KR20120102109A - 연마 방법, 연마 장치, 및 연마 공구 - Google Patents

연마 방법, 연마 장치, 및 연마 공구 Download PDF

Info

Publication number
KR20120102109A
KR20120102109A KR1020127017924A KR20127017924A KR20120102109A KR 20120102109 A KR20120102109 A KR 20120102109A KR 1020127017924 A KR1020127017924 A KR 1020127017924A KR 20127017924 A KR20127017924 A KR 20127017924A KR 20120102109 A KR20120102109 A KR 20120102109A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
polishing
light
measuring
damage level
Prior art date
Application number
KR1020127017924A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101692574B1 (ko
Inventor
야스히사 사노
가즈또 야마우찌
준지 무라따
다께시 오까모또
? 사다꾸니
게이따 야기
Original Assignee
가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2009284491A external-priority patent/JP2011125938A/ja
Priority claimed from JP2009284494A external-priority patent/JP5403359B2/ja
Application filed by 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼, 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸 filed Critical 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Publication of KR20120102109A publication Critical patent/KR20120102109A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101692574B1 publication Critical patent/KR101692574B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • H01L21/32125—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP] by simultaneously passing an electrical current, i.e. electrochemical mechanical polishing, e.g. ECMP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/0053—Control means for lapping machines or devices detecting loss or breakage of a workpiece during lapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/10—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Ga의 원소를 함유하는 화합물 반도체의 기판의 표면이 실질적인 처리 시간 내에 높은 표면 정확성으로 편평화될 수 있도록, Ga 등과 같은 원소를 함유하는 화합물 반도체의 기판의 표면을 원하는 수준의 편평도로 마무리하는데 특히 적합한 연마 방법 및 연마 장치가 제공된다. 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수와 같은 물(232)의 존재 시에, Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판(142)의 표면과 기판(142)과 접촉 유지되는 표면의 영역 내에서 전기 전도성 부재(264)를 갖는 연마 패드(242)의 표면이 서로 접촉 유지되면서 상대 이동되어, 기판(142)의 표면을 연마한다.

