JP2010179236A - 加工方法 - Google Patents
加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010179236A JP2010179236A JP2009024593A JP2009024593A JP2010179236A JP 2010179236 A JP2010179236 A JP 2010179236A JP 2009024593 A JP2009024593 A JP 2009024593A JP 2009024593 A JP2009024593 A JP 2009024593A JP 2010179236 A JP2010179236 A JP 2010179236A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- processing
- workpiece
- processing method
- thin film
- processed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 117
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 104
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 82
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 79
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 82
- 239000002516 radical scavenger Substances 0.000 claims description 35
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 30
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 16
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 15
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- -1 KTaO 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010979 ruby Substances 0.000 claims description 3
- 229910001750 ruby Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MPDDTAJMJCESGV-CTUHWIOQSA-M (3r,5r)-7-[2-(4-fluorophenyl)-5-[methyl-[(1r)-1-phenylethyl]carbamoyl]-4-propan-2-ylpyrazol-3-yl]-3,5-dihydroxyheptanoate Chemical compound C1([C@@H](C)N(C)C(=O)C2=NN(C(CC[C@@H](O)C[C@@H](O)CC([O-])=O)=C2C(C)C)C=2C=CC(F)=CC=2)=CC=CC=C1 MPDDTAJMJCESGV-CTUHWIOQSA-M 0.000 abstract description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 51
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 20
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 19
- 239000010408 film Substances 0.000 description 19
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 19
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 14
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 10
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 9
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 9
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 7
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 7
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 3
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 2
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 2
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- LVDRREOUMKACNJ-BKMJKUGQSA-N N-[(2R,3S)-2-(4-chlorophenyl)-1-(1,4-dimethyl-2-oxoquinolin-7-yl)-6-oxopiperidin-3-yl]-2-methylpropane-1-sulfonamide Chemical compound CC(C)CS(=O)(=O)N[C@H]1CCC(=O)N([C@@H]1c1ccc(Cl)cc1)c1ccc2c(C)cc(=O)n(C)c2c1 LVDRREOUMKACNJ-BKMJKUGQSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000007323 disproportionation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
【課題】被加工物の被加工面を加工することにより平坦性の高い被加工面を形成することのできる加工方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る加工方法は、処理液３０中に被加工面２０ａを有する被加工物２０を設置する被加工物設置工程と、光触媒を含む薄膜を被加工面２０ａに対向させて処理液３０中に設置する薄膜設置工程と、薄膜に光を照射して、光触媒の光触媒作用により処理液３０から活性種４０を生成させる活性種生成工程と、活性種４０と被加工面２０ａの表面原子２２とを化学反応させ、処理液３０中に溶出する化合物５０を生成させることにより被加工物２０を加工する加工工程とを備える。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】本発明に係る加工方法は、処理液３０中に被加工面２０ａを有する被加工物２０を設置する被加工物設置工程と、光触媒を含む薄膜を被加工面２０ａに対向させて処理液３０中に設置する薄膜設置工程と、薄膜に光を照射して、光触媒の光触媒作用により処理液３０から活性種４０を生成させる活性種生成工程と、活性種４０と被加工面２０ａの表面原子２２とを化学反応させ、処理液３０中に溶出する化合物５０を生成させることにより被加工物２０を加工する加工工程とを備える。
【選択図】図１Ａ
Description
本発明は、加工方法に関する。特に、本発明は、被加工物の表面を加工する加工方法に関する。
