TWI532093B - 包含有成像設備的分割裝置 - Google Patents

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TWI532093B
TWI532093B TW103143667A TW103143667A TWI532093B TW I532093 B TWI532093 B TW I532093B TW 103143667 A TW103143667 A TW 103143667A TW 103143667 A TW103143667 A TW 103143667A TW I532093 B TWI532093 B TW I532093B
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Description

包含有成像設備的分割裝置
本發明涉及一種帶有成像設備的分割(singulation)裝置。
在半導體工業中，分割或切割設備被使用來沿著切割線晶格切割半導體晶圓或封裝半導體器件。切割線定義了半導體晶圓上的各個電子器件之間的界限。切割也公知為分割或晶粒切割。分割設備包括大量的部件，包含有固緊設備和切割刀片，該固緊設備具有用於固定被切割工件的支撐表面，而切割刀片包含有主軸和以可旋轉的方式安裝在該主軸上的刀片。
控制和保持工件由於切割刀片引起的精確的切割深度是重要的--如果切割刀片在空間上比預期更加遠離工件，那麼基於不充分的切割深度而引起工件會被切割刀片不充分地切割；另一方面，如果切割刀片在空間上比預期更加靠近工件，那麼固緊設備會被切割刀片損壞。更為具體地，切割刀片的位置精確度應在幾微米的變化範圍內，以確保分割處理的精確度。但是，影響切割刀片和固緊設備(以及從而是工件)之間的間隔距離存在各種因素，其可能接著影響切割刀片切割工件的深度--第一，分割設備的部件的動態位置變化；和第二，由於持續的使用導致切割刀片磨損。因此，在工件被切割以前，定期地確定切割刀片和工件之間的間隔距離以 確保工件精確的切割深度是令人期望的。
傳統意義上，非接觸式的方法被使用來確定切割刀片和工件之間的間隔距離。這種非接觸式的方法的一個實例可包括：i)准直光束發射器(collimated light emitter)，用於發出光線；ii)准直光束接收器，用於接收來自准直光束發射器的光線；iii)鏡面，用於將來自准直光束發射器的光束反射至准直光束接收器。具體而言，在切割刀片的切割末端下方和固緊設備的上方的某個點處，來自准直光束發射器的光束聚集在這些鏡面之間的中間位置。在檢測期間，切割刀片向下緩慢地移動，直到切割刀片的末端剛好穿過來自准直光束發射器的光被鏡面所聚集的位置。在這個位置點，准直光束接收器檢測到所接收的光的總量方面減少--這使得切割刀片的末端相對於固緊設備的位置，從而切割刀片的末端和工件之間的間隔距離得以被確定。
以上非切割方法的一個主要不足是在測量切割刀片的位置方面的緩慢，其降低了分割設備的生產效率(或單位小時產能UPH)。為了獲得精確度在幾微米範圍以內的測量結果，對於切割刀片而言，有必要很緩慢地朝向光線聚集點移動。如果切割刀片前進得太快，切割刀片的端部將會沖過超越光線聚集點，藉此引起測量結果不精確。
除此之外，測量過程應該可以被重複以保證較早的(多個)測量結果的可重複性--從而是可靠性。所以，整個持續時間通常花費大約20-30秒，其顯著地降低了分割設備的生產效率。在晶圓或封裝條中電子器件的元件尺寸隨著技術領先變得更小時，每個封裝條執行大約5-10個測量週期以確保測量結果的可重複性是普遍的。從而，以上非切割方法獲得測量 結果的整個持續時間被進一步延長，於是加劇了分割設備的生產效率的降低。
因此，本發明的目的是開發一種分割裝置，其克服了以上傳統的非接觸方法的局限。
