研磨方法及び研磨装置
【課題】Ｇａ元素等を含有する化合物半導体の基板に対する所望の平坦度を有する表面仕上げを行うのに特に適した研磨方法及び研磨装置を提供し、これによって、例えばＧａ元素を含有する化合物半導体の基板表面を実用的な加工時間で表面精度高く平坦に加工できるようにする。
【解決手段】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２３２の中で、Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板１４２の表面と、表面の少なくとも基板１４２と接触する部位に導電性部材２６４を有する研磨パッド２４２の該表面とを互いに接触させつつ相対運動させて、基板１４２の表面を研磨する。
【解決手段】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２３２の中で、Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板１４２の表面と、表面の少なくとも基板１４２と接触する部位に導電性部材２６４を有する研磨パッド２４２の該表面とを互いに接触させつつ相対運動させて、基板１４２の表面を研磨する。
【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Ｇａ，Ａｌ若しくはＩｎ等の元素を含有する化合物半導体の単体基板、またはＧａ，Ａｌ若しくはＩｎ等の元素を含有する化合物半導体を載せた接合基板（エピタキシャル基板）等の基板の表面（被加工面）を平坦に研磨する研磨方法及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、酸化性処理溶液中に基板を配し、酸性または塩基性を有する固体触媒を基板の表面（被加工面）に接触または極接近させて配して、固体触媒と接触または極接近している被加工面の表面原子を酸化性処理溶液中に溶出させて該被加工面を加工するようにした触媒支援型化学加工法を提案している（特許文献１参照）。この触媒支援型化学加工法では、処理溶液中に配した基板の表面（被加工物）に光、好ましくは紫外線を照射したり、基板と固体触媒との間に電圧を印加したりすることで、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。この触媒支援型化学加工法によれば、化学的作用のみによる基板表面のダメージの小さな平坦化加工が可能となる。しかし、例えばＧａ元素を含む化合物半導体の単体基板の表面を実用的な所要時間で十分高精度な表面粗さに平坦化加工することは一般に困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２１０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
出願人は、Ｇａイオンを含有する液性が中性域のｐＨ緩衝溶液からなる処理溶液中にＧａ元素を含有する化合物半導体の基板を浸漬させ、基板表面に光を照射するか、または基板にバイアス電位を印加して、基板表面にＧａ酸化物を形成し、前記基板表面に形成されたＧａ酸化物と研磨定盤とを互いに接触させつつ相対運動させてＧａ酸化物を研磨除去できることを見出した（特願２００９−７８２３４参照）。
【０００５】
しかしながら、上記のように、基板表面に光を照射するか、または基板にバイアス電位を印加して基板表面にＧａ酸化膜を形成しつつ該酸化膜を研磨除去して、Ｇａ元素を含有する化合物半導体の基板表面を平坦化すると、研磨後の基板表面（被研磨面）が所望の平坦度を有するまで基板表面を平坦に研磨するのに多大の時間を要するか、または十分な平坦度を得ることができないことが判った。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、Ｇａ元素等を含有する化合物半導体の基板に対する所望の平坦度を有する表面仕上げを行うのに特に適した研磨方法及び研磨装置を提供し、これによって、例えばＧａ元素を含有する化合物半導体の基板表面を実用的な加工時間で表面精度高く平坦に加工できるように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、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の存在下で、Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面と、表面の少なくとも前記基板と接触する部位に導電性部材を有する研磨パッドの該表面とを互いに接触させつつ相対運動させて、前記基板表面を研磨することを特徴とする研磨方法である。
【０００８】
これにより、Ｇａ元素等を含有する化合物半導体の基板表面に対する平坦度を高めた表面仕上げ研磨を行うことができ、これによって、例えば、処理溶液中での光の照射及び／またはバイアス電位の印加を伴う研磨と組合せることによって、Ｇａ元素を含有する化合物半導体の基板表面が所望の平坦度を有するように研磨するのに要する時間を大幅に短縮することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、３．５〜６．０であることを特徴とする請求項１記載の研磨方法である。
ｐＨ３．５〜６．０の弱酸性の水は、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等のガスを溶解させることで製造される。ｐＨ３．５〜６．０の空気が溶解した水は、例えば純水や水道水を空気に触れさせ、空気中のＣＯ２成分を水に溶解させることにより製造される。空気が溶解した水は、ガス溶解器を用いて積極的に溶解させても良いし、純水や水道水を空気雰囲気にさらすことで空気を自然に溶解させてもよい。弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、３．５〜５．５であることが好ましい。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、水または空気が熔解した水、または電解イオン水の存在下で、少なくとも一部にＧａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面と、表面の少なくとも前記基板と接触する部位に導電性部材を有する研磨パッドの該表面とを互いに接触させつつ相対運動させて、前記基板表面を研磨することを特徴とする研磨方法である。
請求項４に記載の発明は、前記水は、Ｎ２パージ水であることを特徴とする請求項３記載の研磨方法である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記空気が溶解した水は、前記研磨パッドに純水または水道水を供給して研磨を開始し、研磨を空気雰囲気中で行うことにより、研磨中に空気中のＣＯ２が溶解した水であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記電解イオン水のｐＨは、３．５〜６．０または８．０以上であることを特徴とする請求項１または３記載の研磨方法である。
電解イオン水のｐＨは、３．５〜５．５または８．０以上であることが好ましい。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、前記導電性部材は、貴金属、遷移金属、グラファイト、導電性樹脂、導電性ゴムまたは導電性有機物であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨方法である。
貴金属としては、白金や金が挙げられ、遷移金属としては、Ａｇ，Ｆｅ，Ｎｉ及びＣｏが挙げられる。導電性有機物としては、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン及びポリパラフェニレンビニレンが挙げられる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、前記Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体は、ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法である。
ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓは、酸化物が弱酸性水溶液または弱アルカリ水溶液に溶解性を有するため、本研磨方法が適用できる。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、前記研磨パッドに設けた貫通孔を通して前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の研磨方法である。
請求項１０に記載の発明は、前記研磨パッドと前記基板との間に電圧を印加しながら該基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の研磨方法である。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、前記水または電解イオン水の温度、前記基板の温度、前記研磨パッドの温度の少なくとも一つを制御しながら前記基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の研磨方法である。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨する第１の研磨と、前記基板表面に励起光を照射することなく該基板表面を研磨する第２の研磨を連続して行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法である。
請求項１３に記載の発明は、前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨する第１の研磨と、前記基板表面に励起光を照射することなく該基板表面を研磨する第２の研磨を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法である。
【００１８】
請求項１４に記載の発明は、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加しながら前記基板表面を研磨する第３の研磨と、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加することなく前記基板表面を研磨する第４の研磨を連続して行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法である。
請求項１５に記載の発明は、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加しながら前記基板表面を研磨する第３の研磨と、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加することなく前記基板表面を研磨する第４の研磨を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法である。
【００１９】
請求項１６に記載の発明は、Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面を研磨する研磨装置であって、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を保持する容器と、表面の少なくとも前記基板と接触する部分に導電性部材を有し、前記水に浸漬させて前記容器内に配置される研磨パッドと、基板を保持して前記容器内の前記水に浸漬させ前記研磨パッドに接触させる基板ホルダと、前記研磨パッド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を有することを特徴とする研磨装置である。
【００２０】
請求項１７に記載の発明は、Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面を研磨する研磨装置であって、表面の少なくとも前記基板と接触する部分に導電性部材を有する研磨パッドと、基板を保持して前記研磨パッドに接触させる基板ホルダと、前記研磨パッド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、前記研磨パッドと前記基板ホルダで保持した基板との接触部に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を供給する水供給部とを有することを特徴とする研磨装置である。
【００２１】
請求項１８に記載の発明は、前記研磨パッドは多数の貫通孔を有し、前記研磨パッドに設けた多数の貫通孔を通して前記基板ホルダで保持した基板の表面に励起光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１６または１７記載の研磨装置である。
【００２２】
請求項１９に記載の発明は、前記研磨パッドは、多数の貫通孔を通して前記基板ホルダで保持した基板の表面に励起光を照射する光透過エリアと光非透過エリアとを有し、前記移動機構は、前記基板ホルダを前記研磨パッド上の光透過エリアと光非透過エリアとの間を往復動させるように構成されていることを特徴とする請求項１６または１７記載の研磨装置である。
【００２３】
請求項２０に記載の発明は、前記研磨パッドと前記基板ホルダで保持した基板とを結び、内部に電源を介装した導線を更に有することを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれかに記載の研磨装置である。
【００２４】
請求項２１に記載の発明は、前記空気が溶解した水は、前記研磨パッドに純水または水道水を供給して研磨を開始し、研磨を空気雰囲気中で行うことにより、研磨中に空気中のＣＯ２が溶解した水であることを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれかに記載の研磨装置である。
【００２５】
請求項２２に記載の発明は、前記導電性部材は、貴金属、遷移金属、グラファイト、導電性樹脂、導電性ゴムまたは導電性有機物であることを特徴とする請求項１６乃至２１のいずれかに記載の研磨装置である。
請求項２３に記載の発明は、前記Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体は、ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓであることを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれかに記載の研磨装置である。
【００２６】
請求項２４に記載の発明は、前記弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、３．５〜６．０であることを特徴とする請求項１６乃至２３のいずれかに記載の研磨装置である。