従来、半導体ウエハ等の被加工物の表面を加工する方法として、酸化剤を含む処理液中に被加工面を有する被加工物を設置する工程と、酸化剤を分解する固体触媒を被加工面に接触又は極接近させる工程と、固体触媒の触媒作用を利用して処理液から酸化力を有する活性種を発生させ、被加工面の表面原子と化学反応させて化合物を生成させる工程と、生成した化合物を除去する工程とを備え、被加工面の加工中に、被加工面に光を照射する工程、被加工面と固体触媒との間に電圧を印加する工程、触媒、被加工物、及び／又は処理液の温度を制御する工程のうちの１種又は２種以上の工程を組み合わせて被加工面を加工する触媒支援型化学加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の触媒支援型化学加工方法は、化学的に被加工物の被加工面を加工するので、被加工面を高精度な表面に加工することができる。
しかし、特許文献１に記載の触媒支援型化学加工方法は、加工基準面となる固体触媒の表面で酸化剤を分解して被加工面との化学反応に用いる活性種を生成するので、活性種は固体触媒の表面上又は表面近傍のみにしか存在しない。したがって、固体触媒の表面の平坦度が被加工物の表面に転写されることになり、被加工面の平坦度を固体触媒の表面の平坦度より向上させることは困難である。
したがって、本発明の目的は、被加工物の被加工面を加工することにより平坦性の高い被加工面を形成することのできる加工方法を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、処理液中に被加工面を有する被加工物を設置する被加工物設置工程と、光触媒を含む薄膜を被加工面に対向させて処理液中に設置する薄膜設置工程と、薄膜に光を照射して、光触媒の光触媒作用により処理液から活性種を生成させる活性種生成工程と、活性種と被加工面の表面原子とを化学反応させ、処理液中に溶出する化合物を生成させることにより被加工物を加工する加工工程とを備える加工方法が提供される。
また、上記加工方法は、被加工物設置工程は、ラジカル捕捉剤が添加された処理液中に被加工物を設置してもよい。
また、上記加工方法は、加工工程は、薄膜、被加工物、及び処理液からなる群から選択される少なくとも１つの部材の温度を制御して被加工物を加工してもよい。
また、上記加工方法は、ラジカル捕捉剤は、プロトン性の有機化合物であってよい。
また、上記加工方法は、プロトン性の有機化合物は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、酢酸のいずれか１つ又はこれらから選択される２つ以上の混合液であってもよい。
また、上記加工方法は、ラジカル捕捉剤は、非プロトン性の有機化合物であってよい。
また、上記加工方法は、非プロトン性の有機化合物は、アセトン、アセトニトリル、ジオキサン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドのいずれか１つ又はこれらから選択される２つ以上の混合液であってもよい。
また、上記加工方法は、光触媒は、ＴｉＯ２、ＫＴａＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＮｂＯ３、ＺｎＯ、ＷＯ３、及びＳｎＯ２からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含むんでいてよい。
また、上記加工方法は、光触媒は、ＴｉＯ２であり、ＴｉＯ２は、アナターゼ型、又はルチル型、若しくはアナターゼ型とルチル型との混晶であってよい。
また、上記加工方法は、光は、光の波長が光触媒のバンドギャップエネルギー以上であってよい。
また、上記加工方法は、光は、波長が４２０ｎｍ以下であってよい。
また、上記加工方法は、薄膜は、Ａｒ雰囲気下でＴｉＯ２ターゲットを用いたスパッタリングによって形成されてよい。
また、上記加工方法は、薄膜は、Ｏ２とＡｒとの混合雰囲気下でＴｉターゲットを用いたスパッタリングによって形成されてもよい。
また、上記加工方法は、薄膜は、石英からなる基材又はガラスからなる基材上に設けられてもよい。
また、上記加工方法は、活性種生成工程は、基材側から光触媒に向けて光を照射してもよい。
また、上記加工方法は、被加工物設置工程は、ＳｉＣ、ＧａＮ、サファイア、ルビー、及びダイヤモンドからなる群から選択される少なくとも１つの被加工物を設置してもよい。
本発明に係る加工方法によれば、被加工物の被加工面を加工することにより平坦性の高い被加工面を形成することのできる加工方法を提供できる。
［実施の形態］
（加工方法の概要）
図１Ａは、本発明の実施の形態に係る加工方法の概念を示す。また、図１Ｂは、本発明の実施の形態に係る加工方法によって被加工物が加工された概要を示す。
（加工方法の概要）
図１Ａは、本発明の実施の形態に係る加工方法の概念を示す。また、図１Ｂは、本発明の実施の形態に係る加工方法によって被加工物が加工された概要を示す。
本実施の形態に係る加工方法は、例えば、光照射型化学的加工方法である。一例として、光照射によって処理液３０から生成した活性種４０を用いて被加工物２０を加工する光触媒反応型化学的加工方法である。
図１Ａを参照して本実施の形態に係る加工方法の概要を説明する。本実施の形態に係る加工方法は、処理液３０中に被加工面２０ａを有する被加工物２０を設置する被加工物設置工程と、光触媒を含む薄膜としての光触媒薄膜１２を被加工面２０ａに対向させて処理液３０中に設置する薄膜設置工程と、光触媒薄膜１２に光６０を照射して、光触媒の光触媒作用により処理液３０からラジカルである活性種４０を生成させる活性種生成工程と、活性種４０と被加工面２０ａの表面原子２２とを化学反応させ、処理液３０中に溶出する化合物５０を生成させ、化合物５０を処理液３０中に溶出させることにより被加工物２０を加工する加工工程とを備える。
なお、加工工程は、光触媒薄膜１２、被加工物２０、及び処理液３０からなる群から選択される少なくとも１つの部材の温度を制御して被加工物２０を加工することもできる。加工工程において光触媒薄膜１２、被加工物２０、及び処理液３０からなる群から選択される少なくとも１つの部材の温度を制御することにより、被加工物２０と活性種４０との化学反応速度を増加させる方向、又は減少させる方向に制御できる。
本実施の形態において光触媒薄膜１２は、光６０を透過する基材１０の表面１０ｂに形成されている。したがって、基材１０の裏面１０ａに入射した光６０は基材１０に入射して、表面１０ｂに形成されている光触媒薄膜１２に入射することになる。また、処理液３０は、ラジカルである活性種４０を捕捉可能なラジカル捕捉剤４２を含む。ラジカル捕捉剤４２は、過剰に発生した活性種４０を捕捉して化合物５２となる。
（加工方法の詳細）
まず、図１Ａに示すように、ラジカル捕捉剤４２を含む処理液３０中において、光触媒薄膜１２を被加工物２０に接触させる。又は、光触媒薄膜１２を被加工物２０に極接近させる。なお、光触媒薄膜１２を被加工物２０に極近接させる場合、光触媒薄膜１２の表面１２ａと被加工物２０との距離は、処理液３０から生成した活性種４０の寿命によって決定される活性種４０の処理液３０中における拡散距離以内である。例えば、処理液３０が水の場合、生成する活性種４０は強力な酸化力を有するヒドロキシラジカルであり、この拡散距離は１μｍ程度であるので、極近接する距離は１μｍ以下程度である。なお、ラジカル捕捉剤４２を処理液３０中に添加しない場合は活性種４０の寿命が長くなり、活性種４０の処理液３０中における濃度が大きくなる。しかしながら、この場合、活性種４０同士の不均化反応が進行するので、拡散距離はラジカル捕捉剤４２を処理液３０中に添加した場合と大きな変化はない。
