大連理工-康仁科-863課題

1、技術(shù)領(lǐng)域名稱：先進制造技術(shù)領(lǐng)域項目名稱：超精密加工技術(shù)與裝備課題名稱：大尺寸平面功能晶體基片 超精密磨削技術(shù)與裝備申請責任人： 康仁科申請受理編號：SQ2008AA04XK14683800答辯提綱1. 課題簡介2. 課題背景3. 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢4. 主要研究內(nèi)容、技術(shù)難點和創(chuàng)新點5. 預(yù)期目標、主要技術(shù)和經(jīng)濟指標，可獲得的成果6. 研究方法、技術(shù)路線及可行性分析7. 年度進度及考核指標8. 課題的組織和分工9. 預(yù)期研究成果應(yīng)用前景分析10. 課題依托單位和協(xié)作單位情況及其支撐條件11. 經(jīng)費預(yù)算11. 課題簡介集成電路制造光電器件制造理論問題、關(guān)鍵技術(shù)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超精密磨削加工理

2、論、工藝技術(shù)和先進裝備加工效率精度和表面損傷大尺寸基片平整化和背面減薄加工22 課題背景硅片和光電晶體基片是集成電路和光電器件制造的基礎(chǔ)材料。全球90以上的IC采用單晶硅片，每年所需硅片超過1.5億片。半導體照明等光電器件主要采用藍寶石、 碳化硅、砷化鎵和氮化鎵等晶體基片制造。3微電子制造技術(shù)發(fā)展趨勢之一:基片大尺寸化6 inch 8 inch 12 inch 16 inch硅片（Silicon Wafer）尺寸變化藍寶石基片(Sapphire Wafer)半導體晶圓的尺寸變化為了增大芯片產(chǎn)量，降低芯片單元制造成本，硅片直徑越來越大。硅片直徑：200mm300mm表面積 225%， 邊角損失，

3、 芯片出片率 。單片可載芯片 240%， 器件廠投片數(shù)量。硅片成本 24% 芯片成本 37%4微電子制造技術(shù)發(fā)展趨勢之二:高集成化每隔3年，芯片特征線寬縮小1/3，集成度翻兩番。對表面精度、表面粗糙度等提出越來越高的要求。年份 Year of Production單位2004200720102013硅片直徑，Wafer Diameter mm300300300450特征尺寸, Feature Size, (DRAM 1/2 Pitch)nm90654532局部平整度， Site Flatness, SFQR (site size: 26mm8mm )nm90654532正面粗糙度，front

4、side microroughness, Ranm0.10.10.10.1納米形貌, Nanotopography, P-V, 2mm diameter analysis area Qnm22161182005年國際半導體技術(shù)協(xié)會的 ITRS中硅片的主要技術(shù)參數(shù)5微電子制造技術(shù)發(fā)展趨勢之三：芯片超薄化生產(chǎn)年份200720102013硅片直徑 / mm300300450特征線寬 / nm654532減薄厚度(一般用途)/m655040減薄厚度(3D封裝用)m201010IC芯片厚度的變化趨勢（摘自ITRS 2005Edition）減小芯片封裝體積提高3D封裝密度提高機械性能提高散熱效率和熱穩(wěn)定性

5、提高電性能減小劃片加工量厚度50m閃存芯片 1820層芯片3D封裝 醫(yī)學檢測芯片厚度10m晶圓制造半導體照明器件的藍寶石基片由400m減薄到100m以下 要求硅片背面減薄加工6大尺寸硅片和光電晶體基片超精密加工技術(shù)的新進展采用微粉金剛石砂輪的超精密磨削技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)研磨成為大尺寸硅片超精密加工的主流技術(shù)最有代表性的基片超精密磨削技術(shù)硅片旋轉(zhuǎn)磨削方法（Wafer Rotation Grinding Method）7超精密磨削技術(shù)的應(yīng)用磨削磨外圓多線切割單頭單片拋光倒圓角拋光片超精密磨削用于基片制備階段的平整化加工，取代了研磨和腐蝕工序，可減小加工表面損傷深度，大大減少后續(xù)拋光的加工量。8超精密磨削

