JP5007384B2 - 触媒支援型化学加工方法及び装置 - Google Patents
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Description
このように、被加工物の被加工面に光を照射することで、被加工面の酸化を促進して、加工速度を高めることができる。
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。このため、反応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。
このように、被加工物の被加工面と前記固体触媒の間に電圧を印加することで、被加工面の酸化を促進して、加工速度を高めることができる。
請求項8に記載の発明は、被加工物の被加工面に光を照射する光源を更に有することを特徴とする請求項7記載の触媒支援型化学加工装置である。
多くの金属元素は、酸素と結合することで酸化物を生成する。これらの酸化物は、ブレンステッド酸、ブレンステッド塩基またはその両方としての性質を持ち、それぞれ酸性酸化物、塩基性酸化物または両性酸化物と呼ばれている。例えば、銅やニッケル等は塩基性酸化物を、タングステン等は酸性酸化物を、アルミニウム、チタン、鉄またはガリウム等は両性酸化物をそれぞれ生成する。酸性酸化物は塩基と反応する酸化物であり、塩基性酸化物は酸と反応する酸化物である。両性酸化物は酸ともまた塩基とも反応する酸化物である。この時、酸または塩基と反応した酸化物は、イオンとなって液中へと溶出する。
CuO(s)+2H+(aq)→Cu2+(aq)+H2O (1)
タングステンは、酸素と結合して酸性酸化物であるタングステン酸化物(WO3)を生成し、タングステン酸化物は、下記の化学式(2)で塩基(OH−)と反応し、タングステン酸イオンとなって液中に溶出する。
WO3(s)+2OH−(aq)→WO4 2−(aq)+H2O (2)
Al2O3(s)+6H+(aq)→2Al3+(aq)+3H2O (3)
Al2O3(s)+3H2O+2OH−(aq)→2[Al(OH)4]−(aq) (4)
また、固体酸性触媒を微粉末として酸化性処理液中に分散させ、該微粉末を酸化性処理液の流動に伴って被加工物の被加工面に供給するようにしてもよい。
本発明の触媒支援型化学加工法の加工原理を確認するため、銅の加工装置を作製した。その基礎実験用加工装置の概念図を図2に示す。この加工装置は、上部に液入口20a、液出口20b及び開口部20cを有し、例えば濃度が4ppmのオゾン水からなる酸化性処理液22で内部を満たす容器20と、下面に銅めっき試料24を保持して容器20の開口部20cに配置されるホルダ26を備えている。容器20の内部には、鉛直面に沿って回転する回転体28が回転自在に配置され、この回転体28の外周面には、酸性を有する固体触媒(固体酸性触媒)30が固定されている。この固体酸性触媒30は、例えばグラフト重合法により酸性イオン交換機能を付与したポリエチレン繊維からなる不織布によって構成されている。
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くなれば、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。したがって、図1に示す例にあっては、被加工物の温度、酸化性処理液の温度及び固体触媒の温度の少なくとも1つを、図5に示す例にあっては、被加工物の温度、処理液の温度及び固体触媒の温度の少なくとも1つを制御して、化学反応が生じるときの温度を制御することで、加工速度を制御することができる。
なお、図5に概略的に示すように、定盤36の内部に多数の光通過孔を設けるとともに、定盤36の下方に光源を配置して、被加工物38の表面(被加工面)に、好ましくは被加工物38のバンドギャップに相当する波長以下の光(好ましくは紫外線)を照射するようにしてもよい。
このように、光源を備えた場合には、酸化性処理液32の代わりに、超純水や酸素水等の処理液を使用するようにしてもよい。
図7に示すポリッシング装置を使用し、定盤36を60rpmで、ホルダ40を61rmpでそれぞれ回転させながら、ホルダ40で保持した被加工物38の表面に設けた銅めっき膜を固体酸性触媒44に接触させて60分間加工した。被加工物38として、絶縁膜の内部に設けた配線パターン内に銅めっき膜を埋込み、さらに絶縁膜の表面に銅めっき膜を形成したものを使用した。加工後の被加工物の斜視図を図8に示す。この図8から、配線間の絶縁体の表面に銅の残渣を生じさせることなく、被加工物表面の銅めっき膜が加工されて除去されたことが判る。これは、本加工法が無電解加工であり、下地(絶縁膜)の導電性が加工特性に影響を与えないためであると考えられる。
