CN106783738B - 一种芯片不规则分布的晶圆切割方法 - Google Patents

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Abstract

一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，包括步骤如下：步骤一，通过控制模块控制移动工作台和相机，对工作台上的晶圆进行扫描，实现逐一全面的图像采集；步骤二，对扫描中得到的每一帧图像进行处理；步骤三，确定晶圆是否扫描完毕；步骤四：当晶圆扫描完毕，整合晶圆数据；步骤五：判断整个晶圆中所有的待处理芯片的切割轨迹是否都确定完毕；步骤六：当所有的待处理芯片的切割轨迹都确定完毕，将每个待处理芯片的切割位置信息输入振镜中；步骤七：将工作台移动到振镜下方，通过振镜控制激光对晶圆进行切割。本发明实现了对加工不规范而形成芯片不规则分布的晶圆切割，具有切割无残渣、效率高的特点。

Description

一种芯片不规则分布的晶圆切割方法
技术领域
本发明属于激光切割技术领域，涉及一种芯片不规则分布的晶圆切割方法。
背景技术
晶圆切割是半导体芯片制造工艺流程中的一道必不可少的工序，是将整片晶圆通过划切分割成单个芯片的工艺过程。最早的晶圆是用金刚石锯片(砂轮)进行切割的，主要通过机械力直接作用于晶圆表面，在晶体内部产生应力损伤，容易产生晶圆崩边及晶片破损，刀片具有一定的厚度，因此其划切线宽较大。砂轮划片采用的是机械力的作用方式，因此存在一定的局限性，对于厚度在100微米以下的晶圆，用刀具进行划片极易导致了晶圆破碎，而且划切效率不高。随着激光技术的发展，激光切割的技术越来越得到人们的认可。激光属于无接触式加工，不对晶圆产生机械应力的作用，对晶圆损伤较小。由于激光聚焦上的优点，对晶圆的微处理上更具有优越性，可进行小部件的加工，用来切割厚度较薄的晶圆，划切效率高。现阶段，砂轮切割和激光切割凭借各自身的优点应用于晶圆切割中。对于传统的晶圆切割是针对芯片规则分布的晶圆，无论从街区的宽度以及芯片的位置均是均匀分布的。
对于芯片规则分布的晶圆，传统的切割方法一般通过设定街区宽度以及晶圆位置对准实现对晶圆的横平竖直的切割。但随着半导体技术的发展，一些经特殊加工工艺而形成的晶圆，其芯片呈现不规则分布，包括芯片间的街区宽度的不同，以及芯片角度的扭曲，并且整条街区会出现弯曲状。针对芯片不规则分布的晶圆，传统的横平竖直的切割方法就不再适用，并且很容易切割到芯片。
在实际应用中，无论是特殊的加工工艺，还是因前期加工(如光刻)不规范，产生芯片不规则分布的晶圆，其晶圆切割方法成为了亟待解决的问题。该发明主要针对此类晶圆进行激光切割，使得激光切割的应用领域更加广泛。
发明内容
本发明提出了一种芯片不规则分布的晶圆切割方法及装置，要解决传统的切割方法不能适用于芯片分布不规则晶圆切割中的技术问题。
本发明的技术方案如下。
一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，包括有移动工作台配合相机实现对整个晶圆全面扫描过程，对扫描中得到每一帧图像进行处理过程，扫描完毕整个晶圆数据的处理过程以及晶圆切割过程；其具体步骤如下。
步骤一，通过控制模块控制移动工作台和相机，对工作台上的晶圆进行扫描，实现逐一全面的图像采集。
步骤二，对扫描中得到的每一帧图像进行处理；其中处理步骤具体又包括如下：
步骤A，得出待处理芯片中心位置和旋转角度θ，取晶圆中的待处理芯片制作成无旋转角度的模板，通过模板匹配的方法识别出每一帧图像中的所有待处理芯片，从而得出待处理芯片的中心位置和相对于模板的旋转角度θ；
步骤B，得出待处理芯片周围的街区中心点Mx，当待处理芯片某方向不存在相邻芯片时，则该方向暂不处理；针对待处理芯片，通过各个方向相邻的芯片中心位置，取该待处理芯片与其相邻芯片的中心之间的中点作为街区的中心点Mx；