請求項２５に記載の発明は、前記電解イオン水のｐＨは、３．５〜６．０または８．０以上であることを特徴とする請求項１６乃至２４のいずれかに記載の研磨装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、Ｇａ元素等を含有する化合物半導体の基板表面に対する平坦度を高めた表面仕上げ研磨を行うことができ、これによって、例えば、処理溶液中での光の照射及び／またはバイアス電位の印加を伴う研磨と組合せることによって、つまり、処理溶液中での光の照射及び／またはバイアス電位の印加を伴う研磨レートの高い研磨を行った後、平坦度を高めた表面仕上げ研磨を行うことによって、Ｇａ元素等を含有する化合物半導体の基板表面が所望の平坦度を有するように研磨するのに要する時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】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２】図１に示す平坦化システムに備えられている研磨装置の概要を示す断面図である。
【図３】図２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４】図２に示す研磨装置の研磨定盤を示す拡大断面図である。
【図５】研磨定盤の他の例を示す拡大断面図である。
【図６】図１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７】図６に示す研磨装置の研磨パッドを示す拡大断面図である。
【図８】図６に示す研磨装置でＧａＮ基板を研磨した時の研磨レートと研磨時間の関係を示すグラフである。
【図９】（ａ）は、研磨前のＧａＮ基板表面の干渉顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１０】（ａ）は、第１段階の研磨後のＧａＮ基板表面の干渉顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１１】（ａ）は、第２段階の研磨後のＧａＮ基板表面の干渉顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１２】（ａ）は、第３段階の研磨後のＧａＮ基板表面の干渉顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１３】（ａ）は、実施例１における研磨後のＧａＮ基板表面の原子間力顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１４】（ａ）は、比較例１における研磨後のＧａＮ基板表面の原子間力顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１５】（ａ）は、実施例２における研磨後のＧａＮ基板表面の原子間力顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１６】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１７】図１６に示す研磨装置を使用しＧａＮ基板表面に励起光を照射しながら研磨した時における研磨後のＧａＮ基板表面の原子間力顕微鏡像を示す図である。
【図１８】本発明の更に他の実施形態の研磨装置の概要を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、ＧａＮからなる単体基板（ＧａＮ基板）の表面を研磨して該表面を平坦化するようにした例を示す。なお、サファイア若しくはＳｉＣ等の基材表面にＧａＮを載せた接合基板（エピタキシャル基板）にも適用でき、ＧａＮ基板若しくはエピタキシャル基板に不純物（ドーパント）を注入し、ｐ型若しくはｎ型とした基板にも適用できる。また、ＧａＮ基板若しくはエピタキシャル基板に不純物（ドーパント）を注入し、基板表面に配線パターンを形成した基板、配線パターンを形成した後に更に活性化アニールを行った基板にも適用できる。更には、ＧａＮ以外のＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓ等の化合物半導体にも適用できる。
【００３０】
図１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基板の表面を研磨して該表面を平坦化するためのものである。図１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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
研磨部３は、基板表面（被加工面）の研磨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２台の研磨装置３０Ａ，３０Ｂと、第３段階の研磨を行う本発明の実施形態に係る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。
【００３５】
研磨装置３０Ａ，３０Ｂは、図２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溶液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、処理溶液１３０を容器１３２内に供給する処理溶液ノズル１３３が配置されている。この処理溶液１３０として、例えばｐＨ６．８６の燐酸緩衝溶液に、処理溶液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。
【００３６】
容器１３２の底部には、光透過性の研磨定盤１３４が取り付けられていており、容器１３２の内部に処理溶液１３０を注入した時に、研磨定盤１３４の上方が処理溶液１３０で満たされるようになっている。研磨定盤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。研磨定盤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、研磨定盤１３４の表面のみに固体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。
【００３７】
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定盤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１３２ａ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、研磨定盤１３４の内部を透過して、該研磨定盤１３４の上方に達するようになっている。
【００３８】
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、研磨定盤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。
【００３９】
さらに、この例では、基板ホルダ１４４で保持した基板１４２と研磨定盤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。
【００４０】
また、この例では、容器１３２の中に処理溶液１３０を満たして研磨定盤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、研磨定盤１３４の表面に処理溶液ノズル１３３から処理溶液１３０を滴下することにより基板１４２と研磨定盤１３４の表面に処理溶液１３０を供給して、処理溶液存在下で加工する滴下型の加工装置でも良い。
【００４１】
図３に示すように、基板ホルダ１４４は、処理溶液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。
【００４２】
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。
【００４３】
リテーナリング１７２と研磨定盤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の表面材質が研磨定盤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定盤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。
【００４４】
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１４４の裏面を吸着等によって保持した時に、基板１４４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を研磨定盤１３４に向けて押圧できるように構成されている。
【００４５】
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。
【００４６】
図４に示すように、研磨定盤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の底部に金属配線を構成する金属膜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、研磨定盤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５に示すように、研磨定盤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（金属配線）１５６を埋め込むようにしてもよい。
【００４７】
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２参照）が回転軸１４６内に延びて埋設されている。容器１３２の上方に配置された処理溶液供給ノズル１３３には、容器１３２の内部に供給する処理溶液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、研磨定盤１３４の内部には、研磨定盤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。
【００４８】
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、処理溶液１３０、研磨定盤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。
【００４９】
研磨装置３０Ａ，３０Ｂには、図１に示すように、研磨定盤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、研磨定盤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程度の表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、研磨定盤１３４の表面に砥粒を含むスラリが供給される。
【００５０】
更に、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で保持して基板１４２に接続される導線１５２ａと電源１４８から延びて研磨定盤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１４２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。
【００５１】
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専用の光源を光源１４０とは別に設けるようにしてもよい。
【００５２】
本発明の実施形態の研磨装置３０Ｃ，３０Ｄは、図６に示すように、上面を平坦にした回転自在な回転テーブル２３０と、この回転テーブル２３０の周縁部に立設されて回転テーブル２３０の上面との間に内部に水２３２を保持する容器２３４を形成するリング状の堰部材２３６を有している。この水２３２として、例えば、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が使用される。この弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、例えば３．５〜６．０、好ましくは３．５〜５．５であり、電解イオン水のｐＨは、例えば３．５〜６．０、好ましくは３．５〜５．５、または８．０以上である。
【００５３】
このｐＨ３．５〜６．０の弱酸性の水は、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ガスまたは空気中のＣＯ２等を溶解させることで製造される。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、研磨レートの低下を抑えつつ、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。また、この方法では酸、ｐＨ緩衝剤または酸化剤等の廃液処理が必要となる薬品を使用しないため、廃液処理に要するコストを削減できる他、研磨後の洗浄工程を簡易化できるといった特徴も有する。
【００５４】
この例では、回転テーブル２３０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２３８と熱交換器２４０を設置した水供給ライン（水供給部）２４１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２３６でＣＯ２等のガスまたは空気を溶解させて、ｐＨを３．５〜６、好ましくは３．５〜５．５にした水２３２を堰部材２３６で区画された容器２３４内に注入し、必要に応じて、容器２３４に注入される水２３２の温度を熱交換器２４０で所定の温度に調整するようにしている。なお、研磨初期には純水もしくは水道水を供給し、空気雰囲気中で研磨を行うことで、研磨と同時に純水もしくは水道水に空気中のＣＯ２を溶解させて、ｐＨが３．５〜６．０、好ましくは３．５〜５．５になるようにしても良い。
【００５５】
この例では、純水に、ＣＯ２等のガスまたは空気を溶解させて、ｐＨを３．５〜６、好ましくは３．５〜５．５にした水２３２を使用しているが、この水２３２の代わりに、水道水または純水にＮ２をパージさせた中性領域のＮ２パージ水を使用しても良い。このように、中性領域のＮ２パージ水を用いた場合、ｐＨを３．５〜６、好ましくは３．５〜５．５にした水２３２を使用した場合と比較して、加工レートは遅くなるが、同等の被加工面が得られる。
【００５６】
回転テーブル２３０の上面には、堰部材２３６で周囲を区画された容器２３４の内部に位置して、研磨部材である研磨パッド２４２が取り付けられ、容器２３４の内部に水２３２を注入した時に、研磨パッド２４２の上方が水２３２で満たされるようになっている。回転テーブル２３０の内部には、回転テーブル２３０の温度を制御する流体流路２３０ａが設けられている。
【００５７】
堰部材２３６で周囲を区画された容器２３４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２４４が配置され、基板ホルダ２４４は、上下動及び回転自在な主軸２４６の下端に連結されている。この基板ホルダ２４４及び主軸２４６は、図３に示す基板ホルダ１４４及び主軸１４６と同様な構成を有しているので、ここでは重複した説明を省略する。
【００５８】
