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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Polierpad und ein Verfahren zum Planarisieren
eines Halbleiterwafers gemäß dem Oberbegriff
der Patentansprüche
1 und 17. Ein Beispiel eines solchen Pads und Verfahrens wird offenbart
durch Dokument
JP 08 132
342 A .
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Hintergrund
der Erfindung
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Halbleiterwafer
(oder einfach Wafer), die für die
Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendet werden, müssen im
Wesentlichen eben und glatt gemacht werden vor und innerhalb des
Verfahrens der tatsächlichen
Erzeugens der integrierten Schaltkreise. Der Wafer muss vollkommen
flach und glatt sein, um die Waferausbeute zu erhöhen, d.h., die
Anzahl der guten integrierten Schaltkreise zu maximieren, die auf
dem Wafer erzeugt werden. Ein Wafer, der nicht flach ist oder Rillen,
Kerben oder Kratzer hat, wird wahrscheinlich zu einer signifikanten
Anzahl von fehlerhaften integrierten Schaltkreisen führen, wenn
er unplanarisiert benutzt worden wäre, um integrierte Schaltkreise
zu erzeugen.
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Die
Wafer werden gewöhnlich
aus großen Blocks
des Halbleitermaterials gesägt
und dann geebnet und poliert auf Polierrädern und/oder -bändern. In
dem Prozess des Erzeugens integrierter Schaltkreise auf dem Wafer
werden verschiedene Materialien auf dem Wafer abgelagert, einige
dieser Materialien müssen
entfernt werden. Diese Materialien können in einem folgenden Prozessschritt
entfernt werden, wie Polieren.
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Abhängig von
den Materialien und/oder den Prozesserfordernissen werden die Wafer
zuerst mit einem ersten Polierrad (oder -band) geebnet mit einer
relativ groben Abrieboberfläche
und dann poliert durch ein zweites Polierrad (oder -band) mit einer
relativ feinen Abreiboberfläche.
Der Wafer kann mehre ren Ebnungs- und Polierschritten unterzogen
werden, abhängig
davon, wie flach und glatt der Wafer sein muss.
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Zwischen
jedem Ebnungs- und Polierschritt wird der Wafer gewöhnlich zu
einer verschiedenen Ebnungs-/Polierstation transferiert und gesäubert oder
behandelt mit Chemikalien. Der Wafer wird transferiert zu verschiedenen
Ebnungs- und Polierstationen, weil die verschiedenen Schritte nicht
durch (oder an) einer einzigen Station durchgeführt werden können und
der Wafer wird gesäubert
oder behandelt mit Chemikalien, um alle unerwünschten Veränderungen an der Oberfläche des
Wafers zu verringern, z.B., durch Oxidation, die auftritt, wenn
der Wafer Sauerstoff ausgesetzt wird, und alle anderen Verunreinigungen,
die sich an der Oberfläche
des Wafers angesammelt haben können.
Das Transferieren und Säubern
des Wafers führt
zu einer Verzögerung
des Herstellungsprozesses des integrierten Schaltkreises und erhöht die Gesamtkosten.
Zusätzlich
erhöht die
Bewegung des Wafers rein und raus aus der Station die Wahrscheinlichkeit
einer Beschädigung
des Wafers.
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Ein
Bedürfnis
ist deshalb entstanden für
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einebnen und Polieren eines
Halbleiterwafers, das das Bedürfnis verringert,
den Wafer zu bewegen und zu säubern.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
einem Aspekt bietet die Erfindung ein Polierpad zur Verwendung bei
Planarisierung von Halbleiterwafern, mit den Merkmalen des Anspruchs
1.
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In
einem anderen Aspekt bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Planarisieren eines Halbleiterwafers, mit den Merkmalen des
Anspruchs 17.
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Die
vorliegende Erfindung bietet eine Anzahl von Vorteilen. Zum Beispiel
verringert die Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung das Erfordernis oder vermeidet es vollständig, einen
Halbleiterwafer zwischen Ebnungs- und Polierstationen zu bewegen,
dadurch die Herstellung der integrierten Schaltkreise beschleunigend.
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Ebenso
reduziert die Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung die Gesamtanzahl der Ebnungs- und Polierstationen, die
benötigt
werden, um den Halbleiterwafer vorzubereiten. Dies verringert die
Kosten, die bei der Vorbereitung des Wafers entstehen, und die Gesamtkosten
der Herstellung des integrierten Schaltkreises.
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Zusätzlich verringert
die Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung die physische Handhabung und Bewegung des Halbleiterwafers.
