TWI571924B - 拋光裝置及拋光工具 - Google Patents

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TWI571924B
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Description

拋光裝置及拋光工具
本發明大致上係關於拋光方法及拋光裝置，尤其係關於用於對例如為含有例如鎵、鋁、銦等之元素之複合半導體製成之單一基板或例如為在其上安裝有含有例如鎵、鋁、銦等之元素之複合半導體之黏合基板(磊晶基板)之基板之表面(欲加工之表面)實施平坦化拋光之拋光方法及拋光裝置。本發明亦係關於例如催化劑輔助式的化學加工系統之拋光方法及拋光裝置，用於對基板之表面(欲加工之表面)實施平坦化拋光並監測拋光製程之進行以決定拋光製程之時序終點(例如，拋光製程之停止或拋光狀況的改變)。再者，本發明係關於設置在例如催化劑輔助式的化學加工系統中之拋光工具。
申請人已提出用於藉由將基板放置在酸性加工溶液中、將酸性或鹼性固體催化劑與基板之表面接觸或放置在基板之表面之附近以及將與固體催化劑保持接觸或在固體催化劑附近之表面之表面分子洗提(eluting)至酸性加工溶液中以加工基板之表面(欲加工之表面)之催化劑相關的化學加工系統(參見日本早期公開專利公開號第2008-121099 號)。依據催化劑相關的化學加工系統，較佳為紫外光之光照射基板(工件)之表面或在基板及固體催化劑間施加電壓，以促進基板之氧化而提升加工速率。催化劑相關的化學加工系統有可能僅以化學作用平坦化基板之表面並對基板之表面造成些微損傷。然而，在實際給定的的時間內通常難以將含有例如鎵元素之複合半導體製成之單一基板之表面平坦化至足夠高精密的表面粗糙度。
近年對高度整合的半導體裝置之更精細的且多層的互連之需求需要將在例如半導體晶圓等之基板上之例如為金屬薄膜之薄膜之表面高度平坦化。為符合此需求，已習慣藉由依據化學機械拋光(CMP)從其中移除表面不規則以將基板之表面上之薄膜之表面平坦化。在化學機械拋光中，必須在拋光薄膜的同時監測薄膜的拋光狀態以在所需的位置停止拋光薄膜。因此，一般做法係藉由將感應磁場施加至金屬薄膜以及以渦流感應器檢查產生在金屬薄膜之表面中之渦流之衰減速率，以監測形成在基板之表面上之電性導電金屬薄膜之拋光的狀態，藉此測量金屬薄膜之厚度。
申請人已提出一種用於藉由將光施加至基板之表面上之薄膜之表面(欲拋光之表面)、將從表面反射出之光分割至頻譜資料中以及基於頻譜資料量測薄膜之厚度以監測形成在基板之表面上之薄膜之拋光狀態之裝置(參見日本早期公開專利公開號第2004-154928號)。
申請人已提出一種藉由將半導體基板之表面與至少其表面係由催化劑製成之接觸平台(拋光工具)保持彼此接 觸以及將其於加工液內彼此相對地移動以拋光半導體基板之表面(欲拋光之表面)之拋光方法，作為精確地且有效地拋光例如碳化矽、氮化鎵等之難以處理的材料之半導體基板之拋光方法(參見日本早期公開專利公開號第2009-117782號)。舉例而言，接觸平台包括鉬等之基座及接附至基座之表面之鉑等之催化劑。
申請人已發現到，當將含有鎵元素之複合半導體之基板沉浸在包括含有鎵離子之中性酸鹼值之酸鹼值緩衝溶液之加工液中且將光施加至基板之表面或將偏壓電位施加至基板時，鎵氧化物係形成在基板之表面上，且能藉由將鎵氧化物與拋光平台(拋光工具)保持彼此接觸以及將其彼此相對移動以拋除形成的鎵氧化物(參見日本早期公開專利公開號第2009-78234號)。
然而，已發現到，若將光施加至基板之表面或將偏壓電位施加至基板以形成鎵氧化物且拋除鎵氧化物以將含有鎵元素之複合半導體之基板之表面平坦化，則直到拋光的表面達到所需的程度的平坦度或拋光的表面沒有達到足夠程度的平坦度，拋光基板之表面花費很長的時間。
舉例而言，在製造稱為裸基板之僅由半導體製成之基板之製程中，已知為錠之大量的半導體材料切割為基板，且此後拋光各基板之表面以從其中移除損傷。然而，迄今為止，雖然能夠為了移除形成在基板之表面上之薄膜及依 據測量準則平坦化薄膜之表面之目的而監測拋光製程之進行，卻不能夠為了從例如為裸基板之無薄膜之基板之表面移除損傷之目的而監測拋光製程之進行。
舉例而言，已發現到，若接觸平台(拋光工具)係由切割至某種形狀之基座及接附至基座之表面之催化劑構成，則藉由接觸平台拋光後之工件之拋光的表面容易被當切割基座時形成在基座之表面之毛邊刮傷，且基座之表面之表面不規則容易轉移至拋光的工件。接觸平台之催化劑係作為在催化劑之表面及工件之表面間接收電子之催化劑。需要週期性地替換催化劑，因為當催化劑及工件彼此壓抵且彼此相對移動的同時加工工件之表面時，催化劑機械性地損壞。亦已發現到，若接觸平台係例如為鉬等之基座及接附至基座之表面之例如為鉑等之催化劑構成，則當替換催化劑時必須替換整體接觸平台，故接觸平台非常昂貴。
鑑於以上情況完成本發明。因此本發明之第一目的係提供特別適用於將含有例如鎵等之元素之複合半導體之基板之表面拋光至所需程度的平坦度以便在實際加工時間內能將含有鎵之元素之複合半導體之基板之表面平坦化而具有高表面精密之拋光方法及拋光裝置。
本發明之第二目的係提供能拋光例如為僅由半導體製成之裸基板之基板之表面並藉由在拋光基板之表面的同時量測基板之表面之損傷程度以監測拋光製程之進行之拋光方法及拋光裝置。
本發明之第三目的係提供能產生平坦的且較沒有被 刮的拋光表面並藉由基本上允許只替換催化劑而為不昂貴的且耐用的之拋光工具以及包括此種拋光工具之拋光裝置。
本發明提供一種於弱酸水、在其中溶解有空氣之水或電解離子水存在下在將基板之表面與拋光墊之表面保持彼此接觸的同時相對地移動基板之表面及在與基板保持接觸之表面之區中具有電性導電構件之拋光墊之表面以拋光由含有鎵、鋁及銦中之一者之複合半導體製成之基板之表面之拋光方法。
因此能將由含有例如鎵等之元素之複合半導體製成之基板之表面拋光至高度平坦度。藉由將拋光製程與包含施加光及/或施加偏壓電位之拋光製程組合，能將拋光由含有例如鎵等之元素之複合半導體製成之基板之表面所需要的時間大幅地減少。
在本發明之較佳態樣中，弱酸水或在其中溶解有空氣之水具有從3.5至6.0之範圍之酸鹼值。
舉例而言，藉由無須添加酸、酸鹼值緩衝或氧化劑(過氧化氫、臭氧水、過硫酸鹽等)而將二氧化碳之氣體溶解至純水或自來水中以製造具有從3.5至6.0之範圍之酸鹼值之弱酸水。藉由將純水或自來水與空氣接觸及將空氣中之二氧化碳溶解至水中以製造具有從3.5至6.0之範圍之酸鹼值之在其中溶解有空氣之水。藉由積極地以氣體溶解器將空氣溶解或自然地將純水或自來水曝露至大氣中將空氣溶解 而可製造在其中溶解有空氣之水。較佳地，弱酸水或在其中溶解有空氣之水之酸鹼值應該在從3.5至5.5之範圍中。
本發明亦提供另一種於水、在其中溶解有空氣之水或電解離子水存在下，在將基板之表面與拋光墊之表面保持彼此接觸的同時，藉由相對地移動基板之表面及在與基板保持接觸之表面之區中具有電性導電構件之拋光墊之表面，以拋光至少部分地含有鎵、鋁及銦中之一者之複合半導體製成之基板之表面之拋光方法。
在本發明之較佳態樣中，藉由供應有純水或自來水之拋光墊以開始拋光基板之表面後，於大氣中拋光基板之表面的同時，在其中溶解有空氣之水包括在其中溶解有空氣中之二氧化碳之水。
在本發明之較佳態樣中，電性導電構件係由貴金屬、過渡金屬、石墨、電性導電樹脂、電性導電橡膠或電性導電有機物質製成。
貴金屬係可為鉑或，且過渡金屬係可為銀、鐵、鎳或鈷。電性導電有機物質係可為聚乙炔(polyacetylene)、聚對苯撐(polyparaphenyline)、聚苯胺(polyaniline)、聚噻吩(polythiofuran)或聚對苯撐乙烯(polyparaphenyline-vinylene)
在本發明之較佳態樣中，含有鎵、鋁及銦中之一者之複合半導體包括氮化鎵、磷化鎵、砷化鎵、氮化鋁、磷化鋁、砷化鋁、氮化銦、磷化銦或砷化銦。
由於氮化鎵、磷化鎵、砷化鎵、氮化鋁、磷化鋁、砷化鋁、氮化銦、磷化銦或砷化銦之氧化物係可溶解於弱酸 或弱鹼水溶液中，能將其使用在依據本發明之拋光方法中。
在本發明之較佳態樣中，電解離子水具有從3.5至6.0之範圍或8.0或更高之酸鹼值。
在本發明之較佳態樣中，在透過設置於拋光墊中之穿孔將激發光施加至基板之表面的同時拋光基板之表面。
或者，在將電壓施加於拋光墊及基板間的同時可拋光基板之表面。
較佳地，在控制水或電解離子水之溫度、基板之溫度以及拋光墊之溫度中之至少一者的同時拋光基板之表面。
在本發明之較佳態樣中，依次實施用於在將激發光施加至基板之表面的同時拋光基板之表面之第一拋光製程及用於拋光基板之表面而無須將激發光施加至基板之表面之第二拋光製程。
或者，交替地重複用於在將激發光施加至基板之表面的同時拋光基板之表面之第一拋光製程及用於拋光基板之表面而無須將激發光施加至基板之表面之第二拋光製程。
在本發明之較佳態樣中，依次實施用於在將電壓施加於基板及拋光墊間的同時拋光基板之表面之第三拋光製程及用於拋光基板之表面而無須將電壓施加於基板及拋光墊間之第四拋光製程。
或者，交替地重複用於在將電壓施加於基板及拋光墊間的同時拋光基板之表面之第三拋光製程及用於拋光基板之表面而無須將電壓施加於基板及拋光墊間之第四拋光製程。
本發明亦提供一種用於拋光由含有鎵、鋁及銦中之一者之複合半導體製成之基板之表面之拋光裝置，包括：容器，用於在其中保存弱酸水、在其中溶解有空氣之水或電解離子水；拋光墊，具有在與基板保持接觸之表面之區中之電性導電構件，拋光墊係設置在容器中並沉浸在水中；基板固定器，用於固定基板及將基板與拋光墊接觸並將基板沉浸在容器中之水中；以及移動機構，用於在將拋光墊與基板保持彼此接觸的同時相對地移動拋光墊及被基板固定器所固定之基板。
本發明提供另一種用於拋光由含有鎵、鋁及銦中之一者之複合半導體製成之基板之表面之拋光裝置，包括：拋光墊，具有在與基板保持接觸之表面之區中之電性導電構件；基板固定器，用於固定基板及將基板與拋光墊接觸；移動機構，用於在將拋光墊與基板保持彼此接觸的同時相對地移動拋光墊及被基板固定器所固定之基板；以及供水段，用於將弱酸水、在其中溶解有空氣之水或電解離子水供應至拋光墊及被基板固定器所固定之基板之接觸區域。
在本發明之較佳態樣中，拋光墊具有複數個穿孔，且拋光裝置係組構成透過拋光墊之穿孔將激發光施加至被基板固定器所固定之基板之表面。
在本發明之較佳態樣中，拋光墊具有用於透過複數個穿孔將激發光施加至被基板固定器所固定之基板之表面之光傳輸區及光無傳輸區，且移動機構係組構成將基板固定器在拋光墊上於光傳輸區及光無傳輸區間往復。
在本發明之較佳態樣中拋光裝置復包括連接拋光墊及被基板所固定之基板且在其中插入有電源之導電線。