研磨パッド２４２は、図７に示すように、例えばシェアＡ硬度５０〜９０で、表面に同心状のまたはスパイラル状等の溝２６０ａを設けた弾性体からなる基材２６０と、この基材２６０の表面に真空蒸着等によって形成された中間層２６２と、この中間層２６２の表面に真空蒸着等によって形成された導電性部材２６４を有している。このように、弾性体からなる基材２６０の表面に、中間層２６２を介在させつつ、導電性部材２６４を設けることで、基板１４２の表面（被研磨面）の長／短周期の凹凸に導電性部材２６４を容易に追従させることができる。
【００５９】
基材２６０の厚さは、例えば０．５〜５ｍｍで、基材２６０を構成する弾性材としては、例えばゴム、樹脂、発泡性樹脂または不織布等が挙げられる。また、弾性率の異なる２層以上の弾性材を重ね合わせて基材を構成するようにしてもよい。
【００６０】
中間層２６２は、例えば厚さが１〜１０ｎｍで、基材２６０と導電性部材２６４との密着性を向上させるために基材２６０と導電性部材２６４との間に介在され、基材２６０と導電性部材２６４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２６２を基材２６０の表面に真空蒸着で形成する場合、高温による基材２６０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２６２の表面に真空蒸着法で導電性部材２６４を形成する場合も同様である。
【００６１】
導電性部材２６４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２６４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２６４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２６４としては、白金が好ましく使用されるが、上記水２３２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、導電性ゴムまたは導電性有機物等を使用しても良い。導電性部材に遷移金属を用いる場合には、前記供給水として、純水もしくは水道水を電気分解し陰極で生成する水素を溶解した水（水素水）を用いることが好ましく、これにより、水中の溶存酸素による該導電性部材の腐食を抑制することができる。
【００６２】
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、水２３２、回転テーブル２３０の温度の少なくとも１つの制御して、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。
【００６３】
研磨装置３０Ｃ，３０Ｄには、図１に示すように、研磨定盤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。
【００６４】
この研磨装置３０Ｃ，３０Ｄによれば、基板ホルダ２４４で保持した基板１４２と研磨パッド２４２とを水２３２に浸漬させながら、基板１４２の表面と研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４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。なお、研磨パッド２４２の上面に水供給ライン２４１から水２３２を供給することで、基板ホルダ２４４で保持した基板１４２と研磨パッド２４２との間に水２３２を介在させつつ、研磨を行うようにしても良い。
【００６５】
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の表面と研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４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２６４に移動し、基板表面に正孔が残る。残った正孔に水２３２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、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎの酸化物は、二酸化炭素溶液等の弱酸や弱アルカリに可溶なため、接触部に形成された酸化物は、水２３２の内部に溶解して基板１４２の表面から除去される。
【００６６】
基板１４２の表面と研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４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、研磨パッド２４２の導電性部材２６４が基材２６０から剥がれたりすることを防止するため、例えば０．１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２であることが好ましく、０．４ｋｇｆ／ｃｍ２程度であることが特に好ましい。
【００６７】
図６に示す研磨装置を使用してＧａＮ基板を研磨した時の研磨レートの研磨時間との関係を図８に示す。水２３２として空気が溶けた純水を使用し、研磨パッド２４２として白金を蒸着させた研磨パッドをそれぞれ使用した。図８から、研磨開始時の研磨レートは、２２ｎｍ／ｈ程度であるが、研磨が進行するにつれて研磨レートが徐々に減少し、研磨終了時には研磨レートがほぼ０ｎｍ／ｈになることが判る。これは、研磨初期の表面が荒れた状態では研磨により除去される部分が多いために研磨レートが高いが、表面が平坦になると研磨により除去される部分が少なくなるために研磨レートが低くなるためであると考えられる。
【００６８】
なお、研磨パッド２４２の基材２６０及び中間層２６２を共に導電性部材で構成し、更に図６に仮想線で示すように、電源２７０の陽極から延びる導線２７２ａを基板ホルダ２４４で保持した基板１４２に、陰極から延びる導線２７２ｂを研磨パッド２４２の基材２６０にそれぞれ接続し、研磨パッド２４２の導電性部材２６４と基板ホルダ２４４で保持した基板１４２との間に電圧を印加しながら、基板１４２の表面の研磨を行うようにしてもよい。これにより、研磨レートを高めることができる。
【００６９】
図１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１（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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溶液１３０中に浸漬させる。このように基板１４２と研磨具１３４との間に処理溶液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。
【００７７】
この時、電源１４８のスイッチ１５０をＯＮにして、研磨定盤１３４と基板ホルダ１４４で保持した基板１４２との間に、研磨定盤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。
【００７８】
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、研磨定盤１３４と基板１４２との間に電圧を印加したまま、回転軸１３６を回転させて研磨定盤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の表面に研磨定盤１３４の表面を、好ましくは０．１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２程度の面圧で接触させる。これは、面圧０．１ｋｇｆ／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酸化物の研磨定盤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酸化物を選択的に除去し、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程度である。
【００７９】
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の表面で反射した光のベクトル解析を行ってフォトルミネッセンス光を測定し、これによって、第１段階の研磨の終点を検知する。
【００８０】
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、研磨定盤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と研磨定盤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で測定し、これによって、第２段階の研磨の終点を検知する。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
研磨装置３０Ｃは、その基板ホルダ２４４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２４４を容器２３４の上方に移動させ、基板ホルダ２４４を回転させながら下降させて、基板１４２を容器２３４の内部に保持した水２３２の中に浸漬させ、更に、下降させて、回転中の研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４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、水２３２の中で、基板１４２の表面と研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４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段階の研磨を行う。なお、水供給ライン２４１を通して、研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４と基板１４２の表面との間に水２３２を供給しながら、第３段階の研磨を行っても良い。
【００８４】
第３段階の研磨を終了した後、基板表面に残った水２３２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２４４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２３２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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
例えば、研磨前のＧａＮ基板表面の干渉顕微鏡像を図９（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図９（ｂ）にそれぞれ示す。ＧａＮ基板の表面に対し、前述の励起光の照射と電圧の印加を伴う第１段階の研磨を研磨レート〜１０００ｎｍ／ｈで５分間行った時の基板表面の干渉顕微鏡像を図１０（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１０（ｂ）にそれぞれ示す。ＧａＮ基板の表面に対し、前述第１段階の研磨を行った後、前述の励起光の照射のみを伴う第２段階の研磨を研磨レート〜２００ｎｍ／ｈで３０分間行った時の基板表面の干渉顕微鏡像を図１１（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１１（ｂ）にそれぞれ示す。更に、ＧａＮ基板の表面に対し、前述の第１段階の研磨及び第２段階の研磨を行った後、導電性部材として白金を、水として純水にＣＯ２を溶解させてｐＨを５．５にしたものを、それぞれ使用した前述の第３段階の研磨を研磨レート〜１０ｎｍ／ｈで１８０分行った時の基板表面の干渉顕微鏡像を図１２（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１２（ｂ）にそれぞれ示す。
【００８８】
図９〜図１２により、表面粗さＲａ：５．２７１μｍであったＧａＮ基板の表面が、第１段階の研磨を５分間行うことで、表面粗さＲａ：４．１７となり、第２段階の研磨を３０分間行うことで、表面粗さＲａ：０．３６３μｍとなり、更に第３段階の研磨を１８０分間行うことで表面粗さＲａ：０．０８３μｍとなる。これによって、約２１５分の研磨で表面の十分な平坦度を有する基板が得られることが判る。
【実施例１】
【００８９】
基板表面に対し、励起光の照射と電圧の印加を伴う第１段階の研磨と、励起光の照射のみを伴う第２段階の研磨を順次行ったＧａＮ基板を用意した。そして、このＧａＮ基板の表面に対し、図６に示す研磨装置を使用して第３段階の研磨（表面仕上げ研磨）を行った。この図６に示す研磨装置において、導電性部材２６４として白金を使用して、ガス溶解器２３８で純水に空気中のＣＯ２を溶解させてｐＨを５．５とした水２３２を堰部材２３６で区画された容器２３４内に注入させた。そして、研磨時間３時間、回転テーブル２３０の回転速度を１０ｒｐｍ、基板表面と導電性部材（白金）２３６との接触圧（押圧力）を０．４ｋｇｆ／ｃｍ２として、３時間の研磨を行った。
【００９０】
研磨後の基板表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像を図１３（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１３（ｂ）にそれぞれ示す。図１３（ａ）から結晶欠陥に依存するエッチピットは観察されず、また図１３（ｂ）から明瞭なテラス−ステップ構造が観察され、原子レベルで平坦かつダメージレスの研磨が行われたことが判る。
【比較例１】
【００９１】
ガス溶解器２３８で純水に空気中のＣＯ２を溶解させてｐＨを５．５とした水２３２の代わりに、ＨＦを溶解させたＨＦ溶解液を使用し、その他は実施例１と同様な条件でＧａＮ基板表面の研磨を行った。
研磨後の基板表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像を図１４（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１４（ｂ）にそれぞれ示す。図１４（ｂ）から明瞭なテラス−ステップ構造が観察されるものの、図１４（ａ）からテラス上に深さ０．５ｎｍのエッチピットが帯状に観察されることが判る。これは結晶欠陥等が腐食性の強いＨＦにより選択的にエッチングされた結果であると考えられる。
【実施例２】
【００９２】
ＧａＮ単体からなるＧａＮ基板の代わりに、サファイア基板の表面にＧａＮを載せた接合基板（エピタキシャル基板）使用し、その他は実施例１と同様な条件でＧａＮ表面の研磨を行った。
研磨後の基板表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像を図１５（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１５（ｂ）にそれぞれ示す。図１５（ａ）から結晶欠陥に依存するエッチピットは観察されず、また図１５（ｂ）から明瞭なテラス−ステップ構造が観察され、原子レベルで平坦かつダメージレスの研磨が行われたことが判る。
ここでは、サファイア基板の表面にＧａＮを載せた接合基板の研磨結果について説明しているが、ＳｉＣ基板の表面にＧａＮを載せた接合基板、Ｓｉ基板の表面にＧａＮを載せた接合基板、及びＧａＡｓ基板の表面にＧａＮを載せた接合基板でも同様に研磨することができる。
【００９３】
