超硬材料網

       在芯片制程的后道階段，通過超精密晶圓減薄工藝可以有效減小芯片封裝體積，導通電阻，改善芯片的熱擴散效率，提高其電氣性能、力學性能。目前的主流工藝通過超細粒度金剛石砂輪和高穩定性超精密減薄設備對晶圓進行減薄，可實現大尺寸晶圓的高精度、高效率、高穩定性無損傷表面加工。重點綜述了目前超精密晶圓減薄砂輪的研究進展，在磨料方面綜述了機械磨削用硬磨料和化學機械磨削用軟磨料的研究現狀，包括泡沫化金剛石、金剛石團聚磨料、表面微刃金剛石的制備方法及磨削性能，同時歸納總結了軟磨料砂輪的化學機械磨削機理及材料去除模型。在結合劑研究方面，綜述了金屬、樹脂和陶瓷3種結合劑的優缺點，以及在晶圓減薄砂輪上的應用，重點綜述了目前在改善陶瓷結合劑的本征力學強度及與金剛石之間的界面潤濕性方面的研究進展。在晶圓減薄超細粒度金剛石砂輪制備方面，由于微納金剛石的表面能較大，采用傳統工藝制備砂輪會導致磨料發生團聚，影響加工質量。在此基礎上，總結論述了溶膠–凝膠法、高分子網絡凝膠法、電泳沉積法、凝膠注模法、結構化砂輪等新型工藝方法在超細粒度砂輪制備方面的應用研究，同時還綜述了目前不同的晶圓減薄工藝及超精密減薄設備的研究進展，并指出未來半導體加工工具及裝備的發展方向。
       關鍵詞：減薄砂輪；減薄機；表面處理；結合劑；超細粒度金剛石；制備技術

       論文配圖

團聚磨料磨削效率和工件質量

        結論：

       我國在半導體加工金剛石工具和半導體超精密加工設備的研究方面起步較晚。在半導體加工金剛石工具方面，近幾年我國超硬材料制品行業取得了重大成果，已在部分半導體加工工具方面取代了進口，解決了部分卡脖子問題，但在半導體高端加工工具方面（如減薄砂輪）與國外相比仍有差距。目前，國內半導體減薄砂輪的研發主要存在以下問題：在磨料方面，由于單晶金剛石減薄砂輪磨削刃單一，整體鋒利性不足，在晶圓減薄加工過程中會出現砂輪壽命低、加工效率低、精度差等問題，目前國內對于金剛石表面微區多刃化等功能磨料的研究尚不成熟；在結合劑方面，主要基于結合劑本身的本征力學強度較低，以及結合劑與金剛石磨料之間的界面潤濕性較差，導致其宏觀力學與微觀磨損之間存在差異；在砂輪制備工藝方面，目前超細粒度砂輪的制備技術尚不成熟，產品加工的一致性、穩定性較差。
       在半導體超精密加工設備方面，國內企業正積極加大晶圓減薄機的研發力度，國內晶圓減薄機市場國產化率正不斷提升，行業展現出良好的發展趨勢。國產晶圓減薄機與國際領先企業生產設備相比，在技術、性能、加工精度等方面仍有較大差距，未來國內企業還需持續加大研發力度。尤其是針對SiC的晶圓減薄機研發技術仍處于發展階段，由于碳化硅僅次于金剛石的硬度和脆性，國內外晶圓生產線中對于SiC晶圓的加工工藝仍處于摸索階段，無法解決加工過程中晶圓破碎、崩邊、亞表面損傷大等多種問題，這對薄機設備性能的穩定性和可靠性提出了更高的要求。
       為了加快半導體加工高端裝備和工具行業的快速發展，應加強基礎性材料和超精密加工機床核心部件的研究和創新力度，通過企業與高校之間的產學研深度合作，進一步開展研究，解決半導體加工設備和工具卡脖子等問題，實現設備及工具全方位的國產化。

       引文格式
       周仁宸, 王哲, 楊遠航, 等. 超精密晶圓減薄砂輪及減薄磨削裝備研究進展[J]. 表面技術, 2024, 53(3): 1-21.
       ZHOU Renchen, WANG Zhe, YANG Yuanhang, et al. Research Progress on Grinding Wheels and Equipment for Ultra Precision Wafer Thinning[J]. Surface Technology, 2024, 53(3): 1-21.