Durch Verringern der Anzahl von Gelegenheiten, wie der Wafer gehandhabt
wird, verringern sich auch die Chancen, dass der Wafer beschädigt wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
obigen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlicher verstanden
bei Berücksichtigung
der folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen, in denen:
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1a und 1b veranschaulichen
eine Draufsicht und eine detaillierte Ansicht einer Polierscheibe
zeigen, die verwendet wird, um einen Halbleiterwafer zu planarisieren;
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2a und 2b veranschaulichen
eine Draufsicht und eine detaillierte isometrische Ansicht eines
Polierbandes, das verwendet wird, um einen Halbleiterwafer zu planarisieren;
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3 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht des Polierbandes, das verwendet wird, um
eine Vielzahl von verschiedenen Abriebqualitäten zu bieten, abhängig von
der Bewegungsrichtung des Polierbandes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4a und 4b veranschaulichen
die Verwendung des Polierbandes, das in 3 gezeigt ist,
um verschiedene Abriebqualitäten
zu bieten, abhängig
von der Bewegungsrichtung des Polierbandes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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5a bis 5c veranschaulichen
Querschnittsansichten verschiedener alternativer Ausführungsformen
für das
Polierband, das verschiedene Abriebqualitäten bietet, abhängig von
der Bewegungsrichtung des Polierbandes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
von veranschaulichenden Ausführungsformen
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Die
Anfertigung und Verwendung vieler Ausführungsformen werden unten im
Detail diskutiert. Jedoch sollte eingesehen werden, dass die vorliegende
Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte bietet, die in
einer großen
Vielzahl von spezifischen Zusammenhängen verkörpert werden können. Die
diskutierten spezifischen Ausführungsformen
sind bloß erläuternd für spezifische
Arten, um die Erfindung auszuführen
und zu verwenden, und beschränken
den Rahmen der Erfindung nicht.
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Bezugnehmend
nun auf 1a und 1b veranschaulichen
die Darstellungen eine Draufsicht auf einen bekannten scheibenbasierten
Halbleiterwaferplanarisierer und -polierer und eine detaillierte Ansicht
der bekannten Ausführungsform
einer Oberfläche
einer Polierscheibe. Die Verwendung einer Polierscheibe ist eine
Art, um einen Halbleiterwafer zu Planarisieren. Die Planarisierung
des Halbleiterwafers schließt
das Ebnen des Halbleiterwafers ein und dann Polieren mindestens
einer der zwei Oberflächen
des Halbleiterwafers zu einem spiegelartigen Schliff.
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Die
Polierscheibe (z.B. Polierscheibe 105) wird entweder in
Uhrzeigerrichtung oder in entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung gedreht
und ein Halbleiterwafer (z.B. Halbleiterwafer 110) wird
gegen die Polierscheibe 105 gedrückt. Die Polierscheibe 105 kann eine
Abriebbeschichtung haben oder sie kann ein Abriebmaterial tragen.
Zum Beispiel kann die Polierscheibe 105 eine Abriebbeschichtung
haben, die auf dauerhafte Art an ihr angebracht ist, oder eine Abriebsubstanz,
wie eine Paste oder Aufschlämmung, kann
auf die Polierscheibe 105 gegossen werden, um ihr eine
Abriebqualität
zu geben. Alternativ kann die Polierscheibe 105 so entworfen
sein, dass die Abriebsubstanz durch die Polierscheibe 105 selbst
hervortreten kann.
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Der
Vorgang des Andrückens
des Halbleiterwafers 110 gegen die Polierscheibe 105 bewirkt
das Polieren des Halbleiterwafers 110 durch das Abriebmaterial.
Der Grad der Politur hängt
von der Abriebeigenschaft des Abriebmaterials ab, der Größe des Drucks,
die verwendet wird, um den Halbleiterwafers 110 gegen die
Polierscheibe 105 zu drücken,
der Dauer der Zeit, die der Halbleiterwafer 110 gegen die Polierscheibe 105 gedrückt wird,
und der Drehgeschwindigkeit der Polierscheibe 110.
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Weil
die Abriebbeschichtung (oder Abriebpaste/Aufschlämmung) homogen über die
gesamte Oberfläche
der Polierscheibe 105 ist, ist der Grad der Politur für die gegebene
Polierscheibe 105 konstant. Angemerkt ist, dass, obwohl
die tatsächliche
Oberfläche
der Polierscheibe 105 keine Beschichtung mit genau der
gleichen Abriebeigenschaft überall
auf ihrer Oberfläche
enthalten kann, die Tatsache, dass die Polierscheibe 105 gedreht
wird, zu einer Polierscheibe 105 mit homogener Abriebqualität führt.
