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研究生: 陳沛樺
Chen, Pei-Hua
論文名稱: 化學機械拋光中先進鑽石碟對石墨拋光墊之修整與拋光效能研究
A Study of Conditioning and Polishing to the Advanced Diamond Disk Dressed Graphite Impregnated Pad for CMP Process
指導教授: 左培倫
Tso, Pei-Lum
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 95
中文關鍵詞: 化學機械拋光拋光墊鑽石修整器修整率材料移除率
外文關鍵詞: Chemical Mechanical Polishing, Polishing pad, Diamond disk, Dressing rate, Material removal rate
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  • 化學機械拋光是半導體製程中達到全域平坦化最有效的方法,隨著大尺寸及小線寬的發展需求,其相關技術有提升與改善之必要性。
    因此,本研究結合化學機械拋光中的修整與拋光兩者進行探討,以比較先進鑽石碟修整石墨與IC1000拋光墊、硬焊鑽石碟修整石墨與IC1000拋光墊四種修整器與拋光墊的搭配下,其修整率、試片的材料移除率、拋光時的摩擦力以及拋光墊表面形態的差異。本研究最終目的,是希望歸納出四組實驗的整體效能對製程改善的優劣性。
    本論文最終結果顯示,石墨拋光墊的拋光液涵養量高,能有效將拋光液磨粒留在拋光界面中,提高磨粒與試片的接觸面積。而以先進鑽石碟修整的拋光墊表面情況良好,雖呈現的材料移除率偏低,但是整體製程穩定。


    章節目錄 摘要………………………………………………………………………I Abstract…………………………………………………………………II致謝………………………………………………………….………….III 章節目錄………………………………………………………….…….IV 圖目錄………………………………………………………………….VI 表目錄………………………………………………………………….X 第一章 簡介 1 1-1 研究背景 1 1-2 拋光墊( Polishing Pad ) 4 1-3 拋光墊之修整( Pad Conditioning ) 10 第二章 研究動機與目的 18 2-1 研究動機 18 2-2 研究目的 20 第三章 文獻回顧 21 第四章 實驗規畫與設備 29 4-1 實驗規劃 29 4-2 實驗材料 33 4-3 實驗設備 37 4-4 實驗方法 43 第五章 實驗結果與分析探討 48 5-1 拋光墊表面纖毛觀察 50 5-2 修整器對拋光墊修整率的關係 66 5-3 修整器與拋光墊效能之關係 71 5-4 拋光及修整之摩擦力 76 第六章 結果分析與討論 81 第七章 結論與未來展望 90 7-1 結論 90 7-2 未來展望 92 附錄 文獻參考 93 圖目錄 圖1-1 單面化學機械拋光機台的基本模式圖 2 圖1-2 摩擦力與材料移除率之關係圖[4] 5 圖1-3 石墨拋光墊 (左)表面 (右)SEM圖 8 圖1-4 IC1000拋光墊 (左)表面 (右)SEM圖 9 圖1-5 (a)拋光墊表面之原始形貌(b)拋光墊表面鈍化之形貌 10 圖1-6 修整器表面磨粒過高造成過高的修整率 12 圖1-7 修整器表面磨粒過低造成修整不完全 13 圖1-8 先進鑽石碟尖錐形狀 14 圖1-9 先進鑽石碟修整後拋光墊的表面形貌 15 圖1-10 ADD與 鑽石修整器之壽命 15 圖1-11 (a)電鍍鎳鑽石(b)燒結鎳鑽石(c)硬焊鑽石 16 圖1-12 硬焊鑽石碟的鑽石顆粒分佈 17 圖1-13 硬焊鑽石碟修整後拋光墊的表面形貌 17 圖3-1 連續拋光時間與(a)表面粗糙度(b)材料移除率之關係圖 23 圖3-2 表面粗糙與材料移除率關係 23 圖3-3 以不同粗糙度修整拋光墊的次數對材料移除率的影響 24 圖3-4 拋光墊表面粗糙度與ADD、BDD修整時間關係 