大连理工大学
硕士学位论文
姓名：杨利军
申请学位级别：硕士
雨棚信号灯专业：机械设计及理论
指导教师：郭东明；康仁科
20050301
大连理工大学硕士学位论文摘要
摘要
随着Ｉｃ制造技术的飞速发展，其主要衬底材料一单晶硅片的直径不断增大，使得传统的硅片加工方法 面临许多新问题。其中比较突出的问题是硅片尺寸增大后，其强度变差，容易产生翘曲变形，加工精度不易保证。因而很有必要开展大尺寸硅片的超精密加工装备和关键技术的研究，硅片的定位夹持技术就是其中之一。生产实践表明，磨削过程中，硅片的夹持可靠性和定位精度对硅片加工面型精度和表面质量以及加工效率有重要影响。因此，研究和设计硅片夹持系统，对我国开发和研究具有自主知识产权的高精度、高质量和高效率的大尺寸硅片超精密加工装备，具有重要的理论意义和实用价值。
本文研究了硅片自旋转磨削中的真空夹持技术。通过对硅片夹持系统方案的分析，选用多孔陶瓷真空吸盘。并在此基础上研制了真空夹持系统。通过列多孔陶瓷材料性能及其对吸附效果的分析，确定了真空吸盘所使用的多孔陶瓷材料；完成了分体式多孔陶瓷真空吸盘的结构设计，该吸盘具有结构简单、制造方便、成本低廉和可重复使用等特点；设计出的真空夹持系统，可实现硅片磨削时所要求的功能；在真空夹持系统的控制中，通过真空回路中继电器“互锁”实现了对硅片夹紧的安全保护；研制了夹持力检测装置，完成了对硅片法向夹持力和切向夹持力的测量，并根据实验结果拟合出了夹持力计算公式。
试验结果表明，论文所研制的真空夹持系统可以满足硅片超精密磨削中对夹持系统的要求，可以替代国外同类型产品。
关键词：真空央持：真空吸盘；多孔陶瓷；真空控制系统：硅片磨削
卫生间新型地漏
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Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＷｉｔｈｆａｓｔｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｏｆＩＣｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｌａｒｇｅｒａｎｄｌａｇｅｒｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｙｉｅｌｄｏｆｃｈｉｐｓ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｗａｆｅｒｉｓｒｅｑｕｉｒｅｄｔｏｂｅｔｈｉｎａｓｐｏｓｓｉｂｌｅｂｅｆｏｒｅｐａｃｋａｇｉｎｇｔｏｍｅｅｔｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｆＩＣｐａｃｋａｇｉｎｇ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｌａｇｅｒａｎｄｔｈｉｎｎｅｒｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｖｅｒｙｆｒａｇｉｌｅａｎｄｅａｓｉｌｙｄｅｆｏｒｍｅｄ，ｂｒｉｎｇｓｍａｎｙｐｒｏｂｌｅｍｓｔｏｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ
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ｈｅａｃｃｕｒａｃｙ，ｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｏｆｗａｆｅｒｓ．Ｓｏｓｔｕｄｙａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄｃｌａｍｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｖｅｔｈｅｏｒｙｍｅａｎｉｎｇａｎｄ
ｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｕｌｔｒａ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｇｒｉｎｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｏｆ
ｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒ。
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ｎｇ，ｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｒｅｕｓａｂｌｅ，ｅｔｃ．Ｔｈｅｖａｃｕｕｍｃｌａｍｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗａｆｅｒｇｒｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｗｏｒｅｌａｙｓａｒｅｌｏｃｋｅｄｅａｃｈｏｔｈｅｒｔｏｉｎｓｕｒｅｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆｖａｃｕｕｍｃｌａｍｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔ，ｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｅｎｍｅａｓｕｒｅｄｏｎｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ
