摘 要

       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(yong)(yong)硬磨(mo)(mo)(mo)料和化(hua)學機械磨(mo)(mo)(mo)削(xue)用(yong)(yong)軟(ruan)磨(mo)(mo)(mo)料的(de)(de)(de)(de) 研(yan)究現狀，包括泡沫化(hua)金剛(gang)(gang)石(shi)、金剛(gang)(gang)石(shi)團聚(ju)磨(mo)(mo)(mo)料、表面(mian)微刃金剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)制(zhi)備(bei)方(fang)(fang)法(fa)及(ji)磨(mo)(mo)(mo)削(xue)性(xing)能，同時(shi)歸納(na)(na)總結 了軟(ruan)磨(mo)(mo)(mo)料砂(sha)(sha)輪(lun)的(de)(de)(de)(de)化(hua)學機械磨(mo)(mo)(mo)削(xue)機理(li)及(ji)材料去除模型(xing)。在(zai)結合(he)劑(ji)研(yan)究方(fang)(fang)面(mian)，綜述(shu)了金屬、樹脂(zhi)和陶瓷 3 種結 合(he)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)優缺點，以及(ji)在(zai)晶圓(yuan)減薄(bo)砂(sha)(sha)輪(lun)上(shang)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)，重點綜述(shu)了目前在(zai)改(gai)善陶瓷結合(he)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)本征力學強度(du)及(ji)與金 剛(gang)(gang)石(shi)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)界面(mian)潤濕性(xing)方(fang)(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究進(jin)展。在(zai)晶圓(yuan)減薄(bo)超細粒度(du)金剛(gang)(gang)石(shi)砂(sha)(sha)輪(lun)制(zhi)備(bei)方(fang)(fang)面(mian)，由于(yu)微納(na)(na)金剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)表 面(mian)能較大，采用(yong)(yong)傳統工(gong)藝制(zhi)備(bei)砂(sha)(sha)輪(lun)會導(dao)致磨(mo)(mo)(mo)料發生團聚(ju)，影響加工(gong)質量。在(zai)此基礎上(shang)，總結論(lun)述(shu)了溶膠(jiao)–凝(ning)(ning) 膠(jiao)法(fa)、高分子網絡凝(ning)(ning)膠(jiao)法(fa)、電泳(yong)沉積(ji)法(fa)、凝(ning)(ning)膠(jiao)注模法(fa)、結構化(hua)砂(sha)(sha)輪(lun)等(deng)新型(xing)工(gong)藝方(fang)(fang)法(fa)在(zai)超細粒度(du)砂(sha)(sha)輪(lun)制(zhi)備(bei)方(fang)(fang) 面(mian)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)研(yan)究，同時(shi)還綜述(shu)了目前不(bu)同的(de)(de)(de)(de)晶圓(yuan)減薄(bo)工(gong)藝及(ji)超精密(mi)減薄(bo)設備(bei)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究進(jin)展，并(bing)指出未(wei)來半導(dao)體 加工(gong)工(gong)具及(ji)裝備(bei)的(de)(de)(de)(de)發展方(fang)(fang)向。

       隨著新能源汽車、軌道交通、消費電子等行業的 快速發展，市場對于高端芯片和功率器件的性能和需 求越來越高。電子信息制造是集成全球前瞻技術、帶 動范圍最廣的產業，半導體材料作為集成電路的重要 載體，推動著當今經濟社會的快速發展。半導體 器件的性能與材料的禁帶寬度密切相關，根據材料自 身的特性，劃分為 4 代半導體，它們在整個市場的細 分領域中都有著各自的應用范圍，相互之間又存在交 集。其中，第 1 代半導體硅憑借其技術成熟度較高且 成本較低等優勢占據了低壓市場；碳化硅等(deng)第(di) 3 代半(ban) 導(dao)體(ti)(ti)具有(you)(you)整(zheng)體(ti)(ti)耐高壓、熱導(dao)率高等(deng)特點，廣泛應(ying)用(yong)于 高壓和(he)高頻器件等(deng)中(zhong)(zhong)壓市場(chang)；第(di) 4 代半(ban)導(dao)體(ti)(ti)氧化(hua)鎵在(zai)(zai) 臨界電場(chang)強(qiang)度(du)和(he)禁帶寬度(du)方面(mian)(mian)(mian)(mian)占(zhan)有(you)(you)絕對優勢，可應(ying)用(yong) 于高壓、電力電子等(deng)領域。硅(gui)、砷化(hua)鎵、碳(tan)化(hua)硅(gui)、 氮化(hua)鎵、氧化(hua)鎵等(deng)各類半(ban)導(dao)體(ti)(ti)材料的(de)特性(xing)對比如圖(tu) 1 所示。硅(gui)、碳(tan)化(hua)硅(gui)等(deng)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)襯(chen)底是典型的(de)硬脆難(nan)加工(gong)(gong)材料，加工(gong)(gong)后(hou)(hou)其晶(jing)(jing)片(pian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)質量和(he)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)精度(du)決定著半(ban)導(dao)體(ti)(ti) 器件的(de)性(xing)能，晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)必(bi)須(xu)超平坦、表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)晶(jing)(jing)格完整(zheng)無(wu) 缺陷、無(wu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)損傷，才能滿(man)足后(hou)(hou)續的(de)使用(yong)要(yao)求。在(zai)(zai)芯片(pian)制程過(guo)程中(zhong)(zhong)，晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)減薄主要(yao)涉及(ji)襯(chen)底減薄及(ji)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan) 背(bei)面(mian)(mian)(mian)(mian)減薄等(deng)工(gong)(gong)藝(yi)。目前(qian)，晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)襯(chen)底制造(zao)過(guo)程中(zhong)(zhong)的(de)減薄 磨拋(pao)(pao)工(gong)(gong)藝(yi)主要(yao)有(you)(you) 2 種，分別(bie)為雙拋(pao)(pao)工(gong)(gong)藝(yi)和(he)研(yan)削減薄工(gong)(gong) 藝(yi)。在(zai)(zai)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)襯(chen)底減薄過(guo)程中(zhong)(zhong)雙拋(pao)(pao)工(gong)(gong)藝(yi)和(he)研(yan)削減薄工(gong)(gong)藝(yi)的(de)路線如圖(tu) 2 所示。

       1）襯底(di)雙拋工藝。其中，DMP（Diamond Mechanical Polishing）采(cai)用游離金(jin)剛石磨(mo)粒研(yan)(yan)磨(mo)的(de)方式對 晶(jing)片(pian)(pian)進(jin)行減(jian)薄(bo)。由于游離磨(mo)粒加工的(de)尺寸(cun)不(bu)同，它對 晶(jing)片(pian)(pian)材料的(de)去除方式可為二體(ti)(ti)摩(mo)擦或三體(ti)(ti)摩(mo)擦，游離 磨(mo)料在研(yan)(yan)磨(mo)盤表(biao)面(mian)隨機分布，且研(yan)(yan)磨(mo)軌(gui)跡不(bu)一致，會 在晶(jing)片(pian)(pian)表(biao)面(mian)殘留分布不(bu)均(jun)勻的(de)磨(mo)痕，造(zao)成亞表(biao)面(mian)損 傷，出現(xian)微(wei)裂紋，嚴(yan)重時甚至會出現(xian)晶(jing)片(pian)(pian)平面(mian)度(du)超差、尺寸(cun)重復性較差等問題。在研(yan)(yan)磨(mo)減(jian)薄(bo)過程中需使用大 量的(de)金(jin)剛石磨(mo)料，資源(yuan)消耗量較大。在研(yan)(yan)磨(mo)后，晶(jing)片(pian)(pian) 難以(yi)實(shi)現(xian)精確定位，無法實(shi)現(xian)自動(dong)化。此(ci)工藝在 第 1 代(dai)半導(dao)體(ti)(ti)硅晶(jing)圓襯底(di)制造(zao)過程中得到了廣(guang)泛(fan)應用。 

       2）襯底研削(xue)減(jian)(jian)薄(bo)工(gong)藝。通過超精密晶(jing)(jing)圓減(jian)(jian)薄(bo)機 配合金剛石減(jian)(jian)薄(bo)砂輪(lun)對晶(jing)(jing)片(pian)進行(xing)研削(xue)減(jian)(jian)薄(bo)。由于砂輪(lun) 與晶(jing)(jing)圓的接(jie)觸面積恒定(ding)，具有磨削(xue)力穩(wen)定(ding)、破片(pian)率低(di)、 可實現(xian)全流(liu)程自(zi)動化(hua)的特點，適用(yong)于大(da)尺(chi)寸(cun)晶(jing)(jing)圓（12 英寸(cun)硅(gui)晶(jing)(jing)圓、8 英寸(cun)碳化(hua)硅(gui)晶(jing)(jing)圓等）（1 英寸(cun)≈2.54 cm） 及晶(jing)(jing)錠(ding)的減(jian)(jian)薄(bo)磨削(xue)。目(mu)前(qian)，第 3 代半導(dao)體材(cai)料（如碳 化(hua)硅(gui)）晶(jing)(jing)圓的硬度更高、脆(cui)性更大(da)、制(zhi)造成本更高， 在采用(yong)傳統的雙拋工(gong)藝加工(gong)時(shi)易(yi)出現(xian)脆(cui)性斷裂、崩 邊、亞表面裂紋等影響(xiang)器件使役性能的缺陷(xian)，嚴(yan)重(zhong)時(shi) 會出現(xian)批量(liang)碎片(pian)現(xian)象，因此大(da)多采用(yong)研削(xue)減(jian)(jian)薄(bo)方(fang)式。在芯片(pian)背(bei)面減(jian)(jian)薄(bo)工(gong)藝中(zhong)，由于晶(jing)(jing)圓正(zheng)面電(dian)路已經制(zhi)作(zuo) 完成，并通過 UV 膜(mo)進行(xing)保護，只可通過研削(xue)減(jian)(jian)薄(bo)方(fang) 式對背(bei)面進行(xing)減(jian)(jian)薄(bo)，降(jiang)低(di)芯片(pian)導(dao)通電(dian)阻，提(ti)升芯片(pian)的散熱性能。

       晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)減(jian)(jian)薄(bo)工(gong)藝(yi)(yi)在半(ban)導(dao)體材料芯片(pian)制程(cheng)(cheng)中發(fa)揮著 重要作用(yong)，一方面(mian)通過(guo)減(jian)(jian)薄(bo)工(gong)藝(yi)(yi)可以減(jian)(jian)小芯片(pian)整體厚 度(du)，利于散熱(re)和(he)集成(cheng)化；另一方面(mian)可以降(jiang)低(di)(di)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)表面(mian) 損傷(shang)層厚度(du)和(he)表面(mian)粗糙(cao)度(du)，釋(shi)放由減(jian)(jian)薄(bo)前(qian)各工(gong)序造成(cheng) 晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)內部(bu)積(ji)累的內應力(li)，降(jiang)低(di)(di)劃片(pian)過(guo)程(cheng)(cheng)中單(dan)顆芯片(pian)的 崩壞程(cheng)(cheng)度(du)，晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)減(jian)(jian)薄(bo)一般采用(yong)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)自旋轉(zhuan)磨(mo)削。目 前(qian)，行業內大多采用(yong)日本進口的超精密(mi)減(jian)(jian)薄(bo)設(she)備(bei)及(ji)金(jin) 剛石減(jian)(jian)薄(bo)砂(sha)(sha)輪，實(shi)現(xian)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)的減(jian)(jian)薄(bo)，具有高(gao)磨(mo)削效率、 長(chang)壽命(ming)、高(gao)加工(gong)精度(du)、低(di)(di)破片(pian)率等優點，而國內晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan) 減(jian)(jian)薄(bo)設(she)備(bei)及(ji)砂(sha)(sha)輪正處于研(yan)發(fa)階段，尚未大規模替代進 口產品，難(nan)以滿足(zu)高(gao)端(duan)使用(yong)要求(qiu)。 

       隨著晶圓全(quan)自動化生(sheng)產(chan)線的(de)發(fa)(fa)展，全(quan)球(qiu)減薄(bo)(bo)(bo)機(ji)市(shi) 場(chang)規模(mo)逐漸擴大(da)，2022 年減薄(bo)(bo)(bo)機(ji)市(shi)場(chang)規模(mo)已達到 8.3 億(yi)美(mei)元。國(guo)內(nei)減薄(bo)(bo)(bo)機(ji)市(shi)場(chang)占據(ju)全(quan)球(qiu) 51%的(de)市(shi)場(chang)份(fen)額(e)， 由于(yu)國(guo)內(nei)研發(fa)(fa)減薄(bo)(bo)(bo)機(ji)的(de)時(shi)間晚于(yu)國(guo)外(wai)，因(yin)此接近 90% 的(de)市(shi)場(chang)份(fen)額(e)被國(guo)外(wai)減薄(bo)(bo)(bo)機(ji)生(sheng)產(chan)廠(chang)商（日(ri)本 DISCO、 ACCRETECH、OKAMOTO 等）占據(ju)。隨著第(di) 3 代半(ban)導體的(de)興起，以(yi)及以(yi)美(mei)國(guo)為主(zhu)的(de)西方國(guo)家對(dui)(dui)國(guo)內(nei) 半(ban)導體行(xing)業的(de)打(da)壓，國(guo)內(nei)設備廠(chang)商也迎來了新的(de)機(ji)遇 和挑戰，優普納、中電(dian)科、特思迪等多家企業已陸續(xu)對(dui)(dui)減薄(bo)(bo)(bo)機(ji)進行(xing)研發(fa)(fa)生(sheng)產(chan)。經減薄(bo)(bo)(bo)磨削后晶圓產(chan)品的(de)總 厚(hou)度(du)變化值（TTV）在(zai) 2 μm 以(yi)下，表面粗糙度(du) Ra 在(zai) 3 nm 以(yi)下，基(ji)本滿(man)足市(shi)場(chang)需求，實(shi)現(xian)了國(guo)產(chan)替代。 

       目前，我國在晶圓超精密減薄砂輪方面與國外存 在一定差距。國外晶圓減薄砂輪生產廠家主要以日本 DISCO 公司、美國 NORTON 公司、日本旭金剛石株 式會社、東京精密株式會社等為主，其中以日本 DISCO 公司和美國 NORTON 公司的金剛石工具市場 占有率較高。日本 DISCO 公司生產的 GS08 系列 減薄砂輪可實現拋光表面粗糙度 Ra 為 1 nm。美國 NORTON 公司生產的 PRISMA 系列碳化硅減薄砂輪 可去除切片晶圓的所有損傷表面，在精磨后晶圓的表 面粗糙度 Ra 為 1.43 nm，TTV 值＜2 nm。國內對 半導體加工的研究起步較晚，在晶圓減薄砂輪方面， 國內生產企業包括中國砂輪企業股份有限公司（臺 灣）、鄭州磨料磨具磨削研究(jiu)所、蘇州(zhou)賽(sai)爾科技有(you)(you)限(xian) 公(gong)司、北京安泰(tai)鋼研超(chao)硬材料制(zhi)(zhi)品有(you)(you)限(xian)責任公(gong)司、蘇 州(zhou)邁為科技股(gu)份有(you)(you)限(xian)公(gong)司等(deng)。目(mu)前，國(guo)產晶圓(yuan)減(jian)薄(bo)砂 輪大多以 2000# 為主，在砂輪壽命及(ji)晶圓(yuan)加工質(zhi)量、 效率等(deng)方面(mian)(mian)已達到(dao)進口水平，精(jing)磨方面(mian)(mian)的超(chao)細粒(li)度金 剛石精(jing)磨砂輪正(zheng)處于研發階段，尚未大規模(mo)推向市(shi) 場。文中針對超(chao)精(jing)密(mi)晶圓(yuan)減(jian)薄(bo)砂輪（包括砂輪中的不 同磨料、不同結(jie)合劑及(ji)最(zui)新砂輪的制(zhi)(zhi)備(bei)技術(shu) 3 個(ge)方面(mian)(mian) 的研究(jiu)進展(zhan)）進行了綜述(shu)，總結(jie)了目(mu)前國(guo)內外晶圓(yuan)減(jian) 薄(bo)工藝及(ji)超(chao)精(jing)密(mi)減(jian)薄(bo)設備(bei)的研究(jiu)進展(zhan)。