本発明は、上記実施例で例示した一軸加工や平面加工に限らず、三次元形状の試料に対して、球状または円筒状に構成された触媒を接触させて所望の形状に加工するなど、各種の除去加工に応用できる。また、上述した電圧印加、光照射、温度制御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。
12,22,30,32 酸化性処理液
12a 処理液
14,38 被加工物
14a 酸化膜
16,44 固体酸性触媒
16a 水素イオン
19 光源
24 試料
26 ホルダ
31,31a ポリッシング装置(触媒支援型化学加工装置)
36 定盤
40 ホルダ
42 回転軸
50,60 電源
Claims (11)
- 被加工物の金属からなる被加工面を平坦に除去加工する加工方法において、
オゾン水または過酸化水素水からなる酸化性処理液中に被加工物を配して被加工面を酸化させ、
酸性または塩基性を有する金属酸化物からなり表面を加工基準面とした固体触媒の該表面を前記被加工面に接触または極接近させながら、前記被加工物と前記固体触媒とを相対移動させて、前記被加工面に形成された酸化膜を、前記固体触媒の前記加工基準面上に生成される反応種とのエッチング反応で前記処理液中に溶出させ除去することを特徴とする触媒支援型化学加工方法。 - 被加工物の加工中または加工前に、被加工物の被加工面に光を照射することを特徴とする請求項1記載の触媒支援型化学加工方法。
- 被加工物の加工中における該被加工物の温度、前記酸化性処理液の温度及び前記固体触媒の温度の少なくとも1つを制御することを特徴とする請求項1または2に記載の触媒支援型化学加工方法。
- 被加工物の金属からなる被加工面を平坦に除去加工する加工方法において、
処理液中に配した被加工物の被加工面に光を照射して被加工面を酸化させ、
酸性または塩基性を有する金属酸化物からなり表面を加工基準面とした固体触媒の該表面を前記被加工面に接触または極接近させながら、前記被加工物と前記固体触媒とを相対移動させて、前記被加工面に形成された酸化膜を、前記固体触媒の前記加工基準面上に生成される反応種とのエッチング反応で前記処理液中に溶出させ除去することを特徴とする触媒支援型化学加工方法。 - 被加工物の加工中における該被加工物の温度、前記処理液の温度及び前記固体触媒の温度の少なくとも1つを制御することを特徴とする請求項4記載の触媒支援型化学加工方法。
- 被加工物の加工中に、被加工物の被加工面と前記固体触媒の間に電圧を印加することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の触媒支援型化学加工方法。
- 被加工物の金属からなる被加工面を平坦に除去加工する加工装置において、
酸性または塩基性を有する金属酸化物からなり表面を加工基準面とした固体触媒を表面に固定した定盤と、
被加工物を保持し該被加工物の被加工面を前記固体触媒の表面に接触または極接近させるホルダと、
前記固体触媒と、前記ホルダで保持して該固体触媒の表面に被加工面を接触または極接近させた被加工物との間に、オゾン水または過酸化水素水からなり前記被加工面を酸化させる酸化性処理液を供給する処理液供給部と、
前記固体触媒と前記ホルダで保持して該固体触媒の表面に被加工面を接触または極近接させた被加工物とを相対移動させて、前記被加工面に形成された酸化膜を、前記固体触媒の前記加工基準面上に生成される反応種とのエッチング反応で前記処理液中に溶出させ除去する駆動部を有することを特徴とする触媒支援型化学加工装置。 - 被加工物の被加工面に光を照射する光源を更に有することを特徴とする請求項7記載の触媒支援型化学加工装置。
- 被加工物の金属からなる被加工面を平坦に除去加工する加工装置において、
酸性または塩基性を有する金属酸化物からなり表面を加工基準面とした固体触媒を表面に固定した定盤と、
被加工物を保持し該被加工物の被加工面を前記固体触媒の表面に接触または極接近させるホルダと、
前記固体触媒と、前記ホルダで保持して該固体触媒の表面に被加工面を接触または極接近させた被加工物との間に、処理液を供給する処理液供給部と、
被加工物の被加工面に光を照射して酸化させる光源と、
前記固体触媒と、前記ホルダで保持して該固体触媒の表面に被加工面を接触または極近接させた被加工物とを相対移動させて、前記被加工面に形成された酸化膜を、前記固体触媒の前記加工基準面上に生成される反応種とのエッチング反応で前記処理液中に溶出させ除去する駆動部を有することを特徴とする触媒支援型化学加工装置。 - 被加工物の被加工面と前記固体触媒の間に電圧を印加する電源を更に有することを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の触媒支援型化学加工装置。
- 被加工物の加工中における該被加工物の温度、前記処理液の温度及び前記固体触媒の温度の少なくとも1つを制御する温度制御機構を更に有することを特徴とする請求項7乃至10のいずれかに記載の触媒支援型化学加工装置。
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