JP2022038528A - 加工装置 - Google Patents

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Shogo Matsuda
優一郎 林
Yuichiro Hayashi
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Abstract

Figure 2022038528000001
【課題】３次元画像を即座に生成できる加工装置を提供する。
【解決手段】加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段と、撮像手段８とを備える。撮像手段８は、ライトフィールドカメラ２２と、ライトフィールドカメラ２２が撮像した画像を記録する画像記録部２４と、画像記録部２４に記録された画像から２次元の多焦点画像を生成する２次元画像処理部２６と、多焦点画像を積層し３次元画像を生成する３次元画像処理部２８とを含む。ライトフィールドカメラ２２は、主レンズと、主レンズから取り入れた光を集光する複数のマイクロレンズが配設されたマイクロレンズアレーと、マイクロレンズアレーによって集光された光を撮像する画像センサーとから少なくとも構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、被加工物を保持する保持手段と、保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段と、撮像手段とを備えた加工装置に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、切削ブレードを備えた切削装置またはレーザー光線を照射するレーザー加工装置によって分割予定ラインに加工が施されて個々のデバイスチップに分割され、分割された各デバイスチップは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
そして、ウエーハの分割予定ラインに形成された切削溝またはレーザー加工溝を撮像手段によって撮像して加工結果を検査し、切削ブレードを交換したり、レーザー光線の出力を変更したりする等の加工条件を調整している。
切削溝またはレーザー加工溝を３次元で撮像することができれば、より多くの情報に基づいて適切に加工条件を調整することができることから、本出願人は、切削溝またはレーザー加工溝を３次元で撮像する技術を提案した（たとえば特許文献１参照）。
特開２０１５－９９０２６号公報
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術においては、３次元画像を生成するために撮像手段の焦点を移動させて多数の２次元画像を生成しなければならず、生産性の点で改善の余地がある。
上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、３次元画像を即座に生成できる加工装置を提供することである。
本発明は上記課題を解決するために以下の加工装置を提供する。すなわち、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段と、撮像手段とを備えた加工装置であって、該撮像手段は、主レンズと、該主レンズから取り入れた光を集光する複数のマイクロレンズが配設されたマイクロレンズアレーと、該マイクロレンズアレーによって集光された光を撮像する画像センサーと、から少なくとも構成されるライトフィールドカメラと、該ライトフィールドカメラが撮像した画像を記録する画像記録部と、該画像記録部に記録された画像から２次元の多焦点画像を生成する２次元画像処理部と、該多焦点画像を積層し３次元画像を生成する３次元画像処理部と、を含む加工装置を本発明は提供する。
好ましくは、該撮像手段は、該保持手段に保持された被加工物に形成された溝の３次元形状を該３次元画像処理部で生成する。該加工手段は、環状の切り刃を外周に備えた切削ブレードを回転可能に支持した回転軸を含む切削手段であるのが好適である。該加工手段は、レーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したレーザー光線を集光する集光器とを含むレーザー光線照射手段であるのが好都合である。
