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关于研磨与抛光的微观机理解析
更新时间:2016-05-05   点击次数:4199次

   研磨指通过研磨的方法,除去切片和轮磨所造成的硅片表面锯痕及表面的损伤层,有效改善单晶硅片的翘曲度、平坦度与平行度,达到一个抛光过程可以处理的规格。硅片研磨质量直接影响到抛光质量及抛光工序的整体效率,甚至影响到IC的性能。硅片研磨加工模型如图三所示,单晶硅属于硬脆材料,对其进行研磨,磨料具有滚轧作用和微切削作用,材料的破坏以微小破碎为主,要求研磨后的理想表面形态是由无数微小破碎痕迹构成的均匀无光泽表面。硅片研磨时,关键要控制裂纹的大小、深度和均匀程度。

 

抛光是对晶片表面微缺陷进行消去、减小的处理,抛光后,晶片表面质量能够达到*的平坦度和极小的表面粗糙度值,并要求表面无变质层、无划伤。抛光的方式包括粗抛,主要作用是去除损伤层;精抛,主要作用是改善晶片表面的微粗糙程度。

硅片的zui终抛光处理目前采用湿式机械化学抛光法,即通过硅表面氧化膜同软质抛光粉所进行的固相反应进行抛光处理。硅片的机械化学抛光原理如图所示,它采用磨料微粉在弱碱性溶液中均匀混合的胶状液性抛光剂,在高速高压抛光条件下,抛光布与硅片之间形成封闭的抛光剂层。同时,在硅片表面形成软质水合膜,抛光盘通过不断去除水合膜进行硅片的抛光。

 

图二

磨削

    磨削加工是利用磨具,从工件表面切去切屑的一种加工方法。用于磨削的工具大多为砂轮,砂轮是一种用结合剂把磨粒粘结起来,经压坯、干燥、焙烧等制作工艺而成的,具有很多气孔、而用磨粒进行切削的工具。砂轮上的磨料是形状不规则、但硬度很高的多面体。它们在砂轮的轴向与径向方面分布是极不规则的随机分布。不同粒度号的磨粒其*角在90 o ~120 o之间,均带有一定圆角半径。

                     

    磨削中,砂轮表层的每个磨粒就像铣刀盘上的一个刀刃,各个磨粒形状、 分布和高低各不相同,使其切削过程也有差异。磨削过程产生的隆起残余量增加了磨削表面的粗糙度。砂轮磨削区温度就是通常所说磨削温度,是指砂轮与工件接触面 上的平均温度,约在400°C~ 1000°C之间,它是产生磨削加工中引起工 件表面烧伤,残余应力和表面裂纹的原因。同时由于磨削热传入工件 而引起的工件表面层温度上升,将使工件发生热膨胀或翘曲变形。

以下是研磨抛光和磨削后的对比(下图为碳化硅)

磨削

 

初始粗磨表面x 50放大Ra粗糙度~ 1微米   表面磨削x 50放大Ra粗糙度~ 100纳米

 

磨削抛光后50放大Ra粗糙度~ 20纳米     磨削zui终抛光后x 50放大Ra粗糙度~ 10 nm

    利用磨削的方法我们可以看出,磨削后,表面的损伤层并没有*去除之后的使用过程会对后期产品有影响。

研磨抛光

 

zui初表面研磨后x 50放大Ra粗糙度~ 300纳米   研磨后抛光x 50放大Ra粗糙度~ 80纳米

 

第二阶段抛光x 50放大Ra粗糙度~ 10纳米 zui终抛光x 50放大Ra粗糙度~ 0.5纳米

   研磨抛光过程中我们可以看出,如果需要表面质量非常好的样品研磨抛光的工艺过程更适合。

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