DE102007049810B4

DE102007049810B4 - Simultanes Doppelseitenschleifen von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE102007049810B4
Application number: DE102007049810A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Joachim (FH) Junge; Dipl.-Ing. Robert (FH) Weiss
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2027-10-18
Also published as: JP4921444B2; JP2009095976A; CN101417405A; CN101417405B; US8197300B2; DE102007049810A1; KR101023997B1; SG152124A1; TW200918237A; US20090104846A1; KR20090039604A; TWI370040B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur der Schleifspindelpositionen in Doppelseitenschleifmaschinen zur gleichzeitigen beidseitigen Bearbeitung von Halbleiterscheiben, wobei die beiden Schleifspindeln, umfassend jeweils einen Schleifscheibenflansch zur Aufnahme einer Schleifscheibe, mittels eines Kupplungselements auf Torsion gekuppelt werden und eine Messeinheit, umfassend Inklinometer und zwei Sensoren zur Abstandsmessung, statt Schleifscheiben zwischen den beiden Schleifscheibenflanschen derart montiert ist, dass die Schleifspindeln dabei im wesentlichen in der Position sind, in der sie sich mit montierten Schleifscheiben während des Schleifvorganges befinden, wobei die gekuppelten Schleifspindeln gedreht werden, während mittels Inklinometer und Sensoren radiale und axiale Korrekturwerte einer Achsfluchtung der beiden Schleifspindeln ermittelt werden, die zu einer symmetrischen Ausrichtung der beiden Schleifspindeln verwendet werden. Weitere Ansprüche sind auf Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren gerichtet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur der Schleifspindelpositionen in Doppelseitenschleifmaschinen sowie eine geeignete Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Doppelseitenschleifmaschinen kommen bei mechanischen Bearbeitungsschritten in Fertigungssequenzen der Waferindustrie zur Herstellung von Halbleiter-, insbesondere von Siliciumscheiben (Wafer) zum Einsatz. Es handelt sich um eine mechanisch abrasive, Material abtragende Bearbeitung der Halbleiterscheiben.
Das simultane Doppelseitenschleifen („Double Disk Grinding”, DDG) wird oftmals eingesetzt, um eine besonders gute Geometrie der bearbeiteten Halbleiterscheiben zu erreichen, insbesondere im Vergleich zu alternativen Bearbeitungsverfahren wie dem sog. Läppverfahren.
Ein geeignetes DDG-Verfahren und zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen sind beispielsweise aus EP 868 974 A2 bekannt.
Die Halbleiterscheibe wird frei schwimmend zwischen zwei auf gegenüberliegenden Spindeln montierten Schleifrädern- bzw. scheiben gleichzeitig auf beiden Seiten bearbeitet. Dabei wird die Halbleiterscheibe weitgehend frei von Zwangskräften axial zwischen zwei Wasser- oder Luftkissen (z. B. den sog. Hydropads) geführt sowie radial von einem Führungsring oder von einzelnen radialen Speichen an einem „Davonschwimmen” gehindert. Während des Schleifvorgangs wird die Halbleiterscheibe rotiert, meist angetrieben von einem sog. „Notch finger”, der in die Orientierungskerbe der Halbleiterscheibe (den „Notch”) eingreift.
Geeignete DDG-Maschinen werden beispielsweise von der Fa. Koyo Machine Industries Co., Ltd. angeboten. Das Modell DXSG320 eignet sich zum Schleifen von Halbleiterscheiben mit Durchmesser 300 mm. Als Schleifwerkzeuge werden meist Diamantschleifscheiben verwendet.
Besonders kritisch beim DDG-Verfahren ist die Ausrichtung der beiden Schleifspindeln (= Wellen), auf denen die Schleifscheiben montiert werden. Die beiden Spindeln sollten bei der Grundeinstellung der Maschine exakt kollinear ausgerichtet sein, da Abweichungen (radial, axial) negativen Einfluss auf Form und Nanotopologie der Scheibe haben. Was die Form bzw. Shape der Scheibe angeht, spricht der Fachmann auch von Bow oder Warp.
