一种基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统及其切割方法与流程

本发明涉及一种基于计算机视觉的切割技术，特别涉及一种基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统及其切割方法。

背景技术：

当晶圆制作完成后，要对晶圆进行切割，以获得若干个独立的芯片。之后才进行封装或者进行组装。由于各芯片之间的间隙非常小，通常都以微米计。所以在切割过程中需要精确定位。

目前，在对晶圆进行切割的过程中，普遍采用先进的计算机视觉技术来获得芯片的尺寸信息。以常规的矩形芯片为例，在确定切割线之前，需要采用摄像机获得包含芯片在内的正射图像。之后通过算法获得芯片的宽度信息和高度信息。

但是，因为摄像机镜头存在径向畸变，所以难以确定摄像机获得图像的方向和晶圆垂直。目前，在对晶圆进行切割的过程中，有对摄像机进行标定并且对该摄像机获得包含芯片在内的图像进行矫正。但是这样需要对大量数据进行处理，并且切割线的确定要根据矫正后的图像，其中就产生数据处理后所累计的误差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统及其切割方法，用于对半导体晶圆进行切割的过程中，确定摄像模组获得图像的方向和半导体晶圆垂直。

本发明的一技术方案是，一种基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统，包括下承载平台、上承载平台、摄像模组、调节模组、以及电脑模组。下承载平台用于承载由若干芯片组成的半导体晶圆。上承载平台包括以彼此垂直的x线和y线分割的四个相同形状的承载区域，其中所述x线和所述y线的线交点位于所述半导体晶圆的正上方。摄像模组包括第一摄像单元和第二摄像单元。所述第一摄像单元用于拍摄所述半导体晶圆并且获取包含所述芯片在内的第一图像。所述第二摄像单元用于拍摄所述半导体晶圆并且获取包含所述芯片在内的第二图像。所述第一摄像单元和所述第二摄像单元均安装在所述上承载平台，并且所述第一摄像单元和所述第二摄像单元的连线中点和所述线交点重合。调节模组包括x轴调节单元和y轴调节单元。所述x轴调节单元操作性连接所述上承载平台，并且用于驱动所述上承载平台绕所述x线翻动以满足x轴位移补偿。所述y轴调节单元操作性连接所述上承载平台，并且用于驱动所述上承载平台绕所述y线翻动以满足y轴位移补偿。电脑模组用于根据所述第一图像和所述第二图像获得所述x轴位移补偿和所述y轴位移补偿的补偿量。

作为一种可实施方式，所述第一摄像单元和所述第二摄像单元沿着所述x线或者所述y线安装在所述上承载平台。

作为一种可实施方式，所述第一摄像单元和所述第二摄像单元分别安装在以所述线交点中心对称的两个承载区域内。

作为一种可实施方式，所述半导体晶圆具有第一视觉特征和第二视觉特征。当所述半导体晶圆的所述芯片的长度方向沿着所述x线方向时，所述电脑模组用于根据对比所述第一图像中的所述第一视觉特征和所述第二图像中的所述第一视觉特征，获得所述x轴位移补偿的补偿量。并且，所述电脑模组用于根据对比所述第一图像中的所述第二视觉特征和所述第二图像中的所述第二视觉特征，获得所述y轴位移补偿的补偿量。其中，所述第一视觉特征为所述半导体晶圆的所述芯片的宽度，所述第二视觉特征为所述半导体晶圆的所述芯片的长度。

作为一种可实施方式，所述半导体晶圆具有第一视觉特征和第二视觉特征。当所述半导体晶圆的所述芯片的长度方向沿着所述y线方向时，所述电脑模组用于根据对比所述第一图像中的所述第一视觉特征和所述第二图像中的所述第一视觉特征，获得所述y轴位移补偿的补偿量。并且，所述电脑模组用于根据对比所述第一图像中的所述第二视觉特征和所述第二图像中的所述第二视觉特征，获得所述x轴位移补偿的补偿量。其中，所述第一视觉特征为所述半导体晶圆的所述芯片的宽度，所述第二视觉特征为所述半导体晶圆的所述芯片的长度。

