論文名稱：硅片超精密磨削減薄工藝基礎(chǔ)研究

論文作者：大連理工大學(xué) / 高 尚

指導(dǎo)教師：康仁科《研究領(lǐng)域：超精密加工與特種加工技術(shù)、難加工材料精密高效加工技術(shù)、半導(dǎo)體制造技術(shù)與設(shè)備。》

電子產(chǎn)品對高性能、多功能和小型化的需求推動了集成電路(IC)封裝技術(shù)的發(fā)展，為減小封裝厚度，需要對硅片進(jìn)行背面減薄加工。目前，采用金剛石砂輪的超精密磨削技術(shù)在硅片減薄加工中得到廣泛應(yīng)用，但是，超精密磨削減薄技術(shù)面臨著高加工質(zhì)量和高加工效率的突出矛盾。面向IC封裝技術(shù)對超薄硅片的需求，作者深入研究了金剛石砂輪磨削硅片的亞表面損傷特性、變形機(jī)理和崩邊規(guī)律以及采用軟磨料砂輪的機(jī)械化學(xué)磨削技術(shù)，提出金剛石砂輪磨削和軟磨料砂輪磨削集成的高效低損傷磨削減薄新工藝。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：

(1)建立了工件旋轉(zhuǎn)法磨削硅片的磨粒切削深度模型，確定了磨粒切削深度與磨削參數(shù)、砂輪尺寸及硅片表面徑向位置的定量關(guān)系，研究了金剛石砂輪磨削硅片的亞表面損傷深度沿硅片徑向和周向的分布以及磨削參數(shù)對亞表面損傷深度的影響。

(2)研究了金剛石砂輪磨削減薄硅片時砂輪、真空吸盤與硅片之間的作用力情況，揭示了硅片磨削減薄變形機(jī)理，建立了硅片磨削減薄變形模型，確定了硅片變形與亞表面損傷深度、加工應(yīng)力、減薄厚度及單晶硅力學(xué)特性之間的定量關(guān)系，并通過了試驗驗證。

(3)研究了金剛石砂輪磨削減薄硅片的崩邊形狀和尺寸沿硅片圓周的變化規(guī)律，分析了砂輪粒度、減薄厚度、磨削方式和砂輪進(jìn)給速度等磨削參數(shù)對崩邊尺寸的影響，并基于單晶硅的力學(xué)特性和工件旋轉(zhuǎn)法磨削硅片的磨削力特征揭示了崩邊規(guī)律的產(chǎn)生機(jī)理。

(4)針對金剛石砂輪磨削硅片的表面/亞表面損傷，提出采用軟磨料砂輪的機(jī)械化學(xué)磨削技術(shù)，研制出機(jī)械化學(xué)磨削硅片的軟磨料砂輪，軟磨料砂輪磨削硅片的表面粗糙度Ra＜1nm，亞表面損傷深度＜20nm，接近于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的加工，而材料去除率為CMP加工的1.5～2倍。

(5)提出在硅片一次裝夾定位下，依次采用金剛石砂輪粗磨、精磨和軟磨料砂輪機(jī)械化學(xué)磨削的高效低損傷超精密磨削減薄工藝，利用該工藝減薄硅片的厚度達(dá)到40μm。