拋光碟、拋光機及製造半導體器件的方法

2023-08-01 06:40:51

專利名稱：拋光碟、拋光機及製造半導體器件的方法
技術領域：
本發明涉及一種在製造半導體器件的過程中用於對半導體器件例如ULSI器件等進行平面拋光等的拋光機用的拋光碟、一種拋光機和採用上述的拋光機和拋光方法製造半導體器件的方法。
背景技術：
由於半導體集成電路變得更加精細且更高度集成化，故半導體製造過程中包含的各種程序日益增多且更加複雜。因此，半導體器件的表面並不總是平整的。半導體器件表面上的凹凸平度會導致線路逐步破損和局部電阻增大等，從而引起線路中斷和電容減小，而且，絕緣薄膜中的這種凹凸不平也會導致耐壓性能降低而發生漏電。
同時，由於半導體集成電路日益變得精細並更加高度集成化，故用於照相平板印刷術的半導體曝光裝置中的光源的波長變得更短，且用於這種半導體曝光裝置中的凸透鏡的數值孔徑(或稱為NA)越來越大，因此，用於上述半導體曝光裝置中的凸透鏡的焦深已變得淺得多，為了滿足上述越來越淺的焦深，便要求半導體器件表面具有比迄今能達到的更大的平整性。
具體地說，諸如圖1所示的整平技術在半導體製造過程中變得更加重要。圖1簡單示出半導體製造過程中所用的整平技術，並示出半導體器件的剖視圖。在圖1中，標號11代表矽晶片，12代表SiO2組成的層間絕緣膜，13代表金屬鋁膜，14代表半導體器件。
圖1(a)示出整平半導體器件表面上的層間絕緣膜的實例。圖1(b)示出通過拋光半導體器件表面上的金屬膜13而形成一種稱為波紋的實例。化學機械拋光或者說化學機械整平技術(下稱為「CMP」技術)已廣泛用作為上述半導體器件表面整平的方法。目前，CMP技術是可用於整平矽晶片整個表面的唯一方法。
CMP是在矽晶片鏡面拋光技術的基礎上發展起來的，它採用圖2所示類型的CMP機進行拋光。在圖2中，標號15代表拋光構件，16代表固定拋光工件的部件(下面有時稱「拋光頭」)，17代表作為拋光工件的矽晶片，18代表供給拋光劑的部件，19代表拋光劑。上述的拋光構件15具有一個固定在拋光平臺20的表面上的拋光體(下面有時稱為「拋光碟」)21。薄板狀泡沫聚氨基甲酸酯廣泛用於製造上述的拋光碟21。
拋光工件17由拋光頭16固定並使它在轉動的同時發生擺動，並以規定的壓力壓在拋光構件15的拋光碟21上。拋光構件15也轉動，所以在拋光構件15與拋光工件17之間發生了相對運動。在此狀態下，拋光劑供給器18將拋光劑19供給到拋光碟21的表面上，拋光劑19擴散到拋光碟21的整個表面上，並在拋光構件15與拋光工件17彼此相對運動時進入拋光碟21與拋光工件17之間的間隙，從而對拋光工件17的待拋光表面進行拋光。具體地說，通過拋光構件15與拋光工件17的相對運動引起的機械拋光與拋光劑19的化學作用的綜合影響實現了良好的拋光。
在使用普通的泡沫樹脂製成的薄板狀拋光碟(下稱「泡沫型拋光碟)的情況下，晶片整個表面具有良好的拋光均勻性，但是，使用泡沫型拋光碟通常會遇到下列問題(1)在拋光過程中出現很大的斜邊。
(2)加載時，拋光碟發生壓縮變形。
由於上述的問題，泡沫型拋光碟在拋光帶花樣的晶片時沒有良好的消除不平度的性能即沒有良好的拋光平滑度。因此，最近研究出了非泡沫型樹脂製成的硬質拋光碟(下面有時稱為「非泡沫型拋光碟」)。
在非泡沫型拋光碟中，在硬質高分子量聚合物的表面上形成構成槽形結構的凹部和凸部，並利用這些凹部和凸部拋光待拋光工件的表面(在本實例中是晶片表面)。採用非泡沫型拋光碟解決了在用泡沫型拋光碟時會遇到的消除表面不平度的性能差的問題。
有關CMP機的工藝穩定性方面，除了要求穩定的均勻性和平滑度外，從避免器件的線路中斷和絕緣破損的觀點看，還要求不出現劃痕，即使是由拋光碟加工的晶片數目增加時也應如此。
然而，雖然非泡沫型樹脂製成的硬質拋光碟具有良好的消除圖形不平度的性能，但是，這種拋光碟容易劃傷晶片，而且拋光速度也低於泡沫型聚氨基甲酸酯樹脂製成的拋光碟的拋光速度。
另外，通常決定拋光碟拋光速度的其他重要因素還包括拋光劑在拋光碟表面上的保持能力和流動性。按照拋光劑的保持能力來說，硬質的非泡沫型拋光碟比不上泡沫型拋光碟。而且，在普通的非泡沫型拋光碟固定在拋光平臺表面的情況下，有可能由於拋光平臺在供給拋光劑的同時高速轉動而使拋光劑因離心力的作用而飛出拋光碟，所以拋光劑的保持能力差。這就產生一個問題即供給的拋光劑不能有效地提高拋光速度。
同時，在普通的工藝中最常用的拋光碟是一種主要由泡沫型聚氨基甲酸酯製成的拋光體(拋光碟)。這種拋光碟具有良好的在拋光碟表面上保持拋光劑的能力。但是，這種拋光碟連續工作時，拋光劑的磨粒會堵塞拋光碟表面上泡沫部分的孔隙，從而使拋光速度發生大的波動。因此，在拋光之前或拋光過程中必須進行一種稱之為「修整」的操作，進行該操作時，用一種表面電沉積有金剛石的磨輪磨削拋光碟的表面，從而使拋光碟的表面狀態總是保持相同。
另外，像上述的泡沫型拋光碟一樣，樹脂中含有拋光磨粒的固定磨粒型拋光碟也要求進行修整以便處理泡沫部分的孔隙被磨粒堵塞的問題，以便使拋光磨粒的狀態保持均勻。
關於要拋光的矽晶片(拋光工件)，均勻性和平滑度這兩項拋光特性是十分重要的。
「均勻性」用來評價沿矽晶片整個表面均勻地進行拋光的狀況如何，通常用下列公式進行計算均勻性(％)＝(RA-RI)/(RA+RI)×100式中，RA是在測量拋光量的型面上的最大拋光量，RI是在測量拋光量的型面上的最小拋光量。按上述公式算出的值較小時，說明均勻性較好。具體地說，沿矽晶片整個表面上的拋光均勻性隨上述的最大拋光量與最小拋光量的差值的減小而提高。
另外，「平滑度」用來評價拋光具有凹部和凸部的圖形時殘餘的不平度的大小。換句話說，在具有不平度的帶圖形的矽晶片中，平滑度值表示通過拋光將帶圖形的矽晶片的凸部選擇性地拋光掉的程度，所以，拋光後殘餘不平度減小。
均勻性和平滑度這兩種拋光特性都強烈地受拋光碟的彈性模量的影響。按照彈性模量的大小將拋光碟分成彈性模量小的軟質拋光碟和彈性模量大的硬質拋光碟兩類。
在使用軟質拋光碟的情況下，對矽晶片施加壓力時，拋光碟表面對矽晶片的翹曲面的粘附力很大，故矽晶片整個表面的均勻性很好。但是，在矽晶片具有凹凸圖形的情況下，拋光碟會發生變形而與矽晶片表面的凹凸部相吻合，故拋光過程時不平度保持不變。結果，拋光平滑度差。
另一方面，在採用彈性模量大的硬質拋光碟的情況下，拋光碟相對於具有凹、凸圖形的矽晶片的變形小，故拋光從凹凸圖形的凸部依序地進行，結果，拋光平滑度好。然而，由於矽晶片的彎曲和加壓力時壓力的分布對拋光有直接的影響，故拋光均勻性差。
但是，即使在拋光碟採用同樣材料的情況下，作為表觀彈性的變量的拋光碟厚度和拋光碟的結構因素例如其表面上形成的槽的寬度和深度也具有很大影響。具體地說，當拋光碟的厚度增大時，拋光碟的彈性變形量就增大，故從表觀上看拋光碟變得較軟。另一方面，在拋光碟薄的情況下，變形量小，故拋光碟從表觀上看是硬的。而且，從槽形結構上看，槽的深度大且槽間凸部的寬度小的拋光碟在受到載荷時表面的變形大，故從表觀上看，拋光碟是軟的，另一方面，槽的深度小而槽間凸部的寬度大的拋光碟在受到載荷時變形極小，故從表觀上看，這種拋光碟是硬的。
在上述說明中，拋光碟的厚度和槽的結構是從彈性的觀點來說明的。此外，槽還起到另一種重要作用，即穩定地供給拋光劑。有關為達到穩定供給拋光劑的槽形結構，過去已公開過各種形狀的槽的花樣。如果由這些槽供給的拋光劑不充分，則供入待拋光的拋光工件表面的拋光劑也將不足，從而使拋光過程中發生的機械拋光和化學作用不夠，結果拋光速度下降。再者，由於拋光碟與待拋光的拋光工件表面之間的摩擦造成的溫度狀況也不均勻，從而使拋光均勻性顯著下降，而且，這些問題也會導致在拋光過程中劃傷拋光工件的表面以及使拋光頭和拋光平臺出現振動等。
進行化學機械拋光所用的拋光機包括根據不同概念設計的和具有不同具體特徵的各種拋光機，例如，用單個拋光碟同時拋光多個矽晶片以便提高產量的拋光機，用小於矽晶片的拋光碟在高速轉動下進行拋光以減小拋光機尺寸的拋光機，和專門改動拋光頭部件以提高拋光均勻性的拋光機等。上述的各種各樣的拋光機與穩定供給拋光劑的槽形結構有密切的關係，而對拋光表面穩定地供給拋光劑與所用拋光機有很大關係。
在化學機械拋光中，拋光時間比其他類型的拋光例如光學拋光或金屬拋光等短得多，具體地說，拋光是在拋光過程中高速轉動和施加很大壓力等條件下進行的。因此，拋光是在拋光劑難以在拋光碟表面上保持的情況下進行。
關於認為是最佳的槽形結構，可引用上述的與拋光機的關係，然而，重要的是如何在拋光過程中使拋光劑保持在拋光碟的表面上。
但是，在使用普通的主要由泡沫型聚氨基甲酸酯製成的拋光碟以及樹脂中含有拋光磨粒的固定磨粒型拋光碟的情況下，要通過修整來刮削拋光碟的表面，因此，拋光碟的厚度逐漸減小。於是，在將拋光碟看成為單一彈性體的情況下，由於其厚度變化，使拋光碟的彈性變形量隨著厚度的變化而連續變化，因此，在使用這種拋光碟時，會出現拋光均勻性和平滑度顯著波動的問題。而且，上述的修整不僅造成拋光碟厚度的變化，而且也使拋光碟表面上的槽形結構(槽的深度等)發生變化。結果，出現了另一個問題，即不能通過拋光碟的厚度和槽形結構來控制拋光性能。
