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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet des
Polierens. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf ein Polierkissen
mit einem Rillenmuster zur Verringerung von Aufschlämmungsvermischungsschlieren
in den Rillen gerichtet.
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Bei
der Herstellung integrierter Schaltungen und anderer elektronischer
Vorrichtungen wird eine Vielzahl von Schichten an leitenden, halbleitenden und
dielektrischen Materialien auf eine Oberfläche eines Halbleiterwafers
abgeschieden und von dieser Oberfläche abgeätzt. Dünne Schichten leitender, halbleitender
und dielektrischer Materialien können durch
etliche Abscheidungstechniken abgeschieden werden. Übliche Abscheidungstechniken
in der modernen Waferverarbeitung beinhalten PVD-Abscheidung (physical
vapor deposition), auch als Sputtering bekannt, CVD-Abscheidung (chemical
vapor deposition), Plasma-unterstützte CVD-Abscheidung (PECVD);
(plasma-enhanced chemical vapor deposition) und elektrochemisches
Galvanisieren. Übliche Ätztechniken
beinhalten unter anderem isotropes und anisotropes Nass- und Trockenätzen.
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Sind
Schichten der Materialien sequentiell abgeschieden und geätzt, wird
die oberste Oberfläche
des Wafers uneben. Da es eine nachfolgende Halbleiterbearbeitung
(z. B. Photolithographie) erfordert, dass der Wafer eine glatte
Oberfläche
aufweist, ist es notwendig, den Wafer zu planarisieren. Planarisieren
ist zur Entfernung einer unerwünschten Oberflächentopographie
und unerwünschter
Oberflächendefekte,
wie raue Oberflächen,
agglomerier te Materialien, Kristallgitterschäden, Kratzer und kontaminierter
Schichten oder Materialien, nützlich.
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Chemisch-mechanisches
Planarisieren oder chemisch-mechanisches
Polieren (CMP) ist eine übliche
Technik, die zur Planarisierung von Werkstücken, wie Halbleiterwerfern,
verwendet wird. Beim herkömmlichen
CMP unter Verwendung eines Doppelachsen-Rotationspolierers wird
ein Waferträger oder
Polierkopf an einer Trägerbaugruppe
befestigt. Der Polierkopf hält
den Werfer und positioniert ihn in Kontakt mit einer Polierschicht
eines Polierkissens der Poliervorrichtung. Das Polierkissen weist
einen Durchmesser von mehr als dem doppelten Durchmesser des Werfers
auf, der planarisiert wird. während
des Polierens rotieren sowohl das Polierkissen als auch der Werfer
um ihren konzentrischen Mittelpunkt, während der Werfer mit der Polierschicht
im Eingriff befindlich ist. Die Rotationsachse des Werfers ist um
einen Abstand, der größer ist
als der Radius des Werfers, relativ zur Rotationsachse des Polierkissens
versetzt, so dass die Rotation des Kissens eine ringförmige "Waferspur" auf der Polierschicht des
Kissens ausstreicht. Wenn die einzige Bewegung des Werfers eine
Rotationsbewegung ist, ist die Breite der Waferspur gleich dem Durchmesser
des Werfers. Bei einigen Doppelachsen-Poliervorrichtungen wird der Werfer
jedoch in einer Ebene senkrecht zu seiner Rotationsachse oszilliert.
In diesem Fall ist die Breite der Waferspur um einen Betrag größer als der
Durchmesser des Werfers, der der Verschiebung aufgrund der Oszillation
entspricht. Die Trägerbaugruppe
sorgt für
einen kontrollierbaren Druck zwischen dem Werfer und dem Polierkissen.
Während des
Polierens fließt
eine Aufschlämmung
oder ein anderes Poliermedium auf das Polierkissen und in den Spalt
zwischen dem Werfer und der Polierschicht. Die Waferoberfläche wird
durch chemische und mechanische Wirkung der Polierschicht und der
Aufschlämmung
an der Oberfläche
poliert und planarisiert.
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Die
Wechselwirkung zwischen Polierschichten, Polieraufschlämmungen
und Waferoberflächen während der
CMP-Behandlung wird im Zuge des Bestrebens nach einer Optimierung
von Designs von Polierkissen untersucht. Die meisten Entwicklungen auf
dem Gebiet der Polierkissen im Verlauf der Jahre waren empirischer
Natur. Viele der Designs von Polieroberflächen oder -schichten waren
darauf fokussiert, diese Schichten mit verschiedenen Mustern an Freiräumen und
Netzwerken von Rillen zu versehen, die die Ausnutzung der Aufschlämmung und
die Einheitlichkeit des Polierens fördern sollen. Mit den Jahren
sind etliche verschiedene Rillen- und Freiraummuster und Konfigurationen
realisiert worden. Diese Rillenmuster beinhalten unter anderem radiale,
konzentrisch kreisförmige,
kartesianisch gitterförmige und
kartesianisch spiralförmige.
Darüber
hinaus beinhalten diese Rillenkonfigurationen Konfigurationen, in
denen die Breite und Tiefe aller Rillen unter allen Rillen einheitlich
sind, und Konfigurationen, in denen die Breite und Tiefe der Rillen
von einer Rille zu einer anderen variiert.
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Einige
Entwickler von Rotations-CMP-Kissen haben Kissen mit Rillenkonfigurationen
entwickelt, die zwei oder mehr Rillenkonfigurationen enthalten,
die sich auf Basis von einem oder mehreren Radialabständen vom
Mittelpunkt des Kissens von einer Konfiguration zu einer anderen ändern. Diese Kissen
sollen für
ein überlegenes
Leistungsverhalten, unter anderem hinsichtlich der Einheitlichkeit
des Polierens und des Ausnutzens der Aufschlämmung, sorgen. Beispielsweise
beschreiben Osterheld et al. in der
US-Patentschrift
Nr. 6 520 847 einige Kissen mit drei konzentrischen, ringförmigen Bereichen,
die jeweils eine Konfiguration an Rillen enthalten, die von den
Konfigurationen der anderen beiden Bereiche verschieden ist. In
verschiedenen Ausführungsformen
variieren diese Konfigurationen auf verschiedene Arten. Arten, in
denen die Konfigurationen variieren, beinhalten Variationen in der
Anzahl, der Querschnittsfläche,
den Zwischenräumen
und der Art der Rillen.
