(3.236.175.108) 您好!臺灣時間:2021/03/01 12:53
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:呂尚諭
研究生(外文):Shang-Yu Lu
論文名稱:以邊界元素法和推論式網路建立晶圓表面不均勻度反應之預測模式
論文名稱(外文):A predictive model combining BEM and abductive polynomial network for nonuniformity on wafer surface in CMP
指導教授:邱傳聖邱傳聖引用關係
指導教授(外文):Chuan-Sheng Chiou
口試委員:林有鎰柯文政
口試委員(外文):Yeou-Yih LinWen-Cheng Ke
口試日期:2014-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:機械工程學系
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:163
中文關鍵詞:化學機械研磨推論多項式網路邊界元素維持環不均勻度
外文關鍵詞:CMP(Chemical Mechanical Polishing)abductive polynomial networkBEM(Boundary Element Method)retaining ringnonuniformity
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:8
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
化學機械研磨在積體電路製程中扮演重要的角色,它是在內部連接各層平坦化重要的一環。本文在晶圓和研磨墊轉速相同條件的前提下,推導出晶圓節點相對速度恆為定值。另外,在數學模式架構上,因為節點所受的力為軸對稱分佈,且研磨墊為平整的平面,藉由Brebbia和Dominquez推導之Somigliana恆等式基礎,建構化學機械研磨二維軸對稱準靜態邊界元素模型。以完整黏合和完整接觸兩種模式分析,討論化學機械研磨在無維持環與增加維持環條件下,改變研磨墊厚度、彈性模數與晶圓背壓,探討晶圓與研磨墊的von Mises應力分佈與材料移除率之間的關係,同時推論出晶圓表面之不均勻度。最後由模擬出來的結果,比較由推論多項式網路訓練所得到的應力分佈及不均勻度預測值與實驗量測值,證明晶圓表面不均勻度建立的多項式網路預測模式的可行性。
Chemical mechanical polishing is very important in achieving near-perfect planarity of interconnection and metal layers in ultralarge scale integrated semiconductor devices. In this paper, revolution velocity of the wafer and the pad are assumed to be the same so that at any given point on the wafer surface will be with the constant relative velocity. Then, based on the Somigliana’s identity derived by Brebbia and Dominquez, inferring to the fundamental solutions of displacement and traction will be derived. Thereafter, a two dimensional axisymmetrical quasic-static boundary element model for CMP will be developed two different models will be analyzed: complete glue and complete contact. The relationship between von Mises stress distribution and material removal rate on the wafer and pad will be derived. The effects of the surface stress and nonuniformity with or without the retaining ring, with different polishing pad thickness, elastic modulus and the back pressure on the wafer will be investigated. The comparison between the estimated value from the abductive polynomial network training and the measured value proves that the developed network model possesses a certain degree of feasibility in the study of the nonuniformity of wafer after CMP process.
目錄
摘要 ii
Abstract iv
誌謝 vi
圖目錄 xi
表目錄 xiii
符號說明 xvi
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
第2章 化學機械研磨技術與文獻回顧 4
2.1 化學機械研磨簡介 4
2.2 化學機械研磨機構 5
2.3 化學機械研磨作動原理 6
2.4 文獻回顧 9
第3章 化學機械研磨邊界元素模式 13
3.1 邊界元素法概論 13
3.2 準靜態模型建立 14
3.3 基本解 16
3.3.1位移微分方程(Navier Equation)[22] 16
3.2.2源點解(Kelvin Solution) [22] 16
3.3.3功的互換定理(Betti’s theorem) 17
3.4 二維軸對稱方程式 18
3.4.1軸對稱位勢積分方程式 18
3.4.2軸對稱彈性方程式 20
3.4.5邊界元素法接觸面方程式[21] 22
第4章 晶圓表面von Mises應力分析 26
4.1 晶圓基本假設與邊界條件 26
4.2 晶圓表面von Mises應力分析 26
4.3 實驗驗證 29
第5章 推論多項式網路 31
5.1 推論多項式網路的應用 31
5.2 推論多項式網路設定 38
5.3 晶圓與研磨墊四層接觸分析與結果 41
5.3.1研磨墊四層接觸彈性係數為50psi 42
5.3.2研磨墊四層接觸彈性係數為333psi 45
5.3.3研磨墊四層接觸彈性係數為1000psi 48
5.4晶圓與研磨墊四層黏合分析結果 51
5.4.1研磨墊四層黏合彈性係數為50psi 51
5.4.2研磨墊四層黏合彈性係數為333psi 54
5.4.3研磨墊四層黏合彈性係數為1000psi 57
5.5晶圓與研磨墊五層接觸分析與結果 61
5.5.1研磨墊五層接觸彈性係數為50psi 62
5.5.2研磨墊五層接觸彈性係數為333psi 67