作为一种可实施方式，在所述调节模组对所述上承载平台进行x轴位移补偿和y轴位移补偿之后，所述摄像模组拍摄所述半导体晶圆并且获取包含所述芯片在内的第三图像。所述电脑模组根据所述第三图像获得所述芯片的实际宽度值和实际高度值。

作为一种可实施方式，在所述电脑模组获得所述芯片的实际宽度值和实际高度值之后，所述电脑模组根据所述实际宽度值和所述实际高度值，制作匹配由若干所述芯片组成的所述半导体晶圆的模板图像。再将所述模板图像的若干轮廓覆盖到所述第三图像的若干所述芯片上，以生成若干形状模型。再选择最匹配的所述形状模型生成切割线。

本发明的另一技术方案是，一种基于计算机视觉的半导体晶圆切割方法，用于半导体晶圆切割系统以切割由若干芯片组成的半导体晶圆。所述半导体晶圆切割系统包括下承载平台、上承载平台、摄像模组、调节模组、以及电脑模组。所述上承载平台包括以彼此垂直的x线和y线分割的四个相同形状的承载区域。所述摄像模组包括第一摄像单元和第二摄像单元。所述调节模组包括x轴调节单元和y轴调节单元。所述半导体晶圆切割方法包括第一步、第二步、以及第三步。在第一步中，以位于所述半导体晶圆的正上方的所述x线和所述y线的线交点为中点，分别在两个摄像点拍摄所述半导体晶圆并且获取包含所述芯片在内的第一图像和第二图像。在第二步中，根据所述第一图像和所述第二图像获得x轴位移补偿和y轴位移补偿的补偿量。在第三步中，根据所述x轴位移补偿的补偿量绕所述x线调节两个所述摄像点的位置，并且根据所述y轴位移补偿的补偿量绕所述y线调节两个所述摄像点的位置。

作为一种可实施方式，绕所述x线调节两个所述摄像点的位置和绕所述y线调节两个所述摄像点的位置同时进行。

本发明相比于现有技术的有益效果是，根据第一图像和第二图像对摄像模组进行x轴位移补偿和y轴位移补偿，直到确定摄像模组获得图像的方向和半导体晶圆垂直。其中克服了摄像模组的单个镜头无法克服径向畸变的影响，经由摄像模组的两个镜头将各自径向畸变的影响抵消。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统的侧视图；

图2为本发明一实施例提供的基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统的功能框图；

图3为本发明一实施例提供的摄像模组的安装示意图；

图4为本发明另一实施例提供的摄像模组的安装示意图；

图5为本发明一实施例提供的第一图像和第二图像中的芯片影像框选示意图；

图6为本发明另一实施例提供的第一图像和第二图像中的芯片影像框选示意图；

图7为本发明一实施例提供的基于计算机视觉的半导体晶圆切割方法的流程图。

图中：100、下承载平台；101、半导体晶圆；200、上承载平台；300、摄像模组；310、第一摄像单元；320、第二摄像单元；400、调节模组；410、x轴调节单元；420、y轴调节单元；500、电脑模组。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的实施方式和优点进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的部分实施方式，而不是全部实施方式。

如图1和图2所示。图1示出了基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统的侧视图，图2示出了基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统的功能框图。

在一种实施方式中，基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统包括下承载平台、上承载平台、摄像模组、调节模组、以及电脑模组。如图1所示，上承载平台位于下承载平台的上方，两者上下相对。在本种实施方式中，下承载平台用于承载由若干芯片组成的半导体晶圆。上承载平台用于提供摄像模组安装并且用于提供调节模组操作性连接。