まず、図１Ａに示すように、ラジカル捕捉剤４２を含む処理液３０中において、光触媒薄膜１２を被加工物２０に接触させる。又は、光触媒薄膜１２を被加工物２０に極接近させる。なお、光触媒薄膜１２を被加工物２０に極近接させる場合、光触媒薄膜１２の表面１２ａと被加工物２０との距離は、処理液３０から生成した活性種４０の寿命によって決定される活性種４０の処理液３０中における拡散距離以内である。例えば、処理液３０が水の場合、生成する活性種４０は強力な酸化力を有するヒドロキシラジカルであり、この拡散距離は１μｍ程度であるので、極近接する距離は１μｍ以下程度である。なお、ラジカル捕捉剤４２を処理液３０中に添加しない場合は活性種４０の寿命が長くなり、活性種４０の処理液３０中における濃度が大きくなる。しかしながら、この場合、活性種４０同士の不均化反応が進行するので、拡散距離はラジカル捕捉剤４２を処理液３０中に添加した場合と大きな変化はない。
次に、基材１０の裏面１０ａ側から光６０を照射すると、基材１０を通過した光６０が光触媒薄膜１２に到達する。光触媒薄膜１２に光６０が照射されると、光触媒薄膜１２の表面１２ａに光触媒薄膜１２の光触媒作用により処理液３０から生成した活性種４０が付着する。そして、生成した活性種４０は処理液３０中を被加工面２０ａに向かって拡散する。続いて、被加工面２０ａに到達した活性種４０は、被加工面２０ａの表面原子２２と化学反応して、処理液３０中に溶出する化合物５０を生成する。続いて、生成した化合物５０が被加工面２０ａから処理液３０中に溶出、拡散する。
これにより、被加工物２０の被加工面２０ａが加工される。具体的には、例えば、図１Ｂに示すように、被加工物２０の表面が加工され、平坦面２０ｂが処理液３０中に露出する。ここで、処理液３０にラジカル捕捉剤４２を添加している場合、処理液３０から発生した活性種４０の一部は、被加工物２０の被加工面２０ａに到達する前にラジカル捕捉剤４２と化学反応して化合物５２を生成する。したがって、処理液３０から発生した複数の活性種４０の一部は、処理液３０中における拡散距離が増大するにつれて、被加工面２０ａに到達するまでに失活する確率が増大する。これにより、光触媒薄膜１２から被加工物２０までの距離が短い部分から（例えば、被加工面２０ａに凹凸が存在する場合、凸部の先端部分から）、順次、加工される。
なお、処理液３０が水の場合であって、処理液３０にラジカル捕捉剤４２を添加しない場合であっても被加工面２０ａは等方的に加工されることはなく、光触媒薄膜１２からの距離が近い部分から順次加工されるので、被加工面２０ａにおいてある程度の平坦化が進行する。これは、以下の理由による。すなわち、処理液３０が水の場合であってラジカル捕捉剤４２としてアルコールを処理液３０中に添加すると、処理液３０の表面張力が低下する。この場合、光触媒薄膜１２と被加工面２０ａとの距離を極近接させると、光触媒薄膜１２と被加工面２０ａとの距離が減少する方向に力が働く。一方、処理液３０にラジカル捕捉剤４２を添加しない場合、水の表面張力が大きいことに起因して光触媒薄膜１２と被加工面２０ａとの距離が増大する方向に力が働くからである。
（基材１０）
本実施の形態に係る基材１０は、光６０を透過する透明材料から形成される。具体的に、光６０が紫外線である場合、基材１０は、紫外線を透過する材料から形成することができる。例えば、基材１０は、ガラス基板、石英基板、アクリル等の合成樹脂からなる基板等を用いることができる。光６０を透過する透明材料から基材１０を形成することにより、基材１０の裏面１０ａ側から光触媒薄膜１２に光６０を照射できる。なお、合成樹脂から基材１０を構成する場合、長期使用により合成樹脂が劣化しにくい程度の光６０の透過率を有すると共に、被加工物２０の被加工面２０ａに要求される平坦度以上の平坦性の表面１０ｂを有する基材１０を用いる。
本実施の形態に係る基材１０は、光６０を透過する透明材料から形成される。具体的に、光６０が紫外線である場合、基材１０は、紫外線を透過する材料から形成することができる。例えば、基材１０は、ガラス基板、石英基板、アクリル等の合成樹脂からなる基板等を用いることができる。光６０を透過する透明材料から基材１０を形成することにより、基材１０の裏面１０ａ側から光触媒薄膜１２に光６０を照射できる。なお、合成樹脂から基材１０を構成する場合、長期使用により合成樹脂が劣化しにくい程度の光６０の透過率を有すると共に、被加工物２０の被加工面２０ａに要求される平坦度以上の平坦性の表面１０ｂを有する基材１０を用いる。
（光触媒薄膜１２）
本実施の形態に係る光触媒薄膜１２は、基材１０の表面１０ｂに形成される。そして、光触媒薄膜１２は、光触媒からなる薄膜、又は光触媒を含む薄膜から形成される。光触媒薄膜１２を構成する光触媒としては、価電子帯の上端のエネルギーが約２．８ｅＶ以上である酸化物であるＴｉＯ２、ＫＴａＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＮｂＯ３、ＺｎＯ、ＷＯ３、及びＳｎＯ２からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を用いることができる。また、これらの化合物に不純物をドープすることもできる。例えば、窒素（Ｎ）をドープした窒素ドープ光触媒（例えば、ＮドープＴｉＯ２）から光触媒薄膜１２を形成することもできる。
本実施の形態に係る光触媒薄膜１２は、基材１０の表面１０ｂに形成される。そして、光触媒薄膜１２は、光触媒からなる薄膜、又は光触媒を含む薄膜から形成される。光触媒薄膜１２を構成する光触媒としては、価電子帯の上端のエネルギーが約２．８ｅＶ以上である酸化物であるＴｉＯ２、ＫＴａＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＮｂＯ３、ＺｎＯ、ＷＯ３、及びＳｎＯ２からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を用いることができる。また、これらの化合物に不純物をドープすることもできる。例えば、窒素（Ｎ）をドープした窒素ドープ光触媒（例えば、ＮドープＴｉＯ２）から光触媒薄膜１２を形成することもできる。
ここで、光触媒としてＴｉＯ２を用いる場合、結晶構造がアナターゼ型であるＴｉＯ２を用いることが好ましい。なお、ルチル型のＴｉＯ２、又はアナターゼ型のＴｉＯ２とルチル型のＴｉＯ２との混晶を用いることもできる。
（光触媒薄膜１２の製造方法）
本実施の形態に係る光触媒薄膜１２は、スパッタ法、蒸着法、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ法：ＭＢＥ法）、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＭＯＣＶＤ法）、液相エピタキシー法、エアロゾルデポジション法（ａｅｒｏｓｏｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＡＤ法）、ラングミュア−ブロジェット法（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ：ＬＢ法）、ゾルゲル法、めっき法、塗布法等を用いて形成することができる。ここで、本実施の形態においては、成膜の制御の容易さ等の観点からスパッタ法を用いることが好ましい。
本実施の形態に係る光触媒薄膜１２は、スパッタ法、蒸着法、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ法：ＭＢＥ法）、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＭＯＣＶＤ法）、液相エピタキシー法、エアロゾルデポジション法（ａｅｒｏｓｏｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＡＤ法）、ラングミュア−ブロジェット法（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ：ＬＢ法）、ゾルゲル法、めっき法、塗布法等を用いて形成することができる。ここで、本実施の形態においては、成膜の制御の容易さ等の観点からスパッタ法を用いることが好ましい。
