CN1312742C - 抛光垫、抛光机及制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于抛光机的抛光垫，在上述抛光机中，抛光工件在抛光垫与抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光垫与抛光工件之间产生相对运动而受到抛光，上述抛光垫的特征在于，在该抛光垫的表面上周期性地或非周期性地形成两种或多种不同类型的凹凸形结构。还提出了使用本发明抛光垫的抛光机和使用这种抛光机制造半导体器件的方法。

Description

抛光垫、抛光机及 制造半导体器件的方法
技术领域
本发明涉及一种在制造半导体器件的过程中用于对半导体器件例如ULSI器件等进行平面抛光等的抛光机用的抛光垫、一种抛光机和采用上述的抛光机和抛光方法制造半导体器件的方法。
背景技术
由于半导体集成电路变得更加精细且更高度集成化，故半导体制造过程中包含的各种程序日益增多且更加复杂。因此，半导体器件的表面并不总是平整的。半导体器件表面上的凹凸平度会导致线路逐步破损和局部电阻增大等，从而引起线路中断和电容减小，而且，绝缘薄膜中的这种凹凸不平也会导致耐压性能降低而发生漏电。
同时，由于半导体集成电路日益变得精细并更加高度集成化，故用于照相平板印刷术的半导体曝光装置中的光源的波长变得更短，且用于这种半导体曝光装置中的凸透镜的数值孔径(或称为NA)越来越大，因此，用于上述半导体曝光装置中的凸透镜的焦深已变得浅得多，为了满足上述越来越浅的焦深，便要求半导体器件表面具有比迄今能达到的更大的平整性。
具体地说，诸如图1所示的整平技术在半导体制造过程中变得更加重要。图1简单示出半导体制造过程中所用的整平技术，并示出半导体器件的剖视图。在图1中，标号11代表硅晶片，12代表SiO2组成的层间绝缘膜，13代表金属铝膜，14代表半导体器件。
图1(a)示出整平半导体器件表面上的层间绝缘膜的实例。图1(b)示出通过抛光半导体器件表面上的金属膜13而形成一种称为波纹的实例。化学机械抛光或者说化学机械整平技术(下称为“CMP”技术)已广泛用作为上述半导体器件表面整平的方法。目前，CMP技术是可用于整平硅晶片整个表面的唯一方法。
CMP是在硅晶片镜面抛光技术的基础上发展起来的，它采用图2所示类型的CMP机进行抛光。在图2中，标号15代表抛光构件，16代表固定抛光工件的部件(下面有时称“抛光头”)，17代表作为抛光工件的硅晶片，18代表供给抛光剂的部件，19代表抛光剂。上述的抛光构件15具有一个固定在抛光平台20的表面上的抛光体(下面有时称为“抛光垫”)21。薄板状泡沫聚氨基甲酸酯广泛用于制造上述的抛光垫21。
抛光工件17由抛光头16固定并使它在转动的同时发生摆动，并以规定的压力压在抛光构件15的抛光垫21上。抛光构件15也转动，所以在抛光构件15与抛光工件17之间发生了相对运动。在此状态下，抛光剂供给器18将抛光剂19供给到抛光垫21的表面上，抛光剂19扩散到抛光垫21的整个表面上，并在抛光构件15与抛光工件17彼此相对运动时进入抛光垫21与抛光工件17之间的间隙，从而对抛光工件17的待抛光表面进行抛光。具体地说，通过抛光构件15与抛光工件17的相对运动引起的机械抛光与抛光剂19的化学作用的综合影响实现了良好的抛光。
在使用普通的泡沫树脂制成的薄板状抛光垫(下称“泡沫型抛光垫)的情况下，晶片整个表面具有良好的抛光均匀性，但是，使用泡沫型抛光垫通常会遇到下列问题：
(1)在抛光过程中出现很大的斜边。
(2)加载时，抛光垫发生压缩变形。
由于上述的问题，泡沫型抛光垫在抛光带花样的晶片时没有良好的消除不平度的性能即没有良好的抛光平滑度。因此，最近研究出了非泡沫型树脂制成的硬质抛光垫(下面有时称为“非泡沫型抛光垫”)。
在非泡沫型抛光垫中，在硬质高分子量聚合物的表面上形成构成槽形结构的凹部和凸部，并利用这些凹部和凸部抛光待抛光工件的表面(在本实例中是晶片表面)。采用非泡沫型抛光垫解决了在用泡沫型抛光垫时会遇到的消除表面不平度的性能差的问题。
有关CMP机的工艺稳定性方面，除了要求稳定的均匀性和平滑度外，从避免器件的线路中断和绝缘破损的观点看，还要求不出现划痕，即使是由抛光垫加工的晶片数目增加时也应如此。
然而，虽然非泡沫型树脂制成的硬质抛光垫具有良好的消除图形不平度的性能，但是，这种抛光垫容易划伤晶片，而且抛光速度也低于泡沫型聚氨基甲酸酯树脂制成的抛光垫的抛光速度。
另外，通常决定抛光垫抛光速度的其他重要因素还包括抛光剂在抛光垫表面上的保持能力和流动性。按照抛光剂的保持能力来说，硬质的非泡沫型抛光垫比不上泡沫型抛光垫。而且，在普通的非泡沫型抛光垫固定在抛光平台表面的情况下，有可能由于抛光平台在供给抛光剂的同时高速转动而使抛光剂因离心力的作用而飞出抛光垫，所以抛光剂的保持能力差。这就产生一个问题即供给的抛光剂不能有效地提高抛光速度。
同时，在普通的工艺中最常用的抛光垫是一种主要由泡沫型聚氨基甲酸酯制成的抛光体(抛光垫)。这种抛光垫具有良好的在抛光垫表面上保持抛光剂的能力。但是，这种抛光垫连续工作时，抛光剂的磨粒会堵塞抛光垫表面上泡沫部分的孔隙，从而使抛光速度发生大的波动。因此，在抛光之前或抛光过程中必须进行一种称之为“修整”的操作，进行该操作时，用一种表面电沉积有金刚石的磨轮磨削抛光垫的表面，从而使抛光垫的表面状态总是保持相同。
另外，像上述的泡沫型抛光垫一样，树脂中含有抛光磨粒的固定磨粒型抛光垫也要求进行修整以便处理泡沫部分的孔隙被磨粒堵塞的问题，以便使抛光磨粒的状态保持均匀。
关于要抛光的硅晶片(抛光工件)，均匀性和平滑度这两项抛光特性是十分重要的。
“均匀性”用来评价沿硅晶片整个表面均匀地进行抛光的状况如何，通常用下列公式进行计算：
均匀性(％)＝(RA-RI)/(RA+RI)×100
式中，RA是在测量抛光量的型面上的最大抛光量，RI是在测量抛光量的型面上的最小抛光量。按上述公式算出的值较小时，说明均匀性较好。具体地说，沿硅晶片整个表面上的抛光均匀性随上述的最大抛光量与最小抛光量的差值的减小而提高。
另外，“平滑度”用来评价抛光具有凹部和凸部的图形时残余的不平度的大小。换句话说，在具有不平度的带图形的硅晶片中，平滑度值表示通过抛光将带图形的硅晶片的凸部选择性地抛光掉的程度，所以，抛光后残余不平度减小。
均匀性和平滑度这两种抛光特性都强烈地受抛光垫的弹性模量的影响。按照弹性模量的大小将抛光垫分成弹性模量小的软质抛光垫和弹性模量大的硬质抛光垫两类。
在使用软质抛光垫的情况下，对硅晶片施加压力时，抛光垫表面对硅晶片的翘曲面的粘附力很大，故硅晶片整个表面的均匀性很好。但是，在硅晶片具有凹凸图形的情况下，抛光垫会发生变形而与硅晶片表面的凹凸部相吻合，故抛光过程时不平度保持不变。结果，抛光平滑度差。
另一方面，在采用弹性模量大的硬质抛光垫的情况下，抛光垫相对于具有凹、凸图形的硅晶片的变形小，故抛光从凹凸图形的凸部依序地进行，结果，抛光平滑度好。然而，由于硅晶片的弯曲和加压力时压力的分布对抛光有直接的影响，故抛光均匀性差。
但是，即使在抛光垫采用同样材料的情况下，作为表观弹性的变量的抛光垫厚度和抛光垫的结构因素例如其表面上形成的槽的宽度和深度也具有很大影响。具体地说，当抛光垫的厚度增大时，抛光垫的弹性变形量就增大，故从表观上看抛光垫变得较软。另一方面，在抛光垫薄的情况下，变形量小，故抛光垫从表观上看是硬的。而且，从槽形结构上看，槽的深度大且槽间凸部的宽度小的抛光垫在受到载荷时表面的变形大，故从表观上看，抛光垫是软的，另一方面，槽的深度小而槽间凸部的宽度大的抛光垫在受到载荷时变形极小，故从表观上看，这种抛光垫是硬的。
在上述说明中，抛光垫的厚度和槽的结构是从弹性的观点来说明的。此外，槽还起到另一种重要作用，即稳定地供给抛光剂。有关为达到稳定供给抛光剂的槽形结构，过去已公开过各种形状的槽的花样。如果由这些槽供给的抛光剂不充分，则供入待抛光的抛光工件表面的抛光剂也将不足，从而使抛光过程中发生的机械抛光和化学作用不够，结果抛光速度下降。再者，由于抛光垫与待抛光的抛光工件表面之间的摩擦造成的温度状况也不均匀，从而使抛光均匀性显著下降，而且，这些问题也会导致在抛光过程中划伤抛光工件的表面以及使抛光头和抛光平台出现振动等。
进行化学机械抛光所用的抛光机包括根据不同概念设计的和具有不同具体特征的各种抛光机，例如，用单个抛光垫同时抛光多个硅晶片以便提高产量的抛光机，用小于硅晶片的抛光垫在高速转动下进行抛光以减小抛光机尺寸的抛光机，和专门改动抛光头部件以提高抛光均匀性的抛光机等。上述的各种各样的抛光机与稳定供给抛光剂的槽形结构有密切的关系，而对抛光表面稳定地供给抛光剂与所用抛光机有很大关系。
在化学机械抛光中，抛光时间比其他类型的抛光例如光学抛光或金属抛光等短得多，具体地说，抛光是在抛光过程中高速转动和施加很大压力等条件下进行的。因此，抛光是在抛光剂难以在抛光垫表面上保持的情况下进行。
关于认为是最佳的槽形结构，可引用上述的与抛光机的关系，然而，重要的是如何在抛光过程中使抛光剂保持在抛光垫的表面上。