如图3所示，上承载平台被彼此垂直的x线和y线分割成相同形状的承载区域ⅰ、承载区域ⅱ、承载区域ⅲ、以及承载区域ⅳ。图中，以点o表示x线和y线的线交点。在本种实施方式中，线交点位于半导体晶圆的正上方。结合图1，摄像模组包括第一摄像单元和第二摄像单元。第一摄像单元和第二摄像单元均安装在上承载平台，并且两者均朝向下承载平台。在本种实施方式中，第一摄像单元用于拍摄半导体晶圆并且获取包含芯片在内的第一图像。第二摄像单元用于拍摄半导体晶圆并且获取包含芯片在内的第二图像。

需要注意的是，如图3所示，第一摄像单元和第二摄像单元的连线中点和线交点重合。图中以虚线a表示第一摄像单元和第二摄像单元的连线。实际上也就是，第一摄像单元的摄像点和第二摄像单元的摄像点沿着线交点中心对称。所以，当上承载平台不论在沿着x线方向产生倾斜，还是在沿着y线方向产生倾斜时，经由第一摄像单元获取的第一图像中的芯片影像和经由第二摄像单元获取的第二图像中的芯片影像均和实际的芯片产生差别。

为方便说明，以上承载平台仅在沿着x线方向产生倾斜，并且第一摄像单元和第二摄像单元沿着x线安装在上承载平台为例，正如图4所示。假设芯片的长度方向沿着y线方向。当上承载平台在沿着x线方向产生倾斜时，经由第一摄像单元获取的第一图像中的芯片影像如图5中的芯片影像框b所示，经由第二摄像单元获取的第二图像中的芯片影像如图5中的芯片影像框c所示。图5中的芯片影像框b和芯片影像框c分别截取了第一摄像单元和第一图像的正对部分和第二摄像单元和第二图像的正对部分。实际上，由于第一摄像单元的摄像点和第二摄像单元的摄像点不同，经由第一摄像单元获取的第一图像和经由第二摄像单元获取的第二图像产生差别。这差别是摄像模组的单个镜头无法体现的。如图5所示，当上承载平台在沿着x线方向产生倾斜时，第一图像和第二图像中的芯片影像均和实际的芯片产生差别。差别具体体现于，同一芯片的宽度w1和宽度w2产生差值。

同理，当上承载平台仅在沿着y线方向产生倾斜，并且第一摄像单元和第二摄像单元沿着y线安装在上承载平台时。仍然假设芯片的长度方向沿着y线方向。经由第一摄像单元获取的第一图像中的芯片影像如图6中的芯片影像框d所示，经由第二摄像单元获取的第二图像中的芯片影像如图6中的芯片影像框e所示。第一图像和第二图像中的芯片影像均和实际的芯片产生差别。差别具体体现于，同一芯片的长度l1和宽度l2产生差值。

但是，如果第一摄像单元和第二摄像单元分别安装在以线交点中心对称的两个承载区域内。如图3所示，第一摄像单元安装在承载区域ⅲ，第二摄像单元安装在承载区域ⅱ。那么，不论上承载平台在沿着x线方向产生倾斜，还是在沿着y线方向产生倾斜。经由第一摄像单元获取的第一图像中的芯片影像和经由第二摄像单元获取的第二图像中的芯片影像均和实际的芯片产生差别。并且，经由第一摄像单元获取的第一图像中的芯片影像和经由第二摄像单元获取的第二图像中的芯片影像也产生差别。当芯片的长度方向沿着x线方向时，可以将芯片的宽度作为半导体晶圆的第一视觉特征，将芯片的长度作为半导体晶圆的第二视觉特征。当芯片的长度方向沿着y线方向时，仍然可以将芯片的宽度作为半导体晶圆的第一视觉特征，将芯片的长度作为半导体晶圆的第二视觉特征。

