JP2011027974A - Imaging optical system and processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエーハ等の撮像対象物を撮像するための撮像光学系及び撮像光学系を備えた加工装置に関する。 The present invention relates to an imaging optical system for imaging an imaging object such as a semiconductor wafer and a processing apparatus including the imaging optical system.
半導体デバイス製造工程において、サファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体が積層された光デバイスウエーハを、ストリートと呼ばれる分割予定ラインに沿って切断する要請がある。光デバイスウエーハをストリートに沿って切断して得られた光デバイス(発光ダイオード、レーザーダイオード等)が電気機器に広く利用される。 In a semiconductor device manufacturing process, there is a demand for cutting an optical device wafer in which a gallium nitride compound semiconductor is stacked on the surface of a sapphire substrate, along a planned division line called street. Optical devices (light emitting diodes, laser diodes, etc.) obtained by cutting an optical device wafer along a street are widely used in electrical equipment.
一般に、半導体ウエーハを切断するための切断装置として切削ブレードやレーザーを用いたものが知られている。かかる切断装置では、中央部に開口を備えた環状の支持フレームに装着された保護テープ(透明乃至半透明なテープ)の表面に被加工物が貼着され、その状態で支持フレームがチャックテーブルに保持される。チャックテーブルに保持された被加工物は、アライメント手段によって上記ストリートが検出された後に、ストリートに沿って切断される。 In general, as a cutting device for cutting a semiconductor wafer, a device using a cutting blade or a laser is known. In such a cutting apparatus, a workpiece is stuck on the surface of a protective tape (transparent or translucent tape) mounted on an annular support frame having an opening in the center, and the support frame is attached to the chuck table in this state. Retained. The workpiece held on the chuck table is cut along the street after the street is detected by the alignment means.
しかるに、被加工物が環状の支持フレームの中央からずれた位置に配置されていたり、被加工物の形状が不定形の場合には、アライメント手段とチャックテーブルに保持された被加工物とが適正な位置関係とならず、アライメントエラーが生じる可能性があり、また適正な切断ストロークで加工できない可能性がある。 However, if the work piece is placed at a position deviated from the center of the annular support frame, or the work piece has an irregular shape, the alignment means and the work piece held on the chuck table are appropriate. Therefore, there is a possibility that an alignment error may occur, and the machining may not be performed with an appropriate cutting stroke.
上記問題を解消するために、半導体ウエーハ等の平板状被加工物の輪郭を認識する機能を備えた加工装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。かかる加工装置では、半導体ウエーハを切断するに先立ち、支持フレームに固定された半導体ウエーハの輪郭を撮像手段で撮像し、該撮像手段によって撮像された画像情報に基づいて半導体ウエーハの輪郭を認識する。そして、支持フレームの中心を原点として半導体ウエーハの輪郭のX座標、Y座標を求め、半導体ウエーハに形成されているストリートのX方向長さとY方向長さを求めると共に、支持フレームと半導体ウエーハとの中心ずれを求める。支持フレームと半導体ウエーハの中心ずれに対応したアライメントを行うと共に、ストリートのX方向長さとY方向長さに対応した適正な加工ストロークを算出し、この算出したストロークに基づいて加工工程を遂行する。 In order to solve the above problem, a processing apparatus having a function of recognizing the outline of a flat workpiece such as a semiconductor wafer has been proposed (for example, see Patent Document 1). In such a processing apparatus, prior to cutting the semiconductor wafer, the contour of the semiconductor wafer fixed to the support frame is imaged by the imaging unit, and the contour of the semiconductor wafer is recognized based on the image information captured by the imaging unit. Then, the X and Y coordinates of the outline of the semiconductor wafer are obtained with the center of the support frame as the origin, the X direction length and the Y direction length of the street formed on the semiconductor wafer are obtained, and the support frame and the semiconductor wafer Find the center deviation. Alignment corresponding to the center deviation of the support frame and the semiconductor wafer is performed, and an appropriate machining stroke corresponding to the X-direction length and the Y-direction length of the street is calculated, and a machining process is performed based on the calculated stroke.
ところが、撮像対象物がサファイア基板等の可視光に対して透明体で薄板状の光デバイスウエーハであると、既存の撮像光学系では撮像対象物(ウエーハ)の輪郭を認識することが難しく、適切に撮像対象物の輪郭が把握出来ないという問題があった。 However, if the imaging object is an optical device wafer that is transparent and thin with respect to visible light such as a sapphire substrate, it is difficult to recognize the contour of the imaging object (wafer) with the existing imaging optical system. However, there is a problem that the outline of the imaging object cannot be grasped.