なお、上記例では、第１段階の研磨と第２段階の研磨を同じ研磨装置に行うようにしているが、第１段階の研磨と第２段階の研磨を別々の研磨装置に行ってももい。また、第１段階の研磨と第２段階の研磨を行った基板に対して、第３段階の研磨を行うようにしているが、第１段階または第２段階の一方の研磨を行った基板に対して、第３段階の研磨を行うようにしても良い。
【００９４】
更に、ＣＭＰ後、イオン注入後、活性化アニール後またはＲＩＥ後の基板に対し、図６に示す研磨装置を使用して、表面仕上げ研磨（第３段階の研磨）を行うようにしても良い。
【００９５】
図１６は、本発明の他の実施形態の研磨装置３０Ｅの概要を示す断面図である。この研磨装置３０Ｅは、例えば図１に示す研磨装置３０Ｃ，３０Ｄの少なくとも一方に置き換えられて、第３段階の研磨に使用される。
【００９６】
図１６に示すように、この研磨装置３０Ｅは、内部に水２３２を保持する容器３００を有している。この水２３２として、例えば、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が使用される。容器３００の底部には、光透過性の回転テーブル３０２が取り付けられ、この回転テーブル３０２の上面に研磨パッド３０４が取り付けられている。これによって、容器３００の内部に水２３２を満たした時に、研磨パッド３０４は、水２３２の中に浸漬されるようになっている。研磨パッド３０４の少なくとも表面（上面）には、例えば白金からなる導電性部材が真空蒸着等によって形成されている。
【００９７】
容器３００は、回転自在な回転軸３０６の上端に連結されており、容器３００の底板には、回転軸３０６の周囲に沿ってリング状に延びて回転テーブル３０２によって閉塞された開口部３００ａが形成されている。この開口部３００ａ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３０８が配置されている。更に、研磨パッド３０４の光源３０８に対向する領域には、多数の貫通孔３０４ａが形成されている。これによって、光源３０８から放射された励起光、好ましくは紫外線は、容器３００の開口部３００ａ内を通過した後、研磨パッド３０４の貫通孔３０４ａの内部を通過して、該研磨パッド３０４の上方に達するようになっている。
【００９８】
容器３００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３１０が配置されている。基板ホルダ３１０は、上下動及び回転自在な主軸３１２の下端に連結されている。この基板ホルダ３１０及び主軸３１２は、図３に示す基板ホルダ１４４及び主軸１４６と同様な構成を有しているので、ここでは重複した説明を省略する。
【００９９】
この例では、基板ホルダ３１０で保持した基板１４２と研磨パッド３０４との間に電圧を印加する電源３１４が備えられている。この電源３１４の陽極から延びる導線３１６ａには、電流計３１８が介装されている。電源３１４の陽極から延びる導線３１６ａは、基板ホルダ３１０で保持した基板１４２に接続され、電源３１４の陰極から延びる導線３１６ｂは、研磨パッド３０４に接続される。
【０１００】
例えば、深い傷が局所的に存在する基板を研磨するには、傷を取り除くために削り量を大きくする必要がある。この場合、研磨が進行し基板の大部分が平坦になると研磨レートが低くなるため、局所的に存在する深い傷を除去するまでの所要時間が非常に長くなる。このような場合に、図１６に示す研磨装置３０Ｅを使用し、基板１４２の表面に励起光を照射し、必要に応じて、基板１４２と研磨パッド３０４との間に電圧を印加しながら基板１４２の表面を研磨すると、図１７に示すように、基板１４２の表面は、励起光照射の影響によって微小なエッチピッド（１〜２ｎｍ）が生成されながら研磨される。このエッチピッドの存在により、表面が荒れた状態と同等の研磨レートで研磨されるため、研磨レートを低下させることなく大削り量の研磨を行うことができる。そして、励起光の照射及び電圧の印加を停止して仕上げ研磨を行うことで、基板の表面に生成されたエッチピッドを除去することができる。
【０１０１】
なお、照射する光は、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。
【０１０２】
例えば、前述のように、研磨装置３０Ａ，３０Ｂの一方で、光源１４０から励起光、好ましくは紫外線を放射し、更には、研磨定盤１３４と基板１４２との間に電圧を印加したまま、５分間の第１段階の研磨を、光源１４０から励起光、好ましくは紫外線を放射したまま、研磨定盤１３４と基板１４２との間への電圧の印加を停止して、２５分間の第２段階の研磨を連続して行う。
【０１０３】
次に、図１６に示す研磨装置３０Ｅを使用し、光源３０８から励起光、好ましくは紫外線を放射し、更には、必要に応じて、研磨パッド３０４と基板１４２との間に電圧を印加しながら、１５分間の第３段階の第１研磨を、光源１４０から励起光の照射及び研磨パッド３０４と基板１４２との間への電圧の印加を停止して、１５分間の第３段階の第２研磨を行う。
このように、第３段階の研磨を２つの研磨に分けて実施することで、例えば深い傷が局所的に存在する基板を効率的に研磨することができる。
【０１０４】
上記の例では、基板１４２の表面に励起光を照射しながら基板１４２の表面を研磨した後に、基板１４２の表面への励起光の照射を停止して仕上げ研磨を行っているが、基板１４２の表面に励起光を照射しながらの基板１４２の表面の研磨と、基板１４２の表面への励起光の照射を停止した状態での基板１４２の表面の研磨とを交互に繰り返すようにして、最終的には光の照射なしで仕上げ研磨を行って仕上げ研磨を終了させても良い。
【０１０５】
上記の例では、基板１４２の表面に励起光を照射し、必要に応じて、基板１４２と研磨パッド３０４との間に電圧を印加するようにしている。基板１４２の表面に励起光を照射することなく、基板１４２と研磨パッド３０４との間に電圧を印加することによっても、基板１４２の表面にエッチングピッドを生成させて研磨レートを高めることができる。
【０１０６】
図１８は、本発明の他の実施形態の研磨装置３０Ｆの概要を示す断面図である。この図１８に示す研磨装置３０Ｆの図１６に示す研磨装置３０Ｅと異なる点は、研磨パッド３０４の代わりに、貫通孔３２０ａを有する光透過エリアＥ１と貫通孔のない光非透過エリアＥ２を有する研磨パッド３２０を使用し、更に、基板ホルダ３１０が研磨パッド３２０上の光透過エリアＥ１と光非透過エリアＥ２との間を往復動するようにしている点にある。
【０１０７】
この例によれば、光源３０８から励起光を照射したまま、基板ホルダ３１０を研磨パッド３２０上の光透過エリアＥ１から光非透過エリアＥ２に移動させることで、基板ホルダ３１０で保持した基板１４２に対する励起光の照射を停止させることができる。
【符号の説明】
【０１０８】
３ 研磨部
３０Ａ，３０Ｂ、３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ 研磨装置
１３４ 研磨定盤
１３０ 処理溶液
１３２ 容器
１３６ 回転軸
１４０ 光源
１４２ 基板（ＧａＮ基板）
１４４ 基板ホルダ
１４６ 主軸
１５４ 金属膜（金属配線）
２３０ 回転テーブル
２３０ 水
２３２ 容器
２３８ ガス溶解器
２４１ 水供給ライン（水供給部）
２４２ 研磨パッド
２４４ 基板ホルダ
２４６ 主軸
２６０ 基材
２６２ 中間層
２６４ 導電性部材
３００ 容器
３０４，３２０ 研磨パッド
３０８ 光源
３１０ 基板ホルダ
３１２ 主軸
【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Ｇａ，Ａｌ若しくはＩｎ等の元素を含有する化合物半導体の単体基板、またはＧａ，Ａｌ若しくはＩｎ等の元素を含有する化合物半導体を載せた接合基板（エピタキシャル基板）等の基板の表面（被加工面）を平坦に研磨する研磨方法及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、酸化性処理溶液中に基板を配し、酸性または塩基性を有する固体触媒を基板の表面（被加工面）に接触または極接近させて配して、固体触媒と接触または極接近している被加工面の表面原子を酸化性処理溶液中に溶出させて該被加工面を加工するようにした触媒支援型化学加工法を提案している（特許文献１参照）。この触媒支援型化学加工法では、処理溶液中に配した基板の表面（被加工物）に光、好ましくは紫外線を照射したり、基板と固体触媒との間に電圧を印加したりすることで、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。この触媒支援型化学加工法によれば、化学的作用のみによる基板表面のダメージの小さな平坦化加工が可能となる。しかし、例えばＧａ元素を含む化合物半導体の単体基板の表面を実用的な所要時間で十分高精度な表面粗さに平坦化加工することは一般に困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２１０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
出願人は、Ｇａイオンを含有する液性が中性域のｐＨ緩衝溶液からなる処理溶液中にＧａ元素を含有する化合物半導体の基板を浸漬させ、基板表面に光を照射するか、または基板にバイアス電位を印加して、基板表面にＧａ酸化物を形成し、前記基板表面に形成されたＧａ酸化物と研磨定盤とを互いに接触させつつ相対運動させてＧａ酸化物を研磨除去できることを見出した（特願２００９−７８２３４参照）。
【０００５】
しかしながら、上記のように、基板表面に光を照射するか、または基板にバイアス電位を印加して基板表面にＧａ酸化膜を形成しつつ該酸化膜を研磨除去して、Ｇａ元素を含有する化合物半導体の基板表面を平坦化すると、研磨後の基板表面（被研磨面）が所望の平坦度を有するまで基板表面を平坦に研磨するのに多大の時間を要するか、または十分な平坦度を得ることができないことが判った。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、Ｇａ元素等を含有する化合物半導体の基板に対する所望の平坦度を有する表面仕上げを行うのに特に適した研磨方法及び研磨装置を提供し、これによって、例えばＧａ元素を含有する化合物半導体の基板表面を実用的な加工時間で表面精度高く平坦に加工できるように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、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の存在下で、Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面と、表面の少なくとも前記基板と接触する部位に導電性部材を有する研磨パッドの該表面とを互いに接触させつつ相対運動させて、前記基板表面を研磨することを特徴とする研磨方法である。
【０００８】
これにより、Ｇａ元素等を含有する化合物半導体の基板表面に対する平坦度を高めた表面仕上げ研磨を行うことができ、これによって、例えば、処理溶液中での光の照射及び／またはバイアス電位の印加を伴う研磨と組合せることによって、Ｇａ元素を含有する化合物半導体の基板表面が所望の平坦度を有するように研磨するのに要する時間を大幅に短縮することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、３．５〜６．０であることを特徴とする請求項１記載の研磨方法である。
ｐＨ３．５〜６．０の弱酸性の水は、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等のガスを溶解させることで製造される。ｐＨ３．５〜６．０の空気が溶解した水は、例えば純水や水道水を空気に触れさせ、空気中のＣＯ２成分を水に溶解させることにより製造される。空気が溶解した水は、ガス溶解器を用いて積極的に溶解させても良いし、純水や水道水を空気雰囲気にさらすことで空気を自然に溶解させてもよい。弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、３．５〜５．５であることが好ましい。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、水または空気が熔解した水、または電解イオン水の存在下で、少なくとも一部にＧａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面と、表面の少なくとも前記基板と接触する部位に導電性部材を有する研磨パッドの該表面とを互いに接触させつつ相対運動させて、前記基板表面を研磨することを特徴とする研磨方法である。
請求項４に記載の発明は、前記水は、Ｎ２パージ水であることを特徴とする請求項３記載の研磨方法である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記空気が溶解した水は、前記研磨パッドに純水または水道水を供給して研磨を開始し、研磨を空気雰囲気中で行うことにより、研磨中に空気中のＣＯ２が溶解した水であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記電解イオン水のｐＨは、３．５〜６．０または８．０以上であることを特徴とする請求項１または３記載の研磨方法である。
電解イオン水のｐＨは、３．５〜５．５または８．０以上であることが好ましい。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、前記導電性部材は、貴金属、遷移金属、グラファイト、導電性樹脂、導電性ゴムまたは導電性有機物であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨方法である。
貴金属としては、白金や金が挙げられ、遷移金属としては、Ａｇ，Ｆｅ，Ｎｉ及びＣｏが挙げられる。導電性有機物としては、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン及びポリパラフェニレンビニレンが挙げられる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、前記Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体は、ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法である。
ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓは、酸化物が弱酸性水溶液または弱アルカリ水溶液に溶解性を有するため、本研磨方法が適用できる。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、前記研磨パッドに設けた貫通孔を通して前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の研磨方法である。
