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硅片的超精密磨削理論與技術 ( 簡體 字) |
| 作者：郭東明,康仁科 | 類別：1. -> 電子工程 -> 電子電氣 |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 51270
詢問書籍請說出此書號！【缺書】
NT售價： 640 元 |
| 出版日：5/1/2019 |
| 頁數：252 |
| 光碟數：0 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121363009 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：序
集成電路是信息產業的核心和基石，對國民經濟和社會發展具有重要戰略意義。隨著人工智能、物聯網、移動通信、大數據、云計算日新月異的技術進步，集成電路正在向高速化、高集成化和高性能化的方向發展。為進一步提高芯片密度、降低單元制造成本，集成電路用主流硅片已由8英寸（200 mm）發展到12英寸（300 mm），并對大尺寸硅片的表面質量、加工精度和加工效率提出了更高的要求。
半導體單晶硅片是集成電路制造的主要支撐材料，需要經過切、磨、拋光等一系列超精密加工工藝過程方能獲得極少損傷和超平整的表面，對加工裝備的要求也極為嚴格。其中，超精密磨削設備加工效率高，可穩定獲得高面型精度和表面質量，已成為大尺寸硅片加工不可或缺的關鍵技術裝備；此類裝備還能對已完成芯片制程的晶圓進行背面減薄，以滿足先進封裝的技術要求。
在過去相當長的時期內，我國硅片超精密磨削技術與裝備的整體水平相對落后，對相關基礎理論和核心技術缺乏系統研究，致使大尺寸硅片的磨削裝備和工具完全依賴進口，成為硅材料加工制程的短板和技術瓶頸。近年來，隨著集成電路產業的快速發展，我國單晶硅片產能急劇擴張，對高端加工裝備的需求迫切。同時，硅片大直徑化、超薄化的發展趨勢及對加工精度、加工效率和加工后的表面/亞表面質量的苛刻要求，也給超精密磨削技術和裝備提出了新的挑戰。
郭東明院士和康仁科教授及其團隊承擔多項國家級科研項目，面向國家重大需求和國際學術前沿，深入開展硅片超精密磨削理論與技術研究，取得了突出的研究成果并付諸實踐，對我國大尺寸硅片加工技術的創新發展具有重要作用。此次，他們將多年來的研究和應用成果總結成書，其主要內容包括單晶硅的基本性質與應用、集成電路制造工藝及硅片加工相關術語、硅片的磨削方法與理論分析、硅片超精密磨削機理、超精密磨削硅片面型精度的測量與評價、超精密磨削硅片表面層質量及其檢測和評價方法、硅片超精密磨削工藝、硅片超精密磨床的設計與制造，以及國內外有關超精密磨削理論與技術的最新進展。
我很高興看到這樣一本系統闡述硅片超精密磨削基礎理論、關鍵技術及加工裝備的優秀專著。書中資料豐富，結構嚴謹、圖文并茂，具有先進性、新穎性和實用性。該書不僅是從事集成電路制造技術研究的科研人員、企業管理者和硅片加工技術人員的重要參考書籍，也可作為高校教學和專業培訓的參考資料使用。這本專著的出版恰逢其時，定會對我國集成電路及高端裝備的研究與技術進步產生積極的促進作用。
中國工程院院士 屠海令
2019年3月18日 北京
前言
集成電路（IC）制造業是關乎國民經濟和國家安全的基礎性和戰略性產業，其水平成為衡量一個國家科技水平和綜合國力的重要標準。單晶硅片是IC器件制造中應用最廣泛的襯底材料，要求具有超平整超光滑無損傷表面；同時，為了增大IC芯片產量、降低單元制造成本，硅片趨向大直徑化。目前，IC制造中硅片主流產品的直徑達到300mm，對硅片加工精度和表面質量提出了很高的要求。