步骤C，得出待处理芯片各个实际切割角点CX；根据待处理芯片周围的街区中心点Mx，先假设该芯片无旋转，计算出各个假定切割角点Px，再通过仿射变化，以待处理芯片中心C0为旋转中心，根据该芯片的旋转角度θ对各个假定切割角点Px进行旋转，从而得出待处理芯片实际切割角点CX；
步骤D，当待处理芯片的所有实际切割角点CX均已被计算出，对街区交叉区域的切割角点均值化；对该区域中所有实际切割角点CX求平均值，将区域中的所有的实际切割角点CX归化在平均切割角点SX位置处；
步骤E，得出待处理芯片切割轨迹；顺时针依次连接待处理芯片的各个平均切割角点，形成芯片的实际切割轨迹。
步骤三，确定晶圆是否扫描完毕。
步骤四：当晶圆扫描完毕，整合晶圆数据。
步骤五：判断整个晶圆中所有的待处理芯片的切割轨迹是否都确定完毕。
步骤六：当所有的待处理芯片的切割轨迹都确定完毕，将每个待处理芯片的切割位置信息输入振镜中。
步骤七：将工作台移动到振镜下方，通过振镜控制激光对晶圆进行切割。
优选的，步骤B在得出待处理芯片周围的街区中心点Mx的过程中，对于一个待处理芯片只计算其上方和右方的街区中心点，而其左方和下方的街区中心点分别在计算其左方芯片和下方芯片时获得。
优选的，步骤C中计算各个假定切割角点Px的方法为，
当待处理芯片无旋转，假定切割角点Px为分别过待处理芯片两个相邻方向的街区中心点Mx、并且平行于该方向上待处理芯片的边的两条直线的交点；
设两个相邻方向的街区中心点Mx分别为Mx1和Mx2，对应的坐标分别为则Px(XPx,YPx)的计算公式为，
其中，和θMx2分别是过点Mx1和Mx2、并且平行于对应待处理芯片边的直线与水平X轴的夹角，取值范围为(-90°，90°)；
按照上述计算公式依次得到各个假定切割角点Px的坐标(XPx,YPx)；
步骤C中得出待处理芯片各个实际切割角点CX的方法为，
通过仿射变换围绕待处理芯片中心进行角度为θ的旋转，设待处理芯片中心为C0(xC0,yC0)，假定切割角点Px对应的实际切割角点CX坐标为 旋转仿射变换矩阵为
其中，(xC0,yC0)为旋转中心，α＝cosθ，β＝sinθ；
依次将得到的各个假定切割角点Px坐标((XPx,YPx)，对应得出各个实际切割角点Cx，即
其中，CX、Mx、SX和Px中的X均取1、2、3、4、5……
优选的，步骤三中当确定的结果为晶圆没扫描完毕时，再依次重复步骤一与步骤二的过程，直至晶圆扫描完毕。
优选的，步骤五中当判断结果为整个晶圆中待处理芯片的切割轨迹没有确定完毕时，步骤五欲步骤六之间还包括对未处理完全的待处理芯片数据进行补充处理，补充处理完成后再重复步骤五的过程，直至所有待处理芯片的切割轨迹都确定完毕。
优选的，补充处理方法具体为，在整合晶圆数据以后，该相邻待处理芯片重新成为相邻芯片，以至其各个方向都存在相邻芯片，针对这部分未处理的待处理芯片，再对其依次进行芯片周围街区中心点、芯片各个实际切割角点CX、街区交叉处切割角点的均值化处理。优选的，整个晶圆数据补充处理过程中，在对街区交叉区域的切割角点均值化，求平均切割角点SX时，不再考虑该区域切割角点的数量。
优选的，对于步骤B中，当待处理芯片某方向的街区中心点Mx未计算出时，该街区对应的实际切割角点CX在补充处理时进行处理；步骤D中，在单帧图像处理过程过程中，当待处理芯片的所有实际切割角点均未完全被计算出时，对街区交叉区域的切割角点均值化在补充处理时进行处理。
优选的，所述芯片形状为四边形或者五边形或者六边形或者七边形。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明提出了一种基于图像识别的芯片不规则分布的晶圆切割方法及装置，解决了传统的切割方法不能适用于芯片分布不规则晶圆切割中的技术问题。
