磨削減薄硅片變形測(cè)量與殘余應(yīng)力計(jì)算.pdf

1、單晶硅片是集成電路制造中最常用的襯底材料，為了滿足半導(dǎo)體芯片的封裝要求，需要對(duì)其進(jìn)行減薄加工。硅片旋轉(zhuǎn)磨削方法具有加工精度高和效率高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。然而，磨削過(guò)程使硅片表層產(chǎn)生亞表面損傷，損傷層中的殘余應(yīng)力使硅片發(fā)生翹曲變形，增加后續(xù)加工和運(yùn)輸過(guò)程中的碎片率。因此，需要研究硅片變形測(cè)量和殘余應(yīng)力計(jì)算方法，以評(píng)價(jià)硅片加工質(zhì)量和優(yōu)化加工工藝。由于硅片變形嚴(yán)重且重力引起的附加變形顯著，現(xiàn)有方法和設(shè)備測(cè)量硅片變形存在困難。因?yàn)闆](méi)有高精

2、度的測(cè)量方法導(dǎo)致殘余應(yīng)力分析也存在困難。為此，本文提出了磨削減薄硅片加工變形的檢測(cè)方法，研究了硅片變形與殘余應(yīng)力的關(guān)系，分別基于薄板彎曲理論和采用有限元法提出了兩種根據(jù)硅片變形計(jì)算殘余應(yīng)力的方法，最后利用硅片變形檢測(cè)方法及所建立的殘余應(yīng)力計(jì)算方法，分析了磨削減薄硅片表面殘余應(yīng)力沿徑向和周向的分布規(guī)律，主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下：
　　針對(duì)硅片設(shè)計(jì)了專用的三點(diǎn)支撐平臺(tái)，提出了磨削減薄硅片加工變形的檢測(cè)方法。該方法采用三點(diǎn)支撐方法支撐硅片

3、，以激光位移傳感器測(cè)量硅片表面輪廓，確定硅片中心與三個(gè)支撐球位置關(guān)系后建立有限元模型計(jì)算三點(diǎn)支撐硅片的重力附加變形，通過(guò)從測(cè)量表面輪廓中去除重力附加變形，從而獲得磨削減薄硅片的加工變形。
　　研究了磨削硅片變形與殘余應(yīng)力的關(guān)系，分別基于薄板彎曲理論和采用有限元法提出了兩種根據(jù)硅片變形計(jì)算殘余應(yīng)力的方法。通過(guò)有限元軟件仿真研究了硅片各向異性對(duì)硅片變形的影響以及Stoney公式和薄板大變形理論公式對(duì)硅片變形的預(yù)測(cè)精度。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了不

4、同殘余應(yīng)力作用下有限元經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)大變形硅片變形程度的預(yù)測(cè)精度高于薄板彎曲理論公式，確定了3000＃、2000#和600#金剛石砂輪在特定參數(shù)下磨削產(chǎn)生的應(yīng)力分別為127.8 MPa、170.9 MPa和999.7 MPa(損傷層厚度為1μm)。
　　利用硅片變形檢測(cè)方法測(cè)量了磨削硅片變形，按徑向分區(qū)域計(jì)算變形曲率，結(jié)合所建立的殘余應(yīng)力計(jì)算方法，分析了磨削減薄硅片表面殘余應(yīng)力沿徑向和周向的分布規(guī)律。研究結(jié)果表明：無(wú)光磨硅片沿徑向從中