スパッタ法を用いて光触媒薄膜１２を形成する場合、以下のように形成することができる。例えば、ＴｉＯ２からなるターゲットを用いてＡｒ雰囲気下でスパッタリングを実施することにより、ＴｉＯ２として直接堆積させて形成される光触媒薄膜１２を基材１０上に形成できる。また、Ｔｉからなるターゲットを用いてＯ２とＡｒとの混合雰囲気（以下、「Ｏ２／Ａｒ雰囲気」という場合がある）下でスパッタリングを実施することにより、Ｔｉと雰囲気中のＯ２とが反応して形成されるＴｉＯ２からなる光触媒薄膜１２を基材１０上に形成できる。なお、スパッタリングを実施するスパッタ装置としては、直流スパッタ装置、高周波スパッタ装置、マグネトロンスパッタ装置、イオンビームスパッタ装置、電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）スパッタ装置等を用いることができる。
また、スパッタ法を用いて光触媒薄膜１２を形成する場合、Ａｒ等のプラズマの平均自由工程の増大を抑制して、成膜中における光触媒薄膜１２へのダメージを低減させることを目的として、プラズマ出力を４００Ｗ以下に設定すると共に、チャンバー内のガスの全圧を１．０Ｐａ以上に設定する。
なお、光触媒薄膜１２の膜厚は、被加工面２０ａの表面原子２２と化学反応する活性種４０の生成量を増加させ、被加工物２０の加工を十分な速度で実施することを目的として、十分に光６０を吸収することのできる厚さである１５０ｎｍ以上にする。また、光触媒薄膜１２の膜厚は、２００ｎｍ以上であることがより好ましい。更に、基材１０の裏面１０ａ側から光触媒薄膜１２側に向けて照射されて光触媒薄膜１２に到達する光の量に応じて生成する活性種４０の量が被加工物２０の加工に十分な量となるように、光触媒薄膜１２の膜厚は１μｍ以下であることが好ましい。
また、本実施の形態において用いる光６０は、光触媒薄膜１２を構成する光触媒のバンドギャップエネルギー以上のエネルギーを有する光６０を用いる。例えば、ＴｉＯ２のバンドギャップエネルギーは３．０ｅＶであるので、ＴｉＯ２は４２０ｎｍ以下の波長の光に対して光触媒機能を発揮する。したがって、光触媒としてＴｉＯ２を用いる場合、光６０としては、２００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する光６０を用いる。なお、光触媒薄膜１２を構成する光触媒が可視光に対して光触媒機能を発揮する場合、光６０として可視光を用いることもできる。
（被加工物２０）
本実施の形態に係る被加工物２０は、例えば、パワーデバイス、発光デバイス等の電子デバイスに用いられる半導体材料、酸化物材料等の結晶材料である。具体的に被加工物２０は、ＳｉＣ、ＧａＮ、サファイア、ルビー、ダイヤモンド等の難加工性の結晶材料からなる基板である。
本実施の形態に係る被加工物２０は、例えば、パワーデバイス、発光デバイス等の電子デバイスに用いられる半導体材料、酸化物材料等の結晶材料である。具体的に被加工物２０は、ＳｉＣ、ＧａＮ、サファイア、ルビー、ダイヤモンド等の難加工性の結晶材料からなる基板である。
（ラジカル捕捉剤４２）
本実施の形態に係るラジカル捕捉剤４２は、プロトン性の有機化合物、又は非プロトン性の有機化合物を用いることができる。プロトン性の有機化合物としてのラジカル捕捉剤４２は、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、酢酸等を用いることができる。ここで、ラジカル捕捉剤４２としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、酢酸等のいずれか１つを用いることができる。また、ラジカル捕捉剤４２としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、酢酸等から２つ以上を選択して、選択した２つ以上のプロトン性の有機化合物を混合した混合液を用いることもできる。
本実施の形態に係るラジカル捕捉剤４２は、プロトン性の有機化合物、又は非プロトン性の有機化合物を用いることができる。プロトン性の有機化合物としてのラジカル捕捉剤４２は、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、酢酸等を用いることができる。ここで、ラジカル捕捉剤４２としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、酢酸等のいずれか１つを用いることができる。また、ラジカル捕捉剤４２としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、酢酸等から２つ以上を選択して、選択した２つ以上のプロトン性の有機化合物を混合した混合液を用いることもできる。
また、非プロトン性の有機化合物としてのラジカル捕捉剤４２は、例えば、アセトン、アセトニトリル、ジオキサン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等を用いることができる。ここで、ラジカル捕捉剤４２としては、アセトン、アセトニトリル、ジオキサン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等のいずれか１つを用いることができる。また、ラジカル捕捉剤４２としては、アセトン、アセトニトリル、ジオキサン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等から２つ以上を選択して、選択した２つ以上の非プロトン性の有機化合物を混合した混合液を用いることもできる。
（加工方法の加工原理：活性種の生成反応）
図２は、本実施の形態に係る加工方法の加工原理である光触媒反応の酸化・還元過程の概要を示す。
図２は、本実施の形態に係る加工方法の加工原理である光触媒反応の酸化・還元過程の概要を示す。
図２を参照して、光触媒薄膜１２の表面及び近傍において、処理液３０（例えば、水）から活性種４０が生成する原理を説明する。ここでは、光触媒としてＴｉＯ２を用いた場合を挙げて説明する。まず、ＴｉＯ２のバンドギャップエネルギー以上（４２０ｎｍ以下）の光をＴｉＯ２に照射すると下記に示す反応式（１）にしたがって、価電子帯に存在する電子が伝導帯に励起されて正孔が価電子帯に生成すると共に、伝導帯に励起電子が生じることにより、正孔−電子対が生成する。なお、反応式（１）において「ＵＶ」は紫外線の略である。
正孔は下記反応式（２）及び反応式（３）に示す反応にしたがって、水（Ｈ２Ｏ）の電離によって生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）から電子（ｅ−）を引き抜き、水酸ラジカル（ヒドロキシルラジカル『・ＯＨ』）を生成する。
反応式（３）において生成したヒドロキシルラジカルは非常に酸化力が強い。したがって、ヒドロキシラジカルは、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド等の化学的に安定な材料と反応することができ、これら化学的に安定な材料を加工することができる。
一方、励起した電子は、酸化され易い特定の物質（犠牲剤）が処理液３０中に添加されていない限り、下記に示す反応式（４）にしたがって、処理液３０中に溶解している酸素ガス（溶存酸素）へ移動して、酸素を還元する。なお、溶存酸素の代わりに犠牲剤を処理液３０中に添加して、反応効率を向上させることもできる。
（加工方法の加工原理：活性種と被加工物との反応、及び加工過程［ＳｉＣの場合］）
次に、被加工物がＳｉＣである場合における被加工物２０としてのＳｉＣの加工過程を説明する。まず、光触媒薄膜１２への光照射により処理液３０から生成した活性種（一例として、処理液３０が水の場合、ヒドロキシラジカル）により、下記に示す反応式（５）にしたがって、ＳｉＣの表面が酸化されると考えられる。
