硅片的超精密磨削技术主要用于硅片制备中的硅片平整化和IC后道制程中的背面减薄。随着硅片直径的增大和厚度的减小,硅片超精密磨削技术及设备面临新的挑战：大的进给速度调速范围和高的进给稳定性,对磨床进给系统的结构特性和运动性能提出了较高要求；硅片在磨削中容易翘曲变形,磨削面型精度难以保证；硅片原始厚度的增大和芯片磨后厚度的减小趋势,使硅片表面磨削的材料去除量增大,提高加工效率成为一个亟待解决的问题；硅片减薄后,其表面质量和加工变形对磨削力的变化更加敏感,监控磨削力以提高成品率的问题亟待解决。面向大尺寸薄硅片的超精密磨削技术及设备的需求,针对表面质量和磨削效率这对突出矛盾问题,以提高硅片表面质量、面型精度和加工效率为目的,作者深入研究了精密进给、面型控制和磨削力监控等关键技术,设计开发了300mm硅片超精密磨床。主要研究内容和结论如下：(1)研究了基于控制力和工件旋转磨削原理的大尺寸硅片超精密磨削技术,提出了Ф300mm硅片全自动超精密磨床设计方案,该磨床采用双主轴三工位的布局结构,具有在线测量硅片厚度、在线测量磨削力等功能,可完成硅片的传输、定心、浸润、粗磨、精磨、清洗和干燥等工序,实现了硅片全自动磨削。(2)建立了硅片超精密磨床的三维虚拟样机,并对硅片磨床整机和各主要零部件进行了结构静力学分析及动力学有限元分析,完成了对各部分结构的优化设计及设计方案定型。建立了进给系统的刚柔耦合模型,分析了进给系统的运动学特性。创建了进给伺服系统的机电协同仿真模型,并推导了进给系统各环节的传递函数。对硅片磨床进给系统的位移、静态和动态等特性进行了实验验证研究。(3)针对双主轴三工位超精密硅片磨床的结构特点,研究了砂轮主轴与工件主轴相对夹角对磨削面型的影响规律,分别建立了粗磨单元和精磨单元的硅片磨削面型的数学模型；提出了双主轴三工位硅片磨床主轴倾角的调整方法,并研制了主轴倾角调整装置。通过吸盘修整和硅片磨削试验,验证了磨削面型的数学模型,实现了硅片面型精度的精确控制。(4)分析了磨削硅片过程中三向磨削力的特点,研制了基于石英晶体压电效应的三向磨削力在线测量系统,并实现了与硅片超精密磨床的集成。对所研制的三向磨削力在线测量系统进行了静态标定、动态性能测定以及在线标定,获得了三向磨削力在线测量系统的灵敏度、线性和重复性等静态及动态性能指标。以兼顾加工效率和表面质量为目标,提出了分阶段控制力磨削的工艺策略,并在所研制的硅片超精密磨床上通过控制力磨削硅片试验对上述工艺策略进行了验证。(5)与企业合作研制出国内首台0300mm硅片全自动超精密磨床,磨削后硅片的TTV值<4μm,#4800金刚石砂轮磨削后硅片的表面粗糙度值Ra<1.4nm,亚表面损伤层深度<0.25μm,实现了0300mm硅片的高效低损伤超精密磨削。