Description

연마 방법, 연마 장치, 및 연마 공구{POLISHING METHOD, POLISHING APPARATUS AND POLISHING TOOL}
본 발명은 연마 방법 및 연마 장치에 관한 것이고, 특히 Ga, Al, In 등과 같은 원소를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 단일 기판, 또는 Ga, Al, In 등과 같은 원소를 함유하는 화합물 반도체가 장착되는 결합 기판(성장 기판)과 같은 기판의 표면(처리되어야 하는 표면)의 평탄화 연마를 수행하기 위한 연마 방법 및 연마 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 연마 공정의 종점(예컨대, 연마 공정의 정지 또는 연마 조건의 변화)의 시점을 결정하기 위해 연마 공정의 진행을 모니터링하면서 기판의 표면(처리되어야 하는 표면)의 평탄화 연마를 수행하기 위한, 촉매 기준 화학 처리 시스템과 같은, 연마 방법 및 연마 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 촉매 기준 화학 처리 시스템 내에 제공되는 연마 공구에 관한 것이다.
본 출원인은 기판을 산성 처리 용액 내에 위치시키고, 산성 또는 염기성 고체 촉매를 기판의 표면과 접촉하게 또는 매우 근접하게 위치시키고, 고체 촉매와 접촉하여 또는 매우 근접하여 유지되는 표면의 표면 분자를 산성 처리 용액 내로 용출시킴으로써, 기판의 표면(처리되어야 하는 표면)을 처리하기 위한 촉매 기준 화학적 처리 시스템을 제안하였다 (일본 특허 출원 공개 제2008-121099호 참조). 촉매 기준 화학적 처리 시스템에 따르면, 기판(작업편)의 표면은 광, 바람직하게는 자외광으로 조사되거나, 전압이 기판과 고체 촉매 사이에 인가되어, 가공 속도를 증가시키기 위한 표면의 산화를 증진시킨다. 촉매 기준 화학적 처리 시스템은 기판의 표면에 대한 손상을 거의 일으키지 않으면서, 화학적 작용만으로 기판의 표면을 평탄화하는 것을 가능케 한다. 그러나, 실질적인 주어진 기간 내에 충분히 고도로 정확한 표면 조도로, 예를 들어, Ga 원소를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 단일 기판의 표면을 평탄화하는 것은 대체로 어렵다.
최근의 고도로 집적된 반도체 장치에 대해 미세한, 다층 상호 연결에 대한 요구는 반도체 웨이퍼 등과 같은 기판의 표면 상의 금속 필름과 같은 필름의 표면이 고도로 평탄화되는 것을 요구한다. 그러한 요구를 충족시키기 위해, 화학 기계적 연마(CMP)에 따라 표면 불균일부를 제거함으로써 기판의 표면 상의 필름의 표면을 평탄화하는 것이 매우 보편적이었다. 화학 기계적 연마 공정에서, 필름이 연마되는 동안, 원하는 위치에서 필름을 연마하는 것을 정지시키기 위해 필름의 연마 상태를 모니터링하는 것이 필요하다. 그러므로, 금속 필름에 유도 자기장을 인가하고 에디 전류 센서에 의해 금속 필름의 표면 내에서 발생되는 에디 전류의 감쇠 속도를 검출하여 금속 필름의 두께를 측정함으로써, 기판의 표면 상에 형성되는 전기 전도성 금속 필름의 연마 상태를 모니터링하는 것이 일반적인 관례였다.
본 출원인은 기판의 표면 상의 필름의 표면(연마되어야 하는 표면)에 광을 인가하고, 표면으로부터 반사되는 광을 분광계에 의해 분광 데이터로 분해하고, 분광 데이터에 기초하여 필름의 두께를 측정함으로써, 기판의 표면 상에 형성되는 필름의 연마 상태를 모니터링하기 위한 장치를 제안하였다 (일본 특허 출원 공개 제2004-154928호 참조).
본 출원인은 또한 Sic, GaN 등과 같은 처리가 어려운 재료의 반도체 기판을 정밀하고 효율적으로 연마하는 연마 방법으로서, 반도체 기판의 표면과 적어도 표면이 촉매로 만들어진 접촉 플래튼(연마 공구)을 서로 접촉 유지하고, 이들을 처리 액체 내에서 서로에 대해 이동시킴으로써, 반도체 기판의 표면(연마되어야 하는 표면)을 연마하는 연마 방법을 제안하였다 (일본 특허 출원 공개 제2009-117782호 참조). 접촉 플래튼은, 예를 들어, 몰리브덴 등의 기부 및 기부의 표면에 부착되는 백금 등의 촉매를 포함한다.
본 출원인은 Ga 원소를 함유하는 화합물 반도체의 기판이 Ga 이온을 함유하는 중성 pH의 pH 완충 용액을 포함하는 처리 액체 내에 침지되고, 광이 기판의 표면에 인가되거나 바이어스 전위가 기판에 인가될 때, Ga 산화물이 기판의 표면 상에 형성되고, 형성된 Ga 산화물은 Ga 산화물과 연마 플래튼(연마 공구)을 서로 접촉 유지하고 이들을 서로에 대해 이동시킴으로써 연마될 수 있음을 발견하였다 (일본 특허 출원 제2009-78234호 참조).
그러나, Ga 산화물을 형성하기 위해 광이 기판의 표면에 인가되거나 바이어스 전위가 기판에 인가되고, Ga 산화물이 Ga 원소를 함유하는 화합물 반도체의 기판의 표면을 편평화하기 위해 연마되면, 연마 표면이 원하는 수준의 편평도를 달성할 때까지 기판의 표면을 연마하는 것이 오래 걸리거나, 연마 표면은 충분한 수준의 편평도를 달성하는 데 실패하는 것이 발견되었다.
예를 들어, 반도체만으로 만들어진 기판, 소위 베어 기판을 제조하는 공정에서, 잉곳으로 공지된 반도체 재료의 덩어리가 기판으로 절단되고, 그 후에 기판의 각각의 표면은 그로부터 손상부를 제거하기 위해 연마된다. 그러나, 지금까지, 연마 공정의 진행이 측정 원리에 기초하여 기판의 표면 상에 형성되는 필름을 제거하고 필름의 표면을 평탄화하기 위해 모니터링될 수 있지만, 연마 공정의 진행은 베어 기판과 같은, 필름이 없는 기판의 표면으로부터 손상부를 제거할 목적으로 모니터링될 수 없다.
접촉 플래튼(연마 공구)이 소정의 형상으로 절단된 기부 및 기부의 표면에 부착된 촉매로 구성되면, 예를 들어, 접촉 플래튼에 의해 연마된 후의 작업편의 연마 표면은 그가 절단될 때 기부의 표면 상에 형성된 버어(burr)에 의해 긁히는 경향이 있고, 기부의 표면의 표면 불균일부는 연마된 작업편으로 전달되는 경향이 있음이 발견되었다. 접촉 플래튼의 촉매는 촉매의 표면과 작업편의 표면 사이에서의 전자의 수용 시에 촉매로서 역할한다. 촉매는 촉매와 작업편이 서로에 대해 가압되어 서로에 대해 이동되는 동안 작업편의 표면이 처리될 때 기계적으로 마모되기 때문에 주기적으로 교체될 필요가 있다. 접촉 플래튼이 몰리브덴 등과 같은 기부 및 기부의 표면에 부착된 백금 등과 같은 촉매로 구성되면, 촉매가 교체되어야 할 때 접촉 플래튼을 전체적으로 교체하는 것이 필요하고, 따라서 접촉 플래튼은 비용이 많이 든다는 것 또한 발견되었다.
본 발명은 상기 상황에 비추어 이루어졌다. 그러므로, 본 발명의 제1 목적은 Ga 원소를 함유하는 화합물 반도체의 기판의 표면이 실질적인 처리 시간 내에 높은 표면 정확도로 편평화될 수 있도록, Ga 등과 같은 원소를 함유하는 화합물 반도체의 기판의 표면을 원하는 수준의 편평도로 마무리하기에 특히 적합한 연마 방법 및 연마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 기판의 표면이 연마됨과 동시에 기판의 표면에 대한 손상의 수준을 측정함으로써 연마 공정의 진행을 모니터링하면서 반도체만으로 만들어진 베어 기판과 같은 기판의 표면을 연마할 수 있는 연마 방법 및 연마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 편평하며 덜 긁히고, 기본적으로 촉매만이 교체되도록 허용함으로써 저렴하고 내구성으로 만들어지는 연마 표면을 제작할 수 있는 연마 공구, 및 그러한 연마 공구를 포함하는 연마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수의 존재 시에, 기판의 표면과 연마 패드의 표면을 서로 접촉 유지하면서, 기판의 표면과 기판과 접촉 유지되는 표면의 영역 내에서 전기 전도성 부재를 갖는 연마 패드의 표면을 상대 이동시킴으로써 Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판의 표면을 연마하는 연마 방법을 제공한다.
따라서, Ga 등과 같은 원소를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판의 표면은 높은 수준의 편평도로 마무리될 수 있다. 마무리 공정을 광의 인가 및/또는 바이어스 전위의 인가를 포함하는 연마 공정과 조합함으로써, Ga 등과 같은 원소를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판의 표면을 연마하기 위해 요구되는 시간이 크게 감소될 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양에서, 약산성수 또는 공기가 내부에 용해된 물은 3.5 내지 6.0의 범위 내의 pH를 갖는다.
3.5 내지 6.0의 범위 내의 pH를 갖는 약산성수는 산, pH 버퍼, 또는 산화제(H2O2, 오존수, 과황산염 등)를 첨가하지 않고서, 예를 들어, 정제수 또는 수돗물 내로 CO2의 기체를 용해시킴으로써 제조된다. 3.5 내지 6.0의 범위 내의 pH를 갖는 공기가 내부에 용해된 물은 정제수 또는 수돗물을 공기와 접촉시키고 물 속으로 공기 중의 CO2를 용해시킴으로써 제조된다. 공기가 내부에 용해된 물은 기체 용해기에 의해 공기를 적극적으로 용해시킴으로써 또는 정제수 또는 수돗물을 공기 분위기에 노출시킴으로써 자연적으로 공기를 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 바람직하게는, 약산성수 또는 공기가 내부에 용해된 물의 pH는 3.5 내지 6.0의 범위 내이어야 한다.
본 발명은 또한 물, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수의 존재 시에, 기판의 표면과 연마 패드의 표면을 서로 접촉 유지하면서, 기판의 표면과 기판과 접촉 유지되는 표면의 영역 내에서 전기 전도성 부재를 갖는 연마 패드의 표면을 상대 이동시킴으로써 Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체로 적어도 부분적으로 만들어진 기판의 표면을 연마하는 다른 연마 방법을 제공한다.
물은 바람직하게는 N2-퍼징(purging)된 물이다.
본 발명의 바람직한 태양에서, 공기가 내부에 용해된 물은 기판의 표면이 정제수 또는 수돗물이 공급되는 연마 패드에 의해 연마되기 시작한 후에 기판의 표면이 공기 분위기 내에서 연마되는 동안, 공기 중의 CO2가 내부에 용해된 물을 포함한다.
본 발명의 바람직한 태양에서, 전기 전도성 부재는 귀금속, 전이 금속, 그래파이트, 전기 전도성 수지, 전기 전도성 고무, 또는 전기 전도성 유기 물질로 만들어진다.
귀금속은 백금 또는 금일 수 있고, 전이 금속은 Ag, Fe, Ni, 또는 Co일 수 있다. 전기 전도성 유기 물질은 폴리아세틸렌, 폴리파라페닐린, 폴리아닐린, 폴리치오푸란, 또는 폴리파라페닐린-비닐렌일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양에서, Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체는 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, 또는 InAs를 포함한다.
GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, 또는 InAs의 산화물이 약산성 또는 약염기성 수용액 내에서 용해 가능하므로, 이들은 본 발명에 따른 연마 방법에서 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양에서, 전해질 이온수는 3.5 내지 6.0의 범위 또는 8.0 이상의 pH를 갖는다.
본 발명의 바람직한 태양에서, 기판의 표면은 연마 패드 내에 제공된 관통 구멍을 거쳐 기판의 표면에 여기광을 인가하면서 연마된다.
대안적으로, 기판의 표면은 연마 패드와 기판 사이에 전압을 인가하면서 연마될 수 있다.
바람직하게는, 기판의 표면은 물 또는 전해질 이온수의 온도, 기판의 온도, 및 연마 패드의 온도 중 적어도 하나를 제어하면서 연마된다.
본 발명의 바람직한 태양에서, 기판의 표면에 여기광을 인가하면서 기판의 표면을 연마하기 위한 제1 연마 공정, 및 기판의 표면에 여기광을 인가하지 않고서 기판의 표면을 연마하기 위한 제2 연마 공정이 연속적으로 수행된다.
대안적으로, 기판의 표면에 여기광을 인가하면서 기판의 표면을 연마하기 위한 제1 연마 공정, 및 기판의 표면에 여기광을 인가하지 않고서 기판의 표면을 연마하기 위한 제2 연마 공정이 교대로 반복될 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양에서, 기판과 연마 패드 사이에 전압을 인가하면서 기판의 표면을 연마하기 위한 제3 연마 공정, 및 기판과 연마 패드 사이에 전압을 인가하지 않고서 기판의 표면을 연마하기 위한 제4 연마 공정이 연속적으로 수행된다.
대안적으로, 기판과 연마 패드 사이에 전압을 인가하면서 기판의 표면을 연마하기 위한 제3 연마 공정, 및 기판과 연마 패드 사이에 전압을 인가하지 않고서 기판의 표면을 연마하기 위한 제4 연마 공정이 교대로 반복된다.
본 발명은 또한 Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판의 표면을 연마하기 위한 연마 장치를 제공하고, 연마 장치는 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수를 내부에 유지하기 위한 용기, 기판과 접촉 유지되는 표면의 영역 내에서 전기 전도성 부재를 가지며, 물 속에 침지되면서 용기 내에 배치되는 연마 패드, 용기 내의 물 속에 기판을 침지시키면서, 기판을 유지하고 기판을 연마 패드와 접촉시키기 위한 기판 홀더, 및 연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서, 연마 패드와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘을 포함한다.
본 발명은 Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판의 표면을 연마하기 위한 다른 연마 장치를 제공하고, 연마 장치는 기판과 접촉 유지되는 표면의 영역 내에서 전기 전도성 부재를 갖는 연마 패드, 기판을 유지하고, 기판을 연마 패드와 접촉시키기 위한 기판 홀더, 연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 패드와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘, 및 연마 패드와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 접촉 영역으로 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수를 공급하기 위한 물 공급 섹션을 포함한다.
본 발명의 바람직한 태양에서, 연마 패드는 다수의 관통 구멍을 갖고, 연마 장치는 연마 패드의 관통 구멍을 거쳐 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 표면에 여기광을 인가하도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 태양에서, 연마 패드는 다수의 관통 구멍을 거쳐 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 표면에 여기광을 인가하기 위한 광 전달 영역, 및 광 비전달 영역을 갖고, 이동 메커니즘은 연마 패드 상의 광 전달 영역과 광 비전달 영역 사이에서 기판 홀더를 왕복시키도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 태양에서, 연마 장치는 연마 패드와 기판에 의해 유지되는 기판을 연결하며 전원을 내부에 개재하는 전도성 와이어를 추가로 포함한다.
본 발명은 다른 연마 방법을 제공하고, 연마 방법은 처리 액체의 존재 시에 투광성 연마 공구와 기판의 표면을 서로 접촉 유지하면서, 투광성 연마 공구와 기판의 표면을 상대 이동시킴으로써 기판의 표면을 연마하는 단계, 및 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판과 연마 공구 상의 금속 와이어를 연결하는 전도성 라인을 통해 흐르는 전류의 값을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 광전류 타입 손상 수준 측정 시스템, 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템, 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만(Raman) 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템을 포함하는 손상 수준 측정 시스템들 중 적어도 하나에 의해 기판의 표면의 손상 수준을 측정하고, 기판의 표면의 손상 수준의 감소에 기초하여 연마 공정의 진행을 모니터링하는 단계를 포함한다.
광전류 타입 손상 수준 측정 시스템, 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템, 및 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템 중 적어도 하나가 사용되므로, 기판이, 예를 들어, 그의 표면 상에 필름을 갖지 않는 반도체만으로 만들어진 베어 기판이더라도, 기판의 표면의 손상 수준은 기판의 표면이 연마됨과 동시에 측정될 수 있고, 연마 공정의 진행은 기판의 표면의 손상 수준의 감소로부터 모니터링될 수 있다.
본 발명은 또 다른 연마 방법을 제공하고, 연마 방법은 처리 액체의 존재 시에 기판의 표면에 여기광을 인가하고 동시에 기판의 표면에 바이어스 전위를 인가함으로써 기판의 표면 상에 산화물을 형성하는 단계; 산화물과 연마 공구를 서로 접촉 유지하면서, 산화물과 연마 공구를 상대 이동시킴으로써 기판의 표면 내에 형성된 산화물을 연마하는 단계; 및 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템, 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템을 포함하는 손상 수준 측정 시스템들 중 적어도 하나에 의해 기판의 표면의 손상 수준을 측정하고, 기판의 표면의 손상 수준의 감소에 기초하여 연마 공정의 진행을 모니터링하는 단계를 포함한다.
기판의 표면이 기판에 바이어스 전위를 인가함으로써 기판의 표면 상에 산화물을 형성하면서 연마될 때, 기판의 표면의 손상 수준은 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템 및 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템 중 적어도 하나에 의해, 기판의 표면이 연마됨과 동시에 측정될 수 있고, 연마 공정의 진행은 기판의 표면의 손상 수준의 감소에 기초하여 모니터링될 수 있다.
본 발명은 또 다른 연마 방법을 제공하고, 연마 방법은 처리 액체의 존재 시에 기판의 표면에 여기광을 인가함으로써 기판의 표면 상에 산화물을 형성하는 단계; 산화물과 연마 공구를 서로 접촉 유지하면서 산화물과 연마 공구를 상대 이동시킴으로써 기판의 표면 상에 형성된 산화물을 연마하는 단계; 및 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판과 연마 공구 상의 금속 와이어를 연결하는 전도성 라인을 통해 흐르는 전류의 값을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 광전류 타입 손상 수준 측정 시스템, 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템, 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템을 포함하는 손상 수준 측정 시스템들 중 적어도 하나에 의해 기판의 표면의 손상 수준을 측정하고, 기판의 표면의 손상 수준의 감소에 기초하여 연마 공정의 진행을 모니터링하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 기판은 Ga의 원소를 함유하는 반도체로 만들어지고, 처리 액체는 Ga 이온을 함유하는 중성 pH의 pH 완충 용액을 포함한다.
본 발명은 또 다른 연마 방법을 제공하고, 연마 방법은 처리 액체의 존재 시에 기판의 표면과 연마 공구를 서로 접촉 유지하면서 기판의 표면과 연마 공구를 상대 이동시킴으로써 기판의 표면을 연마하는 단계; 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템에 의해 기판의 표면의 손상 수준을 측정하고, 기판의 표면의 손상 수준의 감소에 기초하여 연마 공정의 진행을 모니터링하는 단계를 포함한다.
연마 속도 또는 편평도 수준과 같은 표면의 마무리 상태에 대한 관계 때문에, 여기광이 기판의 표면에 인가되거나 바이어스 전위가 기판의 표면에 인가되면서 연마될 수 없는 경우가 있다. 그러한 경우에, 기판의 표면에 여기광을 또는 기판의 표면에 바이어스 전위를 인가할 필요가 없는 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템이 기판의 표면의 연마됨과 동시에 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위해 사용되고, 연마 공정의 진행은 기판의 표면의 손상 수준의 감소에 기초하여 모니터링될 수 있다.
바람직하게는, 처리 액체는 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수를 포함하고, 전기 전도성 부재는 기판의 표면과 접촉 유지되는 영역 내에서 연마 공구 상에 배치된다.
본 발명은 또 다른 연마 장치를 제공하고, 연마 장치는 처리 액체를 내부에 유지하기 위한 용기, 처리 액체 내에 침지되면서 용기 내에 배치되는 투광성 연마 공구, 용기 내의 처리 액체 내에 기판을 침지시키면서, 기판을 유지하고 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더, 연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘, 및 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판과 연마 공구 상의 금속 와이어를 연결하는 전도성 라인을 통해 흐르는 전류의 값을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 광전류 타입 손상 수준 측정 장치, 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치, 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 장치를 포함하는 손상 수준 측정 장치들 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명은 또 다른 연마 장치를 제공하고, 연마 장치는 투광성 연마 공구, 기판을 유지하고 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더, 연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘, 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 접촉 영역으로 처리 액체를 공급하기 위한 처리 액체 공급 섹션, 및 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판과 연마 공구 상의 금속 와이어를 연결하는 전도성 라인을 통해 흐르는 전류의 값을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 광전류 타입 손상 수준 측정 장치, 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치, 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 장치를 포함하는 손상 수준 측정 장치들 중 적어도 하나를 포함한다.
