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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃明祥
研究生(外文):Hwang Ming-Shyang
論文名稱:微振量測器之分析與應用
論文名稱(外文):Analysis and Application of Micro-Vibration Detection System
指導教授:鄭璧瑩
指導教授(外文):Pi-Ying Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:66
中文關鍵詞:微振動CMP終端檢測器信號放大機制
外文關鍵詞:Micro-VibrationCMP Endpoint DetectionSignal Amplifier
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在精密加工與微細加工之精度要求從μm(10-6m)提升到nm(10-9m)後,振動對加工精度的影響成為很重要的一環,即使振動很小且不明顯都可能成為決定產品是否能達到所要求精密度的重要關鍵點。現在半導體廠中機械之振動,容許振幅為1μm以下,若振動大於容許範圍,將會嚴重影響產品之精度及良品率。目前振動之量測技術,容易受到干擾及安裝上的限制,而不容易量測到微振動之訊號。本研究經評估後考慮採用市售的雷射位移計配合自行研發含有雜訊過濾功能之放大機制,藉以量測出微小振動之訊號,並使用快速傅立葉轉換法(Fast Fourier Transform;FFT)將振動訊號變換成頻譜而加以解析。自行研發的信號放大機制需具有將訊號放大之功能及濾波之功能,避免雜訊一起被放大而影響量測訊號,進而發展出一套微振動量測系統。另外在現今CMP研磨之終端檢測技術中,已有使用振動量測方式作終端檢測,本研究之量測系統亦可配合其他相關的附件改裝後,成為結合光學與振動原理之CMP終端檢測器。本研究將針對CMP機台為目標進行實際測試,以驗證本研究之微振信號檢測系統的實用效果。
Upon the demand of increasing accuracy requested by precision machining and micro-machining going from μm(10-6m) to nm(10-9m), the critical issues of vibration on the precision of machining play a very important role. Even the vibration signal is very small and unapparent, it usually proves itself as a key point on that could meet the requirement of the demanded precision or not. Nowadays, the allowable vibrating amplitude of most of the machine in semi-conductor manufacturing is under 1μm. If the amplitude of vibration is beyond the tolerance range, it will have great influence on the precision and yield of products. The detecting technology of micro-vibration is generally a tough work on the applications of precision machining processes.
After evaluation, the laser displacement sensor with proposed amplifier mechanism to enhance resolution is adopted and applied to the research work. With respect to detecting signals of micro-vibration followed by using Fast Fourier Transform technique (FFT) to find the spectrum of vibrations for further analysis. And the proposed signal amplifier is equipped to perform the functions of amplifying signals and filtering noise. Besides, a series of applications of the presented vibrations detection technology on CMP process as variable endpoint detection are also discussed. The current detecting system in this research is successfully cooperating with the optical sensors to be an integrated detecting unit. Accordingly, this research also focuses on detecting and analyzing the signals on CMP to valuate the performance of this micro-vibration detection system.