如上所述，採用軟質拋光碟或硬質拋光碟不能同時達到能提高均勻性又提高平滑度，在均勻性和平滑度之間存在一種折衷的關係。
最近，為了滿足上述的兩項拋光要求，採用了具有層壓結構的拋光碟，在該層壓結構中，將兩層材料即彈性模量大的下層和彈性模量小的上層層壓在一起。另外，採用了改進加壓系統的具有液壓系統等的拋光頭，以便達到既提高均勻性又提高平滑度的目的。
然而，在使用具有層壓結構的拋光碟時，由於拋光碟本身的變化而使拋光性能有很大差異，因此，從半導體器件製造工藝看，遇到了不穩定因素增多的問題，而且，若對拋光頭進行改進，則又出了拋光頭的結構變得十分複雜的問題。

發明內容
本發明的第一個目的是要解決上述的問題，要具體地說，就是提出一種不容易出現劃痕的、拋光速度高的拋光體(拋光碟)、拋光機，並提出一種採用上述拋光機製造半導體器件的製造方法。
本發明的第二個目的是要解決上述的問題，更具體地說，提出了一種非泡沫型拋光體(拋光碟)，在該拋光碟中，(1)供給的拋光劑可有效地用於拋光，故可根據拋光劑的供給而達到高效的拋光；(2)拋光劑的保持能力和流動性好，故拋光速度高；(3)不易出現劃痕；(4)消除表面不平度的性能好。本發明還提出使用上述拋光碟的拋光機，並提出了一種由於採用上述的拋光機而降低拋光成本且達到更高效的加工的半導體器件的製造方法，因此，可在比普通的半導體器件製造方法更低的成本下製造出半導體器件。
本發明的第三個目的是要解決上述的問題，更具體地說，提出了一種在使用時磨損極少且表面形狀極少變化因而總是具有穩定的拋光特性的拋光碟，並提出一種使用上述拋光碟的拋光機，而且還提出一種採用上述拋光機製造半導體器件的方法。
而且，另一個目的是提出一種可以控制拋光工件的均勻性、平滑度和拋光速度等拋光特性的拋光碟和一種採用這種拋光碟的拋光機。
本發明的第四個目的是要解決上述的問題，更具體地說，提出一種即使用在普通的拋光機上也具有良好的均勻性和平滑度等拋光特性的拋光體(拋光碟)，並提出使用這種拋光碟的拋光機，以及使用這種拋光機製造半導體器件的方法。
為實現本發明的上述目的，本發明提供了一種用於拋光機的拋光碟，在上述拋光機中，拋光工件在上述拋光碟與上述拋光工件之間置入拋光劑的狀態下通過使上述拋光碟與上述拋光工件之間產生相對運動而受到拋光，上述拋光碟的特徵在於，在該拋光碟的表面上周期性地或非周期性地形成兩種或多種不同類型的凹凸形結構。
由於在上述的拋光碟中形成了兩種或多種凹凸形結構，因此，就拋光特性來說，由於有上述的凹凸形結構而同時存在拋光均勻性良好的區域和拋光平滑度良好的區域，這樣，均勻性和平滑度都有所改善。
具體地說，通過在拋光碟表面上形成兩種或多種凹凸形結構可使硬質拋光體與軟質拋光體表觀上同時存在於同一個拋光碟內，而不用將拋光碟或拋光頭改變為層壓結構。因此，可提出一種拋光碟和使用該拋光碟的拋光方法。使之可改善均勻性和平滑度等拋光性能，通常說這是一種折衷的辦法，即使採用普通的拋光機也是如此。這也可得到好處，即可提高半導體器件製造過程的成品率而不會導至拋光過程中的任何損耗。
優選地，在形成同一種凹凸形結構的區域內形成上述的凹凸形結構的兩個或多個凹部和上述凹凸形結構的兩個或多個凸部。
結果，進一步改善了均勻性和平滑度。
優選地，上述的凹凸形結構由兩種類型的凹凸形結構即第一凹凸形結構和第二凹凸形結構組成，上述的第一凹凸形結構的的凹部和上述第二凹凸形結構的凹部是槽，上述的第一凹凸形結構的凸部的寬度是上述的第二凹凸形結構的凸部寬度的兩倍或多倍。
因此，拋光碟的形成具有寬的凸部的第一凹凸形結構的區域起到相當於硬質拋光體的作用，並且在拋光具有凹凸圖形的拋光工件時，可選擇性地拋光凹凸圖形中的凸部，結果，提高了平滑度。同時，拋光碟的形成具有窄的凸部的第二凹凸形結構的區域起到相當於軟質拋光體的作用，故拋光碟在拋光時可適應拋光工件上的任何翹曲，或適應拋光工件表面上形成膜時產生的膜厚不均勻性，結果，改善了拋光均勻性。
優選地，上述拋光碟的平面形狀是圓形的，形成上述的同一種凹凸形結構的區域按同心圓環形方式分布。
結果，進一步改善了均勻性和平滑度。
優選地，形成上述的同一種凹凸形結構的區域按柵格形布局分布。
結果，進一步改善了均勻性和平滑度。
優選地，在拋光碟的表面上還形成有用於供給和排出上述拋光劑的槽。
結果，由於拋光劑均勻地供給到拋光工件的整個表面上。故其拋光均勻性不降低，或者，拋光機的性能不會因磨損增大而降低。
優選地，拋光碟的維氏硬度K為2.5kgf/mm2＜k＜30kgf/mm2。
結果，進一步改善均勻性和平滑度。
優選地，拋光碟由表面上形成上述的凹凸形結構的第一層與置於該第一層的下面並與該第一層層壓在一起的第二層構成，上述第二層的彈性模量大於上述第一層的彈性模量。
因此，這樣具有層壓結構的拋光碟也可改善拋光均勻性和平滑度。
按照本發明，還提供了一種拋光機，在該拋光機中，拋光工件在上述拋光碟與拋光工件之間置入拋光劑的狀態下通過使上述拋光碟與上述拋光工件之間產生相對運動而受到拋光，上述拋光機的特徵在於，它使用了本發明的拋光碟。
本發明還提供了一種半導體器件的製造方法，其特徵在於，該方法含有一個使用本發明的拋光機拋光晶片的步驟。
在本項發明中，由於採用了具有相應優點的拋光方法或拋光機，故按按本發明來拋光晶片，因此，可以精密、優質、高產地製造半導體器件。


下面參看附圖詳述本發明，附圖中圖1是半導體器件製造過程中整平技術的示意圖，圖中示出半導體器件的剖視圖，在圖1(a)和1(b)中，左圖是拋光前的狀態，右圖是拋光後的狀態；圖2是CMP(化學機械拋光)機的結構示意圖；
圖3是本發明所用的CMP拋光機的拋光碟實例的簡單平面圖；圖4是具有本發明的轉矩檢測機構的拋光機的實例的簡圖；圖5是CMP拋光機中載荷和轉矩與時間的關係圖；圖6是本發明的拋光碟中槽的截面形狀的一個實例；圖7是普通拋光碟中螺旋形槽與柵格形槽相組合的槽形結構的局部平面放大圖；圖8是本發明的加工規範中的一個實例的槽形結構的剖視圖；圖9是本發明的加工規範中的一個實例的槽形結構的剖視圖；圖10是本發明的加工規範中的一個實例的同心環形槽和徑向槽相組合的槽形結構的簡圖；圖11是本發明的加工規範中的一個實例的柵格形槽的槽形結構的簡圖；圖12是本發明的工作規範中的一個實例的三角形的柵格形的槽形結構的簡圖；圖13是拋光碟的硬度與溫度的關係圖；圖14是拋光速度與溫度的關係圖；圖15是構成本發明的一個實施例的拋光頭的簡圖；圖16是構成本發明的一種加工規範中的拋光碟的一個部分的剖視圖；圖17是拋光碟加載狀態的剖視圖；圖18是拋光碟的一個實例的簡單結構的平面圖；圖19是構成本發明的一個加工規範的拋光碟的剖視圖；圖20是構成本發明的一個加工規範的CPM拋光機的簡單結構圖；圖21是構成本發明的一個加工規範的拋光碟的簡圖；圖22是構成本發明的一個加工規範的拋光碟的簡圖；圖23是構成本發明的一個加工規範的拋光碟的簡圖；圖24是構成本發明的一個加工規範的拋光碟的示意圖；和圖25是半導體器件製造過程的流程圖。
具體實施例方式
下面參看

加工規範，以便較詳細地說明本發明。但是，這是按照加工規範和實施例對本發明進行說明，不應看作是對本發明的內容的限制。
首先，說明為實現本發明第一個目的的加工規範的實例和本發明的實施例。
在本加工規範的拋光碟(拋光體)中，拋光碟表面上形成的槽形結構中沒有飛邊，因此，最重要的是要採用不會產生任何飛邊的形成槽形結構的方法。為此目的，在凹槽形成後進行一定的處理以使拋光碟表面達到所要求的狀態也是重要的。在本發明中，主要在於消除會在拋光過程中從拋光碟上脫落的飛邊。
在本加工規範中的拋光碟的槽形結構中，在多個構成槽形結構的凹槽的交叉點上槽的交叉角度大於2°。因此，明顯減小了在拋光過程中可能被剝離的飛邊。同心環形槽與徑向槽相結合(圖3(a))、螺旋形槽與徑向槽相結合、或單獨由柵格形槽構成的槽形結構(圖3(b))對於消除飛邊是最有效的。採用上述這些結構的槽，槽間交叉角為90°，在徑向槽的情況下，槽形結構排列成在多個構成徑向槽的槽的交叉點(即拋光碟中央部分的原點)上的交叉角度為2°或大於2°。為此，在按等角間距設置多個構成徑向槽的槽的情況下，最好是槽的數目不超過180個。而且，構成徑向槽的多個槽的長度最好是按長、短交替混合，並且，在拋光碟中心一側的多個較短的槽的終端按同心圓的形式排列在拋光碟的中心附近。因此，在拋光碟的工作表面上沒有尖銳邊部分，這是所希望的，具體地說，在拋光碟的工作表面上最好設有曲率半徑小於50μm的邊緣表面。
本加工規範涉及與加工規範1-1結合使用的軟膏。
這種軟膏不容易凝結。
