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Die
vorliegende Offenlegung betrifft ein Verfahren zum Modifizieren
einer Werkstückoberfläche.
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Im
Laufe der Herstellung integrierter Schaltungen durchläuft ein
Halbleiterwafer in der Regel zahlreiche Verarbeitungsschritte, darunter
Abscheidungs-, Strukturierungs- und Ätzschritte. Weitere Einzelheiten
dazu, wie Halbleiterwafer hergestellt werden, lassen sich in dem
Artikel „Abrasive
Machining of Silicon" von
H. K. Tonshoff, W. V. Scheiden, I. Inasaki, W. Koning und G. Spur
finden, der in den Annalen der International Institution for Production
Engineering Research, Band 39/2/1990, Seiten 621 bis 635 veröffentlicht
wurde. Bei den einzelnen Verfahrensschritten ist es oft wünschenswert,
ein festgelegtes Niveau an „Ebenheit", „Gleichmäßigkeit" und/oder „Rauigkeit" der Oberfläche zu erzielen.
Es ist außerdem
wünschenswert,
Oberflächenfehler,
wie zum Beispiel Grübchen
und Kratzer, zu minimieren. Derartige Oberflächenunregelmäßigkeiten
können das
Verhalten der fertigen Halbleitervorrichtung beeinträchtigen
und/oder Probleme bei nachfolgenden Verfahrensschritten schaffen.
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Ein
anerkanntes Verfahren zum Vermindern von Oberflächenunregelmäßigkeiten
besteht darin, die Waferoberfläche
mit einer Suspension, die eine Vielzahl loser, in einer Flüssigkeit
dispergierter Schleifpartikel enthält, und einem Polierkissen
zu bearbeiten; dies wird üblicherweise
als „Glätten" oder „Glättung" bezeichnet. Der
Glättungsprozess
ist für gewöhnlich ein
CMP-Prozess (chemisch-mechanisches Polieren). Allerdings besteht
ein Problem mit CMP-Suspensionen darin, dass der Prozess sorgfältig überwacht
werden muss, um den Soll-Glättungsgrad
zu erzielen. Es ist wichtig, dass der Glättungsprozess gestoppt wird,
wenn die korrekte Schichtmaterialdicke entfernt worden ist, das
heißt,
wenn der richtige Endpunkt erreicht worden ist. Wenn zu viel von
der Schicht entfernt wird, führt
dies zu einem Verlust an Waferausbeute, was eine erneute Abscheidung
der Schaltungen erforderlich machen könnte, und wenn keine ausreichende
Menge der Schicht entfernt wird, kann eine weitere Glättung erforderlich sein.
Diverse Verfahren sind benutzt worden, um zu versuchen, den Endpunkt
zum Stoppen des CMP-Prozesses zu erkennen, darunter: direkte Zeitmessung,
Reibung, optische Resultate, akustische Resultate und Leiteigenschaften.
Es gibt Referenzen zur Endpunkterkennung durch chemische Analyse, siehe
zum Beispiel die US-Patentschriften Nr. 6,021,679 und 6,066,564
und die von der PCT veröffentlichte
Patentanmeldung WO 99/56972. Diese Referenzen offenbaren das Erkennen
des Endpunkts durch Überwachen
eines chemischen Reaktionsprodukts, welches von der Reaktion einer
Komponente der Schleifsuspension und dem Wafer verursacht wird.
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Daneben
gibt es Referenzen, welche die Verwendung visueller oder optischer
Techniken zur In-situ-Überwachung
des CMP-Prozesses offenbaren, siehe zum Beispiel die US-Patentschrift
Nr. 6,068,538, welche die Verwendung einer Poliervorrichtung mit
einem unter dem Wafer, der verarbeitet wird, angeordneten beweglichen
Fenster zur Sicht auf die Waferoberfläche offenlegt. Während des
Polierens wird das Fenster von der Waferoberfläche entfernt, aber während der
visuellen Prüfung
wird es dergestalt bewegt, dass es an dem Wafer anliegt.
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Die
US 5,897,426 betrifft CMP
mit Polierkissen, welche ein transparentes Fenster aufweisen, das
in einem Abschnitt davon ausgebildet ist.
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Erwünscht sind
Verbesserungen bei Verfahren zur Endpunkterkennung in Echtzeit und
bei Prozessen zum Ermitteln, wann das Soll-Glättungsniveau der Wafer erreicht
ist.
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Die
vorliegende Offenlegung zielt ab auf ein Verfahren zum Modifizieren
einer Werkstückoberfläche mit
festen Schleifgegenständen,
zum Beispiel zum Polieren oder zur Glättung von Halbleiterwafern, sowie
auf Verfahren zum Benutzen dieser Schleifgegenstände zur Erkennung des Endpunkts
des CMP-Prozesses.
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Der
Schleifgegenstand ist ein fester Schleifgegenstand, der in sich
ein Element oder Merkmal aufweist, welches das Überwachen einer Waferoberfläche durch
dieses Element oder Merkmal erlaubt. Mit dem Begriff „fester
Schleifgegenstand" ist
gemeint, dass der Schleifgegenstand eine Schleifbeschichtung aufweist,
die an einer Rückschicht
oder einer anderen Trägerschicht
haftet. Das Überwachungselement
erlaubt das Überwachen
der Waferoberfläche
durch einen Abschnitt des Schleifgegenstands; dieses Überwachungselement
kann als „Fenster" bezeichnet werden.
Bei diesem Fenster kann es sich um einen Bereich handeln, der frei
von Schleifbeschichtung ist, um einen Bereich mit verringerter Schleifbeschichtungsmenge
oder um irgendeinen anderen Bereich, der das Überwachen der Waferoberfläche durch
den Schleifgegenstand zulässt. Zu
den Vorteilen, wenn ein fester Schleifgegenstand benutzt wird, zählt die
Abwesenheit frei beweglicher Schleifpartikel, wie sie bei Verwendung
einer Schleifsuspension anzutreffen sind, die mit den Endpunktmessungen
durch das Überwachungselement
interferieren können.
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Bei
einer Ausführungsform
lässt das
Fenster die Transmission von Strahlung durch sich zu, wobei die
Strahlung beim Durchgang durch das Fenster einen Abfall von nicht
mehr als ungefähr
50% aufweist. Der Begriff „Strahlung" soll sich auf alle
Strahlungsarten erstrecken, einschließlich elektromagnetischer Strahlung,
Gammastrahlen, Hochfrequenzen, Mikrowellen, Röntgenstrahlen, Infrarotstrahlung,
Ultraviolettstrahlung, sichtbaren Lichts und dergleichen. Die Strahlung
kann von der Waferoberfläche
reflektiert oder von der Oberfläche
emittiert werden. Bei einer Ausführungsform
lässt das
Fenster die Transmission von sichtbarem Licht durch sich zu, wobei
die Transmission beim Durchgang durch das Fenster einen Abfall von
nicht mehr als ca. 50% aufweist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
erlaubt das Fenster die Transmission von Strahlung durch sich, wobei
die Menge von Strahlung, die durch das Fenster durchgeht, ausreicht,
um eine quantitative Beurteilung von Änderungen der Waferoberfläche zuzulassen.
Das heißt,
die Menge von Strahlung, die beim Durchgang durch das Fenster des
Schleifgegenstands verloren geht, ist irrelevant, solange das Niveau
genügt,
um Änderungen
der Waferoberfläche zu überwachen.
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Die
Oberfläche
des Wafers kann im Hinblick auf Änderungen
wie etwa Änderungen
der Temperatur, Muster im sichtbaren Lichtspektrum, Strahlungsstreueffekte
und dergleichen überwacht
werden.
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Das
Fenster, durch welches die Waferoberfläche überwacht wird, kann entlang
einer ausgedehnten Schleifgegenstandslänge durchgängig sein; zum Beispiel kann
sich das Fenster über
die Länge eines
aufgewickelten Schleifgegenstands erstrecken. Das Fenster kann entlang
der Länge
des Schleifgegenstands im Wesentlichen stets in derselben Position
angeordnet werden, oder die Position des Fensters kann variieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform
handelt es sich bei dem Fenster um ein diskretes Fenster, das auf
allen Seiten von Schleifbeschichtung begrenzt wird. Alternativ dazu
kann der Schleifgegenstand eine spezifische Form und Größe haben,
wie etwa eine Schleifscheibe; das Fenster kann sich von einer Kante
der Schleifscheibe bis zu einer entgegengesetzten Kante erstrecken,
oder das Fenster kann ein diskretes Fenster sein, das auf allen Seiten
von Schleifbeschichtung begrenzt wird.
