专利名称：修整工具、修整装置、修整方法、加工装置以及半导体器件制造方法
技术领域：
本发明涉及对用于进行磨光、研磨、抛光等的加工工具的加工表面进行修整的修整工具、修整装置、修整方法，具有这种修整工具或修整装置的加工装置，以及半导体器件制造方法。
背景技术：
由于加工工具的加工表面的堵塞随着加工时间的增加而逐渐加剧，所以进行磨光、研磨或抛光等的加工工具会损坏。因此，通过定期修整来维护这种加工工具，从而可以一直进行良好的加工。例如，这种加工工具包括磨光垫，它用于在半导体晶片制造过程中在晶片表面上形成的电路元件薄膜等上进行磨光的化学机械磨光装置(CMP装置)。这种磨光垫也用修整工具按照一定的时间间隔进行修整。例如，这种修整方法和装置包括在日本专利申请公开Kokai NO.H10-71557中披露的内容。
图18显示了采用修整工具修整这种磨光垫的磨光表面的一个传统示例。此处，显示了一个示例，其中由具有环形修整表面111的修整工具110对构成加工工具的磨光垫100中的环盘状垫表面(加工表面)101进行修整。修整工具110的修整表面111由窄环形平面构成，其环的宽度由图中的阴影线表示。该修整表面111面朝垫表面101。另外，在使得磨光垫100绕穿过磨光垫100的中心点并垂直于垫表面101延伸的旋转轴O1旋转的状态下，通过使修整表面111与垫表面101如图18所示相接触并同时使得修整工具110绕穿过修整工具110的中心点并垂直于修整表面111延伸的旋转轴O2旋转，来完成垫表面101的修整(恢复表面状态和平整度)。
在按照这种方式修整的情况下，垫表面101被修整工具110磨掉的量在垫表面101的内侧的周边位置A处和外侧的周边位置C处要比在中部的周边位置B处大。结果，产生以下问题即如图18(A)所示，进行了修整的垫表面101的截面形状为该垫表面101的内侧周边位置A和外侧周边位置C比中部周边位置B低，从而沿着径向的截面形状倾向于在顶部处成为凸形。其原因如下即垫表面101被修整工具110所磨掉的量对应于修整表面111在垫表面101的周边上的接触长度，因此从图中可以清楚的看出，在内侧周边位置A和在外侧周边位置C处的接触长度S1和S3比在中部周边位置C处的接触长度S2长。
另外，会引起以下问题即为了使旋转修整工具110的修整表面111与如此旋转的磨光垫100的磨光表面101均匀接触，不论是磨光垫100或修整工具110，都必须利用万向节对中机构等，从而使得修整装置的结构变得复杂。
另外，即使这样提供利用对中机构获得的支撑，但是如果修整工具110朝着垫表面101的外部周边侧或者内部周边侧偏移，则会在修整表面111和垫表面101中间造成接触表面压力的不平衡，从而导致修整之后垫表面101的平整度的损失。例如，当修整工具110的旋转轴O2从图18所示的状态朝着外部周边侧偏离时(即当图18中旋转轴O2偏离而使得该旋转轴与磨光垫100的旋转轴O1分开的时候)，产生以下问题即在外部周边侧上的接触表面压力提高，从而外部周边位置C变得比内部周边位置A低，如图18(B)所示，因此导致修整后的整个垫表面101的截面形状成为在顶部的凸形。相反，当修整工具110的旋转轴O2从图18所示的状态朝着内部周边侧偏离时(即当图18中旋转轴O2偏离而使得该旋转轴与磨光垫100的旋转轴O1更加靠近的时候)，产生以下问题即在内部周边侧上的接触表面压力提高，从而内部周边位置A变得比外部周边位置C低，如图18(C)所示，因此导致修整后的整个垫表面101的截面形状成为在顶部的凹形。
在传统的修整工具的情况下，研磨颗粒例如金刚石颗粒以恒定的平均分布密度在整个修整表面上分布。因此，在修整表面的各个部分中的单位面积的研磨能力在整个表面上是恒定的。另外，传统的修整表面的形状是圆形或者环形的。
因为如上所述采用修整工具来修整磨光垫，因此不希望研磨颗粒的平均分布密度尽可能的高；取而代之的是，对于在磨光垫的磨光表面上产生适当的粗糙度来说存在一个最佳平均分布密度。因此，研磨颗粒应当按照这种平均分布密度在整个修整表面上分布。具体的说，传统技术中的常识认为研磨颗粒应当按照某一恒定的平均分布密度在整个修整表面上分布。
但是，在上述传统的修整工具的情况下，难以高度精确地平整该磨光垫的磨光表面。这种磨光垫的低平整度的结果是，难以利用这种磨光垫高度精确地将光半导体晶片等磨光成为一个平整的表面。
另外，通过使在基板上支撑的磨光垫的磨光表面和修整工具的修整表面之间接触、并使上述基板和修整工具之间进行相对运动来进行修整。例如上述相对运动是通过使得修整工具和支撑磨光垫的基板都旋转而实现的。因为制造公差等，难以将上述基板的旋转轴和修整工具的旋转轴定位成使得这些轴成为完全平行；因此两个旋转轴实际上彼此相对略微倾斜。
传统技术中，为了即使在这种倾斜的情况下也能够将磨光垫修整为平整表面，在修整工具和该修整工具的旋转轴之间使用万向节机构，并且利用该万向节机构所获得的修整工具的角寻迹特征来进行修整。例如，在CMP装置的情况下，半导体晶片等必须被高度精确地被磨光为平整表面；因此，磨光垫必须是高度精确地被平整。所以在传统技术中，当修整在CMP装置中使用的磨光垫时，采用通过上述万向节机构所获得的角寻迹特征被认为是必不可少的。
但是近年来，因为半导体器件的精密度越来越高，因此必须以更高精度将半导体晶片等磨光为平整表面。所以，磨光垫也必须是更高精度的平整。相应的，需要以更高的精度将磨光垫修整为平整表面。
发明内容
本发明是鉴于上述问题作出的。首先，本发明的一个目的是提供一种修整工具和修整装置，它们能在修整之后充分的维护加工表面的平整度，以及提供一种采用由该修整装置修整的加工工具的制造设备。另外，本发明的目的还在于提供一种修整工具和装置，它们具有的结构使其在修整过程中在保持加工工具和修整工具的装置中不需要对中机构。
第二，本发明的目的是提供一种修整工具，它能确保磨光垫的磨光表面在修整之后的高精度的平整度，以及提供采用该修整工具的修整装置。
第三，本发明的目的是提供一种修整方法和装置，它们能以更高的精度将磨光垫修整为平整表面，还提供一种磨光装置，它可以采用已经被以更高精度修整为平整表面的上述磨光垫对磨光目标进行磨光，还提供一种半导体器件制造方法，它可以以相对于传统的半导体器件制造方法更高的产率和更低的成本来制造半导体器件。
以下描述实现上述目的的发明。但是各发明不是实现本发明所有上述目的的发明。从下述本发明的结构、加工结构以及实施方案中可以看出哪些目的由哪些发明来实现。
用于实现上述目的的第一发明是一种修整工具，它对具有环盘状或圆盘状加工表面的加工工具进行修整，该修整工具其特征在于，该工具具有大致矩形的修整表面，它通过接触上述加工工具的加工表面而进行修整，并且上述修整表面被设置为在修整过程中，使得上述修整表面沿着上述大致矩形的短侧边方向的中心线与穿过上述加工工具的上述环盘或圆盘的中心的径向相一致。
用于实现上述目的的第二发明是上述第一发明，其特征还在于上述大致矩形的平行于上述沿短侧边方向的中心线延伸的两个长侧边的形状如下当上述修整表面与上述加工表面相接触时，上述加工表面和上述修整表面之间的接触长度在沿着上述加工表面的径向的所有位置处均相等。
用于实现上述目的的第三发明是一种修整装置，其特征在于该装置具有上述第一发明或第二发明的修整工具，还具有加工工具保持机构，该机构保持具有环盘状或者圆盘状加工表面的加工工具，并且使得该加工工具围绕穿过上述环盘或圆盘的中心且与上述加工表面相垂直的轴旋转。
用于实现上述目的的第四发明是上述第三发明，其特征还在于，该装置具有多个修整工具，这些修整工具被设置成为使得该多个修整工具同时修整上述加工表面。
