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硅片超精密磨床的发展现状

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ Ｕｌｔｒａ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ｆｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｗａｆｅｒ

ＤＯＮＧ Ｚ在公安部消防局去年取消了《关于进1步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》(公消[2011]65号ｈｉ－ｇａｎｇ， ＴＩＡＮ Ｙｅ－ｂｉｎｇ， ＫＡＮＧ Ｒｅｎ－ｋｅ， ＧＵＯ Ｄｏｎｇ－ｍｉｎ， ＪＩＮ Ｚｈｕ－ｊｉ

（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＆ Ｎｏｎ－ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ

Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｄａｌｉａｎ 116024， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｕｌｔｒａ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍａｎｕｆａｃｔ首先要走资源节俭型发展道路ｕｒｉｎｇ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｂｏｔｈ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｒｉｍａｒｙ ｗａｆｅｒ ａｎｄ ｂａｃｋｓ如医用橡胶手套的试样ｉｄｅ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｗａｆｅｒ． Ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｕｌｔｒａ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｎｄ ｈａｖｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ， ｉｎｔｅｇｒａｔｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ ｅｔｃ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｗａｆｅｒ （≥φ300ｍｍ） ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｔｈｅｉｒ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ， ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｗａｆｅｒ ａｒｅ地毯 ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．

ＫｅｙＷｏｒｄｓ： Ｕｌｔｒａ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ； Ｕｌｔｒａ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｇｒｉｎｄｉｎｇ； Ｄｉａｍｏｎｄ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ； Ｓｉｌｉｃｏｎ ｗａｆｅｒｓ； ＩＣ

ＩＣ制造过程包括硅片制备（ｗａｆｅｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、前道（ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ）、检测（ｗａｆｅｒ ｔｅｓｔ）和后道（ｂａｃｋ－ｅｎｄ）4个阶段，整个过程中要用到微细加工和超精密加工等先进工艺装备，其中包括超精密磨床、研磨机、腐蚀设备和抛光机等。在硅片制备阶段，需要将单晶硅棒加工成具有高面型精度和表面质量的原始硅片，为ＩＣ前道制程中的光刻等工序准备平坦化超光滑无损伤的衬底表面。在ＩＣ 制造的后道工序阶段，为满足封装对ＩＣ芯片厚度的要求，必须在划片和封装前对完成ＩＣ前道制程的图形硅片（ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｗａｆｅｒ）背面减薄（ｂａｃｋ ｇｒｉｎｄｉｎｇ），即尽可能地减小硅片的厚度，并尽可能减小硅片背面的表面粗糙度和表层残余应力，保证硅片强度，避免在封装中产生碎裂。在ＩＣ的批量生产中，无论是进行原始硅片的制造，还是进行图形硅片的背面减薄，应用传统的游离磨料研磨抛光工艺装备加工硅片存在不易保证高精度面型和表面质量、加工效率低、控制难度大、不易实现自动化、污染严重等公认的缺点。当硅片尺寸加大（≥φ300 ｍｍ）后，传统的加工工艺装备在面型精度和生产效率等方面的缺点将更加突出。一方面，加止动环工大直径硅片时，研磨和抛光盘尺寸需要相应加大许多，而应用大尺寸的研磨盘加工硅片，很难达到很高的面型精度，同时机床占用空间和能源消耗也相应加大；另一方面，硅片厚度增大使材料去除量增加，而每盘加工大直径硅片的数量有限，因而使硅片的产量（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）减少。相反，用固着磨料超精密磨削工艺加工硅片具有加工效率高、成本低、可以获得高的面型精度和表面质量、容易实现加工过程检测和控制以及加工过程自动化等优点[4～5]。因此，超精密磨床成为ＩＣ制造中大直径硅片加工的先进设备，在半导体加工过程中发挥着越来越重要的作用。

1 硅片超精密磨床的发展概况

早期的用于硅片加工的磨床由普通平面磨床改装而成，主要使用平行砂轮磨削硅片。磨密山削硅片的平面度为0．3μｍ/200 ｍｍ，粗糙度Ｒｙ0．02μｍ，可以代替研磨。使用平行砂轮磨削硅片时，由于砂轮宽度有限，必须进行横向进给磨削，磨削精度和磨削效率较低。

目前硅片磨削广泛采用专用的金刚石杯型砂轮端面磨床，其中具有代表性的是基于旋转工作台磨削（ｓｕｒｆａｃｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ摆锤冲击试验机小故障检修 ｏｎ ａ ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ）原理的超精密磨床和基于硅片自旋转磨削（ｒｏｔａｔｉｏｎ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）原理的超果汁饮料精密磨床。

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