        1 晶圓減薄砂輪研究進展

        1.1 機械磨削用硬磨料研究現狀  

        金剛石具有硬度高、導熱性好、化學性質穩定等 優點，被廣泛應用于半導體材料的切割、磨削加工等 領域。其中，在晶圓的減薄加工過程中，為了獲得低 損傷、超平坦、無缺陷的晶圓表面，通常需要使用微 納米級別的金剛石微粉制(zhi)備(bei)晶圓(yuan)(yuan)減薄(bo)砂(sha)輪(lun)(lun)。目 前(qian)，行業內大多(duo)采用單晶金(jin)剛(gang)石(shi)微(wei)粉制(zhi)備(bei)減薄(bo)砂(sha)輪(lun)(lun)， 但(dan)它(ta)存在磨削(xue)刃(ren)(ren)單一、砂(sha)輪(lun)(lun)整(zheng)體鋒(feng)利(li)性(xing)不(bu)足，在晶圓(yuan)(yuan) 減薄(bo)加工過程中(zhong)會出現(xian)砂(sha)輪(lun)(lun)壽命(ming)低、加工效(xiao)率低、精(jing) 度差等問題。為(wei)了(le)增強砂(sha)輪(lun)(lun)的整(zheng)體鋒(feng)利(li)性(xing)，目前(qian)國內 外(wai)針對金(jin)剛(gang)石(shi)磨料進行了(le)表面改性(xing)研(yan)究，實(shi)現(xian)了(le)金(jin)剛(gang) 石(shi)表面微(wei)區多(duo)刃(ren)(ren)化，延長(chang)了(le)砂(sha)輪(lun)(lun)的整(zheng)體壽命(ming)，增強了(le) 鋒(feng)利(li)性(xing)，研(yan)究主要集(ji)中(zhong)在納米金(jin)剛(gang)石(shi)泡沫化處理、金(jin) 剛(gang)石(shi)團聚磨料及表面多(duo)微(wei)刃(ren)(ren)化處理等方面。 

        1）泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)使(shi)得金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)表(biao) 面和內部(bu)形成了(le)(le)(le)(le)(le)多孔結(jie)構(gou)，增加了(le)(le)(le)(le)(le)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)比(bi)表(biao)面 積(ji)，提(ti)高(gao)(gao)了(le)(le)(le)(le)(le)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)磨(mo)具(ju)的(de)(de)(de)自(zi)銳(rui)性(xing)，能夠有(you)(you)效降低磨(mo)削(xue)(xue) 損傷，提(ti)高(gao)(gao)表(biao)面加工(gong)(gong)(gong)(gong)質(zhi)量。湖南大(da)學(xue)的(de)(de)(de)李(li)建偉等采(cai)用(yong) Fe 和 Fe2O3 粉末的(de)(de)(de)混合物作(zuo)(zuo)為腐蝕(shi)劑，使(shi)用(yong)熱(re) 化(hua)(hua)(hua)學(xue)腐蝕(shi)法制備了(le)(le)(le)(le)(le)一種新型泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。如表(biao) 1 所(suo)(suo)(suo) 示(shi)，通(tong)過對比(bi)普(pu)通(tong)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)漿(jiang)料和泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)漿(jiang)料在 藍寶石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)襯底(di)上的(de)(de)(de)磨(mo)削(xue)(xue)實驗結(jie)果發(fa)現，使(shi)用(yong)泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)金(jin)剛(gang)(gang) 石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)作(zuo)(zuo)為研(yan)磨(mo)劑時，藍寶石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)襯底(di)的(de)(de)(de)去除率(lv)提(ti)高(gao)(gao)了(le)(le)(le)(le)(le)約 26%，表(biao)面粗(cu)糙度 Ra 降低了(le)(le)(le)(le)(le)約 31%。日(ri)本工(gong)(gong)(gong)(gong)業大(da)學(xue) 的(de)(de)(de)張丹陽提(ti)出一種新型多孔骨(gu)架的(de)(de)(de)聚晶金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)砂 輪(lun)，通(tong)過電火花加工(gong)(gong)(gong)(gong)去除了(le)(le)(le)(le)(le) PCD 中的(de)(de)(de)鈷黏結(jie)劑，實 現了(le)(le)(le)(le)(le)整體(ti)泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)。如圖(tu) 3a 所(suo)(suo)(suo)示(shi)，經新型砂輪(lun)磨(mo)削(xue)(xue)后， 工(gong)(gong)(gong)(gong)件的(de)(de)(de)表(biao)面粗(cu)糙度 Ra 可達到 0.02 μm。鄭州磨(mo)料磨(mo)具(ju) 磨(mo)削(xue)(xue)研(yan)究所(suo)(suo)(suo)有(you)(you)限公司的(de)(de)(de)范波等將金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)表(biao)面的(de)(de)(de)微 米級(ji)夾雜鈦化(hua)(hua)(hua)合物通(tong)過氧化(hua)(hua)(hua)處理(li)和酸處理(li)的(de)(de)(de)方法獲 得了(le)(le)(le)(le)(le)泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)結(jie)構(gou)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。如圖(tu) 3b 所(suo)(suo)(suo)示(shi)，泡(pao)(pao)沫(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)結(jie)構(gou) 金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)不(bu)僅具(ju)有(you)(you)良好(hao)(hao)自(zi)銳(rui)性(xing)，還(huan)具(ju)有(you)(you)較好(hao)(hao)的(de)(de)(de)熱(re)沖擊(ji)韌 性(xing)和低靜壓強度。綜(zong)上所(suo)(suo)(suo)述，與普(pu)通(tong)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)相比(bi)，泡(pao)(pao) 沫(mo)(mo)(mo)化(hua)(hua)(hua)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)具(ju)有(you)(you)比(bi)表(biao)面積(ji)高(gao)(gao)、孔體(ti)積(ji)大(da)等優點，以及 良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)自(zi)銳(rui)性(xing)能，其(qi)鋒利性(xing)得到顯著提(ti)高(gao)(gao)，有(you)(you)助于降 低工(gong)(gong)(gong)(gong)件的(de)(de)(de)表(biao)面加工(gong)(gong)(gong)(gong)損傷，提(ti)高(gao)(gao)加工(gong)(gong)(gong)(gong)效率(lv)，獲得更好(hao)(hao)的(de)(de)(de) 磨(mo)削(xue)(xue)效果。 

        2）金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)團(tuan)(tuan)聚(ju)(ju)(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)。金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)團(tuan)(tuan)聚(ju)(ju)(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)由結合劑、 金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)、潤濕(shi)劑等(deng)(deng)原料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)制備而成，可(ke)提(ti)(ti)高(gao)加(jia)工(gong)質量， 減少工(gong)件(jian)亞表(biao)(biao)面(mian)(mian)損傷，具有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)自我(wo)修整能(neng)力。湖(hu) 南大學的(de)(de)(de)(de)張威采用(yong)離心噴霧干燥(zao)法制備了(le)(le)(le)(le)團(tuan)(tuan)聚(ju)(ju)(ju)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)，探究了(le)(le)(le)(le)漿料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)固含(han)量、霧化器的(de)(de)(de)(de)離心轉速、進 料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)速度(du)(du)等(deng)(deng)對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)團(tuan)(tuan)聚(ju)(ju)(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，并與 3M、 國產(chan)(chan)某型(xing)號等(deng)(deng)團(tuan)(tuan)聚(ju)(ju)(ju)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)墊(dian)進行了(le)(le)(le)(le)對(dui)比(bi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削試(shi) 驗。如(ru)圖(tu) 4a 所(suo)示，對(dui)比(bi)了(le)(le)(le)(le)不同(tong)種類研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)墊(dian)的(de)(de)(de)(de)切削時 間(jian)，自制的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)團(tuan)(tuan)聚(ju)(ju)(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)墊(dian)相較于(yu)目(mu)前國產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de) 研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)墊(dian)，其(qi)(qi)(qi)單(dan)件(jian)加(jia)工(gong)效率(lv)提(ti)(ti)高(gao)了(le)(le)(le)(le) 41.67%，劃傷率(lv)降(jiang) 低(di)了(le)(le)(le)(le) 8%，工(gong)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗糙(cao)度(du)(du)降(jiang)低(di)了(le)(le)(le)(le) 10.6%，但在(zai)劃傷 率(lv)和工(gong)件(jian)粗糙(cao)度(du)(du)等(deng)(deng)性(xing)能(neng)指標上與 3M 還存在(zai)一定差 距。南京航(hang)空航(hang)天大學的(de)(de)(de)(de)陳佳鵬等(deng)(deng)[20]開發了(le)(le)(le)(le)一種新型(xing) 聚(ju)(ju)(ju)集(ji)體(ti)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)，相較于(yu)傳統固結磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)，其(qi)(qi)(qi)加(jia)工(gong)效 率(lv)提(ti)(ti)高(gao)了(le)(le)(le)(le) 100%，被加(jia)工(gong)藍寶石(shi)的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗糙(cao)度(du)(du)降(jiang)低(di)了(le)(le)(le)(le) 50%。單(dan)晶金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)和聚(ju)(ju)(ju)集(ji)體(ti)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)多(duo)次試(shi)驗的(de)(de)(de)(de)平均材(cai) 料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)去(qu)除率(lv)和體(ti)積材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)去(qu)除率(lv)如(ru)圖(tu) 4b 所(suo)示，聚(ju)(ju)(ju)集(ji)體(ti)金(jin)(jin)(jin)(jin) 剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)平均材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)去(qu)除率(lv)相對(dui)穩定，而單(dan)晶金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)在(zai)與 晶圓的(de)(de)(de)(de)摩擦磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損過程中，該比(bi)率(lv)呈下降(jiang)趨勢，聚(ju)(ju)(ju)集(ji)體(ti) 金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)比(bi)例更(geng)接(jie)近(jin)于(yu) 100%。南京航(hang)空航(hang)天大學的(de)(de)(de)(de) 王子(zi)琨(kun)等(deng)(deng)使用(yong)團(tuan)(tuan)聚(ju)(ju)(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)制備了(le)(le)(le)(le) W50 單(dan)晶金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)、 W10 單(dan)晶金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)、聚(ju)(ju)(ju)集(ji)體(ti)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi) 3 種類型(xing)的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)墊(dian)， 其(qi)(qi)(qi)平均粗糙(cao)度(du)(du)曲線(xian)變(bian)化如(ru)圖(tu) 4c 所(suo)示，隨(sui)著研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)時間(jian) 的(de)(de)(de)(de)增加(jia)，團(tuan)(tuan)聚(ju)(ju)(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)加(jia)工(gong)的(de)(de)(de)(de)工(gong)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗糙(cao)度(du)(du)穩定。與普 通單(dan)晶金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)相比(bi)，團(tuan)(tuan)聚(ju)(ju)(ju)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)粗糙(cao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)可(ke)以 有(you)效提(ti)(ti)高(gao)基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)把持力，使得磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)粒的(de)(de)(de)(de)切削深度(du)(du)更(geng)加(jia)穩 定，加(jia)工(gong)后工(gong)件(jian)表(biao)(biao)現出更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)去(qu)除率(lv)和更(geng)低(di)的(de)(de)(de)(de)加(jia) 工(gong)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗糙(cao)度(du)(du)。磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)屑(xie)尺寸分(fen)析結果(guo)表(biao)(biao)明，團(tuan)(tuan)聚(ju)(ju)(ju)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)傾(qing) 向于(yu)微觀斷裂，可(ke)極大地提(ti)(ti)高(gao)產(chan)(chan)品的(de)(de)(de)(de)壽命。

       3）表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)刃(ren)(ren)(ren)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)。鄭州航空工(gong)業管理學院(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de) 許坤等(deng)[22]提(ti)供了(le)(le)一種多(duo)(duo)刃(ren)(ren)(ren)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)磨(mo)粒(li)制(zhi)備(bei)方(fang)(fang)法，金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang) 石(shi)(shi)(shi)微(wei)(wei)粉(fen)通過(guo)(guo)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)敏化、活(huo)化、表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)鍍(du)覆、高(gao)溫(wen)處理、 快速冷卻保(bao)溫(wen)和除(chu)雜等(deng)工(gong)序后(hou)可獲(huo)得表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)刃(ren)(ren)(ren)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang) 石(shi)(shi)(shi)，制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)為(wei)微(wei)(wei)刃(ren)(ren)(ren)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)磨(mo)粒(li)，如(ru)圖 5a 所示(shi)(shi)。中(zhong)國礦業大學（北京）的(de)(de)(de)(de)(de)陳強、楊雪(xue)峰(feng)等(deng)采用低溫(wen) 燒(shao)結(jie)(jie)方(fang)(fang)法成(cheng)功制(zhi)備(bei)了(le)(le)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)刃(ren)(ren)(ren)化金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)。通過(guo)(guo)探(tan)(tan)究(jiu)燒(shao) 結(jie)(jie)溫(wen)度(du)(du)、燒(shao)結(jie)(jie)時(shi)間、金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)粒(li)度(du)(du)、氧(yang)氣(qi)通入(ru)量(liang)及氧(yang)氣(qi) 接觸(chu)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積獲(huo)得了(le)(le)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)微(wei)(wei)刃(ren)(ren)(ren)化金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)最佳(jia)制(zhi)備(bei)工(gong) 藝參數。針(zhen)對(dui)碳化硅(gui)(gui)晶片(pian)進行了(le)(le)磨(mo)削(xue)(xue)實驗(yan)，結(jie)(jie)果表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)， 相較于普(pu)通金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)，其材料去(qu)除(chu)率(lv)提(ti)高(gao)了(le)(le) 1.1 倍(bei)，磨(mo) 削(xue)(xue)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)碳化硅(gui)(gui)晶片(pian)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)粗糙度(du)(du)降低了(le)(le) 76%，提(ti)高(gao)了(le)(le)對(dui) 碳化硅(gui)(gui)晶片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)削(xue)(xue)效率(lv)，制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de) M35/55、M2/4 微(wei)(wei)刃(ren)(ren)(ren) 化金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)如(ru)圖 5b、c 所示(shi)(shi)。湖南大學的(de)(de)(de)(de)(de)李歷陽等(deng)研究(jiu)了(le)(le)熔融硝酸鉀刻(ke)(ke)(ke)(ke)蝕(shi)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)形貌，探(tan)(tan)討了(le)(le)刻(ke)(ke)(ke)(ke) 蝕(shi)凹(ao)坑(keng)的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)機理。在金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(111)面(mian)(mian)(mian)和(100) 面(mian)(mian)(mian)上分別(bie)形成(cheng)了(le)(le)倒金(jin)(jin)(jin)(jin)字(zi)塔(ta)形和方(fang)(fang)形凹(ao)坑(keng)。在(100)面(mian)(mian)(mian)上 蝕(shi)刻(ke)(ke)(ke)(ke)凹(ao)坑(keng)的(de)(de)(de)(de)(de)尺寸和深度(du)(du)明(ming)顯(xian)小于(111)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)尺寸和深 度(du)(du)，表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)(100)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)性更高(gao)，這是(shi)由于氧(yang)官能團對(dui) 結(jie)(jie)構具有吸收(shou)作用。金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(100)面(mian)(mian)(mian)經不同蝕(shi)刻(ke)(ke)(ke)(ke)時(shi)間后(hou) 的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)形貌如(ru)圖 5d~f 所示(shi)(shi)，在較低的(de)(de)(de)(de)(de)蝕(shi)刻(ke)(ke)(ke)(ke)溫(wen)度(du)(du)(600 ℃) 下，隨著(zhu)刻(ke)(ke)(ke)(ke)蝕(shi)時(shi)間的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，(100)面(mian)(mian)(mian)上首(shou)先形成(cheng)了(le)(le)正方(fang)(fang) 形凹(ao)坑(keng)，然后(hou)逐漸變為(wei)八邊(bian)(bian)(bian)形凹(ao)坑(keng)。這種形狀的(de)(de)(de)(de)(de)變化可歸因于金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)（100）面(mian)(mian)(mian)上原子的(de)(de)(de)(de)(de)構型和蝕(shi)刻(ke)(ke)(ke)(ke)過(guo)(guo)程(cheng) 中(zhong)熔鹽的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)含量(liang)變化。當蝕(shi)刻(ke)(ke)(ke)(ke)溫(wen)度(du)(du)達(da)到(dao) 700 ℃時(shi)， 優先形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)形凹(ao)坑(keng)邊(bian)(bian)(bian)緣(yuan)方(fang)(fang)向與(yu)后(hou)來(lai)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)形坑(keng) 邊(bian)(bian)(bian)緣(yuan)方(fang)(fang)向的(de)(de)(de)(de)(de)角度(du)(du)為(wei) 45°，表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)局部氧(yang)壓會(hui)影響金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi) 表(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)和蝕(shi)刻(ke)(ke)(ke)(ke)方(fang)(fang)向的(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)。與(yu)普(pu)通金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)微(wei)(wei)粉(fen)相比，多(duo)(duo) 刃(ren)(ren)(ren)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)具有更多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)切削(xue)(xue)刃(ren)(ren)(ren)，能夠(gou)顯(xian)著(zhu)增(zeng)強結(jie)(jie)合劑 對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)把持能力，從而顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)了(le)(le)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)工(gong)具的(de)(de)(de)(de)(de) 磨(mo)削(xue)(xue)性能和使(shi)用壽命。 