用于实现上述目的的第五发明是一种加工装置，它具有由构成上述第一发明或者第二发明的修整工具所修整过的加工工具。
用于实现上述目的的第六发明是一种加工装置，它具有由构成上述第三发明或者第四发明的修整装置所修整过的加工工具。
用于实现上述目的的第七发明是一种修整工具，它用于修整具有圆形外周的加工工具的加工表面，该修整工具其特征在于，该修整工具包括一个修整表面，它由具有每单位面积为第一切割能力的圆形区域、以及与该圆形区域同心的并且具有高于上述每单位面积第一切割能力的每单位面积第二切割能力的环形区域构成，上述修整表面的上述圆形区域的直径大于在上述加工表面的半径之内的有效使用宽度，上述修整表面的上述环形区域的外直径基本是上述加工表面的外直径的一半。
用于实现上述目的的第八发明是一种修整工具，它用于修整具有圆形外周的加工工具的加工表面，该修整工具其特征在于，该修整工具包括一个修整表面，它由其中按照第一平均分布密度分布研磨颗粒的圆形区域、以及与该圆形区域同心的并且按照高于上述第一平均分布密度的第二平均分布密度分布研磨颗粒的环形区域构成，上述该修整表面的上述圆形区域的直径大于在上述加工表面的半径之内的有效使用宽度，上述修整表面的上述环形区域的外直径基本是上述加工表面的外直径的一半。
用于实现上述目的的第九发明是上述第八发明，其特征还在于，上述第一平均分布密度是上述第二平均分布密度的10％-50％。
用于实现上述目的的第十发明是一种修整装置，其特征在于，该修整装置包括由上述第七发明至第九发明中的任一种构成的修整工具以及使得该修整工具旋转的旋转机构。
在本发明中，因为设置了构成上述第七发明至第九发明中的任一种的修整工具，因此可以利用各工具的作用和效果来进行修整。
用于实现上述目的的第十一发明是一种修整方法，用于通过使在基板上支撑的加工工具的加工表面和修整工具的修整表面相接触、并使得上述基板和上述修整工具之间相对运动，来修整加工工具的加工表面，该修整方法其特征在于，该方法包括设定阶段，其中将上述修整表面相对于上述基板的相对倾斜调整为理想倾斜，并进行设定；以及修整阶段，其中修整上述加工表面同时保持在上述设定阶段设定的上述相对倾斜。
用于实现上述目的的第十二发明是上述第十一发明，其特征还在于，上述设定阶段包括获取与上述加工表面的表面形状相对应的信息的阶段；以及根据上述信息调整和设定上述相对倾斜的阶段。
用于实现上述目的的第十三发明是上述第十一发明或第十二发明，其特征还在于，上述设定阶段和上述修整阶段每一次均交替重复多次。
用于实现上述目的的第十四发明是上述第十一发明至第十三发明中的任一种，其特征还在于，上述修整阶段中的上述加工表面的修整是在上述修整表面的一部分从上述加工表面的周边伸出的情况下进行的。
用于实现上述目的的第十五发明是上述第十一发明至第十四发明中的任一种，其特征还在于，上述相对倾斜是关于和穿过上述加工表面的中心附近以及上述修整表面的中心附近的直线基本垂直的特定轴线的倾斜。
用于实现上述目的的第十六发明是一种修整装置，该修整装置用于通过使在基板上支撑的加工工具的加工表面和修整工具的修整表面相接触、并使得上述基板和上述修整工具之间相对运动，来修整加工工具的加工表面，该修整装置其特征在于，该装置包括倾斜调整机构，它可以将上述修整表面相对于上述基板的相对倾斜调整为理想的倾斜并设定该倾斜，还包括移动机构，该机构通过使上述基板和上述修整工具之间相对运动并同时维持上述倾斜调整机构设定的上述相对倾斜而修整上述加工表面。
用于实现上述目的的第十七发明是上述第十六发明，其特征还在于，该修整装置是一种修整具有圆形外周的加工工具的加工表面的装置，上述修整工具包括一个修整表面，它由具有每单位面积为第一切割能力的圆形区域、以及与该圆形区域同心的并且具有高于上述每单位面积第一切割能力的每单位面积第二切割能力的环形区域构成，上述修整表面的上述圆形区域的直径大于上述加工表面的半径之内的有效使用宽度，上述修整表面的上述环形区域的外直径基本是上述加工表面的外直径的一半。
用于实现上述目的的第十八发明是上述第十六发明或者第十七发明，其特征还在于该修整装置包括控制部分，该控制部分根据与上述加工表面的表面形状相对应的信息来操作上述倾斜调整机构，从而使上述相对倾斜为理想倾斜。
用于实现上述目的的第十九发明是上述第十八发明，其特征还在于该修整装置包括用于获取上述信息的测量部分。
用于实现上述目的的第二十发明是一种修整装置，该修整装置用于通过使在基板上支撑的加工工具的加工表面和修整工具的修整表面相接触、并使得上述基板和上述修整工具之间相对运动，来修整加工工具的加工表面，该修整装置其特征在于，该装置包括倾斜调整机构，它可以将上述修整表面相对于上述基板的相对倾斜调整为理想的倾斜并设定该倾斜；移动机构，该机构通过使上述基板和上述修整工具之间相对运动并同时维持上述倾斜调整机构设定的上述相对倾斜而修整上述加工表面；测量部分，用于获取与上述加工表面的表面形状相对应的信息；以及控制部分，它响应于具体的指令信号，(i)通过操作上述移动机构而进行上述修整；(ii)根据在进行了上述(i)的修整之后上述测量部分所获取的上述信息而就上述当前设定的相对倾斜是否是理想倾斜进行判断；(iii)当在上述(ii)中判断当前设定的倾斜是理想倾斜的情况下，结束上述相对倾斜的调整；以及(iv)在操作上述倾斜调整机构之后，从上述(i)开始重复操作，从而在上述(ii)中判断当前设定的倾斜不是理想倾斜的情况下，将上述相对倾斜调整为理想倾斜或接近该理想倾斜的一种倾斜。
用于实现上述目的的第二十一发明是上述第二十发明，其特征还在于，该修整装置是一种对具有圆形外周的加工工具的加工表面进行修整的装置，该修整工具包括一个修整表面，它由具有每单位面积为第一切割能力的圆形区域、以及与该圆形区域同心的并且具有高于上述每单位面积第一切割能力的每单位面积第二切割能力的环形区域构成，上述修整表面的上述圆形区域的直径大于上述加工表面的半径之内的有效使用宽度，上述修整表面的上述环形区域的外直径基本是上述加工表面的外直径的一半。
用于实现上述目的的第二十二发明是上述第十六发明至第二十一发明中的任意一项，其特征还在于，上述加工表面的修整是在上述修整表面的一部分从上述加工表面的周边伸出的情况下进行的。
用于实现上述目的的第二十三发明是上述第十六发明至第二十二发明中的任一种，其特征还在于，上述相对倾斜是关于和穿过上述加工表面的中心附近以及上述修整表面的中心附近的直线基本垂直的特定轴线的倾斜。
用于实现上述目的的第二十四发明是一种加工装置，它包括具有加工表面的加工工具，以及保持工件的保持部分，它通过在上述加工工具的加工表面和上述工件之间施加负载并使得上述加工工具和上述工件之间相对运动而加工上述工件，该加工装置其特征在于，采用上述第十一至第十五发明中的任一种修整方法来修整上述加工表面。
用于实现上述目的的第二十五发明是一种加工装置，它包括具有加工表面的加工工具，以及保持工件的保持部分，它通过在上述加工工具的加工表面和上述工件之间施加负载并使得上述加工工具和上述工件之间相对运动而加工上述工件，该加工装置其特征在于，采用上述第十六至第二十三发明中的任一种修整装置来修整上述加工表面。
用于实现上述目的的第二十六发明是一种加工装置，它包括具有加工表面的加工工具，以及保持工件的保持部分，它通过在上述加工工具的加工表面和上述工件之间施加负载并使得上述加工工具和上述工件之间相对运动而加工上述工件，该加工装置其特征在于，该装置包括上述第十六至第二十三发明中的任一种修整装置。
用于实现上述目的的第二十七发明是一种半导体器件制造方法，其特征在于该方法具有利用上述第五或第六发明、或者上述第二十四至二十六发明中的任一种加工装置对半导体晶片的表面进行平整的步骤。