請求項１０に記載の発明は、前記研磨パッドと前記基板との間に電圧を印加しながら該基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の研磨方法である。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、前記水または電解イオン水の温度、前記基板の温度、前記研磨パッドの温度の少なくとも一つを制御しながら前記基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の研磨方法である。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨する第１の研磨と、前記基板表面に励起光を照射することなく該基板表面を研磨する第２の研磨を連続して行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法である。
請求項１３に記載の発明は、前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨する第１の研磨と、前記基板表面に励起光を照射することなく該基板表面を研磨する第２の研磨を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法である。
【００１８】
請求項１４に記載の発明は、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加しながら前記基板表面を研磨する第３の研磨と、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加することなく前記基板表面を研磨する第４の研磨を連続して行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法である。
請求項１５に記載の発明は、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加しながら前記基板表面を研磨する第３の研磨と、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加することなく前記基板表面を研磨する第４の研磨を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法である。
【００１９】
請求項１６に記載の発明は、Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面を研磨する研磨装置であって、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を保持する容器と、表面の少なくとも前記基板と接触する部分に導電性部材を有し、前記水に浸漬させて前記容器内に配置される研磨パッドと、基板を保持して前記容器内の前記水に浸漬させ前記研磨パッドに接触させる基板ホルダと、前記研磨パッド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を有することを特徴とする研磨装置である。
【００２０】
請求項１７に記載の発明は、Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面を研磨する研磨装置であって、表面の少なくとも前記基板と接触する部分に導電性部材を有する研磨パッドと、基板を保持して前記研磨パッドに接触させる基板ホルダと、前記研磨パッド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、前記研磨パッドと前記基板ホルダで保持した基板との接触部に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を供給する水供給部とを有することを特徴とする研磨装置である。
【００２１】
請求項１８に記載の発明は、前記研磨パッドは多数の貫通孔を有し、前記研磨パッドに設けた多数の貫通孔を通して前記基板ホルダで保持した基板の表面に励起光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１６または１７記載の研磨装置である。
【００２２】
請求項１９に記載の発明は、前記研磨パッドは、多数の貫通孔を通して前記基板ホルダで保持した基板の表面に励起光を照射する光透過エリアと光非透過エリアとを有し、前記移動機構は、前記基板ホルダを前記研磨パッド上の光透過エリアと光非透過エリアとの間を往復動させるように構成されていることを特徴とする請求項１６または１７記載の研磨装置である。
【００２３】
請求項２０に記載の発明は、前記研磨パッドと前記基板ホルダで保持した基板とを結び、内部に電源を介装した導線を更に有することを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれかに記載の研磨装置である。
【００２４】
請求項２１に記載の発明は、前記空気が溶解した水は、前記研磨パッドに純水または水道水を供給して研磨を開始し、研磨を空気雰囲気中で行うことにより、研磨中に空気中のＣＯ２が溶解した水であることを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれかに記載の研磨装置である。
【００２５】
請求項２２に記載の発明は、前記導電性部材は、貴金属、遷移金属、グラファイト、導電性樹脂、導電性ゴムまたは導電性有機物であることを特徴とする請求項１６乃至２１のいずれかに記載の研磨装置である。
請求項２３に記載の発明は、前記Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体は、ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓであることを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれかに記載の研磨装置である。
【００２６】
請求項２４に記載の発明は、前記弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、３．５〜６．０であることを特徴とする請求項１６乃至２３のいずれかに記載の研磨装置である。
請求項２５に記載の発明は、前記電解イオン水のｐＨは、３．５〜６．０または８．０以上であることを特徴とする請求項１６乃至２４のいずれかに記載の研磨装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、Ｇａ元素等を含有する化合物半導体の基板表面に対する平坦度を高めた表面仕上げ研磨を行うことができ、これによって、例えば、処理溶液中での光の照射及び／またはバイアス電位の印加を伴う研磨と組合せることによって、つまり、処理溶液中での光の照射及び／またはバイアス電位の印加を伴う研磨レートの高い研磨を行った後、平坦度を高めた表面仕上げ研磨を行うことによって、Ｇａ元素等を含有する化合物半導体の基板表面が所望の平坦度を有するように研磨するのに要する時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】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２】図１に示す平坦化システムに備えられている研磨装置の概要を示す断面図である。
【図３】図２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４】図２に示す研磨装置の研磨定盤を示す拡大断面図である。
【図５】研磨定盤の他の例を示す拡大断面図である。
【図６】図１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７】図６に示す研磨装置の研磨パッドを示す拡大断面図である。
【図８】図６に示す研磨装置でＧａＮ基板を研磨した時の研磨レートと研磨時間の関係を示すグラフである。
【図９】（ａ）は、研磨前のＧａＮ基板表面の干渉顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１０】（ａ）は、第１段階の研磨後のＧａＮ基板表面の干渉顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１１】（ａ）は、第２段階の研磨後のＧａＮ基板表面の干渉顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１２】（ａ）は、第３段階の研磨後のＧａＮ基板表面の干渉顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１３】（ａ）は、実施例１における研磨後のＧａＮ基板表面の原子間力顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１４】（ａ）は、比較例１における研磨後のＧａＮ基板表面の原子間力顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１５】（ａ）は、実施例２における研磨後のＧａＮ基板表面の原子間力顕微鏡像を示す図で、（ｂ）は、同じく基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を示す図である。
【図１６】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１７】図１６に示す研磨装置を使用しＧａＮ基板表面に励起光を照射しながら研磨した時における研磨後のＧａＮ基板表面の原子間力顕微鏡像を示す図である。
【図１８】本発明の更に他の実施形態の研磨装置の概要を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、ＧａＮからなる単体基板（ＧａＮ基板）の表面を研磨して該表面を平坦化するようにした例を示す。なお、サファイア若しくはＳｉＣ等の基材表面にＧａＮを載せた接合基板（エピタキシャル基板）にも適用でき、ＧａＮ基板若しくはエピタキシャル基板に不純物（ドーパント）を注入し、ｐ型若しくはｎ型とした基板にも適用できる。また、ＧａＮ基板若しくはエピタキシャル基板に不純物（ドーパント）を注入し、基板表面に配線パターンを形成した基板、配線パターンを形成した後に更に活性化アニールを行った基板にも適用できる。更には、ＧａＮ以外のＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓ等の化合物半導体にも適用できる。
【００３０】
図１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基板の表面を研磨して該表面を平坦化するためのものである。図１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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
研磨部３は、基板表面（被加工面）の研磨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２台の研磨装置３０Ａ，３０Ｂと、第３段階の研磨を行う本発明の実施形態に係る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。
【００３５】
研磨装置３０Ａ，３０Ｂは、図２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溶液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、処理溶液１３０を容器１３２内に供給する処理溶液ノズル１３３が配置されている。この処理溶液１３０として、例えばｐＨ６．８６の燐酸緩衝溶液に、処理溶液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。
【００３６】
容器１３２の底部には、光透過性の研磨定盤１３４が取り付けられていており、容器１３２の内部に処理溶液１３０を注入した時に、研磨定盤１３４の上方が処理溶液１３０で満たされるようになっている。研磨定盤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。研磨定盤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、研磨定盤１３４の表面のみに固体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。
【００３７】
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定盤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１３２ａ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、研磨定盤１３４の内部を透過して、該研磨定盤１３４の上方に達するようになっている。
【００３８】
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、研磨定盤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。
【００３９】
さらに、この例では、基板ホルダ１４４で保持した基板１４２と研磨定盤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。
【００４０】
また、この例では、容器１３２の中に処理溶液１３０を満たして研磨定盤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、研磨定盤１３４の表面に処理溶液ノズル１３３から処理溶液１３０を滴下することにより基板１４２と研磨定盤１３４の表面に処理溶液１３０を供給して、処理溶液存在下で加工する滴下型の加工装置でも良い。
【００４１】
図３に示すように、基板ホルダ１４４は、処理溶液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。
【００４２】
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。
【００４３】
リテーナリング１７２と研磨定盤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の表面材質が研磨定盤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定盤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。
【００４４】
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１４４の裏面を吸着等によって保持した時に、基板１４４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を研磨定盤１３４に向けて押圧できるように構成されている。
【００４５】
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。
【００４６】
図４に示すように、研磨定盤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の底部に金属配線を構成する金属膜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、研磨定盤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５に示すように、研磨定盤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（金属配線）１５６を埋め込むようにしてもよい。