本發明提供另一種拋光方法，包括：於加工液存在下在將可透光的拋光工具與基板之表面保持彼此接觸的同時藉由相對地移動可透光的拋光工具及基板之表面以拋光基板之表面；以及以包含用於當施加激發光至基板之表面時藉由測量流過連接基板之導電線及拋光工具上之金屬導線之電流之值以測量基板之表面之損傷程度之光電流型損傷程度測量系統、用於當施加激發光至基板之表面時藉由測量從基板之表面發射出之光致發光以測量基板之表面之損傷程度之光致發光型損傷程度測量系統和用於當施加可見單色光至基板之表面時藉由測量包含在來自基板之表面之反射光中之拉曼光以測量基板之表面之損傷程度之拉曼光型損傷程度測量系統之損傷程度測量系統中之至少一者測量基板之表面之損傷程度，並基於基板之表面之損傷程度減少以監測拋光製程之進行。
由於使用光電流型損傷程度測量系統、光致發光型損傷程度測量系統及拉曼光型損傷程度測量系統中之至少一者，在拋光基板之表面的同時能測量基板之表面之損傷程度，且從基板之表面之損傷程度減少能監測拋光製程之進行，即使基板係為例如僅由在其表面無薄膜之半導體製成之裸基板。
本發明提供另一種拋光方法，包括：於加工液存在下藉由將激發光施加至基板之表面且同時將偏壓電位施加至 基板之表面以在基板之表面上形成氧化物；在將氧化物與拋光工具保持彼此接觸的同時藉由相對地移動氧化物及拋光工具以拋除形成在基板之表面上之氧化物；以及以包含用於當施加激發光至基板之表面時藉由測量從基板之表面發射出之光致發光以測量基板之表面之損傷程度之光致發光型損傷程度測量系統和用於當施加可見單色光至基板之表面時藉由測量包含在來自基板之表面之反射光中之拉曼光以測量基板之表面之損傷程度之拉曼光型損傷程度測量系統之損傷程度測量系統中之至少一者測量基板之表面之損傷程度，並基於基板之表面之損傷程度減少以監測拋光製程之進行。
當拋光基板之表面並藉由施加偏壓電位置基板以在基板之表面形成氧化物時，能在拋光基板之表面的同時藉由光致發光型損傷程度測量系統及拉曼光型損傷程度測量系統中之至少一者以測量基板之表面之損傷程度，且能基於基板之表面之損傷程度減少以監測拋光製程之進行。
本發明提供另一種拋光方法，包括：於加工液存在下藉由將激發光施加至基板之表面以在基板之表面上形成氧化物；在將氧化物與拋光工具保持彼此接觸的同時藉由相對地移動氧化物及拋光工具以拋除形成在基板之表面上之氧化物；以及以包含用於當施加激發光至基板之表面時藉由測量流過連接基板之導電線及拋光工具上之金屬導線之電流之值以測量基板之表面之損傷程度之光電流型損傷程度測量系統、用於當施加激發光至基板之表面時藉由測量 從基板之表面發射出之光致發光以測量基板之表面之損傷程度之光致發光型損傷程度測量系統和用於當施加可見單色光至基板之表面時藉由測量包含在來自基板之表面之反射光中之拉曼光以測量基板之表面之損傷程度之拉曼光型損傷程度測量系統之損傷程度測量系統中之至少一者測量基板之表面之損傷程度，並基於基板之表面之損傷程度減少以監測拋光製程之進行。
較佳地，基板係由含有鎵之元素之半導體製成，且加工液包括含有鎵離子之中性酸鹼值之酸鹼值緩衝溶液。
本發明提供另一種拋光方法，包括：於加工液存在下在將基板之表面與拋光工具保持彼此接觸的同時藉由相對地移動基板之表面及拋光工具以拋光基板之表面；以及以用於當施加可見單色光至基板之表面時藉由測量包含在來自基板之表面之反射光中之拉曼光以測量基板之表面之損傷程度之拉曼光型損傷程度測量系統測量基板之表面之損傷程度，並基於基板之表面之損傷程度減少以監測拋光製程之進行。
因為拋光速率或例如為平坦程度之表面之拋光的狀態之關係，有在施加激發光至基板之表面或施加偏壓電位至基板之表面的同時不能拋光基板之表面的例子。在此例子中，使用不需要施加激發光至基板之表面或施加偏壓電位至基板之表面之拉曼光型損傷程度測量系統以在拋光基板之表面的同時測量基板之表面之損傷程度，且基於基板之表面之損傷程度減少能監測拋光製程之進行。
較佳地，加工液包括弱酸水、在其中溶解有空氣之水或電解離子水，且電性導電構件係設置於在與基板之表面保持接觸之區中之拋光工具上。
本發明提供另一種拋光裝置，包括：容器，用於在其中保存加工液；可透光的拋光工具，係設置在容器中並沉浸在加工液中；基板固定器，用於固定基板及將基板與拋光工具接觸並將基板沉浸在容器中之加工液中；移動機構，用於在將拋光墊與基板保持彼此接觸的同時相對地移動拋光工具及被基板固定器所固定之基板；以及包含用於當施加激發光至基板之表面時藉由測量流過連接基板之導電線及拋光工具上之金屬導線之電流之值以測量基板之表面之損傷程度之光電流型損傷程度測量裝置、用於當施加激發光至基板之表面時藉由測量從基板之表面發射出之光致發光以測量基板之表面之損傷程度之光致發光型損傷程度測量裝置和用於當施加可見單色光至基板之表面時藉由測量包含在來自基板之表面之反射光中之拉曼光以測量基板之表面之損傷程度之拉曼光型損傷程度測量裝置之損傷程度測量裝置中之至少一者。
本發明提供另一種拋光裝置，包括：可透光的拋光工具；基板固定器，用於固定基板及將基板與拋光工具接觸；以及移動機構，用於在將拋光墊與基板保持彼此接觸的同時相對地移動拋光工具及被基板固定器所固定之基板；加工液供應段，用於將加工液供應至拋光工具及被基板固定器所固定之基板之接觸區域；以及包含用於當施加激發光 至基板之表面時藉由測量流過連接基板之導電線及拋光工具上之金屬導線之電流之值以測量基板之表面之損傷程度之光電流型損傷程度測量裝置、用於當施加激發光至基板之表面時藉由測量從基板之表面發射出之光致發光以測量基板之表面之損傷程度之光致發光型損傷程度測量裝置和用於當施加可見單色光至基板之表面時藉由測量包含在來自基板之表面之反射光中之拉曼光以測量基板之表面之損傷程度之拉曼光型損傷程度測量裝置之損傷程度測量裝置中之至少一者。
拋光裝置較佳地包含用於將激發光施加至被基板固定器所固定且沉浸在容器中之加工液中之基板之表面之光源及用於將偏壓電位施加至基板之電源中之至少一者。
本發明提供一種拋光工具，包括可透光的支撐平台，在其表面上具有金屬導線；以及催化劑墊，具有包含與基板保持接觸且係由催化劑製成之至少一部份之表面，催化劑墊具有複數個在其中定義之孔，用於供光及離子電流中之至少一者穿過之。
由於支撐平台及催化劑墊係彼此分離以及催化劑墊具有高程度之表面平坦度且不會傾向於產生毛邊、刮痕等，拋光工具能產生無毛邊、刮痕等之平坦拋光的表面。能藉由替換催化劑墊以替換新的催化劑，並允許重複使用支撐平台。據此，拋光工具係不昂貴的且係高度耐用的。
金屬導線係藉由將金屬導線嵌入於定義在支撐平台之表面中之溝槽中、將金屬導線圖案形成在支撐平台之表 面上或將在其上形成有金屬導線圖案之配線薄膜放置在支撐平台之表面上而設置。
或者，金屬導線係可藉由以真空蒸鍍而沉積在支撐平台之表面上之金屬薄膜圖案而形成。
支撐平台較佳地由玻璃或可透光的樹脂製成。
舉例而言，催化劑包括貴金屬、過渡金屬、陶瓷基固體催化劑、鹼性固體催化劑、酸性固體催化劑、石墨、電性導電樹脂、電性導電橡膠及電性導電有機物質中之至少一者。
舉例而言，催化劑墊由石英玻璃製成。
或者，催化劑墊係可藉由將貴金屬、過渡金屬、酸性或鹼性金屬氧化薄膜、石墨、電性導電樹脂、電性導電橡膠或者電性導電有機物質蒸鍍在由玻璃、橡膠、可透光的樹脂、可發泡的樹脂或不織布製成之墊基座之表面上而形成。
蒸鍍在墊基座之表面上之酸性或鹼性金屬氧化物薄膜不容易從墊基座剝離。
本發明提供另一種拋光裝置，包括容器，用於在其中保存加工液；上述的拋光工具，拋光工具係設置在容器中並沉浸在加工液中；基板固定器，用於固定基板及將基板與拋光工具接觸並將基板沉浸在容器中之加工液中；移動機構，用於在將拋光墊與基板保持彼此接觸的同時相對地移動拋光工具及被基板固定器所固定之基板；以及用於將激發光施加至被基板固定器所固定且沉浸在容器中之加工 液中之基板之表面之光源及用於將偏壓電位施加至基板之電源中之至少一者。
本發明提供另一種拋光裝置，包括：上述的拋光工具；基板固定器，用於固定基板及將基板與拋光工具接觸；加工液供應段，用於將加工液供應至拋光工具及被基板固定器所固定之基板之接觸區域；以及用於將激發光施加至被基板固定器所固定且沉浸在容器中之加工液中之基板之表面之光源及用於將偏壓電位施加至基板之電源中之至少一者。
本發明提供另一種拋光工具，包括：彈性基座，由包含橡膠、樹脂、可發泡的樹脂及不織布之彈性材料中之至少一者製成；電性導電構件，係設置於在與至少基板保持接觸之區中之彈性基座上；以及中間薄膜，係由碳或鉻製成，中間薄膜係插入在彈性基座及電性導電構件間以提升其間之附著力。
由於彈性材料之彈性基座沿著基板之表面(欲加工之表面)係可彈性變形的，即使由於催化劑墊具有表面不規則性，因此彈性基座及催化劑墊避免被搬送至基板之表面。因為由碳或鉻製成之中間薄膜係插入在彈性基座及電性導電構件間以提升其間之附著力，藉由中間薄膜以提升彈性基座及電性導電構件間之附著力，使得電性導電構件不容易從彈性基座剝離。
彈性基座較佳地具有定義在其表面中之溝槽，用於有效地供應加工液。
彈性基座較佳地具有複數個用於供光及離子電流中之至少一者穿過之穿孔。
本發明提供另一種拋光裝置，包括：容器，用於在其中保存加工液；上述的拋光工具，拋光工具係設置在容器中並沉浸在加工液中；基板固定器，用於固定基板及將基板與拋光工具接觸並將基板沉浸在容器中之加工液中；以及移動機構，用於在將拋光墊與基板保持彼此接觸的同時相對地移動拋光工具及被基板固定器所固定之基板。
本發明提供另一種拋光裝置，包括：上述的拋光工具；基板固定器，用於固定基板及將基板與拋光工具接觸；移動機構，用於在將拋光墊與基板保持彼此接觸的同時相對地移動拋光工具及被基板固定器所固定之基板；以及加工液供應段，用於將加工液供應至拋光工具及被基板固定器所固定之基板之接觸區域。
依據本發明之一種拋光方法及拋光裝置能將由含有例如鎵等之元素之複合半導體製成之基板之表面拋光至高程度之平坦度。藉由將拋光製程與包含施加光及/或施加偏壓電位之拋光製程組合，即藉由施加光及/或施加偏壓電位以在高拋光速率拋光基板之表面且接著將基板之表面拋光至拋光至高程度之平坦度，能將拋光由含有例如鎵等之元素之複合半導體製成之基板之表面所需要的時間大幅地減少。
依據本發明之另一種拋光方法及拋光裝置，即使基板 係為例如僅由在其表面無薄膜之半導體製成之裸基板，藉由使用光電流型損傷程度測量系統、光致發光型損傷程度測量系統或拉曼光型損傷程度測量系統，在拋光基板之表面的同時能測量基板之表面之損傷程度，且能監測拋光製程之進行。
依據本發明之拋光工具，由於支撐平台及催化劑墊係彼此分離以及催化劑墊具有高程度之表面平坦度且不會傾向於產生毛邊、刮痕等，拋光工具能產生無毛邊、刮痕等之平坦拋光的表面。能藉由替換催化劑墊以替換新的催化劑，並允許重複使用支撐平台。據此，拋光工具係不昂貴的且係高度耐用的。