本発明の加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段と、撮像手段とを備え、該撮像手段は、主レンズと、該主レンズから取り入れた光を集光する複数のマイクロレンズが配設されたマイクロレンズアレーと、該マイクロレンズアレーによって集光された光を撮像する画像センサーと、から少なくとも構成されるライトフィールドカメラと、該ライトフィールドカメラが撮像した画像を記録する画像記録部と、該画像記録部に記録された画像から２次元の多焦点画像を生成する２次元画像処理部と、該多焦点画像を積層し３次元画像を生成する３次元画像処理部と、を含むので、ライトフィールドカメラによって撮像された単一の画像に基づいて３次元画像を即座に生成でき、生成性を向上させることできる。また、本発明の加工装置の画像記録部に記録された画像に基づいて、視点が異なる複数の３次元画像を生成することもできる。
本発明に従って構成された加工装置の斜視図。 図１に示す切削手段の斜視図。 レーザー光線照射手段の斜視図。 図１に示す撮像手段の模式図。 図４に示すライトフィールドカメラの模式図。 図４に示す２次元画像処理部によって生成された多焦点画像の模式図。 図４に示す３次元画像処理部によって生成された３次元画像の模式図。
以下、本発明に従って構成された加工装置の好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１を参照して説明すると、全体を符号２で示す加工装置は、被加工物を保持する保持手段４と、保持手段４に保持された被加工物に加工を施す加工手段６と、撮像手段８とを備える。
保持手段４は、図１に矢印Ｘで示すＸ軸方向に移動自在かつ回転自在に構成されたチャックテーブル１０を含む。チャックテーブル１０の上端部分には、吸引手段（図示していない。）に接続された多孔質の円形状吸着チャック１２が配置されている。チャックテーブル１０は、吸引手段で吸着チャック１２に吸引力を生成することにより、上面に載せられた被加工物を吸引保持する。また、チャックテーブル１０の周縁には、周方向に間隔をおいて複数のクランプ１４が配置されている。なお、図１に矢印Ｙで示すＹ軸方向はＸ軸方向に直交する方向であり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が規定する平面は実質上水平である。
図１および図２に示すとおり、図示の実施形態の加工手段６は、環状の切り刃１６ａを外周に備えた切削ブレード１６を回転可能に支持した回転軸１８を含む切削手段から構成されている。あるいは、図３に示すとおり、レーザー光線ＬＢを発振する発振器（図示していない。）と、発振器が発振したレーザー光線ＬＢを集光する集光器２０とを含むレーザー光線照射手段から加工手段が構成されていてもよい。
図１を参照することによって理解されるとおり、撮像手段８は、Ｘ軸方向におけるチャックテーブル１０の軌道の上方に配置されている。図４に示すとおり、撮像手段８は、ライトフィールドカメラ２２と、ライトフィールドカメラ２２が撮像した画像を記録する画像記録部２４と、画像記録部２４に記録された画像から２次元の多焦点画像を生成する２次元画像処理部２６と、多焦点画像を積層し３次元画像を生成する３次元画像処理部２８とを含む。また、図示の実施形態の撮像手段８は、保持手段４に保持された被加工物に形成された溝の３次元形状を３次元画像処理部２８で生成するようになっている。なお、２次元画像処理部２６によって生成された多焦点画像や、３次元画像処理部２８によって生成された３次元画像等は表示手段３０（図１参照。）に表示される。
図５を参照して、撮像手段８のライトフィールドカメラ２２について説明すると、ライトフィールドカメラ２２は、主レンズ３２と、主レンズ３２から取り入れた光を集光する複数のマイクロレンズ３４ａが配設されたマイクロレンズアレー３４と、マイクロレンズアレー３４によって集光された光を撮像する画像センサー３６とから少なくとも構成される。主レンズ３２、マイクロレンズアレー３４および画像センサー３６は、円筒状のハウジング３８に収容されている。
そして、ライトフィールドカメラ２２は、保持手段４に保持された被加工物を撮像して画像データを取得する。ライトフィールドカメラ２２が取得した画像データは画像記録部２４において記録され、この画像データに基づいて、多焦点画像（焦点の異なる複数の画像）や多視点画像（視点の異なる複数の画像）が２次元画像処理部２６によって生成される。また、多焦点画像に基づいて、３次元画像処理部２８において３次元画像が生成される。