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Obwohl
Kissenentwickler bereits CMP-Kissen entwickelt haben, die zwei oder
mehr Rillenkonfigurationen enthalten, die sich voneinander in verschiedenen
Zonen der Polierschicht unterscheiden, ziehen diese Entwicklungen
die Wirkung der Rillenkonfiguration auf die Vermischungsschlieren
nicht direkt in Betracht, die in den Rillen auftreten. 1 zeigt
eine graphi sche Darstellung 10 des Verhältnisses einer neuen Aufschlämmung zu
einer alten Aufschlämmung
zu einem Zeitpunkt während
des Polierens innerhalb des Spalts (dargestellt durch den kreisförmigen Bereich 14)
zwischen einem Wafer (nicht gezeigt) und einem herkömmlichen
Rotationspolierkissen 18 mit kreisförmigen Rillen 22.
Für die Zwecke
dieser Beschreibung kann eine "neue
Aufschlämmung" als eine Aufschlämmung betrachtet werden,
die sich in Richtung der Rotation des Polierkissens 18 bewegt,
und eine "alte Aufschlämmung" kann als eine Aufschlämmung betrachtet
werden, die bereits am Polieren beteiligt gewesen ist und durch die
Rotation des Wafers in dem Spalt gehalten wird.
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In
der graphischen Darstellung 10 enthält der Bereich 26 der
neuen Aufschlämmung
im Wesentlichen nur neue Aufschlämmung,
und der Bereich 30 der alten Aufschlämmung enthält im Wesentlichen nur alte
Aufschlämmung
zu einem Zeitpunkt, zu dem das Polierkissen 18 in Richtung 34 rotiert
und der Wafer in Richtung 38 rotiert. Ein Mischbereich 42,
in dem die neue Aufschlämmung
und die alte Aufschlämmung
miteinander vermischt werden, wodurch ein Konzentrationsgradient
erzeugt wird (dargestellt durch Bereich 42), wird zwischen
dem Bereich 26 der neuen Aufschlämmung und dem Bereich 30 der
alten Aufschlämmung
gebildet. Fluiddynamische Computersimulationen zeigen, dass aufgrund der
Rotation des Wafers eine unmittelbar an den Wafer angrenzende Aufschlämmung in
eine Richtung getrieben werden kann, die von der Rotationsrichtung 34 des
Kissens verschieden ist, wohingegen eine etwas vom Wafer entfernte
Aufschlämmung
zwischen "schroffen" oder rauen Elementen
an der Oberfläche
des Polierkissens 18 gehalten wird und in stärkerem Maße davon
abgehalten wird, in eine Richtung getrieben zu werden, die sich
von Richtung 34 unterscheidet. Die Wirkung der Waferrotation
tritt am deutlichsten in kreisförmigen
Rillen 22 an Positionen auf, in denen die Rillen einen
kleinen Winkel gegenüber
der Rotationsrichtung 38 des Wafers aufweisen, weil die
Aufschlämmung
in den Rillen nicht zwischen irgendwelchen Schroffheiten gehalten
wird und leicht durch die Waferrotation entlang der Länge der
kreisförmigen
Rillen 22 getrieben wird. Die Wirkung der Waferrotation
tritt in den kreisförmigen
Rillen 22 an Positionen weniger deutlich her vor, an denen
die Rillen transversal zur Rotationsrichtung 38 des Wafers verlaufen,
weil die Aufschlämmung
nur entlang der Breite der Rille getrieben werden kann, innerhalb
der sie anderweitig beschränkt
ist.
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Vermischungsschlieren,
die den gezeigten Vermischungsschlieren 46 ähnlich sind,
treten auch in Rillenmustern auf, die sich von kreisförmigen Mustern
unterscheiden, z. B. in den oben angeführten Rillenmustern. Wie bei
dem kreisförmig
gerillten Kissen aus 1, treten die Vermischungsschlieren
bei jedem dieser alternativen Rillenmuster am deutlichsten in Bereichen
hervor, in denen die Rotationsrichtung des Wafers am stärksten an
den Rillen oder gegebenenfalls an den Rillensegmenten des Kissens
ausgerichtet ist. Vermischungsschlieren können sich aus einer Reihe von
Gründen,
z. B. nicht-einheitliches Polieren und erhöhte Fehlerhaftigkeit, nachteilig
auf das Polieren auswirken. Dementsprechend besteht ein Bedarf für Entwicklungen
von CMP-Polierkissen, die zumindest teilweise unter Berücksichtigung
des Auftretens von Vermischungsschlieren und der Effekte, die derartige
Schlieren auf das Polieren ausüben, optimiert
sind.
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US 6 120 366 A offenbart
ein chemisch-mechanisches Polierkissen, welches eine Vielzahl von ringförmigen Rillen
und eine Vielzahl von stromlinienförmigen Rillen aufweist, welche
gemäß den Prinzipien
der Hydrodynamik ausgebildet sind. Die stromlinienförmigen Rillen
des Polierkissens verteilen die Aufschlämmung gleichmäßig auf
dem Polierkissen.
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US 2002/0083577 A1 offenbart
ein Polierelement, welches in seiner Polieroberfläche eine
Vielzahl von spiralförmigen
Rillen aufweist. Während
des Polierens einer Waferoberfläche
dreht sich die Polieroberfläche
und eine Pumpwirkung entsteht an den spiralförmigen Rillen durch die Zentrifugalkraft,
welche durch die Drehung des Polierelements erzeugt wird, so dass
schädliche
Partikel großen
Durchmessers und Schleifpartikel zusammen mit der Polierflüssigkeit
durch die spiralförmigen
Rillen in Richtung des äußeren peripheren
Abschnitts des Polierelements abgeführt werden.