Ausgehend von dieser (oftmals unsymmetrischen) Grundeinstellung werden die Spindeln anschließend symmetrisch verkippt, um entsprechende Produktkriterien zu erfüllen, u. a. bzgl. des Schleifbildes (Kreuzschliff) oder der globalen Geometrie GBIR (früher: TTV, „Total Thickness Variation”). In JP 2001-062718 wird eine entsprechende Methode offenbart. Bei einer bereits gerüsteten Maschine in Arbeitsposition wird der Versatz der Scheibe senkrecht zur Spindelrichtung (radial) mittels Wirbelstromsensoren gemessen und die Position der Schleifspindeln entsprechend eingestellt. Die Schleifspindeln werden also mit den auf ihnen befestigten Schleifscheiben in Arbeitsposition gefahren und gegenüber der Grundeinstellung im wesentlichen symmetrisch gekippt (Tilt bzw. Schleiftilt).
Die unsymmetrischen Abweichungen der Achsfluchtung werden im Rahmen dieser Erfindung auch als Parallelitätsabweichung bzw. Winkelabweichung bezeichnet. Dem Fachmann sind in diesem Zusammenhang auch die Begriffe Maschinenachsfluchtung oder einfach Achsfluchtung geläufig. Parallelitätsabweichung soll den Abstand der Mittelinien der beiden Schleifspindeln an einem bestimmten Punkt, Winkelabweichung den Winkel zwischen diesen zwei Mittellinien bezeichnen.
Im Stand der Technik wurden bereits Anstrengungen unternommen, die geschilderten Probleme zu lösen, da – wie zuvor erwähnt – in Grundeinstellung nicht exakt ausgerichtete Schleifspindeln das Schleifergebnis erheblich beeinflussen.
In EP 1 616 662 A1 ist ein Verfahren beschrieben, das vorsieht, in Arbeitsposition jeweils die Abstände der Hydropads von drei vorgegebenen Positionen auf Vorder- und Rückseite des Werkstücks mittels Wegsensoren zu bestimmen, daraus Verformungen des Werkstücks bezüglich der wenigstens drei Positionen zu berechnen und bei zu großen Abweichungen die axialen Positionen der Schleifscheiben entsprechend auszurichten.
Zur Durchführung der Abstandsmessung selbst sind mechanische Taster – wie z. B. in JP 2005-201862 offenbart – und Wirbelstromsensoren bekannt. Weiterhin sind optische Messgeräte, z. B. mittels Laser, bereits Stand der Technik. Derartige Messgeräte sind z. B. von der Fa. db Prüftechnik (OPTALIGN^®-Modelle) erhältlich. Zur Winkelmessung sind handelsübliche Inklinometer (elektrische Wasserwaagen) geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, den Stand der Technik derart zu modifizieren, dass eine exakte Achsfluchtmessung in Schleifposition an DDG-Schleifmaschinen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Verfahren zur Korrektur der Schleifspindelpositionen in Doppelseitenschleifmaschinen zur gleichzeitigen beidseitigen Bearbeitung von Halbleiterscheiben, wobei die beiden Schleifspindeln, umfassend jeweils einen Schleifscheibenflansch zur Aufnahme einer Schleifscheibe, mittels eines Kupplungselements auf Torsion gekuppelt werden und eine Messeinheit, umfassend Inklinometer und zwei Sensoren zur Abstandsmessung, statt Schleifscheiben zwischen den beiden Schleifscheibenflanschen derart montiert ist, dass die Schleifspindeln dabei im wesentlichen in der Position sind, in der sie sich mit montierten Schleifscheiben während des Schleifvorganges befinden, wobei die gekuppelten Schleifspindeln gedreht werden, während mittels Inklinometer und Sensoren radiale und axiale Korrekturwerte einer Achsfluchtung der beiden Schleifspindeln ermittelt werden, die zu einer symmetrischen Ausrichtung der beiden Schleifspindeln verwendet werden.
