CN110465751A - 一种晶片激光加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶片激光加工系统，包括晶片和对晶片进行激光加工的激光划线装置；激光划线装置包括分别设置于晶片上下两侧的第一激光头和第二激光头，第一激光头在晶片上表面出射沿第一加工线运动的第一激光束以形成第一沟槽，第二激光头在晶片下表面出射沿第二加工线运动的第二激光束以形成第二沟槽；还包括缺陷检测装置，缺陷检测装置包括布置于晶片上下两侧的第一相机、第二相机和处理模块，第一相机获取晶片加工后的上表面图像，第二相机获取晶片加工后的下表面图像，处理模块用于根据获取的上表面图像和下表面图像检测晶片的表面缺陷。本发明能够在激光加工后对晶片表面缺陷进行检测，有助于进一步提高生产质量。

Description

一种晶片激光加工系统

技术领域

本发明涉及晶片加工设备仪器技术领域，特别是一种晶片激光加工系统。

背景技术

现有技术中，在半导体晶片的制造工艺中存在一些加工系统采用激光加工的方式对晶片进行加工，但是由于激光加工需要对参数进行非常精准的调节，以保证晶片激光加工的精度，目前，对激光加工参数设置的方式通常是根据经验进行调节，但如果设置不当的话容易造成晶片产生缺陷。目前，对晶片的的缺陷检测通常是在晶片完成所有加工过程之后才进行的，这样不能及时反映激光加工中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种晶片激光加工系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提出一种晶片激光加工系统，包括晶片和对所述晶片进行激光加工的激光划线装置，所述晶片包括半导体基板和设与所述半导体基板上表面的若干元器件，所述晶片的上表面设有用于分隔若干元器件的第一加工线，所述晶片的下表面设有与所述第一加工线对称的第二加工线；所述激光划线装置包括分别设置于所述晶片上下两侧的第一激光头和第二激光头，所述第一激光头在晶片上表面出射沿所述第一加工线运动的第一激光束以形成第一沟槽，所述第二激光头在所述晶片下表面出射沿所述第二加工线运动的第二激光束以形成第二沟槽；

所述加工系统还包括缺陷检测装置，所述缺陷检测装置包括布置于所述晶片上下两侧的第一相机、第二相机和处理模块，所述第一相机获取晶片加工后的上表面图像，所述第二相机获取晶片加工后的下表面图像，所述处理模块用于根据获取的上表面图像和下表面图像检测晶片的表面缺陷。

在一种实施方式中，所述加工系统还包括用于刻蚀所述第一沟槽的等离子刻蚀装置，用于去除第一沟槽和第二沟槽之间的半导体基板。

在一种实施方式中，所述缺陷检测装置还包括分别设置于晶片上下两侧的环形光源，所述环形光源能调节发光波长，所述环形光源所投射的光线倾斜照射所述晶片的表面。

在一种实施方式中，所述环形光源具体采用红光LED和蓝光LED混合制成。

在一种实施方式中，所述处理模块，分别与所述第一相机和第二相机连接，进一步包括：

图像接收单元，用于接收由所述第一相机和第二相机获取的晶片表面图像；

图像预处理单元，对获取的晶片表面图像进行灰度化以及增强处理，获取预处理后的晶片表面图像；

边缘检测单元，对预处理后的晶片表面图像进行边缘检测处理，获取晶片上的元器件区域；

缺陷检测单元，对所述元器件区域进行缺陷检测，对元器件区域的灰度变化检测以及异常纹路检测，从而识别出存在表面缺陷的元器件。

本发明的有益效果为：

1)本发明利用第一激光头出射的皮秒脉冲激光在晶片的上表面形成第一沟槽的同时、利用第二激光头出射的纳秒脉冲激光在晶片的下表面形成第二沟槽，第一沟槽、第二沟槽的位置分别对应上下对称的第一加工线、第二加工线，并且都在半导体基板中按照一定深度形成，从而将半导体基板露出以便晶片被更好的分解，然后借助等离子蚀刻装置对第一沟槽处外露的半导体基板进行刻蚀，由此大大提高了晶片的加工速度，有利于半导体芯片的大规模快速生产，生产效率得到快速提高。

2)本发明在第一激光头和第二激光头对晶片的上下表面完成加工后，针对激光加工可能会导致晶片表面产生缺陷，如激光熔渣飞溅等；本发明系统还设置有缺陷检测装置对加工后的晶片表面进行缺陷检测；通过设置第一相机和第二相机分别获取晶片的上下表面图像，然后通过处理装置对获取的图像进行处理和分析，通过表面图像检测晶片的表面缺陷，生成检测结果直观地展现出来，有助于科研人员根据检测结果，合理调整加工系统，特别是控制参数和激光头参数，从而进一步提高生产质量。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中激光划线装置的立体结构示意图；

