一種芯片不規則分布的晶圓切割方法與流程
本發明屬于激光切割技術領域，涉及一種芯片不規則分布的晶圓切割方法。
背景技術：
晶圓切割是半導體芯片制造工藝流程中的一道必不可少的工序，是將整片晶圓通過劃切分割成單個芯片的工藝過程。最早的晶圓是用金剛石鋸片(砂輪)進行切割的，主要通過機械力直接作用于晶圓表面，在晶體內部產生應力損傷，容易產生晶圓崩邊及晶片破損，刀片具有一定的厚度，因此其劃切線寬較大。砂輪劃片采用的是機械力的作用方式，因此存在一定的局限性，對于厚度在100微米以下的晶圓，用刀具進行劃片極易導致了晶圓破碎，而且劃切效率不高。隨著激光技術的發展，激光切割的技術越來越得到人們的認可。激光屬于無接觸式加工，不對晶圓產生機械應力的作用，對晶圓損傷較小。由于激光聚焦上的優點，對晶圓的微處理上更具有優越性，可進行小部件的加工，用來切割厚度較薄的晶圓，劃切效率高。現階段，砂輪切割和激光切割憑借各自身的優點應用于晶圓切割中。對于傳統的晶圓切割是針對芯片規則分布的晶圓，無論從街區的寬度以及芯片的位置均是均勻分布的。
對于芯片規則分布的晶圓，傳統的切割方法一般通過設定街區寬度以及晶圓位置對準實現對晶圓的橫平豎直的切割。但隨著半導體技術的發展，一些經特殊加工工藝而形成的晶圓，其芯片呈現不規則分布，包括芯片間的街區寬度的不同，以及芯片角度的扭曲，并且整條街區會出現彎曲狀。針對芯片不規則分布的晶圓，傳統的橫平豎直的切割方法就不再適用，并且很容易切割到芯片。
在實際應用中，無論是特殊的加工工藝，還是因前期加工(如光刻)不規范，產生芯片不規則分布的晶圓，其晶圓切割方法成為了亟待解決的問題。該發明主要針對此類晶圓進行激光切割，使得激光切割的應用領域更加廣泛。
技術實現要素：
本發明提出了一種芯片不規則分布的晶圓切割方法及裝置，要解決傳統的切割方法不能適用于芯片分布不規則晶圓切割中的技術問題。
本發明的技術方案如下。
一種芯片不規則分布的晶圓切割方法，包括有移動工作臺配合相機實現對整個晶圓全面掃描過程，對掃描中得到每一幀圖像進行處理過程，掃描完畢整個晶圓數據的處理過程以及晶圓切割過程；其具體步驟如下。
步驟一，通過控制模塊控制移動工作臺和相機，對工作臺上的晶圓進行掃描，實現逐一全面的圖像采集。
步驟二，對掃描中得到的每一幀圖像進行處理；其中處理步驟具體又包括如下：
步驟A，得出待處理芯片中心位置和旋轉角度θ，取晶圓中的待處理芯片制作成無旋轉角度的模板，通過模板匹配的方法識別出每一幀圖像中的所有待處理芯片，從而得出待處理芯片的中心位置和相對于模板的旋轉角度θ；
步驟B，得出待處理芯片周圍的街區中心點Mx，當待處理芯片某方向不存在相鄰芯片時，則該方向暫不處理；針對待處理芯片，通過各個方向相鄰的芯片中心位置，取該待處理芯片與其相鄰芯片的中心之間的中點作為街區的中心點Mx；
步驟C，得出待處理芯片各個實際切割角點CX；根據待處理芯片周圍的街區中心點Mx，先假設該芯片無旋轉，計算出各個假定切割角點Px，再通過仿射變化，以待處理芯片中心C0為旋轉中心，根據該芯片的旋轉角度θ對各個假定切割角點Px進行旋轉，從而得出待處理芯片實際切割角點CX；
步驟D，當待處理芯片的所有實際切割角點CX均已被計算出，對街區交叉區域的切割角點均值化；對該區域中所有實際切割角點CX求平均值，將區域中的所有的實際切割角點CX歸化在平均切割角點SX位置處；
步驟E，得出待處理芯片切割軌跡；順時針依次連接待處理芯片的各個平均切割角點，形成芯片的實際切割軌跡。
步驟三，確定晶圓是否掃描完畢。
步驟四：當晶圓掃描完畢，整合晶圓數據。
步驟五：判斷整個晶圓中所有的待處理芯片的切割軌跡是否都確定完畢。
步驟六：當所有的待處理芯片的切割軌跡都確定完畢，將每個待處理芯片的切割位置信息輸入振鏡中。
步驟七：將工作臺移動到振鏡下方，通過振鏡控制激光對晶圓進行切割。
優選的，步驟B在得出待處理芯片周圍的街區中心點Mx的過程中，對于一個待處理芯片只計算其上方和右方的街區中心點，而其左方和下方的街區中心點分別在計算其左方芯片和下方芯片時獲得。