第一方面，本發明提供一種用於切割工件的分割裝置，其包含有：i)處理器；ii)至少一個固緊設備，用於固定待切割的工件；iii)切割設備，其和該至少一個固緊設備空間上相隔一段間隔距離，該切割設備用於切割固定於該至少一個固緊設備上的工件；以及iv)成像設備，其被操作來捕獲包含有切割設備和參考特徵的一個或多個圖像。尤其是，該處理器被配置來根據由成像設備所捕獲的一個或多個圖像確定切割設備和參考特徵之間的間隔距離，以藉此確定切割設備和固定於該至少一個固緊設備上的工件之間的間隔距離。
第二方面，本發明提供一種確定分割裝置中固定於固緊設備的工件和用於切割工件的切割設備之間的間隔距離的方法，該方法包含有以下步驟：捕獲包含有切割設備和參考特徵的一個或多個圖像；根據所捕獲的一個或多個圖像確定切割設備和參考特徵之間的間隔距離；以及藉此確定切割設備和固定於固緊設備上的工件之間的間隔距離。
協力廠商面，本發明提供一種校準分割裝置的方法，其中該分割裝置包含有：i)用於切割工件的切割設備和ii)至少一個用於固定待切割工件的固緊設備，該方法包含有以下步驟：定位切割設備以規定切割設備和參考特徵之間的公知的間隔距離；捕獲包含有參考特徵和切割設備的 一個或多個圖像，該切割設備和參考特徵空間上相隔一段公知的間隔距離；以及從所捕獲的一個或多個圖像中確定對應於切割設備和參考特徵之間的公知間隔距離的圖元數量，以獲得圖元-距離的相互關係因數(pixel-distance correlation factor)。
100‧‧‧分割設備
102‧‧‧固緊設備
103‧‧‧支撐表面
104‧‧‧切割設備
105‧‧‧切割刀片
106‧‧‧固緊平臺
112a、112b‧‧‧平行軌道
120‧‧‧成像設備
122‧‧‧背光設備
124‧‧‧頂面
125‧‧‧橋體
126‧‧‧參考平臺
132a、132b‧‧‧軌道
200‧‧‧檢測電路
202‧‧‧處理器
204‧‧‧定位切割設備
300‧‧‧典型圖像
400‧‧‧分割設備
402‧‧‧固緊設備
404a、404b‧‧‧切割單元
405、405a、405b‧‧‧切割刀片
420‧‧‧成像設備
422‧‧‧背光設備
432a、432b‧‧‧軌道
500‧‧‧分割設備
502、504‧‧‧固緊設備
504a、504b‧‧‧切割單元
505、505a、505b‧‧‧切割刀片
506、508‧‧‧參考平臺
512a、512b、514a、514b‧‧‧平行導軌
520‧‧‧成像設備
532a、532b‧‧‧導軌
現在參考附圖，並僅僅以示例的方式來描述本發明較佳實施例，其中：圖1所示為根據本發明第一實施例所述的分割設備的立體示意圖，其包含有用於固定工件的固緊設備、用於切割工件的切割設備和用於捕獲圖像的成像設備；圖2所示為圖1的分割設備沿著固緊設備的進給方向觀察時的側視示意圖；圖3所示為由成像設備所捕獲的典型圖像；圖4所示為根據本發明第二實施例所述的分割設備的立體示意圖，其包含有兩個切割設備；以及圖5所示為根據本發明第二實施例所述的分割設備的立體示意圖，其包含有兩個固緊設備和兩個切割設備。
圖1所示為根據本發明第一實施例所述的分割(或者切割)設備100的立體示意圖，其具有固緊平臺106和帶支撐表面103以支撐和固定工件(未示)的可移動的固緊設備102。工件的示例包括半導體晶圓和封裝半導體器件。固緊設備102被抓捕到一對平行軌道112a和112b並沿著它在設定為Y的進給方向上行進。在固緊設備102上方延伸有橋體125，在那裡一對 平行軌道132a和132b沿著該橋體125的側面的長度方向延伸。沿著軌道132a和132b移動裝配有切割設備104以便於切割工件。
