CN117066977B - 一种芯片超薄研磨切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种芯片超薄研磨切割方法，涉及芯片研磨切割技术领域，解决的问题是芯片研磨切割厚度和质量不足问题，采用的方法是，其中离子束切割方法通过离子发射源模块、对齐校准模块和切割加工模块将芯片材料切割成芯片，对齐校准模块通过特征点校准算法定位芯片切割位置，研磨冷却方法通过研磨模块、冷却模块和研磨优化模块进一步减小芯片厚度，研磨优化模块通过磨料磨损模型和遗传算法预测芯片加工厚度和实时优化磨料研磨盘转速和加工时间，冷却模块通过TCU半导体制冷片吸收研磨处理时产生的温度，纳米粒子机械抛光液通过化学腐蚀和机械去除的协调作用实现芯片抛光，本发明实现芯片的超薄研磨切割。

Description

一种芯片超薄研磨切割方法
技术领域
本发明涉及芯片研磨切割技术领域，且更具体地涉及一种芯片超薄研磨切割方法。
背景技术
在芯片制造过程中，通常会使用晶圆作为基板进行芯片的制造，而芯片研磨切割就是将整个晶圆分割成多个单独的芯片，这样可以将一个晶圆上生产出来的多个相同或不同功能的芯片分开，使它们可以单独使用，通过精确的研磨切割工艺，可以实现对芯片尺寸和形状的控制，这对于确保每个芯片都具有准确的尺寸是非常重要的，因为芯片尺寸直接影响其电气性能和可靠性，采用高效率的芯片研磨切割工艺，可以同时处理多个晶圆并完成多个切割操作，从而提高芯片的生产效率和产能,这对于满足市场需求非常重要，因此芯片研磨切割在芯片制作过程中发挥重要作用。
现有技术中，芯片研磨切割存在很多弊端，一方面，芯片切割强度不足，容易出现切割后的芯片表面凹凸不平，不能精准确定切割宽度和线段，导致不能达到理想的切割厚度，另一方面，不能根据芯片加工厚度对芯片表面进行研磨加工处理，芯片在研磨加工过程中，摩擦和压力会导致磨料和芯片表面温度升高，而高温会对芯片质量和工具寿命产生不利影响，芯片切割研磨后表面光滑度和平整度不足，因此，本发明提出一种芯片超薄研磨切割方法，旨在提高芯片超薄研磨切割质量。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明公开一种芯片超薄研磨切割方法，离子束切割方法通过离子发射源模块、对齐校准模块和切割加工模块将芯片材料切割成芯片，对齐校准模块通过特征点校准算法定位芯片切割位置，解决不能达到理想的切割厚度和切割后的芯片表面凹凸不平问题，研磨冷却方法通过研磨模块、冷却模块和研磨优化模块进一步减小芯片厚度，研磨优化模块通过磨料磨损模型和遗传算法预测芯片加工厚度和实时优化磨料研磨盘转速和加工时间，解决不能根据芯片加工厚度对芯片表面进行研磨加工处理问题，冷却模块通过TCU半导体制冷片解决研磨加工过程中芯片表面温度升高问题，纳米粒子机械抛光液通过化学腐蚀和机械去除的协调作用实现芯片抛光，解决芯片切割研磨后表面光滑度和平整度不足问题。
分析有鉴于此，本发明提供了一种芯片超薄研磨切割方法，包括如下步骤：
步骤一、采用固定夹具将芯片材料固定在离子束刻蚀机内，采用离子束切割方法将芯片材料切割成芯片；
在步骤一中，所述离子束切割方法包括离子发射源模块、对齐校准模块和切割加工模块，所述离子发射源模块的输出端与所述对齐校准模块的输入端连接，所述对齐校准模块的输出端与所述切割加工模块的输入端连接；
