CN104552631A - 分割装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分割装置，其包含有：至少一个夹具工作台，其上锁固有工件，该至少一个夹具工作台被配置来沿着进给方向移动；桥体，其位于该至少一个夹具工作台的上方延伸，该桥体具有第一侧面和第二侧面，该第二侧面与第一侧面相对；第一切割设备单元，其安装于该桥体上，并可沿着第一侧面横截于进给方向独立地移动；以及第二切割设备单元，其安装于该桥体上，并可沿着第二侧面横截于进给方向独立地移动，第一切割设备和第二切割设备用于切割工件。本发明还公开了一种分割方法。

Description

分割装置和方法
技术领域
本发明公开内容涉及一种分割（singulation）装置和方法。
背景技术
在半导体工业中，切片机（dicing machines）被使用来沿着切割线格子切割半导体晶圆或封装后的半导体器件。切割线定义了单独的集成电路（IC: integrated circuit）单元之间的界线。切片还被公知为分割或晶粒切割。切片机包括大量的部件，包含有用于固定被切割工件的夹具工作台（chuck station）和切割设备，该切割设备包含有主轴（spindle）和刀片（blade），该刀片以可旋转的方式装配在主轴上。
在晶圆中或封装件条（package strip）的IC单元的单位尺寸变得细小（大约1mm或以下）的时候，晶圆或封装件条的每个单位面积的IC单元数量和切割线的数量得以增大。相应地，对于每个晶圆或封装件条而言，更长的切片时间被需要，而切片机的每小时单元数（UPH：units per hour）被降低。
在以前所开发的切片机中，通过提供额外的夹具平台（chuck tables）或额外的刀片以提高UPH已经进行过努力。例如，在DISCO公司的、出版号为JP2007080897A的日本文献中，提供有两个夹具平台。双切割设备被使用来切割装载在夹具平台之一上的晶圆，而另一个晶圆被对齐定位、装载至另一个夹具平台，且为切片准备就绪。
虽然这提高了处理效率，但是当单元尺寸细小的时候仍然存在瓶颈。板体上带有细小单元的晶圆或封装件条需要长的切割时间，也许每个工件高达3-5分钟。另一方面，一个工件典型的装载工序花费20-30秒。所以，早在当前的工件的切割完成以前，下一个工件的装载工序已经完成。夹具工作台和装载机构可能空闲超过80%的时间，从而导致了低效率。
提供一种能够高效地处理带有细小单元尺寸的晶圆或封装件的分割装置和方法，或者其至少提供了一种有用的选择方案，这是令人期望的。
发明内容
因此，本发明的一些实施例涉及一种分割装置，其包含有。
至少一个夹具工作台，其上锁固有工件，该至少一个夹具工作台被配置来沿着进给方向移动。
桥体，其位于该至少一个夹具工作台的上方延伸，该桥体具有第一侧面和第二侧面，该第二侧面与第一侧面相对。
第一切割设备，其安装于该桥体上，并可沿着第一侧面横截于进给方向独立地移动；以及。
第二切割设备，其安装于该桥体上，并可沿着第二侧面横截于进给方向独立地移动，第一切割设备和第二切割设备用于切割工件。
本发明的另一些实施例涉及一种分割方法，该方法包含有以下步骤。
提供至少一个夹具工作台，该至少一个夹具工作台被配置来沿着进给方向移动。
将第一切割设备设置在位于该至少一个夹具工作台的上方延伸的桥体的第一侧面上。
将第二切割设备设置在桥体的第二侧面上，该第二侧面与第一侧面相对，其中该桥体的第一侧面和第二侧面横截于进给方向延伸。
将工件锁固在该至少一个夹具工作台的其中至少一个夹具工作台上。
将第一切割设备和第二切割设备中的至少一个沿着桥体的各自的侧面移动；以及。
在进给方向上进给工件至第一切割设备和第二切割设备中的至少一个上，以切割工件。
有益地，使用本分割装置，在桥体的相对的侧面上提供有可独立移动的第一切割设备和第二切割设备使得多个晶圆实现一次处理完成，同时如果需要，也提供了灵活性以重新配置本装置而随着夹具工作台的单独进给施加特定类型的切割，如斜面切割（bevel cuts）和类似切割。除此之外，通过将切割设备放置于桥体的相对的侧面上，在相邻对之间设置减小了的间隙的情形下以肩并肩的方式设置多个夹具工作台是可能的，从而减少了本装置的占地面积。