切割設備104包含有抓捕至軌道132a、132b上的座體和安裝於該座體以在此於圖1中指定為Z方向的上下方向上進行線性移動的機動平臺。該平臺運載有機動轉軸，在其一端安裝有可旋轉的環形切割刀片105。 該平臺在Z方向上的位置，從而該轉軸和切割刀片105的高度能夠被處理器(圖2：‘202’)在帶有精度的情形下而被調整，以控制切割進入工件中的深度。該座體同樣也被機動化，以致於切割設備104的位置能夠沿著軌道132a、132b在指定為X的方向上(即橫截於進給方向Y)而被調整。切割設備104也包含有至少一個攝像機或其他的感測器，它們固定於移動平臺上並朝向工件。感測器被使用于以現有技術公知的方式進行切割線識別和對齊定位。
另外，圖1中所示的分割設備100也包括刀片高度測量設備，其包含有：i)用於捕獲圖像的成像設備120(例如CCD攝像機或鐳射掃描器)；和ii)可選的背光設備122，用於當成像設備120捕獲時照射圖像的背景。此外，處理器202被配置來執行由成像設備120所捕獲的圖像的影像處理，以確定當工件被固定在固緊設備102的支撐表面103上時切割設備104和工件之間的相對位置。
而且，刀片高度測量設備需要參考水平面，切割刀片105的末端的水平面相對於該參考水平面進行比較，以便於確定在Z方向上切割刀片105的末端和工件之間的相對位置。參考圖1所示，參考水準面對應於參考平臺126的頂面124，其固定地連接至固緊設備102的側面。參考平臺126 的頂面124和固緊設備102的支撐表面103空間上相隔開一段特定的位置關係，藉此頂面124所處的水平面高於固緊設備102的支撐表面103。更為合適地，即使是當工件被放置於固緊設備102上時，參考平臺126的頂面124仍然設定沿著Z軸的水平面高於工件的頂面。這將會使得刀片高度測量設備在分割設備100操作過程中無論何時需要能夠確定在Z方向上切割刀片105的末端相對於工件的位置(以下詳述)。所以，參考平臺126的參考水平面和固緊設備102的支撐表面103之間的位置關係應在分割設備100的配置過程中得以確定，如同現在將被描述的。
圖2所示為圖1的分割設備100沿著固緊設備102的進給方向觀察時的側視示意圖。在分割設備100的配置過程中，在固緊設備102在Z方向上向下移動直到切割刀片105的末端和固緊設備102的支撐表面103形成接觸以前，切割設備104首先通過處理器202被控制，以定位在固緊設備102(空閒)的上方。通過使用線性編碼器，切割設備104沿著Z軸的位置能夠得以確定。由於切割刀片105和支撐表面103均由金屬材料製成，且被連接至接觸檢測電路200，一旦接觸，電流在它們之間流動--這通過和接觸檢測電路200相連的處理器202而得以檢測。如此，固緊設備102的支撐表面103沿著相同Z軸的水平面能夠從切割設備104沿著Z軸在檢測到電流流動出現的點的位置中而得以確定。
然後，在切割設備104於Z方向上再一次向下移動直到切割刀片105的末端和參考平臺126的頂面124形成接觸以前，切割設備104被處理器202控制以定位在參考平臺126的頂面124的上方。參考平臺126的頂面124是由金屬材料製成--類似於切割刀片105--且以和固緊設備102串聯的形 式被連接至接觸檢測電路200。所以，一旦接觸，電流在切割刀片105和參考平臺126之間流動，這使得參考平臺126的頂面124的位置能夠從切割設備104於Z軸上在檢測到電流流動出現的點的位置中而得以確定。
在分割設備100的配置過程中，通過以上所述的確定固緊設備102的支撐表面103和參考平臺126的頂面124之間的Z水平面差異的方式，它們的位置關係(在Z方向上)能夠得以確定。
在參考水平面和固緊設備102的支撐表面103之間的位置關係被確定之後，接下來校準刀片高度測量設備。
刀片高度測量設備的校準包括配置處理器202以在如前期所檢測的、從參考平臺126的頂面124上方沿著Z軸的公知的垂直距離處定位切割設備204。合適地講，切割設備104被定位以定義切割刀片105的末端和參考平臺126的頂面124之間的預定的間隙(如1mm)。其後，成像設備120被激勵以捕獲包含有切割刀片105的末端和參考平臺126的頂面124的局部的一個或多個圖像。背光設備122也被切換開啟，以便於在成像設備120捕獲時提供圖像的更清晰的圖像對比度。