優選的，步驟C中計算各個假定切割角點Px的方法為，
當待處理芯片無旋轉，假定切割角點Px為分別過待處理芯片兩個相鄰方向的街區中心點Mx、并且平行于該方向上待處理芯片的邊的兩條直線的交點；
設兩個相鄰方向的街區中心點Mx分別為Mx1和Mx2，對應的坐標分別為則Px(XPx,YPx)的計算公式為，
其中，和θMx2分別是過點Mx1和Mx2、并且平行于對應待處理芯片邊的直線與水平X軸的夾角，取值范圍為(-90°，90°)；
按照上述計算公式依次得到各個假定切割角點Px的坐標(XPx,YPx)；
步驟C中得出待處理芯片各個實際切割角點CX的方法為，
通過仿射變換圍繞待處理芯片中心進行角度為θ的旋轉，設待處理芯片中心為C0(xC0,yC0)，假定切割角點Px對應的實際切割角點CX坐標為旋轉仿射變換矩陣為
其中，(xC0,yC0)為旋轉中心，α＝cosθ，β＝sinθ；
依次將得到的各個假定切割角點Px坐標((XPx,YPx)，對應得出各個實際切割角點Cx，即
其中，CX、Mx、SX和Px中的X均取1、2、3、4、5……
優選的，步驟三中當確定的結果為晶圓沒掃描完畢時，再依次重復步驟一與步驟二的過程，直至晶圓掃描完畢。
優選的，步驟五中當判斷結果為整個晶圓中待處理芯片的切割軌跡沒有確定完畢時，步驟五欲步驟六之間還包括對未處理完全的待處理芯片數據進行補充處理，補充處理完成后再重復步驟五的過程，直至所有待處理芯片的切割軌跡都確定完畢。
優選的，補充處理方法具體為，在整合晶圓數據以后，該相鄰待處理芯片重新成為相鄰芯片，以至其各個方向都存在相鄰芯片，針對這部分未處理的待處理芯片，再對其依次進行芯片周圍街區中心點、芯片各個實際切割角點CX、街區交叉處切割角點的均值化處理。優選的，整個晶圓數據補充處理過程中，在對街區交叉區域的切割角點均值化，求平均切割角點SX時，不再考慮該區域切割角點的數量。
優選的，對于步驟B中，當待處理芯片某方向的街區中心點Mx未計算出時，該街區對應的實際切割角點CX在補充處理時進行處理；步驟D中，在單幀圖像處理過程過程中，當待處理芯片的所有實際切割角點均未完全被計算出時，對街區交叉區域的切割角點均值化在補充處理時進行處理。
優選的，所述芯片形狀為四邊形或者五邊形或者六邊形或者七邊形。
與現有技術相比本發明具有以下特點和有益效果。
1、本發明提出了一種基于圖像識別的芯片不規則分布的晶圓切割方法及裝置，解決了傳統的切割方法不能適用于芯片分布不規則晶圓切割中的技術問題。
2、本發明通過相鄰芯片的中心計算街區中心位置，消除了兩芯片間的街區寬度變化的影響。
3、本發明根據芯片中心和旋轉角度計算各個角點的切割位置，消除了芯片旋轉角度的影響，保證芯片在不同的旋轉角度下，均可獲得各個角點的最佳切割位置。
4、本發明中的街區交叉區域各個切割角點的均值化處理，保證街區交叉處的切割點為同一位置，實現街區劃切線的重合，切割無殘渣，提高切割效率。
5、本發明對所有晶圓數據進行補充處理，由于大部分的芯片已在單幀圖像中處理完畢，可大大減少補充處理的數據量，單幀圖像結合整個晶圓數據的補充處理，可實現所有芯片的切割角點的計算。
6、本發明在實際應用中，無論是由于特殊的加工工藝還是因前期加工(如光刻)不規范，產生芯片不規則分布的晶圓，本發明中的方法都能夠實用，使得激光切割的應用領域更加廣泛。
附圖說明
圖1本發明晶圓切割系統示意圖。
圖2為待處理芯片分布的一種實施例示意圖。
圖3為本發明方法的流程圖。
圖4街區中心計算一種實施例示意圖。
圖5芯片切割角點計算一種實施例示意圖。
圖6未均值化芯片切割的軌跡一種實施例圖。
圖7均值化芯片切割的軌跡一種實施例圖。
具體實施方式
本發明針對芯片不規則分布的晶圓，提出了一種激光切割方法，其主要是通過圖像識別，獲取芯片中心位置和旋轉角度，據此計算芯片各個切割角點，并對街區交叉處各個切割角點進行均值化校正，最終獲取整個晶圓切割的位置信息，并通過振鏡沿芯片的切割軌跡進行激光切割，該方法中的芯片形狀可為四邊形、五邊形、六邊形等多邊形。
