(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する保持台と、
遷移金属により形成されると共に、前記被加工物の表面に接触または極接近されるブレード状の加工部材と、
前記加工部材の前記被加工物との対向部分に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
前記加工部材を保持すると共に、前記加工部材を前記被加工物に対し、前記加工部材の長手方向に沿って相対的に往復移動させる駆動手段とを備え、
前記被加工物を切断し、あるいは前記被加工物に溝を形成するものであり、
前記酸化剤はＨ2 Ｏ2 （過酸化水素）であり、
前記加工部材は、Ｆｅ（鉄），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｏ（コバルト），Ｃｕ（銅），Ｃｒ（クロム）およびＴｉ（チタン）のうちの少なくとも１種により形成され、かつ
前記被加工物は、結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドのうちのいずれか１種からなる
ことを特徴とする加工装置。
【請求項２】
酸化剤を含む溶液を収容した容器を備えると共に、
前記容器内において、前記加工部材による被加工物の切断あるいは溝形成を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記加工部材がＦｅにより形成され、かつ前記被加工物がＳｉＣ基板またはＧａＮ基板である
ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項４】
前記加工部材に電流を流しつつ、前記加工部材を往復移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項５】
被加工物の表面に、遷移金属により形成されたブレード状の加工部材を接触または極接近させると共に、前記加工部材の前記被加工物との対向部分に酸化剤を供給し、かつ前記加工部材を前記被加工物に対し、前記加工部材の長手方向に沿って相対的に往復移動させることにより、前記被加工物を切断し、あるいは前記被加工物に溝を形成する方法であり、
前記酸化剤はＨ2 Ｏ2 （過酸化水素）であり、
前記加工部材は、Ｆｅ（鉄），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｏ（コバルト），Ｃｕ（銅），Ｃｒ（クロム）およびＴｉ（チタン）のうちの少なくとも１種により形成され、かつ
前記被加工物は、結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドのうちのいずれか１種からなる
ことを特徴とする加工方法。
【請求項６】
前記被加工物の切断または溝形成を、酸化剤の溶液中において行う
ことを特徴とする請求項５に記載の加工方法。
【請求項７】
前記加工部材がＦｅにより形成され、かつ前記被加工物がＳｉＣ基板またはＧａＮ基板である
ことを特徴とする請求項５に記載の加工方法。
【請求項８】
前記加工部材に電流を流しつつ前記加工部材を往復移動させる
ことを特徴とする請求項５に記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ（炭化珪素），ＧａＮ（窒化ガリウム）などの難加工物の切断あるいは溝形成に好適な加工装置および加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代パワー半導体素子材料として、ワイドバンドギャップ半導体であるＳｉＣ単結晶が注目され、Ｓｉ（シリコン）の性能を超えるＳｉＣ素子の実用化の研究が行われている。このＳｉＣは、結晶インゴットをスライスし、ウエハ化したのち、機械研磨、化学研磨が行われて、その表面が作製される。しかし、ＳｉＣは化学的に安定であり、かつダイヤモンドに次ぐ硬度を有するため、加工が非常に困難であり、従来のシリコン加工技術のそのまま適用することが困難である。
【０００３】
従来、ＳｉＣの切断加工技術としては、例えば特許文献１，２に開示されているようなメタルボンド砥石やダイヤモンドブレードソー等を用いる方法がある。
【特許文献１】特開２０００−７９５６１号公報