圖3所示為由成像設備120所捕獲的典型圖像300。值得注意的是，由成像設備120所捕獲的圖像應使得處理器202能夠分析圖元細節--具體地，圖元數量--相關於切割刀片105的末端和參考平臺126的頂面124之間的間隔距離。以這種方式，圖像圖元數量對應於前述的間隔距離之間的相互關係、切割刀片105與參考平臺126的頂面124的實際空間距離能夠被獲得。例如，處理器202可以確定由成像設備120所拍攝的圖像中的切割刀片105的末端和參考平臺126的頂面124之間的圖元的特定數量。假定：圖元的 這個特定數量為20，切割刀片105的末端與參考平臺126的頂面124的那個實際間隔距離為沿著Z軸1mm，因此20個圖元點代表1mm的實際距離。所以，每個圖元點沿著Z軸的高度可表示為1mm/20=0.05mm或50μm的實際距離，從而圖元-距離的相互關係得以獲得。為了精度而言，多個圖像可以被成像設備120捕獲，以保證可重複性，以及藉此所述的圖元-距離的相互關係的可靠性。當然值得欣賞的是，由成像設備120所捕獲的圖像的解析度同樣也能夠得以增強以提高圖元-距離的相互關係的精確度。
在具有所推導的圖元-距離的相互關係的情形下，在分割設備100的操作過程中無論何時需要，分割裝置100能夠確定切割刀片105的高度。類似地，這通過將切割刀片105的末端移動至參考平臺126的頂面124上方的一位置處，然後接著激勵成像設備120以捕獲一個或多個包含切割刀片105的末端和參考平臺126的頂面124的局部的圖像而得以完成。通過分析對應於切割刀片105的末端和參考平臺126的頂面124之間的間隔距離的圖像圖元的數量，切割刀片105的末端相對於參考平臺126的頂面124的實際位置能夠得以確定。在分割設備100的配置過程中參考平臺126的參考水平面和固緊設備102的支撐表面103之間的位置關係已經被確定的情形下，切割刀片105的末端相對于固定於固緊設備102的支撐表面103的工件的實際位置同樣也能夠相應地得以確定，因為工件的厚度也應為公知的。
因此，和較早所描述的公知的非接觸式方法相比，所推導的圖元-距離的相互關係提供了用於獲得所期望的測量結果更短得多的持續時間，這大大改善了分割設備100的生產效率(或UPH)。
雖然以上的第一實施例描述了使用單個參考平臺以提供參 考水平面，但是值得注意的是，由於在本發明的其他實施例中的參考水平面可能對應於固緊設備102的支撐表面103的在操作過程中沒有被工件覆蓋的局部，所以這是沒有必要的。在那些其他的實施例中，確定固緊設備102的支撐表面103和參考水平面之間的任何位置關係將是沒有必要的，因為參考水平面自身已經是固緊設備102的支撐表面103的局部。
圖4所示為根據本發明第二實施例所述的另一個分割設備400的立體示意圖。圖4的分割設備400類似於圖1的構造。例如，圖4的分割設備400也包含有：用於固定工件的固緊設備402；用於切割工件的切割設備；刀片高度測量設備，其包含有：i)用於捕獲圖像的成像設備420(如CCD攝像機或鐳射掃描器)，和ii)用於照射圖像在由成像設備420捕獲時的背景的可選的背光設備422；處理器，用於分析成像設備420所捕獲的圖像，以確定切割設備相對于固定於固緊設備402的工件的位置。
可是，和圖1的分割設備100相比較，其切割設備包含有一對用於切割工件的切割單元404a、404b。具體而言，切割單元404a、404b的主軸被如此設置以致於它們各自的環形切割刀片405a、405b朝向彼此。因此，各自的切割刀片之間的距離能夠被調整為很小。
