TW201513194A

TW201513194A - 可翻新之經塗覆之化學機械硏磨調節器及其製造方法以及用於化學機械硏磨中的整合系統

Info

Publication number: TW201513194A
Application number: TW103123937A
Authority: TW
Inventors: Andrew Galpin; Patrick Doering; Christopher Vroman
Original assignee: Entegris Inc
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2015-04-01
Also published as: TW201512445A; WO2015006745A1; WO2015006742A1

Abstract

本發明提供一種具可移除並可翻新及/或可更換之調節扇形段之拋光墊調節器。調節扇形段包含陶瓷基板，陶瓷基板具有CVD金剛石沈積於接觸拋光墊之外表面上。陶瓷基板之內表面存在有螺紋槽，扇形段利用螺紋槽而進行附裝或自墊板移除。為重複利用，使扇形段自墊板分離並移除損壞之CVD金剛石塗層。接著將新的CVD金剛石塗層沈積於基板之表面上並將扇形段重新附裝至墊板。本發明亦提供一種用於化學機械研磨之整合系統，整合系統具有組件，組件具有含有可更換之扇形段之接觸表面，可更換之扇形段上沈積有CVD金剛石。扇形段可藉由更換CVD金剛石進行翻新。

Description

可重研磨之經塗覆之化學機械研磨調節器及其製造方法以及用於化學機械研磨中的整合系統

【優先權聲明】

本申請案主張於2013年7月11日提出申請之美國臨時專利申請案第61/845,008號之權利，該美國臨時專利申請案之揭露內容以引用方式全文併入本文中。

化學機械研磨(chemical mechanical planarization；CMP)廣泛用於半導體晶片及記憶體裝置之製造。在一化學機械研磨製程期間，藉由一拋光墊、一拋光漿料、以及視需要藉由化學試劑之作用而自一晶圓基板上移除材料。隨著時間的推移，拋光墊變得粗糙(matt)並且填充有來自化學機械研磨製程之碎屑。利用一墊調節器(pad conditioner)對拋光墊進行定期重新調節，該墊調節器會研磨該拋光墊表面並且在該拋光墊之表面上開孔並產生凹凸不平(asperity)。墊調節器之功能係保持化學機械研磨製程中之移除速率。

化學機械研磨係為半導體及記憶體裝置製造中之主要生產成本。該等化學機械研磨成本包含與拋光墊、拋光漿料、墊調節盤、及在平坦化及拋光操作期間變舊之各種化學機械研磨部件相關之成本。當該墊調節器用舊或已達到一預定使用期限時，使用一新墊來更換該墊。用於化學機械研磨製程之額外成本包含為更換拋光墊所需之工具停工時間以及用以重新校準化學機械研磨拋光墊之測試晶圓之成本。

一典型之拋光墊包含大約0.16公分厚之閉孔(closed-cell)聚氨酯泡棉。在墊調節期間，複數個墊經受機械研磨以在物理上切透墊表面之複數個多孔層。所暴露之墊表面包含開孔，可在化學機械研磨製程期間利用該等開孔來陷獲(trap)由用過之拋光漿料及自晶圓移除之材料組成之研磨漿料。在每一後續墊調節步驟中，墊調節器皆會移除包含所嵌入材料之孔之外層，並使外層下面之層的移除最小化。拋光墊之過度紋理化會導致壽命縮短，而紋理化過低則會在化學機械研磨步驟期間導致材料移除速率不足且缺乏晶圓均勻性。在美國公開專利申請案20140113532中闡述了此項技術，該美國公開專利申請案20140113532以引用方式全文併入本文中以用於各種目的。

一種類型之化學機械研磨墊調節器係為具有固定之金剛石磨料之一四英吋盤。經金剛石塗覆之盤被旋轉並按壓至拋光墊表面上以切割並移除頂層。金剛石通常被設置於一環氧樹脂或一金屬基質材料中。然而，來自該等墊調節器之金剛石可脫離，此可由於在拋光操作期間刮擦晶圓而造成良率損失。

熟習此項技術者可瞭解，化學機械研磨系統之組件形成一整合式單元，因而替換該等組件其中之任一者時將需要重新校準整個系統，進而進一步延長系統之停工時間。此外，拋光系統之組件會形成一組，因而使系統之各組件彼此很好地配合以產生最佳之晶圓製備結果。

因此，持續地需要提供具有較長磨損壽命、較短停工時間並消除在化學機械拋光製程期間使半導體晶圓及其他基板保持抵靠一旋轉之拋光墊以及晶圓邊緣拋光之不均勻性之CMD系統組件，包含固定環及墊調節器。