       1.2 化學機械磨削用軟磨料的研究現狀  

       化學(xue)機(ji)(ji)械(xie)磨(mo)(mo)削（Chemical Mechanical Grinding， CMG）是將化學(xue)反(fan)(fan)應與機(ji)(ji)械(xie)磨(mo)(mo)削結合的(de)復合工藝。相較(jiao)于純機(ji)(ji)械(xie)作(zuo)用加(jia)工硬脆材料和化學(xue)機(ji)(ji)械(xie)拋光， CMG 具(ju)有加(jia)工質(zhi)量(liang)(liang)高(gao)、加(jia)工效率高(gao)等特(te)點。利用 CMG 加(jia)工晶(jing)(jing)圓(yuan)具(ju)有更好的(de)表(biao)面(mian)質(zhi)量(liang)(liang)、面(mian)形(xing)質(zhi)量(liang)(liang)、亞(ya) 表(biao)面(mian)質(zhi)量(liang)(liang)，且(qie)加(jia)工集(ji)成度和效率更高(gao)。通過研制軟磨(mo)(mo) 料砂輪（Soft Abrasive Grinding Wheel，SAGW）進(jin) 一步增大(da)了 CMG 的(de)優勢，磨(mo)(mo)粒(li)常(chang)采用二(er)氧化鈰（CeO2） 或(huo)其他(ta)軟磨(mo)(mo)料，易與晶(jing)(jing)圓(yuan)發生化學(xue)反(fan)(fan)應，從(cong)而實現 CMG 復合工藝在晶(jing)(jing)圓(yuan)減薄中的(de)應用。 

       日(ri)本茨城大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)周(zhou)立(li)波首次提出化(hua)學(xue)(xue)(xue)機械(xie)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue) 概念，證實能(neng)夠減(jian)少亞表面損(sun)傷和(he)晶(jing)體缺(que)陷，但無法 衡量(liang)由化(hua)學(xue)(xue)(xue)反應產生的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)去除率，以及(ji)無法區(qu)分化(hua) 學(xue)(xue)(xue)和(he)機械(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)獨立(li)作用，并于 2006、2009 年在化(hua)學(xue)(xue)(xue)機 械(xie)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)基礎上，通過研(yan)(yan)(yan)制(zhi)氧(yang)化(hua)鈰（CeO2）磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)與酚 醛樹(shu)脂(zhi)結合劑軟(ruan)(ruan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)砂(sha)輪(lun)(lun)，進一步減(jian)小了砂(sha)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong) 損(sun)傷。大(da)(da)連理工(gong)(gong)(gong)大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)金釗(zhao)研(yan)(yan)(yan)制(zhi)了主(zhu)料(liao)分別為(wei)(wei) Fe2O3、 CeO2、MgO 的(de)(de)(de)(de)(de) 3 種(zhong)硅(gui)片軟(ruan)(ruan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)砂(sha)輪(lun)(lun)，利用開發的(de)(de)(de)(de)(de) 3 種(zhong)軟(ruan)(ruan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)砂(sha)輪(lun)(lun)對(dui)單晶(jing)硅(gui)片進行了磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)試(shi)驗。結果表 明，軟(ruan)(ruan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)砂(sha)輪(lun)(lun)具有(you)十(shi)分穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)性能(neng)和(he)加(jia)工(gong)(gong)(gong)精(jing) 度(du)。北京空間機電研(yan)(yan)(yan)究(jiu)所金釗(zhao)等(deng)[27]在分析軟(ruan)(ruan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)砂(sha)輪(lun)(lun) 的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)學(xue)(xue)(xue)機械(xie)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)基礎上，研(yan)(yan)(yan)制(zhi)了主(zhu)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)分別為(wei)(wei) Fe2O3、 MgO 的(de)(de)(de)(de)(de)杯(bei)形(xing)軟(ruan)(ruan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)砂(sha)輪(lun)(lun)，經化(hua)學(xue)(xue)(xue)機械(xie)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)(xue)后工(gong)(gong)(gong)件的(de)(de)(de)(de)(de) 表面粗(cu)糙(cao)度(du)為(wei)(wei) 0.568 nm，達到了化(hua)學(xue)(xue)(xue)機械(xie)拋光的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong) 效果，且表面損(sun)傷深度(du)趨于 0。 

       大連理工大學王紫光等研制了一種用于硅片 化學機械磨削加工的新型常溫固化結合劑軟磨料砂 輪，經加工后硅片的表面粗糙度 Ra<1 nm，亞表面損 傷深度<30 nm。隨后又制備了氧化鈰復合磨料砂輪和 氯氧鎂結合劑軟磨料砂輪，同時研究了單晶硅的材料 去除機理和磨削工藝特點，采用該砂輪和工藝加工的 超精密磨削單晶硅基板的面形 PV 值達到 1.41 μm， 表面粗糙度 Ra 為 0.7 nm，表面損傷層深度<30 nm[29]。大連理工大學牟宇[30]研發了一種以 SiO2 為磨粒的樹脂結合劑濕式軟磨料砂輪，磨削后硅片的表面粗糙度 僅為 0.95 nm。2022 年，大連理工大學張瑜等[31]根據 濕式機械化學磨削單晶硅的加工原理和要求，制備出 以二氧化硅為磨料、以改性耐水樹脂為結合劑的新型 軟磨料砂輪，加工后硅片的表面粗糙度 Ra 為 0.98 nm， 亞表面損傷層深度為 15 nm。華僑大學覃柏渝制備 了固結軟/硬磨料丸片組合研磨盤，經加工后藍寶石 晶圓的表面粗糙度 Ra 為 7 nm，PV 值為 1.02 μm，亞 表面損傷深度為 3~7 μm。 

       目前的(de)(de)研究表明，半(ban)導體(ti)(ti)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)硬(ying)度(du)高(gao)(gao)、脆性大， 采(cai)用傳(chuan)統(tong)機(ji)械(xie)(xie)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)加工(gong)(gong)時，易出現(xian)脆性斷裂(lie)、崩邊、 亞表面(mian)裂(lie)紋等(deng)影響器件(jian)使役性能的(de)(de)加工(gong)(gong)缺陷。將化(hua)學(xue) 機(ji)械(xie)(xie)磨(mo)(mo)削方(fang)(fang)法用于半(ban)導體(ti)(ti)晶圓(yuan)材(cai)料(liao)(liao)加工(gong)(gong)，材(cai)料(liao)(liao)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)模 型如圖 6 所示[27]。借助軟(ruan)磨(mo)(mo)料(liao)(liao)固結(jie)磨(mo)(mo)具(ju)與工(gong)(gong)件(jian)間(jian)的(de)(de)化(hua) 學(xue)反應(ying)弱(ruo)化(hua)材(cai)料(liao)(liao)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)難度(du)，在工(gong)(gong)件(jian)表面(mian)生成一(yi)層(ceng)軟(ruan)質(zhi) 的(de)(de)中(zhong)間(jian)產(chan)物，砂輪(lun)能快速將軟(ruan)質(zhi)層(ceng)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)，且不會損(sun)傷(shang) 鈍化(hua)層(ceng)下的(de)(de)晶體(ti)(ti)結(jie)構，大大提高(gao)(gao)了(le)效率，獲得了(le)納米 級面(mian)形精度(du)，實現(xian)了(le)高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)低損(sun)傷(shang)加工(gong)(gong)。相較于傳(chuan) 統(tong)機(ji)械(xie)(xie)磨(mo)(mo)削方(fang)(fang)式(shi)，采(cai)用軟(ruan)磨(mo)(mo)料(liao)(liao)機(ji)械(xie)(xie)化(hua)學(xue)磨(mo)(mo)削的(de)(de)方(fang)(fang)式(shi)磨(mo)(mo) 削后，半(ban)導體(ti)(ti)基片的(de)(de)表面(mian)/亞表面(mian)質(zhi)量(liang)遠優于傳(chuan)統(tong)金 剛(gang)石砂輪(lun)，接近化(hua)學(xue)機(ji)械(xie)(xie)拋光的(de)(de)加工(gong)(gong)水平，實現(xian)了(le)半(ban) 導體(ti)(ti)基片的(de)(de)低損(sun)傷(shang)磨(mo)(mo)削加工(gong)(gong)。

       1.3 晶圓減薄砂輪結合劑的研究現狀  

       通(tong)(tong)常砂(sha)輪(lun)的(de)(de)組(zu)織結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)由三要素(su)組(zu)成：磨料(liao)、結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he) 劑(ji)(ji)(ji)、氣(qi)孔，其中(zhong)(zhong)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)是影(ying)響減(jian)薄(bo)砂(sha)輪(lun)性(xing)(xing)能和(he)磨削 效(xiao)果的(de)(de)重(zhong)要因素(su)之一(yi)。在(zai)磨削過程中(zhong)(zhong)，通(tong)(tong)過調(diao)控結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he) 劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)強(qiang)(qiang)度可實(shi)現磨料(liao)高(gao)強(qiang)(qiang)度把持和(he)表面磨粒(li)自(zi)銳的(de)(de) 有(you)機統一(yi)。目前，國內外減(jian)薄(bo)砂(sha)輪(lun)在(zai)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)方面的(de)(de)差(cha) 距較(jiao)(jiao)大(da)，國產結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)在(zai)異相材料(liao)潤(run)濕性(xing)(xing)、流動性(xing)(xing)及力 學強(qiang)(qiang)度方面與(yu)國外的(de)(de)差(cha)距明顯，會影(ying)響晶圓減(jian)薄(bo)砂(sha)輪(lun) 整(zheng)體組(zu)織均勻(yun)性(xing)(xing)、強(qiang)(qiang)度、鋒利性(xing)(xing)及使用壽命(ming)。目前， 砂(sha)輪(lun)中(zhong)(zhong)的(de)(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)包括金屬結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)、樹(shu)脂(zhi)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)、陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci) 結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)。由于金屬結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)本身的(de)(de)強(qiang)(qiang)度過高(gao)，導(dao)致砂(sha)輪(lun) 整(zheng)體的(de)(de)自(zi)銳性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)差(cha)，部分適用于晶圓的(de)(de)粗磨工藝。樹(shu) 脂(zhi)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)、陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)整(zheng)體適用性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)高(gao)，可用于各 類(lei)半導(dao)體晶圓的(de)(de)粗磨/精磨超精密(mi)減(jian)薄(bo)工藝。 

       樹脂(zhi)(zhi)結合劑具(ju)有本身磨(mo)削(xue)力小、一(yi)定彈性(xing)、磨(mo)削(xue) 溫度(du)(du)(du)低等(deng)優(you)點(dian)(dian)，在(zai)(zai)硬質合金與(yu)半導體晶(jing)片(pian)等(deng)硬脆(cui)材(cai)料 的(de)超精(jing)密磨(mo)削(xue)加工(gong)方面得到廣(guang)泛應(ying)用。其(qi)中，酚醛樹 脂(zhi)(zhi)和(he)聚酰亞胺樹脂(zhi)(zhi)是晶(jing)圓減薄砂輪的(de)常用原料，它具(ju) 有耐(nai)熱性(xing)好、抗(kang)壓、抗(kang)彎強度(du)(du)(du)高等(deng)特點(dian)(dian)。基(ji)于樹脂(zhi)(zhi)本 身的(de)材(cai)料特性(xing)，它存在(zai)(zai)耐(nai)熱性(xing)差、易氧化(hua)分(fen)解、與(yu)金 剛石潤濕性(xing)差、不能承(cheng)受重(zhong)負載(zai)磨(mo)削(xue)等(deng)缺點(dian)(dian)，因此金 剛石的(de)粒度(du)(du)(du)一(yi)般(ban)超過 2 μm，在(zai)(zai)制備(bei)超細粒度(du)(du)(du)金剛 石砂輪方面存在(zai)(zai)很大的(de)局限性(xing)。

