{生產(chǎn)工藝技術(shù)}硅片自旋轉(zhuǎn)磨削工藝規(guī)律研究二二摘要單晶硅片是集成電路(IC)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：U。AbstractSiliconintegratedcircuit(IC)manufacturingprocessmostmonlyusedinthesubstratematerial,siliconwafersurfacequalitydirectlyaffectstheperformanceofthedevice,therateoffinishedproductsandlife.Alongwiththeincreaseofthesiliconwafersizes,newsiliconwaferefficientprocessingtechnologyoftheultraprecisionlevelofftogetalotofresearch.Amongthem,withhighefficiency,highprecision,lowdamageandotheradvantagesofthewaferrotationgrindingtechnologyisgraduallybeingthepolishingofsiliconwaferandwaferbacksidethinningofthemainstreamgraphicsprocessingtechnology.Basedontherotationprincipleofgrindingsiliconwaferultra-precisiongrinder,grindingparticlesizewasstudiedbyexperiment,thegrindingwheelspeedandthespeedofthegrindingwheelmainfactorsongrindingwafergrindingforceandsurfacequalityofrelationship.Keywords:Siliconwafer,Grinding,Thegrindingwheel,Grindingmachine,Self-rotatinggrinding目錄1緒論11.1前言11.2硅片超精密磨削的現(xiàn)狀11.2.1國(guó)外現(xiàn)狀11.2.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀21.3硅片超精密磨削的發(fā)展趨勢(shì)31.4硅片自旋轉(zhuǎn)磨削的原理41.5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)62.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備的介紹62.2工件的介紹62.3砂輪的選擇82.4工藝參數(shù)的選擇92.4.1砂輪軸向進(jìn)給的速度92.4.2砂輪的轉(zhuǎn)速102.5檢測(cè)方法和設(shè)備102.6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133.1磨削工藝參數(shù)對(duì)磨削力的影響133.1.1磨粒粒徑對(duì)磨削力的影響133.1.2砂輪進(jìn)給速度對(duì)磨削力的影響133.1.3砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)磨削力的影響143.2建立磨削力經(jīng)驗(yàn)公式143.2.1角正回歸理論143.2.2磨削力的角正回歸法建模153.3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174.1磨削工藝參數(shù)對(duì)磨削后硅片表面粗糙度的影響174.1.1磨粒粒徑對(duì)硅片表面粗糙度的影響174.1.2砂輪進(jìn)給速度對(duì)硅片表面粗糙度的影響184.1.3砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)硅片表面粗糙度的影響204.2磨削參數(shù)對(duì)磨削后硅片表面形貌的影響204.2.1磨粒粒徑對(duì)硅片表面形貌的影響204.2.2砂輪進(jìn)給速度對(duì)硅片表面形貌的影響224.2.3砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)硅片表面形貌的影響244.3本章小結(jié)26結(jié)論27參考文獻(xiàn)29致謝311緒論1.1前言進(jìn)入21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)單晶硅拋硅片表面損傷，提高加工效率，保證工件的表面質(zhì)量。