超精密磨削技術具有加工效率高、加工質量高、容易實現加工過程自動化等優點，已成為IC制造中硅片超精密加工的關鍵技術之一。在襯底硅片的制備階段，超精密磨削用于硅片的平整化加工，去除硅片切割加工產生的表面鋸紋和損傷層，為后續化學機械拋光準備高精度低損傷的表面；在IC后道制程中，超精密磨削用于晶圓的背面減薄加工，去除晶圓背面多余的硅襯底材料，減小晶圓厚度，以滿足先進的IC封裝技術要求。
隨著IC制造技術的飛速發展，硅片大直徑化、超薄化的發展趨勢對硅片超精密磨削的加工效率和加工質量提出了更高的要求，使其面臨新的挑戰。我國對硅片超精密磨削基礎理論和關鍵技術缺乏系統的研究，硅片超精密磨削技術與裝備的整體水平相對落后，大尺寸（?300mm）硅片的超精密磨削工藝、工具和設備完全依賴進口，關鍵技術和設備被日本和美國等少數國家壟斷。大尺寸硅片超精密磨削技術與裝備成為制約“中國芯”制造技術發展的瓶頸之一。
自2003年以來，著者及其團隊在國家自然科學基金項目、國家科技重大專項和國家高技術研究發展計劃（“863計劃”）項目等的支持下，面向國家重大需求和國際學術前沿，在硅片超精密磨削基礎理論、加工工藝、關鍵技術及加工裝備等方面開展了系統的研究，取得了一系列研究成果。為了滿足在集成電路制造領域工作的廣大科研、工程技術和企業管理人員的需要，著者將其團隊15年來在硅片超精密磨削理論與技術方面的研究成果，以及收集的國內外相關資料整理成本書。
全書共9章，其中第1章介紹單晶硅的基本性質與應用，第2章介紹集成電路制造工藝及硅片加工相關術語，第3章介紹硅片的磨削方法與理論分析，第4章介紹硅片超精密磨削機理，第5章介紹超精密磨削硅片面型精度的測量與評價，第6章介紹超精密磨削硅片表面層質量及其檢測和評價方法，第7章介紹硅片超精密磨削工藝，第8章介紹硅片超精密磨床，第9章介紹硅片磨削技術新發展。
本書不僅系統總結了著者及其團隊15年來在硅片超精密磨削理論與技術方面的研究成果，而且體現了著者及其團隊在理論研究、試驗研究、技術開發和設備研制等方面的工作基礎和經驗積累。本書內容具有先進性、系統性和實用性，可作為從事集成電路制造技術研究的科研人員和工程技術人員的參考書，也可作為高等院校和研究機構從事超精密磨削理論與技術研究的本科生和研究生的參考書。
本書凝聚了著者科研團隊的集體智慧。參加本書撰寫的有團隊成員董志剛、朱祥龍、高尚、郭曉光等。著者感謝團隊成員周平、金洙吉和張振宇等對本書的貢獻，還要感謝歷屆博士生和碩士生霍鳳偉、張銀霞、田業冰、王彩玲、劉海軍、楊利軍、李偉健、李忠信、唐克巖、張勝利、李世橋、牟瑞平、付志剛、朱錦益、趙巨波、成清校、金釗、黃金偉、趙海軒、李志明、趙喜文、陳修藝、于月濱等對本書的貢獻。
本書涉及的研究成果大部分來自著者及其團隊承擔的國家自然科學基金重大項目（50390061）、面上項目（50675029）和青年科學基金項目（50905025、51505063、51305058），國家自然科學基金重大研究計劃集成項目（91323302）和培育項目（91023019），國家自然科學基金-廣東省聯合基金重點項目（U0734008），國家“863計劃”資助項目（2008AA042505），國家科技重大專項“極大規模集成電路制造裝備及成套工藝”專項課題（2009ZX0201103、2014ZX02504001004）等項目的研究工作，在此特向國家自然科學基金委員會和科學技術部等項目資助部門表示誠摯的感謝。
著者要特別感謝國家科學技術學術著作出版基金對本書的資助。
由于著者水平有限，書中難免會有紕漏與疏忽之處，敬請廣大讀者批評指正。
著 者 |
