(57)【要約】【課題】表面に膜が形成されていない、例えば反応性半導体単体からなるベア基板であっても、基板表面を研磨するのと同時に基板表面のダメージ量を測定することで、研磨の進行状態を監視しながら研磨できるようにする。【解決手段】研磨中に、光電流式ダメージ量測定方式、フォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式、及びラマン光式ダメージ量測定方式の少なくとも一つのダメージ量測定方式を用いて基板表面のダメージ量を測定し、該基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理液の存在下で、光透過性研磨具と基板表面とを互いに接触させつつ相対運動させて基板表面を研磨する研磨方法において、
基板表面に励起光を照射した時に基板と研磨具に設けた金属配線とを繋ぐ導線に流れる電流値を測定して基板表面のダメージ量を測定する光電流式ダメージ量測定方式、基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式、及び基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定方式の少なくとも一つのダメージ量測定方式を用いて基板表面のダメージ量を測定し、該基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
処理液の存在下で、基板表面に励起光を照射し、同時に基板にバイアス電位を印加して基板表面に酸化物を形成し、基板表面に形成された酸化物と研磨具とを互いに接触させつつ相対運動させて酸化物を研磨除去しながら、
基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式、及び基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定方式の少なくとも一方のダメージ量測定方式を用いて基板表面のダメージ量を測定し、該基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
処理液の存在下で、基板表面に励起光を照射して基板表面に酸化物を形成し、基板表面に形成された酸化物と研磨具とを互いに接触させつつ相対運動させて酸化物を研磨除去しながら、
基板と研磨具に設けた金属配線とを繋ぐ金属配線に流れる電流値を測定して基板表面のダメージ量を測定する光電流式ダメージ量測定方式、基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式、及び基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定方式の少なくとも一つのダメージ量測定方式を用いて基板表面のダメージ量を測定し、該基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することを特徴とする研磨方法。
【請求項４】
前記基板はＧａ元素を含有する半導体で、前記処理液はＧａイオンを含有する液性が中性域のｐＨ緩衝溶液からなることを特徴とする請求項２または３記載の研磨方法。
【請求項５】
処理液の存在下で、基板表面と研磨具とを互いに接触させつつ相対運動させて基板表面を研磨しながら、
基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定方式を用いて基板表面のダメージ量を測定し、該基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することを特徴とする研磨方法。
【請求項６】
前記処理液は、弱酸性の水または空気が溶解した水、または電解イオン水で、前記研磨具の前記基板表面に接触する部位には導電性部材が設けられていることを特徴とする請求項５記載の研磨方法。
【請求項７】
処理液を保持する容器と、
前記容器内に前記処理液に浸漬させて配置される光透過性研磨具と、
基板を保持して前記容器内の前記処理液中に浸漬させ前記研磨具に接触させる基板ホルダと、
前記研磨具と前記基板ホルダで保持した基板とを互いに接触させつつ相対移動させる移動機構と、
基板表面に励起光を照射した時に基板と研磨具に設けた金属配線とを繋ぐ導線に流れる電流値を測定して基板表面のダメージ量を測定する光電流式ダメージ量測定装置、基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置、及び基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定装置の少なくとも一つのダメージ量測定装置を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項８】
光透過性研磨具と、
基板を保持して前記研磨具に接触させる基板ホルダと、
前記研磨具と前記基板ホルダで保持した基板とを互いに接触させつつ相対移動させる移動機構と、
前記研磨具と前記基板ホルダで保持した基板との接触部に処理液を供給する処理液供給部と、
基板表面に励起光を照射した時に基板と研磨具に設けた金属配線とを繋ぐ導線に流れる電流値を測定して基板表面のダメージ量を測定する光電流式ダメージ量測定装置、基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置、及び基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定装置の少なくとも一つのダメージ量測定装置を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項９】
前記基板ホルダで保持して前記容器内の前記処理液内に浸漬させた基板表面に励起光を照射する光源及び基板にバイアス電位を印加する電源の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項７または８記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記基板はＧａ元素を含有する半導体で、前記処理液はＧａイオンを含有する液性が中性域のｐＨ緩衝溶液からなることを特徴とする請求項９記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記処理液は、水、空気が溶解した水または電解イオン水で、前記研磨具の前記基板表面に接触する部位には導電性部材が設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法及び研磨装置に係わり、特にＳｉＣやＧａＮからなる単体基板や、ＳｉＣやＧａＮを載せた接合基板（エピタキシャル基板）等の基板の表面（被加工面）を平坦に研磨しながら、研磨の進行状態を監視して、研磨終点（研磨停止又は研磨条件の変更）等のタイミングを決定するようにした研磨方法及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスの高集積化に伴う配線の微細化、及び多層化の要求によって、半導体ウェハ等の基板の表面に形成した金属膜等の膜表面の高い平坦度が要求されている。このため、基板表面に形成した膜表面の凹凸を化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去して平坦化することが広く行われている。化学機械研磨においては、所定の研磨を行った後に、所望の位置で研磨を終了させるため、膜の研磨中に膜の研磨状態を監視する必要がある。このため、基板表面に形成した導電性の金属膜に誘導磁場を与え、膜表面に発生する渦電流の減衰量を渦電流センサで検知して金属膜の膜厚を測定することで、研磨状態を監視することが一般に行われている。
【０００３】