图1是以模型形式显示构成本发明加工结构的修整装置结构的示意结构图；图2是显示在图1中的修整装置内的磨光垫和修整装置之间的位置关系的示意平面图；图3是显示在利用矩形的修整工具进行修整的情况下磨光垫表面平整度的模拟结果的图；图4是显示在本发明的矩形修整工具和磨光垫之间的接触长度关系的解释图；图5是显示在本发明的修整工具中在进行校正而使得沿周边方向的接触长度都相等的情况下左右侧形状的示例图；图6是显示构成本发明的加工结构的修整装置的示意平面图；图7是显示构成本发明加工结构的修整装置结构的示意结构图；
图8是以模型形式显示在利用图7的修整装置修整磨光垫的过程中修整工具的修整表面和磨光垫之间的位置关系的示意平面图；图9是以模型形式显示图7中所示的修整装置中使用的修整工具的放大示意截面图；图10是显示修整之后磨光垫的厚度分布的模拟结果的图；图11是显示修整之后磨光垫的厚度分布的另一模拟结果的图；图12是以模型形式显示构成本发明加工结构的磨光装置的结构的示意结构图；图13是以模型形式显示在修整图12的磨光装置的磨光垫过程中修整工具的修整表面和磨光垫之间位置关系的示意平面图；图14是显示倾斜调整控制操作的示意流程图；图15是以模型形式显示构成本发明加工结构的修整装置的结构的示意结构图；图16是以模型形式显示在图15所示的修整装置中的修整工具的修整表面和磨光垫之间的位置关系的示意平面图；图17是显示半导体器件制造方法的流程图；图18是显示表示传统修整装置的结构和修整之后加工表面的形状的示意图和截面图。
具体实施例方式
以下结合附图描述本发明的优选加工结构。但是这些加工结构的描述不是对本发明范围的限制。
图1中显示了利用本发明的修整工具2构成的用于磨光垫的修整装置DA。该修整装置DA是对在CMP装置中使用的磨光垫15的垫表面(磨光表面)15a进行修整的装置，它由通过真空夹紧等保持磨光垫15并使该磨光垫旋转的垫保持机构10、以及具有对由上述垫保持机构10所保持并使其旋转的磨光垫15的垫表面15a进行修整的修整工具2的修整工具保持机构1构成。垫保持机构10由通过真空夹紧来保持磨光垫15的垫保持头11、连接至该垫保持头11的旋转轴12、以及使得垫保持头11绕其旋转轴O3通过该旋转轴12来旋转的旋转驱动装置(图中未显示)构成。另外，如图2所示，磨光垫15由具有环盘形垫表面15a的板形部件构成，并由垫保持头11所保持，从而穿过磨光垫15的中心点并垂直于垫表面15a的轴线构成上述旋转轴O3。
修整工具保持机构1由具有如图2所示的矩形修整表面3的修整工具2、以及保持该修整工具2的保持汽缸机构5构成，从而该修整工具2自由地向上和向下移动。修整工具2的长度尺寸略大于磨光垫15的垫表面15a的径向尺寸，并具有矩形修整表面3，该矩形表面中左右侧(长边侧)的宽度尺寸3a和3b是w。保持汽缸机构5包括紧固在基底4表面上的汽缸筒6、插入到汽缸筒6中的活塞头7a(使得该活塞头7a沿着轴向自由滑动)、以及连接该活塞头7a并穿过汽缸筒6向上延伸的杆7b。通过将修整工具2紧固在杆7b的上端而对其进行保持。
修整工具保持机构1保持修整工具2，从而使得修整表面3面对着由垫保持机构10所保持和旋转的磨光垫15的垫表面15a。在这种情况下，如图2所示，保持修整工具2，从而修整表面3沿着宽度方向(短边侧方向)的中心线L1沿着环盘形垫表面15a的径向延伸，并且修整工具2由保持汽缸机构5升高，从而修整表面3压在垫表面15a上。利用保持汽缸机构5将这种情况下的压力设定为一个适当的值，从而进行垫表面15a的修整。
在如上构成的修整装置DA中，由于紧固并保持修整工具2，并且通过垫保持机构10使得磨光垫15旋转，因此不需要如传统修整装置中所采用的对中机构，从而简化了该装置的结构。
但是，在利用具有上述矩形修整表面3的修整工具2进行修整的情况下，修整表面3沿着垫表面15a的周边方向的接触长度S会根据沿着径向的位置而变化(尽管只有少许变化)。
因此，垫表面15a在修整之后的平整度可能会下降。例如，如图2所示，如果将在内侧周边位置A处的沿着周边方向的接触长度Si与在外侧周边位置B处的沿着周边方向的接触长度So相比，因为内侧周边位置A的曲率大于外侧周边位置B的曲率，因此Si＞So。所以，在内侧周边侧进行较大量的修整，从而垫表面15a倾向于成为一个如图18(c)所示在顶部凹入的整体截面形状。
图3显示了关于这一点的模拟结果。此处，在水平轴上显示了沿着磨光垫15的垫表面15a的径向的位置(从该图中可以看出，垫表面15a具有环盘形，内直径大约60mm，外直径大约170mm)，在竖轴上显示了垫表面在修整之后相对于平整表面的变化量(％)。在这种模拟中，显示的是在利用五种修整工具2按同样的条件进行修整的情况下垫表面15a相对于平整表面的变化量，其中修整表面3的宽度尺寸w分别是10mm、20mm、30mm、40mm和50mm。从图中可以看出，当尺寸w变小时，平整度获得了改善；例如修整表面3的w大约等于10mm至20mm的修整工具2适合于实际使用。
但是，希望通过缩短修整时间而提高修整效率；为了实现这一目的，需要提高修整表面3的宽度尺寸w。此处我们要考虑如图3所示的随着宽度尺寸w的增加而平整度下降的原因。如图4所示，当使得修整工具2的修整表面3(尺寸宽度w)与磨光垫15的磨光表面15a相接触时，关于在半径r的周边位置D处的沿着周边方向的接触长度S，这些关系可以表示为如下公式(1)和(2)，其中2β是与该接触长度S对应的圆周角β＝arcsin(w/(2r))(1)s＝r×2β (2)此处，如果校正修整表面3的左右侧边3a和3b的形状，从而公式(2)确定的接触长度s对所有的半径r(即在所有的周边位置处)来说都相等，那么对于整个垫表面15a来说修整的量将都相等，从而即使增加宽度w，垫表面15a在修整之后也可以平整。另外，图5中显示了按照这种方式校正的修整表面3′的左右侧边3a′和3b′的形状的示例。在图5中，水平轴显示了从垫的中心位置开始的沿径向(X轴方向)的位置，竖轴显示了与此垂直的沿着Y轴的位置。由基本矩形线所环绕的区域3′是修整表面。在修整工具2包括具有按照这种方式校正的左右侧边3a′和3b′的修整表面3′时，可以通过提高宽度尺寸w提高修整效率。
另外，如果采用多个具有这种大宽度尺寸w的修整表面3′的修整工具2来如图6所示构成修整装置，可以在更短的时间内有效的完成垫表面15a的修整。另外，当如此使用多个修整工具时，各修整工具不必是其左右侧边的形状都如上述进行校正的工具，这些工具可以是具有小宽度尺寸w的矩形工具。
本发明该第一加工结构中的制造装置利用由采用上述修整工具2构成的修整装置DA修整过的磨光垫15构成；采用该磨光垫15磨光晶片的CMP装置对应于上述第六发明的加工装置。另外，希望各个修整工具连接在同一个基板上。
另外，在第一加工结构中，磨光垫具有环盘形状；但是，上述第一至第六发明也可以用于圆盘形的磨光垫。
在上述第一加工结构的发明中，由于仅使加工工具旋转而使修整工具保持在固定位置来进行修整，因此不需要对中机构，从而简化该装置的结构。另外，由于采用大致矩形的修整工具，在加工表面和修整表面之间的周边上的接触长度沿径向在所有的位置处都相同，从而可以改善加工表面在修整之后的平整度。
图7是显示构成本发明第二加工结构的修整装置的示意结构图。图8是以模型形式显示在磨光垫25的修整过程中修整工具21的修整表面和磨光垫25之间的位置关系的示意平面图。图9是以模型形式显示修整工具21的放大示意截面图。