再者，由於彈性材料之彈性基座沿著基板之表面(欲加工之表面)係可彈性變形的，即使由於催化劑墊具有表面不規則性，因此彈性基座及催化劑墊避免被搬送至基板之表面。因為由碳或鉻製成之中間薄膜係插入在彈性基座及電性導電構件間以提升其間之附著力，藉由中間薄膜以提升彈性基座及電性導電構件間之附著力，使得電性導電構件不容易從彈性基座剝離。
1‧‧‧殼體
1a、1b、1c‧‧‧分隔牆
2‧‧‧裝載/卸載段
3‧‧‧拋光段
4‧‧‧清潔段
5‧‧‧第一線性輸送器
6‧‧‧第二線性輸送器
10、134、134b、134c、134d‧‧‧拋光工具
11‧‧‧基板固定器
12、140、308‧‧‧光源
13、152a、152b、152c、272a、272b、316a、316b‧‧‧導電線
14、204、318‧‧‧安培計
16、18、208、216‧‧‧光譜計
17、214‧‧‧雷射光束源
21‧‧‧移動機構
22‧‧‧第一搬送機械臂
30A、30B、30C、30D、30E、30F、30G‧‧‧拋光裝置
31、41‧‧‧換向機
32、35、36‧‧‧升降器
33、34、37、38‧‧‧推動器
40‧‧‧第二搬送機械臂
42‧‧‧第一清潔單元
43‧‧‧第二清潔單元
44‧‧‧第三清潔單元
45‧‧‧乾燥單元
46‧‧‧第三搬送機械臂
50、53、54‧‧‧開閉器
130‧‧‧加工液
132、234、290、300‧‧‧容器
132a、300a‧‧‧開口
133‧‧‧加工液供應噴嘴
134a‧‧‧溝槽
136、292、306‧‧‧旋轉軸
142、W‧‧‧基板
144‧‧‧基板固定器
146‧‧‧主軸
148、270、314‧‧‧電源
150、206‧‧‧開關
154、412‧‧‧金屬薄膜
158‧‧‧加熱器
160‧‧‧遮蓋
162‧‧‧驅動凸緣
164‧‧‧通用接頭
166‧‧‧彈簧
168‧‧‧旋轉傳動段
170‧‧‧固定器本體
172‧‧‧扣環
174‧‧‧導電橡膠
176‧‧‧壓力空間
178‧‧‧空氣導入管
180‧‧‧萃取電極
190‧‧‧調節機構
192、194‧‧‧純水更換段
200‧‧‧前面裝載段
201‧‧‧光電流型損傷程度測量裝置
202‧‧‧光致發光型損傷程度測量裝置
218‧‧‧拉曼光型損傷程度測量裝置
230‧‧‧轉動台
230a‧‧‧流體通道
232‧‧‧水
236‧‧‧屏障構件
238‧‧‧氣體溶解器
240‧‧‧熱交換器
241‧‧‧供水線(供水段)
242、242a、242b‧‧‧拋光墊
244、310‧‧‧基板固定器
246、312‧‧‧主軸
250‧‧‧基座
252‧‧‧彈性本體
252a、282a、304a、320a、404a、406a‧‧‧穿孔
254、262、284‧‧‧中間層
256、264、286‧‧‧電性導電構件
260、282‧‧‧彈性基座
260a、400a‧‧‧溝槽
280、400、410‧‧‧支撐平台
302‧‧‧轉動台
304、320‧‧‧拋光墊
402‧‧‧金屬線
404‧‧‧墊基座
406‧‧‧催化劑層
408‧‧‧催化劑墊
412a‧‧‧同心金屬薄膜
412b‧‧‧連接金屬薄膜
412c‧‧‧電極
416‧‧‧配線薄膜
418‧‧‧配線圖案
E1‧‧‧光傳輸區
E2‧‧‧光無傳輸區
TP1‧‧‧第一搬送位置
TP2‧‧‧第二搬送位置
TP3‧‧‧第三搬送位置
TP4‧‧‧第四搬送位置
TP5‧‧‧第五搬送位置
TP6‧‧‧第六搬送位置
TP7‧‧‧第七搬送位置
第1圖係為顯示光電流型損傷程度測量系統之概念之示意圖；第2圖係為顯示光電流型損傷程度測量系統之概念之能帶圖；第3圖係為顯示拋光時間及光電流型損傷程度測量系 統中之光電流值間之關係之圖表；第4圖係為顯示光致發光型損傷程度測量系統之概念之示意圖；第5圖係為顯示光致發光型損傷程度測量系統之概念之能帶圖；第6圖係為顯示拋光時間及光致發光型損傷程度測量系統中之光電流值間之關係之圖表；第7圖係為顯示拉曼光型損傷程度測量系統之概念之示意圖；第8圖係為顯示在拉曼光型損傷程度測量系統中之拋光製程之前及之後之瑞利光及拉曼光之圖表；第9圖係為顯示依據本發明之實施例之合併有拋光裝置之平坦化系統之整體構造之平面圖；第10圖係為合併於顯示在第9圖中之平坦化系統中之拋光裝置之示意剖面圖；第11圖係為顯示在第10圖中之拋光裝置之基板固定器之放大剖面圖；第12圖係為顯示在第10圖中之拋光裝置之拋光工具之放大剖面圖；第13圖係為另一拋光工具之放大剖面圖；第14圖係為合併於顯示在第9圖中之平坦化系統中之拋光裝置之示意剖面圖；第15圖係為顯示在第14圖中之拋光裝置之拋光墊之放大剖面圖； 第16圖係為顯示當藉由顯示在第14圖中之拋光裝置以拋光氮化鎵基板時之拋光速率及拋光時間間之關係之圖表；第17圖係為顯示在合併於顯示在第10圖中之拋光裝置中之光致發光型損傷程度測量裝置中之拋光製程之前及之後之激發光及光致發光之圖表；第18圖係為當在拋光製程期間藉由合併於顯示在第10圖中之拋光裝置中之光電流型損傷程度測量裝置以測量光電流時之拋光時間及光電流間之關係之圖表；第19A圖係為顯示氮化鎵基板在拋光前之干涉顯微鏡影像之圖形，第19B圖係為顯示基板表面上之距離及高度間之關係之圖表；第20A圖係為顯示氮化鎵基板在第一階段中拋光後之干涉顯微鏡影像之圖形，第20B圖係為顯示基板表面上之距離及高度間之關係之圖表；第21A圖係為顯示氮化鎵基板在第二階段中拋光後之干涉顯微鏡影像之圖形，第21B圖係為顯示基板表面上之距離及高度間之關係之圖表；第22A圖係為顯示氮化鎵基板在第三階段中拋光後之干涉顯微鏡影像之圖形，第22B圖係為顯示基板表面上之距離及高度間之關係之圖表；第23A圖係為顯示氮化鎵基板依據範例1拋光後之原子力顯微鏡影像之圖形，第23B圖係為顯示基板表面上之距離及高度間之關係之圖表； 第24A圖係為顯示氮化鎵基板依據對照範例拋光後之原子力顯微鏡影像之圖形，第24B圖係為顯示基板表面上之距離及高度間之關係之圖表；第25A圖係為顯示氮化鎵基板依據範例2拋光後之原子力顯微鏡影像之圖形，第25B圖係為顯示基板表面上之距離及高度間之關係之圖表；第26圖係為依據本發明之另一實施例之拋光裝置之示意剖面圖；第27圖係為顯示氮化鎵基板在激發光施加至氮化鎵基板表面的同時藉由顯示在第26圖中之拋光裝置而拋光後之原子力顯微鏡影像之圖形；第28圖係為依據本發明之另一實施例之拋光裝置之示意剖面圖；第29圖係為依據本發明之另一實施例之拋光裝置之示意剖面圖；第30圖係為顯示在第29圖中之拋光裝置之拋光工具之放大剖面圖；第31圖係為用於顯示在第10圖中之拋光裝置中之另一拋光工具之放大剖面圖；第32圖係為顯示在第31圖中之拋光工具之平面圖；第33圖係為顯示在第31圖中之拋光工具之支撐平台之平面圖；第34圖係為沿著第33圖之線O-A擷取之剖面圖；第35圖係為沿著第33圖之線O-B擷取之剖面圖； 第36圖係為用於顯示在第10圖中之拋光裝置中之另一拋光工具之放大剖面圖；第37圖係為顯示在第36圖中之拋光工具之支撐平台之平面圖；第38圖係為另一支撐平台之平面圖；第39圖係為用於顯示在第10圖中之拋光裝置中之另一拋光工具之放大剖面圖；以及第40圖係為用於顯示在第14圖中之拋光裝置中之另一拋光墊之放大剖面圖。
以下將參照圖式描述本發明之實施例。在以下例子中，拋光由氮化鎵製成之單一基板(氮化鎵基板)之表面。本發明係適用於具有安裝在藍寶石或碳化矽等之基底之表面上之氮化鎵之黏合基板(磊晶基板)以及藉由將雜質(摻雜物)引進氮化鎵基板或磊晶基板而製造出之p型或n型基板。本發明亦適用於將雜質(摻雜物)引進氮化鎵基板或磊晶基板後藉由在基板之表面中形成互連圖案而製造出之基板或者於形成互連圖案後藉由退火之活性基板。再者，本發明亦適用於除了氮化鎵以外之磷化鎵、砷化鎵、氮化鋁、磷化鋁、砷化鋁、氮化銦、磷化銦或砷化銦等之複合半導體。
以下將參照第1圖之示意圖及第2圖之能帶圖描述當以激發光照射基板之表面時，藉由測量流經連接基板之導電線與設置在拋光工具上之金屬導線之電流之值，以測量基板之表面之損傷程度之光電流型(photocurrent-type)損傷 程度測量系統之概念。
如第1圖所示，存在著加工液(未顯示)，可透光的拋光工具10及藉由基板固定器11夾住之例如由氮化鎵製成之基板W之表面(欲拋光之表面)係保持彼此接觸且彼此相對移動以拋光基板W之表面(例如，氮化鎵表面)。在拋光製程期間，光源12將具有高於基板(例如，氮化鎵)W之能帶隙之能量之光(激發光)穿過拋光工具10而施加至基板W之表面，且安培計14測量流經連接基板之導電線13與設置在拋光工具10之金屬導線(未顯示)之電流之值。
舉例而言，氮化鎵之能帶隙係為3.42電子伏特，且對應能帶隙之波長係為365奈米。因此，當光源12將具有高於基板W之能帶隙之能量之光(激發光)施加至基板W之表面時(舉例而言，用於拋光氮化鎵之光具有312奈米之波長)，接著如第2圖所示，價能帶電子被激發至導電帶而形成電子及電洞對。若基板W之表面之損傷程度係為小的，則由於基板W之表面之能帶之曲率，一些產生的電子會從基板W之表面移開，就如第2圖中之箭頭1所表示，並流成沿著導電線13之光電流。反之，若基板W之表面之損傷程度係為大的，則產生的電子會沿著由基板W之表面之損傷所形成之損傷程度移動，就如第2圖中之箭頭2所表示，並與電洞重新結合而消失。因此，若基板W之表面之損傷程度係為大的，則沿著導電線13流動之光電流之值係為小的。當基板W之表面之損傷程度變小，沿著導電線13流動之光電流之值會變大。因而在拋光製程中，可以藉 由測量光電流之值而測量基板W之表面之損傷程度以監測拋光製程之進行。
如第3圖所示，當進行拋光製程時，若基板W之表面之損傷程度減小，則流經安培計14之電流之值會增加。當移除基板W之表面之損傷時，流經安培計14之電流之值停止增加且成為常數。因此，在拋光製程期間測量光電流之值，並可將光電流之值停止增加且成為常數之時刻視為拋光製程之終點。
以下將參照第4圖之示意圖及第5圖之能帶圖描述當以激發光照射基板之表面時，藉由測量從基板之表面發出之光致發光(photoluminescence light)，以測量基板之表面之損傷程度之光致發光型(photoluminescence-light-type)損傷程度測量系統之概念。
如第4圖所示，存在著加工液(未顯示)，可透光的拋光工具10及藉由基板固定器11夾住之例如由氮化鎵製成之基板W之表面(欲拋光之表面)係保持彼此接觸且彼此相對移動以拋光基板W之表面(例如，氮化鎵表面)。在拋光製程期間，光源12將具有高於基板(例如，氮化鎵)W之能帶隙之能量之光(激發光)穿過拋光工具10而施加至基板W之表面，且光譜計16對從基板W之表面發出之光致發光實施頻譜分析並監測其中之在對應基板W之能帶隙之波長之輻射強度，舉例而言，對於氮化鎵係在365奈米之波長。