       在晶(jing)(jing)圓(yuan)減(jian)(jian)薄磨(mo)削加工過程(cheng)中，晶(jing)(jing)圓(yuan)亞(ya)(ya)表(biao)(biao)面(mian)損傷層(ceng) 是衡量加工質量的(de)(de)重要指標(biao)。研究表(biao)(biao)明，晶(jing)(jing)圓(yuan)的(de)(de)亞(ya)(ya)表(biao)(biao) 面(mian)損傷層(ceng)厚度約(yue)為(wei)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)磨(mo)料(liao)粒徑的(de)(de)一半。為(wei)了降 低(di)晶(jing)(jing)圓(yuan)減(jian)(jian)薄后的(de)(de)亞(ya)(ya)表(biao)(biao)面(mian)損傷，獲得更好的(de)(de)晶(jing)(jing)圓(yuan)加工質 量，高(gao)(gao)端(duan)產品(pin)往往會使用 30000# 的(de)(de)超(chao)細(xi)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)微粉砂 輪(lun)。由于(yu)金(jin)屬(shu)、樹脂(zhi)結(jie)(jie)合劑磨(mo)具在超(chao)細(xi)粒度砂輪(lun)方(fang)面(mian) 存在局限(xian)性(xing)，因此(ci)陶瓷(ci)結(jie)(jie)合劑是制備(bei)超(chao)精密(mi)晶(jing)(jing)圓(yuan)減(jian)(jian) 薄砂輪(lun)的(de)(de)首選(xuan)。與金(jin)屬(shu)、樹脂(zhi)結(jie)(jie)合劑相比，陶瓷(ci)結(jie)(jie) 合劑具有(you)強度高(gao)(gao)、硬度高(gao)(gao)、耐磨(mo)性(xing)好、氣孔率可調、 熱膨(peng)脹系數與金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)匹配、與金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)界面(mian)潤濕性(xing)好 等優(you)點。 

       磨具的力學強度在很大程度上取決于結合劑的 本征性能。為了提高磨具的力學強度，許多學者對陶 瓷結合劑進行了改性。不同因素對結合劑強度的影響 如圖 7a、b 所示。Han 等研究了不同含量 WO3 對 SiO2-B2O3-Al2O3-CaO 體系陶瓷結合劑結構和性能的 影響。如圖 7a 所示，在燒結溫度低于 680 ℃時，結 合劑的強度會隨著 WO3 含量的增加而增大。這是由 于 WO3 含量的增加會使[BO4]四面體減少，[BO3]三角 體和 CaWO4 含量增加，而 W6+的電場強度高，能促 進整體玻璃網絡的聚集，其抗彎強度也隨之增加，最 大值達到 114 MPa。Shi 等[41]探究了不同含量的 Al2O3 對陶瓷結合劑性能的影響。研究表明，在 SiO2-B2O3-  Al2O3-CaO 系陶瓷結合劑中引入 Al2O3 能有效抑制結 晶和相分離，增強結合劑玻璃網絡的集聚作用，提高 玻璃網絡的整體強度。如圖 7b 所示，隨著 Al2O3 含 量的增加，結合劑試樣的強度隨之降低，            &nbsp;   當 Al2O3 的(de)(de)(de)(de)(de) 質量分數為 5%（1# ）時(shi)，陶瓷(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)學性能最 佳，其抗(kang)彎(wan)強(qiang)(qiang)度(du)達到了 113 MPa。Zhang 等對比研 究了熔(rong)(rong)融法和溶膠(jiao)(jiao)–凝(ning)膠(jiao)(jiao)法制(zhi)備 Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2 系(xi)陶瓷(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)性能差異(yi)，在不同溫度(du)下采用(yong)溶膠(jiao)(jiao)– 凝(ning)膠(jiao)(jiao)法和熔(rong)(rong)融法制(zhi)備的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)抗(kang)彎(wan)強(qiang)(qiang)度(du)如圖 7c 所(suo) 示(shi)。采用(yong)熔(rong)(rong)融法制(zhi)備的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)彎(wan)強(qiang)(qiang)度(du)最大值只有(you)104  MPa，而采用(yong)溶膠(jiao)(jiao)–凝(ning)膠(jiao)(jiao)法制(zhi)備的(de)(de)(de)(de)(de)陶瓷(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)由于含 有(you)較多的(de)(de)(de)(de)(de)[AlO4]四面體(ti)基團，形成了致密(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)網狀結(jie)(jie)構，具有(you)更高的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)彎(wan)強(qiang)(qiang)度(du)，最大值達到 137 MPa，同 比增長了約(yue) 31.73%。通過制(zhi)備工(gong)藝的(de)(de)(de)(de)(de)優(you)化和陶瓷(ci)結(jie)(jie) 合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)體(ti)系(xi)配方的(de)(de)(de)(de)(de)調控均可起到提高結(jie)(jie)合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)強(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)作 用(yong)，其本質是促進體(ti)系(xi)中網絡(luo)(luo)結(jie)(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)形成，增強(qiang)(qiang)玻(bo)璃(li)網絡(luo)(luo)的(de)(de)(de)(de)(de)集(ji)聚作用(yong)。 

        結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)與(yu)(yu)(yu)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)是(shi)衡量砂(sha)輪 微觀性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)重要指標，良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)可(ke)以(yi)有效(xiao)提(ti) 高(gao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)把持力(li)。Chen 等(deng)[43]將 V2O5 作為 表(biao)(biao)面(mian)(mian)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)劑(ji)(ji)(ji)添加到(dao)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)中(zhong)，探究(jiu)了(le)它對(dui)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie) 合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)不飽(bao)(bao)和碳原(yuan)子與(yu)(yu)(yu)界 面(mian)(mian)上的(de)(de)(de)(de)(de)釩(fan)離子會在(zai)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過(guo)程中(zhong)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)，形成(cheng) V—C 化學(xue) 鍵(jian)，能(neng)有效(xiao)降低(di)界面(mian)(mian)張力(li)，從(cong)(cong)而(er)改(gai)善(shan)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)與(yu)(yu)(yu)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin) 剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)磨料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。V2O5 含(han)(han)量對(dui)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)和金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang) 石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)磨料(liao)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)如圖 8 所示，可(ke)以(yi)看(kan)到(dao) V2O5 的(de)(de)(de)(de)(de) 含(han)(han)量越高(gao)，結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)越好(hao)(hao)，金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)顆(ke)(ke)粒被牢牢 包裹在(zai)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)中(zhong)。Chen 等(deng)采用溶膠(jiao)–凝膠(jiao)法在(zai)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin) 剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)表(biao)(biao)面(mian)(mian)制(zhi)備了(le)一(yi)層致密的(de)(de)(de)(de)(de) V2O5 薄(bo)膜(mo)(mo)(mo)，金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)表(biao)(biao)面(mian)(mian) 的(de)(de)(de)(de)(de)不飽(bao)(bao)和碳原(yuan)子與(yu)(yu)(yu) V2O5薄(bo)膜(mo)(mo)(mo)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)，形成(cheng)了(le) O—V—C、 V—O—C 化學(xue)鍵(jian)。在(zai)燒(shao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過(guo)程中(zhong)，V2O5 薄(bo)膜(mo)(mo)(mo)會溶解 在(zai)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)中(zhong)，這(zhe)將降低(di)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)界面(mian)(mian)處的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian) 張力(li)和耐火度，從(cong)(cong)而(er)提(ti)高(gao)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)與(yu)(yu)(yu)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi) 性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。Guo 等(deng)[45]制(zhi)備了(le)不同含(han)(han)量 Li2O 的(de)(de)(de)(de)(de)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)， 不同 Li2O 含(han)(han)量的(de)(de)(de)(de)(de)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)與(yu)(yu)(yu)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)膜(mo)(mo)(mo)之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi) 圖像(xiang)如圖 9 所示。隨(sui)著 Li2O 含(han)(han)量的(de)(de)(de)(de)(de)增加，結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)熔 體與(yu)(yu)(yu)磨料(liao)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)接觸(chu)角(jiao)逐漸減小，含(han)(han)有質量分數(shu) 5%的(de)(de)(de)(de)(de) Li2O 的(de)(de)(de)(de)(de)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)接觸(chu)角(jiao)為 32°，結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)對(dui)磨料(liao) 具(ju)有較(jiao)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。這(zhe)是(shi)由于 Li+ 存在(zai)于玻璃網(wang)絡的(de)(de)(de)(de)(de) 間(jian)(jian)隙(xi)中(zhong)，其離子半徑小，易于擴(kuo)散移動，可(ke)以(yi)在(zai)帶(dai)負電荷的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)磨料(liao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)富集，降低(di)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian) 能(neng)，從(cong)(cong)而(er)提(ti)高(gao)陶瓷(ci)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)顆(ke)(ke)粒的(de)(de)(de)(de)(de)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。影 響(xiang)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)顆(ke)(ke)粒潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)主要因素是(shi)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji) 的(de)(de)(de)(de)(de)化學(xue)成(cheng)分，通過(guo)向結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)中(zhong)添加相應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)物質， 從(cong)(cong)而(er)改(gai)變結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)界面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)，降低(di)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian) 能(neng)，影響(xiang)其接觸(chu)角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)大小，實現結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)良 好(hao)(hao)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)，提(ti)高(gao)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)對(dui)磨粒的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)(he)(he)能(neng)力(li)。 

        江蘇優普(pu)納開發了一種新型微晶(jing)(jing)增(zeng)韌陶(tao)瓷(ci)結合(he)(he) 劑，能有(you)效改善(shan)金(jin)(jin)剛(gang)石與結合(he)(he)劑之間(jian)的界面潤濕性， 提升結合(he)(he)劑整體強度(du)(du)，從而(er)抑(yi)制(zhi)(zhi)砂(sha)輪(lun)(lun)磨損(sun)。減(jian)薄砂(sha)輪(lun)(lun) 及磨削效果如圖 10 所示(shi)，研制(zhi)(zhi)了 SiC 晶(jing)(jing)圓(yuan)減(jian)薄專用 的 2000#陶(tao)瓷(ci)結合(he)(he)劑金(jin)(jin)剛(gang)石晶(jing)(jing)圓(yuan)粗磨減(jian)薄砂(sha)輪(lun)(lun)和(he) 30000# 陶(tao)瓷(ci)結合(he)(he)劑金(jin)(jin)剛(gang)石晶(jing)(jing)圓(yuan)精(jing)磨減(jian)薄砂(sha)輪(lun)(lun)，經(jing)磨削 后 6 英(ying)寸 4H-SiC 晶(jing)(jing)圓(yuan)的表面粗糙度(du)(du) Ra≤2 nm，TTV 值≤1 μm。

        結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)動性(xing)(xing)(xing)對(dui)金(jin)剛(gang)石(shi)砂(sha)輪性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)較大。近年(nian)來，國(guo)內外學者在改善陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)流(liu)動性(xing)(xing)(xing)能方面 取得了(le)一定(ding)進(jin)展(zhan)。Xia 等[46]將 Y2O3 引入(ru)陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji) 中(zhong)，探究它對(dui)陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)金(jin)剛(gang)石(shi)砂(sha)輪熱力學性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影 響(xiang)。Y2O3 含(han)量對(dui)陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)流(liu)動性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)如圖 11a 所(suo)示，陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)動性(xing)(xing)(xing)先隨著 Y2O3 含(han)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia) 而(er)顯著增(zeng)(zeng)大，然后(hou)緩慢提(ti)升，并(bing)趨于穩定(ding)。當(dang) Y2O3 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量分(fen)數為(wei) 1.5%時(shi)，陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)動性(xing)(xing)(xing)達(da)到 250%。Zhang 等[47]將稀土氧(yang)化物（納(na)米(mi)(mi) CeO2/ Y2O3） 引入(ru)陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)中(zhong)，探究了(le)它對(dui)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)協(xie)同作(zuo)(zuo) 用(yong)。如圖 11b 所(suo)示，隨著納(na)米(mi)(mi) CeO2/Y2O 含(han)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)， 陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)動性(xing)(xing)(xing)會(hui)先升高(gao)(gao)后(hou)降低。當(dang)稀土氧(yang)化物 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量分(fen)數為(wei) 2%時(shi)，陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)動性(xing)(xing)(xing)最高(gao)(gao)，兩(liang) 組分(fen)別達(da)到 132% 、 129% 。不(bu)僅如此，在納(na)米(mi)(mi) CeO2/Y2O3 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)協(xie)同作(zuo)(zuo)用(yong)下，可以(yi)降低結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐火度， 同時(shi)獲得了(le)促進(jin)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)析晶、彌散(san)強(qiang)化增(zeng)(zeng)韌的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效果。由于堿金(jin)屬氧(yang)化物和(he)堿土金(jin)屬氧(yang)化物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自由氧(yang)對(dui)玻 璃網絡具有解(jie)聚作(zuo)(zuo)用(yong)，會(hui)使(shi)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)動性(xing)(xing)(xing)得到一定(ding) 改善，因此可以(yi)降低陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐火度。同時(shi)，由 于納(na)米(mi)(mi)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比表面積大、活(huo)化能力強(qiang)，可以(yi)使(shi)陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci) 結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能量在晶界之間傳遞，從而(er)迅速(su)提(ti)高(gao)(gao)燒(shao)結(jie)(jie) 溫度，增(zeng)(zeng)強(qiang)陶(tao)(tao)(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)結(jie)(jie)合(he)(he)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)動性(xing)(xing)(xing)。 

       1.4 晶圓減薄超細粒度金剛石砂輪制備方法  

       1.4.1 溶膠–凝膠法  

       溶(rong)膠(jiao)(jiao)–凝(ning)膠(jiao)(jiao)法是將作為前(qian)驅體(ti)(ti)的(de)(de)液(ye)相高(gao)化(hua)(hua)學(xue)活性(xing) 物質與磨(mo)料(liao)均(jun)勻(yun)(yun)混合，通過(guo)發生水解、縮(suo)合等化(hua)(hua)學(xue)反應，形成(cheng)穩定的(de)(de)透明溶(rong)膠(jiao)(jiao)體(ti)(ti)系。在(zai)低溫下(xia)，溶(rong)膠(jiao)(jiao)緩(huan)慢 聚(ju)合，形成(cheng)了網絡結構(gou)的(de)(de)凝(ning)膠(jiao)(jiao)，溶(rong)液(ye)在(zai)凝(ning)膠(jiao)(jiao)網絡間失 去流動(dong)性(xing)，經(jing)過(guo)干燥后，磨(mo)料(liao)牢牢固(gu)結在(zai)凝(ning)膠(jiao)(jiao)中(zhong)。Feng 等[49]將金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)磨(mo)粒(li)和(he)填料(liao)剪切分散到聚(ju)乙烯(xi)醇 （PVA）–酚醛樹脂（PF）復(fu)合溶(rong)液(ye)中(zhong)，利用溶(rong)膠(jiao)(jiao)– 凝(ning)膠(jiao)(jiao)法制備(bei)了 PVA/PF 復(fu)合金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)砂(sha)(sha)輪。溶(rong)膠(jiao)(jiao)–凝(ning)膠(jiao)(jiao) 金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)砂(sha)(sha)輪與熱壓(ya)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)砂(sha)(sha)輪的(de)(de)斷面(mian)(mian)顯微形貌如圖 12 所示，可明顯看(kan)到，采用溶(rong)膠(jiao)(jiao)–凝(ning)膠(jiao)(jiao)法制備(bei)的(de)(de)金(jin)剛(gang)(gang)(gang) 石(shi)砂(sha)(sha)輪的(de)(de)微觀(guan)形貌更加均(jun)勻(yun)(yun)，其(qi)硬(ying)度(du)均(jun)勻(yun)(yun)性(xing)和(he)強(qiang)度(du)優 于熱壓(ya)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)砂(sha)(sha)輪。使(shi)用該砂(sha)(sha)輪對 4H-SiC 晶圓進行(xing) 磨(mo)削(xue)實驗，在(zai)砂(sha)(sha)輪轉速為 7 000 r/min、磨(mo)削(xue)進給速度(du) 為 6 μm/min、磨(mo)削(xue)深度(du)為 15 μm 的(de)(de)條件(jian)下(xia)，晶圓的(de)(de) 平均(jun)表面(mian)(mian)粗糙度(du) Ra 為 6.42 nm。利用溶(rong)膠(jiao)(jiao)–凝(ning)膠(jiao)(jiao)金(jin)剛(gang)(gang)(gang) 石(shi)砂(sha)(sha)輪磨(mo)削(xue) SiC 晶圓前(qian)后的(de)(de)對比結果如圖 13 所示， 可見(jian)磨(mo)削(xue)后的(de)(de)晶圓表面(mian)(mian)平整光亮。

