基于柔性抛光的硅片温度场及翘曲研究

发布时间：2020-08-27 13:18

【摘要】：以单晶硅等晶体所制成的功能基片是集成电路的重要衬底材料,其表面质量的好坏直接影响着器件的成品率、寿命及性能。在制造过程中,为获得超光滑低损伤的晶体基片表面,研磨抛光是晶体基片制备中一项不可或缺的工艺。目前晶体基片的研磨抛光主要采用硬质砂轮的旋转磨削方法。在加工过程中,随加工时间的增加,晶体基片表面温度逐步升高,残余应力不断累积,极易造成加工后晶体基片的翘曲变形。针对以上问题,本文提出了一种柔性气动抛光方法。针对该种新的抛光方法,从理论研究、有限元数值模拟和实验研究三个方面对硅片抛光过程中的翘曲变形及温度场进行了研究。本文主要研究工作如下。(1)对硅片抛光温度场及翘曲变形进行理论分析。首先分析硅片的材料及力学性质,得到硅片在不同晶面的断裂规律,进而对硅片的翘曲变形的机理进行分析,得出残余应力和温度是影响硅片翘曲变形的主要因素。对硅片进行模型简化并利用Stoney公式得出硅片的翘曲变形、残余应力及温度三者之间的数学关系。(2)对柔性气动抛光方法进行数值模拟分析。通过ANSYS对硅片和抛光盘进行几何建模、网格划分以及边界条件的设定,得出柔性气动抛光作用下硅片的残余应力、温度及翘曲变形的仿真结果。(3)搭建柔性气动抛光实验装置,确定抛光过程的加工参数,针对仿真结果进行相应实验。利用Fluke红外热像仪探究了硅片不同抛光时间下的温度场分布情况,得到硅片温度分布规律;利用KEYENCE超景深三维显微镜对硅片抛光效果进行验证,在选用不同目数的绿碳化硅分阶段抛光工况下,硅片表面达到镜面效果,粗糙度下降至2.5μm以下。实验结果表明该柔性抛光方法有效地克服硅片抛光所产生的翘曲变形,提高了其抛光表面精度。最后对整体研究内容进行了总结,并针对不足之处提出了相应的改进方案。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.2
【图文】：

年代以前，机械抛光为硅片的主要加工方gO、SiC 等磨粒与水组成的抛光液对硅片的抛光。虽然使用机械抛光方法加工速度化、划痕严重、表面质量不高，目前已被利用化学试剂对硅片表面进行化学腐蚀种方法不易控制抛光速度和抛光深度，难且容易造成环境污染，现已较少使用。在 1965 年提出化学机械抛光理论，并将其化学抛光和机械抛光两种方法，在机械磨工件和抛光垫的相对运动[22,23]，产生机械从而达到抛光所需的光洁平面的效果[24]。和机械抛光这两种抛光方法的特点，可实加工方法简单，加工成本较低，因此被广工中。

中国计量大学硕士学位论文垫粘结在工作台上，待加工的工件通过夹具机作用力的影响以1 的角速度旋转，带动工光垫以2 的角速度同向旋转，其表面的抛光27]，与工件的表面接触产生化学反应，经摩转逐渐流出至工作台下的凹槽内，从而结合化使工件表面实现全局平面化的抛光加工。的化学机械抛光加工中主要采用硬式砂轮的程中，法向磨削力会使晶体基片发生弹性形生，基片表面的残余应力随加工时间的增加越来越薄，极易造成加工后晶体基片的翘曲

图 1. 4 硅片柔性抛光装置图状度场研究现状过程中，因抛光盘对硅片表面进行磨原理是磨粒在硅片表面进行不规个点热源[29]，这些接触面上的点热高[30]。解主要包括近似解析法和数值解析源理论为依据，以数学分析为基础法物理概念和逻辑推理较为清晰[过计算机代替人力计算，实现对现常用的方法包括有限元法、有限差导问题，近似解法无法对其进行精

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本文编号：2806155