最好將含有氧化鈰的軟膏用作不易凝結的軟膏。含有二氧化矽(sio2)的軟膏通常廣泛用於採用CMP(化學拋光)法拋光介電材料。這種軟膏穩定性良好，但易凝結而形成玻璃。這種凝結物在拋光碟的表面上形成。如果凝結物的形成部位是在槽的內部，則不會劃傷工件但是，當這種凝結物在槽的外部形成時(也就是在凸起部位上形成時)，凝結物就容易造成工件表面劃痕。含有氧化鈰的軟膏容易彌散在水中，而且這種軟膏容易用水洗淨，不易形成凝結物。因此，這種軟膏適用於非泡沫型樹脂組成的硬質拋光碟(下稱為「非泡沫型拋光碟」)。在泡沫型拋光碟用氧化鈰軟膏的情況下，軟膏在拋光碟工作表面的泡沫內的保持能力大，因此，氧化鈰磨料粒的存留量過多，影響拋光穩定性。具體來說，拋光速度隨時間的推移而改變，並且，對於軟膏供料的控制操作的反應慢。另一方面，在使用非泡沫型拋光碟的情況下，軟膏在工作表面上的保持能力小，故原先狀態的效果不能延長，因此軟膏濃度的控制立即在拋光特性尤其是拋光速度中反應出來，故不能保持穩定的拋光特性。
另外，在非泡沫型拋光碟使用氧化矽軟膏的情況下，難以提高拋光速度，但是，這種拋光碟用氧化鈰軟膏時可獲得高的拋光速度。
本加工規範涉及示於圖4並且是可減少擦傷的拋光機。而且，在下列圖中，與原先的圖中相同的零件用相同的標號表示，並且不對這些零件進行說明。
在圖4中，標號22表示帶動拋光頭16轉動的轉動馬達，23代表檢測轉動馬達22的轉矩的轉矩檢測器，24代表檢測平行於拋光碟工作表面的直線擺動的擺動載荷檢測器，25代表使拋光頭16擺動的擺動機構，26代表對矽晶片17的待加工表面施加載荷的加載機構，該加載機構26設置有可根據從外部接收到的載荷或轉矩信號調節載荷的載荷調節機構。標號27代表平臺轉動馬達，28代表檢測平臺轉動馬達27的轉矩的轉矩檢測器，拋光頭16夾持矽晶片17，並使矽晶片17轉動，拋光構件15是通過將拋光碟(拋光體)21粘貼在拋光平臺20的表面上而構成的。
採用其表面形成槽形結構的由非泡沫型樹脂製成的拋光碟作為拋光碟21。轉動馬達22帶動拋光頭16轉動，平臺轉動馬達27帶動拋光構件15轉動，在此過程中，矽晶片17的待拋光表面通過拋光劑19和拋光碟21的作用而受到拋光。
上述拋光機的工作方式如下在拋光過程中，平臺轉矩檢測器28檢測平臺轉動馬達27的轉矩，拋光頭轉矩檢測器23檢測拋光頭轉動馬達22的轉矩，擺動載荷檢測器24檢測來自擺動機構25的擺動載荷。來自平臺轉矩檢測器28、拋光頭轉矩檢測器23或擺動載荷檢測器24的轉矩或載荷的信號反饋到加載機構26，然後，加載機構26將該轉矩或載荷信號與預定的基準信號相比較，並根據這兩種信號之間的差異增大或減小載荷。具體地說，當轉矩或載荷大於基準值時，加載機構26減小載荷，反之，當轉矩或載荷小於基準值時，則增大載荷。這樣，由加載機構26所加的載荷產生的加在待拋光表面上的載荷引起的轉矩或擺動載荷便可總是保持在恆定值。
上述的控制轉矩或載荷的目的優選的是針對拋光頭轉動馬達22。
在上述實例中，在拋光過程中連續地控制轉矩或載荷，但是，在一種較簡單的結構中，也可以僅對圖4所示的拋光頭逐步加載，而不進行轉矩或載荷的反饋控制。在這種情況下就不需要設置諸如反饋控制所需的根據外部信號調節載荷的載荷調節機構等功能件。
圖5示出在拋光構件15和拋光頭16都恆速轉動的情況下施加在拋光頭上的載荷和拋光頭轉動馬達的轉矩隨時間的變化情況。圖5(a)示出在開始拋光的同時施加固定載荷的情況，而圖5(b)示出從開始拋光逐步加載到一固定值的情況，從圖5(a)可以看出，在開始拋光後轉矩立即升高，然後在經幾秒鐘後急劇降低。最後，在大約10秒後穩定在一個固定值。這表示從靜摩擦到動態摩擦的過渡。而在圖5(b)中，拋光開始後轉矩便立即穩定在一個或大或小的固定值上。
本發明是根據如將轉矩儘可能控制為恆定值應可防止工件劃痕的推論設計出來的，上述推論是基於考慮到在拋光開始後立即對拋光構件15和拋光工件17急劇增大轉矩的影響，例如在上述的轉矩急劇變化的情況下容易發生拋光工件表面劃痕的試驗結果等。因此，按照本發明可以不僅減少工件的劃痕而且可避免產生過大的振動和熱量，從而獲得穩定的拋光結果。
上面的說明所涉及的實例中，無論是拋光頭和拋光平臺都是邊移動邊轉動，但是，不用說也明白，在拋光頭和平臺中的一個進行直線運動的情況下也就是進行稱之為相對運動的情況下，本發明也是有效的。而且，在圖4中，擺動機構是安裝在拋光頭一側的，但是，不消說，也可將擺動機構安裝在拋光碟一側。
下述實施例對應於加工規範1-1。
首先，按如下製造硬質拋光碟關於所用的材料，將環氧樹脂構架劑Epicote 828和Epicote871(二者皆為Yuka Shell Epoxy K.K.公司製品)和二氨基二苯甲烷固化劑按重量比2.6∶3.9∶1混合併攪拌之，再將這種混合料澆入φ800mm的模型內。然後對這種混合物在150℃加熱8h進行固化。而後，在上述的環氧樹脂表面上切出節距0.5mm和深度0.3mm的螺旋形V形槽(V角為60°)和寬度2mm、深度0.5mm、間隔為5°的徑向槽，這就製成了拋光碟。圖6示出上述槽的截面形狀放大圖，其中，31代表拋光碟的表面，32代表拋光碟中的槽。
採用雙面膠帶將上述拋光碟粘貼在拋光平臺上，構成一個拋光構件。將一個表面上受熱形成1μm厚氧化膜的6英寸矽晶片靠表面張力固定在拋光頭的彈性膜(背襯膜)上作為拋光工件，在下列拋光條件下進行拋光。
拋光條件拋光碟轉速50轉/分鐘拋光頭轉速50轉/分鐘擺動距離30mm擺動頻率每分鐘15次往復行程拋光劑SEMI Super 25(cabot公司製造)稀釋兩倍(氧化矽軟膏)拋光劑流量200ml/min施加在晶片上的載荷460g/cm2
測量出所拋光的晶片的拋光速度為200nm/min，用劃痕檢驗儀檢查拋光表面，未發現劃痕。
在與實施例1-1相同的條件下製成拋光碟，但槽的結構有所不同。這裡做成的槽的結構既有螺旋形的又有柵格形的槽，如圖7的拋光碟放大平面圖所示，圖中33代表螺旋形槽，34代表柵格形槽。
用上述的拋光碟在與實施例1-1嚴格相同的條件下對與實施例1-1所加工的相同的矽晶片進行拋光，對所拋光的晶片用劃痕檢查儀進行檢查表明。在拋光面上偶爾可看見劃痕，其理由是上述拋光碟中的槽具有交叉角小於2°的銳角部分。
採用在與實施例1-1相同的條件下製成的拋光碟，在與實施例1-1相同的條件下對與實施例1-1所用的同樣的晶片進行拋光，但所用的拋光劑含有5％(wt)的氧化鈰粉粒。結果，拋光速度達到420nm/min，用劃痕檢查儀檢查拋光表面，未發現劃痕。
採用與比較實施例1-1相同的拋光碟、相同的晶片並在相同的拋光條件下進行拋光，但採用圖4所示加載機構26對拋光頭逐步施加載荷，如圖5(b)所示那樣在大約10秒的時間對晶片所加載荷從0逐步增大至400g/cm2。
採用劃痕檢查儀檢查按上法拋光的表面，未發現劃痕。
另外，採用與實施例1-1相同的拋光碟、對相同的晶片在相同的條件下進行拋光，但是對晶片施加的載荷是在大約10秒內從0逐步增大至400g/cm2。
用劃痕檢查儀檢查所拋光的晶片，未發現劃痕。
因此，由於載荷是逐步增大的，故可防止拋光平臺和拋光頭的轉動載荷(轉矩)的急劇增大，從而從拋光初始階段就使轉矩保持或多或少的恆定。
在上面對加工規範和實施例的說明中，是在對拋光頭施加受控的或者說逐步變化的載荷的情況下進行拋光的，但是，由於所述的壓力是相對壓力，故不消說，即使所述的載荷是加在拋光碟上的載荷，本發明的效果也是不變的。
下面說明為實現本發明的第二個目的的本發明加工規範和實施例。
圖8示出按本發明的加工規範2-1製成的拋光碟21的工作表面上構成槽結構的凹部和凸部的放大剖面圖，圖中41代表凸部，42代表凹部(槽)，a是凸部41的底邊長度，b是凸部41的頂邊長度，c是凹部(槽)42的底邊長度，d是凹部(槽)42的頂邊長度。其中，凹部和凸部最好具有周期性結構，在此情況下，圖8中的p是凹部和凸部的周期性結構的節距(下稱為「槽的節距」)，(p-b)是槽42的寬度(即凹部的頂部寬度)。圖8僅示出拋光碟的工作表面部分，但是，本發明的拋光碟可以是薄板狀體或板狀體，並且可以具有由不同材料層壓成的多層結構，或者是模壓在剛性的平板頂面上的板狀結構，只要至少在拋光碟的工作表面上具有非泡沫型樹脂組成的槽結構即可。
按照上面提到的Preston公式，拋光速度不僅與拋光碟和拋光工件之間的相對速度成正比，而且與拋光工件和拋光碟之間的接觸面上的壓力成正比，由於拋光速度也與有效接觸面積成正比，故在單位面積的載荷和相對速度相同時拋光速度隨接觸面積的增大面提高。上述的「有效接觸面積」中的「有效的」一詞指的是拋光過程中的接觸面積採用有效值，(該值與從圖中簡單算出的值不同)，因為在拋光過程中施加壓力時和不加壓時拋光碟與拋光工件之間的接觸狀態是不同的，而且在某些情況下拋光碟與拋光工件之間的接觸不良。在使用非泡沫型拋光碟的情況下，不可簡單地通過增大接觸面積來提高拋光速度，因為拋光劑不能供到上述接觸面的每個部位，也就是說，因為，拋光劑的流動性差。增大槽的密度可保持拋光劑供給到上述接觸面的每個部位。然而，僅僅通過簡單的提高槽的密度以增大槽的總面積作為提高拋光速度的手段並不是十分有效的，原因如下具體地說，由於槽的總面積與接觸面積之和等於拋光碟工作表面的面積，故槽的總面積增大便使接觸面積減少，並且(從上述論點來說)，接觸面積的減小要降低拋光速度，所以，即使槽的密度增大，其總面積的增大也會抵消提高拋光劑的流動性的效果，從而抵消了提高拋光速度的效果。槽的密度高本身並不足以提高拋光劑的流動性，同時又避免接觸面積的減小，與此同時，槽的寬度必須減小。通過減小槽的寬度並減小槽的節距而提高槽的密度可以將拋光劑供到接觸面的所有部位，並可提高拋光速度。