如第5圖所示，當光源12將具有高於基板W之能帶 隙之能量之光(激發光)施加至基板W之表面時，價能帶電子被激發至導電帶而形成電子及電洞對。若基板W之表面之損傷程度係為小的，則激發的電子直接移動至價能帶並與電洞重新結合而帶回平衡的狀態，就如第5圖中之箭頭1所表示。在此製程中，可觀察到具有對應於能帶隙之能量之光致發光。反之，若基板W之表面之損傷程度係為大的，則激發的電子透過由基板W之表面之晶體週期性之損失所形成之能階而移動並與電洞重新結合，就如第5圖中之箭頭2所表示。
在以上製程中，觀察到的光致發光之波長係移向比對應能帶隙之波長更長之波長，或者電子及電洞重新結合而不發出光，使得光致發光本身將不會被觀察到。換言之，若基板W之表面之損傷程度係為大的，則對應於光致發光之能帶隙之波長係為小的，且當基板W之表面之損傷程度變小，對應於光致發光之能帶隙之波長會變大。因而在拋光製程中，可以藉由測量在對應基板W之能帶隙之波長之光致發光之輻射強度而測量基板W之表面之損傷程度以監測拋光製程之進行。
舉例而言，光譜計16對從基板W發出之光致發光實施頻譜分析並監測在對應基板W之能帶隙之波長(例如，365奈米)處之輻射強度。如第6圖所示，當進行拋光製程時，若基板W之表面之損傷程度減小，則光之輻射強度會增加。當移除基板W之表面之損傷時，光之輻射強度停止增加且成為常量。因此，可將光之輻射強度停止增加且成 為常量之時刻視為拋光製程之終點。
以下將參照第7圖之示意圖描述藉由測量包含從以可見單色光束照射之基板之表面反射之光中之拉曼光，以測量基板之表面之損傷程度之拉曼光型(Raman-light-type)損傷程度測量系統之概念。
如第7圖所示，存在著加工液(未顯示)，可透光的拋光工具10及藉由基板固定器11夾住之例如由氮化鎵製成之基板W之表面(欲拋光之表面)係保持彼此接觸且彼此相對移動以拋光基板W之表面(例如，氮化鎵表面)。在拋光製程期間，雷射光束源17將可見單色光束穿過拋光工具10而施加至基板W之表面，且光譜計18對包含從基板W之表面反射之光之拉曼光實施頻譜分析。
已知當將具有適當波長之光施加至半導體基板時，從半導體基板之表面反射之光包含與所施加的光具有相同波長之散開的光(瑞利光(Rayleigh light))以及具有從所施加的光之波長稍微移位之波長之光(拉曼光)。由於移位之寬度係依據晶體結構之週期性，已知若基板之表面之損傷程度係為小的且晶體結構係為有序，則波長移位之寬度係為半導體基板之表面之材料固有之值。若基板之表面之損傷程度係為大的，則波長移位之寬度係藉由晶體結構之瑕疵而改變。因此，可以藉由測量拉曼光之光譜而測量基板之表面之損傷程度以監測拋光製程之進行。
舉例而言，如第8圖所示，當在拋光製程期間雷射光束源17將可見單色光束施加至基板W之表面，且光譜計 18對從基板之表面反射之光實施頻譜分析時，會測量到具有與所施加的光為相同波長及一半頻寬之瑞利光和其波長係移向比所施加的光之波長更長之拉曼光。若基板W之表面之損傷程度係為大的，則拉曼光之光譜強度減小且增加一半頻寬。若基板W之表面之損傷程度係為小的，則則拉曼光之光譜強度增加且減少一半頻寬。可以藉由在拋光製程期間監測拉曼光之光譜以監測拋光製程之進行。可將拉曼光之輻射強度或一半頻寬停止改變之時刻視為拋光製程之終點。
第9圖係為顯示依據本發明之實施例之包含拋光裝置之平坦化系統之全部構造之平面圖。此平坦化系統係用於拋光氮化鎵基板之表面以平坦化表面。如第9圖所示，此平坦化系統包含大致矩形的殼體1，其內部被分隔牆1a、1b、1c分成裝載/卸載段2、拋光段3及清潔段4。裝載/卸載段2、拋光段3及清潔段4係為獨立製造的且係為獨立排氣的。
裝載/卸載段2包含至少一個前面裝載段200(例如，顯示有三個)，在前面裝載段200上放置有基板匣，在基板匣中儲存有一些基板(欲拋光之物件)。前面裝載段200係並排地配置在平坦化系統之寬度方向(垂直於長方向)中。各前面裝載段200上能接收開放匣、SMIF(標準製造界面)箱及FOUP(前開統一箱)。SMIF及FOUP係為密封地密閉的容器，在其中能收容基板匣且能藉由以分隔件遮蓋而保持內部環境獨立於外部環境。
移動機構21，沿著前面裝載段200之行列延伸，係設置在裝載/卸載段2中。於移動機構21上係設有作為第一搬送機構之第一搬送機械臂22，沿著其中配置有基板匣之方向，第一搬送機械臂22係可動地。藉由在移動機構21上移動，第一搬送機械臂22能延伸到放置在前面裝載段200中之基板匣。第一搬送機械臂22具有二個手臂，即上部手臂與下部手臂，且第一搬送機械臂22能不同地使用此二個手臂，舉例而言，當將處理過的基板放回基板閘時使用上部手臂，且當搬送未處理過的基板時使用下部手臂。
裝載/卸載段2係為需要被保持在最乾淨環境中之區。據此，裝載/卸載段2之內部係經常保持在比裝置之任何外部(拋光段3及清潔段4)更高之壓力。再者，具有空氣過濾器之過濾器風扇單元(未顯示)係對於第一搬送機械臂22設置在移動機構21之上方，空氣過濾器例如係為HEPA過濾器或ULPA過濾器。已從其中移除顆粒、蒸汽及煙氣之乾淨的空氣連續地向下吹過過濾器風扇單元。
拋光段3係為執行拋光基板之表面(欲處理之表面)之區。拋光3包含在第一階段執行拋光且依次在第二階段執行拋光之二個拋光裝置30A、30B和在第三階段執行拋光之拋光裝置30C、30D。拋光裝置30A至30D係沿著平坦化系統之長方向而配置。
如第10圖所示，拋光裝置30A、30B各包含容器132，容器132係用於將包括含有鎵離子之中性酸鹼值緩衝溶液之加工液(拋光溶液)130保存在其中。在容器132之上方係 設有用於將加工液130供應至容器132中之加工液供應噴嘴133。加工液130可使用一種藉由將例如總量不少於10ppm之鎵離子加入至例如具有酸鹼值6.86之磷酸鹽緩衝溶液以在加工液130中促使鎵離子接近飽和而製備之溶液。舉例而言，中性酸鹼值緩衝溶液之酸鹼值係為6.0至8.0(於25℃時)。
具有可透光性之拋光工具(研磨平台)134係安裝在容器132之底部上，使得當容器132充滿加工液130時，拋光工具134沉浸在加工液130中。舉例而言，拋光工具134係由石英玻璃所構成，石英玻璃具有優越可透光性之酸性固體催化劑。可將鹼性固體催化劑使用於拋光工具134。再者，可僅在拋光工具134之表面中使用具有酸性或鹼性固體催化劑層。
容器132係耦合至可旋轉的旋轉軸136之上端。容器132之底板具有環形開口132a，環形開口132a環繞旋轉軸136而形成且被拋光工具134所封閉。用於發出激發光(較佳係為紫外光)之光源140係設置在開口132a之正下方。因此，從光源140發出之激發光(較佳係為紫外光)通過容器132之開口132a，滲透過拋光工具134之內部並到達拋光工具134之上方。
於容器132之正上方係設置有用於以前表面向下而可拆卸地夾住例如係為氮化鎵基板之基板142之基板固定器144。基板固定器144係耦合至係為可旋轉的且垂直地移動之主軸146之下端。在此實施例中，用於旋轉容器132之 旋轉軸136及用於旋轉基板固定器144之主軸146構成用於將拋光工具134及被基板固定器144固定住之基板(氮化鎵基板)142彼此相對移動之移動機構。然而，亦可僅設置旋轉軸136及主軸146之其中一者。
此實施例之拋光裝置亦設有用於在被基板固定器144固定住之基板142及拋光工具134之間施加電壓之電源148。開關150係插入在從電源148之正極延伸出之導電線152a中。
在此實施例中，係以沉浸方式執行基板142之製程，沉浸方式係為：容器132充滿了加工液130，且拋光工具134及被基板固定器144固定住之基板142於製程期間保持沉浸在加工液130中。亦可採用滴液方式，其係藉由將加工液130從加工液供應噴嘴133滴在拋光工具134之表面上而在基板142及拋光工具134之間提供加工液130，以便存在著加工液130時執行基板142之製程。
如第11圖所示，基板固定器144具有用於防止加工液130侵入之遮蓋160。在遮蓋160內，金屬的固定器本體170係透過包含通用接頭164及彈簧166之旋轉傳動段168而耦合至與主軸146之下端耦合之驅動凸緣162。
扣環172係垂直移動地環繞固定器本體170而設置。導電橡膠174係安裝至固定器本體170之下表面(基板固定面)，使得在固定器本體170之下表面及導電橡膠174之間能夠形成壓力空間176。空氣導入管178係透過在固定器本體170中延伸之空氣導入管通道而連接至壓力空間 176。於金屬的固定器本體170之凸緣部分設有萃取電極180，從電源148之正極延伸出之導電線152a係連接至萃取電極180。
為了防止藉由與拋光工具134接觸之扣環172表面之磨損，藉此防止扣環172之表面材料附著至拋光工具134之表面，至少扣環172之與拋光工具134接觸之表面部分係較佳地由例如為石英、藍寶石或氧化鋯之玻璃材料或者例如為氧化鋁、氧化鋯或碳化矽之陶瓷材料所製成。舉例而言，導電橡膠174係為導電氯丁二烯橡膠、導電矽橡膠或導電氟橡膠。
當基板142之後表面藉由吸力而被固定在基板固定器144之固定器本體170之下表面(基板固定表面)上時，導電橡膠174與基板142之後表面接觸，以將電力提供給後表面。當維持將電力提供給基板142之後表面時，可將空氣導入至壓力空間176中，以使基板142壓抵拋光工具134。
當將電力提供給基板142時，基板固定器144從而能夠以低阻力之簡單方式將基板142固定住。當將基板142固定在基板固定器144上，將基板142與導電橡膠174接觸時，基板固定器144較佳地係組構係能夠將極性導電潤滑脂填充於導電橡膠174及基板142之間。
如第12圖所示，大量的溝槽134a係設置在對應容器132之開口132a之區中之拋光工具134之上表面中。包括金屬導線之氣相沉積的金屬薄膜154係形成在溝槽134a之底部。從電源148之負極延伸出之導電線152b係連接至金 屬薄膜154。金屬薄膜154較佳係由耐腐蝕之鉑或金所製成。雖然設置在拋光工具134中之溝槽134a較佳地係配置成同心圓，亦可將溝槽134a排列成螺旋、輻射或格柵配置。如第13圖所示，亦可於設置在拋光工具134之上表面中之溝槽134a之底部中設置例如為金或鉑之金屬導線156。
將嵌入在基板固定器144中並延伸至主軸146中之加熱器158(參見第10圖)設置成用於控制被基板固定器144固定住之基板142之溫度之溫度控制機制。若需要的話，將作為用於將欲供應在容器132中之加工液130控制在預定的溫度之溫度控制機制之熱交換器，提供給設置在容器132上方之加工液供應噴嘴133。再者，作為用於控制拋光工具134之溫度之溫度控制機制之流體通道(未顯示)係設置在拋光工具134之內部中。
由阿瑞尼斯方程式(Arrhenius equation)可知，化學反應之反應溫度愈高，反應速率愈快。因此，藉由控制基板142之溫度、加工液130之溫度及拋光工具134之溫度中之至少一者以控制反應溫度，能調整製程速度且加強製程速度之穩定性。
