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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein chemisch-mechanisches
Poliersystem (CMP-System) von Halbleiterscheiben und Techniken zum
Verbessern der Leistungsfähigkeit
und Effektivität
von CMP-Arbeitsvorgängen
gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1, 6 bzw. 8. Ein derartiges System und Techniken werden beispielsweise
in der
JP 2000334655 offenbart.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Platte zum
Tragen von Halbleiterscheiben, bei der Kanteneffekte reduziert werden,
indem eine mit der Halbleiterscheibe in Kontakt kommende Oberfläche der
Halbleiterscheiben-Trägerplatte
mit einer in Kontakt mit der Halbleiterscheiben-Poliervorrichtung
kommenden Oberfläche
eines aktiven Halterings ausgerichtet wird.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Bei
der Fabrikation von Halbleiterbauelementen gibt es einen Bedarf
für die
Durchführung
von chemisch-mechanischen Polier-(CMP)-Vorgängen an Halbleiterscheiben,
wie beispielsweise diejenigen, die aus Silikon hergestellt werden
und als Scheiben mit einem Durchmesser von 200 mm oder 300 mm ausgebildet
sind. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird der Begriff "Halbleiterscheibe" nachstehend verwendet,
um solche Halbleiterscheiben und andere planare Strukturen oder
Substrate zu beschreiben und einzuschließen, die als Träger für elektrische
oder elektronische Schaltkreise verwendet werden.
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Bauelemente
mit integrierten Schaltkreisen können
die Form von Strukturen mit mehreren Ebenen haben, die auf derartigen
Halbleiterscheiben hergestellt wurden. Ein Transistorelement kann
auf einer Ebene ausgebildet sein und auf anschließenden Ebenen
können
metallisierte Verbindungsleitungen ausgebildet und mit dem Transistorelement
elektrisch verbunden sein, um das gewünschte funktionelle Element
zu erhalten. Strukturierte leitende Schichten sind von anderen leitenden
Schichten durch dielektrische Materialien isoliert. Wenn mehr metallisierte
Ebenen und zugehörige
dielektrische Schichten erzeugt werden, erhöht sich die Notwendigkeit zum
Planarisieren des dielektrischen Materials, beispielsweise durch
die Durchführung
von CMP-Vorgängen.
Ohne eine derartige Planarisierung wird die Fertigung von zusätzlichen
metallisierten Schichten bedingt durch die Schwankungen in der Oberflächentopografie
erheblich schwieriger.
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Ein
CMP-System umfasst typischerweise eine Polierstation, wie beispielsweise
einen Bandpolierer, zum Polieren einer ausgewählten Oberfläche einer
Halbleiterscheibe. Bei einem typischen CMP-System ist die Halbleiterscheibe
auf einer in Kontakt mit der Halbleiterscheibe kommenden Oberfläche eines
Trägers
(Trägeroberfläche) montiert.
Die montierte Halbleiterscheibe hat eine freiliegende Oberfläche (Halbleiterscheiben-Oberfläche), um
in Kontakt mit einer Polieroberfläche, z.B. eines Polierbands,
kommen zu können.
Der Träger
und die Halbleiterscheibe drehen sich in einer Drehrichtung. Der CMP-Vorgang
kann beispielsweise erreicht werden, wenn die freiliegende rotierende
Oberfläche
der Halbleiterscheibe und eine freiliegende sich bewegende Polieroberfläche durch
eine Kraft aufeinander gedrückt
werden und wenn die freiliegende Halbleiterscheiben-Oberfläche und
die freiliegende Polieroberfläche
sich relativ zueinander bewegen. Von der Trägeroberfläche kann gesagt werden, dass
sie eine Trägerebene
bildet, von der freiliegende Halbleiterscheiben-Oberfläche kann
gesagt werden, dass sie eine Halbleiterscheiben-Ebene bildet und von der in Kontakt
mit der Halbleiterscheiben-Ebene stehenden freiliegenden Polieroberfläche kann
gesagt werden, dass sie eine Polierebene bildet.
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In
der Vergangenheit wurde der Halbleiterscheiben-Träger auf
einer Spindel befestigt, die sowohl für die Drehung als auch für die Polierkraft
des Trägers
sorgte. Um es dem Halbleiterscheiben-Träger zu ermöglichen, die freiliegende Halbleiterscheiben-Oberfläche für den erwünschten
Kontakt mit der freiliegenden Polieroberfläche ordnungsgemäß zu platzieren,
wurde beispielsweise ein Kardanelement zwischen der Spindel und
dem Halbleiterscheiben-Träger
vorgesehen. Das Kardanelement ermöglicht es, die Trägerebene
relativ zu einer Spindelachse, um die sich der Halbleiterscheiben-Träger dreht, zu
kippen. Dieses Kippen ermöglicht
es, die Trägerebene
parallel zu der Polierebene des Bands auszurichten. Im Allgemeinen
führt das
Anordnen des Kardanelements jedoch zu mehr mechanischen Konstruktionsteilen
zwischen der Trägeroberfläche und einem
auf der Spindel angeordneten Kraftsensor. Als Ergebnis steigt die
Wahrscheinlichkeit von Reibung in der mechanischen Konstruktion,
die die von dem Sensor gemessene Kraft reduziert.
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Andere
haben sogenannte aktive Halteringe vorgesehen, die die Halbleiterscheibe
gegen horizontale Kräfte
stützen,
um die Halbleiterscheibe auf der Trägerplatte zu halten. Bei der
Anordnung derartiger aktiver Halteringe wurde ein ungünstiges
Merkmal dieser aktiven Halteringe jedoch nicht zur Kenntnis genommen.
Bei dieser Anordnung wird nicht berücksichtigt, dass derartige
aktive Halteringe eine kardanartige Wirkung haben. Diese Wirkung
eines derartigen Halterings, der auf dem Träger montiert ist, kann anhand
einer Halteringebene erkannt werden, die von einer freiliegenden
Oberfläche
des Halterings (der Ringoberfläche)
gebildet wird. Bei dieser Anordnung wurde nicht erkannt, dass es
durch eine fehlende Führung
für den
aktiven Haltering möglich ist,
dass die Halteringebene relativ zu der Halbleiterscheiben-Ebene
als Reaktion auf Kräfte,
wie beispielsweise die horizontale Kraft des auf die Ringoberfläche wirkenden
Bands, axial versetzt werden kann. Eine Größe dieses Versatzes wird als
vorspringende Seitenfläche
bezeichnet und, wenn diese einen positiven Wert hat, befindet sich
die Ebene der Halbleiterscheibe näher an der Polierebene des Bands
als die Ringebene. Im Allgemeinen wird ein negativer Wert für die vorspringende
Seitenfläche
gewählt,
um die Halbleiterscheibe auf der Trägeroberfläche vor dem Poliervorgang ordnungsgemäß zu platzieren
oder auszurichten.
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Als
Beispiel einer fehlenden Führung
bei den aktiven Halteringen des Stands der Technik kann der beispielsweise
aus einer Blase bestehende Antrieb genannt werden, der den aktiven
Haltering relativ zu der Halbleiterscheibe auf flexible Art bewegt
und es ermöglicht,
dass sich die Halteringebene in unkontrollierter Weise relativ zu
der Trägerebene
und der Halbleiterscheiben-Ebene bewegt. Diese unkontrollierte Bewegung
zwischen Haltering und Halbleiterscheiben-Träger ermöglicht ein Kippen der Halteringebene
und ein Abweichen von der Parallelen relativ zu der Trägerebene
und zu der Halbleiterscheiben-Ebene. In der gekippten Stellung ist
der Haltering unglücklicherweise
nicht koplanar zu der Halbleiterscheiben-Ebene. Als Ergebnis führt dieses
Kippen dazu, dass der Wert der vorspringenden Seitenfläche um den
Umfang der Halbleiterscheibe und des Halterings herum, d.h. um die
Rotationsachse des Trägers herum,
bei unterschiedlichen Winkeln unterschiedlich ist. Diese Unterschiede
im Wert der vorspringenden Seitenfläche sind unerwünscht, da
sie beispielsweise unkontrolliert sind und zu Problemen bei den CMP-Vorgängen geführt haben.
Diese Probleme können
bei Betrachtung des Kantenbereichs der Halbleiterscheibe verstanden
werden, der im allgemeinen einen ringförmigen Teil der Halbleiterscheiben-Oberfläche umfasst,
der sich vom äußeren Umfang
der Halbleiterscheibe beispielsweise um ungefähr 5 bis 8 mm nach innen erstreckt.
