WO2017102949A1 - Verfahren zur überprüfung eines trennschrittes bei der zerteilung eines flachen werkstückes in teilstücke - Google Patents

Verfahren zur überprüfung eines trennschrittes bei der zerteilung eines flachen werkstückes in teilstücke Download PDF

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Martin Schellenberger
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    • H10P74/203—Structural properties, e.g. testing or measuring thicknesses, line widths, warpage, bond strengths or physical defects

Definitions

  • the present invention relates to a method for checking a separation step, with which a flat workpiece is divided into sections along one or more parting lines.
  • the division of flat or plate-shaped workpieces into several sections is required in many technical fields in which the sections
  • microelectronic devices such as ICs or MEMS, which are in large quantities on semiconductor substrates such as silicon wafers
  • Cut-off / sawing or laser-based methods After separation, the components are further processed or packed directly.
  • the singulation takes place by one or more separation steps along predetermined separating lines, by which the component surfaces are defined. There is the need to check whether the respective separation step has been carried out successfully ⁇ rich and thus the components were completely separated. Based on This check can be done for errors, for example, a rework.
  • the object of the present invention is to provide a method for checking a separation step in the separation of parts of a flat workpiece, with a
  • the proposed method a separation step is checked, with a flat workpiece along one or more parting lines is divided into sections.
  • the method is characterized in a first alternative in that after the
  • Separation step is determined by comparing the surface inclination of each adjacent portions of the workpiece, whether the respectively adjacent
  • the mutual tilting of respectively adjacent partial regions is determined from a comparison of a surface inclination of the partial regions detected before the separating step with the surface inclination detected after the separating step. The procedure assumes that adjacent cuts after a successful
  • the successful course of a separation step is no longer checked by detecting a sawing or separating gap, but by detecting a tilt of the sections to each other after the separation step.
  • the tilting of the separated sections to each other can be due to surface tensions in the workpiece or by a not perfect plane
  • the tilt between the sections is determined by comparing the surface inclination of the respective adjacent sections or the corresponding sections of the workpiece. This can be done over the entire surface
  • the surface of the workpiece is ideally flat, so has a constant surface inclination.
  • the method is also applicable to uneven surfaces. In this case, for example, in each case a mean surface inclination determined over a certain surface area and thus on the tilting or non-tilting of the Subareas or sections are closed. If the position and size of the sections to be separated or the course of the dividing lines are known, one can mittein over this area of the respective section or partial area. So you determine the middle one
  • the flat workpiece may, for example.
  • the method is not limited to such workpieces.
  • the workpiece has a flat surface, with bumps
  • Topographical variations are typically ⁇ 1 mm.
  • the Detection of surface tilt used.
  • the Detection of tilting and thus of a successful separation step then takes place by suitable evaluation of the inclination data.
  • the full tilt vector or even the amount of tilt vector can be determined.
  • the amount of the inclination vector corresponds to the inclination angle without knowing the direction.
  • the magnitude of the slope vector may already be sufficient for a clear decision on the success of the separation step.
  • the proposed method allows a
  • Verification of a separation step especially in gap-free separation processes, such as thermal laser beam separation.
  • Optical methods already enable the detection of very small differences in the surface inclination, which are not recognizable by the eye.
  • the method can also be used for checking separation steps, which are carried out using established separation techniques, and enables an automated process
  • optical measuring methods for detecting the surface inclination are used, since they are non-contact and fast with high accuracy
  • Non-contact surface tilt detection offers advantages in applications which a touch or displacement of the cuts should be avoided as possible.
  • In the field of semiconductor technology is making ⁇ in this manner ensures that the eventual post-processing after the separation step can be performed without repositioning or adjustment of the sections.
  • respective sections or partial areas can only be effected locally, for example at points with the aid of one or more laser beams, or also over the entire area over a region or the entire workpiece.
  • the light of a light source can be directed to the surface and reflected from the surface ⁇ tioned light with a spatially resolving optical
  • Detector such as a suitable camera, are detected.
  • the light of the light source is via a suitable optics with a specific
  • Workpiece surface on the detector is an aperture arranged by the reflected light, which differs from a predetermined direction, at least for Part is hidden or blocked.
  • a surface inclination of the respectively illuminated surface regions can be detected by a variation of the detected light intensity with respect to the predetermined direction. This allows a simple
  • Spatial detector captured image of the surface of the workpiece.
  • the surface inclination of the sections or portions can be determined for example with the known technique of Deflekto- geometry, in which the surface struc ⁇ riert is illuminated.
  • Structured illumination is understood to mean the illumination with a light pattern of defined geometry.
  • this technique of deflectometry can also be used in reflective surfaces with homogeneous reflectivity.
  • optical techniques for determining the surface inclination are possible.
  • An example is an interferometric measurement of the surface, for example with a shearing interferometer.
  • the basic material is brittle (non-ductile), ie a low plastic Deformable ⁇ ness having (Kl fracture toughness typically less 10 MPam 1/2 ), and / or which are crystalline, eg polycrystalline or monocrystalline.
  • a base material is meant the main component of the workpiece. The workpiece can eg on his
  • Surfaces may also be coated or vaporized with other materials.
  • the proposed method can be particularly advantageously employed in the separation of components or components of a semiconductor substrate, ⁇ example, a wafer.
  • the semiconductor substrate may, for example, be located on a carrier as a substrate during the separation step , via which the workpiece and the components separated after the separation step are aspirated.
  • both the presence and the position of a fracture can be determined on the basis of the determined inclination data.
  • the (mean) inclinations of two or more different points or areas of the surface are compared.
  • the (mean) slope difference of two separate subregions is typically greater than 200 arcs.