6、技術(shù)的應(yīng)用超精密磨削用于后道制程的硅片背面減薄高效去除硅片背面材料獲得低損傷表面甚至實現(xiàn)以磨代拋93. 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢日本茨城大學的Libo Zhou 和P.L. Tsuo 等人對硅片旋轉(zhuǎn)磨削和工作臺旋轉(zhuǎn)磨削方法的特點進行了實驗對比研究，分析了兩種磨削方式下材料去除率、表面粗糙度、磨削力的特點。美國Kansas State University 的Z.J.Pei等人對旋轉(zhuǎn)磨削法超精密磨削硅片過程中加工參數(shù)對硅片表面磨痕分布、面型精度、表面粗糙度和亞表面損傷的影響進行了比較系統(tǒng)的研究。3.1 基片超精密磨削理論和技術(shù)的研究進展103.2 大尺寸硅片超精密磨削機床的進展 國外的一些大學和公司

7、在理論和技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了先進的超精密磨削裝備。 日本Disco公司研制了200mm和300mm硅片DFG8000系列硅片磨床，采用硅片旋轉(zhuǎn)磨削原理，具有粗、精磨兩個砂輪主軸，三個操作工位，自動完成硅片的粗磨和精磨加工及清洗和裝卸操作 。11全自動超精密磨床日本東京精密公司PG300/PG200系列全自動磨床 日本Okamoto公司GNX300型硅片磨床 美國Strasbaugh公司7AF型硅片磨床 德國 G&N公司NANOGRINDER/4 和Multi-Nano 全自動硅片納米磨床123.3 大尺寸硅片超精密磨削機床發(fā)展趨勢國外先進硅片超精密磨床的特點：“多主軸、多工位”的集成化設(shè)計

8、，可進行粗磨和精磨加工，并完成吸盤修整、硅片對準、清洗、烘干和裝卸等操作；控制系統(tǒng)具有加工參數(shù)設(shè)置、過程控制與檢測以及磨削過程仿真等功能；采用傳輸機器人完成硅片在不同加工和操作工位的定位和傳輸，實現(xiàn)在加工過程中自動化。 為不斷滿足大直徑硅片的高效率、高質(zhì)量、低成本的生產(chǎn)要求，硅片超精密磨床研制向高精度化、多功能化、高集成化和高自動化的方向發(fā)展。133.4 存在問題國外現(xiàn)有的硅片磨床大都沒有磨削力檢測系統(tǒng)，有些只采用主軸功率檢測磨削過程，檢測精度和靈敏度較差。磨床在粗、精磨削階段大都采用恒進給速度磨削，而且加工余量和進給速度根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定，也不能實現(xiàn)磨削過程自適應(yīng)控制。磨削效率和磨削表面損傷的矛盾

9、是硅片加工技術(shù)面臨的突出問題，如何通過磨削過程自適應(yīng)控制和工藝參數(shù)優(yōu)化實現(xiàn)高效低損傷磨削是需要研究的問題。143.5 國內(nèi)現(xiàn)狀及存在問題國內(nèi)對硅片超精密加工技術(shù)和裝備的研究起步較晚。哈爾濱工業(yè)大學、天津大學和廣東工業(yè)大學等單位對小尺寸單晶硅、藍寶石等功能晶體的超精密磨削機理和工藝技術(shù)進行了一些研究，但尚未開展大尺寸基片超精密技術(shù)和裝備的研究。大連理工大學通過承擔國家863 計劃和國家基金重大和重點項目，利用進口設(shè)備對大直徑硅片超精密磨削加工理論和關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，并開展了超精密磨削裝備的設(shè)計開發(fā)。目前，國內(nèi)缺乏擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的大尺寸功能晶體基片超精密加工技術(shù)和裝備，先進的超精密加工裝備完全