       湖南大學的(de)洪秋采用(yong)溶(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)–凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)法(fa)制(zhi)備了超(chao)精(jing) 密磨削(xue)(xue)陶瓷結(jie)(jie)合(he)劑砂輪(lun)。通過實(shi)驗研(yan)究(jiu)，得出(chu)溶(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)– 凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)法(fa)制(zhi)備 SiO2-Al2O3-B2O3-R2O 系(xi)陶瓷結(jie)(jie)合(he)劑的(de)最 佳工(gong)藝參(can)數：凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)溫度(du)為(wei) 80 ℃，熱處理(li)溫度(du)為(wei) 620 ℃， 溶(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)體系(xi)的(de) pH 為(wei) 2。采用(yong)溶(rong)(rong)膠(jiao)(jiao)–凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)法(fa)制(zhi)備的(de)陶瓷結(jie)(jie) 合(he)劑砂輪(lun)結(jie)(jie)構組織均勻，磨削(xue)(xue)工(gong)件表(biao)(biao)面(mian)(mian)質量高，工(gong)件 的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗糙(cao)度(du)為(wei) 0.054 μm，與采用(yong)傳(chuan)統機械混合(he)法(fa)制(zhi) 備的(de)砂輪(lun)相比，被加工(gong)工(gong)件的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗糙(cao)度(du)降低了 40.66%。 

溶膠–凝膠法(fa)具有(you)制備(bei)過程(cheng)溫度(du)低、節約能源(yuan)、 各組(zu)分混合(he)均勻性高(gao)、化學組(zu)分可以精(jing)準控(kong)制、易于(yu) 調(diao)整摻雜物種類等優點，但也存在不(bu)足：工藝過程(cheng)處 理(li)時間長，半成(cheng)品(pin)易開(kai)裂，原料多為有(you)機化合(he)物，成(cheng) 本較(jiao)高(gao)，對生(sheng)產過程(cheng)中控(kong)制精(jing)度(du)的要求高(gao)。 

       1.4.2 高分子網絡凝膠法  

       高(gao)分(fen)子網絡凝(ning)膠(jiao)法是一(yi)種制(zhi)備(bei)多組分(fen)納米粉體(ti) 的(de)(de)(de)(de)濕(shi)化學方法。高(gao)分(fen)子網絡凝(ning)膠(jiao)法利(li)用(yong)丙烯酰胺的(de)(de)(de)(de) 自由基聚合(he)所產生的(de)(de)(de)(de)端基與 N,N-亞甲基雙丙烯酰胺 的(de)(de)(de)(de) 2 個活化雙鍵(jian)進行交聯反應，形(xing)(xing)成(cheng)三(san)維網絡，從而(er)(er) 制(zhi)備(bei)出(chu)凝(ning)膠(jiao)。凝(ning)膠(jiao)將溶(rong)液全部束縛在(zai)網絡結(jie)構中(zhong)。利(li)用(yong)該方法制(zhi)備(bei)砂(sha)(sha)輪(lun)的(de)(de)(de)(de)步驟：通過超(chao)(chao)聲將超(chao)(chao)細磨(mo)料(liao)分(fen) 散均勻，再將溶(rong)解(jie)的(de)(de)(de)(de)無(wu)機鹽溶(rong)液加入(ru)(ru)磨(mo)料(liao)懸浮液中(zhong)， 攪(jiao)拌均勻，分(fen)別加入(ru)(ru)交聯劑、引發(fa)劑、單體(ti)，從而(er)(er)形(xing)(xing) 成(cheng)凝(ning)膠(jiao)，經過干燥、煅燒(shao)得到含(han)有(you)磨(mo)料(liao)的(de)(de)(de)(de)結(jie)合(he)劑粉體(ti)；利(li)用(yong)模具將粉體(ti)壓(ya)制(zhi)成(cheng)所需(xu)塊體(ti)；將壓(ya)制(zhi)后(hou)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)形(xing)(xing)砂(sha)(sha) 輪(lun)塊放入(ru)(ru)燒(shao)結(jie)爐中(zhong)，在(zai)設(she)定的(de)(de)(de)(de)溫度曲線下進行燒(shao)結(jie)；將燒(shao)結(jie)后(hou)的(de)(de)(de)(de)砂(sha)(sha)輪(lun)塊清洗(xi)后(hou)，黏接在(zai)基體(ti)上(shang)，制(zhi)備(bei)出(chu)砂(sha)(sha)輪(lun)。 

       高(gao)(gao)分子網(wang)絡凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)法是 Douy 等在(zai)合成多組(zu)分高(gao)(gao) 溫(wen)超導氧化物時提出的(de)一種(zhong)新方法。燕山大學(xue)的(de)趙(zhao)玉 成等利用(yong)此法制(zhi)(zhi)備了(le)納米金剛石–陶(tao)瓷結合劑(ji)粉 體，同時與采用(yong)高(gao)(gao)溫(wen)熔融法制(zhi)(zhi)備的(de)陶(tao)瓷結合劑(ji)進行了(le) 性能對比。采用(yong) 2 種(zhong)方法制(zhi)(zhi)備的(de)燒結體試樣的(de)斷面顯(xian) 微形貌如圖 14 所示，采用(yong)高(gao)(gao)分子網(wang)絡凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)法制(zhi)(zhi)備的(de) 試樣，其(qi)組(zu)織更加均勻；采用(yong)高(gao)(gao)分子網(wang)絡凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)法制(zhi)(zhi) 備的(de)砂輪樣品(pin)，其(qi)氣孔(kong)率為(wei) 15.67%，抗彎強度(du)為(wei) 60.41 MPa；采用(yong)熔融法制(zhi)(zhi)備的(de)砂輪樣品(pin)，其(qi)氣孔(kong)率、 抗彎強度(du)分別為(wei) 11.75%、46.48 MPa。

       李(li)要輝(hui)等利用(yong)高(gao)分子網絡凝膠法(fa)發明了一(yi)種 超細金剛石(shi)砂(sha)輪及(ji)其制備方法(fa)。將(jiang)(jiang)(jiang) N，N-亞(ya)甲基雙(shuang)丙 烯(xi)酰胺與(yu)丙烯(xi)酰胺溶(rong)于水中，然后(hou)加(jia)入分散(san)劑(ji)(ji)(ji)、消泡 劑(ji)(ji)(ji)、增(zeng)塑(su)劑(ji)(ji)(ji)、調節(jie)劑(ji)(ji)(ji)，得到基礎(chu)(chu)混(hun)合(he)(he)(he)液；將(jiang)(jiang)(jiang)結合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)與(yu) 粒(li)徑(jing)為 0.5~1.5 μm 的金剛石(shi)磨料(liao)(liao)混(hun)合(he)(he)(he)，得到組織均勻 的粉體(ti)；將(jiang)(jiang)(jiang)粉體(ti)與(yu)制備的基礎(chu)(chu)混(hun)合(he)(he)(he)液混(hun)合(he)(he)(he)，并研磨、 排(pai)氣，得到漿料(liao)(liao)；攪拌漿料(liao)(liao)，同時添加(jia)固化劑(ji)(ji)(ji)，使其 混(hun)合(he)(he)(he)均勻，并倒(dao)入成形模具(ju)中進行固化，然后(hou)脫(tuo)模、 干燥，便可得到成形的生坯(pi)；將(jiang)(jiang)(jiang)砂(sha)輪生坯(pi)燒結，制得 氣孔率為 10%~35%的多(duo)孔超細金剛石(shi)砂(sha)輪。采用(yong)高(gao) 分子網絡凝膠法(fa)可以使陶瓷結合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)與(yu)超細粒(li)度金剛 石(shi)混(hun)合(he)(he)(he)均勻，但存在結合(he)(he)(he)劑(ji)(ji)(ji)強度不高(gao)，以及(ji)與(yu)金剛石(shi) 微粉難以在水中穩定分散(san)等缺點(dian)。 

        1.4.3 電泳沉積法  

        電泳(yong)沉(chen)積(ji)法利(li)用(yong)外加(jia)電場驅使(shi)懸浮(fu)液中(zhong)的帶電 粒子定向移動，使(shi)得電極(ji)表面(mian)覆蓋一(yi)層致密均質的涂 層。Ikenno 等利(li)用(yong)電泳(yong)沉(chen)積(ji)法成(cheng)功制(zhi)備(bei)了(le)粒徑為 10~20 nm 的超(chao)細磨(mo)料(liao)砂輪，其電泳(yong)沉(chen)積(ji)原理如圖 15 所示。在電泳(yong)沉(chen)積(ji)時，結合劑（海藻(zao)酸鈉）將磨(mo)料(liao) （SiO2）包裹(guo)在陽(yang)極(ji)四(si)周，緩慢(man)勻速轉動陽(yang)極(ji)，在其 表面(mian)形成(cheng)均質的沉(chen)積(ji)層。將制(zhi)備(bei)好的沉(chen)積(ji)層切成(cheng)圓 片(pian)，經干燥后得到電泳(yong)沉(chen)積(ji)磨(mo)拋片(pian)。利(li)用(yong)該磨(mo)拋片(pian)對(dui) 硅晶圓進行加(jia)工，其表面(mian)粗糙度(du)小于(yu) 10 nm，硅片(pian)表 面(mian)平整光滑且(qie)無任(ren)何(he)切痕。 

       Yamamoto 等(deng)采用(yong)電泳沉(chen)積(ji)方法(fa)制備了杯型二 氧化硅砂(sha)(sha)輪(lun)，利(li)用(yong)此(ci)砂(sha)(sha)輪(lun)對(dui)硅晶圓進(jin)行磨削(xue)(xue)實驗(yan)。在(zai)(zai)(zai) 磨削(xue)(xue)前后，硅片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)顯微照(zhao)片(pian)如圖 16 所示。結果表(biao)明， 該砂(sha)(sha)輪(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最大(da)磨削(xue)(xue)比為(wei) 3.5，表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)度隨著時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de) 增(zeng)加而降低，硅晶圓的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去除體積(ji)逐漸增(zeng)大(da)，在(zai)(zai)(zai)磨削(xue)(xue) 4 h 后，晶圓的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)度為(wei) 3.4 nm。在(zai)(zai)(zai)磨削(xue)(xue)過程中未出 現燒傷(shang)現象，且(qie)硅片(pian)表(biao)面(mian)(mian)(mian)無劃痕。浙江工業大(da)學的(de)(de)(de)(de)(de)(de)胡 建德等(deng)在(zai)(zai)(zai)超(chao)細粒度砂(sha)(sha)輪(lun)電泳沉(chen)積(ji)技術制備方面(mian)(mian)(mian)進(jin) 行了研究，利(li)用(yong)電泳特(te)性將超(chao)細磨料(liao)吸附在(zai)(zai)(zai)磨具上形 成致(zhi)密層(ceng)，并(bing)利(li)用(yong)該致(zhi)密層(ceng)對(dui)工件進(jin)行磨削(xue)(xue)，使用(yong)該 砂(sha)(sha)輪(lun)對(dui)硅晶圓進(jin)行磨削(xue)(xue)實驗(yan)，獲得的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工件的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙(cao) 度均小于 0.02 μm。 

       電(dian)(dian)泳沉(chen)(chen)積法的優點：控(kong)制(zhi)精度(du)高(gao)，可以控(kong)制(zhi)沉(chen)(chen)積 速度(du)和沉(chen)(chen)積層(ceng)厚度(du)，從而(er)精準控(kong)制(zhi)結構形(xing)狀和尺(chi)寸(cun)；在磨削后(hou)工件的表面粗糙度(du)較低，無(wu)明顯劃痕。電(dian)(dian)泳 沉(chen)(chen)積法存在硬度(du)和加工效率(lv)較低的缺點。 

       1.4.4 凝膠注模法  

       凝膠注模法是一種原(yuan)位成(cheng)形工藝(yi)(yi)，利用高分(fen)子聚 合(he)物在陶(tao)瓷漿(jiang)(jiang)料(liao)中(zhong)原(yuan)位凝固(gu)(gu)(gu)成(cheng)形。該工藝(yi)(yi)將傳統陶(tao)瓷成(cheng)形與(yu)高分(fen)子化學反應相結合(he)，在低黏度、高固(gu)(gu)(gu)相 含量的(de)(de)(de)料(liao)漿(jiang)(jiang)懸浮(fu)液中(zhong)加(jia)入(ru)少(shao)量的(de)(de)(de)有(you)機單體，再加(jia)入(ru)引(yin) 發(fa)劑(ji)并澆注，使漿(jiang)(jiang)料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)有(you)機單體在一定條(tiao)件下發(fa)生(sheng) 原(yuan)位聚合(he)反應，形成(cheng)堅(jian)固(gu)(gu)(gu)的(de)(de)(de)交聯網狀(zhuang)結構，使漿(jiang)(jiang)料(liao)原(yuan) 位凝固(gu)(gu)(gu)成(cheng)形。然后進行脫模、干(gan)燥(zao)、去除(chu)有(you)機物、燒 結等后處理，得到所需(xu)的(de)(de)(de)具有(you)良好微觀均勻性和一定 強度的(de)(de)(de)坯體，然后經燒結制得成(cheng)品。

       Lin 等(deng)(deng)利用(yong)(yong)凝(ning)膠(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)模(mo)法制(zhi)備了(le)陶瓷(ci)結(jie)(jie)合劑(ji)金剛(gang) 石砂(sha)(sha)輪(lun)（圖(tu) 17a），研究(jiu)了(le)不同(tong)固(gu)含(han)量對(dui)陶瓷(ci)結(jie)(jie)合劑(ji) 金剛(gang)石磨(mo)(mo)料漿料性能的(de)(de)影響。當固(gu)含(han)量（用(yong)(yong)體積分數 表(biao)(biao)示(shi)）為 54%時(shi)，陶瓷(ci)結(jie)(jie)合劑(ji)金剛(gang)石砂(sha)(sha)輪(lun)具(ju)有較好的(de)(de) 抗彎(wan)強(qiang)度(du)(du)，生坯(pi)強(qiang)度(du)(du)約為 13 MPa，燒結(jie)(jie)后坯(pi)體的(de)(de)抗 彎(wan)強(qiang)度(du)(du)為 78 MPa。Miao 等(deng)(deng)采(cai)用(yong)(yong)凝(ning)膠(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)模(mo)與(yu)(yu)造孔劑(ji) 相(xiang)結(jie)(jie)合的(de)(de)方法制(zhi)備了(le)超高(gao)(gao)孔隙率、結(jie)(jie)構均勻的(de)(de)蜂(feng)窩狀 陶瓷(ci)結(jie)(jie)合劑(ji)超細金剛(gang)石砂(sha)(sha)輪(lun)，如圖(tu) 17b 所示(shi)。該砂(sha)(sha)輪(lun) 具(ju)有均勻分布的(de)(de)孔隙和(he)磨(mo)(mo)料，與(yu)(yu)傳統砂(sha)(sha)輪(lun)相(xiang)比，它具(ju) 有極佳的(de)(de)自銳(rui)性，可(ke)在(zai)無(wu)需修整的(de)(de)情況下連續磨(mo)(mo)削工(gong) 件，提高(gao)(gao)了(le)工(gong)件效率，磨(mo)(mo)削電流更小(xiao)。磨(mo)(mo)削后工(gong)件的(de)(de) 表(biao)(biao)面粗(cu)糙度(du)(du)和(he)損傷層分別(bie)約為 5 nm、0.21 μm。采(cai)用(yong)(yong) 凝(ning)膠(jiao)(jiao)注(zhu)(zhu)模(mo)法制(zhi)備陶瓷(ci)結(jie)(jie)合劑(ji)砂(sha)(sha)輪(lun)具(ju)有缺陷少、坯(pi)體強(qiang) 度(du)(du)高(gao)(gao)，以及成(cheng)分和(he)密度(du)(du)均勻等(deng)(deng)優點，但也存在(zai)對(dui)粉體 和(he)模(mo)具(ju)材質要求高(gao)(gao)、工(gong)藝參數控制(zhi)嚴格等(deng)(deng)缺點。 

