CN104766812B - 包含有成像设备的分割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于切割工件的分割装置。该分割装置包含有：i）处理器；ii）至少一个固紧设备，用于固定待切割的工件；iii）切割设备，其和该至少一个固紧设备空间上相隔一段间隔距离，该切割设备用于切割固定于该至少一个固紧设备上的工件；以及iv）成像设备，其被操作来捕获包含有切割设备和参考特征的一个或多个图像。具体地，该处理器被配置来根据由成像设备所捕获的一个或多个图像确定切割设备和参考特征之间的间隔距离，以藉此确定切割设备和固定于该至少一个固紧设备上的工件之间的间隔距离。

Description

包含有成像设备的分割装置
技术领域
本发明涉及一种带有成像设备的分割（singulation）装置。
背景技术
在半导体工业中，分割或切割设备被使用来沿着切割线晶格切割半导体晶圆或封装半导体器件。切割线定义了半导体晶圆上的各个电子器件之间的界限。切割也公知为分割或晶粒切割。分割设备包括大量的部件，包含有固紧设备和切割刀片，该固紧设备具有用于固定被切割工件的支撑表面，而切割刀片包含有主轴和以可旋转的方式安装在该主轴上的刀片。
控制和保持工件由于切割刀片引起的精确的切割深度是重要的--如果切割刀片在空间上比预期更加远离工件，那么基于不充分的切割深度而引起工件会被切割刀片不充分地切割；另一方面，如果切割刀片在空间上比预期更加靠近工件，那么固紧设备会被切割刀片损坏。更为具体地，切割刀片的位置精确度应在几微米的变化范围内，以确保分割处理的精确度。但是，影响切割刀片和固紧设备（以及从而是工件）之间的间隔距离存在各种因素，其可能接着影响切割刀片切割工件的深度--第一，分割设备的部件的动态位置变化；和第二，由于持续的使用导致切割刀片磨损。因此，在工件被切割以前，定期地确定切割刀片和工件之间的间隔距离以确保工件精确的切割深度是令人期望的。
传统意义上，非接触式的方法被使用来确定切割刀片和工件之间的间隔距离。这种非接触式的方法的一个实例可包括：i）准直光束发射器（collimated light emitter），用于发出光线；ii）准直光束接收器，用于接收来自准直光束发射器的光线；iii）镜面，用于将来自准直光束发射器的光束反射至准直光束接收器。具体而言，在切割刀片的切割末端下方和固紧设备的上方的某个点处，来自准直光束发射器的光束聚集在这些镜面之间的中间位置。在检测期间，切割刀片向下缓慢地移动，直到切割刀片的末端刚好穿过来自准直光束发射器的光被镜面所聚集的位置。在这个位置点，准直光束接收器检测到所接收的光的总量方面减少--这使得切割刀片的末端相对于固紧设备的位置，从而切割刀片的末端和工件之间的间隔距离得以被确定。
以上非切割方法的一个主要不足是在测量切割刀片的位置方面的缓慢，其降低了分割设备的生产效率（或单位小时产能UPH）。为了获得精确度在几微米范围以内的测量结果，对于切割刀片而言，有必要很缓慢地朝向光线聚集点移动。如果切割刀片前进得太快，切割刀片的端部将会冲过超越光线聚集点，藉此引起测量结果不精确。
除此之外，测量过程应该可以被重复以保证较早的（多个）测量结果的可重复性--从而是可靠性。所以，整个持续时间通常花费大约20-30秒，其显著地降低了分割设备的生产效率。在晶圆或封装条中电子器件的元件尺寸随着技术领先变得更小时，每个封装条执行大约5-10个测量周期以确保测量结果的可重复性是普遍的。从而，以上非切割方法获得测量结果的整个持续时间被进一步延长，于是加剧了分割设备的生产效率的降低。
因此，本发明的目的是开发一种分割装置，其克服了以上传统的非接触方法的局限。
发明内容
第一方面，本发明提供一种用于切割工件的分割装置，其包含有：i）处理器；ii）至少一个固紧设备，用于固定待切割的工件；iii）切割设备，其和该至少一个固紧设备空间上相隔一段间隔距离，该切割设备用于切割固定于该至少一个固紧设备上的工件；以及iv）成像设备，其被操作来捕获包含有切割设备和参考特征的一个或多个图像。尤其是，该处理器被配置来根据由成像设备所捕获的一个或多个图像确定切割设备和参考特征之间的间隔距离，以藉此确定切割设备和固定于该至少一个固紧设备上的工件之间的间隔距离。