연마 장치는 바람직하게는 기판 홀더에 의해 유지되어 용기 내의 처리 액체 내에 침지되는 기판의 표면에 여기광을 인가하기 위한 광원 및 기판에 바이어스 전위를 인가하기 위한 전원 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명은 연마 공구를 제공하고, 연마 공구는 표면 상에 금속 와이어를 구비한 투광성 지지 플래튼; 및 기판과 접촉 유지되며 촉매로 만들어진 적어도 일 부분을 포함하는 표면을 갖는 촉매 패드를 포함하고, 촉매 패드는 광 및 이온 전류 중 적어도 하나를 통과시키기 위해 내부에 형성된 복수의 구멍을 갖는다.
지지 플래튼과 촉매 패드가 서로로부터 분리되고, 촉매 패드가 높은 수준의 표면 편평도를 가지며 버어, 스크래치 등을 생성하는 경향이 없으므로, 연마 공구는 버어, 스크래치 등이 없는 편평한 연마 표면을 생성할 수 있다. 촉매는 촉매 패드를 교체함으로써 새로운 것으로 교체될 수 있고, 지지 플래튼이 재사용되도록 허용한다. 따라서, 연마 공구는 저렴하여 고도로 내구성이다.
금속 와이어는, 예를 들어, 지지 플래튼의 표면 내에 형성된 홈 내에 금속 와이어를 매립하거나, 지지 플래튼의 표면 상에 금속 와이어 패턴을 형성하거나, 지지 플래튼의 표면 상에 금속 와이어 패턴이 형성된 배선 필름을 위치시킴으로써 제공된다.
대안적으로, 금속 와이어는 진공 증발에 의해 지지 플래튼의 표면 상에 적층된 금속 필름 패턴에 의해 형성될 수 있다.
지지 플래튼은 바람직하게는 유리 또는 투광성 수지로 만들어진다.
촉매는, 예를 들어, 귀금속, 전이 금속, 세라믹계 고체 촉매, 염기성 고체 촉매, 산성 고체 촉매, 그래파이트, 전기 전도성 수지, 전기 전도성 고무, 및 전기 전도성 유기 물질 중 적어도 하나를 포함한다.
촉매 패드는, 예를 들어, 석영 유리로 만들어진다.
대안적으로, 촉매 패드는 유리, 고무, 투광성 수지, 발포성 수지, 또는 부직 천으로 만들어진 패드 기부의 표면 상에서, 귀금속, 전이 금속, 산성 또는 염기성 금속 산화물 필름, 그래파이트, 전기 전도성 수지, 전기 전도성 고무, 또는 전기 전도성 유기 물질을 증발시킴으로써 형성될 수 있다.
패드 기부의 표면 상에서 증발되는 산성 또는 염기성 금속 산화물 필름은 패드 기부로부터 쉽게 박리되지 않는다.
본 발명은 또 다른 연마 장치를 제공하고, 연마 장치는 처리 액체를 내부에 유지하기 위한 용기, 처리 액체 내에 침지되면서 용기 내에 배치되는 전술한 연마 공구, 용기 내의 처리 액체 내에 기판을 침지시키면서, 기판을 유지하고 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더, 연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘, 및 기판 홀더에 의해 유지되며 용기 내의 처리 액체 내에 침지되는 기판의 표면에 여기광을 인가하기 위한 광원, 및 기판에 바이어스 전위를 인가하기 위한 전원 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명은 또 다른 연마 장치를 제공하고, 연마 장치는 전술한 연마 공구, 기판을 유지하고, 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더, 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 접촉 영역으로 처리 액체를 공급하기 위한 처리 액체 공급 섹션, 및 기판 홀더에 의해 유지되며 용기 내의 처리 액체 내에 침지되는 기판의 표면에 여기광을 인가하기 위한 광원, 및 기판에 바이어스 전위를 인가하기 위한 전원 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명은 다른 연마 공구를 제공하고, 연마 공구는 고무, 수지, 발포성 수지, 및 부직 천을 포함하는 탄성 재료들 중 적어도 하나로 만들어진 탄성 기부, 적어도 기판과 접촉 유지되는 영역 내에서 탄성 기부 상에 배치된 전기 전도성 부재, 및 탄성 기부와 전기 전도성 부재 사이에서 이들 사이의 접착을 증가시키기 위해 개재된 탄소 또는 크롬으로 만들어진 중간 필름을 포함한다.
탄성 기부가 표면 불균일부를 갖더라도, 탄성 재료의 탄성 기부가 기판의 표면(연마 표면)을 따라 탄성 변형 가능하므로, 이들은 기판의 표면으로 전달되는 것이 방지된다. 탄소 또는 크롬으로 만들어진 중간 필름이 탄성 기부와 전기 전도성 부재 사이에서 이들 사이의 접착을 증가시키기 위해 개재되므로, 탄성 기부와 전기 전도성 부재 사이의 접착은 중간 필름에 의해 증가되어, 전기 전도성 부재는 탄성 기부로부터 쉽게 박리되지 않는다.
탄성 기부는 바람직하게는 처리 액체를 효율적으로 공급하기 위해 그의 표면 내에 형성된 홈을 갖는다.
탄성 기부는 바람직하게는 광 및 이온 전류 중 적어도 하나를 통과시키기 위해 다수의 관통 구멍을 갖는다.
본 발명은 또 다른 연마 장치를 제공하고, 연마 장치는 처리 액체를 내부에 유지하기 위한 용기, 처리 액체 내에 침지되면서 용기 내에 배치되는 전술한 연마 공구, 용기 내의 처리 액체 내에 기판을 침지시키면서, 기판을 유지하고 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더, 및 연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘을 포함한다.
본 발명은 또 다른 연마 장치를 제공하고, 연마 장치는 전술한 연마 공구, 기판을 유지하고 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더, 연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘, 및 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 접촉 영역으로 처리 액체를 공급하기 위한 처리 액체 공급 섹션을 포함한다.
본 발명에 따른 연마 방법 및 연마 장치는 Ga 등과 같은 원소를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판의 표면을 높은 수준의 편평도로 마무리할 수 있다. 마무리 공정을 광의 인가 및/또는 바이어스 전위의 인가를 포함하는 연마 공정과 조합함으로써, 즉 광의 인가 및/또는 바이어스 전위의 인가에 의해 높은 연마 속도로 기판의 표면을 연마하고, 이어서 기판의 표면을 높은 수준의 편평도로 마무리함으로써, Ga 등과 같은 원소를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판의 표면을 연마하기 위해 요구되는 시간이 크게 감소될 수 있다.
본 발명의 다른 연마 방법 및 연마 장치에 따르면, 기판이, 예를 들어, 그의 표면 상에 필름이 없이 반도체만으로 만들어진 베어 기판이더라도, 기판의 표면의 손상 수준은 기판의 표면이 연마됨과 동시에, 광전류 타입 손상 수준 측정 시스템, 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템, 또는 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템에 의해 측정될 수 있고, 연마 공정의 진행이 모니터링될 수 있다.
본 발명의 연마 공구에 따르면, 지지 플래튼과 촉매가 서로부터 분리되고, 촉매 패드가 높은 수준의 표면 편평도를 가져서 버어, 스크래치 등을 생성하는 경향이 없으므로, 연마 공구는 버어, 스크래치 등이 없는 편평한 연마 표면을 생성할 수 있다. 촉매는 촉매 패드를 교체함으로써 새로운 것으로 교체될 수 있어서, 지지 플래튼이 재사용되도록 허용한다. 따라서, 연마 공구는 저렴하고 고도로 내구성이다.
아울러, 탄성 재료의 탄성 기부가 기판의 표면(연마 표면)을 따라 탄성 변형 가능하므로, 탄성 기부가 표면 불균일부를 갖더라도, 이들은 기판의 표면으로 전달되는 것이 방지된다. 탄소 또는 크롬으로 만들어진 중간 필름이 탄성 기부와 전기 전도성 부재 사이에서 이들 사이의 접착을 증가시키기 위해 개재되므로, 탄성 기부와 전기 전도성 부재 사이의 접착은 중간 필름에 의해 증가되어, 전기 전도성 부재는 탄성 기부로부터 쉽게 박리되지 않는다.
도 1은 광전류 타입 손상 수준 측정 시스템의 개념을 도시하는 개략도이다.
도 2는 광전류 타입 손상 수준 측정 시스템의 개념을 도시하는 대역 선도이다.
도 3은 광전류 타입 손상 수준 측정 시스템에서의 연마 시간과 광전류 값 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 4는 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템의 개념을 도시하는 개략도이다.
도 5는 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템의 개념을 도시하는 대역 선도이다.
도 6은 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템에서의 연마 시간과 광전류 값 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 7은 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템의 개념을 도시하는 개략도이다.
도 8은 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템에서의 연마 공정 이전 및 이후의 레일리(Rayleigh) 광 및 라만 광을 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 장치를 포함하는 편평화 시스템의 전체적인 구성을 도시하는 평면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 편평화 시스템 내에 포함된 연마 장치의 개략적인 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 연마 장치의 기판 홀더의 확대된 단면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 연마 장치의 연마 공구의 확대된 단면도이다.
도 13은 다른 연마 공구의 확대된 단면도이다.
도 14는 도 9에 도시된 편평화 시스템 내에 포함된 연마 장치의 개략적인 단면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 연마 장치의 연마 패드의 확대된 단면도이다.
도 16은 GaN 기판이 도 14에 도시된 연마 장치에 의해 연마될 때의 연마 속도와 연마 시간 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 17은 도 10에 도시된 연마 장치 내에 포함된 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치 내에서의 연마 공정 이전 및 이후의 여기광 및 포토루미네선스 광을 도시하는 그래프이다.
도 18은 도 10에 도시된 연마 장치 내에 포함된 광전류 타입 손상 수준 측정 장치에 의해 광전류가 연마 공정 중에 측정될 때의 연마 시간과 광전류 값 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 19a는 연마되기 전의 GaN 기판 표면의 간섭 현미경 이미지를 도시하는 도면이고, 도 19b는 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 20a는 제1 스테이지에서 연마된 후의 GaN 기판 표면의 간섭 현미경 이미지를 도시하는 도면이고, 도 20b는 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 21a는 제2 스테이지에서 연마된 후의 GaN 기판 표면의 간섭 현미경 이미지를 도시하는 도면이고, 도 21b는 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 22a는 제3 스테이지에서 연마된 후의 GaN 기판 표면의 간섭 현미경 이미지를 도시하는 도면이고, 도 22b는 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 23a는 실시예 1에 따라 연마된 후의 GaN 기판 표면의 원자력 현미경 이미지를 도시하는 도면이고, 도 23b는 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 24a는 비교예에 따라 연마된 후의 GaN 기판 표면의 원자력 현미경 이미지를 도시하는 도면이고, 도 24b는 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 25a는 실시예 2에 따라 연마된 후의 GaN 기판 표면의 원자력 현미경 이미지를 도시하는 도면이고, 도 25b는 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계를 도시하는 도면이다.
도 26은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 연마 장치의 개략적인 단면도이다.
도 27은 GaN 기판 표면에 여기 광을 인가하면서 도 26에 도시된 연마 장치에 의해 연마된 후의 GaN 기판 표면의 원자력 현미경 이미지를 도시하는 도면이다.
도 28은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 연마 장치의 개략적인 단면도이다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 연마 장치의 개략적인 단면도이다.
도 30은 도 29에 도시된 연마 장치의 연마 공구의 확대된 단면도이다.
도 31은 도 10에 도시된 연마 장치 내에서 사용하기 위한 또 다른 연마 공구의 확대된 단면도이다.
도 32는 도 31에 도시된 연마 공구의 평면도이다.
도 33은 도 31에 도시된 연마 공구의 지지 플래튼의 평면도이다.
도 34는 도 33의 선 O-A을 따라 취한 단면도이다.
도 35는 도 33의 선 O-B를 따라 취한 단면도이다.
도 36은 도 10에 도시된 연마 장치 내에서 사용하기 위한 또 다른 연마 공구의 확대된 단면도이다.
도 37은 도 36에 도시된 연마 공구의 지지 플래튼의 평면도이다.
도 38은 다른 지지 플래튼의 평면도이다.
도 39는 도 10에 도시된 연마 장치 내에서 사용하기 위한 또 다른 연마 공구의 확대된 단면도이다.
도 40은 도 14에 도시된 연마 장치 내에서 사용하기 위한 다른 연마 패드의 확대된 단면도이다.
본 발명의 실시 형태가 아래에서 도면을 참조하여 설명될 것이다. 아래의 실시예에서, GaN으로 만들어진 단일 기판(GaN 기판)의 표면이 편평하게 연마된다. 본 발명은 사파이어 또는 SiC 등의 기부의 표면 상에 장착된 GaN을 갖는 결합 기판(성장 기판), 및 GaN 기판 또는 성장 기판 내로 불순물(도핑제)을 도입함으로써 제작되는 p형 또는 n형 기판에 적용 가능하다. 본 발명은 또한 GaN 기판 또는 성장 기판 내로 불순물(도핑제)을 도입한 후에 기판의 표면 내에 상호 연결 패턴을 형성함으로써 제작되는 기판, 또는 상호 연결 패턴의 형성 후의 어닐링에 의한 활성화 기판에 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 GaN 이외의 GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP 또는 InAs 등의 화합물 반도체에도 적용 가능하다.
기판의 표면이 여기광으로 조사될 때 기판과 연마 공구 상에 제공된 금속 와이어를 연결하는 전도성 와이어를 통해 흐르는 전류의 값을 측정함으로써 기판의 표면에 대한 손상의 수준을 측정하기 위한 광전류 타입 손상 수준 측정 시스템의 개념이 아래에서 도 1의 개략도 및 도 2의 대역 선도를 참조하여 설명될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 처리 액체(도시되지 않음)의 존재 시에, 투광성 연마 공구(10) 및 기판 홀더(11)에 의해 유지되는, 예를 들어, GaN으로 만들어진 기판(W)의 표면(연마되어야 하는 표면)이 서로 접촉 유지되고, 기판(W)의 표면(예컨대, GaN 표면)을 연마하도록 서로에 대해 이동된다. 연마 공정 중에, 광원(12)이 기판(W)(예컨대, GaN)의 대역 갭보다 높은 에너지를 갖는 광(여기광)을 연마 공구(10)를 통해 기판(W)의 표면으로 인가하고, 전류계(14)가 기판(W)과 연마 공구(10) 상에 제공된 금속 와이어(도시되지 않음)를 연결하는 전도성 와이어(13)를 통해 흐르는 전류의 값을 측정한다.
GaN의 대역 갭은, 예를 들어, 3.42 eV이고, 대역 갭에 대응하는 파장은 365 nm이다. 그러므로, 광원(12)이 기판(W)의 대역 갭보다 높은 에너지를 갖는, GaN을 연마하기 위한, 예를 들어, 312 nm의 파장을 갖는 광(여기광)을 기판(W)의 표면에 인가할 때, 도 2에 도시된 바와 같이, 가전자대 전자가 전도대로 여기되어, 전자 및 정공 쌍을 형성한다. 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 작으면, 발생된 전자들 중 일부는 기판(W)의 표면 상의 대역의 곡률로 인해, 도 2의 화살표 1에 의해 표시된 바와 같이, 기판(W)의 표면으로부터 멀리 이동하고, 광전류로서 전도성 와이어(13)를 따라 흐른다. 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 크면, 다른 한편으로, 발생된 전자들은 도 2의 화살표 2에 의해 표시된 바와 같이, 기판(W)의 표면에 대한 손상에 의해 형성된 손상 수준을 따라 이동하고, 정공과 재결합될 때 사라진다. 그러므로, 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 크면, 전도성 와이어(13)를 따라 흐르는 광전류의 값은 작다. 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 작아짐에 따라, 전도성 와이어(13)를 따라 흐르는 광전류의 값은 커진다. 따라서, 연마 공정에서, 광전류의 값을 측정함으로써 연마 공정의 진행을 모니터링하기 위해 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준을 측정하는 것이 가능하다.
연마 공정이 진행할 때 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 감소됨에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 전류계(14)를 통해 흐르는 전류의 값은 증가한다. 기판(W)의 표면에 대한 손상이 제거되면, 전류계(14)를 통해 흐르는 전류의 값은 증가를 멈추고 일정해진다. 결과적으로, 광전류의 값이 연마 공정 중에 측정되고, 광전류의 값이 증가를 멈추고 일정해지는 시점이 연마 공정의 종점으로서 간주될 수 있다.
기판의 표면이 여기광으로 조사될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면에 대한 손상의 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템의 개념이 아래에서 도 4의 개략도 및 도 5의 대역 선도를 참조하여 설명될 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 처리 액체(도시되지 않음)의 존재 시에, 투광성 연마 공구(10)와 기판 홀더(11)에 의해 유지되는, 예를 들어, GaN으로 만들어진 기판(W)의 표면(연마되어야 하는 표면)이 서로 접촉 유지되고, 기판(W)의 표면(예컨대, GaN 표면)을 연마하도록 서로에 대해 이동된다. 연마 공정 중에, 광원(12)이 기판(W)(예컨대, GaN)의 대역 갭보다 높은 에너지를 갖는 광(여기광)을 연마 공구(10)를 통해 기판(W)의 표면에 인가하고, 분광계(16)가 기판(W)의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광에 대한 분광 분석을 수행하여, 예컨대 GaN에 대한 365 nm의 파장에서의 기판(W)의 대역 갭에 대응하는 파장에서 그의 강도를 모니터링한다.
광원(12)이 기판(W)의 대역 갭보다 높은 에너지를 갖는 광(여기광)을 기판(W)의 표면에 인가할 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 가전자대 전자가 전도대로 여기되어, 전자 및 정공 쌍을 형성한다. 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 작으면, 도 5의 화살표 1에 의해 표시된 바와 같이, 여기된 전자는 가전자대로 직접 이동하고 정공과 재결합되어, 평형 상태로 복귀한다. 이러한 과정에서, 대역 갭에 대응하는 에너지를 갖는 포토루미네선스 광이 관찰된다. 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 크면, 다른 한편으로, 도 5의 화살표 2에 의해 표시된 바와 같이, 여기된 전자는 결정 주기성의 손실에 의해 발현되는 에너지 수준을 거쳐 기판(W)의 표면으로 이동하여 정공과 재결합된다.
상기 과정에서, 관찰되는 포토루미네선스 광의 파장은 대역 갭에 대응하는 파장보다 긴 파장을 향해 변이되거나, 전자 및 정공은 광을 발산하지 않고서 재결합되어, 포토루미네선스 광 자체가 관찰되지 않을 것이다. 바꾸어 말하면, 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 크면, 포토루미네선스 광의 대역 갭에 대응하는 파장은 작고, 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 작아짐에 따라, 포토루미네선스 광의 대역 갭에 대응하는 파장은 커진다. 따라서, 연마 공정에서, 기판(W)의 대역 갭에 대응하는 파장에서 포토루미네선스 광의 강도를 측정함으로써 연마 공정의 진행을 모니터링하기 위해 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준을 측정하는 것이 가능하다.
예를 들어, 분광계(16)는 기판(W)으로부터 발산되는 포토루미네선스 광에 대한 분광 분석을 수행하고, 기판(W)의 대역 갭에 대응하는 파장(예컨대, 365 nm)에서 포토루미네선스 광의 강도를 모니터링한다. 연마 공정이 진행할 때 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 감소되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 광의 강도는 증가한다. 기판(W)의 표면에 대한 손상이 제거되면, 광의 강도는 증가를 멈추고 일정해진다. 결과적으로, 광의 강도가 증가를 멈추고 일정해지는 시점이 연마 공정의 종점으로서 간주될 수 있다.