如圖1-7所示，這種芯片不規則分布的晶圓切割方法，采用移動工作臺配合相機實現對整個晶圓全面掃描，針對掃描過程中的每一幀圖像，采用模板匹配的方法識別出每個待處理芯片的中心位置和旋轉角度，并據此計算待處理芯片周圍街區寬度的中心點，通過仿射變換計算出芯片各個切割角點，再針對每個街區交叉區域的切割位置均值化，順時針連接切割角點形成芯片切割軌跡，晶圓掃描完畢，整合晶圓的所有數據，針對未處理的芯片進行補充處理，最終獲取整個晶圓中各芯片的最佳切割軌跡，并通過振鏡沿芯片的切割軌跡進行激光切割。
本實施例中以四邊形芯片為例，芯片的街區寬度和旋轉角度均不同，屬于不規則分布，其具體步驟如下。
步驟一，按照圖1組建系統，在控制模塊的控制下，移動工作臺配合相機進行晶圓的圖像采集。
圖2為芯片的不規則分布示意圖，擴展到整個晶圓的街區，會出現街區的曲折，故不能采用直線切割晶圓，對芯片的切割需要計算出切割角點，并順時針連接切割角點形成切割軌跡。
步驟二，對掃描中得到的每一幀圖像進行處理；其中處理步驟具體又包括如下。
步驟A，得出待處理芯片中心位置和旋轉角度θ，取晶圓中的待處理芯片制作成無旋轉角度的模板，通過模板匹配的方法識別出每一幀圖像中的所有待處理芯片，從而得出待處理芯片的中心位置和相對于模板的旋轉角度θ。
步驟B，得出待處理芯片周圍的街區中心點Mx，按照圖4的尋找方法，對于一個芯片只計算其上方和右方的相鄰芯片，并計算兩者之間的中點作為街區的中心；如圖4中芯片1的周圍街區，上方和右方的街區中心在其本身尋找相鄰芯片后，可計算獲得，而左方和下方的街區中心可分別在芯片8和芯片6計算時獲得，如此可計算出芯片1周圍的街區的中心點，即圖中的點M1、M2、M3和M4；當待處理芯片某方向不存在相鄰芯片時，則該方向暫不處理。
步驟C，得出待處理芯片各個實際切割角點CX；根據待處理芯片周圍的街區中心點Mx，先假設該芯片無旋轉，計算出各個假定切割角點Px，再通過仿射變化，以待處理芯片中心C0為旋轉中心，根據該芯片的旋轉角度θ對各個假定切割角點Px進行旋轉，從而得出待處理芯片實際切割角點CX。
計算各個假定切割角點Px的方法為，
當待處理芯片無旋轉，假定切割角點Px為分別過待處理芯片兩個相鄰方向的街區中心點Mx、并且平行于該方向上待處理芯片的邊的兩條直線的交點；
設兩個相鄰方向的街區中心點Mx分別為Mx1和Mx2，對應的坐標分別為則Px(XPx,YPx)的計算公式為，
其中，和θMx2分別是過點Mx1和Mx2、并且平行于對應待處理芯片邊的直線與水平X軸的夾角，取值范圍為(-90°，90°)；
按照上述計算公式依次得到各個假定切割角點Px的坐標(XPx,YPx)。
步驟C中得出待處理芯片各個實際切割角點CX的方法為，
通過仿射變換圍繞待處理芯片中心進行角度為θ的旋轉，設待處理芯片中心為C0(xC0,yC0)，假定切割角點Px對應的實際切割角點CX坐標為旋轉仿射變換矩陣為
其中，(xC0,yC0)為旋轉中心，α＝cosθ，β＝sinθ；
依次將得到的各個假定切割角點Px坐標(XPx,YPx)左乘仿射變換矩陣R，對應得出各個實際切割角點Cx，即
其中，CX、Mx、SX和Px中的X均取1、2、3、4、5……
如圖5中以角點C1為例，首先不考慮旋轉角度θ，假設芯片無旋轉，即為圖5中虛線框表示的芯片。則點P1為分別過街區中心M1和M2并且平行于相應芯片邊的兩條直線的交點。設M1坐標為(xM1，yM1)，M4坐標為(xM4,yM4)，P1坐標為(xP1,yP1)，則P1的計算滿足公式
其中，θM1和θM4分別是過點M1和M4并且平行于對應芯片邊的直線與水平X軸的夾角，取值范圍為(-90°，90°)。
而θM1為0，θM4為90°，則過M1和M4的直線為
因此P1的坐標為(xM4，yM1)。
在本案例中四邊形的角點計算相對簡單，因其平行線均是分別平行于坐標軸，而對于其他多邊形的情況，則需要采用公式(1)；接下來要考慮芯片的旋轉角度θ來計算出切割角點C1，通過仿射變換圍繞芯片中心C0進行角度為θ的旋轉，設C0坐標為(xC0，yC0)，C1坐標為(xC1，yC1)，旋轉仿射變換矩陣為
