JP2017135437A

JP2017135437A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2017135437A
Application number: JP2016011260A
Authority: JP
Inventors: 優爾中西; Yuji Nakanishi
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-08-03

Abstract

【課題】撮像対象物の表面状態に合わせて適切な撮像条件で撮像対象物を撮像すること。【解決手段】撮像対象物（Ｏ）の表面を撮像する撮像装置（２０）が、撮像対象物に対して斜め上方から側射照明するリング照明部（３２）と、リング照明部の中心部の空間に配設された光学系の対物レンズ（２４）と、撮像対象物で反射された光を対物レンズを介して受光するイメージセンサ（２７）と、リング照明部と撮像対象物の間に配置されたリング状偏光フィルタ（５１）と、リング状偏光フィルタをリング照明部の撮像対象物側に着脱自在に装着するフィルタアダプタ（４１）とを備える構成にした。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像対象物の表面を撮像する撮像装置に関する。

撮像対象物としての半導体ウエーハの表面は格子状のストリートによって複数に区画されており、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスが形成されている。半導体デバイス工程においては、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することで、デバイス毎に分割した半導体チップを製造している。半導体ウエーハの分割は、その分割に先立ち、半導体ウエーハの表面を撮像装置によって撮像し、パターンマッチング等の画像処理によってアライメントして分割すべきストリートを検出している（例えば、特許文献１参照）。

特開平３−０２７０４３号公報

しかしながら、例えば、表面が白色等で光源からの光がハレーションしやすい撮像対象物の表面パターンを撮像する際には、表面の乱反射等によってコントラストが弱くなりパターンが認識し難くなっていた。よって、撮像対象物の表面状態によっては適切なアライメントが困難になっていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、撮像対象物の表面状態に合わせて適切に撮像することができる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、撮像対象物の表面を撮像する撮像装置であって、底面に形成された撮像開口と、該撮像開口を複数の発光体で囲繞して撮像対象物に斜め上方からの光をリング状に照射するリング照明部と、該リング照明部の中心部の空間に該撮像開口に臨ませて配設された光学系の対物レンズと、少なくとも該リング照明部から照射され撮像対象物で反射した光を受光するイメージセンサと、該リング照明部に対応したリング形状のリング状偏光フィルタと、該リング状偏光フィルタを該リング照明部の該撮像対象物側に着脱自在に装着するフィルタアダプタとを備え、該撮像対象物に対応したリング状偏光フィルタが装着可能なこと、を特徴とする。

この構成によれば、撮像開口の真下に位置する撮像対象物の表面がリング照明部によって周囲から照らされるため、照明ムラを減らした状態で撮像することができる。このリング照明部の撮像対象物側には、フィルタアダプタによってリング状偏光フィルタが着脱自在であり、リング状偏光フィルタを通過した光で撮像対象物の表面が照明される。よって、撮像対象物の表面において撮像ターゲットと背景のコントラストが明確になるようなリング状偏光フィルタを選択して、リング照明部の撮像対象物側に装着することで、撮像対象物の表面状態に合わせた最適な撮像条件で撮像することができる。

本発明の撮像装置において、該リング状偏光フィルタの上面又は側面には位置合わせ用マークが形成され、該フィルタアダプタには、該リング状偏光フィルタを、該位置合わせ用マークを所定角度に合わせて載置する目盛りが形成されている。

本発明によれば、フィルタアダプタによってリング照明部の撮像対象物側にリング状偏光フィルタを着脱自在にしたことで、撮像対象物の表面状態に合ったリング状偏光フィルタを選択して最適な撮像条件で撮像ターゲットを撮像することができる。

本実施の形態の撮像装置の斜視図である。本実施の形態の撮像装置の部分断面図である。本実施の形態のフィルタアダプタ及びリング状偏光フィルタの平面図である。本実施の形態のフィルタアダプタの装着作業の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の撮像装置の斜視図である。なお、図１においては、ミクロ用の撮像装置とマクロ用の撮像装置を併設した構成を例示しているが、ミクロ用の撮像装置及びマクロ用の撮像装置が別体に形成されていてもよい。

