JP7162983B2 - 加工装置及び加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物に設けられたターゲットパターンを利用して被加工物を加工する加工装置及び加工方法に関する。

半導体ウェーハ等の被加工物を、切削ブレードやレーザー加工ヘッド等の加工手段と、被加工物を保持するチャックテーブルとを備える加工装置で加工することがある。その場合には、被加工物をチャックテーブルで保持し、チャックテーブルと加工手段とを分割予定ラインに平行な加工送り方向に沿って相対的に移動させることで、被加工物は分割予定ラインに沿って加工される。

任意の分割予定ラインに沿って被加工物を加工した後には、加工送り方向と直交する割り出し送り方向にチャックテーブルと加工手段とを相対的に移動させて、別の分割予定ラインを加工する。

ところで、加工中に加工装置や被加工物で発生する熱等が原因で、割り出し送り方向で被加工物と加工手段との相対的な移動量が変動することがある。割り出し送り方向の移動量の変動を放置したまま加工すると、分割予定ラインに対する加工位置がずれてしまうので、被加工物の加工精度が低下してしまう。

そこで、被加工物の表面側に露出している特徴的なターゲットパターンを、被加工物に対して静止した状態の撮像部により撮像し、取得したターゲットパターンの画像に基づき、分割予定ラインを検出することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７－１２８９４９号公報

しかし、撮像部の直下に被加工物を位置づけるようにチャックテーブルと撮像部とを相対的に移動し、その後、チャックテーブルと撮像部との相対的な移動を一旦停止して、被加工物の表面側を撮像する必要がある。それゆえ、加工に時間を要し、生産性が悪いという問題があった。

本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、チャックテーブルと撮像部との相対的な移動を停止させて被加工物の表面側を撮像する場合に比べて、加工時間を短縮することを目的とする。

本発明の一態様によれば、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該被加工物を加工する加工ユニットと、該被加工物の表面を撮像する撮像ユニットと、該チャックテーブルと該加工ユニット及び該撮像ユニットとを加工送り方向及び割り出し送り方向に相対的に移動させる移動ユニットと、該加工ユニットが加工すべき領域を検出する加工領域検出ユニットと、を備え、該加工領域検出ユニットは、該チャックテーブルに保持された該被加工物の該表面側に設けられた第１のターゲットパターンを該撮像ユニットで撮像して得られる、該第１のターゲットパターンを含む領域の被写体ブレの画像であるブレ画像を記憶するターゲットパターン記憶部と、該ターゲットパターン記憶部に記憶された該第１のターゲットパターンのブレ画像と、該チャックテーブルと該撮像ユニットとを相対的に移動させながら第２のターゲットパターンを含む領域を該撮像ユニットで撮像して得られる該第２のターゲットパターンを含む領域のブレ画像とをパターンマッチングするパターンマッチング部と、を含み、該加工領域検出ユニットは、該パターンマッチングの結果に応じて該加工ユニットが加工すべき領域を検出する加工装置が提供される。

好ましくは、該第１のターゲットパターンのブレ画像は、該チャックテーブルと該撮像ユニットとを相対的に移動させながら該被加工物の該表面を撮像して取得される。

また、好ましくは、該第１のターゲットパターンのブレ画像は、該撮像ユニットによって撮像された該第１のターゲットパターンの静止画像を、該チャックテーブルと該撮像ユニットとを相対的に移動させながら該撮像ユニットで該第１のターゲットパターンを含む領域を撮像する場合に得られるブレに対応するブレを有する様に画像処理することで得られる。

本発明の他の態様によれば、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該被加工物を加工する加工ユニットと、該被加工物の表面を撮像する撮像ユニットと、該チャックテーブルと該加工ユニット及び該撮像ユニットとを加工送り方向及び割り出し送り方向に相対的に移動させる移動ユニットと、画像を記憶するターゲットパターン記憶部と、２つの画像をパターンマッチングするパターンマッチング部とを含み、該加工ユニットが加工すべき領域を検出する加工領域検出ユニットと、を備える加工装置を用いて、該被加工物を加工する加工方法であって、該チャックテーブルと該撮像ユニットとを相対的に移動させながら、該チャックテーブルに保持された該被加工物の該表面側に設けられた第１のターゲットパターンを該撮像ユニットが撮像して、撮像された該第１のターゲットパターンを含む領域の被写体ブレの画像であるブレ画像を該ターゲットパターン記憶部が記憶するティーチステップと、該ティーチステップの後、該チャックテーブルと該加工ユニット及び該撮像ユニットとを相対的に移動させながら、該撮像ユニットが第２のターゲットパターンを含む領域を撮像し、該パターンマッチング部が、該ターゲットパターン記憶部に記憶された該第１のターゲットパターンのブレ画像と、撮像された該第２のターゲットパターンを含む領域のブレ画像とをパターンマッチングして、該加工領域検出ユニットが、該加工ユニットにより加工する加工領域を検出する加工領域検出ステップと、該加工領域検出ステップの後に、該加工領域を該加工ユニットで加工する加工ステップと、を備える被加工物の加工方法が提供される。