Vorzugsweise wird mittels des Inklinometers ein Drehwinkel, mittels des ersten Sensors ein radialer Abstand zu einem gegenüberliegenden Schleifscheibenflansch und mittels des zweiten Sensors ein axialer Abstand zu einer Messglocke auf dem von diesem Sensor während der Drehung beschriebenen Durchmesser gemessen.
Zur Messung des axialen Abstands ist eine Art Messglocke als Bezugssystem erforderlich. Eine geeignete Vorrichtung in Form einer auf einem Schleifschleibenflansch befestigten Aufnahmeplatte mit einer gegenüber dem Flansch vertikal (parallel zur Spindelachse) angeordneten Leiste ist in 1 dargestellt. Gegen diese Leiste wird axial gemessen. Eine Vielzahl andere Konfigurationen ist ebenfalls denkbar. Da fest auf dem Flansch montiert, wird auch die Messglocke während der Messung gedreht.
Vorzugsweise werden aus Drehwinkel und radialen und axialen Abständen unter Berücksichtigung maschinentypischer Hebelwege horizontale und vertikale Korrekturwerte der Achsfluchtung der beiden Schleifspindeln ermittelt.
Vorzugsweise handelt es sich bei den Sensoren um optische oder induktive Abstandsmesser.
Vorzugsweise handelt es sich um Wirbelstromsensoren mit einer Auflösung von 0,4 μm–2 μm.
Vorzugsweise wird zur Aufbereitung der Messdaten Drehwinkel und Abstände sowie zur Berechnung der horizontalen und vertikalen Korrekturen ein Steuergerät verwendet.
Vorzugsweise werden die auf Torsion gekuppelten Schleifspindeln während der Messungen um 360° gedreht.
Zur Durchführung dieses Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, umfassend zwei gegenüber stehende, kollineare rotierbare Schleifspindeln, die jeweils einen Schleifscheibenflansch, geeignet zur Aufnahme einer Schleifscheibe, umfassen, wobei zwischen den beiden auf Torsion gekuppelten Schleifscheibenflanschen eine Messeinheit, umfassend Inklinometer und zwei Sensoren zur Abstandsmessung, an einem der beiden Schleifscheibenflansche montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifspindeln dabei im wesentlichen in einer Position sind, in der sie sich mit montierten Schleifscheiben während eines Schleifvorganges befinden und dass ein erster Sensor zur Messung eines radialen Abstand zu einem dem Sensor gegenüberliegenden Schleifscheibenflansch und ein zweiter Sensor zur Messung eines axialen Abstands zu einer auf dem Schleifscheibenflansch montierten Messglocke geeignet ist.
Der axiale Abstand wird vorzugsweise in Bezug auf eine auf diesem Schleifscheibenflansch befestigte in Spindelrichtung angeordnete Messglocke bestimmt. Diese Messglocke umfasst vorzugsweise wenigstens eine Leiste als Bezug für axiale Abstandsmessungen, die parallel zur Spindelache angeordnet und auf dem Schleifscheibenflansch montiert ist.
Die Achsfluchtmessung wird in der Arbeitsposition der Spindelführungen durchgeführt, also im Wesentlichen in der Position, in der die Halbleiterscheibe geschliffen wird. Dies wird u. a. durch einen besonders kompakten Aufbau der zur Messung verwendeten Sensoren sowie Inklinometer erreicht und stellt einen wesentlichen Vorteil der Erfindung dar.
Die vorzugsweise verwendeten Wirbelstromsensoren ermöglichen einen zur Durchführung des Verfahrens erwünschten relativ kompakten Aufbau der Messeinheit.
Sowohl Sensoren als auch Inklinometer werden vorzugsweise mittels geeigneter Halterung anstatt der Schleifscheiben auf einem Schleifscheibenflansch montiert.
Vorzugsweise umfasst der Aufbau der Messvorrichtung aus Sensoren und Inklinometer auch Halterungen, die mittels Schrauben am Schleifscheibenflansch befestigt werden.