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Erfindungsgemäß wird ein
Polierkissen mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte
Ausführungsformen
des Polierkissens sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Unter
einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Polierkissen zur Verfügung gestellt,
das zum Polieren von wenigstens einem aus magnetischen Substraten,
optischen Substraten und Halbleitersubstraten geeignet ist, das
das Folgende umfasst: (a) eine Polierschicht mit einem Polierbereich,
welcher in zumindest eine erste Zone, eine zweite Zone und eine
dritte Zone unterteilt ist, der durch eine erste Grenzlinie, die
durch eine Trajektorie eines ersten Punktes auf dem Polierkissen
definiert ist, und zweite Grenzlinie definiert ist, die durch eine
Trajektorie eines zweiten Punkts auf dem Polierkissen definiert
ist, wobei die zweite Grenzlinie von der ersten Grenzlinie beabstandet
ist; (b) eine Vielzahl erster großwinkliger Rillen, die jeweils
zumindest teilweise in dem Polierbereich in der Nähe der ersten
Grenzlinie in der dritten Zone enthalten sind und an einem Schnittpunkt mit
der ersten Grenzlinie einen Winkel mit dem tangentialen Geschwindigkeitsvektor
des Wafers von 45° bis
135° aufweisen;
(c) eine Vielzahl zweiter großwinkliger
Rillen, die jeweils zumindest teilweise in dem Polierbereich in
der Nähe
der zweiten Grenzlinie in der ersten Zone enthalten sind und an
einem Schnittpunkt mit der zweiten Grenzlinie einen Winkel mit dem
tangentialen Geschwindigkeitsvektor des Wafers von 45° bis 135° aufweisen;
und (d) mindestens eine kleinwinklige Rille, die in dem Polierbereich in
der zweiten Zone und zwischen der Vielzahl an ersten großwinkligen
Rillen und der Vielzahl an zweiten großwinkligen Rillen enthalten
ist und bezüglich des
Verlaufs der ersten Grenzlinie und der zweiten Grenzlinie einen
Winkel von –30° bis 30° aufweist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Teildraufsicht/graphische Teildarstellung, die
die Bildung von Vermischungsschlieren in dem Spalt zwischen einem Wafer
und einem Polierkissen mit einem kreisförmigen Rillenmuster nach dem
Stand der Technik veranschaulicht;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils einer zweiachsigen Poliervorrichtung,
die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
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3A ist
eine schematische Draufsicht eines Rotationspolierkissens gemäß der vorliegenden Erfindung; 3B ist
eine schematische Draufsicht eines alternativen Rotationspolierkissens
gemäß der vorliegenden
Erfindung; 3C ist eine schematische Draufsicht
eines anderen alternativen Rotationspolierkissens gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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4 ist
eine teilweise schematische Draufsicht eines Polierkissens vom Gürtel-Typ
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht 2 die
primären
Merkmale einer zweiachsigen CMP-Poliervorrichtung 100,
die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die
Poliervorrichtung 100 beinhaltet im Allgemeinen ein Polierkissen 104 mit
einer Polierschicht 108, um es mit einem Gegenstand in
Eingriff zu bringen, wie z. B. Halbleitersubstraten, einschließlich einem Halbleiterwafer 112 (verarbeitet
oder unverarbeitet); optischen Substraten, einschließlich Glas
und Flachbildschirmen; und Substraten zum Speichern von magnetischer
Information, einschließlich
Nickelscheiben, um das Polieren der polierten Oberfläche 116 des
Werkstücks
in der Gegenwart einer Aufschlämmung 120 oder
eines anderen Poliermediums zu bewirken. Aus Gründen der Einfachheit werden die
Begriffe "Wafer" und "Aufschlämmung" nachfolgend ohne
Verlust an Allgemeinheit verwendet. Zusätzlich beinhalten die Begriffe "Poliermedium" und "Aufschlämmung", wie sie in dieser
Beschreibung, einschließlich
der Ansprüche,
verwendet werden, Partikel-enthaltende Polierlösungen und keine Partikel-enthaltende
Polierlösungen,
z. B. Schleifmittel-freie Lösungen
und Polierlösungen
mit Reaktivflüssigkeit.
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Wie
es nachstehend detailliert erörtert
wird, beinhaltet die vorliegende Erfindung das Bereitstellen eines
Polierkissens 104 mit einer Rillenanordnung (siehe beispielsweise
Rillenanordnung 144 aus 3A), die
die Bildung von Vermischungsschlieren verhindert oder die Größe der Vermischungsschlieren
verringert, die in dem Spalt zwischen dem Wafer 112 und
dem Polierkissen 104 während
des Polierens auftreten. Wie in den voranstehenden Ausführungen
zum Stand der Technik erörtert
worden ist, treten Vermischungsschlieren in dem Spalt auf, in dem
eine neue Aufschlämmung
eine alte Aufschlämmung
ersetzt, und sie treten in den Bereichen am stärksten hervor, in denen die
Rotationsrichtung des Wafers 112 am stärksten an den Rillen oder gegebenenfalls
an den Rillensegmenten des Polierkissens 104 ausgerichtet
ist.
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Die
Poliervorrichtung 100 kann eine Platte 124 beinhalten,
an der das Polierkissen 104 befestigt ist. Die Platte 124 ist
um eine Rotationsachse 128 durch einen Plattenantrieb (nicht
gezeigt) rotierbar. Der Wafer 112 kann durch einen Waferträger 132 gestützt sein,
der um eine Rotationsachse 136 parallel zu und beabstandet
von der Rotationsachse 128 der Platte 124 rotierbar
ist. Der Waferträger 132 kann eine
kardanisch aufgehängte
Verbindung (nicht gezeigt) aufweisen, die es erlaubt, dass der Wafer 112 eine
Lage annimmt, die zur Polierschicht 108 nicht ganz parallel
ist. In diesem Fall können
die Rotationsachsen 128, 136 sehr wenig schief
zueinander sein. Der Wafer 112 enthält die polierte Oberfläche 116,
die der Polierschicht 108 gegenüberliegt und während des
Polierens planarisiert wird. Der Waferträger 132 kann durch
ein Trägerstützbauteil
(nicht gezeigt) gestützt
sein, das zur Rotation des Wafers 112 angepasst ist und
für eine
nach unten gerichtete Kraft F sorgt, die die polierte Oberfläche 116 gegen
die Polierschicht 108 drückt, so dass während des
Polierens ein gewünschter
Druck zwischen der polierten Oberfläche und der Polierschicht besteht.
