中心供液化学机械抛光半导体材料的加工方法及其装置

本发明属于半导体制造领域，是一种基于中心供液式的化学机械磨抛方法，特别是涉及一种半导体材料减薄、抛光以获得纳米级超光滑表面的系列化的加工方法。

背景技术：

半导体材料依靠其优异的材料性能成为了高端芯片中不可或缺的一部分。其平坦度、粗糙度、金属以及颗粒等方面对半导体器件有着显著影响。随着芯片技术在生活、工业、医疗、国防科技等领域的飞速发展，半导体材料的高效、高精度制造工艺就成为了亟待突破的核心技术难题。

目前，半导体晶片的主流制造工艺仍以化学机械抛光为主。作为一种典型的基板全局抛光方法，化学机械抛光通常将基板吸附于承载头下部，使其直接抵接于旋转的抛光垫上。然而，材料表面和抛光垫之间难以形成良好的液膜，研磨液供给更新不充分、不均匀，使得材料表面边缘容易形成坍塌和溃败导致材料性能恶化，甚至发生断裂现象，严重影响到半导体材料加工成品率。此外，全局抛光法虽以高效低成本著称，但难以应对大尺寸晶片加工。这些都给高性能晶片制备带来了巨大的挑战。

中心供液加工方法实现了被加工材料和抛光垫之间所含液膜的精准控制。利用固结磨料流体动压抛光、小磨头中心供液抛光和盘式流体动压抛光方法可以全面实现晶片加工中的高、中、低频误差的控制。但是，传统机械力控制抛光方法仍然难以应对半导体材料制备的精度和亚表面损伤要求。从原理角度，传统化学机械抛光方法通常将化学抛光液直接喷洒在抛光盘上，使其在离心力的作用下流向被加工区。相比中心供液化学机械抛光方法，化学抛光液通过工具中心孔直接进入工具工件接触区，特别有利于抛光液的高效利用。此外，通过外部控制抛光液压力或者使用不同形状的抛光盘可以更好的控制工件和工具间液膜压力，以提高加工精度和效率。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明提出一种中心供液化学机械抛光半导体材料的加工方法，以提高晶片加工精度，防止损伤，实现大尺寸晶片表面加工。

为了解决上述问题，本发明提出的一种中心供液化学机械抛光半导体材料的加工方法，抛光工具自转，抛光工具和半导体工件按照一定轨迹相互运动，通过控制抛光液压力和抛光工具载荷实现抛光工具与半导体工件间液膜的良好控制；从而实现半导体工件的减薄及表面的粗抛、半导体工件表面的半精抛光和半导体工件表面的超精密抛光；步骤如下：

步骤一、采用固结磨料中心供液抛光实现半导体工件的减薄及表面的粗抛，在固结磨料抛光中采用固结磨料磨抛垫和由去离子水或化学溶液组成的抛光液进行抛光；

步骤二、采用小磨头中心供液抛光实现半导体工件表面的半精抛光，在小磨头中心供液抛光中，采用不含磨料的多孔材料作为抛光垫，抛光液为含有微小磨粒的化学溶液；其中，抛光垫用来保持磨料和提供下压力，使得半导体工件在化学腐蚀和机械力作用下实现去除；

步骤三、采用盘式流体动压抛光实现半导体工件表面的超精密抛光，在盘式流体动压抛光中，设置在流体动压抛光盘工作表面的微流槽用来控制抛光工具和半导体工件之间流体的压力和速度分布，流体动压抛光盘和半导体工件表面之间形成具有一定速度场和压力场的微液膜，所述的微液膜由抛光液构成，所述的抛光液中包括微小颗粒和化学溶液；在微液膜流场中通过粒子撞击、划擦表面以及化学溶液的腐蚀作用实现去除材料。

进一步讲，本发明所述的加工方法，其中，抛光工具的自转转速范围为300～8000转每分钟，半导体工件的自转转速为0.1到10转每分钟；去离子水或抛光液从抛光工具的中心通孔供给。