2、本发明通过相邻芯片的中心计算街区中心位置，消除了两芯片间的街区宽度变化的影响。
3、本发明根据芯片中心和旋转角度计算各个角点的切割位置，消除了芯片旋转角度的影响，保证芯片在不同的旋转角度下，均可获得各个角点的最佳切割位置。
4、本发明中的街区交叉区域各个切割角点的均值化处理，保证街区交叉处的切割点为同一位置，实现街区划切线的重合，切割无残渣，提高切割效率。
5、本发明对所有晶圆数据进行补充处理，由于大部分的芯片已在单帧图像中处理完毕，可大大减少补充处理的数据量，单帧图像结合整个晶圆数据的补充处理，可实现所有芯片的切割角点的计算。
6、本发明在实际应用中，无论是由于特殊的加工工艺还是因前期加工(如光刻)不规范，产生芯片不规则分布的晶圆，本发明中的方法都能够实用，使得激光切割的应用领域更加广泛。
附图说明
图1本发明晶圆切割系统示意图。
图2为待处理芯片分布的一种实施例示意图。
图3为本发明方法的流程图。
图4街区中心计算一种实施例示意图。
图5芯片切割角点计算一种实施例示意图。
图6未均值化芯片切割的轨迹一种实施例图。
图7均值化芯片切割的轨迹一种实施例图。
具体实施方式
本发明针对芯片不规则分布的晶圆，提出了一种激光切割方法，其主要是通过图像识别，获取芯片中心位置和旋转角度，据此计算芯片各个切割角点，并对街区交叉处各个切割角点进行均值化校正，最终获取整个晶圆切割的位置信息，并通过振镜沿芯片的切割轨迹进行激光切割，该方法中的芯片形状可为四边形、五边形、六边形多边形。
如图1-7所示，这种芯片不规则分布的晶圆切割方法，采用移动工作台配合相机实现对整个晶圆全面扫描，针对扫描过程中的每一帧图像，采用模板匹配的方法识别出每个待处理芯片的中心位置和旋转角度，并据此计算待处理芯片周围街区宽度的中心点，通过仿射变换计算出芯片各个切割角点，再针对每个街区交叉区域的切割位置均值化，顺时针连接切割角点形成芯片切割轨迹，晶圆扫描完毕，整合晶圆的所有数据，针对未处理的芯片进行补充处理，最终获取整个晶圆中各芯片的最佳切割轨迹，并通过振镜沿芯片的切割轨迹进行激光切割。
本实施例中以四边形芯片为例，芯片的街区宽度和旋转角度均不同，属于不规则分布，其具体步骤如下。
步骤一，按照图1组建系统，在控制模块的控制下，移动工作台配合相机进行晶圆的图像采集。
图2为芯片的不规则分布示意图，扩展到整个晶圆的街区，会出现街区的曲折，故不能采用直线切割晶圆，对芯片的切割需要计算出切割角点，并顺时针连接切割角点形成切割轨迹。
步骤二，对扫描中得到的每一帧图像进行处理；其中处理步骤具体又包括如下。
步骤A，得出待处理芯片中心位置和旋转角度θ，取晶圆中的待处理芯片制作成无旋转角度的模板，通过模板匹配的方法识别出每一帧图像中的所有待处理芯片，从而得出待处理芯片的中心位置和相对于模板的旋转角度θ。
步骤B，得出待处理芯片周围的街区中心点Mx，按照图4的寻找方法，对于一个芯片只计算其上方和右方的相邻芯片，并计算两者之间的中点作为街区的中心；如图4中芯片1的周围街区，上方和右方的街区中心在其本身寻找相邻芯片后，可计算获得，而左方和下方的街区中心可分别在芯片8和芯片6计算时获得，如此可计算出芯片1周围的街区的中心点，即图中的点M1、M2、M3和M4；当待处理芯片某方向不存在相邻芯片时，则该方向暂不处理。
步骤C，得出待处理芯片各个实际切割角点CX；根据待处理芯片周围的街区中心点Mx，先假设该芯片无旋转，计算出各个假定切割角点Px，再通过仿射变化，以待处理芯片中心C0为旋转中心，根据该芯片的旋转角度θ对各个假定切割角点Px进行旋转，从而得出待处理芯片实际切割角点CX。
计算各个假定切割角点Px的方法为，
当待处理芯片无旋转，假定切割角点Px为分别过待处理芯片两个相邻方向的街区中心点Mx、并且平行于该方向上待处理芯片的边的两条直线的交点；