가시 단색 빔으로 조사되는, 기판의 표면으로부터 반사되는 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면에 대한 손상의 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템의 개념이 아래에서 도 7의 개략도를 참조하여 설명될 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 처리 액체(도시되지 않음)의 존재 시에, 투광성 연마 공구(10)와 기판 홀더(11)에 의해 유지되는, 예를 들어, GaN으로 만들어진 기판(W)의 표면(연마되어야 하는 표면)이 서로 접촉 유지되고, 기판(W)의 표면(예컨대, GaN 표면)을 연마하도록 서로에 대해 이동된다. 연마 공정 중에, 레이저 빔 광원(17)이 가시 단색 빔을 연마 공구(10)를 통해 기판(W)의 표면에 인가하고, 분광계(18)가 기판(W)의 표면으로부터 반사되는 광 내에 포함된 라만 광에 대한 분광 분석을 수행한다.
적절한 파장을 갖는 광이 반도체 기판에 인가될 때, 반도체 기판의 표면으로부터 반사되는 광은 인가된 광과 동일한 파장을 갖는 분산 광(레일리 광)과 또한 인가된 광의 파장으로부터 약간 변이된 파장을 갖는 광(라만 광)을 포함하는 것이 공지되어 있다. 변이의 폭이 결정 구조의 주기성에 의존하므로, 기판의 표면에 대한 손상의 수준이 작고, 결정 구조가 정연하면, 파장 변의 폭은 반도체 기판의 표면의 재료에서 고유한 값임이 공지되어 있다. 기판의 표면에 대한 손상의 수준이 크면, 파장 변의 폭은 결정 구조의 결함에 의해 변경된다. 결과적으로, 라만 광의 스펙트럼을 측정함으로써 연마 공정의 진행을 모니터링하기 위해 기판의 표면에 대한 손상의 수준을 측정하는 것이 가능하다.
예를 들어, 레이저 빔 광원(17)이 연마 공정 중에 기판(W)의 표면에 가시 단색 빔을 인가하고, 분광계(18)가 기판의 표면으로부터 반사되는 광에 대한 분광 분석을 수행할 때, 인가된 광과 동일한 파장 및 절반의 대역폭을 갖는 레일리 광 및 파장이 인가된 광보다 긴 파장을 향해 변이된 라만 광이 도 8에 도시된 바와 같이 측정된다. 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 크면, 라만 광의 분광 강도는 감소되고, 반대역폭은 증가된다. 기판(W)의 표면에 대한 손상의 수준이 작으면, 라만 광의 분광 강도는 증가되고, 반대역폭은 감소된다. 연마 공정 중에 라만 광의 스펙트럼을 모니터링함으로써 연마 공정의 진행을 모니터링하는 것이 가능하다. 라만 광의 강도 또는 반대역폭이 변화를 멈추는 시점이 연마 공정의 종점으로서 간주될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 장치를 포함하는 편평화 시스템의 전체적인 구성을 도시하는 평면도이다. 이러한 편평화 시스템은 표면을 편평화하기 위해 GaN 기판의 표면을 연마하기 위해 사용된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 편평화 시스템은 내부가 격벽(1a, 1b, 1c)에 의해 반입/반출 섹션(2), 연마 섹션(3) 및 세척 섹션(4)으로 분할된 실질적인 직사각형 하우징(1)을 포함한다. 반입/반출 섹션(2), 연마 섹션(3) 및 세척 섹션(4)은 독립적으로 제조되고 독립적으로 배기된다.
반입/반출 섹션(2)은 다수의 기판(연마되어야 하는 대상)을 내부에 저장하는 기판 카세트가 위치된 적어도 하나의 (예컨대, 도시된 바와 같이 3개의) 전방 반입 섹션(200)을 포함한다. 전방 반입 섹션(200)들은 편평화 시스템의 (길이 방향에 대해 직교하는) 폭 방향으로 나란히 배열된다. 각각의 전방 반입 섹션(200)은 개방 카세트, SMIF(표준 제조 인터페이스) 포드(pod) 또는 FOUP(전방 개방 통합 포드)를 그 위에 수납할 수 있다. SMIF 및 FOUP는 기판 카세트를 내부에 수용할 수 있으며 격벽으로 덮음으로써 내부 환경을 외부 환경과 독립적으로 유지할 수 있는 기밀 밀봉 용기이다.
전방 반입 섹션(200)의 라인을 따라 연장하는 이동 메커니즘(21)이 반입/반출 섹션(2) 내에 제공된다. 이동 메커니즘(21) 상에, 기판 카세트들이 배열되는 방향을 따라 이동 가능한 제1 전달 메커니즘으로서 제1 전달 로봇(22)이 제공된다. 제1 전달 로봇(22)은 이동 메커니즘(21) 상에서 이동함으로써 전방 반입 섹션(200) 내에 위치된 기판 카세트에 도달할 수 있다. 제1 전달 로봇(22)은 2개의 핸드, 상부 핸드 및 하부 핸드를 갖고, 예를 들어, 처리된 기판을 기판 카세트로 복귀시킬 때 상부 핸드를 사용하고 미처리 기판을 전달할 때 하부 핸드를 사용함으로써, 2개의 핸드를 상이하게 사용할 수 있다.
반입/반출 섹션(2)은 가장 깨끗한 환경으로 유지될 필요가 있는 영역이다. 따라서, 반입/반출 섹션(2)의 내부는 장치의 외부, 연마 섹션(3), 및 세척 섹션(4) 중 어떤 것보다도 높은 압력으로 일정하게 유지된다. 또한, HEPA 필터 또는 ULPA 필터와 같은 공기 필터를 갖는 필터-팬(filter-fan) 유닛(도시되지 않음)이 제1 전달 로봇(22)에 대한 이동 메커니즘(21) 위에 제공된다. 입자, 증기 및 기체가 제거된 깨끗한 공기가 필터-팬 유닛을 통해 하방으로 연속적으로 송풍된다.
연마 섹션(3)은 기판의 표면(처리되어야 하는 표면)의 연마가 수행되는 영역이다. 연마(3)는 제1 스테이지에서의 연마 및 제2 스테이지에서의 연마를 연속적으로 수행하는 2개의 연마 장치(30A, 30B), 및 제3 스테이지에서의 연마를 수행하는 2개의 연마 장치(30C, 30D)를 포함한다. 연마 장치(30A 내지 30D)들은 편평화 시스템의 길이 방향을 따라 배열된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 연마 장치(30A, 30B)는 Ga 이온을 함유하는 중성 pH 완충 용액을 포함하는 처리 액체(130)(연마 용액)를 내부에 유지하기 위한 용기(132)를 각각 포함한다. 용기(132) 위에, 용기(132) 내로 처리 액체(130)를 공급하기 위한 처리 액체 공급 노즐(133)이 배치된다. 처리 액체(130)로서, 처리 액체(130) 내의 Ga 이온을 거의 포화되게 하기 위해, 예컨대 6.86의 pH를 갖는 인산 완충 용액에, 예컨대 10 ppm보다 작지 않은 양으로, Ga 이온을 첨가함으로써 준비되는 용액이 사용될 수 있다. (25℃에서의) 중성 pH 완충 용액의 pH는 예를 들어 6.0 내지 8.0이다.
투광성을 갖는 연마 공구(134)(연마 플래튼)가 연마 공구(134)가 용기(132)가 처리 액체(130)로 충전되면, 처리 액체(130) 내에 침지되도록, 용기(132)의 바닥 상에 장착된다. 연마 공구(134)는, 예를 들어, 우수한 투광성을 갖는 산성 고체 촉매인 석영 유리로 구성된다. 연마 공구(134)에 대해 염기성 고체 촉매를 사용하는 것이 가능하다. 아울러, 연마 공구(134)의 표면 내에서만 산성 또는 염기성 고체 촉매 층을 갖는 것을 사용하는 것이 가능하다.
용기(132)는 회전 가능한 회전 샤프트(136)의 상단부에 결합된다. 용기(132)의 바닥 플레이트는 회전 샤프트(136) 둘레에 형성되고 연마 공구(134)에 의해 폐쇄되는 링형 개방부(132a)를 갖는다. 여기광, 바람직하게는 자외광을 발산하기 위한 광원(140)이 개방부(132a) 바로 아래에 배치된다. 따라서, 광원(140)으로부터 발산되는 여기광, 바람직하게는 자외광이 용기(132)의 개방부(132a)를 통과하고, 연마 공구(134)의 내부를 통해 침투하여, 연마 공구(134) 위로 도달한다.
용기(132) 바로 위에, 기판(142), 예컨대 GaN 기판을 전방 표면이 하방으로 향한 채로 탈착 가능하게 유지하기 위한 기판 홀더(144)가 배치된다. 기판 홀더(144)는 회전 가능하며 수직으로 이동 가능한 메인 샤프트(146)의 하단부에 결합된다. 이러한 실시 형태에서, 용기(132)를 회전시키기 위한 회전 샤프트(136) 및 기판 홀더(144)를 회전시키기 위한 메인 샤프트(146)는 연마 공구(134)와 기판 홀더(144)에 의해 유지되는 기판(142)(GaN 기판)을 서로에 대해 이동시키기 위한 이동 메커니즘을 구성한다. 그러나, 이들 중 하나만을 제공하는 것도 가능하다.
이러한 실시 형태의 연마 장치는 또한 기판 홀더(144)에 의해 유지되는 기판(142)과 연마 공구(134) 사이에 전압을 인가하기 위한 전원(148)을 구비한다. 스위치(150)가 전원(148)의 양극으로부터 연장하는 전도성 와이어(152a) 내에 개재된다.
이러한 실시 형태에서, 기판(142)의 처리는 침지 방식으로 수행된다: 용기(132)가 처리 액체(130)로 충전되고, 연마 공구(134)와 기판 홀더(144)에 의해 유지되는 기판(142)이 처리 중에 처리 액체(130) 내에 침지되어 유지된다. 기판(142)의 처리가 처리 액체(130)의 존재 시에 수행되도록, 처리 액체(130)가 처리 액체(130)를 처리 액체 공급 노즐(133)로부터 연마 공구(134)의 표면 상으로 적하시킴으로써 기판(142)과 연마 공구(134) 사이에 공급되는 적하 방식을 채용하는 것도 가능하다.
도 11에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(144)는 처리 액체(130)의 침입을 방지하기 위한 커버(160)를 갖는다. 커버(160) 내부에서, 금속 홀더 본체(170)가 유니버설 조인트(164) 및 스프링(166)을 포함하는 회전 전달 섹션(168)을 거쳐, 메인 샤프트(146)의 하단부에 결합되는 구동 플랜지(162)에 결합된다.
보유 링(172)이 홀더 본체(170)의 하부 둘레에 수직으로 이동 가능하게 배치된다. 전도성 고무(174)가 압력 공간(176)이 홀더 본체(170)의 하부 표면과 전도성 고무(174) 사이에 형성될 수 있도록 홀더 본체(170)의 하부 표면(기판 유지 표면)에 장착된다. 공기 도입 파이프(178)가 홀더 본체(170) 내에서 연장하는 공기 도입 통로를 거쳐 압력 공간(176)에 연결된다. 금속 홀더 본체(170)의 플랜지 부분은 전원(148)의 양극으로부터 연장하는 전도성 와이어(152a)가 연결되는 추출 전극(180)을 구비한다.
연마 공구(134)와 접촉을 이룸으로써 보유 링(172)의 마모를 방지하여, 보유 링(172)의 표면 재료가 연마 공구(134)의 표면에 접착되는 것을 방지하기 위해, 적어도 연마 공구(134)와 접촉하게 되는 보유 링(172)의 표면 부분은 바람직하게는 석영, 사파이어 또는 지르코니아와 같은 유리 재료, 또는 알루미나, 지르코니아 또는 탄산규소와 같은 세라믹 재료로 만들어진다. 전도성 고무(174)는, 예를 들어, 전도성 클로로프렌 고무, 전도성 실리콘 고무 또는 전도성 함불소 고무이다.
기판(142)의 후방 표면이 기판 홀더(144)의 홀더 본체(170)의 하부 표면(기판 유지 표면) 상에, 예컨대 인력에 의해 유지될 때, 전도성 고무(174)는 기판(142)의 후방 표면과 접촉하게 되어, 후방 표면에 전기를 공급한다. 기판(142)의 후방 표면으로의 전기 공급을 유지하면서, 공기가 연마 공구(134)에 대해 기판(142)을 가압하기 위해 압력 공간(176) 내로 도입될 수 있다.
따라서, 기판 홀더(144)는 낮은 저항에서 간단한 방식으로 기판(142)에 전기를 공급하면서 기판(142)을 유지할 수 있다. 기판 홀더(144)는 바람직하게는 기판 홀더(144) 상에서의 기판(142)의 유지 시에 기판(142)을 전도성 고무(174)와 접촉시킬 때 전도성 고무(174)와 기판(142) 사이에 극성 전도성 그리스를 충전할 수 있도록 구성된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 많은 수의 홈(134a)이 용기(132)의 개방부(132a)에 대응하는 영역 내에서 연마 공구(134)의 상부 표면 내에 제공된다. 금속 와이어를 포함하는 증착 금속 필름(154)이 홈(134a)의 바닥 내에 형성된다. 금속 필름(154)에, 전원(148)의 음극으로부터 연장하는 전도성 와이어(152b)가 연결된다. 금속 필름(154)은 바람직하게는 부식 저항성인 백금 또는 금으로 만들어진다. 연마 공구(134)의 상부 표면 내에 제공된 홈(134a)들이 바람직하게는 동심 원 내에 배열되지만, 나선, 방사상, 또는 격자형 구성으로 홈들을 배열하는 것도 가능하다. 도 13에 도시된 바와 같이, 연마 공구(134)의 상부 표면 내에 제공된 홈(134)의 바닥 내에, 예컨대 금 또는 백금의 금속 와이어(156)(금속 와이어)를 제공하는 것도 가능하다.
기판 홀더(144) 내에 매립되어 메인 샤프트(146) 내로 연장하는 가열기(158)(도 10 참조)가 기판 홀더(144)에 의해 유지되는 기판(142)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 메커니즘으로서 제공된다. 소정의 온도에서 용기(132) 내로 공급되어야 하는 처리 액체(130)를 제어하기 위한 온도 제어 메커니즘으로서 열교환기가, 필요하다면, 용기(132) 위에 배치된 처리 액체 공급 노즐(133)에 제공된다. 또한, 유체 통로(도시되지 않음)가 연마 공구(134)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 메커니즘으로서 연마 공구(134)의 내부에 제공된다.
아레니우스 방정식에 의해 공지된 바와 같이, 화학 반응의 반응 온도가 높을수록, 반응 속도가 더 높다. 따라서, 반응 온도를 제어하기 위해 기판(142)의 온도, 처리 액체(130)의 온도, 및 연마 공구(134)의 온도 중 적어도 하나를 제어함으로써, 처리 속도가 조정될 수 있고, 처리 속도의 안정성이 향상될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 연마 장치(30A, 30B)는 그가 원하는 편평도 및 적절한 조도를 갖도록, 연마 공구(134)의 표면(상부 표면)을 조절하기 위해, 예컨대 연마 패드로 구성된 조절 메커니즘(190)(조절기)을 각각 구비한다. 연마 공구(134)의 표면(상부 표면)은 그가 약 0.1 내지 1 ㎛의 표면의 PV(마루-골) 조도를 갖도록 조절 메커니즘(190)(조절기)에 의해 조절된다. 연마 공구(134)의 조절 중에, 연마제 함유 슬러리가, 필요하다면, 연마 공구(134)의 표면에 공급될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 연마 장치(30A, 30B)는 구성요소로서 광원(140)을 갖는 광전류 타입 손상 수준 측정 장치(201) 및 구성요소로서 광원(140)을 갖는 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치(202)를 각각 포함한다. 광전류 타입 손상 수준 측정 장치(201)는 전원(148)으로부터 연장하며 기판 홀더(144)에 의해 유지되는 기판(142)에 연결되는 전도성 와이어(152a)와 전원(148)으로부터 연장하며 연마 공구(134)의 금속 필름(154)(금속 와이어)에 연결되는 전도성 와이어(152b)를 연결하는 전도성 와이어(152c), 전도성 와이어(152c)에 연결된 전류계(204), 및 광원(140)을 포함한다. 전도성 와이어(152c)는 스위치(206)를 갖는다. 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치(202)는 기판(W)의 대역 갭에 대응하는 파장(예컨대, 365 nm)을 갖는 포토루미네선스 광의 강도를 측정하기 위해 기판(142)의 표면으로부터 반사되는 포토루미네선스 광에 대한 분광 분석을 수행하기 위한 분광계(208), 및 광원(140)을 포함한다.
이러한 실시 형태에서, 기판(142)의 표면을 산화시키기 위해 기판(142)에 여기광을 인가하기 위한 광원(140)은 광전류 타입 손상 수준 측정 장치(201) 및 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치(202)의 각각의 광원으로서 사용된다. 그러나, 광전류 타입 손상 수준 측정 장치(201) 및 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치(202)는 광원(140)으로부터 분리되어 각각의 전용 광원을 가질 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 연마 장치(30C, 30D)는 편평한 상부 표면을 갖는 회전 가능한 턴테이블(230), 및 턴테이블(230)의 주연 모서리 상에 장착되어 턴테이블(230)의 상부 표면 상에서 물(232)을 내부에 유지하기 위한 용기(234)를 제공하는 링형 댐(dam) 부재(236)를 각각 포함한다. 물(232)은 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수를 포함할 수 있다. 약산성수 또는 공기가 내부에 용해된 물은 3.5 내지 6.0 또는 바람직하게는 3.5 내지 5.5의 범위 내의 pH를 갖는다. 전해질 이온수는 3.5 내지 6.0 또는 바람직하게는 3.5 내지 5.5의 범위 또는 8.0 이상의 pH를 갖는다.
3.5 내지 6.0의 범위 내의 pH를 갖는 약산성수는 산, pH 버퍼, 또는 산화제(H2O2, 오존수, 과황산염 등)를 첨가하지 않고서, 예를 들어, 정제수 또는 수돗물 내로 CO2 기체 또는 공기 중의 CO2를 용해시킴으로써 제조된다. 산, pH 버퍼, 또는 산화제를 첨가하지 않고서 생성된 3.5 내지 6.0의 범위 내의 pH를 갖는 약산성수가 사용될 때, 기판(142)은 그의 표면(연마되어야 하는 표면)이 에치 피트를 발현하는 것이 방지되면서, 저하가 방지되는 연마 속도로 연마될 수 있다. 이러한 공정이 폐액 처리에 의해 처리될 필요가 있는 산, pH 버퍼, 및 산화제와 같은 화학 물질을 수반하지 않으므로, 공정은 폐액 처리의 비용이 생략되고, 연마 공정에 이어지는 세척 공정이 단순화되는 점에서 유리하다.
이러한 실시 형태에서, 정제수 공급원(도시되지 않음)으로부터 연장하며 기체 용해기(238) 및 열교환기(240)를 갖는 물 공급 라인(241)(물 공급 섹션)이 턴테이블(230) 위에 배치된다. 기체 용해기(238)는 댐 부재(236)에 의해 제공되는 용기(234) 내로 도입되는, 3.5 내지 6.0 또는 바람직하게는 3.5 내지 5.5로 pH가 조정된 물(232)을 생성하기 위해 정제수 공급원으로부터 송출되는 정제수 내로 CO2 등의 기체 또는 공기를 용해시킨다. 필요하다면, 용기(234) 내로 도입되어야 하는 물(232)은 열교환기(238)에 의해 소정의 온도로 조정된다. 연마 공정의 초기 스테이지에서, 정제수 또는 수돗물이 도입될 수 있고, 기판(142)은 공기 분위기 내에서 연마될 수 있어서, 공기 중의 CO2가 기판(142)이 연마됨과 동시에 정제수 또는 수돗물 내로 용해되어, 물의 pH를 3.5 내지 6.0 또는 바람직하게는 3.5 내지 5.5로 조정할 수 있다.
이러한 실시 형태에서, 정제수 내로 CO2 등의 기체 또는 공기를 용해시킴으로써 3.5 - 6.0, 바람직하게는 3.5 - 5.5의 pH를 갖는 물(232)이 사용되지만, 수돗물 또는 정제수 내로 N2를 퍼징함으로써 생성되는 중성의 N2-퍼징된 물이 물(232) 대신에 사용될 수 있다. 중성 N2-퍼징된 물이 사용될 때, 처리 속도는 3.5 - 6.0, 바람직하게는 3.5 - 5.5의 pH를 갖는 물(232)이 사용되는 경우와 비교하여 동일한 처리 표면을 얻으면서 감소한다.
연마 부재로서 역할하는 연마 패드(242)가 주연부가 댐 부재(236)에 의해 형성된 용기(234) 내의 위치에서 턴테이블(230)의 상부 표면 상에 장착된다. 물(232)이 용기(234) 내로 도입될 때, 연마 패드(242) 위의 공간은 물(232)로 충전된다. 턴테이블(230)은 턴테이블(230)의 온도를 제어하기 위해 내부에 형성된 유체 통로(230a)를 갖는다.
GaN 기판 등과 같은 기판(142)이 주연부가 댐 부재(236)에 의해 형성된 용기(234) 위에 배치된 기판 홀더(244)에 의해, 그의 표면이 하방으로 향한 채로, 탈착 가능하게 유지된다. 기판 홀더(244)는 수직으로 이동 가능하며 자신의 축에 대해 회전 가능한 메인 샤프트(246)의 하단부에 연결된다. 기판 홀더(244) 및 메인 샤프트(246)는 도 10에 도시된 기판 홀더(144) 및 메인 샤프트(146)와 구조가 동일하고, 아래에서 상세하게 설명되지 않을 것이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 연마 패드(242)는, 예컨대 50 내지 90의 범위 내의 슈어(Shure) 경도를 가지며 처리 액체(232)(물)를 효과적으로 공급하기 위해 그의 표면 내에 형성된 동심 또는 나선 홈(260a)들을 포함하는 탄성 재료로 만들어진 탄성 기부(260), 진공 증발 등에 의해 탄성 기부(260)의 표면 상에 적층된 중간 층(262), 및 진공 증발 등에 의해 중간 층(262)의 표면 상에 적층된 전기 전도성 부재(264)를 포함한다. 탄성 기부(260)의 표면 상에 중간 층(262)이 사이에 개재된 채로 배치된 전기 전도성 부재(264)는 기판(142)의 표면(연마되어야 하는 표면) 상의 긴/단일 주기의 불균일부를 쉽게 따른다. 탄성 기부(260)는 홈(260a)이 아닌, 처리 액체(물)를 효과적으로 공급하기 위한 구멍을 가질 수 있다.
탄성 기부(260)는 예를 들어, 0.5 내지 5 mm의 범위 내의 두께를 갖는다. 탄성 기부(260)의 탄성 재료는 예를 들어, 고무, 수지, 발포성 수지, 부직 천 등일 수 있다. 탄성 기부(260)는 상이한 탄성 계수를 갖는 탄성 재료의 2개 이상의 중첩된 층들을 포함할 수 있다.
중간 층(262)은 예를 들어, 1 내지 10 nm의 범위 내의 두께를 갖는다. 중간 층(262)은 탄성 기부(260)와 전기 전도성 부재(264) 사이의 접착을 증가시키기 위해 탄성 기부(260)와 전기 전도성 부재(264) 사이에 개재되고, 탄성 기부(260) 및 전기 전도성 부재(264)에 대한 더 양호한 접착을 특징으로 하는, 예를 들어, 크롬 또는 그래파이트(SP2-결합) 탄소로 만들어진다. 중간 층(262)이 진공 증발에 의해 탄성 기부(260)의 표면 상에 형성될 때, 고온으로 인한 탄성 기부(260)의 팽창 및 변형을 억제하기 위해 이온 스퍼터링 적층을 채용하는 것이 바람직하다. 이는 전기 전도성 부재(264)가 진공 증발에 의해 중간 층(262)의 표면 상에 형성될 때에도 해당된다.
전기 전도성 부재(264)는 예를 들어, 100 내지 1000 nm의 범위 내의 두께를 갖는다. 두께가 100 nm보다 작으면, 전기 전도성 부재(264)는 연마 공정이 약 1시간 동안 수행될 때 과도하게 마모될 것이고, 따라서 실질적이지 않다. 두께가 1000 nm보다 크면, 전기 전도성 부재(264)의 표면은 연마 공정이 수행될 때 갈라지는 경향이 있을 것이다. 전기 전도성 부재(264)는 바람직하게는 백금으로 만들어지지만, 물(232) 속에서 불용성이거나 (10 nm/h 이하의 용해 속도로) 약간 용해 가능한, 금과 같은 귀금속, 전이 금속(Ag, Fe, Ni, Co 등), 그래파이트, 전기 전도성 수지, 전기 전도성 고무, 전기 전도성 유기 물질 등 중 임의의 하나로 만들어질 수 있다. 전기 전도성 부재가 전이 금속으로 만들어지면, 정제수 또는 수돗물이 전기 분해될 때 음극에서 발생되는 수소가 용해되어 있는 물(수소수)을 공급수로서 사용하여, 전기 전도성 부재가 물 속에 용해된 산소에 의해 부식되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
