磨削減薄硅片變形測量與殘余應力計算.pdf

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

2、度的測量方法導致殘余應力分析也存在困難。為此，本文提出了磨削減薄硅片加工變形的檢測方法，研究了硅片變形與殘余應力的關(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)硅片變形計算殘余應力的方法，最后利用硅片變形檢測方法及所建立的殘余應力計算方法，分析了磨削減薄硅片表面殘余應力沿徑向和周向的分布規(guī)律，主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下：
　　針對硅片設(shè)計了專用的三點支撐平臺，提出了磨削減薄硅片加工變形的檢測方法。該方法采用三點支撐方法支撐硅片

3、，以激光位移傳感器測量硅片表面輪廓，確定硅片中心與三個支撐球位置關(guān)系后建立有限元模型計算三點支撐硅片的重力附加變形，通過從測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)硅片變形計算殘余應力的方法。通過有限元軟件仿真研究了硅片各向異性對硅片變形的影響以及Stoney公式和薄板大變形理論公式對硅片變形的預測精度。設(shè)計實驗驗證了不

4、同殘余應力作用下有限元經(jīng)驗公式對大變形硅片變形程度的預測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)。
　　利用硅片變形檢測方法測量了磨削硅片變形，按徑向分區(qū)域計算變形曲率，結(jié)合所建立的殘余應力計算方法，分析了磨削減薄硅片表面殘余應力沿徑向和周向的分布規(guī)律。研究結(jié)果表明：無光磨硅片沿徑向從中