本發明提供一種具有可移除並可翻新及/或可更換之調節扇形段之拋光墊調節器。在各種實例性實施例中，該等調節扇形段包含一陶瓷基板，該陶瓷基板具有一層CVD金剛石沈積於接觸該拋光墊之一外表面上。該陶瓷基板之內表面中存在有複數個螺紋槽，該扇形段可利用該等螺紋槽進行附裝並自一墊板(backing plate)移除。為重複利用，使扇形段自該墊板分離並移除損壞之CVD金剛石塗層。接著可將一新的CVD金剛石塗層沈積於該基板之該表面上並將扇形段重新附裝至該墊板。本發明亦提供一種用於化學機械研磨之整合系統，該整合系統具有多個組件，該等組件具有含有複數個可移除之扇形段之複數個接觸表面，該等可移除之扇形段上沈積有CVD金剛石。該等扇形段可藉由更換該CVD金剛石進行翻新。

在各種實例性實施例中，該等調節扇形段附裝至一墊板，該墊板亦可重複利用以保持新的或已翻新之調節扇形段。藉由重複利用該墊板並將新的或已翻新之調節扇形段附裝至該板，會降低該等組件之成本，且會減少用於重新校準該化學機械研磨系統之停工時間。

因此，在各種實例性實施例中，本發明提供一種用於在一化學機械研磨製程中所用之一拋光墊之調節器，該調節器包含：一墊板，具有一工具安裝側及一扇形段安裝側；以及一或多個可移除之扇形段。該等可移除之扇形段具有一正面及一背面，該背面固定至該墊板之該扇形段安裝側。該等可移除之扇形段之該正面形成接觸一拋光墊之一表面。該等可移除之扇形段藉由該可移除之扇形段中之複數個帶螺紋之緊固槽而被固定至該墊板。

在該等及其他實例性實施例中，該可移除之扇形段具有由一碳化物形成材料形成之一基板。在各種實例性實施例中，該碳化物形成材料係為鎢、鉬、鉭、矽、銅、鋁、碳、氧化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化鈦、氮化矽、及氮化硼。

在某些實例性實施例中，該墊板係由一碳化物形成材料、一金屬或一陶瓷形成。在該等實例性實施例中，該碳化物形成材料係為該碳化物形成材料係為鎢、鉬、鉭、矽、銅、鋁、碳、氧化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化鈦、氮化矽、及氮化硼。該金屬係為不銹鋼、鉬、或鋁且該陶瓷係為氧化鋁、塊滑石或氧化鋯。

在再一些實例性實施例中，本發明提供一種用於一化學機械研磨拋光墊調節器之可翻新之扇形段，該可翻新之扇形段包含一可移除之扇形段，該可移除之扇形段被設計及構造成可移除地固定至一墊板。該墊板中具有複數個孔或貫穿孔，該等孔或貫穿孔被設計成與該可移除之扇形段中之複數個螺紋槽配合。在各種實施例中，該可移除之扇形段包含一碳化物陶瓷的一基板，且該等螺紋槽係在該扇形段陶瓷化之前被加工至該扇形段之一石墨預浸體(prepreg)中。在某些實例性實施例中，該可移除之扇形段接觸該化學機械研磨拋光墊之該側上生長有一層CVD金剛石。在某些實例性實施例中，在需要時，該CVD金剛石被自該基板移除且在該基板上沈積新的一層CVD金剛石，進而提供一已翻新之扇形段。在該等實例性實施例中，該翻新之扇形段接著可重新固定至該墊板。

在另一實施例中，本發明提供一種製作用於在一化學機械研磨製程中所用之一拋光墊之一調節器之方法，該方法包含：提供一可移除之調節扇形段之一預浸體，該預浸體係自一石墨塊加工而成。在該預浸體中提供複數個螺紋槽，該等螺紋槽之尺寸及構造適以配合一墊板上之複數個特徵。藉由將該石墨預浸體轉變成一碳化物陶瓷扇形段而將該預浸體陶瓷化，並將複數個螺紋套(例如一heli-coil®)安裝於在該碳化物陶瓷中形成之該等螺紋槽其中之一或多者中；以及利用複數個帶螺紋扣件將一或多個陶瓷扇形段固定至一墊板。在此實例性實施例及其他實例性實施例中，該方法更包含：生長一層CVD金剛石於該等扇形段之該表面上。

在某些實施例中，該碳化物陶瓷係由鎢、鉬、鉭、矽、銅、鋁、碳、氧化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化鈦、氮化矽、及氮化硼形成。在某些實施例中，該墊板係由金屬或陶瓷製成。在該等其他實施例中，該金屬係為不銹鋼、鉬、或鋁，且該陶瓷係為氧化鋁、塊滑石或氧化鋯。