步骤二、将芯片放置在研磨预处理液中去除芯片表面氧化物，实现研磨预处理，所述研磨预处理液包括5％-9％的氢氧化钠和91％-95％的纯净水；
步骤三、将研磨预处理后的芯片通过研磨冷却方法进一步减小芯片厚度；
在步骤三中，所述研磨冷却方法包括研磨模块、冷却模块和研磨优化模块，所述研磨优化模块的输出端与所述研磨模块的输入端连接，所述冷却模块的输出端与所述研磨模块的输入端连接；
步骤四、将纳米粒子机械抛光液施加到研磨处理后的芯片表面，通过振动盘产生振动对纳米粒子机械抛光液施加压力，所述纳米粒子机械抛光液与芯片表面发生作用，实现芯片表面平整化；
步骤五、采用去离子水对芯片进行清洗，得到研磨切割后的芯片。
作为本发明进一步的技术方案，所述离子发射源模块采用电场离子源产生离子束，所述电场离子源通过7.2电子伏特的电场对空气中氧分子和氮分子进行激发，所述氧分子和氮分子激发转化为氧氮离子流，所述氧氮离子流强度为50μA/cm2-200mA/cm2，所述切割加工模块采用逻辑控制算法产生开关控制信号，控制电场离子源的开关，所述切割加工模块通过氧氮离子流照射到芯片切割线段，实现芯片切割。
作为本发明进一步的技术方案，所述对齐校准模块包括位置采集单元、切割定位单元和位置调节单元，所述位置采集单元的输出端与所述切割定位单元的输入端连接，所述切割定位单元的输出端与所述位置调节单元的输入端连接，所述位置采集单元采用扫描电子显微镜获取二维平面上的芯片表面图像，所述位置调节单元采用PID反馈控制实现电场离子源位置控制，所述PID反馈控制通过对电场离子源位置误差进行反馈调节，将电场离子源的位置进行调节，实现氧氮离子流按照芯片切割线段切割芯片。
作为本发明进一步的技术方案，所述切割定位单元采用特征点校准算法定位芯片切割位置，所述特征点校准算法的工作方法为：
步骤一、采用高斯差分分布检测芯片表面图像中的关键点，所述高斯差分分布通过比较芯片表面图像像素与芯片表面图像像素的周围邻域像素之间的灰度差异，找到极值点作为候选关键点，所述高斯差分分布根据局部极值判断候选关键点和确定关键点，所述关键点包括芯片表面图像角点、斑点、边缘和线段；
步骤二、然后再采用线性插值对关键点的位置和尺度进行定位，对关键点的位置进行抗扭曲校正，所述特征点校准算法通过关键点周围像素的梯度方向直方图来确定关键点主方向，所述特征点校准算法根据关键点的位置、尺度和主方向信息将关键点周围的像素分为子区域，所述子区域通过尺度不变特征变换函数得到芯片表面图像特征向量；
步骤三、最后采用阈值分割根据已知芯片切割位置确定切割阈值，所述阈值分割采用阈值分割算法得到二值图像，所述阈值分割利用二值图像在芯片切割位置进行轮廓线检测，得到芯片切割线段和确定芯片切割宽度，所述芯片切割宽度计算公式为：
在公式(1)中，p为芯片切割厚度，A为关键点个数，x为相邻关键点距离，M为芯片切割面面积。
作为本发明进一步的技术方案，所述研磨模块采用磨料研磨盘在芯片表面进行研磨，所述磨料研磨盘表面由碳化硅颗粒、氮化硅颗粒和金刚石颗粒组成，所述研磨模块在芯片背面创建真空通道，并采用真空泵将芯片紧密贴附在研磨台上。
作为本发明进一步的技术方案，所述冷却模块采用TCU半导体制冷片与磨料研磨盘接触，所述TCU半导体制冷片采用铟镓锡合金P型半导体和硒化镉N型半导体组成热电偶，所述热电偶通过电流在接触点产生珀尔贴效应吸收热量。
作为本发明进一步的技术方案，所述研磨优化模块的工作方法为：