1.2硅片超精密磨削的現(xiàn)狀德國(guó)是最早開始采用磨削方法加工硅片，日本1975年開始用磨削方式加工床。1.2.1國(guó)外現(xiàn)狀是直徑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1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<1×μm和平面度<0.2μm/300mm2003年開始，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<0.141/3~1/10。日本Ibaraki大學(xué)的H.Eda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，300mm硅片達(dá)到表面粗糙度Ra<1nm，平面度<0.2μm0.1~0.2μm70%。日本TokyoSeimiteum。3-D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)，KansasStateUniversity的Z.J.Pei等人對(duì)精密磨削硅片自旋轉(zhuǎn)磨面型精度、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。1.2.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀2Φ76mm硅片進(jìn)行ELID超精密遠(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)，并且硅片的加直徑300mm在承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目和國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目，對(duì)大直徑硅片超精密磨削加工的理論和關(guān)鍵技術(shù)展開系統(tǒng)研究。1.3硅片超精密磨削的發(fā)展趨勢(shì)隨著IC設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，芯片的密度呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，300mm450mm硅片發(fā)展，預(yù)計(jì)到2013年將采用直徑450mm的硅片。研究表明，采用450mm的硅片比300mm的硅片生產(chǎn)的芯片成本低很多。對(duì)微利的DRAM廠商無(wú)疑是具有極大3高新技術(shù)的日新月異，給IC提高其附加值提供了大好機(jī)會(huì)，這又極大推動(dòng)全球各大生產(chǎn)廠家達(dá)大硅片的開發(fā)和生產(chǎn)。內(nèi)圓金剛石鋸片切割工藝切割的硅片會(huì)產(chǎn)生較大的翹曲變形，最大翹曲量達(dá)37μm10～50μm--腐蝕--要求，硅片表面仍殘留4～8μm過(guò)程中大量使用的腐蝕化學(xué)試劑、研磨拋光液以及清洗液還存在污染環(huán)境問(wèn)題。目前，硅片磨削廣泛采用基于硅片自旋轉(zhuǎn)磨削原理的超精密磨床。1988年日本的S.Matsui等人提出了硅片自旋轉(zhuǎn)磨削方法。其采用略大于硅磨時(shí)實(shí)現(xiàn)硅片高效磨削，迅速去除加工余量；在精磨時(shí)實(shí)現(xiàn)硅片的延性域磨削，減少硅片表面損傷，即可以提高加工效率，也可以保證工件的表面質(zhì)量。其次，4有一半處于砂輪外面，因此易于實(shí)現(xiàn)硅片的在線厚度與表面質(zhì)量的檢測(cè)與控制。發(fā)展趨勢(shì)。1.4硅片自旋轉(zhuǎn)磨削的原理加工硅片的裝置原理如圖1.1（a吸盤主軸平行時(shí)，理論上砂輪與硅片之間的全接觸磨削面積或弧長(zhǎng)，如圖1.1（b）所示；當(dāng)是在實(shí)際磨削過(guò)程中，為了減小磨削力和減小磨削熱，通常有意磨削，如圖1.1（c）所示。圖1.1硅片自旋轉(zhuǎn)磨削加工原理圖t與砂輪軸向進(jìn)給速度f(wàn)和硅片轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為：t=f/n（1）根據(jù)（1f，提高硅片轉(zhuǎn)速n，可以減小磨1μm/min以內(nèi)，5如果硅片轉(zhuǎn)速為200rpm，則硅片每轉(zhuǎn)的磨削深度只有0.005μm，可以實(shí)現(xiàn)微量以通過(guò)大幅度提高砂輪進(jìn)給速度，增大材料去除率，從而實(shí)現(xiàn)高效磨削。