       1.4.5 結構化砂輪  

       傳(chuan)統(tong)砂(sha)(sha)(sha)輪的(de)(de)(de)(de)形(xing)貌(mao)特征為磨(mo)(mo)粒(li)(li)隨(sui)機分(fen)布，這種隨(sui)機 的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)粒(li)(li)分(fen)布可能導致磨(mo)(mo)削力不穩定及散熱(re)問(wen)題(ti)，從而(er) 影響被加工(gong)工(gong)件的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)質量。結構化砂(sha)(sha)(sha)輪的(de)(de)(de)(de)制備是在 制備過程中(zhong)對(dui)砂(sha)(sha)(sha)輪的(de)(de)(de)(de)形(xing)貌(mao)特征進(jin)行微觀(guan)或宏(hong)觀(guan)的(de)(de)(de)(de)調(diao) 控，獲得磨(mo)(mo)粒(li)(li)規則、均(jun)勻分(fen)布的(de)(de)(de)(de)結構，有(you)助于使砂(sha)(sha)(sha)輪 表(biao)面(mian)受力均(jun)勻，降(jiang)低其(qi)磨(mo)(mo)削溫度(du)，提高砂(sha)(sha)(sha)輪的(de)(de)(de)(de)使用壽(shou) 命和(he)磨(mo)(mo)削性能。 

       Cheng 等(deng)結(jie)合激(ji)光燒(shao)結(jie)技術和(he)(he)顆粒(li)(li)(li)電(dian)鍍技術， 成功(gong)制(zhi)(zhi)(zhi)備(bei)出(chu)直徑(jing)為(wei)(wei) 6 m 的(de)(de)晶(jing)(jing)粒(li)(li)(li)排(pai)列(lie)均(jun)(jun)勻的(de)(de)磨(mo)具(ju)（圖(tu) 18a），其平均(jun)(jun)晶(jing)(jing)粒(li)(li)(li)尺(chi)寸為(wei)(wei) 95 μm，相鄰晶(jing)(jing)粒(li)(li)(li)間距為(wei)(wei) 150 μm， 砂(sha)(sha)輪(lun)具(ju)有(you)良好的(de)(de)磨(mo)粒(li)(li)(li)位置精度(du)(du)和(he)(he)磨(mo)粒(li)(li)(li)突起高(gao)度(du)(du)一致 性(xing)(xing)，有(you)利于提高(gao)工(gong)具(ju)的(de)(de)磨(mo)削(xue)(xue)性(xing)(xing)能(neng)。Wen 等(deng)采(cai)用(yong)仿生(sheng) 燕子的(de)(de)次生(sheng)羽(yu)毛，通過激(ji)光加(jia)(jia)工(gong)技術制(zhi)(zhi)(zhi)備(bei)了(le)(le)(le)(le)一種(zhong)(zhong)新型(xing)(xing)鳥羽(yu)狀結(jie)構(gou)的(de)(de)金(jin)剛(gang)石砂(sha)(sha)輪(lun)（圖(tu) 18b），其溝(gou)(gou)(gou)槽邊緣完 整(zheng)性(xing)(xing)較好，無(wu)明顯裂紋(wen)或不規(gui)則破損。羽(yu)毛狀的(de)(de)溝(gou)(gou)(gou)槽 有(you)助于引導均(jun)(jun)勻的(de)(de)水(shui)流(liu)，減少了(le)(le)(le)(le)砂(sha)(sha)輪(lun)孔隙堵塞現(xian)(xian)象， 降低了(le)(le)(le)(le)磨(mo)屑的(de)(de)磨(mo)損，從而(er)均(jun)(jun)勻地去除(chu)了(le)(le)(le)(le)工(gong)件材(cai)料(liao)，提 高(gao)了(le)(le)(le)(le)工(gong)件的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)質(zhi)量。王俊博等(deng)[67]建立了(le)(le)(le)(le)葉(xie)(xie)序、錯位 和(he)(he)陣列(lie) 3 種(zhong)(zhong)磨(mo)粒(li)(li)(li)有(you)序化(hua)(hua)排(pai)布(bu)(bu)(bu)的(de)(de)數學模型(xing)(xing)，并進行了(le)(le)(le)(le)仿 真分析(xi)，研究了(le)(le)(le)(le)砂(sha)(sha)輪(lun)磨(mo)粒(li)(li)(li)排(pai)布(bu)(bu)(bu)樣式(shi)對(dui)(dui)磨(mo)削(xue)(xue)結(jie)構(gou)化(hua)(hua)溝(gou)(gou)(gou)槽 表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)影(ying)響(xiang)。結(jie)果表(biao)(biao)(biao)明，3 種(zhong)(zhong)磨(mo)粒(li)(li)(li)排(pai)布(bu)(bu)(bu)有(you)序化(hua)(hua)的(de)(de)砂(sha)(sha)輪(lun) 均(jun)(jun)能(neng)磨(mo)削(xue)(xue)出(chu)微溝(gou)(gou)(gou)槽表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)，而(er)采(cai)用(yong)磨(mo)粒(li)(li)(li)葉(xie)(xie)序排(pai)布(bu)(bu)(bu)的(de)(de)砂(sha)(sha)輪(lun) 加(jia)(jia)工(gong)出(chu)的(de)(de)溝(gou)(gou)(gou)槽表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)更(geng)加(jia)(jia)穩定，能(neng)滿(man)足表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)減阻特性(xing)(xing)要(yao) 求。結(jie)構(gou)化(hua)(hua)砂(sha)(sha)輪(lun)能(neng)夠實現(xian)(xian)對(dui)(dui)磨(mo)粒(li)(li)(li)分布(bu)(bu)(bu)密度(du)(du)的(de)(de)控制(zhi)(zhi)(zhi)，使 磨(mo)粒(li)(li)(li)分布(bu)(bu)(bu)得更(geng)加(jia)(jia)均(jun)(jun)勻，提高(gao)了(le)(le)(le)(le)砂(sha)(sha)輪(lun)的(de)(de)磨(mo)削(xue)(xue)效率。通過 控制(zhi)(zhi)(zhi)砂(sha)(sha)輪(lun)的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)結(jie)構(gou)，獲(huo)得了(le)(le)(le)(le)更(geng)好的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)質(zhi)量，減少 了(le)(le)(le)(le)磨(mo)削(xue)(xue)痕跡(ji)，降低了(le)(le)(le)(le)溫度(du)(du)，抑制(zhi)(zhi)(zhi)了(le)(le)(le)(le)磨(mo)削(xue)(xue)熱損傷。此方(fang) 法(fa)也(ye)存在不足，結(jie)構(gou)化(hua)(hua)砂(sha)(sha)輪(lun)的(de)(de)制(zhi)(zhi)(zhi)備(bei)工(gong)藝相對(dui)(dui)復雜(za)，需 要(yao)精確控制(zhi)(zhi)(zhi)磨(mo)粒(li)(li)(li)在結(jie)合劑中的(de)(de)分布(bu)(bu)(bu)，增大了(le)(le)(le)(le)制(zhi)(zhi)(zhi)備(bei)難度(du)(du) 和(he)(he)成本，同時(shi)結(jie)構(gou)化(hua)(hua)砂(sha)(sha)輪(lun)受到磨(mo)粒(li)(li)(li)尺(chi)寸的(de)(de)限(xian)制(zhi)(zhi)(zhi)，難以(yi) 制(zhi)(zhi)(zhi)造超細粒(li)(li)(li)度(du)(du)磨(mo)粒(li)(li)(li)的(de)(de)結(jie)構(gou)化(hua)(hua)砂(sha)(sha)輪(lun)。

       2 晶圓減薄工藝及超精密減薄設備研究進展  

       針對 Si、SiC、藍寶石和(he)玻璃(li)等半(ban)導(dao)(dao)體硬脆(cui)材(cai)料(liao) 加(jia)工(gong)難(nan)等問(wen)題，基于半(ban)導(dao)(dao)體材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)硬脆(cui)特性(xing)，同時考(kao) 慮到前端(duan)晶(jing)片制作過程的(de)(de)(de)成(cheng)本高(gao)昂，減薄(bo)加(jia)工(gong)工(gong)藝和(he) 設備(bei)的(de)(de)(de)可靠(kao)性(xing)、穩定性(xing)、安(an)全性(xing)顯(xian)得十分重要(yao)。目(mu)前， 在晶(jing)圓減薄(bo)加(jia)工(gong)領(ling)域，具有代(dai)表性(xing)的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)工(gong)藝除了主 流的(de)(de)(de)金剛石砂輪磨削減薄(bo)以外(wai)，電火花磨削（EDG， electrical discharge grinding）、等離子體化學氣相加(jia)工(gong) （PCVM，Plasma Chemical Vaporization Machining）、 電解在線砂輪修整磨削（ELID ginding，Electrolytic  in-process dressing grinding）等工(gong)藝也被用于半(ban)導(dao)(dao)體 材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)減薄(bo)加(jia)工(gong)。 

       傳統(tong)(tong)電(dian)(dian)火花(hua)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)利用(yong)電(dian)(dian)極(ji)與(yu)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)(jian)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)火花(hua) 使(shi)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)(jian)被(bei)熔(rong)(rong)化(hua)、汽化(hua)、侵蝕和碎裂(lie)(lie)等，從(cong)而(er)(er)達(da)到去除(chu) 工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)(jian)表面(mian)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效果，其(qi)(qi)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)如(ru)圖 19 所示(shi)。將工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)(jian)完全浸沒于絕緣液中，電(dian)(dian)極(ji)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)通常(chang)選用(yong)銅(tong)或 石墨，并(bing)放置于靠近(jin)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)(jian)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位置，通過電(dian)(dian)機(ji)(ji)調(diao)節電(dian)(dian) 極(ji)與(yu)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)(jian)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)距離，并(bing)施加(jia)約(yue) 100 V 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓，導(dao)致(zhi)(zhi)(zhi)介 質被(bei)電(dian)(dian)離、擊穿，從(cong)而(er)(er)形成放電(dian)(dian)通道，產生大(da)量(liang)熱量(liang)， 從(cong)而(er)(er)熔(rong)(rong)化(hua)、燒蝕材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)。半(ban)導(dao)體材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)與(yu)傳統(tong)(tong)金屬材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)不(bu)同(tong)(tong)(tong)， 它(ta)擁有(you)更高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻率、更高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)(rong)點，導(dao)致(zhi)(zhi)(zhi)在(zai)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)過程(cheng)中 不(bu)同(tong)(tong)(tong)于普通金屬材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)(rong)化(hua)和蒸發，而(er)(er)是出現因(yin)熱應 力(li)導(dao)致(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)斷裂(lie)(lie)和剝落。以第 3 代(dai)半(ban)導(dao)體材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao) SiC 為(wei)例 展(zhan)開分析(xi)，與(yu)電(dian)(dian)火花(hua)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)普通金屬材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao) SKD11 工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)具(ju) 鋼相(xiang)比，在(zai)相(xiang)同(tong)(tong)(tong)放電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)下，SiC 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)去除(chu)率更大(da)， 且不(bu)同(tong)(tong)(tong)于 SKD11 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)去除(chu)機(ji)(ji)理(li)，其(qi)(qi)表面(mian)多為(wei)脆性(xing) 去除(chu)。SiC 電(dian)(dian)火花(hua)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果如(ru)圖 20 所示(shi)。在(zai) 對單晶 SiC 材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)進行(xing)電(dian)(dian)火花(hua)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)后，觀察(cha)到其(qi)(qi)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)表 面(mian)形成了(le)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)規(gui)則(ze)凹坑和由再凝(ning)固物質組成的(de)(de)(de)(de)(de)(de) 重鑄層，通過分析(xi)激(ji)光拉(la)曼光譜后發現，該重鑄層含 有(you) Si，證(zheng)明(ming) SiC 在(zai)電(dian)(dian)火花(hua)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)過程(cheng)中被(bei)分解為(wei) Si、C。同(tong)(tong)(tong)時，在(zai)去離子(zi)水中發現了(le)大(da)量(liang)鋒利的(de)(de)(de)(de)(de)(de)多邊形碎片， 這(zhe)是由工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)(jian)表面(mian)受到熱膨脹引起熱裂(lie)(lie)紋所致(zhi)(zhi)(zhi)。