また、出願人らは、基板表面に形成された膜の表面（被研磨面）に光を照射し、該表面からの反射光を分光器でスペクトル分解し、得られたスペクトルデータから膜の厚さを測定することで、研磨状態を監視することを提案している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１５４９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、ベア基板と呼ばれる半導体単体からなる基板の作製工程では、インゴットと呼ばれる半導体材料の塊を基板状に切断加工した後に、基板表面のダメージ除去を目的とした研磨が行われる。しかしながら、従来例にあっては、その測定原理から、基板表面に形成した膜の除去や該膜表面の平坦化を目的とする研磨の進行状態を監視することができるものの、ベア基板等の膜を有さない基板表面のダメージ除去を目的とする研磨を行いながら研磨の進行状態を監視することはできない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、表面に膜が形成されていない、例えば半導体単体からなるベア基板であっても、基板表面を研磨するのと同時に基板表面のダメージ量を測定することで、研磨の進行状態を監視しながら研磨できるようにした研磨方法及び研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、処理液の存在下で、光透過性研磨具と基板表面とを互いに接触させつつ相対運動させて基板表面を研磨する研磨方法において、基板表面に励起光を照射した時に基板と研磨具に設けた金属配線とを繋ぐ導線に流れる電流値を測定して基板表面のダメージ量を測定する光電流式ダメージ量測定方式、基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式、及び基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定方式の少なくとも一つのダメージ量測定方式を用いて基板表面のダメージ量を測定し、該基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することを特徴とする研磨方法である。
【０００８】
このように、光電流式ダメージ量測定方式、フォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式、及びラマン光式ダメージ量測定方式の少なくとも一つのダメージ量測定方式を用いることで、表面に膜が形成されていない、例えば半導体単体からなるベア基板であっても、基板表面を研磨するのと同時に基板表面のダメージ量を測定して、基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、処理液の存在下で、基板表面に励起光を照射し、同時に基板にバイアス電位を印加して基板表面に酸化物を形成し、基板表面に形成された酸化物と研磨具とを互いに接触させつつ相対運動させて酸化物を研磨除去しながら、基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式、及び基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定方式の少なくとも一方のダメージ量測定方式を用いて基板表面のダメージ量を測定し、該基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することを特徴とする研磨方法である。
【００１０】
基板にバイアス電位を印加して基板表面に酸化物を形成しながら基板表面の研磨を行う場合には、フォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式及びラマン光式ダメージ量測定方式の少なくとも一方のダメージ量測定方式を用いることで、基板表面を研磨するのと同時に基板表面のダメージ量を測定して、基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、処理液の存在下で、基板表面に励起光を照射して基板表面に酸化物を形成し、基板表面に形成された酸化物と研磨具とを互いに接触させつつ相対運動させて酸化物を研磨除去しながら、基板と研磨具に設けた金属配線とを繋ぐ金属配線に流れる電流値を測定して基板表面のダメージ量を測定する光電流式ダメージ量測定方式、基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式、及び基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定方式の少なくとも一つのダメージ量測定方式を用いて基板表面のダメージ量を測定し、該基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することを特徴とする研磨方法である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記基板はＧａ元素を含有する半導体で、前記処理液はＧａイオンを含有する液性が中性域のｐＨ緩衝溶液からなることを特徴とする請求項２または３記載の研磨方法である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、処理液の存在下で、基板表面と研磨具とを互いに接触させつつ相対運動させて基板表面を研磨しながら、基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定方式を用いて基板表面のダメージ量を測定し、該基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することを特徴とする研磨方法である。
【００１４】
例えば、研磨レートや平坦度等の表面の仕上がり状態との兼合いから、基板表面に励起光を照射したり、基板にバイアス電圧を印加したりしながら基板表面を研磨できない場合がある。このような場合にあっては、基板表面に励起光を照射したり、基板にバイアス電圧を印加したりする必要がない、ラマン光式ダメージ量測定方式を用いることで、基板表面を研磨するのと同時に基板表面のダメージ量を測定して、基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記処理液は、弱酸性の水または空気が溶解した水、または電解イオン水で、前記研磨具の前記基板表面に接触する部位には導電性部材が設けられていることを特徴とする請求項５記載の研磨方法である。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、処理液を保持する容器と、前記容器内に前記処理液に浸漬させて配置される光透過性研磨具と、基板を保持して前記容器内の前記処理液中に浸漬させ前記研磨具に接触させる基板ホルダと、前記研磨具と前記基板ホルダで保持した基板とを互いに接触させつつ相対移動させる移動機構と、基板表面に励起光を照射した時に基板と研磨具に設けた金属配線とを繋ぐ導線に流れる電流値を測定して基板表面のダメージ量を測定する光電流式ダメージ量測定装置、基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置、及び基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定装置の少なくとも一つのダメージ量測定装置を有することを特徴とする研磨装置である。