随着半导体产业尤其是集成电路制造技术的快速发展,单晶硅晶圆的尺寸越来越大,目前应用最为主流的是12英寸的大口径晶圆。随着晶圆尺寸的增长,传统加工工艺所面临的挑战日益增加,由于磨削、研磨以及化学机械抛光等工艺均需要对晶圆施加一定的压力,在压力的作用下,晶圆非常容易发生应力集中从而产生亚表面损伤甚至出现晶圆破裂,这对于晶圆的加工十分不利。此外,化学机械抛光具有较低的材料去除率,这使得抛光工艺的时间成本较高。基于上述背景,我们提出一种名为大气压等离子体横向刻蚀抛光的单晶硅晶圆超精密加工技术。基于大气压等离子体横向刻蚀抛光技术,有望在无应力作用前提下实现大尺寸单晶硅晶圆的高效超精密抛光。本论文对大气压等离子体横向刻蚀抛光单晶硅晶圆的工艺与机理研究进行了总结,主要包括工艺参数对材料去除率的影响、加工过程中样品表面粗糙度与表面形貌的变化、加工后亚表面状况与表面成分分析以及工艺的抛光机理。第一章介绍了课题背景与研究目的,对国内外在超精密加工以及大气压等离子体加工方向的研究现状进行了介绍。第二章介绍了电感耦合等离子体的产生,并对大气压等离子体横向刻蚀抛光工艺所需的实验设备与结构构成进行了介绍。最后,详细介绍了大气压等离子体横向刻蚀抛光技术的加工原理。第三章介绍了大气压等离子体横向刻蚀抛光工艺参数对材料去除率的影响,分别讨论了O2的流量、炬管口与样品间的距离、等离子体功率以及CF4的流量对于材料去除率的影响。利用工艺参数与材料去除率之间的关系,我们可以实现对工艺参数的优化,以获取更高的材料去除率。第四章介绍了在硅晶圆表面粗糙度与形貌的演变规律。在该章节中,我们对不同加工时间下的样品表面进行了表面形貌观测与表面粗糙度测量,并对测试结果进行了分析。第五章介绍了亚表面损伤评估以及表面成分分析。对比研究了大气压等离子体横向刻蚀抛光抛光样品、化学机械抛光样品以及研磨加工样品的亚表面损伤情况。此外,对AP-HEP加工后表面沉积物的成分进行了分析,为未来进一步优化加工过程避免表面发生沉积提供了关键信息。第六章介绍了大气压等离子体横向刻蚀抛光加工单晶硅晶圆的抛光机理。为了对抛光机理进行探究,表面微结构被制造出来并被置于不同的等离子体加工条件下进行刻蚀加工。通过表面微结构的尺寸与形貌的变化情况,初步实验验证了大气压等离子体横向刻蚀抛光的抛光机理。