10、依賴進口，被日、美、德等少數(shù)發(fā)達國家所壟斷。153.6 國內(nèi)外專利申請和授權(quán)情況1 晶片磨床構(gòu)造（專利權(quán)人：臺灣省新竹縣財團法人工業(yè)技術(shù)研究院；專利號：CN1640618）；2 晶片的磨削裝置及磨削方法（專利權(quán)人：日本株式會社迪思科；專利號：CN1664993）；3 半導體單晶片保護構(gòu)件與半導體單晶片的磨削方法（專利權(quán)人：日本株式會社迪思科；專利號：N1496581）；4 表面保護用板以及半導體晶片的磨削方法（專利權(quán)人：日本琳得科株式會社；專利號：CN1868040）；5 用于同時雙面磨削多個半導體晶片的方法和平面度優(yōu)異的半導體晶片（專利權(quán)人：德國慕尼黑硅電子股份公司；專利號：CN101106

11、082）；6 晶片磨削裝置（專利權(quán)人：日本株式會社迪思科；專利號：CN101121237）；7 晶片搬送方法和磨削裝置（專利權(quán)人：日本株式會社迪思科；專利號：CN101127316）；8 晶片的磨削加工方法（ 專利權(quán)人： 日本株式會社迪思科； 專利號：CN101161411）；9 貼合晶圓制造方法、貼合晶圓及平面磨削裝置（專利權(quán)人：日本東京都信越半導體股份有限公司；專利號：CN101151713）。通過檢索中國發(fā)明專利數(shù)據(jù)庫，國內(nèi)外在中國申請的有關(guān)硅片磨削的專利沒有涵蓋本課題主要研究技術(shù)。16課題組專利申請和授權(quán)情況 1 康仁科，郭東明，張士軍，金洙吉等，一種硅片傳輸機器人,ZL2.1，授權(quán)公

12、告日2006.3.8，（實用新型）2 金洙吉，郭東明，康仁科等，一種硅片真空吸盤,ZL2.1，授權(quán)公告日2005.12.14，（實用新型）3 郭東明，田業(yè)冰，康仁科等，一種硬脆晶體基片的無損傷磨削方法，ZL2.7，（發(fā)明專利）2.44 康仁科，田業(yè)冰，郭東明等，一種硬脆晶體基片超精密磨削砂輪，ZL2.2，（發(fā)明專利）5 金洙吉，馬興偉，康仁科，苑澤偉，一種大尺寸金剛石膜的平坦化加工方法，ZL 2.1（發(fā)明專利） 大連理工大學“精密特種加工與微系統(tǒng)教育部科研創(chuàng)新團隊” 近年來通過對硅片超精密磨削加工工藝、關(guān)鍵技術(shù)和裝置的基礎(chǔ)研究，取得與本課題研究技術(shù)有關(guān)的中國專利如下：171 錢敏，孫寶元，張軍

13、，壓電石英整體式三向磨銑削測力儀，中國發(fā)明專利，批準日期2003.03.14，發(fā)明專利號：ZL991015592。2 孫寶元，錢敏，一種新型扭矩測量儀，中國發(fā)明專利，申請?zhí)枺?1125607.9，受理日期:2001 年8 月20 日。3 孫寶元，吳澗彤，錢敏，一種扭矩測量新方法和傳感器，中國發(fā)明專利，申請?zhí)枺?1125608.7，受理日期:2001 年8 月20 日。4 孫寶元，錢敏，一種壓電石英片式扭矩傳感器與制作工藝方法，發(fā)明專利號ZL03133521.7，批準日期：2006.7.19 在石英晶體壓電傳感器和測力儀方面也開展了大量研究。取得與本課題研究技術(shù)有關(guān)的中國專利如下：課題組專利申請

14、和授權(quán)情況 “壓電石英現(xiàn)代測試理論、方法、系列化新型測量儀及其應(yīng)用” 研究成果獲得2005 年國家技術(shù)發(fā)明二等獎1 項，遼寧省技術(shù)發(fā)明一等獎1項。184 主要研究內(nèi)容、擬解決的技術(shù)難點和可能的創(chuàng)新點，及技術(shù)風險分析4.1 研究內(nèi)容：研究基于控制力和工件旋轉(zhuǎn)磨削原理的大直徑硅片超精密磨削工藝方法以及工藝系統(tǒng)方案研究大直徑硅片超精密磨削關(guān)鍵技術(shù)進行自動化磨削工藝系統(tǒng)的集成設(shè)計、磨床關(guān)鍵零部件的運動學和動力學仿真分析以及磨床控制系統(tǒng)的開發(fā)研制超精密磨床，進行磨床性能測試分析和可靠性考核試驗進行系統(tǒng)磨削工藝試驗，建立大直徑硅片超精密磨削工藝數(shù)據(jù)庫194.2 技術(shù)難點與解決方案（1）高精度的砂輪主軸和工