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Ｔｈｅｖａｃｕｕｍｃｌａｍｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｏｒｋｓｗｅｌｌａｎｄｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗａｆｅｒｇｒｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄｗｉｌｌｔａｋｅｐａｃｅｏｆｆｏｒｅｉｇｎｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎｔｈｅｎｅａｒｆｕｔｕｒｅ．
Ｗｏｒｄｓ：ＶａｃｕｕｍＣｌａｍｐ；ＶａｃｕｕｍＣｈｕｃｋ；ＰｏｒｏｕｓＣｅｒａｍｉｃ；
Ｋｅｙ
Ｖａｃｕｕｍ－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ＷａｆｅｒＧｒｉｎｄｉｎｇ
．ｎ．
管状电机
人连理工大学硕士学位论文招一章绪论
第一章绪论
§１．１论文的选题背景及来源
１．１．１硅片超精密磨削加工与硅片的定位夹持概述
集成电路（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｃｉｒｃｕｉｔ，ＩＣ）是电子信息产业的核心，是推动国民经济和社会信息化发展最主要的高新技术之一。目前，以半导体集成电路为基础的电子信息产品的世界贸易额已达到了１万亿荚元，成为ｆｉ』：界第一大产业，谁控制了超大规模集成电路技术谁就控制了世界产业。世界工业发达的经济强国都是电子强国，其国民经济总产值增长部分的６５％与Ｉｃ工业相关。
Ｉｃ的发展离不开晶体完整高纯度高精度高表面质量的硅晶片，全球９０％以上的Ｉｃ都要采用硅片。ＩＣ的发展遵循“Ｍｏｏｒｅ定律”，即每隔３年芯片的集成度翻两番，芯片面积增加１，５倍，特征尺寸缩小１／３。随着ＩＣ制造技术的飞速发展，为了提高ＩＣ的集成度，要求硅片的刻线宽度越来越细。随着Ｉｃ集成度的提高，为降低单元制造成本，要求单晶硅片的直径不断增大。下一代Ｉ
Ｃ制造采用大直径（≥３００ｍｍ）硅片（图１．１）和Ｏ，ｌ“ｉ２１刻线
图１．１３００ｒａｍ单晶硅片
Ｆｉｇ１．１３００ｍｍＳｉｌｉｃｏｎＷａｆｅｒ
技术，对硅片面型精度和表面粗糙度等提出更高的要求，需要研究和开发先进的硅片超精密加工技术与设备。目前，国外直径２００ｍｍ硅片加工技术已很成熟，直径３００ｍｍ硅片的加工技术正在普及。国内硅片制造水平与国外相比有很大差距，仍以直径１００～１５０ｒａｍ的硅片为主流产品，直径２００ｍｍ
马弗罐人尺寸硅片真空夹持系统的研究
以上的硅片才开始规模生产，从生产工艺到测试方法，从生产测试设备到清洗包装等外围支持设备，几乎都要从国外引进，难以独立创新。而大直径（≥３００ｍｍ）硅片的先进加工技术和设备的引进还要受到发达国家限制。因此，我们必须依靠自己的力量研究具有自主知识产权的大直径硅片的超精密加工技术与没备““。
硅片加工是ＩＣ制造系统中重要的基础环节，硅片的加工精度、表面粗糙度和表面完整性直接影响ＩＣ的线宽和Ｉｃ芯片的性能。对直径≤２００ｒｎｍ的硅片，传统的加工工艺过程为：切片一倒角一研磨一腐蚀一清沈一抛光（如图１．２所示）。应用传统加工工艺过程进行硅片的批量生产时，存在难以保119b
地热供暖设备图１．２传统的硅片加工工艺流程
Ｆｉｇｌ，２Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｗａｆｅｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ
证高精度面型，加工效率低，控制难度很大，不易实现自动化等公认的缺点。此外，腐蚀和清洗还存在污染环境问题”。”。
随着硅片尺寸的增大以及特征线宽的减小，作为目前硅片超精密平整化加工的主要手段——精密磨削加工面临着新的挑战。下一代ＩＣ使用３００ｍｍ直径硅片和０．１Ｉ－ｔｍ线宽生产技术，要求硅片的夹持定位精度在３０平方毫米区域内为±０．０５１ａｍ。按照美国微电子技术协会预测的发展构图，到２００９年将开始使用４５０ｍｍ硅片，实现特征线宽Ｏ，０５｝＿ｔｍ的生产技术。一方面，要求加工出的硅片，达到亚微米级面型精度及纳米和亚纳米级表面粗糙度；另一方面，需要采用准分子激光和电子束光刻等工艺微细加工硅片，达到亚微米级刻线宽度。此外，为了提高硅片剥用率，增加芯片产量，还要求在除距硅片边缘ｌｍｍ区域以外的整个硅片表面达到亚微米级面型精度。要达到上述这些要求，除了精密磨削和化学机械抛光的机床和工具系统等重要环节外，硅片的夹持系统对保证硅片的加工精度具有至关重要的作用。
１．１．１．１硅片自旋转磨削原理
１９８８年Ｓ．Ｍａｔｓｕｉ等人提出了硅片自旋转磨削方法，如图１．３所示，采用略大于硅片尺
寸的真空吸盘转台，每次装夹～个硅片，硅片的中心与转台
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