CN101417405A - 半导体晶片的同时双面磨削 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种校正用于半导体晶片的同时双面加工的双面磨削机中的磨削主轴位置的方法，其中，分别包括用于接收磨削盘的磨削盘凸缘的两个磨削主轴借助于连接元件扭转地连接，且包括倾角计和用于距离测量的两个传感器的测量单元代替磨削盘以这种方式安装在两个磨削盘凸缘之间，使得在这种情况下磨削主轴大致处于当在磨削过程中安装有磨削盘时它们所处的位置，其中，被连接的磨削主轴被转动，同时倾角计和传感器用于确定两个磨削主轴的轴向对准的径向和轴向校正值，所述径向和轴向校正值用于两个磨削主轴的对称定向。本发明的另一方面涉及在加工力的作用下的主轴位置的校正。另外的权利要求涉及用于执行所述方法的装置。

Description

半导体晶片的同时双面磨削
技术领域
本发明涉及一种用于半导体晶片的双面磨削的方法，特别是一种通过改善双面磨削机的磨削主轴的方位用于双面磨削机的对准、磨削主轴位置的校正的方法，以及用于执行该方法的合适装置。
背景技术
双面磨削机在用于制造半导体晶片、特别是硅晶片的晶片工业的制作工序中的机加工步骤中使用。涉及到半导体晶片的机械研磨、材料去除加工。
通常使用同时双面磨削(“双盘磨削”，DDG)，以便使加工后的半导体晶片具有特别好的几何形状，特别是与诸如所谓的抛光方法的可选加工方法相比。
例如从EP868974A2公知一种合适的DDG方法和用于执行该方法的装置。
在安装于相对的主轴上的两个磨削轮或盘之间以自由浮动的方式同时对半导体晶片的两面进行加工。在这种情况下，半导体晶片轴向上在两个水垫或气垫(例如，所谓的液体缓冲垫，hydropad)之间被以基本无约束力的方式引导，且径向上通过引导环或通过各个径向辐条被防止“浮动走”。在磨削加工过程中，半导体晶片通常以由所谓的“凹口指”驱动的方式转动，所述“凹口指”咬入半导体晶片的定向凹口中。
合适的DDG机器例如由光洋(Koyo)机械工业有限公司提供。型号DXSG320适合于磨削直径为300mm的半导体晶片。金刚石磨削盘通常用作磨削工具。
在DDG方法中特别关键的是，上面安装有磨削盘的两个磨削主轴(即轴)的定位。两个主轴应在机器的基本设置过程中被定位成精确共线，这是因为(径向、轴向)偏差不利地影响晶片的形状和毫米级微观结构(nanotopology)。就晶片的形状而言，本领域普通技术人员采用的术语包括弓形度(bow)或翘曲度(warp)。
从(通常非对称的)该基本设置开始，主轴随后对称地倾斜，以满足相应的产品标准，尤其是磨纹(端面磨削)或整体几何形状GBIR(以前：TTV，“总厚度变化”)。JP2001-062718公开了一种相应的方法。当使用处于工作位置的已装备好的机器时，垂直于主轴方向(径向)的晶片偏移借助于涡流传感器测量，磨削主轴的位置被相应地设置。因此，在工作位置磨削主轴与固定在它们上的磨削盘一起移动，且相对于基本设置大致对称地倾斜(倾斜或磨削倾斜)。
在本发明的上下文中，轴向对准的非对称偏差也称作平行度偏差或角度偏差。在这点上，术语“机器轴向对准”或“简单轴向对准”对于本领域普通技术人员也非常熟悉。平行度偏差用于表示在指定处的两个磨削主轴的中心线之间的距离，角度偏差为这两个中心线之间的角度。
在现有技术中，人们已做出各种努力以解决上述问题，因为，如上所述，在基本设置中未准确定位的磨削主轴对磨削结果有着相当大的影响。
EP 1616662A1描述了一种方法，该方法在每种情况下借助于位移传感器在工作位置时确定液体缓冲垫和工件的前后面上的三个预定位置之间的距离、用于由此计算相对于至少三个位置的工件变形、以及用于在偏差过大的情况下对磨削盘的轴向位置进行相应地定位。
DE 102004011996A1也公开了在液体缓冲垫中植入一个或多个测量传感器，所述传感器在磨削过程中可测量液体缓冲垫的表面与工件表面之间的距离。这些距离测量用于借助于磨削主轴的轴向位移以这种方式使液体缓冲垫之间的工件对中，即，在工件的两侧，工件与液体缓冲垫之间的距离变得相同。从DE 102004053308A1还获知一种类似方法，该方法特别是参照工件的中心平面且在晶片引导件中提供三个测距计。