1.5本文研究的主要內(nèi)容杯型金剛石砂輪的硅片自旋轉(zhuǎn)磨削加工單晶硅片的方法被認(rèn)為是超精密磨削硅供依據(jù)。62硅片自旋轉(zhuǎn)磨削加工的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備的介紹隨著高精度、高硬度機(jī)械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長(zhǎng)，從而磨床的分類也分為許多種：(1)外圓磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圓柱形和圓錐形外表面的磨床。(2)內(nèi)圓磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圓柱形和圓錐形內(nèi)表面的磨床。此外，還有兼具內(nèi)外圓磨的磨床。(3)座標(biāo)磨床：具有精密座標(biāo)定位裝置的內(nèi)圓磨床。(4)無(wú)心磨床：工件采用無(wú)心夾持，一般支承在導(dǎo)輪和托架之間，由導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，主要用于磨削圓柱形表面的磨床。例如軸承軸支等。(5)平面磨床：主要用于磨削工件平面的磨床。(6)砂帶磨床：用快速運(yùn)動(dòng)的砂帶進(jìn)行磨削的磨床。(7)珩磨機(jī)：用于珩磨工件各種表面的磨床。(8)研磨機(jī)：用于研磨工件平面或圓柱形內(nèi)，外表面的磨床。(9)導(dǎo)軌磨床：主要用于磨削機(jī)床導(dǎo)軌面的磨床。(10)工具磨床：用于磨削工具的磨床。(11)多用磨床：用于磨削圓柱、圓錐形內(nèi)、外表面或平面，并能用隨動(dòng)裝置及附件磨削多種工件的磨床。(12)專用磨床：從事對(duì)某類零件進(jìn)行磨削的專用機(jī)床。本試驗(yàn)的設(shè)備主要是改裝后的磨床，其性能符合本實(shí)驗(yàn)要求。2.2工件的介紹14子量28.085然生長(zhǎng)氧化硅(Si02)7得到無(wú)位錯(cuò)單晶的材料之一。700"C有彈塑性，其內(nèi)部存在的位錯(cuò)開始移動(dòng)或攀移，在應(yīng)力作用下會(huì)呈現(xiàn)塑性變形。在950℃～1400℃溫度范圍內(nèi)硅的抗拉強(qiáng)度由約35×108Pa下降到1×108Pa的抗拉應(yīng)力遠(yuǎn)大于抗剪應(yīng)力，所以硅片容易碎裂。單晶硅的Peierls應(yīng)力和實(shí)驗(yàn)硬度等數(shù)據(jù)如表2.1所示，單晶硅的Peierls中，為位錯(cuò)芯處的鍵能，為Peierls剪切應(yīng)力，為Peierls勢(shì)壘對(duì)硬度的作用，為壓痕硬度，+為晶體的表現(xiàn)硬度，為單晶硅實(shí)驗(yàn)硬度。表2.1單晶硅的Peierls應(yīng)力和實(shí)驗(yàn)硬度(eV)(kg/m)(kg/m)(kg/m)+(kg/m)(kg/m)Si5.953430286109813841370表2.2體材料要好，但與其它種類的材料相比，其力學(xué)性能趨向于脆性材料。表2.2單晶硅的力學(xué)特性特性參數(shù)單晶硅密度/（25℃）2.392硬度（Knoop）9.5~11.5GPa彈性常數(shù)楊氏模量泊松比8斷裂韌性本試驗(yàn)采用的硅片直徑為42mm的單晶硅片。2.3砂輪的選擇狀等各種形狀的磨具。要選擇砂輪，就必須先選擇磨料和結(jié)合劑。天然普通磨料有天然剛玉、石榴石和金剛砂；人造普通磨料分為剛玉和碳化硅，超硬磨料有人造金剛石和立方碳化硼。金剛石磨料具有硬度高、抗壓強(qiáng)度高、耐磨性好的特性，使金剛石磨具在磨削加工中成為磨削硬脆材料及硬質(zhì)合金的理想工具，不但效率高、精度高，而且粗糙度好、磨具消耗少、使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)還可改善勞動(dòng)條件。因此廣泛用于普通磨具難于加工的低鐵含量的金屬及非金屬硬脆材料，如硬質(zhì)合金、高鋁瓷、光學(xué)玻璃、瑪瑙寶石、半導(dǎo)體材料、石材等。所以本試驗(yàn)?zāi)チ喜捎媒饎偸Ｄゾ吒鶕?jù)不同的特性,分類的方法也不同。根據(jù)磨具的基本形狀的使用方法分類分為固結(jié)磨具、涂附磨具和研磨膏。固結(jié)磨具有砂輪、磨頭、油石和砂瓦；9具和橡膠結(jié)合劑磨具。量低，粗糙度值低，可制成厚度為0.2~4mm的薄片磨具和各種形狀復(fù)雜的磨具，具的強(qiáng)度和硬度，增加砂輪的磨損。樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪具有良好的拋光作用，磨削時(shí)砂輪鋒利，不易堵塞，具體特點(diǎn)如下：1、磨削效率高，同時(shí)砂輪消耗相對(duì)較慢；2、自銳性好，磨削時(shí)發(fā)熱量小，不易堵塞，減少了磨削時(shí)出現(xiàn)工作燒傷的現(xiàn)象；3、砂輪具有一定的彈性，有利于改善工件表面的粗糙度，主要用于精磨、半精磨、刀磨、拋光等工序4、樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪是低溫固化，生產(chǎn)周期短，設(shè)備和供應(yīng)流程比較簡(jiǎn)單；因樹脂具有流動(dòng)性，容易成型復(fù)雜性面的砂輪。由于單晶硅的特點(diǎn)和上述樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的優(yōu)點(diǎn)，本試驗(yàn)采用的砂輪為樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪。本試驗(yàn)的砂輪型號(hào)選擇#600和#2000。2.4工藝參數(shù)的選擇10本實(shí)驗(yàn)的主要參數(shù)有磨粒粒徑、砂輪軸向進(jìn)給的速度和砂輪的轉(zhuǎn)速，以改裝后的磨床為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)所用的主要工藝參數(shù)如表2.3所示。表2.3磨床主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)指標(biāo)金剛石砂輪杯型樹脂結(jié)合劑砂輪軸向進(jìn)給速度f(wàn)（10~50μm/min）砂輪轉(zhuǎn)速（400~1200rpm）工件轉(zhuǎn)速（100~180rpm）2.4.1砂輪軸向進(jìn)給的速度表2.4實(shí)驗(yàn)中砂輪軸向進(jìn)給速度的參數(shù)序號(hào)砂輪軸向進(jìn)給的速度（μm/min）砂輪型號(hào)110#600、#2000215#600、#2000320#600、#2000425#600、#2000530#600、#2000640#600750#600在表2.440um/min和50um/min號(hào)#2000#600#2000砂輪主要用于精磨，損壞砂輪。所以#2000砂輪不用于進(jìn)給速度為40um/min和50um/min。2.4.2砂輪的轉(zhuǎn)速表2.5實(shí)驗(yàn)中砂輪轉(zhuǎn)速的參數(shù)序號(hào)砂輪的轉(zhuǎn)速(r/min)砂輪型號(hào)1400#600、#2000112600#600、#20003800#600、#200041000#600、#200051200#600、#2000#600和#2000。2.5檢測(cè)方法和設(shè)備檢測(cè)設(shè)備有Mahr表面粗糙度＆表面輪廓儀、超景深三維顯微系統(tǒng)、激光共聚焦顯微鏡和Kistler測(cè)力儀。Mahr表面粗糙度＆表面輪廓儀，型號(hào)是MahrSurfXR20＆MahrSurfXT20。產(chǎn)個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，應(yīng)用軟件XR20和XT20，分別進(jìn)行表面粗糙度的測(cè)量和表面輪廓儀特征的測(cè)量，包括槽表面以及孔直徑在dia.4.5mm以上的孔表面。并且，每種功能都可以通過(guò)接觸式(MFW250)和非接觸式(LaserSensorFocodyn)兩種方靈活、操作方便簡(jiǎn)單。Mahr表面粗糙度＆表面輪廓儀在應(yīng)用XR20軟件測(cè)量表面粗糙度，能夠獲得Ra、Rz、Rmax、S(RS)、Sm(RSm)、tp(RMr)、Rp、RqR3z、PSmPMrWtSkRk和所有DIN4776分析Ncrx、CPM、Nr、Pt、R等。此外還可以實(shí)現(xiàn)輪廓曲線、材料支撐曲線、幅值密度曲線以及RM輪廓顯示。在應(yīng)用XT20Mahr表面粗糙度＆表面輪廓儀12主要測(cè)量硅片加工后的表面粗糙度。超景深三維顯微系統(tǒng)，型號(hào)是VHX-600。它可以進(jìn)行快速大景深三維合成和逐層拍照的高景深合成畫面，對(duì)3D微結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)的、非接觸的觀察、測(cè)量系統(tǒng)20倍以上的超景深觀察與測(cè)量，可以對(duì)不能對(duì)焦的凹凸的大型被觀察物體面3D加工形貌的觀察、測(cè)量和記錄。超景深三維顯微系統(tǒng)有許多功能，它可以3D彩色/標(biāo)尺顯示高度的功23D體積測(cè)量，具有D.F.D三維合成功能；3D面間的距離和角度測(cè)量；3D照明模擬功能等。