步骤一、通过压力传感器、位移传感器、旋转编码器和密度传感器获得磨料研磨盘的加工力、运动轨迹、转速和磨料密度，建立数据样本，所述研磨优化模块通过数据缩放函数将数据样本中的数据缩放到[0,1]区间，缩放后的数据作为建立磨料磨损模型的训练集；
步骤二、采用人工神经网络算法对训练集进行学习训练得到磨料磨损模型，所述人工神经网络算法通过适应度函数对磨料磨损模型权重进行迭代更新，实现磨料磨损模型优化；
步骤三、所述磨料磨损模型根据芯片与磨料研磨盘的摩擦相互作用预测芯片加工厚度，所述研磨优化模块通过遗传算法根据预测芯片加工厚度实时优化磨料研磨盘转速和加工时间，所述预测芯片加工厚度的计算公式为：
在公式(2)中，H为预测芯片加工厚度，θ为磨料研磨盘的摩氏硬度，y为磨料研磨盘的加工力，a为磨料研磨盘的转速，b磨料研磨盘的磨料密度。
作为本发明进一步的技术方案，所述纳米粒子机械抛光液通过化学腐蚀和机械去除的协调作用实现芯片抛光，所述纳米粒子机械抛光液采用碳化硅、三氧化二铝和纳米二氧化铈作为机械磨料，所述纳米粒子机械抛光液采用氧化剂、PH调节剂和催化剂实现化学腐蚀，所述氧化剂采用8％-10％的过氧化氢溶液，所述PH调节剂采用氢氧化钠和氯化氢调节纳米粒子机械抛光液PH为7，所述催化剂采用3％的过氧化物酶溶液。
本发明区别于现有技术的积极有益效果：
本发明公开一种芯片超薄研磨切割方法，离子束切割方法通过离子发射源模块、对齐校准模块和切割加工模块将芯片材料切割成芯片，对齐校准模块通过特征点校准算法定位芯片切割位置，实现根据芯片的厚度进行精准切割，研磨冷却方法通过研磨模块、冷却模块和研磨优化模块进一步减小芯片厚度，研磨优化模块通过磨料磨损模型和遗传算法预测芯片加工厚度和实时优化磨料研磨盘转速和加工时间，去除芯片表面的不均匀性和厚度差异，使芯片表面更加平坦，冷却模块通过TCU半导体制冷片吸收研磨处理时产生的温度，避免而高温对芯片质量和工具寿命产生不利影响，纳米粒子机械抛光液通过化学腐蚀和机械去除的协调作用实现芯片抛光，提高芯片表面光滑度和平整度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1为本发明一种芯片超薄研磨切割方法流程图；
图2为本发明特征点校准算法的工作流程图；
图3为本发明研磨优化模块的工作流程图；
图4为本发明离子束切割方法的结构示意图；
图5为本发明研磨冷却方法的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本文实施例中的附图,对本文实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本文一部分实施例,而不是全部的实施例。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-图5所示，一种芯片超薄研磨切割方法，包括如下步骤：
步骤一、采用固定夹具将芯片材料固定在离子束刻蚀机内，采用离子束切割方法将芯片材料切割成芯片；
在步骤一中，所述离子束切割方法包括离子发射源模块、对齐校准模块和切割加工模块，所述离子发射源模块的输出端与所述对齐校准模块的输入端连接，所述对齐校准模块的输出端与所述切割加工模块的输入端连接；
步骤二、将芯片放置在研磨预处理液中去除芯片表面氧化物，实现研磨预处理，所述研磨预处理液包括5％-9％的氢氧化钠和91％-95％的纯净水；
步骤三、将研磨预处理后的芯片通过研磨冷却方法进一步减小芯片厚度；