15、件主軸技術(shù)硬脆晶體材料超精密磨削時，砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度和平穩(wěn)性直接影響磨削表面粗糙度和亞表面損傷?；诠杵D(zhuǎn)原理的大尺寸硅片超精密磨床對砂輪主軸和工件主軸的回轉(zhuǎn)精度要求很高，必須采用空氣軸承電主軸結(jié)構(gòu)的砂輪主軸和工件主軸。協(xié)作單位無錫機床股份有限公司在高速空氣軸承電主軸研制生產(chǎn)方面有豐富經(jīng)驗，對于硅片磨床研制中所需要的高精度大功率空氣軸承電主軸，擬通過引進吸收和開發(fā)研制相結(jié)合的方法予以解決。204.2 技術(shù)難點與解決方案（2）砂輪主軸和工件主軸空間相對位置的調(diào)整技術(shù)砂輪主軸與工件回轉(zhuǎn)主軸之間角度是決定硅片面型精度的主要因素。在雙主軸三工位磨床系統(tǒng)中，同時保證粗、精磨砂輪主軸與三工位工件旋轉(zhuǎn)臺

16、主軸空間相對位置，并能夠根據(jù)實際磨削硅片面型進行主軸軸線之間角度實時調(diào)整是需要解決的技術(shù)難點。解決方案：根據(jù)前期研究建立的硅片面型理論模型，課題組擬采用三點支撐微調(diào)機構(gòu)，通過“精磨主軸三工位工件主軸粗磨主軸”遞推調(diào)整的協(xié)同調(diào)整方法。21雙砂輪主軸與三工位工件主軸之間角度的微調(diào)整裝置224.2 技術(shù)難點與解決方案（3）磨削力精密在線測量與控制技術(shù)大而薄的硬脆晶體基片超精密磨削過程中，磨削力的變化和波動會影響基片磨削表面質(zhì)量和變形，甚至會引起基片破碎。研究磨削力在線測量，并實現(xiàn)與磨床的集成和在位標定有一定難度。解決方案：根據(jù)以往系列力傳感器及切（磨）削力測量系統(tǒng)研制的經(jīng)驗，采用高靈敏度壓電石英傳感

17、器研制磨削力測量裝置，組裝在砂輪主軸座上，實現(xiàn)磨削力精密在線測量和磨削過程動態(tài)監(jiān)測，并針對磨床結(jié)構(gòu)專門設(shè)計研制的磨削力標定系統(tǒng)進行在機標定。23磨削力測量裝置與控制系統(tǒng)測力裝置244.2 技術(shù)難點與解決方案（4）控制力磨削時磨削力閾值的確定磨削力控制閾值為不產(chǎn)生表面/亞表面微裂紋時所對應(yīng)的磨削力，建立磨削表面/亞表面損傷與磨削力的關(guān)系是確定磨削力閾值的關(guān)鍵，需要精確檢測和定量評價磨削表面層損傷。解決方案：利用前期研究中提出的角度拋光法與截面腐蝕顯微觀測法相結(jié)合的方法，或繼續(xù)尋求快速精確的無損檢測新方法，定量檢測分析磨削亞表面損傷，通過系統(tǒng)磨削試驗，建立磨削表面/亞表面損傷與磨削力的關(guān)系。25測

18、試樣片膠接層待測硅片L1干涉條紋側(cè)試樣片傾斜面劈尖膠黏劑 陪片的傾斜面 L2腐蝕坑 (a)樣品粘接（b）拋光后(c)腐蝕后改進的角度拋光法原理化學機械拋光后劈尖上產(chǎn)生干涉條紋裂紋深度：角度拋光法與截面腐蝕顯微觀測法264.2 技術(shù)難點與解決方案（5）微進給控制技術(shù)為了獲得納米級表面粗糙度，減小表面微裂紋等損傷，必須通過監(jiān)測磨削力嚴格控制進給速度，實現(xiàn)脆性晶體材料的塑性域磨削。實現(xiàn)較大的進給速度范圍和穩(wěn)定的低速微進給是研制磨削進給系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。解決方案：擬采用高精度滾動絲杠和導軌、大減速比減速器、高性能電機和高分辨率脈沖編碼器等零部件，通過零部件精密裝配、運動仿真分析和動態(tài)精密檢測