步骤一中，所述的固结磨料磨抛垫所含的细微磨料的粒径为1到15微米，磨料浓度为3％到30％之间，固结磨料磨抛垫的直径为10mm到100mm，磨抛的下压力为10到100n；中心供液的供给压力为0.1到2mpa；磨抛后半导体工件表面平整度达5微米以下，表面粗糙度低于100纳米，亚表面损伤层深度低于5微米。

步骤二中，所采用的不含磨料的多孔材料作为抛光垫为聚氨酯抛光垫，抛光液由去离子水、微小磨粒和化学试剂构成，微小磨粒的粒径为0.1到8微米，化学试剂为过氧化氢、次氯酸盐及溴甲醇中的一种，抛光液供给压力为0.1-2mpa；磨抛后的半导体工件表面平整度达3微米以下，表面粗糙度低于10纳米，亚表面损伤层深度低于3微米。

步骤三中，所采用的流体动压抛光盘抛设有放射状微槽；抛光液由去离子水、微小磨粒和化学试剂构成，微小磨粒的粒径为0.05到3微米，抛光液供给压力为0.1-2mpa；磨抛后的半导体表面平整度达3微米以下，表面粗糙度低于1纳米，亚表面损伤层深度低于1微米。

同时，本发明中还提供了实现上述加工方法的半导体材料的化学机械磨抛装置，该装置包括晶片固定装置和抛光工具，所述晶片固定装置包括真空吸盘和调整环；

所述真空吸盘包括圆盘支撑座和真空柱阵列，所述真空柱阵列嵌装在所述圆盘支撑座内，所述圆盘支撑座的侧壁顶部沿周向均布有三个轴向螺纹孔，所述圆盘支撑座的侧壁上设有排气孔，所述真空柱阵列中的每个真空柱均连接到所述排气孔；所述调整环沿周向均布有三个径向螺纹孔，所述调整环的底面沿周向均布有三个分别与所述三个径向螺纹孔贯通的盲孔，所述圆盘支撑座的每个轴向螺纹孔内均装配有一个调整螺栓，所述调整螺栓的上部为光轴；所述调整环放置于所述圆盘支撑座侧壁的顶面，并且三个调整螺栓的光轴部分分别嵌在所述调整环底面的三个盲孔内，三个调整螺栓用于支撑所述的调整环，所述调整环的内径与晶片的外径间隙配合，吸附于所述真空吸盘的空柱阵列上的晶片位于所述调整环内，通过调节调整螺栓使所述调整环的上表面与晶片的上表面平齐，每个径向螺纹孔均旋入有一个锁紧螺栓顶住对应位置的调整螺栓的上部光轴，从而实现所述调整环的高度定位；所述抛光工具包括工具中心轴、磨抛盘基体和可更换的多个磨抛垫，加工时，选择其中一个磨抛垫，所述的工具中心轴、磨抛盘基体和该磨抛垫同轴安装，并设有贯穿于所述工具中心轴、磨抛盘基体和该磨抛垫的中心通孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述的加工方法中，经过固结磨料中心供液抛光对晶片减薄及表面的粗抛后，晶片平整度可达微米量级，表面粗糙度可达几十纳米，亚表面损伤可达微米量级；而后，经过小磨头中心供液抛光对晶片表面半精抛光后，晶片平整度进一步提高，表面粗糙度可达纳米级，亚表面损伤进一步减小；最后，经过盘式流体动压抛光对晶片表面超精密抛光后，晶片表面粗糙度可达亚纳米级，亚表面损伤可达亚微米级别，实现亚纳米级超光滑表面加工。采用本发明提供的加工方法可以制备理想晶片。本发明加工方法适用包含单晶硅、砷化镓、氮化镓等半导体材料。

