JP6548919B2 - パッドのクリーニング方法 - Google Patents

Description

本発明はパッドのクリーニング方法に関し、特に、触媒支援型化学加工方法に使用するパッドの触媒面の再生を行うクリーニング方法に関するものである。

特許文献１には触媒支援型化学加工方法の一例が開示されている。ここで示されている触媒支援型化学加工方法は、加工基準面に遷移金属からなる触媒を使用し、砥粒等を含まない酸化剤の溶液中に被加工物を配置して、上記加工基準面を被加工物の被加工面に接触ないし近接させて両者を相対運動させ、酸化剤から生じた活性種と被加工物の表面原子との化学反応で化合物を生成させこれを除去することによって被加工物を加工（エッチング）するもので、ＳｉＣやＧａＮ等の難加工基板の表面を原子レベル程度の高い精度で平坦加工することができる。例えばＧａＮ基板を触媒支援型化学加工で平坦加工したものでは図１に示すように加工前に比して６倍ほども発光特性が向上する。これは、触媒支援型化学加工が潜傷を生じず基板結晶の特性を損なわないからである。

特開２００６−１１０２００

ところで、触媒支援型化学加工方法で加工を行うと、加工に伴って次第に加工レートが低下して殆ど０近くになってしまうという問題があり、従来は加工レートが低下した時点で、触媒層を表面に形成したパッドを新しいものと取り替えていた。しかし、パッドを頻繁に新しいものに取り替えることは大幅なコスト増になるという問題があり、触媒支援型化学加工の特徴である被加工物の結晶特性を損なうことなくパッドの寿命を可及的に延長することが望まれていた。

そこで、本発明はこのような要請に応えるもので、被加工物の結晶特性を損なわない触媒支援型化学加工方法の特徴を生かしつつ加工レートを再度高く回復させ、ないし加工レートを高く維持して、パッド取替の頻度を大幅に低減することが可能なパッドのクリーニング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、加工基準面となる触媒面に被加工物であるＳｉＣ又はＧａＮの被加工面を接触ないし近接させ、これらの間に加工液ないし加工気体の少なくともいずれかを供給して触媒の存在下で前記加工液ないし前記加工気体の少なくともいずれか中に生じる活性種と前記被加工面の表面原子との化学反応によって当該被加工面を加工する触媒支援型化学加工方法において使用され、前記触媒面を少なくとも表面に有するパッドのクリーニング方法において、前記触媒面に付着する触媒反応阻害物質であるＮ又はＣに対し当該触媒反応阻害物質と結合してこれを前記触媒面上からＮ又はＣを含む液体および気体の少なくともいずれかの状態にして前記被加工物に潜傷の原因を発生させることなく除去可能とするクリーニング物質である酸化剤を前記触媒面に供給することを特徴とする。

本第２発明では、前記クリーニング物質である酸化剤は液体および気体の少なくともいずれかである。

本第３発明では、前記触媒が金属である場合に、前記クリーニング物質である酸化剤を供給して、生成物質である前記触媒反応阻害物質であるＮやＣを除去する。

本第４発明では、前記被加工物はＳｉＣ基板であり、前記触媒が金属である場合に、前記クリーニング物質である酸化剤を供給して、生成物質である前記触媒反応阻害物質のＣを除去する。

本第５発明では、前記触媒がＰｔ，前記加工液がＨＦ溶液である場合に、前記クリーニング物質として酸化剤を供給して前記触媒反応阻害物質であるＣを酸化除去する。

本第６発明では、前記被加工物はＧａＮであり、前記触媒が金属である場合に、前記クリーニング物質を供給して、生成物質である前記触媒反応阻害物質のＮを除去する。

本第７発明では、前記触媒がＰｔ，前記加工液が超純水である場合に、前記クリーニング物質として酸化剤を供給して前記触媒反応阻害物質であるＮを酸化除去する。

なお、前記酸化剤としては過酸化水素、オゾン、高濃度酸素、高濃度酸素水のいずれか等が使用できる。

以上のように、本発明のパッドのクリーニング方法によれば、デバイス性能の低下や歩留まり低下の原因となる潜傷の原因を発生させることなく、触媒面に付着した触媒作用阻害物質を効果的に除去して触媒作用を回復させることにより、加工レートを再度高く回復させ、ないし加工レートを高く維持することができるから、パッド取替えの頻度を大幅に低減することが可能で、加工コストを大きく低減することができる。

触媒支援型化学加工を使用して製造したＧａＮ製発光素子の発効特性を示すグラフである。 本発明の第１実施形態における触媒支援型化学加工装置の側面図である。 本発明の第２実施形態における触媒支援型化学加工装置の斜視図である。 本発明の第１実施例において研磨レートが回復する一例を示したグラフである。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