在本實(shí)驗(yàn)，它主要測(cè)量硅片加工后的表面形貌特征。激光共聚焦顯微鏡，型號(hào)是OLS4000。它是日本奧林巴斯株式會(huì)社與2009年817280120mm，配置了405nm3維和互換性。Kistler9257B,分辨率高,非常堅(jiān)固,高固有頻率,對(duì)溫度變化不敏感,防腐蝕,防水噴濺和冷卻液的浸入,防護(hù)等級(jí)IP67,,風(fēng)洞模型測(cè)量。本試驗(yàn)主要把它用來(lái)測(cè)量磨削時(shí)不同工藝參數(shù)下的磨削力。132.6本章小結(jié)驗(yàn)用的的磨床，然后選擇工件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求選用42mm的單晶硅片。要選擇脂結(jié)合劑金剛石砂輪。選擇完主要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工件和工具，最后選擇工藝參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)的主要參數(shù)有磨粒粒徑、砂輪軸向進(jìn)給的速度和砂輪的轉(zhuǎn)速，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和內(nèi)容，對(duì)這些參數(shù)設(shè)置數(shù)值。143磨削參數(shù)對(duì)磨削力的影響的試驗(yàn)研究3.1磨削工藝參數(shù)對(duì)磨削力的影響分別對(duì)磨削力的影響。本試驗(yàn)用Kistler測(cè)力儀來(lái)測(cè)量磨削力。圖3.1砂輪軸向進(jìn)給速度對(duì)軸向磨削力的影響圖3.2砂輪線速度對(duì)軸向磨削力的影響3.1.1磨粒粒徑對(duì)磨削力的影響從圖3.1和圖3.2中可以看出，在砂輪進(jìn)給速度和砂輪線速度分別一定時(shí)，#2000砂輪的軸向磨削力始終比#600砂輪的軸向磨削力要小，即磨粒粒徑越小，軸向磨削力也越小。3.1.2砂輪進(jìn)給速度對(duì)磨削力的影響圖3.1是在砂輪線速度為1000mm/min條件下，軸向磨削力隨著砂輪進(jìn)給速3.1增大，因此軸向磨削力也增大。3.1.3砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)磨削力的影響圖3.2是在砂輪進(jìn)給速度為10μm/min條件下，砂輪線速度對(duì)軸向磨削力影3.2隨之降低。153.2建立磨削力經(jīng)驗(yàn)公式3.2.1角正回歸理論條件下會(huì)受到很大的限制,所以當(dāng)前仍以采用經(jīng)驗(yàn)公式為主。多年來(lái)，各國(guó)學(xué)者綜合本試驗(yàn)所得的磨削力數(shù)據(jù)，采用角正回歸的方法推導(dǎo)出磨削力的公式。3.2.2磨削力的角正回歸法建模式為(1)其中表示與磨削力相關(guān)的系數(shù)，α和β是指數(shù)。取對(duì)數(shù)可得回歸方程為(2)(3)即y=，，，為待定系數(shù)；，，為CF，，的水平編碼。取磨削力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表3.1所示：表3.1磨削力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)磨削用量軸向磨削力（N）進(jìn)給速度（μm/min）砂輪線速度（m/s）#600砂輪#2000砂輪11018.3363122018.3504431014.6383342014.6524516以表中的數(shù)據(jù)代入公式（3）中，對(duì)于#600砂輪，可得以下方程組：得到（4）當(dāng)取值在大值與小值之間時(shí)，，的表達(dá)式為：設(shè)A=2.86，a=-7.57，則(5)設(shè)B=-8.69，b=26.2，則（6）將x1，x2代入回歸方程（3）中可得取反自然對(duì)數(shù)后可得（7）最后將b0、b1、b2和A、B及a、b值代入式（7）中，得到#600砂輪磨削硅片的3.2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，得到磨削力平均相對(duì)準(zhǔn)確度為Δ=2.58%。同理，可得#2000砂輪磨削硅片的磨削力經(jīng)驗(yàn)公式為，準(zhǔn)確度為Δ=3.23%。3.3本章小結(jié)小，但趨勢(shì)逐漸變緩。