在再一實例性實施例中，本發明提供一種用於化學機械研磨中的整合系統，該整合系統包含：複數個可更換之接觸扇形段，用於該化學機械研磨製程中，其中該等接觸扇形段包含一碳化物基板，該碳化物基板具有複數個螺紋槽，以使該等接觸扇形段能夠利用一帶螺紋扣件而緊固至一支撐墊；其中更換該等接觸扇形段不需要更換該支撐墊。在各種實施例中，該可更換之接觸扇形段更包含沈積於該接觸表面上之一層CVD金剛石。在此實施例之某些版本中，該等可更換之接觸扇形段包含複數個化學機械研磨拋光墊調節器接觸扇形段以及複數個固定環接觸扇形段。在該等及其他實例性實施例中，該碳化物基板係自一石墨前驅體加工而成。在各種實例性實施例中，該等接觸扇形段之該CVD金剛石塗層被最佳化以與該系統之其他組件一起使用，且不排除針對該化學機械研磨系統之該等不同組件之一不同CVD金剛石變型。在某些實例性實施例中，該碳化物基板係自一碳化物形成材料形成，該碳化物形成材料包含鎢、鉬、鉭、矽、銅、鋁、碳、氧化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化鈦、氮化矽、及氮化硼。

結合以下說明及附圖，將會更佳地領會及理解本發明之該等及其他態樣。以下說明儘管表明本發明之各種實施例及其眾多具體細節，然而其係僅以例示方式而非限制方式給出。可在本發明之範圍內作出諸多替代、潤飾、添加或重新安排，且本發明包含所有此等替代、潤飾、添加或重新安排。

10‧‧‧拋光墊調節器

12、12a、12b、12c‧‧‧調節扇形段

14‧‧‧墊板

42a‧‧‧緊固孔

42b‧‧‧槽

44a‧‧‧緊固孔

44b‧‧‧腔

a-a‧‧‧線

A‧‧‧圖

B‧‧‧圖

C‧‧‧圖

包含本說明書之附圖及形成部分係為了描繪本發明之某些態樣。藉由參照圖式中所例示之實例性且因此非限制性實施例，對本發明及各組件之更清晰之印象以及本發明所提供之系統之操作將變得更加顯而易見，其中相同之參考編號指示相同之組件。應注意，圖式中所例示之特徵並非按比例繪製。

第1圖例示拋光墊調節器之若干實施例。

第2A圖係為附裝有五個可更換之調節扇形段其中之三個之一拋光墊調節器墊板的俯視平面立體圖。亦顯示了該墊板中之複數個扣件貫穿孔。插圖以後視立體圖例示了一第四調節扇形段已準備好附裝至該墊板。

第3圖係為第2圖所示墊板之仰視平面圖。

第4A圖係為本發明之一調節扇形段之一單獨實例性實施例之俯視平面圖。第4B圖係為同一扇形段之仰視平面圖，其顯示排列有緊固孔之一實施例。

第5圖係為根據本發明一實施例之一墊板之仰視平面圖。

儘管本文闡述了各種組成物及方法，然而應理解，本發明並非受限於所述之特定分子、組成物、設計、方法或協定，乃因該等特定分子、組成物、設計、方法或協定可有所變化。亦應理解，本說明中所用之術語僅係用於闡述特定版本或實施例，而並非旨在限制本發明之範圍，本發明之範圍將僅由隨附申請專利範圍限制。

亦須注意，除非上下文中清楚地另外指明，否則本文及隨附申請專利範圍中所用之單數形式「一(a、an)」及「該(the)」包含複數形式。因此，舉例而言，所提及之「扇形段(segment)」係指一固定環上之一或多個扇形段及熟習此項技術者所習知之其等效形式等。除非另外定義，否則本文所用之所有技術及科學用語之意義皆與此項技術中之通常知識者所通常理解之意義相同。與本文所述之方法及材料類似或等效之方法或材料可用於實踐或測試本發明之實施例。本文所提及之所有出版物皆以引用方式全文併入本文中。本文中之全部內容皆不被視為承認本發明無權憑藉先前發明而超前於此等揭露內容。「視需要(optional或optionally)」意指隨後所述之事件或情況可能發生或可能不發生，並意指說明中包含其中事件發生之情形及其中事件不發生之情形。本文中之所有數值皆可由用語「大約(about)」來修飾，無論是否明確指明。用語「大約(about)」一般係指熟習此項技術者認為等價於所列值(即，具有相同之功能或結果)之數字範圍。在某些實施例中，用語「大約(about)」係指所述值之±10%，在其他實施例中，用語「大約(about)」係指所述值之±2%。儘管以「包含(comprising)」各種組分或步驟之用語(被解釋為「包含但不限於」之意義)來闡述各組成物及方法，然而該等組成物及方法亦可實質上由或由該等組分及步驟「組成(consist)」，此術語應被解釋為定義基本上封閉或封閉之構件群組。