       電(dian)(dian)(dian)(dian)火(huo)花(hua)磨削(xue)是(shi)一(yi)種基(ji)于上述(shu)傳(chuan)統電(dian)(dian)(dian)(dian)火(huo)花(hua)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)理(li) 論而產生的(de)(de)(de)針對(dui)晶(jing)(jing)(jing)圓減(jian)(jian)薄的(de)(de)(de)非(fei)接觸式加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)，有(you)研 究證明利(li)用受控電(dian)(dian)(dian)(dian)脈(mo)沖(chong)產生的(de)(de)(de)熱能進行(xing)晶(jing)(jing)(jing)圓減(jian)(jian)薄是(shi) 一(yi)種有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)方(fang)法。電(dian)(dian)(dian)(dian)火(huo)花(hua)磨削(xue)減(jian)(jian)薄加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)原(yuan)理(li)如圖 21 所示，電(dian)(dian)(dian)(dian)火(huo)花(hua)磨削(xue)設(she)備(bei)結構與金剛(gang)石(shi)(shi)減(jian)(jian)薄磨床類似， 配備(bei)了旋(xuan)轉主軸和(he)防油(you)的(de)(de)(de)精密旋(xuan)轉工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)作臺，分別用于 驅(qu)動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)和(he)晶(jing)(jing)(jing)圓進行(xing)低速穩定(ding)旋(xuan)轉。仿照金剛(gang)石(shi)(shi)碗(wan)形 砂輪(lun)，將電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)設(she)計(ji)為(wei)碗(wan)形，并帶有(you)凹槽，以增強流體 的(de)(de)(de)流動(dong)，便于清除加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)中產生的(de)(de)(de)碎屑(xie)。在加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)過程(cheng)中， 電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)旋(xuan)轉著(zhu)緩慢向下進給，通過電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)與晶(jing)(jing)(jing)圓之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)脈(mo) 沖(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)來去(qu)除材(cai)料(liao)，實現(xian)非(fei)接觸的(de)(de)(de)減(jian)(jian)薄。此工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)與傳(chuan) 統磨削(xue)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)相比，優勢在于不會(hui)對(dui)晶(jing)(jing)(jing)圓造成機械損 傷，加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)更穩定(ding)，且電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)材(cai)料(liao)消耗少、成本較低。利(li) 用電(dian)(dian)(dian)(dian)火(huo)花(hua)磨削(xue)對(dui) SiC 晶(jing)(jing)(jing)圓加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)后，可(ke)將其亞表(biao)面損傷 控制在 1 μm 內，加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)后晶(jing)(jing)(jing)圓的(de)(de)(de)厚度(du)最小，可(ke)減(jian)(jian)薄至 30 μm，表(biao)面粗糙度(du)達到(dao) 480 nm。在此基(ji)礎上，為(wei) 了提升晶(jing)(jing)(jing)圓減(jian)(jian)薄效(xiao)率和(he)表(biao)面完整(zheng)性，提出一(yi)種雙(shuang)晶(jing)(jing)(jing) 圓電(dian)(dian)(dian)(dian)火(huo)花(hua)磨削(xue)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)。雙(shuang)晶(jing)(jing)(jing)圓電(dian)(dian)(dian)(dian)火(huo)花(hua)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)原(yuan)理(li)如圖 22 所示，將原(yuan)為(wei)碗(wan)形電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)部(bu)分換為(wei)晶(jing)(jing)(jing)圓，2 個晶(jing)(jing)(jing)圓之(zhi) 間(jian)通過電(dian)(dian)(dian)(dian)腐(fu)蝕進行(xing)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)去(qu)除，材(cai)料(liao)去(qu)除率遠遠高(gao) 于單晶(jing)(jing)(jing)圓的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)火(huo)花(hua)磨削(xue)方(fang)式，其表(biao)面粗糙度(du) Ra 達到(dao) 80 nm。

       等(deng)(deng)(deng)離(li)(li)子體(ti)(ti)化(hua)學氣相加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)主要通(tong)過(guo)(guo)等(deng)(deng)(deng)離(li)(li)子體(ti)(ti) 中(zhong)具有強氧(yang)化(hua)性(xing)的(de)自(zi)(zi)由(you)基與(yu)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)表(biao)面(mian)原(yuan)子發生(sheng)(sheng)化(hua)學 反應(ying)(ying)，從而實現無損加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)。基于(yu)其(qi)獨特的(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)方式， 工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)不會出(chu)現由(you)塑(su)性(xing)變形(xing)或脆(cui)性(xing)斷裂(lie)(lie)帶來的(de)晶體(ti)(ti)缺 陷，并保持(chi)了工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)原(yuan)有的(de)物理特性(xing)。針對半導體(ti)(ti)硬 脆(cui)材料(liao)的(de)減薄(bo)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)，該工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)能(neng)(neng)避免出(chu)現裂(lie)(lie)紋、碎(sui)裂(lie)(lie)和(he) 翹曲等(deng)(deng)(deng)問題。減薄(bo) SiC晶片(pian)的(de) PCVM（Plasma Chemical  Vaporization Machining）設備(bei)如圖 23 所(suo)示(shi)，主要由(you) 電極(ji)和(he)轉臺組成(cheng)，其(qi)中(zhong)電極(ji)可以(yi)移動(dong)并經過(guo)(guo)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)，且(qie) 含(han)有通(tong)氣口(kou)；轉臺可以(yi)上(shang)下移動(dong)，且(qie)具備(bei)真空吸附(fu)和(he) 加(jia)(jia)(jia)(jia)熱功能(neng)(neng)。在(zai)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)過(guo)(guo)程中(zhong)，向(xiang)電極(ji)下方的(de)反應(ying)(ying)腔注入 SF6、He，接通(tong)電極(ji)，產(chan)生(sheng)(sheng)等(deng)(deng)(deng)離(li)(li)子體(ti)(ti)，并掃(sao)描經過(guo)(guo) SiC 晶圓(yuan)，產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)氟自(zi)(zi)由(you)基能(neng)(neng)與(yu) SiC 表(biao)面(mian)會發生(sheng)(sheng)反應(ying)(ying)，從 而去(qu)除材料(liao)。經等(deng)(deng)(deng)離(li)(li)子體(ti)(ti)化(hua)學氣相加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)后，SiC 晶圓(yuan) 的(de)最小(xiao)厚度可達到 60 μm，表(biao)面(mian)粗(cu)(cu)糙(cao)度（RMS）可達 到 0.329 nm，但該工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)效(xiao)率(lv)太低(di)。在(zai)此工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de) 基礎上(shang)，結合研磨(mo)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)，形(xing)成(cheng)了等(deng)(deng)(deng)離(li)(li)子體(ti)(ti)輔助拋光工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong) 藝(yi)(yi)，通(tong)過(guo)(guo)等(deng)(deng)(deng)離(li)(li)子體(ti)(ti)與(yu) SiC 晶圓(yuan)表(biao)面(mian)形(xing)成(cheng)軟質層，利用(yong) 軟磨(mo)料(liao)進行研磨(mo)去(qu)除。該工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)不僅大(da)大(da)增(zeng)大(da)了效(xiao)率(lv)， 也(ye)在(zai)不產(chan)生(sheng)(sheng)亞表(biao)面(mian)損傷的(de)情況下降低(di)了表(biao)面(mian)粗(cu)(cu)糙(cao)度。

       電解(jie)在(zai)(zai)(zai)線砂輪(lun)(lun)(lun)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)磨(mo)(mo)削(xue)(xue)是在(zai)(zai)(zai)磨(mo)(mo)削(xue)(xue)過(guo)程(cheng)中，通過(guo)調(diao) 整(zheng)非線性電解(jie)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)和砂輪(lun)(lun)(lun)表(biao)(biao)面(mian)(mian)形成的(de)(de)(de)(de)氧化物(wu)絕緣層 抑制電解(jie)兩者之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)動態平衡，對(dui)(dui)砂輪(lun)(lun)(lun)進行連續修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)銳 修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)，使砂輪(lun)(lun)(lun)磨(mo)(mo)粒(li)(li)獲(huo)得(de)恒(heng)定的(de)(de)(de)(de)突出量(liang)，從而(er)實現(xian)(xian)(xian)穩定、可控、最佳(jia)的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)削(xue)(xue)過(guo)程(cheng)，它適用于硬脆(cui)(cui)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)超精密 鏡面(mian)(mian)磨(mo)(mo)削(xue)(xue)。ELID 磨(mo)(mo)削(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)機理(li)如(ru)圖(tu) 24 所示，砂輪(lun)(lun)(lun)表(biao)(biao) 面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)結(jie)(jie)合(he)劑被電解(jie)去除，露(lu)出不導(dao)電的(de)(de)(de)(de)金剛石顆(ke) 粒(li)(li)，并形成了一層絕緣的(de)(de)(de)(de)氧化膜(mo)，阻止持續電解(jie)，在(zai)(zai)(zai) 后續磨(mo)(mo)削(xue)(xue)過(guo)程(cheng)中，氧化膜(mo)被磨(mo)(mo)除，裸露(lu)的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)結(jie)(jie)合(he)劑 繼續被去除，循環往復，實現(xian)(xian)(xian)韌性磨(mo)(mo)削(xue)(xue)，提高了表(biao)(biao)面(mian)(mian) 光潔度(du)。通過(guo)三維輪(lun)(lun)(lun)廓儀對(dui)(dui)比電解(jie)在(zai)(zai)(zai)線砂輪(lun)(lun)(lun)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)整(zheng)磨(mo)(mo) 削(xue)(xue)和傳統磨(mo)(mo)削(xue)(xue)加(jia)工 SiC 后的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)，如(ru)圖(tu) 25 所示，結(jie)(jie) 果(guo)表(biao)(biao)明(ming)，在(zai)(zai)(zai)同等工藝條件(jian)下(xia)，ELID 磨(mo)(mo)削(xue)(xue)后 SiC 工件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)出現(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)裂紋面(mian)(mian)積明(ming)顯較(jiao)小(xiao)、深(shen)度(du)更淺，證明(ming) ELID 磨(mo)(mo)削(xue)(xue)產生的(de)(de)(de)(de)塑性去除率(lv)更高，更適宜于半導(dao)體脆(cui)(cui)性材(cai) 料(liao)的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)削(xue)(xue)。

       以此(ci)開發的(de)針對硅片的(de)電解(jie)修整砂(sha)(sha)輪磨(mo)削減薄 設備(bei)(bei)如圖 26 所示(shi)，它與(yu)傳統(tong)金剛石砂(sha)(sha)輪磨(mo)削結(jie)(jie)構相 同，但必須(xu)采用金屬結(jie)(jie)合劑(ji)的(de)金剛石砂(sha)(sha)輪。在(zai)(zai)磨(mo)削過(guo) 程中(zhong)，將未參與(yu)磨(mo)削的(de)砂(sha)(sha)輪部(bu)分(fen)浸泡在(zai)(zai)電解(jie)液(ye)中(zhong)，并(bing) 與(yu)電極接觸，實現在(zai)(zai)線修整。此(ci)設備(bei)(bei)可將晶圓厚(hou)度(du)減 薄至(zhi) 70 μm，表面(mian)粗(cu)糙度(du)可達到 6 nm。 

       雖然上述減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝均能(neng)對半(ban)導體材(cai)料(liao)進(jin)行減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo) 加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)，但在(zai)效率(lv)、穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)方面(mian)(mian)(mian)仍然存(cun)在(zai)不足。目前， 減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)設備(bei)主(zhu)要(yao)以金(jin)剛石砂(sha)輪(lun)(lun)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)為主(zhu)，國(guo)(guo)外(wai)(wai)針對 該類設備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究起步(bu)較早，研(yan)發(fa)出了(le)許(xu)多先(xian)進(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超精(jing) 密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)，搶先(xian)占據了(le)國(guo)(guo)內(nei)(nei)(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)部分市(shi)場。尤其(qi)(qi)是 日本(ben) Disco 公司幾乎壟斷了(le)國(guo)(guo)內(nei)(nei)(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji)市(shi)場份額(e)， 其(qi)(qi)研(yan)發(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) DFG8540 磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue) 8 英寸(cun)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙軸三工(gong)(gong)(gong)(gong)位(wei)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian) 薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji)，配備(bei)了(le)傳輸機(ji)(ji)(ji)(ji)械手、晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)中心定(ding)(ding)位(wei)、晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)清(qing)洗(xi)、 晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)干燥、吸盤打磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)、吸盤清(qing)洗(xi)、晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)存(cun)儲等多種(zhong)自 動(dong)化功能(neng)，是目前備(bei)受國(guo)(guo)內(nei)(nei)(nei)(nei)大(da)廠(chang)歡迎的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji)產品， 如圖(tu) 27 所示(shi)。此外(wai)(wai)，Disco 公司針對晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)在(zai)進(jin)行超薄(bo)(bo)(bo)(bo) 化加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)時(shi)存(cun)在(zai)碎片(pian)率(lv)較高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題，引用自研(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) TAIKO 技(ji)術，推出了(le) DTG8440 減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji)，與傳統晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)背(bei)面(mian)(mian)(mian)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo) 削(xue)方式不同，該機(ji)(ji)(ji)(ji)型在(zai)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)過(guo)程中，會在(zai)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) 圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)周留下(xia)約(yue) 3 mm 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)邊緣，僅對晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)內(nei)(nei)(nei)(nei)部進(jin)行磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)。該方式雖然在(zai)半(ban)導體加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)過(guo)程中額(e)外(wai)(wai)增加(jia)(jia)了(le)一道需要(yao)去除晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)邊緣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝，但增大(da)了(le)超薄(bo)(bo)(bo)(bo)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)(du)(du)， 提高了(le)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗斷裂性(xing)(xing)，大(da)大(da)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)少了(le)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)背(bei)面(mian)(mian)(mian)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo) 時(shi)出現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)崩邊、碎片(pian)情況。此外(wai)(wai)，日本(ben)東(dong)京精(jing)密(mi)(mi)研(yan) 制(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang) HRG3000RMX，其(qi)(qi)超精(jing)密(mi)(mi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)損傷(shang)層 深度(du)(du)(du)(du)小(xiao)(xiao)于(yu) 0.4 μm，超精(jing)密(mi)(mi)拋磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)損傷(shang)層深度(du)(du)(du)(du)小(xiao)(xiao)于(yu) 0.1 μm，可(ke)用于(yu)硅片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)背(bei)面(mian)(mian)(mian)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)，得到厚度(du)(du)(du)(du)小(xiao)(xiao)于(yu) 100 μm 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超薄(bo)(bo)(bo)(bo)硅片(pian)；日本(ben)岡本(ben)研(yan)發(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) VG-401MKII 磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)床(chuang)(chuang)(chuang)， 其(qi)(qi)工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)≤0.09 μm，厚度(du)(du)(du)(du)偏差(cha)≤ 1.0 μm，片(pian)間厚度(du)(du)(du)(du)偏差(cha)≤0.8 μm；經(jing)德國(guo)(guo) G&N 的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) NanoGrinder/4 磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)床(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)后(hou)，工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)≤  2.5 nm，厚度(du)(du)(du)(du)偏差(cha)≤1.0 μm，片(pian)間厚度(du)(du)(du)(du)偏差(cha)≤3 μm；采(cai)用 Peter Wolters 公司的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) AC 2000-Pz 磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)床(chuang)(chuang)(chuang)，經(jing)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue) 后(hou)硅片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)全局(ju)(ju)平(ping)整(zheng)度(du)(du)(du)(du)≤0.5 μm，局(ju)(ju)部平(ping)整(zheng)度(du)(du)(du)(du)≤  0.1 μm。同時(shi)，國(guo)(guo)內(nei)(nei)(nei)(nei)對減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)發(fa)也在(zai)不斷完善中， 國(guo)(guo)內(nei)(nei)(nei)(nei)大(da)連(lian)理(li)工(gong)(gong)(gong)(gong)大(da)學與無錫機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)股(gu)份有限公司合(he)作研(yan) 發(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙軸減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji)如圖(tu) 28 所示(shi)，針對硅晶(jing)(jing)片(pian)研(yan)制(zhi)了(le)雙 主(zhu)軸三工(gong)(gong)(gong)(gong)位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)全自動(dong)超精(jing)密(mi)(mi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)床(chuang)(chuang)(chuang)，包(bao)括轉單單元、 粗(cu)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)單元和精(jing)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)單元等。經(jing)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)后(hou)，硅片(pian)總厚度(du)(du)(du)(du)變 化值（TTV）≤3 μm，硅片(pian)全局(ju)(ju)平(ping)整(zheng)度(du)(du)(du)(du)（GBIR）≤ 0.2 μm，硅片(pian)全局(ju)(ju)平(ping)整(zheng)度(du)(du)(du)(du)（GBIR）≤0.2 μm，片(pian)間厚 度(du)(du)(du)(du)變化值≤3 μm，精(jing)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du) Ra≤10 nm（3000# 砂(sha)輪(lun)(lun)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)） 。采(cai)用東(dong)臺匯緣光電科技(ji)有限 圖(tu) 28 大(da)連(lian)理(li)工(gong)(gong)(gong)(gong)大(da)學的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙軸減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji) Fig.28 Two-axis thinning grinding machine of  Dalian University of Technology  公司的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) WG-823F 硅晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji)，可(ke)實現(xian) 4~8 英寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) 硅晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)，測量儀分辨率(lv)為 0.1 μm，重復精(jing)度(du)(du)(du)(du) 為±0.5 μm，單片(pian)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)內(nei)(nei)(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚度(du)(du)(du)(du)偏差(cha)≤1.5 μm，不同片(pian) 晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)內(nei)(nei)(nei)(nei)厚度(du)(du)(du)(du)偏差(cha)在(zai)±3 μm 內(nei)(nei)(nei)(nei)，精(jing)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du) Ry≤ 0.13 μm（3000# 砂(sha)輪(lun)(lun)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)）。針對 Si 晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)， 國(guo)(guo)外(wai)(wai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)機(ji)(ji)(ji)(ji)產品已處于(yu)成熟階段，國(guo)(guo)內(nei)(nei)(nei)(nei)廠(chang)商很難搶 占市(shi)場份額(e)。 

