2=SimSun关键词超精密磨床；超精密磨削；金刚石砂轮；硅片；集成电路10制造过程包括鞋片制备6，加啤前道汾0加6以检测评36681和后道，33614个阶段，整个过程中要用到微细加工和超精密加工等先进工艺装备，其中包括超精密磨床研磨机腐蚀设备和抛光机等。在硅片制备阶段，需要将单晶硅棒加工成具有高面型精度和面质量的原始硅片，为前道制程中的光刻等工序准备平坦化超光滑无损伤的衬底，新技术与新设备面。在10制造的后道工序阶段，为满足封装对芯片厚度的要求，必须在划片和封装前对完成前道制程的形桂片patternedwafer背面减薄上8，即尽可能地减小桂片的厚度，并尽可能减小硅片背面的面粗糙度和层残余应力，保证硅片强度，避免在封装中产生碎裂。
在江的批量生产中，无论是进行原始硅片的制造，还是进行形硅片的背面减薄，应用传统的游离磨料研磨抛光工艺装备加工硅片存在不易保证精度面型和面质量加工效率低控制难度大不易实现自动化污染严重等公认的缺点。当桂片尺寸加大，930，后，传统的加工工艺装备在面型精度和生产效率等方面的缺点将更加突出。方面，加工大直径硅片时，研磨和抛光盘尺寸需要相应加大许多，而应用大尺寸的研磨盘加工硅片，很难达到很高的面型精度，同时机床占用空间和能源消耗也相应加大；另方面，硅片厚度增大使材料去除量增加，而每盘加工大直径硅片的数量有限，因而使硅片的产量山10减少。相反，用固着磨料超精密磨削工艺加工硅片具有加工效率高成本低可以获得高的面型精度和面质量容易实现加工过程在线检测和控制以及加工过程自动化等优点45.因此，超精密磨床成为10制造中大直径硅片加工的先进设备，在半导体加工过程中发挥着越来越重要的作用。
硅片超精密磨床的发展概况早期的用于硅片加工的磨床由普通平面磨床改装而成，主要使用平行砂轮磨削硅片。磨削硅片代替研磨。使用平行砂轮磨削硅片时，由于砂轮宽度有限，必须进横向进给磨削，磨削精度和磨削效率较低。
目前桂片磨削广泛采用专用的金刚石杯型砂轮端面磨床，其中具有代性的是基于旋转工作台磨削8以6如出03，7 131原理的超精密磨床和基于桂片自旋转磨削，咖4，1原理的超精密磨床。
1.1旋转工作台式超精密磨床旋转工作台平面磨床是使用较早的硅片超精密磨床，这种磨床使用静压空气轴承的砂轮主轴，采用杯型金刚石砂轮进行端面磨削，与采用平行砂轮的平面磨床相比，砂轮直径不受限制，不需要横向进给，因而具有较高的磨削效率。通常采用往复磨削或缓进给磨削方式，利用旋转工作台可以同时进行多片硅片的加工1.与研磨方法相比，旋转工作台式端面磨削具有材料去除率高，硅片面损伤小，容易实现自动化的优点。但是，由于磨削过程中砂轮与硅片间的接触长度接触面积切入角度砂轮外圆与工件外圆之间夹角随砂轮与工件相对位置的变化而变化2，因此，磨削力不能保持恒定。变化的法向磨削力引起的工艺系统的弹性变形使硅片产生中凸现象；当磨削砂轮离开桂片时，砂轮与硅片间的切入角激显著减小，会产生桂片塌边现象。因此，利用旋转工作台端面磨床取代研磨和腐蚀工艺设备时难以获得理想的面型精度和面质量1特别是硅片直径增大后，磨床旋转工作台的尺寸也相应要增大许多，会对工作台的面型精度和运动精度提出更高的要求。此外，机床占用空间和能源消耗也相应加大。
1.2硅片自旋转式超精密磨床1984年日本的3.触你出等人提出了硅片自旋转磨削方法队基于该磨削方法的超精密磨床采用尺寸略大于硅片的工件转台，通过真空吸盘每次装夹片硅片，硅片中心与转台中心重合，杯型金刚普通端面磨削石砂轮的工作面调整到硅片的中心位置。磨削时，硅片和砂轮绕各自的轴线回转，砂轮只进行轴向进给而不作横向运动3.硅片自旋转式磨床与普通端面磨床相比具有以下优点1由于杯型砂轮只进行轴向切入磨削，砂轮与硅片的接触长度接触面积切入角0固定4，因而磨削力相对恒定，可以改善硅片的面型精度。