本文所用之術語「陶瓷化(ceramization)」及「陶瓷化(ceramisizing)」係指自一陶瓷前驅體製作一陶瓷之製程。

儘管已針對一或多個實施方案顯示並闡述了本發明，然而其他熟習此項技術者在閱讀及理解本說明書及附圖後將會聯想出等效之改動及潤飾。本發明包含所有此等潤飾及改動且僅由以下申請專利範圍之範圍來限制。此外，儘管可針對若干實施方案其中之僅一個來揭露本發明之一特定特徵或態樣，然而若對於任一給定或特定應用而言合意或有利，則此特徵或態樣可與其他實施方案之一或多個其他特徵或態樣相結合。此外，若在本詳細說明或申請專利範圍中使用用語「包含(includes)」、「具有(having)」、「具有(has)」、「帶有(with)」、或其變形，則此等用語旨在以與用語「包含(comprising)」類似之方式具有包含性。此外，用語「實例性(exemplary)」僅意在表示一實例，而非最佳的。亦應理解，為簡明及易於理解起見，本文所描繪之特徵、層、及/或元件以相對於彼此之特定尺寸及/或取向來例示，並且實際尺寸及/或取向可實質上不同於本文所示者。

在製造化學機械研磨系統之組件時，過去之技術在很大程度上依靠使用各種聚合物(例如，聚醚醚酮(polyether-ether-ketone；PEEK)及聚苯硫醚(polyphenylene sulfide；PPS))來製作用於各種組件之基板。關於拋光墊調節器墊板，使用聚醚醚酮及聚苯硫醚來製造化學機械研磨組件會由於因一般磨損導致需要更換部件而造成停工時間。在為克服對拋光墊調節器之一表面之典型磨損所作之一嘗試中，例如利用一黏合劑(例如，環氧樹脂或一可固化之基質(例如，硬焊合金))將研磨微粒(例如金剛石微粒)黏著至該表面。然而，來自該等墊調節器之金剛石可被去除，此可由於在拋光操作期間刮擦晶圓而造成損失。

有利地，在化學機械研磨背景下，金剛石具有顯著低於當前化學機械研磨製程中所用之材料之摩擦係數，並且為可獲得之最低摩擦係數(coefficient of friction；COF)材料之一。此種低的摩擦係數將大大減小墊上之剪切力及水平摩擦力，進而減小或消除晶圓邊緣下方之墊推動力。金剛石塗層或某些版本中之多晶金剛石塗層可更塗覆有類金剛石碳，以提供一定程度之電荷耗散及經修正之摩擦係數。

扇形段上之金剛石塗層亦具有優異之熱傳遞特性，並且將自製程移除熱量以容許對應用進行更大之設計控制。

金剛石亦係為可獲得之最硬之材料，此會使環上所用之扇形段能夠具有長之製程壽命。

金剛石膜將可由用於晶圓之化學機械研磨工具端點偵測系統(end point detection system)來量測。亦可藉由採集金剛石層來觀察膜之厚度，並且可藉由剩餘之膜厚度來判斷環之壽命終止。

頒予史密斯(Smith)等人之美國公開專利申請案 2014/0113532中提供了此種問題之一解決方案，該美國公開專利申請案2014/0113532在此全文併入以用於各種目的。史密斯闡述了自石墨預製件來製造墊調節器。由於石墨軟，因此其可易於加工，並且史密斯闡述了可用於將一石墨塊加工成一接近網形狀之墊調節器基板或扇形段之一製程。在一個實例中，將一多孔石墨基板紋理化成利用若干形成製程其中之一來形成凸起及其他特徵(例如，通道)。接著可將該紋理化之石墨基板轉變成接近網形狀之碳化矽材料基板(預浸體(prepreg))。該接近網形狀之碳化矽預浸體可係為一β碳化矽。使一接近網形狀之多孔石墨前驅體轉變成一接近網形狀之碳化矽墊調節器可直接提供優於紋理化碳化矽之成本優勢，乃因由於碳化矽之硬度而難以進行加工且製程費時。如史密斯等人所教示，接著藉由黏合劑(例如，環氧樹脂)將墊調節器表面或扇形段附裝至調節基座板。

頒予拉希德(Rashed)等人之美國專利8,142,845(以引用方式全文併入本文中)闡述了將一石墨塊加工成一接近網形狀之製品並接著使其在一第一預先選擇之溫度下與一氧化矽氣體接觸以形成多孔碳化矽預製件(porous silicon carbide preform)。在本發明之全部實施例中，該第一預先選擇之溫度係處於約1400攝氏度至約2000攝氏度之一範圍內。

接著將多孔碳化矽預製件內之相當數目之孔填充以一碳前軀體，以產生一經填充之碳化矽預製件。當該碳前驅體係為一氣體時，該經填充之碳化物預製件使其孔至少部分地填充有該氣體。在此碳化步驟中，該碳前驅體浸漬或滲透該多孔碳化矽預製件，以在該多孔碳化矽預製件之開孔內形成一碳結構。當該碳前驅體係為液體時，接著以一第二預先選擇之溫度加熱該經填充之碳化矽預製件以聚合該經填充之碳化矽預製件內所包含之碳前驅體，進而形成聚合之經填充碳化矽預製件。在本發明之使用一液體前驅體之實施例中，該第二預先選擇之溫度係處於約70攝氏度至約250攝氏度之一範圍內。另一較佳實施例包含：該第二預先選擇之溫度係處於約90攝氏度至約150攝氏度之一範圍內。