但是，在使用普通的主要由泡沫型聚氨基甲酸酯制成的抛光垫以及树脂中含有抛光磨粒的固定磨粒型抛光垫的情况下，要通过修整来刮削抛光垫的表面，因此，抛光垫的厚度逐渐减小。于是，在将抛光垫看成为单一弹性体的情况下，由于其厚度变化，使抛光垫的弹性变形量随着厚度的变化而连续变化，因此，在使用这种抛光垫时，会出现抛光均匀性和平滑度显著波动的问题。而且，上述的修整不仅造成抛光垫厚度的变化，而且也使抛光垫表面上的槽形结构(槽的深度等)发生变化。结果，出现了另一个问题，即不能通过抛光垫的厚度和槽形结构来控制抛光性能。
如上所述，采用软质抛光垫或硬质抛光垫不能同时达到能提高均匀性又提高平滑度，在均匀性和平滑度之间存在一种折衷的关系。
最近，为了满足上述的两项抛光要求，采用了具有层压结构的抛光垫，在该层压结构中，将两层材料即弹性模量大的下层和弹性模量小的上层层压在一起。另外，采用了改进加压系统的具有液压系统等的抛光头，以便达到既提高均匀性又提高平滑度的目的。
然而，在使用具有层压结构的抛光垫时，由于抛光垫本身的变化而使抛光性能有很大差异，因此，从半导体器件制造工艺看，遇到了不稳定因素增多的问题，而且，若对抛光头进行改进，则又出了抛光头的结构变得十分复杂的问题。
发明内容
本发明的第一个目的是要解决上述的问题，要具体地说，就是提出一种不容易出现划痕的、抛光速度高的抛光体(抛光垫)、抛光机，并提出一种采用上述抛光机制造半导体器件的制造方法。
本发明的第二个目的是要解决上述的问题，更具体地说，提出了一种非泡沫型抛光体(抛光垫)，在该抛光垫中，(1)供给的抛光剂可有效地用于抛光，故可根据抛光剂的供给而达到高效的抛光；(2)抛光剂的保持能力和流动性好，故抛光速度高；(3)不易出现划痕；(4)消除表面不平度的性能好。本发明还提出使用上述抛光垫的抛光机，并提出了一种由于采用上述的抛光机而降低抛光成本且达到更高效的加工的半导体器件的制造方法，因此，可在比普通的半导体器件制造方法更低的成本下制造出半导体器件。
本发明的第三个目的是要解决上述的问题，更具体地说，提出了一种在使用时磨损极少且表面形状极少变化因而总是具有稳定的抛光特性的抛光垫，并提出一种使用上述抛光垫的抛光机，而且还提出一种采用上述抛光机制造半导体器件的方法。
而且，另一个目的是提出一种可以控制抛光工件的均匀性、平滑度和抛光速度等抛光特性的抛光垫和一种采用这种抛光垫的抛光机。
本发明的第四个目的是要解决上述的问题，更具体地说，提出一种即使用在普通的抛光机上也具有良好的均匀性和平滑度等抛光特性的抛光体(抛光垫)，并提出使用这种抛光垫的抛光机，以及使用这种抛光机制造半导体器件的方法。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种用于抛光机的抛光垫，在上述抛光机中，抛光工件在上述抛光垫与上述抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光垫与上述抛光工件之间产生相对运动而受到抛光，上述抛光垫的特征在于，在该抛光垫的表面上周期性地或非周期性地形成两种或多种不同类型的凹凸形结构。
由于在上述的抛光垫中形成了两种或多种凹凸形结构，因此，就抛光特性来说，由于有上述的凹凸形结构而同时存在抛光均匀性良好的区域和抛光平滑度良好的区域，这样，均匀性和平滑度都有所改善。
具体地说，通过在抛光垫表面上形成两种或多种凹凸形结构可使硬质抛光体与软质抛光体表观上同时存在于同一个抛光垫内，而不用将抛光垫或抛光头改变为层压结构。因此，可提出一种抛光垫和使用该抛光垫的抛光方法。使之可改善均匀性和平滑度等抛光性能，通常说这是一种折衷的办法，即使采用普通的抛光机也是如此。这也可得到好处，即可提高半导体器件制造过程的成品率而不会导至抛光过程中的任何损耗。
优选地，在形成同一种凹凸形结构的区域内形成上述的凹凸形结构的两个或多个凹部和上述凹凸形结构的两个或多个凸部。
结果，进一步改善了均匀性和平滑度。
优选地，上述的凹凸形结构由两种类型的凹凸形结构即第一凹凸形结构和第二凹凸形结构组成，上述的第一凹凸形结构的的凹部和上述第二凹凸形结构的凹部是槽，上述的第一凹凸形结构的凸部的宽度是上述的第二凹凸形结构的凸部宽度的两倍或多倍。
因此，抛光垫的形成具有宽的凸部的第一凹凸形结构的区域起到相当于硬质抛光体的作用，并且在抛光具有凹凸图形的抛光工件时，可选择性地抛光凹凸图形中的凸部，结果，提高了平滑度。同时，抛光垫的形成具有窄的凸部的第二凹凸形结构的区域起到相当于软质抛光体的作用，故抛光垫在抛光时可适应抛光工件上的任何翘曲，或适应抛光工件表面上形成膜时产生的膜厚不均匀性，结果，改善了抛光均匀性。
优选地，上述抛光垫的平面形状是圆形的，形成上述的同一种凹凸形结构的区域按同心圆环形方式分布。
结果，进一步改善了均匀性和平滑度。
优选地，形成上述的同一种凹凸形结构的区域按栅格形布局分布。
结果，进一步改善了均匀性和平滑度。
优选地，在抛光垫的表面上还形成有用于供给和排出上述抛光剂的槽。
结果，由于抛光剂均匀地供给到抛光工件的整个表面上。故其抛光均匀性不降低，或者，抛光机的性能不会因磨损增大而降低。
优选地，抛光垫的维氏硬度K为2.5kgf/mm2＜k＜30kgf/mm2。
结果，进一步改善均匀性和平滑度。
优选地，抛光垫由表面上形成上述的凹凸形结构的第一层与置于该第一层的下面并与该第一层层压在一起的第二层构成，上述第二层的弹性模量大于上述第一层的弹性模量。
因此，这样具有层压结构的抛光垫也可改善抛光均匀性和平滑度。
按照本发明，还提供了一种抛光机，在该抛光机中，抛光工件在上述抛光垫与抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光垫与上述抛光工件之间产生相对运动而受到抛光，上述抛光机的特征在于，它使用了本发明的抛光垫。
本发明还提供了一种半导体器件的制造方法，其特征在于，该方法含有一个使用本发明的抛光机抛光晶片的工序。
在本项发明中，由于采用了具有相应优点的抛光方法或抛光机，故按按本发明来抛光晶片，因此，可以精密、优质、高产地制造半导体器件。
附图说明
下面参看附图详述本发明，附图中：
图1是半导体器件制造过程中整平技术的示意图，图中示出半导体器件的剖视图，在图1(a)和1(b)中，左图是抛光前的状态，右图是抛光后的状态；
图2是CMP(化学机械抛光)机的结构示意图；
图3是本发明所用的CMP抛光机的抛光垫实例的简单平面图；
图4是具有本发明的转矩检测机构的抛光机的实例的简图；
图5是CMP抛光机中载荷和转矩与时间的关系图；
图6是本发明的抛光垫中槽的截面形状的一个实例；
图7是普通抛光垫中螺旋形槽与栅格形槽相组合的槽形结构的局部平面放大图；
图8是本发明的加工规范中的一个实例的槽形结构的剖视图；
图9是本发明的加工规范中的一个实例的槽形结构的剖视图；
图10是本发明的加工规范中的一个实例的同心环形槽和径向槽相组合的槽形结构的简图；
图11是本发明的加工规范中的一个实例的栅格形槽的槽形结构的简图；
图12是本发明的工作规范中的一个实例的三角形的栅格形的槽形结构的简图；
图13是抛光垫的硬度与温度的关系图；
图14是抛光速度与温度的关系图；
图15是构成本发明的一个实施例的抛光头的简图；
图16是构成本发明的一种加工规范中的抛光垫的一个部分的剖视图；
图17是抛光垫加载状态的剖视图；
图18是抛光垫的一个实例的简单结构的平面图；
图19是构成本发明的一个加工规范的抛光垫的剖视图；
图20是构成本发明的一个加工规范的CPM抛光机的简单结构图；
图21是构成本发明的一个加工规范的抛光垫的简图；
图22是构成本发明的一个加工规范的抛光垫的简图；
图23是构成本发明的一个加工规范的抛光垫的简图；
图24是构成本发明的一个加工规范的抛光垫的示意图；和
图25是半导体器件制造过程的流程图。
具体实施方式
下面参看附图说明加工规范，以便较详细地说明本发明。但是，这是按照加工规范和实施例对本发明进行说明，不应看作是对本发明的内容的限制。
首先，说明为实现本发明第一个目的的加工规范的实例和本发明的
实施例。
[加工规范1-1]
在本加工规范的抛光垫(抛光体)中，抛光垫表面上形成的槽形结构中没有飞边，因此，最重要的是要采用不会产生任何飞边的形成槽形结构的方法。为此目的，在凹槽形成后进行一定的处理以使抛光垫表面达到所要求的状态也是重要的。在本发明中，主要在于消除会在抛光过程中从抛光垫上脱落的飞边。
在本加工规范中的抛光垫的槽形结构中，在多个构成槽形结构的凹槽的交叉点上槽的交叉角度大于2°。因此，明显减小了在抛光过程中可能被剥离的飞边。同心环形槽与径向槽相结合(图3(a))、螺旋形槽与径向槽相结合、或单独由栅格形槽构成的槽形结构(图3(b))对于消除飞边是最有效的。采用上述这些结构的槽，槽间交叉角为90°，在径向槽的情况下，槽形结构排列成在多个构成径向槽的槽的交叉点(即抛光垫中央部分的原点)上的交叉角度为2°或大于2°。为此，在按等角间距设置多个构成径向槽的槽的情况下，最好是槽的数目不超过180个。而且，构成径向槽的多个槽的长度最好是按长、短交替混合，并且，在抛光垫中心一侧的多个较短的槽的终端按同心圆的形式排列在抛光垫的中心附近。因此，在抛光垫的工作表面上没有尖锐边部分，这是所希望的，具体地说，在抛光垫的工作表面上最好设有曲率半径小于50μm的边缘表面。
[加工规范1-2]
本加工规范涉及与加工规范1-1结合使用的软膏。
这种软膏不容易凝结。