【特許文献２】特開２００２−２５４２８３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術のようなダイヤモンドブレードソー等を用いた切断工程では、結晶格子にダメージを与えてしまい、平滑な切断面を得ることが困難であった。そのため、結晶欠陥の導入を抑制し、超精密にＳｉＣを切断加工することのできる方法が望まれている。これはインゴットのスライスに限らず、ウエハ化した後、素子分離を行う際の切断加工においても同様である。更に、ウエハ表面に微細な溝を形成する際に、溝の内面を十分に平滑化することは困難であった。なお、このような問題はＳｉＣに限らず、ＧａＮ、サファイアなどの素材についても同様である。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ＳｉＣやＧａＮ等の難加工物に対してダメージの導入を抑制しながら、平滑に切断し、あるいは平滑な溝を形成することの可能な加工装置および加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の加工装置は、被加工物を保持する保持台と、遷移金属により形成されると共に、被加工物の表面に接触または極接近されるブレード状の加工部材と、加工部材の被加工物との対向部分に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、加工部材を保持すると共に、加工部材を被加工物に対し、加工部材の長手方向に沿って相対的に往復移動させる駆動手段とを備え、被加工物を切断し、あるいは被加工物に溝を形成するものであり、酸化剤はＨ2 Ｏ2 （過酸化水素）であり、加工部材は、Ｆｅ（鉄），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｏ（コバルト），Ｃｕ（銅），Ｃｒ（クロム）およびＴｉ（チタン）のうちの少なくとも１種により形成され、かつ被加工物は、結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドのうちのいずれか１種からなる。
【０００７】
また、本発明の加工方法は、具体的には、被加工物の表面に、遷移金属により形成されたブレード状の加工部材を接触または極接近させると共に、加工部材の被加工物との対向部分に酸化剤を供給し、かつ加工部材を被加工物に対し、加工部材の長手方向に沿って相対的に往復移動させることにより、被加工物を平滑に切断し、あるいは被加工物に平滑な溝を形成する方法であり、酸化剤はＨ2 Ｏ2 （過酸化水素）であり、加工部材は、Ｆｅ（鉄），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｏ（コバルト），Ｃｕ（銅），Ｃｒ（クロム）およびＴｉ（チタン）のうちの少なくとも１種により形成され、かつ被加工物は、結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドのうちのいずれか１種からなる。
【０００８】
本発明の加工装置または加工方法では、上記加工を酸化剤を含む溶液中で行うことが好ましく、また、酸化剤としてはＨ2 Ｏ2 （過酸化水素）、加工部材としては、Ｆｅ（鉄），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｏ（コバルト），Ｃｕ（銅），Ｃｒ（クロム）およびＴｉ（チタン）のうちの少なくとも１種により形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、被加工物としては、結晶性ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、ＧａＮ、サファイヤ、ルビーまたはダイヤモンド等を用いることができる。特に、酸化剤がＨ2 Ｏ2 であると共に、加工部材がＦｅにより形成され、かつ被加工物がＳｉＣ基板またはＧａＮ基板である態様が好ましい。
【００１０】
また、加工部材に電流を供給しつつ、上記加工を行うようにしてもよい。
【００１１】
本発明の加工装置または加工方法では、酸化剤が加工部材を構成する遷移金属を触媒として酸化力の強い活性種を生成し、この活性種に被加工物が接触または極接近することで、被加工物の表面にある表面原子が酸化される。そして、この酸化された表面原子が加工部材の往復移動に伴い除去または溶出されることによって、被加工物が切断、あるいは被加工物に溝が形成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の加工装置または加工方法によれば、被加工物の表面に遷移金属からなる加工部材を接触または極接近させて往復移動させると共に、加工部材の被加工物との対向部分を含む領域に酸化剤を供給するようにしたので、砥粒や研磨剤を用いることなく、化学的な方法によって切断あるいは溝形成を行うことができる。よって、加工面へのダメージの導入を抑制することができる。また、被加工物は加工部材を接触または極接近させた間のみ加工され、その加工領域も加工部材が接触または極接近した領域のみに限られるため、加工制御が容易になり、高精度に、平滑な切断面を形成し、あるいは平滑な内面を有する溝を形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態に係る加工装置の全体構成を表すものである。加工装置１は、酸化剤の溶液１１ａを収容した容器１１を備えている。容器１１の底部には保持台１２が設けられ、この保持台１２上に被加工物１３を保持するようになっている。保持台１２の上方には加工ヘッド１４が配置されており、この加工ヘッド１４の先端部分には遷移金属により形成されたブレード（加工部材）１５が保持されている。加工ヘッド１４は、図示しない駆動機構によってブレード１５を被加工物１３に接触または極接近させた状態で、図に矢印で示した方向（縦方向）に往復移動させることができ、これにより被加工物１３を任意の位置で切断、あるいは被加工物１３の任意の位置に溝を形成できるようになっている。