  • Illustration of the detection of a break in a workpiece on the basis of different inclinations of the surfaces an example of a full-surface optical method for fracture detection on a flat workpiece by measuring the surface slopes; a representation of a camera shot of a surface in the optical detection of a fracture of Figure 2; and another example of a full surface optical method for fracture detection on a planar workpiece by measuring surface slopes.
  • workpiece 1 is completely illuminated with a light source 4 or at least in one area.
  • the light beams have a certain numerical aperture (obj ekt Schoer opening angle of the light beams).
  • this illumination is realized by using an extended light source 4 in conjunction with a suitable optics 5, for example a lens.
  • a suitable optics 5 for example a lens.
  • FIG. 2 only the course of two light beams 6 of the light source 4 for illuminating the workpiece 1 is shown by way of example for this purpose.
  • incident light beams 6 are reflected by the law of reflection and imaged in this example with a suitable optics 7 on an image sensor 8, for example, a CCD image sensor.
  • the course of two exemplary reflected light beams 9 is shown in the middle part of FIG.
  • the lighting can be like this
  • Example, via a beam splitter 10 are coupled into the lens formed by the two optics 5, 7.
  • a beam splitter 10 are coupled into the lens formed by the two optics 5, 7.
  • An essential element of this embodiment is an aperture 11 which is arranged on the image sensor 8 in the Fourier plane of the optical imaging of the workpiece surface.
  • This aperture 11 can be, for example, to a sharp edge as in ⁇ present the sample to also be a diaphragm or other structure that blocks a part of the light beams depending on their position, either completely or in part or not. A shift of a reflected light beam from a
  • Point on the workpiece surface (object point) in the Fourier plane is achieved by changing the direction of the beam in the object plane (workpiece).
  • Directional change of the reflected light beam arises only with a change in inclination of the surface at this point or this object point and, associated therewith, a change in the reflection angle of the beam reflected at the surface.
  • the surface at the appropriate location results in a certain angle of reflection of the light beam and thus a certain position of the light beam in the Fourier plane.
  • the intensity of the pixel formed on the image sensor 8 as a result of the image of the object point depends on the inclination of the surface of the object
  • Workpiece 1 varies at the appropriate location.
  • FIG. 3 shows an example of this
  • the two outer vertical separating steps 14 have not led to complete separation, since the subregions in the vicinity of these separating lines in the camera image have the same brightness and thus the same surface inclination.
  • Embodiment of the method is a sufficiently reflective or reflective surface and a sufficiently homogeneous reflectivity of the surface. If the surface reflectivity is not homogeneous over the entire workpiece, it is due to it
  • Angle of incidence ⁇ of the rays of light on the surface crucial for whether the surface is reflected or not. If a workpiece is present whose surface is too rough and does not reflect in the visible wavelength range, then an illumination with light of a longer wavelength, for example infrared light, can be used in order to improve the functionality of the Embodiments proposed embodiments of the method nevertheless to ensure. It is also possible to use electromagnetic radiation outside the optical wavelength range. In addition to the adaptation of the wavelength, it is also possible to increase the angle of incidence of the light.
  • Figure 4 shows another example of a
  • Deflectometry can be used for determining a tilt of two sections or sections. Structured illumination allows an inclination measurement of the surface to be carried out essentially independently of the surface reflectivity.
  • FIG. 4 shows the method according to the principle of deflectometry.
  • the mirror image of a mirror on ⁇ to be examined workpiece 1 optical pattern 15 is taken up with an appropriate detection unit.
  • the left part of Figure 4 shows this schematically the illumination of the surface of the workpiece 1 with a pattern 15.
  • the image of the surface of the workpiece 1 is made with an objective 16 to an image sensor 8.
  • the pattern 15 can for example via a grid structure generated by a screen will be realized. Conceivable and advantageous, for example, the use of sine ⁇ patterns combined with a phase shift method. If a flat workpiece without breakage, as shown in the left part of Figure 4, the image taken with the image sensor 8 corresponds ideally to the pattern used 15. Only distortions due to aberrations or resolution limit or

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Trennschrittes, mit dem ein flaches Werkstück (1) entlang einer oder mehrerer Trennlinien (14) in Teilstücke (2, 3) zerteilt wird, insbesondere für die Vereinzelung von Bauelementen aus einem Halbleitersubstrat. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass nach dem Trennschritt durch einen Vergleich der Oberflächenneigung jeweils benachbarter Teilbereiche (2, 3, 13)des Werkstücks (1) bestimmt wird, ob die jeweils benachbarten Teilbereiche(2, 3, 13)gegeneinander verkippt und damit voneinander getrennt sind. Das Verfahren ermöglicht eine automatisierte Überwachung des Erfolgs eines Trennschrittes auch bei Trennverfahren, die spaltfrei arbeiten.

Description

Verfahren zur Überprüfung eines Trennschrittes bei der Zerteilung eines flachen Werkstückes in Teilstücke
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Trennschrittes, mit dem ein flaches Werkstück entlang einer oder mehrerer Trennlinien in Teilstücke zerteilt wird. Die Zerteilung flacher oder plattenförmiger Werkstücke in mehrere Teilstücke ist in vielen technischen Bereichen erforderlich, in denen die Teilstücke
anschließend einzeln weiterverarbeitet oder einer
Verwendung zugeführt werden sollen. Ein Beispiel sind mikroelektronische Bauelemente wie beispielsweise ICs oder MEMS, die in großer Stückzahl auf Halbleitersubstraten wie beispielsweise Silizium-Wafern
produziert werden und anschließend vereinzelt werden müssen. Die Vereinzelung der Bauelemente erfolgt dabei durch geeignete Trenntechniken, wie beispielsweise
Trennschleifen/Sägen oder laserbasierte Verfahren. Nach der Vereinzelung werden die Bauelemente weiterverarbeitet oder auch direkt verpackt. Die Vereinzelung erfolgt durch einen oder mehrere Trennschritte entlang vorgegebener Trennlinien, durch die die Bauelementflächen definiert sind. Dabei besteht die Notwendigkeit zu überprüfen, ob der jeweilige Trennschritt erfolg¬ reich durchgeführt wurde und damit die Bauelemente vollständig voneinander getrennt wurden. Basierend auf dieser Überprüfung kann dann bei Fehlern beispielsweise eine Nacharbeit erfolgen.