设两个相邻方向的街区中心点Mx分别为Mx1和Mx2，对应的坐标分别为则Px(XPx,YPx)的计算公式为，
其中，和θMx2分别是过点Mx1和Mx2、并且平行于对应待处理芯片边的直线与水平X轴的夹角，取值范围为(-90°，90°)；
按照上述计算公式依次得到各个假定切割角点Px的坐标(XPx,YPx)。
步骤C中得出待处理芯片各个实际切割角点CX的方法为，
通过仿射变换围绕待处理芯片中心进行角度为θ的旋转，设待处理芯片中心为C0(xC0,yC0)，假定切割角点Px对应的实际切割角点CX坐标为 旋转仿射变换矩阵为
其中，(xC0,yC0)为旋转中心，α＝cosθ，β＝sinθ；
依次将得到的各个假定切割角点Px坐标(XPx,YPx)左乘仿射变换矩阵R，对应得出各个实际切割角点Cx，即
其中，CX、Mx、SX和Px中的X均取1、2、3、4、5……
如图5中以角点C1为例，首先不考虑旋转角度θ，假设芯片无旋转，即为图5中虚线框表示的芯片。则点P1为分别过街区中心M1和M2并且平行于相应芯片边的两条直线的交点。设M1坐标为(xM1,yM1)，M4坐标为(xM4,yM4)，P1坐标为(xP1,yP1)，则P1的计算满足公式
其中，θM1和θM4分别是过点M1和M4并且平行于对应芯片边的直线与水平X轴的夹角，取值范围为(-90°，90°)。
而θM1为0，θM4为90°，则过M1和M4的直线为
因此P1的坐标为(xM4,yM1)。
在本案例中四边形的角点计算相对简单，因其平行线均是分别平行于坐标轴，而对于其他多边形的情况，则需要采用公式(1)；接下来要考虑芯片的旋转角度θ来计算出切割角点C1，通过仿射变换围绕芯片中心C0进行角度为θ的旋转，设C0坐标为(xC0,yC0)，C1坐标为(xC1,yC1)，旋转仿射变换矩阵为
其中，(xC0,yC0)为旋转中心，α＝cosθ，β＝sinθ。将P1坐标左乘仿射变换矩阵R，计算C1，即
将式(3)代入(4)中，则可求得切割角点C1。
以相同方式可分别求得切割角点C2、C3和C4，再顺时针依次连接各个切割角点形成切割轨迹。
对于由步骤一中，未计算出周围街区中心的芯片暂先不计算该街区对应的切割角点。
步骤D，当待处理芯片的所有实际切割角点CX均已被计算出，对街区交叉区域的切割角点均值化；在街区交叉的区域中，其周围的芯片均会产生一个切割角点，由于芯片之间的旋转角度不同，导致该区域中的切割角点不是同一个位置，从而导致实际的切割轨迹在同一街区内不为同一条线，对该区域中所有实际切割角点CX求平均值，将区域中的所有的实际切割角点CX归化在平均切割角点SX位置处，如单帧图像处理过程中，该步均值化的前提是街区交叉区域周围的所有芯片的切割角点均已被计算出，否则先不进行均值化。
如图6所示，区域S1中存在四个切割角点分别对应着周围的每一个芯片；以芯片1为例，在分别切割芯片1和芯片6时，两芯片之间的街区将会存在两条不同的切割线，以及芯片1和芯片8之间同样为两条线，如此将会分散激光能量，导致切割效率下降，并且两条切割线中会产生残渣，因此切割芯片时，保证街区只存在一条切割线是必要的；该步骤对街区交叉区域中的所有切割角点用平均值代替，实现对切割角点的微校正。
如图7所示为均值化的效果，街区交叉区域均值化为一个切割位置，如芯片1与其相邻芯片间的街区切割均为一条线，芯片4也有部分街区为一条切割线。该步骤处理原则是街区交叉区域存在其周围所有芯片的切割角点则进行均值化，如区域S1和S2，而不满足该条件的，暂不进行均值化，如区域S3，由于芯片10可能被分于另外一帧图像中而不存在，也有可能真实的不存在，则在该区域中的切割角点只有3个，故先不进行均值化。
本实施例中，整个晶圆数据补充处理过程中，在对街区交叉区域的切割角点均值化，求平均切割角点SX时，不再考虑该区域切割角点的数量。