本発明はこれらの事実に鑑みてなされたものであって、その主たる技術的課題は、サファイア基板等の可視光に対して透明体の撮像対象物であっても、適切に輪郭を把握することが出来る撮像光学系を提供することになる。また、撮像光学系を用いてサファイア基板等の被加工物を位置合わせできる加工装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these facts, and the main technical problem thereof is to appropriately grasp the contour even if the object is a transparent object with respect to visible light such as a sapphire substrate. An imaging optical system capable of achieving the above will be provided. It is another object of the present invention to provide a processing apparatus capable of aligning a workpiece such as a sapphire substrate using an imaging optical system.
本発明の撮像光学系は、撮像対象物に対向配置され該撮像対象物から入射する反射光をX方向に屈折させる第一のシリンドリカルレンズと、光の屈折方向が前記X方向と直交するY方向となるように配置され、前記第一のシリンドリカルレンズを透過した前記反射光が入射する第二のシリンドリカルレンズと、前記第二のシリンドリカルレンズを透過した前記反射光のうち撮像ラインとなる所定領域からの反射光だけを通過させるマスクと、前記マスクを通過した前記撮像対象物からの反射光を結像させる結像レンズと、前記結像レンズの結像位置に設けられ、結像された前記撮像ラインを撮像する撮像素子と、を具備し、前記第一のシリンドリカルレンズの有する第一の開口数が、前記第二のシリンドリカルレンズの有する第二の開口数よりも大きく、前記第一のシリンドリカルレンズの集光点を前記撮像対象物の表面高さに合わせた状態で、前記撮像対象物と前記第一のシリンドリカルレンズとを相対的にX方向へ移動することを特徴とする。 The imaging optical system of the present invention includes a first cylindrical lens that is disposed opposite to an imaging object and refracts reflected light incident from the imaging object in the X direction, and a Y direction in which the light refraction direction is orthogonal to the X direction. A second cylindrical lens on which the reflected light that has passed through the first cylindrical lens is incident, and a predetermined region that becomes an imaging line of the reflected light that has passed through the second cylindrical lens. A mask that allows only reflected light of the image to pass through, an imaging lens that forms an image of reflected light from the imaging object that has passed through the mask, and the imaging that is provided and imaged at an imaging position of the imaging lens A first numerical aperture of the first cylindrical lens is equal to a second numerical aperture of the second cylindrical lens. And moving the imaging object and the first cylindrical lens relatively in the X direction in a state where the focal point of the first cylindrical lens is adjusted to the surface height of the imaging object. It is characterized by.
このような構成により、第一のシリンドリカルレンズの集光点を撮像対象物の表面に合わせて撮像し、撮像対象物のエッジ外では反射面が集光点から光軸方向へずれてぼけるので、撮像対象物のエッジを境界に光量が大きく変化し、撮像対象物が可視光に対して透明体となるサファイア基板等のワークであっても確実にエッジ検出を行うことができる。 With such a configuration, the condensing point of the first cylindrical lens is imaged in accordance with the surface of the imaging object, and the reflection surface is deviated from the focusing point in the optical axis direction outside the edge of the imaging object. The amount of light changes greatly with the edge of the imaging object as a boundary, and even if the imaging object is a workpiece such as a sapphire substrate that is transparent to visible light, edge detection can be reliably performed.
本発明の加工装置は、平板状をなす被加工物を保持するチャックテーブルと、前記チャックテーブルを当該チャックテーブルに前記被加工物を保持させた保持場所から加工領域まで移動させ、当該加工領域において前記チャックテーブルと前記加工ユニットとを相対移動させる移動機構と、前記チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工ユニットと、前記チャックテーブルに保持された被加工物を撮像対象物とする前記撮像光学系と、を具備し、前記撮像光学系を介して取り込まれた前記被加工物の撮像画像から前記被加工物を形状認識し、形状認識結果に基づいて前記チャックテーブルに保持された被加工物と前記加工ユニットとを位置合わせすることを特徴とする。 A machining apparatus according to the present invention includes a chuck table that holds a workpiece having a flat plate shape, and moves the chuck table from a holding place where the workpiece is held by the chuck table to a machining area. A moving mechanism for moving the chuck table and the processing unit relative to each other, a processing unit for processing the workpiece held on the chuck table, and the workpiece held on the chuck table as the imaging target An imaging optical system, and recognizes the shape of the workpiece from a captured image of the workpiece captured via the imaging optical system, and holds the workpiece held on the chuck table based on the shape recognition result. The workpiece and the processing unit are aligned.
本発明によれば、撮像光学系を介して取り込まれた被加工物の撮像画像から被加工物を形状認識するので、撮像対象物が可視光に対して透明体となるサファイア基板等のワークであっても確実にエッジ検出を行うことができる。したがって、チャックテーブルに保持された状態での被加工物の形状認識結果を用いることにより、サファイア基板等のワークであってもチャックテーブルに保持された被加工物と加工ユニットとを正確に位置合わせすることができる。 According to the present invention, since the shape of the workpiece is recognized from the captured image of the workpiece captured via the imaging optical system, the workpiece can be a workpiece such as a sapphire substrate that is transparent to visible light. Even if it exists, edge detection can be performed reliably. Therefore, by using the shape recognition result of the work piece held on the chuck table, the work piece held on the chuck table and the processing unit can be accurately aligned even with a workpiece such as a sapphire substrate. can do.
