單磨塊恒力磨削單晶硅片工藝研究.pdf

1、單晶硅作為一種性能優(yōu)異的襯底材料在集成電路、光電、航空航天及國防科技等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。出于后續(xù)加工工藝和器件性能需求，單晶硅襯底加工具有極高的表面幾何精度和表面完整性要求。單晶硅片加工的重要工序是金剛石砂輪超精密磨削工藝，通過金剛石磨粒與單晶硅表面擠壓、劃擦、耕犁等作用實現(xiàn)材料去除。此過程中無疑會對單晶硅片表面造成劃痕、崩碎等損傷，也會對亞表面造成微裂紋等損傷，而磨削壓力與磨削速度等參數(shù)的變化，也將大大影響磨削表面/亞表面損傷形式。由

2、于砂輪磨削過程中，高頻微力測量困難且實驗過程復(fù)雜，恒力控制下的金剛石砂輪磨削實驗研究較少。本文針對單晶硅片高速磨削加工過程中，磨削速度速度、壓力及砂輪粒度的變化影響材料表面與亞表面損傷特性的問題，設(shè)計了帶有測力裝置的單磨塊高速劃擦硅片實驗臺，通過多磨粒磨削過程代替單磨粒磨削過程放大了載荷值，便于測量和控制，并采用40μ粒徑的金剛石樹脂結(jié)合劑磨塊在不同速度和壓力下對單晶硅表面進行了高速劃擦實驗，研究了恒力控制磨削條件下磨削速度與磨削壓力對

3、磨削效率及表面/亞表面損傷的影響。論文主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)本文基于超精密研磨/拋光一體化機床的旋轉(zhuǎn)平臺臺自行設(shè)計了帶有柔性加載系統(tǒng)的單磨塊恒力控制實驗平臺，平臺能夠?qū)崿F(xiàn)橫向與縱向進給，便于位置調(diào)整及砂輪修整。設(shè)置了加載旋鈕，并采用NC3DT60三軸力傳感器實現(xiàn)單磨塊的恒力控制;
　　(2)利用單磨塊恒力磨削實驗平臺設(shè)計了磨削實驗方案，在恒定壓力下完成不同參數(shù)對材料去除效率影響實驗，并采用LJ-V7060型高速

4、輪廓測量儀進行磨削深度檢測，結(jié)果顯示:在恒定壓力下，磨塊的單次去除深度隨磨削速度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，而在相同磨削速度條件下，壓力增大為2倍單次去除深度增加2.3～3.1倍，有效提高了去除效率;
　　(3)通過截面拋光法進行硅片表面/亞表面損傷實驗，采用光學(xué)顯微鏡進行不同參數(shù)磨削硅片表面/亞表面損傷觀測對比，結(jié)果顯示:在相同壓力下，隨著磨削速度增加亞表面損傷呈現(xiàn)減小趨勢，而表面磨紋變得細而均勻，表面缺陷減少;在相同磨削速度