臺灣博碩士論文加值系統

在深次微米半導體元件的製程，線寬微細化和多重金屬內連線技術愈趨重要，氧化層（Oxide）與金屬層（Metal）的全域性平坦化技術是越來越重要，而化學機械研磨（CMP）是目前唯一可以達到此一目標的製程，但是在這一個重要的製程中，卻存在著一個不穩定的因子－研磨墊，舉凡研磨墊的厚度、硬度、壓縮率、結構、表面花紋、表面粗糙度……等，都會造成研磨結果的改變，再加上修整（pad conditioning）參數的設定亦會對研磨結果造成影響，而本文將針對氧化層的CMP（Oxide-CMP）所使用的研磨墊作一通盤的介紹，並以此來驗証Oxide-CMP較符合液動磨耗機制，再透過實驗來說明研磨墊的磨耗、表面花紋及修整參數的影響。
實驗結果顯示研磨墊因為修整產生的損耗並不會影響研磨結果，反而有助於表面多孔性的恢復，增加運送、把持化學漿料的能力。
而表面沒有花紋的研磨墊，在一開始的材料移除率較低，如果把研磨時間拉長的話，不均勻度卻比有花紋的研磨墊低且穩定，但是也因此喪失了排除研磨副產物的能力，使得晶片上留下一道道微刮痕。此外我們也發現，無花紋的研磨墊與平坦的晶片表面之間，常常因為液體表面張力太大，使得在研磨完畢後，晶片承載器無法將晶片從研磨墊表面吸走，而導致機台的當機，但這也是証實液動磨耗機制的証據。
從田口法實驗結果分析來看，修整參數的改變並不會造成MRR的改善。但只要修整參數配合得宜，可以在不增加製程時間以及不影響MRR的同時，有效改善NU值。

中文摘要 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧I
英文摘要‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧II
目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧IV
圖目錄 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧VI
表目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧VIII
第一章 緒論 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1
1.1緣起‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1
1.2化學機械研磨簡介‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3
1.3文獻回顧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧4
1.4研究動機‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧6
1.5實驗設備及性能指標定義‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧7
1.6論文大綱 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧11
第二章 研磨墊材料性質對於研磨結果的影響 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧12
2.1研磨墊的化學性質與結構 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧12
2.2研磨墊的物理性質 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17
2.2.1厚度 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17
2.2.2硬度 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17
2.2.3壓縮率 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧18
2.3研磨機制 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧19
2.3.1液動磨耗機制 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧21
2.3.2材料移除率數學模式 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧22
第三章 研磨墊表面花紋與研磨墊修整影響 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧24
3.1研磨墊表面花紋的影響 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧24
3.2研磨墊修整 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26
第四章 修整參數對於Oxide-CMP的影響‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧31
4.1實驗方法－田口式實驗設計法簡介 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧31
4.1.1訊號雜音比（S/N比）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧31
4.1.2變異數分析 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧32
4.2實驗規劃 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧34
4.3實驗結果與分析 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧35
第五章 結論與未來展望‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧44
5.1結論 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧44
5.2未來展望 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧45
參考資料‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧46
誌謝‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧49
作者簡介‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧50

1. M. A. Fury, “Emerging Development in CMP for Semiconductor Planarization-part2,” Solid State Technology, pp.81-88, July 1995.
2. 莊達人，VLSI製造技術，高立圖書有限公司，pp.425-468，1997。
3. W. C. O’Mara, “Planarization by CMP: Forecasting the Future,” Semiconductor International, pp.140-146, July 1994.
4. J. M. Steigerwald, S. P. Murarka, and R. J. Gutmann, Chemical Mechanical Planarization of Microelectronic Materials, JOHN WILEY & SONS, INC., 1997.
5. 陳鍚杰, “化學機械研磨設備簡介,” 電子月刊, pp.149-153, April 1996.
6. C. W. Liu, B. T. Dai, W. T. Tseng, and C. F. Yeh, “Modeling of the Wear Mechanism during Chemical Mechanical Polishing,” Journal of Electrochemical Society, pp.716-721, 1996.
7. L. M. Cook, “Chemical Processes in Glass Polishing,” Journal of Non-crystal Solids, pp.152-171, 1990.
8. W. T. Tseng, and Y. L. Wang, “Re-examination of Pressure and Speed Dependences of Removal Rate during Chemical-Mechanical Polishing Process,” Journal of Electrochemical Society, pp.L15-L17, 1997.
9. L. M. Cook, J. F. Wang, D. B. James, and A. R. Sethuraman, “Theoretical and Practical Aspects of Dielectric and Metal CMP,” Semiconductor International, pp.141-144, Nov. 1995.
10. D.A. Hansen, J. S. Luo, et al., “Characterzation of W and Al CMP Processes For 200 MM Applications,” 1997 CMP-MIC Conference, pp.227-234, Feb. 1997.
11. M. Hoshino, N. Misawa, M. Yamada, H. Goto, and S. Kawamura, “Cu Metalization Technology,” Fujitsu LTD.
12. Y. C. Shih, J. F. Wang, et al., “Polishing Pads And Process Effects On Tungsten CMP,” 1997 CMP-MIC Conference, pp.237-240, Feb. 1997.
13. W. L. Smith, K. Kruse, K. Holland, et al., “Film Thickness Measurements for Chemical Mechanical Planarization,” Solid State Technology, pp.77-86, Jan. 1996.
14. 蔡明義，晶片化學機械平坦化製程之機械磨耗機制研究與實驗探討，中興大學機械所碩士論文，Jun. 1999。
15. M. Leach, “Local Planarization Process Developed for Higher Yields,” Semiconductor International, pp.137-144, Oct. 1996.
16. S. Anjur, H. Liang, W. Downing, et al., “Critical CMP Pad Structure Property Relationships in Novel Polishing Pad Materials,” 1997 CMP-MIC Conference, pp.343-346, Feb. 1997.
17. R. L. Lane, and G. Mlynar, “Real Time Infrared Imaging of Pads During the CMP Process,” 1997 CMP-MIC Conference, pp.139-142, Feb. 1997.
18. H. W. Chiou, L. J. Chen, and H. C. Chen, “On Monitoring CMP Removal Rate By In-Situ Temperature Measurements,” 1997 CMP-MIC Conference, pp.131-138, Feb. 1997.
19. I. Ali, and S. R. Roy, “Pad Conditioning in Interlayer Dielectric,” Solid State Technology, pp.185-191, June, 1997.
20. A. R. Baker, “Conditioning for Removal Rate Stability,” 1997 CMP-MIC Conference, pp.339-342, Feb. 1997.
21. J. Z. Zheng, S. K. Huang, W. S. Toh, et al., “Optimization of Pad Conditioning for Stable Oxide CMP Process,” 1997 CMP-MIC Conference, pp.315-321, Feb. 1997.
22. H. W. Chiou, and L. J. Chen, “ PID Run to Run Control of CMP Removal Rate,” 1997 CMP-MIC Conference, pp.375-382, Feb. 1997.
23. 王建榮，林慶福，林必窕，半導體平坦化CMP技術，全華科技圖書股份有限公司，1999。
24. 張永炘，蘇耀藤，”液動壓拋光法於半接觸潤滑狀態下之加工率特性，” 中國機械工程學會第十三屆學術研討會（製造），pp.164-169，1997。
25. S. R. Runnels, and L. M. Eyman, “Tribology Analysis of Chemical Polishing,” Journal of Electrochemical Society, pp.1698-1701, 1994
26. 黎正中，穩健設計之品質工程，台北圖書有限公司，1993。