图3为本发明中晶片的俯视图；

图4为本发明缺陷检测装置的框架结构图。

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

参见图1、图2、图3，其示出一种晶片1激光加工系统，包括晶片1和对晶片1进行激光加工的激光划线装置2，晶片1包括半导体基板11和设与半导体基板11上表面的若干元器件12，晶片1的上表面设有用于分隔若干元器件12的第一加工线P1，晶片1的下表面设有与第一加工线P1对称的第二加工线P2；激光划线装置2包括分别设置于晶片1上下两侧的第一激光头21和第二激光头22，第一激光头21在晶片1上表面出射沿第一加工线P1运动的第一激光束L1以形成第一沟槽G1，第二激光头22在晶片1下表面出射沿第二加工线P2运动的第二激光束L2以形成第二沟槽G2；

加工系统还包括缺陷检测装置3，缺陷检测装置3包括布置于晶片1上下两侧的第一相机31、第二相机32和处理模块33，第一相机31获取晶片1加工后的上表面图像，第二相机32获取晶片1加工后的下表面图像，处理模块33用于根据获取的上表面图像和下表面图像检测晶片1的表面缺陷。

其中，在一种场景中，第一加工线P1和第二加工线P2在若干元器件12之间以复数形式存在；第一激光头21和第二激光头22关于晶片1上下对称分布。

在一种场景中，晶片1包括分别摄于半导体基板11上、下表面的保护层和金属层。第一沟槽G1穿透保护层和半导体基板11的上表面，第二沟槽G2穿透金属层和半导体基板11的下表面。其中，半导体基板11为归基板，金属层为铜。

以及，第一激光束L1位皮秒脉冲激光，第二激光束L2为纳秒脉冲激光。

第一激光头21和第二激光头22分别受控制装置控制，同步沿晶片1上下表面的第一加工线P1和第二加工线P2运动，实现对晶片1上下表面的同步加工。

晶片1加工方法主要包括以下步骤：

步骤1)：在晶片1的上、下两侧分别安装第一激光头21和第二激光头22，第一激光头21和第二激光头22关于晶片1上下对称分布且同步运动，第一激光头21在晶片1上表面出射皮秒脉冲激光，第二激光头22在晶片1下表面出射纳秒脉冲激光；

步骤2)：皮秒脉冲激光沿着第一加工线P1运动形成第一沟槽G1，纳秒脉冲激光沿着第二加工线P2运动形成第二沟槽G2，并且第一沟槽G1与第二沟槽G2同时形成；

步骤3)：第一沟槽G1穿透保护层和半导体基板11的上表面，第二沟槽G2穿透金属层和半导体基板11的下表面；

步骤4)：在第一沟槽G1和第二沟槽G2形成后，第一相机31和第二相机32分别拍摄晶片1上下表面图像，由处理模块33对图像进行处理分析晶片1的表面缺陷。

在一种实施方式中，加工系统还包括用于刻蚀第一沟槽G1的等离子刻蚀装置，用于去除第一沟槽G1和第二沟槽G2之间的半导体基板11。

在一种实施方式中，缺陷检测装置3还包括分别设置于晶片1上下两侧的环形光源34，环形光源34能调节发光波长，环形光源34所投射的光线倾斜照射晶片1的表面。

作为优选的实施方式，环形光源34具体采用红光LED和蓝光LED混合制成。

采用能够有效地保证晶片表面的亮度均匀，最大程度减少因光源导致的光斑，为之后根据晶片表面图像进行缺陷检测奠定了基础。

本发明上述实施方式，利用第一激光头出射的皮秒脉冲激光在晶片的上表面形成第一沟槽的同时、利用第二激光头出射的纳秒脉冲激光在晶片的下表面形成第二沟槽，第一沟槽、第二沟槽的位置分别对应上下对称的第一加工线、第二加工线，并且都在半导体基板中按照一定深度形成，从而将半导体基板露出以便晶片被更好的分解，然后借助等离子蚀刻装置对第一沟槽处外露的半导体基板进行刻蚀，由此大大提高了晶片的加工速度，有利于半导体芯片的大规模快速生产，生产效率得到快速提高。

