半導體晶片的同時雙面磨削的製作方法

2023-10-09 13:36:04

專利名稱：半導體晶片的同時雙面磨削的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於半導體晶片的雙面磨削的方法，特別是一種通過 改善雙面磨削機的磨削主軸的方位用於雙面磨削機的對準、磨削主軸位置 的校正的方法，以及用於執行該方法的合適裝置。
背景技術：
雙面磨削機在用於製造半導體晶片、特別是矽晶片的晶片工業的製作 工序中的機加工步驟中使用。涉及到半導體晶片的機械研磨、材料去除加 工。
通常使用同時雙面磨削("雙盤磨削"，DDG)，以便使加工後的半導體 晶片具有特別好的幾何形狀，特別是與諸如所謂的拋光方法的可選加工方 法相比。
例如從EP868974A2公知一種合適的DDG方法和用於執行該方法的裝置。
在安裝於相對的主軸上的兩個磨削輪或盤之間以自由浮動的方式同時 對半導體晶片的兩面進行加工。在這種情況下，半導體晶片軸向上在兩個 水墊或氣墊(例如，所謂的液體緩衝墊，hydropad)之間被以基本無約束 力的方式引導，且徑向上通過引導環或通過各個徑向輻條被防止"浮動走"。 在磨削加工過程中，半導體晶片通常以由所謂的"凹口指"驅動的方式轉 動，所述"凹口指"咬入半導體晶片的定向凹口中。
合適的DDG機器例如由光洋(Koyo)機械工業有限公司提供。型號 DXSG320適合於磨削直徑為300mm的半導體晶片。金剛石磨削盤通常用 作磨削工具。
在DDG方法中特別關鍵的是，上面安裝有磨削盤的兩個磨削主軸(即 軸)的定位。兩個主軸應在機器的基本設置過程中被定位成精確共線，這 是因為(徑向、軸向)偏差不利地影響晶片的形狀和毫米級微觀結構(nanot叩ology)。就晶片的形狀而言，本領域普通技術人員採用的術語包 括弓形度(bow)或翹曲度(warp)。
從(通常非對稱的)該基本設置開始，主軸隨後對稱地傾斜，以滿足 相應的產品標準，尤其是磨紋(端面磨削)或整體幾何形狀GBIR (以前 TTV，"總厚度變化")。JP2001-062718公開了一種相應的方法。當使用處 於工作位置的已裝備好的機器時，垂直於主軸方向(徑向)的晶片偏移借 助於渦流傳感器測量，磨削主軸的位置被相應地設置。因此，在工作位置 磨削主軸與固定在它們上的磨削盤一起移動，且相對於基本設置大致對稱 地傾斜(傾斜或磨削傾斜)。
在本發明的上下文中，軸向對準的非對稱偏差也稱作平行度偏差或角 度偏差。在這點上，術語"機器軸向對準"或"簡單軸向對準"對於本領 域普通技術人員也非常熟悉。平行度偏差用於表示在指定處的兩個磨削主 軸的中心線之間的距離，角度偏差為這兩個中心線之間的角度。
在現有技術中，人們已做出各種努力以解決上述問題，因為，如上所 述，在基本設置中未準確定位的磨削主軸對磨削結果有著相當大的影響。
EP 1616662A1描述了一種方法，該方法在每種情況下藉助於位移傳感 器在工作位置時確定液體緩衝墊和工件的前後面上的三個預定位置之間的 距離、用於由此計算相對於至少三個位置的工件變形、以及用於在偏差過 大的情況下對磨削盤的軸向位置進行相應地定位。
DE 102004011996A1也公開了在液體緩衝墊中植入一個或多個測量傳 感器，所述傳感器在磨削過程中可測量液體緩衝墊的表面與工件表面之間 的距離。這些距離測量用於藉助於磨削主軸的軸向位移以這種方式使液體 緩衝墊之間的工件對中，即，在工件的兩側，工件與液體緩衝墊之間的距 離變得相同。從DE 102004053308A1還獲知一種類似方法，該方法特別是 參照工件的中心平面且在晶片引導件中提供三個測距計。
