專利名稱：拋光盤、拋光機(jī)及制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在制造半導(dǎo)體器件的過(guò)程中用于對(duì)半導(dǎo)體器件例如ULSI器件等進(jìn)行平面拋光等的拋光機(jī)用的拋光盤、一種拋光機(jī)和采用上述的拋光機(jī)和拋光方法制造半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
由于半導(dǎo)體集成電路變得更加精細(xì)且更高度集成化，故半導(dǎo)體制造過(guò)程中包含的各種程序日益增多且更加復(fù)雜。因此，半導(dǎo)體器件的表面并不總是平整的。半導(dǎo)體器件表面上的凹凸平度會(huì)導(dǎo)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(huì)導(dǎo)致耐壓性能降低而發(fā)生漏電。
同時(shí)，由于半導(dǎo)體集成電路日益變得精細(xì)并更加高度集成化，故用于照相平板印刷術(shù)的半導(dǎo)體曝光裝置中的光源的波長(zhǎng)變得更短，且用于這種半導(dǎo)體曝光裝置中的凸透鏡的數(shù)值孔徑(或稱為NA)越來(lái)越大，因此，用于上述半導(dǎo)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(lái)越淺的焦深，便要求半導(dǎo)體器件表面具有比迄今能達(dá)到的更大的平整性。
具體地說(shuō)，諸如圖1所示的整平技術(shù)在半導(dǎo)體制造過(guò)程中變得更加重要。圖1簡(jiǎn)單示出半導(dǎo)體制造過(guò)程中所用的整平技術(shù)，并示出半導(dǎo)體器件的剖視圖。在圖1中，標(biāo)號(hào)11代表硅晶片，12代表SiO2組成的層間絕緣膜，13代表金屬鋁膜，14代表半導(dǎo)體器件。
圖1(a)示出整平半導(dǎo)體器件表面上的層間絕緣膜的實(shí)例。圖1(b)示出通過(guò)拋光半導(dǎo)體器件表面上的金屬膜13而形成一種稱為波紋的實(shí)例?；瘜W(xué)機(jī)械拋光或者說(shuō)化學(xué)機(jī)械整平技術(shù)(下稱為“CMP”技術(shù))已廣泛用作為上述半導(dǎo)體器件表面整平的方法。目前，CMP技術(shù)是可用于整平硅晶片整個(gè)表面的唯一方法。
CMP是在硅晶片鏡面拋光技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它采用圖2所示類型的CMP機(jī)進(jìn)行拋光。在圖2中，標(biāo)號(hào)15代表拋光構(gòu)件，16代表固定拋光工件的部件(下面有時(shí)稱“拋光頭”)，17代表作為拋光工件的硅晶片，18代表供給拋光劑的部件，19代表拋光劑。上述的拋光構(gòu)件15具有一個(gè)固定在拋光平臺(tái)20的表面上的拋光體(下面有時(shí)稱為“拋光盤”)21。薄板狀泡沫聚氨基甲酸酯廣泛用于制造上述的拋光盤21。
拋光工件17由拋光頭16固定并使它在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)發(fā)生擺動(dòng)，并以規(guī)定的壓力壓在拋光構(gòu)件15的拋光盤21上。拋光構(gòu)件15也轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在拋光構(gòu)件15與拋光工件17之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在此狀態(tài)下，拋光劑供給器18將拋光劑19供給到拋光盤21的表面上，拋光劑19擴(kuò)散到拋光盤21的整個(gè)表面上，并在拋光構(gòu)件15與拋光工件17彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)入拋光盤21與拋光工件17之間的間隙，從而對(duì)拋光工件17的待拋光表面進(jìn)行拋光。具體地說(shuō)，通過(guò)拋光構(gòu)件15與拋光工件17的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的機(jī)械拋光與拋光劑19的化學(xué)作用的綜合影響實(shí)現(xiàn)了良好的拋光。
在使用普通的泡沫樹脂制成的薄板狀拋光盤(下稱“泡沫型拋光盤)的情況下，晶片整個(gè)表面具有良好的拋光均勻性，但是，使用泡沫型拋光盤通常會(huì)遇到下列問(wèn)題(1)在拋光過(guò)程中出現(xiàn)很大的斜邊。
(2)加載時(shí)，拋光盤發(fā)生壓縮變形。
由于上述的問(wèn)題，泡沫型拋光盤在拋光帶花樣的晶片時(shí)沒(méi)有良好的消除不平度的性能即沒(méi)有良好的拋光平滑度。因此，最近研究出了非泡沫型樹脂制成的硬質(zhì)拋光盤(下面有時(shí)稱為“非泡沫型拋光盤”)。
在非泡沫型拋光盤中，在硬質(zhì)高分子量聚合物的表面上形成構(gòu)成槽形結(jié)構(gòu)的凹部和凸部，并利用這些凹部和凸部拋光待拋光工件的表面(在本實(shí)例中是晶片表面)。采用非泡沫型拋光盤解決了在用泡沫型拋光盤時(shí)會(huì)遇到的消除表面不平度的性能差的問(wèn)題。
有關(guān)CMP機(jī)的工藝穩(wěn)定性方面，除了要求穩(wěn)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(diǎn)看，還要求不出現(xiàn)劃痕，即使是由拋光盤加工的晶片數(shù)目增加時(shí)也應(yīng)如此。
然而，雖然非泡沫型樹脂制成的硬質(zhì)拋光盤具有良好的消除圖形不平度的性能，但是，這種拋光盤容易劃傷晶片，而且拋光速度也低于泡沫型聚氨基甲酸酯樹脂制成的拋光盤的拋光速度。
另外，通常決定拋光盤拋光速度的其他重要因素還包括拋光劑在拋光盤表面上的保持能力和流動(dòng)性。按照拋光劑的保持能力來(lái)說(shuō)，硬質(zhì)的非泡沫型拋光盤比不上泡沫型拋光盤。而且，在普通的非泡沫型拋光盤固定在拋光平臺(tái)表面的情況下，有可能由于拋光平臺(tái)在供給拋光劑的同時(shí)高速轉(zhuǎn)動(dòng)而使拋光劑因離心力的作用而飛出拋光盤，所以拋光劑的保持能力差。這就產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題即供給的拋光劑不能有效地提高拋光速度。
同時(shí)，在普通的工藝中最常用的拋光盤是一種主要由泡沫型聚氨基甲酸酯制成的拋光體(拋光盤)。這種拋光盤具有良好的在拋光盤表面上保持拋光劑的能力。但是，這種拋光盤連續(xù)工作時(shí)，拋光劑的磨粒會(huì)堵塞拋光盤表面上泡沫部分的孔隙，從而使拋光速度發(fā)生大的波動(dòng)。因此，在拋光之前或拋光過(guò)程中必須進(jìn)行一種稱之為“修整”的操作，進(jìn)行該操作時(shí)，用一種表面電沉積有金剛石的磨輪磨削拋光盤的表面，從而使拋光盤的表面狀態(tài)總是保持相同。
另外，像上述的泡沫型拋光盤一樣，樹脂中含有拋光磨粒的固定磨粒型拋光盤也要求進(jìn)行修整以便處理泡沫部分的孔隙被磨粒堵塞的問(wèn)題，以便使拋光磨粒的狀態(tài)保持均勻。
關(guān)于要拋光的硅晶片(拋光工件)，均勻性和平滑度這兩項(xiàng)拋光特性是十分重要的。
“均勻性”用來(lái)評(píng)價(jià)沿硅晶片整個(gè)表面均勻地進(jìn)行拋光的狀況如何，通常用下列公式進(jìn)行計(jì)算均勻性(％)＝(RA-RI)/(RA+RI)×100式中，RA是在測(cè)量拋光量的型面上的最大拋光量，RI是在測(cè)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(shí)，說(shuō)明均勻性較好。具體地說(shuō)，沿硅晶片整個(gè)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(lái)評(píng)價(jià)拋光具有凹部和凸部的圖形時(shí)殘余的不平度的大小。換句話說(shuō)，在具有不平度的帶圖形的硅晶片中，平滑度值表示通過(guò)拋光將帶圖形的硅晶片的凸部選擇性地拋光掉的程度，所以，拋光后殘余不平度減小。
均勻性和平滑度這兩種拋光特性都強(qiáng)烈地受拋光盤的彈性模量的影響。按照彈性模量的大小將拋光盤分成彈性模量小的軟質(zhì)拋光盤和彈性模量大的硬質(zhì)拋光盤兩類。
在使用軟質(zhì)拋光盤的情況下，對(duì)硅晶片施加壓力時(shí)，拋光盤表面對(duì)硅晶片的翹曲面的粘附力很大，故硅晶片整個(gè)表面的均勻性很好。但是，在硅晶片具有凹凸圖形的情況下，拋光盤會(huì)發(fā)生變形而與硅晶片表面的凹凸部相吻合，故拋光過(guò)程時(shí)不平度保持不變。結(jié)果，拋光平滑度差。
另一方面，在采用彈性模量大的硬質(zhì)拋光盤的情況下，拋光盤相對(duì)于具有凹、凸圖形的硅晶片的變形小，故拋光從凹凸圖形的凸部依序地進(jìn)行，結(jié)果，拋光平滑度好。然而，由于硅晶片的彎曲和加壓力時(shí)壓力的分布對(duì)拋光有直接的影響，故拋光均勻性差。
但是，即使在拋光盤采用同樣材料的情況下，作為表觀彈性的變量的拋光盤厚度和拋光盤的結(jié)構(gòu)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(shuō)，當(dāng)拋光盤的厚度增大時(shí)，拋光盤的彈性變形量就增大，故從表觀上看拋光盤變得較軟。另一方面，在拋光盤薄的情況下，變形量小，故拋光盤從表觀上看是硬的。而且，從槽形結(jié)構(gòu)上看，槽的深度大且槽間凸部的寬度小的拋光盤在受到載荷時(shí)表面的變形大，故從表觀上看，拋光盤是軟的，另一方面，槽的深度小而槽間凸部的寬度大的拋光盤在受到載荷時(shí)變形極小，故從表觀上看，這種拋光盤是硬的。
在上述說(shuō)明中，拋光盤的厚度和槽的結(jié)構(gòu)是從彈性的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)明的。此外，槽還起到另一種重要作用，即穩(wěn)定地供給拋光劑。有關(guān)為達(dá)到穩(wěn)定供給拋光劑的槽形結(jié)構(gòu)，過(guò)去已公開過(guò)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(guò)程中發(fā)生的機(jī)械拋光和化學(xué)作用不夠，結(jié)果拋光速度下降。再者，由于拋光盤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(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致在拋光過(guò)程中劃傷拋光工件的表面以及使拋光頭和拋光平臺(tái)出現(xiàn)振動(dòng)等。
進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光所用的拋光機(jī)包括根據(jù)不同概念設(shè)計(jì)的和具有不同具體特征的各種拋光機(jī)，例如，用單個(gè)拋光盤同時(shí)拋光多個(gè)硅晶片以便提高產(chǎn)量的拋光機(jī)，用小于硅晶片的拋光盤在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下進(jìn)行拋光以減小拋光機(jī)尺寸的拋光機(jī)，和專門改動(dòng)拋光頭部件以提高拋光均勻性的拋光機(jī)等。上述的各種各樣的拋光機(jī)與穩(wěn)定供給拋光劑的槽形結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系，而對(duì)拋光表面穩(wěn)定地供給拋光劑與所用拋光機(jī)有很大關(guān)系。
在化學(xué)機(jī)械拋光中，拋光時(shí)間比其他類型的拋光例如光學(xué)拋光或金屬拋光等短得多，具體地說(shuō)，拋光是在拋光過(guò)程中高速轉(zhuǎn)動(dòng)和施加很大壓力等條件下進(jìn)行的。因此，拋光是在拋光劑難以在拋光盤表面上保持的情況下進(jìn)行。
關(guān)于認(rèn)為是最佳的槽形結(jié)構(gòu)，可引用上述的與拋光機(jī)的關(guān)系，然而，重要的是如何在拋光過(guò)程中使拋光劑保持在拋光盤的表面上。
但是，在使用普通的主要由泡沫型聚氨基甲酸酯制成的拋光盤以及樹脂中含有拋光磨粒的固定磨粒型拋光盤的情況下，要通過(guò)修整來(lái)刮削拋光盤的表面，因此，拋光盤的厚度逐漸減小。于是，在將拋光盤看成為單一彈性體的情況下，由于其厚度變化，使拋光盤的彈性變形量隨著厚度的變化而連續(xù)變化，因此，在使用這種拋光盤時(shí)，會(huì)出現(xiàn)拋光均勻性和平滑度顯著波動(dòng)的問(wèn)題。而且，上述的修整不僅造成拋光盤厚度的變化，而且也使拋光盤表面上的槽形結(jié)構(gòu)(槽的深度等)發(fā)生變化。結(jié)果，出現(xiàn)了另一個(gè)問(wèn)題，即不能通過(guò)拋光盤的厚度和槽形結(jié)構(gòu)來(lái)控制拋光性能。
如上所述，采用軟質(zhì)拋光盤或硬質(zhì)拋光盤不能同時(shí)達(dá)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(guān)系。