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、光透過性研磨具と、基板を保持して前記研磨具に接触させる基板ホルダと、前記研磨具と前記基板ホルダで保持した基板とを互いに接触させつつ相対移動させる移動機構と、前記研磨具と前記基板ホルダで保持した基板との接触部に処理液を供給する処理液供給部と、基板表面に励起光を照射した時に基板と研磨具に設けた金属配線とを繋ぐ導線に流れる電流値を測定して基板表面のダメージ量を測定する光電流式ダメージ量測定装置、基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置、及び基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定装置の少なくとも一つのダメージ量測定装置を有することを特徴とする研磨装置である。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、前記基板ホルダで保持して前記容器内の前記処理液内に浸漬させた基板表面に励起光を照射する光源及び基板にバイアス電位を印加する電源の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項７または８記載の研磨装置である。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、前記基板はＧａ元素を含有する半導体で、前記処理液はＧａイオンを含有する液性が中性域のｐＨ緩衝溶液からなることを特徴とする請求項９記載の研磨装置である。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、前記処理液は、水、空気が溶解した水または電解イオン水で、前記研磨具の前記基板表面に接触する部位には導電性部材が設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の研磨装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、表面に膜が形成されていない、例えば半導体単体からなるベア基板であっても、光電流式ダメージ量測定方式、フォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式またはラマン光式ダメージ量測定方式で基板表面を研磨するのと同時に基板表面のダメージ量を測定して、基板表面のダメージ減少量から研磨の進行状態を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】光電流式ダメージ量測定方式の概念を示す概要図である。
【図２】光電流式ダメージ量測定方式の概念を示すバンド図である。
【図３】光電流式ダメージ量測定方式における研磨時間と光電流値との関係を示すグラフである。
【図４】フォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式の概念を示す概要図である。
【図５】フォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式の概念を示すバンド図である。
【図６】フォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式における研磨時間と発光強度との関係を示すグラフである。
【図７】ラマン光式ダメージ量測定方式の概念を示す概要図である。
【図８】ラマン光式ダメージ量測定方式におけるレーリー光と研磨前後のラマン光とを示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態の研磨装置を備えた平坦化システムの全体構成を示す平面図である。
【図１０】図９に示す平坦化システムに備えられている本発明の実施形態の研磨装置の概要を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す研磨装置の基板ホルダを示す拡大断面図である。
【図１２】図１０に示す研磨装置の研磨具を示す拡大断面図である。
【図１３】研磨具の他の例を示す拡大断面図である。
【図１４】図９に示す平坦化システムに備えられている本発明の他の実施形態の研磨装置の概要を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す研磨装置の研磨具を示す拡大断面図である。
【図１６】図１０に示す研磨装置に備えられているフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置における、励起光と研磨前後のフォトルミネッセンス光を示すグラフである。
【図１７】図１０に示す研磨装置に備えられている光電流式ダメージ量測定装置で研磨中に光電流を測定した時の研磨時間と光電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
先ず、基板表面に励起光を照射した時に基板と研磨具に設けた金属配線とを繋ぐ導線に流れる電流値を測定して基板表面のダメージ量を測定する光電流式ダメージ量測定方式の概念を、図１に示す概要図及び図２に示すバンド図を参照して説明する。
【００２４】
図１に示すように、処理液（図示せず）の存在下で、光透過性研磨具１０と基板ホルダ１１で保持した、例えばＧａＮからなる基板Ｗの表面（被研磨面）とを互いに接触させつつ相対運動させて基板Ｗの表面（例えばＧａＮ表面）を研磨する。この研磨中に、基板Ｗの表面に光源１２から、研磨具１０を透過させて、基板（例えばＧａＮ）Ｗのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光（励起光）を照射するとともに、研磨具１０に設けた金属配線（図示せず）と基板Ｗとを導線１３で繋ぎ、この導線１３に沿って流れる電流値を電流計１４で測定する。
【００２５】
このように、基板Ｗの表面に光源１２から基板Ｗのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光（励起光）、例えばＧａＮのバンドギャップは３．４２ｅＶでバンドギャップ相当波長は３６５ｎｍであるので、ＧａＮを研磨するのであれば、例えば波長３１２ｎｍの光を照射すると、図２に示すように、価電子帯電子が伝導帯へと励起されて、電子・正孔対が形成される。そして、基板Ｗの表面ダメージ量が少ない場合、生成された電子の一部は、基板Ｗの表面のバンドの曲りにより、基板Ｗの表面から離れ（図２中の矢印１）、光電流として導線１３に沿って流れる。これに対し、基板Ｗの表面ダメージ量が大きい場合、生成された電子は、基板Ｗの表面ダメージにより形成されたダメージ準位に沿って移動し（図２中の矢印２）、更に正孔と再結合することで消滅する。これにより、基板Ｗの表面ダメージ量が多いと導線１３に沿って流れる光電流値は小さく、基板Ｗの表面ダメージ量が少なくなるにつれて、導線１３に沿って流れる光電流値は大きくなる関係を持つ。このため、研磨を行う工程において、この光電流値を測定することで、基板Ｗの表面ダメージ量を測定し、研磨の進行状態を監視することができる。
【００２６】
例えば、研磨が進行して基板Ｗの表面ダメージ量が減少するにつれて、図３に示すように、電流計１４に流れる電流値が上昇し、基板Ｗの表面ダメージが除去されると電流計１４に流れる電流値の上昇が止まって一定の値となる。このため、研磨中に、光電流値を測定し、光電流値の上昇が止まり一定値になる時点を研磨終点とすることができる。
【００２７】
次に、基板表面に励起光を照射した時に該表面から放出されるフォトルミネッセンス光を測定して基板表面のダメージ量を測定するフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定方式の概念を、図４に示す概要図及び図５に示すバンド図を用いて説明する。
【００２８】