図１に示すように、撮像ユニット１は、パターンマッチング等のアライメントに使用され、撮像対象物Ｏの表面の撮像ターゲット（アライメントマーク）を撮像するように構成されている。撮像ユニット１の撮像カバー１０には、撮像領域を高倍率で撮像するミクロ用の撮像装置２０と、撮像領域を低倍率で撮像するマクロ用の撮像装置６０とが取り付けられている。撮像ユニット１は、マクロ用の撮像装置６０で低倍率な撮像画像によるマクロアライメントを実施した後に、ミクロ用の撮像装置２０で高倍率な撮像画像によるミクロアライメントを実施する。

各撮像装置２０、６０の鏡筒２１、６１の側面には同軸落射照明用の光ファイバー２２、６２が取り付けられ、各撮像装置２０、６０の鏡筒２１、６１の下部には側射照明用の照明ケース３１、７１が取り付けられている。各撮像装置２０、６０は、光ファイバー２２、６２による同軸落射照明と照明ケース３１、７１内の発光体による側射照明とを組み合わせて撮像対象物Ｏの表面を撮像している。同軸落射照明により各撮像装置２０、６０の光軸と同軸方向から撮像対象物Ｏが均一に照明され、側射照明により各撮像装置２０、６０の光軸に対して斜め方向から撮像対象物Ｏが立体的に照明される。

ところで、一般的な撮像装置では、同軸落射照明と側射照明とを組み合わせて照明しても、撮像対象物Ｏの表面状態によっては散乱光等で撮像ターゲットと背景のコントラストが曖昧に撮像される可能性がある。撮像対象物Ｏの表面形状、色、材質等の表面状態で反射状態が変わるため、複数種類の偏光フィルタを用意しなければならない。この場合、撮像対象物Ｏの表面状態に応じた偏光フィルタの取付作業や、偏光フィルタの偏光軸の調整作業が煩わしいものになっていた。

そこで、本実施の形態の撮像装置２０では、撮像対象物Ｏの表面状態に合った偏光フィルタ（リング状偏光フィルタ５１）を選択して、フィルタアダプタ４１を介して偏光フィルタを撮像カバー１０に着脱自在にしている。事前に撮像対象物Ｏの種別毎に偏光フィルタを用意して、偏光フィルタの偏光軸を調整しておくことで、フィルタアダプタ４１を着脱するだけで最適な撮像条件で撮像対象物Ｏの表面が撮像される。よって、偏光フィルタの取付作業を簡略化すると共に、偏光フィルタの偏光軸の調整作用を無くして、オペレータの作業負担を軽減することができる。

以下、図２及び図３を参照して、本実施の形態の撮像装置について詳細に説明する。図２は、本実施の形態の撮像装置の部分断面図である。図３は、本実施の形態のフィルタアダプタ及びリング状偏光フィルタの平面図である。なお、説明の便宜上、図２にはミクロ用の撮像装置だけを図示している。また、図３Ａはフィルタアダプタ及びリング状偏光フィルタの上面図を示し、図３Ｂはフィルタアダプタ及びリング状偏光フィルタの断面図を示している。

図２に示すように、撮像装置２０は、撮像カバー１０の内側に取り付けられており、撮像カバー１０の底面に形成された開口１１を通じて撮像対象物Ｏからの反射光を取り込むように形成されている。撮像装置２０の鏡筒２１の側部には同軸落射照明用の光ファイバー２２が取り付けられており、光ファイバー２２を通じてＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光体（不図示）からの光が鏡筒２１内に伝搬される。鏡筒２１内にはハーフミラー２３が内蔵されており、ハーフミラー２３によって光ファイバー２２からの光が鏡筒２１の下部の対物レンズ２４の光軸と平行に反射される。これにより、光ファイバー２２によって撮像対象物Ｏの表面が真上から照明される。

また、撮像装置２０の鏡筒２１の下部には側射照明用の照明ケース３１が取り付けられており、照明ケース３１の底面中央には撮像開口２５が形成されている。照明ケース３１の内側には、複数の発光体で撮像開口２５を囲繞して撮像対象物Ｏに対して斜め上方からリング状に照射するリング照明部３２が収容されている。リング照明部３２は、複数の発光体としてＬＥＤ３３を周方向に整列させており、各ＬＥＤ３３には電源ケーブル３４を介して電源が接続されている。また、照明ケース３１の底面は、透明なリング板３５で形成されており、このリング板３５を通じてＬＥＤ３３から撮像対象物Ｏの表面が斜め上方から照明される。