如第9圖所示，拋光裝置30A、30B係各設有用於調節拋光工具134之表面(上表面)之例如由拋光墊所構成之調節機構(調節器)190，以便具有所需的平坦度及適當的粗糙度。藉由調節機構(調節器)190調節拋光工具134之表面(上表面)，以便具有大約0.1至1微米之表面PV(峰谷)粗 糙度。若需要的話，在調節拋光工具134期間，可將含磨料的研磨漿供應至拋光工具134之表面。
如第10圖所示，拋光裝置30A、30B各包含具有光源140作為其組件之光電流型損傷程度測量裝置201及亦具有光源140作為其組件之光致發光型損傷程度測量裝置202。光電流型損傷程度測量裝置201包括連接從電源148延伸出且連接至被基板固定器144所固定住之基板142之導電線152a與從電源148延伸出且且連接至拋光工具134之金屬薄膜(金屬導線)154之導電線152b之導電線152c、連接至導電線152c之安培計204和光源140。導電線152c具有開關206。光致發光型損傷程度測量裝置202包括用於對從基板142之表面反射之光致發光實施頻譜分析以測量具有對應基板W之能帶隙之波長(例如365奈米)之光致發光之輻射強度之光譜計208和光源140。
在此實施例中，用於將激發光施加至基板142以氧化基板142之表面之光源140係使用為光電流型損傷程度測量裝置201及光致發光型損傷程度測量裝置202之個別光源。然而，光電流型損傷程度測量裝置201及光致發光型損傷程度測量裝置202可具有與光源140分開之個別的專用光源。
如第14圖所示，拋光裝置30C、30D各包含具有平坦的上表面及安裝在轉動台230周圍邊緣之環形屏障構件236且於轉動台230之上表面上設有用於在其中保持住水232之容器234。水232可包括弱酸水、在其中溶解有空氣 之水或電解離子水。弱酸水或在其中溶解有空氣之水具有從3.5至6.0或較佳從3.5至5.5之範圍之酸鹼值。電解離子水具有從3.5至6.0或較佳從3.5至5.5之範圍或8或更高之酸鹼值。
具有從3.5至6.0之範圍之酸鹼值之弱酸水係藉由將二氧化碳氣體或空氣中之二氧化碳溶解至例如無添加酸、酸鹼值緩衝或氧化劑(二氧化二碳、臭氧水、過硫酸鹽等)之純水或自來水中而製成。當使用無添加酸、酸鹼值緩衝或氧化劑而產生之具有從3.5至6.0之範圍之酸鹼值之弱酸水時，能以維持著對抗降低之拋光速率而拋光基板142，而防止其表面(欲拋光之表面)發展出蝕刻坑。由於此製程不含有需要藉由廢液處理加以處理之例如係為酸、酸鹼值緩衝或氧化劑之化學品，因此此製程之優點在於免除廢液處理之成本及簡化拋光製程之後續清潔製程。
在此實施例中，在轉動台230之上方設有從純水供應源(未顯示)延伸出且具有氣體溶解器238及熱交換器240之供水線(供水段)241。氣體溶解器238將二氧化碳等之氣體或空氣溶解至由純水供應源所運送之純水中以產生導入至由屏障構件236所設置之容器234中之其酸鹼值被調整為3.5至6.0或較佳3.5至5.5之水232。若需要的話，藉由熱交換器240將欲導入至容器234中之水232調整至前述之溫度。在拋光製程之初始階段中，可在大氣中導入純水或自來水及拋光基板142，使得空氣中之將水之酸鹼值調整為3.5至6.0或較佳3.5至5.5之二氧化碳可在基板142 被拋光之同時溶解至純水或自來水中。
在此實施例中，雖然使用藉由將二氧化碳等之氣體或空氣溶解至純水中之具有3.5至6.0較佳3.5至5.5之酸鹼值之水232，可使用藉由將氮氣沖洗至自來水或純水中而產生之中性氮氣沖洗的水以取代水232。當使用中性氮氣沖洗的水時，製程速度降低，但與使用具有3.5至6.0較佳3.5至5.5之酸鹼值之水232比較係得到了均等的處理表面。
作為拋光構件之拋光墊242係安裝在轉動台230之於在容器234內其周邊係由屏障構件236所定義之位置處之上表面上。當將水232導入至容器234中時，拋光墊242上方之空間係填滿著水232。轉動台230具有定義在其中之用於控制轉動台230之溫度之流體通道230a。
例如氮化鎵基板等之基板142係以其表面面向下而由設置在其周邊係由屏障構件236所定義之容器234之上方之基板固定器244所可拆卸地固定。基板固定器244係連接至關於其本身的軸係為可垂直地移動的及可轉動的之主軸246之下端。基板固定器244及主軸246係與第10圖所示之基板固定器144及主軸146為結構相同且將在以下詳細敘述。
如第15圖所示，拋光墊242包括由例如具有在從50至90之範圍中之舒爾硬度(Shure hardness)之彈性材料所製成且包含定義在其表面中之同心的或螺旋的溝槽260a之彈性基座260、藉由真空蒸鍍等而沉積在彈性基座260之 表面上之中間層262和藉由真空蒸鍍等而沉積在中間層262之表面上之電性導電構件264。設置於在其之間插入有中間層262之彈性基座260之表面上之電性導電構件264容易於基板142之表面(欲拋光之表面)上之長/單一週期中不平整。除了溝槽260a之外，彈性基座260可具有用於有效地供應加工液(未顯示)之孔。
舉例而言，彈性基座260具有在從0.5至5毫米之範圍中之厚度。舉例而言，彈性基座260之彈性材料係可為橡膠、樹脂、可發泡的樹脂、不織布等。彈性基座260可包括二個或更多個具有不同彈性模數之疊加層。
舉例而言，中間層262具有從1至10奈米之範圍之厚度。中間層262係插入在彈性基座260及電性導電構件264之間以提升彈性基座260及電性導電構件264之間之黏著性，且舉例而言，中間層262係由鉻或石墨(SP2鍵結的)碳所製成，中間層262之特徵係比彈性基座260及電性導電構件264兩者具有更佳的黏著性。當藉由真空蒸鍍在彈性基座260之表面上形成中間層262時，較佳地採用離子濺射沉積以抑制彈性基座260之由於高溫之擴展或改變。當藉由真空蒸鍍在中間層262之表面上形成電性導電構件264時亦同。
舉例而言，電性導電構件264具有從100至1000奈米之範圍之厚度。若厚度小於100奈米，則當執行拋光製程大約一小時的時候，電性導電構件264將會過度磨損，因此不實用。若厚度大於1000奈米，則當執行拋光製程時， 電性導電構件264之表面將容易裂開。電性導電構件264較佳係由鉑所製成，但可由不溶於或微溶於水232中(10奈米/小時之溶解速率或更低)之任何貴金屬製成，例如金、過渡金屬(銀、鐵、鎳、鈷等)、石墨、電性導電樹脂、電性導電橡膠、電性導電有機物質等。若電性導電構件係由過渡金屬製成，則更有意於使用作為供水之其中溶解有當電解純水或自來水時在陰極處產生之氫之水(加氫水)，藉此防止電性導電構件被溶解在水中之氧所腐蝕。
由阿瑞尼斯方程式(Arrhenius equation)可知，當反應溫度愈高，化學反應具有更快的反應速率。因此，藉由控制基板142、水232及轉動台230中之至少一者之溫度以控制反應溫度，而能在改變反應速率的同時提升反應速率之穩定性。
如第9圖所示，拋光裝置30C、30D係各包含用於將拋光工具134之表面(上表面)調節至良好的平坦程度及適當的粗糙程度之例如可包括拋光墊之調節機構(調節器)190。
當基板142被基板固定器244所固定住且拋光墊242沉浸在水232中時，拋光裝置30C、30D藉由將基板142之表面及拋光墊242之例如係為鉑等之電性導電構件264保持彼此接觸且彼此相對移動而各能夠拋光基板142之表面。當藉由將水232從供水線241提供至拋光墊242之上表面上以將水232插入在被基板固定器244所固定住之基板142及拋光墊242之間時，可拋光基板142之表面。
拋光製程之機制係考慮如下：當基板142之表面及拋光墊242之例如係為鉑等之電性導電構件264係保持彼此接觸且彼此相對移動時，接觸區域會應變以將價能帶電子激發至導電帶，並產生電子及電洞對。激發至導電帶之電子會移動至具有大的工作機能之例如係為鉑等之電性導電構件264，並令電洞留在基板表面上。水232中之氫氧離子或水分子作用在留下之電洞上，導致僅有接觸區域會氧化。由於鎵、鋁及銦之氧化物係溶解在例如係為二氧化碳溶液等之弱酸中或者弱鹼中，產生在接觸區域中之氧化物會溶解至水232中且從基板142之表面移除。
舉例而言，為了消除基板142之任何翹曲且避免基板142從基座260滑開及避免拋光墊242之電性導電構件264從基座260剝離，在其下基板142之表面及拋光墊242之例如係為鉑等之電性導電構件264係保持彼此接觸之壓力較佳應該從0.1至1.0千克力/平方釐米之範圍且特別較佳地應該大約為0.4千克力/平方釐米。
第16圖係顯示當藉由顯示在第14圖中之採用其中溶解有空氣之純水作為水232且採用其上蒸鍍有鉑之拋光墊作為拋光墊242之拋光裝置拋光氮化鎵基板時之拋光速率及拋光時間之間之關係。從第16圖可看出，雖然拋光速率在拋光製程之起始處大約係為22奈米/小時，隨著拋光製程進行，拋光速率逐漸會降低，且拋光速率在拋光製程之結束處變成0奈米/小時。就此而言，可想像到，當在拋光製程開始處之表面係為粗糙之狀態中欲移除大量的材料 時，拋光速率係為高的，且當表面已平坦化且欲藉由拋光製程而移除的材料減少時，拋光速率會變低。
拋光墊242之彈性基座260及中間層262兩者係可由電性導電材料所製成，且如第4圖中之虛線所表示。
從電源270之陽極延伸出之導電線272a及從電源270之陰極延伸出之導電線272b係可分別連接至被基板固定器244所固定住之基板142及拋光墊242之彈性基座260。接著，當在拋光墊242之電性導電構件264及被基板固定器244所固定住之基板142之間施加電壓時，可拋光基板142之表面。以此方式，能夠提升拋光速率。
回到第9圖，在拋光裝置30A、30B及清潔段4之間設有用於在四個搬送位置(距離裝載/卸載段2而排序之第一搬送位置TP1、第二搬送位置TP2、第三搬送位置TP3及第四搬送位置TP4)之間搬送基板之作為第一(移動)搬送機構之第一線性輸送器5。用於將從第一搬送機械臂22接收之基板換向之換向機31係設置在第一線性輸送器5之第一搬送位置TP1之上方，以及可垂直移動的升降器32係設置在換向機31之下方。再者，可垂直移動的推動器33係設置在第二搬送位置TP2之下方，可垂直移動的推動器34係設置在第三搬送位置TP3之下方，以及可垂直移動的升降器35係設置在第四搬送位置TP4之下方。
沿著平坦化系統之長方向在拋光裝置30C、30D旁及毗鄰於第一線性輸送器5係設有用於在三個搬送位置(距離裝載/卸載段2而排序之第五搬送位置TP5、第六搬送位 置TP6及第七搬送位置TP7)之間搬送基板之作為第二(移動)搬送機構之第二線性輸送器6。可垂直移動的升降器36係設置在第五搬送位置TP5之下方，推動器37係設置在第六搬送位置TP6之下方，以及推動器38係設置在第七搬送位置TP7之下方。再者，包含桶及純水噴嘴之純水更換段192係設置在拋光裝置30C及推動器37之間，且包含桶及純水噴嘴之純水更換段194係設置在拋光裝置30D及推動器38之間。