Stand der Technik
Die meisten etablierten Trenntechniken vereinzeln die Bauelemente durch Materialabtrag, beispielsweise durch Trennschleifen beim Sägen oder bei abtragenden Laserverfahren. Durch diesen Materialabtrag entsteht ein relativ breiter Trenn- oder Sägespalt von in der Regel mehreren 10ym Breite, der optisch erkannt und verfolgt werden kann. Dadurch ist eine optische
Kontrolle des Schnittergebnisses möglich, beispiels¬ weise mit Hilfe einer Mikroskop-Optik.
Durch neue Trenntechniken wie beispielsweise dem thermischen Laserstrahl-Separieren (TLS) werden die Bauelemente nicht mehr nach dem Prinzip des Material¬ abtrags getrennt. Diese neuen Techniken arbeiten häufig spaltfrei, beispielsweise durch Materialmodifikation innerhalb des Werkstücks, die an der Oberfläche nicht sichtbar ist, oder durch reines Spalten des Materials. Im Ergebnis kann dann ein erfolgreicher Schnitt nicht mehr optisch anhand eines Spaltes erkannt werden. Damit ist jedoch keine visuelle oder automatische Kontrolle des Trennschrittes bzw. der Vereinzelung mehr möglich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Überprüfung eines Trenn- Schrittes bei der Vereinzelung von Teilstücken aus einem flachen Werkstück anzugeben, mit dem eine
erfolgreiche Trennung auch bei Einsatz spaltfreier Trennverfahren erkannt werden kann und das sich
automatisiert einsetzen lässt.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit den Verfahren gemäß Patent¬ anspruch 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden
Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Mit den vorgeschlagenen Verfahren wird ein Trennschritt überprüft, mit dem ein flaches Werkstück entlang einer oder mehrerer Trennlinien in Teilstücke zerteilt wird. Das Verfahren zeichnet sich in einer ersten Alternative dadurch aus, dass nach dem
Trennschritt durch einen Vergleich der Oberflächenneigung jeweils benachbarter Teilbereiche des Werkstücks bestimmt wird, ob die jeweils benachbarten
Teilbereiche gegeneinander verkippt und damit voll¬ ständig voneinander getrennt sind. Die gegeneinander verkippten Teilbereiche entsprechen dabei den
abgetrennten Teilstücken. In einer zweiten Alternative wird die gegenseitige Verkippung jeweils benachbarter Teilbereiche aus einem Vergleich einer vor dem Trennschritt erfassten Oberflächenneigung der Teilbereiche mit der nach dem Trennschritt erfassten Oberflächenneigung bestimmt. Bei dem Verfahren wird davon ausgegangen, dass benachbarte Teilstücke nach einem erfolgreichen
Trennschritt minimal gegeneinander verkippt sind. Ist die Trennung nicht erfolgreich verlaufen und die Teilstücke hängen noch zusammen, dann sind die
Teilstücke bzw. die entsprechenden Teilbereiche des Werkstücks nicht gegeneinander verkippt. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird daher der erfolgreiche Verlauf eines Trennschrittes nicht mehr durch Detektion eines Säge- oder Trennspaltes, sondern durch Detektion einer Verkippung der Teilstücke zueinander nach dem Trennschritt überprüft. Die Verkippung der getrennten Teilstücke zueinander kann durch Oberflächenspannungen im Werkstück oder durch eine nicht perfekt plane
Unterlage entstehen. Bei Bedarf kann sie auch durch externe Einwirkung initiiert oder unterstützt werden, beispielsweise durch Ansaugen der Teilstücke an die Unterlage, wie dies in der Halbleitertechnologie mit einem Vakuum-Chuck üblich ist, durch das Einbringen von Luftströmungen zwischen der Unterlage und den Teilstücken oder durch kleinste mechanische Schwingungen der Unterlage. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Verkippung zwischen den Teilstücken durch einen Vergleich der Oberflächenneigung der jeweils benachbarten Teilstücke bzw. der entsprechenden Teilbereiche des Werkstücks bestimmt. Dies kann vollflächig über die gesamte
Oberfläche mehrerer Teilbereiche oder des gesamten Werkstückes oder auch nur lokal in der Umgebung der Trennlinien erfolgen. Die Oberfläche des Werkstückes ist dabei idealerweise eben, weist also eine konstante Oberflächenneigung auf. Das Verfahren ist jedoch auch bei unebenen Oberflächen anwendbar. In diesem Fall kann beispielsweise jeweils eine mittlere Oberflächenneigung über einen bestimmten Oberflächenbereich bestimmt und so auf die Verkippung oder Nicht-Verkippung der Teilbereiche bzw. Teilstücke geschlossen werden. Sind Lage und Größe der zu trennenden Teilstücke bzw. der Verlauf der Trennlinien bekannt, kann man über diesen Bereich des jeweiligen Teilstückes bzw. Teilbereiches mittein. Man bestimmt damit also die mittleren
Oberflächenneigungen in gewissen Bereichen und
vergleicht diese miteinander, um eine mögliche
Verkippung dieser Bereiche bzw. der zugehörigen
Teilstücke zueinander festzustellen. Ergibt sich ein Unterschied in der Verkippung zwischen den betrachteten Oberflächenbereichen, so wird daraus geschlossen, dass die entsprechenden Teilstücke mechanisch voneinander getrennt sind. Zur Unterstützung kann auch die
Oberflächenneigung der jeweiligen Bereiche vor dem Trennschritt erfasst und mit der Oberflächenneigung nach dem Trennschritt verglichen werden, um eine
Verkippung benachbarter Teilbereiche oder Teilstücke zu bestimmen . Bei dem flachen Werkstück kann es sich bspw. um
Flachmaterial mit einer typischen Dicke von < 2 mm handeln. Das Verfahren ist jedoch nicht auf derartige Werkstücke begrenzt. Vorzugsweise weist das Werkstück eine ebene Oberfläche auf, wobei Unebenheiten
/Topographieschwankungen typischerweise < 1 mm sind.