最好将含有氧化铈的软膏用作不易凝结的软膏。含有二氧化硅(sio2)的软膏通常广泛用于采用CMP(化学抛光)法抛光介电材料。
这种软膏稳定性良好，但易凝结而形成玻璃。这种凝结物在抛光垫的表面上形成。如果凝结物的形成部位是在槽的内部，则不会划伤工件但是，当这种凝结物在槽的外部形成时(也就是在凸起部位上形成时)，凝结物就容易造成工件表面划痕。含有氧化铈的软膏容易弥散在水中，而且这种软膏容易用水洗净，不易形成凝结物。因此，这种软膏适用于非泡沫型树脂组成的硬质抛光垫(下称为“非泡沫型抛光垫”)。在泡沫型抛光垫用氧化铈软膏的情况下，软膏在抛光垫工作表面的泡沫内的保持能力大，因此，氧化铈磨料粒的存留量过多，影响抛光稳定性。具体来说，抛光速度随时间的推移而改变，并且，对于软膏供料的控制操作的反应慢。另一方面，在使用非泡沫型抛光垫的情况下，软膏在工作表面上的保持能力小，故原先状态的效果不能延长，因此软膏浓度的控制立即在抛光特性尤其是抛光速度中反应出来，故不能保持稳定的抛光特性。
另外，在非泡沫型抛光垫使用氧化硅软膏的情况下，难以提高抛光速度，但是，这种抛光垫用氧化铈软膏时可获得高的抛光速度。
[加工规范1-3]
本加工规范涉及示于图4并且是可减少擦伤的抛光机。而且，在下列图中，与原先的图中相同的零件用相同的标号表示，并且不对这些零件进行说明。
在图4中，标号22表示带动抛光头16转动的转动马达，23代表检测转动马达22的转矩的转矩检测器，24代表检测平行于抛光垫工作表面的直线摆动的摆动载荷检测器，25代表使抛光头16摆动的摆动机构，26代表对硅晶片17的待加工表面施加载荷的加载机构，该加载机构26设置有可根据从外部接收到的载荷或转矩信号调节载荷的载荷调节机构。标号27代表平台转动马达，28代表检测平台转动马达27的转矩的转矩检测器，抛光头16夹持硅晶片17，并使硅晶片17转动，抛光构件15是通过将抛光垫(抛光体)21粘贴在抛光平台20的表面上而构成的。
采用其表面形成槽形结构的由非泡沫型树脂制成的抛光垫作为抛光垫21。转动马达22带动抛光头16转动，平台转动马达27带动抛光构件15转动，在此过程中，硅晶片17的待抛光表面通过抛光剂19和抛光垫21的作用而受到抛光。
上述抛光机的工作方式如下：在抛光过程中，平台转矩检测器28检测平台转动马达27的转矩，抛光头转矩检测器23检测抛光头转动马达22的转矩，摆动载荷检测器24检测来自摆动机构25的摆动载荷。来自平台转矩检测器28、抛光头转矩检测器23或摆动载荷检测器24的转矩或载荷的信号反馈到加载机构26，然后，加载机构26将该转矩或载荷信号与预定的基准信号相比较，并根据这两种信号之间的差异增大或减小载荷。具体地说，当转矩或载荷大于基准值时，加载机构26减小载荷，反之，当转矩或载荷小于基准值时，则增大载荷。这样，由加载机构26所加的载荷产生的加在待抛光表面上的载荷引起的转矩或摆动载荷便可总是保持在恒定值。
上述的控制转矩或载荷的目的优选的是针对抛光头转动马达22。
在上述实例中，在抛光过程中连续地控制转矩或载荷，但是，在一种较简单的结构中，也可以仅对图4所示的抛光头逐步加载，而不进行转矩或载荷的反馈控制。在这种情况下就不需要设置诸如反馈控制所需的根据外部信号调节载荷的载荷调节机构等功能件。
图5示出在抛光构件15和抛光头16都恒速转动的情况下施加在抛光头上的载荷和抛光头转动马达的转矩随时间的变化情况。图5(a)示出在开始抛光的同时施加固定载荷的情况，而图5(b)示出从开始抛光逐步加载到一固定值的情况，从图5(a)可以看出，在开始抛光后转矩立即升高，然后在经几秒钟后急剧降低。最后，在大约10秒后稳定在一个固定值。这表示从静摩擦到动态摩擦的过渡。而在图5(b)中，抛光开始后转矩便立即稳定在一个或大或小的固定值上。
本发明是根据如将转矩尽可能控制为恒定值应可防止工件划痕的推论设计出来的，上述推论是基于考虑到在抛光开始后立即对抛光构件15和抛光工件17急剧增大转矩的影响，例如在上述的转矩急剧变化的情况下容易发生抛光工件表面划痕的试验结果等。因此，按照本发明可以不仅减少工件的划痕而且可避免产生过大的振动和热量，从而获得稳定的抛光结果。
上面的说明所涉及的实例中，无论是抛光头和抛光平台都是边移动边转动，但是，不用说也明白，在抛光头和平台中的一个进行直线运动的情况下也就是进行称之为相对运动的情况下，本发明也是有效的。而且，在图4中，摆动机构是安装在抛光头一侧的，但是，不消说，也可将摆动机构安装在抛光垫一侧。
[实施例1-1]
下述实施例对应于加工规范1-1。
首先，按如下制造硬质抛光垫：
关于所用的材料，将环氧树脂构架剂Epicote 828和Epicote871(二者皆为Yuka Shell Epoxy K.K.公司制品)和二氨基二苯甲烷固化剂按重量比2.6∶3.9∶1混合并搅拌之，再将这种混合料浇入φ800mm的模型内。然后对这种混合物在150℃加热8h进行固化。而后，在上述的环氧树脂表面上切出节距0.5mm和深度0.3mm的螺旋形V形槽(V角为60°)和宽度2mm、深度0.5mm、间隔为5°的径向槽，这就制成了抛光垫。图6示出上述槽的截面形状放大图，其中，31代表抛光垫的表面，32代表抛光垫中的槽。
采用双面胶带将上述抛光垫粘贴在抛光平台上，构成一个抛光构件。将一个表面上受热形成1μm厚氧化膜的6英寸硅晶片靠表面张力固定在抛光头的弹性膜(背衬膜)上作为抛光工件，在下列抛光条件下进行抛光。
抛光条件：
抛光垫转速：50转/分钟
抛光头转速：50转/分钟
摆动距离：30mm
摆动频率：每分钟15次往复行程
抛光剂：SEMI Super 25(cabot公司制造)
稀释两倍(氧化硅软膏)
抛光剂流量：200ml/min
施加在晶片上的载荷：460g/cm2
测量出所抛光的晶片的抛光速度为200nm/min，用划痕检验仪检查抛光表面，未发现划痕。
[比较实例1-1]
在与实施例1-1相同的条件下制成抛光垫，但槽的结构有所不同。这里做成的槽的结构既有螺旋形的又有栅格形的槽，如图7的抛光垫放大平面图所示，图中33代表螺旋形槽，34代表栅格形槽。
用上述的抛光垫在与实施例1-1严格相同的条件下对与实施例1-1所加工的相同的硅晶片进行抛光，对所抛光的晶片用划痕检查仪进行检查表明。在抛光面上偶尔可看见划痕，其理由是上述抛光垫中的槽具有交叉角小于2°的锐角部分。
[实施例1-2]
采用在与实施例1-1相同的条件下制成的抛光垫，在与实施例1-1相同的条件下对与实施例1-1所用的同样的晶片进行抛光，但所用的抛光剂含有5％(wt)的氧化铈粉粒。结果，抛光速度达到420nm/min，用划痕检查仪检查抛光表面，未发现划痕。
[实施例1-3]
采用与比较实施例1-1相同的抛光垫、相同的晶片并在相同的抛光条件下进行抛光，但采用图4所示加载机构26对抛光头逐步施加载荷，如图5(b)所示那样在大约10秒的时间对晶片所加载荷从0逐步增大至400g/cm2。
采用划痕检查仪检查按上法抛光的表面，未发现划痕。
另外，采用与实施例1-1相同的抛光垫、对相同的晶片在相同的条件下进行抛光，但是对晶片施加的载荷是在大约10秒内从0逐步增大至400g/cm2。
用划痕检查仪检查所抛光的晶片，未发现划痕。
因此，由于载荷是逐步增大的，故可防止抛光平台和抛光头的转动载荷(转矩)的急剧增大，从而从抛光初始阶段就使转矩保持或多或少的恒定。
在上面对加工规范和实施例的说明中，是在对抛光头施加受控的或者说逐步变化的载荷的情况下进行抛光的，但是，由于所述的压力是相对压力，故不消说，即使所述的载荷是加在抛光垫上的载荷，本发明的效果也是不变的。
下面说明为实现本发明的第二个目的的本发明加工规范和实施例。
[加工规范2-1]
图8示出按本发明的加工规范2-1制成的抛光垫21的工作表面上构成槽结构的凹部和凸部的放大剖面图，图中41代表凸部，42代表凹部(槽)，a是凸部41的底边长度，b是凸部41的顶边长度，c是凹部(槽)42的底边长度，d是凹部(槽)42的顶边长度。其中，凹部和凸部最好具有周期性结构，在此情况下，图8中的p是凹部和凸部的周期性结构的节距(下称为“槽的节距”)，(p-b)是槽42的宽度(即凹部的顶部宽度)。图8仅示出抛光垫的工作表面部分，但是，本发明的抛光垫可以是薄板状体或板状体，并且可以具有由不同材料层压成的多层结构，或者是模压在刚性的平板顶面上的板状结构，只要至少在抛光垫的工作表面上具有非泡沫型树脂组成的槽结构即可。
按照Preston公式，抛光速度不仅与抛光垫和抛光工件之间的相对速度成正比，而且与抛光工件和抛光垫之间的接触面上的压力成正比，由于抛光速度也与有效接触面积成正比，故在单位面积的载荷和相对速度相同时抛光速度随接触面积的增大面提高。上述的“有效接触面积”中的“有效的”一词指的是抛光过程中的接触面积采用有效值，(该值与从图中简单算出的值不同)，因为在抛光过程中施加压力时和不加压时抛光垫与抛光工件之间的接触状态是不同的，而且在某些情况下抛光垫与抛光工件之间的接触不良。在使用非泡沫型抛光垫的情况下，不可简单地通过增大接触面积来提高抛光速度，因为抛光剂不能供到上述接触面的每个部位，也就是说，因为，抛光剂的流动性差。增大槽的密度可保持抛光剂供给到上述接触面的每个部位。然而，仅仅通过简单的提高槽的密度以增大槽的总面积作为提高抛光速度的手段并不是十分有效的，原因如下：具体地说，由于槽的总面积与接触面积之和等于抛光垫工作表面的面积，故槽的总面积增大便使接触面积减少，并且(从上述论点来说)，接触面积的减小要降低抛光速度，所以，即使槽的密度增大，其总面积的增大也会抵消提高抛光剂的流动性的效果，从而抵消了提高抛光速度的效果。槽的密度高本身并不足以提高抛光剂的流动性，同时又避免接触面积的减小，与此同时，槽的宽度必须减小。通过减小槽的宽度并减小槽的节距而提高槽的密度可以将抛光剂供到接触面的所有部位，并可提高抛光速度。