17#6000.47，線速度的指數(shù)的絕對(duì)值是0.13，0.47>0.13；在#2000砂輪的磨削力的經(jīng)驗(yàn)公式中，砂輪的進(jìn)給速度的指數(shù)的絕對(duì)值是0.41，線速度的指數(shù)的絕對(duì)值是0.26,0.41>0.26的經(jīng)驗(yàn)公式也只是在既定的磨削條件下得出的，在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中若條件改變，可根據(jù)具體情況進(jìn)行一定的修正。184磨削參數(shù)對(duì)硅片表面質(zhì)量的影響的試驗(yàn)研究4.1磨削工藝參數(shù)對(duì)磨削后硅片表面粗糙度的影響4.1.1磨粒粒徑對(duì)硅片表面粗糙度的影響本文采用兩種不同的砂輪型號(hào)，分別為#600和#2000，分析這兩種砂輪對(duì)硅片表面粗糙度的影響。使用Mahr表面粗糙度＆表面輪廓儀來(lái)測(cè)量硅片的表面粗糙度，砂輪轉(zhuǎn)速為1000r/min，砂輪進(jìn)給速度為10μm/min。片作直觀比較。圖4.1型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給速度10μm/min圖4.2型號(hào)#2000，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給速度10μm/min#600和#2000的4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：表4.1#600和#2000的砂輪對(duì)硅片表面粗糙度的影響砂輪型號(hào)表面粗糙度Ra平均值0.3159#6000.29870.29710.31030.32840.1095#20000.10180.09970.10380.1040實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4.119力和擠壓力變小，從而使硅片的表面粗糙度也越低。4.1.2砂輪進(jìn)給速度對(duì)硅片表面粗糙度的影響使用Mahr表面粗糙度＆表面輪廓儀，從實(shí)驗(yàn)圖片里選擇3張圖片，直觀比較。型號(hào)為#600，轉(zhuǎn)速為1000r/min。研究不同的進(jìn)給速度對(duì)硅片表面粗糙度的影響。圖4.3型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給速度30μm/min圖4.4型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給速度40μm/min圖4.5型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給速度50μm/min均值，畫出下面的砂輪進(jìn)給速度與硅片表面粗糙度的關(guān)系圖。圖4.6砂輪的進(jìn)給速度對(duì)磨削硅片表面粗糙度的影響從圖4.6糙度增大。4.1.3砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)硅片表面粗糙度的影響#60010μm/min對(duì)硅片表面粗糙度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4.7所示圖4.7砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)硅片表面粗糙度的影響由圖4.7厚度降低，從而使表面粗糙度降低。4.2磨削參數(shù)對(duì)磨削后硅片表面形貌的影響4.2.1磨粒粒徑對(duì)硅片表面形貌的影響20圖4.8硅片表面形貌（型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給速度20μm/min）圖4.9硅片表面形貌（型號(hào)#2000，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給速度20μm/min）從圖4.8和圖4.94.8的硅片磨削表面明顯看出硅材料有脆性斷裂的痕跡，而圖4.9的砂4.8的硅片表面形貌的凹坑數(shù)量和大小都比圖4.9的凹坑要多要大，還有圖4.8硅片表面的裂痕比例比圖4.9使得凹坑和裂痕都比較多；圖4.8的磨紋寬度比圖4.8的磨紋寬度要大。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，隨著砂輪粒度的減小，表面磨紋的寬度及深度減小，磨紋分布也越來(lái)越密，凹坑減少，得到的硅片表面形貌越好。4.2.2砂輪進(jìn)給速度對(duì)硅片表面形貌的影響圖4.10硅片表面形貌（型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給速度10μm/min）從圖4.10可以看出，硅片表面質(zhì)量較好，凹坑數(shù)量和溝槽數(shù)量比較少，破裂的裂痕比例也較少，脆性斷裂的痕跡不是很明顯。