專利名稱：用于在激光標(biāo)刻系統(tǒng)中對準(zhǔn)晶片加工系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體基片加工系統(tǒng)，尤其涉及在晶片背面標(biāo)刻 系統(tǒng)中測量標(biāo)刻位置的精度。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體晶片的激光標(biāo)刻(laser marking )系統(tǒng)可應(yīng)用于，例如， 半導(dǎo)體晶片加工系統(tǒng)中。該加工系統(tǒng)至少在x方向和y方向上對一個或多個半導(dǎo)體晶片進(jìn)行相對定位和控制，以使得激光標(biāo)刻通常在x-y 平面上進(jìn)行；而沖擊晶片的激光一般沿z方向。因此，當(dāng)晶片工作臺 在x和y方向上移動時，激光標(biāo)刻系統(tǒng)可以保持靜止。晶片的直徑可 為約200~300mm。如圖1A和圖IB所示，半導(dǎo)體晶片10可包括正面12,在該正 面12上可形成多個電路14a、 14b、 14c和14d。晶片10隨后可在各 個電路14a至14d上的電路元件16和18的制造之后，,皮分割為多個 單獨(dú)的電路14a至14d。圖1B表示四個這樣的電路。半導(dǎo)體晶片10 還可包括一個缺口 22，以便于在加工設(shè)備中識別晶片IO的正確定向。在某些應(yīng)用中，希望在每個電路的正面或背面也加上識別標(biāo)記。 這種標(biāo)刻通常用激光進(jìn)行。此類激光標(biāo)記不僅可以用于識別電路，也 可用于識別與各電路相關(guān)的制造信息、電路的定向信息或電路的性能 數(shù)據(jù)。在半導(dǎo)體晶片10的正面12包括了密布著元件和導(dǎo)線路徑的電路 14a至14d的應(yīng)用中，有時希望在半導(dǎo)體晶片的背面提供識別標(biāo)記。 例如，圖2A表示半導(dǎo)體晶片10的背面16，圖2B表示各個電路14a 至14d的背面的標(biāo)記24。標(biāo)記信息可包括各種文本或其他符號信息， 在圖2B中表示為位于各電路14a至14d正面右下角的正方形20。如 果已標(biāo)記與未標(biāo)記的區(qū)域之間反差較大，那么這種標(biāo)記會很容易被機(jī) 器識別。然而，大多數(shù)傳統(tǒng)半導(dǎo)體晶片的背面通常要經(jīng)過研磨，以減小半 導(dǎo)體晶片的厚度，從而提供更薄的電路14。這種減小晶片厚度的研磨 通常以圓周運(yùn)動進(jìn)行，這會導(dǎo)致大量纖細(xì)的槽紋28產(chǎn)生，例如，在半 導(dǎo)體晶片10的背面26的表面上形成常見的風(fēng)車狀的槽紋。這使得任何 記號的自動檢測都變得更加復(fù)雜。對晶片IO進(jìn)行激光標(biāo)刻的 一種方法是在晶片背面的表面上形成 圖案。對半導(dǎo)體晶片的背面進(jìn)行激光標(biāo)刻的另 一種方法涉及用激光在 背面的表面上形成熔融痕跡，據(jù)此除去槽紋帶來的表面起伏。這種痕 跡標(biāo)記可以具有很小的起伏深度，例如0 1.0微米，通常約0.5微米。 例如，在引用并合并于此的美國專利6,261，919號中，公開了一種以標(biāo) 刻為目的，在半導(dǎo)體晶片的背面形成熔融痕跡的系統(tǒng)和方法。同樣可 參閱在此引用并合并的美國專利申請^^開2004/00600910 、 2004/0031779和2004/0144760號，其中公開了在工件和半導(dǎo)體器件上 制成機(jī)器可讀的標(biāo)記、并減小因此造成的次表面損傷的、適用于芯片 級封裝(CSP)的基于激光的高速標(biāo)刻系統(tǒng)及方法。上述技術(shù)所激光標(biāo)刻的記號可以是任何類型的圖形標(biāo)記，但通常 是字母數(shù)字字符、例如為實(shí)心圓形的引腳指示、電路特征指示標(biāo)記和 例如為V形的芯片定向標(biāo)記。如果管芯較小，例如0.1x0.2mm的管 芯，則可標(biāo)刻圓點(diǎn)或定向標(biāo)記；如果管芯較大，例如2.5mmx20mm 的管芯，則可標(biāo)刻字母數(shù)字字符。對于CSP標(biāo)刻，晶片被固定在晶片卡盤中，以便在遍布于晶片 上的管芯部位的背面用激光標(biāo)刻記號。通過在小于晶片尺寸的掃描區(qū) 域中標(biāo)刻記號來實(shí)現(xiàn)高精度的標(biāo)刻，例如在80mmx80mm的區(qū)域上。 為覆蓋晶片背部要標(biāo)刻記號的所有部位，晶片相對于標(biāo)刻區(qū)域隨工作 臺步進(jìn)移動。