如图7所示，该加工结构的修整装置包括修整工具21和使得修整工具21相对于基底22旋转的旋转机构23。该修整装置被构成为使得该装置对在基板24上支撑的CMP装置磨光垫25的磨光表面25a进行修整。基板24和磨光垫25可以构成CMP装置磨光工具自身，或者基板24可以是与磨光工具分开的部件。在前者的情况下，该加工结构的修整装置设置在CMP装置的修整段(修整区)。
如图8所示，磨光垫25的磨光表面25a具有圆形外周边。在该实施例中，磨光垫25被构成为环形，其中除去了中央部分。当然，作为该加工结构的磨光装置的修整目标的磨光垫不限于环形磨光垫；例如该磨光垫可以是圆形磨光垫，其中未除去中央部分。在该加工结构中，磨光垫25的整个环形磨光表面25a形成有效的使用区，它可以有效的用于例如半导体晶片这种磨光目标的磨光。磨光垫25的半径内的有效使用宽度是外直径和内直径之间的差的一半。
磨光垫25和基板24被设置成使得这些部分可以由采用电机作为促动器的机构(图中未显示)沿着图7中箭头a和b所示的方向旋转和上下移动。另外，基板24通过万向节机构(图中未显示)机械连接至旋转轴26。当然，不是绝对必须安装万向节机构。另外，在图8中，O1表示磨光垫25的中心，磨光垫25以该中心O1作为旋转中心旋转。
在该加工结构中，如图9所示，修整工具21具有盘构成的基板31、分布在基板31的上表面上的作为研磨颗粒的金刚石颗粒32、以及将金刚石颗粒32固定在基板31上的镍镀层33。在修整工具21的上表面的中心部分中的圆形区域R1中，金刚石颗粒32按照平均分布密度D1分布。另一方面，在修整工具21的上表面上的与圆形区域R1同心的环形区域R2中，金刚石颗粒32按照比平均分布密度D1高的平均分布密度D2分布。
当在CMP磨光装置中使用的磨光垫磨光时平均分布密度D1超过平均分布密度D2的50％的情况下，沿着磨光垫25的径向的厚度分布变为向下方向为凹形的厚度分布，从而不能实现在CMP装置的磨光垫中所需要的平整度。另一方面，当平均分布密度D1小于平均分布密度D2的10％的情况下，沿着磨光垫25的径向的厚度分布变为向上方向为凸形的厚度分布，从而不能实现在CMP装置的磨光垫中所需要的平整度。因此，希望平均分布密度D是平均分布密度D2的10-50％。
在该加工结构中，在基板31中在圆形区域R1和环形区域R2之间形成同心的圆形沟槽31a。但是，不是绝对必须要形成这种沟槽31a。修整工具21的修整表面由圆形区域R1和环形区域R2构成。在图8中，O2表示圆形区域R1和环形区域R2的中心，旋转机构23使得修整工具21以该中心O2作为旋转中心旋转。
由于如上所述将平均分布密度D2设定为高于平均分布密度D1，因此环形区域R2的每单位面积的切割能力高于圆形区域R1的每单位面积的切割能力。另外，该加工结构是其中利用金刚石颗粒32作为研磨颗粒而形成修整表面的示例。但是，本发明不限于此；例如通过使用其它切割边缘代替使用研磨颗粒，并适当的设定这些切割边缘的分布密度，可以将环形区域R2中的每单位面积的切割能力设定为高于圆形区域R1中的每单位面积的切割能力的一个值。
另外，上述修整工具21基本可以采用电解沉积方法(与传统修整工具中采用的类似)来制造，其中以金刚石颗粒作为研磨颗粒。但是为了改变在各区R1和R2中的金刚石颗粒32的平均分布密度，例如在圆形区域R1中分布金刚石颗粒32时，通过利用遮蔽板等遮蔽环形区域R2，并且在环形区域R2中分布金刚石颗粒32时，通过利用遮蔽板等遮蔽圆形区域R1，可以在两个区R1和R2中单独分布金刚石颗粒32。当然，无需说明，可以采用各种方法来作为修整工具2的制造方法。
如图8所示，修整表面的圆形区域R1的直径被设定为使得该直径略大于上述磨光垫25的半径之内的有效使用宽度。修整表面的环形区域R2的外直径被设定为大致是磨光垫25的外直径的一半。
在该修整装置中，如图7和8所示，在磨光垫25的磨光表面(该加工结构中的下表面)以特定压力(负载)压在修整工具21的修整表面上的状态下，通过按照箭头a和c所示方向分别旋转磨光垫25和修整工具21来修整磨光垫25的磨光表面25a。
在该加工结构中，由于修整工具21的修整表面由具有较低的每单位面积切割能力的圆形区域R1和具有较高的每单位面积切割能力的环形区域R2构成，通过适当地设定这些切割能力，可以高度精确地平整磨光垫的磨光表面。
为了证实这种效果，本发明人利用类似于上述加工结构的修整装置的修整装置或者构成该修整装置的改进型的修整装置按照特定的时间周期修整之后，采用Preston公式模拟方法，获得沿着磨光垫25(起初是完全平整的)径向的厚度分布。模拟结果如图10和11所示。
获得图10所示的模拟结果A的模拟条件如下具体的说，在上述加工结构中，环形磨光垫25的内直径被设定为60mm，磨光垫25的外直径被设定为170mm，磨光垫25和修整工具21之间的负载设定为3kgf，磨光垫25的旋转速度设定为395rpm，修整工具21的旋转速度设定为175rpm，磨光垫25和修整工具21的旋转方向设定为同向，修整工具21的圆形区域R1的直径设定为70mm，环形区域R2的内直径设定为80mm，环形区域R2的外直径设定为100mm，磨光垫25的中心O1和修整工具21的中心之间的距离设定为52.5mm，当环形区域R2中的研磨颗粒的平均分布密度D2被标准化为1时，圆形区域R1中的研磨颗粒的平均分布密度D1设定为0.25(也就是D1/D2＝0.25)。
获得图10所示的模拟结果B的模拟条件如下；具体的说，D1/D2设定为0.5，其余条件与模拟结果A的情况相同。获得图10所示的模拟结果C的模拟条件如下；具体的说，D1/D2设定为0.75，其余条件与模拟结果A的情况相同。获得图10所示的模拟结果D的模拟条件如下；具体的说，D1/D2设定为1，其余条件与模拟结果A的情况相同。
模拟结果A、B和C是本发明各实施方案的模拟结果，而模拟结果D是比较实施例的模拟结果。
获得图11所示的模拟结果E的模拟条件如下；具体的说，修整工具21的修整表面仅由环形区域R2构成，没有圆形区域R1。另外，环形区域R2的内直径设定为80mm，环形区域R2的外直径设定为100mm，其余条件与模拟结果A的情况相同。
获得图11所示的模拟结果F的模拟条件如下；具体的说，修整工具21的修整表面仅由圆形区域R1构成，没有环形区域R2。另外圆形区域R1的直径设定为70mm，其余条件与模拟结果A的情况相同。
模拟结果E和F是对应于各传统技术的修整装置的示例的模拟结果。另外，图11中的G表示在修整之前磨光垫25的初始厚度分布。
从图10的模拟结果A至D可以看出，通过将D1和D2设定为D1＜D2，磨光垫25修整之后的厚度可以是平整的(与D1＝D2的情况相比)。特别是，在图10所示的模拟示例中，如果D1/D2设定为0.25，如在模拟结果A中，磨光垫25基本完全平整。
在修整工具21的修整表面仅由环形区域R2构成的情况下，获得在向上方向为凸形的厚度分布，如在图11中模拟结果E所示。另一方面，当修整工具21的修整表面仅由圆形区域R1构成的情况下，获得在向下方向为凹形的厚度分布，如在图11中模拟结果F所示。在本发明的模拟结果A至C实施方案中，可以看出所获得的厚度分布特征中，结合了由环形区域R2导致的向上方向为凸形的厚度分布倾向与由圆形区域R1导致的向下方向为凹形的厚度分布倾向。在图10所示的模拟示例中，可以看出，当D1/D2＝0.25时，两种倾向或多或少的完全抵消，从而获得或多或少完全平整的厚度分布。
由于上述结果是基于模拟的逻辑计算的，因此实际结果与该模拟结果有一些偏差。但是，当本发明人进行实际试验时，尽管要按照需要对条件的数值作一些适当的改变，但是获得了显示出与模拟结果具有类似倾向的试验结果。关于实际条件，例如D1/D2等，可以适当的进行设定，从而磨光垫25在修整之后能获得最大程度的平整。另外，平均分布密度D1和D2自身的值可以在考虑金刚石颗粒32的颗粒尺寸等的情况下进行适当的设定，从而满足该比例，并且从而磨光垫25的磨光表面在修整之后成为理想粗糙程度。