最近，為了滿足上述的兩項(xiàng)拋光要求，采用了具有層壓結(jié)構(gòu)的拋光盤，在該層壓結(jié)構(gòu)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，采用了改進(jìn)加壓系統(tǒng)的具有液壓系統(tǒng)等的拋光頭，以便達(dá)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(jié)構(gòu)的拋光盤時(shí)，由于拋光盤本身的變化而使拋光性能有很大差異，因此，從半導(dǎo)體器件制造工藝看，遇到了不穩(wěn)定因素增多的問(wèn)題，而且，若對(duì)拋光頭進(jìn)行改進(jìn)，則又出了拋光頭的結(jié)構(gòu)變得十分復(fù)雜的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的是要解決上述的問(wèn)題，要具體地說(shuō)，就是提出一種不容易出現(xiàn)劃痕的、拋光速度高的拋光體(拋光盤)、拋光機(jī)，并提出一種采用上述拋光機(jī)制造半導(dǎo)體器件的制造方法。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是要解決上述的問(wèn)題，更具體地說(shuō)，提出了一種非泡沫型拋光體(拋光盤)，在該拋光盤中，(1)供給的拋光劑可有效地用于拋光，故可根據(jù)拋光劑的供給而達(dá)到高效的拋光；(2)拋光劑的保持能力和流動(dòng)性好，故拋光速度高；(3)不易出現(xiàn)劃痕；(4)消除表面不平度的性能好。本發(fā)明還提出使用上述拋光盤的拋光機(jī)，并提出了一種由于采用上述的拋光機(jī)而降低拋光成本且達(dá)到更高效的加工的半導(dǎo)體器件的制造方法，因此，可在比普通的半導(dǎo)體器件制造方法更低的成本下制造出半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是要解決上述的問(wèn)題，更具體地說(shuō)，提出了一種在使用時(shí)磨損極少且表面形狀極少變化因而總是具有穩(wěn)定的拋光特性的拋光盤，并提出一種使用上述拋光盤的拋光機(jī)，而且還提出一種采用上述拋光機(jī)制造半導(dǎo)體器件的方法。
而且，另一個(gè)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盤和一種采用這種拋光盤的拋光機(jī)。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是要解決上述的問(wèn)題，更具體地說(shuō)，提出一種即使用在普通的拋光機(jī)上也具有良好的均勻性和平滑度等拋光特性的拋光體(拋光盤)，并提出使用這種拋光盤的拋光機(jī)，以及使用這種拋光機(jī)制造半導(dǎo)體器件的方法。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種用于拋光機(jī)的拋光盤，在上述拋光機(jī)中，拋光工件在上述拋光盤與上述拋光工件之間置入拋光劑的狀態(tài)下通過(guò)使上述拋光盤與上述拋光工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而受到拋光，上述拋光盤的特征在于，在該拋光盤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(jié)構(gòu)。
由于在上述的拋光盤中形成了兩種或多種凹凸形結(jié)構(gòu)，因此，就拋光特性來(lái)說(shuō)，由于有上述的凹凸形結(jié)構(gòu)而同時(shí)存在拋光均勻性良好的區(qū)域和拋光平滑度良好的區(qū)域，這樣，均勻性和平滑度都有所改善。
具體地說(shuō)，通過(guò)在拋光盤表面上形成兩種或多種凹凸形結(jié)構(gòu)可使硬質(zhì)拋光體與軟質(zhì)拋光體表觀上同時(shí)存在于同一個(gè)拋光盤內(nèi)，而不用將拋光盤或拋光頭改變?yōu)閷訅航Y(jié)構(gòu)。因此，可提出一種拋光盤和使用該拋光盤的拋光方法。使之可改善均勻性和平滑度等拋光性能，通常說(shuō)這是一種折衷的辦法，即使采用普通的拋光機(jī)也是如此。這也可得到好處，即可提高半導(dǎo)體器件制造過(guò)程的成品率而不會(huì)導(dǎo)至拋光過(guò)程中的任何損耗。
優(yōu)選地，在形成同一種凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域內(nèi)形成上述的凹凸形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)或多個(gè)凹部和上述凹凸形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)或多個(gè)凸部。
結(jié)果，進(jìn)一步改善了均勻性和平滑度。
優(yōu)選地，上述的凹凸形結(jié)構(gòu)由兩種類型的凹凸形結(jié)構(gòu)即第一凹凸形結(jié)構(gòu)和第二凹凸形結(jié)構(gòu)組成，上述的第一凹凸形結(jié)構(gòu)的的凹部和上述第二凹凸形結(jié)構(gòu)的凹部是槽，上述的第一凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部的寬度是上述的第二凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部寬度的兩倍或多倍。
因此，拋光盤的形成具有寬的凸部的第一凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域起到相當(dāng)于硬質(zhì)拋光體的作用，并且在拋光具有凹凸圖形的拋光工件時(shí)，可選擇性地拋光凹凸圖形中的凸部，結(jié)果，提高了平滑度。同時(shí)，拋光盤的形成具有窄的凸部的第二凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域起到相當(dāng)于軟質(zhì)拋光體的作用，故拋光盤在拋光時(shí)可適應(yīng)拋光工件上的任何翹曲，或適應(yīng)拋光工件表面上形成膜時(shí)產(chǎn)生的膜厚不均勻性，結(jié)果，改善了拋光均勻性。
優(yōu)選地，上述拋光盤的平面形狀是圓形的，形成上述的同一種凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域按同心圓環(huán)形方式分布。
結(jié)果，進(jìn)一步改善了均勻性和平滑度。
優(yōu)選地，形成上述的同一種凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域按柵格形布局分布。
結(jié)果，進(jìn)一步改善了均勻性和平滑度。
優(yōu)選地，在拋光盤的表面上還形成有用于供給和排出上述拋光劑的槽。
結(jié)果，由于拋光劑均勻地供給到拋光工件的整個(gè)表面上。故其拋光均勻性不降低，或者，拋光機(jī)的性能不會(huì)因磨損增大而降低。
優(yōu)選地，拋光盤的維氏硬度K為2.5kgf/mm2＜k＜30kgf/mm2。
結(jié)果，進(jìn)一步改善均勻性和平滑度。
優(yōu)選地，拋光盤由表面上形成上述的凹凸形結(jié)構(gòu)的第一層與置于該第一層的下面并與該第一層層壓在一起的第二層構(gòu)成，上述第二層的彈性模量大于上述第一層的彈性模量。
因此，這樣具有層壓結(jié)構(gòu)的拋光盤也可改善拋光均勻性和平滑度。
按照本發(fā)明，還提供了一種拋光機(jī)，在該拋光機(jī)中，拋光工件在上述拋光盤與拋光工件之間置入拋光劑的狀態(tài)下通過(guò)使上述拋光盤與上述拋光工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而受到拋光，上述拋光機(jī)的特征在于，它使用了本發(fā)明的拋光盤。
本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，該方法含有一個(gè)使用本發(fā)明的拋光機(jī)拋光晶片的步驟。
在本項(xiàng)發(fā)明中，由于采用了具有相應(yīng)優(yōu)點(diǎn)的拋光方法或拋光機(jī)，故按按本發(fā)明來(lái)拋光晶片，因此，可以精密、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)地制造半導(dǎo)體器件。


下面參看附圖詳述本發(fā)明，附圖中圖1是半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中整平技術(shù)的示意圖，圖中示出半導(dǎo)體器件的剖視圖，在圖1(a)和1(b)中，左圖是拋光前的狀態(tài)，右圖是拋光后的狀態(tài)；圖2是CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明所用的CMP拋光機(jī)的拋光盤實(shí)例的簡(jiǎn)單平面圖；圖4是具有本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)的拋光機(jī)的實(shí)例的簡(jiǎn)圖；圖5是CMP拋光機(jī)中載荷和轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的關(guān)系圖；圖6是本發(fā)明的拋光盤中槽的截面形狀的一個(gè)實(shí)例；圖7是普通拋光盤中螺旋形槽與柵格形槽相組合的槽形結(jié)構(gòu)的局部平面放大圖；圖8是本發(fā)明的加工規(guī)范中的一個(gè)實(shí)例的槽形結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖9是本發(fā)明的加工規(guī)范中的一個(gè)實(shí)例的槽形結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖10是本發(fā)明的加工規(guī)范中的一個(gè)實(shí)例的同心環(huán)形槽和徑向槽相組合的槽形結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖；圖11是本發(fā)明的加工規(guī)范中的一個(gè)實(shí)例的柵格形槽的槽形結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖；圖12是本發(fā)明的工作規(guī)范中的一個(gè)實(shí)例的三角形的柵格形的槽形結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖；圖13是拋光盤的硬度與溫度的關(guān)系圖；圖14是拋光速度與溫度的關(guān)系圖；圖15是構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的拋光頭的簡(jiǎn)圖；圖16是構(gòu)成本發(fā)明的一種加工規(guī)范中的拋光盤的一個(gè)部分的剖視圖；圖17是拋光盤加載狀態(tài)的剖視圖；圖18是拋光盤的一個(gè)實(shí)例的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的平面圖；圖19是構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)加工規(guī)范的拋光盤的剖視圖；圖20是構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)加工規(guī)范的CPM拋光機(jī)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖；圖21是構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)加工規(guī)范的拋光盤的簡(jiǎn)圖；圖22是構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)加工規(guī)范的拋光盤的簡(jiǎn)圖；圖23是構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)加工規(guī)范的拋光盤的簡(jiǎn)圖；圖24是構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)加工規(guī)范的拋光盤的示意圖；和圖25是半導(dǎo)體器件制造過(guò)程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面參看

加工規(guī)范，以便較詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。但是，這是按照加工規(guī)范和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，不應(yīng)看作是對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容的限制。
首先，說(shuō)明為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一個(gè)目的的加工規(guī)范的實(shí)例和本發(fā)明的實(shí)施例。