Die Poliervorrichtung 100 kann auch einen Aufschlämmungseinlass 114 zur Zufuhr
der Aufschlämmung 120 auf die
Polierschicht 108 enthalten.
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Wie
es für
den Fachmann ersichtlich ist, kann die Poliervorrichtung 100 andere
Komponenten (nicht gezeigt) enthalten, wie eine Systemsteuerung, eine
Aufschlämmungslagervorrichtung
und ein Verteilsystem, ein Heizsystem, ein Spülsystem und verschiedene Kontrollvorrichtungen
zur Kontrolle unterschiedlicher Aspekte des Polierprozesses, wie:
(1) Geschwindigkeitskontrollvorrichtungen und -wahlvorrichtungen
für eine
oder beide Rotationsgeschwindigkeiten des Wafers 112 und
des Polierkissens 104; (2) Kontrollvorrichtungen und Wahlvorrichtungen
zum Variieren der Rate und des Orts der Abgabe der Aufschlämmung 120 auf
das Kissen; (3) Kontrollvorrichtungen und Wahlvorrichtungen zur Kontrolle
der Größe der Kraft
F, die zwischen dem Wafer und dem Kissen angelegt wird, sowie (4)
Kontrollvorrichtungen, Stellvorrichtungen und Steuervorrichtungen
zur Kontrolle der Lage der Rotationsachse 136 des Wafers
relativ zur Rotationsachse 128 des Kissens, unter anderem.
Dem Fachmann wird ersichtlich, wie diese Komponenten konstruiert
und implementiert sind, so dass ihre detaillierte Erläuterung dafür nicht
notwendig ist, dass der Fachmann die vorliegende Erfindung versteht
und durchführt.
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Während des
Polierens werden das Polierkissen 104 und der Wafer 112 um
ihre jeweiligen Rotationsachsen 128, 136 rotiert,
und die Aufschlämmung
wird aus dem Aufschlämmungseinlass 140 auf dem
rotierenden Polierkissen verteilt. Die Aufschlämmung 120 breitet
sich auf der Polierschicht 108, einschließlich des
Spalts unterhalb des Wafers und dem Polierkissen 104, aus.
Das Polierkissen 104 und der Wafer 112 werden
typischerweise, aber nicht notwendigerweise, mit gewählten Geschwindigkeiten zwischen
0,1 UpM und 150 UpM rotiert. Die Kraft F liegt typischerweise, aber
nicht notwendigerweise, in einer Größenordnung, die so gewählt ist,
dass ein gewünschter
Druck von 0,1 psi bis 15 psi (6,9 bis 103 kPa) zwischen dem Wafer 112 und
dem Polierkissen 104 hervorgerufen wird.
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3A zeigt
in Verbindung mit dem Polierkissen 104 von 2 ein
Rillenmuster 144, das, wie oben angemerkt, die Bildung
von Vermischungsschlieren (Elemente 46 in 1)
verhindert oder die Größe der Vermischungsschlieren
innerhalb der Rillen 148, 152, 156, die
in der Polierschicht 108 des Kissens vorliegen, verringert.
Allgemein ist es das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende
Konzept, Rillen 148, 152, 156 bereitzustellen,
die an allen Positionen auf der Polierschicht 108 oder
an möglichst
vielen Positionen einen großen
Winkel gegenüber
den tangentialen Geschwindigkeitsvektoren des Wafers 112 aufweisen.
Wenn die Rotationsachse 136 des Wafers 112 mit
der Rotationsachse 128 des Polierkissens 104 zusammenfällt, wäre das ideale Rillenmuster
gemäß der vorliegenden
Erfindung eines, bei dem die Rillen von der Rotationsachse des Kissens
strahlenförmig
wegführen.
Jedoch ist die Situation bei zweiachsigen Poliervorrichtungen, z.
B. der in 2 gezeigten Poliervorrichtung 100,
durch den Versatz 160 zwischen den Rotationsachsen 128, 136 des
Polierkissens 104 und des Wafers 112 komplizierter.
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Dennoch
ist es möglich,
ein Polierkissen, z. B. das Kissen 104, zur Verwendung
mit einer zweiachsigen Poliervorrichtung zu entwickeln, das sich dem
idealen Rillenmuster annähert,
das möglich
ist, wenn das Polieren in dem Fall durchgeführt wird, dass die Rotationsachsen 136, 128 des
Wafers 112 und des Kissens zusammenfallen. Als ein Ergebnis des
Versatzes 160 (1) zwischen den Rotationsachsen 128, 136 verursacht
der Vorgang des Polierens, dass das Polierkissen 104 einen
Polierbereich 164 herausstreicht (üblicherweise im Zusammenhang
mit dem Planarisieren von Halbleiterwafern als "Waferspur" bezeichnet), der durch eine innere Grenzlinie 168 und
eine äußere Grenzlinie 172 definiert
ist, die jeweils durch eine Trajektorie eines Punkts auf dem Polierkissen 104 definiert
sind. Für Rotationspolierkissen
stellen die innere Grenzlinie 168 und die äußere Grenzlinie 172 Kreise
dar. Im Allgemeinen ist der Polierbereich 164 der Bereich
der Polierschicht 108, der der polierten Oberfläche (nicht gezeigt)
des Wafers 112 während
des Polierens gegenübersteht,
wenn das Polierkissen 104 relativ zum Wafer rotiert wird.