Vorzugsweise wird ein Steuergerät zur Datenaufbereitung und zur Berechnung der Korrekturwerte verwendet, das außerhalb der Maschine platziert wird.
Der gesamte Aufbau der Messvorrichtung nach Montage an den Schleifscheibenflanschen ist vorzugsweise weniger als 50 mm breit.
Da der Messaufbau anstelle der Schleifscheiben montiert wird, liegen die Schleifscheibenflansche vorzugsweise etwa 50 mm oder weniger auseinander. Dies entspricht in etwa der Arbeitsposition, in der die Grundeinstellung vorgenommen wird.
Der gesamte Aufbau wird vorzugsweise um 360° rotiert, während dessen durch Sensoren und Messeinheit bzw. Steuergerät die axialen und radialen Messwerte aufgenommen werden. Dazu werden zunächst die beiden Schleifspindeln auf Torsion gekuppelt. Das Drehen der gekuppelten Spindeln erfolgt vorzugsweise manuell.
Eine Messeinheit berechnet die Parallelitäts- und Winkelabweichung der Schleifspindeln sowie daraus die horizontalen und vertikalen Korrekturwerte unter Berücksichtigung maschinenspezifischer Hebelwege.
Nach Korrektur der Spindeltilts erfolgt vorzugsweise eine weitere Korrekturmessung auf Achsfluchtung. Anschließend werden die Schleifspindeln vorzugsweise in Schleif- bzw. Arbeitsposition gebracht (Anfahren der Schleiftilts) und erneut die Achsfluchtung gemessen. Ist das Ergebnis nicht symmetrisch zur vorherigen Achsfluchtmessung, wird erneut korrigiert.
Für die Messungen eignen sich beispielsweise die Messgeräte und Sensoren der Modellreihe EX-V der Fa. Keyence.
Während der Drehung erfolgt die Messdatenerfassung der axialen und radialen Abweichungen z. B. bei vier Winkelpositionen 3 Uhr, 6 Uhr, 9 Uhr und 12 Uhr. Die Winkelpositionen haben einen jeweiligen Abstand von 90°. Der jeweilige Drehwinkel wird vorzugsweise mittels Inklinometer ermittelt, der im Messaufbau integriert ist.
Aus diesen Messwerten lässt sich der Achsversatz mit folgenden Formeln beschreiben:

VP = (R6 – R0)/2; HP = (R9 – R3)/2;

VW = (A6 – A0)/d; HW = (A9 – A3)/d,

wobei VP = Parallelitätsabweichung vertikal, HP = Parallelitätsabweichung horizontal, VW = Winkelabweichung vertikal und HW = Winkelabweichung horizontal.
R0 entspricht z. B. dem radialen (= R) Messwert bei 0 Uhr (= 12 Uhr), A3 z. B. dem axialen (= A) Messwert bei 3 Uhr usw. Mit d wird der Durchmesser des Kreises, den der in axialer Richtung messende Sensor beschreibt, bezeichnet.
Daraus ergeben sich maschinentypabhängig axiale und radiale Korrekturwerte über die entsprechenden Hebelwege.
VP und VW werden zur Berechnung der vertikalen Korrekturwerte beider Spindeln verwendet.
Es ergibt sich für jede Spindel getrennt ein vertikaler Korrekturwert, der sowohl Winkelabweichung VW als auch Parallelitätsabweichung VP unter Einfluss der Hebelwege berücksichtigt.
HP und HW werden zur Berechnung der horizontalen Korrekturwerte verwendet.
Ergebnis sind für jede Spindel 2 Korrekturwerte (horizontal und vertikal). Diese Werte können für beide Spindeln durchaus unterschiedlich ausfallen.
Vorzugsweise erfolgt die Berechnung der Korrekturen automatisch.
Vorzugsweise zeigt das Steuergerät 4 Werte an (VP, HP, VW, HW). Die Messwerte der 2 Sensoren werden in der Messeinheit (Steuergerät) vorzugsweise mittels Verstärker aufbereitet und anschließend mittels integriertem oder separatem Rechner in die notwendigen Tiltinformationen umgerechnet.