図４に示すように、処理液（図示せず）の存在下で、光透過性研磨具１０と基板ホルダ１１で保持した、例えばＧａＮからなる基板Ｗの表面（被研磨面）とを互いに接触させつつ相対運動させて基板Ｗの表面（例えばＧａＮ表面）を研磨する。この研磨中に、基板Ｗの表面に光源１２から、研磨具１０を透過させて、基板（例えばＧａＮ）Ｗのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光（励起光）を照射するとともに、基板Ｗの表面から放出されるフォトルミネッセンス光を分光器１６でスペクトル解析し、基板Ｗのバンドギャップに相当する波長、例えばＧａＮにあっては３６５ｎｍの波長の強度をモニタする。
【００２９】
このように、基板Ｗの表面に基板Ｗのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光（励起光）を照射すると、図５に示すように、帯電子が伝導帯へと励起され、電子・正孔対が形成される。基板Ｗの表面ダメージ量が少ない場合、励起された電子は価電子帯へと直接移動し、正孔と再結合して平衡状態に戻る（図５中の矢印１）。この過程において、バンドギャップに対応したエネルギーを持つフォトルミネッセンス光が観測される。一方、基板Ｗの表面ダメージ量が多い場合、励起された電子は、結晶の周期性の崩れにより形成されるエネルギー準位を経由して価電子帯へと移動し正孔と再結合する（図５中の矢印２）。
【００３０】
この過程においては、観察されるフォトルミネッセンス光の波長はバンドギャップに対応する波長よりも長波長側にシフトするか、または非発光性再結合となりフォトルミネッセンス光自体が観察されなくなる。つまり、基板Ｗの表面ダメージ量が多いとフォトルミネッセンス光のバンドギャップに対応する波長成分は小さく、基板Ｗの表面ダメージ量が少なくなるにつれてフォトルミネッセンス光のバンドギャップに対応する波長成分が大きくなる関係を持つ。このため、研磨を行う工程において、フォトルミネッセンス光の基板Ｗのバンドギャップに相当する波長の強度を測定することで、基板Ｗの表面ダメージを測定し、研磨の進行状態を監視することができる。
【００３１】
例えば、基板Ｗから放出されるフォトルミネッセンス光を分光器１６でスペクトル解析し、基板Ｗのバンドギャップに相当する波長（例えば、３６５ｎｍ）の強度をモニタすると、図６に示すように、研磨が進行し基板Ｗの表面ダメージ量が減少するにつれて光強度が上昇し、基板Ｗの表面ダメージが除去されると光強度の上昇が止まり一定の値となる。この光強度の上昇が止まり一定値になる時点を研磨終点とすることができる。
【００３２】
基板表面に可視の単色光を照射して該表面からの反射光に含まれるラマン光を測定して基板表面のダメージ量を測定するラマン光式ダメージ量測定方式の概念を図７に示す概要図に用いて説明する。
【００３３】
図７に示すように、処理液（図示せず）の存在下で、光透過性研磨具１０と基板ホルダ１１で保持した、例えばＧａＮからなる基板Ｗの表面（被研磨面）とを互いに接触させつつ相対運動させて基板Ｗの表面（例えばＧａＮ表面）を研磨する。この研磨中に、レーザ光源１７から、研磨具１０を透過させて、基板Ｗの表面に向けて可視の単色光を照射し該表面からの反射光に含まれるラマン光を分光器１８でスペクトル解析を行って測定する。
【００３４】
半導体基板に適当な波長の光を当てると、半導体基板表面からの反射光には、当てた光と同じ波長の光が散乱される（レーリー光）以外に、波長がすこしずれた光（ラマン光）が含まれることが知られている。このずれの幅は、結晶構造の周期性に依存するため、基板表面のダメージ量が少なく結晶構造の乱れが無い場合は、波長のずれ幅は、半導体基板の表面材質に特有の値となることが知られている。基板表面のダメージ量が大きい場合には、結晶構造の乱れにより波長のずれ幅が変化する。このため、ラマン光のスペクトルを測定することで、基板表面のダメージを測定し、研磨の進行状態を監視することができる。
【００３５】
例えば、研磨中に基板Ｗの表面にレーザ光源１７から可視の単色光を照射し、該表面からの反射光を分光器１８でスペクトル解析を行うと、図８に示すように、入射光と同波長、同半値幅を持つレーリー光および入射光より長波長側にシフトしたラマン光が測定される。基板Ｗの表面のダメージが大きいとラマン光スペクトル強度が低下し半値幅が大きくなり、基板Ｗの表面ダメージが小さいとラマン光スペクトル強度が増大し半値幅が小さくなる。研磨中にこのラマン光スペクトルをモニタすることで研磨の進行状態を監視することができ、ラマン光スペクトルの強度又は半値幅が変化しなくなった時点を研磨終点とすることができる。
【００３６】
図９は、本発明の実施形態の研磨装置を備えた平坦化システムの全体構成を示す平面図である。この平坦化システムは、ＧａＮ単体からなるＧａＮ基板表面を研磨し、該表面のダメージを除去して平坦化するようにしている。
【００３７】
図９に示すように、この平坦化システムは、略矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は、隔壁１ａ，１ｂ，１ｃによって、ロード／アンロード部２と研磨部３と洗浄部４とに区画されている。これらのロード／アンロード部２、研磨部３及び洗浄部４は、それぞれ独立に組立てられて独立に排気される。
【００３８】
ロード／アンロード部２は、多数の基板（被加工物）をストックする基板カセットを載置する１つ以上（この例では３つ）のフロントロード部２００を備えている。これらのフロントロード部２００は、平坦化システムの幅方向（長手方向と垂直な方向）に隣接して配列されている。フロントロード部２００には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard  Manufacturing  Interface）ポッド、又はＦＯＵＰ（Front  Opening  Unified  Pod）を搭載することができる。ここで、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。
【００３９】
ロード／アンロード部２には、フロントロード部２００の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上に基板カセットの配列方向に沿って移動可能な第１搬送機構としての第１搬送ロボット２２が設置されている。第１搬送ロボット２２は、走行機構２１上を移動することによって、フロントロード部２００に搭載された基板カセットにアクセスできるようになっている。この第１搬送ロボット２２は、上下に２つのハンドを備えており、例えば、上側のハンドを基板カセットに基板を戻すときに使用し、下側のハンドを加工前の基板を搬送するときに使用することで、上下のハンドを使い分けることができるようになっている。
【００４０】
ロード／アンロード部２には、フロントロード部２００の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上に基板カセットの配列方向に沿って移動可能な第１搬送機構としての第１搬送ロボット２２が設置されている。第１搬送ロボット２２は、走行機構２１上を移動することによって、フロントロード部２００に搭載された基板カセットにアクセスできるようになっている。この第１搬送ロボット２２は、上下に２つのハンドを備えており、例えば、上側のハンドを基板カセットに基板を戻すときに使用し、下側のハンドを加工前の基板を搬送するときに使用することで、上下のハンドを使い分けることができるようになっている。
【００４１】
ロード／アンロード部２は、最もクリーンな状態を保つ必要がある領域であるため、ロード／アンロード部２の内部は、装置外部、研磨部３、及び洗浄部４のいずれよりも高い圧力に常時維持されている。また、第１搬送ロボット２２の走行機構２１の上部には、ＨＥＰＡフィルタやＵＬＰＡフィルタなどのクリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられており、このフィルタファンユニットによりパーティクルや蒸気、ガスが除去されたクリーンエアが常時下方に向かって吹出ている。
