CN113053770B - 一种晶圆切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶圆切割方法，包括：采用刀轮对晶圆执行至少一次测试切割以得到至少一个切痕图像；沿至少一个切痕图像的长度方向进行测量以得到至少两个切割长度；判断至少两个切割长度中的最大值与最小值的差值是否大于设定值，若是，则判定切割面形貌异常，并停止切割，若否，则判定切割面形貌正常，并计算得到测试切割的实际切割深度及切割深度补偿值；以及，基于切割深度补偿值，执行产品切割。通过切痕图像的切割长度的最大值与最小值的差值判断切割面形貌是否正常，若是，则还可结合切割长度及刀轮的半径得到切割深度补偿值用于确定产品切割的切割深度，以解决现有技术中无法及时并精准的确定晶圆的切割深度及切割面形貌的问题。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种晶圆切割方法。
背景技术
晶圆是指集成电路制作所用的硅芯片，晶圆是生产集成电路所用的载体，一般意义晶圆多指单晶硅圆片。在晶圆上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的集成电路器件。
在完成集成电路器件的制备后，需要对晶圆进行切割处理，将晶圆分为多个芯片。随着晶圆的尺寸越来越大，厚度越来越薄，同时芯片的尺寸却越来越小，对晶圆的切割要求也越来越高。
一般在切割晶圆之前，需要确定切割深度及切割面形貌。切割深度及切割面形貌对后续的切割晶圆有着至关重要影响，若切割深度设定不合理或切割面形貌异常，极易造成电性异常或者晶圆破裂。
目前，对切割深度及切割面形貌的确定往往采用截取切割端面的方式进行确认和测量，其确认既不及时也不精准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆切割方法，以解决现有技术中无法及时并精准的确定晶圆的切割深度及切割面形貌的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆切割方法，包括：采用刀轮对晶圆执行至少一次测试切割以得到至少一个切痕图像；沿所述至少一个切痕图像的长度方向进行测量以得到至少两个切割长度；判断所述至少两个切割长度中的最大值与最小值的差值是否大于设定值，若是，则判定切割面形貌异常，并停止切割，若否，则判定切割面形貌正常，并基于所述刀轮的半径以及所述至少两个切割长度，计算所述测试切割的实际切割深度，再根据所述测试切割的实际切割深度以及设定切割深度得到切割深度补偿值；以及，基于所述切割深度补偿值，执行产品切割。
可选的，所述至少一个切痕图像的长度方向为所述刀轮的切割方向。
可选的，所述测试切割为非穿透晶圆的切割。
可选的，沿所述至少一个切痕图像的长度方向进行测量以得到至少五个切割长度。
可选的，所述至少五个切割长度至少包括所述切痕图像的长度方向的最大值及最小值。
可选的，所述至少五个切割长度至少包括位于所述切痕图像的宽度方向上的两端及中间的切割长度。
可选的，所述实际切割深度H的计算方法为：
其中，H为所述测试切割的实际切割深度，R为所述刀轮的半径，L为所述至少两个切割长度的平均值。
可选的，所述切割深度补偿值ΔH的计算方法为：
ΔH＝H-H’；
其中，H’为所述测试切割的设定切割深度，H为所述测试切割的实际切割深度。
可选的，所述设定值为所述晶圆的工艺最大允许平整度的两倍。
可选的，采用刀轮对晶圆执行至少一次测试切割的步骤中，所述晶圆为测试晶圆或产品晶圆。
综上所述，本发明提供的一种晶圆切割方法，采用刀轮对晶圆执行测试切割以获得切痕图形，并通过切痕图像的切割长度的最大值与最小值的差值判断切割面形貌是否正常，若是，则还可结合切割长度及刀轮的半径得到实际切割深度，进而得到切割深度补偿用于确定后续产品切割的切割深度，以解决现有技术中无法及时并精准的确定晶圆的切割深度及切割面形貌的问题。
附图说明
