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CN111403315B - 晶圆切边装置和方法 - Google Patents

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CN111403315B CN202010141588.8A CN202010141588A CN111403315B CN 111403315 B CN111403315 B CN 111403315B CN 202010141588 A CN202010141588 A CN 202010141588A CN 111403315 B CN111403315 B CN 111403315B
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Abstract

本发明公开了一种晶圆切边装置，包括：晶圆放置平台；呈圆环形结构的刀头，圆环结构的外圈表面为切割表面；在朝切割表面的侧视方向上，刀头的侧面呈由第一矩形和第二矩形拼接而成的多边形结构；第一矩形的长度小于等于第二矩形的长度；切割时，第一矩形的长度边和晶圆的第一表面垂直，第一矩形的底部的宽度边和晶圆接触；实时测量装置，用于实时测量所述刀头的第一矩形的长度；切割深度校正装置，用于根据实时测量的第一矩形的长度以及刀头中心轴和晶圆表面之间的距离自动校正切割深度。本发明还公开了一种晶圆切边方法。本发明能对刀头的磨耗进行实时测量以及对切割深度进行自动校正，从而能提高切边质量，提高不同晶圆之间的切边深度的均匀性。

Description

晶圆切边装置和方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种晶圆切边装置。本发明还涉及一种晶圆切边方法。
背景技术
切边(Trim)工艺(process)是背照式(BSI)工艺如BSI图像传感器工艺中一道重要的工艺，是将晶圆2(wafer)边缘特定深宽的一圈用刀头1切掉。如图1A所示，是现有晶圆2切边方法中的刀头1的立体结构图；刀头1，在沿中心轴方向上所述刀头呈圆环形结构；其中最外侧的圆环对应的侧面为切割表面1a，但是仅有部分厚度的切割表面1a用于切割。如图1B所示，是现有晶圆2切边方法进行切边时刀头1和晶圆2的结构示意图；可以看出，刀头1的侧视图对应于切割表面1a的侧视图，图1B中的刀头1为还未进行任何切割从而没有磨耗的原始结构，在虚线圈101所示区域中，刀头1会对晶圆2进行切割。如图1C所示，是现有晶圆2切边方法切边完成后的晶圆2边缘结构图，可以看出，在虚线圈102对应的边缘区域中，所述晶圆2的硅材料被切割掉。
由于切边是通过刀头1对晶圆2进行摩擦作用实现的，故随着切边的进行，刀头1在和晶圆2接触的位置处产生磨耗，磨耗后，刀头1和晶圆2接触区域的半径会减小，在刀头1所能切割的深度也会减少，也即在刀头1的中心轴AA和晶圆2的表面之间的间距不变时，刀头1的磨耗后所能切割的深度会变浅。
为了防止刀头1磨耗后对切割深度的影响，现有方法中，刀头1的磨耗量通过刀头切割设定(ChopperCutSetup，CCS)工艺来监测，如图2A所示，是现有晶圆切边方法的CCS切割时立体结构示意图；CCS是在监测用的硅片201上用刀头1在特定位置切下去特定的深度,图2B为图2A对应的左视图，图2B中，示意出了刀头1的切割深度d，还示意出了刀头1的高度，刀头1的高度是通过中心轴AA和切边装置的顶部结构202之间的距离Z0表示。由图2B所示可知，当切割硅片201的刀头1的切割表面1a的直径或半径一致时，所切割处的凹槽的宽度和切割面的半径相关，也即通过切割处的凹槽的宽度即可得到切割表面1a的半径。如图2C所示，是图2A对晶圆切割完成后进行切割长度测量的示意图；标记203对应于切割形成的凹槽，在凹槽203上对应的长度L0即可得到对应的切割深度d。
由于CCS监测中，硅片201和顶部结构202之间的间距和实际切边的晶圆2和顶部结构202之间的间距并不相同，故从硅片201上形成的切割深度d要进行校正才能得到晶圆2上的准确的切割深度，如图2D所示，是现有晶圆切边方法的CCS的切割深度校正测量的结构示意图，校正距离为H0-Ha，距离H0为通过距离传感器204测量出来的硅片201和顶部结构202之间的间距，距离Ha则为晶圆2和顶部结构202之间的间距。由于H0大于Ha，故硅片201的表面比晶圆2的表面更低，这样在晶圆2上形成的凹槽的深度会比在硅片201上形成的深度深H0-Ha，也即在晶圆2上的切割深度需要在d的基础上增加校正距离即(H0-Ha)。