在本加工規(guī)范的拋光盤(拋光體)中，拋光盤表面上形成的槽形結(jié)構(gòu)中沒(méi)有飛邊，因此，最重要的是要采用不會(huì)產(chǎn)生任何飛邊的形成槽形結(jié)構(gòu)的方法。為此目的，在凹槽形成后進(jìn)行一定的處理以使拋光盤表面達(dá)到所要求的狀態(tài)也是重要的。在本發(fā)明中，主要在于消除會(huì)在拋光過(guò)程中從拋光盤上脫落的飛邊。
在本加工規(guī)范中的拋光盤的槽形結(jié)構(gòu)中，在多個(gè)構(gòu)成槽形結(jié)構(gòu)的凹槽的交叉點(diǎn)上槽的交叉角度大于2°。因此，明顯減小了在拋光過(guò)程中可能被剝離的飛邊。同心環(huán)形槽與徑向槽相結(jié)合(圖3(a))、螺旋形槽與徑向槽相結(jié)合、或單獨(dú)由柵格形槽構(gòu)成的槽形結(jié)構(gòu)(圖3(b))對(duì)于消除飛邊是最有效的。采用上述這些結(jié)構(gòu)的槽，槽間交叉角為90°，在徑向槽的情況下，槽形結(jié)構(gòu)排列成在多個(gè)構(gòu)成徑向槽的槽的交叉點(diǎn)(即拋光盤中央部分的原點(diǎn))上的交叉角度為2°或大于2°。為此，在按等角間距設(shè)置多個(gè)構(gòu)成徑向槽的槽的情況下，最好是槽的數(shù)目不超過(guò)180個(gè)。而且，構(gòu)成徑向槽的多個(gè)槽的長(zhǎng)度最好是按長(zhǎng)、短交替混合，并且，在拋光盤中心一側(cè)的多個(gè)較短的槽的終端按同心圓的形式排列在拋光盤的中心附近。因此，在拋光盤的工作表面上沒(méi)有尖銳邊部分，這是所希望的，具體地說(shuō)，在拋光盤的工作表面上最好設(shè)有曲率半徑小于50μm的邊緣表面。
本加工規(guī)范涉及與加工規(guī)范1-1結(jié)合使用的軟膏。
這種軟膏不容易凝結(jié)。
最好將含有氧化鈰的軟膏用作不易凝結(jié)的軟膏。含有二氧化硅(sio2)的軟膏通常廣泛用于采用CMP(化學(xué)拋光)法拋光介電材料。這種軟膏穩(wěn)定性良好，但易凝結(jié)而形成玻璃。這種凝結(jié)物在拋光盤的表面上形成。如果凝結(jié)物的形成部位是在槽的內(nèi)部，則不會(huì)劃傷工件但是，當(dāng)這種凝結(jié)物在槽的外部形成時(shí)(也就是在凸起部位上形成時(shí))，凝結(jié)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凈，不易形成凝結(jié)物。因此，這種軟膏適用于非泡沫型樹脂組成的硬質(zhì)拋光盤(下稱為“非泡沫型拋光盤”)。在泡沫型拋光盤用氧化鈰軟膏的情況下，軟膏在拋光盤工作表面的泡沫內(nèi)的保持能力大，因此，氧化鈰磨料粒的存留量過(guò)多，影響拋光穩(wěn)定性。具體來(lái)說(shuō)，拋光速度隨時(shí)間的推移而改變，并且，對(duì)于軟膏供料的控制操作的反應(yīng)慢。另一方面，在使用非泡沫型拋光盤的情況下，軟膏在工作表面上的保持能力小，故原先狀態(tài)的效果不能延長(zhǎng)，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(yīng)出來(lái)，故不能保持穩(wěn)定的拋光特性。
另外，在非泡沫型拋光盤使用氧化硅軟膏的情況下，難以提高拋光速度，但是，這種拋光盤用氧化鈰軟膏時(shí)可獲得高的拋光速度。
本加工規(guī)范涉及示于圖4并且是可減少擦傷的拋光機(jī)。而且，在下列圖中，與原先的圖中相同的零件用相同的標(biāo)號(hào)表示，并且不對(duì)這些零件進(jìn)行說(shuō)明。
在圖4中，標(biāo)號(hào)22表示帶動(dòng)拋光頭16轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)，23代表檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)22的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)器，24代表檢測(cè)平行于拋光盤工作表面的直線擺動(dòng)的擺動(dòng)載荷檢測(cè)器，25代表使拋光頭16擺動(dòng)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，26代表對(duì)硅晶片17的待加工表面施加載荷的加載機(jī)構(gòu)，該加載機(jī)構(gòu)26設(shè)置有可根據(jù)從外部接收到的載荷或轉(zhuǎn)矩信號(hào)調(diào)節(jié)載荷的載荷調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。標(biāo)號(hào)27代表平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)，28代表檢測(cè)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)27的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)器，拋光頭16夾持硅晶片17，并使硅晶片17轉(zhuǎn)動(dòng)，拋光構(gòu)件15是通過(guò)將拋光盤(拋光體)21粘貼在拋光平臺(tái)20的表面上而構(gòu)成的。
采用其表面形成槽形結(jié)構(gòu)的由非泡沫型樹脂制成的拋光盤作為拋光盤21。轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)22帶動(dòng)拋光頭16轉(zhuǎn)動(dòng)，平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)27帶動(dòng)拋光構(gòu)件15轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過(guò)程中，硅晶片17的待拋光表面通過(guò)拋光劑19和拋光盤21的作用而受到拋光。
上述拋光機(jī)的工作方式如下在拋光過(guò)程中，平臺(tái)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)器28檢測(cè)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)27的轉(zhuǎn)矩，拋光頭轉(zhuǎn)矩檢測(cè)器23檢測(cè)拋光頭轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)22的轉(zhuǎn)矩，擺動(dòng)載荷檢測(cè)器24檢測(cè)來(lái)自擺動(dòng)機(jī)構(gòu)25的擺動(dòng)載荷。來(lái)自平臺(tái)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)器28、拋光頭轉(zhuǎn)矩檢測(cè)器23或擺動(dòng)載荷檢測(cè)器24的轉(zhuǎn)矩或載荷的信號(hào)反饋到加載機(jī)構(gòu)26，然后，加載機(jī)構(gòu)26將該轉(zhuǎn)矩或載荷信號(hào)與預(yù)定的基準(zhǔn)信號(hào)相比較，并根據(jù)這兩種信號(hào)之間的差異增大或減小載荷。具體地說(shuō)，當(dāng)轉(zhuǎn)矩或載荷大于基準(zhǔn)值時(shí)，加載機(jī)構(gòu)26減小載荷，反之，當(dāng)轉(zhuǎn)矩或載荷小于基準(zhǔn)值時(shí)，則增大載荷。這樣，由加載機(jī)構(gòu)26所加的載荷產(chǎn)生的加在待拋光表面上的載荷引起的轉(zhuǎn)矩或擺動(dòng)載荷便可總是保持在恒定值。
上述的控制轉(zhuǎn)矩或載荷的目的優(yōu)選的是針對(duì)拋光頭轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)22。
在上述實(shí)例中，在拋光過(guò)程中連續(xù)地控制轉(zhuǎn)矩或載荷，但是，在一種較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)中，也可以僅對(duì)圖4所示的拋光頭逐步加載，而不進(jìn)行轉(zhuǎn)矩或載荷的反饋控制。在這種情況下就不需要設(shè)置諸如反饋控制所需的根據(jù)外部信號(hào)調(diào)節(jié)載荷的載荷調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等功能件。
圖5示出在拋光構(gòu)件15和拋光頭16都恒速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下施加在拋光頭上的載荷和拋光頭轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化情況。圖5(a)示出在開始拋光的同時(shí)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，在開始拋光后轉(zhuǎn)矩立即升高，然后在經(jīng)幾秒鐘后急劇降低。最后，在大約10秒后穩(wěn)定在一個(gè)固定值。這表示從靜摩擦到動(dòng)態(tài)摩擦的過(guò)渡。而在圖5(b)中，拋光開始后轉(zhuǎn)矩便立即穩(wěn)定在一個(gè)或大或小的固定值上。
本發(fā)明是根據(jù)如將轉(zhuǎn)矩盡可能控制為恒定值應(yīng)可防止工件劃痕的推論設(shè)計(jì)出來(lái)的，上述推論是基于考慮到在拋光開始后立即對(duì)拋光構(gòu)件15和拋光工件17急劇增大轉(zhuǎn)矩的影響，例如在上述的轉(zhuǎn)矩急劇變化的情況下容易發(fā)生拋光工件表面劃痕的試驗(yàn)結(jié)果等。因此，按照本發(fā)明可以不僅減少工件的劃痕而且可避免產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)和熱量，從而獲得穩(wěn)定的拋光結(jié)果。
上面的說(shuō)明所涉及的實(shí)例中，無(wú)論是拋光頭和拋光平臺(tái)都是邊移動(dòng)邊轉(zhuǎn)動(dòng)，但是，不用說(shuō)也明白，在拋光頭和平臺(tái)中的一個(gè)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的情況下也就是進(jìn)行稱之為相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下，本發(fā)明也是有效的。而且，在圖4中，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)是安裝在拋光頭一側(cè)的，但是，不消說(shuō)，也可將擺動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在拋光盤一側(cè)。
下述實(shí)施例對(duì)應(yīng)于加工規(guī)范1-1。
首先，按如下制造硬質(zhì)拋光盤關(guān)于所用的材料，將環(huán)氧樹脂構(gòu)架劑Epicote 828和Epicote871(二者皆為Yuka Shell Epoxy K.K.公司制品)和二氨基二苯甲烷固化劑按重量比2.6∶3.9∶1混合并攪拌之，再將這種混合料澆入φ800mm的模型內(nèi)。然后對(duì)這種混合物在150℃加熱8h進(jìn)行固化。而后，在上述的環(huán)氧樹脂表面上切出節(jié)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，這就制成了拋光盤。圖6示出上述槽的截面形狀放大圖，其中，31代表拋光盤的表面，32代表拋光盤中的槽。
采用雙面膠帶將上述拋光盤粘貼在拋光平臺(tái)上，構(gòu)成一個(gè)拋光構(gòu)件。將一個(gè)表面上受熱形成1μm厚氧化膜的6英寸硅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(jìn)行拋光。
拋光條件拋光盤轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘拋光頭轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘擺動(dòng)距離30mm擺動(dòng)頻率每分鐘15次往復(fù)行程拋光劑SEMI Super 25(cabot公司制造)稀釋兩倍(氧化硅軟膏)拋光劑流量200ml/min施加在晶片上的載荷460g/cm2
測(cè)量出所拋光的晶片的拋光速度為200nm/min，用劃痕檢驗(yàn)儀檢查拋光表面，未發(fā)現(xiàn)劃痕。
在與實(shí)施例1-1相同的條件下制成拋光盤，但槽的結(jié)構(gòu)有所不同。這里做成的槽的結(jié)構(gòu)既有螺旋形的又有柵格形的槽，如圖7的拋光盤放大平面圖所示，圖中33代表螺旋形槽，34代表柵格形槽。
用上述的拋光盤在與實(shí)施例1-1嚴(yán)格相同的條件下對(duì)與實(shí)施例1-1所加工的相同的硅晶片進(jìn)行拋光，對(duì)所拋光的晶片用劃痕檢查儀進(jìn)行檢查表明。在拋光面上偶爾可看見劃痕，其理由是上述拋光盤中的槽具有交叉角小于2°的銳角部分。