第二方面，本发明提供一种确定分割装置中固定于固紧设备的工件和用于切割工件的切割设备之间的间隔距离的方法，该方法包含有以下步骤：捕获包含有切割设备和参考特征的一个或多个图像；根据所捕获的一个或多个图像确定切割设备和参考特征之间的间隔距离；以及藉此确定切割设备和固定于固紧设备上的工件之间的间隔距离。
第三方面，本发明提供一种校准分割装置的方法，其中该分割装置包含有：i) 用于切割工件的切割设备和ii）至少一个用于固定待切割工件的固紧设备，该方法包含有以下步骤：定位切割设备以规定切割设备和参考特征之间的公知的间隔距离；捕获包含有参考特征和切割设备的一个或多个图像，该切割设备和参考特征空间上相隔一段公知的间隔距离；以及从所捕获的一个或多个图像中确定对应于切割设备和参考特征之间的公知间隔距离的像素数量，以获得像素-距离的相互关系因子（pixel-distance correlationfactor）。
附图说明
现在参考附图，并仅仅以示例的方式来描述本发明较佳实施例，其中。
图1所示为根据本发明第一实施例所述的分割设备的立体示意图，其包含有用于固定工件的固紧设备、用于切割工件的切割设备和用于捕获图像的成像设备。
图2所示为图1的分割设备沿着固紧设备的进给方向观察时的侧视示意图。
图3所示为由成像设备所捕获的典型图像。
图4所示为根据本发明第二实施例所述的分割设备的立体示意图，其包含有两个切割设备；以及。
图5所示为根据本发明第二实施例所述的分割设备的立体示意图，其包含有两个固紧设备和两个切割设备。
具体实施方式
图1所示为根据本发明第一实施例所述的分割（或者切割）设备100的立体示意图，其具有固紧平台106和带支撑表面103以支撑和固定工件（未示）的可移动的固紧设备102。工件的示例包括半导体晶圆和封装半导体器件。固紧设备102被抓捕到一对平行轨道112a和112b并沿着它在设定为Y的进给方向上行进。在固紧设备102上方延伸有桥体125，在那里一对平行轨道132a和132b沿着该桥体125的侧面的长度方向延伸。沿着轨道132a和132b移动装配有切割设备104以便于切割工件。
切割设备104包含有抓捕至轨道132a、132b上的座体和安装于该座体以在此于图1中指定为Z方向的上下方向上进行线性移动的机动平台。该平台运载有机动转轴，在其一端安装有可旋转的环形切割刀片105。该平台在Z方向上的位置，从而该转轴和切割刀片105的高度能够被处理器（图2：‘202’）在带有精度的情形下而被调整，以控制切割进入工件中的深度。该座体同样也被机动化，以致于切割设备104的位置能够沿着轨道132a、132b在指定为X的方向上（即横截于进给方向Y）而被调整。切割设备104也包含有至少一个摄像机或其他的传感器，它们固定于移动平台上并朝向工件。传感器被使用于以现有技术公知的方式进行切割线识别和对齐定位。
另外，图1中所示的分割设备100也包括刀片高度测量设备，其包含有：i）用于捕获图像的成像设备120（例如CCD摄像机或激光扫描仪）；和ii）可选的背光设备122，用于当成像设备120捕获时照射图像的背景。此外，处理器202被配置来执行由成像设备120所捕获的图像的图像处理，以确定当工件被固定在固紧设备102的支撑表面103上时切割设备104和工件之间的相对位置。
而且，刀片高度测量设备需要参考水平面，切割刀片105的末端的水平面相对于该参考水平面进行比较，以便于确定在Z方向上切割刀片105的末端和工件之间的相对位置。参考图1所示，参考水平面对应于参考平台126的顶面124，其固定地连接至固紧设备102的侧面。参考平台126的顶面124和固紧设备102的支撑表面103空间上相隔开一段特定的位置关系，藉此顶面124所处的水平面高于固紧设备102的支撑表面103。更为合适地，即使是当工件被放置于固紧设备102上时，参考平台126的顶面125仍然设定沿着Z轴的水平面高于工件的顶面。这将会使得刀片高度测量设备在分割设备100操作过程中无论何时需要能够确定在Z方向上切割刀片105的末端相对于工件的位置（以下详述）。所以，参考平台126的参考水平面和固紧设备102的支撑表面103之间的位置关系应在分割设备100的配置过程中得以确定，如同现在将被描述的。