Die Probleme bei dem CMP-Poliervorgang entstehen, weil die Änderungen
im Wert der vorspringenden Seitenfläche dazu führen, dass das vertikale Profil
der Kante der polierten Halbleiterscheibe für jeden unterschiedlichen Wert
der vorspringenden Seitenfläche
einen anderen Wert aufweist.
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Was
daher gebraucht wird, ist eine Möglichkeit,
dem Haltering zu ermöglichen,
sich relativ zu der Halbleiterscheiben-Ebene zu bewegen, während die Bewegung
des Halterings eingeschränkt
wird, um ein Kippen zu verhindern. Was ebenfalls gebraucht wird, ist
eine Möglichkeit
zu verhindern, dass die Ebene des Halterings von ihrer Ausrichtung
parallel sowohl zu der Trägerebene
als auch zu der Halbleiterscheiben-Ebene abweicht, so dass die Halteringebene und
die Halbleiterscheiben-Ebene ausgerichtet werden können, d.h.
koplanar sind. Es besteht auch Bedarf an einer Konstruktion und
einem Verfahren, die es dem Haltering erlauben, sich relativ zu
der Halbleiterscheiben-Ebene zu bewegen, während eine Relativbewegung
verhindert wird, die dazu führt,
dass der Wert der vorspringenden Seitenfläche bei verschiedenen Drehwinkeln
der Halbleiterscheibe und des Halterings auf der Trägerrotationsachse
unterschiedlich ist. Insbesondere gibt es derzeit einen unerfüllten Bedarf
an einer Konstruktion und Verfahren zum Erzeugen eines gleichmäßigen Profils
der Kante einer Halbleiterscheibe bei CMP-Vorgängen, während die Vorteile von Halteringen,
die relativ zu der Ebene der Halbleiterscheibe aktiv bewegt werden,
beibehalten werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Allgemein
gesprochen erfüllt
die vorliegende Erfindung diesen Bedarf, indem sie ein CMP-System und
Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und
6 bzw. 8 bereitstellt, die Lösungen
für die
oben beschriebenen Probleme bieten, wobei Konstruktionen und Verfahren
vorgesehen sind, die es einem Haltering erlauben, sich relativ zu
einer Halbleiterscheiben-Ebene zu bewegen, während die Bewegung des Halterings
eingeschränkt
wird, um ein Kippen zu verhindern, das dazu führt, dass sich die Ebene des
Halterings verlagert (d.h. nicht mehr parallel sowohl zu der Trägerebene
als auch zu der Halbleiterscheiben-Ebene bzw. nicht koplanar zu
der Halbleiterscheiben-Ebene ist). Bei diesen Systemen und Verfahren
kann sich der Haltering relativ zu der Halbleiterscheiben-Ebene
bewegen, jedoch ist diese Relativbewegung beschränkt, so dass die Halteringebene und
die Halbleiterscheiben-Ebene beim Polieren der Halbleiterscheibe
koplanar sein können.
Insbesondere wird die Richtung der Relativbewegung auf eine sich
senkrecht zu der Halbleiterscheiben-Ebene und der Trägerebene
erstreckende Richtung beschränkt, wodurch
die Größe einer
erwünschten
vorspringenden Seitenfläche
bei unterschiedlichen Winkeln um den Umfang der Halbleiterscheibe
und des Halterings herum, d.h. um die Rotationsachse des Trägers herum,
gleich bleibt. Somit werden die Vorteile von Halteringen, die sich
aktiv relativ zu der Ebene der Halbleiterscheibe bewegen, beibehalten,
ohne dass es zu dem Problem mit den ungleichmäßigen vorspringenden Seitenflächen kommt.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen werden
in den Unteransprüchen
offenbart.
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Andere
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden genauen
Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich,
die in beispielhafter Weise die Prinzipien der Erfindung erläutern.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird aufgrund der folgenden genauen Beschreibung
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen, leicht
verständlich
sein.
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1 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt, in der eine Halbleitenscheiben-Trägerplatte
eine Halbleiterscheibe und einen Haltering für den Kontakt mit einer chemisch-mechanischen Polieroberfläche trägt;
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2 ist
eine Draufsicht entlang der Linie 2-2 in 1, die schematisch
die als Band dargestellte, für
den Kontakt mit der von dem Halbleiterscheiben-Trägerplatte
getragenen Halbleiterscheibe und mit dem die Halbleiterscheibe umgebenden
Haltering ausgebildete Polieroberfläche zeigt;
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3 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in 2 und zeigt
schematisch eine Kardananordnung, die es einer Rotationsachse der
Halbleiterscheiben-Trägerplatte
ermöglicht,
sich relativ zu der Drehachse einer Spindel zu bewegen, wobei zwischen
der Halbleiterscheiben-Trägerplatte
und dem Haltering vorgesehene lineare Lageranordnungen dargestellt
sind;
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4A ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 4A-4A in 2 und
zeigt eine Befestigungswelle, die den Haltering in Verbindung mit
der Trägerplatte hält, sowie
eine Feder, die den Haltering in einer Stellung verspannt, in der
eine vorspringende Seitenfläche
des Halterings einen maximalen Wert hat, um die Halbleiterscheibe
auf der Trägerplatte
zu platzieren;
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4B ist
eine der 4A ähnliche Schnittansicht, die
einen linearen Antrieb zum Bewegen des Halterings entgegen der Kraft
der Feder zeigt, wobei der Haltering in einer Stellung gezeigt ist,
in der die vorspringende Seitenfläche des Halterings einen Nullwert
hat, um die Halbleiterscheibe zu polieren;
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4C ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils der 4B und zeigt den Nullwert der
vorspringenden Seitenfläche
und die Koplanarität
der Halteringebene und der Halbleiterscheiben-Ebene;
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4D ist
eine den 4A und 4B ähnliche
Schnittansicht, die den linearen Antrieb zeigt, der den Haltering
in eine Stellung mit maximalem Abstand zu dem Halbleiterscheiben-Träger bewegt
hat, um das Platzieren der Halbleiterscheibe auf der Trägerplatte
zu vereinfachen;
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5 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in 2, die verschiedene
Befestigungsmittel zum Montieren einer linearen Lageranordnung zwischen
der Trägerplatte
und dem Haltering zeigt, so dass eine Bewegung der Trägerplatte
relativ zu dem Haltering auf eine Bewegung senkrecht zu der Halbleiterscheiben-Ebene
und der Trägerebene
beschränkt
wird;
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6 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 in 2, die eine
in der Spindel vorgesehene und mit der Halbleiterscheiben-Trägerplatte
verbundene Vakuum- und Gasversorgungsleitung zeigt;
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7 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 in 2, die die
mit einer Messdose verbundene Kardananordnung zeigt, wobei die Kardananordnung
einen Antriebsstift umfasst, der von einem in der Halbleiterscheiben-Trägerplatte
vorgesehenen, sich verjüngenden
Hohlraum aufgenommen wird;
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8 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 in 2, die den
an einer Halteringbasis befestigten Haltering zeigt;
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9 ist
eine dreidimensionale Ansicht der Halbleiterscheiben-Trägerplatte
und zeigt sich von der Halbleiterscheiben-Trägerplatte aus erstreckende
Flansche für
vier lineare Lageranordnungen;
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10 ist
eine dreidimensionale Ansicht der Halbleiterscheiben-Trägerplatte
und zeigt eine sich an die Halbleiterscheibe anlegende und von dem Haltering
umgebene Oberfläche;
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11 ist
ein Ablaufdiagramm, das Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Ausrichten einer freiliegenden Oberfläche des Halterings
mit einer Halbleiterscheibe zeigt;
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12 ist
ein Ablaufdiagramm, das Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Übertragen
von Kräften
von der sich an die Halbleiterscheibe anlegenden Oberfläche und
von der Halteringobertläche
zum Halbleiterscheiben-Träger
zeigt;
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13 ist
ein Ablaufdiagramm, das Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Kalibrieren des Halterings zeigt;
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14 ist
ein sich aus der Kalibrierung des Halterings ergebender Graph;
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15 ist
ein Ablaufdiagramm, das Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Verwendung des Kalibrierungsgraphen zeigt;
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16 ist
ein Ablaufdiagramm, das Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Reduzieren einer Ursache für Unterschiede zwischen einem
Kantenprofil eines chemisch-mechanisch polierten Kantenbereichs
der Halbleiterscheibe und einem Mittenbereichsprofil eines chemisch-mechanisch
polierten zentralen, innerhalb des Kantenbereichs liegenden Bereichs
der Halbleiterscheibe zeigt;
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17A ist eine Schnittansicht der Außenkante
einer Halbleiterscheibe, die unter Verwendung eines Halterings poliert
wurde, der nicht mit den linearen Lageranordnungen der vorliegenden
Erfindung versehen ist;
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17B ist eine Schnittansicht der in 17A dargestellten Halbleiterscheibe und zeigt ein
Profil eines zentralen Bereichs der Halbleiterscheibe.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Es
wird eine Erfindung für
ein CMP-System und Verfahren, die ein genaues kontrolliertes Polieren
der freiliegenden Oberflächen
einer Halbleiterscheibe ermöglichen,
beschrieben. Die vorliegende Erfindung erfüllt den oben beschriebenen
Bedarf, indem sie ein CMP-System und Verfahren bereitstellt, die
Lösungen
für die
oben beschriebenen Probleme umsetzen, wobei die Konstruktion und
die Verfahren so ausgebildet sind, dass sie einem Haltering erlauben,
sich relativ zu einer Halbleiterscheiben-Ebene zu bewegen, während die
Bewegung des Halterings beschränkt
ist, um ein Kippen zu verhindern, das dazu führt, dass die Halteringebene
ihre parallele Stellung relativ zu sowohl der Trägerebene als auch der Halbleiterscheiben-Ebene
verlässt.
