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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:謝勝在
研究生(外文):Sheng-Tsai Hsieh
論文名稱:大尺寸晶圓之化學機械研磨實驗研究
論文名稱(外文):A General Optimization for Slurry Injection During Chemical Mechanical Polishing
指導教授:周 復 初
指導教授(外文):Fu-Chu Chou
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:機械工程研究所
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:50
中文關鍵詞:化學機械研磨研磨液晶圓
外文關鍵詞:SlurryChemical Mechanical PolishingWafer.
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摘要
化學機械研磨簡稱CMP,是現在唯一能夠提供VLSI製程全面平坦化的技術。這項平坦化技術的原理是利用類似磨刀這種機械式研磨,配合適當的化學助劑,把晶片表面上沉積層突出的輪廓加以磨平,以提供下一層電路一個平坦的表面。化學原理與機械原理都提供平坦化的效用,本篇論文著重在機械研磨機制的討論。在晶圓與研磨墊之間的研磨液之流體行為是機械研磨的主要機制,本篇論文以一CMP流場模擬機,採用灰階度方法將CCD影像圖由影像擷取軟體處理,使用這種技術可估算出進入晶圓與研磨墊間之研磨液的量與其分布。實驗所得的灰階度與非均勻性有很高的重複性且與實際的移除率與均勻度之趨勢一致,故可以比較簡單的灰階度取代實際的移除率量測。利用這個技術,本篇論文提出大尺寸晶圓之化學機械研磨研磨液最佳化注入研究。實驗顯示12吋晶圓之研磨液最佳注入位置為IP<30%。最佳注入量在低轉速下建議使用注入量Q=100-150 ml/min,而在高轉速下建議使用Q>200 ml/min的流量。此外亦研究改變晶圓與研磨墊中心距離對灰階度與非均勻性的影響。實驗數據顯示,晶圓邊緣跨越研磨墊中心距離時,可藉著提高研磨墊轉速而達到與未跨中心相近的移除率,但是跨越中心會影響研磨液的傳遞效率。因此建議跨越中心距離Rwe<3cm有最佳的效果。
A chemical mechanical polishing model is developed In order to understand the general optimization for slurry injection position and injection rate. Slurry injection efficiency is predicted by maximum removal rate and minimum nonuniformity. We measure the mean gray scale (MGS) to replace the removal rate since the stably repeated data of MGS agrees in trend with the removal rate and it is easier measure. The characteristics of the rim of wafer crossing the center of polishing pad is also studied and we can reduce the equipment size to keep the same removal rate with a little influence on the nonuniformity by increase the rotation rate when the rim of wafer crossing the center of pad.
目 錄
目錄Ⅰ
表目錄III
圖目錄 Ⅳ
符號說明Ⅴ
第一章 緒論 1
1.1 化學機械研磨簡介 1
1.2化學機械研磨的幾何原理3
1.3文獻回顧 4
1.3.1 CMP流場模擬 5
1.3.2 CMP流場實驗 6
第二章 化學機械研磨流場模擬實驗裝置及方法 9
2.1實驗設備 9
2.2影像分析方法 10
2.3實驗方法 11
2.4參數設計 12
第三章 結果與討論 14
3.1實驗的重複性與穩定性 14
3.2最佳注入位置與最佳注入量 15
3.3晶圓與研磨墊中心距離對化學機械研磨的影響17
3.4晶圓邊緣跨越研磨墊中心的最佳注入條件 18
第四章 結論 20
參考文獻 22
附表 24
附圖 35
1. T. Izumitani, “Polishing mechanism of optical glasses”, Glass Technology, 12, 131 (1971).2. F. W. Preston, “The theory and design of plate glass polishing machines”, J. Soc. Glass Technology, 11, 214 (1972).3. S. R. Runnels and L. M. Eyman, “Tribology analysis of chemical-mechanical polishing”, J. Electrochem. Soc., 141, 1698 (1994).4. C. W. Liu, B. T. Dai and C. F. Yeh, “Characterization of the chemical-mechanical polishing process based on Nanoindentation measurement of dielectric film”, J. Electrochem. Soc., 142, 3098 (1995).5. D. Wang, J. Lee, K. Holland, T. Bibby, S. Beaudoin, and T. Cale, “Von Mises Stress in Chemical Mechanical Polishing Processes”, J. Electrochem. Soc., 144, 1121 (1997).6. W. T. Tseng, J. H. Chin, and L. C. Kang, “Comparative study on the roles of velocity in the material removal rate during chemical mechanical polishing”, J. Electrochem. Soc., 146, 1952 (1999).7. M. N. Fu and F. C. Chou, “Flow simulation for chemical mechanical planarization”, Jpn. J. Appl. Phys., 38, 4709 (1999).8. I. Ali, R. Sudipto and R. Shinn, “Chemical polishing of interlayer dielectric”, Solid State Technology, 63 (1994).9. J. Coppeta, C. Rogers, A. Philipossian and F. B. Kaufman, “A technique for measuring slurry flow dynamics during chemical mechanical polishing”, Proc. of Material Research Society, 447, 95 (1996).10. J. Coppeta, C. Rogers, A. Philipossian, F. Kaufman and L. Racz, “Pad effects on slurry transport beneath a wafer during polishing”, Third International Chemical Mechanical Polish Planarization for ULSI Multilevel Interconnection Conference, Santa Clara, USA, 36 (1998).11. Z. Stavreva , D. Zeidler, M. Plötner, and K. Drescher, “Chemical mechanical polishing of copper for multilevel metallization”, Appl. Surf. Sci., 91,192 (1995).12. Z. Stavreva, D. Zeidler, M. Plotner, and K. Drescher, “Characteristics in chemical mechanical polishing of copper: comparison of polishing pads”, Appl. Surf. Sci., 108, 39 (1997).13. 蔡明義 蔡志成 蔡明蒔 “應用田口法於晶片化學機械平坦化製程參數之實驗探討” 中國機械工程學會第十六屆全國學術研討會, 新竹市, 國立清華大學, 第五冊, 541, 中華民國八十八年十二月.14. J. Coppeta, C. Rogers, L. Racz, A. Philipossian and F. B. Kaufman, “Investigating slurry transport beneath a wafer during chemical mechanical polishing processes”, J. Electrochem. Soc., 147, 1903 (2000).15. F. C. Chou, M. N. Fu and M. W. Wang, “A general optimization for slurry inject during chemical mechanical planarization”, J. Electrochem. Soc., 147, 3873 (2000).16. A. Modak, P. Monteith and N. Parekh, “Components of within-wafer nonuniformity in a dielectric CMP process.”, Proc. Of CMP-MIC Conference, Santa Cruz, 169 (1997).
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