文章來源：學習那些事

原文作者：小陳婆婆

本文介紹了集成電路制造中的硅片雙面研磨與表面磨削工藝。

硅片雙面研磨與表面磨削作為去除切割損傷層、提升表面平坦度的核心工序，其工藝選擇與參數控制直接決定硅片幾何精度與后續工序良率。

雙面研磨

硅片雙面研磨，其技術本質在于通過精密機械運動與化學-機械協同作用去除切割損傷層并提升幾何精度。該工藝采用游輪片承載硅片置于上下磨盤之間，依托行星運動軌跡實現硅片與磨盤的相對運動，配合分段加壓機制控制研磨壓力分布，確保雙面加工均勻性。

研磨液由粒度10.0-5.0μm的氧化鋁、氧化鋯微粉與水基表面活性劑配比而成，通過物理磨削與化學腐蝕的復合作用，可有效去除硅片表面20-50μm的機械應力損傷層及金屬離子污染，總加工量通常設定為60-80μm，具體數值根據硅片切割方式及初始損傷情況動態調整。

FO系列磨砂雖能實現較高磨削速率，但易產生較深損傷層，因此更適用于直徑200mm以下硅片的加工；而對于大直徑硅片，四路驅動雙面研磨系統通過精密控制磨盤運動軌跡與壓力分布，可實現TTV<2.5μm的高精度加工，同時通過優化研磨液配方降低表面沾污風險。

硅片表面磨削

硅片表面磨削作為先進半導體制造的關鍵工序，通過金剛石磨頭對硅片實施精密磨削，高效去除切割損傷層并提升表面平坦度，其技術演進深刻影響著300mm及以上大直徑硅片的制備效率與質量。

該工藝依托正向壓力、金剛石磨頭粒度（500#～4000#）、磨盤轉速及切削液參數的精準調控，實現分級加工——粗磨階段采用500#～1500#磨頭，以≥20.0μm/min的速率快速去除材料，表面損傷層約≤1.4μm，粗糙度Ra≤20.0nm；精磨階段則選用2000#～4000#磨頭，將損傷層壓縮至≤0.4μm，粗糙度優化至Ra≤1.0nm，兼具高效率、低成本及低機械應力損傷優勢，已逐步替代傳統雙面研磨成為300mm拋光片制備的主流工藝。

然而，表面磨削易產生“磨削印痕”，其規律性紋理會干擾后續拋光片的納米形貌特性。為破解此難題，行業探索出雙面磨削技術路徑：其一為分步單面磨削，，通過手動或自動翻轉硅片實現雙面加工；其二為同步雙面磨削，以臥式系統為代表。

硅片垂直放置且磨頭水平布局，配合水靜壓支撐與砂輪自動角度調整，減少自重變形影響，實現雙面同步磨削，磨削速率高達>250μm/min，TTV<1.0μm，表面損傷層<5.0μm，且磨屑不易滯留，避免局部深傷痕。

行星運動雙面磨削系統，基于雙面研磨原理，通過游輪片夾持硅片在金剛石磨盤間作行星運動，配合純水基切削液，在80μm/雙面加工量下，實現TTV≤1.0μm、粗糙度Ra≤20.0～1.0nm，徹底消除磨削印痕，保障納米形貌特性，滿足先進制程對拋光片的技術要求。

當前技術演進聚焦智能化與環保化升級：算法實時優化磨削參數，結合高精度傳感器監測磨削力與溫度，實現閉環控制；水基無毒切削液的開發降低廢水處理成本，納米級復合磨料提升磨削效率與表面質量；復合工藝路線如“表面磨削+拋光”的直接銜接，減少中間工序，提升生產效率。

未來，隨著3D封裝、先進制程對硅片表面質量要求的提升，表面磨削技術將向更精細的粒度控制、更智能的參數自適應及更環保的工藝方向發展，持續推動半導體硅片制造向高精度、低損傷、綠色化方向邁進，支撐集成電路產業向更先進制程、更高可靠性要求的發展。