아레니우스 방정식으로부터 공지된 바와 같이, 화학 반응은 반응 온도가 높을수록 높은 반응 속도를 갖는다. 그러므로, 반응 온도를 제어하기 위해 기판(142), 물(232), 및 턴테이블(230)의 온도 중 적어도 하나를 제어함으로써, 반응 속도를 변경하면서 반응 속도의 안정성을 증가시키는 것이 가능하다.
도 9에 도시된 바와 같이, 연마 장치(30C, 30D)는, 예를 들어, 연마 공구(134)의 표면(상부 표면)을 양호한 수준의 편평도 및 적절한 수준의 조도로 조절하기 위해, 연마 패드를 포함할 수 있는 조절 메커니즘(190)(조절기)을 각각 포함한다.
연마 장치(30C, 30D)는 각각 기판 홀더(244)에 의해 유지되는 기판(142)과 연마 패드(242)가 물(232) 속에 침지되어 있는 동안, 기판(142)의 표면과 연마 패드(242)의 백금 등과 같은 전기 전도성 부재(264)를 서로 접촉 유지하고, 이들을 서로에 대해 이동시킴으로써, 기판(142)의 표면을 연마할 수 있다. 기판(142)의 표면은 물(232)을 물 공급 라인(241)으로부터 연마 패드(242)의 상부 표면 상으로 공급함으로써 물(232)이 기판 홀더(244)에 의해 유지되는 기판(142)과 연마 패드(242) 사이에 개재되는 동안 연마될 수 있다.
연마 공정의 메커니즘은 다음과 같이 고려된다: 기판(142)의 표면과 연마 패드(242)의 백금 등과 같은 전기 전도성 부재(264)가 서로 접촉 유지되고 서로에 대해 이동될 때, 접촉 영역은 가전자대 전자를 전도대로 여기시켜서, 전지 및 정공 쌍을 발생시키도록 변형된다. 전도대로 여기된 전자는 큰 일 함수를 갖는 백금 등과 같은 전기 전도성 부재(264)로 이동되어, 기판 표면 상에 정공을 남긴다. 물(232) 속의 OH- 이온 또는 H2O 분자가 남겨진 정공에 대해 작용하여, 접촉 영역만의 산화를 일으킨다. Ga, Al, 및 In의 산화물이 이산화탄소 용액 등과 같은 약산 또는 약염기 내에 용해 가능하므로, 접촉 영역 내에서 생성된 산화물은 물(232) 속에 용해되어 기판(142)의 표면으로부터 제거된다.
기판(142)의 표면과 연마 패드(242)의 백금 등과 같은 전기 전도성 부재(264)가 서로 접촉 유지되는 압력은 기판(142)의 임의의 뒤틀림을 제거하고 기판(142)이 미끄러져 나오는 것을 방지하고 연마 패드(242)의 전기 전도성 부재(264)가 기부(260)로부터 박리되는 것을 방지하기 위해, 바람직하게는, 예를 들어, 0.1 내지 1.0 kgf/cm2의 범위 내이어야 하고, 특히 바람직하게는 약 0.4 kgf/cm2이어야 한다.
도 16은 GaN 기판이 공기가 내부에 용해된 정제수를 물(232)로서 그리고 백금이 그 위에서 증발되는 연마 패드를 연마 패드(242)로서 채용하는, 도 14에 도시된 연마 장치에 의해 연마될 때의 연마 속도와 연마 시간 사이의 관계를 도시한다. 도 16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 연마 속도는 연마 공정의 시작 시에 약 22 nm/h이지만, 연마 속도는 연마 공정이 진행함에 따라 점진적으로 감소하고, 연마 속도는 연마 공정의 종료 시에 거의 0 nm/h가 된다. 이와 관련하여, 연마 속도는 표면이 연마 공정의 시작 시에 거친 상태에서 제거되어야 하는 큰 체적의 재료가 있을 때 높고, 연마 속도는 표면이 편평화되고 연마 공정에 의해 제거되어야 하는 재료가 감소됨에 따라 저하된다.
연마 패드(242)의 탄성 기부(260) 및 중간 층(262)은 전기 전도성 재료로 만들어질 수 있고, 도 14의 가상선에 의해 표시된 바와 같이, 전원(270)의 양극으로부터 연장하는 전도성 와이어(272a) 및 전원의 음극으로부터 연장하는 전도성 와이어(272b)가 각각 기판 홀더(244)에 의해 유지되는 기판(142) 및 연마 패드(242)의 탄성 기부(260)에 연결될 수 있다. 그 다음, 기판(142)의 표면은 전압이 연마 패드(242)의 전기 전도성 부재(264)와 기판 홀더(244)에 의해 유지되는 기판(142) 사이에 인가되면서 연마될 수 있다. 이러한 방식으로, 연마 속도가 증가될 수 있다.
도 9를 참조하면, 연마 장치(30A, 30B)와 세척 섹션(4) 사이에, 편평화 시스템의 길이 방향을 따라 4개의 전달 위치(반입/반출 섹션(2)으로부터의 거리의 순서로 제1 전달 위치(TP1), 제2 전달 위치(TP2), 제3 전달 위치(TP3), 및 제4 전달 위치(TP4)) 사이에서 기판을 전달하기 위한 제1 (병진) 전달 메커니즘으로서 제1 선형 이송기(5)가 배치된다. 제1 전달 로봇(22)으로부터 수신된 기판을 역전시키기 위한 역전 기계(31)가 제1 선형 이송기(5)의 제1 전달 위치(TP1) 위에 배치되고, 수직 이동 가능한 승강기(32)가 역전 기계(31) 아래에 배치된다. 아울러, 수직 이동 가능한 푸셔(33)가 제2 전달 위치(TP2) 아래에 배치되고, 수직 이동 가능한 푸셔(34)가 제3 전달 위치(TP3) 아래에 배치되고, 수직 이동 가능한 승강기(35)가 제4 전달 위치(TP4) 아래에 배치된다.
연마 장치(30C, 30D) 옆에서 제1 선형 이송기(5)에 인접하여, 편평화 시스템의 길이 방향을 따라 3개의 전달 위치(반입/반출 섹션(2)으로부터 거리의 순서로 제5 전달 위치(TP5), 제6 전달 위치(TP6), 및 제7 전달 위치(TP7)) 사이에서 기판을 전달하기 위한 제2 (병진) 전달 메커니즘으로서 제2 선형 이송기(6)가 배치된다. 수직 이동 가능한 승강기(36)가 제5 전달 위치(TP5) 아래에 배치되고, 푸셔(37)가 제6 전달 위치(TP6) 아래에 배치되고, 푸셔(38)가 제7 전달 위치(TP7) 아래에 배치된다. 아울러, 수조 및 정제수 노즐을 포함하는 정제수 교체 섹션(192)이 연마 장치(30C)와 푸셔(37) 사이에 배치되고, 수조 및 정제수 노즐을 포함하는 정제수 교체 섹션(194)이 또한 연마 장치(30D)와 푸셔(38) 사이에 배치된다.
연마 중의 슬러리 등의 사용으로부터 이해될 바와 같이, 연마 섹션(3)은 가장 오염된 영역이다. 그러므로, 이러한 시스템에서, 공기의 토출이 연마 섹션(3) 내의 입자가 외부로 비산하는 것을 방지하기 위해, 플래튼과 같은 제거물 처리 장소 둘레에서 수행된다. 아울러, 연마 섹션(3)의 내부 압력은 시스템의 외부 압력 및 이웃하는 세척 섹션(4) 및 반입/반출 섹션(2)의 내부 압력보다 낮아져서, 입자가 비산하는 것을 방지한다. 배기 덕트(도시되지 않음) 및 필터(도시되지 않음)가 청정 공기의 하향 유동을 생성하기 위해, 보통 플래튼과 같은 제거물 처리 장소 아래와 위에 각각 제공된다.
세척 섹션(4)은 기판을 세척하기 위한 영역이다. 세척 섹션(4)은 제2 전달 로봇(40), 제2 전달 로봇(40)으로부터 수신된 기판을 역전시키기 위한 역전 기계(41), 기판을 각각 세척하기 위한 3개의 세척 유닛(42 - 44), 세척된 기판을 정제수로 헹군 다음 기판을 회전 건조시키기 위한 건조 유닛(45), 및 역전 기계(41), 세척 유닛(42 - 44) 및 건조 유닛(45) 사이에서 기판을 전달하기 위한 이동 가능한 제3 전달 로봇(46)을 포함한다. 제2 전달 로봇(40), 역전 기계(41), 세척 유닛(42 - 44) 및 건조 유닛(45)은 편평화 시스템의 길이 방향을 따른 라인 내에 배열되고, 제3 전달 로봇(46)은 제1 선형 이송기(5)와, 제2 전달 로봇(40), 역전 기계(41), 세척 유닛(42 - 44) 및 건조 유닛(45)의 라인 사이에 이동 가능하게 배치된다. 공기 필터를 갖는 필터-팬 유닛(도시되지 않음)이 세척 유닛(42 - 44) 및 건조 유닛(45) 위에 제공되고, 입자가 필터-팬 유닛에 의해 제거된 청정 공기가 계속 하방으로 송풍된다. 세척 섹션(4)의 내부는 연마 섹션(3)으로부터의 입자의 유입을 방지하기 위해 연마 섹션(3)보다 높은 압력으로 일정하게 유지된다.
역전 기계(31)와 제1 전달 로봇(22) 사이에 위치된 셔터(50)가 연마 섹션(3)을 둘러싸는 격벽(1a) 내에 제공된다. 셔터(50)는 기판을 제1 전달 로봇(22)과 역전 기계(31) 사이에서 전달할 때 개방된다. 아울러, 연마 장치(30B)와 대면하는 위치에 위치된 셔터(53) 및 연마 장치(30C)와 대면하는 위치에 위치된 셔터(54)가 연마 섹션(3)을 둘러싸는 격벽(1b) 내에 각각 제공된다.
상기 구성을 갖는 편평화 시스템에 의해 기판의 표면을 편평화하기 위한 처리가 이제 설명될 것이다.
제1 전달 로봇(22)은 전방 반입 섹션(200) 내에 위치된 기판 카세트로부터 기판을 운반하여, 기판을 역전 기계(31)로 전달한다. 역전 기계(31)는 기판을 180° 역전시키고, 그 다음 역전된 기판을 제1 전달 위치(TP1)에서의 승강기(32) 상에 위치시킨다. 제1 선형 이송기(5)는 승강기(32) 상의 기판을 제1 전달 위치(TP1) 또는 제3 전달 위치(TP3)로 전달하도록 이동한다. 연마 장치(30A)의 기판 홀더(144)는 푸셔(32)로부터 기판을 수신하거나, 연마 장치(30B)의 기판 홀더(144)는 푸셔(34)로부터 기판을 수신한다. 그 다음, 연마 장치(30A 또는 30B)는 제1 스테이지 및 제2 스테이지에서 기판의 표면을 연마한다.
구체적으로, 연마 장치(30A)에서, GaN 기판 등과 같은 기판(142)을 그의 표면(처리되어야 하는 표면)이 하방으로 향한 채로 유지하는 기판 홀더(144)가 용기(132) 위의 위치로 이동되고, 그 다음 용기(132) 내에 유지되는 처리 액체(130) 내에 기판(142)을 침지시키도록 하강된다. 처리 액체(130)가 기판(142)과 연마 공구(134) 사이에 존재하는 동안, 광원(140)이 여기광, 바람직하게는 자외광을 기판(142)의 표면(하부 표면)에 인가한다. 기판(142)이 GaN 기판을 포함하면, GaN의 대역 갭이 3.42 eV이므로, 여기광은 바람직하게는 작업편의 대역 갭에 대응하는 파장 이하, 즉 365 nm 이하의 파장을 가져야 하고, 예컨대 바람직하게는 312 nm의 파장을 가져야 한다. 그러므로, GaN 기판이 가공될 때, GaN은 산화되어, GaN 기판의 표면 상에서 Ga 산화물(Ga2O3)을 형성한다.
기판(142)은 처리 액체(130)가 처리 액체 공급 노즐(133)을 통해 기판(142)과 연마 공구(134) 사이로 공급되는 동안 연마될 수 있다.
이때, 전원(148)의 스위치(150)가 켜져서, 연마 공구(134)가 음극으로서 역할하도록 연마 공구(134)와 기판 홀더(144)에 의해 유지되는 기판(142) 사이에 전압을 인가한다. 그러므로, GaN 기판이 처리될 때, GaN 기판의 표면 상에서의 Ga 산화물(Ga2O3)의 형성이 증진된다.
그 다음, 광원(140)이 여기광, 바람직하게는 자외광을 발산하고, 또한 전압이 연마 공구(134)와 기판(142) 사이에 인가되는 동안, 회전 샤프트(136)가 회전되어 연마 공구(134)를 회전시키고, 동시에 기판 홀더(144)가 회전되어 기판(142)을 회전시키고, 기판(142)은 연마 공구(134)의 표면이 바람직하게는 0.1 내지 1.0 kgf/cm2의 범위 내의 표면 압력 하에서 기판(142)의 표면과 접촉하게 하도록 하강된다. 표면 압력이 0.1 kgf/cm2보다 낮으면, 기판(142)의 임의의 뒤틀림이 교정될 수 없을 수도 있고, 기판(142)은 전체적으로 균일하게 연마되지 않을 수도 있다. 표면 압력이 1.0 kgf/cm2보다 높으면, 기판(142)의 표면은 기계적 결함을 발현할 수도 있다. 이러한 방식으로, GaN 기판과 같은 기판(142)의 표면은 제1 스테이지에서 연마 공구(134)와 접촉 유지되는 기판(142)의 표면 상에 형성된 Ga 산화물의 영역을 선택적으로 제거하기 위해, 즉 표면 불균일부를 갖는 기판(142)의 표면의 볼록 영역의 팁 단부 상에 형성된 Ga 산화물을 선택적으로 제거하기 위해, 주로 기판(142)의 표면에 대한 손상을 제거하기 위해, 연마된다. 기판(142)의 표면은 제1 스테이지에서, 예를 들어, 약 5분의 가공 시간 동안, 약 1000 nm/h까지의 연마 속도로 연마된다.
기판(142)의 표면이 제1 스테이지에서 연마되는 동안, 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치(202)의 분광계(208)는 기판(142)의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광에 대한 분광 분석을 수행하고, 기판(142)의 대역 갭에 대응하는 파장에서, 예컨대 GaN에 대한 365 nm의 파장에서, 포토루미네선스 광의 강도를 모니터링한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 연마 공정이 진행함에 따라, 365 nm의 파장에서의 포토루미네선스 광의 강도가 증가한다. 제1 스테이지에서의 연마 공정의 종점이 365 nm의 파장에서의 포토루미네선스 광의 강도가 소정의 값에 도달하거나 일정해지는 때를 검출함으로써 검출된다.
제1 스테이지에서의 연마 공정이 종료되면, 스위치(150)가 꺼져서 연마 공구(134)와 기판(142) 사이로 전압을 인가하는 것을 멈추고, 여기광, 바람직하게는 자외광이 광원(140)으로부터 연속적으로 인가되어, 기판(142)의 표면을 제2 스테이지에서 기판(142)의 표면 조도를 개선하기 위해 연마한다. 기판(142)의 표면은 제2 스테이지에서, 예를 들어, 약 30분의 가공 시간 동안, 약 200 nm/h까지의 연마 속도로 연마된다. 기판(142)의 표면이 제2 스테이지에서 연마되는 동안, 스위치(206)가 켜져서 광전류 타입 손상 수준 측정 장치(201)의 전류계(204)가 기판(142)과 연마 공구(134)의 금속 필름(154)(금속 와이어)을 연결하는 전도성 와이어(152c)를 따라 흐르는 전류를 측정하는 것을 가능케 한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 연마 공정이 진행함에 따라, 전류계(204)를 통해 흐르는 전류의 값은 그가 시간에 있어서 실질적으로 일정해질 때까지 점진적으로 증가한다. 제2 스테이지에서의 연마 공정의 종점은 전류계(204)를 통해 흐르는 전류의 값을 측정하고 전류의 값이 소정 값에 도달하거나 일정해지는 때를 검출함으로써 검출된다.
제2 스테이지에서의 연마 공정이 종료된 후에, 광원(140)으로부터 인가되는 여기광, 바람직하게는 자외광이 정지되고, 기판 홀더(144)는 상승되고, 그 후에 기판(142)의 회전이 정지된다. 필요하다면, 기판(142)의 표면은 정제수로 헹궈지고, 그 다음 기판(142)은 제2 전달 위치(TP2)에서의 푸셔(33)로 전달된다. 제1 선형 이송기(5)가 푸셔(33) 상의 기판(142)을 승강기(35)로 전달한다. 연마 장치(30B)는 유사하게 기판 홀더(144)에 의해 푸셔(34)로부터 기판(142)을 수신하고, 기판(142)을 제1 스테이지 및 제2 스테이지에서 연마한다. 그 후에, 연마된 기판(142)은 제4 전달 위치(TP4)에서의 승강기(35)로 전달된다.
제2 전달 로봇(40)이 승강기(35)로부터 기판(142)을 수신하고, 기판(142)을 제5 전달 위치(TP5)에서의 승강기(36) 상으로 위치시킨다. 제2 선형 이송기(6)가 승강기(36) 상의 기판(142)을 제6 전달 위치(TP6) 또는 제7 전달 위치(TP7)로 전달하도록 이동한다.
연마 장치(30C)는 기판 홀더(244)에 의해 푸셔(37)로부터 기판(142)을 수신하고, 기판(142)을 제3 스테이지에서 연마한다. 구체적으로, GaN 기판 등과 같은 기판(142)을 그의 표면(처리되어야 하는 표면)이 하방으로 향한 채로 유지하는 기판 홀더(244)가 용기(234) 위의 위치로 이동되고, 그 다음 회전되며 용기(234) 내에 유지되는 물(232) 속에 기판(142)을 침지시키도록 하강된다. 기판 홀더(244)는, 예를 들어, 100 내지 1000 hPa(0.1 내지 1.0 kgf/cm2)의 범위 내의 접촉 압력(가압력) 하에서, 바람직하게는 400 hPa(0.4 kgf/cm2)의 접촉 압력 하에서, 회전되는 연마 패드(242)의 백금과 같은 전기 전도성 부재(264)와 기판(142)의 표면을 접촉시키도록 추가로 하강된다. 이러한 방식으로, 제3 스테이지에서의 연마 공정은 기판(142)의 표면과 연마 패드(242)의 백금과 같은 전기 전도성 부재(264)를 서로 접촉 유지하면서 상대 이동시킴으로써 기판(142)의 표면을 마무리하기 위해 수행된다. 제3 스테이지에서의 연마 공정은 물(232)이 기판(142)의 표면과 연마 패드(242)의 백금과 같은 전기 전도성 부재(264) 사이에 공급되는 동안 수행될 수 있다.
제3 스테이지에서의 연마 공정이 종료된 후에, 기판(142)의 표면 상에 남은 물(232)은 정제수 교체 섹션(192)에 의해 정제수로 교체되고, 그 다음 기판(142)은 제6 전달 위치(TP6)로 복귀된다. 연마 장치(30D)는 유사하게 기판 홀더(244)에 의해 푸셔(38)로부터 기판(142)을 수신하고, 제3 스테이지에서 기판(142)의 표면을 연마(마무리)한다. 연마 공정 이후에 기판(142)의 표면 상에 남은 물(232)은 정제수 교체 섹션(194)에 의해 정제수로 교체되고, 그 다음 기판(142)은 제7 전달 위치(TP7)로 복귀된다. 그 후에, 제2 선형 이송기(6)가 물(232)이 정제수로 교체된 기판(142)을 제5 전달 위치(TP5)로 이동시키도록 이동한다.
제2 전달 로봇(40)이 기판을 제5 전달 위치(TP5)로부터 취출하고, 기판을 역전 기계(41)로 전달한다. 역전 기계(41)가 기판을 180° 역전시키고, 그 다음 이를 제1 세척 유닛(42)으로 전달하고, 여기서 기판이 세척된다. 제3 전달 로봇(46)이 기판을 제1 세척 유닛(42)으로부터 제2 세척 유닛(43)으로 전달하고, 여기서 기판이 세척된다.
제3 전달 로봇(46)이 세척 후의 기판을 제3 세척 유닛(44)으로 전달하고, 여기서 기판이 정제수로 세척된다. 제3 전달 로봇(46)이 정제수 세척 후의 기판을 건조 유닛(45)으로 전달하고, 여기서 기판이 정제수로 헹궈지고 그 다음 기판을 회전 건조시키기 위해 고속으로 회전된다. 제1 전달 로봇(22)이 건조 유닛(45)으로부터 회전 건조 후의 기판을 수신하고, 기판을 전방 반입 섹션(200) 내에 장착된 기판 카세트로 복귀시킨다.
연마되기 전의 GaN 기판 표면의 간섭 현미경 이미지가 도 19a에 도시되어 있고, 기판 표면 상에서의 거리와 높이의 관계가 도 19b에 도시되어 있다. GaN 기판 표면이 여기광 및 인가되는 전압에 의해 5분 동안 1000 nm/h까지의 연마 속도로 연마되는 제1 스테이지에서 연마된 후의 GaN 기판 표면의 간섭 현미경 이미지가 도 20a에 도시되어 있고, 기판 표면 상에서의 거리와 높이의 관계가 도 20b에 도시되어 있다. 제1 스테이지에서의 연마 공정 후에, GaN 기판 표면이 여기광만이 인가되면서 30분 동안 200 nm/h까지의 연마 속도로 연마되는 제2 스테이지에서 연마된 후의 GaN 기판 표면의 간섭 현미경 이미지가 도 21a에 도시되어 있고, 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계가 도 21b에 도시되어 있다. 제1 스테이지에서의 연마 및 제2 스테이지에서의 연마 후에, GaN 기판 표면이 전기 전도성 부재로서 백금을 그리고 정제수 내에 CO2를 용해시킴으로써 pH가 5.5로 조정된 물을 사용하여 180분 동안 10 nm/h까지의 연마 속도로 연마되는 제3 스테이지에서 연마된 후의 GaN 기판 표면의 간섭 현미경 이미지가 도 22a에 도시되어 있고, 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계가 도 22b에 도시되어 있다.
도 19 내지 22b로부터, GaN 기판의 표면 조도(Ra)가 5분 동안 제1 스테이지에서 연마되었을 때 Ra: 5.271로부터 Ra: 4.17로 개선되었고, 그 다음 30분 동안 제2 스테이지에서 연마되었을 때 Ra: 0.363으로 개선되었고, 추가로 180분 동안 제3 스테이지에서 연마되었을 때 Ra: 0.083으로 개선되었음을 알 수 있다. 따라서, 충분한 수준의 표면 편평도를 갖는 기판이 약 215분 동안 그를 연마함으로써 얻어질 수 있음을 알 수 있다.
[실시예 1]
GaN 기판이 제1 스테이지에서 여기광 및 전압을 인가함으로써 기판 표면을 연마하고, 그 다음 제2 스테이지에서 여기광만을 인가함으로써 기판 표면을 연마함으로써 준비되었다. GaN 기판의 표면은 도 14에 도시된 연마 장치에 의해 제3 스테이지에서 연마(마무리)되었다. 도 14에 도시된 연마 장치에서, 전기 전도성 부재(264)는 백금으로 만들어졌고, 기체 용해기(238)에 의해 정제수 내에 CO2를 용해시킴으로써 pH가 5.5로 조정된 물(232)이 댐 부재(236)에 의해 제공되는 용기(234) 내로 부어졌다. GaN 기판의 표면은 10 rpm의 회전 속도로 턴테이블(230)을 회전시키고 0.4 kgf/cm2의 접촉 압력(가압력) 하에서 기판 표면과 전기 전도성 부재(264)(백금)를 서로 접촉 유지함으로써 3시간 동안 연마되었다.
연마된 후의 GaN 기판 표면의 원자력 현미경(AFM) 이미지가 도 23a에 도시되어 있고, 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계가 도 23b에 도시되어 있다. 결정 결함에 의존하는 에치 피트가 도 23a로부터 관찰되지 않고, 명확한 테라스-스텝 구조가 도 23b로부터 관찰되고, 이는 GaN 기판 표면이 원자 수준에서 편평한 손상이 없는 마무리로 연마되었음을 표시한다.
[비교예 1]
GaN 기판 표면이 HF 용해 용액이 기체 용해기(238)에 의해 정제수 내에 CO2를 용해시킴으로써 pH가 5.5로 조정된 물(232) 대신에 사용된 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 하에서 연마되었다.
연마된 후의 GaN 기판 표면의 원자력 현미경(AFM) 이미지가 도 24a에 도시되어 있고, 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계가 도 24b에 도시되어 있다. 명확한 테라스-스텝 구조가 도 24b로부터 관찰되지만, 0.5 nm의 깊이를 갖는 에치 피트의 스트립이 도 24a로부터 테라스 상에서 관찰된다. 에치 피트는 고도로 부식성인 HF에 의한 결정 결함 등의 선택적 에칭으로부터 생성되는 것으로 고려된다.
[실시예 2]
GaN 기판 표면이 사파이어 기판의 표면 상에 장착된 GaN을 구비한 결합 기판(성장 기판)이 GaN만으로 만들어진 GaN 기판 대신에 사용된 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 하에서 연마되었다.
연마된 후의 기판 표면의 원자력 현미경(AFM) 이미지가 도 25a에 도시되어 있고, 기판 표면 상에서의 거리와 높이 사이의 관계가 도 25b에 도시되어 있다. 결정 결함에 의존하는 임의의 에치 피트가 도 25a로부터 관찰되지 않고, 명확한 테라스-스텝 구조가 도 25b로부터 관찰되고, 이는 기판 표면이 원자 수준에서 편평한 손상이 없는 마무리로 연마되었음을 표시한다.
이러한 실시예 2에서, 사파이어 기판의 표면 상에 장착된 GaN을 구비한 결합 기판이 사용된다. SiC 기판의 표면 상에 장착된 GaN을 구비한 결합 기판, Si 기판의 표면 상에 장착된 GaN을 구비한 결합 기판, 또는 GaAs 기판의 표면 상에 장착된 GaN을 구비한 결합 기판을 연마하는 것도 가능하다.