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Der
feste Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein texturierter
oder dreidimensionaler Schleifgegenstand. Mit den Begriffen „texturiert" und „dreidimensional" ist gemeint, dass
die Schleifbeschichtung ein unterscheidbares Oberflächenmuster
aufweist. Das Muster oder die Textur können zufällig oder präzise auf
der Rückschicht
angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich
bei der Schleifbeschichtung um eine Vielzahl von Schleifkomposits
auf der Rückschicht;
die Schleifkomposits können
präzise
oder unregelmäßig geformt
sein. Bevorzugt sind die Schleifkomposits präzise geformt. Die – präzise oder
unregelmäßig geformten – Schleifkomposits
können
jede beliebige geometrische Form aufweisen, die von einer im Wesentlichen
scharfen und unterscheidbaren Begrenzung definiert wird; zu solchen
Formen zählen
Pyramidenformen, Pyramidenstumpfformen und dergleichen.
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Bei
der Schleifbeschichtung handelt es sich um eine Vielzahl von Schleifpartikeln,
die von einem Bindemittel an der Rückschicht gehalten werden.
Bei dem Bindemittel kann es sich um ein beliebiges Material handeln,
wie zum Beispiel um ein metallisches oder keramisches Bindemittel,
aber im Allgemeinen und bevorzugt handelt es sich um ein organisches Bindemittel.
Bei den meisten Ausführungsformen wird
das Bindemittel aus einem Bindemittel-Präkursor ausgebildet. Bei den
Ausführungsformen,
in welchen das Bindemittel ein organisches Bindemittel ist, wird
das Bindemittel durch Aushärten
oder Polymerisation des Bindemittel-Präkursors ausgebildet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Bindemittel durch eine Additionspolymerisation ausgebildet,
das heißt,
durch eine Radikalkettenpolymerisation oder kationische Polymerisation
eines Bindemittel-Präkursors.
Außerdem
kann der Bindemittel-Präkursor
polymerisiert werden, indem er Strahlung oder Strahlungsenergie
ausgesetzt wird, nötigenfalls
zusammen mit einem geeig neten Härtungsmittel.
Bevorzugt enthält
der Bindemittel-Präkursor
polyfunktionelle(s) Acrylatharz(e), monofunktionelle(s) Acrylatharz(e)
oder Mischungen davon.
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Es
werden Verfahren zum Herstellen eines Schleifgegenstands, der ein
Fenster aufweist, offengelegt. Im Allgemeinen kann der Schleifgegenstand durch
ein beliebiges bekanntes Verfahren zur Herstellung von Schleifgegenständen hergestellt
werden, außer
dass die vorliegende Offenlegung umfasst, dass der Schleifbeschichtung
ein Fenster hinzugefügt
wird. Das Fenster kann durch diverse Verfahren ausgebildet werden,
so kann unter anderem: ein Abschnitt der Rückschicht ohne die Schleifbeschichtung
belassen werden, die Schleifbeschichtung auf einem Abschnitt der
Rückschicht
eliminiert werden, nachdem die Schleifbeschichtung aufgetragen worden
ist, die Schleifbeschichtung modifiziert werden, um die gewünschten
Transmissionseigenschaften herzustellen, oder es können Abschnitte des
Schleifgegenstandes entfernt und auf eine Trägerrückschicht aufgebracht werden.
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Es
werden außerdem
Verfahren zum Benutzen des Schleifgegenstandes zum Glätten des
Wafers und zum Überwachen
des Endpunkts des Glättungsprozesses,
ohne dass der Schleifgegenstand entfernt wird, offengelegt. Der
Schleifgegenstand wird bei einem Solldruck mit der Waferoberfläche in Kontakt
gebracht, bevorzugt unter Anwesenheit eines Kühlmittels oder Gleitmittels
wie zum Beispiel Wasser oder einer beliebigen wässrigen oder nichtwässrigen
Chemie, und der Schleifgegenstand und der Wafer werden in Bezug
zueinander bewegt. Nach einer vorgesehenen Glättungsdauer wird die Oberfläche des
Wafers durch das Fenster im Schleifgegenstand optisch geprüft. Bei
einer weiteren Ausführungsform
kann die Oberfläche
des Wafers durch das Fenster im Schleifgegenstand kontinuierlich
geprüft werden.
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Andere
Merkmale, Vorteile und weitere Verfahren zur praktischen Ausführung der
Offenlegung werden aus der folgenden Beschreibung der Zeichnungen
und der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Offenlegung besser verständlich. Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Prozesses zum Modifizieren einer
Waferoberfläche
unter Verwendung eines festen Schleifgegenstandes gemäß der vorliegenden
Offenlegung,
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Schleifgegenstands
gemäß der vorliegenden
Offenlegung,
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3 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Schleifgegenstands gemäß der vorliegenden
Offenlegung,
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4 eine
perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Schleifgegenstands gemäß der vorliegenden
Offenlegung,
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5 eine
perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform eines Schleifgegenstands zur
Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
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6 eine
Draufsicht auf eine fünfte
Ausführungsform
eines Schleifgegenstands zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
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7 eine
Draufsicht auf eine sechste Ausführungsform
für einen
Schleifgegenstand zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
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8 eine
Draufsicht auf eine siebte Ausführungsform
eines Schleifgegenstands zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
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9 eine
Draufsicht auf eine achte Ausführungsform
eines Schleifgegenstands zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
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10 eine
Draufsicht auf eine neunte Ausführungsform
eines Schleifgegenstands zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
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11 eine
vergrößerte Querschnittsansicht einer
Ausführungsform
eines Schleifgegenstands zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
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12 eine
vergrößerte Querschnittsansicht einer
alternativen Ausführungsform
eines Schleifgegenstands zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
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13 eine
vergrößerte Querschnittsansicht noch
einer weiteren alternativen Ausführungsform
eines Schleifgegenstands zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
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14 eine
schematische Seitenansicht eines Systems zum Herstellen eines Schleifgegenstands
wie zum Beispiel den in 2 bis 13 dargestellten
Schleifgegenständen
und
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15 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Systems eines Schleifgegenstands
wie zum Beispiel den in 2 und 7 dargestellten Schleifgegenständen.
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Es
wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. 1 veranschaulicht
einen Polier- oder Glättungsprozess 10 zum
Modifizieren der Oberfläche 22 eines
Wafers 20, im Allgemeinen eines Siliziumwafers. Wo in dieser
Offenlegung von der Oberfläche 22 des
Wafers 20 gesprochen wird, soll Folgendes eingeschlossen
sein: Siliziumwafer, die keine Schaltungen aufweisen; ein Wafer,
der mehrere Schichten aus Schaltungen aufweist; sowie alle Zwischenschichten,
die beliebige metallische und di elektrische Schichten und Merkmale
aufweisen. Beispiele für
Materialien, die im Allgemeinen vom Prozess 10 poliert
oder geglättet
werden, sind insbesondere Silizium, Siliziumoxid, Kupfer, Wolfram
und Aluminium.
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Bei
Prozess 10 handelt es sich bevorzugt um einen CMP-Prozess (chemisch-mechanisches
Polieren), aber es versteht sich, dass im Zusammenspiel mit der
vorliegenden Erfindung jede beliebige Vorrichtung oder jeder beliebige
Prozess, der/die dazu befähigt
ist, eine Oberfläche
eines Werkstücks
zu modifizieren, benutzt werden kann. Wie in 1 gezeigt
ist, wird der Wafer 20 und insbesondere die Oberfläche 22 in
Vorbereitung des In-Kontakt-Bringens mit der Schleifoberfläche 106 des
Schleifgegenstands 100 angeordnet. Was erreicht werden
soll, ist, die Oberfläche 22 des
Wafers 20 zu glätten,
zu polieren oder anderweitig zu verändern oder zu modifizieren.
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Bei
den meisten Ausführungsformen
wird der Wafer 20 von einem Träger 25 über dem
Schleifgegenstand 100 gehalten. Der Schleifgegenstand 100 wird
von einer Auflageplatte 30 unterstützt, auf welcher ein nachgiebiges
Kissen 40 angeordnet ist. Das Kissen 40 unterstützt den
Schleifgegenstand 100 und stellt für ihn eine Polsterwirkung bereit.
Im Allgemeinen ist das Kissen 40 ein Urethan- oder Urethankomposit-Kissen,
und solche Kissen sind auf dem Gebiet der Waferverarbeitung bekannt.
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Bei
den meisten Ausführungsformen
rotiert der Träger 25 mit
dem Wafer 20 in Bezug zu dem Schleifgegenstand 100,
jedoch sind der Träger 25 und
der Wafer 20 bei einigen Ausführungsformen stationär, und der
Schleifgegenstand 100 auf dem Kissen 40 und die
Auflageplatte 30 rotieren oder bewegen sich anderweitig.