內容簡介：本書在介紹單晶硅的物理、化學和半導體性質，以及單晶硅片在集成電路制造中的應用和加工要求的基礎上，全面系統地闡述了硅片旋轉磨削原理、超精密磨削機理、超精密磨削工藝、超精密磨床，完整地總結了著者及其團隊十多年來在硅片超精密磨削理論與技術方面的研究成果。全書共9章，其中第1章介紹單晶硅的基本性質與應用，第2章介紹集成電路制造工藝及硅片加工相關術語，第3章介紹硅片的磨削方法與理論分析，第4章介紹硅片超精密磨削機理，第5章介紹超精密磨削硅片面型精度的測量與評價，第6章介紹超精密磨削硅片表面層質量及檢測和評價，第7章介紹硅片超精密磨削工藝，第8章介紹硅片超精密磨床，第9章介紹硅片磨削技術新發展。本書不僅系統總結了硅片的超精密磨削理論與技術，而且也反映了著者及其團隊在理論研究、試驗研究、技術開發和設備研制等方面所做的工作和積累的經驗。 |
目錄：第1章 單晶硅的基本性質與應用 （1）
1.1 晶體幾何學基礎 （1）
1.1.1 晶體結構 （1）
1.1.2 晶向指數 （3）
1.1.3 晶面指數 （3）
1.1.4 立方晶體 （4）
1.2 單晶硅結構 （6）
1.3 單晶硅的基本性質 （8）
1.3.1 化學性質 （8）
1.3.2 力學特性 （11）
1.3.3 熱學性質 （12）
1.3.4 電學性質 （13）
1.3.5 光學性質 （13）
1.4 單晶硅的晶體缺陷 （13）
1.4.1 單晶硅的點缺陷 （14）
1.4.2 單晶硅的線缺陷 （15）
1.4.3 單晶硅的面缺陷 （16）
1.4.4 單晶硅的體缺陷 （18）
1.5 單晶硅的應用 （18）
參考文獻 （19）
第2章 集成電路制造工藝及硅片加工相關術語 （20）
2.1 集成電路及其發展 （20）
2.2 集成電路制造流程 （21）
2.2.1 硅片制備 （21）
2.2.2 IC制造 （24）
2.2.3 IC封裝與測試 （25）
2.3 控制硅片質量的主要特征參數及相關術語 （25）
2.3.1 表征硅片加工前內在質量的特征參數 （26）
2.3.2 表征硅片加工后幾何精度的特征參數 （26）
2.3.3 表征硅片加工后面型精度的特征參數 （27）
2.3.4 表征硅片加工后表面狀態質量的特征參數 （34）
2.3.5 表征硅片加工后亞表面損傷的相關術語 （35）
參考文獻 （37）
第3章 硅片的磨削方法與理論分析 （39）
3.1 集成電路制造中的硅片超精密磨削方法 （39）
3.1.1 硅片超精密磨削在集成電路制造中的應用 （39）
3.1.2 轉臺式磨削 （40）
3.1.3 硅片旋轉磨削 （41）
3.2 硅片旋轉磨削的硅片表面磨紋建模、仿真與分析 （42）
3.2.1 硅片表面磨紋建模 （43）
3.2.2 硅片表面磨紋仿真 （44）
3.2.3 硅片表面磨紋分析 （46）
3.3 硅片旋轉磨削的磨粒切削深度建模與分析 （49）
3.3.1 磨粒切削深度建模 （49）
3.3.2 磨粒切削深度對硅片磨削表面質量影響的試驗分析 （53）
3.4 硅片旋轉磨削的硅片磨削面型建模、仿真與分析 （55）
3.4.1 硅片磨削面型建模 （55）
3.4.2 硅片磨削面型仿真 （57）
3.4.3 硅片磨削面型的統一表征方法 （60）
3.4.4 硅片磨削面型的控制 （62）
參考文獻 （66）
第4章 硅片超精密磨削機理 （68）
4.1 單晶硅超精密磨削的材料去除機理 （68）
4.1.1 單顆粒金剛石磨削試驗方法 （68）
4.1.2 單晶硅磨削過程中的脆性—延性轉變 （70）
4.1.3 單晶硅延性域磨削的臨界切削深度及其影響因素 （73）
4.2 硅片超精密磨削表面損傷形成機理 （76）
4.2.1 表面微觀形貌 （76）
4.2.2 表面層微觀組織 （79）
4.2.3 表面相變分析 （82）
4.3 單晶硅納米級磨削過程的分子動力學仿真 （83）
4.3.1 分子動力學仿真基本理論 （83）
4.3.2 單晶硅納米級磨削過程的分子動力學仿真分析 （88）
參考文獻 （95）
第5章 超精密磨削硅片面型精度的測量與評價 （96）
5.1 超精密磨削硅片厚度的測量與評價 （96）