【００４２】
研磨部３は、基板表面（被加工面）の除去加工が行われる領域であり、第１段階の研磨と第２段階の研磨を連続して行う本発明の第１の実施形態に係る２台の研磨装置３０Ａ，３０Ｂと、第３段階の研磨を行う本発明の第２の実施形態に係る２台の研磨装置３０Ｃ，３０Ｄを内部に有している。これらの研磨装置３０Ａ〜３０Ｄは、平坦化システムの長手方向に沿って配列されている。
【００４３】
本発明の第１の実施形態に係る研磨装置３０Ａ，３０Ｂは、図１０に示すように、Ｇａイオンを含有する液性が中性域のｐＨ緩衝溶液からなる処理液１３０を内部に保持する容器１３２を有している。容器１３２の上方には、処理液１３０を容器１３２内に供給する処理液供給ノズル（処理液供給部）１３３が配置されている。この処理液１３０として、例えばｐＨ６．８６の燐酸緩衝溶液に、処理液１３０のＧａイオンを飽和状態に近づけるために、例えば濃度１０ｐｐｍ以上のＧａイオンを添加した溶液が使用される。液性が中性域のｐＨ緩衝溶液のｐＨ（室温２５℃での測定換算）は、例えば６．０〜８．０である。
【００４４】
容器１３２の底部には、光透過性の研磨具１３４が取り付けられていており、容器１３２の内部に処理液１３０を注入した時に、研磨具１３４の上方が処理液１３０で満たされるようになっている。研磨具１３４は、例えば光透過性に優れた固体酸性触媒である石英ガラスによって構成されている。研磨具１３４として、固体塩基性触媒（塩基性の固体触媒）を使用しても良く、また、研磨具１３４の表面のみに酸性または塩基性の固体触媒層を有するものを使用しても良い。
【００４５】
容器１３２は、回転自在な回転軸１３６の上端に連結されており、容器１３２の底板には、回転軸１３６の周囲に沿ってリング状に延びて研磨具１３４によって閉塞された開口部１３２ａが形成されている。この開口部１３４ａの直下方に位置して、励起光、好ましくは紫外線を放射する光源１４０が配置されている。これによって、光源１４０から放射された励起光、好ましくは紫外線は、容器１３２の開口部１３２ａ内を通過した後、研磨具１３４の内部を透過して、該研磨具１３４の上方に達するようになっている。
【００４６】
容器１３２の上方に位置して、表面を下向きにして、例えばＧａＮ基板等の基板１４２を着脱自在に保持する基板ホルダ１４４が配置されている。基板ホルダ１４４は、上下動及び回転自在な主軸１４６の下端に連結されている。この例では、容器１３２を回転させる回転軸１３６及び基板ホルダ１４４を回転させる主軸１４６によって、研磨具１３４と基板ホルダ４４で保持した基板（ＧａＮ基板）１４２とを相対移動させる移動機構が構成されているが、どちらか一方を設けるようにしてもよい。
【００４７】
さらに、この例では、基板ホルダ１４４で保持した基板１４２と研磨具１３４との間に電圧を印加する電源１４８が備えられている。この電源１４８の陽極から延びる導線１５２ａには、スイッチ１５０が介装されている。
【００４８】
また、この例では、容器１３２の中に処理液１３０を満たして研磨具１３４と基板ホルダ１４４で保持された基板１４２が浸漬しつつ加工する、いわゆる浸漬型が開示されているが、研磨具１３４の表面に処理液供給ノズル１３３から処理液１３０を滴下することにより基板１４２と研磨具１３４の表面に処理液１３０を供給して処理液存在下で加工する滴下型の加工装置でも良い。
【００４９】
図１１に示すように、基板ホルダ１４４は、処理液１３０が内部に浸入することを防止するカバー１６０を有しており、このカバー１６０の内部で、主軸１４６の下端に連結した駆動フランジ１６２に、自在継手１６４及びばね１６６を有する回転伝達部１６８を介して、金属製のホルダ本体１７０が連結されている。
【００５０】
ホルダ本体１７０の下部周囲には、リテーナリング１７２が昇降自在に配置され、ホルダ本体１７０の下面（基板保持面）には、該下面と導電性ゴム１７４との間に圧力空間１７６が形成できるように、導電性ゴム１７４が取り付けられている。圧力空間１７６には、ホルダ本体１７０内を延びるエア導入路を通じて、エア導入管１７８が接続されている。更に、金属製のホルダ本体１７０のフランジ部には引出し電極１８０が設けられ、この引出し電極１８０に電源１４８の陽極から延びる導線１５２ａが接続されている。
【００５１】
リテーナリング１７２と研磨具１３４が接触する部分において、リテーナリング１７２の表面の磨耗によりリテーナリング１７２の表面材質が研磨具１３４の表面に付着するのを抑制するために、リテーナリング１７２表面のうち少なくとも研磨具１３４と接触する部分は、石英、サファイア若しくはジルコニア等のガラス、又はアルミナ、ジルコニア若しくは炭化珪素等のセラミックスのいずれかで構成されることが好ましい。導電性ゴム１７４としては、例えば導電性クロロプレンゴム、導電性シリコーンゴムまたは導電性フッ素ゴムが挙げられる。
【００５２】
これによって、基板ホルダ１４４のホルダ本体１７０の下面（基板保持面）に基板１４２の裏面を吸着等によって保持した時に、基板１４２の裏面と導電性ゴム１７４とが接触して基板１４２の裏面に通電され、更に、この基板１４２の裏面への通電を維持したまま、圧力空間１７６内に空気を導入して、基板１４２を研磨具１３４に向けて押圧できるように構成されている。
【００５３】
このような構成によって、基板１４２に簡易かつ低抵抗で通電しつつ、基板１４２を基板ホルダ１４４で保持することができる。なお、導電性ゴム１７４に接触させて基板１４２を基板ホルダ１４４で保持する時、導電性ゴム１７４と基板１４２との間に極導電性グリースを充填できるようにすることが好ましい。
【００５４】
図１２に示すように、研磨具１３４の上面の前記容器１３２の開口部１３２ａに対応する位置には、多数の溝１３４ａが設けられ、この多数の溝１３４ａの底部に金属配線としての金属膜１５４が蒸着されており、この金属膜（金属配線）１５４に電源１４８の陰極から延びる導線１５２ｂが接続されている。金属膜１５４の材質は、耐腐食性のある白金または金であることが好ましい。また、研磨具１３４の上面に設けられる溝１３４ａは、同心円状であること好ましいが、スパイラル状、放射状または格子状であってもよい。なお、図１３に示すように、研磨具１３４の上面に設けた多数の溝１３４ａの底部に、金や白金等からなる金属線１５６を埋め込むようにしてもよい。
【００５５】
基板ホルダ１４４の内部には、該ホルダ１４４で保持した基板１４２の温度を制御する温度制御機構としてのヒータ１５８（図１０参照）が回転軸１４６内に延びて埋設されている。容器１３２の上方に配置される処理液供給ノズル１３３には、容器１３２の内部に供給する処理液１３０を所定の温度に制御する温度制御機構としての熱交換器が必要に応じて設置される。更に、研磨具１３４の内部には、研磨具１３４の温度を制御する温度制御機構としての流体流路（図示せず）が設けられている。
【００５６】
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、基板１４２、処理液１３０、研磨具１３４の温度の少なくとも１つを制御して、反応温度を制御することで、加工速度を変化させながら、加工速度の安定性を向上させることができる。
【００５７】
研磨装置３０Ａ，３０Ｂには、図９に示すように、研磨具１３４の表面（上面）を良好な平坦度と適度なラフネスを有するようにコンディショニングする、例えば研磨パッドからなるコンディショニング機構（コンディショナー）１９０が備えられている。つまり、研磨具１３４の表面（上面）は、このコンディショニング機構（コンディショナー）１９０によって、ＰＶ（Peak-Valley）０．１〜１μｍ程度の平面粗さを有するようにコンディショニングされる。この時、必要に応じて、研磨具１３４の表面に砥粒を含むスラリが供給される。
【００５８】