Hierbei werden die verschiedenen Parameter wie Kipphebel der Maschine, Messkreisdurchmesser d, usw. berücksichtigt. Die Korrekturen sind also abhängig vom verwendeten Maschinentyp und dem Aufbau der Messvorrichtung bzw. der Anordnung der Sensoren. Insbesondere gehen Abstände von Gelenk zu Kippantrieb bzw. Messposition in die Berechnung ein.
Dabei ergeben sich schließlich vier Korrekturwerte LV, RV, LH, RH (L = Links, R = Rechts, H = Horizontal, V = Vertikal).
Das Inklinometer ist eine elektronische Wasserwaage. Dazu eignet sich beispielsweise das ISU Inclinometer Board der Fa. Althen Mess- und Sensortechnik.
Das Inklinometer ist vorzugsweise mechanisch über die Aufnahmevorrichtung mit den zwei Sensoren verbunden.
Nach der Spindelneigungskorrektur mittels der Korrekturwerte sollten beide Spindeln miteinander fluchten und damit eine Referenzeinstellung ergeben, von der aus die Spindeln anschließend symmetrisch verstellt (Schleiftilts) und somit optimale Schleiftilts angefahren werden.
Das Anfahren der Schleiftilts erfolgt vorzugsweise automatisch, indem die berechneten Tilts in ein Steuerprogramm der DDG-Maschine eingegeben und diese von der Maschine automatisch angefahren werden. Bei den DDG-Maschinen der Fa. Koyo entspricht dies beispielsweise dem Programm „Tilt Move”.
Manuelle Tiltkorrektur mittels Schrauben (Imbusschrauben) ist bei Verwendung anderer Maschinentypen möglich.
Nach erfolgter Achsfluchteinstellung werden die Schleifspindeln vorzugsweise mit montierter Messvorrichtung auf die Schleiftilts gefahren.
Eine erneute Achsfluchtmessung zeigt, ob die Verkippung tatsächlich symmetrisch erfolgte. Falls aufgrund von ungleichem Verhalten der Tiltverstellmechaniken oder unterschiedlichem Lagerspiels innerhalb der Maschine dies nicht der Fall war, wird vorzugsweise erneut korrigiert, so dass schließlich eine optimale Symmetrie der Spindelausrichtung gewährleistet ist.
Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren ist eine wesentlich symmetrischere Schleifspindelausrichtung durch exakte Achsfluchtmessung und Berücksichtigung von Prozesskräften.
Die derart justierten DDG-Maschinen ermöglichen es, geschliffene Halbleiterscheiben mit verbesserten Shape, Bow, Warp sowie Nanotopographien zu erzeugen.
Schwachstellen in den Führungen der Maschine bei ungenauer Ausrichtung der Spindeln sowie erhöhtes, unerwünschtes Lagerspiel werden durch das erfindungsgemäße Verfahren weitgehend vermieden.
Figuren
1 zeigt schematisch den Aufbau der Achsfluchtmessung in Arbeitsposition.
Die Messeinheit wird anstelle der Schleifscheiben zwischen den Schleifscheibenflanschen 1 montiert. Durch das Kupplungselement 6 werden die beiden Spindeln miteinander auf Torsion gekuppelt. Die Spindelvorschubachsen bzw. die Schleifscheibenflansche 1 werden genau auf Arbeitsstellung (spätere Schleifposition) gefahren. Die Messeinheit selbst umfasst einen Sensor 5 für Abstandsmessungen in axialer Richtung (parallel zur Spindelachse) und einen Sensor 4 für Abstandsmessungen in radialer Richtung. Weiterhin beinhaltet der Aufbau ein Inklinometer 3 zum Messen von 3, 6, 9 und 12 Uhr Winkelposition.