这里，重要的是槽的作用。抛光垫的槽不仅具有在抛光垫上形成凸部的功能和通过将抛光剂供到构成接触面的凸部而保证抛光剂的流动性的功能，而且还具有从接触面排出抛光剂中已聚集的抛光碎片或抛光粉粒(下称“聚集的抛光粉粒”)的重要功能。从这一观点考虑，槽的宽度最好不要太窄。原因如下；具体地说，若槽的宽度太窄，抛光碎片或者说聚集的抛光粉粒会在排出时堵塞凹槽，结果，使抛光碎片或聚集的抛光粉粒中断向抛光垫工作面之外的排出，并在抛光过程中，与抛光工件的接触而产生划痕。
因此，槽的节距既不应太粗，也不应太细，槽的宽度既不应太宽，也不应太窄，槽的节距和宽度各自具有最佳值。
在图8中，槽的宽度(P-b)的合适范围取决于从槽中排出的抛光碎片或聚集的抛光粉粒的尺寸，在氧化硅型软膏的情况下，其尺寸最好为0.05mm～4.5mm。
由于槽的宽度如上所述地受限制，故槽的节距p取决于满意的抛光剂的流动性与接触面的大小之间相互矛盾的特性的折衷平衡。试验结果发现p值为0.1～5.0mm是合适的，而且还发现，槽的凸部的顶边长度b值为0～0.3mm是合适的。
另外，关于槽的每个凸部的底边长a和顶边长b值的关系，最好是a≥b，而b≥0。另外，最好是每个槽底部的边长c≥0。由于设定了a≥b，不仅有利于制造，而且得到抗剪强度高的结构。另外，在b＝0的情况下，槽的凸部的顶边成一条刃形。但是，在这些刃形凸部压向抛光工件的抛光条件下，上述刃边受压，所以它们以有限的面积与抛光工件相接触，因此，即使在b＝0的情况下，有效接触面积也不为0。槽的深度d的下限值取决于抛光碎片或聚集的抛光粉粒的排出特性，最好是d≥0.1mm。而且，凹部和凸部的周期性结构有利于抛光垫的制造，因此是所需的。
[加工规范2-2]
图9示出本发明的加工规范2-2中抛光垫工作表面上组成槽形结构的凹部和凸部的放大剖视图。在该抛光垫中，凹部(槽部)42的剖面形状是U形的，其他方面，该抛光垫与加工规范2-1的抛光垫相似。因此，与加工规范2-1的抛光垫相似的部分不再描述。在加工规范2-2的抛光垫中，e代表凸部41的顶边长度，f代表凹部(槽部)42的顶边长度，g代表槽的深度。其中，凹部和凸部的周期性结构有利于制造，并且是所希望的。在此情况下，图9中的p2代表凹入的和凸起的部分的凹部与凸部的周期性结构的节距(下称为“槽的节距”)。
如同加工规范2-1的抛光垫一样，在加工规范2-2的抛光垫中，槽的宽度f的合适范围取决于从槽中排出的抛光碎片或聚集的抛光粉粒的尺寸，试验结果发现，在氧化硅型软膏的情况下，f为0.05～4.5mm是合适的。
由于槽宽如上所述地受约束，故槽的节距p2要综合考虑抛光剂良好的流动性和接触面积的大小这些互相矛盾的特性后确定之。试验结果发现，p2值为0.1～5.0mm是合适的。并且还发现，槽的凸部顶边的长度e为0.0～3.0mm是合适的。
另外，在e＝0的情况下，凸部的顶边是刃边形，但是，在这些刃边形凸部压向抛光工件的抛光状态下，刃边部分受压而以有限的面积与抛光工件相接触。因此，即使在e＝0的情况下，有效接触面积也不为零。槽的深度g的下限值取决于抛光碎片或聚集的抛光粉粒的排出特性，最好是g≥0.1mm。
在加工规范2-2中，抛光垫的工作面上形成其凹部(槽部)截面形状为U形的槽。如果槽是U形槽，抛光剂的供入和排出就容易。面且，由于槽与抛光垫工作面之间的夹角大，故可防止在抛光垫工作面上形成锐角部分，这样就可防止抛光工件出现划痕。
再者，虽然在抛光规范2-2的抛光垫中，规定抛光垫工作面上形成的凹部(槽部)的截面形状为U形，但是，具有曲率半径的形状而不是U形的形状也是可以用的。
在加工规范2-1和2-2的抛光垫中，槽的形状对于提高抛光速度和消除划痕是重要的，因此，要选择适合于保持抛光剂的流动性同时又能留住抛光剂并可使抛光碎片或聚集的抛光粉粒有效地排放的槽结构。最好从同心圆环形槽、螺旋形槽、栅格形槽、三角形的栅格形槽和径向式槽中选出一种或者以两种或多种的组合作为上述的槽的结构。在上述各种形式的槽中，同心圆环形和径向式槽示于图10，栅格式槽示于图11，三角形的栅格式槽示于图12(上述各图都是抛光垫21的平面图)。
如上所述，抛光速度与接触面积成正比。但是，固体粒子之间的接触通常是点接触，由于本发明的非泡沫型抛光垫采用硬质材料，故有效接触面积小于简单地按上述的图算出的值，因此抛光速度也低于预料值。
为了使槽凸部在整体上适应抛光工件，需要一些装置。为此，要利用抛光垫材料的树脂的硬度与温度的关系。树脂的硬度随温度的升高而下降，故可通过提高温度或者说通过控制温度来改善抛光垫的硬度与抛光工件的配合。图13示出用作本发明实施例的抛光垫的材料的高分子量聚合物的硬度是如何随温度的升高而下降的(各曲线分别代表不同的高分子量聚合物的相应特性)。如图14所示，抛光速度与温度有关，并且随温度的升高而提高。抛光速度提高的原因除了有效接触面积增大外，还由于抛光剂软膏的活性提高所致。
硬质的非泡沫型抛光垫的主要特征之一是其平滑度，也就是说，有效地消除了槽形模式中的不平度。当抛光垫的硬度降低时，该抛光垫的不平度特性降低。正如下面要谈到的，为了研究抛光垫的硬度与不平度消除特性之间的关系，进行了有关的试验。在厚度为500nm的4mm×4mm的试样薄膜表面上形成一层1μm厚的氧化硅(SiO2)薄膜。当具有初始不平度为500nm的晶片采用材料硬度可变化的抛光垫抛光去700nm时，发现：在抛光垫材料的维氏硬度为≥1.5kgf/mm2(约1.5×107pa)的情况下或在压缩杨氏模量为≥25kgf/mm2(约2.5×108pa)的情况下，晶片的残余不平度减小至≤150nm。
从上述结果可以看出。如果维氏硬度可保持在≥1.5kgf/mm2(约1.5×107pa)，或压缩杨氏模量保持在≥25kgf/mm2(约2.5×108pa)，并在最高温度条件下进行抛光，便可获得最大的抛光速度和良好的平滑度。
在上述抛光垫中，可以在图10、11和12所示的槽形结构的适当部位钻孔而形成测量窗口，以便使测量光可在一个或多个部位通过，从而可在抛光过程中对这些部位的抛光状况进行光学测量。另外，最好在测量窗口的向着抛光工件的一侧的表面上涂一层硬质涂层，以防止在抛光工件与抛光垫接触时产生划痕，而且最好在另一侧的表面上形成一层抗反射薄膜。另外，若本发明的抛光垫安装到(例如)图2所示形式的普通抛光机上，使可得到抛光速度高、不平度消除特性好且不产生任何划痕的抛光机。
[实施例2-1]
图15简单示出构成本发明实施例的抛光头，图中标号43代表夹持抛光工件的主要夹持件(抛光头)，44代表一个铝环件，45代表弹性膜，46代表一个O形密封图，47代表一个支承环，48代表一个O形密封圈，49代表一个气密空间，50和51代表高压空气进入口。在一块直径800mm、厚度20mm的铝底盘上固定一块带有螺旋形槽(槽的节距：0.5mm，凸部顶边长度：0.15mm)和径向槽(间隔为5°，槽深0.5mm)的环氧树脂制的非泡沫薄板，从而构成一个抛光垫。
然后，将弹性膜45(RODEL NITTA公司制造的R201)粘贴到铝环件44(其内径为145mm)上，将该铝环件44通过密封圈46和48安装起来(如图15所示)使构成图15所示的抛光头。标号47代表一个支承环，用于防止抛光工件(硅晶片)17飞出。49是保持正压的气密室，用于对抛光工件17施加压力，从高压空气进入口50和51供给压缩空气以形成上述的正压。由于设有气密室49和弹性膜45，便形成一种与包括支承环47在内的整体系统无关的施加压力的结构。
通过表面张力将一块在其表面热形成1μm厚的SiO2氧化膜的6英寸硅片17固定在弹性膜45上，并在下列工作条件下进行抛光：
加工条件：
抛光垫转速：50转/分钟
抛光头转速：50转/分钟
摆动距离：30mm
摆动频率：每分钟15次往复行程
抛光剂：Cobat公司制造的SEMI Supers25，
稀释2倍
抛光剂流量：50ml/min
对晶片所加的载荷：400g/cm2(3.9×104pa)
抛光平台温度也就是抛光垫的温度保持在50℃。
在上述条件下抛光的结果，可得到200nm/min的抛光速度。而且，当在厚度为500nm的4mm×4mm的试样薄膜表面上形成1μm厚的氧化硅(SiO2)薄膜时，将带有初始不平度为500nm的晶片抛光掉700nm后，其残余不平度为≤100nm，质量属于良好，而且未发现划痕。
[比较实例2-1]
当抛光垫的温度设定为室温时，抛光后的残余不平度与实施例2-1一样，为≤100nm，，属于良好，但是抛光速度降低到150nm/min。未发现划痕。
[比较实例2-2]
采用与实施例2-1相同的抛光垫进行抛光但抛光垫的温度设定为50℃，且抛光垫的槽凸部顶边的长度增大至0.35mm。结果抛光速度从实施例2-1的200nm/min降至180nm/min。据认为这是由于抛光剂的流动性下降了。未发现划痕。