正如從在拋光期間使用研磨漿將理解到，拋光段3係為最骯髒之區。在此系統中，圍繞例如係為平台之移除拋光場所實施空氣放電以防止拋光段3中之微粒飛到外界。再者，拋光段3之內部壓力係低於系統之外部壓力和附近的清潔段4及裝載/卸載段2之內部壓力而形成，藉此防止微粒飛出。在例如係為平台之移除拋光場所之下方及上方通常分別設有排氣管(未顯示)及過濾器(未顯示)，以便製造向下吹之淨化過的空氣。
清潔段4係用於清潔基板之區。清潔段4包含第二搬送機械臂40、用於將從第二搬送機械臂40接收之基板換向之換向機41、各用於清潔基板之三個清潔單元42-44、用於以純水沖洗清潔過的基板且接著將基板旋轉乾燥之乾燥單元45和用於將基板在換向機41、清潔單元42-44及乾燥單元45之間搬送之可移動的第三搬送機械臂46。第二搬送機械臂40、換向機41、清潔單元42-44及乾燥單元45係配置在沿著平坦化系統之長方向之行列中，且第三搬送 機械臂46係可移動地設置在第一線性輸送器5和第二搬送機械臂40、換向機41、清潔單元42-44及乾燥單元45之行列之間。具有空氣過濾器之過濾器風扇單元(未顯示)係設置在清潔單元42-44及乾燥單元45之上方，且已藉由過濾器風扇單元從其中移除微粒之乾淨的空氣連續地向下吹。清潔段4之內部通常係保持在高於拋光段3之壓力，以防止微粒從拋光段3流進來。
位於換向機31及第一搬送機械臂22之間之開閉器50係設置在環繞拋光段3之分隔牆1a中。當在第一搬送機械臂22及換向機31之間搬送基板時，開啟開閉器50。再者，位於面向拋光裝置30B之位置處之開閉器53及位於面向拋光裝置30C之位置處之開閉器54係分別設置在環繞拋光段3之分隔牆1b中。
以下將敘述用於藉由具有以上構造之平坦化系統將基板之表面平坦化之製程。
第一搬送機械臂22將基板從放置在前面裝載段200中之基板匣攜出並將基板搬送至換向機31。換向機31將基板倒轉180°，接著將倒轉的基板放置於在第一搬送位置TP1處之升降器32上。第一線性輸送器5移動以將升降器32上之基板搬送至第一搬送位置TP1或第三搬送位置TP3。拋光裝置30A之基板固定器144從升降器32接收基板，或者拋光裝置30B之基板固定器144從推動器34接收基板。接著，拋光裝置30A或30B在第一階段及第二階段中將基板之表面拋光。
特別地，在拋光裝置30A中，固定住其表面(欲拋光之表面)面向下之例如係為氮化鎵基板等之基板142之基板固定器144移動至容器132上方之位置，接著降低以將基板142沉浸於保持在容器132中之加工液130中。在加工液130存在於基板142及拋光工具134之間的同時，光源140施加較佳係為紫外光之激發光至基板142之表面(下表面)。若基板142包括氮化鎵基板，則由於氮化鎵之能帶隙係為3.42電子伏特，激發光較佳應該具有等於或小於對應工件之能帶隙之波長之波長，即等於或小於365奈米，例如較佳應該具有312奈米之波長。當切削氮化鎵基板時，氮化鎵因此被氧化而形成氮化鎵基板之表面上之氧化鎵(三氧化二鎵)。
在透過加工液供應噴嘴133將加工液130供應在基板142及拋光工具134之間的同時，可拋光基板142。
與此同時，開啟電源148之開關150以在拋光工具134及被基板固定器144所固定住之基板142之間施加電壓，以便將拋光工具134作為陰極。當加工氮化鎵基板時，因此促進氧化鎵(三氧化二鎵)形成在氮化鎵基板之表面上。
接著，在光源140發出較佳係為紫外光之激發光以及在拋光工具134及基板142之間施加電壓的同時，旋轉軸136旋轉以旋轉拋光工具134，並且在基板固定器144旋轉以旋轉基板142的同時，降低基板142以使拋光工具134之表面於較佳係在從0.1至1.0千克力/平方釐米之範圍中之表面壓力下接觸基板142之表面。若表面壓力低於0.1 千克力/平方釐米，則基板142之翹曲可能不會被修正，且基板142可能不會被整體一致地拋光。若表面壓力高於0.1千克力/平方釐米，則基板142之表面可能會發展出機械瑕疵。以此方式，在第一階段中拋光與拋光工具134保持接觸之例如係為氮化鎵基板之基板142之表面，以選擇性地移除形成在基板142之表面之氧化鎵區域，意即，以選擇性地移除形成在具有表面不規則之基板142之表面之凸起區域之尖端上之氧化鎵，主要係移除基板142之表面之損傷。舉例而言，在第一階段中於大約到1000奈米/小時之拋光速率將基板142之表面拋光大約5分鐘的切削時間。
在基板142之表面於第一階段中拋光之同時，光致發光型損傷程度測量裝置202之光譜計208對從基板142之表面發出之光致發光實施頻譜分析並監測在對應基板142之能帶隙之波長之光致發光之輻射強度，例如在氮化鎵之365奈米之波長。如第17圖所示，隨著拋光製程進行，在365奈米之波長之光致發光之輻射強度增強。藉由檢測當在365奈米之波長之光致發光之輻射強度達到預定的值或變成常量時以檢測在第一階段中之拋光製程之終點。
當第一階段中之拋光製程結束時，從光源140連續施加在較佳係為紫外光之激發光的同時關閉開關150以停止將電壓施加在拋光工具134及基板142之間，藉此在第二階段中拋光基板142之表面以改善基板142之表面粗糙度。舉例而言，在第二階段中於大約到200奈米/小時之拋光速率將基板142之表面拋光大約30分鐘的切削時間。在 於第二階段中拋光基板142之表面的同時，開啟開關206以使光電流型損傷程度測量裝置201之安培計204測量沿著連接基板142之導電線152c及拋光工具134之金屬薄膜(金屬導線)154流動之電流。如第18圖所示，隨著拋光製程進行，流經安培計204之電流值逐漸增加，直到及時實質地變成常數。藉由測量流經安培計204之電流值以及檢測當電流值達到預定的值或變成常數時以檢測在第二階段中之拋光製程之終點。
在第二階段中之拋光製程結束之後，將從光源140施加之較佳係為紫外輻射之激發光停止，且在停止旋轉基板142之後，升高基板固定器144。若需要的話，以純水沖洗基板142之表面，且接著將基板142搬送至在第二搬送位置TP2處之推動器33。第一線性輸送器5將推動器33上之基板142搬送至升降器35。拋光裝置30B同樣地從推動器34接收基板142及基板固定器144，並在第一階段及第二階段中拋光基板142。此後，將已拋光的基板142搬送至在第四搬送位置TP4處之升降器35。
第二搬送機械臂40從升降器35接收基板142且將基板142放置於在第五搬送位置TP5處之升降器36上。第二線性輸送器6移動以將在升降器36上之基板142搬送至第六搬送位置TP6或第七搬送位置TP7。
拋光裝置30C從推動器37接收基板142及基板固定器244，並在第三階段中拋光基板142。特別地，固定其表面(欲拋光之表面)面向下之例如係為氮化鎵基板等之基板 142之基板固定器244移動至容器234之上方，且接著旋轉並降低以將基板142沉浸於保持在容器234中之水232中。於從100至1000百帕(從0.1至1.0千克力/平方釐米)之範圍之接觸壓力下，舉例而言，較佳於400百帕(0.4千克力/平方釐米)之接觸壓力下，進一步將旋轉中之基板固定器244降低以將基板142之表面與拋光墊242之例如係為鉑之電性導電構件264接觸。以此方式，藉由基板142之表面與拋光墊242之例如係為鉑之電性導電構件264於保持彼此接觸的同時相對地移動而實施第三階段中之拋光製程以拋光基板142之表面。於在基板142之表面及拋光墊242之例如係為鉑之電性導電構件264之間供應水232的同時，可實施第三階段中之拋光製程。
在第三階段中之拋光製程結束之後，藉由純水更換段194以純水更換留在基板142之表面上之水232，且接著將基板142返回至第六搬送位置TP6。拋光裝置30D同樣地從推動器38接收基板142及基板固定器244，並在第三階段中拋光基板142之表面。在拋光製程之後，藉由純水更換段194以純水更換留在基板142之表面上之水232，且接著將基板142返回至第七搬送位置TP7。此後，第二線性輸送器6移動以將在其上已以純水更換水232之基板142移動至第五搬送位置TP5。
第二搬送機械臂40將基板從第五搬送位置TP5取出並將基板搬送至換向機41。換向機41將基板倒轉180°且接著將其搬送至第一清潔單元42，在此處清潔基板。第三 搬送機械臂46將基板從第一清潔單元42搬送至第二清潔單元43，在此處清潔基板。
在清潔之後，第三搬送機械臂46將基板搬送至第三清潔單元44，在此處以純水清潔基板。在純水清潔之後，第三搬送機械臂46將基板搬送至乾燥單元45，在此處以純水沖洗基板並接著將基板高速旋轉以旋轉乾燥基板。在旋轉乾燥之後第一搬送機械臂22從乾燥單元45接收基板142並將乾燥單元45返回至安裝在前面裝載段200中之基板閘。
氮化鎵基板表面在拋光之前之干涉顯微鏡影像係顯示在第19A圖中，且基板表面上之距離及高度間之關係係顯示在第19B圖中。氮化鎵基板表面在第一階段中拋光後之干涉顯微鏡影像係顯示在第20A圖中，其中係用激發光並施加電壓以到1000奈米/小時之拋光速率將氮化鎵基板表面拋光5分鐘，且基板表面上之距離及高度間之關係係顯示在第20B圖中。在第一階段中之拋光製程之後之氮化鎵基板表面在第二階段中拋光後之干涉顯微鏡影像係顯示在第21A圖中，其中係僅施加激發光以到200奈米/小時之拋光速率將氮化鎵基板表面拋光30分鐘，且基板表面上之距離及高度間之關係係顯示在第21B圖中。
在第一階段中之拋光製程及第二階段中之拋光製程之後之氮化鎵基板表面在第三階段中拋光後之干涉顯微鏡影像係顯示在第22A圖中，其中係使用作為電性導電構件之鉑及藉由將二氧化碳溶解在純水中以具有酸鹼值調整至 5.5之水以到10奈米/小時之拋光速率將氮化鎵基板表面拋光180分鐘，且基板表面上之距離及高度間之關係係顯示在第22B圖中。
從第19至22B圖可看出，當在第一階段中拋光5分鐘時，氮化鎵基板之表面粗糙度Ra從5.271微米改善至4.17微米，當在第二階段中拋光30分鐘時，Ra改善至0.363微米，當在第三階段中拋光180分鐘時，Ra進一步改善至0.083微米。因此能看出，藉由將基板拋光大約215分鐘而能獲得具有足夠程度的表面平坦度之基板。
[範例1]
藉由在第一階段中施加激發光及電壓以拋光基板表面以及接著藉由在第二階段中僅施加激發光以拋光基板表面而準備氮化鎵基板。藉由顯示在第14圖中之拋光裝置在第三階段中拋光氮化鎵基板之表面。於顯示在第14圖中之拋光裝置中，電性導電構件264係由鉑所製成，且藉由以氣體溶解器238將二氧化碳溶解在純水中而具有酸鹼值調整至5.5之水232係被倒進由屏障構件236所設置之容器234中。藉由將轉動台230旋轉於10每分鐘轉速之旋轉速度以及將基板表面與電性導電構件(鉑)264在0.4千克力/平方釐米之接觸壓力(壓力)下保持彼此接觸以將氮化鎵基板之表面拋光3小時。
