工件旋轉(zhuǎn)磨削加工硅片殘余應(yīng)力分布規(guī)律研究.pdf

1、單晶硅是集成電路產(chǎn)業(yè)中的重要材料。隨著數(shù)字信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子元器件和智能產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，這對(duì)芯片的減薄提出了更高的要求。工件旋轉(zhuǎn)磨削加工是目前在硅片減薄工藝中得到廣泛應(yīng)用的加工手段，具有高精度和高效率等優(yōu)點(diǎn)。但是，在自磨削減薄加工中磨粒的機(jī)械作用會(huì)引入損傷以及產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這對(duì)于減薄要求日益提高的硅片或是集成電路產(chǎn)品中的芯片都有不利的影響。在以往的研究過程中通常采用Stoney公式求解得到整個(gè)硅片上的平均應(yīng)力值來衡量殘余應(yīng)力的大

2、小，然而工件旋轉(zhuǎn)磨削加工的特點(diǎn)以及單晶硅材料自身的屬性會(huì)導(dǎo)致硅片上各個(gè)位置殘余應(yīng)力的分布出現(xiàn)不均勻性。為了研究殘余應(yīng)力在硅片表面具體的分布規(guī)律，以及揭示對(duì)殘余應(yīng)力產(chǎn)生影響的因素，本文提出了一種基于載荷識(shí)別的殘余應(yīng)力反演算法，經(jīng)過了各方面的驗(yàn)證，并應(yīng)用于不同粒度和有無光磨等加工條件硅片的殘余應(yīng)力分布的詳細(xì)規(guī)律，而且從多個(gè)角度探討了影響殘余應(yīng)力分布的因素。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)提出了一種基于載荷識(shí)別的反演計(jì)算方法，給出了在

3、有限元軟件ANSYS中實(shí)現(xiàn)這種計(jì)算方法的建模與求解方法。隨后經(jīng)過驗(yàn)證表明了有限元模型與初始應(yīng)力加載得到的結(jié)果與Stoney公式保持一致，而優(yōu)化計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和唯一性也能夠保證，故可以采用該方法作為硅片表面殘余應(yīng)力的反演計(jì)算方法。
　　(2)通過#3000金剛石砂輪磨削硅片表面應(yīng)力分布規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明在硅片上各部分的殘余應(yīng)力的兩個(gè)主應(yīng)力比例為3∶2，其方向與磨粒加工過程形成的磨痕方向完全一致。不同位置試樣表面主應(yīng)力的幅值并

4、沒有明顯的不同，但單晶硅在不同方向上的彈性模量差異引起了變形量的變化。
　　(3)分析了工件旋轉(zhuǎn)磨削過程中的光磨階段對(duì)硅片加工后表面的殘余應(yīng)力整體狀態(tài)和分布規(guī)律的影響，總結(jié)出光磨階段對(duì)細(xì)粒度砂輪磨削的硅片表面殘余應(yīng)力的整體狀態(tài)并無顯著影響，而#600砂輪粗磨的無光磨硅片的應(yīng)力整體上要比有光磨硅片大;通過應(yīng)力反演計(jì)算表明細(xì)粒度砂輪磨削的光磨階段對(duì)應(yīng)力分布情況也沒有顯著影響，但#600砂輪粗磨的無光磨硅片沿徑向有從中心到邊緣逐漸增加的