现有方法的不足是，磨削主轴的平行度偏差(主轴的中心线之间的距离)由于缺乏径向测量值没有被考虑。磨削主轴的基本设置不能通过所述方法校正。这种问题同样存在于JP 2001-062718公开的方法。
为了执行自身距离测量，公知例如JP 2005-201862中公开的机械探针和涡流传感器。而且，例如借助于激光的光学测量单元已是现有技术。这种类型的测量单元例如可例如从db无损检测技术公司(OPTALIGN
Figure A200810215359D0007141844QIETU
型号)获得。市场上可获得的倾角计(电子水平仪)适于角度测量。
发明内容
本发明的目的是改进现有技术，以便能够在DDG磨削机上的磨削位置进行准确的轴向对准测量。
本发明借助于一种校正用于半导体晶片的同时双面加工的双面磨削机中的磨削主轴位置的方法实现，其中，分别包括用于接收磨削盘的磨削盘凸缘的两个磨削主轴借助于连接元件扭转地连接，且包括倾角计和用于距离测量的两个传感器的测量单元代替磨削盘以这种方式安装在两个磨削盘凸缘之间，使得在这种情况下磨削主轴大致处于当在磨削过程中安装有磨削盘时它们所处的位置，其中，连接的磨削主轴被转动，同时倾角计和传感器用于确定两个磨削主轴的轴向对准的径向和轴向校正值，所述径向和轴向校正值用于两个磨削主轴的对称定向。
优选地，倾角计用于测量转动角度，第一传感器用于测量自相对的磨削盘凸缘的径向距离，第二传感器用于测量在转动过程中该传感器所沿着的直径上自测量钟(measuring bell)的轴向距离。
需要一种类型的测量钟作为用于测量轴向距离的参考系。图1中示出了成接收板形式的合适装置，所述接收板固定在磨削盘凸缘上且具有与凸缘垂直设置的条带(与主轴轴线平行)。相对于所述条带执行轴向测量。同样可想像到多种其他结构。由于固定地安装在凸缘上，因此测量钟在测量过程中也转动。
优选地，两个磨削主轴的轴向对准的水平和竖直校正值在考虑了常规机器杠杆行程(machine-typical lever travel)的情况下由转动角度以及径向和轴向距离确定。
优选地，传感器是光学或感应测距计。
优选地，包括分辨率为0.4μm至2μm的涡流传感器。
优选地，控制单元用于调节转动角度和距离的测量数据，还用于计算水平和竖直校正量。
优选地，扭转连接的磨削主轴在测量过程中转动360°。
适于执行该方法的装置包括：两个相对的共线的可转动磨削主轴，每个可转动磨削主轴包括适于接收磨削盘的磨削盘凸缘，其中，在两个扭转连接的磨削盘凸缘之间，包括倾角计、和用于距离测量的两个传感器的测量单元安装在两个磨削盘凸缘中的一个磨削盘凸缘上，其中，磨削主轴在这种情况下大致处于在磨削处理过程中当安装有磨削盘时它们所处的位置，且其中，第一传感器适于测量自与该传感器相对的磨削盘凸缘的径向距离，第二传感器适于测量自安装在磨削盘凸缘上的测量钟的轴向距离。
轴向距离优选地参照测量钟确定，所述测量钟固定在该磨削盘凸缘上且设置在主轴方向上。所述测量钟优选包括至少一个条带作为轴向距离测量的参照物，所述至少一个条带与主轴轴线平行地设置，且安装在磨削盘凸缘上。
在主轴引导件的工作位置即大致在半导体晶片被磨削的位置执行轴向对准测量。这借助于测量用的传感器和倾角计的特别紧凑的结构实现，从而构成本发明的主要优点。
优选使用的涡流传感器能够使得期望用于执行该方法的测量单元具有相当紧凑的结构。
传感器和倾角计优选借助于合适安装件代替磨削盘安装在磨削盘凸缘上。
优选地，包括传感器和倾角计的测量装置的结构还包括安装件，所述安装件借助于螺栓固定到磨削研磨盘凸缘。
优选地，定位在机器外部的控制单元用于数据调节，和用于计算校正值。
在安装在磨削盘凸缘上之后的测量装置的整个结构优选宽度小于50mm。
由于测量结构代替磨削盘安装，因此磨削盘凸缘彼此间隔开优选近似50mm或更小。这近似对应于执行的基本设置中的工作位置。
整个结构优选转动360°，同时轴向和径向测量值由传感器和测量单元或控制单元记录。为此，首先两个磨削主轴扭转地连接。被连接的主轴的转动优选手动进行。测量单元计算磨削主轴的平行度和角度偏差，且在考虑特定机器杠杆行程(machine-specific lever travel)的情况下由此计算水平和竖直校正值。