同时，在第一激光头和第二激光头对晶片的上下表面完成加工后，针对激光加工可能会导致晶片表面产生缺陷，如激光熔渣飞溅等；本发明系统还设置有缺陷检测装置对加工后的晶片表面进行缺陷检测；通过设置第一相机和第二相机分别获取晶片的上下表面图像，然后通过处理装置对获取的图像进行处理和分析，通过表面图像检测晶片的表面缺陷，生成检测结果直观地展现出来，有助于科研人员根据检测结果，合理调整加工系统，特别是控制参数和激光头参数，从而进一步提高生产质量。

在一种实施方式中，参见图4，处理模块33，分别与第一相机31和第二相机32连接，进一步包括：

图像接收单元331，用于接收由第一相机31和第二相机32获取的晶片表面图像；

图像预处理单元332，对获取的晶片表面图像进行灰度化以及增强处理，获取预处理后的晶片表面图像；

边缘检测单元333，对预处理后的晶片表面图像进行边缘检测处理，获取晶片上的元器件区域；

缺陷检测单元3环形光源34，对元器件区域进行缺陷检测，对元器件区域的灰度变化检测以及异常纹路检测，从而识别出存在表面缺陷的元器件。

在一种实施方式中，缺陷检测装置3还与显示屏连接，该显示屏用于显示晶片表面图像及其缺陷检测结果。

本发明上述实施方式，处理模块对晶片表面图像进行处理，首先对晶片表面图像进行灰度化以及增强处理，提高晶片表面图像的质量，以及为之后对晶片表面图像的进一步检测奠定基础；边缘检测单元对晶片表面图像进行边缘检测，区分晶片图像中的元器件区域和基底区域，为之后进一步对元器件区域做进一步的缺陷检测电动基础；缺陷检测单元3环形光源34，根据元器件区域的灰度特征和纹路特征，识别元器件区域是否存在表面缺陷，例如在元器件区域中存在灰度特异点，或者出现异常纹路则判断该元器件存在表面缺陷，并对存在缺陷的区域进行标记和统计，将缺陷检测结果发送到显示屏进行显示，供技术人员直观地了解加工后的晶片表面情况。

在一种实施方式中，图像预处理单元332，对获取的晶片表面图像进行灰度化以及增强处理，具体包括：

1)对获取的晶片表面图像进行灰度化处理，获取灰度化图像；

2)根据设定的小波基和分解层数对获取的灰度化图像进行小波分解处理，获取该灰度化图像的低频子图和高频子图；

3)对其中获取的高频子图进行阈值处理，获取阈值处理后的高频子图；

4)根据阈值处理后的高频子图和低频子图进行重构，获取预处理后的晶片表面图像。

在一种实施方式中，图像预处理单元332中，对高频子图进行阈值处理，其中采用的阈值函数为：

式中，R′_c，g表示第c层第g个高频子图系数，Ψ表示设定的阈值，γ表示收缩调节因子，β表示适应度调节因子，α表示抑制调节因子，sgn(·)表示符号函数。

本发明上述实施方式，采用上述的方式对晶片表面图像进行预处理，针对晶片表面图像中区域分布比较均匀的特点以及针对晶片表面图像中可能存在的缺陷特征与噪声点较为相似的情况，在小波分解后，对高频子图采用上述阈值函数进行阈值去噪，加入了收缩调节因子、适应度调节因子和抑制调节因子，能够在有效去除噪声点的同时，最大程度地保留可能存在的缺陷特征，避免了图像处理过程中将噪声点和缺陷特征混淆的情况，间接提高了缺陷检测的精确度。

在一种实施方式中，针对每一层小波分解所得的高频子图，上述阈值函数中设定的阈值Ψ为：

其中，Ψ_c表示第c层判定阈值，L表示高频子图系数的长度，σ表示噪声标准差估计，R_c表示第c层的高频子图系数长度，δ表示设定的阈值调节因子，med(·)表示取中值函数。

本发明上述实施方式，对于每一层小波分解，根据分解层数自适应地采用不同的阈值对高频子图系数进行阈值处理，能够适应晶片图像在小波分解后，随着层数越来越高时，高频子图所带信息的特性，进一步提高预处理的效果，间接提高了缺陷检测的准确性。

在一种实施方式中，图像预处理单元332中，还包括，对其中获取的低频子图进行增强处理，具体包括：

1)统计低频子图的灰度直方图，其中灰度直方图的横坐标用灰度级表示，其中，第k个灰度级表示灰度值范围为[a(k-1)，a(k+1)]，k＝1，2，...，K，其中K表示灰度级的总数，灰度直方图的纵坐标表示所属灰度级的像素点的个数；