現有方法的不足是，磨削主軸的平行度偏差(主軸的中心線之間的距 離)由於缺乏徑向測量值沒有被考慮。磨削主軸的基本設置不能通過所述 方法校正。這種問題同樣存在於JP2001-062718公開的方法。
為了執行自身距離測量，公知例如JP 2005-201862中公開的機械探針 和渦流傳感器。而且，例如藉助於雷射的光學測量單元已是現有技術。這種類型的測量單元例如可例如從db無損檢測技術公司(OPTALIGN⑧型號) 獲得。市場上可獲得的傾角計(電子水平儀)適於角度測量。

發明內容
本發明的目的是改進現有技術，以便能夠在DDG磨削機上的磨削位置 進行準確的軸向對準測量。
本發明藉助於一種校正用於半導體晶片的同時雙面加工的雙面磨削機 中的磨削主軸位置的方法實現，其中，分別包括用於接收磨削盤的磨削盤 凸緣的兩個磨削主軸藉助於連接元件扭轉地連接，且包括傾角計和用於距 離測量的兩個傳感器的測量單元代替磨削盤以這種方式安裝在兩個磨削盤 凸緣之間，使得在這種情況下磨削主軸大致處於當在磨削過程中安裝有磨 削盤時它們所處的位置，其中，連接的磨削主軸被轉動，同時傾角計和傳 感器用於確定兩個磨削主軸的軸向對準的徑向和軸向校正值，所述徑向和 軸向校正值用於兩個磨削主軸的對稱定向。
優選地，傾角計用於測量轉動角度，第一傳感器用於測量自相對的磨 削盤凸緣的徑向距離，第二傳感器用於測量在轉動過程中該傳感器所沿著 的直徑上自測量鍾(measuring bell)的軸向距離。
需要一種類型的測量鍾作為用於測量軸向距離的參考系。圖1中示出 了成接收板形式的合適裝置，所述接收板固定在磨削盤凸緣上且具有與凸 緣垂直設置的條帶(與主軸軸線平行)。相對於所述條帶執行軸向測量。同 樣可想像到多種其他結構。由於固定地安裝在凸緣上，因此測量鍾在測量 過程中也轉動。
優選地，兩個磨削主軸的軸向對準的水平和豎直校正值在考慮了常規 機器槓桿行程(machine-typical lever travel)的情況下由轉動角度以及徑向 和軸向距離確定。
優選地，傳感器是光學或感應測距計。 優選地，包括解析度為0.4um至2um的渦流傳感器。 優選地，控制單元用於調節轉動角度和距離的測量數據，還用於計算 水平和豎直校正量。
優選地，扭轉連接的磨削主軸在測量過程中轉動360° 。適於執行該方法的裝置包括兩個相對的共線的可轉動磨削主軸，每 個可轉動磨削主軸包括適於接收磨削盤的磨削盤凸緣，其中，在兩個扭轉 連接的磨削盤凸緣之間，包括傾角計、和用於距離測量的兩個傳感器的測 量單元安裝在兩個磨削盤凸緣中的一個磨削盤凸緣上，其中，磨削主軸在 這種情況下大致處於在磨削處理過程中當安裝有磨削盤時它們所處的位 置，且其中，第一傳感器適於測量自與該傳感器相對的磨削盤凸緣的徑向 距離，第二傳感器適於測量自安裝在磨削盤凸緣上的測量鐘的軸向距離。
軸向距離優選地參照測量鍾確定，所述測量鍾固定在該磨削盤凸緣上 且設置在主軸方向上。所述測量鍾優選包括至少一個條帶作為軸向距離測 量的參照物，所述至少一個條帶與主軸軸線平行地設置，且安裝在磨削盤 凸緣上。
在主軸引導件的工作位置即大致在半導體晶片被磨削的位置執行軸向 對準測量。這藉助於測量用的傳感器和傾角計的特別緊湊的結構實現，從 而構成本發明的主要優點。
優選使用的渦流傳感器能夠使得期望用於執行該方法的測量單元具有 相當緊湊的結構。
傳感器和傾角計優選藉助於合適安裝件代替磨削盤安裝在磨削盤凸緣上。