本発明の加工装置は、前記撮像光学系は、前記移動機構が前記チャックテーブルを前記保持場所から加工領域まで搬送する経路上に配置されていることを特徴とする。 The processing apparatus according to the present invention is characterized in that the imaging optical system is disposed on a path through which the moving mechanism transports the chuck table from the holding place to a processing region.
本発明によれば、移動機構が前記チャックテーブルを前記保持場所から加工領域まで移動する過程で、被加工物を形状認識することができ、被加工物が加工領域まで移動してから被加工物の形状認識作業を開始する場合に比べて、加工開始時間を短縮できる。 According to the present invention, it is possible to recognize the shape of the workpiece while the moving mechanism moves the chuck table from the holding place to the machining area, and after the workpiece has moved to the machining area, the workpiece is moved. Compared with the case of starting the shape recognition work, the machining start time can be shortened.
本発明によれば、サファイア基板等の可視光に対して透明体である撮像対象物の適切に輪郭を把握することが出来る撮像光学系を提供することができる。また、本発明によれば、撮像光学系を用いてサファイア基板等の被加工物を位置合わせできる加工装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging optical system which can grasp | ascertain the outline of the imaging target object which is a transparent body with respect to visible lights, such as a sapphire board | substrate, can be provided. Moreover, according to this invention, the processing apparatus which can position workpieces, such as a sapphire board | substrate, using an imaging optical system can be provided.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は本実施の形態に係る撮像光学系の全体構成を示す斜視図である。また、図2(a)は図1に示すX方向から見た撮像光学系の側面図、図2(b)は図1に示すY方向から見た撮像光学系の側面図を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the imaging optical system according to the present embodiment. 2A is a side view of the imaging optical system viewed from the X direction shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a side view of the imaging optical system viewed from the Y direction shown in FIG.
本実施の形態に係る撮像光学系110は、光を一方向にのみ屈折させる第一のシリンドリカルレンズ111と、光の屈折方向が第一のシリンドリカルレンズ111と直交関係になるように配置された第二のシリンドリカルレンズ112と、撮像範囲を規定する開口部を有するマスク113と、マスク113の開口部113aを通過した撮像対象物からの反射光を結像させる結像レンズ114と、結像レンズ114の結像位置に配置された撮像素子115とを主に備えて構成される。また、図示されていないが、撮像対象物の上面側から照明光を照射して撮像対象物を均一に照明する測定用光源が備えられている。
The imaging
本実施の形態では、撮像対象物として薄板状をなし可視光に対して透明体となるサファイア基板(サファイアワーク)を例に説明するが、ガラス基板(石英:SiO2)、LT基板(タンタル酸リチウム:LiTaO3、透明波長領域270〜5,500nm)等のその他の板状の透明体基板にも適用可能である。また、透明体だけでなく非透明体からなる半導体ウエーハを撮像対象物とすることもできる。 In the present embodiment, a sapphire substrate (sapphire work) that is thin plate-like and is transparent with respect to visible light will be described as an example of an imaging object. However, a glass substrate (quartz: SiO 2 ), an LT substrate (tantalic acid) The present invention can also be applied to other plate-like transparent substrates such as lithium: LiTaO 3 , transparent wavelength region 270 to 5,500 nm). Further, not only a transparent body but also a semiconductor wafer made of a non-transparent body can be used as an imaging object.
図2(b)に示すように、第一のシリンドリカルレンズ111は、図1に示すX方向にのみ光を屈折させる平凸型シリンドリカルレンズで構成され、第一の開口数NA1を有している。第一のシリンドリカルレンズ111の第一の開口数NA1が高い程、撮像対象物Mの厚さ方向(X,Y方向と直交するZ方向)の解像度が高くなるため、より薄いワークのエッジ位置も検出することが出来る。たとえば、第一の開口数NA1は0.3〜0.4程度に設定することで厚さ数10μmのワークのエッジも検出することができる。
As shown in FIG. 2B, the first
第二のシリンドリカルレンズ112は、図1に示すX方向と直交するY方向にのみ光を屈折させる平凸型シリンドリカルレンズで構成され、図2(a)に示すように第一の開口数NA1よりも小さい第二の開口数NA2を有している。第一の開口数NA1が0.3〜0.4の場合には、第二のシリンドリカルレンズ12の有する第二の開口数NA2は、0.02〜0.03に設定することができる。第二のシリンドリカルレンズ112の開口数を大きくすると分解能が上がり、小さくすると撮像範囲(Y方向)が広がる。第二のシリンドリカルレンズ112は、第2の開口数NA2を0.02〜0.03に設定した場合、Y方向の分解能が50〜100μm程度になる。
The second
第1の開口数NA1はZ方向の焦点深度を狭くするために開口数をある程度大きくする必要があり、第2の開口数NA2はY方向の撮像範囲を広げるために開口数をある程度小さくする必要がある。よって、第2の開口数NA2を第1の開口数NA1よりも小さくすることで、Z方向の焦点深度を狭くしてエッジ判定精度を高くでき、Y方向に十分な長さの撮像範囲を確保できる。 The first numerical aperture NA1 needs to be increased to some extent in order to narrow the depth of focus in the Z direction, and the second numerical aperture NA2 needs to be decreased to some extent in order to widen the imaging range in the Y direction. There is. Therefore, by making the second numerical aperture NA2 smaller than the first numerical aperture NA1, the depth of focus in the Z direction can be narrowed to increase the edge determination accuracy, and a sufficiently long imaging range is ensured in the Y direction. it can.