Zur Erfassung der Oberflächenneigung können alle Techniken verwendet werden, mit denen die Neigung von Oberflächen hinreichend genau erfasst werden kann. Dies können beispielsweise auch taktile Verfahren sein.
Vorzugsweise werden jedoch optische Verfahren zur
Erfassung der Oberflächenneigung eingesetzt. Die Erkennung einer Verkippung und damit eines erfolgreichen Trennschrittes erfolgt dann durch geeignete Auswertung der Neigungsdaten. Die Neigung einer
Oberfläche ist durch den Gradienten der Höhe definiert und ist ein Vektor mit zwei Komponenten. Je nach
Messverfahren kann der vollständige Neigungsvektor oder auch nur der Betrag des Neigungsvektors ermittelt werden. Der Betrag des Neigungsvektors entspricht dabei dem Neigungswinkel ohne Kenntnis der Richtung. In
Abhängigkeit von der Kenntnis über den möglichen
Verlauf des Trennschritts, beispielsweise X- oder Y- Richtung, kann der Betrag des Neigungsvektors bereits für eine eindeutige Entscheidung über einen Erfolg des Trennschritts ausreichend sein.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine
Überprüfung eines Trennschritts vor allem auch bei spaltfreien Trennverfahren, wie beispielsweise dem thermischen Laserstrahl-Separieren . Optische Verfahren ermöglichen dabei bereits die Erfassung sehr geringer Unterschiede in der Oberflächenneigung, die mit dem Auge nicht erkennbar sind. Das Verfahren lässt sich natürlich auch zur Überprüfung von Trennschritten einsetzen, die mit etablierten Trenntechniken durchge- führt werden, und ermöglicht eine automatisierte
Überprüfung des jeweiligen Trennschrittes.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens werden optische Messverfahren zur Erfassung der Oberflächenneigung eingesetzt, da diese mit hoher Genauigkeit berührungslos und schnell
arbeiten. Eine berührungslose Erfassung der Oberflächenneigung bietet Vorteile bei Anwendungen, bei denen eine Berührung oder Verschiebung der Teilstücke möglichst vermieden werden soll. Gerade im Bereich der Halbleitertechnologie ist auf diese Weise gewähr¬ leistet, dass das eventuelle Nachbearbeiten nach dem Trennschritt ohne Neupositionierung oder Justierung der Teilstücke erfolgen kann.
Die Erfassung der Oberflächenneigung der
jeweiligen Teilstücke bzw. Teilbereiche kann dabei nur lokal, beispielsweise punktuell mit Hilfe eines oder mehrerer Laserstrahlen, oder auch vollflächig über einen Bereich oder das gesamte Werkstück erfolgen.
Besondere Vorteile bietet eine vollflächige Erfassung der Oberflächenneigungen, da diese eine großflächige Untersuchung eines Werkstückes auf eine Vielzahl an
Trennstellen oder Brüchen und auch eine Lokalisierung dieser Trennstellen oder Bruchstellen ermöglicht.
Bei der Anwendung des Verfahrens für Werkstücke mit spiegelnden Oberflächen, die eine über die
Oberfläche homogene Reflektivität aufweisen, kann beispielsweise das Licht einer Lichtquelle auf die Oberfläche gerichtet und von der Oberfläche reflek¬ tiertes Licht mit einem ortsauflösenden optischen
Detektor, beispielsweise einer geeigneten Kamera, erfasst werden. Das Licht der Lichtquelle wird dabei über eine geeignete Optik mit einer bestimmten
numerischen Apertur auf das Werkstück gerichtet und mit einer weiteren Optik auf den Detektor abgebildet.
Vorzugsweise in der Fourier-Ebene der Abbildung der
Werkstückoberfläche auf den Detektor wird eine Apertur angeordnet, durch die reflektiertes Licht, das von einer vorgegebenen Richtung abweicht, wenigstens zum Teil ausgeblendet bzw. blockiert wird. Damit kann eine Oberflächenneigung der jeweils beleuchteten Oberflächenbereiche durch eine Variation der erfassten Lichtintensität gegenüber der vorgegebenen Richtung erfasst werden. Dies ermöglicht einen einfachen
Vergleich der Oberflächenneigung durch einen Vergleich der Helligkeiten dieser Bereiche in dem mit dem
ortsauflösenden Detektor erfassten Bild der Oberfläche des Werkstücks.
Bei einer spiegelnden Oberfläche, die keine über die Oberfläche homogene Reflektivität aufweist, kann die Oberflächenneigung der Teilstücke bzw. Teilbereiche beispielsweise mit der bekannten Technik der Deflekto- metrie bestimmt werden, bei der die Oberfläche struktu¬ riert beleuchtet wird. Unter strukturierter Beleuchtung wird dabei die Beleuchtung mit einem Lichtmuster definierter Geometrie verstanden. Selbstverständlich lässt sich diese Technik der Deflektometrie auch bei spiegelnden Oberflächen mit homogener Reflektivität einsetzen .
Bei nicht spiegelnden Oberflächen sind andere optische Techniken zur Bestimmung der Oberflächen- neigung möglich. Ein Beispiel stellt eine interfero- metrische Vermessung der Oberfläche dar, beispielsweise mit einem Shearing-Interferometer .