下面说明为实现本发明的第3个目的采用的本发明的加工规范和实施例。
[加工规范3-1]
本加工规范的抛光体(抛光垫)21(见图16)采用一种其由发泡产生的孔隙区的比例为抛光体21体积(不包括形成槽32的区域)的20％或更小的材料制成。上述的由发泡产生的孔隙区为0％的抛光垫称为非发泡型抛光垫。而且，上述的由发泡产生的孔隙区的比例大于0％但仍然较小的抛光垫称为低发泡型抛光垫。上述的非发泡型和低发泡型抛光垫本身的抛光剂保持能力比发泡型抛光垫(由发泡产生的上述孔隙区的比例较高的抛光垫)小。因此，在抛光垫21的工作面上形成V形截面的槽32。
本加工规范中所用的抛光机的结构基本上与图2所示的抛光机相同，该抛光机与图2所示抛光机的不同之处仅在于它采用本加工规范的抛光体作为抛光体(抛光垫)21。因此，下面将参看图2说明本加工规范。
采用双面胶带或粘结剂将抛光垫21粘贴到抛光平台20上。
抛光头16夹住硅晶片17，并在它转动的同时使之摆动。该晶片17以预定的压力压向抛光构件15的抛光垫21，抛光构件15也转动，故抛光构件15与硅晶片17之间形成相对运动。在此情况下，从抛光剂供料器18向抛光垫21的工作面供给抛光剂19，该抛光剂19扩散到抛光垫21的整个工作面上，并在抛光构件15与硅晶片17之间发生相对运动的同时进入抛光垫21与硅晶片17之间的间隙，结果硅晶片17的待抛光表面便受到抛光。具体地说，由于抛光构件15与硅晶片17之间的相对运动产生的机械抛光与抛光剂19的化学作用的综合影响而得到了满意的抛光。
图17示出处于受抛光工件施加载荷时的状态下的抛光垫的部分剖视图，在图17中，抛光垫21的工作面上形成的槽的剖面形状为矩形。图17(a)是未受抛光工件17加载时的状态，而图17(b)示出已受抛光工件17加载时的状态。在抛光垫的工作面带有槽形结构的情况下，施加载荷时，抛光垫在整体上会发生弹性变形，但是，若将抛光垫21分成一个从其表面延伸至其槽底的槽区21a和一个相应于抛光垫的不形成槽的下层的本体区21b时，在形成有槽的槽区21a发生的弹性变形的程度较大，因为此处的单位面积承受的载荷较大，见图17(b)。在槽之间的凸部的宽度较小以及槽的深度较大的情况下，上述的弹性变形的程度较大。反之，在槽之间的凸部的宽度大或槽的深度浅的情况下，槽区21a的变形较小。抛光特性明显地随形成上述槽的槽区21a的变形量而变化。具体地说，若该变形量大时，就可改善软抛光垫的均匀性(它是软抛光垫的特征之一)，另一方面，若变形量小，就可改善硬抛光垫的平滑度(它是硬抛光垫的特征之一)。
在抛光垫工作面上的槽32(见图16)的宽度W小于0.1mm的情况下，制造抛光垫时便难以在保持槽的尺寸精度的同时形成这些槽。而且也难以清理出已进入槽32内的抛光剂，这些抛光剂粘附在槽32的内部，因此在抛光时所产生的碎片可能会划伤硅晶片的抛光表面。另一方面，在抛光垫工作面上的槽32的宽度W大于2.0mm的情况下，通过抛光剂与抛光工件相接触的面积减小，从而使抛光垫与抛光工件之间的接触阻力所产生的热量减少，因此，CMP中化学部分的作用减小，这就使抛光速度显著下降。综上所述，抛光垫工作面上槽32的宽度W最好是：0.1mm≤W≤2.0mm。
另外，在形成槽32的槽区的体积与抛光垫21的体积(包括形成槽32的槽区)之比VL小于0.1％的情况下，抛光剂在抛光垫21的工作面上的保持能力下降，因此，抛光速度显著降低，均匀性变差。而且，抛光垫的变形量减小，故从这一方面看均匀性也差。另一方面，若上述的比值VL大于30％，抛光垫的变形量大，故会使平滑度变差，因此，上述比值VL最好是0.1％≤VL≤30％。
因此，在采用上述类型的抛光垫的上述抛光机的情况下，由于抛光垫的材料是非泡沫型或低泡沫型材料，故抛光垫在使用时的磨损量很小，而且不必进行修整或只要短时间修整，这样，由于槽形结构不因磨损而变化，故可始终保持稳定的抛光特性。因此，必须更换抛光垫的次数减少，故抛光成本降低。而且，可通过在改变工作面上形成的槽的结构(槽的宽度W和体积比VL)来控制抛光特性中的均匀性、平滑度和抛光速度，因此，可通过选择槽的结构以获得理想的抛光特性。结果可提高抛光产量，缩短抛光所需的时间，从而降低抛光成本。
另外，在本加规范中，槽32的截面形状为V形，但是，某些其他的形状也可以用。
[加工规范3-2]
本加工规范的抛光垫的厚度D(见图16)的范围是：0.5mm≤D≤5.0mm，其它方面与加工规范3-1中的抛光垫相同，故不再描述，而且，所用的抛光机也与加工规范3-1的抛光机相同。
如果抛光垫21的厚度大于5.0mm，抛光垫的绝对变形量便增加，使平滑度变差。另一方面，若抛光垫21的厚度D小于0.5mm，抛光垫的绝对变形量减小，使均匀性变差。因此，最好将厚度规定为0.5mm≤D≤5.0mm。
因此，对于使用本加工规范的抛光垫的抛光机，可通过抛光垫的厚度D控制抛光特性中的均匀性、平滑度和抛光速度，这就可通过选择抛光垫的厚度以获得理想的抛光特性。因此可提高抛光产量、缩短所需的抛光时间，从而降低抛光成本。
[加工规范3-3]
在本加工规范的抛光垫中，槽32的深度不大于抛光垫工作面上槽的宽度W的3倍(图16)，其它方面则与加工规范3-1或3-2的抛光垫相同，故不再描述。而且，所用的抛光机与加工规范3-1的抛光机相同。
如果槽32的深度大于抛光垫21工作面上槽32的宽度W的3倍，便难以从抛光垫的槽内清出抛光剂。结果，抛光剂粘附在槽内，当这些粘附的物质松散时，很可能使抛光工件的抛光表面产生划痕。因此，槽32的深度最好不大于抛光垫工作面上槽的宽度W的3倍。
因此，在抛光机采用本加工规范的抛光垫的情况下，抛光工件的抛光表面不会出现划痕。结果，可提高抛光产量，降低抛光成本。
[加工规范3-4]
图18是本加工规范的抛光垫的结构示意图(平面图)，在本加工规范的抛光垫中，其槽相对于抛光垫表面的形状是“编织”形的。如果槽相对于抛光垫表面的形状做成“编织”形，便可稳定地供给抛光剂。而且，抛光垫上的抛光剂不容易因抛光平台的转动所产生的离心力而飞出抛光垫之外。这就改善了抛光剂在抛光垫工作表面上的保持能力。因此，上述的槽相对于抛光垫表面的形状最好是“编织”形的。除此之外，本规范的抛光垫与上述的加工规范3-1、3-2和3-3的抛光垫相同，因此不再描述。
再者，在上述的加工规范的抛光垫中，槽相对于抛光垫表面的形状是“编织”形的，但是，也可以采用螺旋形、同心圆环形、栅格形、三角形的栅格形或其他形状，或采用从上述各形状中选择的两种或多种形状与“编织”形相结合的形状。
在抛光机采用具有上述槽形的抛光垫的情况下，抛光剂在抛光垫工作面上的保持能力大，因此可提高抛光速度，改善均匀性，结果，提高了抛光产量，缩短了抛光所需时间，从而可降低抛光成本。
[加工规范3-5]
图19示出本加工规范用的抛光垫的剖视图。图19(a)示出槽32的剖面形状为V形的抛光垫，图19(b)示出槽32的剖面形状为U形的抛光垫。在图19(a)的情况下，抛光垫21工作面上形成剖面形状为V形的槽32，在图19(b)的情况下，抛光垫21工作面上形成剖面形状为U形的槽32，如果槽具有上述的剖面形状，则有利于抛光剂的供入和排出，而且，由于抛光垫工作面与槽的夹角大，故可消除抛光垫工作面上形成锐角部位，结果，就可防止硅晶片抛光表面上产生划痕。
抛光垫21的其余结构与加工规范3-1～3-4的抛光垫的结构相似，故不再描述。
另外，在本加工规范的抛光垫中，抛光垫工作面上形成的槽的剖面形状是V形或U形。但是，也可以采用U形以外的具有曲率的形状，或者采用矩形或多角形。
在抛光机采用上述抛光垫的情况下，抛光工件不产生划痕。因此可提高抛光产量，降低抛光成本。
[加工规范3-6]
在本加工规范的抛光垫中，材料的压缩弹性模量K为：0.1Gpa≤K≤2.0Gpa，其余的结构与加工规范3-1～3-5的抛光垫的结构相同，因此这里不再描述。
在本加工规范中，由于材料不是太软，故在抛光过程中的磨损极少，故抛光垫的使用寿命长，而且平滑度不变差。另外，由于材料不是太硬，故抛光工件不会产生划痕，且均匀性不变差。
在抛光机采用本加工规范的上述抛光垫的情况下，由于抛光垫采用压缩弹性模量K为0.1Gpa≤K≤2.0Gpa的材料制成，故可提高抛光产量，并可降低抛光成本。
[加工规范3-7]
在本加工规范的抛光垫中，抛光垫材料的主要组分是从下列一组树脂中选择一种或多种树脂组成的：环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、氯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂和非泡沫型尿烷树脂。主要由上述材料制成的抛光垫在抛光时极少磨损。
在抛光机采用上述抛光垫的情况下，抛光垫在抛光时磨损极少，故可延长抛光垫的使用寿命。结果，更换抛光垫的次数减少，故可降低抛光成本。
[加工规范3-8]
在本加工规范的抛光垫的工作面上还形成了供给和排出抛光剂的槽。因此，抛光剂可均匀地供到抛光工件的整个表面，而且，上述的供给和排放抛光剂的槽的剖面形状最好是具有曲率的形状、矩形、V形或多角形。而且，供给和排放上述抛光剂的槽相对于抛光垫工作面的形状是径向分布形、栅格形、三角形的栅格形、“编织”形或其他任意形状。
而且，可将上述各加工规范中的抛光垫中形成的槽的几部分用作上述的供给和排放抛光剂的槽，或者，也可做出与上述的槽不同的新槽。
