工件旋轉(zhuǎn)磨削加工硅片殘余應力分布規(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用的加工手段，具有高精度和高效率等優(yōu)點。但是，在自磨削減薄加工中磨粒的機械作用會引入損傷以及產(chǎn)生殘余應力，這對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公式求解得到整個硅片上的平均應力值來衡量殘余應力的大

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

3、有限元軟件ANSYS中實現(xiàn)這種計算方法的建模與求解方法。隨后經(jīng)過驗證表明了有限元模型與初始應力加載得到的結(jié)果與Stoney公式保持一致，而優(yōu)化計算結(jié)果的準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力的反演計算方法。
　　(2)通過#3000金剛石砂輪磨削硅片表面應力分布規(guī)律的實驗研究，結(jié)果表明在硅片上各部分的殘余應力的兩個主應力比例為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硅片加工后表面的殘余應力整體狀態(tài)和分布規(guī)律的影響，總結(jié)出光磨階段對細粒度砂輪磨削的硅片表面殘余應力的整體狀態(tài)并無顯著影響，而#600砂輪粗磨的無光磨硅片的應力整體上要比有光磨硅片大;通過應力反演計算表明細粒度砂輪磨削的光磨階段對應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