25 圖3-5 (a)不同切刃角度修整出的表面(b)ADD與BDD表面纖毛 26 圖3-6 ADD與BDD拋光液接觸角比較[15] 26 圖3-7 摩擦係數與(a)轉速(b)壓力之關係圖 28 圖4-1 實驗基本架構流程 32 圖4-2 中國砂輪公司提供之(左)先進鑽石碟 (右)硬焊鑽石碟 34 圖4-3 拋光(拉磨)機 37 圖4-4 摩擦力量測裝置 38 圖4-5 SJ-301表面粗度測定機 39 圖4-6 千分表與高度計 39 圖4-7 JSM-5610LV掃描式電子顯微鏡 40 圖4-8 VERTEX 110 三次元量測儀 41 圖4-9 薄膜測厚儀 42 圖4-10 摩擦力量測系統(俯視圖) 44 圖4-11 拋光墊厚度量測示意圖 45 圖4-12 拋光墊粗糙度量測示意圖 46 圖4-13 氧化矽薄膜試片取點位置示意圖 47 圖5-1 先進鑽石碟修整石墨拋光墊(上)100週期放大35倍表面(下)放大500倍表面顆粒 53 圖5-2 硬焊鑽石碟修整石墨拋光墊100週期放大35倍表面 54 圖5-3 鑽石顆粒切削刃邊對拋光墊表面的影響 54 圖5-4 先進鑽石碟修整石墨拋光墊100週期放大200倍表面 54 圖5-5 硬焊鑽石碟修整石墨拋光墊100週期放大200倍表面 55 圖5-6 先進鑽石碟修整石墨拋光墊100週期-纖毛觀察 55 圖5-7 硬焊鑽石碟修整石墨拋光墊100週期-纖毛觀察 55 圖5-8 (上)細纖毛作用示意圖(下)粗纖毛作用示意圖 56 圖5-9 先進鑽石碟修整石墨拋光墊修整10分鐘放大35倍表面 56 圖5-10 硬焊鑽石碟修整石墨拋光墊修整10分鐘放大35倍表面 57 圖5-11 先進鑽石碟修整石墨拋光墊修整10分鐘-表面纖毛 57 圖5-12 硬漢鑽石碟修整石墨拋光墊修整10分鐘-表面纖毛 57 圖5-13 先進鑽石碟修整IC1000拋光墊100週期放大35倍表面 60 圖5-14 硬焊鑽石碟修整IC1000拋光墊100週期放大35倍表面 60 圖5-15 先進鑽石碟修整IC1000拋光墊100週期放大200倍表面 60 圖5-16 硬焊鑽石碟修整IC1000拋光墊100週期放大200倍表面 61 圖5-17 先進鑽石碟修整IC1000拋光墊100週期-表面纖毛 61 圖5-18 硬焊鑽石碟修整IC1000拋光墊100週期-表面纖毛 61 圖5-19 先進鑽石碟修整IC1000修整10分鐘放大35倍表面 62 圖5-20 硬焊鑽石碟修整IC1000修整10分鐘放大35倍表面 62 圖5-21 先進鑽石碟修整IC1000修整10分鐘放大200倍表面 62 圖5-22 硬焊鑽石碟修整IC1000修整10分鐘放大200倍表面 63 圖5-23 先進鑽石碟修整IC1000修整10分鐘-表面纖毛 63 圖5-24 硬焊鑽石碟修整IC1000修整10分鐘-表面纖毛 63 圖5-26 石墨拋光墊耗損比較圖 69 圖5-27 A、B、C、D實驗之拋光墊厚度變化 70 圖5-28 A、B、C、D實驗之材料移除率 71 圖5-29 A、B、C、D實驗之拋光墊表面粗糙度 74 圖5-30 化學機械拋光摩擦力作用示意圖 76 圖5-31 A、B、C、D實驗之拋光摩擦力 77 圖5-32 Stribeck 圖 78 圖5-33 化學機械拋光中Stribeck曲線圖 79 圖5-34 拋光墊與元件微觀示意圖(上)均勻纖毛(下)落差大纖毛 79 圖6-1 作用在拋光介面中的磨粒 82 圖6-2 Hertzian微觀去除模型 82 圖6-3 平均材料移除率比較 88 表目錄 表4-1 修整實驗規劃細部項目列表 30 表4-2 氧化矽薄膜拋光實驗規劃細部項目列表 31 表4-3 拋光墊規格列表 33 表4-4 拋光墊修整器規格列表 34 表4-5 氧化矽薄膜試片規格 35 表5-1 各拋光墊之彈力係數 49 表5-2 A、B、C、D實驗修整率平均值與標準差 67 表5-3 A、B、C、D實驗材料移除率平均值與標準差 72 表5-4 A、B、C、D實驗拋光墊表面粗糙度平均值 75 表6-1 材料移除率模型之物理量 85 表6-2 材料移除率實驗及理論值 86

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