在步骤三中，所述研磨冷却方法包括研磨模块、冷却模块和研磨优化模块，所述研磨优化模块的输出端与所述研磨模块的输入端连接，所述冷却模块的输出端与所述研磨模块的输入端连接；
步骤四、将纳米粒子机械抛光液施加到研磨处理后的芯片表面，通过振动盘产生振动对纳米粒子机械抛光液施加压力，所述纳米粒子机械抛光液与芯片表面发生作用，实现芯片表面平整化；
步骤五、采用去离子水对芯片进行清洗，得到研磨切割后的芯片。
在进一步的实施例中，所述离子发射源模块采用电场离子源产生离子束，所述电场离子源通过7.2电子伏特的电场对空气中氧分子和氮分子进行激发，所述氧分子和氮分子激发转化为氧氮离子流，所述氧氮离子流强度为50μA/cm2-200mA/cm2，所述切割加工模块采用逻辑控制算法产生开关控制信号，控制电场离子源的开关，所述切割加工模块通过氧氮离子流照射到芯片切割线段，实现芯片切割。
在具体实施例中，采用去离子水对芯片进行清洗是一种常见的处理方法，可以有效去除芯片表面的杂质和污染物，以确保芯片的质量和性能，清洗后得到的研磨切割后的芯片具有更加干净和平整的表面，具体操作步骤如下：1、使用纯净水和电反渗透设备生成去离子水，确保其纯度达到要求；2、将芯片放入清洗容器中：将待清洗的芯片放入专用的清洗容器中，避免与其他杂质接触；3、浸泡清洗：将去离子水倒入清洗容器中，使芯片完全浸泡在水中，根据需要，可加入适量的清洗剂或溶液来增强清洁效果；4、轻轻搅拌：用手或专用工具轻轻搅拌芯片和水溶液，以促进污染物与芯片表面的分离；5、漂洗：将芯片取出，并用纯净去离子水反复漂洗，以彻底冲走残留的污染物和清洗剂；6、晾干或烘干：将芯片放置在洁净的环境中晾干，或使用合适的烘干设备进行快速干燥。
要实现逻辑控制算法产生开关控制信号，来控制电场离子源的开关，可以按照以下步骤进行：1、确定逻辑控制需求：首先确定需要根据芯片切割线段来控制电场离子源的开关；2、设计逻辑控制算法：基于确定的逻辑控制需求，设计相应的算法来生成开关控制信号，这可能涉及到条件判断、计时器、状态机等技术手段，确保算法能够准确地根据输入条件生成正确的开关控制信号；3、实现逻辑控制算法：将逻辑控制算法实现在微处理器平台上，将电场离子源与实现了逻辑控制算法的设备进行连接，并进行必要的配置和参数设置，这可能包括设置通信协议、调整触发阈值、定义开关控制信号的格式等；4、测试和调试：在连接和配置完成后，进行测试和调试，验证逻辑控制算法的正确性和稳定性，通过模拟不同条件和输入，检查开关控制信号是否按照预期工作。
在进一步的实施例中，所述对齐校准模块包括位置采集单元、切割定位单元和位置调节单元，所述位置采集单元的输出端与所述切割定位单元的输入端连接，所述切割定位单元的输出端与所述位置调节单元的输入端连接，所述位置采集单元采用扫描电子显微镜获取二维平面上的芯片表面图像，所述位置调节单元采用PID反馈控制实现电场离子源位置控制，所述PID反馈控制通过对电场离子源位置误差进行反馈调节，将电场离子源的位置进行调节，实现氧氮离子流按照芯片切割线段切割芯片。
在进一步的实施例中，所述切割定位单元采用特征点校准算法定位芯片切割位置，所述特征点校准算法的工作方法为：
步骤一、采用高斯差分分布检测芯片表面图像中的关键点，所述高斯差分分布通过比较芯片表面图像像素与芯片表面图像像素的周围邻域像素之间的灰度差异，找到极值点作为候选关键点，所述高斯差分分布根据局部极值判断候选关键点和确定关键点，所述关键点包括芯片表面图像角点、斑点、边缘和线段；