在抛光机采用上述抛光垫的情况下，抛光剂可均匀地供到抛光工件的整个抛光表面上。因此，均匀性不会变差，抛光特性也不会由于抛光工件与抛光垫之间的摩擦增大而变差，结果提高了抛光的产量，降低了抛光成本。
[加工规范3-9]
在本加工规范中，抛光垫的一部分是透明区。
图20是本加工规范的抛光机的结构示意图。图中标号61代表一个孔，62代表抛光过程测量器，63代表测量光。图20所示抛光机的基本结构与图2所示抛光机相同。因此这里仅说明不同的部分。在抛光平台20内钻出孔61，在该抛光平台20下方安装一个通过光学地观察抛光状态而检测抛光过程(例如硅晶片的厚度)的抛光过程测量器62。在置于抛光平台20上的抛光垫21内形成一个透明区(图中未示出)，并且，抛光机的结构做成可使上述的透明区与抛光平台20上的孔61相重叠。因此，从抛光过程测量器62发出的测量光63可穿过上述的孔61和抛光垫21内的透明区，并由硅晶片反射回来，再次通过抛光垫21的透明区和孔61而返回到抛光过程测量器62，并由该测量器62检测返回的光，这样就可测出抛光进展情况。
最好用一种可根据反射的光谱学特性(反射的光谱学谱线)检测抛光终点并测量膜的厚度的装置作为上述的光学地观察抛光状态和测量抛光过程的抛光过程测量器62。由观察抛光表面状态的抛光过程测量器62测出的反射光谱学谱线通过计算机与用模拟试验等方法获得的标准谱线相比较，并计算出膜的厚度，或测定抛光终点。另外，也可不用上述的根据上述反射光谱特性(反射光谱学谱线)来检测抛光终点和计算膜厚度的装置，而采用一种根据规定波长的光的反射率的变化来检测抛光终点或测量膜的厚度的装置，或一种通过对CCD计算机控制显示摄影机摄取的抛光表面的影象进行影象处理来检测抛光终点或测量膜的厚度的装置作为上述的观察抛光表面状态的抛光过程测量器62。
因此，采用本加工规范的抛光机，可以在抛光过程中借助于一种通过抛光平台上的孔和抛光垫的透明区观察抛光状态的装置原位检测抛光工件的抛光表面的抛光状态。因此，在抛光过程中可以测定抛光终点，故可提高抛光产量，降低抛光成本。
在上述的各加工规范3-1～3～9中，可通过按如下方式设定槽形结构和抛光垫厚度将抛光特性控制在本发明规定的范围内。
具体地说，增加槽的深度和增加抛光垫的厚度，可以提高均匀性。而且，减小槽的深度和减小抛光垫厚度可提高平滑度。另外，通过增大抛光垫的槽间凸部的宽度可以提高抛光速度。
用于在上述各加工规范的抛光垫表面上形成槽的方法可以是通用的公知方法例如采用一种凹槽加工刀具铣削抛光垫的表面的方法。
[实施例3-1]
用双面胶带将一种由环氧树脂制成的具有槽形结构的非泡沫型抛光垫粘贴在抛光机的抛光平台的表面上。上述环氧树脂的压缩弹性模量为0.98Gpa。本实施例3-1的抛光垫表面上做出螺旋形分布的V形槽，该槽的宽度W为0.35mm，槽间凸部宽度为0.15mm，槽的深度为0.30mm。抛光垫的厚度为4.0mm，形成上述槽的区域的体积与抛光垫的体积(包括上述形成槽的区域)之比值VL为2.6％，
用一种衬料将一种带有1μm厚的热致氧化膜的6英寸硅片固定在抛光头上，在下列条件下抛光150秒：
抛光头转速：50转/分钟
抛光平台转速：50转/分钟
对抛光头所加的载荷：3.92×104Pa
抛光头的摆动距离：30mm
抛光头摆动频率：每分钟15次往复行程
所用的抛光剂：由Cabot公司制造的SS25，用离子交换水稀释2倍。
抛光剂流量：200ml/min
然后，在上述条件下对一种具有等离子体TEOS(四乙氧基硅烷)膜图形的硅晶片进行抛光。上述的带图形的硅晶片的图形部分由1.5μm的等离子体TEOS膜组成，而无图形的部分由1.0μm的等离子体TEOS膜组成，所以其初始不平度为0.5μm。在硅晶片内沿两维方向设置一个4.0mm平方的图形区，将这种膜抛光到无图形部分的厚度达到0.8μm为止。
[实施例3-2]
采用一种表面上带有槽形结构的由环氧树脂制成的非泡沫型抛光垫对一种与实施例3-1相同的抛光工件(一种表面上形成1μm厚的热致氧化膜的6英寸硅晶片和一种具有等离子体TEOS膜图形的硅晶片)进行抛光。在上述抛光垫工作面上做出螺旋形分布的V形槽，该槽的宽度W为0.25mm，槽间凸部宽度为0.25mm，槽的深度为0.25mm。抛光垫的厚度为4.0mm，形成上述槽的区域的体积与抛光垫的体积(包括上述形成槽的区域)之比VL为1.6％。抛光条件与实施例3-1的条件完全相同。
[实施例3-3]
采用一种表面上带有槽形结构的由环氧树脂制成的非泡沫型抛光垫对一种与实施例3-1相同的抛光工件(一种表面上形成1μm厚的热致氧化膜的6英寸的硅晶片和一种具有等离子体TEOS膜图形的硅晶片)进行抛光。在上述抛光垫工作面上做出螺旋形分布的V形槽，该槽的宽度W为0.25mm，槽间凸部宽度为0.25mm，槽的深度为0.25mm。抛光垫的厚度为2.0mm，形成上述槽的区域的体积与抛光垫的体积(包括上述形成槽的区域)之比VL为3.1％。抛光条件与实施例3-1的条件完全相同。
[实施例3-4]
采用实施例3-3的抛光垫对1000件表面上形成1μm厚热致氧化膜的6英寸硅晶片进行抛光，然后，对与实施例3-1抛光的工件相同的抛光工件(一种表面上形成1μm厚热致氧化膜的6英寸硅晶片的和一种具有等离子体TEOS膜图形的硅晶片)进行抛光。在这次抛光中，无论在抛光前还是在抛光过程中都不进行修整。抛光条件与实施例3-1的条件完全相同。
[实施例3-5]
采用一种表面上带有槽形结构的由环氧树脂制成的非泡沫型抛光垫对一种与实施例3-1相同的抛光工件(一种表面上形成1μm厚热致氧化膜的6英寸硅晶片和一种具有等离子体TEOS膜图形的硅晶片)进行抛光。在上述抛光垫工作面上做出“编织”形的U形槽，该槽的宽度W为0.25mm，槽间凸部的宽度为0.25mm，槽的深度为0.25mm。抛光垫的厚度为4.0mm，形成上述槽的区域的体积与抛光垫的体积(包括上述形成槽的区域)之比VL为5.2％。抛光条件与实施例3-1的条件完全相同。
[比较实例3-1]
采用一种环氧树脂制成的表面带有槽形结构的非泡沫型抛光垫抛光与实施例3-1所用的相同的抛光工件(一种表面上形成1μm厚的热致氧化膜的6英寸硅晶片和一种具有等离子体TEOS膜图形的硅晶片)。上述抛光垫表面上形成螺旋形分布的矩形槽，该槽的宽度W为0.05mm，槽间凸部的宽度为0.45mm，槽的深度为2.0mm。抛光垫的厚度为4.0mm，形成上述槽的区域的体积与抛光垫的体积(包括上述形成槽的区域)之比VL为5.0％，抛光条件与实施例3-1的条件完全相同。
[比较实例3-2]
采用环氧树脂制成的表面带有槽形结构的非泡沫型抛光垫抛光与实施例3-1相同的抛光工件(一种表面上形成1μm厚的热致氧化膜的6英寸硅晶片和一种具有等离子TEOS膜图形的硅晶片)。在本比较实例的抛光垫的表面上形成螺旋形分布的矩形槽，该槽的宽度W为0.45mm，槽间凸部的宽度为0.05mm，槽的深度为2.0mm，抛光垫的厚度为4.0mm，形成上述槽的区域的体积与抛光垫的体积(包括上述形成槽的区域)之比VL为45.0％。抛光条件与实施例3-1的条件完全相同。
[评价]
对上述的实施例和比较实例，分别用完成抛光后的抛光工件测量了抛光速度、均匀性和平滑度。抛光速度根据上述的表面已形成1μm厚的热致氧化膜的6英寸硅晶片(不包括从晶片边缘向内延伸5mm的部分)的抛光时间和平均抛光量计算。根据表面上形成1μm厚的热致氧化膜的6英寸硅晶片的抛光型面(不包括从晶片边缘向内延伸5mm的部分)的抛光量用下列公式计算均匀性：
均匀性(％)＝(RA-RI)/(RA+RI)×100
式中：RA是测量抛光量的型面上的最大抛光量，RI是测量抛光量的型面上的最小抛光量。另外，平滑度按如下方式评价：用上述的具有等离子体TEOS膜图形的6英寸硅晶片，将没有图形的部分抛光至0.8μm，然后，在该硅晶片的各个部位上测出残余不平度，再取测验出的残余不平度值中的最大值为平滑度。
将上述实施例和比较实例的槽结构和抛光垫厚度以及上述的测量结果一起列于表1(表中的实施例1是指实施例3-1，比较实例1是指比较实例3-1，如此类推)。
如表1所示，由于本发明规定的槽的结构和抛光垫厚度的不同，所以尽管各实施例和比较实例的抛光垫材料完全相同，但抛光特性有很大差别。
实施例3-1与3-2的差别仅在于槽的结构，均匀性是槽的宽度大且槽的深度深的实施例3-1的好，而平滑度则与上述情况相反，是实施例3-2的好。如上所示，上述差异的原因是形成槽的区域的表观弹性模量的差别所致。关于抛光速度也可看出，槽间凸部宽度大的实施例3-2大得多。
表1
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5  比较实例1   比较实例2
槽的宽度(mm) 0.35 0.25 0.25 0.25 0.25 0.05 0.45
槽间凸部宽度(mm) 0.15 0.25 0.25 0.25 0.25 0.45 0.25
槽向深度(mm) 0.30 0.25 0.25 0.25 0.25 2.0 2.0
槽的截面形状 V形 V形 V形 V形 U形 矩形 矩形
槽相对于抛光垫表面的形状 螺旋形 螺旋形 螺旋形 螺旋形 “编织”形 螺旋形 螺旋形
抛光垫厚度D(mm) 4.0 4.0 2.0 2.0 4.0 4.0 4.0