在本种实施方式中，经由第一摄像单元获取的第一图像和经由第二摄像单元获取的第二图像经由电脑模组解析处理，从而获得x轴位移补偿和y轴位移补偿的补偿量。再经由电脑模组根据解析处理的结果，产生对x轴调节单元和y轴调节单元的控制指令。当芯片的长度方向沿着x线方向时，电脑模组用于根据对比第一图像中的第一视觉特征和第二图像中的第一视觉特征，获得x轴位移补偿的补偿量。并且，电脑模组用于根据对比第一图像中的第二视觉特征和第二图像中的第二视觉特征，获得y轴位移补偿的补偿量。当芯片的长度方向沿着y线方向时，电脑模组用于根据对比第一图像中的第一视觉特征和第二图像中的第一视觉特征，获得y轴位移补偿的补偿量。并且，电脑模组用于根据对比第一图像中的第二视觉特征和第二图像中的第二视觉特征，获得x轴位移补偿的补偿量。如图1所示，x轴调节单元操作性连接上承载平台，在电脑模组的控制下用于驱动上承载平台绕x线翻动，以满足x轴位移补偿。y轴调节单元操作性连接上承载平台，在电脑模组的控制下用于驱动上承载平台绕y线翻动以满足y轴位移补偿。在本种实施方式中，上承载平台进行x轴位移补偿和y轴位移补偿后，经由第一摄像单元获取的第一图像和经由第二摄像单元获取的第二图像相同。因此克服了摄像模组的单个镜头无法克服径向畸变的影响，经由摄像模组的两个镜头将各自径向畸变的影响抵消。因为如果摄像模组的单个镜头位于半导体晶圆的正上方，因着镜头存在径向畸变，所以即使在摄像模组获得图像的方向和半导体晶圆不垂直的情况下，也难以从经由摄像模组获取的图像中体现。

在一种实施方式中，基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统在调节模组对上承载平台进行x轴位移补偿和y轴位移补偿之后，摄像模组拍摄半导体晶圆并且获取包含芯片在内的第三图像。电脑模组根据第三图像获得芯片的实际宽度值和实际高度值。在本实施方式中，芯片的实际宽度值和实际高度值是确定各个芯片的位置和间隙的数据根据。

在一种实施方式中，基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统在电脑模组获得芯片的实际宽度值和实际高度值之后，电脑模组根据实际宽度值和实际高度值，制作匹配由若干芯片组成的半导体晶圆的模板图像。再将模板图像的若干轮廓覆盖到第三图像的若干芯片上，以生成若干形状模型。再选择最匹配的形状模型生成切割线。在本实施方式中，切割线是基于计算机视觉的半导体晶圆切割系统进行切割的根据。

此外，在一种实施方式中，基于计算机视觉的半导体晶圆切割方法，用于半导体晶圆切割系统以切割由若干芯片组成的半导体晶圆。

如图1和图2所示，半导体晶圆切割系统包括下承载平台、上承载平台、摄像模组、调节模组、以及电脑模组。上承载平台包括以彼此垂直的x线和y线分割的四个相同形状的承载区域。摄像模组包括第一摄像单元和第二摄像单元。调节模组包括x轴调节单元和y轴调节单元。

如图7所示，半导体晶圆切割方法包括按顺次执行的步骤s100、步骤s200、以及步骤s300。在步骤s100中，以位于半导体晶圆的正上方的x线和y线的线交点为中点，分别在两个摄像点拍摄半导体晶圆并且获取包含芯片在内的第一图像和第二图像。在步骤s200中，根据第一图像和第二图像获得x轴位移补偿和y轴位移补偿的补偿量。在步骤s300中，根据x轴位移补偿的补偿量绕x线调节两个摄像点的位置，并且根据y轴位移补偿的补偿量绕y线调节两个摄像点的位置。

在本实施方式中，经由不位于半导体晶圆正上方的两个摄像点，可以抵消摄像模组的两个镜头的径向畸变的影响。半导体晶圆在摄像模组的两个镜头的视野范围内。并且，从经由两个摄像点获得的第一图像和第二图像中，获得x轴位移补偿和y轴位移补偿的补偿量。再根据获得的x轴位移补偿和y轴位移补偿的补偿量，调节两个摄像点的位置。直到确定摄像模组获得图像的方向和半导体晶圆垂直。

以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案、以及有益效果进行了进一步的详细说明。应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员而言，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。