In der gezeigten Ausführungsform ist
das Polierkissen 104 zur Verwendung mit der Poliervorrichtung 100 aus 2 ausgestaltet,
wobei der Wafer 112 in einer festen Position relativ zum
Kissen rotiert wird. Dementsprechend ist der Polierbereich 164 kreisförmig und
besitzt eine Breite W zwischen den inneren und äußeren Grenzlinien 168, 172,
die gleich dem Durchmesser der polierten Oberfläche des Wafers 112 ist.
In einer Ausführungsform,
in der der Wafer 112 nicht nur rotiert, sondern auch in
einer zur Polierschicht 108 parallelen Richtung oszilliert, wäre der Polierbereich 164 typischerweise
ebenfalls ringförmig,
jedoch wäre
die Breite W zwischen den inneren und äußeren Grenzlinien 168, 172 größer als der
Durchmesser der polierten Oberfläche 112 des Wafers,
was sich durch die Einhüllung
der Oszillation erklärt.
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Die
innere Grenzlinie 168 des Polierbereichs 164 definiert
einen zentralen Bereich 176, in dem eine Aufschlämmung (nicht
gezeigt) oder ein anderes Poliermedium während des Polierens auf das
Polierkissen 104 aufgebracht werden kann. In einer Ausführungsform,
in der der Wafer 112 nicht nur rotiert, sondern auch in
einer zur Polierschicht 108 parallelen Richtung oszilliert
wird, kann der zentrale Bereich 176 außerordentlich klein sein, wenn
sich die Einhüllung
der Oszillation zum oder annähernd
zum Mittelpunkt des Polierkissens 104 erstreckt. In diesem
Fall kann die Aufschlämmung
oder das andere Poliermedium an einer Position außerhalb
des Mittelpunkts auf das Kissen aufgetragen werden. Die äußere Grenzlinie 172 des
Polierbereichs 164 wird typischerweise vom äußeren peripheren
Rand 180 des Polierkissens 104 radial nach innen
liegen, kann jedoch alternativ koextensiv mit diesem Rand sein.
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Beim
Entwickeln des Rillenmusters 144 in einer Weise, die die
Anzahl der Häufigkeiten,
in denen die Rotationsrichtung 184 des Wafers 112 an
den Rillen 148, 152, 156 oder Segmenten
davon ausgerichtet ist, reduziert oder minimiert, ist es nützlich,
die Geschwindigkeit des Wafers an vier Positionen L1, L2, L3, L4,
in Betracht zu ziehen, zwei entlang einer Linie 188, die
sich durch die Rotationsachsen 128, 136 des Polierkissens 104 und
des Wafers erstrecken, und zwei entlang eines kreisförmigen Bogens 190,
der mit der Rotationsachse des Kissens konzentrisch ist und sich
durch die Rotationsachse des Wafers erstreckt. Dies ist deshalb
der Fall, weil diese Positionen vier Geschwindigkeitsvektorextrema
des Wafers 112 relativ zur Rotationsrichtung 192 des
Polierkissens 104 darstellen. Die Position L1 stellt nämlich die
Position dar, in der ein Geschwindigkeitsvektor V1 des Wafers 112 der
Rotationsrichtung 192 des Polierkissens 104 im
Wesentlichen direkt entgegengesetzt ist und den größten Betrag
in diese Richtung besitzt, die Position L2 die Position darstellt,
in der ein Geschwindigkeitsvektor V2 des Wafers im Wesentlichen
in derselben Richtung wie die Rotationsrichtung des Kissens ist und
den größten Betrag
in diese Richtung besitzt, und die Positionen L3 und L4 die Positionen
darstellen, in denen die jeweiligen Geschwindigkeitsvektoren V3
und V4 des Wafers große
Winkel zur Rotationsrichtung des Kissens aufweisen und den größten Betrag
in derartige Richtungen besitzen. So ist es an den Positionen L1–L4 der
Fall, dass die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien
zur Annäherung
an das oben erörterte
ideale Rillenmuster angewendet werden können.
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Wie
es leicht zu verstehen ist, führt
eine Betrachtung der Geschwindigkeitsvektoren V1–V4 des Wafers an diesen vier
Positionen L1–L4
im Allgemeinen zur Aufteilung des Polierbereichs 164 in
drei Zonen, wobei die Zone Z1 der Position L1 entspricht, die Zone
Z2 den beiden Positionen L3 und L4 entspricht und die Zone Z3 der
Position L2 entspricht. Die Breite W der Waferspur kann in einer
gewünschten
Art und Weise unter den Zonen Z1–Z3 aufgeteilt werden. Beispielsweise
kann den Zonen Z1 und Z3 jeweils ein Viertel der Breite W zugeteilt
werden, und der Zone Z3 kann die Hälfte der Breite W zugeteilt werden.
Eine andere Aufteilung wäre
unter anderem, dass z. B. jeder der Zonen Z1, Z2 und Z3 jeweils
ein Drittel von W zugeteilt wird. Vorzugsweise poliert das Polierkissen 104 einen
Halbleiterwafer mit einer Vielzahl an ersten großwinkligen Rillen der Zone
Z1, einer Vielzahl an zweiten großwinkligen Rillen der Zone
Z3 und der Zone Z2 mit mindestens einer kleinwinkligen Rille, die
gleichzeitig an den Halbleiterwafer für zumindest einen Teil des
Polierens angrenzen.
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Die
Anwendung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien,
d. h., der Bereitstellung von Rillen 148, 152, 156,
die große
Winkel zu den Geschwindigkeitsvektoren des Wafers 112 zur
Zone Z1 auf Basis des Geschwindigkeitsvektors an der Position L1
aufweisen, zeigt, dass die radialen Rillen 148 wünschenswerterweise
in der Zone Z1 liegen. Dies ist deshalb der Fall, weil der Geschwindigkeitsvektor
V1 zu den radialen Rillen 148 im Wesentlichen senkrecht
ist. Es wird angemerkt, dass sich die Rillen 148 über die
innere Grenzlinie 168 hinaus in Richtung auf oder bis zur
Rotationsachse 128 erstrecken können. Wie verstanden werden
kann, sind die radialen Rillen 148 senkrecht zur inneren
Grenzlinie 168 des Polierbereichs 164. Es wird
angemerkt, dass die Rillen 148 nicht wirklich radial sein
müssen.