5.5.1研磨墊五層接觸彈性係數為1000psi 72
5.6晶圓與研磨墊五層接觸分析結果 77
5.6.1研磨墊五層黏合彈性係數為50psi 77
5.6.2研磨墊五層黏合彈性係數為333psi 82
5.6.3研磨墊五層黏合彈性係數為1000psi 87
5.7局部載具膜負荷對晶圓表面的不均勻度影響 93
第6章 結論與未來展望 95
6.1 結論 95
6.2 未來展望 96
參考文獻 97
附錄 100


圖目錄
圖2 1化學機械研磨設備示意圖[5] 6
圖2 2化學機械研磨之相對運動示意圖[5] 8
圖3 1化學機械研磨(a)四層和(b)五層二維軸對稱模型 15
圖3 2軸對稱模型[21] 18
圖4 1晶圓表面之von Mises應力分佈圖 28
圖4-2晶圓表面實驗之von Mises應力分佈圖 30
圖4-3化學機械研磨材料移除率實驗數據 30
圖5-1多項式網路節點[22] 34
圖5 2 預測均方誤差關係圖[23] 36
圖5 3 推論多項式網路流程圖 37
圖5-4 四層接觸50psi之不均勻度測試值和預測值 44
圖5-5 四層接觸333psi之不均勻度測試值和預測值 47
圖5-6 四層接觸1000psi之不均勻度測試值和預測值 50
圖5-7 四層黏合50psi之不均勻度測試值和預測值 53
圖5-8 四層黏合333psi之不均勻度測試值和預測值 56
圖5-9 四層黏合1000psi之不均勻度測試值和預測值 59
圖5-10五層接觸50psi之不均勻度測試值和預測值 66
圖5-11五層接觸333psi之不均勻度測試值和預測值 71
圖5-12五層接觸1000psi之不均勻度測試值和預測值 76
圖5-13五層黏合50psi之不均勻度測試值和預測值 81
圖5-14五層黏合333psi之不均勻度測試值和預測值 86
圖5-15五層黏合1000psi之不均勻度測試值和預測值 91
圖5-16局部載具膜負荷之不均勻度測試值和預測值 94


表目錄
表4-1材料性質與幾何尺寸 26
表4-2模擬參數改變值 28
表5-1研磨墊四層接觸彈性係數為50psi模型訓練資料 42
表5-2研磨墊四層接觸彈性係數為50psi測試資料 43
表5-3研磨墊四層接觸彈性係數為50psi預測資料 43
表5-4四層接觸50psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 44
表5-5研磨墊四層接觸彈性係數為333psi模型訓練資料 45
表5-6研磨墊四層接觸彈性係數為333psi測試資料 46
表5-7研磨墊四層接觸彈性係數為333psi預測資料 46
表5-8四層接觸333psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 47
表5-9研磨墊四層接觸彈性係數為1000psi模型訓練資料 48
表5-10研磨墊四層接觸彈性係數為1000psi測試資料 49
表5-11研磨墊四層接觸彈性係數為1000psi預測資料 49
表5-12四層接觸1000psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 50
表5-13研磨墊四層黏合彈性係數為50psi模型訓練資料 51
表5-14研磨墊四層黏合彈性係數為50psi測試資料 52
表5-15研磨墊四層黏合彈性係數為50psi預測資料 52
表5-16四層黏合50psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 53
表5-17研磨墊四層黏合彈性係數為333psi模型訓練資料 54
表5-18研磨墊四層黏合彈性係數為333psi測試資料 55
表5-19研磨墊四層黏合彈性係數為333psi預測資料 55
表5-20四層黏合333psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 56
表5-21研磨墊四層黏合彈性係數為1000psi模型訓練資料 57
表5-22研磨墊四層黏合彈性係數為1000psi測試資料 58
表5-23研磨墊四層黏合彈性係數為1000psi預測資料 58
表5-24四層黏合1000psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 59
表5-25研磨墊五層接觸彈性係數為50psi模型訓練資料 62
表5-26研磨墊五層接觸彈性係數為50psi測試資料 64
表5-27研磨墊五層接觸彈性係數為50psi預測資料 65
表5-28五層接觸50psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 66
表5-29研磨墊五層接觸彈性係數為333psi模型訓練資料 67
表5-30研磨墊五層接觸彈性係數為333psi測試資料 69
表5-31研磨墊五層接觸彈性係數為333psi預測資料 70
表5-32五層接觸333psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 71
表5-33研磨墊五層接觸彈性係數為1000psi模型訓練資料 72
表5-34研磨墊五層接觸彈性係數為1000psi測試資料 74
表5-35研磨墊五層接觸彈性係數為1000psi預測資料 75
表5-36五層接觸1000psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 76
表5-37研磨墊五層黏合彈性係數為50psi模型訓練資料 77
表5-38研磨墊五層黏合彈性係數為50psi測試資料 79
表5-39研磨墊五層黏合彈性係數為50psi預測資料 80
表5-40五層黏合50psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 81
表5-41研磨墊五層黏合彈性係數為333psi模型訓練資料 82
表5-42研磨墊五層黏合彈性係數為333psi測試資料 84
表5-43研磨墊五層黏合彈性係數為333psi預測資料 85
表5-44五層黏合333psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 86
表5-45研磨墊五層黏合彈性係數為1000psi模型訓練資料 87
表5-46研磨墊五層黏合彈性係數為1000psi測試資料 89
表5-47研磨墊五層黏合彈性係數為1000psi預測資料 90
表5-48五層黏合1000psi之不均勻度測試值和預測值之誤差值 91
表5-49局部載具膜負荷訓練資料 93
表5-50局部載具膜負荷測試資料 93
表5-51局部載具膜負荷預測資料 93
表5-52局部載具膜負荷之不均勻度測試值和預測值之誤差值 93
1. 王建榮等編譯,半導體平坦化CMP技術,全華科技圖書股份有限公司(2000)。
2. 宋健民,“CMP 的超越技術-臺灣主導全球半導體製造
的契機 (上) ”,工業材料雜誌253期(2008)。
3. C. Srinivasa-Murthy, D.W., S.P. Beaudoin, T. Bibby, K. Hollan and T. S. Cale,“Stress distribution in chemical-mechanical polishing” ,Thin Solid Film ,308,pp.533–537. (1997).