【００４７】
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２参照）が回転軸１４６内に延びて埋設されている。容器１３２の上方に配置された処理溶液供給ノズル１３３には、容器１３２の内部に供給する処理溶液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、研磨定盤１３４の内部には、研磨定盤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。
【００４８】
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、処理溶液１３０、研磨定盤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。
【００４９】
研磨装置３０Ａ，３０Ｂには、図１に示すように、研磨定盤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、研磨定盤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程度の表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、研磨定盤１３４の表面に砥粒を含むスラリが供給される。
【００５０】
更に、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で保持して基板１４２に接続される導線１５２ａと電源１４８から延びて研磨定盤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１４２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。
【００５１】
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専用の光源を光源１４０とは別に設けるようにしてもよい。
【００５２】
本発明の実施形態の研磨装置３０Ｃ，３０Ｄは、図６に示すように、上面を平坦にした回転自在な回転テーブル２３０と、この回転テーブル２３０の周縁部に立設されて回転テーブル２３０の上面との間に内部に水２３２を保持する容器２３４を形成するリング状の堰部材２３６を有している。この水２３２として、例えば、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が使用される。この弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、例えば３．５〜６．０、好ましくは３．５〜５．５であり、電解イオン水のｐＨは、例えば３．５〜６．０、好ましくは３．５〜５．５、または８．０以上である。
【００５３】
このｐＨ３．５〜６．０の弱酸性の水は、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ガスまたは空気中のＣＯ２等を溶解させることで製造される。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、研磨レートの低下を抑えつつ、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。また、この方法では酸、ｐＨ緩衝剤または酸化剤等の廃液処理が必要となる薬品を使用しないため、廃液処理に要するコストを削減できる他、研磨後の洗浄工程を簡易化できるといった特徴も有する。
【００５４】
この例では、回転テーブル２３０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２３８と熱交換器２４０を設置した水供給ライン（水供給部）２４１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２３６でＣＯ２等のガスまたは空気を溶解させて、ｐＨを３．５〜６、好ましくは３．５〜５．５にした水２３２を堰部材２３６で区画された容器２３４内に注入し、必要に応じて、容器２３４に注入される水２３２の温度を熱交換器２４０で所定の温度に調整するようにしている。なお、研磨初期には純水もしくは水道水を供給し、空気雰囲気中で研磨を行うことで、研磨と同時に純水もしくは水道水に空気中のＣＯ２を溶解させて、ｐＨが３．５〜６．０、好ましくは３．５〜５．５になるようにしても良い。
【００５５】
この例では、純水に、ＣＯ２等のガスまたは空気を溶解させて、ｐＨを３．５〜６、好ましくは３．５〜５．５にした水２３２を使用しているが、この水２３２の代わりに、水道水または純水にＮ２をパージさせた中性領域のＮ２パージ水を使用しても良い。このように、中性領域のＮ２パージ水を用いた場合、ｐＨを３．５〜６、好ましくは３．５〜５．５にした水２３２を使用した場合と比較して、加工レートは遅くなるが、同等の被加工面が得られる。
【００５６】
回転テーブル２３０の上面には、堰部材２３６で周囲を区画された容器２３４の内部に位置して、研磨部材である研磨パッド２４２が取り付けられ、容器２３４の内部に水２３２を注入した時に、研磨パッド２４２の上方が水２３２で満たされるようになっている。回転テーブル２３０の内部には、回転テーブル２３０の温度を制御する流体流路２３０ａが設けられている。
【００５７】
堰部材２３６で周囲を区画された容器２３４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２４４が配置され、基板ホルダ２４４は、上下動及び回転自在な主軸２４６の下端に連結されている。この基板ホルダ２４４及び主軸２４６は、図３に示す基板ホルダ１４４及び主軸１４６と同様な構成を有しているので、ここでは重複した説明を省略する。
【００５８】
研磨パッド２４２は、図７に示すように、例えばシェアＡ硬度５０〜９０で、表面に同心状のまたはスパイラル状等の溝２６０ａを設けた弾性体からなる基材２６０と、この基材２６０の表面に真空蒸着等によって形成された中間層２６２と、この中間層２６２の表面に真空蒸着等によって形成された導電性部材２６４を有している。このように、弾性体からなる基材２６０の表面に、中間層２６２を介在させつつ、導電性部材２６４を設けることで、基板１４２の表面（被研磨面）の長／短周期の凹凸に導電性部材２６４を容易に追従させることができる。
【００５９】
基材２６０の厚さは、例えば０．５〜５ｍｍで、基材２６０を構成する弾性材としては、例えばゴム、樹脂、発泡性樹脂または不織布等が挙げられる。また、弾性率の異なる２層以上の弾性材を重ね合わせて基材を構成するようにしてもよい。
【００６０】
中間層２６２は、例えば厚さが１〜１０ｎｍで、基材２６０と導電性部材２６４との密着性を向上させるために基材２６０と導電性部材２６４との間に介在され、基材２６０と導電性部材２６４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２６２を基材２６０の表面に真空蒸着で形成する場合、高温による基材２６０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２６２の表面に真空蒸着法で導電性部材２６４を形成する場合も同様である。
【００６１】
導電性部材２６４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２６４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２６４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２６４としては、白金が好ましく使用されるが、上記水２３２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、導電性ゴムまたは導電性有機物等を使用しても良い。導電性部材に遷移金属を用いる場合には、前記供給水として、純水もしくは水道水を電気分解し陰極で生成する水素を溶解した水（水素水）を用いることが好ましく、これにより、水中の溶存酸素による該導電性部材の腐食を抑制することができる。
【００６２】
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、水２３２、回転テーブル２３０の温度の少なくとも１つの制御して、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。
【００６３】
研磨装置３０Ｃ，３０Ｄには、図１に示すように、研磨定盤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。
【００６４】
この研磨装置３０Ｃ，３０Ｄによれば、基板ホルダ２４４で保持した基板１４２と研磨パッド２４２とを水２３２に浸漬させながら、基板１４２の表面と研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４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。なお、研磨パッド２４２の上面に水供給ライン２４１から水２３２を供給することで、基板ホルダ２４４で保持した基板１４２と研磨パッド２４２との間に水２３２を介在させつつ、研磨を行うようにしても良い。
【００６５】
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の表面と研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４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２６４に移動し、基板表面に正孔が残る。残った正孔に水２３２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、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎの酸化物は、二酸化炭素溶液等の弱酸や弱アルカリに可溶なため、接触部に形成された酸化物は、水２３２の内部に溶解して基板１４２の表面から除去される。
【００６６】
基板１４２の表面と研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４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、研磨パッド２４２の導電性部材２６４が基材２６０から剥がれたりすることを防止するため、例えば０．１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２であることが好ましく、０．４ｋｇｆ／ｃｍ２程度であることが特に好ましい。
【００６７】
図６に示す研磨装置を使用してＧａＮ基板を研磨した時の研磨レートの研磨時間との関係を図８に示す。水２３２として空気が溶けた純水を使用し、研磨パッド２４２として白金を蒸着させた研磨パッドをそれぞれ使用した。図８から、研磨開始時の研磨レートは、２２ｎｍ／ｈ程度であるが、研磨が進行するにつれて研磨レートが徐々に減少し、研磨終了時には研磨レートがほぼ０ｎｍ／ｈになることが判る。これは、研磨初期の表面が荒れた状態では研磨により除去される部分が多いために研磨レートが高いが、表面が平坦になると研磨により除去される部分が少なくなるために研磨レートが低くなるためであると考えられる。
【００６８】
なお、研磨パッド２４２の基材２６０及び中間層２６２を共に導電性部材で構成し、更に図６に仮想線で示すように、電源２７０の陽極から延びる導線２７２ａを基板ホルダ２４４で保持した基板１４２に、陰極から延びる導線２７２ｂを研磨パッド２４２の基材２６０にそれぞれ接続し、研磨パッド２４２の導電性部材２６４と基板ホルダ２４４で保持した基板１４２との間に電圧を印加しながら、基板１４２の表面の研磨を行うようにしてもよい。これにより、研磨レートを高めることができる。
【００６９】
図１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１（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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溶液１３０中に浸漬させる。このように基板１４２と研磨具１３４との間に処理溶液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。
【００７７】
この時、電源１４８のスイッチ１５０をＯＮにして、研磨定盤１３４と基板ホルダ１４４で保持した基板１４２との間に、研磨定盤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。
【００７８】
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、研磨定盤１３４と基板１４２との間に電圧を印加したまま、回転軸１３６を回転させて研磨定盤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の表面に研磨定盤１３４の表面を、好ましくは０．１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２程度の面圧で接触させる。これは、面圧０．１ｋｇｆ／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酸化物の研磨定盤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酸化物を選択的に除去し、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程度である。
【００７９】
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の表面で反射した光のベクトル解析を行ってフォトルミネッセンス光を測定し、これによって、第１段階の研磨の終点を検知する。
【００８０】
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、研磨定盤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と研磨定盤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で測定し、これによって、第２段階の研磨の終点を検知する。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