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird vorzugs- weise der Trennschritt bei der Zerteilung von Werkstücken überwacht, deren Grundmaterial spröde (nicht duktil) ist, also eine geringe plastische Verformbar¬ keit aufweist (Bruchzähigkeit Kl typischerweise kleiner 10 MPam1/2) , und/oder die kristallin sind, z.B. polykristallin oder monokristallin. Unter einem Grundmaterial ist der Hauptbestandteil des Werkstücks gemeint. Das Werkstück kann dabei z.B. an seinen
Oberflächen auch zusätzlich mit anderen Materialien beschichtet oder bedampft sein.
Das vorgeschlagene Verfahren kann besonders vorteilhaft bei der Vereinzelung von Bauteilen bzw. Bauelementen aus einem Halbleitersubstrat, beispiels¬ weise einem Wafer, eingesetzt werden. Das Halbleitersubstrat kann sich beispielsweise während des Trenn¬ schrittes auf einem Träger als Unterlage befinden, über den das Werkstück sowie die nach dem Trennschritt separierten Bauelemente angesaugt werden. Besondere
Vorteile bietet das Verfahren bei einem Trennschritt, der mit der Technik des thermischen Laserstrahl- Separierens durchgeführt wird, bei dem die Trennung spaltfrei erfolgt.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann sowohl das Vorhandensein als auch die Position eines Bruchs anhand der ermittelten Neigungsdaten bestimmt werden. Dabei werden die (mittleren) Neigungen von zwei oder mehrerer verschiedener Stellen oder Bereiche der Oberfläche miteinander verglichen. Der (mittlere) Neigungsunterschied zweier getrennter Teilbereiche ist typischerweise größer 200 arcs . Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den
Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen: eine schematische Darstellung zur
Veranschaulichung der Detektion eines Bruches in einem Werkstück anhand unterschiedlicher Neigungen der Oberflächen; ein Beispiel eines vollflächigen optischen Verfahrens zur Brucherkennung an einem ebenen Werkstück durch Messung der Oberflächenneigungen ; eine Darstellung einer Kameraaufnahme einer Oberfläche bei der optischen Detektion eines Bruches gemäß Figur 2; und ein weiteres Beispiel eines vollflächigen optischen Verfahrens zur Brucherkennung an einem ebenen Werkstück durch Messung der Oberflächenneigungen .
Wege zur Ausführung der Erfindung
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ausgenutzt, dass nach einem erfolgreichen Trennschritt zur
Auftrennung eines flachen Werkstückes die einzelnen Teilstücke zumindest minimal gegeneinander verkippt sind, während noch zusammenhängende Teilstücke bzw. Teilbereiche keine gegenseitige Verkippung aufweisen. Dies ist schematisch in Figur 1 dargestellt, die auf der linken Seite ein Werkstück 1 zeigt, bei dem zwei benachbarte Teilstücke, beispielsweise Chips eines Halbleiter-Wafers , nicht voneinander getrennt sind. Das Werkstück 1 weist dabei in diesem Bereich eine homogene Oberflächenneigung auf. Im rechten Teil der Figur ist die Situation nach einem erfolgreichen Trennschritt dargestellt, bei dem die beiden Teilbereiche oder Teilstücke 2, 3 durch ein Trennverfahren voneinander getrennt wurden. In diesem Falle besteht ein geringer Unterschied in der Oberflächenneigung zwischen den beiden Teilstücken, die mit einem geeigneten Verfahren detektiert werden kann. Bei der Detektion einer derartigen Verkippung benachbarter Teilbereiche bzw. Teilstücke gegeneinander kann somit darauf geschlossen werden, dass der Trennschritt in diesem Bereich
erfolgreich durchgeführt wurde.
Im Folgenden werden zwei beispielhafte Ausge- staltungen des vorgeschlagenen Verfahrens erläutert, mit denen der Erfolg eines Trennschrittes zwischen Teilbereichen eines Werkstücks überprüft werden kann. Bei den Figuren 2 und 3 wird dabei ein Werkstück mit spiegelnder oder hinreichend reflektierender Oberfläche vorausgesetzt, dessen Reflektivität über die gesamte Oberfläche zumindest annähernd homogen ist. Das
Werkstück 1 wird in diesem Beispiel mit einer Lichtquelle 4 vollständig oder zumindest in einem Bereich vollflächig ausgeleuchtet. Die Lichtstrahlen weisen dabei eine gewisse numerische Apertur (obj ektseitiger Öffnungswinkel der Lichtstrahlen) auf. Im vorliegenden Beispiel wird diese Beleuchtung durch Nutzung einer ausgedehnten Lichtquelle 4 in Verbindung mit einer geeigneten Optik 5, beispielsweise einer Linse, realisiert. Im rechten Teil der Figur 2 ist hierzu beispielhaft lediglich der Verlauf zweier Lichtstrahlen 6 der Lichtquelle 4 zur Beleuchtung des Werkstücks 1 dargestellt. Die auf die spiegelnde Oberfläche des Werkstücks 1 treffenden Lichtstrahlen 6 werden nach dem Reflexionsgesetz reflektiert und in diesem Beispiel mit einer geeigneten Optik 7 auf einen Bildsensor 8, beispielsweise einen CCD-Bildsensor, abgebildet.
Der Verlauf zweier beispielhafter reflektierter Lichtstrahlen 9 ist im mittleren Teil der Figur 2 dargestellt. Die Beleuchtung kann wie in diesem
Beispiel über einen Strahlteiler 10 in das durch die beiden Optiken 5, 7 gebildete Objektiv eingekoppelt werden. Selbstverständlich sind auch Ausgestaltungen möglich, bei denen die Beleuchtung getrennt von der Abbildungsoptik in einem flacheren Winkel auf die
Oberfläche des Werkstücks 1 trifft.