このように、撮像開口２５の真下に位置する撮像対象物Ｏの表面がリング照明部３２の各ＬＥＤ３３によって周囲から照らされる。周方向に並んだ各ＬＥＤ３３から内側に向けて照明されるため、各ＬＥＤ３３からの光が重なり合って撮像開口２５の真下に円形の照明領域が形成される。照明領域の中央部分は、各ＬＥＤ３３からの光が重なり合って均等に照明されるため、ＬＥＤ３３のように指向性がある発光体であっても照明ムラを減らすことが可能になっている。なお、リング照明部３２の発光体はＬＥＤ３３等の電界発光タイプの発光体に限定されず、白熱発光タイプの発光体、放電発光タイプの発光体を使用してもよい。

鏡筒２１の下部には、リング照明部３２の中心部の空間に撮像開口２５に臨ませて、撮像対象物Ｏの表面に対向する光学系の対物レンズ２４が配設されている。鏡筒２１の上部には、同軸落射照明用の光ファイバー２２及び側射照明用のリング照明部３２から照射され、撮像対象物Ｏで反射された光を対物レンズ２４を介して受光するイメージセンサ２７が配設されている。イメージセンサ２７と鏡筒２１の間には、偏光軸が固定された固定偏光フィルタ２９が設けられている。リング照明部３２の下方の撮像カバー１０の側面には、偏光軸が可動可能なリング状偏光フィルタ５１用のスロット１２（図１参照）が形成されている。

撮像カバー１０のスロット１２（図１参照）には、リング状偏光フィルタ５１が取り付けられたフィルタアダプタ４１が差し込まれる。リング状偏光フィルタ５１は、リング照明部３２と同等形状のリング形状に形成されており、リング照明部３２の各ＬＥＤ３３からの光を全周に亘って偏光している。フィルタアダプタ４１は、スロット１２に差し込まれることで、リング照明部３２の撮像対象物Ｏ側にリング状偏光フィルタ５１を着脱自在に装着する。リング照明部３２からの光は、リング状偏光フィルタ５１、固定偏光フィルタ２９の２枚の偏光板を通過してイメージセンサ２７に受光される。

このとき、固定偏光フィルタ２９の偏光軸に対するリング状偏光フィルタ５１の偏光軸の角度を変えることによって、イメージセンサ２７の受光量が調整されると共に、散乱光等のノイズがカットされる。リング状偏光フィルタ５１として波長選択性偏光板が使用されている場合には、リング照明部３２からの光の特定波長帯域だけが透過される。例えば、撮像対象物Ｏの表面において撮像ターゲットの色と背景色とのコントラストが明確になるような特定波長帯域を透過させることができる。このように、フィルタアダプタ４１によって撮像対象物Ｏの表面状態に合わせたリング状偏光フィルタ５１を装着できる。

図３に示すように、フィルタアダプタ４１は、撮像カバー１０（図２参照）の外側面に固定される側板４２とフィルタホルダ４６が設けられた底板４３とによって断面視Ｌ字状に形成されている。底板４３には円形開口４４が形成されており、フィルタホルダ４６には底板４３の円形開口４４と同軸に取付開口４７が形成されている。取付開口４７の内周面にはＯリング４８を挟んでリング状偏光フィルタ５１が取り付けられている。フィルタホルダ４６の取付開口４７よりも底板４３の円形開口４４が小さいため、取付開口４７から内側に食み出した底板４３によってリング状偏光フィルタ５１が下方から支持される。

リング状偏光フィルタ５１は、特定の向きに偏光軸を有するものであり、中央に円形開口５２を有するリング状に形成されている。リング状偏光フィルタ５１の上面には、偏光軸の向きを示す位置合わせマーク５３が設けられている。また、フィルタホルダ４６の上面には、位置合わせマーク５３を所定角度に合せる目盛り４９が設けられている。フィルタホルダ４６内でリング状偏光フィルタ５１を回して、位置合わせマーク５３を目盛り４９に合わせることで偏光軸の向きが所望の角度に調整される。このように、リング状偏光フィルタ５１の位置合わせマーク５３とフィルタホルダ４６の目盛り４９によって偏光軸が調整し易くなっている。