上述利用图7至图11所描述的加工结构的发明使其可以提供一种能够以良好的精度来在修整之后平整磨光垫的磨光表面的修整工具，以及一种利用该修整工具的修整装置。
图12是以模型形式显示构成本发明第三加工结构的磨光装置的示意结构图。图13是以模型形式显示修整磨光垫44的过程中修整工具51的修整表面53和磨光垫44之间的位置关系的示意平面图。
该加工结构的磨光装置包括磨光工具41、将晶片42保持在位于图中右侧所示的磨光段(磨光区)内的磨光工具41之下的晶片保持器43、通过在磨光工具41中形成的供应管路(图中未显示)向晶片42和磨光工具41之间的空间提供磨光剂(糊料)的磨光剂提供部分(图中未显示)、设置在图中左侧上的修整段(修整区)内并修整位于修整段内的磨光工具41的磨光垫44的磨光表面的修整装置46、设置在修整段内的位移计47、由计算机等构成的控制部分48、在控制部分48的控制下驱动各个部分的电机的驱动部分49、以及例如键盘的输入部分50。
磨光工具41具有磨光垫44和从磨光表面的相对侧支撑磨光垫44的表面的基板45。在该加工结构中，如图13所示，磨光垫44的形状是环形，其中除去旋转中心附近的部分。但是，本发明不限于此，例如该形状可以是圆盘形。磨光工具41被设置为通过采用以电动机为促动器的机构(图中未显示)使得该工具可以按照图12中的箭头A、B和C所示旋转、向上向下移动以及左右摆动(进行往复移动)。另外，如图12所示，通过采用以电动机为促动器的移动机构(图中未显示)，磨光工具41可以在磨光段和修整段之间移动。
磨光工具41通过可锁定的万向节机构55机械连接至旋转轴56。尽管图中没有显示，该万向节支撑结构55具有与传统使用的万向节基本相同的结构。但是，该万向节机构55也具有由电磁促动器操作的锁定机构，并被构成为使得该机构可以在控制部分48的控制下在磨光工具41能相对于旋转轴56自由倾斜的状态(万向节状态)和磨光工具被固定从而该工具不能关于旋转轴56倾斜的状态(万向节锁定状态)之间切换。在该万向节锁定状态，基板45的下表面(磨光垫支撑表面)垂直于旋转轴56。万向节机构55在磨光段处于万向节状态，在修整段处于万向节锁定状态。
晶片42保持在晶片保持器43上，晶片42的上表面是被磨光的表面。晶片保持器43可以如图12中箭头D所示由采用电动机作为促动器的机构(图中未显示)旋转。
在该加工结构中，磨光垫41的直径被设定为小于晶片42的直径，从而该装置的覆盖区域整体来说小，以便于高速低负载的磨光。当然，在本发明中，磨光工具41的直径也可以设定为与晶片42的相同或者比其大。
此处，描述利用该磨光装置磨光晶片42。在磨光段，使得磨光工具41前后摆动并同时旋转，并且利用特定的压力(负载)压在晶片保持器43上的晶片42的上表面上。使得晶片保持器43旋转，从而也可以使得晶片42旋转，因此使得晶片42和磨光工具41之间进行相对运动。在这种状态下，从磨光剂供应部分给晶片42和磨光工具41之间的空间提供磨光剂；该磨光剂在晶片42和磨光工具41之间扩散，并磨光正在磨光的晶片42的表面。具体的说，磨光工具41和晶片42之间的相对运动进行的机械磨光以及磨光剂的化学作用的合成效果实现了令人满意的磨光。
修整装置46包括修整工具51。在该加工结构中，修整工具51具有圆盘形工具主体，其中上表面的外侧周边侧上的环形部分被形成为是更高的台阶的平面；该修整工具51具有的结构中，例如金刚石颗粒的研磨颗粒在是更高的台阶的环形部分的上表面上分布。分布有这些研磨颗粒的环形区域构成修整表面53。当然，修整工具51的结构不限于环形表面；例如，该修整表面53可以为圆形。
另外，在该加工结构中，修整装置46包括旋转机构61，该机构使得修整工具51按照箭头E所示旋转，还包括倾斜调整机构62，它可以调整和设定该修整表面53沿着箭头F所示方向的倾斜。
倾斜调整机构62具有固定在基底63上的支架64、支撑在支架64上的倾斜部件66(从而可以使得该部件由轴65倾斜)、以及作为促动器的电动机(图中未显示)。当通过操作上述电动机倾斜该倾斜部件66、并且然后停止该电动机时，该倾斜部件66保持在该位置。当然，倾斜调整机构62不限于这种结构；无须说明可以使用各种结构。尽管图中没有显示细节，但是旋转机构61的基底侧固定在倾斜部件66上，旋转机构61的旋转侧固定在修整工具51的工具主体62上。旋转机构61以电动机作为促动器(图中没有显示)。
倾斜调整机构62的轴65沿着与图12中纸的平面垂直的方向延伸，并沿着与图13中所示直线G(也就是在图13所示的修整过程中穿过磨光垫44的中心O1和修整工具51的修整表面53的中心O2的直线)垂直的方向延伸。结果，在该加工结构中，可以调整和设定修整表面53关于该轴65的轴线的倾斜(箭头F所示方向)。最理想的是，可以沿着该F方向调整修整表面53的倾斜；但是该倾斜调整机构也可以被构成为可以调整该方向之外的其它一些方向的倾斜。另外，在该加工结构中，倾斜调整机构62被构成为可以按照如上所述调整和设定修整表面53的倾斜；但是相反，也可以将该倾斜调整机构62构成为可以调整和设定磨光工具41的倾斜。
如图12和13所示，通过在施加负载的情况下将位于修整段的磨光工具41的磨光垫44压在修整工具51的修整表面53上，并使得磨光工具41和修整工具51按照各箭头A和E所示方向旋转，来按照磨光同样的方式完成磨光垫44的磨光表面(该加工结构中的下表面)的修整。但是，磨光工具41不沿着箭头C所示方向摆动。如图12和13所示，在修整表面53的一部分在内侧周边上和在外侧周边上从磨光垫44伸出的情况下进行修整。在该修整过程中，万向节机构55设置在万向节锁定状态；另外，在倾斜调整机构62中，修整工具51的修整表面53的预设倾斜被保持为原样。因此在磨光垫44的修整过程中，不改变修整表面53相对于磨光工具41的基板45的磨光垫支撑表面(下表面)之间的相对倾斜。
在该加工结构中，在修整段中设置的位移计47构成获取与磨光垫44的磨光表面的表面形状相对应的信息的测量部分。该位移计47在控制部分48的控制下获取这种信息。在该加工结构中，尽管在图中没有显示，可以使用市购的接触探针型位移计作为位移计47。该位移计设置成使得接触探针接触磨光垫44的磨光表面并根据该磨光表面的高度向上或者向下移动，因此使其通过沿着磨光垫44的径向滑动接触探针而可以测量磨光垫44的磨光表面的表面形状。另外，由于在磨光垫44相同半径的周边上的各位置处的高度基本相同，因此只需测量在沿着磨光垫44的给定半径的一条线上的各位置处的高度。例如，也可以使用光学位移计等作为位移计47来代替接触探针型位移计。
控制部分48控制各个部分(作为常规控制)以在磨光段进行上述磨光操作，并控制各个部分以在修整段按照特定频率进行上述修整。
另外，控制部分48也进行图14所示的倾斜调整控制。图14是显示该倾斜调整控制操作的示意流程图。控制部分48响应于来自输入部分50的通过操作者的操作而输入的倾斜调整指令信号，启动倾斜调整控制。例如当修整工具51被更换为一个新的修整工具时，可以发送该指令信号。当然这种倾斜调整指令信号也可以在同一个修整工具51的使用周期内按照特定频率来发送。该系统也可以被设计为例如使得控制部分48自身判断与预设频率相对应的周期，并自动生成这种倾斜调整指令信号，来代替由操作者从输入部分50发送的这些指令信号。