Bei diesen Systemen und Verfahren kann sich die Halteringebene relativ
zu der Halbleiterscheiben-Ebene bewegen, jedoch ist diese Relativbewegung
eingeschränkt.
Die Richtung der Relativbewegung ist auf eine sich senkrecht zu
der Halbleiterscheiben-Ebene und zu der Trägerebene erstreckende Richtung
beschränkt. Hieraus
ergibt sich, dass die Halbleiterscheiben-Ebene und die Halteringebene
zum Polieren koplanar sein können.
Ferner bleibt der Wert einer erwünschten
vorspringenden Seitenfläche
für unterschiedliche Winkel
um den Umfang der Halbleiterscheibe und des Halterings, d.h. um
die Rotationsachse des Trägers
herum, immer gleich. Somit werden die Vorteile von Halteringen,
die aktiv relativ zu der Halbleiterscheiben-Ebene bewegt werden,
beibehalten, ohne dass das Problem auftritt, das sich aus einer
ungleichmäßig vorspringenden
Seitenfläche
oder dem Fehlen von solcher Koplanarität ergibt.
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In
der folgenden Beschreibung werden viele spezifische Einzelheiten
erläutert,
um für
ein umfassendes Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Es ist für einen Fachmann jedoch selbstverständlich,
dass die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle dieser besonderen
Einzelheiten ausgeführt
werden kann. In anderen Fällen
sind gut bekannte Verfahrensschritte nicht im Einzelnen beschrieben
worden, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 ist eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die ein CMP-System 200 umfasst,
schematisch dargestellt. Die Ausführungsform der 1 und 2 umfasst
einen Polierkopf 202, der mit einem endlosen Band 204 ausgestattet
ist, um eine freiliegende Oberfläche 206 einer
auf einer Halbleiterscheiben-Trägeroberfläche 210 eines
Halbleiterscheiben-Trägers 212 montierten
Halbleiterscheibe 208 zu polieren. Bei der Halbleiterscheibe 208 kann es
sich beispielsweise um eine der oben beschriebenen Halbleiterscheiben
handeln. Der Polierkopf 202 ist so ausgebildet, dass er
die Oberfläche 206 der Halbleiterscheibe 208 unter
Verwendung des Bands 204 poliert. Das Band 204 kann
aus CMP-Materialien,
fixierten Schleifkissenmaterialien usw. bestehen. Im Allgemeinen
kann jedes Kissenmaterial für das
Band 204 verwendet werden, mit dem der erwünschte Poliergrad
und die gewünschte
Genauigkeit erzielt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
hat das Band 204 beispielsweise einen Kern aus rostfreiem
Stahl mit einem IC-1000 Polierkissen.
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Das
Polierband 204 führt
einen CMP-Vorgang auf der Halbleiterscheibe 208 durch und
wird zu diesem Zweck durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete
Rollen 216 linear bewegt (siehe Pfeil 214). Die
Rollen 216 bewegen das Band 204 relativ zu einer
Rotationsachse 218 einer Spindel 220. Die Spindel 220 wird
sowohl um die Achse 218 gedreht als auch parallel zu der
Achse 218 in Richtung auf das Band 204 gedrückt. Unter
Bezugnahme auch auf die 3 ist die Spindel 220 durch
eine Kardananordnung 222 an dem Halbleiterscheiben-Träger 212 montiert,
durch die es dem Halbleiterscheiben-Träger 212 ermöglicht wird,
sich zu bewegen und eine Trägerrotationsachse 224 (3)
relativ zu der Spindelachse 218 in einem Winkel oder geneigt
zu platzieren. Der Halbleiterscheiben-Träger 212 wird durch die
Spindel 220 in Richtung auf das Band 204 gedrückt. Die
freiliegende Oberfläche 206 der
auf der Halbleiterscheiben-Trägeroberfläche 210 montierten Halbleiterscheibe 208 wird
wiederum durch eine Polierkraft (siehe Pfeil 225 in 1)
gegen das Band 204 gedrückt,
um CMP-Vorgänge
durchzuführen. Das
Band 204 ist rückseitig
durch eine Bandplatte 204p unterstützt, um der Polierkraft 225 widerstehen zu
können.
Auf dem Halbleiterscheiben-Träger 212 ist
ein Haltering 226 bewegbar montiert. Der Haltering 226 kann
bewegt werden, um einen Teil einer umlaufenden Kante 208E (4A)
der Halbleiterscheibe 208 freizulegen. Der freigelegte
Teil der Kante 208E wird als vorspringende Seitenfläche 227 bezeichnet
und die 4A zeigt einen maximalen Wert für die vorspringende
Seitenfläche 227.
Der Haltering 226 kann von dem Träger 212 weg in eine
Polierstellung (4B und 4C) ohne
vorspringende Seitenfläche
bewegt werden. In der Stellung ohne vorspringende Seitenfläche gibt
es keinen freiliegenden Teil der Kante 208E der Halbleiterscheibe 208 (d.h. keine
vorspringende Seitenfläche 227).
In den 4B und 4C umgibt
eine innere umlaufende Kante 226I die Kante 208E der
Halbleiterscheibe 208, um die Halbleiterscheibe 208 gegen
die von dem Band 204 auf die Oberfläche 206 der Halbleiterscheibe 208 ausgeübten Reibungskräfte des
Poliervorgangs (siehe Pfeil 228 in 1) zentriert
auf der Achse 224 zu halten. Der Haltering 226 kann
von dem Träger 212 weiter
weg bewegt werden, wie in der 4D gezeigt
ist, so dass eine von einer Oberfläche 233 des Rings 226 gebildete
Ebene 232 jenseits einer von der freiliegenden Oberfläche 206 der Halbleiterscheibe 208 gebildete
Ebene 234 liegt, um ein leichtes Montieren der Halbleiterscheibe 208 auf dem
Träger 212 zu
vereinfachen. Dies wird als Halbleiterscheiben-Montierstellung des
Halterings 226 bezeichnet.
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Zwischen
dem Haltering 226 und dem Halbleiterscheiben-Träger 212 sind
lineare Lageranordnungen 230 vorgesehen (in 1 mit
gestrichelten Linien dargestellt), um die Bewegung des Halterings 226 relativ
zu dem Träger 212 auf
eine Bewegung parallel zu der Trägerachse 224 und
parallel zu einer Symmetrie-(oder Rotations-) Achse 231 der
Halbleiterscheibe 208 zu beschränken. Eine derartige Beschränkung stellt
die Parallelität
zwischen der von der Oberfläche 233 des
Halterings 226 gebildeten Ebene 232 und der von
der freiliegenden Oberfläche 206 der
auf der Halbleiterscheiben-Trägeroberfläche 210 montierten
Halbleiterscheibe 208 gebildeten Ebene 234 sowie
einer von der Oberfläche 210,
auf der die Halbleiterscheibe 208 montiert ist, gebildeten Ebene 236 sicher.
Während
des Polierens stellt diese Beschränkung die Koplanarität der Ebenen 232 und 234 sicher.
Da durch die Kardananordnung 222 dem Halbleiterscheiben-Träger 212 ermöglicht wird,
sich zu bewegen und die Rotationsachse 224 (3)
des Trägers
relativ zu der Spindelachse 218 geneigt zu platzieren,
können
sich die Halteringebene 232, die Halbleiterscheiben-Ebene 234 und
die Halbleiterscheiben-Trägeroberflächenebene 236 nicht
nur parallel zueinander bewegen, sondern auch parallel zu einer
Ebene 238, die von dem Abschnitt des Bands 204 gebildet
wird, mit dem dieses in Kontakt mit der Halbleiterscheiben-Oberfläche 206 und
der Ringoberfläche 233 kommt.