Bei den meisten Prozessen wird an der Kontaktfläche zwischen dem Wafer 20 und
dem Schleifgegenstand 100 ein Kühlmittel oder Gleitmittel benutzt,
wie zum Beispiel Wasser, Alkohol, Öl oder dergleichen. Bei einigen
Ausführungsformen
kann das Kühlmittel
insofern ein Ätzmittel
sein, als es mit der Oberfläche 22 reagiert
oder sich anderweitig auf diese auswirkt.
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Die
Auflageplatte 30 weist eine durch diese führende Öffnung 35 auf,
und das Kissen 40 weist ebenfalls eine durch dieses führende Öffnung 45 auf. Zusammen
bilden die Öffnung 35 und
die Öffnung 45 eine
Fassung 55 zur Aufnahme eines Messsensors 50,
welcher durch den Schleifgegenstand 100 hindurch, insbesondere
durch ein Überwachungselement
hindurch, eine Solleigenschaft der Oberfläche 22 des Wafers 20 misst,
wie nachfolgend eingehend beschrieben wird.
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Der
Sensor 50 ist im Allgemeinen dazu konfiguriert, Strahlung
zu messen, wie zum Beispiel elektromagnetische Strahlung, Gammastrahlen,
Hochfrequenzen, Mikrowellen, Röntgenstrahlen,
Infrarotstrahlung, Ultraviolettstrahlung, sichtbares Licht und dergleichen.
Diese Strahlung kann entweder von dem Wafer 20 emittiert
werden, oder es kann sich um Strahlung aus einer separaten Quelle
handeln, die von dem Wafer 20 reflektiert oder durchgelassen wird.
Die Änderungen
der Strahlungsniveaus, die von dem Sensor 50 gemessen werden,
korrelieren mit dem von dem Glättungsprozess
fertiggestellten Glättungsgrad
der Oberfläche 22.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
kann der Sensor 50, kombiniert mit einem beliebigen Steuersystem
oder elektronischer Ausrüstung,
derart ausgestaltet werden, dass er Durchschnittsniveaus oder relative
Niveaus von Reflexions- oder Absorptionsspektren der Waferoberfläche 22 überwacht.
Falls zum Beispiel bekannt ist, dass die fertige Solloberfläche zu 25%
aus Kupferschaltungen besteht und zu 75% dielektrisch ist, können die
Niveaus der Reflexions- oder Adsorptionsspektren der beiden Materialien überwacht
werden, bis ihre Niveaus in einem Verhältnis von [TEXT UNLESBAR] vorliegen.
Es versteht sich, dass dies mit beliebigen Materialien und bei be liebigen
prozentuellen Niveaus erfolgen kann.
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Bei
einigen Ausführungsformen
soll der Sensor 50 im Allgemeinen bündig mit der Oberseite des Kissens 40 abschließen, so
dass zwischen dem Sensor 50 und dem Schleifgegenstand 100 kein
oder nur ein geringer Zwischenraum besteht. Der Sensor 50 kann
innerhalb der Fassung 55 entfernbar und austauschbar sein,
um nach Bedarf das Austauschen des Sensors 50 zuzulassen.
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Der
Sensor 50 ist im Prozess 10 dergestalt angeordnet,
dass er an einem Überwachungselement
im Schleifgegenstand 100 ausgerichtet ist (wie nachfolgend
beschrieben wird), so dass der Sensor 50 dazu in der Lage
ist, die Verarbeitung des Wafers 20 zu überwachen.
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Schleifgegenstand, eingesetzt
zum Polieren
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Gemäß der vorliegenden
Offenlegung weist der feste Schleifgegenstand 100, der
zum Glätten, zur
Glättung
oder für
anderweitige Modifikationen des Wafers 20 benutzt wird,
ein Überwachungselement
auf, um den Durchgang der Strahlung durch dieses zuzulassen. Dieses Überwachungselement kann
als „Fenster" bezeichnet werden,
weil es die Transmission von Strahlung durch jenen Bereich des Schleifgegenstands,
der das Überwachungselement aufweist,
zulässt;
die Menge an Strahlung, die durch das Fenster durchgeht, sollte
auf einem ausreichenden Niveau sein, damit der Sensor 50 dazu
in der Lage ist, Änderungen
des Strahlungsniveaus zu qualifizieren und zu quantifizieren.
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Der
Fensterbereich des Schleifgegenstands 100 ist im Allgemeinen
ein Bereich, der frei von Schleifbeschichtung 106 ist oder
eine verringerte Menge an Schleifbeschichtung darauf aufweist. Bei einigen
Ausführungsformen
liegt im Bereich des Überwachungselements
eine Schleifbeschichtung vor, aber das Muster oder die Textur der
Schleifbeschichtung ist dergestalt, dass eine hinreichende Lichttransmission
durch die Schleifbeschichtung zugelassen wird. Während des Glättungsprozesses weist
der Fensterbereich im Allgemeinen eine konstante Schleifbeschichtungskonzentration
auf. Die Schleifbeschichtung kann sich nicht frei bewegen, wie es
eine lose Schleifsuspension oder Paste tun würde. Es versteht sich, dass
gelegentlich Schleifpartikel oder Beschichtungsstücke von
dem Schleifgegenstand losbrechen können; jedoch wird diese Menge
für gewöhnlich die
Transmission von Strahlung durch das Überwachungselement oder Fenster nicht
beeinträchtigen
und nicht mit der Transmission interferieren.
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Im
Allgemeinen ist der Fensterbereich nicht größer als ungefähr 50% der
Fläche
des Schleifgegenstands, der für
den CMP-Prozess benutzt wird. Bei den meisten Ausführungsformen
ist der Fensterbereich nicht größer als
ungefähr
25% der Fläche des
Schleifgegenstands. Bei Prozessen, in denen der Schleifgegenstand
während
des Glättungsprozesses
eine kontinuierliche longitudinale Bewegung in Bezug zu dem Wafer
ausführt,
bleibt der prozentuelle Anteil des Fensterbereichs, der sich mit
der Waferoberfläche
in Kontakt befindet, im Allgemeinen relativ konstant, wenn der Schleifgegenstand
in Bezug zu dem Wafer bewegt wird.
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Das Überwachungselement
oder Fenster kann entlang einer ausgedehnten Schleifgegenstandslänge durchgängig sein;
zum Beispiel kann sich das Fenster über die Länge eines aufgewickelten Schleifgegenstands
erstrecken. Das Fenster kann entlang der Länge des Schleifgegenstands
im Wesentlichen stets in derselben Position angeordnet werden, oder
die Position des Fensters kann in Bezug zu einer Kante des Schleifgegenstands
variieren. Bei einer alternativen Ausführungsform handelt es sich
bei dem Fenster um ein diskretes Fenster, das von Schleifbeschichtung
begrenzt wird und sich nicht über
die ganze Länge
des Schleifgegenstandes erstreckt. Eine weitere Ausführungsform
weist ein Fenster auf, das sich über die
Breite eines Schleifgegenstands erstreckt.
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Es
wird nun auf die 2, 3, 4 und 5 Bezug
genommen, in denen vier Varianten von Schleifgegenständen gezeigt
werden, die eine ausgedehnte Länge
aufweisen. In 2 und 3 sind die
Fenster entlang der Länge
des Schleifgegenstandes kontinuierlich, in 4 sind die
Fenster einzelne diskrete Fenster, und in 5 erstrecken
sich die Fenster über
die Breite des Schleifgegenstands.
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In 2 ist
eine ausgedehnte Länge
von Schleifgegenstand 110 gezeigt, die eine Breite W1 zwischen
der ersten Seitenkante 111 und der zweiten Seitenkante 112 aufweist
und auf eine Spule oder einen Kern 114 aufgewickelt ist.
Der Schleifgegenstand 110 weist eine Schleifbeschichtung 116 auf
einer (nicht gezeigten) Rückschicht
auf. Entlang der Länge
des Schleifgegenstands 110 erstreckt sich ein langgezogenes
Fenster 118. Das Fenster 118 verfügt über Eigenschaften,
welche die Transmission von Strahlung durch das Fenster 118 mit
einem Abfall der Transmissionseigenschaften von nicht mehr als ungefähr 50% zulassen.
Bei einer weiteren Ausführungsform
lässt das
Fenster 118 eine Transmission von Strahlung durch sich
zu, die ausreicht, um die Erkennung von Unterschieden bei der Reflexion
oder Emission von Strahlung zu ermöglichen. Der Abstand zwischen
dem Fenster 118 und der zweiten Seitenkante 112 ist über die
Länge des
Schleifgegenstands 110 hinweg im Wesentlichen konstant.
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In 3 ist
eine ausgedehnte Länge
von Schleifgegenstand 120 gezeigt, die eine Breite W2 zwischen
der ersten Seitenkante 121 und der zweiten Seitenkante 122 aufweist
und auf eine Spule oder einen Kern 124 aufgewickelt ist.