상기 실시 형태에서, 제1 스테이지에서의 연마 공정 및 제2 스테이지에서의 연마 공정은 동일한 연마 장치에 의해 수행된다. 그러나, 제1 스테이지에서의 연마 공정 및 제2 스테이지에서의 연마 공정은 분리된 연마 장치에 의해 수행될 수 있다. 제3 연마 공정이 상기 실시예에서 제1 스테이지 및 제2 스테이지에서 연마되는 기판 상에서 수행되지만, 제3 연마 공정은 제1 스테이지 또는 제2 스테이지에서 연마되는 기판 상에서 수행될 수 있다.
또한, CMP, 이온 주입, 활성화 어닐링, 또는 RIE에 의해 처리된 후의 기판이 도 14에 도시된 연마 장치에 의해 마무리(제3 스테이지에서의 연마)될 수 있다.
도 26은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 연마 장치(30E)의 개략적인 단면도이다. 연마 장치(30E)는, 예를 들어, 도 9에 도시된 연마 장치(30C, 30D)들 중 적어도 하나와 교체되고, 제3 스테이지에서의 연마 공정을 위해 사용된다.
도 26에 도시된 바와 같이, 연마 장치(30E)는 물(232)을 내부에 유지하기 위한 용기(132)를 포함한다. 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수가 물(232)로서 사용된다. 투광성을 갖는 턴테이블(302)이 용기(300)의 바닥 상에 장착되고, 연마 패드(304)가 턴테이블(302)의 상부 표면 상에 장착되어, 연마 패드(304)는 용기(300)가 물(232)로 충전되면 물(232) 속에 침지된다. 예를 들어 백금으로 구성된 전기 전도성 부재가 진공 증발 등에 의해 연마 패드(304)의 적어도 하나의 표면(상부 표면) 상에 형성된다.
용기(300)는 회전 가능한 회전 샤프트(306)의 상단부에 결합된다. 용기(300)의 바닥 플레이트는 회전 샤프트(306) 둘레에 형성되어 턴테이블(302)에 의해 폐쇄되는 링형 개방부(300a)를 갖는다. 여기광, 바람직하게는 자외광을 발산하기 위한 광원(308)이 개방부(300a) 바로 아래에 배치된다. 연마 패드(304)는 광원(308)에 대응하는 영역 내에서 내부에 형성된 다수의 관통 구멍(304)을 갖는다. 따라서, 광원(308)으로부터 발산되는 여기광, 바람직하게는 자외광은 용기(300)의 개방부(300a) 및 연마 패드(304)의 관통 구멍(304a)을 통과하고, 연마 패드(304) 위로 도달한다.
용기(300) 바로 위에, 기판(142), 예컨대 GaN 기판을 전방 표면이 하방으로 향한 채로 탈착 가능하게 유지하기 위한 기판 홀더(310)가 배치된다. 기판 홀더(310)는 회전 가능하며 수직으로 이동 가능한 메인 샤프트(312)의 하단부에 결합된다. 기판 홀더(310) 및 메인 샤프트(312)는 구조에 있어서, 도 10에 도시된 기판 홀더(144) 및 메인 샤프트(146)와 동일하고, 아래에서 상세하게 설명되지 않을 것이다.
이러한 실시 형태의 연마 장치(30E) 또한 기판 홀더(310)에 의해 유지되는 기판(142)과 연마 패드(304) 사이에 전압을 인가하기 위한 전원(314)을 구비한다. 전류계(318)가 전원(314)의 양극으로부터 연장하는 전도성 와이어(316a) 내에 개재된다. 전원(314)의 양극으로부터 연장하는 전도성 와이어(316a)는 기판 홀더(310)에 의해 유지되는 기판(142)에 연결되고, 전원(314)의 음극으로부터 연장하는 전도성 와이어(316b)가 연마 패드(304)에 연결된다.
국소적인 깊은 스크래치를 갖는 기판이 연마될 때, 다량의 부스러기가 스크래치를 제거하기 위해 제거되어야 한다. 기판의 대부분이 연마 공정이 진행함에 따라 편평화될 때 연마 속도가 저하되므로, 기판 내에 국소적으로 존재하는 깊은 스크래치가 제거될 때까지 기판을 연마하는 것은 오래 걸린다. 이러한 경우에, 기판(142)의 표면은 기판(142)의 표면에 여기광을 그리고 필요하다면 기판(142)과 연마 패드(304) 사이에 전압을 인가하면서, 도 26에 도시된 연마 장치(30E)에 의해 연마된다. 기판(142)을 이렇게 연마함으로써, 기판(142)의 표면은 도 27에 도시된 바와 같이, 여기광의 영향 때문에, 미소한 에치 피트(1 - 2 nm)가 기판(142)의 표면 상에 형성되면서 연마된다. 기판(142)의 표면은 에치 피트의 존재 때문에, 표면 조도를 갖는 표면이 연마될 때의 연마 속도와 동일한 연마 속도로 연마되고, 그러므로 다량의 부스러기가 연마 속도를 저하시키지 않고서 제거될 수 있다. 여기광 및 전압의 인가가 정지된 후에 마무리 연마 공정을 수행함으로써, 기판의 표면 상에 형성된 에치 피트가 제거될 수 있다.
기판이 GaN 기판을 포함하면, GaN의 대역 갭이 3.42 eV이므로, 여기광은 바람직하게는 작업편의 대역 갭에 대응하는 파장 이하, 즉 365 nm 이하의 파장을 가져야 하고, 예컨대 바람직하게는 312 nm의 파장을 가져야 한다.
예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 연마 장치(30A 또는 30B)는 광원(140)으로부터의 여기광, 바람직하게는 자외광 및 연마 공구(134)와 기판(142) 사이의 전압을 인가하면서, 5분 동안 제1 스테이지에서 연마 공정을 수행한다. 연마 장치(30A 또는 30B)는 연마 공구(134)와 기판(142) 사이의 전압 인가가 정지되고, 여기광, 바람직하게는 자외광이 광원(140)으로부터 연속적으로 인가되면서, 연속하여 25분 동안 제2 스테이지에서 연마 공정을 수행한다.
다음으로, 도 26에 도시된 연마 장치(30E)는 광원(308)으로부터의 여기광, 바람직하게는 자외광 그리고 연마 패드(304)와 기판(142) 사이의 전압을 인가하면서, 15분 동안 제3 스테이지에서 제1 단계 연마 공정을 수행한다. 그 다음, 연마 장치(30E)는 광원(408)으로부터 여기광을 인가하고, 연마 패드(304)와 기판(142) 사이의 전압은 정지되는 동안, 25분 동안 제3 스테이지에서 제2 단계 연마 공정을 수행한다.
제3 스테이지에서의 연마 공정을 2개의 연마 단계로 이렇게 분할하고, 연마 공정을 수행함으로써, 예컨대 국소적으로 깊은 스크래치를 갖는 기판이 효과적으로 연마될 수 있다.
상기 실시 형태에서, 기판(142)의 표면은 기판(142)의 표면에 여기광을 인가한 다음, 기판(142)의 표면에 여기광을 인가하지 않으면서 기판(142)의 표면을 마무리하면서 연마된다. 기판(142)의 표면에 여기광을 인가하면서 기판(142)의 표면을 연마하기 위한 연마 공정, 및 기판(142)의 표면에 여기광을 인가하지 않으면서 기판(142)의 표면을 연마하기 위한 연마 공정은 교대로 반복될 수 있다. 이러한 경우에, 기판(142)의 표면은 기판(142)의 표면에 여기광을 인가하지 않고서 마무리를 위해 최종 연마된다.
상기 실시 형태에서, 기판(142)은 기판(142)의 표면에 여기광을 그리고 필요하다면 기판(142)과 연마 패드(304) 사이에 전압을 인가하면서 연마된다. 기판(142)은 기판(142)의 표면에 여기광을 인가하지 않으면서 기판(142)과 연마 패드(304) 사이에 전압을 인가하면서 연마될 수 있다. 이는 기판(142)의 표면 상에 에치 피트를 형성하여 연마 속도를 향상시킬 수 있다.
도 28은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 연마 장치(30F)의 개략적인 단면도이다. 도 28에 도시된 연마 장치(30F)는 관통 구멍(320a)을 갖는 광 전달 영역(E1) 및 광 비전달 영역(E2)을 포함하는 연마 패드(320)가 연마 패드(304) 대신에 사용되고, 기판 홀더(320)가 연마 패드(320) 상의 광 전달 영역(E1)과 광 비전달 영역(E2) 사이에서 왕복하도록 구성되는 점에서, 도 26에 도시된 연마 장치(30E)와 상이하다.
이러한 실시 형태에 따르면, 기판 홀더(310)에 의해 유지되는 기판(142)에 대한 여기광의 인가는 광원(308)으로부터 여기광을 인가하면서 연마 패드(320) 상의 광 전달 영역(E1)으로부터 광 비전달 영역(E2)으로 기판 홀더(310)를 이동시킴으로써 정지될 수 있다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 연마 장치(30G)의 개략적인 단면도이다. 연마 장치(30G)는, 예를 들어 도 9에 도시된 연마 장치(30C, 30D)들 중 적어도 하나와 교체되고, 제3 스테이지에서의 연마를 위해 사용된다.
도 29에 도시된 바와 같이, 연마 장치(30G)는 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수와 같은 물(232)을 내부에 유지하기 위한 용기(290)를 갖는다. 투광성 재료로 만들어진 연마 패드(242a)가 용기(290)의 바닥에 부착된다. 연마 패드(242a)는 회전 가능한 회전 샤프트(292)의 상단부에 연결된다. 연마 장치(30G)는 기판 홀더(244)에 의해 유지되는 기판(142)의 표면에 가시 단색 빔을 인가하기 위한 레이저 빔 광원(214) 및 기판(142)의 표면으로부터의 반사 광에 대한 분광 분석을 수행하여 라만 광의 강도를 측정하기 위한 분광계(216)를 포함하는 라만 광 타입 손상 수준 측정 장치(218)를 또한 포함한다. 다른 구조적 세부는 도 14에 도시된 연마 장치의 것과 동일하다.
도 30에 도시된 바와 같이, 연마 패드(242a)는, 예를 들어 투명 유리 등으로 만들어진 기부(250), 기부(250)의 표면 상에 배치된 50 내지 90의 범위 내의 슈어 경도(Shure hardness)를 가지며 기판과 접촉하기 위한 그리드 패턴 위치에서 내부에 형성된 투광성 관통 구멍(252a)을 갖는 탄성 본체(252), 진공 증발 등에 의해 탄성 본체(252)의 표면 상에 적층된 중간 층(254), 및 진공 증발 등에 의해 중간 층(254)의 표면 상에 적층된 전기 전도성 부재(256)를 포함한다. 탄성 본체(252)의 표면 상에 중간 층(254)이 사이에 개재된 채로 배치된 전기 전도성 부재(256)는 기판(142)의 표면(연마되어야 하는 표면) 상의 긴/단일 주기의 불균일부를 쉽게 따른다.
탄성 본체(252)는, 예를 들어, 고무, 수지, 발포성 수지, 부직 천 등으로 만들어질 수 있고, 0.5 내지 5 mm의 범위 내의 두께를 갖는다. 탄성 본체(252)는 상이한 탄성 계수를 갖는 탄성 재료의 2개 이상의 중첩된 층들을 포함할 수 있다.
중간 층(254)은, 예를 들어, 1 내지 10 nm의 범위 내의 두께를 갖는다. 중간 층(254)은 탄성 본체(252)와 전기 전도성 부재(256) 사이의 접착을 증가시키기 위해 탄성 본체(252)와 전기 전도성 층(256) 사이에 개재되고, 탄성 본체(252) 및 전기 전도성 부재(256)에 대한 양호한 접착을 갖는, 예를 들어, 크롬 또는 그래파이트 (SP2-결합) 탄소로 만들어진다. 중간 층(254)이 진공 증발에 의해 탄성 본체(252)의 표면 상에 형성될 때, 고온으로 인한 탄성 본체(252)의 팽창 및 변형을 억제하기 위해 이온 스퍼터링 적층을 채용하는 것이 바람직하다. 이는 전기 전도성 부재(256)가 진공 증발에 의해 중간 층(254)의 표면 상에 형성될 때에도 해당한다.
전기 전도성 부재(256)는, 예를 들어, 100 내지 1000 nm의 범위 내의 두께를 갖는다. 두께가 100 nm보다 작으면, 전기 전도성 부재(256)는 연마 공정이 약 1시간 동안 수행되면 과도하게 마모될 것이고, 따라서 실질적이지 않다. 두께가 1000 nm보다 크면, 전기 전도성 부재(256)의 표면은 연마 공정이 수행될 때 갈라지는 경향이 있을 것이다. 전기 전도성 부재(256)는 바람직하게는 백금으로 만들어지지만, 물(232) 속에서 불용성이거나 (10 nm/h 이하의 용해 속도로) 약간 가용성인, 금과 같은 귀금속, 전이 금속(Ag, Fe, Ni, Co 등), 그래파이트, 전기 전도성 수지, 전기 전도성 고무, 전기 전도성 유기 물질 등 중 임의의 하나로 만들어질 수 있다.
도 29에 도시된 연마 장치(30G)가 제3 스테이지에서 연마 공정을 수행할 때, 라만 광 타입 손상 수준 측정 장치(218)의 레이저 빔 광원(214)은 기부(250) 및 연마 패드(242a)의 탄성 본체(252) 내의 투광성 관통 구멍(252a)을 통해 기판 홀더(244)에 의해 유지되는 기판(142)의 표면에 가시 단색 빔을 인가하고, 분광계(216)는 기판(142)의 표면으로부터의 반사 광에 대한 분광 분석을 수행하여 라만 광의 강도를 측정한다. 위에서 설명된 바와 같이, 연마 공정이 진행함에 따라, 라만 광의 강도는 도 8에 도시된 바와 같이 증가한다. 그러므로, 제3 스테이지에서의 연마 공정의 종점은 라만 광의 강도가 소정 값에 도달하거나 일정해지는 때를 검출함으로써 검출된다.
상기 실시 형태에서, 제1 스테이지에서의 연마 공정의 종점은 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치(202)에 의해 검출된다. 그러나, 제1 스테이지에서의 연마 공정의 종점은 도 29에 도시된 라만 광 타입 손상 수준 측정 장치(218)에 의해 검출될 수 있다. 대안적으로, 제1 스테이지에서의 연마 공정의 종점은 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치(202) 및 라만 광 타입 손상 수준 측정 장치(218)의 조합에 의해 그들의 출력 신호의 평균 값에 기초하여 검출될 수 있다.
제2 스테이지에서의 연마 공정의 종점이 광전류 타입 손상 수준 측정 장치(201)에 의해 검출되지만, 이는 도 29에 도시된 바와 같은 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치(202) 또는 라만 광 타입 손상 수준 측정 장치(218)에 의해, 또는 2개 이상의 손상 수준 측정 장치에 의해 그들의 출력 신호의 평균 값에 기초하여 검출될 수 있다. 제1 스테이지에서의 연마 공정 및 제2 스테이지에서의 연마 공정은 Ga 이온을 함유하는 중성 pH의 pH 완충 용액을 사용하여 수행된다. 그러나, 종점의 검출은 이러한 연마 공정으로 제한되지 않는다.
SiC 및 GaN이 가시광 및 적외선에 대해 투과성이므로, 가시광 또는 적외선이 기판에 인가될 수 있고, 기판의 두께는 기판의 정면 및 후면으로부터 반사되는 광에 기초하여 측정될 수 있다. 광 간섭 공정에 기초한 필름 두께 측정 장치와 연마 공정의 진행을 모니터링하는 상기 공정이 조합되어 상보적으로 사용될 수 있다.
도 31은 도 10에 도시된 연마 장치(30A, 30B) 내에서 사용하기 위한 또 다른 연마 공구(134b)의 단면도이고, 도 32는 도 31에 도시된 연마 공구(134b)의 평면도이다. 도 31 및 32에 도시된 바와 같이, 연마 공구(134b)는 용기(132)의 개방부(132a)에 대응하는 영역 내에서 내부에 형성된 다수의 동심 홈(400a) 및 및 홈(400a) 내에 금속 와이어로서 배치된 금속 라인(402)을 갖는 지지 플래튼(400), 및 지지 플래튼(400) 상에 배치되어 광 및 이온 전류 중 적어도 하나를 통과시키기 위해 산란 패턴으로 내부에 형성된 복수의 관통 구멍(404a)을 갖는 패드 기부(404) 및 관통 구멍(404a)을 제외한 영역 내에서 진공 증발 등에 의해 패드 기부(404) 상에 적층된 촉매 층(406)을 포함하는 촉매 패드(408)를 포함한다.
도 33에 도시된 바와 같이, 금속 라인(402)은 기판 홀더(144)에 의해 유지되는 기판(142)을 직경 방향으로 가로질러 완전히 연장한다. 도 32에 도시된 바와 같이, 관통 구멍(404a)은 금속 라인(402)이 배치된 영역 내에 위치된다.
촉매 패드(408)는 지지 플래튼(400)의 직경과 실질적으로 동일하거나 (동일한 형상), 지지 플래튼(400)의 직경보다 작은 (작은 형상) 직경이다. 촉매 패드(408)는 그의 외측 원주 모서리에서 스크루 또는 양면 접착 테이프에 의해 지지 플래튼(400) 상에 탈착 가능하게 장착된다. 연마 공구(134b) 자체는 또한 스크루 등과 같은 기계식 체결구에 의해 용기(132)의 바닥 플레이트 상에 탈착 가능하게 장착된다.
지지 플래튼(400) 및 촉매 패드(408)가 서로로부터 분리되고, 촉매 패드(408)가 높은 수준의 표면 편평도를 가지며 버어, 스크래치 등을 생성하는 경향이 없으므로, 연마 공구(134b)는 버어, 스크래치 등이 없는 편평한 연마 표면을 생성할 수 있다. 아울러, 촉매 층(406)이 마모되면, 연마 공구(134b)는 다음과 같이 새로운 것으로 교체된다: 연마 공구(134b)가 용기(132)의 바닥 플레이트로부터 제거되고, 그 다음 촉매 패드(408)가 지지 플래튼(400)으로부터 탈착된다. 새로운 촉매 패드(408)가 지지 플래튼(400) 상에 장착되고, 새로운 연마 패드(408)를 구비한 연마 공구(134b)가 용기(132)의 바닥 플레이트 상에 장착된다. 지지 플래튼(400)이 재사용될 수 있으므로, 연마 공구(134b)는 저렴하고 고도로 내구성이다.
지지 플래튼(400)은 합성 석영 등과 같은 유리와 같은 투광성 재료 또는 아크릴 수지 등과 같은 투광성 수지로 만들어진다. 금속 와이어인 금속 라인(402)은 백금, 금, 은, 구리, 알루미늄 등으로 만들어진다. 패드 기부(404)는 유리, 고무, 투광성 수지, 발포성 수지, 또는 부직 천으로 만들어진다.
촉매 패드(408)는 촉매 층(406)과 패드 기부(404)로 구성된다. 촉매 층(406)은, 예를 들어, 귀금속, 전이 금속, 세라믹계 고체 촉매, 염기성 고체 촉매, 및 산성 고체 촉매 중 하나 이상으로 만들어진다. 귀금속은 백금, 금, 및 은, 또는 이들의 조합 중 하나를 포함한다. 전이 금속은 Fe, Ni, Co, Cu, Cr, i, 몰리브덴, 및 이들의 화합물, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함한다. 염기성 고체 촉매 또는 산성 고체 촉매는 부직 천, 수지, 및 금속, 산성 또는 염기성 금속 산화물, 및 이온 교환 기능을 구비한 유리, 또는 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
이러한 실시 형태에서, 촉매 층(406)은 진공 증발에 의해 전술한 재료 또는 그들의 조합 중 하나를 적층함으로써 패드 기부(404)의 표면 상에 형성된다. 촉매 층(406)은 진공 증발에 의해 패드 기부(404)의 표면 상에 원하는 두께로 균일하게 형성될 수 있다.
촉매 패드(408)는 석영 유리만으로 만들어질 수 있다. 촉매 패드(408)가 석영 유리로 만들어지면, 이는 지지 플래튼(400)으로부터 분리되며 그에 탈착 가능하게 장착될 수 있어서, 지지 플래튼(400) 내의 금속 라인(402)(금속 와이어)이 재사용될 수 있다.
패드 기부(404)는 바람직하게는 고무 등과 같은 탄성 재료로 만들어져야 한다. 이러한 경우에, 패드 기부(404)가 기판(142)의 표면(처리되어야 하는 표면)을 따라 탄성 변형 가능하므로, 촉매 패드(408)가 표면 불균일부를 갖더라도, 이는 기판(142)의 표면으로 전달되는 것이 방지된다. 예를 들어, 패드 기부(404)가 수지로 만들어지고, 수지의 패드 기부(404)와 촉매 층(406) 사이의 접착이 약하면, 탄소가 수지의 패드 기부(404)의 표면 상에서 증발되고, 촉매 층(406)은 증발에 의해 탄소 상에 형성되어, 수지의 패드 기부(404)와 촉매 층(406) 사이의 접착이 탄소에 의해 증가된다. 따라서, 전체적으로 증가된 접착을 갖는 촉매 패드(408)가 제작될 수 있다.
이러한 실시 형태에서, 도 35에 도시된 바와 같이, 지지 플래튼(400)은 내부에 형성된 복수의 관통 구멍(406b)을 갖고, 금속 와이어(402)는 관통 구멍(400b)을 통해 지지 플래튼(400)의 표면으로 연장한다. 금속 라인(402)(금속 와이어)은 지지 플래튼(400)의 표면 내에서 동심으로 형성된 홈(400a)들을 따라 배치되고, 전원(148)의 음극으로부터 연장하는 전도성 와이어(152b)는 금속 라인(402)에 연결된다.
도 36 및 37은 도 10에 도시된 연마 장치(30A, 30B) 내에서 사용하기 위한 또 다른 연마 공구(134c)를 도시한다. 연마 공구(134c)는 금속 와이어로서 역할하는 금속 필름(412)이 진공 증발에 의해 지지 플래튼(410)의 편평 표면 상에 적층되는 점에서 도 31 및 32에 도시된 연마 공구(134b)와 상이하다. 위에서 설명된 촉매 패드(408)와 동일한 촉매 패드(408)가 스크루, 양면 접착 테이프 등에 의해 지지 플래튼(410)의 표면 상에 탈착 가능하게 장착된다. 금속 필름(412)(금속 와이어)은 복수의 동심 금속 필름(412a) 및 동심 금속 필름(412a)들을 연결하는 적어도 하나의 직선 연결 금속 필름(412b)을 포함한다. 연결 금속 필름(412b)은 그의 기부 단부에서, 전원(148)의 음극으로부터 연장하는 전도성 와이어(152b)가 연결되는 전극(412c)을 갖는다.
이러한 실시 형태에서, 도 37에 도시된 바와 같이, 동심 금속 필름(412a)은 기판 홀더(144)에 의해 유지되는 기판(142)을 직경 방향으로 가로질러 완전히 연장한다. 보유 링(172)은 동심 금속 필름(412a)들이 배치되는 영역으로부터 약간 돌출하는 대향 측면들을 갖는다.
도 38에 도시된 바와 같이, 지지 플래튼(410)은 복수의 구역(도 38에서 5개의 구역)으로 분할될 수 있고, 각각의 구역 내에 배치된 동심 금속 필름(412a)들은 복수의 연결 금속 필름(412b)에 개별적으로 연결될 수 있다. 연결 금속 필름(412b)은 각각의 구역 내의 연마 속도를 제어하기 위해 복수의 전원의 음극으로부터 각각 연장하는 복수의 전도 라인에 개별적으로 연결된 각각의 전극(412c)을 가질 수 있다.
도 39는 도 10에 도시된 연마 장치(30A, 30B) 내에서 사용하기 위한 또 다른 연마 공구(134d)를 도시한다. 연마 공구(134d)는 함불소 수지, 아크릴 수지 등으로 만들어지고, 예를 들어, 10 내지 500 ㎛의 범위 내의 두께를 갖는 투광성 배선 필름(416)이 지지 플래튼(410)의 편평 표면과 촉매 패드(408) 사이에 개재된 점에서 도 31 및 32에 도시된 연마 공구(134b)와 상이하다. 금속 와이어로서 역할하는 배선 패턴(418)이 배선 필름(416)의 상부 표면 상에서 증발된다. 배선 패턴(418)(금속 와이어)은, 예를 들어, 도 37에 도시된 바와 같이 복수의 동심 금속 필름을 포함한다. 동심 금속 필름은 도 38에 도시된 바와 같이 복수의 구역으로 분할될 수 있다.
도 40은 도 14에 도시된 연마 장치(30C, 30D) 내에서 사용하기 위한 다른 연마 패드(242b)를 도시한다. 연마 패드(242b)는 합성 석영 등과 같은 유리와 같은 투광성 재료 또는 아크릴 수지 등과 같은 투광성 수지로 만들어진 지지 플래튼(280), 탄성 재료로 만들어지고 내부에 형성된 다수의 관통 구멍(282a)을 가지며 지지 플래튼(280)의 상부 표면 상에 배치되는 탄성 기부(282), 진공 증발 등에 의해 관통 구멍(282a)을 제외한 영역 내에서 탄성 기부(282)의 표면 상에 적층된 중간 층(284), 및 진공 증발 등에 의해 중간 층(284)의 상부 표면 상에 적층된 전기 전도성 부재(286)를 포함하는 점에서, 도 15에 도시된 연마 패드(242)와 상이하다.
산업상 이용 가능성
본 발명에 따른 연마 방법 및 연마 장치는 Ga, Al, In 등과 같은 원소를 함유하는 화합물 반도체(예컨대, GaN)로 만들어진 단일 기판 또는 Ga, AL, In 등과 같은 원소를 함유하는 화합물 반도체가 장착되는 결합 기판(성장 기판)과 같은 기판의 표면(처리되어야 하는 표면)을 편평하게 연마하기 위해 사용된다.