次に、被加工物がＳｉＣである場合における被加工物２０としてのＳｉＣの加工過程を説明する。まず、光触媒薄膜１２への光照射により処理液３０から生成した活性種（一例として、処理液３０が水の場合、ヒドロキシラジカル）により、下記に示す反応式（５）にしたがって、ＳｉＣの表面が酸化されると考えられる。
ここで、処理液３０中にラジカル捕捉剤４２が添加されている場合、活性種４０としてのヒドロキシラジカルは、被加工物２０の表面である被加工面２０ａに到達する前にラジカル捕捉剤４２と反応して失活する。したがって、ヒドロキシルラジカルの処理液３０中における拡散距離は、ヒドロキシラジカルとラジカル捕捉剤４２との反応速度によって決定される。このように活性種４０の拡散距離は、処理液３０中にラジカル捕捉剤４２を添加することにより制御できる。これにより、処理液３０にラジカル捕捉剤４２を添加して活性種４０の処理液３０中における拡散距離を制御することにより、光触媒薄膜１２（例えば、ＴｉＯ２薄膜）の表面から最も近い距離に位置する被加工面２０ａより順次、酸化反応を進行させることができる。
被加工物２０の表面の酸化反応後、被加工面２０ａに対して酸化反応により生じた酸化物層を除去する処理を施すことにより、被加工面２０ａの酸化された領域が優先的に加工されていくと考えられる。なお、酸化反応により生じた酸化物層がＳｉＯ２の場合、酸化物層の除去にはフッ化水素酸を用いることができる。斯かる場合、以下の反応式（７）にしたがって、被加工面２０ａの酸化された領域が優先的に加工されていく。
（加工方法の加工原理：活性種と被加工物との反応、及び加工過程［ＧａＮの場合］）
また、被加工物がＧａＮである場合における被加工物２０としてのＧａＮの加工過程を説明する。まず、光触媒薄膜１２への光照射により処理液３０から生成した活性種（一例として、処理液３０が水の場合、ヒドロキシラジカル）により、下記に示す反応式（７）にしたがって、ＧａＮの表面が酸化されると考えられる。
また、被加工物がＧａＮである場合における被加工物２０としてのＧａＮの加工過程を説明する。まず、光触媒薄膜１２への光照射により処理液３０から生成した活性種（一例として、処理液３０が水の場合、ヒドロキシラジカル）により、下記に示す反応式（７）にしたがって、ＧａＮの表面が酸化されると考えられる。
この場合に、被加工物２０がＳｉＣの場合についての説明と同様に、ラジカル捕捉剤４２を処理液３０に添加することにより活性種４０としてのヒドロキシルラジカルの拡散距離を制御することもできる。そして、被加工物２０としてのＧａＮの表面の酸化反応後、被加工面２０ａに対して酸化反応により生じた酸化物層を除去する処理を施すことにより、被加工面２０ａの酸化された領域が優先的に加工されていくと考えられる。なお、酸化反応により生じた酸化物層がＧａ２Ｏ３の場合、酸化物層の除去には硫酸を用いることができる。斯かる場合、以下の反応式（８）にしたがって、被加工面２０ａの酸化された領域が優先的に加工されていく。
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る加工方法は、処理液３０中に被加工物２０を設置すると共に光触媒薄膜１２を被加工面２０ａに対向させて処理液３０中に設置した後、光触媒薄膜１２に光６０を照射して処理液３０から活性種４０を生成させ、活性種４０と被加工面２０ａの表面原子２２とを化学反応させて処理液３０中に溶出する化合物５０を生成させることにより被加工物２０を加工するので、砥粒及び研磨剤を用いた場合に被加工物２０内に生じる機械的な欠陥が生じることがない。これにより、本実施の形態に係る加工方法によれば、加工による結晶欠陥の発生を生じさせることなく、加工変質層（例えば、研磨剤等を用いて研磨した場合に被加工物２０の表面に生じるダメージ層）のない高精度な表面（すなわち、平坦性の高い表面）を有する被加工物を製造できる。
本実施の形態に係る加工方法は、処理液３０中に被加工物２０を設置すると共に光触媒薄膜１２を被加工面２０ａに対向させて処理液３０中に設置した後、光触媒薄膜１２に光６０を照射して処理液３０から活性種４０を生成させ、活性種４０と被加工面２０ａの表面原子２２とを化学反応させて処理液３０中に溶出する化合物５０を生成させることにより被加工物２０を加工するので、砥粒及び研磨剤を用いた場合に被加工物２０内に生じる機械的な欠陥が生じることがない。これにより、本実施の形態に係る加工方法によれば、加工による結晶欠陥の発生を生じさせることなく、加工変質層（例えば、研磨剤等を用いて研磨した場合に被加工物２０の表面に生じるダメージ層）のない高精度な表面（すなわち、平坦性の高い表面）を有する被加工物を製造できる。
また、本実施の形態に係る加工方法は、砥粒及び研磨材を用いることを要さないので、例えば、ＣＭＰ法等による研磨方法において要求される使用済みスラリーの廃棄処理等の産業廃棄物の処理を要さない。したがって、本実施の形態に係る加工方法は、廃棄処理のコストを低減させることができ、また、産業廃棄物を排出しないので、環境保護の観点からも好ましい加工方法である。
更に、本実施の形態に係る加工方法は、光触媒薄膜１２からの距離が近い被加工面２０ａから順次加工されるので、平坦性のよい表面を有する基板を製造することができる。換言すれば、本実施の形態に係る加工方法は、異方性を有して被加工物２０の表面を加工することができるので、平坦性のよい表面を有する基板を製造することができる。
以下、実施例について説明する。
図３は、実施例１に係る加工方法の概要を示す。
（光触媒薄膜１２の作製）
まず、基材１０として石英を用いた石英基板１４を高周波マグネトロンスパッタ装置のチャンバー内部に設置した。そして、Ａｒガス１００％雰囲気下、プラズマ出力３００Ｗ、基板温度３００℃、全圧３Ｐａ、成膜時間２４分という条件で石英基板１４の表面に光触媒薄膜１２としてのＴｉＯ２薄膜を成膜した。なお、高周波マグネトロンスパッタ装置のターゲットとしては、ＴｉＯ２焼成体からなるターゲットを用いた。
まず、基材１０として石英を用いた石英基板１４を高周波マグネトロンスパッタ装置のチャンバー内部に設置した。そして、Ａｒガス１００％雰囲気下、プラズマ出力３００Ｗ、基板温度３００℃、全圧３Ｐａ、成膜時間２４分という条件で石英基板１４の表面に光触媒薄膜１２としてのＴｉＯ２薄膜を成膜した。なお、高周波マグネトロンスパッタ装置のターゲットとしては、ＴｉＯ２焼成体からなるターゲットを用いた。
（光触媒薄膜の評価）
石英基板１４の表面に成膜したＴｉＯ２薄膜の物性を評価した。当該ＴｉＯ２薄膜の膜厚は２００ｎｍであった。また、当該ＴｉＯ２薄膜の結晶構造はアナターゼ結晶が７６％であり、ルチル結晶が２４％である混晶であった。
石英基板１４の表面に成膜したＴｉＯ２薄膜の物性を評価した。当該ＴｉＯ２薄膜の膜厚は２００ｎｍであった。また、当該ＴｉＯ２薄膜の結晶構造はアナターゼ結晶が７６％であり、ルチル結晶が２４％である混晶であった。
（ＳｉＣ基板の光触媒反応型化学的加工）
実施例１においては、被加工物２０としてＳｉＣ基板を用いた。具体的に、実施例１において用いたＳｉＣ基板としては、単結晶のＳｉＣ基板であり、直径５０ｍｍ、［１１−２０］方向に８度傾斜した（０００１）Ｓｉ面のｎ型４Ｈ−ＳｉＣを用いた。また、当該ＳｉＣ基板の抵抗率は０．０１７Ωｃｍであった。なお、｛０００１｝面のＳｉＣ単結晶基板には極性があり、一方は最表面がＳｉ原子からなるＳｉ面であり、他方は最表面がＣ原子からなるＣ面である。実施例１では、被加工面２０ａとしてＳｉ面を用いた。また、実施例１では、加工前の被加工面２０ａ（Ｓｉ面）は、機械的な鏡面研磨を施した後、ＣＭＰ処理を施した面である。なお、被加工面２０ａとしてＣ面を用いた場合、Ｓｉ面を用いた場合と加工速度が多少異なるものの、加工が進行する機構はＳｉ面の場合と同様である。
