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研究生:鄭子浩
研究生(外文):Tzu How Cheng
論文名稱:應用多變數批次間控制於化學機械研磨中的淺溝槽絕緣製程
論文名稱(外文):Application of Multivariable Run-to-run Control for Shallow Trench Isolation Process of Chemical Mechanical Polishing
指導教授:王國彬
指導教授(外文):G.B. Wang
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
論文頁數:82
中文關鍵詞:多變數批次間控制化學機械研磨淺溝槽絕緣製程
外文關鍵詞:Multivariable Run-to-run ControlChemical Mechanical PolishingShallow Trench Isolation ProcessSTIDEWMACMP
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摘 要
半導體製造業在世界上迅速地形成主要的工業,其成功的原因在於供給最新的化學和物理上的技術,使得其不斷的進步。化學機械研磨(CMP)是積體電路平坦化的關鍵技術,於化學機械研磨製程中,有許多變數影響製程的穩定性,因此如何有效地減少或者消除變化是重要的議題。
本研究應用多變數控制策略來預測淺溝槽絕緣製程中的關鍵變數,結果顯示,適當地調整配方輸入能有效克服未知的擾動現象;應用雙重EWMA控制器來調諧過度研磨時間和區域壓力,使得氮化物與氧化物均勻度均能有效地保持於目標值。
Abstract
The semiconductor manufacturing industry is arguably the fastest evolving major industry in the world. Success in the industry requires constant attention to the state of the art in process tool, process chemistries and physics, and technicians for processing and process improvement. The chemical mechanical polishing (CMP) is the key technology for global planarization at integrated circuit. In CMP process, lots of factors result in process variations. Therefore, how to effectively decrease or eliminate the variation sources is an important issue.
This study uses the multivariable control strategy to predict the key variables of the STI CMP process. The empirical parameters of the mechanical mechanism are considered in the projects. The results show that the suitable recipe inputs are provided to overcome the unknown disturbances. One can use the modified double EWMA control to adjust over polishing time and zone pressures, to make the nitride thickness and oxide film uniformity achieve the corresponding process targets.
目錄
摘要………………………………………………………………………i
Abstract…………………………………………… …………………………ii
目錄……………………………………………………………………iii
附圖目錄……………………………………………… …………………… vi
附表目錄……………………………………………………………………… x
1緒論……………………………………………… ……………………1
1.1前言………………………………… …………………………1
1.2文獻回顧………………………………… ……………………2
1.3研究動機………………………………………………………5
1.4組織章節………………………………………………………7
2化學機械研磨介紹………………………………………………………8
2.1前言……………………………………………………………8
2.2 CMP設備簡介…………………………………………………9
2.2.1 EBARA設備簡介………………………………………9
2.2.2 Applied設備簡介………………………………………11
2.3 CMP製程原理……………………………………………… 13
2.3.1 CMP的研磨機構……………………………………… 14
2.3.2 CMP的應用與優點…………………………………… 16
2.3.3 CMP的終點偵測系統…………………………………… 19
2.3.4 CMP的研磨漿液………………………………………… 21
2.3.5 CMP的耗材……………………………………………… 22
2.3.6 CMP的製程參數………………………………………… 25
2.3.7 CMP的缺陷……………………………………………… 26
3批次間控制器的基本原理與概念 ………………………………… 28
3.1前言…………………………………………………………… 28
3.2 Single EWMA控制器的原理………… ……………………29
3.3 dEWMA控制器的原理………………………………………34
3.4 多變數dEWMA RtR控制器的原理…………………………38
4多變數批次間控制應用成效……………………………………… 42
4.1前言… ………………………………………………………… 42
4.2 STI製程的輸入與輸出變數說明………………………… … 43
4.3多變數dEWMA RtR應用結果… …………………………… 44
4.3.1氮化物與過度研磨時間的應用結果…………………… 45
4.3.2 Center膜厚與各區域壓力的應用結果………………… 47
4.3.3 Edge膜厚與各區域壓力的應用結果…………………… 53