Stattdessen kann jede Rille 148 mit der inneren Grenzlinie 168 einen
von 90° verschiedenen
Winkel α bilden.
Im Allgemeinen stellt der Winkel α einen
großen
Winkel dar, vorzugsweise im Bereich von 45° bis 135°, bevorzugter 60° bis 120°, und am
stärksten
bevorzugt innerhalb des Bereichs von 75° bis 105°. Zusätzlich wird angemerkt, dass
jede Rille 148 nicht linear sein muss, sondern eher unter
anderem kurvenförmig, zickzackförmig, wellenförmig oder
sägezahnförmig sein
kann. Im Allgemeinen wird der Winkel α für zickzackförmige, wellenförmige, sägezahnförmige und ähnliche
Rillen von der querverlaufenden Mittellinie der Rille eher im globalen
als im lokalen Sinne gemessen, d. h., vom Mittelpunkt der Rille
als Durchschnitt über
einige Einheiten der sich wiederholenden Form (Wellen- oder Zickzack-Einheiten)
genommen.
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Die
Anforderungen an die Zone Z3 relativ zu den Rillen 156 sind
im Wesentlichen dieselben wie die Anforderungen an die Zone Z1,
wobei der primäre Unterschied
darin besteht, dass der Geschwindigkeitsvektor V2 an der Position
L2 der entgegengesetzte Geschwindigkeitsvektor an der Position L1
ist. Dementsprechend können
die Rillen 156 wie die Rillen 148 der Zone Z1
radial unter Bildung eines Winkels β von 90° bezüglich der äußeren Grenzlinie 172 sein.
Jedoch müssen
die Rillen 156 wie die Rillen 148 nicht wirklich
radial sein. Stattdessen kann jede Rille 152 einen von
90° verschiedenen
Winkel β mit
der äußeren Grenzlinie 172 bilden.
Im Allgemeinen stellt der Winkel β einen
großen
Winkel dar, vorzugsweise im Bereich von 45° bis 135°, bevorzugter 60° bis 120°, und am
stärksten
bevorzugt innerhalb des Bereichs von 75° bis 105°. Zusätzlich muss jede Rille 156 wie
die Rillen 148 nicht linear sein, sondern kann vielmehr
unter anderem kurvenförmig,
zickzackförmig,
wellenförmig
oder sägezahnförmig sein.
Ebenso wie bei den Rillen 148 kann der Winkel β für zickzackförmige, wellenförmige, sägezahnförmige und ähnliche
Rillen 156 von einer Linie aus gemessen werden, die im
Allgemeinen die querverlaufende Mitte der Rille im globalen Sinne
als Durchschnitt über
mehrere Einheiten der sich wiederholenden Form genommen darstellt.
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Die
Geschwindigkeitsvektoren V3 und V4 des Wafers 112 in der
Zone Z2 sind senkrecht zu den Geschwindigkeitsvektoren V1 bzw. V2
in den Zonen Z1 bzw. Z3. Damit die Rillen 152 in der Zone
Z2 einen großen
Winkel bezüglich
der Geschwindigkeitsvektoren V3 und V4 aufweisen, können diese
Rillen parallel zu den inneren und äußeren Grenzlinien 168, 172 des
Polierbereichs 164 sein oder einen kleinen Winkel dazu
aufweisen. In diesem Zusammenhang bildet vorzugsweise jede Rille 152 einen
kleinen Winkel γ von –30° bis 30°, und bevorzugter –15° bis 15°, entweder
mit der inneren Grenzlinie 168 oder der äußeren Grenzlinie 172.
Sind die Rillen 152 nicht parallel zu den inneren und äußeren Grenzlinien 168, 172 (und
zueinander), können
sie alle, wie es in 3A gezeigt ist, einheitlich
voneinander beabstandet sein, müssen
dies aber nicht. Wenn es gewünscht
wird, können
die Rillen 152 oder Teile davon einander in entgegengesetzten
Richtungen unter Bildung eines rhomboiden Gitters (nicht gezeigt)
oder eines anderen Musters überkreuzen,
wie es nachfolgend in Verbindung mit 3B erörtert wird.
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Sich
jeweils Entsprechende der Rillen 148, der Rillen 152 und
der Rillen 156 können
miteinander, wie gezeigt, unter Bildung kontinuierlicher Kanäle (von
denen einer in 3A hervorgehoben und durch das
Bezugszeichen 196 gekennzeichnet ist), die sich von einer
Position in der Nähe
der Rotationsachse 128 und durch den Polierbereich 164 und
darüber
hinaus erstrecken, ver bunden sein, müssen dies aber nicht. Die Bereitstellung
von kontinuierlichen Kanälen 196,
wie gezeigt, kann sich günstig
auf die Ausnutzung der Aufschlämmung
auswirken und das Spülen
von Polierablagerungen und die Abfuhr von Wärme unterstützen. Jede Rille 148 kann
mit einer jeweils Entsprechenden der Rillen 152 an einem ersten Übergang 200 verbunden
sein, und gleichermaßen
kann jede Rille 152 zu einer jeweils Entsprechenden der
Rillen 156 an einem zweiten Übergang 204 verbunden
sein. Jeder der ersten und zweiten Übergänge 200, 204 kann
graduell, z. B. die gezeigten, gekrümmten Übergänge, oder abrupt, z. B. dort, wo
die Verbundenen von den Rillen 148, 152, 156 einen
spitzen Winkel miteinander bilden, sein, wie es zur Anpassung auf
ein spezielles Design gewünscht wird.
