竹炭拋光矽晶圓添加二氧化鈰之加工特性研究

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吳宗成(Zong-cheng Wu) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系在職專班

論文名稱

竹炭拋光矽晶圓添加二氧化鈰之加工特性研究
(Surface Roughness of effect on Silicon Wafer by bamboo carbon polishing with Cerium Oxide additives)

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摘要(中)

本論文主要利用竹炭對矽晶圓試片進行拋光實驗，所採用的磨料為二氧化鈰拋光粉，實驗參數為奈米石墨、竹炭主軸轉速、轉盤轉速、拋光液濃度、加工時間及加工荷重等，藉由田口實驗規劃獲得一組較佳的加工參數，並進行驗證實驗，再將影響顯著的加工參數分別作單一因子實驗，探討在各個因子在不同參數條件下，並說明加工參數對於表面粗糙度之影響。
經田口實驗分析，將影響顯著的加工參數進行單一因子實驗得知，對於矽晶圓試片表面粗糙度之最佳加工參數組合為：添加奈米石墨、竹炭轉速80 m/min、轉盤轉速90 rpm、拋光液濃度5 wt%、加工時間50 min、加工荷重2000g。實驗結果得知，在拋光液中加入奈米石墨，最佳表面粗糙度可達0.025μm，改善率達到92.15%，相較於拋光液中未加入奈米石墨之表面粗糙度為0.039μm，改善率則為87.85%，由實驗得知拋光液中加入奈米石墨能明顯改善矽晶圓試片的表面粗糙度。
本研究自行設計線性滑軌之荷重載台與可調整轉速之竹炭主軸旋轉機構，安裝於精密單平面研磨機，並結合拋光液供給裝置，藉由竹炭主軸旋轉機構、轉盤旋轉以及配合搖擺機構，製成竹炭拋光設備，未來可應用於矽晶圓拋光製程。藉由竹炭內部多孔性與比表面積大之特性，將拋光液注入至竹炭維管束內，使拋光液經由維管束流出至竹炭與試片之加工接觸面，不斷地供給拋光液於試片上進行拋光加工，並配合所得之最佳加工參數，可呈現矽晶圓試片表面達到鏡面效果，竹炭的應用可成為業界於拋光製程的新選擇。

摘要(英)

This experiment objective use porosities and bigger specific surface area advantages of bamboo carbon, use the characteristic of large specific surface and porosities of bamboo charcoal to adsorption abrasive and through in the wafer surface by pressure. When the bamboo carbon push on the workpiece surface, the abrasive will grinding, and because the bamboo carbon surface collapsed, resulting recycled and self-sharpening effectiveness, and continuous on the workpiece surface repeatedly machining, to raise the polishing effect.
This research mainly use the Taguchi Method experiment on silicon wafer surface polishing processing, and the parameters that affect quality were analyzed and discussed. Use Taguchi experimental planning to get a group better processing the parameter, and to do validation experiments.
The experiment proves that the best machining parameter combination is add Nano-Graphite, spindle speed 80 m/min, Turnplate speed 90 rpm, slurry concentration 5 wt%, time 50 mins, load 2000g. The slurry in this experiment, don′t use the Nano-Graphite surface roughness is 0.039μm. Add Nano-Graphite the surface roughness can be improved to 0.025μm of mirror effect. From the experimental result, we will find add Nano-Graphite can improve the silicon wafer surface roughness.

關鍵字(中)

★ 竹炭
★ 拋光
★ 矽晶圓
★ 二氧化鈰
★ 表面粗糙度
★ 奈米石墨

關鍵字(英)

★ bamboo carbon
★ polishing
★ wafer
★ Cerium Oxide
★ surface roughness
★ Nano-Graphite

論文目次

目錄
摘　要 i
Abstract ii
誌　謝 iii
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機與目的 4
1-3 文獻回顧 6
1-4 研究方法 8
第二章實驗基礎原理與介紹 9
2-1 石墨介紹 9
2-1-1 石墨晶體結構與性質 9
2-1-2 石墨應用 11
2-2 竹炭介紹 13
2-2-1 竹炭簡介 13
2-2-2 竹炭製程 14
2-2-3 竹炭特性與應用 16
2-2-4 竹炭結構 21
2-3 矽晶圓特性介紹 23
2-4 機械拋光機制 27
2-5 田口式實驗法 29
2-5-1 田口式品質工程概念 30
2-5-2 品質特性 31
2-5-3 品質損失函數與S/N 比的詮釋 33
2-5-4 影響製程或品質績效的因子 35
2-5-5 參數設計的步驟 37
第三章實驗材料、設備與流程介紹 39
3-1 實驗材料 39
3-1-1 奈米石墨 39
3-1-2 磨料 39
3-1-3 矽晶圓試片 40
3-1-4 竹炭載體製作 40
3-2 實驗設備 42
3-2-1 精密單平面研磨機 42
3-2-2 表面粗糙度量測儀 43
3-2-3 掃描式電子顯微鏡(SEM) 44
3-2-4 原子力顯微鏡(AFM) 44
3-2-5 雷射掃描共軛焦光譜顯微鏡 45
3-2-6 磁力攪拌器 46
3-2-7 超音波洗淨機 46
3-2-8 精密電子天平 46
3-2-9 去離子水系統 47
3-2-10 壓力罐 47
3-3 實驗機構與加工方法 48
3-4 實驗流程 51
第四章結果與討論 52
4-1 田口式實驗結果 52
4-1-1 田口式實驗規劃 52
4-1-2 田口式實驗結果 55
4-2 單一參數實驗結果 58
4-2-1 加工時間對表面粗糙度之影響 58
4-2-2 加工荷重對表面粗糙度之影響 64
4-2-3 竹炭轉速對表面粗糙度之影響 68
4-2-4 拋光液濃度對表面粗糙度之影響 72
4-2-5 奈米石墨對表面粗糙度之影響 76
第五章結論 80
參考文獻 82

參考文獻

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指導教授

顏炳華(Piin-hwa Yan)

審核日期

2015-7-20

推文