19、，保證進給系統(tǒng)的低速穩(wěn)定性。274.2 技術(shù)難點與解決方案（5）硅片高精度高可靠性夾持定位與輸送技術(shù)大而薄的硅片極易產(chǎn)生殘余應(yīng)力和翹曲變形，給硅片的定位和夾緊及不同工位之間輸送造成困難。特別是減薄到100m 以下的硅片翹曲變形更為嚴重，對夾緊力極為敏感，其定位精度、裝夾可靠性及輸送方式對硅片面型精度和碎片率的影響較大。解決方案：擬研制多孔陶瓷分區(qū)真空吸盤、多點真空吸附機械手和硅片自動定心裝置以及真空吸附力精確檢測和控制方法，并選用高精度硅片輸送機器人構(gòu)建高精度高可靠性硅片夾持定位與輸送系統(tǒng)。284.2 技術(shù)難點與解決方案（6）高效低損傷磨削工藝先進的自動化硅片超精密磨床要求具有高的磨削效率；磨

20、削后硅片要求具有低損傷的表面，以減小后續(xù)拋光的加工時間或保證硅片減薄后的強度。高效率與低損傷是突出的矛盾問題。解決方案：擬通過從粗、精磨加工余量的合理分配方法、進給速度分階段控制策略、新型砂輪研制與應(yīng)用、以及復(fù)合加工新工藝方法應(yīng)用等方面進行研究。29新型自銳金剛石砂輪分階段進給和磨削力控制進給磨削與軟磨料砂輪化學機械磨削相結(jié)合的工藝策略粗磨快速進給磨削 在機床剛性和功率允許的情況下，以最大材料去除率為目標，優(yōu)化加工參數(shù)，去除絕大部分磨削余量。精磨控制力進給磨削 采用自銳金剛石砂輪，消除快速磨削的損傷層，通過磨削力在線檢測進行進給速度控制，實現(xiàn)無微裂紋的延性域磨削。低損傷磨削軟磨料砂輪化學機械磨

21、削 去除精磨時的表面損傷層，形成低損傷或無損傷表面。自銳砂輪無砂輪修銳的不間斷磨削大磨粒和磨損磨粒及時脫落砂輪表面磨粒的均勻分布穩(wěn)定的砂輪磨削性能塑性域材料去除進給控制磨削力檢測30軟磨料砂輪化學機械磨削原理和特點化學機械復(fù)合作用去除材料繼承磨削加工高精度優(yōu)點軟磨料弱化機械作用產(chǎn)生的損傷工件與軟磨料的固相反應(yīng)工件與化學液的固液反應(yīng)磨料和結(jié)合劑與工件表面摩擦去除反應(yīng)物機械作用化學作用314.3 可能的創(chuàng)新點基于控制力和工件旋轉(zhuǎn)磨削原理的大直徑硅片超精密磨削技術(shù)和雙主軸三工位的全自動超精密磨床；實現(xiàn)控制力磨削和磨削過程的動態(tài)監(jiān)測的磨削力精密在線測量系統(tǒng)；采用新型自銳金剛石砂輪分階段進給和磨削力控制

22、進給磨削與軟磨料砂輪化學機械磨削相結(jié)合的工藝策略，實現(xiàn)大尺寸硅片高效低損傷超精密磨削；硅片磨削面型精度和表面質(zhì)量的預(yù)測軟件系統(tǒng)和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫；雙砂輪主軸與三工位工件主軸之間角度的協(xié)同微調(diào)整裝置及硅片面型精度控制方法；根據(jù)化學機械磨削的復(fù)合加工機理以及工件材料與砂輪組織特性的匹配關(guān)系，提出新型軟磨料砂輪組織設(shè)計方法和低成本制造工藝。325 預(yù)期目標、主要技術(shù)和經(jīng)濟指標，可獲得的成果、知識產(chǎn)權(quán)和人才培養(yǎng)情況5.1 預(yù)期目標、主要技術(shù)和經(jīng)濟指標研究大尺寸基片超精密磨削技術(shù)，研制超精密磨床，主要用于大尺寸硅片和藍寶石、碳化硅等功能晶體基片的高效超精密加工。填補國內(nèi)在大尺寸基片超精密磨削設(shè)備的空白，并