本发明所述的化学机械磨抛装置可实现调整环与晶片的位置，使得晶片边缘抛光时调整环可以起到支撑工具的作用，可以有效避免晶片边缘抛光时由受力不均匀而导致的晶片断裂。

附图说明

图1是晶片加工方法与工艺过程关系示意图；

图2是抛光工艺示意图；

图3是固结磨料中心供液化学机械磨抛方法示意图；

图4是固结磨料磨抛垫的结构示意图；

图5是固结磨料抛光方法过程示意图；

图6是固结磨料抛光前后表面轮廓示意图

图7是实现小磨头中心供液化学机械抛光方法示意图；

图8是小磨头中心供液抛光垫的结构示意图；

图9是小磨头中心供液抛光前后表面轮廓示意图；

图10是流体动压抛光盘的结构示意图。

图11是流体动压抛光前后表面轮廓示意图；

图12是实现本发明方法的化学机械磨抛装置的装配图；

图13是图12所示磨抛装置的结构分解的示意图；

图14是图12所示磨抛装置的抛光过程中的边缘效应示意图；

图15是图12所示磨抛装置中的真空吸盘的结构示意图；

图16是图12所示磨抛装置中的调整环的仰视图。

图中：

1-抛光工具11-工具中心轴12-磨抛盘基体

13-固结磨料磨抛垫131-磨抛垫基体132-阵列微凸起

133-微小磨粒14-多孔材料抛光垫141-网格状微沟槽

15-流体动压抛光盘151-放射状微沟槽2-晶片

3-调整环31-盲孔4-锁紧螺栓

41-径向螺纹孔5-调整螺栓6-真空吸盘

61-轴向螺纹孔62-真空柱阵列63-排气孔

64-圆盘支撑座8-去离子水9-抛光液。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

本发明提出的一种中心供液化学机械抛光半导体材料的加工方法，抛光工具自转，抛光工具和半导体工件按照一定轨迹相互运动，通过控制抛光液压力和抛光工具载荷实现抛光工具与半导体工件间液膜的良好控制；从而实现半导体工件的减薄及表面的粗抛、半导体工件表面的半精抛光和半导体工件表面的超精密抛光。所述的化学机械抛方法共包含固结磨料中心供液化学机械磨抛方法(以下简称固结磨料中心供液抛光)、小磨头中心供液化学机械抛光方法(以下简称小磨头中心供液抛光)以及盘式流体动压化学机械抛光方法(以下简称盘式流体动压抛光)。如图1所示，固结磨料中心供液抛光主要对应于晶片的减薄和粗抛方法，小磨头中心供液抛光主要对应于晶片表面半精抛光及平整度修正方法，盘式流体动压抛光主要对应于晶片的超精密抛光方法。

本发明中采用具体的抛光工艺时，在抛光工具上选择安装本发明中提供的适用的磨抛垫。三种抛光方法的联系在于其工艺过程相同。如图2所示，三种方法中都是抛光工具1自转，另外抛光工具1和半导体表面2按照一定轨迹相互运动，如图2中箭头所示的环形进给轨迹；三种方法都采用了中心供液的方式，通过控制抛光液压力和工具载荷等手段实现抛光工具1与工件间液膜的良好控制。三种抛光方法的区别在于工具和抛光液的差异。具体的，在固结磨料抛光中，主要采用固结磨料磨抛垫和由去离子水或化学溶液组成的抛光液进行抛光；在小磨头中心供液抛光中，主要采用聚氨酯等不含磨料的多孔材料作为抛光垫，抛光液为含有微小磨粒的化学溶液。该方法中，抛光垫主要用来保持磨料和提供下压力，使得半导体工件在化学腐蚀和机械力作用下实现去除。在盘式流体动压抛光中，流体动压抛光盘上被刻有微流槽，用来控制工具和工件之间流体的压力和速度分布。流体动压抛光盘和工件表面之间形成具有一定速度场和压力场的微液膜，液膜实际为抛光液。抛光液中主要由微小颗粒和化学溶液构成。在液膜流场中通过粒子撞击、划擦表面以及化学溶液的腐蚀作用去除材料。