這裡，重要的是槽的作用。拋光碟的槽不僅具有在拋光碟上形成凸部的功能和通過將拋光劑供到構成接觸面的凸部而保證拋光劑的流動性的功能，而且還具有從接觸面排出拋光劑中已聚集的拋光碎片或拋光粉粒(下稱「聚集的拋光粉粒」)的重要功能。從這一觀點考慮，槽的寬度最好不要太窄。原因如下；具體地說，若槽的寬度太窄，拋光碎片或者說聚集的拋光粉粒會在排出時堵塞凹槽，結果，使拋光碎片或聚集的拋光粉粒中斷向拋光碟工作面之外的排出，並在拋光過程中，與拋光工件的接觸而產生劃痕。
因此，槽的節距既不應太粗，也不應太細，槽的寬度既不應太寬，也不應太窄，槽的節距和寬度各自具有最佳值。
在圖8中，槽的寬度(P-b)的合適範圍取決於從槽中排出的拋光碎片或聚集的拋光粉粒的尺寸，在氧化矽型軟膏的情況下，其尺寸最好為0.05mm～4.5mm。
由於槽的寬度如上所述地受限制，故槽的節距p取決於滿意的拋光劑的流動性與接觸面的大小之間相互矛盾的特性的折衷平衡。試驗結果發現p值為0.1～5.0mm是合適的，而且還發現，槽的凸部的頂邊長度b值為0～0.3mm是合適的。
另外，關於槽的每個凸部的底邊長a和頂邊長b值的關係，最好是a≥b，而b≥0。另外，最好是每個槽底部的邊長c≥0。由於設定了a≥b，不僅有利於製造，而且得到抗剪強度高的結構。另外，在b＝0的情況下，槽的凸部的頂邊成一條刃形。但是，在這些刃形凸部壓向拋光工件的拋光條件下，上述刃邊受壓，所以它們以有限的面積與拋光工件相接觸，因此，即使在b＝0的情況下，有效接觸面積也不為0。槽的深度d的下限值取決於拋光碎片或聚集的拋光粉粒的排出特性，最好是d≥0.1mm。而且，凹部和凸部的周期性結構有利於拋光碟的製造，因此是所需的。
圖9示出本發明的加工規範2-2中拋光碟工作表面上組成槽形結構的凹部和凸部的放大剖視圖。在該拋光碟中，凹部(槽部)42的剖面形狀是U形的，其他方面，該拋光碟與加工規範2-1的拋光碟相似。因此，與加工規範2-1的拋光碟相似的部分不再描述。在加工規範2-2的拋光碟中，e代表凸部41的頂邊長度，f代表凹部(槽部)42的頂邊長度，g代表槽的深度。其中，凹部和凸部的周期性結構有利於製造，並且是所希望的。在此情況下，圖9中的p2代表凹入的和凸起的部分的凹部與凸部的周期性結構的節距(下稱為「槽的節距」)。
如同加工規範2-1的拋光碟一樣，在加工規範2-2的拋光碟中，槽的寬度f的合適範圍取決於從槽中排出的拋光碎片或聚集的拋光粉粒的尺寸，試驗結果發現，在氧化矽型軟膏的情況下，f為0.05～4.5mm是合適的。
由於槽寬如上所述地受約束，故槽的節距p2要綜合考慮拋光劑良好的流動性和接觸面積的大小這些互相矛盾的特性後確定之。試驗結果發現，p2值為0.1～5.0mm是合適的。並且還發現，槽的凸部頂邊的長度e為0.0～3.0mm是合適的。
另外，在e＝0的情況下，凸部的頂邊是刃邊形，但是，在這些刃邊形凸部壓向拋光工件的拋光狀態下，刃邊部分受壓而以有限的面積與拋光工件相接觸。因此，即使在e＝0的情況下，有效接觸面積也不為零。槽的深度g的下限值取決於拋光碎片或聚集的拋光粉粒的排出特性，最好是g≥0.1mm。
在加工規範2-2中，拋光碟的工作面上形成其凹部(槽部)截面形狀為U形的槽。如果槽是U形槽，拋光劑的供入和排出就容易。面且，由於槽與拋光碟工作面之間的夾角大，故可防止在拋光碟工作面上形成銳角部分，這樣就可防止拋光工件出現劃痕。
再者，雖然在拋光規範2-2的拋光碟中，規定拋光碟工作面上形成的凹部(槽部)的截面形狀為U形，但是，具有曲率半徑的形狀而不是U形的形狀也是可以用的。
在加工規範2-1和2-2的拋光碟中，槽的形狀對於提高拋光速度和消除劃痕是重要的，因此，要選擇適合於保持拋光劑的流動性同時又能留住拋光劑並可使拋光碎片或聚集的拋光粉粒有效地排放的槽結構。最好從同心圓環形槽、螺旋形槽、柵格形槽、三角形的柵格形槽和徑向式槽中選出一種或者以兩種或多種的組合作為上述的槽的結構。在上述各種形式的槽中，同心圓環形和徑向式槽示於圖10，柵格式槽示於圖11，三角形的柵格式槽示於圖12(上述各圖都是拋光碟21的平面圖)。
如上所述，拋光速度與接觸面積成正比。但是，固體粒子之間的接觸通常是點接觸，由於本發明的非泡沫型拋光碟採用硬質材料，故有效接觸面積小於簡單地按上述的圖算出的值，因此拋光速度也低於預料值。
為了使槽凸部在整體上適應拋光工件，需要一些裝置。為此，要利用拋光碟材料的樹脂的硬度與溫度的關係。樹脂的硬度隨溫度的升高而下降，故可通過提高溫度或者說通過控制溫度來改善拋光碟的硬度與拋光工件的配合。圖13示出用作本發明實施例的拋光碟的材料的高分子量聚合物的硬度是如何隨溫度的升高而下降的(各曲線分別代表不同的高分子量聚合物的相應特性)。如圖14所示，拋光速度與溫度有關，並且隨溫度的升高而提高。拋光速度提高的原因除了有效接觸面積增大外，還由於拋光劑軟膏的活性提高所致。
硬質的非泡沫型拋光碟的主要特徵之一是其平滑度，也就是說，有效地消除了槽形模式中的不平度。當拋光碟的硬度降低時，該拋光碟的不平度特性降低。正如下面要談到的，為了研究拋光碟的硬度與不平度消除特性之間的關係，進行了有關的試驗。在厚度為500nm的4mm×4mm的試樣薄膜表面上形成一層1μm厚的氧化矽(SiO2)薄膜。當具有初始不平度為500nm的晶片採用材料硬度可變化的拋光碟拋光去700nm時，發現在拋光碟材料的維氏硬度為≥1.5kgf/mm2(約1.5×107pa)的情況下或在壓縮楊氏模量為≥25kgf/mm2(約2.5×108pa)的情況下，晶片的殘餘不平度減小至≤150nm。
從上述結果可以看出。如果維氏硬度可保持在≥1.5kgf/mm2(約1.5×107pa)，或壓縮楊氏模量保持在≥25kgf/mm2(約2.5×108pa)，並在最高溫度條件下進行拋光，便可獲得最大的拋光速度和良好的平滑度。
在上述拋光碟中，可以在圖10、11和12所示的槽形結構的適當部位鑽孔而形成測量窗口，以便使測量光可在一個或多個部位通過，從而可在拋光過程中對這些部位的拋光狀況進行光學測量。另外，最好在測量窗口的向著拋光工件的一側的表面上塗一層硬質塗層，以防止在拋光工件與拋光碟接觸時產生劃痕，而且最好在另一側的表面上形成一層抗反射薄膜。另外，若本發明的拋光碟安裝到(例如)圖2所示形式的普通拋光機上，使可得到拋光速度高、不平度消除特性好且不產生任何劃痕的拋光機。
圖15簡單示出構成本發明實施例的拋光頭，圖中標號43代表夾持拋光工件的主要夾持件(拋光頭)，44代表一個鋁環件，45代表彈性膜，46代表一個O形密封圖，47代表一個支承環，48代表一個O形密封圈，49代表一個氣密空間，50和51代表高壓空氣進入口。在一塊直徑800mm、厚度20mm的鋁底盤上固定一塊帶有螺旋形槽(槽的節距0.5mm，凸部頂邊長度0.15mm)和徑向槽(間隔為5°，槽深0.5mm)的環氧樹脂制的非泡沫薄板，從而構成一個拋光碟。
然後，將彈性膜45(RODEL NITTA公司製造的R201)粘貼到鋁環件44(其內徑為145mm)上，將該鋁環件44通過密封圈46和48安裝起來(如圖15所示)使構成圖15所示的拋光頭。標號47代表一個支承環，用於防止拋光工件(矽晶片)17飛出。49是保持正壓的氣密室，用於對拋光工件17施加壓力，從高壓空氣進入口50和51供給壓縮空氣以形成上述的正壓。由於設有氣密室49和彈性膜45，便形成一種與包括支承環47在內的整體系統無關的施加壓力的結構。
通過表面張力將一塊在其表面熱形成1μm厚的SiO2氧化膜的6英寸矽片17固定在彈性膜45上，並在下列工作條件下進行拋光加工條件
拋光碟轉速50轉/分鐘拋光頭轉速50轉/分鐘擺動距離30mm擺動頻率每分鐘15次往復行程拋光劑Cobat公司製造的SEMI Supers25，稀釋2倍拋光劑流量50ml/min對晶片所加的載荷400g/cm2(3.9×104pa)拋光平臺溫度也就是拋光碟的溫度保持在50℃。
在上述條件下拋光的結果，可得到200nm/min的拋光速度。而且，當在厚度為500nm的4mm×4mm的試樣薄膜表面上形成1μm厚的氧化矽(SiO2)薄膜時，將帶有初始不平度為500nm的晶片拋光掉700nm後，其殘餘不平度為≤100nm，質量屬於良好，而且未發現劃痕。
當拋光碟的溫度設定為室溫時，拋光後的殘餘不平度與實施例2-1一樣，為≤100nm，，屬於良好，但是拋光速度降低到150nm/min。未發現劃痕。
採用與實施例2-1相同的拋光碟進行拋光但拋光碟的溫度設定為50℃，且拋光碟的槽凸部頂邊的長度增大至0.35mm。結果拋光速度從實施例2-1的200nm/min降至180nm/min。據認為這是由於拋光劑的流動性下降了。未發現劃痕。
下面說明為實現本發明的第3個目的採用的本發明的加工規範和實施例。