当控制部分48启动该倾斜调整控制时，首先进行上述磨光垫44的修整(步骤S1)。当完成该修整时，控制部分48向位移计47发送控制信号，并使得该位移计测量上述磨光垫44的表面形状。控制部分48输入该表面形状数据(步骤S2)。在该表面形状的测量过程中，例如在停止修整工具51的旋转、使得磨光垫44的磨光表面从修整工具51的修整表面53上浮起、以及使得磨光工具41旋转的状态下进行测量。
以下，控制部分48就在步骤S2中最新输入的表面形状是否是在关于完全平整的理想表面形状的预定许可范围内的表面形状进行判断，并因此判断刚由倾斜调整机构62设定的修整工具51的修整表面53的倾斜是否是理想的倾斜(步骤S3)。
如果在步骤S3判断该表面形状不是在上述许可范围内的表面形状(也就是修整表面53的当前倾斜不是理想倾斜)，控制部分48操作倾斜调整机构62，从而将该修整表面53的倾斜调整为如下的倾斜，即使得修整之后的表面形状是在该许可范围内的表面形状或者是接近该许可范围内的这种表面形状的一种表面形状，并在该倾斜处设定该倾斜(步骤S4)。然后控制部分48返回到步骤S1。另外，关于表面形状和修整表面53的倾斜之间的关系，通过利用公式或者从试验数据等获得的查找表来确定必须的倾斜调整量。或者，可以将倾斜调整量设定为一个确定的小的固定量，并仅沿着增加和减少倾斜的方向由步骤S2中获得的表面形状来确定。
另一方面，如果在步骤S3中判断表面形状是处于许可范围内的表面，则控制部分48结束倾斜调整控制，并进行上述常规控制。
在该加工结构中，如上所述，在磨光垫44的修整过程中，修整表面53相对于磨光工具41的基板45的磨光垫支撑表面(下表面)的相对倾斜被保持在由倾斜调整机构62预先调整和设定的倾斜处。另外，上述控制部分48的倾斜调整控制的结果是，修整表面53的最后设定的相对倾斜不受磨光工具41的旋转轴和修整工具51的旋转轴之间倾斜差异的影响，并被调整和设定为能够获得非常接近于完全平整的理想表面形状的磨光垫44的表面形状的倾斜。
因此在该加工结构中，消除了在利用万向节机构的角跟踪的磨光垫修整技术中对磨光垫的平整度改善造成阻碍的因素；另外，完全消除了磨光工具41的旋转轴和修整工具51的旋转轴之间倾斜差异的影响。因此，在该加工结构中，可以用高于传统技术的精度来将磨光垫44修整为平的表面。另外，在该加工结构中，由于利用这样被以高精度修整为平整状态的磨光垫44来在磨光段磨光晶片42，因此晶片42可被以高精度磨光为平整状态。
另外，在该加工结构中，也可以使用图7所示的修整工具21来代替修整工具51。如果这样作，就都可以获得上述该加工结构的效果，和利用具有上面第二加工结构中所述的特定结构的修整工具21的效果。
图15是以模型形式显示构成本发明第四加工结构的修整装置的示意结构图。图16是以模型形式显示修整工具72的修整表面84和磨光垫44之间的位置关系的示意平面图。
在上述第三加工结构中，修整装置46内置于磨光装置中。另外，在该第三加工结构中，由倾斜调整机构62完成的倾斜调整是自动进行的。
相反，本加工结构的修整装置被构成为与磨光装置相独立。另外，该加工结构被构成为使得倾斜调整机构所进行的倾斜调整由操作者手动进行。
例如，该加工结构中的修整装置对在图12所示的磨光装置(根据上述第三加工结构)中除去了修整装置46的磨光装置中使用的磨光垫44的磨光表面(图15中的下表面)进行修整。
该加工结构的修整装置包括垫保持器71，利用真空抽吸夹紧等而保持磨光垫44、修整工具72、倾斜调整机构73、上升和下降机构74、位移计75、以及显示部分76。
垫保持器71具有圆盘形基板81，它在与磨光表面相对的一侧上支撑磨光垫44的表面。在该加工结构中，磨光垫44的形状是环形，其中在旋转中心附近的部分被除去，如图16所示。但是，所使用的形状不限于该形状；例如，可以使用圆盘形。可以利用以电动机作为促动器的机构(图中未显示)使得垫保持器71如图15和16中箭头H所示进行旋转。垫保持器71不进行向上和向下运动或者摆动。垫保持器71固定在旋转轴72上，而没有万向节。因此垫保持器71不能倾斜。
在该加工结构中，修整工具72具有工具主体83，它为实心的矩形；该修整工具72的结构中，例如金刚石颗粒的研磨颗粒在整个上表面上分布。分布有这些研磨颗粒的矩形区域构成修整表面84。当然，该修整工具72的结构和修整表面74的形状不限于这种结构和形状。
倾斜调整机构73被构成为能够调整和设定该修整表面84沿着箭头J所示方向的倾斜。倾斜调整机构73具有固定在基底侧部件85上的支架86、支撑在该支架86上的倾斜部件88(从而该部件可以由轴87倾斜)、调整螺丝89、固定在部件85上并支撑调整螺丝89使该调整螺丝89能够自由转动的支撑部件90、将调整螺丝89拧成接合状态并可以在部件85上如图15中箭头K所示向左和向右移动的左右移动部件91、以及将倾斜部件88按照所调整的倾斜锁定在支架86上并释放该锁定动作的锁定螺丝(图中未显示)。左右移动部件91的上表面和倾斜部件88的顶端上的下表面被形成为彼此啮合的锥形表面。在该倾斜调整机构73中，当操作者释放上述锁定螺丝并沿着一个方向或者另一个方向转动调整螺丝89时，左右移动部件91根据该调整螺丝的转动方向和转动量而向左或者向右移动。由于左右移动部件91和倾斜部件88的锥形表面彼此啮合，因此根据左右移动部件91的左右移动来确定倾斜部件88沿着图15中箭头J所示方向的倾斜。倾斜部件88和修整工具72的工具主体73通过连接部件92而彼此固定。因此，通过释放上述锁定螺丝和沿着一个方向或者另一个方向转动调整螺丝89，操作者可以调整修整表面84沿着箭头J所示方向的倾斜；另外，操作者通过在该调整之后利用上述锁定螺丝锁定该倾斜而可以保持该倾斜。当然，倾斜调整机构73不限于这种结构；无需说明可以采用各种结构。
该倾斜调整机构73的轴87沿着与图15的页面垂直的方向延伸，并沿着与图16中所示直线M(也就是在图16所示的修整过程中穿过磨光垫44的中心O1和修整工具72的修整表面84的中心O3的直线)垂直的方向延伸。结果，在该加工结构中，可以调整和设定修整表面84关于该轴87的轴线的倾斜(箭头J所示方向)。最理想的是，可以沿着该J方向调整修整表面84的倾斜；但是该倾斜调整机构73也可以被构成为可以调整该方向之外的其它某一方向的倾斜。另外，在该加工结构中，倾斜调整机构73被构成为可以按照如上所述调整和设定修整表面84的倾斜；但是相反，也可以将该倾斜调整机构73构成为可以调整和设定垫保持器71的倾斜。
上升和下降机构74由汽缸构成。具体的说，上升和下降机构74具有固定在基底93上的汽缸筒94、插入到汽缸筒94中的活塞95(使得该活塞95沿着轴向也就是竖直方向自由滑动)、以及连接该活塞95并穿过汽缸筒94向上延伸的活塞杆96。活塞杆96的上端固定在部件85上。通过适当地设定空气的提供和排放以及在汽缸筒94中由活塞95划分的两侧上的隔室中的压力，可以沿着箭头L所示方向向上和向下移动活塞杆96，并确定修整工具72的修整表面84施加在磨光垫44上的压力。
与图12所示的位移计47类似，位移计75构成获取与磨光垫44的磨光表面的表面形状相对应的信息的测量部分；此处可以使用与位移计47同样的位移计。显示部分76显示该位移计75测量的表面形状。
在该加工结构中，如图15和16所示，通过利用上升和下降机构74升高修整工具72而在施加负载的状态下使得磨光垫44压在修整工具72的修整表面84上、并使得垫保持器71按照箭头H所示方向旋转，来完成磨光垫44的磨光表面(该加工结构中的下表面)的修整。如图15和16所示，在修整表面84的一部分在外周侧上和在内周侧上从磨光垫44伸出的状态下进行修整。在该修整过程中，垫保持器71的倾斜没有改变；另外，预先由倾斜调整机构73设定的修整工具72的修整表面84的倾斜被保持原样。因此在磨光垫44的修整过程中，不改变修整表面84相对于垫保持器71的基板81的磨光垫支撑表面(下表面)之间的相对倾斜。