Ein wesentliches Element dieser Ausgestaltung ist eine Apertur 11, die in der Fourier-Ebene der optischen Abbildung der Werkstückoberfläche auf den Bildsensor 8 angeordnet wird. Bei dieser Apertur 11 kann es sich beispielsweise um eine scharfe Kante wie im vorliegen¬ den Beispiel, um eine Blende oder auch um eine andere Struktur handeln, die einen Teil der Lichtstrahlen in Abhängigkeit von ihrer Position entweder vollkommen oder zum Teil oder nicht blockt. Eine Verschiebung eines reflektierten Lichtstrahls ausgehend von einem
Punkt auf der Werkstückoberfläche (Objektpunkt) in der Fourier-Ebene kommt durch Richtungsänderung des Strahls in der Objektebene (Werkstück) zustande. Eine
Richtungsänderung des reflektierten Lichtstrahls entsteht nur bei einer Neigungsänderung der Oberfläche an dieser Stelle bzw. diesem Objektpunkt und damit verbunden einer Änderung des Reflexionswinkels des an der Oberfläche reflektierten Strahls. Je nach Neigung der Oberfläche an der entsprechenden Stelle ergibt sich ein bestimmter Reflexionswinkel des Lichtstrahls und damit eine bestimmte Position des Lichtstrahls in der Fourier-Ebene. Durch die Apertur 11 wird dann in
Abhängigkeit von dieser Position ein größerer oder kleinerer Teil des Strahls geblockt. Dies führt dazu, dass die Intensität des auf dem Bildsensor 8 durch die Abbildung des Objektpunktes entstehenden Bildpunktes in Abhängigkeit von der Neigung der Oberfläche des
Werkstücks 1 an der entsprechenden Stelle variiert.
Ist keine Trennung bzw. kein Bruch in dem jeweils untersuchten Oberflächenbereich des Werkstücks 1 entstanden, wie dies im mittleren Teil der Figur 2 angedeutet ist, so liegt ein zusammenhängender Werkstückbereich vor und die Neigung der Oberfläche ist an beiden in der Figur 2 dargestellten Objektpunkten gleich. Dies kann dann anhand der Lichtintensität der beiden resultierenden Bildpunkte detektiert werden, die in einem derartigen Fall die gleiche Intensität bzw. Helligkeit aufweisen. Abhängig von der Unebenheit der Oberfläche muss gegebenenfalls eine gewisse Toleranz berücksichtigt oder eine mittlere Neigung über jeweils einen Bereich bestimmt werden. Dies kann beispielsweise durch Bildung eines Mittelwerts über mehrere Bildpunkte des jeweiligen Bereichs auf dem Bildsensor erfolgen. Durch Vergleich der Mittelwerte der entsprechenden Bereiche kann dann wiederum detektiert werden, ob eine Trennung oder ein Bruch zwischen diesen Bereichen vorliegt oder nicht.
Bei einem erfolgreichen Trennschritt entsteht ein Bruch 12, wie er im rechten Teil der Figur 2 angedeutet ist. In diesem Falle verschiebt sich die Lage der beiden in der Figur 2 beispielhaft angedeuteten
reflektierten Lichtstrahlen 9 in der Fourier-Ebene, das heißt im Bereich der Apertur 11, so dass dies durch unterschiedliche Lichtintensitäten in den beiden auf dem Bildsensor entstehenden Bildpunkten - oder auch in den aus mehreren Bildpunkten des jeweiligen Bereiches gebildeten Mittelwerten - detektiert werden kann. Figur 3 zeigt hierbei beispielhaft eine
Kameraaufnahme eines Oberflächenbereiches eines
Werkstücks in schematischer Darstellung, in der die lokale Oberflächenneigung in der Bildhelligkeit codiert ist. In diesem Beispiel sind zwei waagrechte und drei senkrechte Trennlinien 14 zur Vereinzelung dieses
Bereiches des Werkstücks in 12 Teilstücke, beispiels¬ weise Chips eines Halbleiterwafers , angedeutet. Die mit dem Verfahren der Figur 2 hierbei erfasste Oberflächenneigung der den Teilstücken zugeordneten Teilbereiche 13 des Werkstücks ist in diesem Kamerabild durch die Flächenhelligkeit erkennbar, in Figur 3 durch unterschiedliche Schraffur bzw. Füllung der Teilbereiche 13 angedeutet. Die mittlere Flächenhelligkeit in der
Kameraaufnahme steht damit in Relation zur Verkippung. Auf Basis der Helligkeit können dann vorhandene oder fehlende Brüche erkannt und lokalisiert werden. So ist in diesem Beispiel der Trennschritt entlang der beiden horizontalen Trennlinien 14 erfolgreich verlaufen, da jeweils die durch diese Trennlinien getrennten Teil- bereiche 13 bzw. Teilstücke unterschiedliche Hellig¬ keiten und damit unterschiedliche Neigungen aufweisen. Von den drei vertikalen Trennlinien 14 ist lediglich die mittlere Trennung erfolgreich verlaufen, da auch hier jeweils die durch diese Trennlinie getrennten Teilbereiche 13 unterschiedliche Helligkeiten
aufweisen. Die beiden äußeren vertikalen Trennschritte 14 haben nicht zur vollständigen Trennung geführt, da die Teilbereiche in der Umgebung dieser Trennlinien im Kamerabild die gleiche Helligkeit und somit noch die gleiche Oberflächenneigung aufweisen.