体积比VL(％) 2.6 1.6 3.1 3.1 5.2 5.0 45.0
抛光速度(nm/min) 212 256 252 255 254 l60 150
均匀性(％) 8.8 10.5 11.9 12.0 8.0 25.0 20.0
平滑度(nm)   80   35   20   20   35  50   100
关于实施例3-2和3-3，槽的结构是相同的，但抛光垫厚度不同。实施例3-2的均匀性好，而实施例3-3的平滑度好，在这些实施例中，产生上述差别的原因在于，由于相应的抛光垫的厚度不同造成了抛光过程中变形的绝对量不同所致。
关于实施例3-3和3-4，在连续抛光前和连续抛光后进行了相应的评价。结果表明，采用本发明的抛光垫时，不管每次抛光作业时是否进行修整，抛光特性都不会由于连续抛光而变化。
在实施例3-5和3-2中比较了抛光垫工作面上形成“编织”形分布的槽与形成螺旋形分布的槽的情况，此两实例表明：实施例3-5中的“编织”结构的槽较好，因为其抛光剂的供给和排放能力大。
比较实例3-1和3-2的槽形结构与本发明的权利要求不同。在比较实例3-1中，槽之间的宽度大，所以抛光剂不能充分供应之，致使抛光效率低。另外，在比较实例3-2中，槽之间的宽度很小，结果，抛光过程中的接触面积小，致使抛光效率低。另外，在上述两实例中，抛光时硅晶片的抛光表面都容易出现十分严重的划痕。
下面说明为实现本发明的第四个目的的加工规范的实例和本发明的实施例。
[加工规范4-1]
图21(a)和21(b)简单示出本加工规范的抛光垫，其中图21(a)是平面图，图21(b)是沿图21(a)的A-A′线的剖视图，(而且，剖视图示出两种不同类型的剖面形状，剖面的位置不是精确地对应于A和A′的位置)。
本加工规范的抛光垫的平面形状是圆形的，在该抛光垫表面上形成两种类型的凹凸形结构。下面分别将这两种凹凸形结构称为“第一凹凸形结构”和“第二凹凸形结构”。如图21(a)所示，在抛光垫的表面上的具有第一凹凸形结构的区域(即图21(a)的黑的部分)和具有第二凹凸形结构的区域(即图21(a)的白的部分)是呈同心圆形式设置的，形成第一凹凸形结构的区域(即21(a)中的黑的部分)设有3个区，而形成第二凹凸形结构的区域(即图21(a)中的白的部分)设有两个区。在形成第一凹凸形结构的区域中，分别形成两个或多个凹部和凸部，在形成第二凹凸形结构的区域中也形成两个或多个凹部和凸部。第一凹凸形结构的凹部和第二凹凸形结构的凹部都是槽，而且，如图21(b)所示，第一凹凸形结构的凸部的宽度和第二凹凸形结构的凸部的宽度是不同的，第一凹凸形结构的凸部的宽度大于第二凹凸形结构的凸部的宽度。
[加工规范4-2]
图22(a)和22(b)示出本加工规范的抛光垫，其中，图22(a)是平面图，图22(b)是沿图22(a)的B-B′线部分的剖视图，(而且，剖视图示出两种不同形状的剖面，剖面的位置不是精确地对应于B和B′的位置)。
本加工规范的抛光垫的平面形状是圆形的，并且，在该抛光垫的表面上形成了两种凹凸形结构，下面将这两种凹凸形结构分别称为“第一凹凸形结构”和“第二凹凸形结构”。如图22(a)所示，在抛光垫表面上具有第一凹凸形结构的区域(即图22(a)中黑的部分)和具有第二凹凸形结构的区域(即图22(a)中白的部分)是呈栅格状分布的。在形成第一凹凸形结构的区域中，分别形成两个或多个凹部和凸部，而在形成第二凹凸形结构的区域中也形成两个或多个凹部和凸部。第一凹凸形结构的凹部和第二凹凸形结构的凹部都是糟。在各个区域内，沿图22(a)的垂直方向的直线形成上述的槽。而且，如图22(b)所示，第一凹凸形结构的凸部的宽度与第二凹凸形结构的凸部的宽度是不同的，第一凹凸形结构的凸部的宽度大于第二凹凸形结构的凸部宽度。
将上述加工规范4-1或4-2的抛光垫安装在图2所示类型的CMP抛光机内，并用于抛光硅晶片等。
当对夹持硅晶片的抛光头施加压力，从而使抛光头按预定的压力压向抛光平台上的加工规范4-1或4-2的抛光垫时，在抛光垫上凹凸形结构的凸部宽度大的区域内施加在抛光垫单位面积上的压力小，所以抛光垫上产生的变形量小。另一方面，在凹凸形结构的凸部宽度小的区域内，施加在抛光垫的单位面积上的压力大，所以抛光垫产生的变形量大。换句话说，从表观上看，在同一个抛光垫中同时存在一种硬抛光体和一种软抛光体。
就均匀性来说，弹性模量小的软抛光体较好，而对于平滑度来说，则弹性模量大的硬抛光体较好。这种趋向对于本发明的抛光垫也是同样有效的。具体地说，抛光垫中凹凸形结构的凸部宽度大的部分起到相当于硬抛光体的作用，所以在抛光凹凸图形时，可选择性地抛光硅晶片上的凹凸图形中的凸部，从而改善均匀性。另一方面，抛光垫中凹凸形结构的凸部宽度小的部分起到相当于软抛光体的作用，所以抛光垫在抛光时可均匀地适应硅晶片图形的凹凸状和在形成薄膜时产生的膜厚的不均匀性，从而改善了平滑度。
[加工规范4-3]
图23(a)和23(b)示出本加工规范的抛光垫，其中，图23(a)是平面图，图23(b)是沿图23(a)的C-C′线部分的剖视图(而且，剖视图示出有两种不同形状的剖面，剖面的位置不是精确地对应于C和C′的位置)。
本加工规范的抛光垫是上述加工规范4-1的抛光垫的改型。本加工规范的抛光垫与上述的加工规范4-1的抛光垫的不同是在抛光垫的表面上做出供给和排放抛光剂用的槽的部分。如图23(a)所示，从中心起沿径向形成直线的槽71以便供给和排放抛光剂。该抛光垫的其余部分的结构与加工规范4-1的相同，故不再说明。
[加工规范4-4]
图24(a)和24(b)示出本加工规范的抛光垫，其中，图24(a)是平面图，图24(b)是沿图24(a)中的D-D′线所示部分的剖视图(而且，剖视图示出有两种不同形状的剖面，剖面的位置不是精确地对应于D和D′的位置)。
本发明的加工规范4-4的抛光垫是上述加工规范4-2的抛光垫的改型。本加工规范的抛光垫与上述加工规范4-2的抛光垫的不同是在抛光垫的表面上做出供给和排放抛光剂的槽的部分。如图24(a)所示，沿纵向方向形成直线形的槽72，沿横向方向形成直线形槽73，以便供给和排放抛光剂。该抛光垫的其余结构与加工规范4-2的相同，因此不再描述。
在抛光硅晶片时，希望抛光剂均匀地供给到硅晶片的整个表面上，在抛光剂供应不均匀的情况下，抛光均匀性变差，摩擦增大，从而可能使抛光机的性能下降。如果在加工规范4-3和4-4的抛光垫上形成供给和排放抛光剂的槽，则足以解决抛光过程中出现的上述问题，关于槽的宽度、槽的形状和槽的深度，在上述的加工规范中没有限制。
另外，在上述的加工规范4-1～4-4的抛光垫中，采用了两种类型的凹凸形结构，但是，也可以采用3种或多种类型的凹凸形结构。
另外，在上述的加工规范的抛光垫中，在形成同一种凹凸结构的区域内凹部的宽度与凸部的宽度是恒定的，但是，也可以采用凹部的宽度与凸部的宽度按规定的次序变化的凹凸形结构。
另外，在加工规范4-1和4-3中，具有第一凹凸形结构的区域和具有第二凹凸形结构的区域是呈同心圆形式分布的，在加工规范4-2和4-4中，具有第一凹凸形结构的区域和具有第二凹凸形结构的区域是呈栅格式分布的，但是，具有第一凹凸形结构的区域和具有第二凹凸形结构的区域也可以按一种周期性变化的布局或其他方式的布局设置之。
另外，在加工规范4-1～4-4中的抛光垫，第一凹凸形结构的凹部和第二凹凸形结构的凹部都是槽，但是，这些凹部也可以是孔而不是槽。
另外，在上述加工规范的抛光垫中，构成第一凹凸形结构的凹部的槽是矩形的，而构成第二凹凸形结构的凹部的槽是V形的，但是，上述槽的形状都可以是V形、U形、矩形或梯形的。
另外，上述加工规范的抛光垫也可以用于带有一层弹性模量大的材料的层压结构的抛光垫，在此情况下，具有层压结构的抛光垫由其表面上具有凹凸形结构的第一层与被层压在第一层的表面下(也就是与该表面相对的面下)的第二层构成，而且，为了得到本发明的效果，最好是第二层的弹性模量比第一层的弹性模量大。
另外，在抛光垫上做出槽的方法可以是公知的普通方法、例如，采用加工槽的刀具等铣削抛光垫的表面等方法。
[实施例4-1]
将环氧树脂制成的具有加工规范4-1(图21(a))的结构的非泡沫型抛光垫粘贴在一种CMP(化学机械抛光)机的抛光平台上。在该抛光垫的表面上按相隔20mm的同心圆形式形成一种由V形槽(深度为0.3mm)和凸部(宽度为0.1mm)组成的凹凸形结构(即图21(b)所示的第二凹凸形结构)和一种由凹部(深度为0.3mm，宽度为5mm)和凸部(宽度为5mm)组成的凹凸形结构(即图21(b)所示的第一凹凸形结构)。第二凹凸形结构的V形槽的斜面角约为60°。
环氧树脂制成的非泡沫型抛光垫的维氏硬度为7.0kgf/mm2。为了获得上面所述的软抛光体和硬抛光体同时存在的结构，抛光垫的维氏硬度最好为2.5kgf/mm2或更高些，但不高于30kgf/mm2。而且，在本实施例中，凹凸形结构的凸部宽度大的部分与凹凸形结构的凸部宽度小的部分的宽度比为50。为了得到上面所述的软抛光体和硬抛光体同时存在的结构，上述的宽度比最好为2或更大些。
将一种热致形成1μm厚的氧化膜的6英寸硅晶片通过背衬材料固定在抛光头上，并在下列条件下进行抛光：
抛光头转速：50转/分钟
抛光平台转速：50转/分钟
载荷(抛光头压在抛光垫上的压力)：400g/cm2
