JP6224470B2

JP6224470B2 - 加工装置

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Publication number: JP6224470B2
Application number: JP2014013303A
Authority: JP
Inventors: 重松　孝一; 重松　　孝一
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: JP2015139797A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザー加工等の加工を施すための加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。このように形成された半導体ウエーハは、レーザー加工装置や切削装置等の加工装置により分割予定ラインに沿って分割され、携帯電話やパソコン等の電気機器に利用されている。

半導体ウエーハ等の被加工物に加工を施す加工装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を撮像して加工すべき領域を検出するための撮像手段と、該撮像手段によって検出された加工領域に加工を施すレーザー光線照射手段や切削手段等の加工手段を具備している。

上述した撮像手段は、被加工物に光を照射する照射手段と、被加工物からの反射光を捉える対物レンズと、該対物レンズが捉えた反射光の明度を電気信号に変換する複数の画素からなるCCD等の固体撮像素子とを具備しており、加工すべき領域である分割予定ラインを検出してレーザー光線照射手段の集光器や切削手段の切削ブレードを分割予定ラインに位置付ける(例えば特許文献１参照)。

また、撮像手段は、撮像手段の直下にチャックテーブルに保持された被加工物を位置付け被加工物に光を照射して撮像し、撮像手段を段階的に下降させながら複数の画像を取り込み、取り込んだ複数の画像を微分処理してコントラストの微分値が最大となる位置を撮像手段を構成する対物レンズの位置を合焦点位置として定めるオートフォーカス機能を備えている(例えば特許文献２、特許文献３参照)。

そして、レーザー加工装置においては、合焦点位置を基準としてレーザー光線照射手段を構成する集光器の集光点位置を定めている。

特公平６−１９６７０号公報特開昭６１−１９８２０４号公報特開２０１２−２５６７９５号公報

而して、撮像手段による合焦点位置を求める際に、被加工物に照射する光の強さが変化したり被加工物からの反射率の変化によってコントラストの微分値の最大値と合焦点位置とが変化する。このため、合焦点位置を基準としてレーザー光線照射手段を構成する集光器の集光点の位置を定めると、被加工物に対して適正な位置にレーザー光線の集光点を位置付けることができず、被加工物に適正なレーザー加工を施すことができないという問題がある。
このような問題は、撮像手段によって撮像された明度のコントラストを微分処理し微分値の最大値を求め、この最大値が求められた撮像手段を構成する対物レンズの位置を合焦点位置としている加工装置においても存在する。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、撮像手段の合焦点位置を確実に検出することができる加工装置を提供することである。

上記主たる技術的課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に加工を施す加工手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物を撮像する撮像手段とを具備し、
該撮像手段は、光の強さを調整して被加工物に光を照射する照射手段と、被加工物からの反射光を捉える対物レンズと、該対物レンズが捉えた反射光の明度を電気信号に変換する複数の画素からなる固体撮像素子とを具備している加工装置であって、
該撮像手段の該対物レンズを該チャックテーブルに保持された被加工物に接近および離反する方向（Z軸方向）に移動せしめる焦点調整手段と、該焦点調整手段によって移動せしめられた該対物レンズの位置を検出するZ方向位置検出手段と、該固体撮像素子および該焦点調整手段からの信号に基づいて該撮像手段の合焦点位置を求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、
該照射手段によって照射される光の強さを所定の値に設定するとともに該焦点調整手段を作動して対物レンズをZ軸方向に移動させつつ該対物レンズの複数のZ軸方向位置での画像を取り込み、該複数の画像における明度の微分値が最大となった際の該対物レンズのZ軸方向位置を基準合焦点位置として記憶する基準合焦点位置記憶領域および該基準合焦点位置における複数の画素の明度を合算した基準合算明度を記憶する基準合算明度記憶領域と、
該照射手段によって照射される光の強さを所定の値に設定するとともに該焦点調整手段を作動して対物レンズをZ軸方向に移動させつつ該対物レンズの複数のZ軸方向位置での画像を取り込み、該複数の画像における明度の微分値が最大となった際の該対物レンズのZ軸方向位置を現在合焦点位置として記憶する現在合焦点位置記憶領域および該現在合焦点位置における複数の画素の明度を合算した現在合算明度を記憶する現在合算明度記憶領域と、を有するメモリーを備えており、
該基準合算明度記憶領域に記憶された基準合算明度と該現在合算明度記憶領域に記憶された現在合算明度とを比較して、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲である場合には、該現在合焦点位置記憶領域に記憶されている現在合焦点位置を該対物レンズの合焦点位置とし、
基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲を超えている場合は、該照射手段によって照射される光の強さを調整しつつ現在合焦点位置および現在合算明度を求め、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲になったときの該現在合焦点位置記憶領域に記憶されている現在合焦点位置を該対物レンズの合焦点位置とする、
ことを特徴とする加工装置が提供される。