以一第三預先選擇之溫度對聚合之經填充碳化矽之結構進一步加熱，以在多孔碳化矽預製件之孔內形成一碳質多孔結構。該碳質多孔結構實質上被燒焦。在本發明之全部實施例中，該第三預先選擇之溫度係處於約800攝氏度至約1800攝氏度之一範圍內。在一較佳實施例中，該第三預先選擇之溫度係處於約800攝氏度至約1200攝氏度之一範圍內。可重複該製程直至在多孔碳化矽預製件之孔內形成所需量之碳。

接著使碳質多孔結構以一第四預先選擇之溫度及一第一預先選擇之壓力而在一惰性氣氛中與矽接觸。在本發明之使該碳質多孔結構在一惰性氣氛中與矽接觸之實施例中，該第四預先選擇之溫度係約超過矽之一熔點。在此矽化步驟中，矽浸透或擴散穿過該碳質多孔結構，並與多孔碳化矽預製件之孔內所包含之碳發生反應而在該多孔碳化矽預製件之孔內形成碳化矽。所形成之碳化矽係為一接近網形狀之緻密碳化矽製品。碳向碳化矽之轉變會伴隨著摩爾體積之增大，進而導致緻密化。所形成之緻密碳化矽本質上不具有開孔率或具有實質上減小之開孔率。

由於石墨之易於加工性及碳化矽之硬度，在化學機械研磨系統中使用碳化矽組件係為有益的。然而，史密斯等人所揭露之扇形段使用環氧樹脂進行附裝會由於意外之分離、難以如預期般分離、以及缺乏成本有效性(cost effectiveness)而增加方法之不可靠性，乃因碳化矽扇形段無法更換並因此而仍然具有與非陶瓷先前技術組件相同之報廢量儘管報廢量略有減小。

當前發明者已認識到，碳化矽扇形段在其石墨預浸體階段中提供一唯一機會來將各特徵引入碳化矽組件基板中，此不僅使該組件更為有用、且亦使得該等組件可重複利用，進而提供不會受到傳統化學機械研磨組件之固有報廢量(built-in obsolescence)阻礙之僅有化學機械研磨組件。為此，發明者已確認，石墨預浸體可被加工成在扇形段之背面(非接觸面)中包含螺釘或固定孔。因此，在使用時，碳化矽扇形段無需依靠黏合劑來將其黏著至一墊環，可如預期般自一墊板移除，並可在一翻新製程後重新進行附裝。

此外，發明者意識到，如本領域中所知，可在已完工之碳化矽扇形段基板上生長CVD金剛石。碳化矽由於其硬度、惰性及2,730攝氏度之高熔點而提供用於在上面生長CVD金剛石之理想基板。在CVD製程中，利用微波功率、熱燈絲、雷射或電子束或類似物而使碳氣體在非常高之溫度下電離，並且電離之碳於基板上沈積成金剛石。在該製程期間，基板可達到約800攝氏度之溫度。由於聚醚醚酮及聚苯硫醚之熔點分別遠低於343攝氏度及218攝氏度，故用於製作CMD組件之傳統材料根本無法適用於CVD金剛石之生長。

此外，由於碳化矽之硬度，扇形段可藉由螺紋孔而牢固地附裝至一墊板，並且易於分離，進而使得不僅能夠更換墊環上之扇形段而且能夠藉由移除金剛石層並在現有碳化矽扇形段基板上重新沈積一新的CVD-金剛石層來翻新用過之扇形段。

第1A圖、第1B圖及第1C圖例示本發明之拋光墊調節器10之若干實例性實施例。如圖所示，可如上所述製造可移除之調節扇形段12a、 12b及12c，接著利用一螺釘或螺栓穿過一墊板14並進入調節扇形段12背面中之螺紋孔(圖中未示出)而將陶瓷化扇形段附裝至墊板14。

第2圖例示根據本發明一實例性實施例之調節器10之總成。第2A圖係為一調節器墊板之立體俯視平面圖。44a係為用於扣件之螺紋支撐件，用於將墊板14安裝至調節工具頭(圖中未示出)。42a係為用於將可移除之扇形段12a安裝至墊板14之螺紋支撐件。第2B圖係為一調節扇形段12a沿線a-a翻轉之底側之立體圖。腔44b係為墊板14之用於將固定環固定至調節頭之螺紋支撐件44a之間隙。槽42b係為扣件(例如螺釘或螺栓(圖中未示出))之螺紋孔，該等扣件用於穿過墊板14之緊固孔(fastening hole)42a並將調節扇形段牢固至墊板14。