Voraussetzung für die Funktionsweise dieser
Ausgestaltung des Verfahrens ist eine hinreichend reflektive bzw. spiegelnde Oberfläche sowie eine ausreichend homogene Reflektivität der Oberfläche. Ist die Oberflächenreflektivität nicht über das gesamte Werkstück homogen, so kommt es aufgrund dessen zu
Helligkeitsunterschieden im Kamerabild, die jedoch nicht durch eine Verkippung einzelner Teilbereiche zustande kommen. Helligkeitsunterschiede aufgrund unterschiedlicher Oberflächenreflektivität und aufgrund unterschiedlicher Verkippung können dann mit dieser in Verbindung mit Figur 2 beschriebenen Ausgestaltung des Verfahrens nicht im Allgemeinen unterschieden werden. Liegen allerdings zu trennende Teilbereiche bzw.
Teilstücke vor, die zwar jeweils Bereiche unterschied¬ licher Reflektivität aufweisen, jedoch alle gleich sind, so lässt sich diese Ausgestaltung des vorge¬ schlagenen Verfahrens dennoch erfolgreich einsetzen. Der Vergleich der mittleren Helligkeit der Teilbereiche bzw. Teilstücke steht dann wieder in Relation zur Verkippung. Im anderen Fall kann das obige Problem nicht homogener Oberflächenreflektivität auch durch zusätzliche Erfassung eines Kamerabildes vor Durchfüh¬ rung des Trennschrittes umgangen werden, so dass dann die nach dem Trennschritt erfasste Helligkeitsver¬ teilung durch ein geeignetes mathematisches Verfahren, beispielsweise eine Normierung auf oder eine Differenz¬ bildung mit das bzw. dem vorher aufgenommenen Kamera- bild wieder in eine Form gebracht werden kann, in der Verkippungen unabhängig von der Oberflächenreflek- tivität aufgrund unterschiedlicher Flächenhelligkeiten erkannt werden können. Voraussetzung für die Funktionsweise der in den vorliegenden Ausführungsbeispielen vorgeschlagenen Ausgestaltungen des Verfahrens ist zudem eine
spiegelnde Oberfläche. Lichtstrahlen müssen nach dem Reflexionsgesetz (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel) reflektiert werden. Für rauere Oberflächen ist dies nicht mehr hinreichend erfüllt und es kommt zunehmend zu einer Lichtstreuung anstatt einer Lichtreflexion. Die Genauigkeit des Verfahrens nimmt dann deutlich ab. Ob eine Oberfläche spiegelnd ist oder nicht wird durch das Rayleigh-Kriterium definiert:
Qcos6 '
Neben der Rauigkeit h der Oberfläche ist auch die Wellenlänge λ des verwendeten Lichts sowie der
Einfallswinkel Θ der Lichtstrahlen auf die Oberfläche dafür entscheidend, ob die Oberfläche spiegelt oder nicht. Liegt ein Werkstück vor, dessen Oberfläche zu rau ist und im sichtbaren Wellenlängenbereich nicht spiegelt, so kann eine Beleuchtung mit Licht einer längeren Wellenlänge, beispielsweise Infrarot-Licht, eingesetzt werden, um die Funktionsweise der in den Ausführungsbeispielen vorgeschlagenen Ausgestaltungen des Verfahrens dennoch zu gewährleisten. Es kann auch elektromagnetische Strahlung außerhalb des optischen Wellenlängenbereichs zum Einsatz kommen. Neben der Anpassung der Wellenlänge besteht auch die Möglichkeit, den Einfallswinkel des Lichts zu vergrößern.
Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel für eine
Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens zur
Brucherkennung von Werkstücken mit spiegelnder oder hinreichend reflektierender Oberfläche und in diesem Fall unterschiedlicher Oberflächenreflektivität . Bei Vorliegen eines Werkstücks mit beliebig variierender Oberflächenreflektivität und damit intrinsischen
Helligkeitsunterschieden kann das Prinzip der
Deflektometrie für die Bestimmung einer Verkippung zweier Teilbereiche oder Teilstücke eingesetzt werden. Durch eine strukturierte Beleuchtung lässt sich im Wesentlichen unabhängig von der Oberflächenreflektivität eine Neigungsmessung der Oberfläche durchführen. Figur 4 zeigt hierzu das Verfahren nach dem Prinzip der Deflektometrie . Hierbei wird das Spiegel¬ bild eines am zu untersuchenden Werkstück 1 gespiegelten optischen Musters 15 mit einer geeigneten Detektoreinheit aufgenommen. Der linke Teil der Figur 4 zeigt hierzu schematisch die Beleuchtung der Oberfläche des Werkstücks 1 mit einem Muster 15. Die Abbildung der Oberfläche des Werkstücks 1 erfolgt mit einem Objektiv 16 auf einen Bildsensor 8. Das Muster 15 kann beispielsweise über eine durch einen Bildschirm erzeugte Gitterstruktur realisiert werden. Denkbar und vorteilhaft ist beispielsweise auch die Verwendung von Sinus¬ mustern kombiniert mit einem Phasenschiebeverfahren . Liegt ein ebenes Werkstück ohne Bruch vor, wie im linken Teil der Figur 4 dargestellt, so entspricht das mit dem Bildsensor 8 aufgenommene Bild im Idealfall dem eingesetzten Muster 15. Lediglich Verzerrungen durch Abbildungsfehler oder Auflösungsbegrenzung oder
perspektivische Verzerrungen aufgrund der Geometrie des Aufbaus müssen hierbei berücksichtigt werden. Liegt ein Bruch 12 vor, wie im rechten Teil der Figur 4
angedeutet, kommt es zu Ablenkungen der entsprechenden Lichtstrahlen durch die Neigungsunterschiede der
Werkstückoberfläche und dadurch zu einer durch den Bruch 12 verursachten Verzerrung des auf dem Bildsensor 8 entstandenen Musters im Vergleich zum ursprünglichen Muster 15. Daraus kann ein vorhandener Bruch zwischen den Teilbereichen 2, 3 des Werkstücks 1 erkannt und lokalisiert werden. Wird als Muster 15 beispielsweise ein Gitter verwendet, so äußert sich eine Verzerrung des Musters aufgrund eines Bruches in einer Positions- änderung der Gitterpunkte im aufgenommenen Bild. Wird ein binäres Muster mit hellen Punkten auf schwarzem Grund eingesetzt, bei dem die hellen Punkte den Gitter¬ punkten entsprechen, so ist das Verfahren unabhängig von variierender Oberflächenreflektivität , solange die Gitterpunkte noch vom dunklen Hintergrund unterschieden werden können. Auch bei Verwendung von Sinusmustern in Kombination mit einem Phasenschiebeverfahren besteht eine Unabhängigkeit von absoluten Intensitäten. Die vorangehend beschriebenen Verfahrensvarianten sind selbstverständlich nur beispielhaft zu verstehen. Das vorgeschlagene Verfahren ist nicht auf eine Bestimmung der Oberflächenneigungen mit diesen
Verfahrensvarianten beschränkt.