好ましくは、該被加工物を加工しながら、該加工領域検出ステップが行われる。

本発明の一態様に係る加工装置では、まず、ターゲットパターン記憶部が、第１のターゲットパターンを含む領域のブレ画像を記憶する。そして、撮像ユニットが、チャックテーブルと撮像ユニットとを相対的に移動させながら第２のターゲットパターンを含む領域を撮像して、第２のターゲットパターンを含む領域のブレ画像を得る。

次いで、パターンマッチング部が、第１のターゲットパターンを含む領域のブレ画像と第２のターゲットパターンを含む領域のブレ画像とをパターンマッチングする。これにより、パターンマッチングの結果に応じて加工すべき領域が検出されるので、チャックテーブルと撮像部との相対的な移動を停止させて第２のターゲットパターンを含む領域を撮像する場合に比べて、被加工物の加工時間を短縮できる。

レーザー加工装置を示す斜視図である。 レーザー加工装置に載置された被加工物の上面図である。 図３（Ａ）は、分割予定ラインの交差点近傍の静止画像であり、図３（Ｂ）は、ターゲットパターンの拡大図である。 被加工物を加工する様子を示す斜視図である。 図５（Ａ）は、被写体ブレが生じた場合のターゲットパターンを含む領域のブレ画像であり、図５（Ｂ）は、被写体ブレが生じた場合のターゲットパターンの拡大図である。 図６（Ａ）は、ティーチステップでのターゲットパターンを含む領域のブレ画像であり、図６（Ｂ）は、第ｋ行目に位置する１つのターゲットパターンを含む領域のブレ画像であり、図６（Ｃ）は、第（ｋ＋１）行目に位置する１つのターゲットパターンを含む領域のブレ画像である。 加工方法の例を示すフロー図である。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。図１は、レーザー加工装置２を示す斜視図である。レーザー加工装置２は、各構造を支持する基台４を備えている。基台４は、直方体状の基部６と、基部６の後端において上方に伸びる壁部８とを含む。

基部６の上方はカバー部材（不図示）で覆われており、基部６の前端の上方に位置するカバー部材の側面には、タッチパネル式の表示部８ａが配置されている。表示部８ａは、作業者がレーザー加工装置２に対して指示を入力する入力装置と、被加工物の画像、加工条件、加工結果等を表示する表示装置とを兼ねている。

基部６の上面には、チャックテーブル１０が配置されている。チャックテーブル１０の下方には、チャックテーブル１０をＹ軸方向（即ち、割り出し送り方向）に移動させるＹ軸移動ユニット１６が設けられている。Ｙ軸移動ユニット１６は、基部６の上面に固定されＹ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール１８を備える。

Ｙ軸ガイドレール１８には、Ｙ軸移動テーブル２０がスライド可能に設置されている。Ｙ軸移動テーブル２０の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール１８と平行に配置されたＹ軸ボールネジ２２が回転可能な態様で結合されている。

Ｙ軸ボールネジ２２の一端には、Ｙ軸パルスモータ２４が連結されている。Ｙ軸パルスモータ２４でＹ軸ボールネジ２２を回転させれば、Ｙ軸移動テーブル２０は、Ｙ軸ガイドレール１８に沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動テーブル２０の表面側（上面側）には、チャックテーブル１０をＹ軸方向と直交するＸ軸方向（即ち、加工送り方向）に移動させるＸ軸移動ユニット２６が設けられている。Ｘ軸移動ユニット２６は、Ｙ軸移動テーブル２０の上面に固定されＸ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール２８を備える。

Ｘ軸ガイドレール２８には、Ｘ軸移動テーブル３０がスライド可能に設置されている。Ｘ軸移動テーブル３０の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレール２８と平行に配置されたＸ軸ボールネジ３２が回転可能な態様で結合されている。

Ｘ軸ボールネジ３２の一端には、Ｘ軸パルスモータ３４が連結されている。Ｘ軸パルスモータ３４でＸ軸ボールネジ３２を回転させれば、Ｘ軸移動テーブル３０は、Ｘ軸ガイドレール２８に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル３０の表面側（上面側）には、支持台３６が設けられている。支持台３６の上部には、略円盤状のチャックテーブル１０が配置されている。チャックテーブル１０は、下方に設けられた回転駆動源（不図示）と連結されており、この回転駆動源より回転可能に構成されている。

チャックテーブル１０の表面側には、ポーラスセラミックス等で形成された円盤状のポーラス板が設けられている。ポーラス板はチャックテーブル１０の内部に設けられた流路（不図示）を通じてエジェクタ等の吸引源（不図示）に接続されている。吸引源が発生する負圧により、ポーラス板の表面（即ち、保持面１０ａ）には吸引力が発生する。

保持面１０ａ上には、レーザー加工装置２で加工される被加工物１１が配置される。被加工物１１は、例えば、シリコン等の半導体材料から成るウェーハである。図２は、レーザー加工装置２に載置された被加工物１１の上面図である。