步骤二、然后再采用线性插值对关键点的位置和尺度进行定位，对关键点的位置进行抗扭曲校正，所述特征点校准算法通过关键点周围像素的梯度方向直方图来确定关键点主方向，所述特征点校准算法根据关键点的位置、尺度和主方向信息将关键点周围的像素分为子区域，所述子区域通过尺度不变特征变换函数得到芯片表面图像特征向量；
步骤三、最后采用阈值分割根据已知芯片切割位置确定切割阈值，所述阈值分割采用阈值分割算法得到二值图像，所述阈值分割利用二值图像在芯片切割位置进行轮廓线检测，得到芯片切割线段和确定芯片切割宽度，所述芯片切割宽度计算公式为：
在公式(1)中，p为芯片切割厚度，A为关键点个数，x为相邻关键点距离，M为芯片切割面面积。
在具体实施例中，PID反馈控制是一种常用的控制方法，通过对系统输出与期望值之间的误差进行反馈调节，以实现系统的稳定性和准确性，在电场离子源位置控制中，也可以应用PID反馈控制来对位置误差进行调节，在电场离子源位置控制中，首先需要测量实际位置与期望位置之间的误差，这可以通过传感器或者其他测量手段获取到，然后，将该误差作为PID反馈控制的输入，PID反馈控制由三个部分组成：比例(P)、积分(I)和微分(D)，比例部分根据误差大小产生一个与误差成正比的输出信号；积分部分根据误差历史累计产生一个与误差累积值成正比的输出信号；微分部分根据误差变化率产生一个与变化率成正比的输出信号，这三个部分的输出信号经过加权求和后作为最终的控制信号，用于调节电场离子源位置。
阈值分割是根据像素灰度值与切割阈值对图像进行二值化的图像处理方法，在芯片切割宽度的确定中，可以通过以下步骤使用阈值分割方法：阈值分割(Thresholding)是一种图像处理中常用的二值化方法，它采用预设阈值将灰度图像转化为二值图像，阈值分割得到的二值图像可以用于在芯片切割位置进行轮廓线检测，进而确定芯片切割宽度，具体的方法可以分为以下几个步骤：1、使用阈值分割方法得到二值图像：通过选定阈值来将芯片表面图像转换为二值图像；2、对二值图像进行边缘检测，得到芯片表面轮廓线段：通过使用边缘检测算法，可以得到芯片表面轮廓的线段，这些线段代表了芯片表面的边缘部分；3、确定芯片切割线段：根据已知横向切割位置，从表面轮廓线段中筛选出落在横向切割位置范围内的线段，这些线段即为芯片切割线段；4、计算芯片切割宽度：根据芯片切割线段的长度或坐标信息，计算出芯片的切割宽度。芯片切割宽度计算统计表如表1所示：
表1芯片切割宽度计算统计表
如表1所示，设置四个测试组，采用两种方法计算A节点与E节点距离，方法1根据已知横向切割位置，从表面轮廓线段中筛选出落在横向切割位置范围内的线段，这些线段距离即为芯片切割宽度，方法2阈值分割利用二值图像在芯片切割位置进行轮廓线检测，确定芯片切割宽度，方法1的误差大于方法2的误差，可知本发明SSI定位算法采用阈值分割利用二值图像在芯片切割位置进行轮廓线检测，确定芯片切割宽度具有突出的技术效果。
在进一步的实施例中，所述研磨模块采用磨料研磨盘在芯片表面进行研磨，所述磨料研磨盘表面由碳化硅颗粒、氮化硅颗粒和金刚石颗粒组成，所述研磨模块在芯片背面创建真空通道，并采用真空泵将芯片紧密贴附在研磨台上。
在进一步的实施例中，所述冷却模块采用TCU半导体制冷片与磨料研磨盘接触，所述TCU半导体制冷片采用铟镓锡合金P型半导体和硒化镉N型半导体组成热电偶，所述热电偶通过电流在接触点产生珀尔贴效应吸收热量。