Die von den linearen Lageranordnungen 230 erzwungene Beschränkung der
Bewegung beschränkt
damit die von der Kardananordnung 222 ermöglichte
Bewegung.
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Wie
beschrieben wurde, wird die Spindel 220 parallel zu der
Achse 218 in Richtung auf das Band 204 gedrückt. Mit
Unterstützung
der rückseitigen Platte 204p widersteht
das Band 204 diesem Druck und übt eine Kraft F1 (3)
auf die freiliegende Oberfläche 206 der
Halbleiterscheibe und eine Kraft F2 auf die freiliegende Ringoberfläche 233 aus.
Aufgrund des auf dem Halbleiterscheiben-Träger 212 montierten
Halterings 226 und der die Bewegung des Halterings 226 auf
eine Bewegung parallel zu der Rotationsachse 224 des Trägers 212 beschränkenden linearen
Lageranordnungen 230 sind die Kräfte F1 und F2 parallel zueinander
und parallel zu der Achse 224. Diese Kräfte F1 und F2 vereinigen sich
und eine parallel zu der Spindelachse 218 verlaufende Komponente
FC dieser Kräfte
F1 und F2 wird von einer Messdose 240 (in 1 mit
gestrichelten Linien dargestellt) erfasst. Von der Messdose 240 als
Reaktion auf die erfasste Komponente FC kommende Signale (nicht
dargestellt) können
verwendet werden, um die Kraft zu steuern, mit der die Spindel 220 in
Richtung auf den Träger 212 gedrückt wird.
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Unter
Bezugname auf die 3 und 6 ist die
Achse 218 der Spindel 220 dargestellt. Die Spindel 220 kann
eine konventionelle nockenbetätigte
Verbindungsarmatur oder Basis 242 umfassen. Die Basis 242 ist
in bekannter Weise an einem anderen Verbindungselement (nicht dargestellt)
der Spindel 220 befestigt, so dass die Rotation und der
Druck für
die CMP-Vorgänge
von der Basis 242 aufgenommen werden. Die Basis 242 ist
mit einer Schulter 244 und einem Flansch 246 versehen.
Der Flansch 246 ist weggeschnitten, um einen gestuften
Hohlraum 248 zu bilden, der die Messdose 240 aufnimmt.
Bei der Messdose 240 kann es sich um ein handelsübliches
Dehnungsmessgerät,
wie beispielsweise das von Transducer Techniques, Temecula, Kalifornien, vertriebene
Modell Nummer LPU-500-LRC handeln. Die Messdose 240 kann
einen Lasterfassungsbereich von ungefähr Null Pound-Force bis ungefähr 500 Pound-Force
umfassen. Vorzugsweise kann ein genauerer Lasterfassungsbereich
verwendet werden, z.B. von ungefähr
Null bis ungefähr
400 Pound-Force. Die Messdose 240 ist durch Bolzen 250 (6)
an der Basis 242 befestigt. Die Messdose hat einen Eingang
oder eine Messspitze 252, die für eine Befestigung an einem
ersten Kardanelement oder kugelförmigen
Kardansockel 254 der Kardananordnung 222 ausgebildet
ist. Der Sockel 254 nimmt ein zweites Kardanelement oder
eine Kardankugel 256 auf. Die Kugel 256 ist in
einem Hohlraum 258 an dem Halbleiterscheiben-Träger 212 befestigt.
Die Hohlräume 248 und 258 liegen
sich gegenüber
und sind so ausgebildet, dass sie es ermöglichen, dass sich die Halbleiterscheiben-Trägeroberfläche 210 sehr
nahe an dem Eingang 252 befindet (siehe Abstand 260, 3).
Wie weiter unten beschrieben wird, ermöglicht die Kardananordnung 222 ferner
ein Minimum an mechanischen Bauteilen zwischen dem Hohlraum 248 und
dem Hohlraum 258. Auf diese Weise werden Reibungsverluste
zwischen dem Halbleiterscheiben-Träger 212 und der Messdose 240 reduziert,
wodurch eine genauere Messung der Kraft FC unterstützt wird.
Auf diese Weise ist die von der Messdose 240 erfasste Kraft
eine genauere Wiedergabe der Kraft FC. Wie unten beschrieben wird,
werden die Werte einer Kraft FR (3 und 14)
des Halterings 226, die verschiedenen auf einen linearen Antrieb 300 ausgeübten Betätigungsdrücken PB (14)
entsprechen, durch Kalibrierungsvorgänge bestimmt.
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Die
Spindelachse 218 wird mit einer Mittelachse 262 (6)
des Sockels 254 ausgerichtet. Die zugelassene Bewegung
(als kardanische Bewegung bezeichnet) der Kugel 256 relativ
zum Sockel 254 ermöglicht
der Mittelachse 224 des Halbleiterscheiben-Trägers und
der Achse der Kugel 256 (die koaxial zu der Trägerachse 224 ist)
eine Bewegung relativ zu der Sockelachse 262 und der Spindelachse 218. Ein
Zwischenraum 266 (z.B. ein Luftschlitz) ist zwischen der
Basis 242 und dem Halbleiterscheiben-Träger 212 vorgesehen,
um die kardanische Bewegung zu ermöglichen. Der Zwischenraum kann ungefähr 0,100
Inch bis ungefähr
0,050 Inch groß sein.
Die Kraftkomponente FC der Kräfte
F1 und F2 wird von dem Halbleiterscheiben-Träger 212 auf die Kugel 256 und
auf den Sockel 254 sowie auf den Eingang 252 übertragen,
um die Messdose 240 zu betätigen.
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Unter
Bezugnahme auf die 3, 6 und 7 ist
der Halbleiterscheiben-Träger 212 dahingehend
dargestellt, dass er eine Halbleiterscheiben-Trägeroberfläche 210 mit einem
Durchmesser 268 aufweist, der ungefähr gleich dem Durchmesser der
Halbleiterscheibe (d.h. ungefähr
200 oder 300 mm) ist. Diese Oberfläche 210 liegt dem
Hohlraum 258 gegenüber.
In der Nähe
einer Außenkante 270 des
Trägers 212 und
an im Abstand von ungefähr
90 Grad voneinander liegenden Stellen erstrecken sich Laschen oder
Montagestücke 272 von
dem Träger 212 nach
außen
und in den Figuren nach oben. Die Laschen 272 erstrecken
sich über
eine Halteringbasis 274 und über den Haltering 226.
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Die 7 zeigt
eine von drei in der Spindelbasis 242 vorgesehenen Bohrungen 276,
die mit in den Laschen 272 vorgesehenen und mit Gewinde versehenen
entsprechenden Bohrungen 278 ausgerichtet sind. Jede der
Bohrungen 276 weist einen Durchmesser auf, der größer als
der Durchmesser von entsprechenden Schrauben 280 ist, die
in die entsprechenden mit Gewinden versehenen Bohrungen 278 eingeschraubt
sind. Der größere Durchmesser
bietet Platz für
die kardanische Bewegung, wobei die entsprechenden Schraubenköpfe 282 den
Halbleiterscheiben-Träger 212 an
der Spindelbasis 242 festhalten. Zusätzlich zeigt die 7 einen
von drei Sätzen
gegenüberliegender
Bohrungen 284. Jede Bohrung 284S der Basis 242 nimmt
einen entsprechenden Antriebsstift 286 auf, der sich durch
den Zwischenraum 266 und in ein entsprechendes, von einer
der Bohrungen 284C aufgenommenes konisches Lager 288 hinein
erstreckt. Wenn der Träger 212 eine
kardanische Bewegung ausführt,
sorgen die Formen des Lagers 288 und des Stifts 286 für die Vermeidung
von Störungen
bei der kardanischen Bewegung.
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Die 4A zeigt
einen von vier Sätzen
sich gegenüberliegend
ausgerichteter Bohrungen 290 in der Lasche 272 (siehe 290T)
und in der Halteringbasis 274 (siehe 290B). Jede
Bohrung 290T der Lasche 272 ist zum Aufnehmen
eines Bolzens 292 (mit einer Unterlegscheibe 294)
und einer Feder 296 ausgebildet. Jede Bohrung 290B der
Halteringbasis 274 ist zur Aufnahme eines mit einem Gewinde
versehenen Endes des Bolzens 292 vorgesehen. In der Bohrung 290T ist
eine Schulter 298 vorgesehen, so dass die Feder 296 zwischen
der Schulter 298 und der Unterlegscheibe 294 zusammengepresst
wird. Wenn der Bolzen 292 in die mit einem Gewinde versehene Bohrung 290B der
Halteringbasis 274 eingeschraubt ist, drückt die zusammengepresste
Feder 296 den Bolzen 292 in 4A nach
oben, um die Basis 274 und den Haltering 226 nach
oben zu ziehen, so dass die Basis 274 in der Regel in Kontakt
mit den Laschen 272 kommt. Unter Bezugnahme auf die 8, die
einen Teil der Basis 274 und des Halterings 226 zeigt,
sind die Basis 274 und der Haltering 226 durch Bolzen 315 miteinander
verschraubt und bewegen sich gemeinsam als eine Einheit.