目錄
中文摘要……………………………………………………………………i
Abstract……………………………………………………………………ii
第一章 緒論…………………………………………………………………1
1.1 文獻回顧…………………………………………………………………2
1.1.1聲波式振動量測…………………………………………………2
1.1.2聲射方式振動量測………………………………………………3
1.1.3加速規……………………………………………………………3
1.1.4雷射量測…………………………………………………………3
1.1.5扭力偵測法………………………………………………………5
1.1.6電氣特性偵測法…………………………………………………5
1.1.7光學法……………………………………………………………5
1.1.8振動解析法………………………………………………………5
1.2 研究動機及目的………………………………………………………6
第二章 基本原理……………………………………………………………8
2.1 傅立葉轉換……………………………………………………………8
2.1.1 離散傅立葉轉換…………………………………………………9
2.1.2 快速傅立葉轉換…………………………………………………9
2.2 位準(Levels)………………………………………………………10
第三章 研究方法……………………………………………………………11
3.1 振動量測設備………………………………………………………11
3.1.1雷射位移計……………………………………………………12
3.1.2頻譜分析儀器…………………………………………………13
3.1.3量測程式………………………………………………………13
3.2實驗裝置與規劃………………………………………………………13
第四章 實驗過程及結果分析………………………………………………16
4.1 製程終點檢測系統的評估……………………………………………16
4.1.1頻譜量測評估…………………………………………………16
4.1.2位移量測的評估………………………………………………19
4.2 表面平坦度實驗………………………………………………………24
4.2.1 實驗方法……………………………………………………………25
A、不使用放大器……………………………………………………………25
B、使用微型探針放大器……………………………………………………26
C、使用質簧共振放大器…………………………………………27
D、使用鋼線共振放大器………………………………………30
4.2.2 實驗結果………………………………………………………33
4.3 研磨層與層不同材質介面的實驗分析………………………………45
4.3.1實驗方法………………………………………………………45
A、不使用放大器………………………………………………46
B、使用微型探針放大器………………………………………47
C、使用質簧共振放大器…………………………………………48
D、使用鋼線共振放大器………………………………………50
4.3.2 實驗結果…………………………………………………………51
第五章 結論…………………………………………………………………60
參考文獻……………………………………………………………………63
表目錄
表1.1 各種振動量測方法的特徵…………………………………………4
表1.2 各種CMP中量測方法的特徵…………………………………………6
表4.1雷射位移計之位移量測評估…………………………………………22
表4.2 不同材質介面實驗之不使用放大器與微型探針放大器之誤差比較…59
表5.1各種不同放大器性能之比較………………………………………60
圖目錄
圖3.1 雷射位移計量測原理……………………………………………………12
圖3.2 雷射位移計之量測範圍及解析度…………………………………12
圖3.3 基本量測系統之配置慨念圖[32]…………………………………14
圖3.4 CMP機台振動檢測實驗[32]………………………………………15
圖4.1 砂輪機馬達靜止時之頻譜…………………………………………17
圖4.2 砂輪機馬達運轉時之頻譜…………………………………………17
圖4.3為砂輪機馬達從0秒至1250秒的頻譜圖……………………………18
圖4.4 擷取51Hz之時域位準變化情況……………………………………18
圖4.5 評估雷射位移計的量測精度之配置圖……………………………19
圖4.6 花崗岩平台上量測厚薄規之數值…………………………………20
圖4.7 評估雷射位移計的量測精度之配置圖(增加一精密塊規)……20
圖4.8花崗岩平台上量測位於精密塊規上方之厚薄規之數值……………21
圖4.9 靜態量測配置圖……………………………………………………23
圖4.10 本實驗室之靜態振動位移圖………………………………………23
圖4.11 本實驗室在有干擾時之振動位移圖………………………………24
圖4.12 CMP模擬機台之平坦化實驗配置圖………………………………25
圖4.13微型探針放大機構圖………………………………………………26
圖4.14使用微型探針放大器之平坦化實驗配置圖………………………26
圖4.15使用質簧共振放大器之平坦化實驗配置圖………………………27
圖4.16 質簧共振放大器之示意圖………………………………………28
