硅晶圆是集成电路制造过程中最常用的衬底材料，晶圆的表面质量直接影响着器件的性能、成品率以及寿命。随着硅晶圆尺寸的不断增大，对晶圆表面平整化工艺的要求也越来越高，在此过程中新型超精密平整化减薄加工工艺得到了大量研究。其中，具有高效率、高精度、低损伤等优点的晶圆自旋转磨削技术正逐步成为抛光晶圆和图形晶圆背面减薄的主流加工技术。晶圆减薄的目标是将其厚度控制在50-100μm，并确保其损伤层、总厚度偏差、翘曲和残余应力在可接受的范围内。残余应力是评价晶圆减薄工艺的重要指标之一，它会引起磨削硅晶圆的裂纹扩展，影响后续抛光工序和晶圆的加工效率，以及芯片的强度等。因此选取合适的方法测量晶圆表面的残余应力，对衡量磨削晶圆表面质量尤其重要。　　目前，残余应力测量方法分为破坏性和非破坏两种，由于破坏性测量方法要求损坏晶圆，会导致残余应力释放，因此本实验选取一种非破坏性测量方法:拉曼光谱法，来测量晶圆在粗磨和精磨两种工艺下的表面残余应力分布，根据测量结果，建立硅晶圆加工表面残余应力的表征与评价方法。并确定使残余应力最小，分布最合理的磨削参数（砂轮转速，砂轮进给速率等）。通过改善磨削工艺以减小残余应力，改善晶圆的翘曲情况，以此提高磨削晶圆的表面质量。　　本文通过拉曼光谱法对粗磨和精磨两种工况下晶圆表面残余应力进行研究。结果表明，对于粗磨晶圆，砂轮转速和砂轮进给速率对表面残余应力的分布影响并不显著。且粗磨晶圆表面同时存在拉应力和压应力，残余应力分布波动性较大，最大拉应力和压应力均超过1000MPa。粗磨工艺下材料以脆性去除方式为主，表面损伤较大，凹坑和凸起等缺陷的存在导致了上述不均匀的应力分布状态。　　对于精磨晶圆，表面以压应力为主，这是由于磨削工艺下磨粒向下的挤压力占主导作用。随着砂轮转速的增大，表面残余应力呈现减小的趋势;随着砂轮进给速率的增大，表面残余应力呈现先减小后增大的趋势，砂轮进给速率存在一个中间的最优值约为0.15μm/s，使得此时表面残余应力最小，在砂轮进给速率小于0.15μm/s或大于0.15μm/s时，残余应力均不同程度的增大。对比发现，精磨之后晶圆表面的残余应力最大值比粗磨后要小300-500MPa，说明精磨对表面造成的损伤更小。　　通过杨氏溶液对晶圆进行腐蚀，得到粗磨和精磨两种工况下晶圆沿深度方向残余应力的分布情况。结果发现，粗磨晶圆由表面至亚表面残余应力分布呈现先压后拉的趋势，且零应力层出现在深度为50nm左右的区域;精磨晶圆由表面至亚表面残余应力分布同样呈现先压后拉的趋势，且零应力层出现在深度为50-60nm左右的区域。两种磨削工况下，压应力均出现在表面到亚表面很浅的区域(0到50-60nm)。　　通过对比径向应力分布情况，发现磨削晶圆从中心到边缘应力均呈现逐渐增大的趋势。因此后道工序时，对边缘位置应该更加关注。　　以上实验结果说明，要提高晶圆表面磨削质量，减小残余应力，主要要对精磨工艺进行改进，增大砂轮转速，同时砂轮进给速率保持在0.15μm/s时，晶圆的磨削残余应力最小。