【００１５】
容器１１は例えばフッ素樹脂や塩化ビニル樹脂などの耐薬品性に優れた樹脂系材料により形成されている。容器１１に収容される酸化剤は、ブレード１５を構成する遷移金属を触媒としたレドックス反応により、被加工物１３を切断等するための活性種を生成するものである。酸化剤としては、例えば過酸化水素水（Ｈ2 Ｏ2 ）が用いられるが、被加工物、触媒および加工条件等の組合せにより種々の材料に変更可能である。
【００１６】
遷移金属からなるブレード１５は、上述の通り酸化剤をレドックス分解するための触媒として働くものであり、例えばＦｅ（鉄）により構成されている。なお、その他、Ｎｉ（ニッケル），Ｃｏ（コバルト），Ｃｕ（銅），Ｃｒ（クロム）またはＴｉ（チタン）などを用いることもできる。
【００１７】
被加工物１３は例えば結晶性のあるいは焼結ＳｉＣ基板であるが、その他、ＧａＮ，ＡｌＮ，ダイヤモンド，サファイヤおよびルビー等からなるものでもよい。また、その形状は板状に限らず、インゴット状等、任意である。
【００１８】
次に、図２を参照して加工装置１の作用について説明する。なお、本発明の加工方法については、この加工装置１の作用に具現化されているので、その説明は省略する。
【００１９】
まず、図２（Ａ）に示したように、酸化剤の溶液が収容された容器１１内に被加工物１３を配置すると共に、ブレード１５を有する加工ヘッド１４を浸漬させる。これによりブレード１５を構成する触媒金属と酸化剤が反応し、このブレード１５の表面に活性種１６が生成される。具体的には、下記化学構造式１，２に示したように、酸化剤（Ｈ2 Ｏ2 ）はブレード１５を構成する遷移金属（Ｆｅ２＋）を触媒としてフェントン（Fenton）反応を生じ、活性種としてＯＨラジカル（ＯＨ・；ヒドロキシルラジカル）を生成する。すなわち、ハーバー−ワイス（Harber-Waiss）機構によるＨ2 Ｏ2 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ラジカルが生成される。ＯＨラジカルは、寿命は短いが、非常に強い酸化力を有する。
【００２０】
【化１】
0005315573.tif 000002
【００２１】
【化２】
0005315573.tif 000003
【００２２】
次いで、図２（Ｂ）に示したように、ブレード１５を被加工物１３に接触または極接近させると共に往復移動させる。このとき、ブレード１５と近接した領域における被加工物１３の表面にある表面原子（ＳｉＣ）１７が酸化される。具体的には、下記化学式３に示したように、活性種１６（ＯＨ・）および酸化剤中の溶存酸素（Ｏ2 ）が被加工物１３の表面原子１７を酸化し、酸化物１８（ＳｉＯ2 ）を生成し、この酸化物１８が除去または溶出される。そして、新しい被加工面が出現し、加工が進む。すなわち、被加工物１３は、ブレード１５と近接すると、このブレード１５と接近した領域において優先的に加工され、ブレード１５の往復移動に伴って、図３（Ａ）に示したように平滑に切断、あるいは図３（Ｂ）に示したように溝１３ａが形成される。このとき、ブレード１５を往復速度を高めることによって加工速度を高速化することができる。なお、酸化剤の溶液中には、上記活性種や酸化物の他、未反応の酸化剤分子１９と酸化剤分子が解離して活性種１６が生じた残余分子２０が残存する。
【００２３】
【化３】
0005315573.tif 000004
【００２４】
切断または溝形成が完了すると、図２（Ｃ）に示したようにブレード１５を被加工物１３から離間させる。このとき上記したように酸化物１８は被加工物１３の被加工面から除去されている。また、未反応の活性種１６は上記残余分子２０と結合して不活性化する。そのため、ブレード１５が極接近している間のみ被加工物１３は酸化され、ブレード１５を被加工物１３から離間したときには被加工物１３は酸化されない。すなわち、被加工物１３の加工はブレード１５と接触または極接近しているときのみ行われるので、切断あるいは溝形成の制御を容易に行うことができる。
【００２５】
このように本実施の形態では、酸化剤および遷移金属（ブレード１５）により生成される活性種１６を用いて化学的に加工するようにしたので、砥粒や研磨材を用いることなく、ＳｉＣ等の難加工物を高精度に切断し、あるいは溝を形成することができる。