图2所示为图1的分割设备100沿着固紧设备102的进给方向观察时的侧视示意图。在分割设备100的配置过程中，在固紧设备102在Z方向上向下移动直到切割刀片105的末端和固紧设备102的支撑表面103形成接触以前，切割设备104首先通过处理器202被控制，以定位在固紧设备102（空闲）的上方。通过使用线性编码器，切割设备104沿着Z轴的位置能够得以确定。由于切割刀片105和支撑表面103均由金属材料制成，且被连接至接触检测电路200，一旦接触，电流在它们之间流动--这通过和接触检测电路200相连的处理器202而得以检测。如此，固紧设备102的支撑表面103沿着相同Z轴的水平面能够从切割设备104沿着Z轴在检测到电流流动出现的点的位置中而得以确定。
然后，在切割设备104于Z方向上再一次向下移动直到切割刀片105的末端和参考平台126的顶面124形成接触以前，切割设备104被处理器202控制以定位在参考平台126的顶面124的上方。参考平台126的顶面124是由金属材料制成--类似于切割刀片105--且以和固紧设备102串联的形式被连接至接触检测电路200。所以，一旦接触，电流在切割刀片105和参考平台126之间流动，这使得参考平台126的顶面124的位置能够从切割设备104于Z轴上在检测到电流流动出现的点的位置中而得以确定。
在分割设备100的配置过程中，通过以上所述的确定固紧设备102的支撑表面103和参考平台126的顶面124之间的Z水平面差异的方式，它们的位置关系（在Z方向上）能够得以确定。
在参考水平面和固紧设备102的支撑表面103之间的位置关系被确定之后，接下来校准刀片高度测量设备。
刀片高度测量设备的校准包括配置处理器202以在如前期所检测的、从参考平台126的顶面124上方沿着Z轴的公知的垂直距离处定位切割设备204。合适地讲，切割设备104被定位以定义切割刀片105的末端和参考平台126的顶面124之间的预定的间隙（如1mm）。其后，成像设备120被激励以捕获包含有切割刀片105的末端和参考平台126的顶面124的局部的一个或多个图像。背光设备122也被切换开启，以便于在成像设备120捕获时提供图像的更清晰的图像对比度。
图3所示为由成像设备120所捕获的典型图像300。值得注意的是，由成像设备120所捕获的图像应使得处理器202能够分析像素细节--具体地，像素数量--相关于切割刀片105的末端和参考平台126的顶面124之间的间隔距离。以这种方式，图像像素数量对应于前述的间隔距离之间的相互关系、切割刀片105与参考平台126的顶面124的实际空间距离能够被获得。例如，处理器202可以确定由成像设备120所拍摄的图像中的切割刀片105的末端和参考平台126的顶面124之间的像素的特定数量。假定：像素的这个特定数量为20，切割刀片105的末端与参考平台126的顶面124的那个实际间隔距离为沿着Z轴1mm，因此20个像素点代表1mm的实际距离。所以，每个像素点沿着Z轴的高度可表示为1mm/20=0.05mm或50mm的实际距离，从而像素-距离的相互关系得以获得。为了精度而言，多个图像可以被成像设备120捕获，以保证可重复性，以及藉此所述的像素-距离的相互关系的可靠性。当然值得欣赏的是，由成像设备120所捕获的图像的分辨率同样也能够得以增强以提高像素-距离的相互关系的精确度。
在具有所推导的像素-距离的相互关系的情形下，在分割设备100的操作过程中无论何时需要，分割装置100能够确定切割刀片105的高度。类似地，这通过将切割刀片105的末端移动至参考平台126的顶面124上方的一位置处，然后接着激励成像设备120以捕获一个或多个包含切割刀片105的末端和参考平台126的顶面124的局部的图像而得以完成。通过分析对应于切割刀片105的末端和参考平台126的顶面124之间的间隔距离的图像像素的数量，切割刀片105的末端相对于参考平台126的顶面124的实际位置能够得以确定。在分割设备100的配置过程中参考平台126的参考水平面和固紧设备102的支撑表面103之间的位置关系已经被确定的情形下，切割刀片105的末端相对于固定于固紧设备102的支撑表面103的工件的实际位置同样也能够相应地得以确定，因为工件的厚度也应为公知的。
因此，和较早所描述的公知的非接触式方法相比，所推导的像素-距离的相互关系提供了用于获得所期望的测量结果更短得多的持续时间，这大大改善了分割设备100的生产效率（或UPH）。