2砂轮轴线和工件轴线之间的夹角与硅片磨削面轮廓之间存在定量关系，根据所检测的硅片面轮廓，调整砂轮轴线和工件轴线之间的夹角，理论上可以实现硅片面型精度的主动控制。3随着硅片直径的增大，磨削加工余量相应增大。采用旋转工作台的端面磨削工艺，需要增加砂轮的数量或增加往复磨削的次数。而利用硅片自旋转磨削方法进行磨削时，材料去除通过杯型砂轮的连续轴向切入磨削实现，不受硅片加工余量大小的限制，适应大余量磨削。4通过调整加工参数，可以在粗磨时实现硅片高效磨削，迅速去处加工余量；在精磨时实现硅片的延性域磨削，减少硅片面损伤，即可提高加工效率，也可保证工件的面质量。5硅片自旋转磨床磨削硅片时，被加工硅片始终有半处于砂轮外面，因此易于实现硅片的在线厚度与面质量的检测与控制。
正是由于上述优点，目前，基于硅片自旋转磨削原理的超精密磨床成为硅片特别是大直径的原始硅片加工和形硅片背面减薄的主流加工设备，正逐步代替传统的研磨和腐蚀设备和传统的端面磨削加工设备。
2国外硅片超精密磨床的特点国外硅片超精密磨床制造起步较早，发展迅速，技术先进。其中美国德国，日本等发达国家生产的硅片超精密磨床技术成熟，代着磨床制造的最高水平。目前国外发达国家生产的硅片超精密磨床具有尚精度化集成化自动化加工硅片大尺寸化等特点813.5和6分别为典型的超精密磨床结构意和工位意。
2.1硅片大尺寸化随着硅片的尺寸逐渐增大，硅片磨削设备的加工尺寸也在相应增加。目前国外生产厂家的主流产品为加工直径200mm8和电3工业自用设备磨床螯体结构意2.2集成化设备集成化，功能齐全化是国外硅片超精密磨床的大特色。硅片磨削加工通常分成粗磨8粗粒度金刚石砂轮磨削去除大部分加工余量；精磨则采用细粒度金刚石砂轮磨削去除粗磨剩余的加工余量，并通过无火花磨削将硅片的面亚面层损伤降到最低，获得超光滑面。国外硅片超精密磨床普遍采用多主轴多工位机床结构，将粗磨精磨以及硅片的清洗甩干甚至检测和分选功能集成在同台磨床上。日本TokyoSeimitsu公司研制的桂片抛磨机床3，1868，在金刚石微粉砂轮粗磨和精磨的基础上又增加了个抛光系统，利用固着磨料抛光盘去除硅片的磨削损伤层，提高了加工精度，可将硅片的面损伤层降低到0.以下，实现镜面加工。利用该磨床进行形硅片的背面减薄磨削，可以快速减小硅片的厚度，为30贴片10卡制作等些特殊应用场合提供厚度1501以下的薄硅片。硅片超精密磨床功能的集成化，减少了装夹硅片的次数，缩短了工艺路线；降低了硅片在装夹传输过程中所引起的面损伤，易于保证硅片的加工精度和加工效率；减小了磨床占用的空间。功能集成度较高的硅片超精密磨床很适合于大批量生产。
磨床工位意机床型号鞋片直径1主轴数工位数日本，况，日本，爪，德国美国0丁1日本5，叩，以，打2.3高精度化随着硅片加工技术指标的不断提高，对硅片超精密磨床的精度要求也越来越高。国外超精密磨床动，主轴回转精度高；普遍采用静压空气导轨和微进给机构，高分辨率的测量系统和闭环控制可以使磨削主轴实现亚微米级进给，使得脆性材料的能够以延性域磨削方式去除，从而得到高2量的面；采用超磁致伸缩或电致伸缩驱动装置调整砂轮主轴与工件主轴之间的夹角，控制硅片有高精度接触式测微仪，其精度可达0.1Jun，适时测量硅片的厚度，并将测量结果返回磨床控制系统，由控制系统根据厚度检测结果精确控制砂轮主轴的微进给运动；有些超精密磨床粗磨和精磨硅片时分别采用软质和硬质真空吸盘，实现高精度的硅片夹持；部分超精密磨床应用精密汽缸和磨削力检测系统以控制磨削力方法磨削硅片，减小磨削加工时的面与亚面损伤；硅片超精密磨床还采取控温隔振等措施减小硅片加工过程中温度变化以及振动等带来的机床误差，以保障机床的精度。