上記加工手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、該集光器をZ軸方向に移動せしめる集光点位置調整手段とを備えたレーザー光線照射手段であり、
上記メモリーは、基準合焦点位置記憶領域に格納された基準合焦点位置と集光器の集光点位置との位置関係を記憶する適正位置関係記憶領域を備えている。

本発明による加工装置は上記のように構成され、基準合算明度記憶領域に記憶された基準合算明度と現在合算明度記憶領域に記憶された現在合算明度とを比較して、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲である場合には、該現在合焦点位置記憶領域に記憶されている現在合焦点位置を該対物レンズの合焦点位置とし、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲を超えている場合は、照射手段によって照射される光の強さを調整しつつ現在合焦点位置および現在合算明度を求め、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲になったときの該現在合焦点位置記憶領域に記憶されている現在合焦点位置を該対物レンズの合焦点位置とするので、基準合算明度記憶領域に格納された基準合算明度を再現して撮像手段によってチャックテーブルに保持された被加工物を撮像し対物レンズの合焦点位置を安定して検出することができる。

本発明に従って構成された加工装置としてのレーザー加工装置の斜視図。図１に示すレーザー加工装置に装備される撮像手段と集光器との関係を示す図。図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック構成図。被加工物としての半導体ウエーハの斜視図および半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープに貼着された状態を示す斜視図。図３に示す制御手段によって作成されるマップ(１)を示す図。図３に示す制御手段によって作成されるマップ(２)を示す図。

以下、本発明に従って構成された加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成された加工装置としてのレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置１は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記Ｘ軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット５とを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にＸ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にＸ軸方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にY軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である例えば円形形状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にY軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動せしめられる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。

上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上にY軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ネジロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態のおけるレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた円筒形状のユニットハウジング５２を具備しており、ユニットホルダ５１が上記可動支持基台４２の装着部４２２に一対の案内レール４２３、４２３に沿って移動可能に配設されている。ユニットホルダ５１に取り付けられたユニットハウジング５２には、図示しないＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。そして、上記ユニットハウジング５２の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器５２１が装着されている。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、ユニットホルダ５１を可動支持基台４２の装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な方向に移動させるための集光点位置調整手段兼焦点位置調整手段５３を具備している。集光点位置付け手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、上記レーザー照射ユニット５を案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することにより位置検出兼レーザー照射ユニット５を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー照射ユニット５を下方に移動するようになっている。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、レーザー光線照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の集光点位置調整方向（Z軸方向）位置を検出するためのZ軸方向位置検出手段５４を具備している。Z軸方向位置検出手段５４は、上記案内レール４２３、４２３と平行に配設されたリニアスケール５４aと、上記ユニットホルダ５１に取り付けられユニットホルダ５１とともにリニアスケール５４aに沿って移動する読み取りヘッド５４bとからなっている。このZ軸方向位置検出手段５４の読み取りヘッド５４bは、図示の実施形態においては０．1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２のZ軸方向位置を求める。なお、上記集光点位置調整手段兼焦点位置調整手段５３の駆動源としてパルスモータ５３２を用いた場合には、パルスモータ５３２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２のZ軸方向の移動を検出することもできる。また、上記集光点位置調整手段兼焦点位置調整手段５３の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の移動量を検出することもできる。