在拋光後之氮化鎵基板表面之原子力顯微鏡(AFM)影像係顯示在第23A圖中，基板表面上之距離及高度間之關係係顯示在第23B圖中。從第23A圖沒有觀察到任何依存 於晶體瑕疵之蝕刻坑，且從第23B圖觀察到明確的台階結構，表示氮化鎵基板表面係於原子程度中拋光至平坦的無損傷拋光。
[對照範例1]
於與範例1相同之情況下將氮化鎵基板表面拋光，除了使用溶解有氫氟酸的溶液以取代藉由以氣體溶解器238將二氧化碳溶解在純水中而具有酸鹼值調整至5.5之水232。
在拋光後之氮化鎵基板表面之原子力顯微鏡(AFM)影像係顯示在第24A圖中，基板表面上之距離及高度間之關係係顯示在第24B圖中。雖然從第24B圖觀察到明確的台階結構，從第24A圖觀察到在平台上之任何具有深度0.5奈米之蝕刻坑之帶。蝕刻坑被認為係由以高腐蝕性的氫氟酸選擇蝕刻晶體瑕疵等所造成。
[範例2]
於與範例1相同之情況下將氮化鎵基板表面拋光，除了使用具有安裝在藍寶石基板之表面上之氮化鎵之黏合基板(磊晶基板)以取代僅由氮化鎵所製成之氮化鎵基板。
在拋光後之基板表面之原子力顯微鏡(AFM)影像係顯示在第25A圖中，基板表面上之距離及高度間之關係係顯示在第25B圖中。從第25A圖沒有觀察到任何依存於晶體瑕疵之蝕刻坑，且從第25B圖觀察到明確的台階結構，表示基板表面係於原子程度中拋光至平坦的無損傷拋光。
在此範例2中，具有安裝在藍寶石基板之表面上之氮 化鎵之黏合基板。亦可拋光具有安裝在碳化矽基板之表面上之氮化鎵之黏合基板、具有安裝在矽基板之表面上之氮化鎵之黏合基板或具有安裝在砷化鎵基板之表面上之氮化鎵之黏合基板。
在上述實施例中，藉由相同拋光裝置實施第一階段中之拋光製程及第二階段中之拋光製程。然而，可藉由個別的拋光裝置實施實施第一階段中之拋光製程及第二階段中之拋光製程。雖然第三拋光製程係實施在已於上述實施例中之第一階段及第二階段中拋光之基板上，第三拋光製程可實施在已於第一階段或第二階段中拋光之基板上。
再者，可藉由顯示在第14圖中之拋光裝置將已由CMP、離子佈植、活性化退火或RIE加工後之基板拋光(在第三階段中拋光)。
第26圖係依據本發明之另一實施例之拋光裝置30E之示意剖面圖。拋光裝置30E係替代顯示在第9圖中之拋光裝置30C、拋光裝置30D中之至少一者，且舉例而言，係用於第三階段中之拋光製程。
如第26圖所示，拋光裝置30E包含用於將水232保持在其中之容器300。使用弱酸水、在其中溶解有空氣之水或電解離子水作為水232。具有可透光性之轉動台302係安裝在容器300之底部，且拋光墊304係安裝在轉動台302之上表面，以便當容器300充滿水232時，拋光墊304沉浸在水232中。舉例而言，由鉑所構成之電性導電構件係藉由真空蒸鍍等而形成在拋光墊304之至少一個表面(上 表面)上。
容器300係耦合至可旋轉的旋轉軸306之上端。容器300之底板具有環繞旋轉軸306而形成且被轉動台302所封閉之環形開口300a。用於發出較佳係為紫外光之激發光之光源308係設置在開口300a之正下方。拋光墊304於對應光源308之區域中具有在其中定義之複數個穿孔304a。因此，從光源308發出之較佳係為紫外光之激發光通過容器300之開口300a及拋光墊304之穿孔304a並到達拋光墊304之上方。
在容器300之正上方設有用於可拆卸地固定住以前表面面向下之例如係為氮化鎵基板之基板142之基板固定器310。基板固定器310係耦合至可旋轉的且可垂直移動的主軸312之下端。以下將詳細敘述與顯示在第10圖中之基板固定器144及主軸146係為相同結構之基板固定器310及主軸312。
此實施例之拋光裝置30E亦可設有用於在被基板固定器310所固定住之基板142及拋光墊304間施加電壓之電源314。安培計318係插入在從電源314之正極延伸出之導電線316a中。從電源314之正極延伸出之導電線316a係連接至被基板固定器310所固定住之基板142，且從電源314之負極延伸出之導電線316b係連接至拋光墊304。
當將局部具有深刮痕之基板拋光時，為了移除刮痕，應該移除大量的削屑。由於當基板之大部分隨著拋光製程進行而被平坦化時拋光速率降低，將基板拋光直到移除局 部地存在於基板中之深刮痕為止要花費長時間。在此情況中，於施加激發光至基板142之表面的同時，若需要的話，在基板142及拋光墊304間施加電壓，藉由顯示在第26圖中之拋光裝置30E將基板142之表面拋光。如第27圖所示，藉由如此拋光基板142，在微蝕刻坑(1至2奈米)因為激發光之影響而形成在基板142之表面的同時拋光基板142之表面。因為蝕刻坑存在而於拋光具有表面粗糙度之表面時，以等於拋光速率之拋光速率將基板142之表面拋光，且因此能移除大量的削屑而無需降低拋光速率。在停止施加激發光及電壓之後，藉由實施最終拋光製程，能移除形成在基板之表面上之蝕刻坑。
若基板包括氮化鎵基板，則由於氮化鎵之能帶隙係為3.42電子伏特，激發光較佳應具有等於或低於對應工件之能帶隙之波長之波長，即，等於或低於365奈米，例如，較佳應具有312奈米之波長。
舉例而言，如以上所述，拋光裝置30A或30B在施加來自光源140之較佳係為紫外光之激發光且施加電壓於拋光工具134及基板142間的同時實施在第一階段中之拋光製程達5分鐘。拋光裝置30A或30B在停止施加電壓於拋光工具134及基板142間且持續地施加來自光源140之較佳係為紫外光之激發光的同時依次實施在第二階段中之拋光製程達25分鐘。
接著，顯示在第26圖中之拋光裝置30E在施加來自光源308之較佳係為紫外光之激發光且施加電壓於拋光墊 304及基板142間的同時實施第三階段中之第一步驟拋光製程達15分鐘。接著，拋光裝置30E在停止施加來自光源308之激發光且停止施加電壓於拋光墊304及基板142間的同時實施第三階段中之第二步驟拋光製程達25分鐘。
藉由如此將第三階段中之拋光製程分成二個拋光步驟並實施拋光製程，能有效地拋光例如局部具有深刮痕之基板。
在以上實施例中，在施加激發光至基板142之表面的同時將基板142之表面拋光，且接著無須施加激發光至基板142之表面而將基板142之表面拋光。可選擇性地重複用於在施加激發光至基板142之表面的同時將基板142之表面拋光之製程以及用於無須施加激發光至基板142之表面而將基板142之表面拋光之製程。於此情況中，最終無須施加激發光至基板142之表面而將基板142之表面拋光。
在以上實施例中，在施加激發光至基板142之表面的同時，且若需要的話，施加電壓於基板142及拋光墊304間，將基板142拋光。在無須施加激發光至基板142之表面而施加電於基板142及拋光墊304間的同時將基板142拋光。此能在基板142之表面上形成蝕刻坑並增加拋光速率。
第28圖係顯示依據本發明之另一實施例之拋光裝置30F之剖面圖。顯示在第28圖中拋光裝置30F不同於顯示在第26圖中拋光裝置30E係在於：使用包括具有穿孔320a之光傳輸區E1以及光無傳輸區E2之拋光墊320以取代拋 光墊304；以及基板固定器310係組構成往復於拋光墊320上之光傳輸區E1及光無傳輸區E2間。
依據此實施例，能藉由在施加來自光源308之激發光的同時將基板固定器310從拋光墊320上之光傳輸區E1移動至光無傳輸區E2以停止激發光施加至被基板固定器310所固定住之基板142。
第29圖係為依據本發明之另一實施例之拋光裝置30G之示意剖面圖。拋光裝置30G係替代顯示在第9圖中之拋光裝置30C、拋光裝置30D中之至少一者，且舉例而言，係用於第三階段中之拋光製程。
如第29圖所示，拋光裝置30G具有用於將例如係為弱酸水、其中溶解有空氣之水或電解離子水之水232保存在其中之容器290。由可透光的材料所製成之拋光墊242a係接附至容器290之底部。拋光墊242a係連接至可旋轉的旋轉軸292之上端。拋光裝置30G亦包含包括雷射光束源214之用於將可見單色光束施加至被基板固定器244所固定住之基板142之表面之拉曼光型損傷程度測量裝置218以及用於對來自基板142之表面之反射光實施頻譜分析且測量拉曼光之輻射強度之光譜計216。其他結構性細節與顯示在第14圖中之拋光裝置係為相同。
如第30圖所示，拋光墊242a包括例如係由透明玻璃所製成之基座250、設置在基座250之表面之具有從50至90之範圍之舒爾硬度之彈性本體252(彈性本體252在接觸基板之格柵圖案位置具有在其中定義之可透光的穿孔 252a)、藉由真空蒸鍍等而沉積在彈性本體252之表面上之中間層254和藉由真空蒸鍍等而沉積在中間層254之表面上之電性導電構件256。設置於在其之間插入有中間層254之彈性本體252之表面上之電性導電構件256容易於基板142之表面(欲拋光之表面)上之長/單一週期中不平整。
舉例而言，彈性本體252係可由橡膠、樹脂、可發泡的樹脂、不織布等所製成且具有從0.5至5毫米之範圍之厚度。彈性本體252可包括二個或更多個具有不同彈性模數之彈性材料之疊加層。
舉例而言，中間層254具有從1至10奈米之範圍之厚度。中間層254係插入在彈性本體252及電性導電構件256間以提升彈性本體252及電性導電構件256間之黏著性，且舉例而言，中間層254係由鉻或石墨(SP2鍵結的)碳所製成，中間層254具有至彈性本體252及電性導電構件256兩者之良好黏著性。當藉由真空蒸鍍在彈性本體252之表面上形成中間層254時，較佳地採用離子濺射沉積以抑制彈性本體252之由於高溫之擴展或改變。當藉由真空蒸鍍在中間層254之表面上形成電性導電構件256時亦同。
舉例而言，電性導電構件256具有從100至1000奈米之範圍之厚度。若厚度小於100奈米，則當執行拋光製程大約一小時的時候，電性導電構件256將會過度磨損，因此不實用。若厚度大於1000奈米，則當執行拋光製程時，電性導電構件256之表面將容易裂開。電性導電構件256較佳係由鉑所製成，但可由不溶於或微溶於水232中(10 奈米/小時之溶解速率或更低)之任何貴金屬製成，例如金、過渡金屬(銀、鐵、鎳、鈷等)、石墨，電性導電樹脂，電性導電橡膠，電性導電有機物質等。
當顯示在第29圖中之拋光裝置30G實施第三階段中之拋光製程時，拉曼光型損傷程度測量裝置218之雷射光束源214透過拋光墊242a之基座250及彈性本體252中之可透光的穿孔252a以將可見單色光束施加至被基板固定器244所固定住之基板142，且光譜計216對來自基板142之表面之反射光實施頻譜分析並測量拉曼光之輻射強度。如第8圖所示，如以上所述，隨著拋光製程進行，拉曼光之輻射強度增加。因此，藉由檢測當拉曼光之輻射強度達到預定的值或變成常量時以檢測第三階段中之拋光製程之終點。