マスク113は、第二のシリンドリカルレンズ112の凸面と結像レンズ114との間に配置されている。図2(a)に示すように、第二のシリンドリカルレンズ112の凸面から出射した反射光が、第二のシリンドリカルレンズ112の凸面から所定距離離れた位置で交差する。この交差領域にマスク113を配置している。マスク113の開口範囲と第一及び第二のシリンドリカルレンズ111、112の焦点距離とによって開口数が決まる。マスク113によって撮像対象物Mからの反射光を制限する。なお、図1には、マスク113の開口部113aだけが図示されている。
The
結像レンズ114は、マスク113を通過した撮像ラインLからの反射光を撮像素子115上に結像させる。マスク113を通過した撮像ラインLからのY方向に長い反射光が入射するように結像レンズ114の配置及び口径が設定される。結像レンズ114は、各種の収差が補正された組合せレンズを用いることが望ましいが、収差が問題とならない場合は単レンズで構成しても良い。
The
撮像素子115は、結像レンズ114により結像した撮像ラインLに対してライン上の各位置での光量を電気信号に変換して出力する。撮像素子115から出力される撮像ラインL上の各位置での光量を表す電気信号は、図示していない制御部へ出力される。
The
制御部は、撮像素子115から撮像ラインLの撮像画像を取り込んでライン状の各位置の光量(輝度)と基準値とを比較し、比較結果に基づいてエッジ判定(形状認識ということもできる)を行う。
The control unit captures the captured image of the imaging line L from the
第一のシリンドリカルレンズ111の集光点を撮像対象物Mの表面に合わせ(図2(b))、かつ撮像ラインLが撮像対象物M上にある状態(エッジを含まない状態)で、撮像ラインLを撮像素子115上に結像して撮像する。このときに得られる撮像ラインLの任意位置での撮像画像の光量(輝度)を基準値とすることができる。又は、撮像ラインL上の各位置での光量(輝度)はほぼ同一であるので、平均輝度を基準にすることもできる。いずれにしても、第一のシリンドリカルレンズ111の集光点を撮像対象物Mの表面に合わせた状態で撮像される画像の光量(輝度)を基準として基準値を決定する。
Imaging is performed in a state where the condensing point of the first
一方、撮像ラインLのうち一部が撮像対象物Mのエッジよりも外側(エッジ外)にある場合、エッジ外では第一のシリンドリカルレンズ111の集光点に撮像対象物Mが存在しない。このため、第一のシリンドリカルレンズ111の集光点を撮像対象物Mの表面に合わせた状態では、撮像ラインLに含まれるエッジ外からの反射光は撮像素子115上において焦点の合っていないぼけ画像となる。撮像素子115が一様な照明光で照射された撮像環境下では、ぼけ画像は合焦画像に比べて光量(輝度)が著しく低下する。特に、第一のシリンドリカルレンズ111は高開口数である第一の開口数NA1を有するので、第一のシリンドリカルレンズ111の集光点から少しでも光軸方向にずれれば、撮像素子115に結像される像はピントのずれた画像となる。したがって、制御部において撮像ラインLの撮像画像から基準値よりも光量(輝度)が所定値以上低い画像が検出されれば、この画像を構成する画素位置に対応する撮像ラインLの該当箇所はエッジ外であると判定できる。
On the other hand, when a part of the imaging line L is outside the edge of the imaging object M (outside the edge), the imaging object M does not exist at the condensing point of the first
以上のように構成された本実施の形態の撮像光学系110では、撮像対象物Mの表面と第一のシリンドリカルレンズ111の平面とを対向させ、第一のシリンドリカルレンズ111の集光点を撮像対象物Mの表面に合わせた状態で、撮像ラインLの像を撮像素子115に結像させて撮像する。第一のシリンドリカルレンズ111の光軸方向の位置を保ったまま、撮像対象物Mと撮像光学系110とをX方向へ相対移動させ、撮像対象物MのX方向の外周部まで確実に含む範囲で走査する。X方向の1ライン分の走査が終了したら、Y方向へ1ラインシフトして同様にX方向に走査する。撮像対象物MのY方向の外周部まで確実に含む範囲でY方向の走査を行う。
In the imaging
本実施の形態では、薄板状の撮像対象物Mの厚さに対して十分な解像度(第一の開口数NA1)の第一のシリンドリカルレンズ111が用いられている。このため、図2(b)に例示するように、第一のシリンドリカルレンズ111の集光点が撮像対象物Mの表面に合っている状態では、撮像画像輝度は基準値となるが、撮像対象面が第一のシリンドリカルレンズ111の集光点から光軸方向となる撮像対象物Mの厚さ方向に少しでもずれると、当該撮像位置に対応した撮像画像がぼけて輝度が基準値よりも所定値以上に低くなる。
In the present embodiment, the first
したがって、上記したように得られた撮像画像は、撮像対象物Mのエッジを境界にして、エッジ外は撮像画像がぼけて一様に輝度が基準値よりも所定値以上低くなる。制御部では撮像ラインLの撮像画像に対してライン毎にライン方向に各画素の輝度判定を行うことで、エッジ領域を確実に検出できる。 Therefore, the captured image obtained as described above has the edge of the imaging object M as a boundary, the captured image is blurred outside the edge, and the luminance is uniformly lower than the reference value by a predetermined value or more. The controller can reliably detect the edge region by determining the luminance of each pixel in the line direction for each line of the captured image of the imaging line L.