现有方法中，由于CCS监测需要采用额外的硅片201并进行相应的测试，测试时间和成本都比较高，故现有方法不能做到在每片晶圆2切边完成后都进行CCS监测。也即一次CCS监测到下一次CCS监测之间会进行多片晶圆2的切边，在这些晶圆2的切边过程中，每一片晶圆2切边完成后都会对的刀头1对应的切割表面1a产生一定的磨耗，这会使得随着切边的不断进行，后面的晶圆2的切割深度会不断降低，使得后面的晶圆2的切割深度不符合要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种晶圆切边装置，能对刀头的磨耗进行实时测量以及对切割深度进行自动校正，从而能提高切边质量，提高不同晶圆之间的切边深度的均匀性。为此，本发明还提供一种晶圆切边方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的晶圆切边装置包括：
晶圆放置平台，用于放置晶圆。
刀头，在沿中心轴方向上所述刀头呈圆环形结构，所述圆环结构的外圈表面为切割表面。
在朝所述切割表面的侧视方向上，所述刀头的侧面呈由第一矩形和第二矩形拼接而成的多边形结构；所述第一矩形的长度小于等于所述第二矩形的长度；所述第一矩形的宽度和所述第二矩形的宽度和等于所述刀头的厚度；切割时，所述第一矩形的长度边和所述晶圆的第一表面垂直，所述第一矩形的底部的宽度边和所述晶圆接触；所述第一矩形的长度为实际切割所述晶圆的所述刀头的直径，随着切割时间增加所述刀头会产生磨耗并会使所述第一矩形的长度减小；所述第二矩形的长度为所述刀头的初始直径。
实时测量装置，用于实时测量所述刀头的第一矩形的长度。
切割深度校正装置，用于根据所述实时测量装置测量的所述第一矩形的长度以及所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离自动校正切割深度。
进一步的改进是，所述实时测量装置包括光源和成像装置。
在沿中心轴方向上，所述光源和所述成像装置分别设置在所述刀头的两侧，所述光源发射的平行光从第一侧垂直照射所述刀头对应的侧面，所述平行光的范围大于所述刀头的初始直径；所述成像装置从第二侧接收所述光源的光并形成所述刀头的侧面像，根据所述刀头的侧面像得到所述第一矩形的长度。
进一步的改进是，所述实时测量装置和电脑相连，所述刀头的侧面像实时发送到所述电脑上，通过所述电脑测量所述刀头的侧面像上的第一矩形的长度。
进一步的改进是，所述实时测量装置在每一片所述晶圆的切边完成后测量所述刀头的第一矩形的长度。
进一步的改进是，所述切割深度校正装置由所述电脑实现。
进一步的改进是，所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述中心轴的高度调节；或者，所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述晶圆放置平台的高度调节；或者，所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述中心轴的高度调节和所述晶圆放置平台的高度调节。
为解决上述技术问题，本发明提供的晶圆切边方法包括如下步骤：
步骤一、将晶圆放置在晶圆放置平台。
步骤二、采用刀头对所述晶圆进行切边。
所述在沿中心轴方向上所述刀头呈圆环形结构，所述圆环结构的外圈表面为切割表面；在朝所述切割表面的侧视方向上，所述刀头的侧面呈由第一矩形和第二矩形拼接而成的多边形结构；所述第一矩形的长度小于等于所述第二矩形的长度；所述第一矩形的宽度和所述第二矩形的宽度和等于所述刀头的厚度；切割时，所述第一矩形的长度边和所述晶圆的第一表面垂直，所述第一矩形的底部的宽度边和所述晶圆接触；所述第一矩形的长度为实际切割所述晶圆的所述刀头的直径，随着切割时间增加所述刀头会产生磨耗并会使所述第一矩形的长度减小；所述第二矩形的长度为所述刀头的初始直径。
步骤三、在各所述晶圆切边过程中或者在各所述晶圆切边完成后，采用实时测量装置实时测量所述刀头的第一矩形的长度。
步骤四、根据所述实时测量装置测量的所述第一矩形的长度以及所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离，采用切割深度校正装置自动校正切割深度。