上記レーザー光線照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の前端部には、撮像手段６が配設されている。この撮像手段６について、図２を参照して説明する。
図２に示す撮像手段６は、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wからの反射光を捉える対物レンズ６１と、該対物レンズ６１が捉えた反射光の明度を電気信号に変換する複数の画素からなるCCD等の固体撮像素子６２と、被加工物Wに光を照射する照明手段６３を具備している。固体撮像素子６２は例えば１０００万画素を備えており、各画素は２５６階層の明度に対応した電気信号を後述する制御手段に送る。なお、照明手段６３は、電流調整手段６４によって照射する光の強さが調整されるようになっている。このように構成された撮像手段６はレーザー光線照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の前端部に配設されているので、集光点位置調整手段兼焦点位置調整手段５３によってユニットハウジング５２を集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動することにより対物レンズ６１も集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動せしめられる。従って、集光点位置調整手段兼焦点位置調整手段５３は、対物レンズ６１をチャックテーブル３６に保持された被加工物に接近および離反する方向であるZ軸方向に移動せしめる焦点調整手段としても機能する。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、図３に示す制御手段７を具備している。制御手段７はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）７１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）７２と、読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３と、カウンター７４と、入力インターフェース７５および出力インターフェース７６とを備えている。このように構成された制御手段７の入力インターフェース７５には、上記Z軸方向位置検出手段５４、撮像手段６の固体撮像素子６２等からの検出信号が入力される。そして、制御手段７の出力インターフェース７６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、集光点位置調整手段兼焦点位置調整手段５３、レーザー光線照射手段８、電流調整手段６４等に制御信号を出力する。なお、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３は、後述する基準合焦点位置記憶領域７３a、基準合算明度記憶領域７３b、現在合焦点位置記憶領域７３c、現在合算明度記憶領域７３d、適正位置関係記憶領域７３e等の記憶領域を備えている。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は以上のように構成されており、以下撮像手段６における対物レンズ６１の合焦点位置を求める手順について説明する。
図４の(a)には、被加工物としての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ１０は、表面１０ａには格子状に形成された複数の分割予定ライン１０１によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０２が形成されている。このように形成された半導体ウエーハ１０は、図４の(b)に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる例えば厚みが１００μmの保護テープTに表面１０ａ側を貼着する（保護テープ貼着工程）。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。

上述したレーザー加工装置１における撮像手段６の合焦点を求めるには、先ずチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０の保護テープT 側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、保護テープTを介して半導体ウエーハ１０をチャックテーブル３６上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３６上に保護テープTを介して保持された半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。このようにして、ウエーハ保持工程を実施したならば、加工送り手段３７を作動して半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６を撮像手段６の直下に位置付ける。

チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられたならば、制御手段７は電流調整手段６４を制御して照明手段６３によって照射される光の強さを所定の値に設定する。そして、制御手段７は集光点位置調整手段兼焦点位置調整手段５３を作動して撮像手段６が装着されているレーザー光線照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２をZ軸方向に移動しつつ対物レンズ６１の複数のZ方向位置で固体撮像素子６２によって撮像した画像を取り込む。次に、制御手段７は、固体撮像素子６２によって撮像した複数の画像における複数の画素の明度の微分値を求め、図５に示すようにZ軸方向位置検出手段５４からの検出信号に基づく各Z方向位置における明度の微分値との関係マップ（１）を作成する。なお、画素の明度の微分値の求め方については例えば上記特開昭６１−１９８２０４号公報に開示された方法を用いることができる。そして、制御手段７は、画素の明度の微分値が最大となるZ方向位置(図５に示す実施形態においてはZ4)を基準合焦点位置とするとともに、該基準合焦点位置における複数の画素の明度を合算した合算値を演算する(図５に示す実施形態においては１０００)。このようにして、基準合焦点位置および該基準合焦点位置における複数の画素の明度の合算値を求めたならば、制御手段７は基準合焦点位置(図５に示す実施形態においてはZ4)をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３の基準合焦点位置記憶領域７３aに格納するとともに、基準合焦点位置（Z4）における複数の画素の明度の合算値(図５に示す実施形態においては１０００)を基準合算明度としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３の基準合算明度記憶領域９３bに格納する。