また、本実施の形態によれば、第一のシリンドリカルレンズ111の集光点を撮像対象物Mの表面に合わせて撮像し、撮像対象物Mのエッジ外では反射面が集光点から光軸方向へずれてぼけることを利用してエッジ検出しているので、撮像対象物Mが測定用光源の波長に対して透明度が高くても確実にエッジ検出を行うことができる。
Further, according to the present embodiment, the condensing point of the first
次に、以上のように構成された撮像光学系110を備えた加工装置の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、レーザー加工装置について例示するが、切削ブレードを用いてワークを切断する加工装置にも適用可能である。
Next, an embodiment of a processing apparatus including the imaging
最初に、一般に撮像が困難な薄板型の透明体ワークの一例として、サファイアワークW(被加工物)について簡単に説明する。
図8は、環状フレームに複数のサファイアワークを固定した被加工物組立体Hの斜視図である。サファイアワークWは、略円板状に形成されており、サファイア基板の表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域に区画され、この区画された領域に光デバイス63が形成されている。また、サファイアワークWは、貼着テープ64を介して環状フレーム65に支持され、被加工物組立体Hとして図示しないカセット内に収容された状態で加工装置1の載置板11に載置される。
First, a sapphire workpiece W (workpiece) will be briefly described as an example of a thin plate-type transparent workpiece that is generally difficult to image.
FIG. 8 is a perspective view of a workpiece assembly H in which a plurality of sapphire workpieces are fixed to an annular frame. The sapphire workpiece W is formed in a substantially disc shape, and is partitioned into a plurality of regions by division lines arranged in a lattice pattern on the surface of the sapphire substrate, and the
以下、本実施の形態に係る加工装置の構成及び動作について説明する。
図3は本発明の実施の形態に係る加工装置の外観斜視図であり、図4は図3に示す加工装置を図3に示す状態とは反対側から見た外観斜視図である。
Hereinafter, the configuration and operation of the processing apparatus according to the present embodiment will be described.
3 is an external perspective view of the processing apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an external perspective view of the processing apparatus shown in FIG. 3 viewed from the side opposite to the state shown in FIG.