圖4.11硅片表面形貌（型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給速度30μm/min）從圖4.11可以看出，硅片表面的凹坑數(shù)量較多，磨紋也較多，裂痕比例比圖10的要大，脆性斷裂的痕跡比較明顯。圖4.12硅片表面形貌（型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給速度50μm/min）從圖4.12裂痕比例很大。從圖2可以看出，硅片的表面形貌的質(zhì)量隨著砂輪的21面形貌的質(zhì)量，就要在一定范圍減小砂輪進(jìn)給率，不過(guò)這樣會(huì)降低材料去除率，延長(zhǎng)加工時(shí)間，增加成本。4.2.3砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)硅片表面形貌的影響圖4.13硅片表面形貌（型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速400r/min，進(jìn)給速度30μm/min）圖4.13中，硅片表面有明顯的脆性斷裂痕跡，且痕跡的面積很大，凹坑數(shù)量很多，溝槽寬度很大，裂紋也多。圖4.14硅片表面形貌（型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速800r/min，進(jìn)給速度30μm/min）圖4.1413的大，凹坑多，溝槽寬度大。圖4.15硅片表面形貌（型號(hào)#600，轉(zhuǎn)速1200r/min，進(jìn)給速度30μm/min）圖4.15的硅片表面脆性斷裂痕跡較明顯，痕跡面積不是很大，溝槽較少，裂紋比例不大，凹坑數(shù)量較少。從上面的三張圖片可以看出，砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)硅片的表面形貌的影響不是很大，低，凹坑數(shù)量減少，砂輪表面形貌越好。但是砂輪的轉(zhuǎn)速并不能無(wú)限制地增大，輪轉(zhuǎn)速增大，砂輪輪齒受到的離心力也相應(yīng)增大，對(duì)砂輪的強(qiáng)度要求也就越高。去除率下降，并且使硅片的表面粗糙度和損傷深度變大。4.3本章小結(jié)22低了。23結(jié)論硅片自旋轉(zhuǎn)磨削技術(shù)正逐步代替研磨技術(shù)被廣泛應(yīng)用于拋光硅片加工和圖律——者研究了許多方法，其中日本的S.Matsui等人提出的硅片自旋轉(zhuǎn)磨削方法是為—改裝后的磨床、砂輪--樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪、工藝參數(shù)—砂輪進(jìn)給速度和砂輪轉(zhuǎn)速，還介紹了硅片的分類。速可以減小硅片的磨削力。24定范圍內(nèi)減小砂輪進(jìn)給率、增大砂輪轉(zhuǎn)速可以提高硅片的表面質(zhì)量。而均勻的冷卻，且盡量保證磨削溫度的恒定。發(fā)展方向。這也可能是我們研究的方向。25參考文獻(xiàn)[1].磨削技術(shù)的最新進(jìn)展[J].世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2003(1):16-19.[2]楊福興.非球面光學(xué)零件的超精密磨削技術(shù)[J].1998(6):19-25.[3]L.B.Zhou,H.Eda,J.-of-the-arttechnologiesandkinematicalanalysisforone-stopfinishingofΦ300mmSiwafer[J].MaterialsProcesssingTechnology2002,129:34-40.[4]H.Eda,L.B.Zhou,H.Nakano,R.Kondo,andJ.ofsinglestepgrindingsystemforlargescaleΦ300Siwafer:Atotalintegratedfixed-abrasivesolution[C].AnnalsofCIRPVol.2001,50(1):225-228.[5]康仁科，田業(yè)冰，郭東明.大直徑硅片超精密磨削技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].金剛石與磨具磨料工程，2003，4(136)：16-17.[6]Z.J.Pei,AlanStrasbaugh，F(xiàn)inegrindingofsiliconwafers[J].InternationalJournalofMachineToolsandManufacture.2001，41：659-672．[7]Z.J.Pei,AlanStrasbaugh，F(xiàn)inegrindingofsiliconwafers:d