固结磨料中心供液磨抛，如图3所示。该方法主要加工原理为化学腐蚀和固结磨料机械力加工，其抛光工具是固结磨料抛光盘(由工具中心轴11、磨抛盘基体12和固结磨料磨抛垫13组成)、半导体工件2和真空吸盘6三部分。固结磨料抛光盘的功能是：提供给磨粒固定下压力以实现机械式去除，提供化学液中心供给通道以实现化学腐蚀。真空吸盘功能：真空吸盘呈凹槽状，其边缘可以根据晶片直径和厚度自由调整以使得晶片表面刚好嵌入吸盘中心。此外，吸盘提供以工件吸附力，起到定位和固定作用。在工作时，固结磨料抛光盘自转同时按照预计轨迹与工件相对移动。在工件工具运动过程中，抛光液始终沿工具中心供给。并且其主要成分为化学溶液或去离子水。

当抛光液为去离子水溶液(不含化学剂)其作用主要为通过流体浮力调整固结磨料磨抛垫与工件表面的接触状态。当抛光液供给压力增加时，液面浮力增加，有利于抛光盘与工件表面分离，压力减小时，反之亦然。如图4所示，所述的固结磨料磨抛垫13主要由抛光垫基体131、阵列微凸起132和微小磨粒133组成。该发明中以圆形凸起为例展现了固结磨料磨抛垫构型。如图5所示，在抛光过程中，微颗粒并非完全嵌入到工件表面。而是在抛光液浮力作用下以调整微颗粒嵌入深度，以实现抛光效率和抛光精度及亚表面损伤之间的权衡。

当抛光液中含有化学剂时，化学溶液诱导晶片表面发生化学反应从而在其表面形成软化层10，以致于机械力作用下更容易去除。例如在酸性抛光浆料或碱性抛光浆料，在化学腐蚀和机械力作用下共同实现材料去除。

固结磨料磨抛方法主要对应于晶片的减薄和粗抛工艺。磨料与半导体材料直接接触，其材料按照抛光盘整体形状实现确定性去除。如图6所示，抛光后的工件表面易形成微小划痕，但由于固结磨料抛光盘自身平整度影响，半导体材料的整体轮廓尺寸易得到修正和改善。在固结磨料磨抛方法中，晶片平整度可达微米量级，表面粗糙度可达几十纳米，亚表面损伤可达微米量级。

小磨头中心供液抛光，如图7所示。该方法和固结磨料抛光的主要区别在于抛光液和磨抛垫之间的差异。小磨头中心供液抛光中所采用的抛光液9为微颗粒和化学溶液的混合抛光液，采用的抛光垫14为聚氨酯抛光垫等，如图8所示。抛光垫微小的孔隙有利于保持抛光液中的微小磨料而促进机械力作用下的材料去除。在化学作用下材料表层被软化，抛光液中的颗粒在抛光垫的作用下进一步机械去除。如图9所示，由于微粒随机均匀分布，有利于去除固结磨料抛光中所形成的刀痕轨迹。从而改善了工件表面的成形质量。此外，抛光垫间接作用于晶片表面上，有利于表面平整度修正。在小磨头中心供液抛光方法中，晶片平整度进一步提高，表面粗糙度可达纳米级，亚表面损伤进一步减小。

盘式流体动压抛光，该方法和小磨头中心供液抛光的主要区别在于抛光垫之间的差异。如图10所示，盘式流体动压抛光盘底部开设有微流槽151，使得能够通过微流槽形状进一步调节液膜流动速度和压力。中心供液式的抛光液进给方法相比于传统化学机械抛光供料方式更有利于维持液膜压力速分布、液膜更新速度快，有利于促进工件表面均匀平坦成形。抛光前后的表面轮廓如图11所示。流体动压抛光同样依赖于磨粒流动的机械式抛光和化学腐蚀作用。但其和固结磨料抛光有着本质的区别。固结磨料抛光中，抛光后的表面明显和固结磨料抛光头的磨料分布形状等有关。表面划痕主要来自于固结磨料的切除。流体动压抛光后的表面更依赖于抛光液的压力、速度场分布。材料去除量实则等于抛光盘去除函数在运动轨迹上对停留时间函数的卷积，但经过精准的路径设计可实现残余高度的削减，在提高表面粗糙度的同时保证晶片加工的面型精度。在盘式流体动压抛光方法中表面粗糙度可达亚纳米级，亚表面损伤可达亚微米级别，实现亚纳米级超光滑表面加工。