虽然以上的第一实施例描述了使用单个参考平台以提供参考水平面，但是值得注意的是，由于在本发明的其他实施例中的参考水平面可能对应于固紧设备102的支撑表面103的在操作过程中没有被工件覆盖的局部，所以这是没有必要的。在那些其他的实施例中，确定固紧设备102的支撑表面103和参考水平面之间的任何位置关系将是没有必要的，因为参考水平面自身已经是固紧设备102的支撑表面103的局部。
图4所示为根据本发明第二实施例所述的另一个分割设备400的立体示意图。图4的分割设备400类似于图1的构造。例如，图4的分割设备400也包含有：用于固定工件的固紧设备402；用于切割工件的切割设备；刀片高度测量设备，其包含有：i）用于捕获图像的成像设备420（如CCD摄像机或激光扫描仪），和ii）用于照射图像在由成像设备420捕获时的背景的可选的背光设备422；处理器，用于分析成像设备420所捕获的图像，以确定切割设备相对于固定于固紧设备402的工件的位置。
可是，和图1的分割设备100相比较，其切割设备包含有一对用于切割工件的切割单元404a、404b。具体而言，切割单元404a、404b的主轴被如此设置以致于它们各自的环形切割刀片405a、405b朝向彼此。因此，各自的切割刀片之间的距离能够被调整为很小。
类似于图1的分割设备100的切割设备104，每个切割单元404a、404b包含有抓握至轨道432a、432b上的基座和机动平台，该机动平台安装于该基座上以相对于那里在上下方向，即图4中指定为Z的方向上进行线性移动。各个平台运载有机动转轴，在其一端安装有可旋转的环形切割刀片405。平台在Z方向的位置，从而是转轴和各自的切割刀片405a、405b的高度能够通过处理器在带有精度的情形下得以调整，以控制切割进入工件的深度。
因此，各个切割刀片405a、405b相对于固紧设备402的支撑表面的高度能够得以确定，如同早期所描述的。可是，值得注意的是，当成像设备420被激励以捕获切割刀片405a、405b之一的末端的局部的一个或多个图像时，后者应较佳地被降低以便于在由成像设备420成像期间各个其它的切割刀片405a、405b不会阻挡其切割刀片的最底端。否则，测量会不准确。
图5所示为根据本发明第三实施例所述的再一个分割设备500的立体示意图。图5的分割设备500构造上类似于图1和图4中的分割设备。例如，图4的分割设备400包含有：包含有一对用于切割一个或多个工件的切割单元504a、504b 的切割设备；包含有用于捕获图像的成像设备520（如CCD摄像机或激光扫描仪）的刀片高度测量设备；和处理器，用于分析由成像设备520所捕获的图像以确定切割设备的位置。
类似于图4的分割设备400的切割单元404a、404b，每个切割单元504a、504b包含有：抓握在导轨532a、532b上的基座以及安装在基座上以相对于那里在上下方向，在图5中指定为Z的方向进行线性移动的机动平台。各个平台运载有机动转轴，在其一端安装有可旋转的环形切割刀片505。该平台在Z方向上的位置，从而是转轴和各个切割刀片505a、505b的高度能够通过处理器在具有精度的情形下得以调整，以控制切割进入工件的深度。
对比于图1和图4中的分割设备100、400，图5中的分割设备500包含有两个固紧设备502、504。第一固紧平台502被抓握在一对平行导轨512a、512b并沿着它们在指定为Y的进给方向上移动。第二固紧平台504是类似的，其被抓握在一对平行导轨514a、514b并沿着它们在Y进给方向上移动。固紧平台502、504也包含有各自的参考平台506、508以使用来确定任一个切割刀片505a、505b的切割末端和固定于任一的固紧设备502、504的支撑表面的工件之间的相对位置。
因此，如较早所述，切割刀片505a、505b相对于固紧设备的支撑表面的各个高度能够得以确定。可是，值得注意的是，当成像设备520被激励以捕获包含有切割刀片505a、505b之一的末端的局部的一个或多个图像时，后者应较佳地被降低以致于单独另一个切割刀片505a、505b不会阻挡其切割刀片的最低端以被成像设备420成像。否则，测量结果会不精确。
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。图1的分割设备100的参考平台106也可以被固定地连接至固紧设备102的另外一侧。另外，值得欣赏的是，使用单独的参考平台以提供参考水平面是可选的，因为在本发明的一些其它实施例中的参考水平面可以对应于固紧设备102的支撑表面103的在操作过程中没有被工件覆盖的局部。在那些实施例中，确定固紧设备102的支撑表面103和单独的参考水平面之间的任一位置关系将不会有必要的。