本加工規範的拋光體(拋光碟)21(見圖16)採用一種其由發泡產生的孔隙區的比例為拋光體21體積(不包括形成槽32的區域)的20％或更小的材料製成。上述的由發泡產生的孔隙區為0％的拋光碟稱為非發泡型拋光碟。而且，上述的由發泡產生的孔隙區的比例大於0％但仍然較小的拋光碟稱為低發泡型拋光碟。上述的非發泡型和低發泡型拋光碟本身的拋光劑保持能力比發泡型拋光碟(由發泡產生的上述孔隙區的比例較高的拋光碟)小。因此，在拋光碟21的工作面上形成V形截面的槽32。
本加工規範中所用的拋光機的結構基本上與圖2所示的拋光機相同，該拋光機與圖2所示拋光機的不同之處僅在於它採用本加工規範的拋光體作為拋光體(拋光碟)21。因此，下面將參看圖2說明本加工規範。
採用雙面膠帶或粘結劑將拋光碟21粘貼到拋光平臺20上。
拋光頭16夾住矽晶片17，並在它轉動的同時使之擺動。該晶片17以預定的壓力壓向拋光構件15的拋光碟21，拋光構件15也轉動，故拋光構件15與矽晶片17之間形成相對運動。在此情況下，從拋光劑供料器18向拋光碟21的工作面供給拋光劑19，該拋光劑19擴散到拋光碟21的整個工作面上，並在拋光構件15與矽晶片17之間發生相對運動的同時進入拋光碟21與矽晶片17之間的間隙，結果矽晶片17的待拋光表面便受到拋光。具體地說，由於拋光構件15與矽晶片17之間的相對運動產生的機械拋光與拋光劑19的化學作用的綜合影響而得到了滿意的拋光。
圖17示出處於受拋光工件施加載荷時的狀態下的拋光碟的部分剖視圖，在圖17中，拋光碟21的工作面上形成的槽的剖面形狀為矩形。圖17(a)是未受拋光工件17加載時的狀態，而圖17(b)示出已受拋光工件17加載時的狀態。在拋光碟的工作面帶有槽形結構的情況下，施加載荷時，拋光碟在整體上會發生彈性變形，但是，若將拋光碟21分成一個從其表面延伸至其槽底的槽區21a和一個相應於拋光碟的不形成槽的下層的本體區21b時，在形成有槽的槽區21a發生的彈性變形的程度較大，因為此處的單位面積承受的載荷較大，見圖17(b)。在槽之間的凸部的寬度較小以及槽的深度較大的情況下，上述的彈性變形的程度較大。反之，在槽之間的凸部的寬度大或槽的深度淺的情況下，槽區21a的變形較小。拋光特性明顯地隨形成上述槽的槽區21a的變形量而變化。具體地說，若該變形量大時，就可改善軟拋光碟的均勻性(它是軟拋光碟的特徵之一)，另一方面，若變形量小，就可改善硬拋光碟的平滑度(它是硬拋光碟的特徵之一)。
在拋光碟工作面上的槽32(見圖16)的寬度W小於0.1mm的情況下，製造拋光碟時便難以在保持槽的尺寸精度的同時形成這些槽。而且也難以清理出已進入槽32內的拋光劑，這些拋光劑粘附在槽32的內部，因此在拋光時所產生的碎片可能會劃傷矽晶片的拋光表面。另一方面，在拋光碟工作面上的槽32的寬度W大於2.0mm的情況下，通過拋光劑與拋光工件相接觸的面積減小，從而使拋光碟與拋光工件之間的接觸阻力所產生的熱量減少，因此，CMP中化學部分的作用減小，這就使拋光速度顯著下降。綜上所述，拋光碟工作面上槽32的寬度W最好是0.1mm≤W≤2.0mm。
另外，在形成槽32的槽區的體積與拋光碟21的體積(包括形成槽32的槽區)之比VL小於0.1％的情況下，拋光劑在拋光碟21的工作面上的保持能力下降，因此，拋光速度顯著降低，均勻性變差。而且，拋光碟的變形量減小，故從這一方面看均勻性也差。另一方面，若上述的比值VL大於30％，拋光碟的變形量大，故會使平滑度變差，因此，上述比值VL最好是0.1％≤VL≤30％。
因此，在採用上述類型的拋光碟的上述拋光機的情況下，由於拋光碟的材料是非泡沫型或低泡沫型材料，故拋光碟在使用時的磨損量很小，而且不必進行修整或只要短時間修整，這樣，由於槽形結構不因磨損而變化，故可始終保持穩定的拋光特性。因此，必須更換拋光碟的次數減少，故拋光成本降低。而且，可通過在改變工作面上形成的槽的結構(槽的寬度W和體積比VL)來控制拋光特性中的均勻性、平滑度和拋光速度，因此，可通過選擇槽的結構以獲得理想的拋光特性。結果可提高拋光產量，縮短拋光所需的時間，從而降低拋光成本。
另外，在本加規範中，槽32的截面形狀為V形，但是，某些其他的形狀也可以用。
本加工規範的拋光碟的厚度D(見圖16)的範圍是0.5mm≤D≤5.0mm，其它方面與加工規範3-1中的拋光碟相同，故不再描述，而且，所用的拋光機也與加工規範3-1的拋光機相同。
如果拋光碟21的厚度大於5.0mm，拋光碟的絕對變形量便增加，使平滑度變差。另一方面，若拋光碟21的厚度D小於0.5mm，拋光碟的絕對變形量減小，使均勻性變差。因此，最好將厚度規定為0.5mm≤D≤5.0mm。
因此，對於使用本加工規範的拋光碟的拋光機，可通過拋光碟的厚度D控制拋光特性中的均勻性、平滑度和拋光速度，這就可通過選擇拋光碟的厚度以獲得理想的拋光特性。因此可提高拋光產量、縮短所需的拋光時間，從而降低拋光成本。
在本加工規範的拋光碟中，槽32的深度不大於拋光碟工作面上槽的寬度W的3倍(圖16)，其它方面則與加工規範3-1或3-2的拋光碟相同，故不再描述。而且，所用的拋光機與加工規範3-1的拋光機相同。
如果槽32的深度大於拋光碟21工作面上槽32的寬度W的3倍，便難以從拋光碟的槽內清出拋光劑。結果，拋光劑粘附在槽內，當這些粘附的物質鬆散時，很可能使拋光工件的拋光表面產生劃痕。因此，槽32的深度最好不大於拋光碟工作面上槽的寬度W的3倍。
因此，在拋光機採用本加工規範的拋光碟的情況下，拋光工件的拋光表面不會出現劃痕。結果，可提高拋光產量，降低拋光成本。
圖18是本加工規範的拋光碟的結構示意圖(平面圖)，在本加工規範的拋光碟中，其槽相對於拋光碟表面的形狀是「編織」形的。如果槽相對於拋光碟表面的形狀做成「編織」形，便可穩定地供給拋光劑。而且，拋光碟上的拋光劑不容易因拋光平臺的轉動所產生的離心力而飛出拋光碟之外。這就改善了拋光劑在拋光碟工作表面上的保持能力。因此，上述的槽相對於拋光碟表面的形狀最好是「編織」形的。除此之外，本規範的拋光碟與上述的加工規範3-1、3-2和3-3的拋光碟相同，因此不再描述。
再者，在上述的加工規範的拋光碟中，槽相對於拋光碟表面的形狀是「編織」形的，但是，也可以採用螺旋形、同心圓環形、柵格形、三角形的柵格形或其他形狀，或採用從上述各形狀中選擇的兩種或多種形狀與「編織」形相結合的形狀。
在拋光機採用具有上述槽形的拋光碟的情況下，拋光劑在拋光碟工作面上的保持能力大，因此可提高拋光速度，改善均勻性，結果，提高了拋光產量，縮短了拋光所需時間，從而可降低拋光成本。
圖19示出本加工規範用的拋光碟的剖視圖。圖19(a)示出槽32的剖面形狀為V形的拋光碟，圖19(b)示出槽32的剖面形狀為U形的拋光碟。在圖19(a)的情況下，拋光碟21工作面上形成剖面形狀為V形的槽32，在圖19(b)的情況下，拋光碟21工作面上形成剖面形狀為U形的槽32，如果槽具有上述的剖面形狀，則有利於拋光劑的供入和排出，而且，由於拋光碟工作面與槽的夾角大，故可消除拋光碟工作面上形成銳角部位，結果，就可防止矽晶片拋光表面上產生劃痕。
拋光碟21的其餘結構與加工規範3-1～3-4的拋光碟的結構相似，故不再描述。
另外，在本加工規範的拋光碟中，拋光碟工作面上形成的槽的剖面形狀是V形或U形。但是，也可以採用U形以外的具有曲率的形狀，或者採用矩形或多角形。
在拋光機採用上述拋光碟的情況下，拋光工件不產生劃痕。因此可提高拋光產量，降低拋光成本。
在本加工規範的拋光碟中，材料的壓縮彈性模量K為0.1Gpa≤K≤2.0Gpa，其餘的結構與加工規範3-1～3-5的拋光碟的結構相同，因此這裡不再描述。
在本加工規範中，由於材料不是太軟，故在拋光過程中的磨損極少，故拋光碟的使用壽命長，而且平滑度不變差。另外，由於材料不是太硬，故拋光工件不會產生劃痕，且均勻性不變差。
在拋光機採用本加工規範的上述拋光碟的情況下，由於拋光碟採用壓縮彈性模量K為0.1Gpa≤K≤2.0Gpa的材料製成，故可提高拋光產量，並可降低拋光成本。
在本加工規範的拋光碟中，拋光碟材料的主要組分是從下列一組樹脂中選擇一種或多種樹脂組成的環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、氯乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂和非泡沫型尿烷樹脂。主要由上述材料製成的拋光碟在拋光時極少磨損。
在拋光機採用上述拋光碟的情況下，拋光碟在拋光時磨損極少，故可延長拋光碟的使用壽命。結果，更換拋光碟的次數減少，故可降低拋光成本。
在本加工規範的拋光碟的工作面上還形成了供給和排出拋光劑的槽。因此，拋光劑可均勻地供到拋光工件的整個表面，而且，上述的供給和排放拋光劑的槽的剖面形狀最好是具有曲率的形狀、矩形、V形或多角形。而且，供給和排放上述拋光劑的槽相對於拋光碟工作面的形狀是徑向分布形、柵格形、三角形的柵格形、「編織」形或其他任意形狀。
而且，可將上述各加工規範中的拋光碟中形成的槽的幾部分用作上述的供給和排放拋光劑的槽，或者，也可做出與上述的槽不同的新槽。
