晶圆切割过程中的切口校正和预警方法、晶圆切割设备与流程

专利2026-01-31  18


本发明涉及晶圆激光切割的,尤其是涉及一种晶圆切割过程中的切口校正和预警方法、晶圆切割设备。


背景技术:

1、晶圆划切是半导体制造过程中的关键步骤,它们的作用主要是配合裂片将一个完整的晶圆分割成独立的半导体芯片(即晶粒),以便进行后续的封装和应用。为了降低单个芯片的平均原材料和制造成本,减小晶粒之间的间隙、提升晶圆单位面积内的芯片产率是目前的一个发展趋势。由于晶粒之间的间隙的减小,导致晶圆划切过程中对切口的宽度、边缘质量和位置精度有了更高的要求,普遍容差需要控制在5μm以内,甚至1~2um以内。

2、目前,基于激光划切工艺和切割前的视觉对准技术,切口的位置精度得到了一定的保障。即通过切割前的视觉对准,通过mark点找到一条切割线的位置,然后按照晶粒的尺寸多次偏移,从而精确的找到每条切割的位置。但是,由于划切设备载台的线性度误差、人工晶粒尺寸测量误差的积累、可能的工艺参数错配、部分晶圆前道工序的晶粒分布偏差和晶圆变形或固定不牢等导致的加工过程中的微量位移等造成的误差,实际切割的切口在形貌和位置上都可能存在偏差,导致切割质量的下降,无法满足晶圆划切的精度要求。

3、综合,如何提高晶圆划切工艺的精度和良率成为目前亟需解决的技术问题。


技术实现思路

1、有鉴于此,本发明的目的在于提供一种晶圆切割过程中的切口校正和预警方法、晶圆切割设备,以缓解现有的晶圆划切工艺精度不高、良率低的技术问题。

2、第一方面,本发明实施例提供了一种晶圆切割过程中的切口校正和预警方法,包括:

3、基于预先采集的mark模板图像确定待切割晶圆的理论切割线,并计算所述理论切割线中的目标理论切割线与其对应的目标标准切割线的偏差,其中,所述目标理论切割线为所述理论切割线中的预设的理论切割线中的当前理论切割线;

4、若所述偏差大于预设的切口的位置容差,则进行切口位置偏差报警,暂停划切操作;

5、若所述偏差不大于所述切口的位置容差,且所述偏差大于晶圆切割设备中的相机的测量容差,则按照所述偏差对所述目标理论切割线进行校正,得到校正后的切割线;

6、若所述偏差不大于所述相机的测量容差,且前预设次数的偏差的符号相同,则计算所述前预设次数的偏差的均值,得到均值偏差,并按照所述均值偏差对所述目标理论切割线进行校正,得到所述校正后的切割线;

7、若所述偏差不大于所述相机的测量容差,且前预设次数的偏差的符号不同,则将所述目标理论切割线作为所述校正后的切割线;

8、使所述晶圆切割设备按照所述校正后的切割线对所述待切割晶圆进行划切;

9、划切后,获取所述晶圆切割设备中的相机的相机中心与所述校正后的切割线的中点对齐时采集的切口图像,并根据所述切口图像确定切口上边缘线、切口下边缘线和切口中心线;

10、将所述切口图像的图像中心投影至所述切口中心线,得到投影点,并根据所述投影点和所述图像中心计算切口的实测位置偏差,且根据所述切口上边缘线和所述切口下边缘线计算切口的实测宽度;

11、若所述切口的实测位置偏差大于所述切口的位置容差,或,所述切口的实测宽度与预设的切口的理论宽度的差值大于预设的宽度容差,则进行切口质量报警。

12、进一步的,所述方法还包括:

13、若所述待切割晶圆的所有的切口的实测宽度与所述切口的理论宽度的差值不大于所述宽度容差,且所述待切割晶圆的所有的切口的实测宽度与所述切口的理论宽度的差值的符号都相同,则在对所述待切割晶圆完成划切后进行报警;

14、若所述待切割晶圆的所有的切口的实测位置偏差的符号都相同,则在对所述待切割晶圆完成划切后进行报警。

15、进一步的,基于预先采集的mark模板图像确定待切割晶圆的理论切割线,包括:

16、所述晶圆切割设备标定完成后,将所述待切割晶圆固定在xy载台上,进而基于所述mark模板图像对所述待切割晶圆进行视觉摆正和对准,以使所述待切割晶圆的沟道方向与所述xy载台的xy轴平行,并得到与所述待切割晶圆的圆心距离最近的目标mark坐标,且确定所述目标mark坐标与对应的目标沟道中心的第三距离;

17、其中,所述晶圆切割设备包括:切割头、在所述切割头同侧且与所述切割头平行的第一相机、在所述切割头对侧且与所述切割头平行的第二相机、垂直于所述切割头的xy载台,所述切割头、所述第一相机和所述第二相机的位置相对固定,所述xy载台用于承载所述待切割晶圆,并带动所述待切割晶圆相对所述切割头进行xy方向运动,且所述xy载台可绕z轴方向旋转,所述标定包括:所述第一相机的像素坐标到所述xy载台的载台坐标的第一仿射矩阵、所述第二相机的像素坐标到所述载台坐标的第二仿射矩阵、所述第一相机相对所述切割头的第一距离和所述第二相机相对所述切割头的第二距离,所述目标mark坐标为基于所述mark模板图像得到的mark坐标;

18、根据所述目标mark坐标、所述第三距离、所述待切割晶圆的晶粒尺寸和晶粒之间的间隔确定所述理论切割线。

19、进一步的,所述晶圆切割设备标定的过程包括:

20、采用相机仿射标定方法标定所述第一相机的像素坐标到所述xy载台的载台坐标的第一仿射矩阵,并采用所述相机仿射标定方法标定所述第二相机的像素坐标到所述载台坐标的第二仿射矩阵;

21、将透明标定片固定在所述xy载台上,开启所述切割头并对所述xy载台进行移动,以使所述切割头在所述透明标定片上划切标记线,并记录所述切割头对齐所述标记线的中点时的第一xy载台坐标;

22、对所述xy载台进行移动,以使所述第一相机的相机中心对齐所述标记线的中点,并记录当前的第二xy载台坐标,且根据所述第一xy载台坐标和所述第二xy载台坐标计算所述第一相机相对所述切割头的第一距离;

23、对所述xy载台进行移动,以使所述第二相机的相机中心对齐所述标记线的中点,并记录当前的第三xy载台坐标,且根据所述第一xy载台坐标和所述第三xy载台坐标计算所述第二相机相对所述切割头的第二距离。

24、进一步的,计算所述理论切割线中的目标理论切割线与其对应的目标标准切割线的偏差,包括:

25、对所述xy载台进行移动,以使所述相机的相机中心与所述目标理论切割线所对应的理论mark点对齐,并采集理论图像,其中,若所述mark模板图像在晶圆的上表面,所述相机为所述第一相机,若所述mark模板图像在晶圆的下表面,所述相机为所述第二相机,所述理论mark点为根据所述目标沟道中心、所述晶粒尺寸、晶粒之间的间隔和所述第三距离计算得到的;

26、确定基于所述mark模板图像得到的mark点在所述理论图像中的位置坐标,并根据所述理论mark点的坐标和所述mark点在所述理论图像中的位置坐标计算所述目标理论切割线与其对应的目标标准切割线的偏差。

27、进一步的,确定基于所述mark模板图像得到的mark点在所述理论图像中的位置坐标,包括:

28、基于所述mark模板图像在所述理论mark点的位置匹配得到mark图像;

29、采用特征提取方法匹配所述理论图像和所述mark图像,得到所述mark图像中mark点在所述理论图像中的位置坐标。

30、进一步的,获取所述晶圆切割设备中的相机的相机中心与所述校正后的切割线的中点对齐时采集的切口图像,并根据所述切口图像确定切口上边缘线、切口下边缘线和切口中心线,包括:

31、对所述xy载台进行移动,以使所述相机的相机中心与所述校正后的切割线的中点对齐,并采集所述切口图像;

32、根据所述切口图像中切口的上边缘拟合得到所述切口上边缘线,并根据所述切口图像中切口的下边缘拟合得到所述切口下边缘线;

33、根据所述切口上边缘线和所述切口下边缘线计算得到所述切口中心线。

34、进一步的,所述方法还包括:

35、对于除所述预设的理论切割线的其它理论切割线,按照其上一次的目标理论切割线的偏移量进行校正,得到所述校正后的切割线,其中,所述偏移量包括:所述偏差或所述均值偏差。