至于本发明中抛光液中各组分的含量属于本领域内的公知常识，在此不再赘述。

本发明的加工方法过程如图1所示，工具和工件独立自转运动。工具自转转速范围一般为300到8000转每分钟，工件自转一般为0.1到10转每分钟。去离子水或抛光液从工具中心孔供给，供给压力一般为0.1到2mpa。

步骤一、半导体材料加工的初级阶段，采用固结磨料中心供液抛光实现半导体工件的减薄及表面的粗抛，在固结磨料抛光中采用固结磨料磨抛垫和由去离子水或化学溶液组成的抛光液进行抛光；主要采用固结磨料磨抛方法对半导体材料进行减薄。所采用的磨抛垫含细微磨粒。细微磨粒的材质可以是金刚石等，磨料直径一般为1到15微米，磨抛垫的磨料浓度为3％到30％之间，抛光盘直径为10mm到100mm之间，磨抛下压力为10到100n之间。中心供液一般为去离子水(特别情况需加化学试剂)，供给压力为0.1到2mpa之间。磨抛后半导体工件表面平整度可达5微米以下，表面粗糙度低于100纳米，亚表面损伤层深度低于5微米。

步骤二、半导体材料加工的第二阶段，采用小磨头中心供液抛光实现半导体工件表面的半精抛光，在小磨头中心供液抛光中，采用不含磨料的多孔材料作为抛光垫，抛光液为含有微小磨粒的化学溶液；其中，抛光垫用来保持磨料和提供下压力，使得半导体工件在化学腐蚀和机械力作用下实现去除；主要采用小磨头中心供液抛光方法对半导体材料进行面型平整，损伤抑制和粗糙度收敛。所采用的抛光垫为聚氨酯抛光垫等。抛光液为去离子水、微颗粒和化学试剂，微颗粒的材质可以为氧化硅、氧化铝、金刚石磨料等其中的一种，微颗粒直径一般为0.1到8微米，化学试剂为过氧化氢(h2o2)、次氯酸盐(如naocl)及溴甲醇等中的一种，抛光液供给压力一般为0.1-2mpa之间。磨抛后表面平整度可达3微米以下，表面粗糙度低于10纳米，亚表面损伤层深度低于3微米以下。

步骤三、半导体材料加工的最终阶段，采用盘式流体动压抛光实现半导体工件表面的超精密抛光，在盘式流体动压抛光中，设置在流体动压抛光盘工作表面的微流槽用来控制抛光工具和半导体工件之间流体的压力和速度分布，流体动压抛光盘和半导体工件表面之间形成具有一定速度场和压力场的微液膜，所述的微液膜由抛光液构成，所述的抛光液中包括微小颗粒和化学溶液；在微液膜流场中通过粒子撞击、划擦表面以及化学溶液的腐蚀作用实现去除材料。主要采用盘式流体动压抛光方法提高半导体材料表面粗糙度以获得纳米级超光滑表面。所采用的抛光盘为开设有微槽的流体动压抛光盘，如图10所示。抛光液为去离子水、微颗粒和化学试剂，微颗粒的材质可以是氧化硅、氧化铝、金刚石磨料等其中一种，微颗粒直径一般为0.05到3微米，化学试剂及抛光液供给压力同小磨头中心供液抛光一致。磨抛后的表面平整度达3微米以下，表面粗糙度低于1纳米，亚表面损伤层深度低于1微米以下。

