在晶圆大型化和芯片超薄化的趋势下,作为半导体工艺中重要的一环,晶圆减薄备受重视,单晶硅和碳化硅的减薄模拟也层出不穷。借助分子动力学方法,利用势函数描述原子间的相互作用可实现纳米尺度下的减薄模拟。分子动力学模拟中结构分析是常用的分析手段,而应力分析由于没有统一完整的应力计算方法并未得到广泛应用。因此,本文从平衡态分子动力学出发,提出了适用于非平衡态分子动力学模拟的平均方法。通过修改同一模型的初始速度分布得到相空间中不同的模拟起点,在相同的模拟条件下完成模拟,然后对相关物理量进行统计平均。为了避免插值,本文采用均匀的空间网格提取相应的物理量,然后用alpha shape算法对模型进行几何重构。物理量第n次平均和第n-1次平均的相对差的曲线表明随着模拟次数的增加,平均值逐渐收敛,物理量逐渐接近期望值。其次,本文还比较了Virial、Hardy应力方程和LAMMPS中的应力累积方法。LAMMPS应力场和Hardy应力场相近,由于应力累积方法配合空间平均可快速得到局部应力场,在后处理软件中直接采用了LAMMPS导出的单原子应力数据。空间平均参数如平均域的尺寸和平均域的有效体积对应力值的影响较大。与模型的特征尺寸相比,平均域的尺寸越小,应力分布越精细,应力值也越准确。平均域的有效体积可采用域内原子voronoi体积之和。和平均域的几何体积相比,原子voronoi体积之和更加准确,特别是在自由表面处。最后,结合应力分析和结构分析,本文对不同物理模型和不同加工参数的单晶硅和碳化硅的晶圆减薄模拟进行了研究。单晶硅的硬度远小于金刚石磨粒的硬度,磨粒采用刚体模型可加快计算,碳化硅的硬度和金刚石磨粒的硬度相当,磨粒采用动态模型更加精确。高应力区域主要集中在磨粒前下方,磨削方向的晶向不同,高应力区域的形状不同。同时本文还对单晶硅晶圆进行了划擦试验,并用拉曼光谱对表面应力状态进行了表征。划痕沟槽表面的残余压应力分布趋势与模拟结果相符。