【００２６】
また、ブレード１５と近接した領域においてのみ化学的反応が生じることから、微細な溝のパターン形成を容易に行うことができる。さらに、ブレード１５と被加工物１３とが近接した間においてのみ上記化学的反応が生じることから、切断または溝形成等の加工量の制御を容易に行うことができる。
【００２７】
より詳細には、本実施の形態の方法は触媒支援による化学加工法であり、基準面（触媒）上でのみ反応種が作られ、基準面から離れると反応種は不活性化し、かつ基準面の物性は長時間変化しない、という特徴を有する。このような特徴を有することから、本実施の形態では以下の利点を有する。
【００２８】
すなわち、基準面上でのみ反応種が作られるために、従来の化学エッチングとは異なり、被加工物１３の表面の面指数に影響されずに加工することが可能になる。また、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、原子スケールでの加工が可能となる。更に、基準面の物性が長時間変化しないことから、基準面が転写され加工が進行しても、この基準面の表面は変化しない。このようなことから、本実施の形態では、効率的に、超精密な溝を形成することができ、あるいは平滑な切断面を得ることができる。
【００２９】
特に、被加工物１３がＳｉＣ基板であり、酸化剤をＨ2 Ｏ2 とした場合には、ブレード１５をＦｅとすると、他の遷移金属の場合よりもより多くのラジカルが生成され、より効率的に加工することができる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００３１】
（実施例１）
実施例１として、図１に示したＦｅからなるブレード１５による単結晶ＳｉＣを切断加工した。まず、保持台１３の上面に試料として単結晶ＳｉＣウェハを固定し、このＳｉＣウェハにブレード１５が対向するよう加工ヘッド１４を配置すると共に、容器１１内を濃度３０％のＨ2 Ｏ2 で満たした。続いて、加工ヘッド１４をモータを用いてＳｉＣウェハ面に対して水平に往復運動させ、ＳｉＣウェハの切断を行った。このとき、加工部には常に新しいＨ2 Ｏ2 を供給するようにした。加工条件は以下のとおりである。
条件
溶液（濃度） ：Ｈ2 Ｏ2 （原液（３０％））
触媒（純度） ：Ｆｅ（９９．５％）
被加工物 ：４Ｈ−ＳｉＣ（Ｓｉ）面
走査速度 ：５ｍｍ／ｓ
荷重 ：２００ｇ
【００３２】
（比較例１，２）
比較例１では、所定の条件により、ダイヤモンドブレードによる切断実験を行った。また、比較例２には市販されている基板を用いた。
【００３３】
図４（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ実験後の切断面を表す図である。図４（Ａ）はＦｅブレードを用いた実施例の場合、図４（Ｂ）はダイヤモンドブレードを用いた比較例１の場合の切断面をそれぞれ表している。
【００３４】
ダイヤモンドブレードを用いた場合（図４（Ｂ））では、切断面がダメージを受け、表面に凹凸を有している。これに対して、本実施例のＦｅブレードを用いた場合（図４（Ａ））では、切断面の表面上にクラック・ダメージの痕が見られず、凹凸のない平滑な表面を有していることが分かる。
【００３５】
（実施例２）
実施例２として、Ｆｅブレードにより単結晶ＳｉＣへ溝を形成した。なお、詳細な加工条件は、上記実施例１と同様とした。図５にその結果を示す。
【００３６】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては触媒金属からなる加工部材としてブレード１５を用いるようにしたが、ブレードの代わりにワイヤとしてもよい。加えて、このワイヤに対して、所定の電流を流すようにしてもよく、これにより上記活性種の生成をより効率的に行うことができ、溝の形成等の加工効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る加工装置の概略構成を表す図である。
【図２】図１に示した加工装置の作用を説明するための工程図である。
【図３】被加工物の切断および溝形成状況を表す図である。
【図４】切断実験の結果を表す図である。
【図５】溝形成実験の結果を表す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…加工装置、１１…容器、１２…保持台、１３…被加工物、１４…加工ヘッド、１５…ブレード（加工部材）、１６…活性種、１７…被加工物１３の表面原子、１８…酸化物、１９…酸化剤分子、２０…残余分子。
【図１】
0005315573.tif 000005
【図２】
0005315573.tif 000006
【図３】
0005315573.tif 000007
【図４】
0005315573.tif 000008
【図５】
0005315573.tif 000009