本发明中还提供了实现上述加工方法的化学机械磨抛装置，可实现固结磨料中心供液化学机械磨抛、小磨头中心供液化学机械抛光和盘式流体动压化学机械抛光。该装置旨在实现半导体材料精密定位以及磨抛，是适用于晶片减薄、磨抛、超精密抛光的全系列加工装置。如图12和图13所示，本发明提出的一种半导体材料的化学机械磨抛装置，包括晶片固定装置个抛光工具1，所述晶片固定装置包括真空吸盘6和调整环3。如图13所示，所述真空吸盘6包括圆盘支撑座64和真空柱阵列62，所述真空柱阵列62嵌装在所述圆盘支撑座64内，所述真空柱阵列62的真空柱的排列按照多个同心的环形排列。所述圆盘支撑座64的侧壁顶部沿周向均布有三个轴向螺纹孔61，所述圆盘支撑座64的侧壁上设有排气孔63，所述真空柱阵列62中的每个真空柱均连接到所述排气孔63。

所述调整环3沿周向均布有三个径向螺纹孔41，所述调整环3的底面沿周向均布有三个分别与所述三个径向螺纹孔41贯通的盲孔31，如图16所示，所述圆盘支撑座64的每个轴向螺纹孔61内均装配有一个调整螺栓5，本发明中的所述调整螺栓5的结构如图13中所示，所述调整螺栓5的下部为螺纹段，上部为光轴段，螺纹段与光轴段之间设有轴肩，螺纹段与径向螺纹孔配合，光轴段与盲孔31间隙配合，所述调整环3放置于所述圆盘支撑座侧壁的顶面，并且三个调整螺栓5的光轴部分分别嵌在所述调整环3底面的三个盲孔31内，三个调整螺栓5的轴肩抵住调整环3的底面，用于支撑所述的调整环3，所述调整环3的内径与晶片2的外径间隙配合，吸附于所述真空吸盘6的空柱阵列62上的晶片2位于所述调整环3内，通过调节调整螺栓3使所述调整环3的上表面与晶片2的上表面平齐，每个径向螺纹孔41均旋入有一个锁紧螺栓4，锁紧螺栓4顶住对应位置的调整螺栓5的上部光轴，从而实现所述调整环3的高度定位。所述抛光工具1包括工具中心轴11、磨抛盘基体12和可更换的多个磨抛垫，加工时，选择其中一个磨抛垫，所述的工具中心轴11、磨抛盘基体12和该磨抛垫同轴安装，并设有贯穿于所述工具中心轴11、磨抛盘基体12和该磨抛垫的中心通孔。

如图2所示，在抛光过程中，晶片2被真空吸盘6固定不动，抛光工具1自转同时沿着固定轨迹与晶片2相对运动。如图14所示，通常，当抛光工具1超出晶片2边缘时可能会尤其晶片和抛光工具1受力不均衡，而导致晶片2断裂。为了避免这种情况的发生，本发明中的调整环4在晶片2固定时始终保持调整环2的上表面尽量与晶片2的上表面齐平。如图15所示，在真空吸盘6的侧壁上开设有三个呈120°轴对称的螺纹孔61用于安装调整螺栓5，布置在真空吸盘6的圆盘支撑座64内、中心为环形排列的真空柱62均连接到排气孔63上。将晶片2置于真空吸盘6上时，通过排气孔63向外抽气，使得晶片2吸附与真空吸盘6上。此后，通过调整螺栓5在真空吸盘6中的旋入长度，同时调整螺栓5的上部光轴嵌在调整环3底面的盲孔31内，调整螺栓5的轴肩调整环3的底面，从而可以实现调整环3的位置调整，通过调节调整螺栓5使得调整环3的上表面与晶片2的上表面齐平后，通过锁紧螺栓4锁紧住调整螺栓5，图2中示出了抛光工具1恰好位于晶片2与调整环3之间的接缝处，使得晶片2边缘抛光时调整环3可以起到支撑抛光工具1的作用，从而避免出现如图14所示的边缘效应。从而可以有效避免晶片边缘抛光时由受力不均匀而导致的晶片断裂。

