笔者前期通过《关注半导体设备国产化：晶盛机电专注硅片设备，单晶炉领先同行》等多篇短文介绍了硅片加工中拉晶、硅锭加工环节中的主要设备，同时对硅片成型环节中的退火和倒角工艺及相关设备做了相关介绍。本文在前述文章的基础上对硅片成型工艺中极其重要的研磨工艺及相关设备做个介绍，供大家参考。

硅片研磨工艺简介

硅片研磨工艺指通过机械双面研磨的方法，去除硅片表面因切割工艺造成的锯痕，减小硅片表面损伤层（Surface Damage）的深度，有效改善硅片平坦度与表面粗糙度的工艺，所需设备是双面研磨机：

双面研磨机

双面研磨机的工作原理是：行星载具外齿圈与中心轮外齿圈和下研磨盘外径端的内齿圈啮合，随着中心轮转动。硅片放在行星载具孔洞内并随着载具旋转，上、下研磨盘旋转并施加一定的研磨压力，行星载具在上、下研磨盘之间随着行星轮转动，并浇注由氧化铝、水等配制而成的研磨浆料。磨削阻力小不损伤工件，而且两面均匀磨削生产效率高。有光栅厚度控制系统，加工后的产品厚度公差可控制。双面研磨机的重要组成部分有球墨铸铁材质的研磨盘、载具和研磨浆料器等，采用球墨铸铁制造研磨盘的主要原因是球墨铸铁中的球状石墨在研磨工艺中可起到润滑作用：

研磨盘是研磨机关键零部件，不仅要保证研磨盘的表面几何精度及其保持性，还应当具备硬度分布均匀（硬度为140-180HB），使用中容易修整等特性。在研磨盘的研磨表面上通常制造有沟槽，沟槽作用是便于研磨浆料在研磨表面上流动，以及研磨结束后便于取片。沟槽深度通常为10mm，宽度1-2mm，按相互垂直方式布局，沟槽间距取决于设备制造商的经验。

由研磨机的原理可知，双面研磨机必须有上、下研磨盘之间的相对转动、行星载具自转和绕中心轮公转三种基本运动，在设备结构上中心轮的定轴转动是必需的，下研磨盘内齿圈定轴转动是可选的。

双面研磨机的主要参数有研磨盘直径(mm)、研磨区宽度(mm)、研磨硅片最大直径(mm)、研磨最小/最大厚度(mm)、研磨最大压力(kgf)和中心轮最大转速(r/min)等。

双面研磨工艺通常采用粗研与精研相结合的方法来提高硅片研磨质量，其中粗研工艺采用磨料粒度较大的研磨浆料（磨料粒度约为15m）、较大的研磨压力和较高的研磨转速，研磨去除率较高，研磨后硅片表面粗糙度达到0.63m以下。

精研工艺采用磨料粒度较小的研磨浆料（磨料粒度约为3-5m）、较低的研磨压力和较小的研磨转速，研磨去除率较小，研磨后硅片表面粗糙度达到0.16m以下。

国内外主要的研磨机厂商

国内目前从事双面研磨机制造的主要企业有苏州赫瑞特电子、晶盛机电（300316.SZ）、宇晶股份（002943.SZ），国外厂商主要有SpeedFam公司、日本浜井产业株式会社（Hamai）、德国莱玛特沃尔特斯和美国PR Hoffman机械公司等。

晶盛机电目前量产的先进双面研磨机为32B-ZJS，相关资料显示晶盛机电的双面研磨机改善了硅片厚度和总厚度变化等参数，使硅片能达到后续抛光的工艺要求，避免常规工艺需要的粗研和精研两道工艺，降低了工艺复杂性：

苏州赫瑞特电子目前发展成为集设备、辅料和工艺技术、专业化服务为一体的产业链式配套服务商，其半导体设备包括抛光机、研磨机、减薄机、切割机等，其中研磨机主要有X61 D9/S50系列和X62 S36D等系列，但目前苏州赫瑞特的设备仅能覆盖8英寸及以下的硅片、蓝宝石、ITO基板等的双面研磨工艺，12英寸尚属空白：

宇晶股份是一家2018年11月在中小板上市的湖南企业，公司是专业从事多线切割机、研磨抛光机等精密加工机床研发、设计、生产及销售的企业，其研发的YJ-20B5L/PA双面研磨/抛光机适用于硅片、GaAs、陶瓷及石英晶体等材料的双面高精度研磨或抛光，可加工最大直径454mm的工件，也是笔者找到的加工直径最大的设备：

SpeedFam公司的设备主要集中在研磨机/抛光机、倒角机和减薄机领域，其中公司的单面研磨/抛光机和双面研磨/抛光机主要用于8英寸及以下的硅片、蓝宝石等研磨/抛光工艺，就加工尺寸而言要稍弱于宇晶股份，与晶盛机电处于同一水平：

日本浜井产业株式会社是一家成立于1921年的百年企业，公司主要产品有研磨/抛光机、滚齿机和双面铣床等，其中研磨/抛光机有3B-9B小型、13B-16B中型、20B-40B大型和超大型等型号：

从加工工件直径来看浜井产业可加工直径700mm的工件，要远大于宇晶股份的454mm，游行轮数量与宇晶股份先进设备一样是5个，其他性能参数彼此接近。当然判断研磨机设备的性能优劣，除了工件直径和研磨厚度等参数外，还要考虑研磨表面的精度，以便为后续工艺做准备。

宇晶股份与晶盛机电的设备与国外同行相比不是太差，但是持有这两家公司股票的投资者估计要哭了，尤其是宇晶股份近一年股价下跌了46%，今年也下跌了9%。2019年公司营收下降26%，净利润下降82%，今年一季度受疫情影响净利润预计亏损310-440万元，业绩承压。

原创声明：本文作者系阿尔法经济研究原创，欢迎个人转发，谢绝媒体、公众号或网站未经授权转载。

免责声明：阿尔法经济研究发布的内容仅供参考，不构成任何投资建议。