步骤E，得出待处理芯片切割轨迹；顺时针依次连接待处理芯片的各个平均切割角点，形成芯片的实际切割轨迹。
步骤三，确定晶圆是否扫描完毕；
确定晶圆扫描完毕的依据为：根据扫描晶圆的尺寸以及相机的视场大小，将晶圆按相机视场大小划分成块，确保整个晶圆均被覆盖，依此对每块进行相机扫描，并判断是否是最后一个视场块，当相机扫描完最后一个视场块后，确定整个晶圆扫描完毕。
步骤四：当晶圆扫描完毕，整合晶圆数据；当晶圆没扫描完毕时，再依次重复步骤一与步骤二的过程，直至晶圆扫描完毕。
步骤五：判断整个晶圆中所有的待处理芯片的切割轨迹是否都确定完毕；
步骤六：当所有的待处理芯片的切割轨迹都确定完毕，将每个待处理芯片的切割位置信息输入振镜中；当整个晶圆中待处理芯片的切割轨迹没有确定完毕时，步骤五欲步骤六之间还包括对未处理完全的待处理芯片数据进行补充处理，补充处理完成后再重复步骤五的过程，直至所有待处理芯片的切割轨迹都确定完毕。
步骤七：将工作台移动到振镜下方，通过振镜控制激光对晶圆进行切割。
本实施例中，补充处理方法具体为，扫描完毕后，晶圆中每个芯片均被识别到，将每次扫描并计算的所有待处理芯片的数据信息整合一起形成整个晶圆数据，实际晶圆上部分相邻的待处理芯片由于被分在两帧图像中，而未被处理，在整合晶圆数据以后，该相邻待处理芯片重新成为相邻芯片，以至其各个方向都存在相邻芯片，针对这部分未处理的待处理芯片，再对其依次进行芯片周围街区中心点、芯片各个实际切割角点CX、街区交叉处切割角点的均值化处理。
本实施例中，所述芯片形状为四边形或者五边形或者六边形或者七边形。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，发明的保护范围涵盖本领域技术人员根据发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，其特征在于，包括有移动工作台配合相机实现对整个晶圆全面扫描过程，对扫描中得到每一帧图像进行处理过程，扫描完毕整个晶圆数据的处理过程以及晶圆切割过程；其具体步骤如下：
步骤一，通过控制模块控制移动工作台和相机，对工作台上的晶圆进行扫描，实现逐一全面的图像采集；
步骤二，对扫描中得到的每一帧图像进行处理；其中处理步骤具体又包括如下：步骤A，得出待处理芯片中心位置和旋转角度θ，取晶圆中的待处理芯片制作成无旋转角度的模板，通过模板匹配的方法识别出每一帧图像中的所有待处理芯片，从而得出待处理芯片的中心位置和相对于模板的旋转角度θ；
步骤B，得出待处理芯片周围的街区中心点Mx，当待处理芯片某方向不存在相邻芯片时，则该方向暂不处理；针对待处理芯片，通过各个方向相邻的芯片中心位置，取该待处理芯片与其相邻芯片的中心之间的中点作为街区的中心点Mx；
步骤C，得出待处理芯片各个实际切割角点CX；根据待处理芯片周围的街区中心点Mx，先假设该芯片无旋转，计算出各个假定切割角点Px，再通过仿射变化，以待处理芯片中心C0为旋转中心，根据该芯片的旋转角度θ对各个假定切割角点Px进行旋转，从而得出待处理芯片实际切割角点CX；
步骤D，当待处理芯片的所有实际切割角点CX均已被计算出，对街区交叉区域的切割角点均值化；对该区域中所有实际切割角点CX求平均值，将区域中的所有实际切割角点CX归化在平均切割角点SX位置处；
步骤E，得出待处理芯片切割轨迹；顺时针依次连接待处理芯片的各个平均切割角点，形成芯片的实际切割轨迹；
步骤三，确定晶圆是否扫描完毕；
步骤四：当晶圆扫描完毕，整合晶圆数据；
步骤五：判断整个晶圆中所有的待处理芯片的切割轨迹是否都确定完毕；
步骤六：当所有的待处理芯片的切割轨迹都确定完毕，将每个待处理芯片的切割位置信息输入振镜中；
步骤七：将工作台移动到振镜下方，通过振镜控制激光对晶圆进行切割。