実施例１においては、被加工物２０としてＳｉＣ基板を用いた。具体的に、実施例１において用いたＳｉＣ基板としては、単結晶のＳｉＣ基板であり、直径５０ｍｍ、［１１−２０］方向に８度傾斜した（０００１）Ｓｉ面のｎ型４Ｈ−ＳｉＣを用いた。また、当該ＳｉＣ基板の抵抗率は０．０１７Ωｃｍであった。なお、｛０００１｝面のＳｉＣ単結晶基板には極性があり、一方は最表面がＳｉ原子からなるＳｉ面であり、他方は最表面がＣ原子からなるＣ面である。実施例１では、被加工面２０ａとしてＳｉ面を用いた。また、実施例１では、加工前の被加工面２０ａ（Ｓｉ面）は、機械的な鏡面研磨を施した後、ＣＭＰ処理を施した面である。なお、被加工面２０ａとしてＣ面を用いた場合、Ｓｉ面を用いた場合と加工速度が多少異なるものの、加工が進行する機構はＳｉ面の場合と同様である。
実施例１に係る加工方法は具体的に以下のとおりである。まず、１０％ＨＦ水溶液でＳｉＣ基板の表面を洗浄した。次に、ガラスビーカー７０に、ＳｉＣ基板と光触媒薄膜１２が成膜された石英基板１４とを導入した。斯かる場合に、ＳｉＣ基板の被加工面と光触媒薄膜１２とを接触させた。次に、処理液３０としての水３２をガラスビーカー７０内に導入した。この場合に、水３２の表面が、光触媒薄膜１２とＳｉＣ基板の被加工面との接触面（以下、「界面」という場合がある）よりも上側（すなわち、少なくとも当該接触面が水３２中になる位置）に位置するように、ガラスビーカー７０内に水３２を導入した。これにより、光触媒薄膜１２とＳｉＣ基板の被加工面との界面に毛細管現象により水が浸入して、水膜層３４（以下、「ラジカル輸送層」という場合がある。）が形成された。
次に、高圧水銀灯を用いて、石英基板１４の裏面１４ａ側から紫外線照度が８ｍＷ／ｃｍ２に調節された紫外線６２を照射した。これにより、光触媒薄膜１２と水膜層３４中の水３２との光触媒反応が開始された。光触媒薄膜１２と水３２との光触媒反応の反応時間は１時間に設定した。
１時間の光触媒反応後、ＳｉＣ基板の被加工面２０ａに光触媒反応により形成された酸化膜を１０％ＨＦ水溶液で除去した。そして、加工後の被加工面を原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）により観察した。その結果、加工前の被加工面２０ａの平均二乗粗さ（Ｒｍｓ）が０．１７８ｎｍであったところ、加工後の被加工面２０ａのＲｍｓは０．１６３ｎｍであった。このように実施例１に係る加工方法によれば、ＳｉＣ単結晶基板表面の平坦度を改善することができる。
図４は、実施例２に係る加工方法の概要を示す。
実施例２においては、光触媒薄膜１２及び処理液としての水３２を加熱して被加工物２０としてのＳｉＣ基板に加工を施した。
具体的に実施例２においては、実施例１において用いたＳｉＣ基板と同様の単結晶ＳｉＣ基板を用いた。すなわち、実施例２において用いたＳｉＣ基板は、直径が５０ｍｍであり、［１１−２０］方向に８度傾斜した（０００１）Ｓｉ面のｎ型４Ｈ−ＳｉＣを用いた。また、当該ＳｉＣ基板の抵抗率は０．０１７Ωｃｍであった。実施例２においても、被加工面２０ａとしてＳｉ面を用い、加工前の被加工面２０ａ（Ｓｉ面）は、機械的な鏡面研磨を施した後、ＣＭＰ処理を施した面を用いた。
まず、１０％ＨＦ水溶液でＳｉＣ基板の表面を洗浄した。次に、ガラスビーカー７０に、光触媒薄膜１２が成膜された石英基板１４と被加工物２０としてのＳｉＣ基板とを導入した。斯かる場合に、ＳｉＣ基板の被加工面と光触媒薄膜１２とを接触させた。次に、水３２をガラスビーカー７０内に導入した。この場合に、水３２の表面が、光触媒薄膜１２とＳｉＣ基板の被加工面との界面よりも上側（すなわち、少なくとも当該界面が水３２中になる位置）に位置するように、ガラスビーカー７０内に水３２を導入した。これにより、光触媒薄膜１２とＳｉＣ基板の被加工面との界面に毛細管現象により水が浸入して、水膜層３４が形成された。
続いて、ヒータ制御部８２によりヒータ８０に流す電流を調整して、水３２の温度を６０℃まで加熱した。これにより、処理液としての水３２と光触媒薄膜１２との双方を６０℃に加熱した。次に、高圧水銀灯を用いて、石英基板１４の裏面１４ａ側から紫外線照度が８ｍＷ／ｃｍ２に調節された紫外線６２を照射した。これにより、光触媒薄膜１２と水３２との光触媒反応が開始された。光触媒薄膜１２と水３２との光触媒反応の反応時間は１時間に設定した。
１時間の光触媒反応後、ＳｉＣ基板の被加工面２０ａに光触媒反応により形成された酸化膜を１０％ＨＦ水溶液で除去した。そして、加工後の被加工面をＡＦＭにより観察した。その結果、加工前の被加工面２０ａの平均二乗粗さ（Ｒｍｓ）が０．１６３ｎｍであったところ、加工後の被加工面２０ａのＲｍｓは０．１５６ｎｍであった。また、被加工面２０ａに形成された酸化膜の厚さから酸化速度を算出した。その結果、処理液としての水３２を加熱した場合の酸化速度は、水３２を加熱しない場合の酸化速度に比べて約１．５倍大きかった。以上より、水３２を加熱して加工を実施することにより、被加工面２０ａの加工速度を向上させることができる。なお、水３２を加熱して被加工面２０ａに加工を施すと、被加工面２０ａの表面粗さを改善する効果よりも加工速度を向上させる効果が大きいことが示された。
実施例３においては、被加工物２０としてＧａＮ基板を用いた点を除き、実施例１と略同様にして被加工物２０を加工した。具体的に、実施例３において用いたＧａＮ基板としては、単結晶のＧａＮ基板であり、直径５０ｍｍ、（０００１）Ｇａ面のｎ型ＧａＮを用いた。なお、｛０００１｝面のＧａＮ単結晶基板には極性があり、一方は最表面がＧａ原子からなるＧａ面であり、他方は最表面がＮ原子からなるＮ面である。実施例３では、被加工面２０ａとしてＧａ面を用いた。また、実施例３では、加工前の被加工面２０ａ（Ｇａ面）は、機械的な鏡面研磨を施した後、ＣＭＰ処理を施した面である。なお、被加工面２０ａとしてＮ面を用いた場合、Ｇａ面を用いた場合と加工速度が多少異なるものの、加工が進行する機構はＧａ面の場合と同様である。
（ＧａＮ基板の光触媒反応型化学的加工）
実施例３に係る加工方法は具体的に以下のとおりである。まず、１０％ＨＦ水溶液でＧａＮ基板の表面を洗浄した。次に、ガラスビーカー７０に、光触媒薄膜１２が成膜された石英基板１４とＧａＮ基板とを導入した。斯かる場合に、ＧａＮ基板の被加工面と光触媒薄膜１２とを接触させた。次に、処理液３０としての水３２をガラスビーカー７０内に導入した。この場合に、水３２の表面が、光触媒薄膜１２とＧａＮ基板の被加工面との界面よりも上側に位置するように、ガラスビーカー７０内に水３２を導入した。これにより、光触媒薄膜１２とＧａＮ基板の被加工面との界面に毛細管現象により水が浸入して、水膜層３４が形成された。
実施例３に係る加工方法は具体的に以下のとおりである。まず、１０％ＨＦ水溶液でＧａＮ基板の表面を洗浄した。次に、ガラスビーカー７０に、光触媒薄膜１２が成膜された石英基板１４とＧａＮ基板とを導入した。斯かる場合に、ＧａＮ基板の被加工面と光触媒薄膜１２とを接触させた。次に、処理液３０としての水３２をガラスビーカー７０内に導入した。この場合に、水３２の表面が、光触媒薄膜１２とＧａＮ基板の被加工面との界面よりも上側に位置するように、ガラスビーカー７０内に水３２を導入した。これにより、光触媒薄膜１２とＧａＮ基板の被加工面との界面に毛細管現象により水が浸入して、水膜層３４が形成された。
次に、高圧水銀灯を用いて、石英基板１４の裏面１４ａ側から紫外線照度が８ｍＷ／ｃｍ２に調節された紫外線６２を照射した。これにより、光触媒薄膜１２と水３２との光触媒反応が開始された。光触媒薄膜１２と水３２との光触媒反応の反応時間は１時間に設定した。
１時間の光触媒反応後、ＧａＮ基板の被加工面２０ａに光触媒反応により形成された酸化膜を濃硫酸で除去した。そして、加工後の被加工面をＡＦＭにより観察した。その結果、加工前の被加工面２０ａの平均二乗粗さ（Ｒｍｓ）が０．２６１ｎｍであったところ、加工後の被加工面２０ａのＲｍｓは０．１７８ｎｍであった。このように、実施例３に係る加工方法によれば、ＧａＮ単結晶基板表面の平坦度を改善することができる。
（活性種の拡散距離制御）
