保持部より注入された研磨剤の負圧の作用により、研磨剤の粒子が付着する。この研磨剤の付着した氷状粒子を含むジェット噴流を薄膜構造物に対して噴射し、薄膜構造物の表面の凹凸や角を加工する。噴射された不活性ガスの氷粒子は、研磨剤が付着されることにより、物理的強度が増加しているため、衝突時のパワー強化の効果がある。また、研磨剤による表面加工（研磨加工）が行われ、表面粗さの精度がアップする。また、超臨界洗浄による洗浄も可能である。
【００８９】
（実施の形態６）
【００９０】
本件発明の実施の形態６は、実施の形態５において、研磨剤に粒径が０．０１ミクロンから１ミクロンの範囲の研磨剤を使用したものであることを特徴とする実施の形態５に記載の薄膜構造物加工装置に関するものである。
【００９１】
それ以外の点においては、実施の形態５と同様なので説明を省略する。
【００９２】
（実施の形態７）
【００９３】
本件発明の実施の形態７は、実施の形態５において、研磨剤にダイヤモンド粒を使用したものであることを特徴とする実施の形態５に記載の薄膜構造物加工装置に関するものである。
【００９４】
それ以外の点においては、実施の形態５と同様なので説明を省略する。
【００９５】
上記実施の形態１から実施の形態７に述べた加工方法に加えて、不活性ガスの氷粒子の大きさを変えることや氷粒子の流速を変化させることにより、加工可能な程度のジェット噴流を形成可能である。
【００９６】
また、ノズル部とワークを保持するワークホルダとの距離を調整することにより氷粒子がワークに衝突する時の衝突強度を得る方法も可能である。
【００９７】
さらに、ノズル部とワークとの角度を変化させることにより、図３に示した角のような構造物に対する加工に有効である。
【００９８】
＜その他の実施形態＞
【００９９】
その他の実施形態として、以下のようなものが考えられる。
（１）図１７に示すように、基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置（１７０１）であって、液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部（１７０２）と、前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中（１７０５）に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物（１７０７）に対して噴射するためのノズル部（１７０３）と、前記薄膜構造物を保持するための薄膜構造物保持部（１７０６）と、を有し、前記薄膜構造物保持部は、前記薄膜構造物の加工対象面を斜め下方向に向けて保持し、前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を、前記薄膜構造物保持部に保持された薄膜構造物の前記斜め下方向に向けられた加工対象面に対して、非法線方向の入射角度にて噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する薄膜構造物加工装置である。
【０１００】
この発明によれば、前記薄膜構造物の加工対象面を斜め下方向に向けて保持し、前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を、前記薄膜構造物保持部に保持された薄膜構造物の前記斜め下方向に向けられた加工対象面に対して、非法線方向の入射角度にて噴射することで入射したジェット噴流により加工対象表面にて研削された後のごみが容易に加工対象表面から離脱する。その理由は、第一に加工対象表面から離脱したごみは、重力により下方向に自然に落ちるので加工対象表面上に残りにくいという理由と、さらに、前記加工対象表面に対してジェット噴流が非法線方向から入射されるので、加工対象表面から離脱したごみが加工対象表面から救われてジェット噴流の加工対象表面での反射に伴って加工対象表面から容易に離脱するという理由の二つの理由である。
【０１０１】
また、図１８に示すように、基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置（１８０１）であって、液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部（１８０２）と、前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中（１８０５）に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物（１８０７）に対して噴射するためのノズル部（１８０３）と、前記薄膜構造物を保持するための薄膜構造物保持部（１８０６）と、を有し、前記薄膜構造物保持部は、前記薄膜構造物の加工対象面を真下に向けて保持し、前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を、前記薄膜構造物保持部に保持された薄膜構造物の前記真下に向けられた加工対象面に対して、非法線方向の入射角度にて噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する薄膜構造物加工装置。前述の例と同様に、加工対象表面から離脱したごみは、自然に下方向に落下し、また、ジェット噴流の加工対象表面での反射に伴って加工対象表面から容易に離脱する。相違点は「真下」に向いている点であるが、これは、いわゆるごみが、自然落下によって加工対象表面から離脱させるか、ジェット噴流の反射に伴って加工対象表面から離脱させるか、いずれの効果を主に狙うかに応じて選択される。