5.1.1 單面式測量 （96）
5.1.2 雙面式測量 （100）
5.2 超精密磨削硅片面型精度的測量方法與儀器 （102）
5.2.1 電容式傳感器測量 （102）
5.2.2 光學式測量 （103）
5.3 超薄硅片面型精度的測量技術及儀器 （107）
5.3.1 超薄硅片面型精度測量的技術需求 （107）
5.3.2 超薄硅片面型精度測量面臨的問題及技術現狀 （109）
5.3.3 超薄硅片面型精度測量新方法研究 （111）
5.3.4 超薄硅片面型精度測量儀器的開發 （115）
參考文獻 （120）
第6章 超精密磨削硅片表面層質量及其檢測和評價方法 （122）
6.1 超精密磨削硅片表面層質量的檢測方法 （122）
6.1.1 超精密磨削硅片表面粗糙度的檢測方法 （123）
6.1.2 超精密磨削硅片表面缺陷的檢測方法 （125）
6.1.3 超精密磨削硅片亞表面損傷的檢測方法 （126）
6.2 超精密磨削硅片表面層微裂紋 （132）
6.2.1 單顆粒金剛石磨削硅片表面/亞表面微裂紋的研究 （133）
6.2.2 超精密磨削硅片表面/亞表面微裂紋的研究 （134）
6.3 超精密磨削硅片表面層相變 （137）
6.4 超精密磨削硅片表面層殘余應力 （139）
6.4.1 單顆粒金剛石磨削硅片表面殘余應力的分布 （139）
6.4.2 磨削硅片表面微觀應力與表面層殘余應力 （142）
6.5 超精密磨削硅片表面層損傷模型 （147）
6.6 磨削參數對硅片表面層質量的影響分析及控制策略 （149）
參考文獻 （153）
第7章 硅片超精密磨削工藝 （156）
7.1 金剛石砂輪超精密磨削工藝 （156）
7.1.1 金剛石砂輪的結構與組織特性 （156）
7.1.2 金剛石砂輪的制備與修整技術 （160）
7.1.3 金剛石砂輪磨削工藝參數的選擇與優化 （163）
7.2 軟磨料砂輪機械化學磨削新工藝 （170）
7.2.1 軟磨料砂輪機械化學磨削原理 （170）
7.2.2 軟磨料砂輪的制備與修整技術 （171）
7.2.3 軟磨料砂輪的磨削性能 （175）
7.2.4 軟磨料砂輪磨削硅片的材料去除機理 （180）
7.3 硅片高效低損傷磨削工藝 （185）
7.3.1 高效低損傷磨削工藝方案 （185）
7.3.2 高效低損傷磨削工藝方案的應用試驗 （186）
參考文獻 （189）
第8章 硅片超精密磨床 （191）
8.1 硅片超精密磨削對硅片磨床的要求 （191）
8.2 硅片超精密磨床的結構形式和發展趨勢 （192）
8.2.1 硅片超精密磨床的結構形式 （192）
8.2.2 硅片超精密磨床的發展趨勢 （195）
8.3 300mm硅片超精密磨床的開發 （196）
8.3.1 硅片超精密磨床的總體方案 （196）
8.3.2 硅片超精密磨床的關鍵系統 （200）
8.3.3 硅片超精密磨床的主要結構件設計與特性分析 （211）
8.3.4 硅片超精密磨床的性能 （217）
參考文獻 （231）
第9章 硅片磨削技術新發展 （234）
9.1 雙面磨削 （234）
9.1.1 雙面磨削的特點 （234）
9.1.2 雙面磨床 （234）
9.1.3 雙面磨削的加工效果 （235）
9.1.4 磨痕 （235）
9.1.5 硅片面型 （236）
9.2 磨拋一體化工藝 （237）
9.2.1 磨拋一體化工藝的特點 （237）
9.2.2 磨拋一體化加工的工具 （238）
9.2.3 磨拋一體化加工的設備 （238）
9.3 行星盤磨削 （238）
9.3.1 行星盤磨削的特點 （239）
9.3.2 行星盤磨削的工具與設備 （239）
參考文獻 （240） |
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