1. Design of experimental optimization for ULSI CMP process applications Sung-Woo Park a, Chul-Bok Kim b, Sang-Yong Kim c, Yong-Jin Seo a,* A Department of Electrical Engineering, Daebul University, 72- 1, Sanho, Samho, Youngam, Chonnam, 526- 702, South Korea B Dong Sung A &T Co., Kyunggi 429- 450, South Korea c FAB. Division, ANAM Semiconductor Co., Inc., Kyunggi 420- 040, South Korea

2. Content Abstract Introduction Experimental Results and discussion Conclusions

3. Abstract 當電子元件收縮到深次微米區域，化學機械拋光 （ CMP ）在 ULSI 製程 變得較必要的技術。 針對多層次連接的平坦度要求只有 CMP 製程能達到。 製程變數是在決定移動率 (remove rate) 和非均一性 (non-uniformity) 方面是 非常重要的參數 。 運用實驗設計方法的將 CMP 儀器參數最佳化。 以高移動率和較低的非均一性觀點檢查製程參數，並決定最佳的 CMP 參 數。

4. Introduction 增加元件製造產量和安定可以藉由化學機械拋光 （ CMP ）製程應用到一 個 0.18 公釐半導體元件。 特別是針對介電金屬 (inter-metal dielectric; IMD )  介電層 (inter-level dielectric ;ILD) 及之間連接層的完全平坦度只有 CMP 製程能作到。 但是它仍然有各種不同的問題 。如碟型效果, 腐蝕和薄膜損害，輕微擦傷 等。 也有一些問題依據 CMP 製程部份解決。 那是， CMP 消耗品，系統設備 的問題, 在 CMP 之後的清潔 和各種不同的變數必須被改良。 在上述的 CMP 成份， slurry 和儀器控制變數是在決定移動率和非均一性 方面非常重要的參數 。 用 DOE 手法去獲得 CMP 的控制參數。

5. Experimental 實驗機台 :CMP polisher ( 精拋機 ) 控制因子 :  Slurry flow rate : 以含有 SiO 顆粒及 KOH 填補研磨空隙, 防止應力破壞。 研磨後，以純水及旋轉方式清洗表面。  Table and Head speed : 兩者研磨轉速。  Down force : 將晶圓下壓的力量。

7. Results and discussion 精拋率 (polish rate) 的表達是參考的普勒斯頓方程式﹐精拋率依照向下壓力 及兩者研磨轉速速度。 光澤率若為零﹐表示缺乏其中一項。 Table speed :Fig. 2) 當速度增加﹐ remove rate 呈線性增加， 非均一性先減少 後增加。 Head speed :(Fig. 3) 轉速在 52 rpm 時 ﹐ remove rate 上升幅度變大。速度增加， slurry 粒子的旋轉速度在與晶圓表面的接觸也增加，如此 remove rate 及非 均一性增加。所以, 52rpm 是關鍵點 。 Relative velocity (vh/ vt ) :Figs. 4,head to table speed ratio, 相關的速度增加， 移動率不斷地減少 非均一性從 1.14 快速地增加. 結論應該在 1 和 2 之間. Down force :(Fig. 6) 在 8.5psi 的條件下有最大 remove rate(2800 °A/min 埃 ) 及 最小非均一性。 Slurry flow rate :Fig 7 。

12. Flow rate>90 阻礙 remove rate Flow rate>60 非均一性變大

13. Conclusions 經過 DOE 之後,CMP 參數最佳化非均一性在 4% 以 下﹐ Remove rate 超過 2000° A/min 。 必須小心地設計 Head/Table speed 比例 (1~2 倍 ) 。