Die Arbeiten, die zu dieser Erfindung geführt haben, wurden gemäß der Finanzhilfevereinbarung Nr. 611332 im Zuge des Siebten Rahmenprogramms der
Europäischen Gemeinschaft (RP7/2007-2013) gefördert.
Bezugs zeichenliste
I Flaches Werkstück
2 Teilstück bzw. Teilbereich
3 Teilstück bzw. Teilbereich
4 Lichtquelle
5 Optik
6 Lichtstrahlen zur Beleuchtung 7 Optik
8 Bildsensor
9 Reflektierte Lichtstrahlen
10 Strahlteiler
II Apertur
12 Bruch
13 Teilbereiche
14 Trennlinien
15 Muster
16 Objektiv

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Überprüfung eines Trennschrittes, mit dem ein flaches Werkstück (1) entlang einer oder mehrerer Trennlinien (14) in Teilstücke (2, 3) zerteilt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Trennschritt durch einen Vergleich einer Oberflächenneigung jeweils benachbarter
Teilbereiche (2, 3, 13) des Werkstücks (1) bestimmt wird, ob die jeweils benachbarten Teilbereiche (2, 3, 13) gegeneinander verkippt und damit voneinander getrennt sind.
Verfahren zur Überprüfung eines Trennschrittes, mit dem ein flaches Werkstück (1) entlang einer oder mehrerer Trennlinien (14) in Teilstücke (2, 3) zerteilt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Oberflächenneigung von Teilbereichen (2, 3, 13) des Werkstücks (1) jeweils in einer Umgebung der einen oder der mehreren Trennlinien (14) vor und nach dem Trennschritt erfasst und aus einem Vergleich der vor und nach dem Trennschritt
erfassten Oberflächenneigungen bestimmt wird, ob jeweils benachbarte Teilbereiche (2, 3, 13) gegeneinander verkippt und damit voneinander getrennt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung der gegenseitigen
Verkippung der Teilbereiche (2, 3, 13) die
Oberflächenneigung jeweils in einer Umgebung der einen oder der mehreren Trennlinien (14) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Werkstücken (1), die keine ebene
Oberfläche aufweisen, eine mittlere Oberflächen¬ neigung der Teilbereiche (2, 3, 13) ermittelt und zur Bestimmung der gegenseitigen Verkippung genutzt wird .
Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberflächenneigung der Teilbereiche (2, 3, 13) vor dem Trennschritt erfasst und zur Bestimmung der gegenseitigen Verkippung mit der nach dem
Trennschritt erfassten Oberflächenneigung
verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberflächenneigung der Teilbereiche (2, 3, 13) mit einem optischen Verfahren erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erfassung der Oberflächenneigung mit einem vollflächigen optischen Verfahren erfolgt, das eine Vielzahl von Teilbereichen (2, 3, 13) gleichzeitig erfasst .
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Werkstücken (1) mit spiegelnder Oberfläche Licht (6) einer Lichtquelle (4) mit einer
bestimmten numerischen Apertur auf die Oberfläche gerichtet und von der Oberfläche reflektiertes Licht (9) mit einem ortsauflösenden optischen
Detektor (8) erfasst wird, wobei zwischen dem
Detektor (8) und der Oberfläche eine Optik (5, 7) zur Abbildung wenigstens eines Bereiches der
Oberfläche auf den Detektor (8) und eine Apertur (11) angeordnet wird, durch die reflektiertes Licht (9), das von einer vorgegebenen Richtung abweicht, wenigstens zum Teil blockiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bestimmung der gegenseitigen Verkippung der Teilbereiche (2, 3, 13) durch einen Vergleich der mittleren Helligkeiten der Teilbereiche (2, 3, 13) in einem von dem Detektor (8) erfassten Bild des wenigstens einen Bereiches der Oberfläche erfolgt .
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Werkstücken (1) mit spiegelnder Oberfläche die Bestimmung der gegenseitigen Verkippung der Teilbereiche (2, 3, 13) unter Einsatz der Technik der Deflektometrie durch strukturierte Beleuchtung der Oberfläche erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die gegenseitige Verkippung vollständig voneinander getrennter Teilbereiche (2, 3, 13) durch zusätzliche externe Einwirkung auf die
Teilbereiche (2, 3, 13) hervorgerufen oder
verstärkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Überprüfung eines Trennschrittes, bei dem das flache Werkstück (1) durch Laserschneiden zerteilt wird .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Überprüfung eines Trennschrittes, bei dem das flache Werkstück (1) durch ein Trennverfahren zerteilt wird, das eine Trennung der Teilbereiche (2, 3, 13) durch thermisch induzierte Spannungen erzeugt .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Überprüfung eines Trennschrittes, bei dem das flache Werkstück (1) durch thermisches Laserstrahl Separieren zerteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Überprüfung eines Trennschrittes bei der
Vereinzelung von Bauteilen aus einem Halbleitersubstrat .
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