进一步的改进是，所述实时测量装置包括光源和成像装置。
在沿中心轴方向上，所述光源和所述成像装置分别设置在所述刀头的两侧，所述光源发射的平行光从第一侧垂直照射所述刀头对应的侧面，所述平行光的范围大于所述刀头的初始直径；所述成像装置从第二侧接收所述光源的光并形成所述刀头的侧面像，根据所述刀头的侧面像得到所述第一矩形的长度。
进一步的改进是，所述实时测量装置和电脑相连，所述刀头的侧面像实时发送到所述电脑上，通过所述电脑测量所述刀头的侧面像上的第一矩形的长度。
进一步的改进是，所述切割深度校正装置由所述电脑实现。
进一步的改进是，所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述中心轴的高度调节；或者，所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述晶圆放置平台的高度调节；或者，所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述中心轴的高度调节和所述晶圆放置平台的高度调节。
本发明通过在晶圆切割装置中设置实时测量装置来测量实际切割晶圆的刀头的直径即和晶圆接触的切割表面的直径，在发生磨耗而使切割表面的直径减少时，能通过切割深度校正装置自动校正切割深度，本发明很容易实现在各晶圆的切边过程中或者在各晶圆切边完成后进行切割深度的自动校正，所以，本发明能对刀头的磨耗进行实时测量以及对切割深度进行自动校正，从而能提高切边质量，提高不同晶圆之间的切边深度的均匀性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1A是现有晶圆切边方法中的刀头的立体结构图；
图1B是现有晶圆切边方法进行切边时刀头和晶圆的结构示意图；
图1C是现有晶圆切边方法切边完成后的晶圆边缘结构图；
图2A是现有晶圆切边方法的CCS切割时立体结构示意图；
图2B为图2A的左示意图；
图2C是图2A对晶圆切割完成后进行切割长度测量的示意图；
图2D是现有晶圆切边方法的CCS的切割深度校正测量的结构示意图；
图3是本发明实施例晶圆切边装置的实时测量装置的结构示意图；
图4A是本发明实施例晶圆切边方法中刀头初始状态时的朝切割表面的侧视方向的结构图；
图4B是本发明实施例晶圆切边方法中刀头产生磨耗后的朝切割表面的侧视方向的结构图。
具体实施方式
如图3所示，是本发明实施例晶圆切边装置的实时测量装置的结构示意图；如图4A所示，是本发明实施例晶圆切边方法中刀头1初始状态时的朝切割表面1a的侧视方向的结构图；如图4B所示，是本发明实施例晶圆切边方法中刀头1产生磨耗后的朝切割表面1a的侧视方向的结构图。本发明实施例中，刀头1的立体结构图也请参考图1A所示，进行切边时刀头1和晶圆2的结构示意图也请参考图1B所示，切边完成后的晶圆2边缘结构图也请参考图1C所示。本发明实施例晶圆切边装置包括：
晶圆放置平台，用于放置晶圆2。
所述晶圆2的第一表面为即可以为背面，也可以为正面。所述晶圆2为硅晶圆。
刀头1，在沿中心轴AA方向上所述刀头1呈圆环形结构，所述圆环结构的外圈表面为切割表面1a。
在朝所述切割表面1a的侧视方向上，所述刀头1的侧面呈由第一矩形1b和第二矩形1c拼接而成的多边形结构；所述第一矩形1b的长度小于等于所述第二矩形1c的长度；所述第一矩形1b的宽度和所述第二矩形1c的宽度和等于所述刀头1的厚度；切割时，所述第一矩形1b的长度边和所述晶圆2的第一表面垂直，所述第一矩形1b的底部的宽度边和所述晶圆2接触；所述第一矩形1b的长度为实际切割所述晶圆2的所述刀头1的直径，随着切割时间增加所述刀头1会产生磨耗并会使所述第一矩形1b的长度减小；所述第二矩形1c的长度为所述刀头1的初始直径。
实时测量装置，用于实时测量所述刀头1的第一矩形1b的长度。
切割深度校正装置，用于根据所述实时测量装置测量的所述第一矩形1b的长度以及所述刀头1的中心轴AA和所述晶圆2的表面之间的距离自动校正切割深度。
如图3所示，所述实时测量装置包括光源301和成像装置302。
在沿中心轴AA方向上，所述光源301和所述成像装置302分别设置在所述刀头1的两侧，所述光源301发射的平行光303从第一侧垂直照射所述刀头1对应的侧面，所述平行光303的范围大于所述刀头1的初始直径；所述成像装置302从第二侧接收所述光源301的光并形成所述刀头1的侧面像，根据所述刀头1的侧面像得到所述第一矩形1b的长度。