采用在與實(shí)施例1-1相同的條件下制成的拋光盤，在與實(shí)施例1-1相同的條件下對(duì)與實(shí)施例1-1所用的同樣的晶片進(jìn)行拋光，但所用的拋光劑含有5％(wt)的氧化鈰粉粒。結(jié)果，拋光速度達(dá)到420nm/min，用劃痕檢查儀檢查拋光表面，未發(fā)現(xiàn)劃痕。
采用與比較實(shí)施例1-1相同的拋光盤、相同的晶片并在相同的拋光條件下進(jìn)行拋光，但采用圖4所示加載機(jī)構(gòu)26對(duì)拋光頭逐步施加載荷，如圖5(b)所示那樣在大約10秒的時(shí)間對(duì)晶片所加載荷從0逐步增大至400g/cm2。
采用劃痕檢查儀檢查按上法拋光的表面，未發(fā)現(xiàn)劃痕。
另外，采用與實(shí)施例1-1相同的拋光盤、對(duì)相同的晶片在相同的條件下進(jìn)行拋光，但是對(duì)晶片施加的載荷是在大約10秒內(nèi)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(fā)現(xiàn)劃痕。
因此，由于載荷是逐步增大的，故可防止拋光平臺(tái)和拋光頭的轉(zhuǎn)動(dòng)載荷(轉(zhuǎn)矩)的急劇增大，從而從拋光初始階段就使轉(zhuǎn)矩保持或多或少的恒定。
在上面對(duì)加工規(guī)范和實(shí)施例的說(shuō)明中，是在對(duì)拋光頭施加受控的或者說(shuō)逐步變化的載荷的情況下進(jìn)行拋光的，但是，由于所述的壓力是相對(duì)壓力，故不消說(shuō)，即使所述的載荷是加在拋光盤上的載荷，本發(fā)明的效果也是不變的。
下面說(shuō)明為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的的本發(fā)明加工規(guī)范和實(shí)施例。
圖8示出按本發(fā)明的加工規(guī)范2-1制成的拋光盤21的工作表面上構(gòu)成槽結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度，b是凸部41的頂邊長(zhǎng)度，c是凹部(槽)42的底邊長(zhǎng)度，d是凹部(槽)42的頂邊長(zhǎng)度。其中，凹部和凸部最好具有周期性結(jié)構(gòu)，在此情況下，圖8中的p是凹部和凸部的周期性結(jié)構(gòu)的節(jié)距(下稱為“槽的節(jié)距”)，(p-b)是槽42的寬度(即凹部的頂部寬度)。圖8僅示出拋光盤的工作表面部分，但是，本發(fā)明的拋光盤可以是薄板狀體或板狀體，并且可以具有由不同材料層壓成的多層結(jié)構(gòu)，或者是模壓在剛性的平板頂面上的板狀結(jié)構(gòu)，只要至少在拋光盤的工作表面上具有非泡沫型樹脂組成的槽結(jié)構(gòu)即可。
按照上面提到的Preston公式，拋光速度不僅與拋光盤和拋光工件之間的相對(duì)速度成正比，而且與拋光工件和拋光盤之間的接觸面上的壓力成正比，由于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(duì)速度相同時(shí)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(guò)程中的接觸面積采用有效值，(該值與從圖中簡(jiǎn)單算出的值不同)，因?yàn)樵趻伖膺^(guò)程中施加壓力時(shí)和不加壓時(shí)拋光盤與拋光工件之間的接觸狀態(tài)是不同的，而且在某些情況下拋光盤與拋光工件之間的接觸不良。在使用非泡沫型拋光盤的情況下，不可簡(jiǎn)單地通過(guò)增大接觸面積來(lái)提高拋光速度，因?yàn)閽伖鈩┎荒芄┑缴鲜鼋佑|面的每個(gè)部位，也就是說(shuō)，因?yàn)?，拋光劑的流?dòng)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(gè)部位。然而，僅僅通過(guò)簡(jiǎn)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并不是十分有效的，原因如下具體地說(shuō)，由于槽的總面積與接觸面積之和等于拋光盤工作表面的面積，故槽的總面積增大便使接觸面積減少，并且(從上述論點(diǎn)來(lái)說(shuō))，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(huì)抵消提高拋光劑的流動(dòng)性的效果，從而抵消了提高拋光速度的效果。槽的密度高本身并不足以提高拋光劑的流動(dòng)性，同時(shí)又避免接觸面積的減小，與此同時(shí)，槽的寬度必須減小。通過(guò)減小槽的寬度并減小槽的節(jié)距而提高槽的密度可以將拋光劑供到接觸面的所有部位，并可提高拋光速度。
這里，重要的是槽的作用。拋光盤的槽不僅具有在拋光盤上形成凸部的功能和通過(guò)將拋光劑供到構(gòu)成接觸面的凸部而保證拋光劑的流動(dòng)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(diǎn)考慮，槽的寬度最好不要太窄。原因如下；具體地說(shuō)，若槽的寬度太窄，拋光碎片或者說(shuō)聚集的拋光粉粒會(huì)在排出時(shí)堵塞凹槽，結(jié)果，使拋光碎片或聚集的拋光粉粒中斷向拋光盤工作面之外的排出，并在拋光過(guò)程中，與拋光工件的接觸而產(chǎn)生劃痕。
因此，槽的節(jié)距既不應(yīng)太粗，也不應(yīng)太細(xì)，槽的寬度既不應(yīng)太寬，也不應(yīng)太窄，槽的節(jié)距和寬度各自具有最佳值。
在圖8中，槽的寬度(P-b)的合適范圍取決于從槽中排出的拋光碎片或聚集的拋光粉粒的尺寸，在氧化硅型軟膏的情況下，其尺寸最好為0.05mm～4.5mm。
由于槽的寬度如上所述地受限制，故槽的節(jié)距p取決于滿意的拋光劑的流動(dòng)性與接觸面的大小之間相互矛盾的特性的折衷平衡。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)p值為0.1～5.0mm是合適的，而且還發(fā)現(xiàn)，槽的凸部的頂邊長(zhǎng)度b值為0～0.3mm是合適的。
另外，關(guān)于槽的每個(gè)凸部的底邊長(zhǎng)a和頂邊長(zhǎng)b值的關(guān)系，最好是a≥b，而b≥0。另外，最好是每個(gè)槽底部的邊長(zhǎng)c≥0。由于設(shè)定了a≥b，不僅有利于制造，而且得到抗剪強(qiáng)度高的結(jié)構(gòu)。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的下限值取決于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(jié)構(gòu)有利于拋光盤的制造，因此是所需的。
圖9示出本發(fā)明的加工規(guī)范2-2中拋光盤工作表面上組成槽形結(jié)構(gòu)的凹部和凸部的放大剖視圖。在該拋光盤中，凹部(槽部)42的剖面形狀是U形的，其他方面，該拋光盤與加工規(guī)范2-1的拋光盤相似。因此，與加工規(guī)范2-1的拋光盤相似的部分不再描述。在加工規(guī)范2-2的拋光盤中，e代表凸部41的頂邊長(zhǎng)度，f代表凹部(槽部)42的頂邊長(zhǎng)度，g代表槽的深度。其中，凹部和凸部的周期性結(jié)構(gòu)有利于制造，并且是所希望的。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(jié)構(gòu)的節(jié)距(下稱為“槽的節(jié)距”)。
如同加工規(guī)范2-1的拋光盤一樣，在加工規(guī)范2-2的拋光盤中，槽的寬度f(wàn)的合適范圍取決于從槽中排出的拋光碎片或聚集的拋光粉粒的尺寸，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在氧化硅型軟膏的情況下，f為0.05～4.5mm是合適的。
由于槽寬如上所述地受約束，故槽的節(jié)距p2要綜合考慮拋光劑良好的流動(dòng)性和接觸面積的大小這些互相矛盾的特性后確定之。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，p2值為0.1～5.0mm是合適的。并且還發(fā)現(xiàn)，槽的凸部頂邊的長(zhǎng)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(tài)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的下限值取決于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(guī)范2-2中，拋光盤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，由于槽與拋光盤工作面之間的夾角大，故可防止在拋光盤工作面上形成銳角部分，這樣就可防止拋光工件出現(xiàn)劃痕。
再者，雖然在拋光規(guī)范2-2的拋光盤中，規(guī)定拋光盤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(guī)范2-1和2-2的拋光盤中，槽的形狀對(duì)于提高拋光速度和消除劃痕是重要的，因此，要選擇適合于保持拋光劑的流動(dòng)性同時(shí)又能留住拋光劑并可使拋光碎片或聚集的拋光粉粒有效地排放的槽結(jié)構(gòu)。最好從同心圓環(huán)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(jié)構(gòu)。在上述各種形式的槽中，同心圓環(huán)形和徑向式槽示于圖10，柵格式槽示于圖11，三角形的柵格式槽示于圖12(上述各圖都是拋光盤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(diǎn)接觸，由于本發(fā)明的非泡沫型拋光盤采用硬質(zhì)材料，故有效接觸面積小于簡(jiǎn)單地按上述的圖算出的值，因此拋光速度也低于預(yù)料值。
為了使槽凸部在整體上適應(yīng)拋光工件，需要一些裝置。為此，要利用拋光盤材料的樹脂的硬度與溫度的關(guān)系。樹脂的硬度隨溫度的升高而下降，故可通過(guò)提高溫度或者說(shuō)通過(guò)控制溫度來(lái)改善拋光盤的硬度與拋光工件的配合。圖13示出用作本發(fā)明實(shí)施例的拋光盤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(yīng)特性)。如圖14所示，拋光速度與溫度有關(guān)，并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，還由于拋光劑軟膏的活性提高所致。
硬質(zhì)的非泡沫型拋光盤的主要特征之一是其平滑度，也就是說(shuō)，有效地消除了槽形模式中的不平度。當(dāng)拋光盤的硬度降低時(shí)，該拋光盤的不平度特性降低。正如下面要談到的，為了研究拋光盤的硬度與不平度消除特性之間的關(guān)系，進(jìn)行了有關(guān)的試驗(yàn)。在厚度為500nm的4mm×4mm的試樣薄膜表面上形成一層1μm厚的氧化硅(SiO2)薄膜。當(dāng)具有初始不平度為500nm的晶片采用材料硬度可變化的拋光盤拋光去700nm時(shí)，發(fā)現(xiàn)在拋光盤材料的維氏硬度為≥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，晶片的殘余不平度減小至≤150nm。
從上述結(jié)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)，并在最高溫度條件下進(jìn)行拋光，便可獲得最大的拋光速度和良好的平滑度。
在上述拋光盤中，可以在圖10、11和12所示的槽形結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位鉆孔而形成測(cè)量窗口，以便使測(cè)量光可在一個(gè)或多個(gè)部位通過(guò)，從而可在拋光過(guò)程中對(duì)這些部位的拋光狀況進(jìn)行光學(xué)測(cè)量。另外，最好在測(cè)量窗口的向著拋光工件的一側(cè)的表面上涂一層硬質(zhì)涂層，以防止在拋光工件與拋光盤接觸時(shí)產(chǎn)生劃痕，而且最好在另一側(cè)的表面上形成一層抗反射薄膜。另外，若本發(fā)明的拋光盤安裝到(例如)圖2所示形式的普通拋光機(jī)上，使可得到拋光速度高、不平度消除特性好且不產(chǎn)生任何劃痕的拋光機(jī)。
圖15簡(jiǎn)單示出構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的拋光頭，圖中標(biāo)號(hào)43代表夾持拋光工件的主要夾持件(拋光頭)，44代表一個(gè)鋁環(huán)件，45代表彈性膜，46代表一個(gè)O形密封圖，47代表一個(gè)支承環(huán)，48代表一個(gè)O形密封圈，49代表一個(gè)氣密空間，50和51代表高壓空氣進(jìn)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(jié)距0.5mm，凸部頂邊長(zhǎng)度0.15mm)和徑向槽(間隔為5°，槽深0.5mm)的環(huán)氧樹脂制的非泡沫薄板，從而構(gòu)成一個(gè)拋光盤。