在具体实施例中，真空泵通过真空通道的作用，可以将芯片紧密贴附在研磨台上，以下是具体的步骤：1、准备工作：确保研磨台表面干净平整，并检查真空泵和真空通道的工作状态和连接情况；2、放置芯片：将芯片放置在研磨台上，确保其位置准确；3、启动真空泵：启动真空泵，使其开始抽取气体并形成低压环境，低压环境会产生负压效应，吸附芯片并将其紧密贴附在研磨台上；4、调整真空通道参数：根据芯片的尺寸和形状，调整真空通道的参数，如气流量、抽气速度等，确保真空通道能够产生足够的负压力将芯片牢固地吸附在研磨台上；5、检查贴附效果：确认芯片已经被牢固地贴附在研磨台上。可以通过观察是否有明显的间隙或者用放大镜检查边缘是否完全接触来确认贴附效果。
TCU半导体制冷片是一种基于珀尔贴效应原理实现制冷的技术，珀尔贴效应是指当电流通过铟镓锡合金P型半导体和硒化镉N型半导体组成的热电偶，当电流通过这对热电偶时，其中铟镓锡合金P型半导体处于高温端(热端)，另一个硒化镉N型半导体处于低温端(冷端)，由于两个半导体材料的特性不同，电流通过时会产生温度差异，根据珀尔贴效应原理，当电流从高温端流向低温端时，热电偶会在高温端产生吸热效应，在低温端产生放热效应，这样就实现了将热量从低温端移动到高温端的过程，从而实现了制冷效果，半导体制冷片具有体积小、无振动、无噪音、可靠性高等特点，广泛应用于微型制冷设备、光电子器件、激光器等领域。
在进一步的实施例中，所述研磨优化模块的工作方法为：
步骤一、通过压力传感器、位移传感器、旋转编码器和密度传感器获得磨料研磨盘的加工力、运动轨迹、转速和磨料密度，建立数据样本，所述研磨优化模块通过数据缩放函数将数据样本中的数据缩放到[0,1]区间，缩放后的数据作为建立磨料磨损模型的训练集；
步骤二、采用人工神经网络算法对训练集进行学习训练得到磨料磨损模型，所述人工神经网络算法通过适应度函数对磨料磨损模型权重进行迭代更新，实现磨料磨损模型优化；
步骤三、所述磨料磨损模型根据芯片与磨料研磨盘的摩擦相互作用预测芯片加工厚度，所述研磨优化模块通过遗传算法根据预测芯片加工厚度实时优化磨料研磨盘转速和加工时间，所述预测芯片加工厚度的计算公式为：
在公式(2)中，H为预测芯片加工厚度，θ为磨料研磨盘的摩氏硬度，y为磨料研磨盘的加工力，a为磨料研磨盘的转速，b磨料研磨盘的磨料密度。
在具体实施例中，磨料磨损模型是一种用于预测芯片加工厚度的数学模型，它基于芯片与磨料研磨盘之间的摩擦相互作用，磨料磨损模型可以通过以下几个步骤来进行预测：1、确定材料特性：首先需要确定芯片和磨料颗粒的材料特性，包括硬度、弹性模量、抗拉强度等，这些参数对于预测芯片加工厚度至关重要；2、确定摩擦力：由于芯片与磨料盘之间存在相对滑动，在摩擦作用下会产生磨料研磨盘的加工力，这个摩擦力会进一步影响芯片表面的变形和损耗；3、考虑磨料颗粒特性：磨料颗粒的形状、尺寸和硬度等特性会对芯片的加工厚度产生影响，通过考虑磨料颗粒与芯片表面的摩擦和冲击作用，可以进一步预测芯片的加工厚度；4、模型求解与验证：将以上参数输入到磨料磨损模型中，进行求解并验证结果。芯片加工厚度计算结果统计表如表2所示：
表2芯片加工厚度计算结果统计表
如表2所示，设置四个测试组，采用两种方法计算芯片加工厚度，方法3通过在芯片切割面上装配一个电容传感器，并应用一定的电场，测量芯片的电容变化，进而计算出芯片加工厚度，方法4为磨料磨损模型根据芯片与磨料研磨盘的摩擦相互作用预测芯片加工厚度，方法3的误差大于方法4的误差，可知本发明磨料磨损模型根据芯片与磨料研磨盘的摩擦相互作用预测芯片加工厚度具有突出的技术效果。
