DE102007063770B3 - Simultaneous double side grinding of semiconductor wafers - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur der Schleifspindelpositionen in Doppelseitenschleifmaschinen zur gleichzeitigen beidseitigen Bearbeitung von Halbleiterscheiben. Die Erfindung betrifft Korrekturen der Spindelpositionen unter Wirkung von Prozesskräften. Weitere Ansprüche sind auf Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren gerichtet.The invention relates to a method for correcting the grinding spindle positions in double-sided grinding machines for simultaneous double-sided processing of semiconductor wafers. The invention relates to corrections of the spindle positions under the action of process forces. Further claims are directed to devices for performing the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum simultanen Doppelseitenschleifen einer Halbleiterscheibe, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for simultaneous double-side grinding of a semiconductor wafer, and to an apparatus for carrying out the method.

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.Double-side grinding machines are used in mechanical processing steps in production sequences of the wafer industry for the production of semiconductor wafers, in particular of silicon wafers. It is a mechanically abrasive, material-removing machining of the semiconductor wafers.

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.Double disk grinding (DDG) is often used to achieve a particularly good geometry of the processed semiconductor wafers, in particular in comparison to alternative processing methods such as the so-called lapping method.

Ein geeignetes DDG-Verfahren und zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen sind beispielsweise aus EP 868 974 A2 sowie DE 10 2004 053 308 A1 bekannt.A suitable DDG method and devices suitable for carrying out the method are, for example, made of EP 868 974 A2 such as DE 10 2004 053 308 A1 known.

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.The wafer is freely floating between two mounted on opposite spindles Schleifrädern- or slices simultaneously processed on both sides. In this case, the semiconductor wafer is guided largely free of constraining forces axially between two water or air cushions (eg the so-called hydropads) and prevented radially by a guide ring or by individual radial spokes from "swimming away". During the grinding process, the semiconductor wafer is rotated, usually driven by a so-called "notch finger", which engages in the orientation notch of the semiconductor wafer (the "notch").

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.Suitable DDG machines are manufactured, for example, by Koyo Machine Industries Co., Ltd. offered. The model DXSG320 is suitable for grinding semiconductor wafers with a diameter of 300 mm. As grinding tools usually diamond grinding wheels are used.

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.Particularly critical in the DDG process is the alignment of the two grinding spindles (= shafts) on which the grinding wheels are mounted. The two spindles should be aligned exactly collinear in the basic setting of the machine, as deviations (radial, axial) have a negative influence on the shape and the nanotopology of the disk. As for the shape or shape of the disc, the expert also speaks of Bow or Warp.

Ein Verfahren zur Korrektur der Schleifscheiben wird beispielsweise in JP2001062718A offenbart.A method for correcting the grinding wheels is described, for example, in JP2001062718A disclosed.

Aus DE 10 2004 011 996 A1 ist bekannt, in Hydropads einen oder mehrere Messsensoren zu integrieren, welche während des Schleifvorgangs eine Messung des Abstands zwischen der Oberfläche der Hydropads und der Werkstückoberfläche ermöglichen. Diese Abstandsmessungen dienen der Zentrierung des Werkstücks zwischen den Hydropads durch axiale Verschiebung der Schleifspindeln derart, dass der Abstand des Werkstücks vom Hydropad auf beiden Seiten des Werkstücks gleich wird. Ein ähnliches Verfahren, das insbesondere auf eine Mittelebene des Werkstücks Bezug nimmt und drei Abstandsmesser in der Scheibenführung vorsieht, ist auch aus DE 10 2004 053 308 A1 bekannt.Out DE 10 2004 011 996 A1 It is known to integrate in Hydropads one or more measuring sensors, which allow during the grinding process, a measurement of the distance between the surface of the hydropads and the workpiece surface. These distance measurements serve to center the workpiece between the hydropads by axially displacing the grinding spindles so that the distance of the workpiece from the hydropad becomes equal on both sides of the workpiece. A similar method, which refers in particular to a median plane of the workpiece and provides three distance meters in the window guide, is also out DE 10 2004 053 308 A1 known.

Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass die Parallelitätsabweichung der Schleifspindeln (Abstand der Mittellinien der Spindeln) mangels radialer Messwerte unberücksichtigt bleibt. Die Grundeinstellung der Schleifspindeln lässt sich mit den beschriebenen Verfahren nicht korrigieren. Dies gilt auch für die in JP 2001-062718 offenbarte Methode.A disadvantage of the known method is that the parallelism deviation of the grinding spindles (spacing of the center lines of the spindles) is disregarded for lack of radial measured values. The basic setting of the grinding spindles can not be corrected with the described methods. This also applies to the in JP 2001-062718 revealed method.

Für die Messungen eignen sich beispielsweise die Messgeräte und Sensoren der Modellreihe EX-V der Fa. Keyence.The measuring devices and sensors of the EX-V series from Keyence, for example, are suitable for the measurements.

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, radiale Messwerte und somit den radialen Versatz der Schleifspindelpositionen auch unter Wirkung von Prozesskräften zu ermitteln.The object of the invention was to determine radial measured values and thus the radial offset of the grinding spindle positions also under the effect of process forces.

Dazu eignet sich ein Verfahren zum simultanen Doppelseitenschleifen einer Halbleiterscheibe, wobei zwischen zwei rotierenden Schleifrädern 8, die auf gegenüberliegenden kollinearen Spindeln befestigt sind, eine Halbleiterscheibe Material abtragend bearbeitet wird, wobei die Halbleiterscheibe während der Bearbeitung mittels zweier hydrostatischer Lager 7 weitgehend frei von Zwangskräften axial und mittels eines Führungsrings radial geführt und durch einen Mitnehmer in Rotation versetzt wird, wobei während des Schleifens einer Halbleiterscheibe mittels wenigstens zweier Sensoren 9 radiale Abstände wenigstens eines hydrostatischen Lagers 7 zu einem Schleifrad 8 gemessen und daraus horizontale und vertikale Korrekturwerte der Spindelposition berechnet werden, und die Spindelposition entsprechend korrigiert wird.For this purpose, a method is suitable for simultaneous double-side grinding of a semiconductor wafer, wherein between two rotating grinding wheels 8th , which are mounted on opposing collinear spindles, a semiconductor wafer material is machined, wherein the semiconductor wafer during machining by means of two hydrostatic bearings 7 largely free of constraining forces axially and guided radially by means of a guide ring and is rotated by a driver, wherein during the grinding of a semiconductor wafer by means of at least two sensors 9 Radial distances of at least one hydrostatic bearing 7 to a grinding wheel 8th from which horizontal and vertical correction values of the spindle position are calculated, and the spindle position is corrected accordingly.

Vorzugsweise sind die beiden Sensoren 9 am hydrostatischen Lager 7 montiert, wobei sie bezüglich eines Umfangs der Schleifscheibe um einen Winkel von wenigstens 30° und höchstens 150° (ideal: 90°) beabstandet sind, vgl. 1.Preferably, the two sensors 9 at the hydrostatic bearing 7 mounted, with respect to a circumference of the grinding wheel by an angle of at least 30 ° and at most 150 ° (ideally: 90 °) are spaced, see. 1 ,

Vorzugsweise wird zunächst eine Halbleiterscheibe zu Testzwecken derart bearbeitet und die horizontale sowie vertikale Abweichung für diese Spindel ermittelt. Preferably, a semiconductor wafer is first processed for test purposes and determined the horizontal and vertical deviation for this spindle.

Vorzugsweise wird dieser Vorgang anschließend analog für die gegenüberliegende Spindel wiederholt und ebenfalls die horizontale sowie vertikale Abweichung ermittelt.Preferably, this process is then repeated analogously for the opposite spindle and also determines the horizontal and vertical deviation.

Mittels der so erhaltenen 4 Abweichungen (horizontal, vertikal, jeweils links und rechts) werden die Spindeltilts vorzugsweise nochmals (unsymmetrisch) korrigiert, so dass sich eine symmetrische Abweichung von der statischen Achsfluchtmessung ergibt.By means of the thus obtained 4 deviations (horizontal, vertical, left and right respectively), the spindle-shaped parts are preferably corrected again (asymmetrically) so that a symmetrical deviation from the static axial-axis measurement results.

Vorzugsweise sind in den einer Bearbeitung einer Testscheibe nachfolgenden Schleifvorgängen die Sensoren abmontiert.The sensors are preferably dismantled in the grinding operations following a processing of a test disk.

Vorzugsweise handelt es sich bei den Sensoren 9 um Wirbelstromsensoren.Preferably, the sensors are 9 around eddy current sensors.