然后，將彈性膜45(RODEL NITTA公司制造的R201)粘貼到鋁環(huán)件44(其內(nèi)徑為145mm)上，將該鋁環(huán)件44通過(guò)密封圈46和48安裝起來(lái)(如圖15所示)使構(gòu)成圖15所示的拋光頭。標(biāo)號(hào)47代表一個(gè)支承環(huán)，用于防止拋光工件(硅晶片)17飛出。49是保持正壓的氣密室，用于對(duì)拋光工件17施加壓力，從高壓空氣進(jìn)入口50和51供給壓縮空氣以形成上述的正壓。由于設(shè)有氣密室49和彈性膜45，便形成一種與包括支承環(huán)47在內(nèi)的整體系統(tǒng)無(wú)關(guān)的施加壓力的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)表面張力將一塊在其表面熱形成1μm厚的SiO2氧化膜的6英寸硅片17固定在彈性膜45上，并在下列工作條件下進(jìn)行拋光加工條件
拋光盤轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘拋光頭轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘擺動(dòng)距離30mm擺動(dòng)頻率每分鐘15次往復(fù)行程拋光劑Cobat公司制造的SEMI Supers25，稀釋2倍拋光劑流量50ml/min對(duì)晶片所加的載荷400g/cm2(3.9×104pa)拋光平臺(tái)溫度也就是拋光盤的溫度保持在50℃。
在上述條件下拋光的結(jié)果，可得到200nm/min的拋光速度。而且，當(dāng)在厚度為500nm的4mm×4mm的試樣薄膜表面上形成1μm厚的氧化硅(SiO2)薄膜時(shí)，將帶有初始不平度為500nm的晶片拋光掉700nm后，其殘余不平度為≤100nm，質(zhì)量屬于良好，而且未發(fā)現(xiàn)劃痕。
當(dāng)拋光盤的溫度設(shè)定為室溫時(shí)，拋光后的殘余不平度與實(shí)施例2-1一樣，為≤100nm，，屬于良好，但是拋光速度降低到150nm/min。未發(fā)現(xiàn)劃痕。
采用與實(shí)施例2-1相同的拋光盤進(jìn)行拋光但拋光盤的溫度設(shè)定為50℃，且拋光盤的槽凸部頂邊的長(zhǎng)度增大至0.35mm。結(jié)果拋光速度從實(shí)施例2-1的200nm/min降至180nm/min。據(jù)認(rèn)為這是由于拋光劑的流動(dòng)性下降了。未發(fā)現(xiàn)劃痕。
下面說(shuō)明為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第3個(gè)目的采用的本發(fā)明的加工規(guī)范和實(shí)施例。
本加工規(guī)范的拋光體(拋光盤)21(見圖16)采用一種其由發(fā)泡產(chǎn)生的孔隙區(qū)的比例為拋光體21體積(不包括形成槽32的區(qū)域)的20％或更小的材料制成。上述的由發(fā)泡產(chǎn)生的孔隙區(qū)為0％的拋光盤稱為非發(fā)泡型拋光盤。而且，上述的由發(fā)泡產(chǎn)生的孔隙區(qū)的比例大于0％但仍然較小的拋光盤稱為低發(fā)泡型拋光盤。上述的非發(fā)泡型和低發(fā)泡型拋光盤本身的拋光劑保持能力比發(fā)泡型拋光盤(由發(fā)泡產(chǎn)生的上述孔隙區(qū)的比例較高的拋光盤)小。因此，在拋光盤21的工作面上形成V形截面的槽32。
本加工規(guī)范中所用的拋光機(jī)的結(jié)構(gòu)基本上與圖2所示的拋光機(jī)相同，該拋光機(jī)與圖2所示拋光機(jī)的不同之處僅在于它采用本加工規(guī)范的拋光體作為拋光體(拋光盤)21。因此，下面將參看圖2說(shuō)明本加工規(guī)范。
采用雙面膠帶或粘結(jié)劑將拋光盤21粘貼到拋光平臺(tái)20上。
拋光頭16夾住硅晶片17，并在它轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)使之?dāng)[動(dòng)。該晶片17以預(yù)定的壓力壓向拋光構(gòu)件15的拋光盤21，拋光構(gòu)件15也轉(zhuǎn)動(dòng)，故拋光構(gòu)件15與硅晶片17之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在此情況下，從拋光劑供料器18向拋光盤21的工作面供給拋光劑19，該拋光劑19擴(kuò)散到拋光盤21的整個(gè)工作面上，并在拋光構(gòu)件15與硅晶片17之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)入拋光盤21與硅晶片17之間的間隙，結(jié)果硅晶片17的待拋光表面便受到拋光。具體地說(shuō)，由于拋光構(gòu)件15與硅晶片17之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械拋光與拋光劑19的化學(xué)作用的綜合影響而得到了滿意的拋光。
圖17示出處于受拋光工件施加載荷時(shí)的狀態(tài)下的拋光盤的部分剖視圖，在圖17中，拋光盤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(shí)的狀態(tài)，而圖17(b)示出已受拋光工件17加載時(shí)的狀態(tài)。在拋光盤的工作面帶有槽形結(jié)構(gòu)的情況下，施加載荷時(shí)，拋光盤在整體上會(huì)發(fā)生彈性變形，但是，若將拋光盤21分成一個(gè)從其表面延伸至其槽底的槽區(qū)21a和一個(gè)相應(yīng)于拋光盤的不形成槽的下層的本體區(qū)21b時(shí)，在形成有槽的槽區(qū)21a發(fā)生的彈性變形的程度較大，因?yàn)榇颂幍膯挝幻娣e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(qū)21a的變形較小。拋光特性明顯地隨形成上述槽的槽區(qū)21a的變形量而變化。具體地說(shuō)，若該變形量大時(shí)，就可改善軟拋光盤的均勻性(它是軟拋光盤的特征之一)，另一方面，若變形量小，就可改善硬拋光盤的平滑度(它是硬拋光盤的特征之一)。
在拋光盤工作面上的槽32(見圖16)的寬度W小于0.1mm的情況下，制造拋光盤時(shí)便難以在保持槽的尺寸精度的同時(shí)形成這些槽。而且也難以清理出已進(jìn)入槽32內(nèi)的拋光劑，這些拋光劑粘附在槽32的內(nèi)部，因此在拋光時(shí)所產(chǎn)生的碎片可能會(huì)劃傷硅晶片的拋光表面。另一方面，在拋光盤工作面上的槽32的寬度W大于2.0mm的情況下，通過(guò)拋光劑與拋光工件相接觸的面積減小，從而使拋光盤與拋光工件之間的接觸阻力所產(chǎn)生的熱量減少，因此，CMP中化學(xué)部分的作用減小，這就使拋光速度顯著下降。綜上所述，拋光盤工作面上槽32的寬度W最好是0.1mm≤W≤2.0mm。
另外，在形成槽32的槽區(qū)的體積與拋光盤21的體積(包括形成槽32的槽區(qū))之比VL小于0.1％的情況下，拋光劑在拋光盤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，拋光盤的變形量減小，故從這一方面看均勻性也差。另一方面，若上述的比值VL大于30％，拋光盤的變形量大，故會(huì)使平滑度變差，因此，上述比值VL最好是0.1％≤VL≤30％。
因此，在采用上述類型的拋光盤的上述拋光機(jī)的情況下，由于拋光盤的材料是非泡沫型或低泡沫型材料，故拋光盤在使用時(shí)的磨損量很小，而且不必進(jìn)行修整或只要短時(shí)間修整，這樣，由于槽形結(jié)構(gòu)不因磨損而變化，故可始終保持穩(wěn)定的拋光特性。因此，必須更換拋光盤的次數(shù)減少，故拋光成本降低。而且，可通過(guò)在改變工作面上形成的槽的結(jié)構(gòu)(槽的寬度W和體積比VL)來(lái)控制拋光特性中的均勻性、平滑度和拋光速度，因此，可通過(guò)選擇槽的結(jié)構(gòu)以獲得理想的拋光特性。結(jié)果可提高拋光產(chǎn)量，縮短拋光所需的時(shí)間，從而降低拋光成本。
另外，在本加規(guī)范中，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(guī)范的拋光盤的厚度D(見圖16)的范圍是0.5mm≤D≤5.0mm，其它方面與加工規(guī)范3-1中的拋光盤相同，故不再描述，而且，所用的拋光機(jī)也與加工規(guī)范3-1的拋光機(jī)相同。
如果拋光盤21的厚度大于5.0mm，拋光盤的絕對(duì)變形量便增加，使平滑度變差。另一方面，若拋光盤21的厚度D小于0.5mm，拋光盤的絕對(duì)變形量減小，使均勻性變差。因此，最好將厚度規(guī)定為0.5mm≤D≤5.0mm。
因此，對(duì)于使用本加工規(guī)范的拋光盤的拋光機(jī)，可通過(guò)拋光盤的厚度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(guò)選擇拋光盤的厚度以獲得理想的拋光特性。因此可提高拋光產(chǎn)量、縮短所需的拋光時(shí)間，從而降低拋光成本。
在本加工規(guī)范的拋光盤中，槽32的深度不大于拋光盤工作面上槽的寬度W的3倍(圖16)，其它方面則與加工規(guī)范3-1或3-2的拋光盤相同，故不再描述。而且，所用的拋光機(jī)與加工規(guī)范3-1的拋光機(jī)相同。
如果槽32的深度大于拋光盤21工作面上槽32的寬度W的3倍，便難以從拋光盤的槽內(nèi)清出拋光劑。結(jié)果，拋光劑粘附在槽內(nèi)，當(dāng)這些粘附的物質(zhì)松散時(shí)，很可能使拋光工件的拋光表面產(chǎn)生劃痕。因此，槽32的深度最好不大于拋光盤工作面上槽的寬度W的3倍。
因此，在拋光機(jī)采用本加工規(guī)范的拋光盤的情況下，拋光工件的拋光表面不會(huì)出現(xiàn)劃痕。結(jié)果，可提高拋光產(chǎn)量，降低拋光成本。
圖18是本加工規(guī)范的拋光盤的結(jié)構(gòu)示意圖(平面圖)，在本加工規(guī)范的拋光盤中，其槽相對(duì)于拋光盤表面的形狀是“編織”形的。如果槽相對(duì)于拋光盤表面的形狀做成“編織”形，便可穩(wěn)定地供給拋光劑。而且，拋光盤上的拋光劑不容易因拋光平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力而飛出拋光盤之外。這就改善了拋光劑在拋光盤工作表面上的保持能力。因此，上述的槽相對(duì)于拋光盤表面的形狀最好是“編織”形的。除此之外，本規(guī)范的拋光盤與上述的加工規(guī)范3-1、3-2和3-3的拋光盤相同，因此不再描述。
再者，在上述的加工規(guī)范的拋光盤中，槽相對(duì)于拋光盤表面的形狀是“編織”形的，但是，也可以采用螺旋形、同心圓環(huán)形、柵格形、三角形的柵格形或其他形狀，或采用從上述各形狀中選擇的兩種或多種形狀與“編織”形相結(jié)合的形狀。
在拋光機(jī)采用具有上述槽形的拋光盤的情況下，拋光劑在拋光盤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(jié)果，提高了拋光產(chǎn)量，縮短了拋光所需時(shí)間，從而可降低拋光成本。
圖19示出本加工規(guī)范用的拋光盤的剖視圖。圖19(a)示出槽32的剖面形狀為V形的拋光盤，圖19(b)示出槽32的剖面形狀為U形的拋光盤。在圖19(a)的情況下，拋光盤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，拋光盤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，則有利于拋光劑的供入和排出，而且，由于拋光盤工作面與槽的夾角大，故可消除拋光盤工作面上形成銳角部位，結(jié)果，就可防止硅晶片拋光表面上產(chǎn)生劃痕。
拋光盤21的其余結(jié)構(gòu)與加工規(guī)范3-1～3-4的拋光盤的結(jié)構(gòu)相似，故不再描述。
另外，在本加工規(guī)范的拋光盤中，拋光盤工作面上形成的槽的剖面形狀是V形或U形。但是，也可以采用U形以外的具有曲率的形狀，或者采用矩形或多角形。
在拋光機(jī)采用上述拋光盤的情況下，拋光工件不產(chǎn)生劃痕。因此可提高拋光產(chǎn)量，降低拋光成本。
在本加工規(guī)范的拋光盤中，材料的壓縮彈性模量K為0.1Gpa≤K≤2.0Gpa，其余的結(jié)構(gòu)與加工規(guī)范3-1～3-5的拋光盤的結(jié)構(gòu)相同，因此這里不再描述。
在本加工規(guī)范中，由于材料不是太軟，故在拋光過(guò)程中的磨損極少，故拋光盤的使用壽命長(zhǎng)，而且平滑度不變差。另外，由于材料不是太硬，故拋光工件不會(huì)產(chǎn)生劃痕，且均勻性不變差。
在拋光機(jī)采用本加工規(guī)范的上述拋光盤的情況下，由于拋光盤采用壓縮彈性模量K為0.1Gpa≤K≤2.0Gpa的材料制成，故可提高拋光產(chǎn)量，并可降低拋光成本。
在本加工規(guī)范的拋光盤中，拋光盤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(huán)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。主要由上述材料制成的拋光盤在拋光時(shí)極少磨損。
在拋光機(jī)采用上述拋光盤的情況下，拋光盤在拋光時(shí)磨損極少，故可延長(zhǎng)拋光盤的使用壽命。結(jié)果，更換拋光盤的次數(shù)減少，故可降低拋光成本。