23、將研究成果在用戶單位進行示范應(yīng)用和推廣，為大尺寸基片高精度、高質(zhì)量和高效率的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支持。機床主要技術(shù)指標 工件最大尺寸：直徑300mm；主軸轉(zhuǎn)速：10004000r/min；加工精度指標：單片間厚度誤差（TTV）：1.5m（磨削直徑300mm 工件）；片間厚度誤差：2m；精磨表面粗糙度：Ra5nm。335.2 成果及知識產(chǎn)權(quán)和人才培養(yǎng)情況基于控制力和工件旋轉(zhuǎn)磨削原理的大尺寸基片超精密磨削工藝方法；大尺寸基片超精密磨削加工仿真軟件和工藝數(shù)據(jù)庫軟件；大尺寸基片超精密磨削的關(guān)鍵技術(shù)、裝置和系統(tǒng)；大尺寸基片超精密磨床；大尺寸基片超精密磨床控制系統(tǒng)軟件；申請專利4 項以上；發(fā)表高水平論文20

24、 篇以上培養(yǎng)博士后12 名，博士生4 名以上，碩士10 名以上。346 研究方法、技術(shù)路線及可行性分析356.1 研究方法和技術(shù)路線采取理論研究與技術(shù)開發(fā)研究相結(jié)合、仿真模擬與試驗驗證相結(jié)合方法開展基礎(chǔ)研究采用數(shù)字化設(shè)計和測試試驗相結(jié)合研究方法進行磨床的快速優(yōu)化設(shè)計采用單元技術(shù)分解開發(fā)與系統(tǒng)集成相結(jié)合的研究方法進行磨床快速制造。采用磨床性能測試分析與系統(tǒng)磨削工藝試驗相結(jié)合的方法進行磨床技術(shù)性能指標的檢測和可靠性檢驗。366.2 可行性分析國外基于硅片旋轉(zhuǎn)磨削原理的超精密磨削技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)在采用大尺寸硅片的IC 生產(chǎn)線中得到廣泛應(yīng)用。說明本課題研究的大尺寸硅片超精密磨削技術(shù)和裝備在理論和技術(shù)上是

25、可行的。課題組成員長期從事精密超精密加工理論和技術(shù)的研究，在半導體、陶瓷和光學晶體等硬脆材料超精密磨削和拋光技術(shù)的方面開展了大量研究工作，取得一定的研究成果。近年來，通過承擔國家863 計劃和國家自然科學基金項目，利用進口設(shè)備開展了大直徑硅片超精密加工機理和工藝的基礎(chǔ)性研究，以及關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)，進行了硅片超精密磨床的設(shè)計，取得一定進展，有很好的研究工作基礎(chǔ)。課題研究已具備所需要的良好的研究環(huán)境和工作條件。37主要承擔的相關(guān)國家級科研項目國家863計劃項目面向下一代IC的大直徑硅片超精密磨削技術(shù)與裝備研究 （2002AA421230），20032004國家自然科學基金重大和重點項目“先進電子制造

26、技術(shù)中的重要科學問題”的子課題“超精拋光中的納米粒子行為和化學作用及平整化原理與技術(shù)” （），2003.12006.12 各向異性軟脆功能晶體高效精密和超精密加工技術(shù)基礎(chǔ) （），20052008 大尺寸單晶MgO高溫超導基片高效超精密加工理論與技術(shù)研究 （），20042006超薄硬脆晶體基片的耦合能量軟磨機理與關(guān)鍵技術(shù)研究 （），2007.12009.12 38取得的單元技術(shù)成果硅片磨削表面面型和磨紋的仿真與預(yù)測39硅片夾持定位用真空吸盤真空吸盤吸附力測試試驗裝置與結(jié)果研制的組合結(jié)構(gòu)多孔陶瓷真空吸盤40硅片高精度平整化夾持定位系統(tǒng)41硅片厚度檢測裝置和控制系統(tǒng)硅片厚度檢測與磨床伺服進給控制原理