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Die 4A zeigt,
dass die Ebene 232 des Halterings 226 näher an den
Laschen 272 ist als die Ebene 234 der Halbleiterscheibe
(mit gestrichelten Linien dargestellt), wenn die Basis 274 in
Kontakt mit den Laschen 272 ist. Es kann gesagt werden,
dass in dieser Stellung der Wert der vorspringenden Seitenfläche 227 ein
maximaler oder voller Wert ist, wie mittels der Ausdehnung 311,
die einen maximalen positiven Wert hat, angedeutet wird. Dieser
maximale Wert der Ausdehnung 311 kann beispielsweise ungefähr der Hälfte der
Dicke der Halbleiterscheibe 208 entsprechen. Im Gegensatz
dazu zeigen die 4B und 4C die
vorspringende Seitenfläche
mit einem minimalen oder Nullwert, wobei die Halbleiterscheiben-
Ebene 234 koplanar zu der Halteringebene 232 ist.
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Um
eine Bewegung des Halterings 226 zu ermöglichen (z.B. um den Wert der
vorspringenden Seitenfläche 227 zu ändern),
ist der lineare Antrieb 300 zwischen einem ringförmigen Teil 302 der
Laschen 272 und der Halteringbasis 274 angeordnet. Der
lineare Antrieb 300 kann vorzugsweise in Form eines abgeschlossenen
Hohlkörpers
oder noch besser in Form eines pneumatischen Antriebs oder einer elektromechanischen
Einheit vorliegen. Der am meisten bevorzugte lineare Antrieb 300 ist
dahingehend dargestellt, dass er eine pneumatische Blase 304 umfasst,
die über
einen Einlass 308 mit pneumatischem Fluid (siehe Pfeil 306, 3)
versorgt wird. Wie in den 3, 4A und 4B gezeigt
ist, ist die Halteringbasis 274 mit einer ringförmig Nuten 310 versehen,
um die Blase 304 aufzunehmen. Der lineare Antrieb 300 wird
gezielt betätigt,
indem das Fluid 306 der Blase 304 mit verschiedenen
Druckstärken PB
(14) entsprechend der Größe eines gewünschten
Hubs der Blase 304 zugeführt wird. Dieser Hub kann wiederum
für ein
bestimmtes Ausmaß oder
einen Wert der vorspringenden Seitenfläche 227 (4A),
sofern vorhanden, sorgen. Die 4D zeigt
einen maximalen Hub der Blase 304, der parallel zur Achse 224 gemessen
beispielsweise 0,050 Inch betragen kann. Dieser maximale Hub bezieht sich
auf die in der 4A gezeigte Stellung (mit der maximalen
vorspringenden Seitenfläche 227)
und entspricht einer vertikalen Abmessung (oder Dicke) der Halbleiterscheibe 208,
die 0,030 Inch betragen kann.
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Zum
Zweck der Beschreibung kann gesagt werden, dass der Träger 212 so
in der vertikalen Richtung befestigt ist, dass die Blase 304 die
Halteringbasis 274 aus der in 4A dargestellten
Stellung mit der voll vorspringenden Seitenfläche nach unten drückt, wenn
das Fluid 306 in die Blase 304 hineinströmt. Der
Umfang der nach unten gerichteten Bewegung entspricht dem Wert des
Drucks PB des in die Blase 304 eingefüllten Fluids 306 (14).
Die Blase 304 bewegt somit die Halteringbasis 274 und damit
den Haltering 226 relativ zu der auf der Halbleiterscheiben-Trägeroberfläche 210 platzierten
Halbleiterscheibe 208 (in diesem Beispiel) nach unten. Der
Druck PB des in die Blase 304 eingefüllten Fluids 306 kann
beispielsweise einer von vielen Drücken sein. Im Allgemeinen kann
vorausgeschickt werden, dass der Druck PB gewählt werden kann, um den Haltering 226 von
der Stellung mit voll vorspringender Seitenfläche (4A) über eine
von vielen Stellungen, in denen die vorspringende Seitenfläche 227 einen
positiven Wert hat, in die in den 4B und 4C gezeigte
Stellung ohne vorspringende Seitenfläche zu bewegen. Höhere Werte
für den
Druck PB können
gewählt
werden, um den Haltering 226 weiter nach unten in die in
der 4D gezeigte Halbleiterscheiben-Montagestellung
zu bewegen. Der Druck PB kann in einem Bereich von Null (in der
in 4A gezeigten Stellung mit voll vorspringender Seitenfläche) bis
ungefähr
fünfzehn
psi und beispielsweise von ungefähr
sieben bis zehn psi in der in der 4D gezeigten
Halbleiterscheiben-Montagestellung sein.
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Die
Polierstellung (ohne vorspringende Seitenfläche) ist die erwünschte Stellung
des Halterings 226 während
des Polierens der Halbleiterscheibe 208. In der in den 4B und 4C gezeigten
Polierstellung sind durch die Wirkung der linearen Lageranordnungen 230 die
Halbleiterscheiben-Ebene 234 und die Ringebene 232 koplanar
und die vorspringende Seitenfläche 227 hat
den Wert Null um den gesamten Umfang der Halbleiterscheibe 208 herum. Hieraus
ergibt sich, dass es der Ringebene 232 nicht ermöglicht wird,
relativ zur Achse 224 zu kippen, wenn sich das Band 204 in
Richtung des Pfeils 214 (1) bewegt.
Daher kann der Ring 226 nicht in das Band 204 rutschen.
Ferner kommt ein Teil des Bands 204 zunächst in Kontakt mit dem Haltering 226 und überquert
diesen. Dieser Kontakt und das Überqueren
führen
zu einem dynamischen Verhalten des Abschnitts des Bands 204,
z.B. nimmt das Band 204 eine wellenartige Form an. Wenn
der Teil des Bands 204 den Haltering 226 weiter überquert,
nimmt diese wellenartige Form jedoch ab. Zu dem Zeitpunkt, an dem
der Teil des Bands 204 die äußere Kante der Halbleiterscheibe 208 erreicht,
hat das Band 204 daher eine relativ flache Form ohne Wellen.
Dadurch, dass die Ringebene 226 (durch die Wirkung der
linearen Lageranordnungen 230) koplanar mit der Halbleiterscheiben-Ebene 234 ist,
gibt es, wenn der Teil des Bands 204 vom Ring 226 auf
die Kante der Halbleiterscheibe 208 wechselt, nur eine
minimale Beeinträchtigung
für den
Teil des Bands 204. Diese Beeinträchtigung ist deutlich geringer
als die Beeinträchtigungen,
die sich bei den oben beschriebenen nicht koplanaren Verhältnissen
der Ringebene 232 und der Halbleiterscheiben-Ebene 234 ergeben.
Somit kann der relativ flache oder planare Teil des Bands 204 leichter
mit dem Polieren der Halbleiterscheiben-Oberfläche mit einem erwünschten
flachen (oder planaren) Profil beginnen.
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Wie
oben beschrieben wurde, beschränken die
vier linearen Lageranordnungen 230 die Bewegung des Halterings 226,
so dass die Ebene 232 des Rings 226 parallel zu
der Ebene 234 der Halbleiterscheibe 208 und zu
der Ebene 236 der Trägeroberfläche 210 bleibt.
Die 3 und 5 zeigen eine der linearen Lageranordnungen 230.
Jede lineare Lageranordnung 230 umfasst ein Hauptlagergehäuse 320,
das mit einer linearen Kugellageranordnung 321 ausgestattet
ist. Die lineare Kugellageranordnung 321 umfasst ein inneres
Lagergehäuse 321H, das
einen Satz in einem Käfig 323 gehaltener
Wälzkörper 322 aufnimmt.
Die Wälzkörper 322 nehmen eine
Lagerwelle 326 auf, die so bemessen ist, dass sie mit Presspassung
zwischen den Wälzkörpern 322 sitzt,
um den Wälzkörpern 322 eine
Vorspannung zu geben. Die linearen Lageranordnungen 321 können beispielsweise
das unter der Marke ROTOLIN von RBM, Ringwood, New Jersey, vertriebene
lineare Lager Modell-Nummer ML 500-875 sein.