在以上實施例中，藉由光致發光型損傷程度測量裝置202檢測第一階段中之拋光製程之終點。然而，可藉由顯示在第29圖中之拉曼光型損傷程度測量裝置218以檢測第一階段中之拋光製程之終點。或者，藉由光致發光型損傷程度測量裝置202及拉曼光型損傷程度測量裝置218之組合且基於其輸出訊號之平均值以檢測第一階段中之拋光製程之終點。
雖然藉由光電流型損傷程度測量裝置201以檢測第二階段中之拋光製程之終點，可藉由光型損傷程度測量裝置202或顯示在第29圖中之拉曼光型損傷程度測量裝置218或者二個或更多個損傷程度測量裝置且基於其輸出訊號之 平均值而檢測。使用含有鎵離子之中性酸鹼值之酸鹼值緩衝溶液以實施第一階段中之拋光製程及第二階段中之拋光製程。然而，終點之檢測並不限於此些拋光製程。
由於碳化矽及氮化鎵對可見光及紅外線係可透過的，可將可見光或紅外線施加至基板，且可基於從基板之正面及背面側反射之光以測量基板之厚度。可互補地組合及使用基於此種光干涉製程及以上監測拋光製程之進行之製程之薄膜厚度測量裝置。
第31圖係為用於顯示在第10圖中之拋光裝置30A、30B中之另一拋光工具134b之剖面圖，且第32圖係為顯示在第31圖中之拋光工具134b之平面圖。如第31及32圖所示，拋光工具134b包括具有在對應容器132之開口132a之區域中之複數個在其中定義之同心的溝槽400a及設置在溝槽400a中作為金屬導線之金屬線402之支撐平台400和包含設置在支撐平台400上且具有在其中定義有用於供光及離子電流中之至少一者穿過之散射圖案之複數個穿孔404a之墊基座404以及在除了穿孔404a之區之外藉由蒸鍍等而沉積在墊基座404上之催化劑層406之催化劑墊408。
如第33圖所示，金屬線402充分地延伸而直徑地橫跨被基板固定器144所固定住之基板142。如第32圖所示，穿孔404a係位在設置有金屬線402之區域中。
催化劑墊408之直徑與支撐平台400之直徑大致上係為相同(相同形狀)或小於支撐平台400之直徑(較小形 狀)。催化劑墊408係藉由螺絲或雙面黏膠帶而可拆卸地安裝於在其圓周的邊緣處之支撐平台400上。拋光工具134b本身亦藉由例如係為螺絲等之機械緊固件而可拆卸地安裝在容器之底板上。
由於支撐平台400及催化劑墊408係彼此分開以及催化劑墊408具有高程度之表面平坦度且不會傾向於產生毛邊、刮痕等，拋光工具134b能夠產生無毛邊、刮痕等之平坦的拋光表面。再者，當催化劑層406磨損時，替換新的拋光工具134b，如以下方式：從容器132之底板將拋光工具134b移除，且接著從支撐平台400拆下催化劑墊408。在支撐平台400上安裝新的催化劑墊408，且具有新的催化劑墊408之拋光工具134b係安裝在容器132之底板上。因為能重複使用支撐平台400，拋光工具134b係不昂貴的且係高度耐用的。
支撐平台400係由可透光的材料所製成，例如玻璃或可透光的樹脂，舉例而言，玻璃係為合成石英等，可透光的樹脂係為丙烯酸樹脂等。作為金屬導線之金屬線402係由鉑、金、銀、銅、鋁等所製成。墊基座404係由玻璃、橡膠、可透光的樹脂、可發泡的樹脂或不織布所製成。
催化劑墊408係由催化劑層406及墊基座404所組構成。舉例而言，催化劑層406係由貴金屬、過渡金屬、陶瓷基固體催化劑、鹼性固體催化劑及酸性固體催化劑中之一者或多者所製成。貴金屬包括鉑、金及銀中之一者或其組合。過渡金屬包括鐵、鎳、鈷、銅、鉻、我、鉬中之至 少一者及其合成物或其組合。鹼性固體催化劑或酸性固體催化劑包括不織布、樹脂及金屬、酸性或鹼性金屬氧化物及具有離子交換功能之玻璃或其組合。
在此實施例中，催化劑層406係藉由以真空蒸鍍之方式沉積上述的材料或其組合而形成在墊基座404之表面上。藉由真空蒸鍍能在墊基座404之表面上均等地將催化劑層406形成至所需的厚度。
催化劑墊408可僅由石英玻璃所製成。若催化劑墊408係由石英玻璃所製成，則其可從支撐平台400分離且可被安裝在支撐平台400上，使得在支撐平台400中之金屬線(金屬導線)402能被重複使用。
墊基座404較佳應由例如係為橡膠等之彈性材料所製成。在此情況中，由於墊基座404沿著基板142之表面(欲加工之表面)係可彈性變形的，即使由於催化劑墊408具有表面不規則性，因此避免將墊基座404及催化劑墊408搬送至基板142之表面。舉例而言，若墊基座404係以樹脂製成且樹脂之墊基座404及催化劑層406間之附著力係為弱的，則將碳蒸鍍至樹脂之墊基座404之表面上，且藉由蒸鍍以將催化劑層406形成在碳上，以便藉由碳提升樹脂之墊基座404及催化劑層406間之附著力。因此能整體產生附著力提升的催化劑墊408。
在此實施例中，如第35圖所示，支撐平台400具有在其中定義之複數個穿孔406a及延伸穿過穿孔406a至支撐平台400之表面之金屬導線402。金屬線402(金屬導線)係 沿著同心地定義在支撐平台400之表面中之溝槽400a而設置，且從電源148之陰極延伸出之導電線152b係連接至金屬線402。
第36及37圖係顯示使用於顯示在第10圖中之拋光裝置30A、30B中之另一拋光工具134c。拋光工具134c與顯示在第31及32圖中之拋光工具134b之不同係在於：作為金屬導線之金屬薄膜412係藉由真空蒸鍍而沉積在支撐平台410之平坦表面上。與上述催化劑墊408相同的催化劑墊408係藉由螺絲、雙面黏膠帶等而可拆卸地安裝在支撐平台410之表面上。金屬薄膜(金屬導線)412包括複數個同心金屬薄膜412a及連接同心金屬薄膜412a之至少一個直的連接金屬薄膜412b。連接金屬薄膜412b在其近端處具有從電源148之陰極延伸出之導電線152b連接至其之電極412c。
在此實施例中，如第37圖所示，同心金屬薄膜412a充分地延伸而直徑地橫跨被基板固定器144所固定住之基板142。扣環172具有從設有同心金屬薄膜412a之區域稍微凸起之對立側。
如第38圖所示，可將支撐平台410分成複數個區(在第38圖中係為五個區)，且設置在各區之同心金屬薄膜412a可各自連接至複數個連接金屬薄膜412b。連接金屬薄膜412b分別可具有用於在各區中控制拋光速率之個別地連接至分別從複數個電源之陰極延伸出之複數個導電線之電極412c。
第39圖係顯示用於顯示在第10圖中之拋光裝置30A、30B中之另一拋光工具134d。拋光工具134d與顯示在第31及32圖中之拋光工具134b之不同係在於將例如由氟樹脂、丙烯酸樹脂等製成且具有從10至500微米之範圍之厚度之可透光的配線薄膜416插入於支撐平台410之平坦表面及催化劑墊408之間。作為金屬導線之配線圖案418係蒸鍍在配線薄膜416之上表面。舉例而言，配線圖案(金屬導線)418包括如第37圖所示之複數個同心金屬薄膜。可將同心金屬薄膜分成如第38圖所示之複數個區。
第40圖係顯示用於顯示在第14圖中之拋光裝置30C、30D中之另一拋光墊242b。拋光墊242b與顯示在第15圖中之拋光墊242之不同係在於其包含由例如係例如為合成石英等之玻璃或係例如為丙烯酸樹脂之可透光的樹脂之可透光的材料所製成之支撐平台280、設置在支撐平台280之上表面之由彈性材料所製成且具有複數個在其中定義之穿孔282a之彈性基座282、藉由真空蒸鍍等而沉積於在除了穿孔282a以外之區中之彈性基座282之表面上之中間層284和藉由真空蒸鍍等而沉積在中間層284之上表面上之電性導電構件286。
[工業適用性]
使用依據本發明之拋光方法及拋光裝置以將例如係為由含有例如鎵、鋁、銦等之元素之複合半導體(例如氮化鎵)所製成之單一基板或者係為在其上安裝有含有例如鎵、鋁、銦等之元素之複合半導體之黏合基板(磊晶基板)之基 板之表面(欲拋光之表面)拋光平坦。
1‧‧‧殼體
1a、1b、1c‧‧‧分隔牆
2‧‧‧裝載/卸載段
3‧‧‧拋光段
4‧‧‧清潔段
5‧‧‧第一線性輸送器
6‧‧‧第二線性輸送器
21‧‧‧移動機構
22‧‧‧第一搬送機械臂
30A、30B、30C、30D‧‧‧拋光裝置
31、41‧‧‧換向機
32、35、36‧‧‧升降器
33、34、37、38‧‧‧推動器
40‧‧‧第二搬送機械臂
42‧‧‧第一清潔單元
43‧‧‧第二清潔單元
44‧‧‧第三清潔單元
45‧‧‧乾燥單元
46‧‧‧第三搬送機械臂
50、53、54‧‧‧開閉器
132、234‧‧‧容器
144‧‧‧基板固定器
190‧‧‧調節機構
192、194‧‧‧純水更換段
200‧‧‧前面裝載段
236‧‧‧屏障構件
244‧‧‧基板固定器
TP1‧‧‧第一搬送位置
TP2‧‧‧第二搬送位置
TP3‧‧‧第三搬送位置
TP4‧‧‧第四搬送位置
TP5‧‧‧第五搬送位置
TP6‧‧‧第六搬送位置
TP7‧‧‧第七搬送位置

Claims (8)

  1. 一種拋光工具，係包括：基座，係由橡膠、樹脂、發泡性之樹脂或不織布中至少一個以上之彈性體所構成；導電性構件，係配置於前述基座之至少與基板接觸之部位；以及中間層，係插入在前述基座及前述導電性構件之間，用以提升前述基座及前述導電性構件之間之黏著性，且為由石墨碳或鉻所構成者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之拋光工具，其中，前述基座的表面形成有複數個溝槽或孔，該槽或孔係用以有效地供應加工液。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之拋光工具，其中，前述基座包括多數個穿孔，該穿孔係用以供光或離子電流之至少一者通過。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之拋光工具，其中，前述導電性構件係由貴金屬、過渡金屬、石墨、導電性樹脂、或導電性橡膠之任一項以上者所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之拋光工具，其中，前述導電性構件的厚度為100至1000nm。
  6. 一種拋光裝置，係包括：容器，係保持加工液；拋光工具，係申請專利範圍第1至5項中任一項所述之拋光工具，且使其設置於前述容器內並沉浸於前述 加工液；基板固定器，係固定基板，並使其沉浸於前述容器內的前述加工液中，且使其與前述拋光工具接觸；以及移動機構，係將前述拋光工具及以前述基板固定器固定之基板彼此接觸並相對移動。
  7. 一種拋光裝置，係包括：拋光工具，係申請專利範圍第1至5項中任一項所述之拋光工具；基板固定器，係固定基板並使其與前述拋光工具接觸；移動機構，係將前述拋光工具及以前述基板固定器固定之基板彼此接觸並相對移動；以及加工液供應部，係對前述拋光工具及以前述基板固定器固定之基板之接觸部供給加工液。
  8. 如申請專利範圍第6項或第7項所述之拋光裝置，其中，前述加工液係弱酸性之水或溶解有空氣之水、或電解離子水，前述基板係由含有鎵元素之化合物半導體所構成。
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