Der Schleifgegenstand 120 weist eine Schleifbeschichtung 126 auf
einer (nicht gezeigten) Rückschicht
auf. Entlang der Länge
des Schleifgegenstands 120 erstreckt sich ein langgezogenes
Fenster 128. Der Abstand zwischen dem Fenster 128 und
der zweiten Seitenkante 122 variiert entlang der Länge des
Schleifgegenstands 120. Das Fenster 128 ist ein
sinusförmiges
Muster, das sich über
die Länge
des Schleifgegenstands 120 erstreckt.
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In 4 ist
eine ausgedehnte Länge
des Schleifgegenstands 130 gezeigt, die eine Breite W3 zwischen
der ersten Seitenkante 131 und der zweiten Seitenkante 132 aufweist
und auf eine Spule oder einen Kern 134 aufgewickelt ist.
Der Schleifgegenstand 130 weist eine Schleifbeschichtung 136 auf
einer (nicht gezeigten) Rückschicht
auf. Entlang der Länge
des Schleifgegenstands 130 verlaufen in enger Nachbarschaft
zur ersten Seitenkante 131 und zur zweiten Seitenkante 132 diskrete
Fenster 138a und 138b. Der Abstand zwischen dem
Fenster 138a und der ersten Seitenkante 131 ist über die
Länge des
Schleifgegenstands 130 hinweg im Wesentlichen konstant,
und der Abstand zwischen dem Fenster 138b und der zweiten
Seitenkante 138b ist im Wesentlichen konstant.
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In 5 ist
eine ausgedehnte Länge
von Schleifgegenstand 140 gezeigt, die eine Breite W4 zwischen
der ersten Seitenkante 141 und der zweiten Seitenkante 142 aufweist
und auf eine Spule oder einen Kern 144 aufgewickelt ist.
Der Schleifgegenstand 140 weist eine Schleifbeschichtung 146 auf
einer (nicht gezeigten) Rückschicht
auf. Zwischen der ersten Seitenkante 141 und der zweiten
Seitenkante 142 erstrecken sich diskrete Fenster 148.
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Die 6 bis 10 zeigen
diverse Ausführungsformen
von spezifisch geformten Schleifgegenständen, insbesondere von Schleifscheiben,
die mindestens ein Fenster in sich aufweisen. Obwohl fünf diverse
Ausführungsformen
von Schleifscheiben mit Fenstern gezeigt werden, versteht sich,
dass der Schleifgegenstand von jeder beliebigen Form sein kann,
wie zum Beispiel quadratisch, rechteckig, „blümchen"-förmig
oder von anderer Form, und dass das oder die Fenster in beliebiger
Ausrichtung auf dem Schleifgegenstand angeordnet werden können. Es
versteht sich ferner, dass jedes beliebige Fenster jede beliebige
Form aufweisen kann.
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Es
wird nun auf 6 Bezug genommen, in der ein
Schleifgegenstand 150 gezeigt wird. Der Schleifgegenstand 150 weist
eine Schleifbeschichtung 156 und zwei Fenster 158 auf.
Bei den Fenstern 158 handelt es sich um rechteckige Fenster,
die mit aneinander ausgerichteten Längsachsen angeordnet sind.
Die Fenster 158 sind recht nahe an der Außenkante
des Schleifgegenstands 150 angeordnet.
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Der
Prozess gemäß der vorliegenden
Erfindung kann einen Sensor 50 (wiederum in Bezug zu 1)
für jeden
Schleifgegenstand aufweisen, oder er kann mehrere Sensoren 50 aufweisen,
wie zum Beispiel einen Sensor 50 für jedes Fenster 158,
wie in 6 gezeigt. Es ist nicht notwendig, dass zu jedem
Zeitpunkt jeder einzelne der mehreren Sensoren an einem Fenster 158 ausgerichtet
ist; stattdessen kann in einigen Ausführungsformen nur ein Sensor
innerhalb eines Fensters ausgerichtet sein, um eine Endpunktüberwachungsablesung
zu liefern. Wenn sich der Schleifgegenstand verschiebt oder über die
Auflageplatte 30 und das Kissen 40 vorwärts bewegt,
wird typischerweise ein anderer Sensor 50 an seinem jeweiligen
Fenster 158 aufgerichtet. Es versteht sich, dass eine kontinuierliche Überwachung,
das heißt,
mit einem zu allen Zeiten während der
Glättung
oder des Polierens an einem Fenster ausgerichteten Sensor, nicht
erforderlich ist. Stattdessen ist eine diskontinuierliche Überwachung
akzeptabel, solange das Intervall zwischen Ausrichtungen von Fenster
und Sensor klein gegen die gesamte Glättungs- oder Polierzeit ist.
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In 7 wird
ein Schleifgegenstand 160 gezeigt, der eine Schleifbeschichtung 166 und
ein einzelnes Fenster 168 aufweist. Das Fenster 168 ist
ein schmaler Streifen, der sich über
den gesamten Durchmesser des Schleifgegenstands 160 erstreckt.
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Ein
Schleifgegenstand 170, der eine Schleifbeschichtung 176 und
ein kreisförmiges
oder ringartiges Fenster 178 aufweist, wird in 8 gezeigt. Das
Fenster 178 ist entlang des gesamten Umfangs des Schleifgegenstands 170 um
einen gleichbleibenden Abstand von der Kante des Schleifgegenstandes 170 abgesetzt.
Sowohl innerhalb als auch außerhalb des
Ringfensters 178 ist Schleifbeschichtung 176 vorhanden.
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In 9 ähneln die
Fenster 188 den rechteckigen Fenstern 158 des
Schleifgegenstandes 150 aus 6, außer dass
der Schleifgegenstand 180 in 9 vier Fenster 188 aufweist,
die in konstanten Abständen
entlang des Umfangs des Schleifgegenstandes 180 angeordnet
sind. Die Fenster 180 sind dergestalt angeordnet, dass
ihre Nebenachsen aneinander ausgerichtet sind und sich in der Mitte
des Schleifgegenstands 180 unter einem rechten Winkel schneiden.
Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsformen mehrere Fenster 180 entlang
des Umfangs oder der Kante des Schleifgegenstands nicht in konstanten
Abständen
angeordnet sein können.
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Bei
jeder der in 2 bis 10 gezeigten Ausführungsformen
kann es sich bei dem Fenster in dem Schleifgegenstand um einen Bereich
innerhalb des Schleifgegenstands handeln, der frei von Schleifbeschichtung
ist, um einen Bereich mit verringerter Menge der Schleifbeschichtung
oder um irgendeinen anderen Bereich, der das Überwachen der Waferoberfläche durch
den Schleifgegenstand hindurch zulässt. Bei einer Ausführungsform
lässt das
Fenster die Transmission von Strahlung durch sich zu, wobei die
Transmission einen von dem Fenster verursachten Abfall von nicht
mehr als ca. 50% aufweist. Es ist anzumerken, dass die Rückschicht
im Bereich des Fensters vorhanden ist.
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Der
Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt ein texturierter
oder dreidimensionaler Schleifgegenstand; er wird „dreidimensionaler" Schleifgegenstand
genannt, weil er eine dreidimensionale Schleifbeschichtung aufweist,
die im Allgemeinen von einer Gruppierung einzelner Schleifkomposits
gebildet wird, wobei jedes Schleifkomposit Schleifpartikel aufweist,
die in einem Bindemittelsystem dispergiert sind. Es wird bevorzugt,
dass die Komposits dreidimensional sind und Arbeitsflächen aufweisen,
die keinen Teil einer integralen Schicht bilden, so dass Abschnitte
der Schleifbeschichtung geschaffen werden, die in die Arbeitsfläche eingelassen sind.
Diese Vertiefungen schaffen Platz zur Beseitigung von Bruchpartikeln
und zur Fluidinteraktion zwischen dem Schleifgegenstand und der
Waferoberfläche.
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Bei
dem in dieser Offenlegung benutzten Schleifgegenstand kann es sich
um einen so genannten „strukturierten
Schleifgegenstand" handeln.
Mit einem strukturierten Schleifgegenstand ist ein Schleifgegenstand
gemeint, der eine Vielzahl einzeln geformter Komposits aufweist,
wie zum Beispiel präzise
geformte Komposits, die auf einer Rückschicht angeordnet sind,
wobei jedes Komposit Schleifpartikel umfasst, die in einem Bindemittel
dispergiert sind.