在本加工規(guī)范的拋光盤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(gè)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(duì)于拋光盤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(guī)范中的拋光盤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(jī)采用上述拋光盤的情況下，拋光劑可均勻地供到拋光工件的整個(gè)拋光表面上。因此，均勻性不會(huì)變差，拋光特性也不會(huì)由于拋光工件與拋光盤之間的摩擦增大而變差，結(jié)果提高了拋光的產(chǎn)量，降低了拋光成本。
在本加工規(guī)范中，拋光盤的一部分是透明區(qū)。
圖20是本加工規(guī)范的拋光機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)61代表一個(gè)孔，62代表拋光過(guò)程測(cè)量器，63代表測(cè)量光。圖20所示拋光機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與圖2所示拋光機(jī)相同。因此這里僅說(shuō)明不同的部分。在拋光平臺(tái)20內(nèi)鉆出孔61，在該拋光平臺(tái)20下方安裝一個(gè)通過(guò)光學(xué)地觀察拋光狀態(tài)而檢測(cè)拋光過(guò)程(例如硅晶片的厚度)的拋光過(guò)程測(cè)量器62。在置于拋光平臺(tái)20上的拋光盤21內(nèi)形成一個(gè)透明區(qū)(圖中未示出)，并且，拋光機(jī)的結(jié)構(gòu)做成可使上述的透明區(qū)與拋光平臺(tái)20上的孔61相重疊。因此，從拋光過(guò)程測(cè)量器62發(fā)出的測(cè)量光63可穿過(guò)上述的孔61和拋光盤21內(nèi)的透明區(qū)，并由硅晶片反射回來(lái)，再次通過(guò)拋光盤21的透明區(qū)和孔61而返回到拋光過(guò)程測(cè)量器62，并由該測(cè)量器62檢測(cè)返回的光，這樣就可測(cè)出拋光進(jìn)展情況。
最好用一種可根據(jù)反射的光譜學(xué)特性(反射的光譜學(xué)譜線)檢測(cè)拋光終點(diǎn)并測(cè)量膜的厚度的裝置作為上述的光學(xué)地觀察拋光狀態(tài)和測(cè)量拋光過(guò)程的拋光過(guò)程測(cè)量器62。由觀察拋光表面狀態(tài)的拋光過(guò)程測(cè)量器62測(cè)出的反射光譜學(xué)譜線通過(guò)計(jì)算機(jī)與用模擬試驗(yàn)等方法獲得的標(biāo)準(zhǔn)譜線相比較，并計(jì)算出膜的厚度，或測(cè)定拋光終點(diǎn)。另外，也可不用上述的根據(jù)上述反射光譜特性(反射光譜學(xué)譜線)來(lái)檢測(cè)拋光終點(diǎn)和計(jì)算膜厚度的裝置，而采用一種根據(jù)規(guī)定波長(zhǎng)的光的反射率的變化來(lái)檢測(cè)拋光終點(diǎn)或測(cè)量膜的厚度的裝置，或一種通過(guò)對(duì)CCD計(jì)算機(jī)控制顯示攝影機(jī)攝取的拋光表面的影象進(jìn)行影象處理來(lái)檢測(cè)拋光終點(diǎn)或測(cè)量膜的厚度的裝置作為上述的觀察拋光表面狀態(tài)的拋光過(guò)程測(cè)量器62。
因此，采用本加工規(guī)范的拋光機(jī)，可以在拋光過(guò)程中借助于一種通過(guò)拋光平臺(tái)上的孔和拋光盤的透明區(qū)觀察拋光狀態(tài)的裝置原位檢測(cè)拋光工件的拋光表面的拋光狀態(tài)。因此，在拋光過(guò)程中可以測(cè)定拋光終點(diǎn)，故可提高拋光產(chǎn)量，降低拋光成本。
在上述的各加工規(guī)范3-1～3～9中，可通過(guò)按如下方式設(shè)定槽形結(jié)構(gòu)和拋光盤厚度將拋光特性控制在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)。
具體地說(shuō)，增加槽的深度和增加拋光盤的厚度，可以提高均勻性。而且，減小槽的深度和減小拋光盤厚度可提高平滑度。另外，通過(guò)增大拋光盤的槽間凸部的寬度可以提高拋光速度。
用于在上述各加工規(guī)范的拋光盤表面上形成槽的方法可以是通用的公知方法例如采用一種凹槽加工刀具銑削拋光盤的表面的方法。

用雙面膠帶將一種由環(huán)氧樹脂制成的具有槽形結(jié)構(gòu)的非泡沫型拋光盤粘貼在拋光機(jī)的拋光平臺(tái)的表面上。上述環(huán)氧樹脂的壓縮彈性模量為0.98Gpa。本實(shí)施例3-1的拋光盤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。拋光盤的厚度為4.0mm，形成上述槽的區(qū)域的體積與拋光盤的體積(包括上述形成槽的區(qū)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英寸硅片固定在拋光頭上，在下列條件下拋光150秒拋光頭轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘拋光平臺(tái)轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘對(duì)拋光頭所加的載荷3.92×104Pa拋光頭的擺動(dòng)距離30mm拋光頭擺動(dòng)頻率每分鐘15次往復(fù)行程所用的拋光劑由Cabot公司制造的SS25，用離子交換水稀釋2倍。
拋光劑流量200ml/min然后，在上述條件下對(duì)一種具有等離子體TEOS(四乙氧基硅烷)膜圖形的硅晶片進(jìn)行拋光。上述的帶圖形的硅晶片的圖形部分由1.5μm的等離子體TEOS膜組成，而無(wú)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。在硅晶片內(nèi)沿兩維方向設(shè)置一個(gè)4.0mm平方的圖形區(qū)，將這種膜拋光到無(wú)圖形部分的厚度達(dá)到0.8μm為止。
采用一種表面上帶有槽形結(jié)構(gòu)的由環(huán)氧樹脂制成的非泡沫型拋光盤對(duì)一種與實(shí)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英寸硅晶片和一種具有等離子體TEOS膜圖形的硅晶片)進(jìn)行拋光。在上述拋光盤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。拋光盤的厚度為4.0mm，形成上述槽的區(qū)域的體積與拋光盤的體積(包括上述形成槽的區(qū)域)之比VL為1.6％。拋光條件與實(shí)施例3-1的條件完全相同。

采用一種表面上帶有槽形結(jié)構(gòu)的由環(huán)氧樹脂制成的非泡沫型拋光盤對(duì)一種與實(shí)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英寸的硅晶片和一種具有等離子體TEOS膜圖形的硅晶片)進(jìn)行拋光。在上述拋光盤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。拋光盤的厚度為2.0mm，形成上述槽的區(qū)域的體積與拋光盤的體積(包括上述形成槽的區(qū)域)之比VL為3.1％。拋光條件與實(shí)施例3-1的條件完全相同。
采用實(shí)施例3-3的拋光盤對(duì)1000件表面上形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸硅晶片進(jìn)行拋光，然后，對(duì)與實(shí)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英寸硅晶片的和一種具有等離子體TEOS膜圖形的硅晶片)進(jìn)行拋光。在這次拋光中，無(wú)論在拋光前還是在拋光過(guò)程中都不進(jìn)行修整。拋光條件與實(shí)施例3-1的條件完全相同。
采用一種表面上帶有槽形結(jié)構(gòu)的由環(huán)氧樹脂制成的非泡沫型拋光盤對(duì)一種與實(shí)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英寸硅晶片和一種具有等離子體TEOS膜圖形的硅晶片)進(jìn)行拋光。在上述拋光盤工作面上做出“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。拋光盤的厚度為4.0mm，形成上述槽的區(qū)域的體積與拋光盤的體積(包括上述形成槽的區(qū)域)之比VL為5.2％。拋光條件與實(shí)施例3-1的條件完全相同。
采用一種環(huán)氧樹脂制成的表面帶有槽形結(jié)構(gòu)的非泡沫型拋光盤拋光與實(shí)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英寸硅晶片和一種具有等離子體TEOS膜圖形的硅晶片)。上述拋光盤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。拋光盤的厚度為4.0mm，形成上述槽的區(qū)域的體積與拋光盤的體積(包括上述形成槽的區(qū)域)之比VL為5.0％，拋光條件與實(shí)施例3-1的條件完全相同。
采用環(huán)氧樹脂制成的表面帶有槽形結(jié)構(gòu)的非泡沫型拋光盤拋光與實(shí)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英寸硅晶片和一種具有等離子TEOS膜圖形的硅晶片)。在本比較實(shí)例的拋光盤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，拋光盤的厚度為4.0mm，形成上述槽的區(qū)域的體積與拋光盤的體積(包括上述形成槽的區(qū)域)之比VL為45.0％。拋光條件與實(shí)施例3-1的條件完全相同。
對(duì)上述的實(shí)施例和比較實(shí)例，分別用完成拋光后的拋光工件測(cè)量了拋光速度、均勻性和平滑度。拋光速度根據(jù)上述的表面已形成1μm厚的熱致氧化膜的6英寸硅晶片(不包括從晶片邊緣向內(nèi)延伸5mm的部分)的拋光時(shí)間和平均拋光量計(jì)算。根據(jù)表面上形成1μm厚的熱致氧化膜的6英寸硅晶片的拋光型面(不包括從晶片邊緣向內(nèi)延伸5mm的部分)的拋光量用下列公式計(jì)算均勻性均勻性(％)＝(RA-RI)/(RA+RI)×100式中RA是測(cè)量拋光量的型面上的最大拋光量，RI是測(cè)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(píng)價(jià)用上述的具有等離子體TEOS膜圖形的6英寸硅晶片，將沒(méi)有圖形的部分拋光至0.8μm，然后，在該硅晶片的各個(gè)部位上測(cè)出殘余不平度，再取測(cè)驗(yàn)出的殘余不平度值中的最大值為平滑度。
將上述實(shí)施例和比較實(shí)例的槽結(jié)構(gòu)和拋光盤厚度以及上述的測(cè)量結(jié)果一起列于表1(表中的實(shí)施例1是指實(shí)施例3-1，比較實(shí)例1是指比較實(shí)例3-1，如此類推)。
如表1所示，由于本發(fā)明規(guī)定的槽的結(jié)構(gòu)和拋光盤厚度的不同，所以盡管各實(shí)施例和比較實(shí)例的拋光盤材料完全相同，但拋光特性有很大差別。
實(shí)施例3-1與3-2的差別僅在于槽的結(jié)構(gòu)，均勻性是槽的寬度大且槽的深度深的實(shí)施例3-1的好，而平滑度則與上述情況相反，是實(shí)施例3-2的好。如上所示，上述差異的原因是形成槽的區(qū)域的表觀彈性模量的差別所致。關(guān)于拋光速度也可看出，槽間凸部寬度大的實(shí)施例3-2大得多。
表1

關(guān)于實(shí)施例3-2和3-3，槽的結(jié)構(gòu)是相同的，但拋光盤厚度不同。實(shí)施例3-2的均勻性好，而實(shí)施例3-3的平滑度好，在這些實(shí)施例中，產(chǎn)生上述差別的原因在于，由于相應(yīng)的拋光盤的厚度不同造成了拋光過(guò)程中變形的絕對(duì)量不同所致。
關(guān)于實(shí)施例3-3和3-4，在連續(xù)拋光前和連續(xù)拋光后進(jìn)行了相應(yīng)的評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，采用本發(fā)明的拋光盤時(shí)，不管每次拋光作業(yè)時(shí)是否進(jìn)行修整，拋光特性都不會(huì)由于連續(xù)拋光而變化。
在實(shí)施例3-5和3-2中比較了拋光盤工作面上形成“編織”形分布的槽與形成螺旋形分布的槽的情況，此兩實(shí)例表明實(shí)施例3-5中的“編織”結(jié)構(gòu)的槽較好，因?yàn)槠鋻伖鈩┑墓┙o和排放能力大。
比較實(shí)例3-1和3-2的槽形結(jié)構(gòu)與本發(fā)明的權(quán)利要求不同。在比較實(shí)例3-1中，槽之間的寬度大，所以拋光劑不能充分供應(yīng)之，致使拋光效率低。另外，在比較實(shí)例3-2中，槽之間的寬度很小，結(jié)果，拋光過(guò)程中的接觸面積小，致使拋光效率低。另外，在上述兩實(shí)例中，拋光時(shí)硅晶片的拋光表面都容易出現(xiàn)十分嚴(yán)重的劃痕。