在拋光機採用上述拋光碟的情況下，拋光劑可均勻地供到拋光工件的整個拋光表面上。因此，均勻性不會變差，拋光特性也不會由於拋光工件與拋光碟之間的摩擦增大而變差，結果提高了拋光的產量，降低了拋光成本。
在本加工規範中，拋光碟的一部分是透明區。
圖20是本加工規範的拋光機的結構示意圖。圖中標號61代表一個孔，62代表拋光過程測量器，63代表測量光。圖20所示拋光機的基本結構與圖2所示拋光機相同。因此這裡僅說明不同的部分。在拋光平臺20內鑽出孔61，在該拋光平臺20下方安裝一個通過光學地觀察拋光狀態而檢測拋光過程(例如矽晶片的厚度)的拋光過程測量器62。在置於拋光平臺20上的拋光碟21內形成一個透明區(圖中未示出)，並且，拋光機的結構做成可使上述的透明區與拋光平臺20上的孔61相重疊。因此，從拋光過程測量器62發出的測量光63可穿過上述的孔61和拋光碟21內的透明區，並由矽晶片反射回來，再次通過拋光碟21的透明區和孔61而返回到拋光過程測量器62，並由該測量器62檢測返回的光，這樣就可測出拋光進展情況。
最好用一種可根據反射的光譜學特性(反射的光譜學譜線)檢測拋光終點並測量膜的厚度的裝置作為上述的光學地觀察拋光狀態和測量拋光過程的拋光過程測量器62。由觀察拋光表面狀態的拋光過程測量器62測出的反射光譜學譜線通過計算機與用模擬試驗等方法獲得的標準譜線相比較，並計算出膜的厚度，或測定拋光終點。另外，也可不用上述的根據上述反射光譜特性(反射光譜學譜線)來檢測拋光終點和計算膜厚度的裝置，而採用一種根據規定波長的光的反射率的變化來檢測拋光終點或測量膜的厚度的裝置，或一種通過對CCD計算機控制顯示攝影機攝取的拋光表面的影象進行影象處理來檢測拋光終點或測量膜的厚度的裝置作為上述的觀察拋光表面狀態的拋光過程測量器62。
因此，採用本加工規範的拋光機，可以在拋光過程中藉助於一種通過拋光平臺上的孔和拋光碟的透明區觀察拋光狀態的裝置原位檢測拋光工件的拋光表面的拋光狀態。因此，在拋光過程中可以測定拋光終點，故可提高拋光產量，降低拋光成本。
在上述的各加工規範3-1～3～9中，可通過按如下方式設定槽形結構和拋光碟厚度將拋光特性控制在本發明規定的範圍內。
具體地說，增加槽的深度和增加拋光碟的厚度，可以提高均勻性。而且，減小槽的深度和減小拋光碟厚度可提高平滑度。另外，通過增大拋光碟的槽間凸部的寬度可以提高拋光速度。
用於在上述各加工規範的拋光碟表面上形成槽的方法可以是通用的公知方法例如採用一種凹槽加工刀具銑削拋光碟的表面的方法。

用雙面膠帶將一種由環氧樹脂製成的具有槽形結構的非泡沫型拋光碟粘貼在拋光機的拋光平臺的表面上。上述環氧樹脂的壓縮彈性模量為0.98Gpa。本實施例3-1的拋光碟表面上做出螺旋形分布的V形槽，該槽的寬度W為0.35mm，槽間凸部寬度為0.15mm，槽的深度為0.30mm。拋光碟的厚度為4.0mm，形成上述槽的區域的體積與拋光碟的體積(包括上述形成槽的區域)之比值VL為2.6％，用一種襯料將一種帶有1μm厚的熱致氧化膜的6英寸矽片固定在拋光頭上，在下列條件下拋光150秒拋光頭轉速50轉/分鐘拋光平臺轉速50轉/分鐘對拋光頭所加的載荷3.92×104Pa拋光頭的擺動距離30mm拋光頭擺動頻率每分鐘15次往復行程所用的拋光劑由Cabot公司製造的SS25，用離子交換水稀釋2倍。
拋光劑流量200ml/min然後，在上述條件下對一種具有等離子體TEOS(四乙氧基矽烷)膜圖形的矽晶片進行拋光。上述的帶圖形的矽晶片的圖形部分由1.5μm的等離子體TEOS膜組成，而無圖形的部分由1.0μm的等離子體TEOS膜組成，所以其初始不平度為0.5μm。在矽晶片內沿兩維方向設置一個4.0mm平方的圖形區，將這種膜拋光到無圖形部分的厚度達到0.8μm為止。
採用一種表面上帶有槽形結構的由環氧樹脂製成的非泡沫型拋光碟對一種與實施例3-1相同的拋光工件(一種表面上形成1μm厚的熱致氧化膜的6英寸矽晶片和一種具有等離子體TEOS膜圖形的矽晶片)進行拋光。在上述拋光碟工作面上做出螺旋形分布的V形槽，該槽的寬度W為0.25mm，槽間凸部寬度為0.25mm，槽的深度為0.25mm。拋光碟的厚度為4.0mm，形成上述槽的區域的體積與拋光碟的體積(包括上述形成槽的區域)之比VL為1.6％。拋光條件與實施例3-1的條件完全相同。

採用一種表面上帶有槽形結構的由環氧樹脂製成的非泡沫型拋光碟對一種與實施例3-1相同的拋光工件(一種表面上形成1μm厚的熱致氧化膜的6英寸的矽晶片和一種具有等離子體TEOS膜圖形的矽晶片)進行拋光。在上述拋光碟工作面上做出螺旋形分布的V形槽，該槽的寬度W為0.25mm，槽間凸部寬度為0.25mm，槽的深度為0.25mm。拋光碟的厚度為2.0mm，形成上述槽的區域的體積與拋光碟的體積(包括上述形成槽的區域)之比VL為3.1％。拋光條件與實施例3-1的條件完全相同。
採用實施例3-3的拋光碟對1000件表面上形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸矽晶片進行拋光，然後，對與實施例3-1拋光的工件相同的拋光工件(一種表面上形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸矽晶片的和一種具有等離子體TEOS膜圖形的矽晶片)進行拋光。在這次拋光中，無論在拋光前還是在拋光過程中都不進行修整。拋光條件與實施例3-1的條件完全相同。
採用一種表面上帶有槽形結構的由環氧樹脂製成的非泡沫型拋光碟對一種與實施例3-1相同的拋光工件(一種表面上形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸矽晶片和一種具有等離子體TEOS膜圖形的矽晶片)進行拋光。在上述拋光碟工作面上做出「編織」形的U形槽，該槽的寬度W為0.25mm，槽間凸部的寬度為0.25mm，槽的深度為0.25mm。拋光碟的厚度為4.0mm，形成上述槽的區域的體積與拋光碟的體積(包括上述形成槽的區域)之比VL為5.2％。拋光條件與實施例3-1的條件完全相同。
採用一種環氧樹脂製成的表面帶有槽形結構的非泡沫型拋光碟拋光與實施例3-1所用的相同的拋光工件(一種表面上形成1μm厚的熱致氧化膜的6英寸矽晶片和一種具有等離子體TEOS膜圖形的矽晶片)。上述拋光碟表面上形成螺旋形分布的矩形槽，該槽的寬度W為0.05mm，槽間凸部的寬度為0.45mm，槽的深度為2.0mm。拋光碟的厚度為4.0mm，形成上述槽的區域的體積與拋光碟的體積(包括上述形成槽的區域)之比VL為5.0％，拋光條件與實施例3-1的條件完全相同。
採用環氧樹脂製成的表面帶有槽形結構的非泡沫型拋光碟拋光與實施例3-1相同的拋光工件(一種表面上形成1μm厚的熱致氧化膜的6英寸矽晶片和一種具有等離子TEOS膜圖形的矽晶片)。在本比較實例的拋光碟的表面上形成螺旋形分布的矩形槽，該槽的寬度W為0.45mm，槽間凸部的寬度為0.05mm，槽的深度為2.0mm，拋光碟的厚度為4.0mm，形成上述槽的區域的體積與拋光碟的體積(包括上述形成槽的區域)之比VL為45.0％。拋光條件與實施例3-1的條件完全相同。
對上述的實施例和比較實例，分別用完成拋光後的拋光工件測量了拋光速度、均勻性和平滑度。拋光速度根據上述的表面已形成1μm厚的熱致氧化膜的6英寸矽晶片(不包括從晶片邊緣向內延伸5mm的部分)的拋光時間和平均拋光量計算。根據表面上形成1μm厚的熱致氧化膜的6英寸矽晶片的拋光型面(不包括從晶片邊緣向內延伸5mm的部分)的拋光量用下列公式計算均勻性均勻性(％)＝(RA-RI)/(RA+RI)×100式中RA是測量拋光量的型面上的最大拋光量，RI是測量拋光量的型面上的最小拋光量。另外，平滑度按如下方式評價用上述的具有等離子體TEOS膜圖形的6英寸矽晶片，將沒有圖形的部分拋光至0.8μm，然後，在該矽晶片的各個部位上測出殘餘不平度，再取測驗出的殘餘不平度值中的最大值為平滑度。
將上述實施例和比較實例的槽結構和拋光碟厚度以及上述的測量結果一起列於表1(表中的實施例1是指實施例3-1，比較實例1是指比較實例3-1，如此類推)。
如表1所示，由於本發明規定的槽的結構和拋光碟厚度的不同，所以儘管各實施例和比較實例的拋光碟材料完全相同，但拋光特性有很大差別。
實施例3-1與3-2的差別僅在於槽的結構，均勻性是槽的寬度大且槽的深度深的實施例3-1的好，而平滑度則與上述情況相反，是實施例3-2的好。如上所示，上述差異的原因是形成槽的區域的表觀彈性模量的差別所致。關於拋光速度也可看出，槽間凸部寬度大的實施例3-2大得多。
表1

關於實施例3-2和3-3，槽的結構是相同的，但拋光碟厚度不同。實施例3-2的均勻性好，而實施例3-3的平滑度好，在這些實施例中，產生上述差別的原因在於，由於相應的拋光碟的厚度不同造成了拋光過程中變形的絕對量不同所致。
關於實施例3-3和3-4，在連續拋光前和連續拋光後進行了相應的評價。結果表明，採用本發明的拋光碟時，不管每次拋光作業時是否進行修整，拋光特性都不會由於連續拋光而變化。