図3に示すように、加工装置1は、内部に加工空間を形成する筐体2を有し、筐体2の内部にはレーザー光線照射ユニット15(加工ユニット)が収容されている(図4、5参照)。加工装置1には、サファイアワークWを筐体2内に取り込むチャックテーブル13が備えられている。図3には、チャックテーブル13を筺体2外部に移動させて筐体2の前方で待機させた状態を示しており、本実施の形態においては図3に示すチャックテーブル13の位置する場所がチャックテーブル13に被加工物組立体H(サファイアワークW)を保持させる保持場所となる。筐体2の前方には、筐体2外部に移動したチャックテーブル13に隣接して、サファイアワークWが収納されたカセットが載置される載置板11と、載置板11を昇降させることにより、高さ方向における被加工物組立体Hの位置を調整する載置板昇降機構4を備える。
As shown in FIG. 3, the processing apparatus 1 includes a
また、筐体2の前面部2aには、載置板11に載置されたカセットと一対のガイドレール16との間の被加工物組立体Hの受け渡しを行うプッシュプルアーム6が設けられている。保持場所に位置付けられたチャックテーブル13の上側に互いに対向する様に設けられた一対のガイドレール16は互いに離間・接近可能に構成されている。また、一対のガイドレール16の上側には一対のガイドレール16とチャックテーブル13との間の被加工物組立体Hの受け渡しを行う受渡し機構17が設けられている。受渡し機構17は被加工物組立体Hの環状フレーム65を保持する保持部18が先端に設けられ、保持部18を昇降させる保持部昇降機構19を有する。さらに、筐体2の一側面2bには、加工装置1を制御するための各種加工条件を設定するためのタッチパネル式のモニター9が設けられている。
In addition, a push-pull arm 6 for delivering the workpiece assembly H between the cassette placed on the
図5はレーザー光線照射ユニット15の加工ヘッドとチャックテーブル13をX方向及びY方向へ移動させる移動機構とを抜き出した状態を示す図である。移動機構20は、Y軸方向に配設された一対のY軸ガイドレール22a,22bと、Y軸ガイドレール22a,22bに沿ってY軸方向に移動自在に設けられたY軸テーブル23とを備える。Y軸テーブル23の背面側には、図示しないナット部が形成され、ナット部にボールネジ24が螺合されている。そして、ボールネジ24の端部には、駆動モータ25が連結され、駆動モータ25によりボールネジ24が回転駆動される。
FIG. 5 is a view showing a state in which the machining head of the laser
また、移動機構20は、Y軸テーブル23上にY軸方向と直交するX軸方向に形成された一対のX軸ガイドレール26a,26bと、X軸ガイドレール26a,26bに沿ってX軸方向へ移動自在に設けられたX軸テーブル27とを備える。X軸テーブル27の背面側には、図示しないナット部が形成され、ナット部にボールネジ28が螺合されている。そして、ボールネジ28の端部には、駆動モータ29が連結され、駆動モータ29によりボールネジ28が回転駆動される。
Further, the moving
X軸テーブル27上にチャックテーブル13が設置されている。チャックテーブル13は、テーブル支持部31と、テーブル支持部31の上部に設けられた加工予定ラインであるストリートを持つワークWを吸着保持するウエーハ保持部32と、環状フレーム65を保持するフレーム保持部33とを備える。テーブル支持部31の内部には、ウエーハ保持部32にワークWを吸着保持させる吸引源が設けられている。
A chuck table 13 is installed on the X-axis table 27. The chuck table 13 includes a
また、筺体2内においてチャックテーブル13よりも上方位置にレーザー光線照射ユニット15のレーザー加工ヘッド34が配置されている。レーザー光線照射ユニット15は、レーザー加工ヘッド34のZ軸方向の位置を調整する加工ヘッド用Z軸調整機構を備える。加工装置1は、移動機構20がレーザー光線照射ユニット15と被加工物組立体Hを保持したチャックテーブル13とを相対移動させてサファイアワークWを切断するように構成されている。
Further, the
図6はサファイアワークWの撮像及び形状認識を行う形状認識機構51の設置場所を示す図である。形状認識機構51は、上述した撮像光学系110を備えている。図7に示すように、チャックテーブル13に固定された被加工物組立体Hを保持場所からレーザー光線照射ユニット15によるレーザー加工の加工領域まで搬送する経路上に配置されている。すなわち、レーザー加工の障害とならない位置であって、被加工物組立体Hが保持場所から加工領域に到達するよりも手前に形状認識機構51を配置している。これにより、移動機構20がサファイアワークWを保持場所から加工領域まで搬送する過程で、チャックテーブル13に固定された被加工物組立体HにおけるサファイアワークWの輪郭情報を取得することができ、サファイアワークWがレーザー光線照射ユニット15の加工領域まで搬送されたときには、サファイアワークWの形状認識を終了することができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an installation place of the shape recognition mechanism 51 that performs imaging and shape recognition of the sapphire workpiece W. The shape recognition mechanism 51 includes the imaging
次に、以上のように構成された加工装置による加工動作について説明する。
載置板11上に被加工物組立体Hが装填されているカセットが載置され、載置板11上に載置されたカセットの所定位置に収容されている被加工物組立体Hが、載置板昇降機構4によって所定の高さに位置付けられる。所定の高さに位置付けられた被加工物組立体Hはプッシュプルアーム6によって一対のガイドレール16上に引き出され、受渡し機構17によってチャックテーブル13上へ受け渡される。チャックテーブル13上に被加工物組立体Hが載置されたならば、環状フレーム65の外周縁部の一部がフレーム保持部33によって固定され、さらに図示しない吸引源が作動してサファイアワークWを貼着テープ64を介してチャックテーブル13上に吸引保持する。被加工物組立体Hを保持したチャックテーブル13は、移動機構20によってサファイアワークWをチャックテーブル13上に保持した保持場所から筺体2内部の加工領域(図7)に向けて移動させられる。
Next, the machining operation by the machining apparatus configured as described above will be described.