本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是本申请一实施例提供的切割设备的示意图；
图2a是本申请一实施例提供的第一种切割面形貌的切痕图像的俯视示意图；
图2b是本申请一实施例提供的第一种切割面形貌的切痕图像的剖视示意图；
图3a是本申请一实施例提供的第二种切割面形貌的切痕图像的俯视示意图；
图3b是本申请一实施例提供的第二种切割面形貌的切痕图像的剖视示意图；
图4a是本申请一实施例提供的第三种切割面形貌的切痕图像的俯视示意图；
图4b是本申请一实施例提供的第三种切割面形貌的切痕图像的剖视示意图；
图5是本申请一实施例提供的第三种切痕图像的放大的俯视示意图；
图6是本申请一实施例提供的切割面的侧视示意图；
图7是本申请一实施例提供的晶圆切割方法的流程图。
附图中：
10-晶圆；11～13-切痕图像；
20-切割组件；21-切割刀轮；22-驱动单元；
30-载片台；41-视觉识别单元；
R-刀轮半径；L1～L5-第一至第五切割长度；L-切割长度；
H-实际切割深度；H’-设定切割深度；ΔH-切割深度补偿值；
D1-第一方向；D2-第二方向。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。
本发明提供了一种晶圆切割方法，以解决现有技术中无法及时并精准的确定晶圆的切割深度及切割面形貌的问题。
其中，图7是本申请一实施例提供的晶圆切割方法的流程图。
如图7所示，本实施例提供了一种晶圆切割方法，包括以下步骤：
S01：采用刀轮对晶圆执行至少一次测试切割以得到至少一个切痕图像；
S02：沿所述至少一个切痕图像的长度方向进行测量以得到至少两个切割长度；
S03：判断所述至少两个切割长度中的最大值与最小值的差值是否大于设定值，若是，则判定切割面形貌异常，并停止切割；
S04：若否，则判定切割面形貌正常，并基于所述刀轮的半径以及所述至少两个切割长度，计算所述测试切割的实际切割深度，再根据所述测试切割的实际切割深度以及设定切割深度得到切割深度补偿值；以及，
S05：基于所述切割深度补偿值，执行产品切割。
下面结合图1至图6更详细地介绍本申请实施提供的晶圆切割方法。
图2a是本申请一实施例提供的第一种切割面形貌的切痕图像的俯视示意图；
图2b是本申请一实施例提供的第一种切割面形貌的切痕图像的剖视示意图；图3a是本申请一实施例提供的第二种切割面形貌的切痕图像的俯视示意图；图3b是本申请一实施例提供的第二种切割面形貌的切痕图像的剖视示意图；图4a是本申请一实施例提供的第三种切割面形貌的切痕图像的俯视示意图；图4b是本申请一实施例提供的第三种切割面形貌的切痕图像的剖视示意图；图5是本申请一实施例提供的第三种切痕图像的放大的俯视示意图；图6是本申请一实施例提供的切割面的侧视示意图。
图1是本申请一实施例提供的切割设备的示意图。如图1所示，在一个具体实施例中，所采用的切割装置包括移动组件(图1未示意出)、切割组件20、载片台30及量测组件。移动组件与切割组件20固定连接，用于控制切割组件20的移动，包括水平面内的平移及竖直面的升降，以实现对晶圆10的切割。切割组件20位于载片台30上方，包括切割刀轮21以及驱动组件22，其中切割刀轮21用于切割，驱动组件22用于驱动切割刀轮21高速旋转。量测组件设置于载片台30的上方，朝向载片台30，量测组件包括图像识别单元41，采用图像识别单元41以获取切痕图像13，并可进一步获取切割的切割深度及切割面形貌的相关数据，以判断是否符合要求。
具体的，晶圆10可以是硅基半导体或绝缘体上(SOI)衬底，绝缘体可以是玻璃、蓝宝石或有机物。刀轮21为圆环柱状结构，其具体材质根据待切割的晶圆10的衬底类型及工艺要求而不同，例如为金刚石、合金或塑料。
在产品切割之前，可执行测试切割以确认切割深度及切割面形貌。优选的，可在多个切割方向上执行测试切割以确保各个切割方向都满足工艺要求。进一步的，还可在一个切割方向上重复执行多次测试切割以防止单次的误判。