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Obwohl
der Polierbereich 164 als in drei Zonen Z1–Z3 unterteilt
beschrieben worden ist, wird der Fachmann leicht erkennen, dass
der Polierbereich, wenn es gewünscht
wird, in eine größere Anzahl
an Zonen unterteilt werden kann. Jedoch kann das Verfahren des Anlegens
der Rillen, z. B. der Rillen 148, 152, 156,
in jeder der Zonen, ungeachtet der Anzahl der vorgesehenen Zonen,
dasselbe sein. D. h., in jeder Zone kann die Orientierung/können die
Orientierungen der Rillen darin so gewählt sein, dass sie einen großen Winkel
bezüglich
eines Geschwindigkeitsvektors (ähnlich
den Geschwindigkeitsvektoren V1–V4)
an einer entsprechenden Position (ähnlich den Positionen L1–L4) aufweist/aufweisen.
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Beispielsweise
können
zwei zusätzliche
Zonen (nicht gezeigt), eine zwischen den Zonen Z1 und Z2 und eine
zwischen den Zonen Z2 und Z3, wie folgt angefügt werden: Vier zusätzliche
Positionen für
vier zusätzliche
Geschwindigkeitsvektoren können
zunächst
unter Verwendung zweier zusätzlicher
Kreisbögen
(jeweils ähnlich
dem Kreisbogen 190) bestimmt werden, die jeweils zur Rotationsachse 128 des
Polierkissens 104 konzentrisch sind. Einer der zusätzlichen
Bögen kann
eine derartige Lage aufweisen, dass er die Linie 188 in
der Mitte zwischen der Position L1 und der Rotationsachse 136 des
Wafers 112 schneidet, und der andere kann eine derartige Lage
aufweisen, dass er die Linie 188 in der Mitte zwischen
der Rotationsachse des Wafers und der Position L2 schneidet. Die
zusätzlichen
Positionen für
die Geschwindigkeitsvektoren könnten
dann so gewählt
werden, dass sie die vier Punkte sind, in denen die beiden neuen
Kreisbögen
den äußeren peripheren
Rand 180 des Wafers 112 schneiden. Die beiden
zusätzlichen
Zonen würden
dann den beiden zusätzlichen
Kreisbögen
in einer Weise entsprechen, die der Entsprechung der Zone Z2 zu
dem Kreisbogen 190 ähnlich
ist und den Positionen Z3 und Z4 entspricht. Die zusätzlichen
Geschwindigkeitsvektoren des Wafers 112 könnten dann
für die
vier zusätzlichen
Positionen bestimmt werden, und neue Rillen könnten relativ zu den zusätzlichen
Geschwindigkeitsvektoren, wie oben erörtert, relativ zu den Rillen 148, 152, 156 orientiert
werden.
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Die 3B und 3C zeigen
jeweils ein Polierkissen 300, 400, die jeweils
ein Rillenmuster 302, 402 aufweisen, das im Allgemeinen
eine Variation des Rillenmusters 154 aus 3A ist,
das von den zugrundeliegenden Konzepten der vorliegenden Erfindung
Gebrauch macht. 3B zeigt die Zonen Z1' und Z3' als jeweils teilweise
Rillen 304, 308 enthaltend, die jeweils im Allgemeinen
radial sind und jeweils einen großen Winkel bezüglich der
entsprechenden inneren und äußeren Grenzlinien 312, 316 des
Polierbereichs 320 aufweisen, jedoch in einander entgegengesetzte
Richtungen gekrümmt
sind. Natürlich
können
die Rillen 312, 316 andere Formen und Orientierungen
aufweisen, wie die Formen und Orientierungen, die oben in Verbindung
mit 3A erörtert
worden sind. 3B zeigt auch Zone Z2', als eine einzige
spiralförmige
Rille 324 enthaltend, wobei die Rille an einem beliebigen
Punkt entlang ihrer Länge
einen kleinen Winkel bezüglich
der inneren und äußeren Grenzlinien 312, 316 aufweist
(und auch einen großen
Winkel bezüglich
der Rillen 304, 308). Es ist leicht ersichtlich,
dass das Rillenmuster 302 erfindungsgemäß Rillen 304, die
einen großen
Winkel bezüglich
dem Geschwindigkeitsvektor V1' aufweisen, Rillen 308,
die einen großen
Winkel bezüglich
dem Geschwindigkeitsvektor V2' aufweisen,
und eine Rille 324 vorsieht, die einen großen Winkel
bezüglich
den Geschwindigkeitsvektoren V3' und
V4' aufweist, um die
Bildung und das Ausmaß von
Vermischungsschlieren zu unterdrücken,
die sich in diesen Rillen während
des Polierens bilden. Die Breite W' kann in beliebiger geeigneter Weise
in die Zonen Z1'–Z3' unterteilt werden,
beispielsweise ein Viertel W'/ein
Halb W'/ein Viertel
W' oder jeweils
ein Drittel W',
unter anderem.
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Wie
es oben bezüglich 3A erwähnt worden
ist, kann die Zone Z2 Rillen 152 oder Teile davon enthalten,
die einander kreuzen. Dies kann man sich leicht im Zusammenhang
mit der spiralförmigen
Rille 324 aus 3B vergegenwärtigen. Beispielsweise kann
die Zone Z2' zusätzlich zur
gezeigten, entgegen dem Uhrzeigersinn gerichteten, spiralförmigen Rille 324 auch
eine ähnliche
im Uhrzeigersinn gerichtete, spiralförmige Rille (nicht gezeigt)
enthalten, die notwendigerweise die entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtete,
spiralförmige
Rille an vielen Positionen kreuzen muss.
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3C zeigt
die Zonen Z1'' und Z3'' als jeweils teilweise Rillen 404, 408 enthaltend,
die im Allgemeinen jeweils radial sind und einen großen Winkel
bezüglich
den entsprechenden inneren und äußeren Grenzlinien 412, 416 des
Polierbereichs 420 aufweisen. Natürlich können die Rillen 404, 408 andere Formen
und Orientierungen aufweisen, wie die oben in Verbindung mit 3A erörterten
Formen und Orientierungen. Weiterhin zeigt 3C eine
Zone Z2'' als eine Vielzahl
an kreisförmigen
Rillen 424 enthaltend, die jeweils parallel zu den inneren
und äußeren Grenzlinien 412, 416 sind.