Diese Messung erfolgt also während des Schleifvorgangs. Damit werden die Prozesskräfte und deren Auswirkungen auf die Spindelpositionen bei den Korrekturen implizit berücksichtigt.This measurement thus takes place during the grinding process. Thus, the process forces and their effects on the spindle positions are taken into account implicitly in the corrections.

Die Sensoren 9 sind jeweils an einem der beiden hydrostatischen Lager 7 montiert und messen den Abstand radial zum Schleifrad 8.The sensors 9 are each on one of the two hydrostatic bearings 7 mounted and measure the distance radially to the grinding wheel 8th ,

Mittels der beiden Sensoren 9 wird während des Schleifprozesses der radiale Versatz der Schleifräder 8 bzw. -spindeln ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise für beide Spindeln getrennt.By means of the two sensors 9 During the grinding process, the radial offset of the grinding wheels 8th or spindles determined. This is preferably done separately for both spindles.

Dass diese Messung vorzugsweise getrennt für die linke und die rechte Spindel durchgeführt wird, kann von Vorteil sein, da bei gleichzeitiger Messung die Sensoren sich gegenseitig beeinflussen könnten.That this measurement is preferably carried out separately for the left and the right spindle, may be advantageous, since with simultaneous measurement, the sensors could influence each other.

Nach Korrektur der Positionen von linker und rechter Schleifspindel ergibt sich insgesamt eine Korrektur des Parallelitätsabweichungen der beiden Spindeln, allerdings in diesem Fall unter Berücksichtigung von Prozesskräften, was einen besonderen Vorteil dieses Aspekts der Erfindung darstellt.After correcting the positions of the left and right grinding spindle results in an overall correction of the parallelism deviations of the two spindles, but in this case taking into account process forces, which is a particular advantage of this aspect of the invention.

Aufgrund der Beabstandung der beiden radial um die Schleifscheibe angeordneten Sensoren 9 lassen sich Größe und Richtung des radialen Versatzes eindeutig ermitteln.Due to the spacing of the two sensors arranged radially around the grinding wheel 9 the size and direction of the radial offset can be clearly determined.

Axiale Messwerte werden nicht ermittelt.Axial readings are not determined.

Die radialen Messwerte werden unter Berücksichtigung der maschinenspezifischen Hebelwege als Offset für die Schleiftilts (Spindelneigungswerte) verwendet.Taking the machine-specific lever paths into consideration, the radial measured values are used as an offset for the grinding particles (spindle tilt values).

Damit läßt sich der radiale Versatz sowohl nach Richtung als auch nach Größe zwischen Spindelleerlauf und Lastbetrieb für beide Spindeln getrennt ermitteln.Thus, the radial offset can be determined separately for both spindles both direction and size between spindle and load operation.

Die gemessenen Radialwerte werden mit gegebener fester Winkellage in die horizontalen und vertikalen Komponenten zerlegt. Die jeweilige Differenz (linker-rechter Wert) wird je zur Hälfte als Korrekturwert für linke und rechte Spindel verwendet. In die linken und rechten Spindeltilts gehen diese Werte als Offset mit unterschiedlichem Vorzeichen ein. Die Spindeln werden also derart unsymmetrisch voreingestellt, dass sie unter Last wieder symmetrisch zur Achsfluchtung stehen.The measured radial values are split into the horizontal and vertical components at a given fixed angular position. The respective difference (left-right value) is used in half as a correction value for the left and right spindle. In the left and right spindle tilts, these values enter as an offset with a different sign. The spindles are thus preset asymmetrically so that they are again symmetrical to the axis alignment under load.

Es ergibt sich also wiederum je Spindel ein horizontaler und ein vertikaler Korrekturwert.This in turn results in a horizontal and a vertical correction value per spindle.

Die so ermittelte Korrektur dient vorzugsweise als Offset für eine zuvor statisch durchgeführte Achsfluchtmessung und ermöglicht eine äußerst symmetrische Schleiftilteinstellung.The thus determined correction is preferably used as an offset for a previously statically performed axis alignment measurement and allows an extremely symmetrical Schleiftilseinstellung.

Daher ist es besonders bevorzugt, die zuvor offenbarte statische Achsfluchtmessung mit der hier beschriebenen Korrektur des radialen Versatzes zu kombinieren.Therefore, it is particularly preferred to combine the previously disclosed static axial alignment with the radial offset correction described herein.