下面說(shuō)明為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第四個(gè)目的的加工規(guī)范的實(shí)例和本發(fā)明的實(shí)施例。
圖21(a)和21(b)簡(jiǎn)單示出本加工規(guī)范的拋光盤，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(duì)應(yīng)于A和A′的位置)。
本加工規(guī)范的拋光盤的平面形狀是圓形的，在該拋光盤表面上形成兩種類型的凹凸形結(jié)構(gòu)。下面分別將這兩種凹凸形結(jié)構(gòu)稱為“第一凹凸形結(jié)構(gòu)”和“第二凹凸形結(jié)構(gòu)”。如圖21(a)所示，在拋光盤的表面上的具有第一凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域(即圖21(a)的黑的部分)和具有第二凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域(即圖21(a)的白的部分)是呈同心圓形式設(shè)置的，形成第一凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域(即21(a)中的黑的部分)設(shè)有3個(gè)區(qū)，而形成第二凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域(即圖21(a)中的白的部分)設(shè)有兩個(gè)區(qū)。在形成第一凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域中，分別形成兩個(gè)或多個(gè)凹部和凸部，在形成第二凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域中也形成兩個(gè)或多個(gè)凹部和凸部。第一凹凸形結(jié)構(gòu)的凹部和第二凹凸形結(jié)構(gòu)的凹部都是槽，而且，如圖21(b)所示，第一凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部的寬度和第二凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部的寬度是不同的，第一凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部的寬度大于第二凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部的寬度。
圖22(a)和22(b)示出本加工規(guī)范的拋光盤，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(duì)應(yīng)于B和B′的位置)。
本加工規(guī)范的拋光盤的平面形狀是圓形的，并且，在該拋光盤的表面上形成了兩種凹凸形結(jié)構(gòu)，下面將這兩種凹凸形結(jié)構(gòu)分別稱為“第一凹凸形結(jié)構(gòu)”和“第二凹凸形結(jié)構(gòu)”。如圖22(a)所示，在拋光盤表面上具有第一凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域(即圖22(a)中黑的部分)和具有第二凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)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(jié)構(gòu)的區(qū)域中，分別形成兩個(gè)或多個(gè)凹部和凸部，而在形成第二凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域中也形成兩個(gè)或多個(gè)凹部和凸部。第一凹凸形結(jié)構(gòu)的凹部和第二凹凸形結(jié)構(gòu)的凹部都是糟。在各個(gè)區(qū)域內(nèi)，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(jié)構(gòu)的凸部的寬度與第二凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部的寬度是不同的，第一凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部的寬度大于第二凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部寬度。
將上述加工規(guī)范4-1或4-2的拋光盤安裝在圖2所示類型的CMP拋光機(jī)內(nèi)，并用于拋光硅晶片等。
當(dāng)對(duì)夾持硅晶片的拋光頭施加壓力，從而使拋光頭按預(yù)定的壓力壓向拋光平臺(tái)上的加工規(guī)范4-1或4-2的拋光盤時(shí)，在拋光盤上凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部寬度大的區(qū)域內(nèi)施加在拋光盤單位面積上的壓力小，所以拋光盤上產(chǎn)生的變形量小。另一方面，在凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部寬度小的區(qū)域內(nèi)，施加在拋光盤的單位面積上的壓力大，所以拋光盤產(chǎn)生的變形量大。換句話說(shuō)，從表觀上看，在同一個(gè)拋光盤中同時(shí)存在一種硬拋光體和一種軟拋光體。
就均勻性來(lái)說(shuō)，彈性模量小的軟拋光體較好，而對(duì)于平滑度來(lái)說(shuō)，則彈性模量大的硬拋光體較好。這種趨向?qū)τ诒景l(fā)明的拋光盤也是同樣有效的。具體地說(shuō)，拋光盤中凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部寬度大的部分起到相當(dāng)于硬拋光體的作用，所以在拋光凹凸圖形時(shí)，可選擇性地拋光硅晶片上的凹凸圖形中的凸部，從而改善均勻性。另一方面，拋光盤中凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部寬度小的部分起到相當(dāng)于軟拋光體的作用，所以拋光盤在拋光時(shí)可均勻地適應(yīng)硅晶片圖形的凹凸?fàn)詈驮谛纬杀∧r(shí)產(chǎn)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(guī)范的拋光盤，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(duì)應(yīng)于C和C′的位置)。
本加工規(guī)范的拋光盤是上述加工規(guī)范4-1的拋光盤的改型。本加工規(guī)范的拋光盤與上述的加工規(guī)范4-1的拋光盤的不同是在拋光盤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。該拋光盤的其余部分的結(jié)構(gòu)與加工規(guī)范4-1的相同，故不再說(shuō)明。
圖24(a)和24(b)示出本加工規(guī)范的拋光盤，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(duì)應(yīng)于D和D′的位置)。
本發(fā)明的加工規(guī)范4-4的拋光盤是上述加工規(guī)范4-2的拋光盤的改型。本加工規(guī)范的拋光盤與上述加工規(guī)范4-2的拋光盤的不同是在拋光盤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。該拋光盤的其余結(jié)構(gòu)與加工規(guī)范4-2的相同，因此不再描述。
在拋光硅晶片時(shí)，希望拋光劑均勻地供給到硅晶片的整個(gè)表面上，在拋光劑供應(yīng)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(jī)的性能下降。如果在加工規(guī)范4-3和4-4的拋光盤上形成供給和排放拋光劑的槽，則足以解決拋光過(guò)程中出現(xiàn)的上述問(wèn)題，關(guān)于槽的寬度、槽的形狀和槽的深度，在上述的加工規(guī)范中沒(méi)有限制。
另外，在上述的加工規(guī)范4-1～4-4的拋光盤中，采用了兩種類型的凹凸形結(jié)構(gòu)，但是，也可以采用3種或多種類型的凹凸形結(jié)構(gòu)。
另外，在上述的加工規(guī)范的拋光盤中，在形成同一種凹凸結(jié)構(gòu)的區(qū)域內(nèi)凹部的寬度與凸部的寬度是恒定的，但是，也可以采用凹部的寬度與凸部的寬度按規(guī)定的次序變化的凹凸形結(jié)構(gòu)。
另外，在加工規(guī)范4-1和4-3中，具有第一凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域和具有第二凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域是呈同心圓形式分布的，在加工規(guī)范4-2和4-4中，具有第一凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域和具有第二凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域是呈柵格式分布的，但是，具有第一凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域和具有第二凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域也可以按一種周期性變化的布局或其他方式的布局設(shè)置之。
另外，在加工規(guī)范4-1～4-4中的拋光盤，第一凹凸形結(jié)構(gòu)的凹部和第二凹凸形結(jié)構(gòu)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(guī)范的拋光盤中，構(gòu)成第一凹凸形結(jié)構(gòu)的凹部的槽是矩形的，而構(gòu)成第二凹凸形結(jié)構(gòu)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(guī)范的拋光盤也可以用于帶有一層彈性模量大的材料的層壓結(jié)構(gòu)的拋光盤，在此情況下，具有層壓結(jié)構(gòu)的拋光盤由其表面上具有凹凸形結(jié)構(gòu)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(duì)的面下)的第二層構(gòu)成，而且，為了得到本發(fā)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，在拋光盤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銑削拋光盤的表面等方法。
將環(huán)氧樹脂制成的具有加工規(guī)范4-1(圖21(a))的結(jié)構(gòu)的非泡沫型拋光盤粘貼在一種CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)機(jī)的拋光平臺(tái)上。在該拋光盤的表面上按相隔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(jié)構(gòu)(即圖21(b)所示的第二凹凸形結(jié)構(gòu))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(jié)構(gòu)(即圖21(b)所示的第一凹凸形結(jié)構(gòu))。第二凹凸形結(jié)構(gòu)的V形槽的斜面角約為60°。
環(huán)氧樹脂制成的非泡沫型拋光盤的維氏硬度為7.0kgf/mm2。為了獲得上面所述的軟拋光體和硬拋光體同時(shí)存在的結(jié)構(gòu)，拋光盤的維氏硬度最好為2.5kgf/mm2或更高些，但不高于30kgf/mm2。而且，在本實(shí)施例中，凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部寬度大的部分與凹凸形結(jié)構(gòu)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(shí)存在的結(jié)構(gòu)，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英寸硅晶片通過(guò)背襯材料固定在拋光頭上，并在下列條件下進(jìn)行拋光拋光頭轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘拋光平臺(tái)轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘載荷(拋光頭壓在拋光盤上的壓力)400g/cm2拋光頭擺動(dòng)距離30mm拋光頭擺動(dòng)頻率每分鐘15次行程拋光時(shí)間2min所用拋光劑Cabot公司制造的SS25(用離子交換水稀釋2倍)拋光劑流量200ml/min另外，在6英寸硅晶片上形成多個(gè)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(guò)控制時(shí)間，將上述凸部拋光去500nm。