在主轴倾斜的校正之后优选进行关于轴向对准的另一校正测量。然后，磨削主轴优选被使得处于磨削或工作位置(执行磨削倾斜)，且轴向对准再次被测量。如果结果相对于前一轴向对准测量不对称，再次实施校正。
作为示例，来自基恩士公司(Keyence)的型号系列EX-V的测量单元和传感器适合于测量。
在转动过程中，例如在3点钟、6点钟、9点钟和12点钟的四个角度位置处执行轴向或径向偏差的测量数据采集。角度位置具有相应90°的间隔。相应的转动角度优选借助于集成在测量结构中的倾角计确定。
由这些测量值，轴向偏移可通过以下公式描述：
VP＝(R6-R0)/2；HP＝(R9-R3)/2；
VW＝(A6-A0)/d；HW＝(A9-A3)/d；
其中，VP为竖直平行度偏差，HP为水平平行度偏差，VM为竖直角度偏差，HM为水平角度偏差。
R0例如与在0点钟(＝12点钟)时的径向(R)测量值对应，A3例如与在3点钟处的轴向(A)测量值对应等。d表示执行轴向测量的传感器所沿着的圆的直径。
这些以与机器类型相关的方式在相应的杠杆行程上产生轴向和径向校正值。
VP和VW用于计算两个主轴的竖直校正值。
对于每个主轴，单独地产生考虑了在杠杆行程的影响下的角度偏差VM和平行偏差VP的竖直校正值。
HP和HW用于计算水平校正值。
对于每个主轴，结果是2个校正值(水平和竖直)。对于两个主轴，这些值结果可能完全不同。
校正量优选自动计算。
优选地，控制单元显示4个值(VP，HP，VW，HW)。2个传感器的测量值优选在测量单元(控制单元)中通过放大器调节，随后通过集成或单独的计算机转换为必需的倾斜信息。
在这种情况下，各种参数例如机器的倾斜杠杆、测量圆直径d等被考虑。因此，校正量依赖于所使用的机器类型和测量装置的结构或传感器的配置形式。特别地，铰接接头与倾斜驱动部件或测量位置之间的距离被包括在该计算中。
在这种情况下，最终产生四个校正值LV、RV、LH、RH(L-左，R-右，H-水平，V-竖直)。
倾角计是电子水平仪。例如来自Althen Mess与Sensortechnik公司的ISU倾角计板适于此。
倾角计优选经由接收装置机械连接到两个传感器。
在借助于校正值对主轴倾斜校正之后，两个主轴应彼此对准，从而产生参考设置，由该参考设置，主轴随后对称地调节(磨削倾斜)，从而实现了最优的磨削倾斜。
磨削倾斜优选基于计算的倾斜量自动实施，该计算的倾斜量输入到DDG机器的控制系统，且由机器自动实施。在来自光洋(Koyo)公司的DDG机器的情况下，这例如对应于“倾斜移动(tilt move)”程序。
当使用其他机器类型时，可借助于螺钉(凹头螺钉)进行手动倾斜校正。
在已执行轴向对准设置之后，磨削主轴优选连同安装的测量装置被移动至磨削倾斜。
更新的轴向对准测量结果显示倾斜实际上是否对称地被实施。如果由于倾斜调节机构的不相同的性能或机器内不同的轴承间隙而不是这种情况，优选再次实施校正，结果最终确保主轴方位的最优对称。
本发明的另一方面是确定径向测量值，从而，确定也在加工力的作用下的磨削主轴位置的径向偏移。
适于此的是一种用于半导体晶片的同时双面磨削的方法，其中，半导体晶片在附装在相对的共线主轴上的两个转动磨削轮之间以材料去除的方式被加工，其中，半导体晶片在加工过程中轴向上借助于两个静压轴承以基本无约束力的方式被引导、径向上借助于引导环被引导，且由驱动器使得转动，其中，在半导体晶片的磨削过程中，借助于至少两个传感器，至少一个静压轴承与磨削轮之间的径向距离被测量，并由此计算主轴位置的水平和竖直校正值，从而主轴的位置相应地被校正。
优选地，两个传感器安装在静压轴承上，其中，它们相对于图2的磨削盘的圆周间隔开至少30°、至多150°(理想地：90°)的角度。
优选地，首先半导体晶片以测试目的的这种方式加工，且为该主轴确定水平和竖直偏差。
优选地，对于相对的心轴，随后类似地重复进行上述过程，同样确定水平和竖直偏差。
借助于如此获得4个偏差(水平，竖直，左和右)，主轴倾斜优选再次被校正(非对称地)，从而由静态轴向对准测量产生对称偏差。
优选地，传感器在测试晶片的加工之后的磨削过程中被取下。
传感器优选是涡流传感器。