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Weitere
Beispiele für
dreidimensionale Schleifgegenstände,
die für
das Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, umfassen:
(1) Schleifgegenstände
vom „Perlentyp", welche Perlen (die
im Allgemeinen sphärisch
und in der Regel hohl sind) aus Bindemittel und Schleifpartikeln aufweisen;
diese Perlen werden dann mit einem Bindemittel auf eine Rückschicht
gebondet, (2) an eine Rückschicht
gebondete Schleifagglomerate, welche Schleifpartikel aufweisen,
die mit einem ersten Bindemittel aneinander gebondet sind; diese
Agglomerate werden dann mit einem zweiten Bindemittel auf eine Rückschicht
gebondet, (3) Schleifbeschichtungen, die mit einer Rotationstiefdruckwalze
oder einer anderen erhaben gearbeiteten Walze aufgetragen werden,
(4) Schleifbeschichtungen, die durch ein Sieb aufgetragen werden,
um ein Muster zu erzeugen, (5) Schleifbeschichtungen auf einer konturierten oder
erhaben gearbeiteten Rückschicht.
Diese Beispiele schränken
die Typen dreidimensionaler Schleifgegenstände, die für die Schleifgegenstände und
die diversen Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden
können,
nicht ein; vielmehr wurde die Liste alleine als stichprobenartige
Zusammenstellung von Schleifartikeln, die eine dreidimensionale
oder texturierte Beschichtung aufweisen, angeführt. Diverse andere Verfahren
zum Schaffen von Schleifbeschichtungen mit Textur können benutzt werden,
und diese Schleifgegenstände
können
im vorliegenden Glättungsverfahren
benutzt werden.
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Diverse
dreidimensionale, feste Schleifgegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung
werden anhand 11, 12 und 13 im
Einzelnen beschrieben. Es wird auf 11 Bezug
genommen, in welcher eine Ausführungsform
eines dreidimensionalen Schleifgegenstands 200 veranschaulicht
wird. Der Schleifgegenstand 200 weist eine Rückschicht 202 mit
einer Vorderfläche 204 und
einer Rückfläche 206 auf.
Eine Schleifbeschichtung, in dieser Ausführungsform eine Vielheit einzelner
Schleifkomposits 210, ist auf die Vorderfläche 204 der
Rückschicht 202 gebondet.
Die Schleifkomposits 210 weisen in einem Bindemittel 214 dispergierte
Schleifpartikel 212 auf. Die Schleifkomposits 210 haben
eine präzise
Form und sind hier als Pyramidenstümpfe gezeigt. Auf der Rückfläche 206 befindet
sich eine Verbindungsschicht 215, wie zum Beispiel ein
Haftkleber, die benutzt wird, um den Schleifgegenstand 200 an
einer Oberfläche
der Auflageplatte zu befestigen (wie in 1 gezeigt).
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Der
Schleifgegenstand 200 weist außerdem ein zugehöriges Überwachungselement,
wie zum Beispiel das Fenster 208, auf, das auf der Rückschicht 202 zwischen
Schleifkomposits 210 angeordnet und frei von Schleifbeschichtung
ist.
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Es
wird auf 12 Bezug genommen, in welcher
eine weitere Ausführungsform
eines dreidimensionalen Schleifgegenstands 200' veranschaulicht
wird. Der Schleifgegenstand 200' weist eine Rückschicht 202' mit einer Vorderfläche 204' und einer Rückfläche 206' auf. Eine Schleifbeschichtung,
in dieser Ausführungsform
eine Vielheit einzelner Schleifkomposits 210' mit unpräziser oder unregelmäßiger Form,
ist auf die Vorderfläche 204 der
Rückschicht 202' gebondet. Die
unregelmäßigen Schleifkomposits 210' werden im Unterschied
zu den Komposits 210 des Schleifgegenstands 200 aus 11 nicht
durch Kanten von wohldefinierter Gestalt mit scharfen Kantenlängen, die
scharfe Endpunkte aufweisen, begrenzt. Stattdessen handelt es sich
bei den Schleifkomposits 210' um
zusammengesackte Komposits aus Schleifpartikeln 212', die in einem Bindemittel 214' dispergiert
sind. Auf der Rückfläche 206' der Rückschicht 202' befindet sich
eine Verbindungsschicht 215',
wie zum Beispiel ein Haftkleber.
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Der
Schleifgegenstand 200' weist
außerdem ein
als Fenster 208' gezeigtes Überwachungselement
auf. Das Fenster 208' ist
zwischen Schleifkomposits 210' auf der Rückschicht 202' angeordnet
und weist auf der ersten Fläche 204' eine dünne oder ausgedünnte Schleifbeschichtungsschicht
auf. Die im Bereich des Fensters 208' vorhandene Schleifbeschichtung
ist hinreichend dünn,
um eine ausreichende Strahlungstransmission durch das Fenster 208' zuzulassen.
Bei den meisten Ausführungsformen sind
in der ausgedünnten
Schleifbeschichtungsschicht Schleifpartikel vorhanden.
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Es
wird auf 13 Bezug genommen, in welcher
noch eine weitere Ausführungsform
eines dreidimensionalen Schleifgegenstands 300 veranschaulicht
wird. Der Schleifgegenstand 300 weist eine Rückschicht 302 mit
einer Vorderfläche 304 und einer
Rückfläche 306 auf.
Eine Schleifbeschichtung, in dieser Ausführungsform eine Vielheit einzelner, präzise geformter
Schleifkomposits 310, ist auf die Vorderfläche 304 der
Rückschicht 302 gebondet. Ähnlich wie
die anderen Schleifkomposits umfassen die Schleifkomposits 310 Schleifpartikel 312,
die in einem Bindemittel 314 dispergiert sind.
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Der
Schleifgegenstand 300 weist außerdem ein Überwachungselement auf, wie
zum Beispiel ein Fenster 308. Das Fenster 308 ist
zwischen Schleifkomposits 310 auf der Vorderfläche 304 der
Rückschicht 302 angeordnet.
Der Bereich des Fensters 308 weist eine Vielzahl einzelner,
präzise
geformter Strukturen 318 auf. Die Strukturen 318 haben
eine den Schleifkomposits 310 ähnliche Form, jedoch enthalten
sie im Allgemeinen keine Schleifpartikel 312. Vielmehr
können
die Strukturen 318 optisch klar oder mindestens teilweise
transparent sein, um den Durchgang von Licht oder anderer Strahlung
durch sich zuzulassen. Bei einigen Ausführungsformen sollen die Strukturen 318 einen
Brechungsindex aufweisen, der dem Brechungsindex eines/einer an
der Kontaktfläche
zwischen Gegenstand und Wafer anwesenden Kühlmittels/Flüssigkeit ähnlich ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform
kann es sich bei den Strukturen 318 um wasserlösliche Strukturen
handeln, die bei Kontakt mit einem während des Glättungsprozesses
benutzten Kühlmittel
weich werden und in Lösung
gehen.
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Die
in 2 bis 13 gezeigten diversen Ausführungsformen
von Schleifgegenständen
können
in verschiedenen Verfahren hergestellt werden, wie nachfolgend beschrieben
wird. Bevor jedoch Verfahren zum Herstellen der Schleifgegenstände beschrieben
werden, werden die diversen Elemente der Schleifgegenstände beschrieben.
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Wie
sich versteht, handelt es sich bei dem Schleifgegenstand der vorliegenden
Erfindung um einen festen Schleifgegenstand, was bedeutet, dass die
Schleifbeschichtung auf einer Rückschicht
vorhanden ist. Bei der benutzten Rückschicht kann es sich um ein
beliebiges Rückschichtmaterial
handeln, das im Allgemeinen für
Schleifgegenstände
benutzt wird, wie zum Beispiel um einen polymeren Film (einschließlich eines
grundierten polymeren Filmes), Gewebe, Papier, Vliesstoffe (einschließlich voluminöser Vliesstoffe),
behandelte Versionen davon und Kombinationen daraus. Im Allgemeinen
werden wegen ihres Widerstands gegen den Durchgang von Strahlung
keine metallischen Rückschichten
benutzt. Die Rückschicht
kann behandelt werden, um die Haftung der Schleifbeschichtung auf
der Rückschicht
zu verbessern. Da während
des Prozesses ein wenig Wasser benutzt wird, können Rückschichten aus Papier und
Gewebe einer Wasserdichtmachungs-Behandlung unterzogen werden, so
dass die Rückschicht während der
Glättungs-
oder Polieroperation nicht merklich degradiert. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
ist die Rückschicht
mindestens teilweise transparent für sichtbares Licht, so dass
mindestens eine gewisse Menge an sichtbarem Licht durch die Rückschicht
transmittiert werden kann.
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Die
Rückschicht
kann auf ihrer Rückfläche eine
Hälfte
eines Verbindungssystems zur Befestigung des Schleifgegenstands
auf dem Stützpolster aufweisen.
