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研究生:洪珮文
論文名稱:化學機械研磨中鑽石修整器修整特性之研究
指導教授:廖運炫
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學研究所
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:60
中文關鍵詞:化學機械研磨研磨墊鑽石修整器鑽石修整器設計參數研磨墊除率數學模式
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隨著半導體製造日趨積層化以及微細化,化學機械研磨成為目前最被廣為採用的全面平坦化技術。在化學機械研磨製程中,研磨墊表面經過一段時間的使用後,其上的孔洞會被雜質填塞,造成研磨特性變差,進而使得晶圓移除率降低。為了解決上述問題,需以鑽石修整器適時地修整研磨墊,使研磨墊上的孔洞再現,恢復研磨墊的研磨能力。
在化學機械研磨的領域當中,鑽石修整器是影響整個製程穩定性以及成本高低的重要關鍵,本研究的目的在於探討鑽石修整器設計參數,包括:鑽石排列間距、鑽石等高度以及金屬圓板平坦度在修整過程中對研磨墊移除率的影響,希望獲得適當且穩定的研磨墊移除率。實驗結果顯示:1. 鑽石間距700μm的鑽石修整器,其研磨墊移除率比500μm的來得高2. 鑽石等高度佳(鑽石高度為常態分佈)之鑽石修整器能提供穩定的研磨墊移除率3. 金屬圓板中凸變形之鑽石修整器能提供穩定且值更高的研磨墊移除率。
此外,本研究針對實驗數據進行迴歸分析,獲得研磨墊移除率數學模式,將其應用在化學機械研磨之製程控制上可掌握研磨墊移除率隨時間變化的情形,進而作為產能以及製程穩定的參考。
目 錄
誌謝………………………………………………………………………一
中文摘要…………………………………………………………………二
英文摘要…..……………..………………………………………………三
目錄………………………………………………………………………五
表目錄……………………………………………………………………八
圖目錄……………………………………………………………………九
符號說明………………………………………………………………十二
第一章 緒論
1.1 引言……………………………………………………………. 1
1.2 文獻回顧………………………………………………………. 3
1.3 研究目的………………………………………………………. 5
1.4 本文結構………………………………………………………..7
第二章 化學機械研磨與鑽石修整器
2.1 平坦化方法與化學機械研磨…………………………………..8
2.2 化學機械研磨簡介……………………………………………..9
2.2.1 化學機械研磨之研磨機制…………………………….….. .9
2.2.2 化學機械研磨之應用……………………………………...10
2.2.3 化學機械研磨之研磨要求………………………………...11
2.3 研磨墊之修整…………………………………………………. 13
2.4 鑽石修整器之要求……………………………………………..16
2.5 鑽石修整器之特性與種類……………………………………..17
2.5.1 鑽石種類…………………………………………………. ..17
2.5.2 鑽石固定方式……………………………………………...19
第三章 實驗設備與實驗設計
3.1 實驗設備……………………………………………………….22
3.2 實驗方法……………………………………………………….28
3.3 加工特性量測………………………………………………….29
3.4 實驗流程……………………………………………………….31
第四章 實驗結果與數據分析
4.1 計算分析…….…………………………………………………. 32
4.2 鑽石修整器設計參數對研磨墊移除率的影響………………..34
4.2.1 鑽石排列間距對研磨墊移除率的影響…………………. ..34
4.2.2 鑽石等高度對研磨墊移除率的影響……………………...37
4.2.3 金屬圓板平坦度對研磨墊移除率的影響………………. ..42
4.3 研磨墊移除率的預測與探討…………………………………..44
4.3.1 比切削能…………………………………………………. ..44
4.3.2 研磨墊移除率數學模式之推導…………………………...45
4.3.3 迴歸分析…………………………………………………...48
4.3.4 實驗值與估計值…………………………………………...52
第五章 結論與建議……………………………………………………..55
參考文獻…………………………………………………………………57
作者簡歷…………………………………………………………………60
參 考 文 獻
[1] S. Sivaram, H. Bath, R. Leggett, A. Maury, K. Monnig, R. Tolles, 〝Planarizing Interlevel Dielectrics by Chemical Mechanical Polishing〞, Solid State Technology, Vol. 35 Issue 5, 1992, pp.87-91.
[2] R. Jairath, J. Farkas, C. K. Huang, M. Stell, S. M. Tzeng,〝Chemical Mechanical Polishing:Process Manufacturability〞, Solid State Technology, Vol. 37 Issue 7, 1994, pp.71-75.
[3] J. Coppeta, C. Rogers, V. Manno,〝Pad Effects on Slurry Transport Beneath a Wafer During Polishing〞, Proceedings of CMP-MIC, 1998, pp.36-43.
[4] J. Z. Zheng, V. Huang, M. Toh, C. Tay, F. Chen, B. B. Zhou,〝Optimization of Pad Conditioning for Stable Oxide CMP Process〞, Proceedings of CMP-MIC, 1997, pp.315-321.
[5] R. Baker,〝Pad Conditioning for Next Generation CMP Consumables〞, Proceedings of CMP-MIC, 1998, pp.M1-M10.
[6] R. Baker,〝Conditioning for Removal Rate Stability〞, Proceedings of CMP-MIC, 1997, pp.339-342.
[7] S. H. Lee, H. D. Jeong,〝New Concept of Conditioner for CMP〞, Proceedings of CMP-MIC, 1998, pp.209-215.
[8] J. Sung,Y. L. Pai,〝CMP Pad Dresser:A Diamond Grid Solution〞, Proceedings of the Society of Grinding Engineers, 2000, pp.189-196.
[9] T. Namola, 〝Conditioning Tool Specifications〞, ATI Internal Report, 1998, pp. 9-19.
[10] C. C. Garretson, S. T. Mear, J. P. Rudd, G. Prabhu, T. Osterneld, D. Flynn,〝New Pad Conditioning Disk Design Delivers Excellent Process Performance While Increasing CMP Productivity〞, Proceedings of CMP-MIC , 2000, pp.N1-N5.
[11] G. Prabhu, D. Flynn, S. Kumaraswamy, S. Qamar, T. Namola,〝Pad Life Optimization by Characterization of a Fundamental Pad Disk Interaction Property〞, Proceedings of CMP-MIC, 2000, pp.169-175.
[12] J. Coppeta, L. Racz, C. Rogers, A. Philipossian, F. Kaufman,〝A Statistical Analysis of Key Parameters in Slurry Transport beneath a Wafer during Chemical Mechanical Polishing〞, Proceedings of CMP-MIC, 2000, pp.62-75.
[13] E. Tseng, M. Meng, S. C. Peng,〝Comparison of Various Pad Conditioning Approaches — Simulation, Parameters Evaluation, and Discussion〞, Proceedings of VMIC, 1998, pp.518-520.
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[16] 土肥俊郎等著,半導體平坦化CMP技術,全華科技圖書股份有限公司,89年6月再版。
[17] 莊達人,VLSI製造技術,高立圖書有限公司,1997,pp.425-468。
[18] W. C. O’Mara,〝Planarization by CMP:Forecasting the Future〞, Semiconductor International, Vol. 17 Issue 8, 1994, pp.140-146.
[19] J. M. Steigerwald, S. P. Murarka, R. J. Gutmann, Chemical Mechanical Planarization of Microelectronic Materials, John Wiley & Sons, Inc., 1997.
[20] 宋健民,超硬材料,全華科技圖書股份有限公司,2000年7月。
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