実施例４においては、実施例１と同様にＳｉＣ基板を用いて、実施例に係る加工方法における活性種（ヒドロキシルラジカル）の光触媒薄膜１２の処理液中での拡散距離の制御方法を説明する。なお、実施例４において用いたＳｉＣ基板は、実施例１と同様に、単結晶のＳｉＣ基板であり、直径５０ｍｍ、［１１−２０］方向に８度傾斜した（０００１）Ｓｉ面のｎ型４Ｈ−ＳｉＣを用いた。また、当該ＳｉＣ基板の抵抗率は０．０１７Ωｃｍであった。そして、被加工面２０ａはＳｉ面であり、加工前の被加工面２０ａ（Ｓｉ面）は、機械的な鏡面研磨を施した後、ＣＭＰ処理を施した面である。
実施例４においては、実施例１と同様にＳｉＣ基板を用いて、実施例に係る加工方法における活性種（ヒドロキシルラジカル）の光触媒薄膜１２の処理液中での拡散距離の制御方法を説明する。なお、実施例４において用いたＳｉＣ基板は、実施例１と同様に、単結晶のＳｉＣ基板であり、直径５０ｍｍ、［１１−２０］方向に８度傾斜した（０００１）Ｓｉ面のｎ型４Ｈ−ＳｉＣを用いた。また、当該ＳｉＣ基板の抵抗率は０．０１７Ωｃｍであった。そして、被加工面２０ａはＳｉ面であり、加工前の被加工面２０ａ（Ｓｉ面）は、機械的な鏡面研磨を施した後、ＣＭＰ処理を施した面である。
実施例４に係る加工方法を説明する。まず、１０％ＨＦ水溶液でＳｉＣ基板の表面を洗浄した。次に、ガラスビーカー７０に、光触媒薄膜１２が成膜された石英基板１４とＳｉＣ基板とを導入した。斯かる場合に、ＳｉＣ基板の被加工面と光触媒薄膜１２とを接触させた。次に、処理液３０として、ラジカル捕捉剤としてのメタノールを水に添加した水溶液をガラスビーカー７０内に導入した。ここで、当該水溶液は、メタノールの濃度を５０％（ｖｏｌｕｍｅ／ｖｏｌｕｍｅ％：ｖ／ｖ％）に調製した水溶液を用いた。この場合に、水溶液の表面が、光触媒薄膜１２とＳｉＣ基板の被加工面との界面よりも上側（すなわち、少なくとも当該界面が水溶液中になる位置）に位置するように、ガラスビーカー７０内に水溶液を導入した。これにより、光触媒薄膜１２とＳｉＣ基板の被加工面との界面に毛細管現象により水溶液が浸入して、水溶液膜層が形成された。
次に、高圧水銀灯を用いて、石英基板１４の裏面１４ａ側から紫外線照度が８ｍＷ／ｃｍ２に調節された紫外線６２を照射した。これにより、光触媒薄膜１２と水溶液との光触媒反応が開始された。光触媒薄膜１２と水溶液との光触媒反応の反応時間は１時間に設定した。
図５は、被加工物としてＳｉＣ基板を用い、実施例に係る加工を施していない場合のＳｉＣ基板表面における酸素原子濃度と、実施例に係る加工を施したＳｉＣ基板であって処理液として水とエタノールとの水溶液を用いた場合のＳｉＣ基板表面における酸素原子濃度と、処理液として水を用いた場合のＳｉＣ基板表面における酸素原子濃度とをそれぞれ示す。
具体的には、まず、被加工物２０としてのＳｉＣ基板の表面に実施例１及び実施例４に係る加工方法による加工を施していない状態の基板表面の酸素原子濃度をオージェ電子分光分析により測定した。斯かる場合、ＳｉＣ基板表面の自然酸化膜の酸素原子濃度を測定したことになる（以下、「比較例の酸素濃度」という）。また、実施例１に係る加工方法による加工を施したＳｉＣ基板表面の酸素原子濃度をオージェ電子分光分析により測定した（以下、「実施例１の酸素濃度」という）。更に、実施例４に係る加工方法による加工を施したＳｉＣ基板表面の酸素原子濃度をオージェ電子分光分析により測定した（以下、「実施例４の酸素濃度」という）。
図５を参照すると、ＳｉＣ基板表面における酸素原子濃度は、比較例の酸素濃度＜実施例４の酸素濃度＜実施例１の酸素濃度、の順に上昇した。これは、ラジカル捕捉剤４２としてのメタノールを水に添加することによって、ＳｉＣ基板表面における酸化反応が抑制されたことを示している。すなわち、水にラジカル捕捉剤４２を添加すると、活性種４０としてのヒドロキシラジカルの水中における拡散距離を抑制することができることを示している。したがって、実施例１及び実施例４においては、光触媒薄膜１２の表面から最も近い部分の被加工物２０より、順次、被加工物２０の表面の酸化反応を進行させ得ること、ラジカル捕捉剤４２の存在により活性種４０の拡散距離を制御できることが示された。
実施例１において説明したように、１時間の光触媒反応後、ＳｉＣ基板の被加工面２０ａに光触媒反応により形成された酸化膜を１０％ＨＦ水溶液で除去した。そして、加工後の被加工面をＡＦＭにより観察した。その結果、実施例１において説明したように、実施例１においては、加工前の被加工面２０ａの平均二乗粗さ（Ｒｍｓ）が０．１７８ｎｍであったところ、実施例１に係る加工方法で加工を施した被加工面２０ａのＲｍｓは０．１６３ｎｍであった。
一方、実施例４においては、加工前の被加工面２０ａの平均二乗粗さ（Ｒｍｓ）が０．３３９ｎｍであったところ、実施例４に係る加工方法で加工を施した被加工面２０ａのＲｍｓは０．３３０ｎｍであった。このように実施例４に係る加工方法においても、ＳｉＣ単結晶基板表面の平坦度を改善することができる。
以上より、実施例に係る加工方法は、光触媒薄膜１２の光触媒作用により処理液３０から生じた活性種４０（例えば、処理液３０が水の場合ヒドロキシラジカル）の処理液３０中における拡散距離をラジカル捕捉剤４２の処理液３０への添加により制御することができる。これにより、研磨痕のない表面を有する被加工物２０を提供することができると共に、当該表面を原子レベルで平坦化することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
１０ 基材
１０ａ 裏面
１０ｂ 表面
１２ 光触媒薄膜
１２ａ 表面
１４ 石英基板
１４ａ 裏面
１４ｂ 表面
２０ 被加工物
２０ａ 被加工面
２０ｂ 平坦面
２２ 表面原子
３０ 処理液
３２ 水
３４ 水膜層
４０ 活性種
４２ ラジカル捕捉剤
５０ 化合物
５２ 化合物
６０ 光
６２ 紫外線
７０ ガラスビーカー
８０ ヒータ
８２ ヒータ制御部
１０ａ 裏面
１０ｂ 表面
１２ 光触媒薄膜
１２ａ 表面
１４ 石英基板
１４ａ 裏面
１４ｂ 表面
２０ 被加工物
２０ａ 被加工面
２０ｂ 平坦面
２２ 表面原子
３０ 処理液
３２ 水
３４ 水膜層
４０ 活性種
４２ ラジカル捕捉剤
５０ 化合物
５２ 化合物
６０ 光
６２ 紫外線
７０ ガラスビーカー
８０ ヒータ
８２ ヒータ制御部
Claims (16)
- 処理液中に被加工面を有する被加工物を設置する被加工物設置工程と、
光触媒を含む薄膜を前記被加工面に対向させて前記処理液中に設置する薄膜設置工程と、
前記薄膜に光を照射して、前記光触媒の光触媒作用により前記処理液から活性種を生成させる活性種生成工程と、
前記活性種と前記被加工面の表面原子とを化学反応させ、前記処理液中に溶出する化合物を生成させることにより前記被加工物を加工する加工工程と
を備える加工方法。 - 前記被加工物設置工程は、ラジカル捕捉剤が添加された前記処理液中に前記被加工物を設置する請求項１に記載の加工方法。
- 前記加工工程は、前記薄膜、前記被加工物、及び前記処理液からなる群から選択される少なくとも１つの部材の温度を制御して前記被加工物を加工する請求項１に記載の加工方法。
- 前記ラジカル捕捉剤は、プロトン性の有機化合物である請求項２に記載の加工方法。
- 前記プロトン性の有機化合物は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、酢酸のいずれか１つ又はこれらから選択される２つ以上の混合液である請求項４に記載の加工方法。
- 前記ラジカル捕捉剤は、非プロトン性の有機化合物である請求項２に記載の加工方法。
- 前記非プロトン性の有機化合物は、アセトン、アセトニトリル、ジオキサン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドのいずれか１つ又はこれらから選択される２つ以上の混合液である請求項６に記載の加工方法。
