论文名称：硅片超精密磨削减薄工艺基础研究

论文作者：大连理工大学 / 高 尚

指导教师：康仁科《研究领域：超精密加工与特种加工技术、难加工材料精密高效加工技术、半导体制造技术与设备。》

电子产品对高性能、多功能和小型化的需求推动了集成电路(IC)封装技术的发展，为减小封装厚度，需要对硅片进行背面减薄加工。目前，采用金刚石砂轮的超精密磨削技术在硅片减薄加工中得到广泛应用，但是，超精密磨削减薄技术面临着高加工质量和高加工效率的突出矛盾。面向IC封装技术对超薄硅片的需求，作者深入研究了金刚石砂轮磨削硅片的亚表面损伤特性、变形机理和崩边规律以及采用软磨料砂轮的机械化学磨削技术，提出金刚石砂轮磨削和软磨料砂轮磨削集成的高效低损伤磨削减薄新工艺。主要研究内容和结论如下：

(1)建立了工件旋转法磨削硅片的磨粒切削深度模型，确定了磨粒切削深度与磨削参数、砂轮尺寸及硅片表面径向位置的定量关系，研究了金刚石砂轮磨削硅片的亚表面损伤深度沿硅片径向和周向的分布以及磨削参数对亚表面损伤深度的影响。

(2)研究了金刚石砂轮磨削减薄硅片时砂轮、真空吸盘与硅片之间的作用力情况，揭示了硅片磨削减薄变形机理，建立了硅片磨削减薄变形模型，确定了硅片变形与亚表面损伤深度、加工应力、减薄厚度及单晶硅力学特性之间的定量关系，并通过了试验验证。

(3)研究了金刚石砂轮磨削减薄硅片的崩边形状和尺寸沿硅片圆周的变化规律，分析了砂轮粒度、减薄厚度、磨削方式和砂轮进给速度等磨削参数对崩边尺寸的影响，并基于单晶硅的力学特性和工件旋转法磨削硅片的磨削力特征揭示了崩边规律的产生机理。

(4)针对金刚石砂轮磨削硅片的表面/亚表面损伤，提出采用软磨料砂轮的机械化学磨削技术，研制出机械化学磨削硅片的软磨料砂轮，软磨料砂轮磨削硅片的表面粗糙度Ra＜1nm，亚表面损伤深度＜20nm，接近于化学机械抛光(CMP)的加工，而材料去除率为CMP加工的1.5～2倍。

(5)提出在硅片一次装夹定位下，依次采用金刚石砂轮粗磨、精磨和软磨料砂轮机械化学磨削的高效低损伤超精密磨削减薄工艺，利用该工艺减薄硅片的厚度达到40μm。