A workpiece assembly H loaded on the mounting
サファイアワークWが筺体2内の加工領域へ移動する途中で、形状認識機構51の直下を通過する。このときに、形状認識機構51に備えられている撮像光学系110によってサファイアワークWの全体が撮像される。
The sapphire workpiece W passes directly under the shape recognition mechanism 51 while moving to the machining area in the
図示していない撮像用Z軸調整機構は、レーザー加工ヘッド34をZ方向へ移動することにより、第一のシリンドリカルレンズ111の集光点をサファイアワークWの表面に合わせる。第一のシリンドリカルレンズ111の集光点がサファイアワークWの表面に合っているか否かは、撮像素子115に結像された像の輝度から制御部が判断し、撮像用Z軸調整機構を制御して合焦状態にセットするようにしても良い。
An imaging Z-axis adjusting mechanism (not shown) moves the
本例では、撮像光学系110のY方向の撮像範囲である撮像ラインLが、チャックテーブル13の直径より長い寸法に設定されている(図6、図7)。したがって、サファイアワークWをX方向へ移動するだけで、複数のサファイアワークWの撮像が完了する。
In this example, the imaging line L that is the imaging range in the Y direction of the imaging
図示されていない制御部は、チャックテーブル13(サファイアワークW)が形状認識機構51の下方を通過する際、チャックテーブル13のX方向の先頭部が第一のシリンドリカルレンズ111を横切る前に、撮像光学系110に対して撮像開始指示を与える。また、チャックテーブル13のX方向の後端部が第一のシリンドリカルレンズ111を完全に通過してから、撮像光学系110に対して撮像終了指示を与える。制御部は、チャックテーブル13上に保持されている複数のサファイアワークWの撮像画像を撮像素子115から取り込み、各サファイアワークWのエッジを検出して、個々のサファイアワークWの形状認識を行う。
When the chuck table 13 (sapphire workpiece W) passes below the shape recognition mechanism 51, the control unit (not shown) takes an image before the top of the chuck table 13 in the X direction crosses the first
上述したように、撮像光学系110は、第一のシリンドリカルレンズ111の集光点を撮像対象物Mの表面に合わせて撮像し、撮像対象物Mのエッジ外では反射面が集光点から光軸方向へずれてぼけるので、透明体からなる薄板状のワークであっても、制御部において撮像画像の光量を基準値と比較するだけで確実に個々のサファイアワークWのエッジを検出することができる。
As described above, the imaging
制御部は、個々のサファイアワークWの形状認識結果に基づいて、各サファイアワークWの輪郭のX座標、Y座標を求め、サファイアワークWに形成されている各ストリートのX方向長さとY方向長さを求める。 The control unit obtains the X and Y coordinates of the outline of each sapphire workpiece W based on the shape recognition result of each sapphire workpiece W, and the X-direction length and Y-direction length of each street formed on the sapphire workpiece W. I ask for it.
サファイアワークWを保持したチャックテーブル13が加工領域(図7)まで移動させられたならば、制御部が、サファイアワークWの形状認識情報に基づいて、移動機構20を駆動制御してX方向及びY方向の精密位置合わせを行う。レーザー光線照射ユニット15のレーザー加工ヘッド34の光軸が、加工対象となるサファイアワークWの加工開始点となるストリートの端部に精密に位置合わせされる。図示していない加工ヘッド用Z軸調整機構によりレーザー光線照射ユニット15の加工ヘッド34をサファイアワークWに所定距離まで接近させ、チャックテーブル3をレーザー加工方向に所定の送り速度で移動することにより、チャックテーブル13上に保持された加工対象のサファイアワークWはレーザー加工ヘッド34により所定のストリートに沿って加工される。所定のストリートに沿って加工したら、チャックテーブル13をストリートの間隔だけ割り出し送りし、上記加工作業を実施する。そして、加工対象のサファイアワークWの所定方向に延在するストリートの全てに沿って加工作業を実施したならば、X方向又はY方向に隣接するサファイアワークWを次の加工対象として上記同様の位置合わせを行う。全てのサファイアワークWについてX方向又はY方向の加工が終了したら、チャックテーブル13を90度回転させて、最初に加工対象となるサファイアワークWについて先に加工した方向と直交する方向に延在するストリートに沿って加工作業を実行する。この結果、サファイアワークWに格子状に形成された全てのストリートが加工される。残りのサファイアワークWについても同様にストリートに沿って加工作業を実行する。
If the chuck table 13 holding the sapphire workpiece W is moved to the machining area (FIG. 7), the control unit drives and controls the moving
なお、加工には溝加工や切断加工などが挙げられるが、仮にチップが切断されても貼着テープ64の作用によってチップはバラバラにはならず、環状フレーム65に支持されたサファイアワークWの状態が維持されている。
The processing includes groove processing, cutting processing, and the like, but even if the chip is cut, the chip does not fall apart by the action of the
上述したようにサファイアワークWに形成されたストリートに沿って加工作業が終了したら、チャックテーブル13は最初に被加工物組立体Hを吸引保持した保持場所へ戻される。そして、チャックテーブル13に吸引保持された被加工物組立体Hは受渡し機構17と一対のガイドレール16とプッシュプルアーム6によって、カセット内に再び収容される。
When the machining operation is completed along the street formed on the sapphire workpiece W as described above, the chuck table 13 is first returned to the holding place where the workpiece assembly H is sucked and held. The workpiece assembly H sucked and held on the chuck table 13 is again accommodated in the cassette by the
本実施の形態によれば、高開口数の第一のシリンドリカルレンズ111の集光点を被加工物の表面に合わせて撮像しその撮像画像の輝度変化からエッジ検出しているので、被加工物が光を透過する透明体であっても確実にエッジ検出を行うことができ、高い精度で加工ユニットと被加工物との位置合わせを行うことができる。
According to the present embodiment, the condensing point of the first
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is illustrative in all respects and is not limited to this embodiment. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
本発明は、可視光に対して透明体で薄板状をなすサファイア基板等のワークを撮像対象物とする撮像光学系及び撮像対象物を形状認識して位置合わせする加工装置に適用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to an imaging optical system that uses a workpiece such as a sapphire substrate that is transparent and thin with respect to visible light as an imaging target, and a processing apparatus that recognizes the shape of the imaging target and aligns it.