なお、図示していないが、撮像手段８の照明手段は、たとえば、ハウジング３８の下面の外周部に周方向に間隔をおいて装着された複数個のＬＥＤ等の光源から構成され得る。あるいは、照明手段は、ハウジング３８の外周側に配置された光源と、主レンズ３２とマイクロレンズアレー３４との間に設置され、光源からの光を被加工物に導くと共に被加工物で反射した光を画像センサー３６に導くハーフミラーとを含む構成であってもよい。
ここで、加工装置２によって加工が施される被加工物について説明する。図１ないし図４には、被加工物としての円盤状のウエーハ４０が示されている。図２に示すとおり、ウエーハ４０の表面４０ａは格子状の分割予定ライン４２によって複数の矩形領域に区画され、複数の矩形領域のそれぞれにはＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス４４が形成されている。また、ウエーハ４０の周縁には、結晶方位を示すノッチ４６が形成されている。なお、図示の実施形態では、周縁が環状フレーム４８に固定された粘着テープ５０にウエーハ４０の裏面４０ｂが貼り付けられている。
図１を参照して加工装置２についての説明を続けると、加工装置２は、さらに、粘着テープ５０を介して環状フレーム４８に支持されたウエーハ４０を複数枚収容したカセット５２が載置される昇降自在なカセット載置台５４と、カセット５２から切削前のウエーハ４０を引き出し、仮置きテーブル５６まで搬出すると共に仮置きテーブル５６に位置づけられた切削済みのウエーハ４０をカセット５２に搬入する搬出入手段５８と、カセット５２から仮置きテーブル５６に搬出された切削前のウエーハ４０をチャックテーブル１０に搬送する第一の搬送手段６０と、切削済みのウエーハ４０を洗浄する洗浄手段６２と、切削済みのウエーハ４０をチャックテーブル１０から洗浄手段６２に搬送する第二の搬送手段６４とを備える。
加工装置２を用いて、ウエーハ４０を個々のデバイス４４ごとのデバイスチップに分割する際は、まず、搬出入手段５８によってカセット５２から仮置きテーブル５６に切削前のウエーハ４０を引き出した後、第一の搬送手段６０によって仮置きテーブル５６からチャックテーブル１０にウエーハ４０を搬送し、表面４０ａを上に向けてチャックテーブル１０の上面でウエーハ４０を吸引保持する。また、複数のクランプ１４で環状フレーム４８を固定する。次いで、チャックテーブル１０を撮像手段８の下方に移動させ、撮像手段８のライトフィールドカメラ２２によって上方からウエーハ４０を撮像する。加工装置２においては、ライトフィールドカメラ２２によって撮像した画像が記録され、記録された画像から２次元の多焦点画像を生成することができるので、ウエーハ４０を撮像する際に焦点を合わせる必要がなく、多焦点画像の中からウエーハ４０の表面４０ａに焦点が合った画像を得ることができる。
次いで、チャックテーブル１０を加工手段６の下方に移動させ、撮像手段８によって撮像されたウエーハ４０の画像に基づいて、分割予定ライン４２をＸ軸方向に整合させると共に、Ｘ軸方向に整合させた分割予定ライン４２の上方に切削ブレード１６を位置づける。次いで、図２に示すとおり、加工手段６を下降させ、Ｘ軸方向に整合させた分割予定ライン４２に、矢印αで示す方向に高速回転させた切削ブレード１６の切り刃１６ａをウエーハ４０の表面４０ａから裏面４０ｂに至るまで切り込ませると共に、加工手段６に対してチャックテーブル１０をＸ軸方向に加工送りして分割予定ライン４２に沿って切削溝６６を形成する切削加工を施す。次いで、分割予定ライン４２のＹ軸方向間隔の分だけ、チャックテーブル１０に対して加工手段６をＹ軸方向に割り出し送りしながら切削加工を繰り返し、Ｘ軸方向に整合させた分割予定ライン４２のすべてに切削溝６６を形成する。
次いで、ウエーハ４０の分割予定ライン４２に沿って形成された切削溝６６の状態を確認するため、チャックテーブル１０を撮像手段８の下方に移動させ、分割予定ライン４２に切削溝６６が形成されたウエーハ４０を撮像手段８のライトフィールドカメラ２２によって上方から撮像し、切削溝６６が形成されたウエーハ４０の画像データを画像記録部２４に記録する。