Diese Verbindungssystemhälfte
kann ein Haftkleber oder Klebeband, ein Schlingengewebe für eine Haftverschlussverbindung,
eine Hakenstruktur für
eine Haftverschlussverbindung oder ein ineinander greifendes Verbindungssystem
sein.
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Der
Schleifgegenstand kann eine beliebige geeignete Form, wie zum Beispiel
eine runde, ovale oder rechteckige Form, aufweisen, abhängig von
der speziellen Form des eingesetzten Schoßpolsters (das heißt, des Stützpolsters).
In vielen Fällen
wird der Schleifgegenstand geringfügig größere Abmessungen aufweisen
als das Schoßpolster.
Bei einigen Ausführungsformen
wird der Schleifgegenstand als ausgedehnte Länge auf einer Walze oder Spule
bereitgestellt. Ein Schleifgegenstand kann mittels herkömmlicher
Verfahren als Endlosband ausgebildet werden, indem die aneinander
gelegten Enden eines langgezogenen Streifens aus dem Material des
Bogens gespleißt
werden. Außerdem
kann der Schleifgegenstand in jeder gewünschten Konfiguration oder Form
ausgestanzt und/oder geschlitzt werden.
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Die
Schleifbeschichtung des Schleifgegenstands enthält Schleifpartikel, die in
einem Bindemittel dispergiert sind. Bei den Schleifpartikeln handelt es
sich bevorzugt um Aluminiumoxid (Tonerde), Siliziumoxid (Siliziumdioxid),
Ceroxid (Cerdioxid), Verbindungen seltener Erden oder Mischungen
davon, jedoch versteht sich, dass jedes beliebige Schleifpartikel
benutzt werden kann. Das spezielle Schleifpartikel, das benutzt
wird, wird im Allgemeinen von dem Material abhängen, das poliert oder geglättet wird. Beispiele
für Verbindungen
seltener Erden, die zur Glättung
geeignet sind, lassen sich in der US-Patentschrift Nr. 4,529,410
(Khaladji et al.) finden. Es wird angenommen, dass einige Schleifpartikel
der Glättung
ein chemomechanisches Element verleihen. Hier und im Folgenden bezeichnet „chemomechanisch" einen dualen Mechanismus,
bei welchem sowohl Korrosionschemie als auch Bruchmechanik eine
Rolle beim Waferpolieren spielen. Insbesondere wird angenommen,
dass Schleifpartikel wie zum Beispiel Ceroxid und Zirkoniumoxid
dem Polierphänomen
für SiO2-Substrate ein chemisches Element verleihen.
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Die
Schleifpartikel können
gleichmäßig oder, alternativ
dazu, ungleichmäßig im Bindemittel
dispergiert werden. Bevorzugt werden die Schleifpartikel gleichmäßig dispergiert,
so dass die Schleifbeschichtung eine konsistente Schneide-/Polierfähigkeit
aufweist.
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Die
mittlere Größe der Schleifpartikel
beträgt mindestens
ungefähr
0,001 Mikrometer und ist nicht größer als ungefähr 20 Mikrometer.
Typischerweise beträgt
die mittlere Größe ungefähr 0,01
bis 10 Mikrometer. In einigen Fällen
weisen die Schleifpartikel bevorzugt eine mittlere Partikelgröße von weniger
als 0,1 Mikrometern auf. In anderen Fällen ergibt die Verteilung
der Partikelgrößen bevorzugt
keine oder relativ wenig Schleifpartikel, die eine Partikelgröße von größer als
ungefähr
2 Mikrometern, bevorzugt weniger als 1 Mikrometer und besonders
bevorzugt weniger als 0,75 Mikrometer aufweisen. Bei diesen relativ geringen
Partikelgrößen können die
Schleifpartikel dazu neigen, durch Anziehungskräfte zwischen Partikeln zu aggregieren.
Daher können
diese Aggregate eine Partikelgröße von mehr
als 1 oder 2 Mikrometern und sogar von 5 oder 10 Mikrometern aufweisen. Diese
Aggregate werden dann bevorzugt in eine mittlere Größe von ungefähr 2 Mikrometern
oder weniger aufgebrochen. In einigen Fällen wird die Verteilung der
Teilchengröße bevorzugt
streng geregelt, so dass der sich ergebende Schleifgegenstand auf
der Waferoberfläche
eine sehr konsistente Oberflächengüte bereitstellt.
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Um
ein Schleifkomposit oder eine Schleifbeschichtung auszubilden, werden
die Schleifpartikel in einem Bindemittel-Präkursor dispergiert, um eine Schleifsuspension
auszubilden, welche dann einer Energiequelle ausgesetzt wird, um
die Einleitung des Polymerisations- oder Aushärtungsprozesses des Bindemittel-Präkursors
zu unterstützen.
Zu Beispielen für
Energiequellen zählen
thermische Energie und Strahlungsenergie, was Elektronenstrahlen,
ultraviolettes Licht und sichtbares Licht einschließt. Der ausgehärtete Bindemittel-Präkursor bildet
das Bindemittel aus.
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Zu
Beispielen für
geeignete Bindemittel-Präkursoren,
die über
einen Additions-(Kettenreaktions)-Mechanismus aushärtbar sind,
zählen
Bindemittel-Präkursoren,
die über
einen Radikalkettenmechanismus oder, alternativ dazu, über einen
kationischen Mechanismus polymerisieren. Zu diesen Bindemittel-Präkursoren
zählen
acrylierte Urethane, acrylierte Epoxyde, ethylenisch ungesättigte Verbindungen
einschließlich
Acrylat-Monomer-Harz(en), Aminoplastderivate
mit α,β-ungesättigten
Carbonylseitengruppen, Isocyanuratderivate mit mindestens einer
Acrylat-Seitengruppe, Isocyanatderivate mit mindestens einer Acrylat-Seitengruppe,
Epoxydharze, Vinylether und Mischungen und Kombinationen daraus.
Der Begriff „Acrylat" umfasst Acrylate
und Methacrylate.
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Diverse
Verfahren zum Herstellen von Schleifgegenständen mit entweder präzise oder
unregelmäßig geformten
Schleifkomposits werden zum Beispiel in den US-Patentschriften Nr.
5,152,917 (Pieper et al.), 5,435,816 (Spurgeon et al.), 5,667,541 (Klun
et al.), 5,876,268 und 5,989,111 (Lamphere et al.) und 5,958,794
(Bruxvoort et al.) gelehrt.
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14 ist
eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines
Schleifgegenstands, der Schleifkomposits und ein Überwachungselement,
wie zum Beispiel ein Fenster, aufweist. Im Allgemeinen besteht der
erste Schritt beim Herstellen des Schleifgegenstands darin, die
Schleifsuspension herzustellen, was durch Kombinieren des Bindemittel-Präkursors,
der Schleifpartikel und optionaler Additive mittels einer geeigneten
Mischtechnik erfolgt. Zu Beispielen für Mischtechniken zählen Mischen
bei niedrigen und Mischen bei hohen Scherkräften, wobei das Mischen bei
hohen Scherkräften
bevorzugt wird. Das Ziehen eines Vakuums während des Mischschrittes kann
die Anwesenheit von Luftblasen in der Schleifsuspension minimieren.
Die Schleifsuspension sollte eine Rheologie aufweisen, die sich
gut auftragen lässt,
und in welcher die Schleifpartikel und andere Additive nicht aus
der Schleifsuspension ausfallen. Es können alle bekannten Techniken
zum Verbessern der Beschichtbarkeit benutzt werden, wie zum Beispiel
Ultraschall oder Erhitzung.
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Um
ein Schleifkomposit mit präziser
Form zu erhalten, wird der Bindemittel-Präkursor verfestigt oder ausgehärtet, während die
Schleifsuspension in Vertiefungen eines Produktionswerkzeugs vorhanden
ist. Um ein Schleifkomposit mit unregelmäßiger Form auszubilden, wird
das Produktionswerkzeug vor dem Aushärten von dem Bindemittel-Präkursor abgenommen,
was zu einer zusammengesackten, unregelmäßigen Form führt.
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Ein
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Schleifgegenstands
wird in 14 veranschaulicht. Die Rückschicht 51 verlässt eine
Abwickelstation 52, und zur gleichen Zeit verlässt ein
Produktionswerkzeug (Werkzeug mit Vertiefungen) 56 eine
Abwickelstation 55. Das Produktionswerkzeug 56 wird
von der Beschichtungsstation 54 dergestalt mit Schleifsuspension
beschichtet, dass die Vertiefungen mindestens teilweise mit Schleifsuspension gefüllt werden.
Bei der Beschichtungsstation kann es sich um eine beliebige herkömmliche
Beschichtungsmaschine handeln, wie zum Beispiel um eine Tropfenbeschichtungsmaschine,
Rakelbeschichtungsmaschine, Vorhangbeschichtungsmaschine, Vakuumbeschichtungsmaschine
oder eine Düsenbeschichtungsmaschine.