更に、図１０に示すように、研磨装置３０Ａ，３０Ｂには、前記光源１４０を一部とした光電流式ダメージ量測定装置２０１と、同じく前記光源１４０を一部としたフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置２０２が備えられている。つまり、電源１４８から延びて基板ホルダ１４４で保持した基板１４２に接続される導線１５２ａと電源１４８から延びて研磨具１３４の金属膜（金属配線）１５４に接続される導線１５２ｂとを繋ぐ導線１５２ｃと、この導線１５２ｃ内に設置した電流計２０４と、前記光源１４０で光電流式ダメージ量測定装置２０１が構成されている。導線１５２ｃにはスイッチ２０６が介装されている。また、基板１３４の表面で反射したフォトルミネッセンス光をスペクトル解析し、基板Ｗのバンドギャップに相当する波長（例えば、３６５ｎｍ）の強度を測定する分光器２０８と前記光源１４０でフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置２０２が構成されている。
【００５９】
なお、この例では、基板１４２に励起光を照射して該基板表面を酸化させる光源１４０を光電流式ダメージ量測定装置２０１及びフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置２０２の光源としても使用するようにしているが、光電流式ダメージ量測定装置２０１及びフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置２０２の光源を光源１４０とは別に設けるようにしてもよい。
【００６０】
本発明の第２の実施形態の研磨装置３０Ｃ，３０Ｄの概要を図１４に示す。この研磨装置３０Ｃ，３０Ｄの上記研磨装置３０Ａ，３０Ｂと異なる点は、以下の通りである。すなわち、この研磨装置３０Ｃ，３０Ｄは、研磨装置３０Ａ，３０Ｂで使用されている、例えばｐＨ６．８６の燐酸緩衝溶液に、例えば濃度１０ｐｐｍ以上のＧａイオンを添加した処理液１３０の代わりに、例えば、弱酸性の水または空気が溶解した水２１０が使用されている。また、研磨装置３０Ａ，３０Ｂで使用されている研磨具１３４の代わりに光透過性研磨具２１２が使用されている。更に、容器１３２の下方に位置して、基板ホルダ１４４で保持した基板１４２の表面に向けて可視の単色光を照射するレーザ光源２１４と、該表面からの反射光のスペクトル解析を行ってラマン光の強度を測定する分光器２１６とを有するラマン光式ダメージ量測定装置２１８が備えられている。
【００６１】
なお、この研磨装置３０Ｃ，３０Ｄには、光源１４０、光電流式ダメージ量測定装置２０１及びフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置２０２等は備えられておらず、その他の構成は、研磨装置３０Ａ，３０Ｂとほぼ同様である。
【００６２】
弱酸性の水または空気が溶解した水２１０のｐＨは、例えば３．５〜６．０、好ましくは３．５〜５．５であり、酸、ｐＨ緩衝剤または酸化剤（Ｈ２Ｏ２，オゾン水，過硫酸塩等）を添加することなく、例えば純水や水道水にＣＯ２ガスや空気等を溶解させることで製造される。この例では、容器１３２の上方に位置して、純水供給源（図示せず）から延び、内部にガス溶解器２２０と熱交換器２２２を設置した水供給ライン（処理液供給部）２２４が配置されている。これによって、純水供給源から送られてくる純水に、ガス溶解器２２０でＣＯ２ガスや空気等のガスを溶解させて、ｐＨを３．５〜６、好ましくは３．５〜５．５にした水２１０を容器１３２内に注入し、必要に応じて、容器１３２に注入される水２１０の温度を熱交換器２２２で所定の温度に調整するようにしている。なお、大気中放置することでｐＨが３．５〜６、好ましくは３．５〜５．５になった純水や水道水を使用しても良い。
【００６３】
このように、酸、ｐＨ緩衝剤または酸化剤（Ｈ２Ｏ２，オゾン水,過硫酸塩等）を添加することなく、ｐＨを３．５〜６．０にした弱酸性の水を使用することで、研磨レートの減少を抑えつつ、基板１４２の表面（被研磨面）にエッチピットが発生することを防止した研磨を行うことができる。水２１０の代わりに、例えばｐＨ３．５〜６．０、好ましくはｐＨ３．５〜５．５、またはｐＨ８．０以上の電解イオン水を使用してもよい。
【００６４】
研磨具２１２は、図１５に示すように、例えば透明なガラス等からなる基材２５０の表面に、例えばシェアＡ硬度５０〜９０で、表面のうち基板と接触する部分に格子位置で配置して光透過用の貫通孔２５２ａを設けた弾性体２５２を積層し、この弾性体２５２の表面に真空蒸着等によって中間層２５４を形成し、更にこの中間層２５４の表面に真空蒸着等によって導電性部材２５６を形成して構成されている。このように、弾性体２５２の表面に、中間層２５４を介在させつつ、導電性部材２５６を設けることで、基板１４２の表面（被研磨面）の長／単周期の凹凸に導電性部材２５６を容易に追従させることができる。
【００６５】
弾性体２５２は、例えばゴム、樹脂、発泡性樹脂または不織布等からなり、厚さは、例えば０．５〜５ｍｍである。なお、弾性率の異なる２層以上の弾性材を重ね合わせて弾性体を構成するようにしてもよい。
【００６６】
中間層２５４は、例えば厚さが１〜１０ｎｍで、弾性体２５２と導電性部材２５６との密着性を向上させるために弾性体２５２と導電性部材２５６との間に介在され、弾性体２５２と導電性部材２５６の両方と密着性が良好な、例えばクロムやグラファイト系(ＳＰ２結合)のカーボンからなる。この中間層２５４を弾性体２５２の表面に真空蒸着で形成する場合、高温による弾性体２５２の膨張や変質を抑制するため、イオンスパッタ蒸着法を用いることが好ましい。このことは、中間層２５４の表面に真空蒸着法で導電性部材２５６を形成する場合も同様である。
【００６７】
導電性部材２５６は、例えば厚さ１００〜１０００ｎｍである。これは、厚さが１００ｎｍ以下では、1時間程度の研磨で導電性部材２５６が磨耗して実用的ではなく、また厚さが１０００ｎｍ以上では、研磨時に導電性部材２５６の表面にひび割れが発生するおそれがあるためである。導電性部材２５６としては、白金が好ましく使用されるが、上記水２１０に不溶もしくは微溶（溶解速度１０ｎｍ／ｈ以下）である金等の他の貴金属、遷移金属（Ａｇ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等）、グラファイト、導電性樹脂または導電性ゴム等を使用しても良い。
【００６８】
研磨装置３０Ｃ，３０Ｄには、図９に示すように、研磨具２１２の表面（上面）を良好な平坦度と適度なラフネスを有するようにコンディショニングする、例えば研磨パッドからなるコンディショニング機構（コンディショナー）１９０が備えられている。
【００６９】
この研磨装置３０Ｃ，３０Ｄによれば、基板ホルダ１４４で保持した基板１４２と研磨具２１２とを水２１０に浸漬させながら、または研磨具２１２の上面に水２１０を滴下しながら、基板１４２の表面と研磨具２１２の白金等の導電性部材２５６とを互いに接触させつつ相対運動させることで基板１４２の表面を研磨することができる。
【００７０】
この研磨のメカニズムは以下のように考えられる。つまり、基板１４２の表面と研磨具２１２の白金等の導電性部材２５６とを互いに接触させつつ相対運動させると、接触部でひずみが発生し、価電子帯電子が伝導帯へと励起されて電子・正孔対が生成される。次に、伝導帯に励起した電子は（仕事関数が大きい）白金等の導電性部材２５６に移動し、基板表面に正孔が残る。残った正孔に水２１０中のＯＨ−イオンまたはＨ２Ｏ分子が作用し、この結果、接触部のみが酸化される。すると、例えばＧａ，Ａｌ，Ｉｎの酸化物は、二酸化炭素溶液等の弱酸、弱アルカリまたは電解イオン水に可溶なため、接触部に形成された酸化物は、水２１０の内部に溶解して基板１４２の表面から除去される。
【００７１】