Inklinometer 3 sowie Sensoren 4 und 5, und eine Hälfte von Kupplungselement 6 sind an der rechten Aufnahmeplatte 22 befestigt. An der linken Aufnahmeplatte 21 ist die andere Hälfte des Kupplungselementes befestigt. Weiterhin dient die linke Aufnahmeplatte 21 als „Messglocke”. Gegen diese Glocke wird mit den Sensoren der Abstand gemessen. Das gesamte System wird als Messeinheit bezeichnet.

Claims

Verfahren zur Korrektur der Schleifspindelpositionen in Doppelseitenschleifmaschinen zur gleichzeitigen beidseitigen Bearbeitung von Halbleiterscheiben, wobei die beiden Schleifspindeln, umfassend jeweils einen Schleifscheibenflansch (1) zur Aufnahme einer Schleifscheibe, mittels eines Kupplungselements auf Torsion gekuppelt werden und eine Messeinheit, umfassend Inklinometer (3) und zwei Sensoren (4)(5) zur Abstandsmessung, statt Schleifscheiben zwischen den beiden Schleifscheibenflanschen (1) derart montiert ist, dass die Schleifspindeln dabei im wesentlichen in der Position sind, in der sie sich mit montierten Schleifscheiben während des Schleifvorganges befinden, wobei die gekuppelten Schleifspindeln gedreht werden, während mittels Inklinometer (3) und Sensoren (4)(5) radiale und axiale Korrekturwerte einer Achsfluchtung der beiden Schleifspindeln ermittelt werden, die zu einer symmetrischen Ausrichtung der beiden Schleifspindeln verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Inklinometers (3) ein Drehwinkel, mittels des ersten Sensors (4) ein radialer Abstand zu einem gegenüberliegenden Schleifscheibenflansch und mittels des zweiten Sensors (5) ein axialer Abstand auf dem von diesem Sensor (5) während der Drehung beschriebenen Durchmesser gemessen werden, wobei eine auf dem Schleifscheibenflansch (1) befestigte Aufnahmeplatte (21) als Messglocke für die beiden Abstandsmessungen dient.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus Drehwinkel und radialen und axialen Abständen unter Berücksichtigung maschinentypischer Hebelwege horizontale und vertikale Korrekturwerte der Achsfluchtung der beiden Schleifspindeln ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei den Sensoren (4)(5) um optische oder induktive Abstandsmesser handelt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei es sich um Wirbelstromsensoren mit einer Auflösung von 0,4 μm–2 μm handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zur Aufbereitung der Messdaten Drehwinkel und Abstände sowie zur Berechnung der horizontalen und vertikalen Korrekturen ein Steuergerät verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die auf Torsion gekuppelten Schleifspindeln während der Messungen um 360° gedreht werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend zwei gegenüber stehende, kollineare rotierbare Schleifspindeln, die jeweils einen Schleifscheibenflansch, geeignet zur Aufnahme einer Schleifscheibe, umfassen, wobei zwischen den beiden auf Torsion gekuppelten Schleifscheibenflanschen (1) eine Messeinheit, umfassend Inklinometer (3) und zwei Sensoren (4) zur Abstandsmessung, an einem der beiden Schleifscheibenflansche montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifspindeln dabei im wesentlichen in einer Position sind, in der sie sich mit montierten Schleifscheiben während eines Schleifvorganges befinden und dass ein erster Sensor (4) zur Messung eines radialen Abstand zu einem dem Sensor (4) gegenüberliegenden Schleifscheibenflansch (1) und ein zweiter Sensor (5) zur Messung eines axialen Abstands zu einer auf dem Schleifscheibenflansch (1) montierten Messglocke geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Messglocke um eine, in Richtung der Spindelachse horizontale und vertikale Leisten umfassende, auf einem Schleifschleibenflansch (1) montierte Aufnahmeplatte (21) handelt, wobei ein Sensor (4) auf die horizontale Leiste (radialer Abstandsmesser) und der zweite Sensor (5) auf die vertikale Leiste (axialer Abstandsmesser) gerichtet ist.