Claims (19)

1.一种用于切割工件的分割装置，其包含有：
处理器；
至少一个固紧设备，用于固定待切割的工件；
切割设备，其和该至少一个固紧设备空间上相隔一段间隔距离，该切割设备用于切割固定于该至少一个固紧设备上的工件；以及
参考特征，该参考特征与该工件相隔开；以及
成像设备，其被操作来捕获包含有切割设备和所述参考特征的一个或多个图像；
其中，该处理器被配置来根据由成像设备所捕获的一个或多个图像确定切割设备和参考特征之间的间隔距离，以藉此确定切割设备和固定于该至少一个固紧设备上的工件之间的间隔距离。
2. 如权利要求1所述的分割装置，其中，该处理器被配置来：
从由成像设备所捕获的一个或多个图像中确定对应于切割设备和参考特征之间的间隔距离的像素数量；以及
将像素-距离的相互关系因子应用于所确定的像素数量，以确定切割设备和参考特征之间的间隔距离。
3.如权利要求2所述的分割装置，其中：
切割设备被配置来定位以规定切割设备和参考特征之间的公知的间隔距离；
成像设备被配置来捕获包含有参考特征和切割设备的一个或多个图像，该切割设备和参考特征空间上相隔一段公知的间隔距离；以及
处理器被配置来从由成像设备所捕获的一个或多个图像中确定对应于切割设备和参考特征之间的公知间隔距离的像素数量和获得像素-距离的相互关系因子。
4.如权利要求3所述的分割装置，其中，公知间隔距离为1mm。
5.如权利要求1所述的分割装置，其中，该参考特征相关于该至少一个固紧设备一段公知的位置关系而被设置。
6.如权利要求1所述的分割装置，其中，该参考特征是该至少一个固紧设备的局部。
7.如权利要求1所述的分割装置，其中，该成像设备为摄像机。
8.如权利要求1所述的分割装置，其中，该成像设备为激光扫描仪。
9.如权利要求1所述的分割装置，其中，该切割设备包含有环形的可旋转的刀片，以切割工件。
10.一种确定分割装置中固定于固紧设备的工件和用于切割工件的切割设备之间的间隔距离的方法，该方法包含有以下步骤：
捕获包含有切割设备和参考特征的一个或多个图像，其中该参考特征是与该工件相隔开的；
根据所捕获的一个或多个图像确定切割设备和参考特征之间的间隔距离；以及藉此
确定切割设备和固定于固紧设备上的工件之间的间隔距离。
11. 如权利要求10所述的方法，其中，确定切割设备和参考特征之间的间隔距离的步骤包含有以下步骤：
从成像设备所捕获的一个或多个图像中确定对应于切割设备和参考特征之间的间隔距离的像素数量；以及
将像素-距离的相互关系因子应用于所确定的像素数量，以确定切割设备和参考特征之间的间隔距离。
12.如权利要求11所述的方法，该方法还包含有以下步骤：
定位切割设备以规定切割设备和参考特征之间的公知的间隔距离；
捕获包含有参考特征和切割设备的一个或多个图像，该切割设备和参考特征空间上相隔一段公知的间隔距离；以及
从所捕获的一个或多个图像中确定对应于切割设备和参考特征之间的公知间隔距离的像素数量，以获得像素-距离的相互关系因子。
13.如权利要求12所述的方法，其中，公知间隔距离为1mm。
14.如权利要求10所述的方法，其中，该参考特征相关于该固紧设备而被设置。
15.如权利要求10所述的方法，其中，该参考特征是该固紧设备的局部。
16. 一种校准分割装置的方法，该分割装置包含有：i) 用于切割工件的切割设备和ii）至少一个用于固定待切割工件的固紧设备，该方法包含有以下步骤：
定位切割设备以规定切割设备和参考特征之间的公知的间隔距离；
捕获包含有参考特征和切割设备的一个或多个图像，其中该参考特征是与该工件相隔开，该切割设备和该参考特征空间上相隔一段公知的间隔距离；以及
从所捕获的一个或多个图像中确定对应于切割设备和参考特征之间的公知间隔距离的像素数量，以获得像素-距离的相互关系因子。
17.如权利要求16所述的校准分割装置的方法，其中，公知间隔距离为1mm。
18.如权利要求16所述的校准分割装置的方法，其中，该参考特征相关于该至少一个固紧设备一段公知的位置关系而被设置。
19.如权利要求16所述的校准分割装置的方法，其中，该参考特征是该至少一个固紧设备的局部。
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