基板１４２の表面と研磨具２１２の白金等の導電性部材２５６との接触圧は、基板１４２の反りを解消するとともに、基板１４２がスリップアウトしたり、研磨具２１２の導電性部材２５６が弾性体２５２から剥がれたりすることを防止するため、例えば０．１〜１．０ｋｇ／ｃｍ２であることが好ましく、０．４ｋｇ／ｃｍ２程度であることが特に好ましい。
【００７２】
図９に戻って、研磨装置３０Ａ，３０Ｂと洗浄部４との間には、長手方向に沿った４つの搬送位置（ロード／アンロード部２側から順番に第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４とする）の間で基板を搬送する第２（直動）搬送機構としての第１リニアトランスポータ５が配置されている。この第１リニアトランスポータ５の第１搬送位置ＴＰ１の上方には、ロード／アンロード部２の第１搬送ロボット２２から受け取った基板を反転する反転機３１が配置されており、その下方には上下に昇降可能なリフタ３２が配置されている。また、第２搬送位置ＴＰ２の下方には上下に昇降可能なプッシャ３３が、第３搬送位置ＴＰ３の下方には上下に昇降可能なプッシャ３４が、第４搬送位置ＴＰ４の下方には上下に昇降可能なリフタ３５がそれぞれ配置されている。
【００７３】
研磨装置３０Ｃ，３０Ｄの側方には、第１リニアトランスポータ５に隣接して、長手方向に沿った３つの搬送位置（ロード／アンロード部２側から順番に第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７とする）の間で基板を搬送する第２（直動）搬送機構としての第２リニアトランスポータ６が配置されている。この第２リニアトランスポータ６の第５搬送位置ＴＰ５の下方には上下に昇降可能なリフタ３６が、第６搬送位置ＴＰ６の下方にはプッシャ３７が、第７搬送位置ＴＰ７の下方にはプッシャ３８がそれぞれ配置されている。更に、研磨装置３０Ｃとプッシャ３７との間には、桶と純水ノズルとを有する純水置換部１９２が、研磨装置３０Ｄとプッシャ３８との間にも、桶と純水ノズルとを有する純水置換部１９４が配置されている。
【００７４】
研磨時にスラリ等を使用することを考えるとわかるように、研磨部３は最もダーティな（汚れた）領域である。したがって、この例では、研磨部３内のパーティクルが外部に飛散しないように、定盤等の研磨部の周囲から排気が行われており、研磨部３の内部の圧力を、装置外部、周囲の洗浄部４、ロード／アンロード部２よりも負圧にすることでパーティクルの飛散を防止している。また、通常、定盤等の研磨部の下方には排気ダクト（図示せず）が、上方にはフィルタ（図示せず）がそれぞれ設けられ、これらの排気ダクト及びフィルタを介して清浄化された空気が噴出され、ダウンフローが形成される。
【００７５】
洗浄部４は、基板を洗浄する領域であり、第２搬送ロボット４０と、第２搬送ロボット４０から受け取った基板を反転する反転機４１と、基板を洗浄する３つの洗浄ユニット４２，４３，４４と、洗浄後の基板を純水でリンスしてスピンドライする乾燥ユニット４５と、反転機４１、洗浄ユニット４２，４３，４４及び乾燥ユニット４５の間で基板を搬送する、走行自在な第３搬送ロボット４６を備えている。これらの第２搬送ロボット４０、反転機４１、洗浄ユニット４２〜４４及び乾燥ユニット４５は、長手方向に沿って直列に配置され、これらの第２搬送ロボット４０、反転機４１、洗浄ユニット４２〜４４及び乾燥ユニット４５と、第１リニアトランスポータ５との間に、第３搬送ロボット４６が走行自在に配置されている。これらの洗浄ユニット４２〜４４及び乾燥ユニット４５の上部には、クリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられており、このフィルタファンユニットによりパーティクルが除去されたクリーンエアが常時下方に向かって吹出ている。また、洗浄部４の内部は、研磨部３からのパーティクルの流入を防止するために研磨部３よりも高い圧力に常時維持されている。
【００７６】
研磨部３を包囲する隔壁１ａには、反転機３１と第１搬送ロボット２２との間に位置して、シャッタ５０が設置されており、基板の搬送時にはシャッタ５０を開いて、第１搬送ロボット２２と反転機３１との間で基板の受け渡しが行われる。また、研磨部３を包囲する隔壁１ｂには、ＣＭＰ装置３０Ｂと対面する位置に位置してシャッタ５３が、研磨装置３０Ｃと対面する位置に位置してシャッタ５４がそれぞれ設置されている。
【００７７】
次に、このような構成の平坦化システムを用いて基板の表面を平坦化する処理について説明する。
【００７８】
フロントロード部２００に搭載した基板カセットから、１枚の基板を第１搬送ロボット２２で取出して、反転機３１に搬送する。反転機３１は、基板を１８０°反転させた後、第１搬送位置ＴＰ１のリフタ３２に乗せる。第２トランスポータ５は、横移動を行って、リフタ３２上の基板を第１搬送位置ＴＰ１または第３搬送位置ＴＰ３の一方に搬送する。そして、研磨装置３０Ａは、その基板ホルダ１４４でプッシャ３２から、研磨装置３０Ｂは、その基板ホルダ１４４でプッシャ３４から基板をそれぞれ受取って、基板表面の第１段階の研磨と第２段階の研磨を行う。
【００７９】
つまり、研磨装置３０Ａでは、表面（被処理面）を下向きにしてＧａＮ基板等の基板１４２を保持した基板ホルダ１４４を容器１３２の上方に移動させ、基板ホルダ１４４を下降させて、基板１４２を容器１３２の内部に保持した処理液１３０中に浸漬させる。このように基板１４２と研磨具１３４との間に処理液１３０が存在する状態で、光源１４０から励起光、好ましくは紫外線を放射して、基板１４２の表面（下面）に励起光、好ましくは紫外線を照射する。この時に照射する励起光の波長は、被加工物のバンドギャップに相当する波長以下、ＧａＮのバンドギャップは３．４２ｅＶであるので、ＧａＮ基板を加工する場合には、３６５ｎｍ以下の、例えば３１２ｎｍであることが好ましい。これにより、ＧａＮ基板を加工する場合には、ＧａＮを酸化させて、ＧａＮ基板の表面にＧａ酸化物（Ｇａ２Ｏ３）を生成させる。
【００８０】
なお、基板１４２と研磨具１３４との間に、処理液供給ノズル（処理液供給部）１３３を通して、処理液１３０を供給しながら研磨を行うようにしてもよい。
【００８１】
この時、電源１４８のスイッチ１５０をＯＮにして、研磨具１３４と基板ホルダ１４４で保持した基板１４２との間に、研磨具１３４が陰極となる電圧を印加する。これにより、ＧａＮ基板を加工する場合に、ＧａＮ基板の表面のＧａ酸化物（Ｇａ２Ｏ３）の生成が促進される。
【００８２】
次に、光源１４０から励起光、好ましくは紫外線を放射したまま、更には、研磨具１３４と基板１４２との間に電圧を印加したまま、回転軸１３６を回転させて研磨具１３４を回転させ、同時に基板ホルダ１４４を回転させて基板１４２を回転させながら下降させ、基板１４２の表面に研磨具１３４の表面を、好ましくは０．０１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２程度の面圧で接触させる。これは、面圧０．０１ｋｇｆ／ｃｍ２未満であれば、基板１４２の反りを矯正して基板１４２全体を均等に研磨できなくなる可能性があり、面圧が１．０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であれば、基板１４２の表面に機械的な欠陥が生じてしまう可能性があるためである。これによって、ＧａＮ基板等の基板１４２の表面に形成されたＧａ酸化物の研磨具１３４と接触する部位、つまり凹凸を有する基板１４２の表面の該凸部先端に形成されたＧａ酸化物を選択的に削り取って、主に基板１４２の表面ダメージ除去を目的とした第１段階の研磨を行う。この第１段階の研磨における研磨レートは、例えば〜１０００ｎｍ／ｈ程度で、加工時間は、例えば５分程度である。
【００８３】