第3圖係為根據第2圖所示實施例之一墊板14之立體後視平面圖。圖中例示緊固孔42a及44a。在某些實施例中，該等孔在一後視圖中具有相同之尺寸。

第4圖係為根據本發明一實施例之一通用墊板14之示意性後視立體圖。在此實施例中可以看出，可使一單一墊板適應於各種調節器扇形段輪廓。

第5A圖係為本發明之一調節器扇形段12之一實施例之示意性俯視平面圖。第5B圖係為第5A圖所示調節器扇形段之立體仰視平面圖，其顯示一組通用之緊固槽以與第4圖所示通用墊板之緊固槽互補。應注意，在此實施例中，並不需要利用所有扣件槽來將扇形段12牢固至墊板14。第5C圖係為根據本發明一實施例之一調節扇形段在表面上生長有CVD金剛石之顯微照片。

熟習此項技術者將瞭解，本文所揭露之拋光墊調節器相對於傳統調節器具有許多益處。首先，碳化矽極為堅硬，進而提供具有有用壽命之基板。其次，藉由自一石墨預浸體製作碳化矽基板，可將該預浸體加工至可在各扇形段之間再現之非常嚴格之容差(tight tolerance)。此外，預浸體可被加工成具有任何所需之表面特徵。第三，由於碳化矽扇形段具有高熔點，因此碳化矽扇形段易於在其表面上進行金剛石CVD沈積。第四，金剛石具有非常高之導熱性，並因此可用作一散熱器(heat sink)以進一步提高化學機械研磨系統及組件之效率及延長其壽命。第五，金剛石具有極低之摩擦係數以大大減小拋光墊上之剪切力及橫向摩擦力。第六，由具有耐受性之基板(例如，碳化物或金屬(如，不銹鋼、鉬、或鋁))製成之金剛石塗層、碳化矽調節扇形段、及墊板相較於聚合物(例如，聚醚醚酮或聚苯硫醚)而對化學機械研磨製程之化學作用具有強得多的惰性。此外，所有該等因素皆會降低不僅拋光墊調節器而且化學機械研磨系統之磨損率。

本發明之方法及組件容許對矽晶圓製造製程中之各種問題定製解決方案。本文所述之該等方法及組件使使用者能夠使該等組件(包含拋光墊、晶圓固定環、及拋光墊調節器)之形態及組成與如下CMD製程特性相匹配：例如，晶圓所經受之拋光墊上之壓力、用於拋光晶圓之化學品之類型、漿料類型及/或用於調節拋光墊之製程。熟習此項技術者會意識到，CMD製程之所有組件皆被一體化成使得該等組件之更耐用之構造及系統之更長使用壽命會在重新調節扇形段時使停工時間縮短並更快地恢復運作。儘管本文所揭露之發明提供在化學機械研磨製程中所用之可移除並可翻新之調節扇形段。已開發出一種提供在化學機械研磨製程中所用之固定環之類似技術，該等固定環在一支撐墊(例如，一墊板或一墊環)上具有複數個可移除並可翻新之接觸扇形段。

本文所述之發明使使用者能夠減少開發時間及成本，乃因既用於調節亦用於固定環之可移除之扇形段可自一墊板或墊環移除且CVD金剛石可在氧化性氣氛中利用高溫自碳化矽扇形段剝離。可重新塗覆碳化矽基板扇形段以提供CVD膜之許多變型，藉以達成與製程要求之理想匹配。此包含：為一調節扇形段提供最佳地用於清洗一拋光墊之一金剛石表面；以及為一固定環提供最佳地用於減小摩擦並消除或減小晶圓邊緣處之墊推動力之一金剛石表面。

CVD金剛石膜之化學特性及/或物理特性及/或形態可進行修改以與化學機械研磨製程需求(例如，固定環壓力或漿料或拋光化學作用)相匹配。此外，可將CVD金剛石膜之形態及組成調整成與製程要求相匹配。舉例而言，金剛石膜之粗糙度可根據CVD製程條件而異。此外，藉由CVD製程沈積之金剛石塗層則在經由環氧樹脂或其他黏合劑進行附裝時更穩定地黏著至基板。

可對碳化矽形成扇形段基板(carbide forming segment substrate)重新塗覆以提供CVD膜之眾多變形，進而達成與製程要求之理想匹配。已被使用或用舊之金剛石塗層可藉由一電漿蝕刻製程而被移除，直至下伏碳化矽(underlying silicon carbide)被暴露出，接著重新塗覆CVD金剛石。

碳化物形成扇形段上之CVD金剛石塗層可利用如齊默(Zimmer)等人在WO/1999/002309中所揭露之熱燈絲化學氣相沈積而製成，WO/1999/002309係以引用方式全文併入本文中。加爾平(Galpin)等人在WO/2012/122186中揭露了用於構成本發明各版本之固定環之陶瓷扇形段之材料、製造及成型陶瓷扇形段之方法、以及用於以CVD金剛石塗覆陶瓷扇形段之材料及方法，WO/2012/122186之內容係以引用方式全文併入本文中。在本發明之某些版本中，沈積於陶瓷扇形段上之CVD金剛石係為多晶金剛石。

在本發明之某些版本中，可在該一或多個扇形段上將類金剛石碳(diamond like carbon；DLC)施加於CVD金剛石上。類金剛石碳塗層可有利地用於改變固定環之摩擦係數、磨損速率、及電荷耗散。