27、 測頭的氣動控制系統(tǒng)厚度檢測系統(tǒng)圖 42磨削力動態(tài)測量平臺與控制系統(tǒng)三向壓電晶體磨削力測量平臺性能三向壓電晶體磨削力測量平臺 動態(tài)磨削力測量軟件界面 43硅片傳輸定位機器人及其控制系統(tǒng)R-型硅片傳輸機器人及其控制系統(tǒng)44研制的金剛石砂輪砂輪類型 硅片粗糙度 材料去除率 主軸電流 磨削比 損傷層厚度 600砂輪（亞剛） Ra 71.5nm34.50 mm3/s7.5A2505.5m600砂輪（日本） Ra 62.6nm32.13 mm3/s7.6 A1804.0m#2000砂輪（亞剛） Ra 10nm12.3 mm3/s6.9 A1603m#2000砂輪（日本） Ra 5nm6.9 mm3/s7

28、.1 A1001m(a) 研制砂輪磨削表面 (b) 日本砂輪磨削表面(a) 研制砂輪磨削表面損傷 (b)日本砂輪磨削表面損傷45研究成果的應(yīng)用情況超精磨削的300mm硅片（Ra5nm） 磨削的200mm和300mm硅片 硅片超精密磨削工藝研究成果已經(jīng)應(yīng)用于國內(nèi)最大的半導體硅片制造企業(yè)北京有研半導體材料股份有限公司。加工的硅片經(jīng) “國家有色金屬及電子材料分析檢測中心” 檢測合格。磨削的200mm 和300mm硅片總厚度變化：TTV 1m平整度：GBIR 1m表面粗糙度：Ra 5nm 46研究成果的應(yīng)用情況為中國電子工業(yè)集團南京55所加工的單晶硅與玻璃鍵合片，硅片超精密磨削減薄厚度小于100 m。

29、47硅片超精密磨床的方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計48硅片超精密磨床零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計定心裝置真空吸盤清洗測厚裝置49硅片超精密磨床零部件結(jié)構(gòu)分析507 年度進度及考核指標第一年度： 研究進度：大直徑基片超精密磨削工藝方法和工藝規(guī)律研究，基片超精密磨床總體方案設(shè)計，磨床和零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，磨床電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)設(shè)計，磨床和關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)分析，磨床單元技術(shù)、裝置和系統(tǒng)的設(shè)計與研究。 考核指標：磨削工藝研究報告1 份，磨床總體方案設(shè)計報告1 份，磨床和零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙1 套，磨床電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)設(shè)計報告1份，磨床單元技術(shù)、裝置和系統(tǒng)的研究報告各1 份和相應(yīng)實物，申請專利2 項，發(fā)表論文8 篇。第二年度： 研究進

30、度：零部件工藝設(shè)計，磨床電氣控制系統(tǒng)研制，磨床控制軟件開發(fā)，磨床單元技術(shù)、裝置和系統(tǒng)（包括微進給裝置和控制系統(tǒng)，砂輪主軸系統(tǒng)，工件回轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)）的設(shè)計與研究，零部件加工制造和定購，磨床裝配和調(diào)試。 考核指標：零部件工藝設(shè)計文件1 套，磨床電氣控制柜1 套，控制軟件1 套，磨床單元技術(shù)、裝置和系統(tǒng)的研究報告各1 份，磨床機械主機1 臺，申請專利2 項，發(fā)表論文8 篇。第三年度： 研究進度：基片超精密磨床性能測試分析與可靠性試驗，磨床樣機的改進設(shè)計和制造，硅片高效低損傷超精密磨削工藝試驗，磨削工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫軟件設(shè)計，用戶單位應(yīng)用試驗。 考核指標：滿足課題技術(shù)指標要求的磨床1 臺，磨床性能測試分析與