類似於圖1的分割設備100的切割設備104，每個切割單元404a、404b包含有抓握至軌道432a、432b上的基座和機動平臺，該機動平臺安裝於該基座上以相對於那裡在上下方向，即圖4中指定為Z的方向上進行線性移動。各個平臺運載有機動轉軸，在其一端安裝有可旋轉的環形切割刀片405。平臺在Z方向的位置，從而是轉軸和各自的切割刀片405a、405b的高度能夠通過處理器在帶有精度的情形下得以調整，以控制切割進入工 件的深度。
因此，各個切割刀片405a、405b相對於固緊設備402的支撐表面的高度能夠得以確定，如同早期所描述的。可是，值得注意的是，當成像設備420被激勵以捕獲切割刀片405a、405b之一的末端的局部的一個或多個圖像時，後者應較佳地被降低以便於在由成像設備420成像期間各個其它的切割刀片405a、405b不會阻擋其切割刀片的最底端。否則，測量會不準確。
圖5所示為根據本發明第三實施例所述的再一個分割設備500的立體示意圖。圖5的分割設備500構造上類似於圖1和圖4中的分割設備。例如，圖4的分割設備400包含有：包含有一對用於切割一個或多個工件的切割單元504a、504b的切割設備；包含有用於捕獲圖像的成像設備520(如CCD攝像機或鐳射掃描器)的刀片高度測量設備；和處理器，用於分析由成像設備520所捕獲的圖像以確定切割設備的位置。
類似於圖4的分割設備400的切割單元404a、404b，每個切割單元504a、504b包含有：抓握在導軌532a、532b上的基座以及安裝在基座上以相對於那裡在上下方向，在圖5中指定為Z的方向進行線性移動的機動平臺。各個平臺運載有機動轉軸，在其一端安裝有可旋轉的環形切割刀片505。該平臺在Z方向上的位置，從而是轉軸和各個切割刀片505a、505b的高度能夠通過處理器在具有精度的情形下得以調整，以控制切割進入工件的深度。
對比於圖1和圖4中的分割設備100、400，圖5中的分割設備500包含有兩個固緊設備502、504。第一固緊平臺502被抓握在一對平行導 軌512a、512b並沿著它們在指定為Y的進給方向上移動。第二固緊平臺504是類似的，其被抓握在一對平行導軌514a、514b並沿著它們在Y進給方向上移動。固緊平臺502、504也包含有各自的參考平臺506、508以使用來確定任一個切割刀片505a、505b的切割末端和固定于任一的固緊設備502、504的支撐表面的工件之間的相對位置。
因此，如較早所述，切割刀片505a、505b相對於固緊設備的支撐表面的各個高度能夠得以確定。可是，值得注意的是，當成像設備520被激勵以捕獲包含有切割刀片505a、505b之一的末端的局部的一個或多個圖像時，後者應較佳地被降低以致於單獨另一個切割刀片505a、505b不會阻擋其切割刀片的最低端以被成像設備420成像。否則，測量結果會不精確。
在不離開本發明的保護範圍的情形下，上述實施例的各種改動和變化是可能的。圖1的分割設備100的參考平臺106也可以被固定地連接至固緊設備102的另外一側。另外，值得欣賞的是，使用單獨的參考平臺以提供參考水平面是可選的，因為在本發明的一些其它實施例中的參考水平面可以對應於固緊設備102的支撐表面103的在操作過程中沒有被工件覆蓋的局部。在那些實施例中，確定固緊設備102的支撐表面103和單獨的參考水平面之間的任一位置關係將不會有必要的。
100‧‧‧分割設備
102‧‧‧固緊設備
103‧‧‧支撐表面
104‧‧‧切割設備
105‧‧‧切割刀片
106‧‧‧固緊平臺
112a、112b‧‧‧平行軌道
120‧‧‧成像設備
122‧‧‧背光設備
124‧‧‧頂面
125‧‧‧橋體
126‧‧‧參考平臺
132a、132b‧‧‧軌道

Claims (19)

  1. 一種用於切割工件的分割裝置，其包含有：處理器；至少一個固緊設備，用於固定待切割的工件；切割設備，其和該至少一個固緊設備空間上相隔一段間隔距離，該切割設備用於切割固定於該至少一個固緊設備上的工件；參考特徵，係與該工件隔開；以及成像設備，其被操作來捕獲包含有切割設備和該參考特徵的一個或多個圖像；其中，該處理器被配置來根據由成像設備所捕獲的一個或多個圖像確定切割設備和參考特徵之間的間隔距離，以藉此確定切割設備和固定於該至少一個固緊設備上的工件之間的間隔距離。