在實施例3-5和3-2中比較了拋光碟工作面上形成「編織」形分布的槽與形成螺旋形分布的槽的情況，此兩實例表明實施例3-5中的「編織」結構的槽較好，因為其拋光劑的供給和排放能力大。
比較實例3-1和3-2的槽形結構與本發明的權利要求不同。在比較實例3-1中，槽之間的寬度大，所以拋光劑不能充分供應之，致使拋光效率低。另外，在比較實例3-2中，槽之間的寬度很小，結果，拋光過程中的接觸面積小，致使拋光效率低。另外，在上述兩實例中，拋光時矽晶片的拋光表面都容易出現十分嚴重的劃痕。
下面說明為實現本發明的第四個目的的加工規範的實例和本發明的實施例。
圖21(a)和21(b)簡單示出本加工規範的拋光碟，其中圖21(a)是平面圖，圖21(b)是沿圖21(a)的A-A′線的剖視圖，(而且，剖視圖示出兩種不同類型的剖面形狀，剖面的位置不是精確地對應於A和A′的位置)。
本加工規範的拋光碟的平面形狀是圓形的，在該拋光碟表面上形成兩種類型的凹凸形結構。下面分別將這兩種凹凸形結構稱為「第一凹凸形結構」和「第二凹凸形結構」。如圖21(a)所示，在拋光碟的表面上的具有第一凹凸形結構的區域(即圖21(a)的黑的部分)和具有第二凹凸形結構的區域(即圖21(a)的白的部分)是呈同心圓形式設置的，形成第一凹凸形結構的區域(即21(a)中的黑的部分)設有3個區，而形成第二凹凸形結構的區域(即圖21(a)中的白的部分)設有兩個區。在形成第一凹凸形結構的區域中，分別形成兩個或多個凹部和凸部，在形成第二凹凸形結構的區域中也形成兩個或多個凹部和凸部。第一凹凸形結構的凹部和第二凹凸形結構的凹部都是槽，而且，如圖21(b)所示，第一凹凸形結構的凸部的寬度和第二凹凸形結構的凸部的寬度是不同的，第一凹凸形結構的凸部的寬度大於第二凹凸形結構的凸部的寬度。
圖22(a)和22(b)示出本加工規範的拋光碟，其中，圖22(a)是平面圖，圖22(b)是沿圖22(a)的B-B′線部分的剖視圖，(而且，剖視圖示出兩種不同形狀的剖面，剖面的位置不是精確地對應於B和B′的位置)。
本加工規範的拋光碟的平面形狀是圓形的，並且，在該拋光碟的表面上形成了兩種凹凸形結構，下面將這兩種凹凸形結構分別稱為「第一凹凸形結構」和「第二凹凸形結構」。如圖22(a)所示，在拋光碟表面上具有第一凹凸形結構的區域(即圖22(a)中黑的部分)和具有第二凹凸形結構的區域(即圖22(a)中白的部分)是呈柵格狀分布的。在形成第一凹凸形結構的區域中，分別形成兩個或多個凹部和凸部，而在形成第二凹凸形結構的區域中也形成兩個或多個凹部和凸部。第一凹凸形結構的凹部和第二凹凸形結構的凹部都是糟。在各個區域內，沿圖22(a)的垂直方向的直線形成上述的槽。而且，如圖22(b)所示，第一凹凸形結構的凸部的寬度與第二凹凸形結構的凸部的寬度是不同的，第一凹凸形結構的凸部的寬度大於第二凹凸形結構的凸部寬度。
將上述加工規範4-1或4-2的拋光碟安裝在圖2所示類型的CMP拋光機內，並用於拋光矽晶片等。
當對夾持矽晶片的拋光頭施加壓力，從而使拋光頭按預定的壓力壓向拋光平臺上的加工規範4-1或4-2的拋光碟時，在拋光碟上凹凸形結構的凸部寬度大的區域內施加在拋光碟單位面積上的壓力小，所以拋光碟上產生的變形量小。另一方面，在凹凸形結構的凸部寬度小的區域內，施加在拋光碟的單位面積上的壓力大，所以拋光碟產生的變形量大。換句話說，從表觀上看，在同一個拋光碟中同時存在一種硬拋光體和一種軟拋光體。
就均勻性來說，彈性模量小的軟拋光體較好，而對於平滑度來說，則彈性模量大的硬拋光體較好。這種趨向對於本發明的拋光碟也是同樣有效的。具體地說，拋光碟中凹凸形結構的凸部寬度大的部分起到相當於硬拋光體的作用，所以在拋光凹凸圖形時，可選擇性地拋光矽晶片上的凹凸圖形中的凸部，從而改善均勻性。另一方面，拋光碟中凹凸形結構的凸部寬度小的部分起到相當於軟拋光體的作用，所以拋光碟在拋光時可均勻地適應矽晶片圖形的凹凸狀和在形成薄膜時產生的膜厚的不均勻性，從而改善了平滑度。
圖23(a)和23(b)示出本加工規範的拋光碟，其中，圖23(a)是平面圖，圖23(b)是沿圖23(a)的C-C′線部分的剖視圖(而且，剖視圖示出有兩種不同形狀的剖面，剖面的位置不是精確地對應於C和C′的位置)。
本加工規範的拋光碟是上述加工規範4-1的拋光碟的改型。本加工規範的拋光碟與上述的加工規範4-1的拋光碟的不同是在拋光碟的表面上做出供給和排放拋光劑用的槽的部分。如圖23(a)所示，從中心起沿徑向形成直線的槽71以便供給和排放拋光劑。該拋光碟的其餘部分的結構與加工規範4-1的相同，故不再說明。
圖24(a)和24(b)示出本加工規範的拋光碟，其中，圖24(a)是平面圖，圖24(b)是沿圖24(a)中的D-D′線所示部分的剖視圖(而且，剖視圖示出有兩種不同形狀的剖面，剖面的位置不是精確地對應於D和D′的位置)。
本發明的加工規範4-4的拋光碟是上述加工規範4-2的拋光碟的改型。本加工規範的拋光碟與上述加工規範4-2的拋光碟的不同是在拋光碟的表面上做出供給和排放拋光劑的槽的部分。如圖24(a)所示，沿縱向方向形成直線形的槽72，沿橫向方向形成直線形槽73，以便供給和排放拋光劑。該拋光碟的其餘結構與加工規範4-2的相同，因此不再描述。
在拋光矽晶片時，希望拋光劑均勻地供給到矽晶片的整個表面上，在拋光劑供應不均勻的情況下，拋光均勻性變差，摩擦增大，從而可能使拋光機的性能下降。如果在加工規範4-3和4-4的拋光碟上形成供給和排放拋光劑的槽，則足以解決拋光過程中出現的上述問題，關於槽的寬度、槽的形狀和槽的深度，在上述的加工規範中沒有限制。
另外，在上述的加工規範4-1～4-4的拋光碟中，採用了兩種類型的凹凸形結構，但是，也可以採用3種或多種類型的凹凸形結構。
另外，在上述的加工規範的拋光碟中，在形成同一種凹凸結構的區域內凹部的寬度與凸部的寬度是恆定的，但是，也可以採用凹部的寬度與凸部的寬度按規定的次序變化的凹凸形結構。
另外，在加工規範4-1和4-3中，具有第一凹凸形結構的區域和具有第二凹凸形結構的區域是呈同心圓形式分布的，在加工規範4-2和4-4中，具有第一凹凸形結構的區域和具有第二凹凸形結構的區域是呈柵格式分布的，但是，具有第一凹凸形結構的區域和具有第二凹凸形結構的區域也可以按一種周期性變化的布局或其他方式的布局設置之。
另外，在加工規範4-1～4-4中的拋光碟，第一凹凸形結構的凹部和第二凹凸形結構的凹部都是槽，但是，這些凹部也可以是孔而不是槽。
另外，在上述加工規範的拋光碟中，構成第一凹凸形結構的凹部的槽是矩形的，而構成第二凹凸形結構的凹部的槽是V形的，但是，上述槽的形狀都可以是V形、U形、矩形或梯形的。
另外，上述加工規範的拋光碟也可以用於帶有一層彈性模量大的材料的層壓結構的拋光碟，在此情況下，具有層壓結構的拋光碟由其表面上具有凹凸形結構的第一層與被層壓在第一層的表面下(也就是與該表面相對的面下)的第二層構成，而且，為了得到本發明的效果，最好是第二層的彈性模量比第一層的彈性模量大。
另外，在拋光碟上做出槽的方法可以是公知的普通方法、例如，採用加工槽的刀具等銑削拋光碟的表面等方法。
將環氧樹脂製成的具有加工規範4-1(圖21(a))的結構的非泡沫型拋光碟粘貼在一種CMP(化學機械拋光)機的拋光平臺上。在該拋光碟的表面上按相隔20mm的同心圓形式形成一種由V形槽(深度為0.3mm)和凸部(寬度為0.1mm)組成的凹凸形結構(即圖21(b)所示的第二凹凸形結構)和一種由凹部(深度為0.3mm，寬度為5mm)和凸部(寬度為5mm)組成的凹凸形結構(即圖21(b)所示的第一凹凸形結構)。第二凹凸形結構的V形槽的斜面角約為60°。
環氧樹脂製成的非泡沫型拋光碟的維氏硬度為7.0kgf/mm2。為了獲得上面所述的軟拋光體和硬拋光體同時存在的結構，拋光碟的維氏硬度最好為2.5kgf/mm2或更高些，但不高於30kgf/mm2。而且，在本實施例中，凹凸形結構的凸部寬度大的部分與凹凸形結構的凸部寬度小的部分的寬度比為50。為了得到上面所述的軟拋光體和硬拋光體同時存在的結構，上述的寬度比最好為2或更大些。
將一種熱致形成1μm厚的氧化膜的6英寸矽晶片通過背襯材料固定在拋光頭上，並在下列條件下進行拋光拋光頭轉速50轉/分鐘拋光平臺轉速50轉/分鐘載荷(拋光頭壓在拋光碟上的壓力)400g/cm2拋光頭擺動距離30mm拋光頭擺動頻率每分鐘15次行程拋光時間2min所用拋光劑Cabot公司製造的SS25(用離子交換水稀釋2倍)拋光劑流量200ml/min另外，在6英寸矽晶片上形成多個具有多處500nm不平度的2mm×2mm的凸出圖形(凸部膜厚1500nm，凹部膜厚1000nm)。在上述條件下，通過控制時間，將上述凸部拋光去500nm。
將環氧樹脂製成的具有加工規範4-3圖23(a)結構的非泡沫型拋光碟粘貼在CMP拋光機的拋光平臺上。在該拋光碟上事先形成用於供給和排放拋光劑的徑向槽71，該槽寬度為2mm，深度為0.3mm。另外，在該拋光碟表面上按相隔加20mm的同心圓形式形成一種由V形槽(深度為0.3mm)與凸部(寬度為0.1mm)組成的凹凸形結構(即圖23(b)所示的第二凹凸形結構)和一種由凹部(深度為0.3mm，寬度為5mm)與凸部(寬度為5mm)組成的凹凸形結構(即圖23(b)所示的第一凹凸形結構)，上述第二凹凸形結構中的V形槽的斜面角約為60°。