在某些應(yīng)用中，希望激光標(biāo)刻和晶片加工系統(tǒng)能將晶片正面的圖 像和晶片背面的圖像關(guān)聯(lián)起來。將這種頂部和底部的檢查關(guān)聯(lián)起來， 可在分割之前為各電路上的各標(biāo)記位置提供高精度的測試。進(jìn)行這種關(guān)聯(lián)，需要能在處理晶片時讀取晶片背面的背面檢測系統(tǒng)，同時還需 要晶片正面的正面檢測系統(tǒng)。確定精度的傳統(tǒng)方法是標(biāo)刻測試晶片并對標(biāo)記進(jìn)行測量。為了確 定相對于正面管芯的標(biāo)記位置，晶片的兩面必須前后精確配準(zhǔn)地進(jìn)行檢查。傳統(tǒng)的大面積檢查技術(shù)，例如龍門式測量視頻顯微鏡，要求用精 密的夾具翻轉(zhuǎn)晶片以保持配準(zhǔn)。 一方面這種方法十分繁瑣，另一方面 晶片也很薄、很脆、容易損壞。需要一種可以對堅(jiān)固的測試晶片進(jìn)行 準(zhǔn)確的單面測試的改進(jìn)的方法。因此，需要一種可以自動關(guān)聯(lián)晶片正面和背面的激光標(biāo)刻和加工系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明公開了 一種用于在晶片背面標(biāo)刻系統(tǒng)中確定激光加工性 能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于在目標(biāo)晶片的背面生成圖案標(biāo)記的激光標(biāo) 刻系統(tǒng)，以及用于透過目標(biāo)晶片的正面檢測圖案標(biāo)記的檢測系統(tǒng)。目 標(biāo)晶片具有厚度、折射率和兩個大致平坦的表面，以使檢測系統(tǒng)透過 目標(biāo)晶片的視在聚焦區(qū)大致接近于目標(biāo)晶片的正面。


參照附圖，可以更加深入地理解后述詳細(xì)"^兌明。圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成有多個電路的半導(dǎo)體晶片的正面示意 圖，圖1B是圖1A中一部分視圖的示意圖，包括具有多個電路的子集。圖2A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成有多個電路的半導(dǎo)體晶片的背面示意 圖，圖2B是圖2A中部分視圖的示意圖，包括具有多個電路的子集背 面上的標(biāo)記。圖3是采用了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的目標(biāo)晶片上的激光標(biāo)刻和 成像系統(tǒng)的示意圖。
圖4是圖3的目標(biāo)晶片的俯視圖。 圖5是圖3的透明目標(biāo)晶片的局部俯視圖。 圖6是圖3的目標(biāo)晶片的局部側(cè)剖視圖。 上述附圖僅作說明之用，而并非按比例繪制。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在由透明基片制成的測試晶片的至少 一 側(cè) 上形成有圖案。通過透過基片觀察圖案，從頂部將裝載著表面形成有 圖案的測試晶片的芯片級標(biāo)刻系統(tǒng)與圖案對準(zhǔn)。然后從底部將圖案標(biāo) 刻到晶片的背面上。標(biāo)記穿透用于形成圖案的材料，使得從測試晶片 兩面都可以看到標(biāo)記。通過尋找標(biāo)記相對于測量圖案條帶的位置，可 以對透明晶片進(jìn)行檢測從而確定系統(tǒng)精度。本發(fā)明提供了 一種用于晶 片標(biāo)刻和檢查組件的正反面關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。因此，本發(fā)明提供攝像機(jī)標(biāo)定 (camera calibration )。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光關(guān)聯(lián)系統(tǒng)40包括晶片目 標(biāo)44。進(jìn)一步如圖4所示，晶片目標(biāo)是基本透明的，其上形成有不透 明線條。關(guān)聯(lián)系統(tǒng)40還包括激光標(biāo)刻系統(tǒng)54、定位系統(tǒng)、系統(tǒng)控制 器52和正面檢測系統(tǒng)56，其中激光標(biāo)刻系統(tǒng)54用于在晶片目標(biāo)44 的背面上形成記號；定位系統(tǒng)包括卡盤46和48，用于將晶片目標(biāo)44 相對于標(biāo)刻系統(tǒng)54進(jìn)行定位；系統(tǒng)控制器52用于協(xié)調(diào)標(biāo)刻系統(tǒng)54 的運(yùn)行。