测试切割是指刀轮21对晶圆10进行非穿透的切割，形成一道切痕，然后立即升起，其设定切割深度为H’。测试切割可以是在专门用调试切割的测试晶圆上进行，其设定切割深度需小于测试晶圆的厚度，例如为晶圆10的厚度的一半，也可以在产品晶圆10的预设切割道或者空白区域执行执行测试切割，用于产品切割过程中监控切割深度和切割面形貌，但测试切割的设定切割深度H’小于或等于工艺要求的切割深度。
测试切割，即可利用视觉识别单元41获取切痕图像(例如为切痕图像13)。实际上，测试切割的切痕为一个三维立体的切割槽，切割槽的最低点与顶面的距离为切割深度，若按照常规方法，通过截取切割槽的断面以测量获取切割深度及切割面形貌，因切割面位于切割槽的底部，其测量是较为费时且不精准的。
请参照图4～6，为便于获取切割深度，在本实施例中，利用圆的垂径定理，通过如下公式计算实际切割深度H：
其中，R为刀轮的半径，L为切割长度，且切割长度L取第一至第五切割长度L1～L5的平均值。刀轮21确定后，刀轮的半径R即为固定值，切割长度L沿第一方向D1，也即沿切割的长度方向，可通过视觉识别单元41从切痕图像中获取。实践中，刀轮为扁平的圆环状，刀轮半径R远大于刀轮厚度，与之对应的，在晶圆10上的切痕及切痕图像(例如为切痕图像13)可为细长型，不难理解，切痕图像延伸较长的方向(长度方向)为切割方向，也即是第一方向D1。
如上所述，理想情况下，切痕图像13为矩形，第一方向D1为切割方向，例如矩形的长度方向(长边方向)，第二方向D2与第一方向D1正交，例如矩形的宽度方向(短边方向)。然而，由于刀轮切割为物理切割，在切割过程中不断磨损容易产生异常，例如缺口，则与之相应的切割面形貌也将出现异常。
详细的，切割面形貌异常，例如图2a至图4b所示。图2a、图3a及图4a为不同切割面形貌(切痕图像11、12、13)的俯视图，图2b、图3b及图4b为与之相对应的切割面形貌(切痕图像11、12、13)的剖视图。若刀轮21出现缺口，则切割面形貌将异常也将随之异常，即是出现与之相对应的凸起。应理解，测试切割的切痕为一圆弧状的切割槽，其切割槽的底部的切割面形貌与顶面的切痕图像是相对应一致的，例如切割槽底部有凸起，则切痕图形也具有形状和尺寸相同的凸起。由此，即可通过晶圆10表面的切痕图像，以实现对位于切割槽底部且不易观察的切割面形貌的测量。
接着，执行步骤S02。利用视觉识别单元41获取切痕图像(例如为切痕图像13)，并测量切痕图像(例如为切痕图像13)沿第一方向D1的切割长度。
进一步的，获得多个切割长度并取其平均值，以保证获得的切割长度更准确。较佳的，获取切割长度的数量至少为5个，例如图5所示的第一切割长度L1至第五切割长度L5，其中，至少包括切痕图像在第一方向D1的最大值及最小值。
更进一步的，至少5个切割长度至少包括位于切痕图像的宽度方向(第二方向D2)的两端及中间的切割长度。不难理解，若切割长度的最大值或最小值位于切痕图像的两端或中间，其余切割长度则相应从切痕图像上尽量等间隔取值，以期获通过求取平均值的方式得更精准的切割长度。
举一个非限性的例子，如图5所示，第一切割长度至第五切割长度分布于切痕图像13的两端及中间，分别为L1～L5，切割长度L为第一切割长度至第五切割长度L1～L5的平均值，其中包括切痕图像13的切割长度的最大值(例如为切割长度L1)及最小值(例如为切割长度L2)，也即是切痕图像13在第一方向D1的距离的最大值(例如为切割长度L1)及最小值(例如为切割长度L2)。
由此，可通过切痕图像13的切割长度的最大值(例如为切割长度L1)与最小值(例如为切割长度L2)的差值以反映切割面形貌的平整度，并判断切割面形貌是否异常，也即是否大于设定值。设定值例如为晶圆10的工艺最大允许平整度的2倍。若切割长度的最大值(例如为切割长度L1)与最小值(例如为切割长度L2)的差值大于第一设定值，即可判断切割异常，则需停机检查。其出现异常的原因，本领域的技术人员，通过相应的进一步的检查以发现，例如切割刀轮21异常、切割刀轮旋转速度异常。
