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硅晶体低损伤磨削砂轮的研制

李志明  
【摘要】:硅晶体广泛的应用于集成电路(IC)制造业和光伏产业中。将硅晶体加工为满足要求的硅片,需要经过一系列的加工过程,磨削加工是硅晶体机械加工过程的重要组成部分。在硅晶体的超精密磨削中应用最多的是金刚石砂轮,及其它硬质磨粒砂轮。这些砂轮不可避免地会在硅晶体表面产生磨痕、划痕,在硅片亚表面产生裂纹。磨削引入的损伤将极大地影响IC性能和硅片的强度,必须采用必要的后续工艺消除。研究如何消除磨削硅片表面层的裂纹和磨痕,减小磨削引入的亚表面损伤深度,最终获得低损伤加工表面,从而取代后续的损伤消除工序,是硅晶体磨削研究的主要方向。 本文在深入分析硅晶体机械化学磨削(Mechanical Chemical Grinding, MCG)技术的基础上,开发了一种新型硅晶体低损伤磨削MCG砂轮。设计了新型MCG砂轮配方,并研究了其制备工艺,提出了游离磨料修整和固结磨料修整相结合的MCG砂轮两步修整方案。在VG401MKll型硅片超精密磨床上,进行了单晶硅片的机械化学磨削试验;采用光学显微镜,扫描电子显微镜,三维表面轮廓仪,原子力显微镜,透射电子显微镜,平面度仪等仪器检测硅片的表面形貌,表面缺陷,表面粗糙度,亚表面损伤和平面度等。实验结果表明,新型MCG砂轮加工直径150mm的硅片,可以获得与CMP硅片一致的表面质量。MCG硅片表面光滑,表面粗糙度达到0.3nm,平面度小于1μm,硅片亚表面只有一层几纳米厚的非晶层,未发现任何其它损伤形式。材料去除率不随加工时间变化,但主轴转速对其影响显著。观察磨削后硅片表面残留物质形貌,应用XRD检测磨削前后硅片表面成分,研究了硅片机械化学磨削的去除机理,改进了硅片低损伤磨削表面形成过程的理论模型。


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