2.根据权利要求1所述的一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，其特征在于：步骤B在得出待处理芯片周围的街区中心点Mx的过程中，对于单个的待处理芯片只计算其上方和右方的街区中心点，而其左方和下方的街区中心点分别在计算其左方芯片和下方芯片时获得。
3.根据权利要求2所述的一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，其特征在于：步骤C中计算各个假定切割角点Px的方法为，
当待处理芯片无旋转时，假定切割角点Px为分别过待处理芯片两个相邻方向的街区中心点Mx、并且平行于该方向上待处理芯片的边的两条直线的交点；
设两个相邻方向的街区中心点Mx分别为Mx1和Mx2，对应的坐标分别为 则Px(XPx,YPx)的计算公式为，
其中，和θMx2分别是过点Mx1和Mx2、并且平行于对应待处理芯片的边的直线与水平X轴的夹角，取值范围为(-90°，90°)；
按照上述计算公式依次得到各个假定切割角点Px的坐标(XPx,YPx)；
步骤C中得出待处理芯片各个实际切割角点CX的方法为，
通过仿射变换围绕待处理芯片中心进行角度为θ的旋转，设待处理芯片中心为C0(xC0,yC0)，假定切割角点Px对应的实际切割角点CX坐标为旋转仿射变换矩阵为
其中，(xC0,yC0)为旋转中心，α＝cosθ，β＝sinθ；
依次将得到的各个假定切割角点Px坐标((XPx,YPx)左乘仿射变换矩阵R，对应得出各个实际切割角点Cx，即
其中，CX、Mx、SX和Px中的X值均取1、2、3、4、5……。
4.根据权利要求3所述的一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，其特征在于：步骤三中当确定的结果为晶圆没扫描完毕时，再依次重复步骤一与步骤二的过程，直至晶圆扫描完毕。
5.根据权利要求4所述的一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，其特征在于：步骤五中当判断结果为整个晶圆中待处理芯片的切割轨迹没有确定完毕时，步骤五与步骤六之间还包括对未处理完全的待处理芯片数据进行补充处理，补充处理完成后再重复步骤五的过程，直至所有待处理芯片的切割轨迹都确定完毕。
6.根据权利要求5所述的一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，其特征在于：补充处理方法具体为，在整合晶圆数据以后，该相邻待处理芯片重新成为相邻芯片，以至其各个方向都存在相邻芯片，针对这部分未处理的待处理芯片，再对其依次进行芯片周围街区中心点、芯片各个实际切割角点CX、街区交叉处切割角点的均值化处理。
7.根据权利要求6所述的一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，其特征在于：整个晶圆数据补充处理过程中，在对街区交叉区域的切割角点均值化，求平均切割角点SX时，不再考虑该区域切割角点的数量。
8.根据权利要求7所述的一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，其特征在于：对于步骤B中，当待处理芯片某方向的街区中心点Mx未计算出时，该街区对应的实际切割角点CX在补充处理时进行处理；
步骤D中，在单帧图像处理过程过程中，当待处理芯片的所有实际切割角点均未完全被计算出时，对街区交叉区域的切割角点均值化在补充处理时进行处理。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种芯片不规则分布的晶圆切割方法，其特征在于：所述芯片形状为四边形或者五边形或者六边形或者七边形。
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