31、可靠性試驗報告1 份，磨削工藝參數(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)庫軟件1 套，成果應(yīng)用試驗報告1 份，發(fā)表論文4 篇以上。518 課題的組織和分工依托單位：大連理工大學大尺寸功能晶體基片超精密磨削技術(shù)的基礎(chǔ)理論和加工工藝研究；磨削力測量與控制、基片厚度在線測量和基片高精度夾持定位等關(guān)鍵技術(shù)研究；磨床及其控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計；磨床主要結(jié)構(gòu)設(shè)計和仿真分析；磨床性能測試分析；磨削加工工藝試驗和研究成果總結(jié)等工作。協(xié)作單位：無錫機床股份有限公司磨床的工程化設(shè)計；零部件加工工藝設(shè)計；零部件制造、外購件選型與采購；磨床控制系統(tǒng)工程化設(shè)計和研制；磨床裝配和調(diào)試等工作；參加磨床性能測試以及磨削加工工藝試驗。課題組由大連理工大學和無

32、錫機床股份有限公司技術(shù)管理人員和技術(shù)骨干組成。任務(wù)分工如下：529 預(yù)期研究成果應(yīng)用前景我國目前已有近50條IC生產(chǎn)線， “十一五” 期間將建設(shè)2025條。大尺寸硅片生產(chǎn)線約占20。每條大尺寸硅片生產(chǎn)線需要配備410 臺超精密磨床。我國大尺寸硅片超精密磨床完全依賴于進口，每臺價格達50 萬美元以上。IC和光電器件生產(chǎn)線的建設(shè)和投產(chǎn)以及生產(chǎn)線的更新?lián)Q代，對磨床有很大需求。微電子制造關(guān)鍵裝備，已被列為國家中長期發(fā)展規(guī)劃之重點發(fā)展領(lǐng)域。對于核工業(yè)和國防工業(yè)中的大尺寸晶體窗口和反射鏡的加工也有重要推廣應(yīng)用價值。廈門、上海、大連、南昌和深圳五個國家半導體照明產(chǎn)業(yè)化基地珠江三角洲、長江三角洲、環(huán)渤海和西南

33、地區(qū)國家微電子產(chǎn)業(yè)帶中國微電子和半導體照明產(chǎn)業(yè)分布格局5310 單位情況和支撐條件教育部直屬全國重點大學，國家“211”及“985”工程重點建設(shè)大學。機械制造及自動化學科是國家重點學科，通過 “211”及 “985”工程共投入5000 萬元以上學科建設(shè)經(jīng)費。建有“精密與特種加工教育部重點實驗室”和“先進裝備制造遼寧省重點實驗室”。申請者和課題組主要成員是大連理工大學“精密/特種加工與微制造教育部創(chuàng)新團隊”的學術(shù)帶頭人和骨干?？蒲袌F隊近5年承擔國家973計劃 、863 計劃、國家自然科學基金重大、重點和面上項目及國防基礎(chǔ)預(yù)研項目50 多項，總經(jīng)費達5100多萬元。研究成果獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項

34、、部級技術(shù)發(fā)明一等獎2項和科技進步一等獎2項。10.1 依托單位情況5410.2 依托單位支撐條件 通過國家211工程和985工程重點建設(shè)，大連理工大學“精密與特種加工教育部重點實驗室”，建成了國內(nèi)一流的硅片及光電晶體基片超精密加工技術(shù)研究基地?？蔀楸菊n題研究提供的研究環(huán)境和儀器設(shè)備條件包括：價值5000萬元以上的精密超精密加工設(shè)備和測量分析儀器面積1100平方米（1000級）和100 平方米（100級）恒溫超凈間18Mcm去離子水制備系統(tǒng)55與課題相關(guān)的超精密加工設(shè)備國內(nèi)第一臺300mm硅片超精密磨床（日本Okamoto公司VG401型）美國CETR公司CP-4型CMP機床超精密研磨/拋光機MXD170型金剛石線鋸機 用于硅片和光電晶體基片超精密磨削工藝試驗的設(shè)備以及用于試件制備的超精密加工設(shè)備56與課題相關(guān)的精密測量儀器美國Zygo公司NewView 5022 表面輪廓儀英國Taylor Hobson公司Talysurf CLI2000表面形貌儀日本JEOL公司 JSM-6360 掃