墊板可由一如下剛性材料形成：例如金屬(如，不銹鋼、鉬或鋁)或陶瓷(如，氧化鋁、塊滑石或氧化鋯)或其他實例性材料。當然，熟習此項技術者將瞭解，墊板亦可由與調節扇形段相同之碳化物形成材料(例如，鎢、鉬、鉭、矽、銅、鋁、碳、氧化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化鈦、氮化矽、及氮化硼)製成。墊板可包含如螺栓、孔、帶螺紋之結構等結構，以用於將扇形段附裝至墊板之一表面並用於將墊板牢固至一拋光墊調節工具之載體頭(carrier head)。

熟習此項技術者將瞭解，每當更換一化學機械研磨系統之一組件時，必須重新校準整個系統才能使用。此不僅會延長停工時間及提高更換該等組件之成本，而且可能需要更換多個組件以完成重新校準。本發明容許更換化學機械研磨系統之包含調節器扇形段及固定環扇形段之組件之僅磨損表面。因而，此系統使得組件之基板、墊板及墊環能夠重複利用。因此，該系統不僅由於不用更換該等基板及墊板/墊環而提供成本效益，且亦由於該等組件之部件已與化學機械研磨系統相匹配並已針對它們的配合調整了校準而使停工時間縮短。

由於系統在使用時具有很強之通用性，故容許本發明具有各種版本，在該等版本中，例如如蘇尼加(Zuniga)等人在美國專利第6,251,215號中所揭露，與一固定環一起使用之墊板或墊環可包含一或多個附加層，該美國專利之內容以引用方式全文併入本文中。舉例而言，如美國專利第6,251,215號所示，可用可移除之扇形段來代替下部180並結合至上部184。

被固定至墊板之扇形段可由碳化物形成材料製成，以形成更有利於金剛石生長之一表面。在本發明之各版本中，扇形段可係為包含金屬(例如，鎢、鉬、鉭、矽、銅、鋁)或非金屬(例如，碳、氧化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化鈦、氮化矽、及氮化硼)之碳化物形成材料。該等扇形段可係為一陶瓷材料。

在本發明之某些版本中，扇形段包含碳化矽。碳化矽可由石墨前驅體形成，並且可係為多孔的或可係為孔被封閉之多孔碳化矽。碳化矽亦可係為一緻密碳化矽。

扇形段可藉由各種技術或各技術之一組合而被固定或牢固至墊板。舉例而言，一或多個螺釘或螺栓可插穿過墊環並插入至一扇形段中之一或多個螺紋孔或帶螺紋之插件中。

儘管在第1圖中顯示為單獨之扇形段，然而本發明之各版本可包含二或更多個較小扇形段之一組合。舉例而言，一碳化物形成材料可具有二、三或更多個單獨之調節。該等較大之扇形段可接著被固定至墊板。

按照自1至38之次序列舉之以下段落提供了本發明之各種態樣。在一個實施例中，在一第一段落(1)中，本發明提供：1.一種用於在一化學機械研磨製程中所用之一拋光墊之調節器，包含：一墊板，具有一工具安裝側及一扇形段安裝側；一或多個可移除之扇形段，該等可移除之扇形段具有一正面及一背面，該背面固定至該墊板之該扇形段安裝側，該等可移除之扇形段之該正面形成接觸一拋光墊之一表面；該等可移除之扇形段藉由該可移除之扇形段中之複數個帶螺紋之緊固槽而被固定至該墊板。

如段落1所述之可移除之扇形段，其中該正面塗覆有CVD金剛石。

如段落1至2所述之可移除之扇形段，其中該金剛石沈積於一基板上。

如段落1至3所述之可移除之扇形段，其中該基板係為一碳化物形成材料。

如段落1至6所述之調節器，其中該碳化物形成材料係為鎢、鉬、鉭、矽、銅、鋁、碳、氧化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化鈦、氮化矽、及氮化硼。

如段落1至5所述之調節器，其中該墊板係由一碳化物形成材料、金屬或陶瓷形成。

如段落1至7所述之調節器，其中該金屬係為不銹鋼、鉬、或鋁。

如段落1至8所述之調節器，其中該陶瓷係為氧化鋁、塊滑石或氧化鋯。

如段落1至9所述之可移除之扇形段，其中該等螺紋槽係在石墨轉變成一碳化物陶瓷之前被加工於該石墨中。

一種用於一化學機械研磨拋光墊調節器之可翻新之扇形段，包含：一可移除之扇形段，被設計及構造成可移除地固定至一墊板；該墊板，具有複數個孔，該等孔被設計成與該可移除之扇形段中之複數個螺紋槽配合，其中該可移除之扇形段包含一碳化物陶瓷的一基板，且該等螺紋槽係在該扇形段陶瓷化之前被加工至該扇形段之一石墨預浸體(prepreg)中。