本发明实施例中，所述实时测量装置和电脑304相连，所述刀头1的侧面像实时发送到所述电脑304上，通过所述电脑304测量所述刀头1的侧面像上的第一矩形1b的长度。
本发明实施例中，所述实时测量装置在每一片所述晶圆2的切边完成后测量所述刀头1的第一矩形1b的长度。在其他实施例中，也能在所述晶圆2的切边过程中测量所述刀头1的第一矩形1b的长度。
所述切割深度校正装置由所述电脑304实现。
所述刀头1的中心轴AA和所述晶圆2的表面之间的距离通过调节所述中心轴AA的高度调节；或者，所述刀头1的中心轴AA和所述晶圆2的表面之间的距离通过调节所述晶圆放置平台的高度调节；或者，所述刀头1的中心轴AA和所述晶圆2的表面之间的距离通过调节所述中心轴AA的高度调节和所述晶圆放置平台的高度调节。
本发明实施例通过在晶圆2切割装置中设置实时测量装置来测量实际切割晶圆2的刀头1的直径即和晶圆2接触的切割表面1a的直径，在发生磨耗而使切割表面1a的直径减少时，能通过切割深度校正装置自动校正切割深度，本发明实施例很容易实现在各晶圆2的切边过程中或者在各晶圆2切边完成后进行切割深度的自动校正，所以，本发明实施例能对刀头1的磨耗进行实时测量以及对切割深度进行自动校正，从而能提高切边质量，提高不同晶圆2之间的切边深度的均匀性。
本发明实施例晶圆切边方法包括如下步骤：
步骤一、将晶圆2放置在晶圆放置平台。
所述晶圆2的第一表面为即可以为背面，也可以为正面。
步骤二、采用刀头1对所述晶圆2进行切边。
所述在沿中心轴AA方向上所述刀头1呈圆环形结构，所述圆环结构的外圈表面为切割表面1a；在朝所述切割表面1a的侧视方向上，所述刀头1的侧面呈由第一矩形1b和第二矩形1c拼接而成的多边形结构；所述第一矩形1b的长度小于等于所述第二矩形1c的长度；所述第一矩形1b的宽度和所述第二矩形1c的宽度和等于所述刀头1的厚度；切割时，所述第一矩形1b的长度边和所述晶圆2的第一表面垂直，所述第一矩形1b的底部的宽度边和所述晶圆2接触；所述第一矩形1b的长度为实际切割所述晶圆2的所述刀头1的直径，随着切割时间增加所述刀头1会产生磨耗并会使所述第一矩形1b的长度减小；所述第二矩形1c的长度为所述刀头1的初始直径。
步骤三、在各所述晶圆2切边过程中或者在各所述晶圆2切边完成后，采用实时测量装置实时测量所述刀头1的第一矩形1b的长度。
本发明实施例方法中，所述实时测量装置包括光源301和成像装置302。
在沿中心轴AA方向上，所述光源301和所述成像装置302分别设置在所述刀头1的两侧，所述光源301发射的平行光303从第一侧垂直照射所述刀头1对应的侧面，所述平行光303的范围大于所述刀头1的初始直径；所述成像装置302从第二侧接收所述光源301的光并形成所述刀头1的侧面像，根据所述刀头1的侧面像得到所述第一矩形1b的长度。
所述实时测量装置和电脑304相连，所述刀头1的侧面像实时发送到所述电脑304上，通过所述电脑304测量所述刀头1的侧面像上的第一矩形1b的长度。
步骤四、根据所述实时测量装置测量的所述第一矩形1b的长度以及所述刀头1的中心轴AA和所述晶圆2的表面之间的距离，采用切割深度校正装置自动校正切割深度。
所述切割深度校正装置由所述电脑304实现。
所述刀头1的中心轴AA和所述晶圆2的表面之间的距离通过调节所述中心轴AA的高度调节；或者，所述刀头1的中心轴AA和所述晶圆2的表面之间的距离通过调节所述晶圆放置平台的高度调节；或者，所述刀头1的中心轴AA和所述晶圆2的表面之间的距离通过调节所述中心轴AA的高度调节和所述晶圆放置平台的高度调节。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种晶圆切边装置，其特征在于，包括：
晶圆放置平台，用于放置晶圆；
刀头，在沿中心轴方向上所述刀头呈圆环形结构，所述圆环结构的外圈表面为切割表面；
在朝所述切割表面的侧视方向上，所述刀头的侧面呈由第一矩形和第二矩形拼接而成的多边形结构；所述第一矩形的长度小于等于所述第二矩形的长度；所述第一矩形的宽度和所述第二矩形的宽度和等于所述刀头的厚度；切割时，所述第一矩形的长度边和所述晶圆的第一表面垂直，所述第一矩形的底部的宽度边和所述晶圆接触；所述第一矩形的长度为实际切割所述晶圆的所述刀头的直径，随着切割时间增加所述刀头会产生磨耗并会使所述第一矩形的长度减小；所述第二矩形的长度为所述刀头的初始直径；
