文章來源：學(xué)習(xí)那些事

原文作者：小陳婆婆

本文介紹了集成電路制造中的硅片雙面研磨與表面磨削工藝。

硅片雙面研磨與表面磨削作為去除切割損傷層、提升表面平坦度的核心工序，其工藝選擇與參數(shù)控制直接決定硅片幾何精度與后續(xù)工序良率。

雙面研磨

硅片雙面研磨，其技術(shù)本質(zhì)在于通過精密機(jī)械運(yùn)動(dòng)與化學(xué)-機(jī)械協(xié)同作用去除切割損傷層并提升幾何精度。該工藝采用游輪片承載硅片置于上下磨盤之間，依托行星運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)硅片與磨盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，配合分段加壓機(jī)制控制研磨壓力分布，確保雙面加工均勻性。

研磨液由粒度10.0-5.0μm的氧化鋁、氧化鋯微粉與水基表面活性劑配比而成，通過物理磨削與化學(xué)腐蝕的復(fù)合作用，可有效去除硅片表面20-50μm的機(jī)械應(yīng)力損傷層及金屬離子污染，總加工量通常設(shè)定為60-80μm，具體數(shù)值根據(jù)硅片切割方式及初始損傷情況動(dòng)態(tài)調(diào)整。

FO系列磨砂雖能實(shí)現(xiàn)較高磨削速率，但易產(chǎn)生較深損傷層，因此更適用于直徑200mm以下硅片的加工；而對(duì)于大直徑硅片，四路驅(qū)動(dòng)雙面研磨系統(tǒng)通過精密控制磨盤運(yùn)動(dòng)軌跡與壓力分布，可實(shí)現(xiàn)TTV<2.5μm的高精度加工，同時(shí)通過優(yōu)化研磨液配方降低表面沾污風(fēng)險(xiǎn)。

硅片表面磨削

硅片表面磨削作為先進(jìn)半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵工序，通過金剛石磨頭對(duì)硅片實(shí)施精密磨削，高效去除切割損傷層并提升表面平坦度，其技術(shù)演進(jìn)深刻影響著300mm及以上大直徑硅片的制備效率與質(zhì)量。

該工藝依托正向壓力、金剛石磨頭粒度（500#～4000#）、磨盤轉(zhuǎn)速及切削液參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)分級(jí)加工——粗磨階段采用500#～1500#磨頭，以≥20.0μm/min的速率快速去除材料，表面損傷層約≤1.4μm，粗糙度Ra≤20.0nm；精磨階段則選用2000#～4000#磨頭，將損傷層壓縮至≤0.4μm，粗糙度優(yōu)化至Ra≤1.0nm，兼具高效率、低成本及低機(jī)械應(yīng)力損傷優(yōu)勢(shì)，已逐步替代傳統(tǒng)雙面研磨成為300mm拋光片制備的主流工藝。

然而，表面磨削易產(chǎn)生“磨削印痕”，其規(guī)律性紋理會(huì)干擾后續(xù)拋光片的納米形貌特性。為破解此難題，行業(yè)探索出雙面磨削技術(shù)路徑：其一為分步單面磨削，，通過手動(dòng)或自動(dòng)翻轉(zhuǎn)硅片實(shí)現(xiàn)雙面加工；其二為同步雙面磨削，以臥式系統(tǒng)為代表。

硅片垂直放置且磨頭水平布局，配合水靜壓支撐與砂輪自動(dòng)角度調(diào)整，減少自重變形影響，實(shí)現(xiàn)雙面同步磨削，磨削速率高達(dá)>250μm/min，TTV<1.0μm，表面損傷層<5.0μm，且磨屑不易滯留，避免局部深傷痕。

行星運(yùn)動(dòng)雙面磨削系統(tǒng)，基于雙面研磨原理，通過游輪片夾持硅片在金剛石磨盤間作行星運(yùn)動(dòng)，配合純水基切削液，在80μm/雙面加工量下，實(shí)現(xiàn)TTV≤1.0μm、粗糙度Ra≤20.0～1.0nm，徹底消除磨削印痕，保障納米形貌特性，滿足先進(jìn)制程對(duì)拋光片的技術(shù)要求。

當(dāng)前技術(shù)演進(jìn)聚焦智能化與環(huán)?；?jí)：算法實(shí)時(shí)優(yōu)化磨削參數(shù)，結(jié)合高精度傳感器監(jiān)測(cè)磨削力與溫度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；水基無毒切削液的開發(fā)降低廢水處理成本，納米級(jí)復(fù)合磨料提升磨削效率與表面質(zhì)量；復(fù)合工藝路線如“表面磨削+拋光”的直接銜接，減少中間工序，提升生產(chǎn)效率。

未來，隨著3D封裝、先進(jìn)制程對(duì)硅片表面質(zhì)量要求的提升，表面磨削技術(shù)將向更精細(xì)的粒度控制、更智能的參數(shù)自適應(yīng)及更環(huán)保的工藝方向發(fā)展，持續(xù)推動(dòng)半導(dǎo)體硅片制造向高精度、低損傷、綠色化方向邁進(jìn)，支撐集成電路產(chǎn)業(yè)向更先進(jìn)制程、更高可靠性要求的發(fā)展。