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1b zeigt
einen möglichen
Entwurf für eine
Polierscheibe 105. Der Entwurf verwendet eine Abriebsubstanz,
wie eine Paste oder Aufschlämmung,
die anfangs auf die Polierscheibe 105 aufgebracht wird,
vor dem Aufbringen des Halbleiterwafers 110 oder die kontinuierlich
während
der Polieranwendung aufgebracht wird. Die Polierscheibe 105 hat eine
Reihe von Rillen (z.B. Rille 130), die dazu dient, die
Abriebsubstanz an der Polierscheibe 105 zu halten. Angemerkt
ist, dass das Muster und die Dichte der Rillen 130 in verschiedenen
Bereichen der Polierscheibe 105 variiert. Die Varianz bietet
verschiedene Abriebsubstanzrückhaltungseigenschaften,
um eine endgültige
gewünschte
Abriebqualität
zu erzielen. Durch die kontinuierliche Anwendung der Polierpaste/Aufschlämmung wird
die Abriebqualität
der Polierscheibe 105 durch den Polierbetrieb hindurch
beibehalten.
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Bezugnehmend
nun auf 2a und 2b veranschaulichen
die Darstellungen eine Draufsicht eines bekannten bandbasierten
Halbleiterwaferplanarisierers und -polierers und eine Detailansicht
einer bekannten Ausführungsform
einer Oberfläche
eines Polierbandes. Das Polierband (z.B. Polierband 205)
wird an einem Paar Rollen (nicht gezeigt) gedreht, so dass sich
das Polierband 205 in einer linearen Art entlang einer
Achse bewegt, die senkrecht zu den Rollen (nicht gezeigt) ist. Ein
Halbleiterwafer (z.B. Halbleiterwafer 210) wird dann gegen
das Polierband 205 gepresst. Wie in dem Fall der Polierscheibe
(1a) kann das Polierband 205 eine Abriebbeschichtung
haben, die ständig
an ihm angebracht ist, oder es kann eine Abriebsubstanz haben, wie
eine Paste oder Aufschlämmung,
die auf das Polierband 205 gegossen wird. Alternativ kann
das Polierband 205 so entworfen sein, dass die Abriebsubstanz
durch das Polierband 205 selbst hervortreten kann.
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2b zeigt
einen möglichen
Entwurf für
ein Polierband 205. Der Entwurf verwendet eine Abriebsubstanz,
wie eine Paste oder Aufschlämmung,
um die Abriebqualität
zu bieten. Das Polierband 205 hat eine Reihe von Rillen
(z.B. Rille 230), die die Abriebsubstanz an dem Polierband 205 halten,
wenn es sich bewegt. Die verschiedenen Rillen entlang der Oberfläche des
Polierbandes 205 bieten eine endgültig gewünschte Abriebqualität für das Polierband 205 in
einer Art gleich zu den Rillen an der Polierscheibe 105 (1b).
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Obwohl
die zwei verschiedenen Ausführungsformen
für die
Polierscheibe (1b) und das Polierband (2b)
verschiedene Rillenmuster haben, die effektiv verschiedene Abriebqualitäten zu den
direkten Bereichen der Scheibe und des Bandes bieten, führt die
Tatsache, dass das Polierband und die Polierscheibe schnell gedreht
werden, zu einer Polieroberfläche
mit einer homogenen Abriebqualität.
Deshalb müssen
das Polierband und die Polierscheibe mit einem verschiedenen Polierband/-scheibe
mit einer verschiedenen Polierqualität ersetzt werden, um verschiedene
Abriebqualitäten
zu erzielen.
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Alternativ
muss der Halbleiterwafer zu einem verschiedenen Polierband/-scheibe
bewegt werden. Die Bewegung des Halbleiterwafers erhöht die Wahrscheinlichkeit
einer Beschädigung,
die an dem Halbleiterwafer auftritt, und somit den Halbleiterwafer
zerstört.
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Zusätzlich gilt,
dass, wenn der Halbleiterwafer bewegt wird, seine zuvor polierte
Oberfläche
der Atmosphäre
ausgesetzt ist, wo sie Sauerstoff ausgesetzt ist (der die polierte
Oberfläche
oxidiert) und anderen Verunreinigungen (die die Ausbeute des Halbleiterwafers
verringern können).
Deshalb muss der Halbleiterwafer nach jedem Mal gesäubert werden, nachdem
er bewegt wird. Die hinzugefügten
Reinigungsschritte dienen nur dazu, den Herstellungsprozess zu verlangsamen
und die Kosten zu erhöhen.