在进一步的实施例中，所述纳米粒子机械抛光液通过化学腐蚀和机械去除的协调作用实现芯片抛光，所述纳米粒子机械抛光液采用碳化硅、三氧化二铝和纳米二氧化铈作为机械磨料，所述纳米粒子机械抛光液采用氧化剂、PH调节剂和催化剂实现化学腐蚀，所述氧化剂采用8％-10％的过氧化氢溶液，所述PH调节剂采用氢氧化钠和氯化氢调节纳米粒子机械抛光液PH为7，所述催化剂采用3％的过氧化物酶溶液。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种芯片超薄研磨切割方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、采用固定夹具将芯片材料固定在离子束刻蚀机内，采用离子束切割方法将芯片材料切割成芯片；
在步骤一中，所述离子束切割方法包括离子发射源模块、对齐校准模块和切割加工模块，所述离子发射源模块的输出端与所述对齐校准模块的输入端连接，所述对齐校准模块的输出端与所述切割加工模块的输入端连接；
步骤二、将芯片放置在研磨预处理液中去除芯片表面氧化物，实现研磨预处理，所述研磨预处理液包括5%-9%的氢氧化钠和91%-95%的纯净水；
步骤三、将研磨预处理后的芯片通过研磨冷却方法进一步减小芯片厚度；
在步骤三中，所述研磨冷却方法包括研磨模块、冷却模块和研磨优化模块，所述研磨优化模块的输出端与所述研磨模块的输入端连接，所述冷却模块的输出端与所述研磨模块的输入端连接；
步骤四、将纳米粒子机械抛光液施加到研磨处理后的芯片表面，通过振动盘产生振动对纳米粒子机械抛光液施加压力，所述纳米粒子机械抛光液与芯片表面发生作用，实现芯片表面平整化；
步骤五、采用去离子水对芯片进行清洗，得到研磨切割后的芯片；
所述对齐校准模块包括位置采集单元、切割定位单元和位置调节单元，所述位置采集单元的输出端与所述切割定位单元的输入端连接，所述切割定位单元的输出端与所述位置调节单元的输入端连接，所述位置采集单元采用扫描电子显微镜获取二维平面上的芯片表面图像，所述位置调节单元采用PID反馈控制实现电场离子源位置控制，所述PID反馈控制通过对电场离子源位置误差进行反馈调节，将电场离子源的位置进行调节，实现氧氮离子流按照芯片切割线段切割芯片；
所述切割定位单元采用特征点校准算法定位芯片切割位置，所述特征点校准算法的工作方法为：
步骤一、采用高斯差分分布检测芯片表面图像中的关键点，所述高斯差分分布通过比较芯片表面图像像素与芯片表面图像像素的周围邻域像素之间的灰度差异，找到极值点作为候选关键点，所述高斯差分分布根据局部极值判断候选关键点和确定关键点，所述关键点包括芯片表面图像角点、斑点、边缘和线段；
步骤二、然后再采用线性插值对关键点的位置和尺度进行定位，对关键点的位置进行抗扭曲校正，所述特征点校准算法通过关键点周围像素的梯度方向直方图来确定关键点主方向，所述特征点校准算法根据关键点的位置、尺度和主方向信息将关键点周围的像素分为子区域，所述子区域通过尺度不变特征变换函数得到芯片表面图像特征向量；
步骤三、最后采用阈值分割根据已知芯片切割位置确定切割阈值，所述阈值分割采用阈值分割算法得到二值图像，所述阈值分割利用二值图像在芯片切割位置进行轮廓线检测，得到芯片切割线段和确定芯片切割宽度，所述芯片切割宽度计算公式为：