將環(huán)氧樹脂制成的具有加工規(guī)范4-3圖23(a)結(jié)構(gòu)的非泡沫型拋光盤粘貼在CMP拋光機(jī)的拋光平臺(tái)上。在該拋光盤上事先形成用于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，在該拋光盤表面上按相隔加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(jié)構(gòu)(即圖23(b)所示的第二凹凸形結(jié)構(gòu))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(jié)構(gòu)(即圖23(b)所示的第一凹凸形結(jié)構(gòu))，上述第二凹凸形結(jié)構(gòu)中的V形槽的斜面角約為60°。
采用上述拋光盤按照與實(shí)施例1相同的條件對(duì)一種表面上形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸硅晶片和一種表面上形成多個(gè)具有多處500nm不平度的2mm×2mm的凸出圖形的6英寸硅晶片進(jìn)行拋光。
將環(huán)氧樹脂制成的具有加工規(guī)范4-4(圖24(a)的結(jié)構(gòu)的非泡沫型拋光盤粘貼在CMP拋光機(jī)的拋光平臺(tái)上。在該非泡沫型的拋光盤上事先形成用于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，在該拋光盤表面上按均勻相隔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(jié)構(gòu)(即圖24(b)所示的第二凹凸形結(jié)構(gòu))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(jié)構(gòu)(即圖24(b)所示的第一凹凸形結(jié)構(gòu))。
采用上述拋光盤按照與實(shí)施例4-1相同的方法對(duì)一種表面形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸硅晶片和一種表面上形成多個(gè)具有多處500nm不平度的2mm×2mm凸出圖形的硅晶片進(jìn)行拋光。
將一種環(huán)氧樹脂制成的其表面具有槽形結(jié)構(gòu)的非泡沫型拋光盤粘貼在一種CMP拋光機(jī)的拋光平臺(tái)上。在該拋光盤表面上按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，用于供給和排出拋光劑。
采用上述拋光盤按照與實(shí)施例4-1相同的方法對(duì)一種表面上形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸硅晶片和一種表面上形成多個(gè)具有多處500nm不平度的2mm×2mm凸出圖形的6英寸硅晶片進(jìn)行拋光。
將一種具有由表面上帶有槽形結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的拋光盤粘貼到一種CMP拋光機(jī)的拋光平臺(tái)上。在該拋光盤的第一層表面上按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的徑向槽用于供給和排出拋光劑。
采用上述拋光盤按照與實(shí)施例4-1相同的方式對(duì)一種表面上形成1μm厚熱致氧化膜的6英寸硅晶片和一種表面上形成多個(gè)具有多處500nm不平度的2mm×2mm凸出圖形的6英寸硅晶片進(jìn)行拋光。
對(duì)用實(shí)施例4-1、4-2和4-3以及比較實(shí)例4-1和4-2的方法進(jìn)行拋光后的各硅晶片評(píng)價(jià)其均勻性和平滑度。
根據(jù)已形成1μm熱致氧化膜的6英寸硅晶片型面(從晶片邊緣向內(nèi)延伸5mm的部分除外)上測(cè)出的拋光量按下列公式計(jì)算其均勻性均勻性(％)＝(RA-RI)/(RA+RI)×100式中，RA是被測(cè)量拋光量的型面上的最大拋光量，RI是被測(cè)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(píng)價(jià)用一種表面上形成多個(gè)具有多處500nm不平度的2mm×2mm凸出圖形的6英寸硅晶片，拋光掉其500nm不平度，然后在硅晶片內(nèi)的多個(gè)部位上測(cè)量其殘余不平度，取所測(cè)量的殘余不平度值中的最大值為平滑度。
表2綜合列出上述實(shí)施例和比較實(shí)例測(cè)得的均勻性和平滑度的評(píng)價(jià)結(jié)果(表中的實(shí)施例1是實(shí)施例4-1，比較實(shí)例1是比較實(shí)例4-1，以此類推)。
表中評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表明，實(shí)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(shí)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(shí)施例4-2和比較實(shí)例4-1評(píng)價(jià)帶有被除去的從邊緣向內(nèi)延伸1mm的部分的均勻性時(shí)，實(shí)施例4-2得到的值是8％，而比較實(shí)例4-1得到的值是20％。從此結(jié)果清楚地看出，采用本發(fā)明的拋光盤，硅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(fā)明的半導(dǎo)體器件制造過(guò)程的流程圖。半導(dǎo)體器件制造過(guò)程開始時(shí)，首先在步驟S200中選擇下面要說(shuō)明的步驟S201～S204中的一個(gè)合適的加工程序。然后按照在步驟S201～S204中所選的程序進(jìn)行處理。
步驟S201是對(duì)硅晶片的表面進(jìn)行氧化的氧化程序。步驟S202是通過(guò)CVD(化學(xué)氣相沉積)法等在硅晶片表面上形成絕緣薄膜的CVD程序。步驟S203是通過(guò)諸如真空蒸發(fā)等方法在硅晶片上形成電極的電極形成程序，步驟S204是向硅晶片噴射離子的離子噴射程序。
經(jīng)過(guò)CVD程序或電極形成程序后，工作進(jìn)行到步驟S205，該步驟S205是一種CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)程序。在該CMP程序中，采用本發(fā)明的拋光機(jī)拋光半導(dǎo)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(jīng)過(guò)CMP程序或氧化程序后，工作進(jìn)行到步驟S206，該步驟S206是一種光刻程序，在該光刻程序中，對(duì)硅晶片涂上一層抗蝕保護(hù)膜，并通過(guò)一種曝光裝置使其曝光而將一種電路圖形焊在硅晶片上，然后對(duì)曝光過(guò)的晶片顯影。下一個(gè)步驟S207是一個(gè)腐蝕程序，在該程序中，通過(guò)腐蝕將已顯影的抗蝕影象以外的部分除掉。然后剝?nèi)タ刮g保護(hù)膜，這樣就在完成腐蝕程序后將不必要的抗蝕膜去除。
然后，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，并重復(fù)上述的步驟，在硅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(jié)束。
由于在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法中的CMP程序中使用了本發(fā)明的拋光機(jī)和拋光方法，故可高精度、高效率且高產(chǎn)量地制造半導(dǎo)體器件，因此制造半導(dǎo)體器件的成本比普通方法要低。
另外，本發(fā)明的拋光設(shè)備也可用于除了上述的半導(dǎo)體制造過(guò)程以外的其他半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的CMP程序。
如上所述，在CMP程序中應(yīng)用本發(fā)明的拋光盤、拋光機(jī)和拋光方法可以防止拋光工件產(chǎn)生劃痕、提高拋光速度和消除不平度，而且可獲得穩(wěn)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(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法可以高效率高產(chǎn)量地用于制造高性能的半導(dǎo)體器件。
再者，在本發(fā)明的上述說(shuō)明中，以一個(gè)實(shí)例說(shuō)明了圖1所示的有圖形的晶片的拋光。但是，不用說(shuō)也明白，本發(fā)明也可用于其他目的，例如精加工拋光裸硅基板等。
權(quán)利要求
1.一種用于拋光機(jī)的拋光盤，在上述拋光機(jī)中，拋光工件在拋光盤與拋光工件之間置入拋光劑的狀態(tài)下通過(guò)使上述拋光盤與拋光工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而受到拋光，上述拋光盤的特征在于，在該拋光盤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(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的拋光盤，其特征還在于，在形成同種類型的凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域內(nèi)形成兩個(gè)或多個(gè)上述凹凸形結(jié)構(gòu)的凹部和兩個(gè)或多個(gè)上述凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的拋光盤，其特征還在于，上述的凹凸形結(jié)構(gòu)由兩種類型的凹凸形結(jié)構(gòu)也就是第一凹凸形結(jié)構(gòu)和第二凹凸形結(jié)構(gòu)組成；上述第一凹凸形結(jié)構(gòu)的凹部和上述第二凹凸形結(jié)構(gòu)的凹部是槽；和上述第一凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部的寬度是上述第二凹凸形結(jié)構(gòu)的凸部寬度的兩倍或更多倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)的拋光盤，其特征還在于，該拋光盤的平面形狀是圓形的，形成上述相同類型的凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域按同心圓的形式分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)的拋光盤，其特征還在于，形成上述的相同類型的凹凸形結(jié)構(gòu)的區(qū)域按柵格式布局分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)的拋光盤，其特征還在于，在上述拋光盤的表面上還形成供給和排出上述拋光劑的槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)的拋光盤，其特征還在于，上述拋光盤的維氏硬度K為2.5Kgf/mm2＜K＜30Kgf/mm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)的拋光盤，其特征還在于，上述拋光盤由表面上形成上述凹凸形結(jié)構(gòu)的第一層和置于該第一層下面并與第一層層壓在一起的第二層構(gòu)成，上述的第二層的彈性模量大于上述第一層的彈性模量。
9.一種拋光機(jī)，在該拋光機(jī)內(nèi)，拋光工件在拋光盤與拋光工件之間置入拋光劑的狀態(tài)下通過(guò)使上述拋光盤與上述拋光工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而受到拋光，上述拋光機(jī)的特征在于，它使用根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)的拋光盤。
10.一種半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，該方法含有一個(gè)使用權(quán)利要求9所述的拋光機(jī)拋光硅晶片的程序。
全文摘要
一種用于拋光機(jī)的拋光盤，在上述拋光機(jī)中，拋光工件在拋光盤與拋光工件之間置入拋光劑的狀態(tài)下通過(guò)使上述拋光盤與拋光工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而受到拋光，上述拋光盤的特征在于，在該拋光盤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(jié)構(gòu)。還提出了使用本發(fā)明拋光盤的拋光機(jī)和使用這種拋光機(jī)制造半導(dǎo)體器件的方法。
文檔編號(hào)B24B37/04GK1551303SQ200310117928
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2000年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月30日
發(fā)明者石川彰, 也, 千賀達(dá)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(qǐng)人:株式會(huì)社尼康