採用上述拋光碟按照與實施例1相同的條件對一種表面上形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸矽晶片和一種表面上形成多個具有多處500nm不平度的2mm×2mm的凸出圖形的6英寸矽晶片進行拋光。
將環氧樹脂製成的具有加工規範4-4(圖24(a)的結構的非泡沫型拋光碟粘貼在CMP拋光機的拋光平臺上。在該非泡沫型的拋光碟上事先形成用於供給和排放拋光劑的柵格形槽72和73(槽的寬度2mm，深度0.3mm)。另外，在該拋光碟表面上按均勻相隔20mm的柵格式布局形成一種由V形槽(深度為0.3mm)與凸部(寬度為0.1mm)組成的凹凸形結構(即圖24(b)所示的第二凹凸形結構)和一種由凹部(深度為0.3mm，寬度為5mm)與凸部(寬度為5mm)組成的凹凸形結構(即圖24(b)所示的第一凹凸形結構)。
採用上述拋光碟按照與實施例4-1相同的方法對一種表面形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸矽晶片和一種表面上形成多個具有多處500nm不平度的2mm×2mm凸出圖形的矽晶片進行拋光。
將一種環氧樹脂製成的其表面具有槽形結構的非泡沫型拋光碟粘貼在一種CMP拋光機的拋光平臺上。在該拋光碟表面上按0.5mm的間隔形成凸部寬度為0.2mm、深度為0.3mm的V形槽以便保持拋光劑。另外，再形成寬度為2mm、深度為0.3mm的徑向槽，用於供給和排出拋光劑。
採用上述拋光碟按照與實施例4-1相同的方法對一種表面上形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸矽晶片和一種表面上形成多個具有多處500nm不平度的2mm×2mm凸出圖形的6英寸矽晶片進行拋光。
將一種具有由表面上帶有槽形結構的層壓泡沫拋光體(第一層)與一種彈性模量很大的彈性體(第二層)的層壓板組成的層壓結構的拋光碟粘貼到一種CMP拋光機的拋光平臺上。在該拋光碟的第一層表面上按0.5mm的間隔形成凸部寬度為0.2mm、深度為0.3mm的V形槽，以便保持拋光劑。而且，再形成寬度為2mm、深度為0.3mm的徑向槽用於供給和排出拋光劑。
採用上述拋光碟按照與實施例4-1相同的方式對一種表面上形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸矽晶片和一種表面上形成多個具有多處500nm不平度的2mm×2mm凸出圖形的6英寸矽晶片進行拋光。
對用實施例4-1、4-2和4-3以及比較實例4-1和4-2的方法進行拋光後的各矽晶片評價其均勻性和平滑度。
根據已形成1μm熱致氧化膜的6英寸矽晶片型面(從晶片邊緣向內延伸5mm的部分除外)上測出的拋光量按下列公式計算其均勻性均勻性(％)＝(RA-RI)/(RA+RI)×100式中，RA是被測量拋光量的型面上的最大拋光量，RI是被測量拋光量的型面上的最小拋光量。
另外，平滑度按如下方法評價用一種表面上形成多個具有多處500nm不平度的2mm×2mm凸出圖形的6英寸矽晶片，拋光掉其500nm不平度，然後在矽晶片內的多個部位上測量其殘餘不平度，取所測量的殘餘不平度值中的最大值為平滑度。
表2綜合列出上述實施例和比較實例測得的均勻性和平滑度的評價結果(表中的實施例1是實施例4-1，比較實例1是比較實例4-1，以此類推)。
表中評價數據表明，實施例4-1、4-2和4-3中的均勻性和平滑度均好，未見到在比較實例4-1和4-2中所見到的均勻性和平滑度差的情況。
表2

另外，在按照實施例4-2和比較實例4-1評價帶有被除去的從邊緣向內延伸1mm的部分的均勻性時，實施例4-2得到的值是8％，而比較實例4-1得到的值是20％。從此結果清楚地看出，採用本發明的拋光碟，矽晶片的最周邊部分的拋光特性也得到足夠改善。
圖25示出本發明的半導體器件製造過程的流程圖。半導體器件製造過程開始時，首先在步驟S200中選擇下面要說明的步驟S201～S204中的一個合適的加工程序。然後按照在步驟S201～S204中所選的程序進行處理。
步驟S201是對矽晶片的表面進行氧化的氧化程序。步驟S202是通過CVD(化學氣相沉積)法等在矽晶片表面上形成絕緣薄膜的CVD程序。步驟S203是通過諸如真空蒸發等方法在矽晶片上形成電極的電極形成程序，步驟S204是向矽晶片噴射離子的離子噴射程序。
經過CVD程序或電極形成程序後，工作進行到步驟S205，該步驟S205是一種CMP(化學機械拋光)程序。在該CMP程序中，採用本發明的拋光機拋光半導體器件等表面的金屬膜而將層間絕緣膜或所形成的波紋整平。
經過CMP程序或氧化程序後，工作進行到步驟S206，該步驟S206是一種光刻程序，在該光刻程序中，對矽晶片塗上一層抗蝕保護膜，並通過一種曝光裝置使其曝光而將一種電路圖形焊在矽晶片上，然後對曝光過的晶片顯影。下一個步驟S207是一個腐蝕程序，在該程序中，通過腐蝕將已顯影的抗蝕影象以外的部分除掉。然後剝去抗蝕保護膜，這樣就在完成腐蝕程序後將不必要的抗蝕膜去除。
然後，在步驟S208判斷是否所有必要的程序都已完成，如果這些程序未完成，工作便返回步驟S200，並重複上述的步驟，在矽晶片上形成電路圖形。如果在步驟S208中判斷出所有的程序都已完成，則工作結束。
由於在本發明的半導體器件製造方法中的CMP程序中使用了本發明的拋光機和拋光方法，故可高精度、高效率且高產量地製造半導體器件，因此製造半導體器件的成本比普通方法要低。
另外，本發明的拋光設備也可用於除了上述的半導體製造過程以外的其他半導體器件製造過程中的CMP程序。
如上所述，在CMP程序中應用本發明的拋光碟、拋光機和拋光方法可以防止拋光工件產生劃痕、提高拋光速度和消除不平度，而且可獲得穩定的拋光特性。此外，可獲得均勻性和平滑性都良好的拋光工件。而且，本發明的半導體器件製造方法可以高效率高產量地用於製造高性能的半導體器件。
再者，在本發明的上述說明中，以一個實例說明了圖1所示的有圖形的晶片的拋光。但是，不用說也明白，本發明也可用於其他目的，例如精加工拋光裸矽基板等。
權利要求
1.一種用於拋光機的拋光碟，在上述拋光機中，拋光工件在拋光碟與拋光工件之間置入拋光劑的狀態下通過使上述拋光碟與拋光工件之間產生相對運動而受到拋光，上述拋光碟的特徵在於，在該拋光碟的表面上周期性地或非周期性地形成兩種或多種不同類型的凹凸形結構。
2.根據權利要求1的拋光碟，其特徵還在於，在形成同種類型的凹凸形結構的區域內形成兩個或多個上述凹凸形結構的凹部和兩個或多個上述凹凸形結構的凸部。
3.根據權利要求2的拋光碟，其特徵還在於，上述的凹凸形結構由兩種類型的凹凸形結構也就是第一凹凸形結構和第二凹凸形結構組成；上述第一凹凸形結構的凹部和上述第二凹凸形結構的凹部是槽；和上述第一凹凸形結構的凸部的寬度是上述第二凹凸形結構的凸部寬度的兩倍或更多倍。
4.根據權利要求1～3中任一項的拋光碟，其特徵還在於，該拋光碟的平面形狀是圓形的，形成上述相同類型的凹凸形結構的區域按同心圓的形式分布。
5.根據權利要求1～3中任一項的拋光碟，其特徵還在於，形成上述的相同類型的凹凸形結構的區域按柵格式布局分布。
6.根據權利要求1～3中任一項的拋光碟，其特徵還在於，在上述拋光碟的表面上還形成供給和排出上述拋光劑的槽。
7.根據權利要求1～3中任一項的拋光碟，其特徵還在於，上述拋光碟的維氏硬度K為2.5Kgf/mm2＜K＜30Kgf/mm2。
8.根據權利要求1～3中任一項的拋光碟，其特徵還在於，上述拋光碟由表面上形成上述凹凸形結構的第一層和置於該第一層下面並與第一層層壓在一起的第二層構成，上述的第二層的彈性模量大於上述第一層的彈性模量。
9.一種拋光機，在該拋光機內，拋光工件在拋光碟與拋光工件之間置入拋光劑的狀態下通過使上述拋光碟與上述拋光工件之間產生相對運動而受到拋光，上述拋光機的特徵在於，它使用根據權利要求1～8中任一項的拋光碟。
10.一種半導體器件製造方法，其特徵在於，該方法含有一個使用權利要求9所述的拋光機拋光矽晶片的程序。
全文摘要
一種用於拋光機的拋光碟，在上述拋光機中，拋光工件在拋光碟與拋光工件之間置入拋光劑的狀態下通過使上述拋光碟與拋光工件之間產生相對運動而受到拋光，上述拋光碟的特徵在於，在該拋光碟的表面上周期性地或非周期性地形成兩種或多種不同類型的凹凸形結構。還提出了使用本發明拋光碟的拋光機和使用這種拋光機製造半導體器件的方法。
文檔編號B24B37/04GK1551303SQ200310117928
公開日2004年12月1日 申請日期2000年3月14日 優先權日1999年3月30日
發明者石川彰, 也, 千賀達也, 丸口士郎, 郎, 史, 新井孝史, 中平法生, 生, 二, 松川英二, 宮地章 申請人:株式會社尼康