硅片的超精密磨削理论与技术

　　本书在介绍单晶硅的物理、化学和半导体性质，以及单晶硅片在集成电路制造中的应用和加工要求的基础上，全面系统地阐述了硅片旋转磨削原理、超精密磨削机理、超精密磨削工艺、超精密磨床，完整地总结了著者及其团队十多年来在硅片超精密磨削理论与技术方面的研究成果。全书共9章，其中第1章介绍单晶硅的基本性质与应用，第2章介绍集成电路制造工艺及硅片加工相关术语，第3章介绍硅片的磨削方法与理论分析，第4章介绍硅片超精密磨削机理，第5章介绍超精密磨削硅片面型精度的测量与评价，第6章介绍超精密磨削硅片表面层质量及检测和评价，第7章介绍硅片超精密磨削工艺，第8章介绍硅片超精密磨床，第9章介绍硅片磨削技术新发展。本书不仅系统总结了硅片的超精密磨削理论与技术，而且也反映了著者及其团队在理论研究、试验研究、技术开发和设备研制等方面所做的工作和积累的经验。

　　郭东明：中国工程院院士，大连理工大学教授、博士生导师。1959年4月出生于河南省温县。分别于1982年、1984年和1992年于大连理工大学获工学学士学位、硕士学位和博士学位。1994年晋升教授，1995年聘为博士生导师。2011年当选为中国工程院院士。现任大连理工大学校长，兼任中国工程院机械与运载工程学部主任，中国机械工程学会副理事长、中国机械工程学会生产工程分会主任委员，国际磨粒技术委员会（ICAT）委员和执委，辽宁省机械工程学会副理事长，辽宁省科学技术协会主席，大连市科学技术协会主席等。Frontiers of Mechanical Engineering、International Journal of Extreme Manufacturing等杂志主编，International Journal of Aerospace and Lightweight Structures、International Journal of Abrasive Technology、《机械工程学报》等杂志编委，《中国机械工程》编委会副主任。国家“变革性技术关键科学问题”重点专项指南编写专家组召集人，国防基础科研核科学挑战专题极端制造领域首席科学家，国家自然科学基金委员会战略咨询委员会委员。长期从事高性能精密制造理论与技术、精密超精密加工与测试、数字化制造技术与装备方向研究。研究成果获国家技术发明奖一等奖1项和二等奖1项，国家科技进步奖二等奖1项，省部级一等奖5项、二等奖2项。出版《面向快速制造的特种加工技术》、《超磁致伸缩材料微位移执行器原理与应用》等专著，发表学术论文200多篇。国家杰出青年科学基金获得者。

