【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）硅片自旋轉(zhuǎn)磨削工藝規(guī)律研究 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 (機(jī)械電子方向） 年級(jí)班別 2008級(jí)(2)班 學(xué) 號(hào) 3018000383 學(xué)生姓名 王展浩 指導(dǎo)教師 魏昕 2012 年 5 月 21 日硅片自旋轉(zhuǎn)磨削工藝規(guī)律研究 王展浩 機(jī)電工程學(xué)院硅片自旋轉(zhuǎn)磨削工藝規(guī)律研究王展浩機(jī)電工程學(xué)院摘要單晶硅片是集成電路(IC)制造過(guò)程中最常用的襯底材料，硅片的表面層質(zhì)量直接影響著器件的性能、成品率以及壽命。隨著硅片尺寸的增大，新的硅片高效超精密平整化加工工藝得到了大量的研究。其中，具有高效率、高精度、低損傷等優(yōu)點(diǎn)的硅片自旋轉(zhuǎn)磨削技術(shù)正逐步成為拋光硅片和圖形硅片背面減薄的主流加工技術(shù)。本文利用基于自旋轉(zhuǎn)磨削原理的硅片超精密磨床，通過(guò)試驗(yàn)研究了砂輪磨粒粒度、砂輪進(jìn)給速度和砂輪轉(zhuǎn)速等主要因素對(duì)磨削后硅片的磨削力和表面質(zhì)量的的影響關(guān)系。關(guān)鍵詞：硅片,磨削,砂輪,磨床,自旋轉(zhuǎn)磨削注：本設(shè)計(jì)題目來(lái)源于教師的國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)為：U0734008。AbstractSilicon integrated circuit ( IC ) manufacturing process most monly used in the substrate material, silicon wafer surface quality directly affects the performance of the device, the rate of finished products and life. Along with the increase of the silicon wafer sizes, new silicon wafer efficient processing technology of the ultra precision level off to get a lot of research. Among them, with high efficiency, high precision, low damage and other advantages of the wafer rotation grinding technology is gradually being the polishing of silicon wafer and wafer backside thinning of the mainstream graphics processing technology. Based on the rotation principle of grinding silicon wafer ultraprecision grinder, grinding particle size was studied by experiment, the grinding wheel speed and the speed of the grinding wheel main factors on grinding wafer grinding force and surface quality of relationship.Keywords: Silicon wafer, Grinding, The grinding wheel, Grinding machine, Selfrotating grinding目錄1 緒論 1 前言 1 1 1 2 3 硅片自旋轉(zhuǎn)磨削的原理 4 本文研究的主要內(nèi)容 52 硅片自旋轉(zhuǎn)磨削加工的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 6 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的介紹 6 工件的介紹 6 砂輪的選擇 8 工藝參數(shù)的選擇 9 9 10 檢測(cè)方法和設(shè)備 10 本章小結(jié) 123 磨削參數(shù)對(duì)磨削力的影響的試驗(yàn)研究 13 磨削工藝參數(shù)對(duì)磨削力的影響 13 13 13 14 建立磨削力經(jīng)驗(yàn)公式 14 角正回歸理論 14 磨削力的角正回歸法建模 15 本章小結(jié) 164 磨削參數(shù)對(duì)硅片表面質(zhì)量的影響的試驗(yàn)研究 17 磨削工藝參數(shù)對(duì)磨削后硅片表面粗糙度的影響 17 17 18 20 磨削參數(shù)對(duì)磨削后硅片表面形貌的影響 20 20 22 24 本章小結(jié) 26結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 29致謝 3131 / 371 緒論 前言進(jìn)入21世紀(jì)，硅材料從工藝上說(shuō)已經(jīng)成為電子設(shè)備中最重要的半導(dǎo)體材料，同時(shí)它也被用于微電子工業(yè)，而且還越來(lái)越多用于能量和機(jī)械方面。