如段落11所述之可翻新之扇形段，其中該可移除之扇形段接觸該化學機械研磨拋光墊之該側上生長有一層CVD金剛石。

如段落11至12所述之可翻新之扇形段，其中在需要時，該扇形段被自該墊板移除，該CVD金剛石被自該基板移除且在該基板上沈積新的一層CVD金剛石。

如請求項11至13所述之可翻新之扇形段，其中一螺紋套固定於該螺紋槽內，以提供用於附裝之一牢固螺紋槽。

一種用於翻新一化學機械研磨拋光墊調節器之方法，包含：自一用舊的經金剛石塗覆之扇形段之多個表面其中之一移除CVD金剛石，以形成一未塗覆之扇形段；以CVD金剛石塗覆該未塗覆之扇形段，以提供一已翻新之扇形段。

如段落14所述之方法，其中移除該CVD金剛石係利用一蝕刻製程或一高溫氧化製程達成。

如段落14至15所述之方法，其中該蝕刻製程係為一電漿蝕刻製程。

如段落14至16所述之方法，更包含將塗覆有CVD金剛石的一已翻新之扇形段固定於一調節器墊板環上。

一種製作用於在一化學機械研磨製程中所用之一拋光墊之一調節器之方法，包含：提供一可移除之調節扇形段之一預浸體，該預浸體係自一石墨塊加工而成；在該預浸體中提供複數個螺紋槽，該等螺紋槽之尺寸及構造適以配合一墊板上之複數個特徵；藉由將該石墨預浸體轉變成一碳化物陶瓷扇形段而將該預浸體陶瓷化；將複數個螺紋套安裝於在該碳化物陶瓷中形成之該等螺紋槽其中之一或多者中；以及利用複數個帶螺紋扣件將一或多個陶瓷扇形段固定至一墊板。

如段落18所述之方法，其中將該等扇形段固定至該墊板包含：利用一螺釘、螺栓、黏合劑或其組合將該等扇形段固定至該墊板中之複數個孔。

如段落18至19所述之方法，更包含：生長一層CVD金剛石於該等扇形段之該表面上。

如段落18至20所述之方法，更包含：移除一層用過之CVD金剛石，並生長新的一層CVD金剛石於該扇形段上。

如段落18至21所述之方法，其中該碳化物陶瓷係由鎢、鉬、鉭、矽、銅、鋁、碳、氧化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化鈦、氮化矽、及氮化硼形成。

如段落18至22所述之方法，其中該墊板係由金屬或陶瓷製成。

如段落18至23所述之方法，其中該金屬係為不銹鋼、鉬、或鋁。

如段落18至24所述之方法，其中該陶瓷係為氧化鋁、塊滑石或氧化鋯。

一種用於化學機械研磨中的整合系統，包含：複數個可更換之接觸扇形段，用於該化學機械研磨製程中，其中該等接觸扇形段包含一碳化物基板，該碳化物基板具有複數個螺紋槽，以使該等接觸扇形段能夠利用一帶螺紋扣件而緊固至一支撐墊；其中更換該等接觸扇形段不需要更換該支撐墊。

如段落26所述之整合系統，其中該等可更換之接觸扇形段更包含沈積於該接觸表面上之一層CVD金剛石。

如段落26至27所述之整合系統，其中該碳化物基板係自一石墨前驅體加工而成。

如段落26至28所述之整合系統，其中該等可更換之接觸扇形段包含複數個化學機械研磨拋光墊調節器接觸扇形段以及複數個固定環接觸扇形段。

如段落26至29所述之整合系統，其中該等接觸扇形段之表面形貌被最佳化以與其他接觸扇形段一起使用，且不排除針對各種接觸扇形段之一不同形貌。

如段落26至30所述之整合系統，其中該等接觸扇形段之該CVD金剛石塗層被最佳化以與該系統之其他組件一起使用，且不排除針對該化學機械研磨系統之該等不同組件之一不同CVD金剛石變型。

如段落26至31所述之整合系統，其中該碳化物基板係自一碳化物前驅體形成。

如段落26至32所述之整合系統，其中該碳化物前驅體係為鎢、鉬、鉭、矽、銅、鋁、碳、氧化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化鈦、氮化矽、及氮化硼。

如段落26至33所述之整合系統，其中該支撐墊係為金屬或陶瓷抑或一碳化物形成材料。

如段落26至34所述之整合系統，其中該金屬係為不銹鋼、鉬、或鋁。

如段落26至35所述之整合系統，其中該陶瓷係為氧化鋁、塊滑石或氧化鋯。

如段落26至36所述之整合系統，其中該碳化物形成材料係為鎢、鉬、鉭、矽、銅、鋁、碳、氧化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化鈦、氮化矽、及氮化硼。

一種實質上如本文所述之發明。

儘管已參照本發明之某些實施例相當詳細地闡述了本發明，然而亦可具有其他版本。因此，隨附申請專利範圍之精神及範圍不應受限於本說明書內所包含之說明及版本。