       隨著新(xin)能源汽(qi)車、5G 等(deng)市場的(de)(de)(de)(de)(de)快速發展，第(di) 3 代(dai)(dai)半導(dao)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)需求(qiu)規模保(bao)持高(gao)速增(zeng)長，上述國(guo)外(wai)產(chan)品(pin)大 多(duo)針(zhen)對以(yi) Si 為(wei)(wei)主的(de)(de)(de)(de)(de)第(di) 1 代(dai)(dai)半導(dao)體(ti)(ti)材料進行加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)。與 Si 晶圓加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)不(bu)同，針(zhen)對以(yi) SiC 為(wei)(wei)主的(de)(de)(de)(de)(de)第(di) 3 代(dai)(dai)半導(dao)體(ti)(ti)材 料的(de)(de)(de)(de)(de)減薄加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)存在(zai)穩定性、可(ke)(ke)靠性、良品(pin)率等(deng)多(duo)方面 的(de)(de)(de)(de)(de)問題，對此國(guo)內外(wai)半導(dao)體(ti)(ti)廠商(shang)均實(shi)施(shi)了(le)相關舉(ju)措， 推出了(le)新(xin)一代(dai)(dai)產(chan)品(pin)。日(ri)本(ben) Disco 公司研發了(le) DFG 系(xi) 列(lie)磨床，其中 DFG8541 由(you) DFG8540 升級迭代(dai)(dai)而成， 可(ke)(ke)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong) 8 英寸碳(tan)化(hua)硅。同時，增(zeng)加(jia)(jia)(jia)(jia)了(le)非接觸式晶圓定 心(xin)機構，用于卡盤(pan)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)臺(tai)(tai)(tai)、晶圓、旋(xuan)轉(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)霧化(hua)噴嘴， 利用液滴與空氣混合(he)霧氣高(gao)速噴灑(sa)清(qing)洗表面產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de) 沖擊(ji)能，以(yi)最(zui)小的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)傷實(shi)現(xian)(xian)了(le)對卡盤(pan)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)臺(tai)(tai)(tai)、晶圓、 旋(xuan)轉(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)清(qing)潔，從而降(jiang)低了(le)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)、轉(zhuan)移和(he)清(qing)潔過程中 因顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)黏附(fu)導(dao)致的(de)(de)(de)(de)(de)破(po)損(sun)風險，并配備了(le)可(ke)(ke)通(tong)過屏幕 監控(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)卡盤(pan)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)臺(tai)(tai)(tai)傾斜(xie)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)自動調整系(xi)統，減少了(le)設 備工(gong)(gong)(gong)程師的(de)(de)(de)(de)(de)調整時間。日(ri)本(ben) ;OKAMOTO 的(de)(de)(de)(de)(de)雙軸減薄 機和(he)日(ri)本(ben)東(dong)京精(jing)密的(de)(de)(de)(de)(de)單(dan)軸減薄機分(fen)別如(ru)圖 29、圖 30 所示。日(ri)本(ben)東(dong)京精(jing)密的(de)(de)(de)(de)(de) HRG 系(xi)列(lie)高(gao)剛性單(dan)軸磨床 HRG300 通(tong)過將加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)點配置(zhi)在(zai)三角形排列(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)滑動導(dao) 軌的(de)(de)(de)(de)(de)中心(xin)位置(zhi)，使(shi)得磨削(xue)進給軸線(xian)與加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)點共線(xian)，減 小了(le)由(you)磨削(xue)力帶來的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)形，增(zeng)強了(le)設備整體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)剛性， 從而抑制(zhi)了(le)晶圓磨削(xue)損(sun)傷，并延長了(le)砂輪(lun)使(shi)用壽命， 最(zui)終(zhong)實(shi)現(xian)(xian)了(le)無損(sun)、高(gao)效、高(gao)精(jing)度(du)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)。此外(wai)，日(ri)本(ben) OKAMOTO、德國(guo) G＆N、美國(guo) Engis、韓國(guo) NTS 等(deng) 多(duo)家(jia)國(guo)外(wai)企業(ye)均擬研制(zhi)以(yi) SiC 為(wei)(wei)主的(de)(de)(de)(de)(de)第(di) 3 代(dai)(dai)半導(dao)體(ti)(ti)晶 圓減薄機產(chan)品(pin)。

       江蘇優普(pu)納(na)研(yan)制(zhi)出用于 8 英寸(cun)(cun) SiC 晶(jing)(jing)圓(yuan)超精密(mi)減(jian)(jian) 薄(bo)機(ji)，其中 CMG3200 作為(wei)可(ke)以磨(mo)削(xue)(xue)(xue) SiC 等第(di) 3 代(dai)半 導(dao)體硬(ying)脆(cui)材料的(de)(de)(de)全自(zi)(zi)動三工(gong)(gong)(gong)位減(jian)(jian)薄(bo)機(ji)，配(pei)備(bei)(bei)了大功(gong)(gong)率(lv) 氣(qi)浮主(zhu)軸(zhou)(zhou)、非(fei)接(jie)觸式厚(hou)度測(ce)頭、高(gao)(gao)(gao)剛(gang)性轉臺(tai)、大承載(zai)(zai) 直線導(dao)軌、高(gao)(gao)(gao)分辨(bian)率(lv)光(guang)柵等高(gao)(gao)(gao)穩定(ding)、高(gao)(gao)(gao)精度、高(gao)(gao)(gao)可(ke)靠(kao) 性部(bu)件(jian)，并搭載(zai)(zai)了具(ju)有(you)精準定(ding)位功(gong)(gong)能、真空保持(chi)功(gong)(gong)能、 預(yu)處理晶(jing)(jing)圓(yuan)厚(hou)度檢測(ce)功(gong)(gong)能、水汽二流體清潔(jie)功(gong)(gong)能等的(de)(de)(de) 多種輔助系統，同時可(ke)為(wei)高(gao)(gao)(gao)校企(qi)業及研(yan)究院所提供軟 件(jian)定(ding)制(zhi)化開(kai)發(fa)(fa)、吸盤定(ding)制(zhi)化開(kai)發(fa)(fa)、磨(mo)削(xue)(xue)(xue)液定(ding)制(zhi)化開(kai)發(fa)(fa) 等多種服務(wu)，且兼容異形件(jian)的(de)(de)(de)磨(mo)削(xue)(xue)(xue)加工(gong)(gong)(gong)及不同尺(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de) 砂輪(lun)。經 6 英寸(cun)(cun)碳化硅晶(jing)(jing)圓(yuan)磨(mo)削(xue)(xue)(xue)加工(gong)(gong)(gong)后(hou)，總厚(hou)度變化 值≤2 μm，表面粗糙度 Ra≤1 nm。CMG3200 磨(mo)削(xue)(xue)(xue)碳 化硅晶(jing)(jing)圓(yuan)后(hou)檢測(ce)結果(guo)如圖 31 所示。優普(pu)納(na)開(kai)發(fa)(fa)的(de)(de)(de)雙 軸(zhou)(zhou)減(jian)(jian)薄(bo)機(ji)如圖 32 所示。如圖 33 所示，北京中電(dian)科(ke)電(dian)子裝備(bei)(bei)有(you)限公(gong)司研(yan) 發(fa)(fa)的(de)(de)(de) WG 系列全自(zi)(zi)動減(jian)(jian)薄(bo)機(ji)具(ju)備(bei)(bei)可(ke)實現高(gao)(gao)(gao)精度磨(mo)削(xue)(xue)(xue) 的(de)(de)(de)機(ji)械(xie)結構(gou)，并支持(chi)軸(zhou)(zhou)向(xiang)進給(gei)（in-feed）磨(mo)削(xue)(xue)(xue)和(he)(he)深切 緩進給(gei)（creep-feed）磨(mo)削(xue)(xue)(xue)，配(pei)備(bei)(bei)了自(zi)(zi)研(yan)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)剛(gang)度低 振動氣(qi)浮主(zhu)軸(zhou)(zhou)和(he)(he)高(gao)(gao)(gao)回轉精度氣(qi)浮轉臺(tai)。北京特(te)思(si)迪半 導(dao)體設備(bei)(bei)有(you)限公(gong)司的(de)(de)(de) IVG 系列全自(zi)(zi)動晶(jing)(jing)圓(yuan)減(jian)(jian)薄(bo)機(ji)可(ke) 用于 SiC 晶(jing)(jing)圓(yuan)加工(gong)(gong)(gong)，具(ju)有(you)單軸(zhou)(zhou)、雙軸(zhou)(zhou)研(yan)削(xue)(xue)(xue)單元，具(ju) 有(you)自(zi)(zi)動測(ce)厚(hou)補償(chang)、多段研(yan)削(xue)(xue)(xue)程序、超負載(zai)(zai)等功(gong)(gong)能， 厚(hou)度在(zai)線測(ce)量(liang)分辨(bian)率(lv)為(wei) 0.1 μm，厚(hou)度在(zai)線測(ce)量(liang)重(zhong)復 精度為(wei)±1 μm。

       3 結語    

       我國(guo)(guo)在(zai)半導(dao)體(ti)加(jia)(jia)(jia)工(gong)金剛(gang)石(shi)工(gong)具和半導(dao)體(ti)超精(jing)密 加(jia)(jia)(jia)工(gong)設(she)備的研(yan)究方面起步較(jiao)晚。在(zai)半導(dao)體(ti)加(jia)(jia)(jia)工(gong)金剛(gang)石(shi) 工(gong)具方面，近(jin)幾年(nian)我國(guo)(guo)超硬材料(liao)(liao)制(zhi)品行業取(qu)得(de)了(le)重大 成果，已在(zai)部(bu)分半導(dao)體(ti)加(jia)(jia)(jia)工(gong)工(gong)具方面取(qu)代(dai)了(le)進口，解(jie) 決(jue)了(le)部(bu)分卡(ka)脖子問(wen)題，但在(zai)半導(dao)體(ti)高(gao)端加(jia)(jia)(jia)工(gong)工(gong)具方面 （如(ru)減(jian)薄(bo)砂輪(lun)(lun)）與國(guo)(guo)外相比(bi)仍有差(cha)距。目(mu)(mu)前(qian)，國(guo)(guo)內半 導(dao)體(ti)減(jian)薄(bo)砂輪(lun)(lun)的研(yan)發(fa)主要存在(zai)以下(xia)問(wen)題：在(zai)磨料(liao)(liao)方 面，由于(yu)單晶(jing)金剛(gang)石(shi)減(jian)薄(bo)砂輪(lun)(lun)磨削刃單一(yi)，整體(ti)鋒(feng)利 性(xing)不(bu)足，在(zai)晶(jing)圓減(jian)薄(bo)加(jia)(jia)(jia)工(gong)過程中會出現砂輪(lun)(lun)壽命低、 加(jia)(jia)(jia)工(gong)效率低、精(jing)度差(cha)等問(wen)題，目(mu)(mu)前(qian)國(guo)(guo)內對(dui)于(yu)金剛(gang)石(shi)表 面微區多(duo)刃化等功能磨料(liao)(liao)的研(yan)究尚不(bu)成熟；在(zai)結(jie)合劑 方面，主要基于(yu)結(jie)合劑本身的本征力學(xue)強(qiang)度較(jiao)低，以 及結(jie)合劑與金剛(gang)石(shi)磨料(liao)(liao)之(zhi)間的界面潤濕性(xing)較(jiao)差(cha)，導(dao)致 其宏觀力學(xue)與微觀磨損之(zhi)間存在(zai)差(cha)異(yi)；在(zai)砂輪(lun)(lun)制(zhi)備工(gong) 藝方面，目(mu)(mu)前(qian)超細粒度砂輪(lun)(lun)的制(zhi)備技術尚不(bu)成熟，產 品加(jia)(jia)(jia)工(gong)的一(yi)致性(xing)、穩定性(xing)較(jiao)差(cha)。 

       在半(ban)導體超精密(mi)加工設(she)備方面(mian)，國(guo)(guo)內(nei)企(qi)業(ye)正積極(ji) 加大(da)(da)晶圓(yuan)減(jian)(jian)薄機(ji)的(de)(de)研(yan)發(fa)力度，國(guo)(guo)內(nei)晶圓(yuan)減(jian)(jian)薄機(ji)市場國(guo)(guo) 產(chan)化率正不斷提(ti)升，行業(ye)展(zhan)(zhan)現(xian)出良好的(de)(de)發(fa)展(zhan)(zhan)趨勢。國(guo)(guo) 產(chan)晶圓(yuan)減(jian)(jian)薄機(ji)與國(guo)(guo)際領先企(qi)業(ye)生產(chan)設(she)備相比(bi)，在技(ji) 術、性(xing)(xing)能(neng)、加工精度等方面(mian)仍(reng)有較大(da)(da)差距，未(wei)來(lai)國(guo)(guo)內(nei) 企(qi)業(ye)還需持續(xu)加大(da)(da)研(yan)發(fa)力度。尤其是針對(dui) SiC 的(de)(de)晶圓(yuan) 減(jian)(jian)薄機(ji)研(yan)發(fa)技(ji)術仍(reng)處(chu)于發(fa)展(zhan)(zhan)階段，由于碳化硅僅次于 金剛石的(de)(de)硬度和脆性(xing)(xing)，國(guo)(guo)內(nei)外晶圓(yuan)生產(chan)線中對(dui)于 SiC 晶圓(yuan)的(de)(de)加工工藝仍(reng)處(chu)于摸索階段，無法解(jie)決加工過(guo)程 中晶圓(yuan)破(po)碎、崩邊(bian)、亞表(biao)面(mian)損傷(shang)大(da)(da)等多種問題，這對(dui) 減(jian)(jian)薄機(ji)設(she)備性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)和可靠性(xing)(xing)提(ti)出了(le)更高的(de)(de)要(yao)求。 

       為了加(jia)(jia)快半導(dao)(dao)體加(jia)(jia)工(gong)高端裝備和工(gong)具行業的快 速(su)發(fa)展，應加(jia)(jia)強基礎(chu)性(xing)材料和超精(jing)密加(jia)(jia)工(gong)機床核(he)心部 件的研究和創新力(li)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(dao)(dao)體加(jia)(jia)工(gong)設備和 工(gong)具卡脖子等問題，實現設備及工(gong)具全方位的國產化。