この第１段階の研磨時に、例えば、フォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置２０２の分光器２０８で、基板１３４の表面から放出されるフォトルミネッセンス光をスペクトル解析し、基板Ｗのバンドギャップに相当する波長、例えばＧａＮにあっては３６５ｎｍの波長の強度をモニタする。すると、図１６に示すように、研磨の進行に伴って、３６５ｎｍの波長のフォトルミネッセンス光の強度が増加する。そこで、この３６５ｎｍの波長のフォトルミネッセンス光の強度が所定の値に達するか、または一定となることを検知することで、第１段階の研磨の終点を検知する。
【００８４】
第１段階の研磨が終点した時、光源１４０からの励起光、好ましくは紫外線の放射を継続したまま、スイッチ１５０をオフにして、研磨具１３４と基板１４２との間への電圧の印加を停止し、これによって、主に基板１４２の表面荒さの改善を目的とした第２段階の研磨を行う。この第２段階の研磨における研磨レートは、例えば〜２００ｎｍ／ｈ程度で、加工時間は、例えば３０分間程度である。この第２段階の研磨時に、例えば、スイッチ２０６をＯＮにして、基板１４２と研磨具１３４の金属膜（金属配線）１５４とを繋ぐ導線１５２ｃに沿って流れる電流を光電流式ダメージ量測定装置２０１の電流計２０４で測定する。すると、図１７に示すように、研磨の進行に伴って、電流計２０４を流れる電流値が徐々に増加して、やがてほぼ一定となる。そこで、この電流計２０４を流れる電流値を測定し、この電流値が所定の値に達するか、または一定となることを検知することで、第２段階の研磨の終点を検知する。
【００８５】
第２段階の研磨が終了した後、光源１４０からの励起光、好ましくは紫外線の放射を停止し、基板ホルダ１４４を上昇させた後、基板１４２の回転を停止させる。そして、基板表面を、必要に応じて純水でリンスした後、第２搬送位置ＴＰ２でプッシャ３３に受渡す。第１トランスポータ５は、プッシャ３３上の基板をリフタ３５に搬送する。研磨装置３０Ｂにあっても同様に、その基板ホルダ１４４でプッシャ３４から基板１４２を受取って、第１段階の研磨及び第２段階の研磨を行い、しかる後、研磨後の基板１４２を第４搬送位置ＴＰ４でリフタ３５に受渡す。
【００８６】
第２搬送ロボット４０は、リフタ３５から基板から受取り、第５搬送位置ＴＰ５でリフタ３６に乗せる。第２トランスポータ６は、横移動を行って、リフタ３６上の基板を第６搬送位置ＴＰ６または第７搬送位置ＴＰ７の一方に搬送する。
【００８７】
研磨装置３０Ｃは、その基板ホルダ１４４でプッシャ３７から基板を受取って第３段階の研磨を行う。つまり、表面（被処理面）を下向きにしてＧａＮ基板等の基板１４２を保持した基板ホルダ１４４を容器１３２の上方に移動させ、基板ホルダ１４４を回転させながら下降させて、基板１４２を容器１３２の内部に保持した水２１０の中に浸漬させ、更に、下降させて、回転中の研磨具２１２の白金等の導電性部材２５６に、例えば１００〜１０００ｈＰａ（０．１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２）、好ましくは４００ｈＰａ（０．４ｋｇｆ／ｃｍ２）程度の接触圧（押圧力）で基板１４２の表面を接触させる。このように、基板１４２と研磨具２１２の間に水２１０が存在する状態で、基板１４２の表面と研磨具２１２の白金等の導電性部材２５６とを互い接触させつつ相対運動させ、これによって、基板表面の表面仕上げを目的とした第３段階の研磨を、例えば１８０分間行う。なお、水供給ライン２２４を通して、研磨具２１２の白金等の導電性部材２５６と基板１４２の表面との間に水２１０を供給しながら、第３段階の研磨を行っても良い。
【００８８】
この第３段階の研磨時に、基板ホルダ１４４で保持した基板１４２の表面に向けて、ラマン光式ダメージ量測定装置２１８のレーザ光源２１４から可視の単色光を研磨具２１２の基材２５０及び弾性体２５２に設けた光透過用の貫通孔２５２ａを透過させて照射し、該表面からの反射光を分光器２１６でスペクトル解析してラマン光の強度を測定する。つまり、前述のように、研磨の進行に伴って、図８に示すように、ラマン光の強度が増加する。そこで、ラマン光の強度が所定の値に達するか、または一定となることを検知することで、第３段階の研磨の終点を検知する。
【００８９】
第３段階の研磨を終了した後、基板表面に残った水２１０を純水置換部１９２で純水に置換して第６搬送位置ＴＰ６に戻す。研磨装置３０Ｄにあっても同様に、その基板ホルダ１４４でプッシャ３８から基板１４２を受取って、第３段階の研磨（表面仕上げ研磨）を行い、研磨加工後の基板表面に残った水２１０を純水置換部１９４で純水に置換して第７搬送位置ＴＰ７に戻す。しかる後、純水置換後の基板を、第２トランスポータ６を横移動させて、第５搬送位置ＴＰ５に移動させる。
【００９０】
第２搬送ロボット４０は、第５搬送位置ＴＰ５から基板を取出し、反転機４１に搬送する。反転機４１は、基板を１８０°反転させた後、第１洗浄ユニット４２に搬送する。第３搬送ユニット４６は、基板を第１洗浄ユニット４２から第２洗浄ユニット４３に搬送し、ここで、基板を洗浄する。
【００９１】
そして、第３搬送ロボット４６は、洗浄後の基板を第３洗浄ユニット４４に搬送して、ここで基板の純水洗浄を行った後、乾燥ユニット４５に搬送し、ここで基板を純水リンスした後、高速回転させてスピン乾燥させる。第１搬送ロボット２２は、スピン乾燥後の基板を乾燥ユニット４５から受取り、フロントロード部２００に搭載した基板カセットに戻す。
【００９２】
なお、上記の例では、第１段階の研磨の終点をフォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置２０２で検知するようにしているが、図１４に示すラマン光式ダメージ量測定装置２１８で検知するようにしても良く、または両者を組合せて、例えば平均値で検知するようにしても良い。
【００９３】
また、第２段階の研磨の終点を光電流式ダメージ量測定装置２００で検知するようにしているが、前記フォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置２０２または図１４に示すラマン光式ダメージ量測定装置２１８の一方で検知するようにしても良く、または２つ以上のダメージ測定装置を組合せて例えば平均値で検知するようにしても良い。また、第１段階、第２段階の研磨ではＧａイオン含有の中性領域のｐＨ緩衝溶液を用いた加工を行ったが、本発明の終点検知は、この加工方法に限定されるものではない。
【００９４】
更には、ＳｉＣやＧａＮは可視光を透過するため、基板に可視光を照射し、基板の表裏での反射光による干渉から基板厚さを測定することができる。この光干渉法による膜厚測定装置と上述した研磨の進行状態の監視方法を組合せて、相補的に利用するようにしても良い。
【符号の説明】
【００９５】
３  研磨部
１０  研磨具
１１  基板ホルダ
１２  光源
１３導線
１４  電流計
１６  分光器
１７  レーザ光源
１８  分光器
３０Ａ，３０Ｂ、３０Ｃ，３０Ｄ  研磨装置
１３０  処理液
１３２  容器
１３３  処理液供給ノズル（処理液供給部）
１３４  研磨具
１３６  回転軸
１４０  光源
１４２  ＧａＮ基板
１４４  基板ホルダ
１４６  主軸
１５４  金属膜（金属配線）
２０１  光電流式ダメージ量測定装置
２０２  フォトルミネッセンス光式ダメージ量測定装置
２０４  電流計
２０８  分光器
２１０  処理液（水）
２１２  研磨具
２１４  レーザ光源
２１６  分光器
２１８  ラマン光式ダメージ量測定装置
２２４  水供給ライン（処理液供給部）
２５６  導電性部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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