) （1）
在公式（1）中，为芯片切割厚度，/>为关键点个数，/>为相邻关键点距离，/>为芯片切割面面积；
所述研磨优化模块的工作方法为：
步骤一、通过压力传感器、位移传感器、旋转编码器和密度传感器获得磨料研磨盘的加工力、运动轨迹、转速和磨料密度，建立数据样本，所述研磨优化模块通过数据缩放函数将数据样本中的数据缩放到[0,1]区间，缩放后的数据作为建立磨料磨损模型的训练集；
步骤二、采用人工神经网络算法对训练集进行学习训练得到磨料磨损模型，所述人工神经网络算法通过适应度函数对磨料磨损模型权重进行迭代更新，实现磨料磨损模型优化；
步骤三、所述磨料磨损模型根据芯片与磨料研磨盘的摩擦相互作用预测芯片加工厚度，所述研磨优化模块通过遗传算法根据预测芯片加工厚度实时优化磨料研磨盘转速和加工时间，所述预测芯片加工厚度的计算公式为：
（2）
在公式（2）中，为预测芯片加工厚度，/>为磨料研磨盘的摩氏硬度，/>为磨料研磨盘的加工力，/>为磨料研磨盘的转速，/>磨料研磨盘的磨料密度。
2.根据权利要求1所述的一种芯片超薄研磨切割方法，其特征在于：所述离子发射源模块采用电场离子源产生离子束，所述电场离子源通过7.2电子伏特的电场对空气中氧分子和氮分子进行激发，所述氧分子和氮分子激发转化为氧氮离子流，所述氧氮离子流强度为50-200/>，所述切割加工模块采用逻辑控制算法产生开关控制信号，控制电场离子源的开关，所述切割加工模块通过氧氮离子流照射到芯片切割线段，实现芯片切割。
3.根据权利要求1所述的一种芯片超薄研磨切割方法，其特征在于：所述研磨模块采用磨料研磨盘在芯片表面进行研磨，所述磨料研磨盘表面由碳化硅颗粒、氮化硅颗粒和金刚石颗粒组成，所述研磨模块在芯片背面创建真空通道，并采用真空泵将芯片紧密贴附在研磨台上。
4.根据权利要求1所述的一种芯片超薄研磨切割方法，其特征在于：所述冷却模块采用TCU半导体制冷片与磨料研磨盘接触，所述TCU半导体制冷片采用铟镓锡合金P型半导体和硒化镉N型半导体组成热电偶，所述热电偶通过电流在接触点产生珀尔贴效应吸收热量。
5.根据权利要求1所述的一种芯片超薄研磨切割方法，其特征在于：所述纳米粒子机械抛光液通过化学腐蚀和机械去除的协调作用实现芯片抛光，所述纳米粒子机械抛光液采用纳米碳化硅、三氧化二铝和纳米二氧化铈作为机械磨料，所述纳米粒子机械抛光液采用氧化剂、PH调节剂和催化剂实现化学腐蚀，所述氧化剂采用8%-10%的过氧化氢溶液，所述PH调节剂采用氢氧化钠和氯化氢调节纳米粒子机械抛光液PH为7，所述催化剂采用3%的过氧化物酶溶液。
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Denomination of invention: A method for ultra-thin grinding and cutting of chips

Granted publication date: 20240223

Pledgee: Zhejiang Tongxiang Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Zhouquan Branch

Pledgor: Zhejiang ruizhaoxin Semiconductor Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980030561