相反，若差值小于或等于设定值，则可判断切割面形貌正常，即可执行步骤S04及S05。求取第一切割长度至第五切割长度L1～L5的平均值以获得切割长度L，并基于刀轮的半径R、切割长度L，利用如下的公式计算实际切割深度H：
进一步的，基于设定切割深度H’及实际切割深度H，即可得到切割深度补偿值ΔH，切割深度补偿值ΔH的计算公式为：
ΔH＝H-H’。
如上所述，不难理解，若H≥H’，ΔH为正值或零，说明实际切割深度H较设定切割深度H’偏深，则产品切割的设定切割深度等于产品预设切割深度减去切割深度补偿值ΔH；若H<H’，ΔH为负值，说明实际切割深度H较设定切割深度H’偏浅，则产品切割的设定切割深度等于产品预设切割深度减去切割深度补偿值ΔH。
执行产品切割，产品切割为确认完切割面形貌并调整切割深度后的产品切割。产品切割的方法还可以包括后续的诸如贴晶圆10背面蓝膜贴附以及晶圆10的正面的若干次切割等，上述步骤可为本领域常用的方法，在此不再赘述。
综上所述，本发明提供的一种晶圆切割方法，采用刀轮对晶圆执行测试切割以获得切痕图形，并通过切痕图像的切割长度的最大值与最小值的差值判断切割面形貌是否正常，若是，则还可结合切割长度及刀轮的半径得到实际切割深度，进而得到切割深度补偿用于确定后续产品切割的切割深度，以解决现有技术中无法及时并精准的确定晶圆的切割深度及切割面形貌的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (8)
1.一种晶圆切割方法，其特征在于，包括：
采用刀轮对晶圆执行至少一次测试切割以得到至少一个切痕图像；
沿所述至少一个切痕图像的长度方向进行测量以得到至少两个切割长度，所述至少一个切痕图像的长度方向为所述刀轮的切割方向；
判断所述至少两个切割长度中的最大值与最小值的差值是否大于设定值，若是，则判定切割面形貌异常，并停止切割，若否，则判定切割面形貌正常，并基于所述刀轮的半径以及所述至少两个切割长度，计算所述测试切割的实际切割深度，再根据所述测试切割的实际切割深度以及设定切割深度得到切割深度补偿值，所述测试切割的实际切割深度的计算方法为：
；
其中，H为所述测试切割的实际切割深度，R为所述刀轮的半径，L为所述至少两个切割长度的平均值；以及，
基于所述切割深度补偿值，执行产品切割。
2.根据权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述测试切割为非穿透晶圆的切割。
3.根据权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，沿所述至少一个切痕图像的长度方向进行测量以得到至少五个切割长度。
4.根据权利要求3所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述至少五个切割长度至少包括所述切痕图像的长度方向的最大值及最小值。
5.根据权利要求4所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述至少五个切割长度至少包括位于所述切痕图像的宽度方向上的两端及中间的切割长度。
6.根据权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述切割深度补偿值ΔH的计算方法为：
ΔH=H-H’；
其中，H’为所述测试切割的设定切割深度，H为所述测试切割的实际切割深度。
7.根据权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述设定值为所述晶圆的工艺最大允许平整度的两倍。
8.根据权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，采用刀轮对晶圆执行至少一次测试切割的步骤中，所述晶圆为测试晶圆或产品晶圆。
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