在该加工结构中，操作者执行与图12所示的上述控制部分48所执行的倾斜调整控制功能(图14所示)或多或少相对应的功能。具体的说，操作者首先进行上述修整操作。当修整完成时，操作者利用位移计75测量磨光垫44的表面形状，并将测量的表面形状显示在显示部分76上。然后操作者观察在显示部分76上所显示的表面形状，并通过判断该表面形状是否是在完全平整的理想表面形状的预定许可范围内的表面形状，来判断由倾斜调整机构73当前设定的该修整工具72的修整表面84的倾斜是否是理想的倾斜。如果该表面形状不是在上述许可范围内的表面形状，操作者根据在显示部分76上所显示的表面形状利用倾斜调整机构73来调整该修整表面84的倾斜，从而将修整之后的表面形状调整为是在该许可范围内的表面形状或者是接近该许可范围内的表面形状，并在该倾斜处设定该倾斜。然后操作者重复上述操作，直至所测量和显示的表面形状被调整为是处于许可范围内的表面形状。一旦获得处于许可范围内的表面形状，结束该修整表面84的倾斜的调整；另外完成磨光垫44的修整。
在该加工结构中，由于需要操作者的工作，因此该操作比上述第三加工结构中的情况略微复杂；但是如在上述第一加工结构中的情况，可以用高于传统技术的精度将该磨光垫44修整为平整状态。
顺便提一句，在上述第三加工结构中，也可以安装图15所示的倾斜调整机构73和连接部件82，来代替图12所示的倾斜调整机构62和旋转机构61。相反，在上述第四加工结构中，也可以安装图12所示的倾斜调整机构62和旋转机构61，来代替图15所示的倾斜调整机构73和连接部件92。在这种情况下，如果安装了执行与上述操作者的操作相对应的控制程序的控制部分和输入部分，则在与磨光装置相独立的修整装置中也可以实现自动化。当在这种独立的修整装置中实现自动化时，不是绝对必须要在修整装置中安装位移计75。在这种情况中，在磨光垫44暂时从垫保持器71上除去的状态下，可以用与该修整装置相独立的单独的位移计来测量磨光垫44的磨光表面的表面形状，并且将数据从输入部分输入到控制部分中。
另外，在从根据图12所示的上述第三加工结构的磨光装置中除去修整装置46的磨光装置中，使用由上述第四加工结构中的修整装置所修整的磨光垫44会得到根据本发明另一个加工结构的磨光装置。
图17是显示构成本发明加工结构的半导体器件制造方法的流程图。开始该半导体器件制造方法，然后首先在步骤S200中从随后显示的步骤201至步骤204中选择适当的处理方法。然后该处理根据这种选择而进入到这些步骤S201至S204中的一个。
步骤S201是氧化步骤，其中氧化硅晶片的表面。步骤S202是CVD过程，其中通过CVD等在硅晶片表面上形成绝缘膜。步骤S203是电极形成过程，其中通过例如气相沉积等方法在硅晶片的表面上形成电极薄膜。步骤S204是离子注入方法，其中在硅晶片中注入离子。
在CVD过程或者电极形成过程之后，该处理进入到步骤S209，判断是否要进行CMP过程。在不进行这种过程的情况下，该处理进入到步骤S206；但是在进行这种过程的情况下，该处理进入到步骤S205。步骤S205是CMP过程；在该过程中，利用本发明的磨光装置来进行中间层绝缘膜的平整、或者进行通过磨光半导体器件表面上的金属薄膜而形成镶嵌等。
在CMP过程或氧化过程之后，该处理进入到步骤S206。步骤S206是光刻过程。在该光刻过程中，用抗蚀剂涂布硅晶片，通过曝光装置的曝光并将曝光的硅晶片显影而在硅晶片上烧出电路图案。另外，随后的步骤S207是蚀刻过程，其中通过蚀刻而除去显影的抗蚀剂影像之外的部分，在这之后剥离该抗蚀剂，除去在蚀刻完成之后变得不再必要的抗蚀剂。
然后在步骤S208中，判断所有必须的步骤是否都已完成。在这些步骤还没有完成的情况下，该处理返回到步骤S200，重复前面的步骤，从而在硅晶片上形成电路图案。如果在步骤S208中判断所有的过程都完成，则结束该处理。
在本发明的半导体器件制造方法中，由于本发明的磨光装置用于CMP过程，因此以高精度将晶片磨光为平整状态。因此获得以下效果即提高CMP过程的产率，从而可以用比传统的半导体器件制造方法低的成本来制造半导体器件。
另外，本发明的磨光装置也可以用于上述半导体器件制造方法之外的其它半导体器件制造方法中的CMP过程。
结果，本发明的半导体器件制造方法可以用比传统的半导体器件制造方法低的成本来制造半导体器件，从而降低半导体器件的制造成本。
工业实用性本发明的修整工具和修整装置可以用于修整磨光装置中的磨光垫等。另外，本发明的加工装置可以用作(例如)半导体器件制造方法中磨光晶片的磨光装置。另外，本发明的半导体器件制造方法可以用于制造具有微细图案的半导体器件。
权利要求
1.一种修整工具，它对具有环盘状或圆盘状加工表面的加工工具进行修整，该修整工具其特征在于，该工具具有大致矩形的修整表面，它通过接触上述加工工具的加工表面而进行修整，并且上述修整表面被设置为在修整过程中，使得上述修整表面沿着上述大致矩形的短侧边方向的中心线与穿过上述加工工具的上述环盘或圆盘的中心的径向相一致。
2.如权利要求1的修整工具，其特征在于上述大致矩形的平行于上述沿短侧边方向的中心线延伸的两个长侧边的形状如下当上述修整表面与上述加工表面相接触时，上述加工表面和上述修整表面之间的接触长度在沿着上述加工表面的径向的所有位置处均相等。
3.一种修整装置，其特征在于该装置具有如权利要求1的修整工具，以及加工工具保持机构，该保持机构保持具有环盘状或者圆盘状加工表面的加工工具，并且使得该加工工具围绕穿过上述环盘或圆盘的中心并与上述加工表面相垂直的轴旋转。
4.如权利要求3的修整装置，其特征在于，该装置具有多个修整工具，这些修整工具被设置成为使得该多个修整工具同时修整上述加工表面。
5.一种加工装置，它具有由如权利要求1的修整工具所修整过的加工工具。
6.一种加工装置，它具有如权利要求3的修整工具所修整过的加工工具。
7.一种修整工具，它用于修整具有圆形外周的加工工具的加工表面，该修整工具其特征在于，该修整工具包括一个修整表面，它由具有每单位面积为第一切割能力的圆形区域、以及与该圆形区域同心的并且具有高于上述每单位面积第一切割能力的每单位面积第二切割能力的环形区域构成，上述修整表面的上述圆形区域的直径大于上述加工表面的半径之内的有效使用宽度，上述修整表面的上述环形区域的外直径基本是上述加工表面的外直径的一半。
8.一种修整工具，它用于修整具有圆形外周的加工工具的加工表面，该修整工具其特征在于，该修整工具包括一个修整表面，它由其中按照第一平均分布密度分布研磨颗粒的圆形区域、以及与该圆形区域同心的并且按照高于第一平均分布密度的第二平均分布密度分布研磨颗粒的环形区域构成，上述修整表面的上述圆形区域的直径大于上述加工表面的半径之内的有效使用宽度，上述修整表面的上述环形区域的外直径基本是上述加工表面的外直径的一半。
9.如权利要求8的修整工具，其特征在于，上述第一平均分布密度是上述第二平均分布密度的10％-50％。
10.一种修整装置，其特征在于，该修整装置包括如权利要求7的修整工具以及使得该修整工具旋转的旋转机构。
11.一种修整方法，用于通过使在基板上支撑的加工工具的加工表面和修整工具的修整表面相接触、并使得上述基板和上述修整工具之间相对运动，来修整加工工具的加工表面，该修整方法其特征在于，该方法包括设定阶段，其中将上述修整表面相对于上述基板的相对倾斜调整为理想倾斜，并进行设定；以及修整阶段，其中修整上述加工表面同时保持在上述设定阶段设定的上述相对倾斜。