Es kann erwünscht
sein, die Ausbildung von Luftblasen während des Beschichtens zu minimieren.
Eine Beschichtungstechnik ist eine ein Fluid führende Vakuumdüse, die
etwa in den US-Patentschriften
Nr. 3,594,865, 4,959,265 und 5,077,870 beschrieben wird.
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Nachdem
das Produktionswerkzeug 56 gefüllt worden ist, werden die
Rückschicht 51 und
die Schleifsuspension auf dem Produktionswerkzeug 56 in
Kontakt gebracht, so dass die Schleifsuspension die Vorderfläche der
Rückschicht 51 benetzt.
In 14 wird das mit Schleifsuspension gefüllte Werkzeug 56 von
einer Kontakt-Andruckwalze 57 mit der Rückschicht 51 in Kontakt
gebracht. Als Nächstes presst
die Kontakt-Andruckwalze 57 außerdem die sich ergebende Konstruktion
gegen die Stütztrommel 53.
Als Nächstes
wird von der Energiequelle 63 eine Form von Strahlungsenergie
in die Schleifsuspension transmittiert, um den Bindemittel-Präkursor mindestens
teilweise auszuhärten.
Bei dem Produktionswerkzeug 56 kann es sich um transparentes
Material (wie zum Beispiel Polyester, Polyethylen oder Polypropylen)
handeln, das sichtbare oder ultraviolette Strahlung an die in den
Vertiefungen im Produktionswerkzeug 56 vorhandene Suspension
transmittiert, während
das Werkzeug 56 und die Rückschicht 51 über die
Walze 53 laufen. Der Begriff „teilweise aushärten" bedeutet, dass der
Bindemittel-Präkursor
bis zu einem solchen Zustand polymerisiert wird, dass die Schleifsuspension
nicht fließt,
wenn sie aus dem Produktionswerkzeug 56 entfernt wird.
Falls dies gewünscht
ist, kann der Bindemittel-Präkursor
von einer beliebigen Energiequelle vollständig ausgehärtet werden, nachdem er aus
dem Produktionswerkzeug entfernt wurde. Der Schleifgegenstand 60 (welcher die
Rückschicht 51 und
die mindestens teilweise ausgehärtete
Schleifsuspension umfasst) wird aus dem Produktionswerkzeug 56 entfernt,
und das Werkzeug 56 wird wieder auf den Dorn 59 aufgewickelt,
so dass das Produktionswerkzeug 56 erneut wiederverwendet
werden kann. Außerdem
wird der Schleifgegenstand 60 auf den Dorn 61 aufgewickelt.
Falls der Bindemittel-Präkursor
nicht vollständig
ausgehärtet
worden ist, kann er dann entweder durch Einsatz von Zeit und/oder,
indem er einer Energiequelle wie zum Beispiel Strahlungsenergie
ausgesetzt wird, vollständig
ausgehärtet
werden.
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Bei
einer weiteren Abwandlung dieses ersten Verfahrens kann die Schleifsuspension
auf die Rückschicht
statt in die Vertiefungen des Produktionswerkzeugs aufgetragen werden.
Die mit Schleifsuspension beschichtete Rückschicht wird daraufhin dergestalt
mit den Produktionswerkzeug in Kontakt gebracht, dass die Schleifsuspen sion
in die Vertiefungen des Produktionswerkzeugs fließt. Die
verbleibenden Schritte zur Herstellung des Schleifgegenstands sind
dieselben Schritte, die oben im Einzelnen beschrieben wurden. Andere
Abwandlungen umfassen das Benutzen eines kontinuierlichen Bandes oder
einer Trommel als Produktionswerkzeug.
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Die
Vertiefungen in dem Produktionswerkzeug stellen die inverse Form
der dreidimensionalen Komposits in dem Schleifgegenstand bereit.
Außerdem
stellen die Vertiefungen eine gute Näherung der Größe der Schleifkomposits
bereit. Ein Beispiel für ein
dreidimensionales Komposit umfasst einen ungefähr 914 Mikrometer hohen, an
der Grundfläche
ungefähr
2030 Mikrometer breiten und am distalen Ende ungefähr 635 Mikrometer
breiten Pyramidenstumpf.
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Weitere
Einzelheiten zur Benutzung eines Produktionswerkzeugs zum Herstellen
eines dreidimensionalen Schleifgegenstands gemäß diesen Verfahren werden ferner
in den US-Patentschriften Nr. 5,152,917 (Pieper et al.) und 5,435,816
(Spurgeon et al.) beschrieben.
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Das
Fenster in dem Schleifgegenstand kann mittels einer beliebigen Anzahl
aus Verfahren hergestellt werden. Das Fenster kann hergestellt werden, indem
das Auftragen der Schleifkomposits auf den Sollbereich verhindert
wird oder indem Schleifkomposits (oder nicht ausgehärtete oder
teilweise ausgehärtete
Schleifkomposits) aus dem Sollbereich entfernt werden. Ein Fenster
kann ferner hergestellt werden, indem die Zusammensetzung der Komposits
im Soll-Fensterbereich verändert
wird.
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Bei
dem ersten allgemeinen Verfahren wird in dem Bereich, an dem sich
schließlich
das Fenster befinden soll, entweder keine oder nur sehr wenig Schleifsuspension
bereitgestellt. Bei einer ersten Ausführungsform kann das Produktionswerkzeug
in dem Bereich, an dem sich das Fenster befinden soll, frei von
Vertiefungen sein, so dass in diesem Bereich keine oder nur wenig
Schleifsuspension angeordnet wird. Die Schleifsuspension würde über die
Ausdehnung der Werkzeuge einschließlich des Bereichs, der frei
von Vertiefungen ist, aufgetragen. Wenn die mit Suspension beschichteten
Werkzeuge mit der Rückschicht
in Kontakt gebracht werden, wird in jenem Bereich, der frei von
Vertiefungen ist, keine Suspension oder sehr wenig Suspension auf
die Rückschicht transferiert.
Es versteht sich, dass, anstatt eine Rückschicht zu haben, die frei
von Vertiefungen ist, es auch möglich
ist, einen Abschnitt der Vertiefungen mit einem Material gefüllt zu haben,
so dass die Schleifsuspension nicht in die Vertiefungen eintreten kann.
Die Vertiefungen können
dauerhaft gefüllt
werden, zum Beispiel mit einem Material wie etwa einem Epoxyd, oder
sie können
vorübergehend
gefüllt
werden, zum Beispiel mit Wachs oder einem wasserlöslichen
Material.
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Bei
einer Abwandlung dieser ersten Ausführungsform kann Schleifsuspension über die
Ausdehnung einer Rückschicht
aufgetragen werden. Wenn die mit Suspension beschichtete Rückschicht
mit den Produktionswerkzeugen und den Vertiefungen in Kontakt gebracht
wird, wird der von Vertiefungen freie Bereich keine Komposits ergeben;
stattdessen wird in jenem Bereich keine oder wenig Schleifsuspension
vorhanden sein. Diese Verfahren können alle der Schleifgegenstände aus 2 bis 12 bereitstellen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
weist das Produktionswerkzeug durchgängig Vertiefungen auf, aber
in dem Soll-Fensterbereich wird den Vertiefungen keine Schleifsuspension
zugeführt.
Dies kann auf eine beliebige Anzahl von Arten erfolgen. Falls sich
das Fenster zum Beispiel von einer Kante des Schleifartikels bis
zu einer weiteren Kante erstrecken soll, wie bei dem Schleifgegenstand 110 aus 2 oder
dem Schleifgegenstand 160 aus 7, kann die
zum Auftragen der Suspension auf das Produktionswerkzeug oder die
Rückschicht
benutzte Beschichtungsdüse
im Sollbereich blockiert werden. Zum Beispiel können eine oder mehrere Austrittsöffnungen
aus der Düse
blockiert werden, um eine Breite der Düse bereitzustellen, die keine
Auftragung von Schleifsuspension ausführt. Dieses Verfahren kann für Beschichtungsprozesse,
die einen sich umwälzenden
Rückstau
oder einen Wulst aus Schleifsuspension benutzen, oder für Prozesse,
die keinen Rückstau
oder Wulst benutzen, eingesetzt werden. Als weiteres Beispiel kann
ein Damm oder eine andere Blockiervorrichtung in dem Bereich angeordnet werden,
in dem sich das ausgedehnte Fenster befinden soll. So tritt zwar
Suspension aus der Beschichtungsdüse aus, doch wird die Suspension
von dem Bereich des Fensters weg geleitet. Es wird auf 15 Bezug
genommen. Eine ausgedehnte Länge einer
Rückschicht 71 ist
auf einer Walze 72 bereitgestellt. Die Rückschicht 71 wird
unter einer Beschichtungsdüse 74 vorwärts bewegt,
welche quer über
die Breite der Rückschicht 71 Schleifsuspension
aufträgt.