圖4.18 慣性力圖與外力平衡圖……………………………………………28
圖4.19 使用鋼線共振放大器之平坦化實驗配置圖………………………31
圖4.20 鋼線共振放大器之振動系統圖……………………………………31
圖4.21 不使用放大器所量測之頻譜圖……………………………………34
圖4.22 使用微型探針放大器所量測之平坦化頻譜圖……………………35
圖4.23 使用質簧共振放大器所量測之平坦化頻譜圖……………………35
圖4.24 使用鋼線共振放大器所量測之平坦化頻譜圖……………………36
圖4.25四種放大器機制所量測之平坦化頻譜圖之比較…………………36
圖4.26 平坦化實驗時CMP模擬機台底座之振動頻譜圖…………………37
圖4.27平坦化實驗之頻譜位準積分值隨時間變化走勢圖之組成………38
圖4.28坦化實驗之製成終點之評估………………………………………39
圖4.29不使用放大器之平坦化實驗11次之分佈圖………………………40
圖4.30不使用放大器之平坦化實驗11次之常態分佈圖…………………40
圖4.31 不使用放大器平坦化實驗頻譜位準積分值隨時間變化走勢圖…41
圖4.32 微型探針放大器平坦化實驗頻譜位準積分隨時間變化走勢圖…42
圖4.33 質簧共振放大器平坦化實驗頻譜位準積分值隨時間變化走勢圖…42
圖4.34 鋼線共振放大器平坦化實驗頻譜位準積分值隨時間變化走勢圖…43
圖4.35砂紙表面粗糙度隨時間之變化圖…………………………………43
圖4.36 平坦化實驗之位移圖……………………………………………44
圖4.37 模擬晶圓示意圖…………………………………………………45
圖4.38深度為0.35mm模擬晶圓之研磨不同材質之頻率積分時域圖…46
圖4.39 CMP模擬機台之層與層不同材質實驗配置圖……………………47
圖4.40使用微型探針放大器之層與層不同材質實驗配置圖……………47
圖4.41使用質簧共振放大器之層與層不同材質實驗配置圖……………48
圖4.42使用鋼線共振放大器之層與層不同材質實驗配置圖……………50
圖4.43不使用放大器研磨層與層不同材質之頻譜圖……………………52
圖4.44使用微型探針放大器研磨層與層不同材質之頻譜圖……………52
圖4.45 使用質簧共振放大器研磨層與層不同材質之頻譜圖……………53
圖4.46 使用鋼線共振放大器研磨層與層不同材質之頻譜圖……………53
圖4.47 四種放大器所量測研磨層與層不同材質之頻譜圖最大值之比較…54
圖4.48 不使用放大器研磨層與層不同材質之頻率積分圖(深度0.40mm).55
圖4.49 不使用放大器研磨層與層不同材質之頻率積分圖(深度0.60mm).56
圖4.50 不使用放大器研磨層與層不同材質之頻率積分圖(深度0.80mm).56
圖4.51 微型探針放大器研磨不同材質之頻率積分圖(深度0.40mm)…57
圖4.52 微型探針放大器研磨不同材質之頻率積分圖(深度0.60mm)…57
圖4.53 微型探針放大器研磨不同材質之頻率積分圖(深度0.80mm)…58
圖4.54 模擬晶圓之壓克力移除速率………………………………………58
1.福富康志、宮崎將哉 著,翁和傑 譯,「精密加工及其量測相關防振技術」,機械月刊,第二十三卷,第九期,第338~343頁,民國86年。
2.陳興,「振動量測」,機械月刊,第二十一卷,第十一期,第184~202頁,民國84年。
3.李志強,「高科技設施的振動控制設計」,機械月刊,第十七卷,第五期,第110~118頁,民國80年。
4.楊義雄 譯,「最近振動控制技術之特徵及微振動控制技術之展望」,機械月刊,第十七卷,第五期,第128~135頁,民國80年。
5.Y.Altintas, S. Engin, “Generalized Modeling of Mechanics and Dynamics of Milling Cutters”, Annals of the CIRP, Vol.50/1, pp.25-30, 2001
6.林世傑 譯,「利用聲射簡化產業機械之狀況監測」,機械月刊,第二十五卷,第四期,第350~354頁,民國88年。
7.T. I. EL-WARDANY, D. GAO and M. A. ELBESTAWI, “Tool condition monitoring in drilling using vibration signature analysis” Int. J. Mach. Tools Manufact, Vol.36, No.6, pp.687-711, 1996.
8.Igor A. Sokolov, “Adaptive photodetectors:novel approach for vibration measurements”, Measurement 27(2000)13~19
9.Oleg Ryabov, Kazuo Mori, Nagayoshi Kasashima, “Laser displacement meter application for milling diagnostics”, Optics and Laser in Engineering 30(1998)251~263
10.Thomas Bibby and Karey Holland,“Endpoint Detection for CMP”, Electronic Materials, Vol.27, No.10, pp.1073-1081, 1998.