实时测量装置，用于实时测量所述刀头的第一矩形的长度；
切割深度校正装置，用于根据所述实时测量装置测量的所述第一矩形的长度以及所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离自动校正切割深度。
2.如权利要求1所述的晶圆切边装置，其特征在于：所述实时测量装置包括光源和成像装置；
在沿中心轴方向上，所述光源和所述成像装置分别设置在所述刀头的两侧，所述光源发射的平行光从第一侧垂直照射所述刀头对应的侧面，所述平行光的范围大于所述刀头的初始直径；所述成像装置从第二侧接收所述光源的光并形成所述刀头的侧面像，根据所述刀头的侧面像得到所述第一矩形的长度。
3.如权利要求2所述的晶圆切边装置，其特征在于：所述实时测量装置和电脑相连，所述刀头的侧面像实时发送到所述电脑上，通过所述电脑测量所述刀头的侧面像上的第一矩形的长度。
4.如权利要求3所述的晶圆切边装置，其特征在于：所述实时测量装置在每一片所述晶圆的切边完成后测量所述刀头的第一矩形的长度。
5.如权利要求3所述的晶圆切边装置，其特征在于：所述切割深度校正装置由所述电脑实现。
6.如权利要求5所述的晶圆切边装置，其特征在于：所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述中心轴的高度调节；或者，所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述晶圆放置平台的高度调节；或者，所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述中心轴的高度调节和所述晶圆放置平台的高度调节。
7.一种晶圆切边方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将晶圆放置在晶圆放置平台；
步骤二、采用刀头对所述晶圆进行切边；
在沿中心轴方向上所述刀头呈圆环形结构，所述圆环结构的外圈表面为切割表面；在朝所述切割表面的侧视方向上，所述刀头的侧面呈由第一矩形和第二矩形拼接而成的多边形结构；所述第一矩形的长度小于等于所述第二矩形的长度；所述第一矩形的宽度和所述第二矩形的宽度和等于所述刀头的厚度；切割时，所述第一矩形的长度边和所述晶圆的第一表面垂直，所述第一矩形的底部的宽度边和所述晶圆接触；所述第一矩形的长度为实际切割所述晶圆的所述刀头的直径，随着切割时间增加所述刀头会产生磨耗并会使所述第一矩形的长度减小；所述第二矩形的长度为所述刀头的初始直径；
步骤三、在各所述晶圆切边过程中或者在各所述晶圆切边完成后，采用实时测量装置实时测量所述刀头的第一矩形的长度；
步骤四、根据所述实时测量装置测量的所述第一矩形的长度以及所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离，采用切割深度校正装置自动校正切割深度。
8.如权利要求7所述的晶圆切边方法，其特征在于：所述实时测量装置包括光源和成像装置；
在沿中心轴方向上，所述光源和所述成像装置分别设置在所述刀头的两侧，所述光源发射的平行光从第一侧垂直照射所述刀头对应的侧面，所述平行光的范围大于所述刀头的初始直径；所述成像装置从第二侧接收所述光源的光并形成所述刀头的侧面像，根据所述刀头的侧面像得到所述第一矩形的长度。
9.如权利要求8所述的晶圆切边方法，其特征在于：所述实时测量装置和电脑相连，所述刀头的侧面像实时发送到所述电脑上，通过所述电脑测量所述刀头的侧面像上的第一矩形的长度。
10.如权利要求9所述的晶圆切边方法，其特征在于：所述切割深度校正装置由所述电脑实现。
11.如权利要求10所述的晶圆切边方法，其特征在于：所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述中心轴的高度调节；或者，所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述晶圆放置平台的高度调节；或者，所述刀头的中心轴和所述晶圆的表面之间的距离通过调节所述中心轴的高度调节和所述晶圆放置平台的高度调节。
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