如果多个夹具工作台被内置于本装置中，那么在其中一个夹具工作台使用切割设备执行切割一个工件的同时，下一个工件能够被装载至另一个夹具工作台上。一旦对于第一夹具工作台由第一切割设备进行的切割被完成，那么第一切割设备能够开始移动至另一个夹具工作台并在该下一个工件上开始切割工序，与此同时第二切割设备完成了第一工件的切割。这样减少了当下一个工件被装载时不然可能出现的切割设备的空闲时间。 
附图说明
现在结合附图，并仅仅以非限定的实例的方式来描述本发明的实施例，其中。
图1所示为带有两个夹具工作台和四个装配于前侧和后侧的切割单元的切片设备的前侧立体示意图。
图2所示为图1的切片设备的后侧立体示意图。
图3所示为另一种可选的切片设备的前侧立体示意图。
图4所示为图3的切片设备的后侧立体示意图。
图5所示为带有一个夹具工作台和四个装配于前侧和后侧的切割单元的又一可选的切片设备的前侧立体示意图。
图6所示为图5的切片设备的后侧立体示意图。
图7示意性地表明了使用四个切割设备和双夹具工作台的切割方法；以及。
图8示意性地表明了使用四个切割设备时的台阶（step）或斜面（bevel）切割方法。
具体实施方式
最初参考图1和图2所示，其表明了一个带有夹具平台106的切片机（或分割机）100，设置有两个夹具工作台101、102。第一夹具工作台101被捕获到一对平行轨道112a、112b并沿着它在设定为Y的进给方向上行进。第二夹具工作台102是类似的，被捕获到一对平行轨道110a、110b并沿着它在Y进给方向上行进。夹具工作台101、102是以肩并肩的方式设置在夹具平台106上。
在夹具工作台101、102的上方延伸有桥体125，其具有第一侧面130和与第一侧面130相对的第二侧面230。第一对平行导轨132a、132b沿着第一侧面130的长度方向延伸，而第二对平行导轨232a沿着第二侧面230的长度方向延伸。为了沿着第一侧面130的平行导轨132a、132b移动安装有第一切割设备（在图1中所示为一对第一切割单元103、104），以用于切割工件。
第一切割单元103或104中的每个包含有：捕获到导轨132a、132b的基体和安装在该基体上的机动平台，以相对于那里在上下方向上进行线性移动，例如在图1中该方向指明为Z。该平台装载有机动化的主轴（spindle），在主轴的一端安装有圆锯片（circular blade）。该平台在Z方向上的位置，从而是主轴的高度能够通过控制器（图中未示）准确地得以调整，以控制切割进入工件（在图1中所示为晶圆140）的深度。该基体也被机动化以便于切割单元103或104的位置能够沿着导轨132a、132b在指定为X的方向上（即横截于进给方向Y）得以调整。
每个切割单元还包含有至少一个摄像机或其他传感器，它们固定于该可移动的平台上，并面向夹具平台106。该传感器用于以现有技术公知的方式进行切割线识别和对齐定位。
第一切割单元103和104的主轴被如此设置在第一侧面130上，以便于它们各自的刀片相互彼此相对。所以，各个刀片之间的距离能够被调整至非常细小，例如如图8（a）所示的相邻的切割线之间的距离。
第一切割单元103和104可沿着桥体125的第一侧面130独立地移动，以便于例如它们能够被定位而切割设置在第一夹具工作台101或者第二夹具工作台102上的晶圆。
第二切割设备（图2所示为第二切割单元201、202）类似于第一切割单元103和104的构造，除了其设置于桥体125的另外一侧（第二侧面）230上以沿着平行导轨232a、232b移动（图2）。该对第二切割单元201、202的主轴被如此设置以便于它们各自的刀片相互彼此相对，以类似于如图8（a）所示的第一切割单元103、104的主轴的方式。通过移动该对第一切割单元103、104和/或该对第二切割单元201、202以调整第一切割设备和第二切割设备之间的相对位置，工件140能够沿着期望的切割线而被切割。
因为这两对导轨132a、132b 和232a、232b以背靠背的方式设置在位于双夹具平台106上方的公共的桥类结构125上，所以该对第一切割设备103、104能够为第一夹具工作台101工作，而反过来，该对第二切割设备201、202能够为第二（右侧）夹具工作台102工作。如果需要，两对切割设备可以为同一个夹具工作台（或者第一夹具工作台101或者第二夹具工作台102）工作。这样能够使得夹具工作台上的处理更加快速，因为两个额外的切割线能够应用于单一的进给中，或者能够使得在单一的进给中实现形成特殊的切割例如斜面切割。当第一夹具工作台上的工件140正被切割时，在不中断第一夹具工作台的情形下下一个工件142能被装载并在第二夹具平台上切割，从而生产产能得以提高。