また、図示の実施形態における加工装置としてのレーザー加工装置１においては、レーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット５の集光器５２１の集光点を半導体ウエーハ１０の上面に位置付けた状態における集光器５２１のZ方向位置を求める。このZ軸方向位置の求め方としては、集光点位置調整手段兼焦点位置調整手段５３を作動して集光器５２１をZ軸方向に段階的に移動しつつレーザー光線を照射し、最も面積が小さい状態におけるZ軸方向位置検出手段５４からの検出信号に基づくZ方向位置を集光器５２１の集光点位置（Zp）とする。そして、制御手段７は、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３の基準合焦点位置記憶領域７３aに格納された基準合焦点位置（Z４）と集光器５２１の集光点位置（Zp）とのZ軸方向位置の差（Δz＝Z4−Zp）を求め、このZ軸方向位置の差（Δz＝Z4−Zp）を適正位置関係としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３の適正位置関係記憶領域７３eに格納する。従って、撮像手段６の対物レンズ６１の合焦点位置を基準として、レーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット５の集光器５２１の集光点位置を定めていることで被加工物に対して適正な位置にレーザー光線の集光点を位置付けることができる。

次に、被加工物として次の半導体ウエーハ１０がチャックテーブル３６に保持された場合の撮像手段６における対物レンズ６１の合焦点位置の検出手順について説明する。
上述したように半導体ウエーハ１０をチャックテーブル３６上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。そして、加工送り手段３７を作動して半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６を撮像手段６の直下に位置付ける。チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられたならば、制御手段７は電流調整手段６４を制御して照明手段６３によって照射される光の強さを所定の値に設定する。そして、制御手段７は集光点位置調整手段兼焦点位置調整手段５３を作動して撮像手段６が装着されているレーザー光線照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２をZ軸方向に移動しつつ対物レンズ６１の複数のZ軸方向位置で固体撮像素子６２によって撮像した画像を取り込む。次に、制御手段７は、固体撮像素子６２によって撮像した複数の画像における複数の画素の明度の微分値を求め、図６に示すようにZ軸方向位置検出手段５４からの検出信号に基づく各Z方向位置における明度の微分値との関係マップ（２）を作成する。そして、制御手段７は、画素の明度の微分値が最大となるZ方向位置(図６に示す実施形態においてはZ3)を現在合焦点位置とするとともに、該現在合焦点位置における複数の画素の明度を合算した合算値を演算する(図６に示す実施形態においては９９８)。このようにして、現在合焦点位置および該現在合焦点位置における複数の画素の明度の合算値を求めたならば、制御手段７は現在合焦点位置(図６に示す実施形態においてはZ3)をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３の現在合焦点記憶領域７３cに格納するとともに、現在合焦点位置（Z3）における複数の画素の明度の合算値(図６に示す実施形態においては９９８)を現在合算明度としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３の現在合算明度記憶領域９３dに格納する。次に、制御手段７は、基準合算明度記憶領域７３bに格納された基準合算明度(図５に示す実施形態においては１０００)と現在合算明度記憶領域９３cに格納された現在合算明度(図６に示す実施形態においては９９８)とを比較して、基準合算明度と現在合算明度との差の絶対値が許容値範囲（例えば１０）である場合には、現在合焦点記憶領域７３cに格納された現在合焦点位置（Z3）を対物レンズ６１の合焦点位置とする。

なお、基準合算明度と現在合算明度との差の絶対値が許容値範囲（例えば１０）を超えている場合、例えば現在合算明度が基準合算明度より小さい場合には、制御手段７は電流調整手段６４を制御して照明手段６３によって照射される光の強さを段階的に高くして上述したように画素の明度の微分値が最大となるZ方向位置および複数の画素の明度を合算した合算値（現在合算明度）を求め、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲になったときのZ軸方向位置を対物レンズ６１の合焦点位置(Zx)とし、現在合焦点記憶領域７３cに格納された合焦点位置を(Zx)に書き換える。そして、集光器５２１の集光点位置（Zp）を (Zx−Δz）として定める。また、現在合算明度が基準合算明度より大きい場合には制御手段７は電流調整手段６４を制御して照明手段６３によって照射される光の強さを段階的に低くして上述したように画素の明度の微分値が最大となるZ方向位置および複数の画素の明度を合算した合算値（現在合算明度）を求め、基準合算明度と現在合算明度との差の絶対値が許容値範囲になったときのZ軸方向位置を対物レンズ６１の合焦点位置(Zx)とし、現在合焦点記憶領域７３cに格納された合焦点位置を(Zx)に書き換える。そして、集光器５２１の集光点位置（Zp）を (Zx−Δz）として定める。