また、フィルタアダプタ４１が撮像カバー１０に取り付けられると、リング状偏光フィルタ５１の中心が対物レンズ２４の光軸に位置決めされると共にリング照明部３２の真下にリング状偏光フィルタ５１が位置決めされる（図２参照）。これにより、撮像カバー１０のスロット１２にフィルタアダプタ４１を差し込むだけで、リング状偏光フィルタ５１が適正位置に位置決めされるため、リング状偏光フィルタ５１の取付作業が簡略化されている。また、フィルタアダプタ４１がＯリング４８を挟んでフィルタホルダ４６にリング状偏光フィルタ５１が装着されているため、装着後のリング状偏光フィルタ５１のズレやガタツキが防止される。さらに、リング状偏光フィルタ５１を使用せずに撮像したい場合には、フィルタアダプタ４１によって直ぐにリング状偏光フィルタ５１を取り外すことが可能である。

続いて、図４を参照して、フィルタアダプタの装着作業について説明する。図４は、本実施の形態のフィルタアダプタの装着作業の説明図である。なお、図４Ａはフィルタアダプタの装着前の事前作業を示し、図４Ｂはフィルタアダプタの装着作業を示し、図４Ｃはフィルタアダプタの装着後の撮像動作を示している。

図４Ａに示すように、事前にオペレータによってリング状偏光フィルタ５１の偏光軸の調整施業が実施される。この場合、撮像装置２０（図４Ｂ参照）による撮像画像を確認しながら、リング状偏光フィルタ５１の位置合わせマーク５３がフィルタホルダ４６の目盛り４９に合わせられて、撮像画像における撮像ターゲットと背景のコントラストが調整される。この調整作業が撮像対象物Ｏ（図４Ｃ参照）の種別毎に実施され、各撮像対象物Ｏの表面状態に応じて撮像ターゲットと背景のコントラストが明確になるような複数のフィルタアダプタ４１が用意される。なお、波長選択性のリング状偏光フィルタ５１を用いることで、撮像ターゲットの色と背景色のコントラストを調整することも可能である。

次に、図４Ｂに示すように、撮像装置２０の下方に載置された撮像対象物Ｏ（図４Ｃ参照）の種類に応じて、撮像対象物Ｏの表面の撮像ターゲットと背景のコントラストが明確になるようなフィルタアダプタ４１が選択される。そして、フィルタアダプタ４１の底板４３上のフィルタホルダ４６が撮像カバー１０のスロット１２に差し込まれて、フィルタアダプタ４１の側板４２が撮像カバー１０の外側面にネジ止めされる。これにより、リング照明部３２の下側にフィルタホルダ４６が入り込んで、フィルタホルダ４６の内側のリング状偏光フィルタ５１がリング照明部３２の真下に位置付けられる。

このように、事前に撮像対象物Ｏの種別毎にフィルタアダプタ４１を用意しておくことで、フィルタアダプタ４１を着脱するだけで最適な撮像条件で撮像ターゲットを撮像することができる。そして、図４Ｃに示すように、光ファイバー２２からの光によってハーフミラー２３を介して撮像対象物Ｏの表面が同軸落射照明され、リング照明部３２からの光がリング状偏光フィルタ５１を透過して撮像対象物Ｏの表面が側射照明される。また、撮像対象物Ｏの表面からの反射光が対物レンズ２４を通じてイメージセンサ２７に受光される。これにより、イメージセンサ２７によってコントラストが明確な撮像ターゲットが撮像される。

以上のように、本実施の形態の撮像装置２０では、撮像開口２５の真下に位置する撮像対象物Ｏの表面がリング照明部３２によって周囲から照らされるため、照明ムラを減らした状態で撮像することができる。このリング照明部３２の撮像対象物Ｏ側には、フィルタアダプタ４１によってリング状偏光フィルタ５１が着脱自在であり、リング状偏光フィルタ５１を通過した光で撮像対象物Ｏの表面が照明される。よって、撮像対象物Ｏの表面において撮像ターゲットと背景のコントラストが明確になるようなリング状偏光フィルタ５１を選択して、リング照明部３２の撮像対象物Ｏ側に装着することで、撮像対象物Ｏの表面状態に合わせた最適な撮像条件で撮像することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態において、撮像装置２０が側射照明を偏光するリング状偏光フィルタ５１を備える構成にしたが、撮像装置２０がリング状偏光フィルタ５１に加えて、同軸落射照明を偏光する偏光フィルタを備えていてもよい。この場合、光ファイバー２２とハーフミラー２３の間にフィルタアダプタを介して同軸落射照明用の偏光フィルタが設けられてもよい。

また、上記した実施の形態において、撮像装置２０は加工装置によるアライメントに使用されるが、この構成に限定されない。撮像装置２０は、欠損検査、文字検査、外観検査等のアライメント以外の画像処理に使用されてもよい。