2)根据所属像素点的数量对灰度级进行排列，其中Z(k₁)＞Z(k₂)＞…＞Z(k_k)＞…＞Z(k_K)，其中Z(k_k)表示第k_k个灰度级包含的像素点的个数；

3)挑选出显著区域，设定均衡阈值因子v₁和v₂，其中v₁＝min(ak₁，ak₂)，v₂＝max(ak₁，ak₂)；

4)根据低频子图的灰度分布对低频子图进行灰度均衡处理，其中采用的灰度均衡函数为：

式中，表示均衡化处理后像素点(x，y)的灰度值，h(x，y)表示原低频子图中像素点(x，y)的灰度值，表示设定的集中度调节参数，其中 h_max表示原低频子图中像素点的灰度最大值；

5)将均衡化处理后的低频子图和阈值处理后的高频子图进行重构处理，获取预处理后的晶片表面图像。

本发明上述实施方式，在上述对晶片表面图像进行小波阈值去噪的基础上，同时对小波分解的低频子图进行灰度值均衡化处理，通过小波分解获取低频子图后进行灰度均衡化处理，能够有效地针对晶片表面图像中基底和元器件显著性不高的情况，有效提高了元器件区域和基底区域的灰度显著性特征，从而提高了图像的显著性，避免了基底区域和元器件区域区容易混淆的情况，间接提高了之后对元器件区域的分割的精确度。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种晶片激光加工系统，其特征在于，包括晶片和对所述晶片进行激光加工的激光划线装置，所述晶片包括半导体基板和设与所述半导体基板上表面的若干元器件，所述晶片的上表面设有用于分隔若干元器件的第一加工线，所述晶片的下表面设有与所述第一加工线对称的第二加工线；所述激光划线装置包括分别设置于所述晶片上下两侧的第一激光头和第二激光头，所述第一激光头在晶片上表面出射沿所述第一加工线运动的第一激光束以形成第一沟槽，所述第二激光头在所述晶片下表面出射沿所述第二加工线运动的第二激光束以形成第二沟槽；

所述加工系统还包括缺陷检测装置，所述缺陷检测装置包括布置于所述晶片上下两侧的第一相机、第二相机和处理模块，所述第一相机获取晶片加工后的上表面图像，所述第二相机获取晶片加工后的下表面图像，所述处理模块用于根据获取的上表面图像和下表面图像检测晶片的表面缺陷。

2.根据权利要求1所述的一种晶片激光加工系统，其特征在于，所述加工系统还包括用于刻蚀所述第一沟槽的等离子刻蚀装置，用于去除第一沟槽和第二沟槽之间的半导体基板。

3.根据权利要求1所述的一种晶片激光加工系统，其特征在于，所述缺陷检测装置还包括分别设置于晶片上下两侧的环形光源，所述环形光源能调节发光波长，所述环形光源所投射的光线倾斜照射所述晶片的表面。

4.根据权利要求3所述的一种晶片激光加工系统，其特征在于，所述环形光源具体采用红光LED和蓝光LED混合制成。

5.根据权利要求1所述的一种晶片激光加工系统，其特征在于，所述处理模块，分别与所述第一相机和第二相机连接，进一步包括：

图像接收单元，用于接收由所述第一相机和第二相机获取的晶片表面图像；

图像预处理单元，对获取的晶片表面图像进行灰度化以及增强处理，获取预处理后的晶片表面图像；

边缘检测单元，对预处理后的晶片表面图像进行边缘检测处理，获取晶片上的元器件区域；

缺陷检测单元，对所述元器件区域进行缺陷检测，对元器件区域的灰度变化检测以及异常纹路检测，从而识别出存在表面缺陷的元器件。

6.根据权利要求1所述的一种晶片激光加工系统，其特征在于，所述图像预处理单元，对获取的晶片表面图像进行灰度化以及增强处理，具体包括：

1)对获取的晶片表面图像进行灰度化处理，获取灰度化图像；

2)根据设定的小波基和分解层数对获取的灰度化图像进行小波分解处理，获取该灰度化图像的低频子图和高频子图；

3)对其中获取的高频子图进行阈值处理，获取阈值处理后的高频子图；

4)根据阈值处理后的高频子图和低频子图进行重构，获取预处理后的晶片表面图像。

7.根据权利要求6所述的一种晶片激光加工系统，其特征在于，所述图像预处理单元中，对高频子图进行阈值处理，其中采用的阈值函数为：

式中，R′_c,g表示第c层第g个高频子图系数，Ψ表示设定的阈值，γ表示收缩调节因子，β表示适应度调节因子，α表示抑制调节因子，sgn(·)表示符号函数。