1 加工装置
2 筐体
4 載置板昇降機構
6 プッシュプルアーム
11 載置板
13 チャックテーブル
15 レーザー光線照射ユニット(加工ユニット)
16 ガイドレール
17 受渡し機構
18 保持部
19 保持部昇降機構
20 移動機構
22a,22b Y軸ガイドレール
23 Y軸テーブル
24 ボールネジ
25 駆動モータ
26a,26b X軸ガイドレール
27 X軸テーブル
28 ボールネジ
29 駆動モータ
31 テーブル支持部
32 ウエーハ保持部
33 フレーム保持部
65 環状フレーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
16
Claims (3)
光の屈折方向が前記X方向と直交するY方向となるように配置され、前記第一のシリンドリカルレンズを透過した前記反射光が入射する第二のシリンドリカルレンズと、
前記第二のシリンドリカルレンズを透過した前記反射光のうち撮像ラインとなる所定領域からの反射光だけを通過させるマスクと、
前記マスクを通過した前記撮像対象物からの反射光を結像させる結像レンズと、
前記結像レンズの結像位置に設けられ、結像された前記撮像ラインを撮像する撮像素子と、を具備し、
前記第一のシリンドリカルレンズの有する第一の開口数が、前記第二のシリンドリカルレンズの有する第二の開口数よりも大きく、前記第一のシリンドリカルレンズの集光点を前記撮像対象物の表面高さに合わせた状態で、前記撮像対象物と前記第一のシリンドリカルレンズとを相対的にX方向へ移動することを特徴とする撮像光学系。 A first cylindrical lens disposed opposite to the imaging object and refracting reflected light incident on the imaging object after being reflected in the X direction;
A second cylindrical lens that is arranged so that a light refraction direction is a Y direction orthogonal to the X direction, and the reflected light that has passed through the first cylindrical lens enters;
A mask that allows only reflected light from a predetermined region to be an imaging line among the reflected light transmitted through the second cylindrical lens, and
An imaging lens that forms an image of reflected light from the imaging object that has passed through the mask;
An imaging element provided at an imaging position of the imaging lens and imaging the imaged imaging line;
The first numerical aperture of the first cylindrical lens is larger than the second numerical aperture of the second cylindrical lens, and the condensing point of the first cylindrical lens is set to the surface height of the imaging object. In this state, the imaging optical system moves the imaging object and the first cylindrical lens relatively in the X direction.
前記チャックテーブルを、当該チャックテーブルに前記被加工物を保持させた保持場所から加工領域まで移動させ、当該加工領域において前記チャックテーブルと前記加工ユニットとを相対移動させる移動機構と、
前記チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工ユニットと、
前記チャックテーブルに保持された被加工物を撮像対象物とする請求項1記載の撮像光学系と、を具備し、
前記撮像光学系を介して取り込まれた前記被加工物の撮像画像から前記被加工物を形状認識し、形状認識結果に基づいて前記チャックテーブルに保持された被加工物と前記加工ユニットとを位置合わせすることを特徴とする加工装置。 A chuck table for holding a flat workpiece,
A moving mechanism for moving the chuck table from a holding place where the workpiece is held by the chuck table to a machining area, and relatively moving the chuck table and the machining unit in the machining area;
A processing unit for processing a workpiece held on the chuck table;
The imaging optical system according to claim 1, wherein the workpiece held on the chuck table is an imaging object.
The shape of the workpiece is recognized from the captured image of the workpiece taken in via the imaging optical system, and the workpiece held on the chuck table and the processing unit are positioned based on the shape recognition result. A processing apparatus characterized by combining.
The processing apparatus according to claim 2, wherein the imaging optical system is disposed on a path through which the moving mechanism moves the chuck table from the holding place to a processing region.
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