切片机300的一个可选的实施例参考图3和图4被呈现。图3和图4中所示的切片机300类似于图1和图2中切片机的构造，除了桥体125由包含有第一桥接单元325a和第二桥接单元325b的两部分桥体所取代。该切片机300具有两个夹具工作台，其中的第一夹具工作台包括夹具平台301，其被捕获至一对平行轨道312a和312b并沿着它们在进给方向Y上行进，而其中的第二夹具工作台包括夹具平台102，其被捕获至一对平行轨道310a和310b并沿着它们也在进给方向Y上行进。
分片机300具有第一切割设备（在图3中所示为一对第一切割单元303和304）和第二切割设备（在图3中所示为一对第二切割单元401和402）。第一切割单元中的每一个303或304包含有被捕获至第一桥接单元325a的轨道332a、332b的机动化的基座，第一桥接单元325a位于两部分桥体的第一侧面330上。第一切割单元303、304被构造大体等同于图1的第一切割单元103、104，并如此设置在第一侧面330上以便于它们各自的刀片相互彼此相对。类似地，第二切割单元401和402以刀片对刀片的布置形式设置在第二桥接单元325b的两部分桥体的相对侧面（第二侧面）430上，以便于沿着平行轨道432a和432b移动。
切片机300功能类似于切片机100，除了因为桥接单元325a、325b的各自轨道之间的物理间隔，其具有更多的优点在于：由于切割单元在相对侧面上的移动所引起的桥体另一侧面上的振动得以避免或大体上得以减少。这样接着意味着切割质量得以改良。
现在谈论图5和图6，其表明了切片机的又一实施例500。切片机500类似于切片机100，除了包含有仅仅一个机动化的夹具工作台501，其接收晶圆140进行切割。四个切割单元502和503（安装于轨道532a、532b以在横截于进给方向Y的方向X上行进）、601和602（安装于轨道632a、632b）成对地安装在一个桥类结构525上（一对在前部530，另一对在后部630）以减少夹具工作台在Y方向上的行进距离。切割工件140所需的总行进距离和时间得以减少以致于生产产能得以提高。值得欣赏的是，桥类结构525也可以由图3和图4所示的二部分桥体所取代。
正如现在将会描述的，某些实施例也涉及有助于提高生产效率的切割方法。
图7阐述了使用四个切割装置和双夹具平台的切割方法。
在图7（a）中，在夹具工作台101于Y方向上移动并在位于前侧130的两个切割设备103、104的下方进给以进行切割线识别、对齐定位和切割以前，工件140被装载并锁固于夹具工作台101。在夹具工作台101上针对工件140正在执行对齐定位和切割工序的同时，下一个工件142被装载至夹具工作台102上。
在图7（b）中，夹具工作台102经过位于后侧230两个切割设备201、202的下方，以进行对齐定位和切割。
在图7（c）中，在夹具工作台101上完成工件140的切割之后，在夹具工作台102上的切割继续的同时，夹具工作台101移动至前侧130。完成后的工件140被卸载，而下一个工件（图中未示）被装载至夹具工作台101上。
如图7中所视，在各个衬底140、142的处理过程中，各对切割设备103、104和201、202的位置可以重叠。因此，在将机器100的占地面积最小化的同时，工件140、142的并行处理是可能的。
现在讨论图8，其阐述了一种使用四个切割设备进行台阶或斜面切割的切割方法。在需要台阶或斜面切割的应用中，使用四个切割机器100、300、500在一个夹具进给（沿着Y方向）中完成切割。
在图8（a）中，工件140被装载和锁固在夹具工作台101上，夹具工作台101朝向第一切割设备103、104和第二切割设备201、202在Y方向上移动（为了清晰起见，仅仅表明了它们的主轴和刀片）。第一切割设备和第二切割设备被如此对齐定位以致于它们各自的刀片810、812和工件140的切割线802、804对齐。
