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研究生： 劉明曄
MING-YEH LIU
論文名稱： TRIZ理論在CMP終點檢測技術發展之應用
Application of TRIZ Theory on End Point Detection of Chemical Mechanical Polishing
指導教授： 蔡明忠
Ming-Jong Tsai
口試委員: 吳明川
MING-CHUAN WU
詹朝基
Chao-Chi Chan
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 98
中文關鍵詞： 創造發明原理 、化學機械研磨 、研磨終點檢測 、晶圓
外文關鍵詞： TRIZ, CMP, EPD, WAFER
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    • 本論文主要是探討如何利用TRIZ (Theory of Inventive Problem Solving)創造發明的理論，應用在晶圓(WAFER)生產過程中最重要的化學機械研磨(Chemical Mechanical Polish)之終點檢測上，化學機械研磨的厚度通常只有幾個μｍ，要精密的控制研磨厚度是非常困難的，因此常常會產生過度研磨或是研磨不足的問題。在目前工業界上也使用了各種的方法，企圖找到最適當的方式減少研磨時產生的誤差，來增加生產的良率問題。
    TRIZ是一門「創造發明」的理論，它集合了兩百多萬筆專利案件的精華，創造人Mr. Genrich Altshuller 將這些智慧的專利結晶分門別類，得到的結論創造了矛盾原理，本論文就是利用TRIZ的發明原理及2003年新的矛盾矩陣表(48X48)來試圖創造出新的研磨終點檢測技術，在論文最後也利用發明原理中的改良參數○15力與扭力的關係及矛盾矩陣中速度相對於測定精度的關係、研磨精度相對於系統複雜度的關係、研磨厚度相對於系統複雜度的關係推導出數種可能創新的EPD解決模式，未來希望能實際的應用在化學機械研磨機上。

    This paper describes the applications of TRIZ (Theory of Inventive Problem Solving) on End Point Detection (EPD) of chemical mechanical polish(CMP) to innovate new EPD methods. The EPD is a very important process during polishing a wafer. Usually, a wafer’s polished thickness is only a little micro-meter, which is very difficult to control. It must be polished on right position, otherwise a “Dishing” or “Erosion” may be occurred.
    TRIZ is a creation method. The creator is Mr. Genrich Altshuller. He collected and analyzed about two million’s patent articles to derive a contradictory theory. This covers both technology and physics view. In this thesis, we use this contradictory method to solve the problem on EPD of CMP. Several new EPD methods were developed by using the inventive theory and the contradiction matrix. (48X48). It is hopeful the new methods can be implemented in the field on EPD of CMP or other similar applications in industry.

    中文摘要I 英文摘要II 誌 謝III 目 錄VI 圖表索引IX 第一章 緒論1 1-1 前言1 1-2 研究動機與目的4 1-3 研究方法與步驟5 1-4 本文結構6 第二章 文獻回顧7 2-1 TRIZ的定義7 2-2 TRIZ 誕生和基本思考模式7 2-3 技術進化的八個步驟9 2-4 技術矛盾和物理矛盾的關係12 2-4-1 技術矛盾和矛盾矩陣表12 2-4-2 物理矛盾和分離法則16 2-5 物質-場的分析17 2-5-1 Model 的建立及分析18 2-5-2 物質-場的4個基本Model18 2-5-3 各基本模式問題解決的方向性19 2-5-4 利用物質-場分析來解決問題22 2-6 發明問題的解決方法ARIZ27 第三章 化學機械研磨及終點檢測技術29 3-1 IC 發展的歷史29 3-2 化學機械研磨(CMP)30 3-3 CMP 在產業界的應用33 3-3-1氧化矽(SiO2)薄膜的CMP33 3-3-2 金屬膜的平坦化 CMP36 3-3-3 多結晶矽膜成長平坦化37 3-4 終點檢測技術(EPD)37 3-5 EPD 目前在產業界的應用37 3-5-1扭力計(馬達電流量)測定[1]37 3-5-2光學方法[1]39 3-5-3靜電容量計測法[1]40 3-5-4振動解析法[1]41 3-5-5溫度計測法[1]41 3-5-6差動變為法[1]41 3-5-7超音波厚度計測[1]42 3-5-8渦電流膜厚計測法[1]43 3-5-9 研磨劑分析法44 第四章 TRIZ 在CMP EPD 創研之應用46 4-1 利用TRIZ分析現存的專利案件46 4-2 CMP的EPD問題分析48 4-3 改良的參數○15力/扭力的應用48 4-4 改良的參數○47檢出/測定能力的應用50 4-5 改良的參數○48測定精度應用51 4-6 矛盾矩陣的模式分析53 4-6-1考慮研磨速度相對研磨測量的精度53 4-6-2考慮研磨速度相對的膜厚度檢出能力53 4-6-3研磨精度相對系統的複雜度54 4-6-4考慮研磨時的厚度相對於系統的複雜度55 4-7 TRIZ應用在EPD改善參數的統計56 4-8 終點檢測技術新的構想58 4-8-1構想(1)氧化系膜加入軟性材質(氣泡)58 4-8-2構想(2)較硬材質Spacer之添加58 4-8-3構想(3)反光Spacer之添加59 4-8-4構想(4)多點加壓研磨頭60 4-8-5構想(5)反方向的研磨機61 4-8-6構想(6)脈動型研磨運動63 第五章 結論與未來研究方向64 參考文獻66 附 錄67 附錄A .TRIZ的40個發明原理68 附錄B. TRIZ的矛盾矩陣表(39 X 39 )75 附錄C. 2003年版矛盾矩陣表(48 X 48 )86

    [1] 土肥 俊郎，詳說半導體CMP技術，工業調查會，2000年。
    [2] 田村洋太郎， TRIZ 入門，日刊工業新聞社， 1998年。
    [3] 中川徹， TRIZ實踐と效用新版矛盾マトリックス， Matrix，2003年。
    [4] TRIZの理論とその展開， 日本產能大學出版部，2003年。
    [5] Mr.Marta Bright ORACLE 笑看TRIZ之林郁郁蔥蔥。
    http://www.oracle.com ,2006年。
    [6] http://www.appliedmaterials.co.jp/about/jp_gaiyou.html
    アプライド マテリアルズ ジャパン株式会社，2005年。
    [7] http://ja.wikipedia.org/wiki/ENIAC , 2006年。
    [8] http://www.sensor.co.jp/henni/jiten/laser10.html KEYENCE 網頁。
    [9] 渦流探傷試驗(ET)，日鐵テクノリサーチ株式會社網頁。2006年。
    [10] 大田真郎等，酸化膜CMP用光學式終點檢出モニタ:エバラ時報NO.207 2005年。
    [11] 前田和夫， はじめての半導体製造装置，工業調査会，1999年。
    [12] 中尾政之，創造設計原理とTRIZ，日刊工業新聞社，2002年。
    [13] 高天志論文，TRIZ法應用於工業設計構想發展之初探，台科大設計研究所，2005年。
    [14] 蔡明忠、劉明曄、李振豪，”利用創造發明理論於化學機械研磨之終點檢測技術”，2006第十四屆全國自動化科技研討會，彰化，2006年6月。
    [15] 經濟部學界科專計畫，機械產品開發創研與平台發展期中報告，台灣科技大學2005年12月。

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