不同磨粒披覆方式的新型拋光墊應用在矽晶圓拋光之研究

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蔡耀慶(Yao-ching Tsai) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

不同磨粒披覆方式的新型拋光墊應用在矽晶圓拋光之研究
(The study of using different type of coated abrasive pad in silicon wafer polishing)

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摘要(中)

拋光墊的應用主要是使工件產生平滑表面，達到工件平坦化之精密研磨工具。傳統二維孔洞結構的拋光墊當孔洞產生磨耗後，容易產生填塞作用，且二維孔洞結構無法使拋光液有效的循環利用，進而對拋光品質造成影響，而且製造成本昂貴。而利用披覆磨粒的EVA熱熔膠拋光墊能有效的增加磨粒的利用率，其三維交織結構有較大孔隙能讓拋光液可以有效的循環補充，且EVA熱熔膠原料成本便宜，具彈性等優點。
研究分為兩部份進行探討：第一部份為披覆磨料EVA熱熔膠拋光墊的製備：將加熱後之碳化矽(SiC)披覆於製備完成的EVA熱熔膠拋光墊，實驗證明在SiC磨粒粒徑4.5、1.2μm，SiC磨粒披覆溫度75°C，磨粒披覆時間90 sec，披覆壓力80 g/cm2 的參數設定下，EVA熱熔膠拋光墊有較佳磨粒披覆效果。第二部分則利用田口實驗設計法規劃藉由披覆磨粒的EVA熱熔膠拋光墊對矽晶片進行拋光，並進行探討。實驗結果發現田口實驗的加工參數以披覆磨粒大小、磨料濃度與拋光墊浸泡時間較為顯著。然而利用熱壓披覆磨粒方式會有磨粒脫落問題，於是對不同的熱壓披覆磨粒與混合披覆磨粒兩種披覆磨粒方式進行比較。從拋光效果發現，混合5 wt % 披覆磨粒1.2 μm 的EVA熱熔膠拋光墊可獲得較佳的表面粗糙度與晶片不均勻性，優於熱壓披覆磨粒1.2 μm的EVA熱熔膠拋光墊和傳統羊毛氈拋光墊。

摘要(英)

The main application of polishing pad is workpiece surface planarization. When wear apply to traditional polishing pad, pad glazing also occurred, and slurry is difficult to circulate in its 2 dimension structure pores, and traditional polishing pad’s price is expensive. In our research, we use coated abrasive pad which can improve abrasive utilization rate, and slurry can easily circulate in its 3 dimension structure pores, besides, EVA is cheaper than other material of polishing pad.
The investigation of this study was divided into two parts. The first part is the fabrication of coated abrasive EVA hot-melt pad. The experiment proves that under the setting of temperature 75 ℃, coating 4.5 and 1.2μm diameter SiC, coating time 90 sec, coating pressure 80 g/cm2 , the EVA hot-melt pad has the superior coating effect. The second part is to use Taguchi method experiment on silicon wafer polishing. The results indicate that the abrasive size, slurry concentration and pad absorption time are the obvious parameters for silicon wafer polishing. However during the polishing process the abrasive may fall off from coated abrasive pad, so this study compare the characteristic with coated abrasive pad and mixed abrasive pad. The experiment proves that using mixed 5wt% 1.2 μm abrasive pad in silicon polishing, the roughness of silicon wafer is better than using coated abrasive pad and traditional wool pad.

關鍵字(中)

★ EVA熱熔膠
★ 表面粗糙度
★ 晶片不均勻性
★ 拋光墊

關鍵字(英)

★ polishing pad
★ EVA hot melt adhesive
★ surface roug

論文目次

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xii
一、緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機與目的 2
1-3 文獻回顧 3
1-4 論文架構 5
二、實驗原理與流程 6
2-1 拋光墊特性 6
2-2 機械刮除機制+化學鍵結反應機制 7
2-2-1 機械刮除機制 7
2-2-2化學鍵結反應機制 9
2-3 研究方法 10
2-3-1田口品質基本原理 11
2-3-2訊號/噪音比(Signal/Noise Ratio, S/N Ratio) 11
2-3-3變異數分析(Analysis of variance, ANOVA) 12
2-3-4表面粗糙度與晶片不均勻性的量測 13
2-3-5 實驗設計規劃 13
2-4實驗流程與步驟 14
三、實驗材料與設備 15
3-1實驗材料 15
3-1-1 EVA熱熔膠 15
3-1-2工件材料 17
3-1-3 磨粒種類 18
3-2 實驗相關設備 19
3-2-1 拋光設備 19
3-2-2 CNC雕刻機 20
3-2-3 熱熔膠塗佈機 20
3-2-4 其他設備 21
四、EVA熱熔膠拋光墊的製備 25
4-1 研發需求及概念 25
4-2 實驗流程與步驟 26
4-3 EVA熱熔膠拋光墊的製備 27
4-4 結果與討論 31
4-4-1 磨粒溫升曲線(披覆材) 31
4-4-2披覆磨粒粒徑之影響 32
4-4-3 披覆溫度之影響 34
4-4-4 披覆壓力之影響 37
4-4-5 披覆時間之影響 38
4-5 最佳披覆參數選定 39
4-6 結論 40
五、磨粒披覆EVA熱熔膠拋光墊拋光矽晶片實驗 41
5-1 實驗流程 41
5-2 各項參數與矽晶片表面粗糙度關係 42
5-2-1 因子水準設定 42
5-2-2 直交表配置 43
5-2-3 因子效果回應分析(表面粗糙度為目標值) 43
5-2-4 變異數分析及F檢定(表面粗糙度為目標值) 46
5-2-5驗證實驗 47
5-3對表面粗糙度的顯著因子驗證 48
5-3-1磨粒粒徑對矽晶片表面粗糙度之影響 48
5-3-2 漿料濃度對矽晶片表面粗糙度之影響 49
5-3-3 拋光荷重對矽晶片表面粗糙度之影響 53
5-4 各項參數與改善矽晶片不均勻性關係 56
5-4-1 直交表配置 56
5-4-2 因子效果回應分析(晶片不均勻性為目標值) 56
5-4-3 變異數分析及F檢定(晶片不均勻性為目標值) 59
5-4-4 驗證實驗 60
5-5 對晶片不均勻性的顯著因子驗證 61
5-5-1 拋光墊預泡時間對矽晶片不均勻性之影響 61
5-5-2 漿料濃度對矽晶片不均勻性之影響 62
5-5-3 主軸轉速對矽晶片不均勻性之影響 64
5-6 混和披覆磨粒EVA熱熔膠拋光墊 66
5-6-1 拋光時間對矽晶片表面粗糙度改善效果 68
5-6-2 不同拋光墊對矽晶片晶片不均勻性的影響 71
5-7 拋光墊機械性質探討 72
5-7-1 拉伸試驗 72
5-7-2 機械動態分析儀(DMA) 74
5-8 EDS分析拋光剖面結構 75
六、結論 77
參考文獻 78
個人簡歷 80

參考文獻

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指導教授

顏炳華(Biing-Hwa Yan)

審核日期

2010-7-21

推文