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Die
Welle 326 wird gehärtet,
beispielsweise auf mindestens 60 HRC (Rockwell), und wird auf eine Oberflächenbeschaffenheit
mit beispielsweise mindestens 10 Mikro-Inch heruntergeschliffen.
Geeignete Wälzkörper 322 können beispielsweise
einen Innendurchmesser von einem halben Inch und eine Länge von
ungefähr
anderthalb Inch haben. Jede lineare Lageranordnung 321 ist
am Boden 324 offen, um die zugehörige Lagerwelle 326 aufzunehmen. Geeignete
Wellen 326 können
einen Außendurchmesser
von ungefähr
etwas weniger als 0,500 Inch (plus 0,000 Inch und minus 0,0002 Inch)
aufweisen, um für
einen Presspasssitz in den Wälzkörpern 322 zu
sorgen. Die Welle 326 kann ungefähr anderthalb Inch lang sein.
Die Länge 323L des
Käfigs 323 in
einer Richtung parallel zur Achse 218 ist kürzer als
die Abmessung 321HD des inneren Lagergehäuses 321H und
kann ein Verhältnis
von 3/7 gegenüber
der Abmessung 321HD des inneren Gehäuses 321H haben. Der
Wert der Abmessung 321HD wird entsprechend des gewünschten
Bewegungsumfangs der Welle 326 in der linearen Lageranordnung 321 gewählt. Jedes
Gehäuse 320 erstreckt
sich von einer der Laschen 272 nach oben und ist mit der
Lasche durch Bolzen 328 verbunden. Jede Welle 326 erstreckt
sich von der Halteringbasis 274 nach oben und ist an dieser
mit Bolzen 330 befestigt.
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Wenn
sich die Welle 326 zusammen mit der Bewegung des Halterings 226 bewegt,
wird die Welle 326 durch die Wälzkörper 322 fest geführt. Die
Wälzkörper 322 erlauben
eine beschränkte
Bewegung der Welle 326 entsprechend der oben beschriebenen
beschränkten
Bewegung des Halterings 226 relativ zum Träger 212,
was eine Bewegung parallel zu der Trägerachse 224 und parallel
zu der Symmetrieachse 231 der Halbleiterscheibe 208 ist.
Wenn sich die Welle 326 auf diese Weise bewegt, rollen
die Wälzkörper 322 gegen
das innere Lagergehäuse 321H,
so dass sich der Käfig 323 in
Richtung der Bewegung der Welle 326 bewegt. Die oben beschriebenen
Relativabmessungen des inneren Lagergehäuses 321H und des
Käfigs 323 ermöglichen
eine derartige Bewegung des Käfigs 323.
Diese beschränkte
Bewegung stellt die Parallelität
zwischen der Ebene 232 und der Ebene 234 sowie
der Ebene 236 sicher und sorgt für eine Koplanarität der Ebenen 232 und 234 für den Poliervorgang.
Wie beschrieben wurde, beschränkt
die von den linearen Lageranordnungen 321 verursachte Eingrenzung
der Bewegung die für die
Kardananordnung 222 zugelassene Bewegung. Ein kontinuierliches
Wirken der linearen Lageranordnung 321 auf diese Weise
wird durch Dichtungen 325 unterstützt, die an den gegenüberliegenden
Ende des inneren Lagergehäuses 321H angeordnet
und vorgesehen sind, um zu verhindern; dass Fremdkörper in
das Gehäuse 321H eindringen.
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In 9 sind
die linearen Lageranordnungen 230 dahingehend dargestellt,
dass sie eine Gruppe 332 von linearen Lageranordnungen 230 umfassen.
Die Gruppe 332 ist so gestaltet, dass der Wirkungsbereich
der einzelnen linearen Kugellageranordnungen 321 in Abschnitte
mit kurzer Länge
in Richtung auf die Achse 231 und kleinen Durchmessern
im Vergleich zu den Durchmessern (z.B. 200 mm oder 300 mm) der Halbleiterscheibe 208 unterteilt
wird. Durch diese Teilung werden die linearen Lageranordnungen 230 darüber hinaus
mit gleichen Abständen
auf einer kreisförmigen
Bahn (mit gestrichelten Linien 334 dargestellt) angeordnet.
Wenn sich der Halbleiterscheiben-Träger 212 dreht, gibt
es auf diese Weise eine rasche Folge von einzelnen linearen Lageranordnungen 230,
die beispielsweise über
dem Band 204 angeordnet sind. Die 9 zeigt auch
den gleichmäßigen Abstand
von sechs von acht um die Halteringbasis 274 herum angeordneten
Bolzen 315, um die Basis 274 in Verbindung mit
dem Haltering 226 zu halten. Als Ergänzung zu 4A zeigt
die 9 auch einen der vier Bolzen 292, die mit
den Federn 296 versehen in jeder der vier Laschen 272 vorgesehen
sind, um die Basis 274 gegen die Laschen 272 zu
verspannen und die Basis 274 und den Haltering 226 elastisch
freizugeben, wenn die Blase 304 des linearen Antriebs 300 unter
Druck gesetzt wird.
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Die 9 zeigt
auch einen Pneumatikschlauch 340, der mit dem Einlass 308 des
linearen Antriebs 300 verbunden ist. Der Schlauch 340 erstreckt
sich zu der Spindel 220, um mit einer Quelle (nicht dargestellt)
für unter
Druck stehendes Fluid 306, z.B. Luft, verbunden zu werden.
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Die 10 zeigt
den Boden des Halbleiterscheiben-Trägers 212 einschließlich der
Halbleiterscheiben-Trägeroberfläche 210.
Die Oberfläche 210 ist
mit im gleichmäßigen Abstand
angeordneten Bohrungen 344 versehen, die entweder mit Stickstoff
(N2) versorgt werden oder die an eine Vakuumquelle (nicht
dargestellt) angeschlossen sind. Die 6 zeigt
einen Durchlass 346 mit einem Pneumatikanschlussstück 347,
das mit einem von vielen T-Stücken 348 verbunden
ist, die als Verteiler zum Verteilen des N2 oder
des Vakuums von der Spindel 220 zu den Bohrungen 344 dienen.
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Die 7 zeigt
einen mit der Messdose 340 verbundenen Verstärker 352 zur
Lieferung eines verstärkten
Ausgangssignals an ein elektrisches Verbindungsstück 354.
Das Verbindungsstück 354 ist
mit einem Leiter verbunden, der sich durch die Spindelbasis 242 zu
einem Steuerschaltkreis (nicht dargestellt) erstreckt.
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Unter
Bezugnahme auf die 11 wird jetzt ein Verfahren
der vorliegenden Erfindung gezeigt, das die Schritte eines Ablaufdiagramms 400 zur
Ausrichtung der freiliegenden (oder Ring-) Oberfläche 233 des
Halterings 226 mit der Halbleiterscheiben-Trägeroberfläche 210 umfasst.
Die Halbleiterscheiben-Trägeroberfläche 210 kann
auch als Halbleiterscheiben-Kontaktoberfläche bezeichnet werden und die
Ausrichtung kann während
eines chemisch-mechanischen Poliervorgangs erfolgen. Die Schritte
des Ablaufdiagramms 400 können einen Schritt 402 umfassen,
in dem die Halbleiterscheiben-Kontaktoberfläche 210 auf der Rotationsachse 231 montiert
wird. Der Schritt 402 kann beispielsweise den Schritt des Montierens
des Halbleiterscheiben-Trägers 212 auf
der Spindelbasis 242 umfassen. Das Verfahren geht zu Schritt 404 über, in
dem der Haltering 226 auf der Halbleiterscheiben-Kontaktoberfläche 210 für eine Bewegung
relativ zu dieser und relativ zu der Rotationsachse 231 montiert
wird. Bei dieser Art des Montierens hat der Haltering 226 die
Freiheit, sich anders als parallel zu dieser und parallel zu der
Rotationsachse 231 zu bewegen und sie kann beispielsweise
durch die Bolzen 250 erfolgen. Das Verfahren geht zu Schritt 406 über, in
dem der Freiheit des montierten Halterings 226 sich anders als
parallel zu der Rotationsachse zu bewegen, Widerstand geleistet
wird. Dieser Widerstand kann beispielsweise durch die vier linearen
Lageranordnungen 230 geleistet werden. Beim Widerstandleisten gegen
diese Freiheit ermöglichen
die linearen Lageranordnungen 230 dem Haltering 226 nur,
sich so zu bewegen, dass die Oberfläche 233 des Halterings 226 parallel
zu der Oberfläche 210 bleibt.