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Bezugnehmend
nun auf 3 veranschaulicht das Diagramm
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts 300 eines Polierbandes
(oder -scheibe) 305, worin die Polieroberfläche eine
Vielzahl von Polieroberflächen
hat gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Angemerkt ist, dass die Querschnittsansicht,
die in 3 gezeigt ist, auch für eine Polierscheibe anwendbar sein
würde.
Das Polierband 305, wie in 3 gezeigt,
hat eine Reihe von dreieckigen Rippen, die senkrecht zu der Richtung
der Bandbewegung ausgerichtet sind. Zum Beispiel, wie in 3 gezeigt, würde die
Bewegungsrichtung des Polierbandes 305 entweder in der
Links-nach-Rechts- oder Rechts-nach-Links-Richtung sein. Alternativ,
wenn der Querschnitt von einer Polierscheibe wäre, dann würden die Rippen radial verlaufen
von der Mitte der Polierscheibe und die Flächen würden senkrecht sein zu der
Drehrichtung der Polierscheibe.
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Jede
Rippe, z.B. Rippe 306, hat zwei Polieroberflächen. Eine
erste Polieroberfläche 310 hat
eine bestimmte erste Abriebqualität und eine zweite Polieroberfläche 315 hat
eine bestimmte zweite Abriebqualität. Vorzugsweise würden die
Rippen aus einem flexiblen Material hergestellt werden, das in der
Lage sein würde,
sich unter einer Last zu verformen, aber das in der Lage sein würde, zurückzuspringen
zu seiner ursprünglichen
Form, nachdem die Last entfernt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung würde
jede der zwei Polieroberflächen
eine verschiedene Abriebqualität
haben. Andere in dem Polierband 305 präsente Rippen würden auch
zwei Polieroberflächen
haben, jede mit ihrer eigenen Abriebqualität. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung würde
die erste Polieroberfläche
jeder Rippe die gleiche Abriebqualität haben, mit dem Gleichen geltend für die zweite
Polieroberfläche
jeder Rippe. Gemäß einer
noch anderen bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sind die Rippen geneigt in einem spezifischen
Winkel, um den Kontakt zwischen den verschiedenen Polieroberflächen und dem
Halbleiterwafer maximieren zu helfen. Das Neigen der Rippen in einem
spezifischen Winkel hilft, einen Unterschied in der Größe des Kontaktes
zwischen dem Halbleiterwafer und der Polieroberfläche zu erzeugen.
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Obwohl
das Polierband mit Rippen gezeigt ist, die zwei Polieroberflächen haben,
ist es möglich, dass
das Polierband verschieden geformte Merkmale an seiner Oberfläche hat,
und dass die Formen mehr als zwei verschiedene Polieroberflächen haben könnten. Zum
Beispiel kann das Polierband rechteckig geformte Finger an seiner
Oberfläche
haben und jede Oberfläche
der rechteckig geformten Finger könnte eine verschiedene Polieroberfläche haben, mit
jeder Polieroberfläche
mit einer verschiedenen Abriebqualität.
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Wenn
das Polierband 315 gedreht wird, ändert sich die Polieroberfläche, die
zu einem Halbleiterwafer präsentiert
wird, abhängig
von der Drehrichtung. Zum Beispiel, wenn das Polierband 305 von rechts
nach links gedreht wird, dann würde
die erste Polieroberfläche 310 zu
dem Halbleiterwafer präsentiert
werden, während
die zweite Polieroberfläche 315 nicht
zu dem Halbleiterwafer präsentiert
sein würde. 4a und 4b verdeutlichen
dieses Merkmal.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann eine Abriebaufschlämmung auf die Polieroberfläche aufgebracht werden
vor der Planarisierung des Halbleiterwafers. In vielen Fällen bietet
die Kombination der Abriebaufschlämmung und der dreieckigen Rippen
die erforderliche Abriebeigenschaft, um den Halbleiterwafer zu planarisieren.
Gemäß einer
noch anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird vor dem Richtungswechsel der Polieroberfläche zusätzliche
Abriebaufschlämmung
auf die Polieroberfläche
aufgebracht. Die zusätzliche
Abriebaufschlämmung
kann die identischen Eigenschaften wie die Abriebaufschlämmung haben,
die zuerst auf der Polieroberfläche
aufgebracht wird, z.B. um die Abriebaufschlämmung auf der Polieroberfläche zu erneuern.