Wie in den 3A und 3B ist
es leicht ersichtlich, dass das Rillenmuster 402 erfindungsgemäß Rillen 404,
die einen großen Winkel
bezüglich
des Geschwindigkeitsvektors V1'' aufweisen, Rillen 408,
die einen großen
Winkel bezüglich
des Geschwindigkeitsvektors V2'' aufweisen, und Rillen 412 vorsieht,
die einen großen
Winkel bezüglich
der Geschwindigkeitsvektoren V3'' und V4'' aufweisen, um die Bildung und das Ausmaß von Vermischungsschlieren
zu unterdrücken,
die sich in diesen Rillen während
des Polierens bilden. Die Breite W'' kann
in Zonen Z1''–Z3'' in
einer beliebigen geeigneten Weise unterteilt werden, beispielsweise
ein Viertel W''/ein Halb W''/ein Viertel W'' oder
jeweils ein Drittel W'', unter anderem.
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4 veranschaulicht
die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem kontinuierlichen Polierkissen 500 vom
Gürtel-Typ.
Wie die Rotationspolierkissen 104, 300, 400,
die voranstehend im Zusammenhang mit den 3A–3C erörtert worden
sind, beinhaltet das Polierkissen 500 aus 4 einen
Polierbereich 504, der durch eine erste Grenzlinie 508 und
eine zweite Grenzlinie 512 definiert ist, die voneinander
durch einen Abstand W'' beabstandet sind,
der gleich dem Durchmesser der polierten Oberfläche (nicht gezeigt) des Wafers 516 oder
größer als
dieser ist, und zwar in Abhängigkeit
davon, ob der Wafer zusätzlich
zur Rotation während
des Polierens oszilliert wird oder nicht. Für Kissen vom Gürtel- und
Bahn-Typ stellen die innere Grenzlinie 168 und die äußere Grenzlinie 172 gerade
Linien dar. Ebenfalls ähnlich
zu den Rotationspolierkissen 104, 300, 400,
kann der Polierbereich 504 in drei Zonen Z1''', Z2''' und
Z3''' unterteilt werden, die entsprechende Rillen 520, 524, 528 mit
Orientierungen oder Orientierungen und Formen enthalten, die auf
Basis der Richtung von bestimmten aus den Geschwindigkeitsvektoren
des Wafers 516 ausgewählt
sind, z. B. der Geschwindigkeitsvektoren V1''', V2''',
V3''' und V4''', die sich jeweils
an den Positionen L1''', L2''', L3''' bzw. L4''' befinden. Die Breite
W''' des Polierbereichs 504 kann
auf die Zonen Z1''', Z2''' und Z3''' in der bezüglich 3A voranstehend
erörterten
Art und Weise aufgeteilt werden.
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Mit
der Ausnahme, dass die Form des Polierbereichs 504 von
der Form des Polierbereichs von 3A (linear
im Gegensatz zu kreisförmig)
verschieden ist und dass die Positionen L3''' und L4''' der Geschwindigkeitsvektoren
V3''' und V4''' von den Stellen
L3 und L4 aus 3A in einer ähnlichen Art und Weise verschieden
sind, sind die Prinzipien, die der Auswahl der Orientierungen der
Rillen 520, 524, 528 zugrunde liegen,
im Wesentlichen dieselben, wie sie voranstehend bezüglich 3A erörtert worden sind.
Es ist nämlich
wünschenswert,
dass die Rillen 520 in Zone Z1''' einen großen Winkel
bezüglich
des Geschwindigkeitsvektors V1''' aufweisen, dass die Rillen 524 in
Zone Z2''' einen großen Winkel bezüglich der
Geschwindigkeitsvektoren V3''' und V4''' aufweisen und dass
die Rillen 528 in Zone Z3''' einen großen Winkel
bezüglich
des Geschwindigkeitsvektors V2''' aufweisen. Diesen Ansprüchen kann
in der gleichen Weise genügt
werden, wie es voranstehend bezüglich
der Rotationspolierkissen 104, 300, 400 erörtert worden
ist, d. h. durch Rillen 520, die einen großen Winkel
bezüglich
der ersten Grenzlinie 508 des Polierbereichs 504 aufweisen,
durch Rillen 524, die parallel zur ersten und zweiten Grenzlinie 508, 512 sind
oder einen kleinen Winkel zu diesen aufweisen, und durch Rillen 528,
die einen großen
Winkel bezüglich
der zweiten Grenzlinie 512 aufweisen.
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Im
Allgemeinen kann diesen Zielen genügt werden, indem die Rillen 520 einen
Winkel α' mit der ersten Grenzlinie 508 von
etwa 60° bis
120°, bevorzugter
etwa 75° bis
105°, bilden,
die Rillen 520 einen Winkel β' mit der ersten oder zweiten Grenzlinie 508, 512 von
etwa –30° bis 30°, bevorzugter –15° bis 15°, bilden,
und die Rillen 528 einen Winkel γ' mit der zweiten Grenzlinie 512 von
etwa 60° bis
120°, bevorzugter
etwa 75° bis
105°, bilden.
Es wird angemerkt, dass, obwohl die Rillen 520, 524, 528 miteinander unter
Bildung kontinuierlicher Kanäle
verbunden sind, dies nicht so sein muss. Vielmehr können die Rillen 520, 524, 528 diskontinuierlich
sein, z. B. in der Weise der Rillen 424 aus 3C.
Beim Umsetzen der kreisförmigen
Rillen 424 aus 3C auf
das Polierkissen 500 vom Gürtel-Typ aus 4 würden die Rillen 524 in
der Zone Z2''' linear und parallel zu den ersten und
zweiten Grenzlinien 508, 512 werden. Sind die
Rillen 520, 524, 528 jedoch miteinander
verbunden, können
die Übergänge abrupt
(wie gezeigt) oder gradueller sein, z. B. ähnlich den ersten und zweiten Übergängen 200, 204 aus 3A.