發(fā)布時(shí)間：2020-04-23 19:00

【摘要】：隨著國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,半導(dǎo)體材料加工設(shè)備需求激增,相應(yīng)的研究也迅速發(fā)展。由于國(guó)內(nèi)研究起步晚、基礎(chǔ)差,與國(guó)外差距大,差距約20年。高端設(shè)備被國(guó)外壟斷,其中滾磨一體機(jī)是半導(dǎo)體硅材料加工的關(guān)鍵設(shè)備之一,同樣被國(guó)外壟斷。國(guó)產(chǎn)設(shè)備采用分體式設(shè)計(jì),精度差、效率低、自動(dòng)化程度低,進(jìn)口設(shè)備性能先進(jìn),成本高、產(chǎn)能有限,貨期長(zhǎng),嚴(yán)重制約了我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。為了解決這一問(wèn)題,提出了單晶硅棒滾磨一體機(jī)的研制。本課題旨在用于半導(dǎo)體行業(yè)且具有較高自動(dòng)化、集成化、兼容性和精度的單晶硅棒滾磨設(shè)備的自動(dòng)定向功能的開(kāi)發(fā)和研磨工藝的研究。研究的重點(diǎn)是使晶棒定向?qū)崿F(xiàn)在線的自動(dòng)化定位測(cè)量、研究晶棒滾磨質(zhì)量和效率,為實(shí)現(xiàn)晶棒的自動(dòng)化研磨提供工藝參數(shù)和理論依據(jù)。圍繞這兩點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了在線自動(dòng)定向裝置,并通過(guò)磨削理論和實(shí)驗(yàn)研究,優(yōu)化了工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)設(shè)備批量自動(dòng)化研磨功能。在線自動(dòng)定向系統(tǒng)主要由定向裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)、X射線衍射儀、控制系統(tǒng)以及系統(tǒng)軟件組成,其核心為X射線衍射儀、軟件算法以及精密傳動(dòng),本文通過(guò)設(shè)計(jì)自動(dòng)定向系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面來(lái)進(jìn)一步方便頻率信號(hào)的采集、分析,得到可以通過(guò)修改濾波系數(shù)、晶棒的轉(zhuǎn)速以及基準(zhǔn)座與硅棒之間的間隙來(lái)提高定向精度的結(jié)論。針對(duì)自動(dòng)化磨削工藝參數(shù)的研究和優(yōu)化,從磨削幾何學(xué)的角度進(jìn)行分析,得出杯型砂輪端面磨削外圓時(shí)的磨削特點(diǎn);通過(guò)利用matlab編程對(duì)磨粒軌跡進(jìn)行仿真,得出了磨削工藝參數(shù)對(duì)磨削軌跡的影響規(guī)律;通過(guò)分析磨削表面粗糙度經(jīng)驗(yàn)公式,得出了磨削工藝參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律;通過(guò)考慮單顆磨粒的去除過(guò)程,得到磨削工藝參數(shù)對(duì)單晶硅棒材料去除的影響規(guī)律;同時(shí)對(duì)磨削加工質(zhì)量和加工效率綜合效果加以考慮,對(duì)磨削工藝參數(shù)進(jìn)行約束,得到磨削粗糙度和去除效率之間的關(guān)系,進(jìn)而建立了杯型砂輪磨削外圓時(shí)的磨削工藝參數(shù)優(yōu)化模型,從而確定杯型砂輪磨削外圓的最優(yōu)工藝參數(shù)組合,保證磨削質(zhì)量的前提下,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化,大大提高生產(chǎn)效率。最后基于單晶硅棒滾磨一體機(jī)進(jìn)行自動(dòng)定向性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)以及磨削質(zhì)量結(jié)果檢測(cè)實(shí)驗(yàn),在加工效率最大化的情況下,硅棒的定向精度為±3',表面粗糙度為Ra11μm,滿足半導(dǎo)體材料對(duì)滾磨加工設(shè)備的要求,提高了滾磨工序的自動(dòng)化,填補(bǔ)了自動(dòng)定向滾磨一體機(jī)加工設(shè)備的空白,縮短了與國(guó)際上的差距。
【圖文】：

單晶硅棒從單晶爐中拉制出來(lái)之后需要進(jìn)行一系列的工序，包括前期的截?cái)唷L磨等逡逑機(jī)械加工；后續(xù)還需要將硅棒黏肢之后進(jìn)行切片、清洗、倒角、研磨、酸腐和再清洗等工逡逑序才能制造出半導(dǎo)體器件，，工藝流程示意圖可參考圖１．２所示。逡逑ｆｄｘｉｘｉｘｉｃｙ逡逑圖１．２半導(dǎo)體器件工藝流程圖逡逑１逡逑

這并不滿足中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求［２］。為了能夠滿足電子信息行業(yè)迅速發(fā)展，逡逑我國(guó)必須加快硅材料加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)化。逡逑＿逡逑圖１．１半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用（電子芯片）逡逑單晶硅棒從單晶爐中拉制出來(lái)之后需要進(jìn)行一系列的工序，包括前期的截?cái)�、滾磨等逡逑機(jī)械加工；后續(xù)還需要將硅棒黏肢之后進(jìn)行切片、清洗、倒角、研磨、酸腐和再清洗等工逡逑序才能制造出半導(dǎo)體器件，工藝流程示意圖可參考圖１．２所示。逡逑ｆｄｘｉｘｉｘｉｃｙ逡逑圖１．２半導(dǎo)體器件工藝流程圖逡逑１逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2638044