STUDIES OF SURFACE GRINDING TEMPERATURE AFFECTED BY DIFFERENT GRINDING WAYS OF SILICON WAFER

The surface grinding temperature of the silicon wafer ground by diamond wheels is studied.Rudimentally,the properties of the surface grinding temperature generated by two grinding methods,ground by straight and cup wheels respectively,are analyzed.In addition,considering the effects of grain size and grinding depth on surface grinding temperature during these two grinding processes,significant results and conclusions are obtained from experimental research.

碳化硅晶片减薄工艺对表面损伤的影响

随着碳化硅功率器件和芯片技术的快速发展,对碳化硅物理强度、散热性及尺寸要求越来越高,因而,对碳化硅晶片的减薄处理逐渐成为晶圆加工的重要课题。由于碳化硅材料断裂韧性较低,在减薄加工过程中易开裂,碳化硅晶片的高效率、高质量加工成为急需突破的瓶颈。本文基于碳化硅晶片的磨削减薄工艺技术,从加工过程及基础原理出发,通过研究磨削减薄工艺中四个主要参数(砂轮粒度、砂轮进给率、砂轮转速和工作台转速)对晶片表面的损伤,如崩边和磨痕的影响,提出前退火减薄工艺,以提高晶片加工质量,降低晶片表面损伤。本研究工作揭示了晶片减薄工艺技术调控表面质量的方法,并在实验加工过程中验证成功,相关研究结果对加工难度大的硬脆材料晶片减薄技术具有重要的指导意义。

基于Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)体系的陶瓷结合剂金刚石砂轮制备及其对单晶硅的磨削性能

针对陶瓷结合剂烧结温度高的问题,提出一种基于Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)的新型低温陶瓷结合剂。分析添加纳米SiC和纳米ZrO_(2)对结合剂物相组成、流动性和力学性能的影响,并探索添加核桃壳粉造孔剂对金刚石砂轮微观形貌的影响;制备基于Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)体系的陶瓷结合剂金刚石杯形砂轮,测试其对单晶硅晶圆片的磨削性能。结果表明:添加纳米SiC会导致陶瓷结合剂中出现一定量的Bi单质,破坏结合剂的[BiO_(4)]玻璃网络;添加纳米SiC及纳米ZrO_(2)后,结合剂的流动性降低;随烧结温度上升,结合剂的流动性、抗弯强度和硬度有增大的趋势,在560℃烧结时结合剂的抗弯强度和硬度达到最大。随着造孔剂含量的增大,砂轮中大气孔的数量显著增多、尺寸显著增大。在砂轮线速度为12.56 m/s,工件转速为5.23 m/s,进给速度为0.1μm/s条件下,使用以M10/20金刚石(粒度号为800目)制备的砂轮磨削加工单晶硅晶圆片,其磨削比为790,表面粗糙度为0.16μm。

大直径硅片超精密磨削技术的研究与应用现状

随着IC制造技术的飞速发展 ,为了增加IC芯片产量和降低单元制造成本 ,硅片趋向大直径化 ,原始硅片的厚度也相应增大以保证大尺寸硅片的强度 ;与此相反 ,为了满足IC封装的要求 ,芯片的厚度却不断减小 ,需要对图形硅片进行背面减薄。硅片和芯片尺寸变化所导致的硅片加工量的增加以及对硅片加工精度和表面质量更高的要求 ,使已有的硅片加工技术面临严峻的挑战。本文详细分析了传统硅片加工工艺的局限性 ,介绍了几种大直径硅片超精密磨削加工工艺的原理和特点 ,评述了国内外硅片超精密磨削技术与装备研究和应用的现状及发展方向 ,强调了我国开展大直径硅片超精密磨削技术和装备研究的必要性。

单晶硅片超精密磨削技术与设备

结合单晶硅片的发展,回顾了单晶硅片超精密磨削技术与设备的发展历程,对比分析了广泛应用的转台式磨削、硅片旋转磨削和双面磨削等硅片磨削技术的原理及代表性设备的特点,讨论了用于单晶硅片平整化加工和背面减薄加工的低损伤磨削技术的最新进展,并对单晶硅片磨削技术的发展趋势进行了展望。

工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤分布

集成电路制造过程中,基于工件旋转磨削原理的超精密磨削技术是硅片平整化加工和图形硅片背面减薄的重要加工方法,但磨削加工不可避免会在硅片的表面/亚表面产生损伤,研究磨削硅片的亚表面损伤分布对于分析硅片发生弯曲或翘曲变形的原因,确定后续工艺的材料去除厚度都具有重要的指导意义。采用角度截面显微观测法研究工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤深度沿晶向和径向的变化规律及光磨对磨削硅片的亚表面损伤分布的影响。结果表明,无光磨条件下磨削硅片的亚表面损伤深度在整个硅片表面分布不均匀,亚表面损伤深度沿周向在<110>晶向处大于<100>晶向,沿径向从中心到边缘逐渐增大;光磨条件下磨削硅片的亚表面损伤深度在整个硅片表面几乎是均匀的,且光磨后的硅片亚表面损伤深度明显小于无光磨条件下硅片亚表面损伤深度。