系統(tǒng)40也可以提供用于背面檢測系統(tǒng)的照明系統(tǒng)，該照明 系統(tǒng)包括一對同心圓式環(huán)形熒光燈60和62。目標(biāo)晶片44可以包括多個目標(biāo)單元或管芯72，每個目標(biāo)單元或 管芯都可對應(yīng)于將要從特定晶片上切割下來的電路。晶片的外圍邊緣 可以包括實(shí)心且明顯的邊界70，此外，目標(biāo)晶片還可以包括定向缺口 74。為了在CSP標(biāo)刻裝置中對準(zhǔn)200mm的晶片，頂部的管芯是通過 可精確定位于晶片上方的攝像機(jī)進(jìn)行觀察的。優(yōu)選地，攝像機(jī)使用遠(yuǎn) 心透鏡，從而減小位置上的散焦誤差所造成的影響，而管芯的位置優(yōu) 選是確定的。
如圖5所示，每個管芯72都包括多個同心的正方形76、 78、 80、 82、 84和86，此外，有關(guān)每次測試的注釋可以寫入與各正方形相對 應(yīng)的、如88、 90、 92和94所示的注釋框中。在應(yīng)用當(dāng)中，對目標(biāo)晶片背面進(jìn)行的標(biāo)刻是基于管芯的位置和系 統(tǒng)標(biāo)定之上的。所要作的標(biāo)記是要在一個或多個框的邊緣內(nèi)畫線。例 如，標(biāo)刻系統(tǒng)可以在框76和框78的目標(biāo)邊緣內(nèi)畫一個含有四條直線 的框。由于框76和框78的邊緣所描畫的輪廓寬度是系統(tǒng)公差的兩倍 (例如是50微米的兩倍)，所以任何公差范圍以外的對準(zhǔn)錯誤都因 標(biāo)記未能在相應(yīng)的框76或78的目標(biāo)邊緣內(nèi)而變得顯而易見。在相應(yīng) 注釋區(qū)內(nèi)可以記錄有關(guān)測試的信息，例如光斑尺寸、日期、序列號和 行/列信息。因此，標(biāo)刻是在目標(biāo)晶片的背面進(jìn)行的，而成像分析可以從目標(biāo) 晶片的正面進(jìn)行。目標(biāo)晶片優(yōu)選是透明的，可以用例如玻璃的材料制 成。在目標(biāo)晶片上形成圖案可以用例如鉻的材料印在背面。具有硬晶 片邊緣缺口的15mm寬的鍍膜環(huán)面允許用傳統(tǒng)的晶片預(yù)對準(zhǔn)器對透明 晶片進(jìn)行預(yù)對準(zhǔn)?？梢酝高^透明基片觀察圖案用以從頂部對準(zhǔn)。特別地，用于晶片 精細(xì)對準(zhǔn)的頂部攝像機(jī)聚焦在正常晶片的頂部一側(cè)。將對準(zhǔn)圖案從測 試晶片的頂部移到了底部。同時，如圖6所示，由于透明基片的光學(xué) 特性，圖案98從其位于目標(biāo)晶片44的背面58上的實(shí)際位置偏移到 了視在位置98，。對于具有厚度r和折射率w的晶片，當(dāng)透過晶片觀 察圖案時，圖案的有效高度(virtual height )F根據(jù)公式i/= r x(l-i/") 發(fā)生偏移。因此，當(dāng)測試晶片的厚度增加時，偏移也會增加?？梢栽?加測試晶片的厚度7%從而增加向待標(biāo)記的晶片頂部平面偏移的圖案 像的高度，據(jù)此減小圖像的散焦。增加測試晶片的厚度也可以使測試 晶片在機(jī)械特性上更加結(jié)實(shí)耐用。在實(shí)踐中，測試晶片是0.7mm厚的 玻璃，圖像就發(fā)生0.24mm的偏移，這對應(yīng)于0.24mm厚的晶片的頂 部。用這樣的測試晶片和0.4mm的晶片，散焦可達(dá)0.16mm，屬于可 接受的散焦范圍之內(nèi)。
對已對準(zhǔn)的測試晶片，在圖案上標(biāo)刻了字符串或其它記號，用于 記錄標(biāo)刻數(shù)據(jù)。標(biāo)刻數(shù)據(jù)有例如序列號、日期戳、光斑尺寸、行列號 或其它數(shù)據(jù)。圖案可以包括測量條帶，且線條和字符都標(biāo)刻在條帶內(nèi) 標(biāo)稱的位置上。標(biāo)刻精度則是通過檢查標(biāo)刻在測試圖案的條帶部分中 的標(biāo)記來確定。當(dāng)標(biāo)記被包含在條帶中時，系統(tǒng)精度就得以確認(rèn)。條 帶的幾何形狀可以在軟件中編碼，這樣在任何時候都可以根據(jù)事先確 定的軟件例程按順序選擇和標(biāo)刻不同的條帶。標(biāo)刻透明測試晶片對于系統(tǒng)測試和標(biāo)定也是有利的。測試晶片邊 緣標(biāo)刻也可以用于檢查系統(tǒng)工作臺對晶片的遍歷，然而標(biāo)刻區(qū)域可能 無法到達(dá)晶片加工區(qū)域的所有邊緣。由于測試晶片的圖案近似位于晶 片頂部和底部兩面的焦平面內(nèi)，所以頂部和底部攝像機(jī)的尺度能夠用 測試晶片圖案進(jìn)行標(biāo)定。