Vorzugsweise werden die Messungen während des Schleifens nicht nur an einer Testscheibe durchgeführt, sondern in der laufenden Produktion eingesetzt. Dabei werden beide Spindeln gleichzeitig vermessen. Beide hydrostatischen Lager sind dazu mit Sensoren bestückt. Die Korrekturen der Tiltoffsets erfolgen automatisch über die Maschinensteuerung.Preferably, the measurements during grinding are not only performed on a test disk, but used in the current production. Both spindles are measured simultaneously. Both hydrostatic bearings are equipped with sensors for this purpose. The corrections of the Tiltoffsets take place automatically via the machine control.

Die automatische Spindeleinstellung erfolgt, indem die ermittelten Korrekturen im Schleifrezept („Tilt Move”) hinterlegt und diese von der Maschine angefahren werden.The automatic spindle adjustment takes place by storing the determined corrections in the grinding recipe ("Tilt Move") and these are approached by the machine.

Für den Fall, dass die Messung nur einmalig während des Schleifens einer Testscheibe erfolgt, wird dagegen der so ermittelte Offset als konstant angesehen und in nachfolgenden Schleifschritten jeweils berücksichtigt, indem die nachfolgend zu verwendenden Schleiftilts entsprechend um diesen Offset verschoben werden. Während der nachfolgenden Produktion sind die Sensoren dabei vorzugsweise abmontiert.In the event that the measurement takes place only once during the grinding of a test disk, however, the offset thus determined is regarded as constant and taken into account in subsequent grinding steps by the subsequently to be used grinding particles are shifted accordingly by this offset. During the subsequent production, the sensors are preferably removed.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend ein hydrostatisches Lager 7 zur axialen Führung einer Halbleiterscheibe in einer Doppelseitenschleifmaschine, welches eine Aussparung beinhaltet, durch welche eine Schleifscheibe 8 mit der Halbleiterscheibe zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Sensoren 9 zur Abstandsmessung am hydrostatischen Lager montiert sind, die bezüglich eines Umfangs der Schleifscheibe 8 um einen Winkel von wenigstens 30° und höchstens 150° beabstandet sind.The invention also relates to an apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising a hydrostatic bearing 7 for axially guiding a semiconductor wafer in a double side grinding machine, which includes a recess through which a grinding wheel 8th cooperates with the semiconductor wafer, characterized in that two sensors 9 are mounted to the distance measurement on the hydrostatic bearing, with respect to a circumference of the grinding wheel 8th spaced at an angle of at least 30 ° and at most 150 °.

Beim hydrostatischen Lager handelt es sich vorzugsweise um ein Hydropad gemäß Stand der Technik.The hydrostatic bearing is preferably a hydropad according to the prior art.

Die Sensoren werden zur Messung radialer Abstände zwischen hydrostatischem Lager und einem Schleifrad einer Doppelseitenmaschine und zur Korrektur einer Schleifspindelposition verwendet.The sensors are used to measure radial clearances between the hydrostatic bearing and a double-side grinding wheel and to correct a grinding spindle position.

Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren ist eine wesentlich symmetrischere Schleifspindelausrichtung durch exakte Achsfluchtmessung und Berücksichtigung von Prozesskräften.Advantage of the method according to the invention is a much more symmetrical grinding spindle alignment by exact axis alignment and consideration of process forces.

Die derart justierten DDG-Maschinen ermöglichen es, geschliffene Halbleiterscheiben mit verbesserten Shape, Bow, Warp sowie Nanotopographien zu erzeugen.The thus adjusted DDG machines make it possible to produce polished semiconductor wafers with improved shape, bow, warp and nanotopography.

Schwachstellen in den Führungen der Maschine bei ungenauer Ausrichtung der Spindeln sowie erhöhtes, unerwünschtes Lagerspiel werden durch das erfindungsgemäße Verfahren weitgehend vermieden.Weak points in the guides of the machine with inaccurate alignment of the spindles and increased, unwanted bearing clearance are largely avoided by the inventive method.

Figurencharacters

1 zeigt schematisch den Messaufbau bei wirkenden Prozesskräften für eine Schleifspindel. 1 shows schematically the measuring structure at acting process forces for a grinding spindle.