- 前記光触媒は、ＴｉＯ２、ＫＴａＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＮｂＯ３、ＺｎＯ、ＷＯ３、及びＳｎＯ２からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含む請求項２に記載の加工方法。
- 前記光触媒は、ＴｉＯ２であり、
前記ＴｉＯ２は、アナターゼ型、又はルチル型、若しくはアナターゼ型とルチル型との混晶である請求項５に記載の加工方法。 - 前記光は、前記光の波長が前記光触媒のバンドギャップエネルギー以上である請求項９に記載の加工方法。
- 前記光は、波長が４２０ｎｍ以下である請求項１０に記載の加工方法。
- 前記薄膜は、Ａｒ雰囲気下でＴｉＯ２ターゲットを用いたスパッタリングによって形成される請求項９に記載の加工方法。
- 前記薄膜は、Ｏ２とＡｒとの混合雰囲気下でＴｉターゲットを用いたスパッタリングによって形成される請求項９に記載の加工方法。
- 前記薄膜は、石英からなる基材又はガラスからなる基材上に設けられる請求項９に記載の加工方法。
- 前記活性種生成工程は、前記基材側から前記光触媒に向けて前記光を照射する請求項１４に記載の加工方法。
- 前記被加工物設置工程は、ＳｉＣ、ＧａＮ、サファイア、ルビー、及びダイヤモンドからなる群から選択される少なくとも１つの前記被加工物を設置する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009024593A JP2010179236A (ja) | 2009-02-05 | 2009-02-05 | 加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009024593A JP2010179236A (ja) | 2009-02-05 | 2009-02-05 | 加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010179236A true JP2010179236A (ja) | 2010-08-19 |
Family
ID=42761193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009024593A Withdrawn JP2010179236A (ja) | 2009-02-05 | 2009-02-05 | 加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010179236A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015028628A (ja) * | 2013-07-03 | 2015-02-12 | Hoya株式会社 | 基板の製造方法、多層反射膜付き基板の製造方法、マスクブランクの製造方法、転写用マスクの製造方法、及び基板加工装置 |
| JP2015028627A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-02-12 | Hoya株式会社 | 基板の製造方法、多層反射膜付き基板の製造方法、マスクブランクの製造方法、転写用マスクの製造方法、及び基板加工装置 |
-
2009
- 2009-02-05 JP JP2009024593A patent/JP2010179236A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015028628A (ja) * | 2013-07-03 | 2015-02-12 | Hoya株式会社 | 基板の製造方法、多層反射膜付き基板の製造方法、マスクブランクの製造方法、転写用マスクの製造方法、及び基板加工装置 |
| JP2015028627A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-02-12 | Hoya株式会社 | 基板の製造方法、多層反射膜付き基板の製造方法、マスクブランクの製造方法、転写用マスクの製造方法、及び基板加工装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107492481B (zh) | 用于对暴露的硅表面进行选择性氧化的设备和方法 | |
| CN102725869B (zh) | 包括晶体硅衬底的表面制备的光伏电池的制造方法 | |
| US20090324810A1 (en) | Method for production of diamond electrodes | |
| JP2012035188A (ja) | 加工方法 | |
| Wojcieszak et al. | Correlation of photocatalysis and photoluminescence effect in relation to the surface properties of TiO2: Tb thin films | |
| JP2000062076A (ja) | 光無電解酸化法による金属酸化膜の形成方法 | |
| CN110970513B (zh) | Msm型多孔氧化镓日盲探测器及其制造方法 | |
| CN101235485A (zh) | 纳米金刚石薄膜窗口的制备方法 | |
| CN109461648A (zh) | 一种碳化硅器件制造方法 | |
| Bayati et al. | Thin-film epitaxy and enhancement of photocatalytic activity of anatase/zirconia heterostructures by nanosecond excimer laser treatment | |
| CN103204537A (zh) | 一种具有纤锌矿结构纳米材料的制备方法 | |
| Zhang et al. | Highly efficient and atomic scale polishing of GaN via plasma-based atom-selective etching | |
| JP2010179236A (ja) | 加工方法 | |
| JP2022515334A (ja) | アルミニウム層をインサイチュで保護する方法及びｖｕｖ波長域用の光学装置 | |
| CN110400748B (zh) | 利用特定波长的光源使物体表面平坦化的方法以及装置 | |
| JP4652282B2 (ja) | シリコン基板の表面処理方法および太陽電池セルの製造方法 | |
| US9228257B2 (en) | Quality multi-spectral zinc sulfide | |
| JP2011120989A (ja) | 表面加工方法 | |
| US20160211145A1 (en) | Method for etching group iii-v semiconductor and apparatus for etching the same | |
| JP2013017925A (ja) | 光触媒反応型化学的加工方法及び装置 | |
| JP5072287B2 (ja) | 基板の表面処理方法とその装置 | |
| Shimoeda et al. | Atomic oxygen etching from the top edges of carbon nanowalls | |
| WO2020217769A1 (ja) | 構造体の製造方法、構造体の製造装置および中間構造体 | |
| JP2007212231A (ja) | 光照射によるドーピング方法 | |
| US7714248B2 (en) | Microwave plasma generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20100806 |