優選地，包括傳感器和傾角計的測量裝置的結構還包括安裝件，所述 安裝件藉助於螺栓固定到磨削研磨盤凸緣。
優選地，定位在機器外部的控制單元用於數據調節，和用於計算校正值。
在安裝在磨削盤凸緣上之後的測量裝置的整個結構優選寬度小於 50mm。
由於測量結構代替磨削盤安裝，因此磨削盤凸緣彼此間隔開優選近似 50mm或更小。這近似對應於執行的基本設置中的工作位置。
整個結構優選轉動360° ，同時軸向和徑向測量值由傳感器和測量單元 或控制單元記錄。為此，首先兩個磨削主軸扭轉地連接。被連接的主軸的 轉動優選手動進行。測量單元計算磨削主軸的平行度和角度偏差，且在考 慮特定機器槓桿行程(machine-specific lever travel)的情況下由此計算水平和豎直校正值。
在主軸傾斜的校正之後優選進行關於軸向對準的另一校正測量。然後， 磨削主軸優選被使得處於磨削或工作位置(執行磨削傾斜)，且軸向對準再 次被測量。如果結果相對於前一軸向對準測量不對稱，再次實施校正。
作為示例，來自基恩士公司(Keyence)的型號系列EX-V的測量單元 和傳感器適合於測量。
在轉動過程中，例如在3點鐘、6點鐘、9點鐘和12點鐘的四個角度 位置處執行軸向或徑向偏差的測量數據採集。角度位置具有相應90。的間 隔。相應的轉動角度優選藉助於集成在測量結構中的傾角計確定。
由這些測量值，軸向偏移可通過以下公式描述
VP = (R6-R0)/2; HP = (R9-R3)/2;
VW = (A6-A0)/d; HW = (A9-A3)/d;
其中，VP為豎直平行度偏差，HP為水平平行度偏差，VM為豎直角 度偏差，HM為水平角度偏差。
RO例如與在O點鐘(=12點鐘)時的徑向(R)測量值對應，A3例如 與在3點鐘處的軸向(A)測量值對應等。d表示執行軸向測量的傳感器所 沿著的圓的直徑。
這些以與機器類型相關的方式在相應的槓桿行程上產生軸向和徑向校 正值。
VP和VW用於計算兩個主軸的豎直校正值。
對於每個主軸，單獨地產生考慮了在槓桿行程的影響下的角度偏差VM 和平行偏差VP的豎直校正值。
HP和HW用於計算水平校正值。
對於每個主軸，結果是2個校正值(水平和豎直)。對於兩個主軸，這 些值結果可能完全不同。 校正量優選自動計算。
優選地，控制單元顯示4個值(VP， HP， VW， HW)。 2個傳感器的 測量值優選在測量單元(控制單元)中通過放大器調節，隨後通過集成或 單獨的計算機轉換為必需的傾斜信息。
在這種情況下，各種參數例如機器的傾斜槓桿、測量圓直徑d等被考慮。因此，校正量依賴於所使用的機器類型和測量裝置的結構或傳感器的 配置形式。特別地，鉸接接頭與傾斜驅動部件或測量位置之間的距離被包 括在該計算中。
在這種情況下，最終產生四個校正值LV、 RV、 LH、 RH (L-左，R-右，H-水平，V-豎直)。
傾角計是電子水平儀。例如來自Althen Mess與Sensortechnik公司的 ISU傾角計板適於此。
傾角計優選經由接收裝置機械連接到兩個傳感器。
在藉助於校正值對主軸傾斜校正之後，兩個主軸應彼此對準，從而產 生參考設置，由該參考設置，主軸隨後對稱地調節(磨削傾斜)，從而實現 了最優的磨削傾斜。
磨削傾斜優選基於計算的傾斜量自動實施，該計算的傾斜量輸入到 DDG機器的控制系統，且由機器自動實施。在來自光洋(Koyo)公司的 DDG機器的情況下，這例如對應於"傾斜移動(tiltmove)"程序。
當使用其他機器類型時，可藉助於螺釘(凹頭螺釘)進行手動傾斜校正。