因此，在磨削过程中应用了该测量结果。因此，在校正中隐含地考虑了加工力和它们对主轴位置的影响。
在每种情况下，传感器安装在两个静压轴承的一个上，且测量自磨削轮的径向距离。
借助于两个传感器，在磨削过程中确定磨削轮或主轴的径向偏移。对于两个主轴，优选单独地执行上述操作。
对于左手主轴和右手主轴优选单独地执行上述测量可能是有利的，因为在同时测量的情况下传感器可能会相互影响。
在左手磨削主轴和右手磨削主轴的位置得到校正之后，总结果是两个主轴的平行度偏差的校正，尽管在这种情况下考虑了加工力，这构成了本发明的该方面的特殊优点。
由于径向上绕着磨削盘设置的两个传感器间隔开布置，径向偏移的幅度和方向可明确地被确定。
轴向测量值未被确定。
在考虑特定机器杠杆行程的情况下，径向测量值用作磨削倾斜的偏移量(主轴倾角值)。
因此，对于两个主轴，可单独地根据方向和主轴空转和加载操作之间的幅度确定径向偏移。
测量径向值基于给定的固定角度位置被分解成水平和竖直分量。相应的差值(左-右值)一半分别用作左手主轴和右手主轴的校正值。这些值作为具有不同符号的偏移量被并入左和右主轴倾斜中。因此，主轴以这种方式被非对称地预先设置，即，它们在负载情况下再次对称地轴向对准。
倾角计的使用不是必须的，且它也不是优选的，因为测量角度通过传感器的布置方式被预先确定。
因此，对于每个主轴，再次产生水平和竖直校正值。
如此确定的校正量优选充当用于事先静态执行的轴向对准测量的偏移量，且能够产生非常对称的磨削倾斜设置。
因此，特别优选的是，使事先获知的静态轴向对准测量与在此描述的径向偏移的校正相组合。
优选地，在磨削过程中的测量不仅在测试晶片上执行，而且在生产过程中使用。在这种情况下，两个主轴同时被测量。为此，两个静压轴承配备有传感器。倾斜偏移的校正借助于机械控制装置自动地实施。
自动主轴设置基于确定的校正实施，所述确定的校正存储在磨削指令(“倾斜移动”)中且由机器实施。
对于在测试晶片的磨削过程中仅实施一次测量的情况，作为对比，如此确定的偏移量被认为是恒定的，且在每种情况下在随后的磨削步骤中经由随后要使用的磨削倾斜被考虑，该磨削倾斜相应地被偏移该偏离量。在随后生产中，在这种情况下传感器优选被取下。
本发明还涉及一种包括在双面磨削机中用于轴向引导半导体晶片的静压轴承(7)的装置，所述轴承包括缺口，磨削盘(8)通过该缺口与半导体晶片相互作用，其中，用于距离测量的两个传感器(9)安装在静压轴承上，所述传感器(9)相对于相关的磨削盘(8)的圆周间隔开至少30°、至多150°的角度。
静压轴承优选是根据现有技术的液体缓冲垫。
传感器用于测量双面磨削机的静压轴承与磨削轮之间的径向距离，且用于磨削主轴位置的校正。
根据本发明的方法的优点是明显更对称的磨削主轴定向，由于准确的轴向对准测量且考虑了加工力。
以这种方式对准的DDG机器可使得产生具有改善的形状、弓形度、翘曲度、细微结构的磨削好的半导体晶片。
通过根据本发明的方法，显著地避免了具有不准确的主轴定向和不良轴承间隙增加的机器的引导中的弱点。
附图说明
图1主要示出了在工作位置的轴向对准测量的结构；
图1a示出了沿图1的线A-A所作的剖视图；以及
图2示意性地示出了具有作用在磨削主轴上的加工力的测量结构。
具体实施方式
测量单元代替磨削盘安装在磨削盘凸缘1之间。两个主轴通过连接元件6彼此扭转地连接。主轴前行轴或磨削盘凸缘1精确地被移动到工作位置(随后的磨削位置)。测量单元本身包括用于轴向(与主轴轴线平行)的距离测量的传感器5和用于径向的距离测量的传感器4。而且，该结构包括用于测量3、6、9和12点钟角度位置的倾角计3。
倾角计3和传感器4、5、以及连接元件6的一半固定到右手接收板22。连接元件的另一半固定到左手接收板21。此外，左手接收板21用作“测量钟”。通过传感器测量相对于所述钟的距离。整个系统称作测量单元。
图2示出了用于测量在加工力作用于主轴上时的径向偏移量的测量结构：晶片引导件7(例如，液体缓冲垫与引导环)、磨削盘8和两个传感器9。传感器9固定到在此被示为晶片引导件7的液体缓冲垫，且相对于磨削盘8的圆周间隔开指定的角度。

Claims (14)