Claims (52)

  1. 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수의 존재 시에, 기판의 표면과 연마 패드의 표면을 서로 접촉 유지하면서, 기판의 표면과 기판과 접촉 유지되는 표면의 영역 내에서 전기 전도성 부재를 갖는 연마 패드의 표면을 상대 이동시킴으로써 Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판의 표면을 연마하는 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서, 약산성수 또는 공기가 내부에 용해된 물은 3.5 내지 6.0의 범위 내의 pH를 갖는 연마 방법.
  3. 물, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수의 존재 시에, 기판의 표면과 연마 패드의 표면을 서로 접촉 유지하면서, 기판의 표면과 기판과 접촉 유지되는 표면의 영역 내에서 전기 전도성 부재를 갖는 연마 패드의 표면을 상대 이동시킴으로써 Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체로 적어도 부분적으로는 만들어진 기판의 표면을 연마하는 연마 방법.
  4. 제3항에 있어서, 물은 N2-퍼징된 물인 연마 방법.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 공기가 내부에 용해된 물은 기판의 표면이 정제수 또는 수돗물이 공급되는 연마 패드에 의해 연마되기 시작한 후에 기판의 표면이 공기 분위기 내에서 연마되는 동안, 공기 중의 CO2가 내부에 용해된 물을 포함하는 연마 방법.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 전기 전도성 부재는 귀금속, 전이 금속, 그래파이트, 전기 전도성 수지, 전기 전도성 고무, 또는 전기 전도성 유기 물질로 만들어지는 연마 방법.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체는 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, 또는 InAs를 포함하는 연마 방법.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 전해질 이온수는 3.5 내지 6.0의 범위 또는 8.0 이상의 pH를 갖는 연마 방법.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 기판의 표면은 연마 패드 내에 제공된 관통 구멍을 거쳐 기판의 표면에 여기광을 인가하면서 연마되는 연마 방법.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서, 기판의 표면은 연마 패드와 기판 사이에 전압을 인가하면서 연마되는 연마 방법.
  11. 제1항 또는 제3항에 있어서, 기판의 표면은 물 또는 전해질 이온수의 온도, 기판의 온도, 및 연마 패드의 온도 중 적어도 하나를 제어하면서 연마되는 연마 방법.
  12. 제1항 또는 제3항에 있어서, 기판의 표면에 여기광을 인가하면서 기판의 표면을 연마하기 위한 제1 연마 공정, 및 기판의 표면에 여기광을 인가하지 않고서 기판의 표면을 연마하기 위한 제2 연마 공정이 연속적으로 수행되는 연마 방법.
  13. 제1항 또는 제3항에 있어서, 기판의 표면에 여기광을 인가하면서 기판의 표면을 연마하기 위한 제1 연마 공정, 및 기판의 표면에 여기광을 인가하지 않고서 기판의 표면을 연마하기 위한 제2 연마 공정이 교대로 반복되는 연마 방법.
  14. 제1항 또는 제3항에 있어서, 기판과 연마 패드 사이에 전압을 인가하면서 기판의 표면을 연마하기 위한 제3 연마 공정, 및 기판과 연마 패드 사이에 전압을 인가하지 않고서 기판의 표면을 연마하기 위한 제4 연마 공정이 연속적으로 수행되는 연마 방법.
  15. 제1항 또는 제3항에 있어서, 기판과 연마 패드 사이에 전압을 인가하면서 기판의 표면을 연마하기 위한 제3 연마 공정, 및 기판과 연마 패드 사이에 전압을 인가하지 않고서 기판의 표면을 연마하기 위한 제4 연마 공정이 교대로 반복되는 연마 방법.
  16. Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판의 표면을 연마하기 위한 연마 장치이며,
    약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수를 내부에 유지하기 위한 용기;
    기판과 접촉 유지되는 표면의 영역 내에서 전기 전도성 부재를 가지며, 물 속에 침지되면서 용기 내에 배치되는 연마 패드;
    용기 내의 물 속에 기판을 침지시키면서, 기판을 유지하고 기판을 연마 패드와 접촉시키기 위한 기판 홀더; 및
    연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서, 연마 패드와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘
    을 포함하는 연마 장치.
  17. Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체로 만들어진 기판의 표면을 연마하기 위한 연마 장치이며,
    기판과 접촉 유지되는 표면의 영역 내에서 전기 전도성 부재를 갖는 연마 패드;
    기판을 유지하고, 기판을 연마 패드와 접촉시키기 위한 기판 홀더;
    연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 패드와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘; 및
    연마 패드와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 접촉 영역으로 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수를 공급하기 위한 물 공급 섹션
    을 포함하는 연마 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 연마 패드는 다수의 관통 구멍을 갖고, 연마 장치는 연마 패드의 관통 구멍을 거쳐 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 표면에 여기광을 인가하도록 구성되는 연마 장치.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서, 연마 패드는 다수의 관통 구멍을 거쳐 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 표면에 여기광을 인가하기 위한 광 전달 영역, 및 광 비전달 영역을 갖고, 이동 메커니즘은 연마 패드 상의 광 전달 영역과 광 비전달 영역 사이에서 기판 홀더를 왕복시키도록 구성되는 연마 장치.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서, 연마 패드와 기판에 의해 유지되는 기판을 연결하며 전원을 내부에 개재하는 전도성 와이어를 추가로 포함하는 연마 장치.
  21. 제16항 또는 제17항에 있어서, 공기가 내부에 용해된 물은 기판의 표면이 정제수 또는 수돗물이 공급되는 연마 패드에 의해 연마되기 시작한 후에 기판의 표면이 공기 분위기 내에서 연마되는 동안, 공기 중의 CO2가 내부에 용해된 물을 포함하는 연마 장치.
  22. 제16항 또는 제17항에 있어서, 전기 전도성 부재는 귀금속, 전이 금속, 그래파이트, 전기 전도성 수지, 전기 전도성 고무, 또는 전기 전도성 유기 물질로 만들어지는 연마 장치.
  23. 제16항 또는 제17항에 있어서, Ga, Al, 및 In 중 하나를 함유하는 화합물 반도체는 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, 또는 InAs를 포함하는 연마 장치.
  24. 제16항 또는 제17항에 있어서, 약산성수 또는 공기가 내부에 용해된 물은 3.5 내지 6.0의 범위 내의 pH를 갖는 연마 장치.
  25. 제16항 또는 제17항에 있어서, 전해질 이온수는 3.5 내지 6.0의 범위 또는 8.0 이상의 pH를 갖는 연마 장치.
  26. 연마 방법이며,
    처리 액체의 존재 시에 투광성 연마 공구와 기판의 표면이 서로에 대해 유지되는 동안, 투광성 연마 공구와 기판의 표면을 상대 이동시킴으로써 기판의 표면을 연마하는 단계, 및
    여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판과 연마 공구 상의 금속 와이어를 연결하는 전도성 라인을 통해 흐르는 전류의 값을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 광전류 타입 손상 수준 측정 시스템, 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템, 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템을 포함하는 손상 수준 측정 시스템들 중 적어도 하나에 의해 기판의 표면의 손상 수준을 측정하고, 기판의 표면의 손상 수준의 감소에 기초하여 연마 공정의 진행을 모니터링하는 단계
    를 포함하는 연마 방법.
  27. 연마 방법이며,
    처리 액체의 존재 시에 기판의 표면에 여기광을 인가하고 동시에 기판의 표면에 바이어스 전위를 인가함으로써 기판의 표면 상에 산화물을 형성하는 단계;
    산화물과 연마 공구를 서로 접촉 유지하면서, 산화물과 연마 공구를 상대 이동시킴으로써 기판의 표면 상에 형성된 산화물을 연마하는 단계; 및
    여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템, 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템을 포함하는 손상 수준 측정 시스템들 중 적어도 하나에 의해 기판의 표면의 손상 수준을 측정하고, 기판의 표면의 손상 수준의 감소에 기초하여 연마 공정의 진행을 모니터링하는 단계
    를 포함하는 연마 방법.
  28. 연마 방법이며,
    처리 액체의 존재 시에 기판의 표면에 여기광을 인가함으로써 기판의 표면 상에 산화물을 형성하는 단계;
    산화물과 연마 공구를 서로 접촉 유지하면서 산화물과 연마 공구를 상대 이동시킴으로써 기판의 표면 상에 형성된 산화물을 연마하는 단계; 및
    여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판과 연마 공구 상의 금속 와이어를 연결하는 전도성 라인을 통해 흐르는 전류의 값을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 광전류 타입 손상 수준 측정 시스템, 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 시스템, 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템을 포함하는 손상 수준 측정 시스템들 중 적어도 하나에 의해 기판의 표면의 손상 수준을 측정하고, 기판의 표면의 손상 수준의 감소에 기초하여 연마 공정의 진행을 모니터링하는 단계
    를 포함하는 연마 방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 기판은 Ga의 원소를 함유하는 반도체로 만들어지고, 처리 액체는 Ga 이온을 함유하는 중성 pH의 pH 완충 용액을 포함하는 연마 방법.
  30. 연마 방법이며,
    처리 액체의 존재 시에 기판의 표면과 연마 공구를 서로 접촉 유지하면서 기판의 표면과 연마 공구를 상대 이동시킴으로써 기판의 표면을 연마하는 단계; 및
    가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 시스템에 의해 기판의 표면의 손상 수준을 측정하고, 기판의 표면의 손상 수준의 감소에 기초하여 연마 공정의 진행을 모니터링하는 단계
    를 포함하는 연마 방법.
  31. 제30항에 있어서, 처리 액체는 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수를 포함하고, 전기 전도성 부재는 기판의 표면과 접촉 유지되는 영역 내에서 연마 공구 상에 배치되는 연마 방법.
  32. 연마 장치이며,
    처리 액체를 내부에 유지하기 위한 용기;
    처리 액체 내에 침지되면서 용기 내에 배치되는 투광성 연마 공구;
    용기 내의 처리 액체 내에 기판을 침지시키면서, 기판을 유지하고 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더;
    연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘; 및
    여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판과 연마 공구 상의 금속 와이어를 연결하는 전도성 라인을 통해 흐르는 전류의 값을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 광전류 타입 손상 수준 측정 장치, 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치, 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 장치를 포함하는 손상 수준 측정 장치들 중 적어도 하나
    를 포함하는 연마 장치.
  33. 연마 장치이며,
    투광성 연마 공구;
    기판을 유지하고 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더;
    연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘;
    연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 접촉 영역으로 처리 액체를 공급하기 위한 처리 액체 공급 섹션; 및
    여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판과 연마 공구 상의 금속 와이어를 연결하는 전도성 라인을 통해 흐르는 전류의 값을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 광전류 타입 손상 수준 측정 장치, 여기광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터 발산되는 포토루미네선스 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 포토루미네선스 광 타입 손상 수준 측정 장치, 및 가시 단색 광이 기판의 표면에 인가될 때 기판의 표면으로부터의 반사 광 내에 포함된 라만 광을 측정함으로써 기판의 표면의 손상 수준을 측정하기 위한 라만 광 타입 손상 수준 측정 장치를 포함하는 손상 수준 측정 장치들 중 적어도 하나
    를 포함하는 연마 장치.
  34. 제32항 또는 제33항에 있어서, 기판 홀더에 의해 유지되어 용기 내의 처리 액체 내에 침지되는 기판의 표면에 여기광을 인가하기 위한 광원 및 기판에 바이어스 전위를 인가하기 위한 전원 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 연마 장치.
  35. 제34항에 있어서, 기판은 Ga의 원소를 함유하는 반도체로 만들어지고, 처리 액체는 Ga 이온을 함유하는 중성 pH의 pH 완충 용액을 포함하는 연마 장치.
  36. 제32항 또는 제33항에 있어서, 처리 액체는 약산성수, 공기가 내부에 용해된 물, 또는 전해질 이온수를 포함하고, 전기 전도성 부재는 기판의 표면과 접촉 유지되는 영역 내에서 연마 공구 상에 배치되는 연마 장치.
  37. 연마 공구이며,
    표면 상에 금속 와이어를 구비한 투광성 지지 플래튼; 및
    기판과 접촉 유지되며 촉매로 만들어진 적어도 일 부분을 포함하는 표면을 갖는 촉매 패드
    를 포함하고,
    촉매 패드는 광 및 이온 전류 중 적어도 하나를 통과시키기 위해 내부에 형성된 복수의 구멍을 갖는
    연마 공구.
  38. 제37항에 있어서, 금속 와이어는 지지 플래튼의 표면 내에 형성된 홈 내에 금속 와이어를 매립하거나, 지지 플래튼의 표면 상에 금속 와이어 패턴을 형성하거나, 지지 플래튼의 표면 상에 금속 와이어 패턴이 형성된 배선 필름을 위치시킴으로써 제공되는 연마 공구.
  39. 제37항에 있어서, 금속 와이어는 진공 증발에 의해 지지 플래튼의 표면 상에 적층된 금속 필름 패턴에 의해 형성되는 연마 공구.
  40. 제37항에 있어서, 지지 플래튼은 유리 또는 투광성 수지로 만들어지는 연마 공구.
  41. 제37항에 있어서, 촉매는 귀금속, 전이 금속, 세라믹계 고체 촉매, 염기성 고체 촉매, 산성 고체 촉매, 그래파이트, 전기 전도성 수지, 전기 전도성 고무, 및 전기 전도성 유기 물질 중 적어도 하나를 포함하는 연마 공구.
  42. 제37항에 있어서, 촉매 패드는 석영 유리로 만들어지는 연마 공구.
  43. 제37항에 있어서, 촉매 패드는 유리, 고무, 투광성 수지, 발포성 수지, 또는 부직 천으로 만들어진 패드 기부의 표면 상에서, 귀금속, 전이 금속, 산성 또는 염기성 금속 산화물 필름, 그래파이트, 전기 전도성 수지, 전기 전도성 고무, 또는 전기 전도성 유기 물질을 증발시킴으로써 형성되는 연마 공구.
  44. 연마 장치이며,
    처리 액체를 내부에 유지하기 위한 용기;
    처리 액체 내에 침지되면서 용기 내에 배치되는, 제37항에 따른 연마 공구;
    용기 내의 처리 액체 내에 기판을 침지시키면서, 기판을 유지하고 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더;
    연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘; 및
    기판 홀더에 의해 유지되며 용기 내의 처리 액체 내에 침지되는 기판의 표면에 여기광을 인가하기 위한 광원, 및 기판에 바이어스 전위를 인가하기 위한 전원 중 적어도 하나
    를 포함하는 연마 장치.
  45. 연마 장치이며,
    제37항에 따른 연마 공구;
    기판을 유지하고, 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더;
    연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 접촉 영역으로 처리 액체를 공급하기 위한 처리 액체 공급 섹션; 및
    기판 홀더에 의해 유지되며 용기 내의 처리 액체 내에 침지되는 기판의 표면에 여기광을 인가하기 위한 광원, 및 기판에 바이어스 전위를 인가하기 위한 전원 중 적어도 하나
    를 포함하는 연마 장치.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서, 처리 액체는 Ga 이온을 함유하는 중성 pH의 pH 완충 용액을 포함하고, 기판은 Ga의 원소를 함유하는 반도체로 만들어지는 연마 장치.
  47. 연마 공구이며,
    고무, 수지, 발포성 수지, 및 부직 천을 포함하는 탄성 재료들 중 적어도 하나로 만들어진 탄성 기부;
    적어도 기판과 접촉 유지되는 영역 내에서 탄성 기부 상에 배치된 전기 전도성 부재; 및
    탄성 기부와 전기 전도성 부재 사이에서 이들 사이의 접착을 증가시키기 위해 개재된 탄소 또는 크롬으로 만들어진 중간 필름
    을 포함하는 연마 공구.
  48. 제47항에 있어서, 탄성 기부는 처리 액체를 효율적으로 공급하기 위해 그의 표면 내에 형성된 홈을 갖는 연마 공구.
  49. 제47항에 있어서, 탄성 기부는 광 및 이온 전류 중 적어도 하나를 통과시키기 위해 다수의 관통 구멍을 갖는 연마 공구.
  50. 연마 장치이며,
    처리 액체를 내부에 유지하기 위한 용기;
    처리 액체 내에 침지되면서 용기 내에 배치되는 제47항에 따른 연마 공구;
    용기 내의 처리 액체 내에 기판을 침지시키면서, 기판을 유지하고 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더; 및
    연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘
    을 포함하는 연마 장치.
  51. 연마 장치이며,
    제47항에 따른 연마 공구;
    기판을 유지하고 기판을 연마 공구와 접촉시키기 위한 기판 홀더;
    연마 패드와 기판을 서로 접촉 유지하면서 연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판을 상대 이동시키기 위한 이동 메커니즘; 및
    연마 공구와 기판 홀더에 의해 유지되는 기판의 접촉 영역으로 처리 액체를 공급하기 위한 처리 액체 공급 섹션
    을 포함하는 연마 장치.
  52. 제50항 또는 제51항에 있어서, 처리 액체는 Ga 이온을 함유하는 중성 pH의 pH 완충 용액을 포함하고, 기판은 Ga의 원소를 함유하는 반도체로 만들어지는 연마 공구.
KR1020127017924A 2009-12-15 2010-12-14 연마 방법 및 연마 장치 KR101692574B1 (ko)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2009-284491 2009-12-15
JP2009284491A JP2011125938A (ja) 2009-12-15 2009-12-15 研磨方法及び研磨装置
JP2009284494A JP5403359B2 (ja) 2009-12-15 2009-12-15 研磨具及び研磨装置
JPJP-P-2009-284494 2009-12-15
JP2009284493 2009-12-15
JPJP-P-2009-284493 2009-12-15
PCT/JP2010/072837 WO2011074691A1 (en) 2009-12-15 2010-12-14 Polishing method, polishing apparatus and polishing tool