抛光头摆动距离：30mm
抛光头摆动频率：每分钟15次行程
抛光时间：2min
所用抛光剂：Cabot公司制造的SS25
(用离子交换水稀释2倍)
抛光剂流量：200ml/min
另外，在6英寸硅晶片上形成多个具有多处500nm不平度的2mm×2mm的凸出图形(凸部膜厚：1500nm，凹部膜厚1000nm)。在上述条件下，通过控制时间，将上述凸部抛光去500nm。
[实施例4-2]
将环氧树脂制成的具有加工规范4-3图23(a)结构的非泡沫型抛光垫粘贴在CMP抛光机的抛光平台上。在该抛光垫上事先形成用于供给和排放抛光剂的径向槽71，该槽宽度为2mm，深度为0.3mm。另外，在该抛光垫表面上按相隔加20mm的同心圆形式形成一种由V形槽(深度为0.3mm)与凸部(宽度为0.1mm)组成的凹凸形结构(即图23(b)所示的第二凹凸形结构)和一种由凹部(深度为0.3mm，宽度为5mm)与凸部(宽度为5mm)组成的凹凸形结构(即图23(b)所示的第一凹凸形结构)，上述第二凹凸形结构中的V形槽的斜面角约为60°。
采用上述抛光垫按照与实施例1相同的条件对一种表面上形成1μm厚热致氧化膜的6英寸硅晶片和一种表面上形成多个具有多处500nm不平度的2mm×2mm的凸出图形的6英寸硅晶片进行抛光。
[实施例4-3]
将环氧树脂制成的具有加工规范4-4(图24(a)的结构的非泡沫型抛光垫粘贴在CMP抛光机的抛光平台上。在该非泡沫型的抛光垫上事先形成用于供给和排放抛光剂的栅格形槽72和73(槽的宽度2mm，深度0.3mm)。另外，在该抛光垫表面上按均匀相隔20mm的栅格式布局形成一种由V形槽(深度为0.3mm)与凸部(宽度为0.1mm)组成的凹凸形结构(即图24(b)所示的第二凹凸形结构)和一种由凹部(深度为0.3mm，宽度为5mm)与凸部(宽度为5mm)组成的凹凸形结构(即图24(b)所示的第一凹凸形结构)。
采用上述抛光垫按照与实施例4-1相同的方法对一种表面形成1μm厚热致氧化膜的6英寸硅晶片和一种表面上形成多个具有多处500nm不平度的2mm×2mm凸出图形的硅晶片进行抛光。
[比较实例4-1]
将一种环氧树脂制成的其表面具有槽形结构的非泡沫型抛光垫粘贴在一种CMP抛光机的抛光平台上。在该抛光垫表面上按0.5mm的间隔形成凸部宽度为0.2mm、深度为0.3mm的V形槽以便保持抛光剂。另外，再形成宽度为2mm、深度为0.3mm的径向槽，用于供给和排出抛光剂。
采用上述抛光垫按照与实施例4-1相同的方法对一种表面上形成1μm厚热致氧化膜的6英寸硅晶片和一种表面上形成多个具有多处500nm不平度的2mm×2mm凸出图形的6英寸硅晶片进行抛光。
[比较实例4-2]
将一种具有由表面上带有槽形结构的层压泡沫抛光体(第一层)与一种弹性模量很大的弹性体(第二层)的层压板组成的层压结构的抛光垫粘贴到一种CMP抛光机的抛光平台上。在该抛光垫的第一层表面上按0.5mm的间隔形成凸部宽度为0.2mm、深度为0.3mm的V形槽，以便保持抛光剂。而且，再形成宽度为2mm、深度为0.3mm的径向槽用于供给和排出抛光剂。
采用上述抛光垫按照与实施例4-1相同的方式对一种表面上形成1μm厚热致氧化膜的6英寸硅晶片和一种表面上形成多个具有多处500nm不平度的2mm×2mm凸出图形的6英寸硅晶片进行抛光。
[评价]
对用实施例4-1、4-2和4-3以及比较实例4-1和4-2的方法进行抛光后的各硅晶片评价其均匀性和平滑度。
根据已形成1μm热致氧化膜的6英寸硅晶片型面(从晶片边缘向内延伸5mm的部分除外)上测出的抛光量按下列公式计算其均匀性
均匀性(％)＝(RA-RI)/(RA+RI)×100
式中，RA是被测量抛光量的型面上的最大抛光量，RI是被测量抛光量的型面上的最小抛光量。
另外，平滑度按如下方法评价：用一种表面上形成多个具有多处500nm不平度的2mm×2mm凸出图形的6英寸硅晶片，抛光掉其500nm不平度，然后在硅晶片内的多个部位上测量其残余不平度，取所测量的残余不平度值中的最大值为平滑度。
表2综合列出上述实施例和比较实例测得的均匀性和平滑度的评价结果(表中的实施例1是实施例4-1，比较实例1是比较实例4-1，以此类推)。
表中评价数据表明，实施例4-1、4-2和4-3中的均匀性和平滑度均好，未见到在比较实例4-1和4-2中所见到的均匀性和平滑度差的情况。
表2
实施列1 实施例2 实施例3   比较实例1  比较实例2
均匀性(％)平滑度(nm) 780 680 6100 10100 6200
另外，在按照实施例4-2和比较实例4-1评价带有被除去的从边缘向内延伸1mm的部分的均匀性时，实施例4-2得到的值是8％，而比较实例4-1得到的值是20％。从此结果清楚地看出，采用本发明的抛光垫，硅晶片的最周边部分的抛光特性也得到足够改善。
[半导体器件制造方法的加工规范]
图25示出本发明的半导体器件制造过程的流程图。半导体器件制造过程开始时，首先在步骤S200中选择下面要说明的步骤S201～S204中的一个合适的加工程序。然后按照在步骤S201～S204中所选的程序进行处理。
步骤S201是对硅晶片的表面进行氧化的氧化程序。步骤S202是通过CVD(化学气相沉积)法等在硅晶片表面上形成绝缘薄膜的CVD程序。步骤S203是通过诸如真空蒸发等方法在硅晶片上形成电极的电极形成程序，步骤S204是向硅晶片喷射离子的离子喷射程序。
经过CVD程序或电极形成程序后，工作进行到步骤S205，该步骤S205是一种CMP(化学机械抛光)程序。在该CMP程序中，采用本发明的抛光机抛光半导体器件等表面的金属膜而将层间绝缘膜或所形成的波纹整平。
经过CMP程序或氧化程序后，工作进行到步骤S206，该步骤S206是一种光刻程序，在该光刻程序中，对硅晶片涂上一层抗蚀保护膜，并通过一种曝光装置使其曝光而将一种电路图形焊在硅晶片上，然后对曝光过的晶片显影。下一个步骤S207是一个腐蚀程序，在该程序中，通过腐蚀将已显影的抗蚀影象以外的部分除掉。然后剥去抗蚀保护膜，这样就在完成腐蚀程序后将不必要的抗蚀膜去除。
然后，在步骤S208判断是否所有必要的程序都已完成，如果这些程序未完成，工作便返回步骤S200，并重复上述的步骤，在硅晶片上形成电路图形。如果在步骤S208中判断出所有的程序都已完成，则工作结束。
由于在本发明的半导体器件制造方法中的CMP程序中使用了本发明的抛光机和抛光方法，故可高精度、高效率且高产量地制造半导体器件，因此制造半导体器件的成本比普通方法要低。
另外，本发明的抛光设备也可用于除了上述的半导体制造过程以外的其他半导体器件制造过程中的CMP程序。
[工业应用范围]
如上所述，在CMP程序中应用本发明的抛光垫、抛光机和抛光方法可以防止抛光工件产生划痕、提高抛光速度和消除不平度，而且可获得稳定的抛光特性。此外，可获得均匀性和平滑性都良好的抛光工件。而且，本发明的半导体器件制造方法可以高效率高产量地用于制造高性能的半导体器件。
再者，在本发明的上述说明中，以一个实例说明了图1所示的有图形的晶片的抛光。但是，不用说也明白，本发明也可用于其他目的，例如精加工抛光裸硅基板等。

Claims (10)

1.一种用于抛光机的抛光垫，在上述抛光机中，抛光工件在抛光垫与抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光垫与抛光工件之间产生相对运动而受到抛光，上述抛光垫的特征在于，在该抛光垫的表面上周期性地或非周期性地形成两种或多种不同类型的凹凸形结构。
2.根据权利要求1的抛光垫，其特征还在于，在形成同种类型的凹凸形结构的区域内形成两个或多个上述凹凸形结构的凹部和两个或多个上述凹凸形结构的凸部。
3.根据权利要求2的抛光垫，其特征还在于，上述的凹凸形结构由两种类型的凹凸形结构也就是第一凹凸形结构和第二凹凸形结构组成；上述第一凹凸形结构的凹部和上述第二凹凸形结构的凹部是槽；和上述第一凹凸形结构的凸部的宽度是上述第二凹凸形结构的凸部宽度的两倍或更多倍。
4.根据权利要求1～3中任一项的抛光垫，其特征还在于，该抛光垫的平面形状是圆形的，形成上述相同类型的凹凸形结构的区域按同心圆的形式分布。
5.根据权利要求1～3中任一项的抛光垫，其特征还在于，形成上述的相同类型的凹凸形结构的区域按栅格式布局分布。
6.根据权利要求1～3中任一项的抛光垫，其特征还在于，在上述抛光垫的表面上还形成供给和排出上述抛光剂的槽。
7.根据权利要求1～3中任一项的抛光垫，其特征还在于，上述抛光垫的维氏硬度k为2.5kgf/mm2＜k＜30kgf/mm2。
8.根据权利要求1～3中任一项的抛光垫，其特征还在于，上述抛光垫由表面上形成上述凹凸形结构的第一层和置于该第一层下面并与第一层层压在一起的第二层构成，上述的第二层的弹性模量大于上述第一层的弹性模量。
9.一种抛光机，在该抛光机内，抛光工件在抛光垫与抛光工件之间置入抛光剂的状态下通过使上述抛光垫与上述抛光工件之间产生相对运动而受到抛光，上述抛光机的特征在于，它使用根据权利要求1～8中任一项的抛光垫。
10.一种半导体器件制造方法，其特征在于，该方法含有一个使用权利要求9所述的抛光机抛光硅晶片的工序。
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