12.如权利要求11的修整方法，其特征在于，上述设定阶段包括获取与上述加工表面的表面形状相对应的信息的阶段；以及根据上述信息调整和设定上述相对倾斜的阶段。
13.如权利要求11的修整方法，其特征在于，上述设定阶段和上述修整阶段每一次均交替重复多次，直至上述加工表面的表面形状成为处于许可范围内的表面形状。
14.如权利要求11的修整方法，其特征在于，上述修整阶段中的上述加工表面的修整是在上述修整表面的一部分从上述加工表面的周边伸出的情况下进行的。
15.如权利要求11的修整方法，其特征在于，上述相对倾斜是关于和穿过上述加工表面的中心附近以及上述修整表面的中心附近的直线基本垂直的特定轴线的倾斜。
16.一种修整装置，该修整装置用于通过使在基板上支撑的加工工具的加工表面和修整工具的修整表面相接触、并使得上述基板和上述修整工具之间相对运动，来修整加工工具的加工表面，该修整装置其特征在于，该装置包括倾斜调整机构，它可以将上述修整表面相对于上述基板的相对倾斜调整为理想的倾斜并设定该倾斜，还包括移动机构，该移动机构通过使上述基板和上述修整工具之间相对运动并同时维持上述倾斜调整机构设定的上述相对倾斜而修整上述加工表面。
17.如权利要求16的修整装置，其特征在于，该修整装置是一种修整具有圆形外周的加工工具的加工表面的装置，上述修整工具包括一个修整表面，它由具有每单位面积为第一切割能力的圆形区域、以及与上述圆形区域同心的并且具有高于上述每单位面积第一切割能力的每单位面积第二切割能力的环形区域构成，上述修整表面的上述圆形区域的直径大于上述加工表面的半径之内的有效使用宽度，上述修整表面的上述环形区域的外直径基本是上述加工表面的外直径的一半。
18.如权利要求16的修整装置，其特征在于该修整装置包括控制部分，该控制部分根据与上述加工表面的表面形状相对应的信息来操作上述倾斜调整机构，从而使上述相对倾斜为理想倾斜。
19.如权利要求18的修整装置，其特征在于该修整装置包括用于获取上述信息的测量部分。
20.一种修整装置，该修整装置用于通过使在基板上支撑的加工工具的加工表面和修整工具的修整表面相接触、并使得上述基板和上述修整工具之间相对运动，来修整加工工具的加工表面，该修整装置其特征在于，该装置包括倾斜调整机构，它可以将上述修整表面相对于上述基板的相对倾斜调整为理想的倾斜并设定该倾斜；移动机构，该移动机构通过使上述基板和上述修整工具之间相对运动并同时维持上述倾斜调整机构设定的上述相对倾斜而修整上述加工表面；测量部分，用于获取与上述加工表面的表面形状相对应的信息；以及控制部分，它响应于具体的指令信号，(i)通过操作上述移动机构而进行上述修整；(ii)根据在进行了上述(i)的修整之后上述测量部分所获取的上述信息而就上述当前设定的相对倾斜是否是理想倾斜进行判断；(iii)当在上述(ii)中判断当前设定的倾斜是理想倾斜的情况下，结束上述相对倾斜的调整；以及(iv)在操作上述倾斜调整机构之后，从上述(i)开始重复操作，从而在上述(ii)中判断当前设定的倾斜不是理想倾斜的情况下，将上述相对倾斜调整为理想倾斜或接近该理想倾斜的一种倾斜。
21.如权利要求20的修整装置，其特征在于，该修整装置是一种对具有圆形外周的加工工具的加工表面进行修整的装置，上述修整工具包括一个修整表面，它由具有每单位面积为第一切割能力的圆形区域、以及与上述圆形区域同心的并且具有高于上述每单位面积第一切割能力的每单位面积第二切割能力的环形区域构成，上述修整表面的上述圆形区域的直径大于上述加工表面的半径之内的有效使用宽度，上述修整表面的上述环形区域的外直径基本是上述加工表面的外直径的一半。
22.如权利要求16的修整装置，其特征在于，上述加工表面的修整是在上述修整表面的一部分从上述加工表面的周边伸出的情况下进行的。
23.如权利要求20的修整装置，其特征在于，上述加工表面的修整是在上述修整表面的一部分从上述加工表面的周边伸出的情况下进行的。
24.如权利要求16的修整装置，其特征在于，上述相对倾斜是关于和穿过上述加工表面的中心附近以及上述修整表面的中心附近的直线基本垂直的特定轴线的倾斜。
25.如权利要求20的修整装置，其特征在于，上述相对倾斜是关于和穿过上述加工表面的中心附近以及上述修整表面的中心附近的直线基本垂直的特定轴线的倾斜。
26.一种加工装置，它包括具有加工表面的加工工具，以及保持工件的保持部分，它通过在上述加工工具的加工表面和上述工件之间施加负载并使得上述加工工具和上述工件之间相对运动而加工上述工件，该加工装置其特征在于，采用如权利要求11的修整方法来修整上述加工表面。
27.一种加工装置，它包括具有加工表面的加工工具，以及保持工件的保持部分，它通过在上述加工工具的加工表面和上述工件之间施加负载并使得上述加工工具和上述工件之间相对运动而加工上述工件，该加工装置其特征在于，采用如权利要求16的修整装置来修整上述加工表面。
28.一种加工装置，它包括具有加工表面的加工工具，以及保持工件的保持部分，它通过在上述加工工具的加工表面和上述工件之间施加负载并使得上述加工工具和上述工件之间相对运动而加工上述工件，该加工装置其特征在于，采用如权利要求20的修整装置来修整上述加工表面。
29.一种加工装置，它包括具有加工表面的加工工具，以及保持工件的保持部分，它通过在上述加工工具的加工表面和上述工件之间施加负载并使得上述加工工具和上述工件之间相对运动而加工上述工件，该加工装置其特征在于，该装置包括如权利要求16的修整装置。
30.一种加工装置，它包括具有加工表面的加工工具，以及保持工件的保持部分，它通过在上述加工工具的加工表面和上述工件之间施加负载并使得上述加工工具和上述工件之间相对运动而加工上述工件，该加工装置其特征在于，该装置包括如权利要求20的修整装置。
31.一种半导体器件制造方法，其特征在于该方法具有利用如权利要求5的加工装置对半导体晶片的表面进行平整的步骤。
32.一种半导体器件制造方法，其特征在于该方法具有利用如权利要求6的加工装置对半导体晶片的表面进行平整的步骤。
33.一种半导体器件制造方法，其特征在于该方法具有利用如权利要求26的加工装置对半导体晶片的表面进行平整的步骤。
34.一种半导体器件制造方法，其特征在于该方法具有利用如权利要求27的加工装置对半导体晶片的表面进行平整的步骤。
35.一种半导体器件制造方法，其特征在于该方法具有利用如权利要求28的加工装置对半导体晶片的表面进行平整的步骤。
36.一种半导体器件制造方法，其特征在于该方法具有利用如权利要求29的加工装置对半导体晶片的表面进行平整的步骤。
37.一种半导体器件制造方法，其特征在于该方法具有利用如权利要求30的加工装置对半导体晶片的表面进行平整的步骤。
全文摘要
一种修整装置DA，由垫保持机构(10)、修整工具(2)和修整工具保持机构(1)构成，其中该垫保持机构(10)保持具有环盘形垫表面(15a)的磨光垫(15)并使得该磨光垫(15)旋转，修整工具(2)具有大致矩形的修整表面(3)，修整工具保持机构(1)保持修整工具(2)，从而该修整工具(2)的修整表面(3)面对由垫保持机构(10)所保持和旋转的磨光垫(15)的垫表面(15a)。修整工具保持机构(1)使得所保持的修整工具(2)在沿着修整表面(3)宽度方向的中心线L1被取向为使得该中心线沿着垫表面(15a)的径向延伸的状态下与垫表面(15a)相接触，并这样进行修整。结果，可以改善加工表面在修整之后的平整度。
文档编号B24B53/007GK1553842SQ0281761
公开日2004年12月8日 申请日期2002年9月5日 优先权日2001年9月10日
发明者星野进, 一, 山本荣一, 三井贵彦, 彦 申请人:株式会社尼康