4. Parshuram B. Zantye, A.K., A.K. Sikder, .“Chemical mechanical planarization for microelectronics applications. ” Materials Science and Engineering, R 45, pp. 89–220. (2004)
5. Y. Y. Lin and S. P. Lo, “A study on the stress and nonuniformity of the wafer surface for the chemical mechanical polishing process,” Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol.22, pp.401-409, (2003).
6. F. Preston, ''Optimization of computer controlled polishing '', Glass Tech,pp.214-219. (1927).
7. Patrick, W.J., W. L. Guthrie, C. L. Standley and P.M.Schiable, “Application of chemical-mechanical polish to the fabrication of VLSI circuitinter connections,” J Electrochem Soc, 138(6), pp. 1778-1784, (1991).
8. 陳俊甫,化學機械研磨晶圓承載器之維持環與背壓對晶圓應力分佈之影響,國立臺灣科技大學碩士論文,(2000) 。
9. D. Wang, J.L., K. Holland, T. Bibby, S. Beaudoin, T. Cale, ''von Mises stress in chemical–mechanical polishing processes,'' J. Electrochem. Soc., 144 (3), pp.1122–1127,(1997).
10. Ian Hu, Tian-Shiang Yang, Kuo-Shen Chen, ''Synergetic effects of wafer rigidity and retaining-ring parameters on contact stress uniformity in chemical mechanical planarization,'' Int J Adv Manuf. Tech, pp. 1–8, (2011).
11. Runnels, S.R. and P. Renteln,Modeling the effect of polish pad deformation on wafer surface stress distributions during chemial-mechanical polishing,Dielectric Sci. Technol., pp.110-121. (1993).
12. S.R. Runnels, L.M.E., ''Tribology analysis of chemical mechanical polishing,'' J Electrochem Soc, 141 (6), pp.1698–1701, (1994).
13. Warnock, J., ''A 2D processmodel for CMP planarization,'' J. Electrochem. Soc. , 138 (8), pp.2398–2402,(1991).
14. Baker, A.R., ''The origin of the edge effects in CMP,'' J Electrochem Soc, 96(22) , pp.228–237.
15. Tseng, W.T., ''Machine-related wafer pressure distribution and its influence on chemical–mechanical polishing process,'' The Electro chemical Society Proceedings, (1998)
16. Ahmadi, G., "A model for mechanical wear and abrasive particle adhesionduring the chemical-mechanical polishing process,"
J Electrochem Soc, 148 (3), pp. 99–109, (2001).
17. 林有鎰、李文喜,應用推論多項式網路於鑽腹磨耗之預測,德霖學報,第16卷,頁89-100,(2002)。
18. 林有鎰、羅仕鵬,GMAW製程之推論式網路預測模式,德霖學報,第16卷,頁101-111,(2002)。
19. 林維新,CBN刀具使用於硬化模具鋼材高速切削之研究中國機械工程學刊,pp.643-647,(2005)。
20. 陳宏明,結合多項式網路與基因演算法於按鍵橡膠彈片外型尺寸最佳化設計,大同大學機械工程研究所碩士論文,(2006) .
21. A.A.Becker , The Boundary Element Method in Engineering A complete course McGraw-Hill Book Company(UK). (1992) .
22. A. G. Ivakhnenko, Polynomial theory of complex system, IEEE Trans. Syst. Man. Cyber., vol.1, no.4, pp.364-368, (1971).
23. Barron, A.R., Predicted square error: a criterion for automatic
model selection. In: Farlow, S.J. (Ed.), Self-Organizing Methods in
Modeling: GMDH Type Algorithm. Marcel Dekker, New York.(1984).
24. 鄺國能,工程實用邊界單元法,中國鐵道出版社,(1989)。
25. Y. Y. Lin and S. P. Lo, “A Study of a finite element model for chemical mechanical polishing process,” Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol.23, pp.644-650,( 2004).
26. S. P. Lo, Y. Y. Lin and J. C. Huang, Analysis of retaining ring using finite element simulation in chemical mechanical polishing process, Int. J. Computer Applications in Technology, Vol.26, No.4, (2006).
27. Y. Y. Lin , Analysis of retaining ring using finite element simulation in chemical mechanical polishing process, Int J Adv Manuf Technol, 34, pp.547–555,( 2007).
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