研磨装置３０Ｃは、その基板ホルダ２４４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２４４を容器２３４の上方に移動させ、基板ホルダ２４４を回転させながら下降させて、基板１４２を容器２３４の内部に保持した水２３２の中に浸漬させ、更に、下降させて、回転中の研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４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、水２３２の中で、基板１４２の表面と研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４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段階の研磨を行う。なお、水供給ライン２４１を通して、研磨パッド２４２の白金等の導電性部材２６４と基板１４２の表面との間に水２３２を供給しながら、第３段階の研磨を行っても良い。
【００８４】
第３段階の研磨を終了した後、基板表面に残った水２３２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２４４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２３２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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
例えば、研磨前のＧａＮ基板表面の干渉顕微鏡像を図９（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図９（ｂ）にそれぞれ示す。ＧａＮ基板の表面に対し、前述の励起光の照射と電圧の印加を伴う第１段階の研磨を研磨レート〜１０００ｎｍ／ｈで５分間行った時の基板表面の干渉顕微鏡像を図１０（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１０（ｂ）にそれぞれ示す。ＧａＮ基板の表面に対し、前述第１段階の研磨を行った後、前述の励起光の照射のみを伴う第２段階の研磨を研磨レート〜２００ｎｍ／ｈで３０分間行った時の基板表面の干渉顕微鏡像を図１１（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１１（ｂ）にそれぞれ示す。更に、ＧａＮ基板の表面に対し、前述の第１段階の研磨及び第２段階の研磨を行った後、導電性部材として白金を、水として純水にＣＯ２を溶解させてｐＨを５．５にしたものを、それぞれ使用した前述の第３段階の研磨を研磨レート〜１０ｎｍ／ｈで１８０分行った時の基板表面の干渉顕微鏡像を図１２（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１２（ｂ）にそれぞれ示す。
【００８８】
図９〜図１２により、表面粗さＲａ：５．２７１μｍであったＧａＮ基板の表面が、第１段階の研磨を５分間行うことで、表面粗さＲａ：４．１７となり、第２段階の研磨を３０分間行うことで、表面粗さＲａ：０．３６３μｍとなり、更に第３段階の研磨を１８０分間行うことで表面粗さＲａ：０．０８３μｍとなる。これによって、約２１５分の研磨で表面の十分な平坦度を有する基板が得られることが判る。
【実施例１】
【００８９】
基板表面に対し、励起光の照射と電圧の印加を伴う第１段階の研磨と、励起光の照射のみを伴う第２段階の研磨を順次行ったＧａＮ基板を用意した。そして、このＧａＮ基板の表面に対し、図６に示す研磨装置を使用して第３段階の研磨（表面仕上げ研磨）を行った。この図６に示す研磨装置において、導電性部材２６４として白金を使用して、ガス溶解器２３８で純水に空気中のＣＯ２を溶解させてｐＨを５．５とした水２３２を堰部材２３６で区画された容器２３４内に注入させた。そして、研磨時間３時間、回転テーブル２３０の回転速度を１０ｒｐｍ、基板表面と導電性部材（白金）２３６との接触圧（押圧力）を０．４ｋｇｆ／ｃｍ２として、３時間の研磨を行った。
【００９０】
研磨後の基板表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像を図１３（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１３（ｂ）にそれぞれ示す。図１３（ａ）から結晶欠陥に依存するエッチピットは観察されず、また図１３（ｂ）から明瞭なテラス−ステップ構造が観察され、原子レベルで平坦かつダメージレスの研磨が行われたことが判る。
【比較例１】
【００９１】
ガス溶解器２３８で純水に空気中のＣＯ２を溶解させてｐＨを５．５とした水２３２の代わりに、ＨＦを溶解させたＨＦ溶解液を使用し、その他は実施例１と同様な条件でＧａＮ基板表面の研磨を行った。
研磨後の基板表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像を図１４（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１４（ｂ）にそれぞれ示す。図１４（ｂ）から明瞭なテラス−ステップ構造が観察されるものの、図１４（ａ）からテラス上に深さ０．５ｎｍのエッチピットが帯状に観察されることが判る。これは結晶欠陥等が腐食性の強いＨＦにより選択的にエッチングされた結果であると考えられる。
【実施例２】
【００９２】
ＧａＮ単体からなるＧａＮ基板の代わりに、サファイア基板の表面にＧａＮを載せた接合基板（エピタキシャル基板）使用し、その他は実施例１と同様な条件でＧａＮ表面の研磨を行った。
研磨後の基板表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像を図１５（ａ）に、基板表面の距離（Distance）と高さ（Height）の関係を図１５（ｂ）にそれぞれ示す。図１５（ａ）から結晶欠陥に依存するエッチピットは観察されず、また図１５（ｂ）から明瞭なテラス−ステップ構造が観察され、原子レベルで平坦かつダメージレスの研磨が行われたことが判る。
ここでは、サファイア基板の表面にＧａＮを載せた接合基板の研磨結果について説明しているが、ＳｉＣ基板の表面にＧａＮを載せた接合基板、Ｓｉ基板の表面にＧａＮを載せた接合基板、及びＧａＡｓ基板の表面にＧａＮを載せた接合基板でも同様に研磨することができる。
【００９３】
なお、上記例では、第１段階の研磨と第２段階の研磨を同じ研磨装置に行うようにしているが、第１段階の研磨と第２段階の研磨を別々の研磨装置に行ってももい。また、第１段階の研磨と第２段階の研磨を行った基板に対して、第３段階の研磨を行うようにしているが、第１段階または第２段階の一方の研磨を行った基板に対して、第３段階の研磨を行うようにしても良い。
【００９４】
更に、ＣＭＰ後、イオン注入後、活性化アニール後またはＲＩＥ後の基板に対し、図６に示す研磨装置を使用して、表面仕上げ研磨（第３段階の研磨）を行うようにしても良い。
【００９５】
図１６は、本発明の他の実施形態の研磨装置３０Ｅの概要を示す断面図である。この研磨装置３０Ｅは、例えば図１に示す研磨装置３０Ｃ，３０Ｄの少なくとも一方に置き換えられて、第３段階の研磨に使用される。
【００９６】
図１６に示すように、この研磨装置３０Ｅは、内部に水２３２を保持する容器３００を有している。この水２３２として、例えば、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が使用される。容器３００の底部には、光透過性の回転テーブル３０２が取り付けられ、この回転テーブル３０２の上面に研磨パッド３０４が取り付けられている。これによって、容器３００の内部に水２３２を満たした時に、研磨パッド３０４は、水２３２の中に浸漬されるようになっている。研磨パッド３０４の少なくとも表面（上面）には、例えば白金からなる導電性部材が真空蒸着等によって形成されている。
【００９７】
容器３００は、回転自在な回転軸３０６の上端に連結されており、容器３００の底板には、回転軸３０６の周囲に沿ってリング状に延びて回転テーブル３０２によって閉塞された開口部３００ａが形成されている。この開口部３００ａ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３０８が配置されている。更に、研磨パッド３０４の光源３０８に対向する領域には、多数の貫通孔３０４ａが形成されている。これによって、光源３０８から放射された励起光、好ましくは紫外線は、容器３００の開口部３００ａ内を通過した後、研磨パッド３０４の貫通孔３０４ａの内部を通過して、該研磨パッド３０４の上方に達するようになっている。
【００９８】
容器３００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３１０が配置されている。基板ホルダ３１０は、上下動及び回転自在な主軸３１２の下端に連結されている。この基板ホルダ３１０及び主軸３１２は、図３に示す基板ホルダ１４４及び主軸１４６と同様な構成を有しているので、ここでは重複した説明を省略する。
【００９９】
この例では、基板ホルダ３１０で保持した基板１４２と研磨パッド３０４との間に電圧を印加する電源３１４が備えられている。この電源３１４の陽極から延びる導線３１６ａには、電流計３１８が介装されている。電源３１４の陽極から延びる導線３１６ａは、基板ホルダ３１０で保持した基板１４２に接続され、電源３１４の陰極から延びる導線３１６ｂは、研磨パッド３０４に接続される。
【０１００】
例えば、深い傷が局所的に存在する基板を研磨するには、傷を取り除くために削り量を大きくする必要がある。この場合、研磨が進行し基板の大部分が平坦になると研磨レートが低くなるため、局所的に存在する深い傷を除去するまでの所要時間が非常に長くなる。このような場合に、図１６に示す研磨装置３０Ｅを使用し、基板１４２の表面に励起光を照射し、必要に応じて、基板１４２と研磨パッド３０４との間に電圧を印加しながら基板１４２の表面を研磨すると、図１７に示すように、基板１４２の表面は、励起光照射の影響によって微小なエッチピッド（１〜２ｎｍ）が生成されながら研磨される。このエッチピッドの存在により、表面が荒れた状態と同等の研磨レートで研磨されるため、研磨レートを低下させることなく大削り量の研磨を行うことができる。そして、励起光の照射及び電圧の印加を停止して仕上げ研磨を行うことで、基板の表面に生成されたエッチピッドを除去することができる。
【０１０１】
なお、照射する光は、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。
【０１０２】
例えば、前述のように、研磨装置３０Ａ，３０Ｂの一方で、光源１４０から励起光、好ましくは紫外線を放射し、更には、研磨定盤１３４と基板１４２との間に電圧を印加したまま、５分間の第１段階の研磨を、光源１４０から励起光、好ましくは紫外線を放射したまま、研磨定盤１３４と基板１４２との間への電圧の印加を停止して、２５分間の第２段階の研磨を連続して行う。
【０１０３】
次に、図１６に示す研磨装置３０Ｅを使用し、光源３０８から励起光、好ましくは紫外線を放射し、更には、必要に応じて、研磨パッド３０４と基板１４２との間に電圧を印加しながら、１５分間の第３段階の第１研磨を、光源１４０から励起光の照射及び研磨パッド３０４と基板１４２との間への電圧の印加を停止して、１５分間の第３段階の第２研磨を行う。
このように、第３段階の研磨を２つの研磨に分けて実施することで、例えば深い傷が局所的に存在する基板を効率的に研磨することができる。
【０１０４】
上記の例では、基板１４２の表面に励起光を照射しながら基板１４２の表面を研磨した後に、基板１４２の表面への励起光の照射を停止して仕上げ研磨を行っているが、基板１４２の表面に励起光を照射しながらの基板１４２の表面の研磨と、基板１４２の表面への励起光の照射を停止した状態での基板１４２の表面の研磨とを交互に繰り返すようにして、最終的には光の照射なしで仕上げ研磨を行って仕上げ研磨を終了させても良い。
【０１０５】
上記の例では、基板１４２の表面に励起光を照射し、必要に応じて、基板１４２と研磨パッド３０４との間に電圧を印加するようにしている。基板１４２の表面に励起光を照射することなく、基板１４２と研磨パッド３０４との間に電圧を印加することによっても、基板１４２の表面にエッチングピッドを生成させて研磨レートを高めることができる。
【０１０６】
図１８は、本発明の他の実施形態の研磨装置３０Ｆの概要を示す断面図である。この図１８に示す研磨装置３０Ｆの図１６に示す研磨装置３０Ｅと異なる点は、研磨パッド３０４の代わりに、貫通孔３２０ａを有する光透過エリアＥ１と貫通孔のない光非透過エリアＥ２を有する研磨パッド３２０を使用し、更に、基板ホルダ３１０が研磨パッド３２０上の光透過エリアＥ１と光非透過エリアＥ２との間を往復動するようにしている点にある。
【０１０７】
この例によれば、光源３０８から励起光を照射したまま、基板ホルダ３１０を研磨パッド３２０上の光透過エリアＥ１から光非透過エリアＥ２に移動させることで、基板ホルダ３１０で保持した基板１４２に対する励起光の照射を停止させることができる。
【符号の説明】
【０１０８】
３ 研磨部
３０Ａ，３０Ｂ、３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ 研磨装置
１３４ 研磨定盤
１３０ 処理溶液
１３２ 容器
１３６ 回転軸
１４０ 光源
１４２ 基板（ＧａＮ基板）
１４４ 基板ホルダ
１４６ 主軸
１５４ 金属膜（金属配線）
２３０ 回転テーブル
２３０ 水
２３２ 容器
２３８ ガス溶解器
２４１ 水供給ライン（水供給部）
２４２ 研磨パッド
２４４ 基板ホルダ
２４６ 主軸
２６０ 基材
２６２ 中間層
２６４ 導電性部材
３００ 容器
３０４，３２０ 研磨パッド
３０８ 光源
３１０ 基板ホルダ
３１２ 主軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の存在下で、Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面と、表面の少なくとも前記基板と接触する部位に導電性部材を有する研磨パッドの該表面とを互いに接触させつつ相対運動させて、前記基板表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、３．５〜６．０であることを特徴とする請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】
水または空気が熔解した水、または電解イオン水の存在下で、少なくとも一部にＧａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面と、表面の少なくとも前記基板と接触する部位に導電性部材を有する研磨パッドの該表面とを互いに接触させつつ相対運動させて、前記基板表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項４】
前記水は、Ｎ２パージ水であることを特徴とする請求項３記載の研磨方法。
【請求項５】
前記空気が溶解した水は、前記研磨パッドに純水または水道水を供給して研磨を開始し、研磨を空気雰囲気中で行うことにより、研磨中に空気中のＣＯ２が溶解した水であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項６】
前記電解イオン水のｐＨは、３．５〜６．０または８．０以上であることを特徴とする請求項１または３記載の研磨方法。
【請求項７】
前記導電性部材は、貴金属、遷移金属、グラファイト、導電性樹脂、導電性ゴムまたは導電性有機物であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項８】