4.4多變數dEWMA RtR應用討論… …………………………… 59
5結論與未來展望…………………………………………………… …62
5.1結論…………………………………………………………… 62
5.2未來展望……………………………………………………… 63
參考文獻……………………………………………………… …………64

附圖目錄
圖1.1 批次間控制示意圖(Del Castillo,2002)…………………………3
圖2.1 EBARA機台…………………………………………………… 10
圖2.2 EBARA機台研磨頭的剖面圖…………………………………10
圖2.3 Applied機台…………………………………………………… 12
圖2.4 Applied機台的剖面圖及影響的範圍…………………………12
圖2.5 CMP於CMOS的應用…………………………………………13
圖2.6 CMP機台的研磨機制………………………………………… 14
圖2.7 高壓力的突出部分……………………………………………15
圖2.8 腐蝕化………………………………………………………… 16
圖2.9 碟型化………………………………………………………… 16
圖2.10 過度曝光和顯影………………………………………………17
圖2.11 CMP製程的種類………………………………………………17
圖2.12 CMP應用於半導體製程……………………………………… 18
圖2.13 TCM於W製程……………………………………………… 19
圖2.14 ECM於W製程……………………………………………… 20
圖2.15 ISRM於IMD製程……………………………………………20
圖2.16 SiO2的顆粒…………………………………………………… 21
圖2.17 研磨墊表面照片…………………………………………………… 23
圖2.18 研磨墊的SEM照片…………………………………………………23
圖2.19 鑚石研磨頭…………………………………………………………24
圖2.20 移除率的變化………………………………………………………24
圖2.21 滾輪海綿刷機構…………………………………………………… 25
圖2.22 CMP的缺陷…………………………………………………………27
圖3.1 Single EWMA控制器示意圖(Del Castillo,2002)…………… 31
圖3.2 dEWMA控制器示意圖(Del Castillo,2002)…………………… 36
圖4.1 STI CMP研磨示意圖…………………………………………… 44
圖4.2氮化物移除膜厚與批次片數(於+0.3Å氮化物膜厚擾動下)……45
圖4.3 過度研磨時間與批次片數(於+0.3Å氮化物膜厚擾動下)………45
圖4.4 氮化物移除膜厚與批次片數(於-3Å氮化物膜厚擾動下)………46
圖4.5 過度研磨時間與批次片數(於-3Å氮化物膜厚擾動下)…………46
圖4.6 Center膜厚與批次片數(於+10Å Center氧化物膜厚擾動下)…...47
圖4.7 Center壓力與批次片數(於+10Å Center氧化物膜厚擾動下)…...47
圖4.8 Ripple壓力與批次片數(於+10Å Center氧化物膜厚擾動下)…...47
圖4.9 Outer壓力與批次片數(於+10Å Center氧化物膜厚擾動下)…...48
圖4.10 Edge壓力與批次片數(於+10Å Center氧化物膜厚擾動下)…...48
圖4.11各區域壓力的差值與移除率的變化(於+10Å Center氧化物膜厚擾動下) …………………………………………………………49
圖4.12 Center膜厚與批次片數(於-10Å Center氧化物膜厚擾動下)…..50
圖4.13 Center壓力與批次片數(於-10Å Center氧化物膜厚擾動下)…..50
圖4.14 Ripple壓力與批次片數(於-10Å Center氧化物膜厚擾動下)…..51
圖4.15 Outer 壓力與批次片數(於-10Å Center氧化物膜厚擾動下)…..51
圖4.16 Edge壓力與批次片數(於-10Å Center氧化物膜厚擾動下)…..51
圖4.17各區域壓力的差值與移除率的變化(於-10Å Center氧化物膜厚擾動下)……………………………………………………………52
圖4.18 Edge膜厚與批次片數(於+10Å Edge氧化物膜厚擾動下)……..53
圖4.19 Center壓力與批次片數(於+10Å Edge氧化物膜厚擾動下)…..53
圖4.20 Ripple壓力與批次片數(於+10Å Edge氧化物膜厚擾動下)….. .54
圖4.21 Outer壓力與批次片數(於+10Å Edge氧化物膜厚擾動下)….. .54
圖4.22 Edge壓力與批次片數(於+10Å Edge氧化物膜厚擾動下)….. .54
圖4.23 各區域壓力的差值與移除率的變化(於+10Å Edge氧化物膜厚擾動下)……………………………………………………………55
圖4.24 Edge膜厚與批次片數(於-10Å Edge氧化物膜厚擾動下)….. .56
圖4.25 Center壓力與批次片數(於-10Å Edge氧化物膜厚擾動下)….. .56
圖4.26 Ripple壓力與批次片數(於-10Å Edge氧化物膜厚擾動下)….. .57
圖4.27 Outer壓力與批次片數(於-10Å Edge氧化物膜厚擾動下)….. .57
圖4.28 Edge壓力與批次片數(於-10Å Edge氧化物膜厚擾動下)….. .57
圖4.29各區域壓力的差值與移除率的變化(於-10Å Edge氧化物膜厚擾動下)………………………………………………………………58
圖4.30 研磨時間與研磨墊使用時間………………………………… 59
圖4.31 研磨墊表面的粗糙度………………………………………… 59
圖4.32 氧化物膜厚與研磨墊使用時間……………………………… 60
圖4.33 Cente壓力與研磨墊使用時間……………………………… 60
圖4.34 Ripple壓力與研磨墊使用時間……………………………… 61
圖4.35 Outer壓力與研磨墊使用時間……………………………… 61
圖4.36 Edge壓力與研磨墊使用時間………………………………… 61

附表目錄
表2.1 Applied與EBARA機台的比較………………………………9
表2.2 EBARA機台研磨頭的壓力控制區域…………………………10
表2.3 EBARA機台200mm與300mm研磨頭的比較………………11
表2.4 CMP的製程參數…………………………………………………26
參考文獻
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