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167035972A Division KR101754550B1 (ko) 2009-12-15 2010-12-14 연마 공구 및 연마 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120102109A true KR20120102109A (ko) 2012-09-17
KR101692574B1 KR101692574B1 (ko) 2017-01-03

Family

ID=44167441

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127017924A KR101692574B1 (ko) 2009-12-15 2010-12-14 연마 방법 및 연마 장치
KR1020167035972A KR101754550B1 (ko) 2009-12-15 2010-12-14 연마 공구 및 연마 장치

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167035972A KR101754550B1 (ko) 2009-12-15 2010-12-14 연마 공구 및 연마 장치

Country Status (5)

Country Link
US (2) US8912095B2 (ko)
EP (1) EP2513955A1 (ko)
KR (2) KR101692574B1 (ko)
TW (3) TWI591711B (ko)
WO (1) WO2011074691A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140098129A (ko) * 2011-12-06 2014-08-07 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸 고체산화물의 가공방법 및 그 장치
KR20200142120A (ko) * 2014-04-18 2020-12-21 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
KR20220094793A (ko) * 2020-12-29 2022-07-06 중앙대학교 산학협력단 Cmp 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법
KR20230011474A (ko) * 2016-03-11 2023-01-20 가부시키가이샤 도호코키 세이사쿠쇼 평탄 가공 장치

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102099692A (zh) * 2008-07-18 2011-06-15 东京毅力科创株式会社 探针
JP2015500151A (ja) * 2011-12-16 2015-01-05 エルジー シルトロン インコーポレイテッド ウェハーの研磨装置及びウェハーの研磨方法
JP5935168B2 (ja) * 2012-08-20 2016-06-15 東邦エンジニアリング株式会社 基板研磨装置
CN104968472A (zh) * 2013-01-31 2015-10-07 株式会社荏原制作所 研磨装置、研磨垫的贴附方法及研磨垫的更换方法
JP5820404B2 (ja) 2013-02-05 2015-11-24 株式会社東芝 平坦化方法及び平坦化装置
JP6225991B2 (ja) 2013-07-19 2017-11-15 国立大学法人 名古屋工業大学 金属製研磨パッドおよびその製造方法
JP6372847B2 (ja) * 2014-03-13 2018-08-15 株式会社荏原製作所 研磨装置
DE112015002319T5 (de) 2014-12-31 2017-02-09 Osaka University Planarisierungsbearbeitungsverfahren und Planarisierungsbearbeitungsvorrichtung
JP6438868B2 (ja) * 2015-09-16 2018-12-19 東芝メモリ株式会社 半導体装置の製造方法および半導体製造装置
JP6887722B2 (ja) * 2016-10-25 2021-06-16 株式会社ディスコ ウェーハの加工方法及び切削装置
US10879087B2 (en) 2017-03-17 2020-12-29 Toshiba Memory Corporation Substrate treatment apparatus and manufacturing method of semiconductor device
CN108630575B (zh) * 2017-03-17 2022-08-09 铠侠股份有限公司 基板处理装置及基板处理方法
JP6917233B2 (ja) * 2017-07-25 2021-08-11 株式会社ディスコ ウエーハの加工方法
KR102601619B1 (ko) 2018-11-12 2023-11-13 삼성전자주식회사 연마 패드 모니터링 방법 및 연마 패드 모니터링 장치
CN109616412A (zh) * 2018-12-14 2019-04-12 大连理工大学 一种光化学与机械抛光相结合的半导体晶片加工方法
JP7281226B2 (ja) * 2018-12-14 2023-05-25 大連理工大学 半導体ウェーハの光電気化学機械研磨加工装置及び加工方法
JP7221177B2 (ja) * 2019-09-05 2023-02-13 住友化学株式会社 構造体の製造方法および製造装置
WO2022114330A1 (ko) * 2020-11-30 2022-06-02 한국과학기술연구원 Cis계 박막의 평탄화 방법, 이를 이용하여 제조된 cis계 박막 및 상기 cis계 박막을 포함하는 태양전지
JP2023064373A (ja) * 2021-10-26 2023-05-11 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板処理方法および基板処理システム
CN114566461A (zh) * 2022-03-02 2022-05-31 成都海威华芯科技有限公司 基于正反面通孔的半导体器件深背孔制作方法及器件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050269577A1 (en) * 2004-06-08 2005-12-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Surface treatment method and surface treatment device
JP2008071857A (ja) * 2006-09-13 2008-03-27 Kumamoto Univ 磁性微粒子を用いた触媒化学加工方法及び装置
JP2009241213A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Toyo Tire & Rubber Co Ltd 研磨パッドの製造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01253239A (ja) 1988-04-01 1989-10-09 Mitsubishi Monsanto Chem Co ＡｌＧａＡｓ表面研磨方法
JPH05136118A (ja) 1991-11-12 1993-06-01 Toshiba Corp 半導体エツチング方法
JP2000077366A (ja) * 1998-08-28 2000-03-14 Nitta Ind Corp 研磨布及びその研磨布の研磨機定盤への脱着方法
US6821189B1 (en) * 2000-10-13 2004-11-23 3M Innovative Properties Company Abrasive article comprising a structured diamond-like carbon coating and method of using same to mechanically treat a substrate
US6811680B2 (en) * 2001-03-14 2004-11-02 Applied Materials Inc. Planarization of substrates using electrochemical mechanical polishing
JP2004111940A (ja) 2002-08-26 2004-04-08 Tokyo Seimitsu Co Ltd 研磨パッド及びこれを用いた研磨装置、研磨方法
JP4542324B2 (ja) 2002-10-17 2010-09-15 株式会社荏原製作所 研磨状態監視装置及びポリッシング装置
DE602004008880T2 (de) * 2003-02-18 2008-06-26 Parker-Hannifin Corp., Cleveland Polierartikel für elektro-chemisches-mechanisches polieren
JP4506399B2 (ja) 2004-10-13 2010-07-21 株式会社荏原製作所 触媒支援型化学加工方法
JP2007109777A (ja) 2005-10-12 2007-04-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd ＧａＮ化合物半導体基板のメカノケミカル研磨方法及び研磨装置
US7776228B2 (en) 2006-04-11 2010-08-17 Ebara Corporation Catalyst-aided chemical processing method
JP5007384B2 (ja) 2006-10-18 2012-08-22 株式会社荏原製作所 触媒支援型化学加工方法及び装置
EP1894900A3 (en) 2006-08-28 2010-02-24 Osaka University Catalyst-aided chemical processing method and apparatus
US8734661B2 (en) 2007-10-15 2014-05-27 Ebara Corporation Flattening method and flattening apparatus
JP4887266B2 (ja) 2007-10-15 2012-02-29 株式会社荏原製作所 平坦化方法
JP5596030B2 (ja) * 2008-06-26 2014-09-24 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 多孔質エレメントを有する研磨パッド及びその製造方法と使用方法
JP5364959B2 (ja) 2009-03-27 2013-12-11 国立大学法人大阪大学 研磨方法及び研磨装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050269577A1 (en) * 2004-06-08 2005-12-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Surface treatment method and surface treatment device
JP2008071857A (ja) * 2006-09-13 2008-03-27 Kumamoto Univ 磁性微粒子を用いた触媒化学加工方法及び装置
JP2009241213A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Toyo Tire & Rubber Co Ltd 研磨パッドの製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140098129A (ko) * 2011-12-06 2014-08-07 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸 고체산화물의 가공방법 및 그 장치
KR20200142120A (ko) * 2014-04-18 2020-12-21 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
KR20230011474A (ko) * 2016-03-11 2023-01-20 가부시키가이샤 도호코키 세이사쿠쇼 평탄 가공 장치
KR20220094793A (ko) * 2020-12-29 2022-07-06 중앙대학교 산학협력단 Cmp 연마패드 표면 거칠기 측정을 위한 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170001714A (ko) 2017-01-04
TW201135821A (en) 2011-10-16
TWI591711B (zh) 2017-07-11
WO2011074691A1 (en) 2011-06-23
TW201639022A (zh) 2016-11-01
TWI571924B (zh) 2017-02-21
KR101692574B1 (ko) 2017-01-03
US20150068680A1 (en) 2015-03-12
TWI604519B (zh) 2017-11-01
KR101754550B1 (ko) 2017-07-05
US20120244649A1 (en) 2012-09-27
US8912095B2 (en) 2014-12-16
EP2513955A1 (en) 2012-10-24
TW201714213A (zh) 2017-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101692574B1 (ko) 연마 방법 및 연마 장치
US10916455B2 (en) Flattening method and flattening apparatus
JP4887266B2 (ja) 平坦化方法
JP5682076B2 (ja) 研磨具及び研磨装置
JP5552648B2 (ja) 研磨方法及び研磨装置
US9233449B2 (en) Polishing method, polishing apparatus and GaN wafer
US11220757B2 (en) Method for manufacturing solid oxide and device therefor
US20070020918A1 (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
JP6206847B2 (ja) ワイドバンドギャップ半導体基板の加工方法及びその装置
JP2009200360A (ja) シリコン部材の表面処理方法
JP2015128161A (ja) 研磨方法
US20060144711A1 (en) Electrochemical machining device and electrochemical machining method
JP2011125938A (ja) 研磨方法及び研磨装置
JP2004216542A (ja) 電解加工装置及び電解加工方法
TW202042298A (zh) 觸媒基準裝置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
A107 Divisional application of patent
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191127

Year of fee payment: 4