如图8（b）所示，当工件140分别经过该对第一切割单元103、104的主轴A1和A2时，面对面式的刀片810沿着切割线802和804形成浅切痕814（即：不完全贯穿工件140）。然后，当工件140继续被进给且到达（第二切割设备201、202的）主轴B1和B2的刀片812时，该刀片812在凹槽814的位置切割一直贯穿工件140。刀片812比刀片810更薄以致于在分割后的单元820中形成肩部或斜面。所以，刀片812切割工件140的深度大于刀片810，而宽度小于刀片810。而且，值得欣赏的是，刀片810、812也可在夹具工作台101的单一进给中沿着四个不同的切割线切割工件140。
本发明的实施例可具有一个或多个下面的优点。
· 四个切割设备双夹具工作台的配置形式100或300比以往公知的带有双夹具工作台的机器更具效率。它减少了当切割细小（单元）尺寸的封装件时的空闲机会，并从而提高了整体产能。
· 机器100、300能够被便利地重新配置以致于四个切割设备的全部四个切割单元为一个单独的夹具工作。在使用合适的刀片的情形下，这在夹具工作台的单一进给的情形下提供了两种类型的切割（即台阶和贯通切割），从而如果前侧切割设备沿着和后侧切割设备相同的切割线被对齐定位，那么由不同类型切割所形成的切割线实现了较少的偏离。
· 如果四个切割单元沿着同一个工件被定位在四个不同的切割线上，那么产能能够得以提高。
 在不离开本发明的保护范围的情形下，上述实施例的各种改动和变化是可能的。例如，虽然描述了带有两个夹具工作台和两对切割单元的实施例，但是值得欣赏的是，这些实施例可以轻而易举地扩展为包含有三个或更多的夹具工作台和/或三对或更多的切割单元。例如，一对切割单元可以提供给每个夹具工作台。

Claims (9)

1.一种分割装置，其包含有：
至少一个夹具工作台，其上锁固有工件，该至少一个夹具工作台被配置来沿着进给方向移动；
桥体，其于该至少一个夹具工作台的上方延伸，该桥体具有第一侧面和第二侧面，该第二侧面与第一侧面相对；
第一切割设备，其安装于该桥体上，并可沿着第一侧面横截于进给方向独立地移动；以及
第二切割设备，其安装于该桥体上，并可沿着第二侧面横截于进给方向独立地移动，第一切割设备和第二切割设备用于切割工件。
2.如权利要求1所述的分割装置，其中，该桥体包含有第一桥接单元和第二桥接单元，第一切割设备安装在该第一桥接单元上，第二切割设备安装在该第二桥接单元上，该第二桥接单元与第一桥接单元相互隔开。
3.如权利要求1所述的分割装置，其中，第一切割设备和第二切割设备中的每一个包含有多个切割单元。
4.如权利要求3所述的分割装置，其中，第一切割设备和第二切割设备中的每一个切割设备的多个切割单元是以一对或多对的方式设置，同时以成对或每对方式的切割单元的各自的刀片彼此相互相对，以沿着进给方向切割工件。
5.如权利要求4所述的分割装置，其中，第一切割设备和第二切割设备的切割单元的成对的总数量等于夹具工作台的数量。
6.一种分割方法，该方法包含有以下步骤：
提供至少一个夹具工作台，该至少一个夹具工作台被配置来沿着进给方向移动；
将第一切割设备设置在位于该至少一个夹具工作台的上方延伸的桥体的第一侧面上；
将第二切割设备设置在桥体的第二侧面上，该第二侧面与第一侧面相对，其中该桥体的第一侧面和第二侧面横截于进给方向延伸；
将工件锁固在该至少一个夹具工作台的其中至少一个夹具工作台上；
将第一切割设备和第二切割设备中的至少一个沿着桥体的各自的侧面移动；以及
在进给方向上进给工件至第一切割设备和第二切割设备中的至少一个上，以切割工件。
7.如权利要求6所述的方法，其中，将第一切割设备和第二切割设备设置在桥体的各自的第一侧面和第二侧面上的步骤包含有以下步骤：
将第一切割设备以背对背的方式相对于第二切割设备对齐定位，以便于第一切割设备和第二切割设备在工件被进给时顺序地切割工件。
8.如权利要求7所述的方法，其中，第一切割设备切割工件至第一深度，而第二切割设备切割工件至第二深度，第二深度大于第一深度。
9.如权利要求7所述的方法，其中，第一切割设备切割工件至第一宽度，而第二切割设备切割工件至第二宽度，第二宽度小于第一宽度。
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