（第１実施形態）
図２には本発明方法を適用する触媒支援型化学加工装置の一例を示す。図２において、基台１はボールねじ機構等によって紙面前後方向へ往復移動させられるようになっている。基台１上には架台１１が紙面の前後位置に平行に配設されて（一方のみ示す）左右方向へ延びており、架台１１上にはこれらに沿ってリニアガイド３を構成する一対のレール３１が固定されている。レール３１には長手方向の二箇所にこれに沿って摺動移動可能なスライダ３２が設けられており、前後のスライダ３２上に四角形の支持基板４が載設されている。支持基板４上にはピストンバイブレータ５９が水平方向へ設けられており、その起振力によって支持基板４はレール３１に沿って往復移動（振動）させられるようになっている。

支持基板４の上面中心部には上方へ開放する円形の液貯留用の容器６１が載設されている。容器６１の底面にはパッド６が設けられており、その上面は全面にＰｔ，Ｆｅ，Ｎｉ等の遷移金属によりなる触媒層が形成されて触媒面６ａとなっている。パッド６の材料としては加工溶液に対する耐性のあるゴムや樹脂、セラミック等を使用する。なお、パッド６全体を触媒材で構成してももちろん良い。

容器６１の上方には円形断面の主軸９が垂設されており、主軸９はスリーブ９１に垂直姿勢で回転可能に保持されている。主軸９は図略の駆動モータによって回転させられる。また、スリーブ９１は図略の駆動シリンダによって昇降可能であり、スリーブ９１の昇降に応じて上記主軸９はパッド６に対し遠近上下動させられる。主軸９の下端には公知のホルダ８が設けられており、これに被加工物７としてＳｉＣ，ＧａＮの基板が保持されている。

容器６１内を超純水、フッ化水素（ＨＦ）等の加工液で満たすと、加工液は互いに接触する被加工物７の被加工面とパッド６の触媒面６ａの間に浸入する。このような状態で主軸９とその下端に設けられたホルダ８を回転させつつ、支持基板４とこれに載置された容器６１を前後左右に移動（振動）させると、被加工物７の被加工面と触媒面６ａが相対運動し、触媒の存在下で加工液中に生じる活性種と被加工面の表面原子との化学反応によって当該被加工面が高い精度で平坦加工される。

平坦加工が進行する間に加工レートが低下してきた場合には、ホルダ８をパッド６から離間する上方へ移動させるとともに、加工液を容器６１内から排出し、代わってクリーニング物質供給手段としてのノズル１０よりクリーニング物質たる液体状の過酸化水素や高濃度酸素水を容器６１内へ供給する。あるいは、気体状のオゾンや高濃度酸素をパッド６に吹き付けても良い。これにより、平坦加工中に生じて触媒面６ａに付着した触媒反応阻害物質としてのＣ，Ｎ等が除去され、この結果触媒機能が回復する。

（第２実施形態）
図３に示す化学加工装置では、円形のパッド６は載台２上に設けられて、パッド６の中心６１に軸心Ｏ１が一致する載台２の回転軸２１によって矢印方向へ回転させられている。パッド６の上面６ａにはＰｔ，Ｆｅ，Ｎｉ等の遷移金属によりなる触媒層（図示略）が形成されている。パッド６の上方には小径の円板状ホルダ８が設けられて、パッド６と対向するその下面に被加工物としてのＳｉＣ，ＧａＮの基板（図示略）が保持されている。

ホルダ８はパッド６の中心６１に対し偏心した位置に垂設された主軸９の下端に固定されて軸心Ｏ2周りに矢印方向へ回転させられている。被加工物の被加工面（下面）はパッド６の上面（触媒面）６ａに接触ないし微小間隙で対向させてあり、一方、上方のノズル５２からパッド６上へ、超純水、フッ化水素（ＨＦ）等の加工液が流下させられて当該加工液は被加工物の被加工面とパッド６の触媒面６ａの間に浸入している。このような装置によって、触媒の存在下で加工液中に生じる活性種と被加工面の表面原子との化学反応によって当該被加工面が高い精度で平坦加工される。

本実施形態では、平坦加工を行っている上記パッド６の上方に、先端に多数の噴出孔５１を有するクリーニング物質供給手段としてのノズル５を設け、当該ノズル５よりパッド６上へクリーニング物質たるオゾンや高濃度酸素を吹き付ける。あるいは液体状の過酸化水素や高濃度酸素水を吹き付けても良い。これにより、平坦加工中に生じて触媒面６ａに付着した触媒反応阻害物質としてのＣ，Ｎ等が除去される。これによって、触媒機能が損なわれることなく加工レートが高く維持される。

（第１実施例）
被加工物がＳｉＣ基板、触媒をＰｔ、加工液をＨＦ溶液として上記第１実施形態で説明した装置で触媒支援型化学加工を行うと、凡そ以下の化学反応式でＳｉＣ基板の平滑化（エッチング）が進行する。すなわち、Ｐｔと接触したＳｉＣ表面では、式（１）に示すようにＰｔから正孔がＳｉＣの価電子帯に注入される。そして、上記ＳｉＣ表面がＨＦ溶液に触れると式（２）、（３）に示す反応によってこの部分が除去される。ところがこの際に、理論通りに全ての原子が反応しきらずＣの生成物質がパッドの触媒面に付着すると、これが触媒反応阻害物質となる。そこで、過酸化水素、オゾン、高濃度酸素、高濃度酸素水のいずれかをクリーニング物質として供給することによって、例えばＣはＣＯ２にと気体に変換されて触媒面上から放散除去され、触媒機能が回復する。
８Ｈ^＋→４Ｈ２＋８ｈ^＋…（１）
ＳｉＣ＋４Ｈ２Ｏ＋８ｈ^＋→ＳｉＯ２＋８Ｈ^＋＋ＣＯ２…（２）
ＳｉＯ２＋６ＨＦ→Ｈ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ…（３）