Ein Suspensionsablenkglied 70 ist auf der Bahn hinter der
Beschichtungsdüse 74 angeordnet
und lenkt somit einen Anteil der Schleifsuspension ab. Der mit Suspension
beschichtete Bereich 76 wird, nachdem die Schleifsuspension
ausgehärtet
worden ist, die Schleifbeschichtung 116 des Schleifgegenstands 110 aus 2 und
die Schleifbeschichtung 166 des Schleifgegenstandes 160 aus 7 bereitstellen.
Der von Schleifsuspension freie Bereich 78 wird das Fenster 118 des
Schleifgegenstandes 110 und das Fenster 168 des
Schleifgegenstandes 160 bereitstellen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
wird entweder die Rückschicht
oder das Produktionswerkzeug, für
gewöhnlich
die Rückschicht,
mit einer Oberflächenbeschichtung
oder einem ähnlichen
Merkmal behandelt, um die Menge an Schleifsuspension, die daran
haftet, zu minimieren. Falls umgekehrt eine Grundierung zum Verbessern
der Haftung der Schleifsuspension an der Rückschicht be nutzt wird, kann
diese Grundierung aus Bereichen, in denen sich ein Fenster befinden
soll, entfernt oder nicht auf diese aufgetragen werden, wodurch
die Menge der daran anhaftenden Schleifsuspension minimiert wird.
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Bei
einem zweiten allgemeinen Verfahren wird die Schleifsuspension von
der Rückschicht
entfernt, nachdem die Komposits geformt worden sind; die Suspension
kann entweder vor oder nach dem Aushärten oder, nachdem sie mindestens
teilweise ausgehärtet
worden ist, entfernt werden. Bei einer Ausführungsform kann die Schleifsuspension
oder können
die Schleifkomposits von der Rückschicht abgeschabt
werden, nachdem sie in Komposits geformt wurden. Dies kann mit einem
Messer, einer Rakel oder einem beliebigen anderen Gegenstand erfolgen,
der das gewünschte
Material entfernt. Zum Beispiel wird ein Messer, das quer über die
Breite der beschichten Rückschicht
oszilliert, während
sich die Rückschicht
in ihrer Längsrichtung
bewegt, einen Schleifgegenstand wie den Schleifgegenstand 120 aus 3 bereitstellen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
kann die Rückschicht,
bevor sie mit Schleifsuspension beschichtet wird, Stellen oder Streifen
aufweisen, die abziehbar sind; als Material für die Stellen oder Streifen
kann ein Haftklebeband benutzt werden. Nachdem die Komposits auf
der Oberfläche
der Stellen oder Streifen bereitgestellt worden sind, können diese
abgezogen werden, wodurch auch die Komposits entfernt werden.
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Bei
noch einer weiteren Ausführungsform kann
das gewünschte
Fenster maskiert werden, nachdem die Komposits geformt worden sind,
jedoch bevor sie ausgehärtet
werden. Der nicht maskierte Bereich kann Bedingungen ausgesetzt
werden, die die Suspension aushärten.
Der maskierte, nicht ausgehärtete
Bereich kann zum Beispiel mittels eines Lösungsmittels entfernt werden,
wie etwa mittels Wasser, falls die nicht ausgehärtete Suspension wasserlöslich ist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
kann eine kontinuierliche Schleifbesichtung auf der Rückschicht
bereitgestellt und ausgehärtet
werden, um einen Schleifgegenstand zu bilden. Vor dem Einsatz in einem
Glättungs-
oder Polierprozess können
Sektionen des Schleifgegenstandes, einschließlich sowohl der Rückschicht
als auch der darauf befindlichen Schleifbeschichtung, entfernt werden,
so dass ein diskontinuierlicher Schleifgegenstand zurückbleibt. Der
diskontinuierliche Schleifgegenstand kann, beispielsweise durch
Laminierung, auf einer Trägerrückschicht
angeordnet werden. Bei den Bereichen, aus welchen die Sektionen
entfernt wurden, wird es sich um den Fensterbereich des Schleifartikels
während der
waferverarbeitung handeln. Damit diese Ausführungsform klarer wird, werden
zwei detaillierte Beispiele angeführt. Beim ersten Beispiel wird
ein Schleifgegenstand, der auf einer Rückschicht eine kontinuierliche
Schleifbeschichtung aufweist, geschlitzt, um dünne, langgezogene Sektionen
bereitzustellen. Diese Sektionen werden dergestalt auf einer Trägerrückschicht
angeordnet, dass sich zwischen den Schleifsektionen nicht schleifende
Sektionen befinden. Die Bereiche, in denen nur die Trägerrückschicht
vorhanden ist, sind die Überwachungselemente
oder Fenster, durch welche die Transmission von Strahlung gewährleistet
wird. Diese Fenster erstrecken sich über die Länge des Schleifgegenstandes.
Als zweites Beispiel wird ein Schleifgegenstand, der auf einer Rückschicht
eine kontinuierliche Schleifbeschichtung aufweist, ausgestanzt oder
gelocht, um diskrete Bereiche bereitzustellen, die frei von dem
Schleifgegenstand sind. Das heißt,
der Schleifgegenstand weist in sich Löcher oder Öffnungen auf. Der Schleifgegenstand
wird auf einer Trägerrückschicht
angeordnet, und die Bereiche, welche die Löcher oder Öffnungen aufweisen, sind die Überwachungselemente
oder Fenster, durch welche die Transmission von Strahlung gewährleistet
würde.
Bei diesem Prozess zum Herstellen des Schleifge genstands mit Fenster
weist der Schleifgegenstand in den Bereichen mit Schleifbeschichtung
zwei Rückschichten
(nämlich
die Schleif-Rückschicht
und die Trägerrückschicht)
auf, und die Bereiche des Überwachungselements
weisen eine Rückschicht
auf (nämlich
die Trägerrückschicht).
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Es
wird wieder auf die Figuren Bezug genommen. Ein Überwachungselement, wie zum
Beispiel das Fenster 308 des Schleifgegenstands 300 aus 13,
kann hergestellt werden, indem zwei verschiedene Suspensionszusammensetzungen
auf die Rückschicht
aufgetragen werden. Die Zusammensetzung, die im Fensterbereich bereitgestellt wird,
weist weniger, bevorzugt keine, Schleifpartikel auf. Alternativ
dazu kann das Bindemittel, das zum Ausbilden der Komposits benutzt
wird, variiert werden. Ein Schleifgegenstand, der aus zwei oder
mehr verschiedenen Suspensionen besteht, kann gemäß den Lehren
der US-Patentschrift Nr. 6,080,215 (Stubbs et al.) hergestellt werden.
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Bei
einem weiteren Beispiel kann ein Schleifgegenstand hergestellt werden,
der im Bereich des Überwachungselements
oder Fensters eine verringerte Schleifkompositdichte aufweist. Zum
Beispiel kann der Abstand zwischen benachbarten Komposits größer sein,
oder die Form der Komposits kann anders sein, um mehr Durchgang
von Licht durch diese zu ermöglichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann
die Höhe
der Schleifkomposits wesentlich geringer sein, fast bis zu dem Punkt,
an dem sie dem Fenster 208' aus 12 ähneln.
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Obwohl
der Großteil
der obigen Beschreibung auf die Benutzung eines Werkzeugs mit Vertiefungen
zum Herstellen der Schleifkomposits ausgerichtet war, versteht es
sich, dass andere Verfahren zum Herstellen texturierter oder dreidimensionaler Beschichtungen
benutzt werden können.
Zum Beispiel lassen sich mit Gravurwalzenbeschichtung oder anderen
Beschichtungstechniken Schleifgegenstände herstellen, die ein Überwachungselement
oder einen Fensterbereich aufweisen. Der Fachmann auf dem Gebiet
der Schleifgegenstände
kann weitere Verfahren zum Herstellen von Schleifgegenständen, die
in sich ein Überwachungselement
aufweisen, ableiten. Unabhängig
von seiner Konstruktion oder Herstellungsweise weist der Schleifgegenstand
der vorliegenden Erfindung einen Bereich auf, durch welchen die
Verarbeitung eines Werkstücks,
wie zum Beispiel eines Wafers, überwacht
werden kann.
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Die
vollständigen
Offenlegungen aller vorstehend aufgeführten Patente, Patentanmeldungen und
Veröffentlichungen
werden durch Nennung als hierin wie bei individueller Aufnahme aufgenommen betrachtet.