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超精密磨削硅片变形规律的研究

作　者: 赵海轩
导　师: 康仁科
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 硅片超精密磨削表面层损伤加工应力弯曲变形
分类号: TG580.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

集成电路(IC)是现代信息产业和信息社会的基础。硅片作为IC发展的基础和半导体芯片的理想衬底材料,其表面质量直接影响着IC器件的性能、成品率以及寿命等。超精密磨削是硅片超精密加工的关键技术,具有高加工精度、高效率等优点。然而,目前硅片超精密磨削所用砂轮一般为微粉金刚石砂轮,金刚石砂轮磨削后,硅片表面不可避免地会产生磨削损伤及残余应力,进而导致硅片发生变形,影响硅片的机械性能和搬运等。为了研究超精密磨削硅片的变形规律,本文通过检测硅片磨削表面的损伤分布规律分析了其上的应力分布情况,运用Ansys软件分析了磨削过程中的硅片受力情况；根据弹性力学理论对超精密磨削硅片的弯曲变形规律进行了理论研究,并进行了试验验证。本文的主要研究内容包括如下几个方面：(1)采用截面角度抛光方法研究了磨削硅片的表面层损伤深度及其沿不同晶向和径向的分布规律,分析了有无光磨、砂轮粒度对损伤的深度大小及分布规律的影响,结果表明：砂轮粒度越大,磨削硅片的表面层损伤深度越大；经过光磨后损伤深度沿硅片不同的晶向和径向位置没有明显的变化,在整个光磨硅片表面的损伤几乎是均匀分布的,也表明光磨硅片表面的加工应力是均匀分布的。(2)根据硅片超精密磨削过程中真空吸盘与硅片之间的作用力情况和磨削硅片表面的加工应力分布特征,利用弹性力学理论建立了小挠度变形情况下硅片弯曲变形的数学模型。研究表明,超精密磨削硅片变形的最大挠度与硅片表面损伤层深度、加工应力大小及硅片厚度有关,其挠度曲线为一条抛物线；并运用Ansys软件验证了磨削过程中硅片的受力情况及磨削后硅片的挠度曲线特征。(3)通过硅片超精密磨削试验研究了不同粒度金刚石砂轮磨削的不同厚度的硅片最大挠度和挠度曲线,并与建立的数学模型进行了对比。试验表明,小挠度范围内,数学模型能很好的预测硅片被磨削至不同厚度时的最大挠度,误差小于5%,但在大挠度变形范围内,出现了较大误差。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-22
  1.1 课题背景  9-11
  1.2 单晶硅的性质  11-14
    1.2.1 单晶硅的材料性质  11-13
    1.2.2 单晶硅的力学性质  13-14
  1.3 单晶硅超精密磨削技术概述  14-19
  1.4 国内外研究现状  19-21
    1.4.1 硅片磨削的表面层损伤和残余应力的研究  19-20
    1.4.2 硅片变形规律的研究  20-21
  1.5 本课题的来源与研究内容  21-22
    1.5.1 课题来源  21
    1.5.2 研究内容  21-22
2 磨削硅片表面层损伤的检测与分析  22-37
  2.1 磨削硅片表面层的损伤形式  22-24
  2.2 磨削硅片表面层损伤的检测  24-36
    2.2.1 试验方案  25-31
    2.2.2 检测结果与分析  31-36
  2.3 本章小结  36-37
3 磨削硅片弯曲变形规律的理论研究  37-58
  3.1 磨削硅片变形的形式  38-40
  3.2 磨削硅片变形规律的理论研究  40-52
    3.2.1 磨削硅片表面的残余应力  41-42
    3.2.2 硅片变形的挠度方程和最大挠度的研究  42-47
    3.2.3 加工应力、残余应力的理论计算  47-51
    3.2.4 论公式的应用范围  51-52
  3.3 基于ANSYS的硅片受力与变形的仿真验证  52-57
    3.3.1 ANSYS软件介绍  52-53
    3.3.2 在软件ANSYS中建立模型  53-55
    3.3.3 仿真结果的输出与观察  55-57
  3.4 本章总结  57-58
4 磨削硅片的弯曲变形的试验研究  58-72
  4.1 硅片的磨削加工  58-61
    4.1.1 试验条件与方法  58-60
    4.1.2 磨削试验  60-61
  4.2 试验结果的输出与观察  61-64
  4.3 硅片弯曲变形理论模型的试验验证  64-71
    4.3.1 对弯曲度的验证  64-69
    4.3.2 对弯曲曲线的验证  69-70
    4.3.3 分析讨论  70-71
  4.4 本章总结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  77-78
致谢  78-80

超精密磨削硅片变形规律的研究

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