  2. 如權利要求1所述的分割裝置，其中，該處理器被配置來：從由成像設備所捕獲的一個或多個圖像中確定對應於切割設備和參考特徵之間的間隔距離的圖元數量；以及將圖元-距離的相互關係因數應用於所確定的圖元數量，以確定切割設備和參考特徵之間的間隔距離。
  3. 如權利要求2所述的分割裝置，其中：切割設備被配置來定位以規定切割設備和參考特徵之間的公知的間隔距離；成像設備被配置來捕獲包含有參考特徵和切割設備的一個或多個圖像，該切割設備和參考特徵空間上相隔一段公知的間隔距離；以及處理器被配置來從由成像設備所捕獲的一個或多個圖像中確定對應於切割設備和參考特徵之間的公知間隔距離的圖元數量和獲得圖元-距離的相 互關係因數。
  4. 如權利要求3所述的分割裝置，其中，公知間隔距離為1mm。
  5. 如權利要求1所述的分割裝置，其中，該參考特徵相關於該至少一個固緊設備一段公知的位置關係而被設置。
  6. 如權利要求1所述的分割裝置，其中，該參考特徵是該至少一個固緊設備的局部。
  7. 如權利要求1所述的分割裝置，其中，該成像設備為攝像機。
  8. 如權利要求1所述的分割裝置，其中，該成像設備為鐳射掃描器。
  9. 如權利要求1所述的分割裝置，其中，該切割設備包含有環形的可旋轉的刀片，以切割工件。
  10. 一種確定分割裝置中固定於固緊設備的工件和用於切割工件的切割設備之間的間隔距離的方法，該方法包含有以下步驟：捕獲包含有切割設備和參考特徵的一個或多個圖像且該參考特徵係與該工件隔開；根據所捕獲的一個或多個圖像確定切割設備和參考特徵之間的間隔距離；以及藉此確定切割設備和固定於固緊設備上的工件之間的間隔距離。
  11. 如權利要求10所述的方法，其中，確定切割設備和參考特徵之間的間隔距離的步驟包含有以下步驟：從成像設備所捕獲的一個或多個圖像中確定對應於切割設備和參考特徵之間的間隔距離的圖元數量；以及將圖元-距離的相互關係因數應用於所確定的圖元數量，以確定切割設備和參考特徵之間的間隔距離。
  12. 如權利要求11所述的方法，該方法還包含有以下步驟：定位切割設備以規定切割設備和參考特徵之間的公知的間隔距離；捕獲包含有參考特徵和切割設備的一個或多個圖像，該切割設備和參 考特徵空間上相隔一段公知的間隔距離；以及從所捕獲的一個或多個圖像中確定對應於切割設備和參考特徵之間的公知間隔距離的圖元數量，以獲得圖元-距離的相互關係因數。
  13. 如權利要求12所述的方法，其中，公知間隔距離為1mm。
  14. 如權利要求10所述的方法，其中，該參考特徵相關於該固緊設備而被設置。
  15. 如權利要求10所述的方法，其中，該參考特徵是該固緊設備的局部。
  16. 一種校準分割裝置的方法，該分割裝置包含有：i)用於切割工件的切割設備和ii)至少一個用於固定待切割工件的固緊設備，該方法包含有以下步驟：定位切割設備以規定切割設備和參考特徵之間的公知的間隔距離且該參考特徵係與該工件隔開；捕獲包含有參考特徵和切割設備的一個或多個圖像，該切割設備和參考特徵空間上相隔一段公知的間隔距離；以及從所捕獲的一個或多個圖像中確定對應於切割設備和參考特徵之間的公知間隔距離的圖元數量，以獲得圖元-距離的相互關係因數。
  17. 如權利要求16所述的校準分割裝置的方法，其中，公知間隔距離為1mm。
  18. 如權利要求16所述的校準分割裝置的方法，其中，該參考特徵相關於該至少一個固緊設備一段公知的位置關係而被設置。
  19. 如權利要求16所述的校準分割裝置的方法，其中，該參考特徵是該至少一個固緊設備的局部。
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