11.莊達人,「VLSI製造技術」,高立出版社,民國84年。
12.王建榮,林必宨,林慶福,「半導體平坦化CMP技術」,全華出版社,民國89年。
13.涂志中,「晶圓化學機械研磨性能測試研究分析」,國立成功大學機械工程研究所碩士學位論文,民國87年。
14. M. Fayolle, E. Sicurani, and Y. Morand,“W CMP process integration: Consumables evaluation - electrical results and end point detection”,Microelectronic Engineering, Vol.37-38, pp. 347-352, 1997.
15. Trung T. Doan, et al., US Patent #5,738,562, Apr. 14, 1998.
16. Bih-Tiao Lin and S.-N. Lee,“An Effective End Point Detector on Oxide CMP by Motor Current”,IEEE/SEMI Advanced Semiconductor Manufacturing Conference and Workshop, pp.295-298, 1999.
17. Michel A Leach, et al., US Patent #5,242,524, Sep. 7, 1993.
18. Sadebiro Kishii, Yoshihiro Arimolo, US Patent #5,624,300, Apr. 29, 1997.
19. J. P. Elliott, M. Fallon, A. J. Walton, J. T. M. Stevenson, A. O’Hara, and A. M. Gundlach,“An Electrical Test Structure for the Measurement of Planarization”,Semiconductor Manufacturing, Vol.10, No.2, pp.242-249, 1997.
20. C. W. Kaanta and M. A. Leach,“In stiu conductivity monitoring technique for Chemical-Mehanical Planarization endpoint detection”, 1998, U.S. Parent #4,793,895.
21. Gurtej Singh Sandhu, US Patent #5,663,797, Sep. 2, 1997.
22. Yang Pan, US Patent #5,667,424, Sep. 16, 1997.
23. S. J. Fang, A. Barda, T. Janecko, W. Little, D. Outley, G. Hempel, S. Joshi, B. Morrison, G. B. Shinn, and M. Birang,“Control of Dielectric Chemical Mechanical Polishing(CMP)Using an Interferometry Based Endpoint Sensor”,Interconnect Technology Conference Proceedings of the IEEE 1998 International, pp.76-78, 1998.
24. A. Fukuroda, K. Nakamura, and Y. Arimoto,“In Situ CMP Monitoring Technique for Multi-Layer Interconnection”,Electron Devices Meeting, pp.469-472, 1995.
25. T. Kojima, M. Miyajima, F. Akaboshi, T. Yogo, and S. Ishimoto, “Practical use of CMP Process Monitor in Cu Polishing”, Semiconductor Manufacturing Conference Proceedings, pp.187-190, 1999.
26. T. Kojima, M. Miyajima, F. Akaboshi, T. Yogo, S. Ishimoto, and A. Okuda,“Application of CMP process monitor to Cu polishing”, Semiconductor Manufacturing, Vol.13, pp.293-299, 2000.
27. 謝華隸,「振動量測技術及其應用」,機械月刊,第二十卷,第十二期,第229~236頁,民國83年。
28. 黃少琦,「用個人電腦作機械振動頻譜量測及監測」,機械月刊,第二十卷,第七期,第233~237頁,民國83年。
29. 姜建國,曹建中,高玉明,「信號與系統分析基礎」,全華出版社,民國88年。
30. 曾建誠,陳常侃,王鵬華,丁建均 編譯,「離散時間訊號處理 第二版」,全華出版社,民國89年。
31. 鄭璧瑩,盧威仁,「CMP製程終點檢測系統之研究與應用」,中華民國機構與機器原理學術研討會論文集,民國90年。
32. 鄭璧瑩,「精密量測系統創新設計備忘錄 2000」,國立交通大學機械工程學系,2001。
33. 王栢村 編著,「振動學」,全華出版社,民國90年。
34. Mott, Robert L.著,黃仁明 編譯,「機械元件設計」,全華出版社,民國80年。
35. 葉榮鵬 編著,吳聯樹 校閱,「品質管制」,高立圖書有限公司,民國86年。
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