Mit einer von dem Halbleiterscheiben-Träger 212 getragenen Halbleiterscheibe 208 und
einer Halbleiterscheibe 208, die sich zueinander parallel
erstreckende Seiten aufweist, ist die Halteringoberfläche 233 ebenfalls parallel
oder koplanar zu der freiliegenden Oberfläche 206 der Halbleiterscheibe 208.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf
ein in der 12 gezeigtes Ablaufdiagramm 410 beschrieben.
Das Verfahren beginnt bei Schritt 412, in dem die Halbleiterscheiben-Kontaktoberfläche 210 des
Trägers 212 und
die Ringoberfläche 233 in
Richtung auf das Band 204 gedrückt werden. Die Halbleiterscheibe 208 und der
Haltering 226 kommen in Kontakt mit dem Band 204.
Durch das Drücken
wird eine Kraft F1 (über
die Halbleiterscheibe 208) auf die Halbleiterscheiben-Kontaktoberfläche 210 und
eine Kraft F2 auf den Haltering 226 (z.B. auf die Oberfläche 233)
ausgeübt. Das
Verfahren geht zu Schritt 414 über, in dem die Kraft F1 von
der Halbleiterscheiben-Kontaktoberfläche 210 und die Kraft
F2 von der Ringoberfläche 233 auf
den Träger 212 übertragen
wird. Der Schritt des Übertragens 414 kann
beispielsweise durch den auf die Basis 274 einwirkenden
Haltering 226 erfolgen, die ihrerseits auf die Lasche 272 des
Träger 212 einwirkt.
Die Summe der Kräfte
F1 und F2 umfasst die sich parallel zu der Achse 218 erstreckende
Kraftkomponente FC. Das Verfahren kann dann zu Schritt 416 übergehen,
in dem die entsprechenden auf den Träger 212 übertragenen
Kräfte
F1 und F2 gemessen werden. Diese Messung wird durch die Messdose 240 durchgeführt, die
den Wert der parallel zur Achse 218 verlaufenden Komponente
FC parallel zur Achse 218 misst.
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Ein
anderer Aspekt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird unter
Bezugnahme auf ein in der 13 dargestelltes
Ablaufdiagramm 420 beschrieben. Das Verfahren kann zum
Kalibrieren des Halterings 226 verwendet werden, der durch
die Wirkungsweise des Antriebs 300 ein "aktiver" Haltering ist. Der Haltering 226 besitzt
ebenfalls die Ringoberfläche 233 und
der Ring 226 ist während
eines chemisch-mechanischen Poliervorgangs, in dem die Ringoberfläche 233 die
obere oder polierende Oberfläche
(durch die die in der 1 gezeigte Ebene 238 bestimmt
wird) des Bands 204 berührt,
relativ zu der Halbleiterscheiben-Kontaktoberfläche 210 beweglich.
Das Verfahren beginnt mit Schritt 422, in dem die Halbleiterscheiben-Kontaktoberfläche 210 auf
der Rotationsachse 224 montiert wird. Das Verfahren geht
zu Schritt 423 über,
in dem der Haltering 226 auf der Halbleiterscheiben-Kontaktoberfläche 210 für eine Bewegung
relativ zu dieser und relativ zu der Rotationsachse 224 montiert
wird, wobei der Haltering 226 die Freiheit hat, sich anders
als parallel zu dieser und parallel zu der Rotationsachse 224 zu
bewegen. Das Verfahren geht zu Schritt 424 über, in dem
der Freiheit des montierten Halterings 226 sich anders
als parallel zu der Rotationsachse 224 zu bewegen, Widerstand
geleistet wird. Wie zuvor kann der Widerstand von den vier linearen
Lageranordnungen 230 geleistet werden. Bei dem Widerstand leisten
gegen diese Freiheit ermöglichen
die linearen Lageranordnungen 230 dem Haltering 226 nur,
sich so zu bewegen, dass die Oberfläche 233 des Halterings 226 parallel
zu der Oberfläche 210 bleibt.
Das Verfahren geht zu Schritt 425 über, in dem die Stellung der
Spindel 220 auf der Achse 218 festgelegt wird.
Das Verfahren geht zu Schritt 426 über, in dem der Haltering 226 in
Kontakt mit einer Kalibrierungs- oder Kraftmesseinrichtung gebracht
wird. Die Einrichtung kann ein der Messdose 240 ähnlicher
gewöhnlicher
Kraftsensor (nicht dargestellt) sein und weist eine ringförmige Krafterfassungsplatte 427 (3)
auf, die so ausgebildet ist, dass sie in Kontakt mit dem Haltering 226 kommt,
ohne die Halbleiterscheibe 208 oder die Oberfläche 210 zu
berühren. Das
Verfahren geht zu Schritt 428 über, in dem dem linearen Antrieb 300 verschiedene
Eingangsdrücke PB
zugeführt
werden, um die Blase 304 zu veranlassen, den Haltering 226 gegen
die Kraft der Krafterfassungsplatte 427 der Kalibrierungseinrichtung
axial nach unten (in die Richtung der Achse 224) zu drücken. Das
Verfahren kann zu einem Schritt 429 übergehen, in dem für jeden
der Vielzahl von unterschiedlichen Eingangswerten (z.B. für jeden
der vielen Drücke
PB der der Blase 304 zugeführten Luft) der Wert der von
dem Haltering 226 ausgeübten
Kräfte
FR (3) von der Kraftmesseinrichtung gemessen wird.
Wenn die Fläche
des Halterings 226 bekannt ist, können die Kräfte FR (14) in
Halteringdrücke PR
(14) auf dem Haltering in psi umgerechnet werden.
Bei dem Verfahren des Ablaufdiagramms 420 kann der Schritt 428 umfassen,
dass ein Kalibrierungsgraph 432 (14) erstellt
wird, indem diese Halteringkräfte
FR (14) auf einer Achse und die entsprechenden verschiedenen
Eingangswerte (Druck PB auf die Blase 304) jeweils als
Funktion des Halteringdrucks PR auf der anderen Achse eingetragen
werden. Unter Bezugnahme auf die 14 sind diese
Drücke
PB auf der linken Achse eingetragen, während die Kräfte FR vor
Umwandlung in Druckwerte (basierend auf einer Kraft FR geteilt durch
die Fläche
des Halterings 226) auf der rechten Achse eingetragen sind.
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Bei
einem anderen Aspekt der Verfahren der vorliegenden Erfindung kann
der Kalibrierungsgraph 432, wie in der 15 gezeigt
ist, in einem Ablaufdiagramm 440 für einen nächsten aktuellen Poliervorgang
verwendet werden. In Schritt 442 wird ein Druck PB ausgewählt, der
gemäß den Vorgaben
für einen Polierprozess
der Blase 304 für
den nächsten
Poliervorgang zugeführt
werden soll. Das Verfahren geht zu Schritt 443 über, in
dem auf der Basis des Kalibrierungsgraphen 432 der gewählte Druck
PB verwendet wird, um eine entsprechende von dem Haltering 226 auf
das Band 204 auszuübende
Kraft FR (in 3 und 14 dargestellt)
auszuwählen.
Die Kraft FR hat die entsprechende Gegenkraft F2. Das Verfahren
geht zu Schritt 444 über.
Der Schritt 444 wird unter Berücksichtung der Vorgaben für den Prozess
durchgeführt.
In den Prozessvorgaben wird eine Polierkraft, die zu Beschreibungszwecken
als Halbleiterscheiben-Anpresskraft FWD (nicht dargestellt) bezeichnet
werden kann, für
den nächsten
Poliervorgang spezifiziert. Die Halbleiterscheiben-Anpresskraft
FWD ist die Kraft, mit der die Spindel 220 ohne Verwendung
des Halterings 226 normalerweise, wie beispielsweise in 2 und 3,
nach unten gedrückt
wird, um die Halbleiterscheibe 208 zum Polieren gegen das
Band 204 zu drücken
Da jedoch der Haltering 226 ebenfalls in Kontakt mit dem
Band 204 kommt, die Kraft FR ausübt und die Gegenkraft F2 (3)
empfängt,
ist diese Halbleiterscheiben-Anpresskraft FWD mit der die Spindel 220 normalerweise
nach unten gedrückt
werden würde,
nicht die Kraft, die von der Halbleiterscheibe 208 auf
das Band 204 ausgeübt
wird. Die oben beschriebene Kraft FC besteht im Gegenteil jedoch
aus den beiden Komponenten F1 und F2 und nur die Komponente F1 entspricht
der Polierkraft (oder der Halbleiterscheiben-Anpresskraft FWD) zwischen
der Halbleiterscheibe 208 und der Polieroberfläche des
Bands 204. In Schritt 444 wird die Kraft FR des
Halterings 226 zu dieser (normalen) den Prozessvorgaben
entnommenen Halbleiterscheiben-Anpresskraft
FWD addiert. Auf diese Weise stellt der Schritt 444 einen Wert
für die
Gesamtanpresskraft der Spindel 220 zur Verfügung, der
größer als
die normale Halbleiterscheiben-Anpresskraft FWD ohne Verwendung
des Halterings 226 ist. Somit wird die Spindel 220 mit
einer Kraft nach unten gedrückt,
die der die Kräfte
F1 und F2 umfassenden Kraft FC entgegengesetzt und gleich groß ist.