圖案可以包括諸如可被用于對準(zhǔn)和標(biāo)定的正 方形之類的特征，或者也可以包括用于機(jī)器視覺系統(tǒng)標(biāo)定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)定圖案。照明可以包括透明測試晶片上圖案的正面照明和背面照 明。因此，根據(jù)一個實(shí)施例，本發(fā)明提供一種在晶片背面加工系統(tǒng)中確定激光加工性能特征的方法，該方法包括形成透明基片的表面的 圖像并從該圖像獲取信息；將該信息與攝像機(jī)標(biāo)定、標(biāo)記位置和工作 臺位置中之一關(guān)聯(lián)起來。透明基片具有厚度、折射率和兩個大致平坦 表面，第一表面位于激光加工平面且形成有帶有參照特征的圖案。圖 案化的表面適于標(biāo)刻且透過透射基片從基片的第二表面一側(cè)被成像。 圖案化的表面的像表現(xiàn)出偏移根據(jù)厚度和折射率的高度，圖像的視在 高度對應(yīng)于待加工的晶片的厚度。根據(jù)另 一個實(shí)施例，本發(fā)明提供一種在具有激光加工平面的晶片 背面加工系統(tǒng)中確定激光加工性能特性的方法，該方法包括將透明 基片的第一圖案化表面放置于激光加工平面中；從基片的第二表面透 過透射基片生成第一圖案化表面的頂部圖像；從頂部圖像確定圖案特 征的至少一個位置；基于所確定的位置將標(biāo)刻區(qū)域與圖案特征區(qū)域?qū)?準(zhǔn)；在激光加工平面上，在圖案化表面的預(yù)定的位置處形成激光標(biāo)記；
以及從與標(biāo)刻區(qū)域內(nèi)的標(biāo)記位置、晶片內(nèi)的標(biāo)刻區(qū)域位置、序列化數(shù) 據(jù)、日期戳數(shù)據(jù)、行列數(shù)據(jù)和運(yùn)行時間序列中的一個相關(guān)的激光標(biāo)記 中獲取信息?；哂泻穸取⒄凵渎屎蛢蓚€大致平坦的表面。用參照 特征和適用于標(biāo)刻的特征將圖案化的表面圖案化。圖案化的表面的像 表現(xiàn)出偏移根據(jù)厚度和折射率的視在高度。視在圖像的高度對應(yīng)于待 加工的晶片的厚度。根據(jù)又一個實(shí)施例，本發(fā)明提供一種在具有激光加工平面的晶片背面加工系統(tǒng)中確定激光加工性能特性的方法，該方法包括將透明 基片的第一圖案化表面放置于激光加工平面中；確定與待加工的晶片 頂部的圖像相對應(yīng)的圖案特征的至少一個位置；基于至少一個已確定 的位置將標(biāo)刻區(qū)域與圖案特征的區(qū)域?qū)?zhǔn)；在圖案化的表面上的預(yù)定 位置處形成激光標(biāo)記；以及從與標(biāo)刻區(qū)域內(nèi)的標(biāo)記位置、晶片內(nèi)的標(biāo) 刻區(qū)域位置、序列化數(shù)據(jù)、日期戳數(shù)據(jù)、行列數(shù)據(jù)和運(yùn)行時間序列中 的一個相關(guān)的激光標(biāo)記中獲取信息。用參照特征和適用于標(biāo)刻的特征 將圖案化的表面圖案化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員不難理解，在不脫離本發(fā)明精神與范圍的條件 下，能夠?qū)ι鲜鰧?shí)施例做出各種修改與變動。
權(quán)利要求
1.一種用于在晶片背面標(biāo)刻系統(tǒng)中確定激光加工性能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括激光標(biāo)刻系統(tǒng)，用于在晶片的背面生成參照標(biāo)記；以及檢測系統(tǒng)，用于透過目標(biāo)晶片的正面檢測參照特征，所述目標(biāo)晶片具有厚度、折射率和兩個大致平坦的表面，以使檢測系統(tǒng)透過目標(biāo)晶片的視在聚焦區(qū)大致接近目標(biāo)晶片的正面。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)晶片包括在目標(biāo)晶 片背面上的可標(biāo)刻的參照特征。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)晶片包括在目標(biāo)晶 片的主要部分區(qū)域上的多個重復(fù)圖案。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)晶片包括可標(biāo)刻的 線條，所述線條具有與同標(biāo)刻系統(tǒng)的公差大致相似的線條寬度尺度。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)晶片由玻璃制成， 且參照特征由鉻形成。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)晶片包括注釋區(qū)， 在所述注釋區(qū)中可以通過激光標(biāo)刻系統(tǒng)在目標(biāo)晶片上記錄有關(guān)每次 測試的注釋。