第1章 单晶硅的基本性质与应用 （1）
1.1 晶体几何学基础 （1）
1.1.1 晶体结构 （1）
1.1.2　晶向指数 （3）
1.1.3 晶面指数 （3）
1.1.4 立方晶体 （4）
1.2 单晶硅结构 （6）
1.3 单晶硅的基本性质 （8）
1.3.1 化学性质 （8）
1.3.2 力学特性 （11）
1.3.3 热学性质 （12）
1.3.4 电学性质 （13）
1.3.5 光学性质 （13）
1.4 单晶硅的晶体缺陷 （13）
1.4.1 单晶硅的点缺陷 （14）
1.4.2 单晶硅的线缺陷 （15）
1.4.3 单晶硅的面缺陷 （16）
1.4.4 单晶硅的体缺陷 （18）
1.5 单晶硅的应用 （18）
参考文献 （19）
第2章 集成电路制造工艺及硅片加工相关术语 （20）
2.1 集成电路及其发展 （20）
2.2 集成电路制造流程 （21）
2.2.1 硅片制备 （21）
2.2.2 IC制造 （24）
2.2.3 IC封装与测试 （25）
2.3 控制硅片质量的主要特征参数及相关术语 （25）
2.3.1 表征硅片加工前内在质量的特征参数 （26）
2.3.2 表征硅片加工后几何精度的特征参数 （26）
2.3.3 表征硅片加工后面型精度的特征参数 （27）
2.3.4 表征硅片加工后表面状态质量的特征参数 （34）
2.3.5 表征硅片加工后亚表面损伤的相关术语 （35）
参考文献 （37）
第3章 硅片的磨削方法与理论分析 （39）
3.1 集成电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电路制造中的应用 （39）
3.1.2 转台式磨削 （40）
3.1.3 硅片旋转磨削 （41）
3.2 硅片旋转磨削的硅片表面磨纹建模、仿真与分析 （42）
3.2.1 硅片表面磨纹建模 （43）
3.2.2 硅片表面磨纹仿真 （44）
3.2.3 硅片表面磨纹分析 （46）
3.3 硅片旋转磨削的磨粒切削深度建模与分析 （49）
3.3.1 磨粒切削深度建模 （49）
3.3.2 磨粒切削深度对硅片磨削表面质量影响的试验分析 （53）
3.4 硅片旋转磨削的硅片磨削面型建模、仿真与分析 （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 硅片磨削面型的统一表征方法 （60）
3.4.4 硅片磨削面型的控制 （62）
参考文献 （66）
第4章 硅片超精密磨削机理 （68）
4.1 单晶硅超精密磨削的材料去除机理 （68）
4.1.1 单颗粒金刚石磨削试验方法 （68）
4.1.2 单晶硅磨削过程中的脆性—延性转变 （70）
4.1.3 单晶硅延性域磨削的临界切削深度及其影响因素 （73）
4.2 硅片超精密磨削表面损伤形成机理 （76）
4.2.1 表面微观形貌 （76）
4.2.2 表面层微观组织 （79）
4.2.3 表面相变分析 （82）
4.3 单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真 （83）
4.3.1 分子动力学仿真基本理论 （83）
4.3.2 单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真分析 （88）
参考文献 （95）
第5章 超精密磨削硅片面型精度的测量与评价 （96）
5.1 超精密磨削硅片厚度的测量与评价 （96）
5.1.1 单面式测量 （96）
5.1.2 双面式测量 （100）
5.2 超精密磨削硅片面型精度的测量方法与仪器 （102）
5.2.1 电容式传感器测量 （102）
5.2.2 光学式测量 （103）
5.3 超薄硅片面型精度的测量技术及仪器 （107）
5.3.1 超薄硅片面型精度测量的技术需求 （107）
5.3.2 超薄硅片面型精度测量面临的问题及技术现状 （109）
5.3.3 超薄硅片面型精度测量新方法研究 （111）
5.3.4 超薄硅片面型精度测量仪器的开发 （115）
参考文献 （120）
第6章 超精密磨削硅片表面层质量及其检测和评价方法 （122）
6.1 超精密磨削硅片表面层质量的检测方法 （122）
6.1.1 超精密磨削硅片表面粗糙度的检测方法 （123）
6.1.2 超精密磨削硅片表面缺陷的检测方法 （125）
6.1.3 超精密磨削硅片亚表面损伤的检测方法 （126）
6.2 超精密磨削硅片表面层微裂纹 （132）
6.2.1 单颗粒金刚石磨削硅片表面/亚表面微裂纹的研究 （133）
6.2.2 超精密磨削硅片表面/亚表面微裂纹的研究 （134）
6.3 超精密磨削硅片表面层相变 （137）
6.4 超精密磨削硅片表面层残余应力 （139）
6.4.1 单颗粒金刚石磨削硅片表面残余应力的分布 （139）
6.4.2 磨削硅片表面微观应力与表面层残余应力 （142）
6.5 超精密磨削硅片表面层损伤模型 （147）
6.6 磨削参数对硅片表面层质量的影响分析及控制策略 （149）
参考文献 （153）
第7章 硅片超精密磨削工艺 （156）
7.1 金刚石砂轮超精密磨削工艺 （156）
7.1.1 金刚石砂轮的结构与组织特性 （156）
7.1.2 金刚石砂轮的制备与修整技术 （160）
7.1.3 金刚石砂轮磨削工艺参数的选择与优化 （163）
7.2 软磨料砂轮机械化学磨削新工艺 （170）
7.2.1 软磨料砂轮机械化学磨削原理 （170）
7.2.2 软磨料砂轮的制备与修整技术 （171）
7.2.3 软磨料砂轮的磨削性能 （175）
7.2.4 软磨料砂轮磨削硅片的材料去除机理 （180）
7.3 硅片高效低损伤磨削工艺 （185）
7.3.1 高效低损伤磨削工艺方案 （185）
7.3.2 高效低损伤磨削工艺方案的应用试验 （186）
参考文献 （189）
第8章 硅片超精密磨床 （191）
8.1 硅片超精密磨削对硅片磨床的要求 （191）
8.2 硅片超精密磨床的结构形式和发展趋势 （192）
8.2.1 硅片超精密磨床的结构形式 （192）
8.2.2 硅片超精密磨床的发展趋势 （195）
8.3 300mm硅片超精密磨床的开发 （196）
8.3.1 硅片超精密磨床的总体方案 （196）
8.3.2 硅片超精密磨床的关键系统 （200）
8.3.3 硅片超精密磨床的主要结构件设计与特性分析 （211）
8.3.4 硅片超精密磨床的性能 （217）
参考文献 （231）
第9章 硅片磨削技术新发展 （234）
9.1 双面磨削 （234）
9.1.1 双面磨削的特点 （234）
9.1.2 双面磨床 （234）
9.1.3 双面磨削的加工效果 （235）
9.1.4 磨痕 （235）
9.1.5 硅片面型 （236）
9.2 磨抛一体化工艺 （237）
9.2.1 磨抛一体化工艺的特点 （237）
9.2.2 磨抛一体化加工的工具 （238）
9.2.3 磨抛一体化加工的设备 （238）
9.3 行星盘磨削 （238）
9.3.1 行星盘磨削的特点 （239）
9.3.2 行星盘磨削的工具与设备 （239）
参考文献 （240）