前記Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体は、ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項９】
前記研磨パッドに設けた貫通孔を通して前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１０】
前記研磨パッドと前記基板との間に電圧を印加しながら該基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１１】
前記水または電解イオン水の温度、前記基板の温度、前記研磨パッドの温度の少なくとも一つを制御しながら前記基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１２】
前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨する第１の研磨と、前記基板表面に励起光を照射することなく該基板表面を研磨する第２の研磨を連続して行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１３】
前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨する第１の研磨と、前記基板表面に励起光を照射することなく該基板表面を研磨する第２の研磨を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１４】
前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加しながら前記基板表面を研磨する第３の研磨と、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加することなく前記基板表面を研磨する第４の研磨を連続して行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１５】
前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加しながら前記基板表面を研磨する第３の研磨と、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加することなく前記基板表面を研磨する第４の研磨を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１６】
Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面を研磨する研磨装置であって、
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を保持する容器と、
表面の少なくとも前記基板と接触する部分に導電性部材を有し、前記水に浸漬させて前記容器内に配置される研磨パッドと、
基板を保持して前記容器内の前記水に浸漬させ前記研磨パッドに接触させる基板ホルダと、
前記研磨パッド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を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項１７】
Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面を研磨する研磨装置であって、
表面の少なくとも前記基板と接触する部分に導電性部材を有する研磨パッドと、
基板を保持して前記研磨パッドに接触させる基板ホルダと、
前記研磨パッド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、
前記研磨パッドと前記基板ホルダで保持した基板との接触部に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を供給する水供給部とを有することを特徴とする研磨装置。
【請求項１８】
前記研磨パッドは多数の貫通孔を有し、前記研磨パッドに設けた多数の貫通孔を通して前記基板ホルダで保持した基板の表面に励起光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１６または１７記載の研磨装置。
【請求項１９】
前記研磨パッドは、多数の貫通孔を通して前記基板ホルダで保持した基板の表面に励起光を照射する光透過エリアと光非透過エリアとを有し、
前記移動機構は、前記基板ホルダを前記研磨パッド上の光透過エリアと光非透過エリアとの間を往復動させるように構成されていることを特徴とする請求項１６または１７記載の研磨装置。
【請求項２０】
前記研磨パッドと前記基板ホルダで保持した基板とを結び、内部に電源を介装した導線を更に有することを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項２１】
前記空気が溶解した水は、前記研磨パッドに純水または水道水を供給して研磨を開始し、研磨を空気雰囲気中で行うことにより、研磨中に空気中のＣＯ２が溶解した水であることを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項２２】
前記導電性部材は、貴金属、遷移金属、グラファイト、導電性樹脂、導電性ゴムまたは導電性有機物であることを特徴とする請求項１６乃至２１のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項２３】
前記Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体は、ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓであることを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項２４】
前記弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、３．５〜６．０であることを特徴とする請求項１６乃至２３のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項２５】
前記電解イオン水のｐＨは、３．５〜６．０または８．０以上であることを特徴とする請求項１６乃至２４のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項１】
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の存在下で、Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面と、表面の少なくとも前記基板と接触する部位に導電性部材を有する研磨パッドの該表面とを互いに接触させつつ相対運動させて、前記基板表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、３．５〜６．０であることを特徴とする請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】
水または空気が熔解した水、または電解イオン水の存在下で、少なくとも一部にＧａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面と、表面の少なくとも前記基板と接触する部位に導電性部材を有する研磨パッドの該表面とを互いに接触させつつ相対運動させて、前記基板表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項４】
前記水は、Ｎ２パージ水であることを特徴とする請求項３記載の研磨方法。
【請求項５】
前記空気が溶解した水は、前記研磨パッドに純水または水道水を供給して研磨を開始し、研磨を空気雰囲気中で行うことにより、研磨中に空気中のＣＯ２が溶解した水であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項６】
前記電解イオン水のｐＨは、３．５〜６．０または８．０以上であることを特徴とする請求項１または３記載の研磨方法。
【請求項７】
前記導電性部材は、貴金属、遷移金属、グラファイト、導電性樹脂、導電性ゴムまたは導電性有機物であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項８】
前記Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体は、ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項９】
前記研磨パッドに設けた貫通孔を通して前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１０】
前記研磨パッドと前記基板との間に電圧を印加しながら該基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１１】
前記水または電解イオン水の温度、前記基板の温度、前記研磨パッドの温度の少なくとも一つを制御しながら前記基板表面を研磨することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１２】
前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨する第１の研磨と、前記基板表面に励起光を照射することなく該基板表面を研磨する第２の研磨を連続して行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１３】
前記基板表面に励起光を照射しながら該基板表面を研磨する第１の研磨と、前記基板表面に励起光を照射することなく該基板表面を研磨する第２の研磨を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１４】
前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加しながら前記基板表面を研磨する第３の研磨と、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加することなく前記基板表面を研磨する第４の研磨を連続して行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１５】
前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加しながら前記基板表面を研磨する第３の研磨と、前記基板と前記研磨パッドとの間に電圧を印加することなく前記基板表面を研磨する第４の研磨を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１６】
Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面を研磨する研磨装置であって、
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を保持する容器と、
表面の少なくとも前記基板と接触する部分に導電性部材を有し、前記水に浸漬させて前記容器内に配置される研磨パッドと、
基板を保持して前記容器内の前記水に浸漬させ前記研磨パッドに接触させる基板ホルダと、
前記研磨パッド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を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項１７】
Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体の基板表面を研磨する研磨装置であって、
表面の少なくとも前記基板と接触する部分に導電性部材を有する研磨パッドと、
基板を保持して前記研磨パッドに接触させる基板ホルダと、
前記研磨パッド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、
前記研磨パッドと前記基板ホルダで保持した基板との接触部に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を供給する水供給部とを有することを特徴とする研磨装置。
【請求項１８】
前記研磨パッドは多数の貫通孔を有し、前記研磨パッドに設けた多数の貫通孔を通して前記基板ホルダで保持した基板の表面に励起光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１６または１７記載の研磨装置。
【請求項１９】
前記研磨パッドは、多数の貫通孔を通して前記基板ホルダで保持した基板の表面に励起光を照射する光透過エリアと光非透過エリアとを有し、
前記移動機構は、前記基板ホルダを前記研磨パッド上の光透過エリアと光非透過エリアとの間を往復動させるように構成されていることを特徴とする請求項１６または１７記載の研磨装置。
【請求項２０】
前記研磨パッドと前記基板ホルダで保持した基板とを結び、内部に電源を介装した導線を更に有することを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項２１】
前記空気が溶解した水は、前記研磨パッドに純水または水道水を供給して研磨を開始し、研磨を空気雰囲気中で行うことにより、研磨中に空気中のＣＯ２が溶解した水であることを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項２２】
前記導電性部材は、貴金属、遷移金属、グラファイト、導電性樹脂、導電性ゴムまたは導電性有機物であることを特徴とする請求項１６乃至２１のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項２３】
前記Ｇａ，Ａｌ及びＩｎのいずれかを含有する化合物半導体は、ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ，ＩｎＮ，ＩｎＰまたはＩｎＡｓであることを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項２４】
前記弱酸性の水または空気が溶解した水のｐＨは、３．５〜６．０であることを特徴とする請求項１６乃至２３のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項２５】
前記電解イオン水のｐＨは、３．５〜６．０または８．０以上であることを特徴とする請求項１６乃至２４のいずれかに記載の研磨装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１４６６９５（Ｐ２０１１−１４６６９５Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７９４２（Ｐ２０１０−２７７９４２）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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