【０１０２】
さらに、基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置であって、液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部と、前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物に対して噴射するためのノズル部と、前記薄膜構造物を保持するための薄膜構造物保持部と、を有し、前記薄膜構造物保持部は、前記薄膜構造物の加工対象面を斜め下方向に向けて保持し、前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を、前記薄膜構造物保持部に保持された薄膜構造物の前記斜め下方向に向けられた加工対象面に噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する薄膜構造物加工装置。
【０１０３】
さらにまた、基板上に形成された薄膜構造を有する薄膜構造物を加工するための薄膜構造物加工装置であって、液化高圧不活性ガスを保持する液化高圧不活性ガス保持部と、前記液化高圧不活性ガス保持部に保持された液化不活性ガスを常圧雰囲気中に解放し、不活性ガスの氷状粒子を含むジェット噴流を前記薄膜構造物に対して噴射するためのノズル部と、前記薄膜構造物を保持するための薄膜構造物保持部と、を有し、前記薄膜構造物保持部は、前記薄膜構造物の加工対象面を真下に向けて保持し、前記ノズル部は、前記不活性ガスのジェット噴流を、前記薄膜構造物保持部に保持された薄膜構造物の前記真下に向けられた加工対象面に対して噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する薄膜構造物加工装置であれば、効率的な研削作業が可能となる。
【発明の効果】
本発明の薄膜構造物加工装置によれば、炭酸ガスのジェット噴流を薄膜構造物に噴射することで前記薄膜構造を構成する薄膜を研削可能な強度のジェット噴流を形成することができる程度のノズル構造を有する。そのため、ワークに付着した異物を洗浄する用途のみならず、半導体材料などの精密部品の表面の凹凸の研磨や、半導体材料の薄膜上のベースに対して強固に固定された角の除去などの加工にも使用することが可能となる。また、有機ＥＬ膜表面のパーティクル表面付着物の除去やＧＭＲヘッドのスライダー表面に付着する自然酸化膜の除去等にも利用することができる。したがって、加工工程と洗浄工程に使用される装置を共用できるので経済的でもある。
【０１０４】
エッチング処理後や薄膜デポジット（プラズマＣＶＤやスパッタリング、イオン蒸着等による）処理後にみられるバリや角（約５０Å程度〜数十μｍ）、及びフォトレジスト等の有機残留物をドライアイスの粒により物理的な力をそれに与えることによる除去が実施の形態１などの発明により可能となった。
【０１０５】
従来の研磨、研削や洗浄装置では不可能であった有機及び無機薄膜構造物の除去も実施の形態５などによって可能となった。実施の形態５などの発明においては、この薄膜構造物除去作業に研磨剤を付着させたドライアイス噴射除去が使われる。研磨剤を付着させることによってドライアイスだけの噴射では除去不可能だった有機及び無機薄膜構造物を除去可能となる。
【０１０６】
また、研磨剤の入ったシリンダーとは別に用意された不活性ガスのシリンダーはノズルより液体の状態でドライアイスと共に噴霧する事により、実施の形態１、実施の形態２にて通常であれば発生する静電気を無くす事ができ、加工される基板（加工対象物）を静電気による破壊から守ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の概略図
【図２】実施の形態１のノズル構造の断面図その１
【図３】角の説明図
【図４】角の形成過程の説明図その１
【図５】角の形成過程の説明図その２
【図６】角の形成過程の説明図その３
【図７】実施の形態２のノズル構造の断面図その１
【図８】実施の形態５の概略図
【図９】実施の形態５のノズル構造の断面図その１
【図１０】実施の形態５のノズル構造の断面図その２
【図１１】実施の形態１のノズル構造の断面図その２
【図１２】実施の形態２のノズル構造の断面図その２
【図１３】実施の形態５のノズル構造の断面図その３
【図１４】実施の形態４のノズル構造の断面図その１
【図１５】実施の形態４のノズル構造の断面図その２
【図１６】実施の形態５のノズル構造の断面図
【図１７】その他実施形態の概略図その１
【図１８】その他実施形態の概略図その２
【符号の説明】
０１０１  薄膜構造物加工装置
０１０２  液化高圧不活性ガス保持部
０１０３  ノズル部
【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１２】
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【図１３】
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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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