大尺寸硅片自旋转磨削的试验研究

利用基于自旋转磨削原理的硅片超精密磨床 ,通过试验研究了砂轮粒度、砂轮转速、工件转速及砂轮进给速度等主要因素对材料去除率、砂轮主轴电机电流以及磨削后硅片表面粗糙度的影响关系。研究结果表明 ,增大砂轮轴向进给速度和减小工件转速 ,采用粗粒度砂轮有利于提高磨削硅片的材料去除率 ,砂轮轴向进给速度对材料去除率的影响最为显著 ;适当增大砂轮转速 ,减小砂轮轴向进给速度 ,采用细粒度砂轮可以减小磨削表面粗糙度 ;在其它条件一定的情况下 ,砂轮速度超过一定值会导致材料去除率减小 ,主轴电机电流急剧增大 ,表面粗糙度变差 ;采用比 #2 0 0 0粒度更细的砂轮磨削时 ,材料去除率减小 ,硅片表面粗糙度没有明显改善。

硅片自旋转磨削损伤深度的试验研究

基于自旋转磨削原理的硅片超精密磨床,采用角度抛光法和分步蚀刻法检测了树脂结合剂金刚石砂轮磨削硅片的损伤深度,利用方差分析法研究了砂轮粒度、工作台转速、砂轮进给率和砂轮转速等磨削参数对硅片损伤深度的影响规律。结果表明:磨削参数对硅片损伤深度的影响程度由大到小依次为砂轮粒度、砂轮进给率、砂轮转速和工作台转速。当砂轮的磨粒尺寸从40μm减小到4μm时,硅片的损伤深度从16.4μm逐渐减小至0.8μm。在一定的范围内,当其它磨削参数不变时,硅片的损伤深度随着砂轮进给率的增大而增大,随着砂轮转速的增大而减小,随着工作台转速的增大而减小。

IC硅片超精密背磨用树脂2000#金刚石砂轮研究

树脂金刚石砂轮应用于IC硅片的背面减薄磨削(背磨),工件磨削后能达到纳米级粗糙度、微米级损伤层厚度和微米级面型精度,因此对使用的砂轮性能要求很高。文章介绍了金刚石砂轮背磨技术的原理、特点,对硅片超精密背磨砂轮进行了实验研究。研制了专用的树脂结合剂,通过优化结合剂配方,使结合剂磨损速度与金刚石脱落速度达到匹配。研制的2000#金刚石砂轮经过硅片背磨试验证明,材料去除率达到10.236 mm3/s,表面粗糙度值Ra为5.122nm,损伤层厚度为2.5μm;与国外同类砂轮相比,材料去除率提高53%,硅片磨削后的表面粗糙度值接近。

硅片自旋转磨削中基于力的微接触机理

建立了杯型金刚石砂轮稳定延性域磨削过程中砂轮微单元与硅片的微接触力学模型,采用力分解法研究了其自旋转磨削微观作用机理。法向分解分别运用接触力学中的赫兹理论和"空腔模型"理论分析得出硅片上对应弹性和塑性阶段的载荷和应力分布情况,以及砂轮微单元上相应的应力分布情况;切向分解运用微观摩擦学理论分析得出滑动摩擦力以及法、切向合成微接触总应力的情况。分析与试验对比结果证明了本文方法有效,可为硅片自旋转磨削机理研究提供理论支撑。

微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削硅片性能的研究

微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮,制备效率高且具有良好的力学性能。研究其磨削硅片的性能,利用恒压力平面磨削试验台进行一系列砂轮节块试样硅片磨削实验,分析不同的磨削工艺参数(压力、速度以及时间)下硅片表面粗糙度、表面形貌及砂轮节块磨削比。实验结果表明当磨削压力22N,速度450 mm/s,时间1 h时,硅片表面粗糙度值最小达到0.41μm,砂轮磨削比为0.17,微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮能够满足硅片的磨削表面质量要求。

硅片精密磨削用砂轮的研究综述

砂轮作为硅片精密磨削加工过程中的关键加工工具备受关注.对硅片精密磨削用砂轮的国内外研究情况进行了总结分析,认为在其制备技术研究方面还需进一步的理论支撑;在磨损与观测评价方法研究方面,宜从砂轮建模入手,结合磨削硅片的材料特性,建立不同磨削阶段的砂轮磨削磨损模型;分析其磨损机理,同时优选砂轮观测评价方法,试验验证磨损过程.