36、进一步的,所述方法还包括:

37、若完成标定的所述晶圆切割设备发生振动,则重新对所述晶圆切割设备进行标定。

38、第二方面,本发明实施例还提供了一种晶圆切割设备,所述晶圆切割设备用于执行第一方面中任一项所述的晶圆切割过程中的切口校正和预警方法。

39、在本发明实施例中,提供了一种晶圆切割过程中的切口校正和预警方法,包括:基于预先采集的mark模板图像确定待切割晶圆的理论切割线,并计算理论切割线中的目标理论切割线与其对应的目标标准切割线的偏差,其中,目标理论切割线为理论切割线中的预设的理论切割线中的当前理论切割线;若偏差大于预设的切口的位置容差,则进行切口位置偏差报警,暂停划切操作;若偏差不大于切口的位置容差,且偏差大于晶圆切割设备中的相机的测量容差,则按照偏差对目标理论切割线进行校正,得到校正后的切割线;若偏差不大于相机的测量容差,且前预设次数的偏差的符号相同,则计算前预设次数的偏差的均值,得到均值偏差,并按照均值偏差对目标理论切割线进行校正,得到校正后的切割线;若偏差不大于相机的测量容差,且前预设次数的偏差的符号不同,则将目标理论切割线作为校正后的切割线;使晶圆切割设备按照校正后的切割线对待切割晶圆进行划切;划切后,获取晶圆切割设备中的相机的相机中心与校正后的切割线的中点对齐时采集的切口图像,并根据切口图像确定切口上边缘线、切口下边缘线和切口中心线;将切口图像的图像中心投影至切口中心线,得到投影点,并根据投影点和图像中心计算切口的实测位置偏差,且根据切口上边缘线和切口下边缘线计算切口的实测宽度;若切口的实测位置偏差大于切口的位置容差,或,切口的实测宽度与预设的切口的理论宽度的差值大于预设的宽度容差,则进行切口质量报警。通过上述描述可知,本发明的晶圆切割过程中的切口校正和预警方法中,在划切前,会基于mark模板图像计算目标理论切割线与其对应的目标标准切割线的偏差,并在偏差不大于切口的位置容差的情况下,或,偏差不大于相机的测量容差,且前预设次数的偏差的符号相同的情况下,对目标理论切割线进行校正,进而按照校正后的切割线进行划切,提高了划切的精度,另外,在划切后,还会对切口的实测位置偏差、切口的实测宽度进行检测,这样,可以及时发现设备或工艺参数异常,避免晶圆报废、提高良率,缓解了现有的晶圆划切工艺精度不高、良率低的技术问题。


技术特征:

1.一种晶圆切割过程中的切口校正和预警方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于预先采集的mark模板图像确定待切割晶圆的理论切割线,包括:

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述晶圆切割设备标定的过程包括:

5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,计算所述理论切割线中的目标理论切割线与其对应的目标标准切割线的偏差,包括:

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,确定基于所述mark模板图像得到的mark点在所述理论图像中的位置坐标,包括:

7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,获取所述晶圆切割设备中的相机的相机中心与所述校正后的切割线的中点对齐时采集的切口图像,并根据所述切口图像确定切口上边缘线、切口下边缘线和切口中心线,包括:

8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

9.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

10.一种晶圆切割设备,其特征在于,所述晶圆切割设备用于执行权利要求1至9中任一项所述的晶圆切割过程中的切口校正和预警方法。


技术总结
本发明提供了一种晶圆切割过程中的切口校正和预警方法、晶圆切割设备,属于晶圆激光切割的技术领域,该方法中,在划切前,会基于Mark模板图像计算目标理论切割线与其对应的目标标准切割线的偏差,并在偏差不大于切口的位置容差的情况下,或,偏差不大于相机的测量容差,且前预设次数的偏差的符号相同的情况下,对目标理论切割线进行校正,进而按照校正后的切割线进行划切,提高了划切的精度,另外,在划切后,还会对切口的实测位置偏差、切口的实测宽度进行检测,这样,可以及时发现设备或工艺参数异常,避免晶圆报废、提高良率。

技术研发人员:马新强,王建刚,易晓满,库东峰,黄伟,刘昀
受保护的技术使用者:武汉华工激光工程有限责任公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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