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研究生:廖啟宏
研究生(外文):Chi-Hong Liao
論文名稱:搖臂式修整於拋光墊之平坦度與接觸面積分析化學機械拋光影響研究
論文名稱(外文):Analysis on Pad Uniformity and Contact Area by Swing-arm Dressing for Effects of Chemical Mechanical Planarization/Polishing
指導教授:陳炤彰陳炤彰引用關係
指導教授(外文):Chao-Chang Chen
口試委員:鄭逸琳周大鑫莊程媐蔡明義
口試委員(外文):Yi-Lin ZhengDa-Xin ZhouCheng-Xi ZhuangMing-Yi Cai
口試日期:2023-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
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:2023
畢業學年度:111
語文別:中文
論文頁數:120
中文關鍵詞:化學機械拋光搖臂式修整接觸面積模擬修整指標
外文關鍵詞:Chemical mechanical polishingSwing-arm dressingContact areaSimulationDressing index
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本研究為探討搖臂式修整後拋光墊接觸面積對於CMP的影響,首先建立量測接觸面積之方法,接著探討修整與接觸面積之間的關係,利用拋光墊的粗糙度、承載面積比與接觸面積進行相關性分析,因為粗糙度與承載面積比經常是用來分析修整後拋光墊的性能指標,最後進入化學機械拋光以探討接觸面積的影響。首先接觸面積的量測方法是利用PCA-OD (Pad contact area-observation device)的玻璃晶圓對切下的拋光墊方塊表面下壓,配合雷射共軛焦顯微鏡掃描受壓時的拋光墊表面形貌以計算接觸面積。利用重疊點模擬程式模擬修整參數並利用網目分析法進行拋光墊方塊的取樣,建立修整與接觸面積之間的關係,從趨勢中顯示接觸面積值會隨著修整重疊點數的增加而趨於穩定、收斂,在ICSU-G拋光墊中顯示重疊點數大於7006,接觸面積值會達到穩定的趨勢。在相關性分析當中,ICSU-G與ICSU-GP這兩款有表面特徵的拋光墊中,Ssk、Svk對於接觸面積值呈現高度相關,應用於後續分析拋光墊表面時,當作接觸面積的評估指標。另外為了改善拋光墊在修整後的均勻度,利用面修整模擬程式配合重疊面非均勻度與重疊面變異係數指標,優化搖臂式修整的角速度,最後優化的角速度組合為1, 8, 2, 8, 7 degrees/s,優化後參數進行驗證實驗,實驗結果顯示修整區域中最大溝槽落差不超過5μm。40x40 mm2 oxide CMP,ICSU-GP的拋光結果中有較佳的晶圓非均勻度,由於修整後的接觸面積趨勢會大於ICSU-G,接著進行12-inch Oxide CMP,結果顯示優化修整秒數的C-1組也有較好的接觸面積與晶圓非均勻度。
This study aims to investigate the impact of the contact area of swing-arm dressing pad on chemical mechanical polishing/planarization (CMP). A method for measuring the contact area has been established. The measurement method for the contact area involves applying pressure on the surface of subjected coupons of dressing pad, which is obtained by PCA-OD (Pad contact area-observation device). Contact area is calculated by scanning surface of the compressed dressing pad using a laser confocal microscope. Simulation programs for overlap points are used to simulate dressing parameters and mesh analysis is employed to sample the dressing pad coupons, thereby establishing the relationship between diamond dressing process and contact area. The trends indicate that the contact area values tend to stabilize and converge as the number of overlap points of dressing process increases. In the case of ICSU-G polishing pad, contact area values stabilize when the number of overlap points exceeds 7006. In the correlation analysis, ICSU-G and ICSU-GP pads show a high correlation between Ssk and Svk values and the contact area. The angular velocity of swing-arm dressing is optimized, and the resulting optimized combination of angular velocities is 1, 8, 2, 8, 7 degrees/s. Results of validated experiment using the optimized parameters showed that the maximum groove depth difference within the dressing region didn’t exceed 5 μm. In the 40x40 mm2 of blanket coupon wafer Oxide CMP, polishing results with ICSU-GP pad exhibit better wafer non-uniformity. Subsequently, in the 12-inch oxide CMP, results show that the C-1 which has optimized dressing duration, exhibits better contact area and oxide wafer non-uniformity.