In 1 ist der Messaufbau für die Messung des Radialversatzes bei wirkenden Prozesskräften für eine Spindel dargestellt: eine Scheibenführung 7 (z. B. Hydropad & Führungsring), eine Schleifscheibe 8 und zwei Sensoren 9. Die Sensoren 9 sind am Hydropad, hier dargestellt als Scheibenführung 7, befestigt und bezüglich eines Umfangs der Schleifscheibe 8 um einen bestimmten Winkel beabstandet.In 1 the measuring setup for the measurement of the radial misalignment at acting process forces for a spindle is shown: a window guide 7 (eg Hydropad & Guide Ring), a grinding wheel 8th and two sensors 9 , The sensors 9 are at the Hydropad, here shown as a disk guide 7 , fixed and with respect to a circumference of the grinding wheel 8th spaced at a certain angle.

Claims (5)

Verfahren zum simultanen Doppelseitenschleifen einer Halbleiterscheibe, wobei zwischen zwei rotierenden Schleifrädern 8, die auf gegenüberliegenden kollinearen Spindeln befestigt sind, eine Halbleiterscheibe Material abtragend bearbeitet wird, wobei die Halbleiterscheibe während der Bearbeitung mittels zweier hydrostatischer Lager 7 weitgehend frei von Zwangskräften axial und mittels eines Führungsrings radial geführt und durch einen Mitnehmer in Rotation versetzt wird, wobei während des Schleifens einer Halbleiterscheibe mittels wenigstens zweier Sensoren 9 radiale Abstände wenigstens eines hydrostatischen Lagers 7 zu einem Schleifrad 8 gemessen und daraus horizontale und vertikale Korrekturwerte der Spindelposition berechnet werden, und die Spindelposition entsprechend korrigiert wird.Method for simultaneous double-side grinding of a semiconductor wafer, wherein between two rotating grinding wheels 8th , which are mounted on opposing collinear spindles, a semiconductor wafer material is machined, wherein the semiconductor wafer during machining by means of two hydrostatic bearings 7 largely free of constraining forces axially and guided radially by means of a guide ring and is rotated by a driver, wherein during the grinding of a semiconductor wafer by means of at least two sensors 9 Radial distances of at least one hydrostatic bearing 7 to a grinding wheel 8th from which horizontal and vertical correction values of the spindle position are calculated, and the spindle position is corrected accordingly. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwei Sensoren 9 an einem hydrostatischen Lager 7 befestigt sind, die bezüglich eines Umfangs des zugehörigen Schleifrads 8 um einen Winkel von wenigstens 30° und höchstens 150° beabstandet sind.The method of claim 1, wherein two sensors 9 on a hydrostatic bearing 7 fixed with respect to a circumference of the associated grinding wheel 8th spaced at an angle of at least 30 ° and at most 150 °. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeweils zwei Sensoren 9 an den beiden hydrostatischen Lagern 7 befestigt sind, die jeweils bezüglich eines Umfangs des zugehörigen Schleifrads 8 um einen Winkel von wenigstens 30° und höchstens 150° beabstandet sind.The method of claim 1, wherein each two sensors 9 at the two hydrostatic bearings 7 are fixed, each with respect to a circumference of the associated grinding wheel 8th spaced at an angle of at least 30 ° and at most 150 °. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei den Sensoren 9 um Wirbelstromsensoren handelt.Method according to one of claims 1 to 3, wherein it is in the sensors 9 is eddy current sensors. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend ein hydrostatisches Lager 7 zur axialen Führung einer Halbleiterscheibe in einer Doppelseitenschleifmaschine, welches eine Aussparung beinhaltet, durch welche eine Schleifscheibe 8 mit der Halbleiterscheibe zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Sensoren 9 zur Abstandsmessung am hydrostatischen Lager 7 montiert sind, die bezüglich eines Umfangs der Schleifscheibe 8 um einen Winkel von wenigstens 30° und höchstens 150° beabstandet sind.Apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising a hydrostatic bearing 7 for axially guiding a semiconductor wafer in a double side grinding machine, which includes a recess through which a grinding wheel 8th cooperates with the semiconductor wafer, characterized in that two sensors 9 for distance measurement at the hydrostatic bearing 7 mounted with respect to a circumference of the grinding wheel 8th spaced at an angle of at least 30 ° and at most 150 °.
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