在已執行軸向對準設置之後，磨削主軸優選連同安裝的測量裝置被移 動至磨削傾斜。
更新的軸向對準測量結果顯示傾斜實際上是否對稱地被實施。如果由 於傾斜調節機構的不相同的性能或機器內不同的軸承間隙而不是這種情 況，優選再次實施校正，結果最終確保主軸方位的最優對稱。
本發明的另一方面是確定徑向測量值，從而，確定也在加工力的作用 下的磨削主軸位置的徑向偏移。
適於此的是一種用於半導體晶片的同時雙面磨削的方法，其中，半導 體晶片在附裝在相對的共線主軸上的兩個轉動磨削輪之間以材料去除的方 式被加工，其中，半導體晶片在加工過程中軸向上藉助於兩個靜壓軸承以 基本無約束力的方式被引導、徑向上藉助於引導環被引導，且由驅動器使 得轉動，其中，在半導體晶片的磨削過程中，藉助於至少兩個傳感器，至 少一個靜壓軸承與磨削輪之間的徑向距離被測量，並由此計算主軸位置的 水平和豎直校正值，從而主軸的位置相應地被校正。優選地，兩個傳感器安裝在靜壓軸承上，其中，它們相對於圖2的磨 削盤的圓周間隔開至少30° 、至多150° (理想地90° )的角度。
優選地，首先半導體晶片以測試目的的這種方式加工，且為該主軸確 定水平和豎直偏差。
優選地，對於相對的心軸，隨後類似地重複進行上述過程，同樣確定 水平和豎直偏差。
藉助於如此獲得4個偏差(水平，豎直，左和右)，主軸傾斜優選再次 被校正(非對稱地)，從而由靜態軸向對準測量產生對稱偏差。 優選地，傳感器在測試晶片的加工之後的磨削過程中被取下。 傳感器優選是渦流傳感器。
因此，在磨削過程中應用了該測量結果。因此，在校正中隱含地考慮 了加工力和它們對主軸位置的影響。
在每種情況下，傳感器安裝在兩個靜壓軸承的一個上，且測量自磨削 輪的徑向距離。
藉助於兩個傳感器，在磨削過程中確定磨削輪或主軸的徑向偏移。對 於兩個主軸，優選單獨地執行上述操作。
對於左手主軸和右手主軸優選單獨地執行上述測量可能是有利的，因 為在同時測量的情況下傳感器可能會相互影響。
在左手磨削主軸和右手磨削主軸的位置得到校正之後，總結果是兩個 主軸的平行度偏差的校正，儘管在這種情況下考慮了加工力，這構成了本 發明的該方面的特殊優點。
由於徑向上繞著磨削盤設置的兩個傳感器間隔開布置，徑向偏移的幅 度和方向可明確地被確定。
軸向測量值未被確定。
在考慮特定機器槓桿行程的情況下，徑向測量值用作磨削傾斜的偏移 量(主軸傾角值)。
因此，對於兩個主軸，可單獨地根據方向和主軸空轉和加載操作之間 的幅度確定徑向偏移。
測量徑向值基於給定的固定角度位置被分解成水平和豎直分量。相應 的差值(左-右值) 一半分別用作左手主軸和右手主軸的校正值。這些值作為具有不同符號的偏移量被併入左和右主軸傾斜中。因此，主軸以這種方 式被非對稱地預先設置，即，它們在負載情況下再次對稱地軸向對準。
傾角計的使用不是必須的，且它也不是優選的，因為測量角度通過傳 感器的布置方式被預先確定。
因此，對於每個主軸，再次產生水平和豎直校正值。
如此確定的校正量優選充當用於事先靜態執行的軸向對準測量的偏移 量，且能夠產生非常對稱的磨削傾斜設置。
因此，特別優選的是，使事先獲知的靜態軸向對準測量與在此描述的 徑向偏移的校正相組合。
優選地，在磨削過程中的測量不僅在測試晶片上執行，而且在生產過 程中使用。在這種情況下，兩個主軸同時被測量。為此，兩個靜壓軸承配 備有傳感器。傾斜偏移的校正藉助於機械控制裝置自動地實施。
自動主軸設置基於確定的校正實施，所述確定的校正存儲在磨削指令 ("傾斜移動")中且由機器實施。