其中，(xC0,yC0)為旋轉中心，α＝cosθ，β＝sinθ。將P1坐標左乘仿射變換矩陣R，計算C1，即
將式(3)代入(4)中，則可求得切割角點C1。
以相同方式可分別求得切割角點C2、C3和C4，再順時針依次連接各個切割角點形成切割軌跡。
對于由步驟一中，未計算出周圍街區中心的芯片暫先不計算該街區對應的切割角點。
步驟D，當待處理芯片的所有實際切割角點CX均已被計算出，對街區交叉區域的切割角點均值化；在街區交叉的區域中，其周圍的芯片均會產生一個切割角點，由于芯片之間的旋轉角度不同，導致該區域中的切割角點不是同一個位置，從而導致實際的切割軌跡在同一街區內不為同一條線，對該區域中所有實際切割角點CX求平均值，將區域中的所有的實際切割角點CX歸化在平均切割角點SX位置處，如單幀圖像處理過程中，該步均值化的前提是街區交叉區域周圍的所有芯片的切割角點均已被計算出，否則先不進行均值化。
如圖6所示，區域S1中存在四個切割角點分別對應著周圍的每一個芯片；以芯片1為例，在分別切割芯片1和芯片6時，兩芯片之間的街區將會存在兩條不同的切割線，以及芯片1和芯片8之間同樣為兩條線，如此將會分散激光能量，導致切割效率下降，并且兩條切割線中會產生殘渣，因此切割芯片時，保證街區只存在一條切割線是必要的；該步驟對街區交叉區域中的所有切割角點用平均值代替，實現對切割角點的微校正。
如圖7所示為均值化的效果，街區交叉區域均值化為一個切割位置，如芯片1與其相鄰芯片間的街區切割均為一條線，芯片4也有部分街區為一條切割線。該步驟處理原則是街區交叉區域存在其周圍所有芯片的切割角點則進行均值化，如區域S1和S2，而不滿足該條件的，暫不進行均值化，如區域S3，由于芯片10可能被分于另外一幀圖像中而不存在，也有可能真實的不存在，則在該區域中的切割角點只有3個，故先不進行均值化。
本實施例中，整個晶圓數據補充處理過程中，在對街區交叉區域的切割角點均值化，求平均切割角點SX時，不再考慮該區域切割角點的數量。
步驟E，得出待處理芯片切割軌跡；順時針依次連接待處理芯片的各個平均切割角點，形成芯片的實際切割軌跡。
步驟三，確定晶圓是否掃描完畢；
確定晶圓掃描完畢的依據為：根據掃描晶圓的尺寸以及相機的視場大小，將晶圓按相機視場大小劃分成塊，確保整個晶圓均被覆蓋，依此對每塊進行相機掃描，并判斷是否是最后一個視場塊，當相機掃描完最后一個視場塊后，確定整個晶圓掃描完畢。
步驟四：當晶圓掃描完畢，整合晶圓數據；當晶圓沒掃描完畢時，再依次重復步驟一與步驟二的過程，直至晶圓掃描完畢。
步驟五：判斷整個晶圓中所有的待處理芯片的切割軌跡是否都確定完畢；
步驟六：當所有的待處理芯片的切割軌跡都確定完畢，將每個待處理芯片的切割位置信息輸入振鏡中；當整個晶圓中待處理芯片的切割軌跡沒有確定完畢時，步驟五欲步驟六之間還包括對未處理完全的待處理芯片數據進行補充處理，補充處理完成后再重復步驟五的過程，直至所有待處理芯片的切割軌跡都確定完畢。
步驟七：將工作臺移動到振鏡下方，通過振鏡控制激光對晶圓進行切割。
本實施例中，補充處理方法具體為，掃描完畢后，晶圓中每個芯片均被識別到，將每次掃描并計算的所有待處理芯片的數據信息整合一起形成整個晶圓數據，實際晶圓上部分相鄰的待處理芯片由于被分在兩幀圖像中，而未被處理，在整合晶圓數據以后，該相鄰待處理芯片重新成為相鄰芯片，以至其各個方向都存在相鄰芯片，針對這部分未處理的待處理芯片，再對其依次進行芯片周圍街區中心點、芯片各個實際切割角點CX、街區交叉處切割角點的均值化處理。
本實施例中，所述芯片形狀為四邊形或者五邊形或者六邊形或者七邊形。
本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，發明的保護范圍涵蓋本領域技術人員根據發明構思所能夠想到的等同技術手段。
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