7. —種用于在晶片背面加工系統(tǒng)中確定激光加工性能的系統(tǒng)，所 述系統(tǒng)包括激光標(biāo)刻系統(tǒng)，用于在激光加工平面的區(qū)域內(nèi)生成標(biāo)記；以及 具有厚度、折射率和兩個大致平坦的表面的目標(biāo)晶片，所述目標(biāo) 晶片還包括位于激光加工平面內(nèi)且以參照特征圖案化了的第一表面， 其中圖案化的表面適于標(biāo)刻且從基片的第二表面一側(cè)透過透射基片 被成像，且其中圖案化的表面的圖像表現(xiàn)出偏移根據(jù)厚度和折射率的 視在高度，視在圖像高度對應(yīng)于待加工的晶片的厚度。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)晶片在第一面上被 標(biāo)刻并從相反的第二面被成《象。
9. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)晶片包括在目標(biāo)晶 片的主要部分區(qū)域上的多個重復(fù)圖案。
10. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)晶片包括互相間隔 開大致相似的距離的線條。
11. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)晶片由玻璃制成， 且參照特征由鉻形成。
12. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所迷目標(biāo)晶片包括注釋區(qū)， 在所述注釋區(qū)中可以通過激光標(biāo)刻系統(tǒng)在目標(biāo)晶片上記錄有關(guān)各次 測試的注釋。
13. —種在晶片背面標(biāo)刻系統(tǒng)中確定激光加工性能的方法，所述 方法包括以下步驟在目標(biāo)晶片的背面生成圖案標(biāo)記；以及通過目標(biāo)晶片的正面檢測參照特征，所述目標(biāo)晶片具有厚度、折 射率和兩個大致平坦的表面，以使檢測系統(tǒng)透過目標(biāo)晶片的視在聚焦區(qū)大致接近待加工的晶片的正面。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述目標(biāo)晶片包括在目標(biāo) 晶片背面上的參照特征。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述目標(biāo)晶片包括在目標(biāo) 晶片的主要部分區(qū)域上的多個重復(fù)圖案。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述目標(biāo)晶片包括互相間 隔開大致相似的距離的線條。
17. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述目標(biāo)晶片由玻璃制成， 且參照特征由鉻形成。
18. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所迷目標(biāo)晶片包括注釋區(qū)， 在注釋區(qū)內(nèi)可以通過激光標(biāo)刻系統(tǒng)在目標(biāo)晶片上記錄有關(guān)各次測試 的注釋。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在晶片背面標(biāo)刻系統(tǒng)中確定激光加工性能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于在目標(biāo)晶片(44)的背面生成圖案標(biāo)記的激光標(biāo)刻系統(tǒng)(54)，以及用于透過目標(biāo)晶片的正面檢測圖案標(biāo)記的檢測系統(tǒng)(56)。目標(biāo)晶片(44)具有厚度(T)、折射率(n)和兩個大致平坦的表面，以使檢測系統(tǒng)透過目標(biāo)晶片的視在聚焦區(qū)大致接近于目標(biāo)晶片(44)的正面。
文檔編號H01L21/00GK101164140SQ200680013683
公開日2008年4月16日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者凱斯·巴蘭泰尼, 加里·保路希, 奧利弗·斯特雷克, 羅伯特·帕拉迪斯 申請人:杰斯集團(tuán)公司