摘要
Abstract
致謝
目錄
圖目錄
表目錄
符號表
第1章 緒論
1.1 研究背景
1.2 研究目的與方法
1.3 論文架構
第2章 文獻回顧
2.1 拋光墊相關文獻
2.2 鑽石修整器相關文獻
2.3 拋光墊修整模擬相關文獻
2.4 接觸面積與CMP相關文獻
2.5 歷屆PML修整相關文獻
2.6 文獻回顧總結
第3章 模擬程式與接觸面積
3.1 拋光墊修整機制
3.1.1 鑽石壓痕模型與修整深度分析
3.1.2 修整犁削比
3.1.3 鑽石軌跡重疊點原理
3.2 拋光墊表面承載面積比
3.3 接觸面積量測原理
3.4 修整搖臂角速度優化及重疊面原理
3.4.1 搖臂運動方程式
3.4.2 重疊面原理與面軌跡模擬程式
3.4.3 重疊面指標與優化方式
3.4.4 拋光墊與搖臂式修整碟之相對速度計算
第4章 搖臂式修整之角速度優化與接觸面積之相關性分析
4.1 實驗設備與耗材
4.1.1 拋光機台
4.1.2 搖臂修整系統
4.1.3 DPMS量測系統
4.1.4 PYRADIA鑽石修整器
4.1.5 鑽石砂紙
4.1.6 OLYMPUS雷射共軛焦顯微鏡
4.1.7 PCA-OD
4.1.8 ICSU拋光墊
4.1.9 ILD-3225拋光液
4.1.10 晶圓
4.2 量測儀器
4.3 搖臂式修整之角速度優化
4.4 實驗規劃
4.5 拋光墊接觸面積與承載面積比之相關性分析 (Exp. A)
4.5.1 重疊點模擬與取樣方式
4.5.2 ICSU-null接觸面積分析結果
4.5.3 ICSU-G接觸面積分析結果
4.5.4 ICSU-GP接觸面積分析結果
4.5.5 綜合分析
4.5.6 粗糙度與承載面積比對於CA之相關性分析
4.5.7 接觸面積分析並訂定修整時間
第5章 修整參數驗證與接觸面積對CMP之影響研究
5.1 驗證面修整模擬之角速度優化參數 (Exp. B)
5.1.1 面修整模擬結果
5.1.2 修整實驗與修整結果
5.2 接觸面積對於CMP之影響性 (Exp. C)
5.2.1 40x40 mm2 oxide CMP
5.2.2 12-inch oxide CMP
5.3 綜合結果與討論
第6章 結論與建議
6.1 結論
6.2 建議
參考文獻
附錄A 橢圓偏光儀量測
附錄B ICSU拋光墊特徵尺寸
附錄C 接觸面積量測數據
作者簡介
[1] 蕭宏, 半導體製程技術導論. 全華圖書股份有限公司, 2014.
[2] 薛慶堂, 化學機械拋光之拋光墊性能分析與平坦化加工研究. 碩士論文, 機械工程系, 國立臺灣科技大學, 2011.
[3] 黃星豪, 藍寶石晶圓拋光加工之摩擦力與拋光墊機械性質分析研究. 碩士論文, 機械工程系, 國立臺灣科技大學, 2013.
[4] 陳鈺庭, 拋光墊修整磨合期對銅膜晶圓化學機械拋光影響研究. 碩士論文, 機械工程系, 國立臺灣科技大學, 2014.
[5] 溫禪儒, 單晶矽與藍寶石晶圓化學機械平坦化之拋光墊有效壽命指標分析研究. 碩士論文, 機械工程系, 國立臺灣科技大學, 2014.
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[10] 李梓豪, 交叉多角度單顆鑽石修整軟韌彈性墊之研究. 碩士論文, 機械工程系, 國立臺灣科技大學, 2018.
[11] 王澤源, 多顆鑽石修整軌跡於軟韌性聚氨酯拋光墊之模擬分析研究. 碩士論文, 機械工程系, 國立臺灣科技大學, 2019.
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[13] 楊賴友, 多顆鑽石修整軌跡於軟韌性聚氨酯拋光墊之模擬分析研究. 碩士論文, 機械工程系, 國立臺灣科技大學, 2021.
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[22] Quoc-Phong Pham and Chao-Chang Chen. Study on pad cutting rate and surface roughness in diamond dressing process. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2017. 18(12): p. 1683-1691.
[23] ISO 25178-2:2012 Geometrical Product Specifications (GPS) -124 Surface texture: Areal, Part1: Terms, definitions and surface texture parameters.
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