因此制造商從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，致力于提高硅的生產(chǎn)加工技術(shù)得以更平整、更高質(zhì)量的襯底材料和高精度的光學(xué)元件，以及能夠滿(mǎn)足微機(jī)電中所需的復(fù)雜元件形狀的需要。隨著IC工藝、技術(shù)的不斷發(fā)展，硅單晶的直徑尺寸越來(lái)越大，對(duì)單晶硅拋光的質(zhì)量要求包括物理尺寸、平整度、表面粗糙度、納米形貌、含氧量和晶體完整性等指標(biāo)的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的硅片加工工藝已無(wú)法適應(yīng)大尺寸硅片高質(zhì)量、高精度、高效率和低成本的加工要求。較高的亞表面損傷和較低的平整度是傳統(tǒng)的硅片加工常見(jiàn)的問(wèn)題，為了解決這問(wèn)題，延性域磨削是其中的一個(gè)好方法。在延性域磨削中，磨屑是以塑性流動(dòng)的方式去除的，可以獲得沒(méi)有微觀(guān)裂紋的加工表面，磨削損傷深度很淺，只有幾百納米左右。而隨著硅片超精密加工技術(shù)的發(fā)展，硅片自旋轉(zhuǎn)磨削加工可以實(shí)現(xiàn)硅片高效磨削，實(shí)現(xiàn)硅片的延性域磨削，減少硅片表面損傷，提高加工效率，保證工件的表面質(zhì)量。德國(guó)是最早開(kāi)始采用磨削方法加工硅片，日本1975年開(kāi)始用磨削方式加工硅片的背面，早期的磨床是采用普通平面磨床改裝而成，后來(lái)研制出多種硅片磨床。近年來(lái)，國(guó)外對(duì)硅片超精密磨削技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)獲得不少成果和進(jìn)展，主要是直徑Φ300mm硅片的集成制造系統(tǒng)采用單晶金剛石砂輪使延性磨削和光整加工可以在同一個(gè)裝置上進(jìn)行，使硅片達(dá)到表面粗糙度1μm和平面度。從2003年開(kāi)始，最新的硅片已經(jīng)進(jìn)入了直徑450mm硅片制造的階段。日本國(guó)家理化學(xué)研究所的大森整教授在1987年研制成功在線(xiàn)修整砂輪的ELID鏡面磨削新工藝，并將ELID技術(shù)用于硅片自旋轉(zhuǎn)磨削工藝，實(shí)現(xiàn)了硅片的延性域磨削，亞表面損傷層深度，只有傳統(tǒng)研磨硅片損傷層深度的1/3~1/10。，該系統(tǒng)采用超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)整砂輪軸與工件軸的夾角控制硅片面型精度，應(yīng)用精密汽缸和磨削力檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行控制壓力磨削，可以在一個(gè)工序中完成硅片的延性域磨削和減小損傷層的磨拋加工，加工300mm硅片達(dá)到表面粗糙度Ra1nm，平面度，~，能源消耗比傳統(tǒng)工藝降低70%。日本Tokyo Seimiteu公司所研制的硅片拋磨機(jī)床基于硅片自旋轉(zhuǎn)磨削原理，采用微粉金剛石砂輪進(jìn)行粗磨和精磨，同時(shí)增加一個(gè)采用固結(jié)磨料拋光輪的拋光以去除磨削損傷層，可以實(shí)現(xiàn)硅片的納米和亞納米級(jí)鏡面加工，使表面損傷層。利用該機(jī)床進(jìn)行硅片的背面磨削，可以快速減小硅片的厚度，為3D貼片等一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合提供厚度僅為150μm的薄硅片。在美國(guó)，Kansas State 、砂輪粒度、冷卻液供給等加工條件對(duì)磨削力、硅片面型精度、表面磨削紋路、表面粗糙度的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。英國(guó)克蘭菲爾德大學(xué)D．J．Stephenson教授探索了一種新型的四面體(Tetraform)‘C’型磨床，可以用于硅片的磨削加工。國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了硅片超精密加工技術(shù)和理論的研究。燕山大學(xué)于棟利教授進(jìn)行了應(yīng)用鑄鐵短纖維結(jié)合劑微米粒度金剛石砂輪，對(duì)Φ76mm硅片進(jìn)行ELID超精密磨削，研究了磨削工藝參數(shù)對(duì)硅片的加工質(zhì)量及磨削效率的影響。天津大學(xué)于思遠(yuǎn)教授和哈爾濱大學(xué)董申教授等分別應(yīng)用峰值動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了單晶硅超精密磨削加工機(jī)原理研究和單點(diǎn)金剛石超精密加工單晶硅的分子動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)研究。這些研究為硅片超精密加工理論和技術(shù)進(jìn)一步研究打下良好基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)雖然掌握了小尺寸硅片(直徑8英寸以下)的加工能力，但是尚不掌握大尺寸硅片(直徑12英寸以上)的超精密加工技術(shù)，并且硅片的加