以上のように図示の実施形態における加工装置としてのレーザー加工装置１においては、基準合算明度記憶領域７３bに記憶された基準合算明度と現在合算明度記憶領域７３dに記憶された現在合算明度とを比較して、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲である場合には、現在合焦点記憶領域７３cに記憶された現在合焦点位置を対物レンズの合焦点位置とし、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲を超えている場合は、照射手段によって照射される光の強さを調整しつつ現在合焦点位置および現在合算明度を求め、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲になったときの現在合焦点記憶領域７３cに記憶された現在合焦点位置を対物レンズの合焦点位置とするので、基準合算明度記憶領域７３bに格納された基準合算明度を再現して撮像手段によってチャックテーブルに保持された被加工物を撮像し対物レンズの合焦点位置を検出するため、撮像手段の合焦点位置と集光器の集光点位置との差(Δz)が安定し、被加工物を撮像手段で撮像した際の合焦点位置から(Δz)を引いた値を集光器の集光点位置とすることが可能となる。

以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、図示の実施形態においては本発明をレーザー加工装置に適用した例を示したが、本発明は切削装置等の他の加工装置に適用することができる。

１：レーザー加工装置
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー照射ユニット
５３：集光点位置調整手段兼焦点位置調整手段
５４：Z軸方向位置検出手段
６：撮像手段
６１：対物レンズ
６２：固体撮像素子
６３：照明手段
６４：電流調整手段
７：制御手段

Claims

被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に加工を施す加工手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物を撮像する撮像手段とを具備し、
該撮像手段は、光の強さを調整して被加工物に光を照射する照射手段と、被加工物からの反射光を捉える対物レンズと、該対物レンズが捉えた反射光の明度を電気信号に変換する複数の画素からなる固体撮像素子とを具備している加工装置であって、
該撮像手段の該対物レンズを該チャックテーブルに保持された被加工物に接近および離反する方向（Z軸方向）に移動せしめる焦点調整手段と、該焦点調整手段によって移動せしめられた該対物レンズの位置を検出するZ方向位置検出手段と、該固体撮像素子および該焦点調整手段からの信号に基づいて該撮像手段の合焦点位置を求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、
該照射手段によって照射される光の強さを所定の値に設定するとともに該焦点調整手段を作動して対物レンズをZ軸方向に移動させつつ該対物レンズの複数のZ軸方向位置での画像を取り込み、該複数の画像における明度の微分値が最大となった際の該対物レンズのZ軸方向位置を基準合焦点位置として記憶する基準合焦点位置記憶領域および該基準合焦点位置における複数の画素の明度を合算した基準合算明度を記憶する基準合算明度記憶領域と、
該照射手段によって照射される光の強さを所定の値に設定するとともに該焦点調整手段を作動して対物レンズをZ軸方向に移動させつつ該対物レンズの複数のZ軸方向位置での画像を取り込み、該複数の画像における明度の微分値が最大となった際の該対物レンズのZ軸方向位置を現在合焦点位置として記憶する現在合焦点位置記憶領域および該現在合焦点位置における複数の画素の明度を合算した現在合算明度を記憶する現在合算明度記憶領域と、を有するメモリーを備えており、
該基準合算明度記憶領域に記憶された基準合算明度と該現在合算明度記憶領域に記憶された現在合算明度とを比較して、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲である場合には、該現在合焦点位置記憶領域に記憶されている現在合焦点位置を該対物レンズの合焦点位置とし、
基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲を超えている場合は、該照射手段によって照射される光の強さを調整しつつ現在合焦点位置および現在合算明度を求め、基準合算明度と現在合算明度との差が許容値範囲になったときの該現在合焦点位置記憶領域に記憶されている現在合焦点位置を該対物レンズの合焦点位置とする、
ことを特徴とする加工装置。
該加工手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、該集光器をZ軸方向に移動せしめる集光点位置調整手段とを備えたレーザー光線照射手段であり、
該メモリーは、基準合焦点位置記憶領域に格納された基準合焦点位置と集光器の集光点位置との位置関係を記憶する適正位置関係記憶領域を備えている、請求項１記載の加工装置。