次いで、切削溝６６が形成されたウエーハ４０の画像データから２次元の多焦点画像を２次元画像処理部２６によって生成する。図６には、２次元画像処理部２６によって生成された同一視点における多焦点画像の模式図が示されている。図６（ａ）は切削溝６６の底の近傍に焦点を合わせた画像、図６（ｂ）は図６（ａ）の焦点よりも上方に焦点を合わせた画像、図６（ｃ）は図６（ｂ）の焦点よりも上方に焦点を合わせた画像、図６（ｄ）は図６（ｃ）の焦点よりも上方に焦点を合わせた画像である。なお、図６には、便宜上、焦点の上下方向位置が異なる４枚の画像が示されているが、２次元画像処理部２６においては、任意の枚数の２次元画像を生成することができる。
次いで、２次元画像処理部２６によって生成した多焦点画像を積層して、切削溝６６が形成されたウエーハ４０の３次元画像を３次元画像処理部２８によって生成する。そして、２次元画像処理部２６によって生成した多焦点画像や、３次元画像処理部２８によって生成した３次元画像を表示手段３０に表示させることによって、切削溝６６の状態を確認することができる。また、図７に示すとおり、ウエーハ４０に形成された切削溝６６の３次元形状を３次元画像処理部２８で生成して表示手段３０に表示させることにより、切削溝６６の状態をより詳細に確認することができる。
図示の実施形態では切削溝６６の状態を確認した後、チャックテーブル１０を加工手段６の下方に移動させる。次いで、チャックテーブル１０を９０度回転させ、先に切削溝６６を形成した分割予定ライン４２と直交する分割予定ライン４２をＸ軸方向に整合させる。そして、切削加工と割り出し送りとを繰り返し、すべての分割予定ライン４２に沿って格子状に切削溝６６を形成した分割予定ライン４２と直交する分割予定ライン４２のすべてにも切削溝６６を形成する。これによって、ウエーハ４０を個々のデバイス４４ごとのデバイスチップに分割する。
以上のとおりであり、図示の実施形態の加工装置２においては、撮像手段８によって単一の画像データを取得して多焦点画像を生成すると共に、生成した多焦点画像から３次元画像を生成できるので、焦点を移動させて撮像を何度も繰り返す必要がなく、生産性を向上させることができる。
なお、切削溝６６の状態を確認するタイミングについては、図示の実施形態では、最初にＸ軸方向に整合させた分割予定ライン４２のすべてに切削溝６６を形成した後に実施する例を説明したが、これには限定されず、任意のタイミング（たとえば、１本の分割予定ライン４２に切削溝６６を形成した後）でよい。また、図示の実施形態では、切削ブレード１６を回転可能に備えた切削手段によって切削溝６６を形成して、切削溝６６の状態を確認しているが、図３に示すように、ウエーハ４０に対して吸収性を有するレーザー光線ＬＢを分割予定ライン４２に沿ってウエーハ４０に照射し、アブレーション加工によって形成したレーザー加工溝６８の状態を確認するようにしてもよい。
２：加工装置
４：保持手段
６：加工手段
８：撮像手段
２２：ライトフィールドカメラ
２４：画像記録部
２６：２次元画像処理部
２８：３次元画像処理部
３２：主レンズ
３４：マイクロレンズアレー
３４ａ：マイクロレンズ
３６：画像センサー

Claims (4)

  1. 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段と、撮像手段とを備えた加工装置であって、
    該撮像手段は、
    主レンズと、該主レンズから取り入れた光を集光する複数のマイクロレンズが配設されたマイクロレンズアレーと、該マイクロレンズアレーによって集光された光を撮像する画像センサーと、から少なくとも構成されるライトフィールドカメラと、
    該ライトフィールドカメラが撮像した画像を記録する画像記録部と、
    該画像記録部に記録された画像から２次元の多焦点画像を生成する２次元画像処理部と、
    該多焦点画像を積層し３次元画像を生成する３次元画像処理部と、
    を含む加工装置。
  2. 該撮像手段は、該保持手段に保持された被加工物に形成された溝の３次元形状を該３次元画像処理部で生成する請求項１記載の加工装置。
  3. 該加工手段は、環状の切り刃を外周に備えた切削ブレードを回転可能に支持した回転軸を含む切削手段である請求項１記載の加工装置。
  4. 該加工手段は、レーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したレーザー光線を集光する集光器とを含むレーザー光線照射手段である請求項１記載の加工装置。
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