對於在測試晶片的磨削過程中僅實施一次測量的情況，作為對比，如 此確定的偏移量被認為是恆定的，且在每種情況下在隨後的磨削步驟中經 由隨後要使用的磨削傾斜被考慮，該磨削傾斜相應地被偏移該偏離量。在 隨後生產中，在這種情況下傳感器優選被取下。
本發明還涉及一種包括在雙面磨削機中用於軸向引導半導體晶片的靜
壓軸承(7)的裝置，所述軸承包括缺口，磨削盤(8)通過該缺口與半導 體晶片相互作用，其中，用於距離測量的兩個傳感器(9)安裝在靜壓軸承 上，所述傳感器(9)相對於相關的磨削盤(8)的圓周間隔開至少30。、 至多150°的角度。
靜壓軸承優選是根據現有技術的液體緩衝墊。
傳感器用於測量雙面磨削機的靜壓軸承與磨削輪之間的徑向距離，且 用於磨削主軸位置的校正。
根據本發明的方法的優點是明顯更對稱的磨削主軸定向，由於準確的 軸向對準測量且考慮了加工力。
以這種方式對準的DDG機器可使得產生具有改善的形狀、弓形度、翹 曲度、細微結構的磨削好的半導體晶片。通過根據本發明的方法，顯著地避免了具有不準確的主軸定向和不良 軸承間隙增加的機器的引導中的弱點。


圖1主要示出了在工作位置的軸向對準測量的結構；
圖la示出了沿圖1的線A-A所作的剖視圖；以及
圖2示意性地示出了具有作用在磨削主軸上的加工力的測量結構。
具體實施例方式
測量單元代替磨削盤安裝在磨削盤凸緣1之間。兩個主軸通過連接元 件6彼此扭轉地連接。主軸前行軸或磨削盤凸緣1精確地被移動到工作位 置(隨後的磨削位置)。測量單元本身包括用於軸向(與主軸軸線平行)的 距離測量的傳感器5和用於徑向的距離測量的傳感器4。而且，該結構包括 用於測量3、 6、 9和12點鐘角度位置的傾角計3。
傾角計3和傳感器4、 5、以及連接元件6的一半固定到右手接收板22。 連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"測量 鍾"。通過傳感器測量相對於所述鐘的距離。整個系統稱作測量單元。
圖2示出了用於測量在加工力作用於主軸上時的徑向偏移量的測量結 構晶片引導件7 (例如，液體緩衝墊與引導環)、磨削盤8和兩個傳感器 9。傳感器9固定到在此被示為晶片引導件7的液體緩衝墊，且相對於磨削 盤8的圓周間隔開指定的角度。
權利要求
1. 一種校正用於半導體晶片的同時雙面加工的雙面磨削機中的磨削主軸位置的方法，其中，分別包括用於接收磨削盤的磨削盤凸緣的兩個磨削主軸藉助於連接元件扭轉地連接，且包括傾角計和用於距離測量的兩個傳感器的測量單元代替磨削盤以這種方式安裝在兩個磨削盤凸緣之間，使得在這種情況下磨削主軸大致處於當在磨削過程中安裝有磨削盤時它們所處的位置，其中，連接的磨削主軸被轉動，同時傾角計和傳感器用於確定兩個磨削主軸的軸向對準的徑向和軸向校正值，所述徑向和軸向校正值用於兩個磨削主軸的對稱定向。
2. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，傾角計用於測量轉動角 度，第一傳感器用於測量自相對的磨削盤凸緣的徑向距離，第二傳感器 用於測量在轉動過程中由所述傳感器所沿著的直徑上的軸向距離，且固 定在磨削盤凸緣上的接收板充當兩個距離測量的測量鍾。
3. 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，在考慮了常規機器槓桿 行程的情況下，兩個磨削主軸的軸向對準的水平和豎直校正值由轉動角 度以及徑向和軸向距離確定。
4. 如權利要求1至3中任一所述的方法，其特徵在於，傳感器是光 學或感應測距計。
