[发明专利]电化学加工方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及使用超纯净水的电化学加工方法及其设备，特别是涉及仅仅使用超纯净水作为电解溶液，来实现诸如半导体材料或金属材料工件的氧化膜的清除或形成的电化学加工方法及其设备。

背景技术

近年来，技术的发展促成了多种新材料一个接着一个地出现。但是，可用于这些新材料的加工技术还没有确定，从而，加工技术的发展已落后于新材料的发展。

此外，各种设备中的部件已变得更为精密并要求具有更高的精度。虽然亚微米加工技术已得到广泛应用，但是，材料的性能基本上要受到这种加工技术的影响。在这些情况下，就常用的加工方法而言，工件表面的有用部分会受到工具的物理损伤和去除，从而，会产生大量的可造成工件性能下降的缺陷。因此，如何在不降低材料性能的情况下完成加工，已变为一件重要的事情。

为了解决这个问题，已研究出了一些加工方法，例如化学抛光、电化学加工及电解抛光。与传统的物理加工方法相比，这些加工方法通过化学洗涤来实现清除等加工。因此，就这些方法而言，不会出现因塑性变形而造成加工层变形，而且不会出现诸如位错之类的缺陷，从而，能够在不降低材料性能的情况下，完成加工。

此外，利用原子间化学相互作用的加工方法，已引起人们的注意。这种方法是利用具有高化学反应性的微粒子和原子团等来实现加工。根据这种加工方法，清除等加工是通过工件在原子水平上的化学反应来实现。因此，能够将加工控制在原子水平上。这类加工方法包括已被发明者研究出的弹性辐射匹配(EEM)加工及等离子体化学汽相(CVM)加工。弹性辐射匹配(EEM)加工，是利用微粒子与工件之间的化学反应，从而，能够实现在原子水平上的加工，而不会降低材料性能。而等离子体化学汽相(CVM)加工，是在大气压力下下利用工件与等离子体中所产生的原子团之间的原子团反应，从而，也能够实现在原子水平上的加工。

就上述电化学加工及电解抛光加工而言，加工被认为是通过工件原子与电解溶液(NaCl、NaNO₃、HF、HCl、HNO₃、NaOH水溶液等)中电解液离子之间的电化学相互作用来实现。在使用这类电解溶液的情况下，工件不可以避免地会被电解溶液所沾染。

因此，发明者考虑，在中性和碱性电解溶液中，加工是与氢氧离子(OH^-)有关。这种考虑促成了这样一种想法：甚至利用含有少量氢氧离子的水，也能够实现加工。发明者用实验方法证明了这种技术的可行性，并提出了一种用来提高超纯净水中离子成份的方法，在超纯净水中，不可避免地含有少量杂质，这种方法公开在日本专利文献特开平10-58236中。

根据上述方法，将工件浸入氢氧离子浓度提高的超纯净水中，从而，通过与氢氧离子之间的化学洗涤或氧化反应，来实现氧化膜的清除或形成。此外，发明者还建议，利用具有离子交换功能或催化(catalytic)功能的固体的表面上的电化学反应，来提高氢氧离子的数量。为此，已研究出了一种创新的加工方法，借此，能够实现清洁的加工，通过利用超纯净水中的氢氧离子，清除加工表面上的杂质。预计，这种加工方法具有广阔的应用范围，包括与半导体加工有关的领域。因此，发明者提出了一种使用超纯净水作为电解溶液的加工方法，这是一种利用化学反应来实现的低损伤性加工方法，而且也是一种清洁的和环境负担低的加工方法。

发明内容

本发明就是针对前面所描述的各种缺点。因此，本发明的第一个目的是：提供一种电化学加工方法及设备，它使用超纯净水作为电解溶液，而且能够有效地实现诸如铝和铁之类材料的清除加工。

本发明的第二个目的是：提供一种电化学加工方法及设备，它使用超纯净水作为电解溶液，而且不仅能够实现诸如铝和硅之类材料的氧化膜的成膜加工，也能够实现诸如铝和硅之类材料的清除加工。

本发明的第三个目的是：提供一种能够进一步提高工件加工精度的电化学加工方法及设备。

为了实现第一个目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种电化学加工方法，其中包括：将一个作为阳极的工件和一个阴极设置在超纯净水中，使工件与阴极之间有一个预定的间隔距离；将具有阴离子交换功能的催化剂设置在工件与阴极之间；以及在工件与阴极之间施加一个电压时，使工件和催化剂进行相对运动。