Alternativ kann die zusätzliche
Abriebaufschlämmung
verschiedene Eigenschaften von der Abriebaufschlämmung haben, die zuerst auf
der Polieroberfläche
aufgebracht wird.
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Bezugnehmend
nun auf 4 veranschaulicht die Darstellung
einen Querschnitt eines Polierbandes (oder -scheibe) 405 mit
dreieckigen Rippen, worin jede Rippe zwei Polieroberflächen 410 und 415 hat,
wenn das Polierband in einer Rechts-nach-Links-Richtung gedreht wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in 4a gezeigt,
deformieren sich die Rillen unter der Last, wenn das Polierband 405 von
rechts nach links gedreht wird und wenn ein Halbleiterwafer 420 gegen
das Polierband 405 gepresst wird. Die Rippen überbiegen
sich, so dass die erste Polierfläche 410 zu
dem Halbleiterwafer 420 gewandt ist. Dies tritt für jede Rippe
auf, wenn sie sich unter dem Halbleiterwafer 420 bewegt,
und wenn sich die Rippen von der Unterseite des Halbleiterwafers 420 bewegen,
würden
die Rippen zurückspringen
zu ihrer ursprünglichen
Form. Angemerkt ist, dass, obwohl 4a ein
Polierband zeigt, eine Polierscheibe mit Rippen an ihrer Oberfläche sich
in einer gleichen Art verhalten würde.
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Bezugnehmend
nun auf 4b veranschaulicht die Darstellung
einen Querschnitt des Polierbandes 405, wenn das Polierband 405 in
einer Links-nach-Rechts-Richtung gedreht wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wenn das Polierband 405 in
der entgegengesetzten Richtung gedreht wird (in Bezug zu der in 4a gezeigten),
deformieren sich die Rippen in eine entgegengesetzte Richtung und
wenden die zweite Polieroberfläche 415 zu
dem Halbleiterwafer 420.
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4a und 4b veranschaulichen
ein Polierband, das seine Abriebqualität ändern kann abhängig von
der Drehrichtung in Bezug zu einem Halbleiterwafer. Die Verwendung
eines solchen Polierbandes (oder Polierscheibe) kann die Gesamtanzahl von
verschiedenen Polierstationen verringern, die ein Halbleiterwafer
während
seines Planarisierungsprozesses durchlaufen muss. Zum Beispiel,
wenn es üblich
für einen
Halbleiterwafer ist, zwei Polierstationen zu durchlaufen, wenn gewöhnliche Polierbänder verwendet
werden, dann kann die Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung den Planarisierungsprozess in einem Durchlauf an
einer einzigen Polierstation durchführen. Anfangs würde sich
das Polierband in eine Richtung drehen, z.B. von rechts nach links.
Dies würde
vielleicht einen gröberen
Abrieb zu dem Halbleiterwafer zuwenden. Der gröbere Abrieb würde den
Halbleiterwafer schnell ebnen. Wenn der Halbleiterwafer auf einen annehmbaren
Grad geebnet ist, dann kann die Richtung der Polierbanddrehung umgekehrt
werden. Dies würde
dann einen feineren Abrieb zu dem Halbleiterwafer zuwenden. Der
feinere Abrieb würde
den endgültigen
spiegelartigen Schliff an dem Halbleiterwafer veranlassen.
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4a und 4b veranschaulichen
ein Polierband mit Rippen, die zwei verschiedene Polieroberflächen an
jeder Rippe haben. Andere Topologien können verwendet werden, um verschiedene Polieroberflächen an
dem Polierband (oder Polierscheibe) zu bieten. Zum Beispiel kann
eine Reihe von halbrunden (oder anderen gerundeten Formen) Erhebungen
und Mulden (5a) oder rechteckigen Wänden (5b)
verwendet werden, um verschiedene Polieroberflächen zu bieten. Alternativ
können feine
Fasern (5c) mit einer Polieroberfläche an dem
Faserschaft und einer anderen Polieroberfläche an der Faserspitze verwendet
werden. Die Verwendung von Fasern kann vielleicht eine einfachere
Herstellung von Polierbändern
schaffen.
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Während die
Erfindung mit Bezug zu veranschaulichenden Ausführungsformen beschrieben worden
ist, ist diese Beschreibung nicht dazu da, in einem beschränkenden
Sinne aufgefasst zu werden. Viele Modifikationen und Kombinationen
der veranschaulichten Ausführungsformen,
sowie andere Ausführungsformen
der Erfindung, werden dem Fachmann bei Referenz zu der Beschreibung
ersichtlich werden. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die angefügten Patentansprüche alle
solche Modifikationen oder Ausführungsformen
umfassen.