5. 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，包括解析度為0.4um至 2"m的渦流傳感器。
6. 如權利要求1至5中任一所述的方法，其特徵在於，控制單元用 於調節轉動角度和距離的測量數據，還用於計算水平和豎直校正量。
7. 如權利要求1至6中任一所述的方法，其特徵在於，扭轉連接的 磨削主軸在測量過程轉動360° 。
8. —種用於半導體晶片的同時雙面磨削的方法，其中，半導體晶片 在附裝在相對的共線主軸上的兩個轉動磨削輪之間以材料去除的方式被 加工，其中，半導體晶片在加工過程中軸向上藉助於兩個靜壓軸承以基本無約束力的方式、徑向上藉助於引導環被引導，且由驅動器使得轉動， 其中，在半導體晶片的磨削過程中，藉助於至少兩個傳感器，至少一個 靜壓軸承與磨削輪之間的徑向距離被測量，並由此計算主軸位置的水平 和豎直校正值，從而主軸的位置相應地被校正。
9. 如權利要求8所述的方法，其特徵在於，兩個傳感器固定到靜壓軸 承，所述傳感器相對於相關的磨削輪的圓周間隔開至少30。、至多150° 的角度。
10. 如權利要求8所述的方法，其特徵在於，兩個傳感器在每種情況 下固定到兩個靜壓軸承，所述傳感器在每種情況下相對於相關的磨削輪 的圓周間隔開至少30° 、至多150°的角度。
11. 如權利要求8至10中任一所述的方法，其特徵在於，所述傳感 器是渦流傳感器。
12. —種用於執行權利要求1所述的方法的裝置，包括兩個相對的 共線的可轉動磨削主軸，每個可轉動磨削主軸包括適於接收磨削盤的磨 削盤凸緣，其中，在兩個扭轉連接的磨削盤凸緣之間，包括傾角計、和 用於距離測量的兩個傳感器的測量單元安裝在兩個磨削盤凸緣中的一個 磨削盤凸緣上，其中，磨削主軸在這種情況下大致處於當在磨削過程中 安裝有磨削盤時它們所處的位置，且其中，第一傳感器適於測量自與所 述傳感器相對的磨削盤凸緣的徑向距離，第二傳感器適於測量自安裝在磨削盤凸緣上的測量鐘的軸向距離。
13. 如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，測量鍾是接收板，所述接收板包括沿主軸軸線的方向的水平和豎直條帶，且安裝在磨削盤凸 緣上， 一個傳感器指向水平條帶(徑向測距計)，第二傳感器指向豎直條 帶(軸向測距計)。
14. 一種包括在雙面磨削機中用於軸向引導半導體晶片的靜壓軸承的裝置，所述軸承包括缺口，磨削盤通過該缺口與半導體晶片相互作用， 其中，用於距離測量的兩個傳感器安裝在靜壓軸承上，所述傳感器相對於相關的磨削盤的圓周間隔開至少30。、至多150°的角度。
全文摘要
本發明涉及一種校正用於半導體晶片的同時雙面加工的雙面磨削機中的磨削主軸位置的方法，其中，分別包括用於接收磨削盤的磨削盤凸緣的兩個磨削主軸藉助於連接元件扭轉地連接，且包括傾角計和用於距離測量的兩個傳感器的測量單元代替磨削盤以這種方式安裝在兩個磨削盤凸緣之間，使得在這種情況下磨削主軸大致處於當在磨削過程中安裝有磨削盤時它們所處的位置，其中，被連接的磨削主軸被轉動，同時傾角計和傳感器用於確定兩個磨削主軸的軸向對準的徑向和軸向校正值，所述徑向和軸向校正值用於兩個磨削主軸的對稱定向。本發明的另一方面涉及在加工力的作用下的主軸位置的校正。另外的權利要求涉及用於執行所述方法的裝置。
文檔編號B24B49/00GK101417405SQ200810215359
公開日2009年4月29日 申請日期2008年9月11日 優先權日2007年10月17日
發明者J·容格, R·魏斯 申請人:矽電子股份公司