硅片自旋转磨削中基于作用力的微观接触仿真研究

采用杯型金刚石砂轮进行硅片自旋转磨削是典型的硅片超精密磨削加工形式。本试验从其磨削过程中抽象出砂轮微单元与硅片的微观接触作为研究对象,建立基于作用力的仿真模型,采用软件LS–DYNA对自旋转磨削微观作用过程进行了模拟,对作用过程中硅片与砂轮微单元的应力应变情况进行了有限元分析。结果表明:硅片材料存在相应弹性转塑性和塑性转脆性的临界位移与载荷;在硅片塑性区域切向滑动时可在硅片表面产生塑性沟槽与隆起;砂轮微单元上的磨损可依据其仿真数据作出判断。研究为硅片磨削及砂轮磨损机理研究提供支撑。

电泳砂轮加工机理及其试验研究

微细磨粒砂轮的试验研究是当前砂轮试制的主要发展趋势。本文叙述了超微细磨粒的电泳特性，并利用该特性试验研制一种新型的高密度低结合度超微细磨粒电泳砂轮，在ＭＭ７ １２０Ｈ精密磨床上，应用该砂轮对单晶硅片进行实际磨削加工，试验结果表明，通过控制磨削参数，可以降低工件表面粗糙度。

硅片超精密磨床的发展现状

硅片超精密磨床是半导体集成电路(IC)制造中的关键装备,主要应用于IC制程中的硅片制备加工和IC后道制程中图形硅片的背面减薄。国外硅片超精密磨床制造技术发展很快,具有高精度化、集成化、自动化等特点。介绍了超精密磨床在大尺寸(≥φ300mm)硅片超精密加工中的应用状况,详细评述了国外先进硅片超精密磨床的特点,并指出了大尺寸硅片超精密加工技术的发展趋势。

硅晶圆复合划片工艺研究

砂轮划片和激光划片是硅晶圆的两种主要划片方式,从理论和工艺试验两个层面,分析了两种划片工艺的优缺点,提供了一种适合硅晶圆划片的砂轮与激光复合划片工艺方案,给出工艺参数和测量数据,具有很好的工程应用价值。

不同晶型金刚石树脂砂轮磨削性能研究

通过磨削试验,从主轴电流、齿高磨损、磨削工件表面质量等方面,研究了单晶、自锐1#、自锐2#金刚石对工件磨削性能的影响。研究结果表明:在各磨削参数相同的条件下,自锐2#金刚石树脂砂轮的工作电流最稳定且最小,砂轮齿高磨损最少,硅片磨削表面质量与另外两种金刚石砂轮相差不大。自锐2#金刚石树脂砂轮总体磨削性能最佳。

硅晶圆磨削减薄工艺的磨削力模型

硅晶圆磨削减薄是一种有别于传统磨削的材料加工方式。磨削减薄过程中,硅晶圆和砂轮同时绕旋转轴旋转,砂轮沿垂直方向连续进给去除材料,其中磨削力是磨削质量的决定性因素。目前,尚缺少一个用于硅晶圆磨削减薄工艺的磨削力预测模型。为了得到磨削力模型,分析了磨削减薄过程中的硅晶圆材料去除机理,将磨削力分为摩擦力和切屑力,考虑了磨粒运动轨迹,分别计算了单颗磨粒在法向和切向上的摩擦力和切屑力,最后基于有效磨粒总数建立了总磨削力模型。模型综合考虑了磨削参数、砂轮和硅晶圆的几何参数和材料性质对磨削力的影响。讨论了砂轮进给速度、晶圆转速和砂轮转速三个主要磨削参数对磨削力的影响,讨论了硅晶圆上晶向对磨削力的影响,给出了磨削力在硅晶圆面上沿径向的分布情况。

化学机械磨削(CMG)加工单晶硅片

单晶硅是半导体行业重要的功能材料,加工时首先被切割成晶片,然后通过研磨和抛光获得光滑表面。本文介绍了一种新的化学机械磨削(CMG)工艺,用于硅片的终端加工。CMG是把化学反应和机械磨削融为一体的固结磨料加工工艺,在加工效率、磨粒可控性、废料处理等方面优于化学机械抛光(CMP)。利用CMG加工单晶硅片,能有效减小亚表面损伤和消除残余应力,对碳化硅、氮化硅、蓝宝石等其它功能材料的超精密加工具有一定的借鉴意义。

硅片表面磨削技术的应用研究

随着IC制造技术的飞速发展,为了增加IC芯片产量和降低单元制造成本,硅片直径趋向大直径化,原有的传统研磨工艺已不适应大直径硅片的加工,人们开始研究用硅片自旋转表面磨削方法来代替传统的研磨方法。通过实验的方法,对切割后的硅片表面进行磨削,获得了较理想的表面效果,达到了减少抛光去除量和抛光时间的目的。