高精度的磨床，可以保证加工出高精度的硅片旋转磨削原理的集成磨削系统14，该系统采用超磁致伸缩微驱动装置调整砂轮主轴与工件主轴的夹角以控制硅片的面型精度，应用精密气缸和磨削力检测系统进行控制压力磨削，可以在个工序中完成硅片的延性域磨削加工和减小损伤层的磨密工程有限公司联合研制成功种新型的硅片超精密磨床，7.该磨床为敞开卧式结构，可在个工序中以很高的加工效率完成硅片的延性域纳米磨削，获得很好的面和亚面完整性。
据称，用该超精密磨床磨削大直径硅片可以完全代替传统工艺的研磨和腐蚀工序，甚至有望取代抛光加工。
2.4自动化为了适应大规模批量生产的需要，国外各大超精密磨削设备制造厂家都致力于开发高效的自动化磨削设备。所制造的硅片超精密磨床的自动化程度很高，加工过程中人的干预较少。磨削加工过程中，从发片定心粗磨精磨抛光清洗甩干到收片全部自动化连续处理。可连续加工盒或多盒桂片，无需人的干预，实现了桂片的干进干出，170吓，以式加工。另外，在硅片磨削过程中从快进给粗磨慢进给精磨，直到无火花磨削，大部分磨床均可根据设定实现磨削方式的自动切换，既提高了生产效率，又保证了硅片磨削质量的致性。
磨削过程中的硅片自动传输是在磨床控制系统的控制下由传输机械手以及数控转盘工作台实现的。机械手具有旋转支臂和真空吸盘8所，具有较高的定位和装夹精度，保证传输过程中硅片不受损伤。磨削开始，机械手将硅片从片盒中取出，放在定心单元上进行定心。定心后的硅片由机械手抓起，放在数控转盘的装卸工位的发片真空吸盘上。磨削结束，机械手将硅片从龄卸工位的收片真空吸盘上取下，送到清洗工位清洗和甩干，然后将其送入片盒保存。空气轴承结构的回转工作台，用来转换粗磨精磨和片各工位。而相应工位上，旋转真空吸盘固定在数控转盘上。每次卸片时，在真空回路中反向通去离子水01贾3，便于自动卸片，并对真空吸盘进行冲洗，然后用空气吹干。
总第为了提尚加工精度和加工效率，些先进的超精密磨床将粗磨和精磨金刚石砂轮组合在同个主轴上，加工过程中可实现粗精砂轮的自动转换。
目前有两种组合方式种为粗细砂轮同轴整体制造的组合结构，粗细砂轮工作面直径不同，9；另种为牙形排列的伸缩式组合结构，细粒度和粗粒度砂轮块交错组合，通过细砂轮块的伸缩实现精磨和粗磨的转换，1采用组合式金刚石砂轮的超精密磨床进行磨削，硅片次装夹即可完成粗磨精磨和无火花磨削，硅片的加工定位基准不变，可以实现较高的磨削精度。同时节省了转换磨削工位的时间，提高了加工效率。
3国内现状国内半导体专用设备在技术水平稳定性可靠性自动化程度方面与国际水平相比有很大差距，导致了我国半导体设备市场成为进口成套设备占绝大部分市场份额的局面，从市场乃至技术完全控制在他人手中，甚至连最基本的零部件和消耗材料几乎都依赖进口。目前国内1制造厂家所需半导体制造设备绝大部分是从国外直接进口以下硅片磨床。国内虽然开始生产直径200而硅片，但主要是采用传统的研磨抛光加工工艺，尚不掌握，300mm的大直径硅片超精密磨削技术及装备15.
大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室对单晶硅等硬脆材料的超精密加工技术开发开展了大量的研究工作，目前正在承担国家自然科学基金重大项目和国家863计划项目，正在开展基于自旋转磨削原理的大直径硅片超精密磨削系统与装备的开发与研究，并取得了初步成果。
4结束语随着硅片尺寸的增大，基于硅片自旋转磨削原理，采用微粉金刚石砂轮的超精密磨床成为硅片超精密加工装备的发展趋势。国外大尺寸硅片磨削设备技术成熟，并继续向全自动化功能齐全化加工硅片大尺寸化和精细化的目标迈进。国内硅片超精密磨床研究起步晚，与美日等发达国家相比差距较大，严重制约了国内半导体制造技术的发展。因此，针对大尺寸硅片超精密加工装备的发展趋势，开发拥有自主知识产权的硅片超精密磨削系统和装备，实现我国半导体制造技术的跨越式发展具有重大的战略意义。