为了实现多种不同的抛光方法，本发明中的多个可更换磨抛垫包括固结磨料磨光垫13、多孔材料抛光垫14和流体动压抛光盘15，如图4所示，所述的固结磨料磨抛垫13包括磨抛垫基体131，所述磨抛垫基体131的工作面上设有阵列微凸起132，本实施例中的阵列微凸起132的形状为圆形凸起，每个圆形凸起的表面均有多个微小磨粒133。如图8所示，所述的多孔材料抛光垫14的工作表面设有与所述中心通孔贯通的网格状微沟槽141。如图10所示，所述的流体动压抛光盘15的工作表面设有与所述中心通孔贯通的放射状微沟槽151。

根据工具选择的不同，本发明的磨抛装置可实现用于不同抛光方法。

固结磨料中心供液化学机械磨抛，对于固结磨料中心供液化学机械磨抛方法主要依赖于磨抛垫上的固结磨料去除晶片材料，因此去除量较大，特别适用于半导体材料减薄工艺。其加工过程如图3所示，加工过程中向工具中心轴11的中心通孔通入一定压力的去离子水8或是去离子水和化学试剂混合的抛光液。一方面通过化学试剂腐蚀工件表面，提高材料去除效率，另一方面使得抛光工具1在去离子水8的作用下产生浮力，实现抛光工具1与晶片2间位置的细微调整，改变抛光工具1表面磨料刺入工件的深度，实现工件去除效率、亚表面损伤抑制之间的权衡。所述的固结磨料磨抛垫13如图4所示，该发明中以具有多个圆形凸起的磨抛垫为例，每个圆形凸起上均分布着多个微小磨粒133。

小磨头中心供液化学机械抛光，该抛光方法通过抛光液中的化学溶液腐蚀和软化工件表面，然后通过小磨头工具保持抛光液中的游离磨料实现材料去除，这种化学机械抛光方法去除量和抛光质量适中，特别适用于半导体材料的较高精度加工。其加工过程如图7所示，其与固结磨料中心供液化学机械磨抛的不同之处在于磨抛垫和抛光液之间的差异。实现该抛光方法，采用的是聚氨酯等抛光垫，抛光液8为去离子水、化学试剂和微磨粒等所配比的抛光液。抛光液8中化学试剂的作用在于实现工件表面腐蚀和软化，微小磨粒的作用在于实现工件表面的机械去除。加工时，抛光液磨料通过抛光工具的中心通孔流入抛光工具1和晶片工件的接触区，抛光工具提供以磨料一定作用力以去除化学试剂所软化或腐蚀的半导体材料。为了提高工具保持磨粒的性能，一般采用聚氨酯等多孔材料抛光垫14，如图8所示，该多孔材料抛光垫14的工作表面设有与中心通孔贯通的网格状微沟槽141。

盘式流体动压化学机械抛光，该抛光方法同样通过抛光液中的化学溶液腐蚀软化工件表面，以及抛光液中磨料冲击、切削工件表面以去除材料。该方法与小磨头中心供液化学机械抛光区别在于抛光垫的不同。如图10所示，该方法中采用的抛光垫为流体动压抛光盘15，并且在流体动压抛光盘15的工作表面开设有与中心通孔贯通的放射状微沟槽151以实现抛光液的压力速度控制。在抛光过程中，流体动压抛光盘15按照一定速度旋转，抛光液9沿工具的中心通孔注入形成流体动压力，使得盘面与工件表面不接触，隔有微液膜。抛光液9中的化学试剂和磨料在流体动压抛光盘15所形成的液体场中腐蚀冲击材料表面。该方法抛光后易于获得纳米级光滑表面，因此特别适用于半导体材料的超精密抛光。

发明提供的一种半导体材料的化学机械磨抛装置适用于固结磨料中心供液化学机械磨抛、小磨头中心供液化学机械抛光和盘式流体动压化学机械抛光三种抛光方法。这三种方法材料去除率依次递减，但抛光精度依次递增，特别适用于晶片减薄、磨抛各个加工阶段。因此该装置是一种纳米级超光滑晶片制造的全系列加工装置。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。