1.一种校正用于半导体晶片的同时双面加工的双面磨削机中的磨削主轴位置的方法，其中，分别包括用于接收磨削盘的磨削盘凸缘的两个磨削主轴借助于连接元件扭转地连接，且包括倾角计和用于距离测量的两个传感器的测量单元代替磨削盘以这种方式安装在两个磨削盘凸缘之间，使得在这种情况下磨削主轴大致处于当在磨削过程中安装有磨削盘时它们所处的位置，其中，连接的磨削主轴被转动，同时倾角计和传感器用于确定两个磨削主轴的轴向对准的径向和轴向校正值，所述径向和轴向校正值用于两个磨削主轴的对称定向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，倾角计用于测量转动角度，第一传感器用于测量自相对的磨削盘凸缘的径向距离，第二传感器用于测量在转动过程中由所述传感器所沿着的直径上的轴向距离，且固定在磨削盘凸缘上的接收板充当两个距离测量的测量钟。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在考虑了常规机器杠杆行程的情况下，两个磨削主轴的轴向对准的水平和竖直校正值由转动角度以及径向和轴向距离确定。
4.如权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，传感器是光学或感应测距计。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，包括分辨率为0.4μm至2μm的涡流传感器。
6.如权利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于，控制单元用于调节转动角度和距离的测量数据，还用于计算水平和竖直校正量。
7.如权利要求1至6中任一所述的方法，其特征在于，扭转连接的磨削主轴在测量过程转动360°。
8.一种用于半导体晶片的同时双面磨削的方法，其中，半导体晶片在附装在相对的共线主轴上的两个转动磨削轮之间以材料去除的方式被加工，其中，半导体晶片在加工过程中轴向上借助于两个静压轴承以基本无约束力的方式、径向上借助于引导环被引导，且由驱动器使得转动，其中，在半导体晶片的磨削过程中，借助于至少两个传感器，至少一个静压轴承与磨削轮之间的径向距离被测量，并由此计算主轴位置的水平和竖直校正值，从而主轴的位置相应地被校正。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，两个传感器固定到静压轴承，所述传感器相对于相关的磨削轮的圆周间隔开至少30°、至多150°的角度。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，两个传感器在每种情况下固定到两个静压轴承，所述传感器在每种情况下相对于相关的磨削轮的圆周间隔开至少30°、至多150°的角度。
11.如权利要求8至10中任一所述的方法，其特征在于，所述传感器是涡流传感器。
12.一种用于执行权利要求1所述的方法的装置，包括：两个相对的共线的可转动磨削主轴，每个可转动磨削主轴包括适于接收磨削盘的磨削盘凸缘，其中，在两个扭转连接的磨削盘凸缘之间，包括倾角计、和用于距离测量的两个传感器的测量单元安装在两个磨削盘凸缘中的一个磨削盘凸缘上，其中，磨削主轴在这种情况下大致处于当在磨削过程中安装有磨削盘时它们所处的位置，且其中，第一传感器适于测量自与所述传感器相对的磨削盘凸缘的径向距离，第二传感器适于测量自安装在磨削盘凸缘上的测量钟的轴向距离。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，测量钟是接收板，所述接收板包括沿主轴轴线的方向的水平和竖直条带，且安装在磨削盘凸缘上，一个传感器指向水平条带(径向测距计)，第二传感器指向竖直条带(轴向测距计)。
14.一种包括在双面磨削机中用于轴向引导半导体晶片的静压轴承的装置，所述轴承包括缺口，磨削盘通过该缺口与半导体晶片相互作用，其中，用于距离测量的两个传感器安装在静压轴承上，所述传感器相对于相关的磨削盘的圆周间隔开至少30°、至多150°的角度。
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