本実施例による効果の一例を図４で詳述すると、第１実施形態で説明した装置によって４インチＳｉＣ基板のＳｉ面に対してＨＦ溶液（濃度５０％）中で１５分間触媒支援型化学加工を行った。この１５分間に１０ｎｍの加工レートが得られた（図４のＲ１）。その後、ＨＦ溶液（濃度５０％）を新しいものと入れ替えて１５分間触媒支援型化学加工を行ったが、この１５分間では加工レートは殆ど０であった（図４のＲ２）。そこで、ＨＦ溶液を排出した後、超純水で洗浄し、クリーニング物質として過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）の４％溶液を１００ｃｃ注入して１分間保持した。その後、超純水で再度洗浄した後、ＨＦ溶液（濃度５０％）を注入して１５分間触媒支援型化学加工を行うと、この１５分間で再び１０ｎｍの加工レートが得られた（図４のＲ３）。これはクリーニングによってＰｔの触媒作用が回復したものと考えられる。

（第２実施例）
被加工物がＧａＮ基板、触媒をＰｔ、加工液を超純水として上記各実施形態で説明した装置で触媒支援型化学加工を行うと、この場合も理論通りに全ての原子が反応しきらず、Ｎの生成物質が触媒反応阻害物質としてパッドの触媒面に付着する。そこで、過酸化水素、オゾン、高濃度酸素、高濃度酸素水のいずれかをクリーニング物質として供給することによって、例えばＮはＮＯやＮＯ２にと気体に変換されて触媒面上から放散除去される。

なお、上記各実施形態では、パッドのクリーニングを触媒支援型化学加工の加工工程中で行う場合について説明したが、加工工程外でクリーニングを行ってももちろん良い。また、クリーニング物質や加工液等を供給するノズルをパッドの上方に設けたが、パッドの下方からクリーニング物質や加工液等を供給するようにしても良い。さらに、クリーニング物質によって触媒面に付着した触媒反応阻害物質を除去することによって加工レートを再度高く回復させ、ないし加工レートを高く維持するようにしたが、触媒反応阻害物質の除去に加えて、劣化した触媒面を溶解して新たな触媒面を現出させるようなクリーニング物質を使用しても良い。

６…パッド、６ａ…上面（触媒面）、８…ホルダ、５２…ノズル、５、１０…ノズル（クリーニング物質供給手段）。

Claims (7)

1. 加工基準面となる触媒面に被加工物であるＳｉＣ又はＧａＮの被加工面を接触ないし近接させ、これらの間に加工液ないし加工気体の少なくともいずれかを供給して触媒の存在下で前記加工液ないし前記加工気体の少なくともいずれか中に生じる活性種と前記被加工面の表面原子との化学反応によって当該被加工面を加工する触媒支援型化学加工方法において使用され、前記触媒面を少なくとも表面に有するパッドのクリーニング方法において、前記触媒面に付着する触媒反応阻害物質であるＮ又はＣに対し当該触媒反応阻害物質と結合してこれを前記触媒面上からＮ又はＣを含む液体および気体の少なくともいずれかの状態にして前記被加工物に潜傷の原因を発生させることなく除去可能とするクリーニング物質である酸化剤を前記触媒面に供給することを特徴とするパッドのクリーニング方法。
2. 前記クリーニング物質である酸化剤は液体および気体の少なくともいずれかである請求項１に記載の触媒支援型化学加工方法に使用するパッドのクリーニング方法。
3. 前記触媒が金属である場合に、前記クリーニング物質である酸化剤を供給して、生成物質である前記触媒反応阻害物質であるＮ又はＣを除去する請求項１又は２に記載のパッドのクリーニング方法。
4. 前記被加工物はＳｉＣであり、前記触媒が金属である場合に、前記クリーニング物質である酸化剤を供給して、生成物質である前記触媒反応阻害物質のＣを除去する請求項１ないし３のいずれかに記載のパッドのクリーニング方法。
5. 前記触媒がＰｔ，前記加工液がＨＦ溶液である場合に、前記クリーニング物質として酸化剤を供給して前記触媒反応阻害物質であるＣを酸化除去する請求項１に記載のパッドのクリーニング方法。
6. 前記被加工物はＧａＮであり、前記触媒が金属である場合に、前記クリーニング物質を供給して、生成物質である前記触媒反応阻害物質のＮを除去する請求項１ないし３のいずれかに記載のパッドのクリーニング方法。
7. 前記触媒がＰｔ，前記加工液が超純水である場合に、前記クリーニング物質として酸化剤を供給して前記触媒反応阻害物質であるＮを酸化除去する請求項６に記載のパッドのクリーニング方法。