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Ein
anderer Aspekt der Verfahren der vorliegenden Erfindung kann verwendet
werden, um eine Ursache für
Unterschiede zwischen einem Kantenprofil (durch einen Pfeil 450 in 8 dargestellt)
eines chemisch-mechanisch polierten Kantenbereichs 452 der
Halbleiterscheibe 208 und einem Mittenbereichsprofil (durch
einen Pfeil 454 in 8 dargestellt)
eines chemisch-mechanisch polierten zentralen Bereichs (durch eine
Klammer 456 dargestellt) der Halbleiterscheibe 208 zu
reduzieren. Wie in der 8 gezeigt ist, haben das Kantenprofil 450 und das
Mittenbereichsprofil 454 als Ergebnis der vorliegenden
Erfindung im Allgemeinen die gleiche Kontur. Andererseits zeigen
die 17A und 17B Teile einer
typischen Halbleiterscheibe 208, die unter Verwendung eines
Halterings poliert wurde, der eine vorspringende Seitenfläche 227 von
ungefähr
0,009 Inch (0,23 mm) hat. Ein derartiger Haltering ist nicht mit
den linearen Lageranordnungen 230 ausgestattet. Die gezeigten
Teile umfassen ein Kantenprofil (durch einen Pfeil 450P in 17A dargestellt) eines chemisch-mechanisch polierten
Kantenbereichs 452P der Halbleiterscheibe 208 und
ein Mittenbereichsprofil (durch einen Pfeil 454P in 17B dargestellt) eines chemisch-mechanisch polierten
zentralen Bereichs (durch eine Klammer 456P dargestellt)
der Halbleiterscheibe 208. Die 17B zeigt das
Profil 454P mit einer etwas welligen Form, um eine ungefähr drei
bis fünf
Prozent betragende Abweichung in der Höhe des Profils 454P (was
im Allgemeinen ein akzeptables Profil ist) darzustellen. Im Vergleich
dazu zeigt die 17A das Kantenprofil 450P mit
einem scharfen Absatz 457, der wesentlich mehr als die
drei bis fünf
Prozent Abweichung in der Höhe
des Kantenprofils 454P darstellt. Ein derartiger Absatz 457 und
die entsprechende höhere
Abweichung ergeben ein inakzeptables Kantenprofil. Das Kantenprofil 450P kann
ein Ergebnis der Dynamik des Bands 204 sein, die durch
den anfänglichen
Kontakt des Bands 204 mit dem Kantenbereich 452P der Halbleiterscheibe
verursacht wird. Diese Dynamik wird nicht abgeschwächt, da
der Haltering mit der vorspringenden Seitenfläche mit 0,009 Inch (0,23 mm)
nicht in Kontakt mit dem Band 204 kommt, bevor das Band 204 in
Kontakt mit dem Kantenbereich 450P der Halbleiterscheibe 208 kommt.
Ferner ist das oben beschriebene Kippen der vorbekannten Halteringe
(was zu Unterschieden bei den Werten der vorspringenden Seitenflächen um
den Umfang der Halbleiterscheibe 208 herum führt) unerwünscht, da
es unkontrollierbar ist und zu Problemen bei den CMP-Vorgängen geführt hat.
Eine Art von Problem ist das inakzeptable Kantenprofil 450P.
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Da
hingegen, wie oben beschrieben wurde, ein Teil des Bands 204 zuerst
in Kontakt mit dem Haltering 226 der vorliegenden Erfindung
kommt und da der Haltering 226 während des Polierens koplanar mit
der freiliegenden Oberfläche
der Halbleiterscheibe 208 ist, wird die Dynamik des Teils
des Bands 204, die sich daraus ergibt, dass der Teil des
Bands 204 zunächst
in Kontakt mit dem Haltering 226 kommt, abgeschwächt, so
dass der Teil des Bands 204 im Wesentlichen in einem statischen
Zustand ist, wenn sich der Teil des Bands 204 über den
Haltering 226 hinweg und auf die Kante der Halbleiterscheibe 208 bewegt.
In dem statischen Zustand hat das Band 204 die Eigenschaft,
den Poliervorgang mit einer zwischen der Höhe des Kantenprofils 452 und
des Mittenbereichsprofils 454 nur drei bis fünf Prozent
betragenden Abweichung durchzuführen
und in jedem Fall ohne die inakzeptablen scharfen Absätze (z.B. 457), die
beispielsweise in 17A dargestellt sind.
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Wie
der 16 zu entnehmen ist, ist ein anderer Aspekt der
Verfahren der vorliegenden Erfindung in einem Ablaufdiagramm 460 dargestellt.
Das Verfahren umfasst einen Schritt 462 des Montierens der
Halbleiterscheibe 208 auf der Trägeroberfläche 210 des Halbleiterscheiben-Trägers 212,
so dass die Rotationsachse 231 der Halbleiterscheibe gegenüber der
Spindelrotationsachse 218 der Halbleiterscheiben-Spindel 220 in
alle Richtungen bewegbar ist. Das Verfahren geht zu Schritt 464 über, um
die Bewegung der Halbleiterscheibe 208 auf der Trägeroberfläche 210 auf
eine sich senkrecht zu der Halbleiterscheibenachse 231 erstreckende
Richtung zu beschränken,
indem der Haltering 226 auf dem Halbleiterscheiben-Träger 212 relativ
zu diesem bewegbar montiert wird. Der Schritt des Einschränkens 464 kann
durchgeführt
werden, indem die vorspringende Seitenfläche 227 vorgesehen
wird. Das Verfahren geht zu Schritt 466 über, bei
dem der Relativbewegung des Halterings 226 anders als parallel
zu der Halbleiterscheibenachse 231 während der Schritte des Montierens
und des Einschränkens 462 und 464 Widerstand
geleistet wird. Der Schritt des Widerstandleistens 466 kann
durchgeführt
werden, indem Komponenten der linearen Lageranordnungen 230 konfiguriert
werden, so dass sich die Richtung der einzig zulässigen Bewegung des Halbleiterscheiben-Trägers 212 relativ
zu dem Haltering 226 parallel zu der Halbleiterscheibenachse 231 erstreckt.
Der Schritt des Widerstandleistens 466 kann weiter das Montieren
der Komponenten der linearen Lager auf dem Halbleiterscheiben-Träger 212 bzw.
dem Haltering 226 umfassen.
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Es
ist selbstverständlich,
dass die Ursache für
die Unterschiede zwischen dem Kantenprofil 450P und dem
Mittenbereichsprofil 454P das Fehlen der Koplanarität zwischen
der Ebene 234 der Halbleiterscheibe, die durch die freiliegende
zu polierende Oberfläche 206 der
Halbleiterscheibe 208 gebildet wird und der Ringebene 232,
die durch die freiliegende, in Kontakt mit dem Polierelement kommende Oberfläche 233 des
Halterings 226 gebildet wird, sein kann. Durch den Schritt 462 des
Montierens der Halbleiterscheibe 208 auf der Trägeroberfläche 210 ist
die Ebene 234 der Halbleiterscheibe relativ zu der Spindelachse 218 in
alle Richtungen bewegbar und kann der Auslöser für diese fehlende Koplanarität sein.
Der Schritt 466 des Widerstandleistens gegen die Bewegung
des Halterings 226 anders als parallel zu der Halbleiterscheibenachse 231 führt beispielsweise
dazu, dass die Blase 304 aktiviert wird, um die erwünschte Koplanarität zwischen
der Halbleiterscheibenebene 234 und der Ringebene 232 (4B)
während
des Polierens zu erreichen, so dass diese Ursache für die Unterschiede
zwischen dem Kantenprofil 450P und dem Mittenbereichsprofil 454P eliminiert
wird.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung zum Zweck eines klaren Verständnisses
in einigen Einzelheiten beschrieben wurde, ist es offensichtlich,
dass gewisse im Umfang der beigefügten Ansprüche liegende Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können. Dementsprechend sind
die vorliegenden Ausführungsbeispiele
als veranschaulichend und nicht als beschränkend anzusehen und die Erfindung
soll nicht auf die dort angegebenen Einzelheiten beschränkt werden,
sondern es können
innerhalb des Umfanges der beigefügten Ansprüche Modifikationen vorgenommen
werden.