また、上記した実施の形態において、撮像装置２０は切削装置等の加工装置に搭載されることを前提としているが、この構成に限定されない。撮像装置２０は、画像処理を利用する装置に搭載可能であり、例えば検査装置等に搭載されてもよいし、撮像専用として独立した装置でもよい。

また、上記した実施の形態において、撮像対象物Ｏは焼結前の生セラミックや半導体ウエーハに限らず、撮像対象となるものであればよく、光デバイスウェーハ、ＣＳＰ基板、プリント基板等であってもよい。

また、上記した実施の形態において、撮像ユニット１がミクロ用の撮像装置２０とマクロ用の撮像装置６０を備える構成にしたが、撮像装置２０、６０のいずれか一方だけを備えていてもよい。

また、上記した実施の形態において、ミクロ用の撮像装置２０にのみフィルタアダプタ４１が装着される構成にしたが、この構成に限定されない。マクロ用の撮像装置６０にもフィルタアダプタが装着されてもよい。

また、上記した実施の形態において、リング状偏光フィルタ５１の上面に位置合わせマーク５３が設けられる構成にしたが、この構成に限定されない。位置合わせマーク５３は、フィルタアダプタ４１の目盛り４９に位置合わせ可能であればよく、リング状偏光フィルタ５１の側面に設けられていてもよい。

また、上記した実施の形態において、リング状偏光フィルタ５１の位置合わせマーク５３が変更軸の向きと一致する構成にしたが、この構成に限定されない。リング状偏光フィルタ５１の位置合わせマーク５３は偏光軸の向きと必ずしも一致している必要はない。

また、上記した実施の形態において、リング状偏光フィルタ５１に位置合わせマーク５３が設けられ、フィルタアダプタ４１に目盛りが設けられる構成にしたが、この構成に限定されない。リング状偏光フィルタ５１に位置合わせマーク５３が設けられず、フィルタアダプタ４１に目盛りが設けられていなくてもよい。

また、上記した実施の形態において、リング状偏光フィルタ５１がリング照明部３２と同等形状のリング状に形成される構成にしたが、この構成に限定されない。リング状偏光フィルタ５１はリング照明部３２に対応したリング形状に形成されていればよく、リング照明部３２からの光を偏光可能であれば、どのような形状に形成されていてもよい。

また、上記した実施の形態において、光ファイバー２２及びリング照明部３２に照明された撮像対象物Ｏからの反射光をイメージセンサ２７で受光する構成にしたが、この構成に限定されない。イメージセンサ２７は、少なくともリング照明部３２に照明された撮像対象物Ｏからの反射光を受光可能であればよい。すなわち、撮像装置２０は少なくともリング照明部３２を備えていればよい。

以上説明したように、本発明は、撮像対象物の表面状態に合わせて適切に撮像することができるという効果を有し、特に、表面が白色等で光源からの光がハレーションしやすい撮像対象物の表面を撮像する撮像装置に有用である。

１撮像ユニット
２０撮像装置
２４対物レンズ
２５撮像開口
２７イメージセンサ
２９固定偏光フィルタ
３２リング照明部
３３ＬＥＤ（発光体）
４１フィルタアダプタ
４６フィルタホルダ
４９目盛り
５１リング状偏光フィルタ
５３位置合わせマーク
Ｏ撮像対象物

Claims

撮像対象物の表面を撮像する撮像装置であって、
底面に形成された撮像開口と、該撮像開口を複数の発光体で囲繞して撮像対象物に斜め上方からの光をリング状に照射するリング照明部と、該リング照明部の中心部の空間に該撮像開口に臨ませて配設された光学系の対物レンズと、少なくとも該リング照明部から照射され撮像対象物で反射した光を受光するイメージセンサと、該リング照明部に対応したリング形状のリング状偏光フィルタと、該リング状偏光フィルタを該リング照明部の該撮像対象物側に着脱自在に装着するフィルタアダプタとを備え、
該撮像対象物に対応したリング状偏光フィルタが装着可能なこと、を特徴とする撮像装置。
該リング状偏光フィルタの上面又は側面には位置合わせ用マークが形成され、
該フィルタアダプタには、該リング状偏光フィルタを、該位置合わせ用マークを所定角度に合わせて載置する目盛りが形成されている、
請求項１記載の撮像装置。