被加工物１１は、円盤状に形成されており、表面１１ａから裏面１１ｂまでの厚さが５００μｍから１０００μｍ程度である。被加工物１１の表面１１ａ側には、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（large-scale integrated circuit）等の機能素子（不図示）が設けられている。

なお、被加工物１１の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。例えば、被加工物１１は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などシリコン以外の他の半導体材料で形成されてもよい。同様に、被加工物１１の機能素子の種類、数量、形状、構造、大きさ、配置等にも制限はない。

被加工物１１には、複数の分割予定ライン１３（ストリート）が設定されている。複数の分割予定ライン１３で区画された表面１１ａ側の各領域には、デバイス１５が設けられている。デバイス１５は、被加工物１１の表面１１ａ側に形成されている。

デバイス１５は、上述の機能素子と、機能素子の上方に各々位置する所定の配線層とを含む。所定の配線層は、交互に積層された低誘電率絶縁体膜（いわゆる、Ｌｏｗ－ｋ膜）及び金属層、ビア等で形成されている。

各デバイス１５の最表面には、ターゲットパターン１７（キーパターン又はアライメントマークと呼ばれる場合もある）が含まれている。図３（Ａ）は、分割予定ライン１３の交差点近傍の静止画像であり、図３（Ｂ）は、ターゲットパターン１７の拡大図である。

例えば、図３（Ａ）に示す様に、１つの分割予定ライン１３の交差部を含む所定範囲をカメラ等で見た場合に、カメラの視野には少なくとも１つのターゲットパターン１７が入る。ターゲットパターン１７は、各デバイス１５の左上側に位置する十字形状のパターンであるが、十字形状に限定されず、他の任意の形状を有してもよい。

ターゲットパターン１７は、例えば、機能素子の上方に位置する所定の配線層の一部である。ターゲットパターン１７は、例えば、デバイス１５の上面から数μｍだけ窪んだ凹部のパターンである。なお、ターゲットパターン１７は、デバイス１５の上面から数μｍだけ突出した凸部のパターンであってもよい。

ターゲットパターン１７は、各デバイス１５の対応する同じ位置に設けられている。ターゲットパターン１７の基準位置（例えば、分割予定ライン１３と平行な一辺）から、分割予定ライン１３までの距離は、一律同じとなる様に予め定められている。それゆえ、ターゲットパターン１７の基準位置を特定することにより、分割予定ライン１３の位置が特定される。

図１に戻って、被加工物１１の周囲には、被加工物１１の径よりも大きな径の開口を有する金属製の環状フレーム２１が配置されている。環状フレーム２１には、開口よりも大きな径を有する略円形状の保護テープ１９が環状フレーム２１の開口を覆うように貼り付けられている。

保護テープ１９は、樹脂製のフィルムであり、粘着性を有する粘着層（不図示）と、粘着性を有しない基材層（不図示）との積層構造を有する。粘着層は、例えば、紫外線硬化型の樹脂層であり、樹脂製の基材層の一面の全体に設けられている。

保護テープ１９の粘着層側を、被加工物１１の裏面１１ｂ側と、環状フレーム２１の外周部とに密着させて貼り付けることで、保護テープ１９を介して被加工物１１及び環状フレーム２１が固定されたフレームユニット２３が形成される。

フレームユニット２３は、被加工物１１の表面１１ａ側が露出する態様で、保持面１０ａ上に配置される。この状態で、吸引源を動作させて保持面１０ａに負圧を作用させることにより、被加工物１１はチャックテーブル１０で保持される。

チャックテーブル１０の上方には、レーザービーム照射ユニット１２（即ち、加工ユニット）が設けられており、レーザービーム照射ユニット１２の先端部には、保持面１０ａと対向する態様で、加工ヘッド１２ａが設けられている。加工ヘッド１２ａからは、パルス状のレーザービームが保持面１０ａに向けて略垂直に照射される。

図４は、被加工物１１を加工する様子を示す斜視図である。本実施形態のレーザービームＬは、被加工物１１に吸収される波長を有する。このレーザービームＬにより被加工物１１の表面１１ａ側は、アブレーション加工される。但し、これに代えて、レーザービームＬは被加工物１１を透過する波長を有してもよい。

例えば、被加工物１１を透過する波長のレーザービームＬの集光点を被加工物１１の内部に位置付けることにより、被加工物１１の内部には改質層が形成される。また例えば、被加工物１１を透過する波長のレーザービームＬの集光点を被加工物１１の内部に位置付けることにより、被加工物１１の表面１１ａから裏面１１ｂに貫通する細孔と、この細孔の周囲を囲む非晶質領域とを有するシールドトンネルが形成される。

図１に戻って、レーザービーム照射ユニット１２のＸ軸方向の両側には、第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２が設けられている。第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２の各々は、撮像素子（不図示）を有する。

第１の撮像ユニット１４－１の下端部には、保持面１０ａと対向する態様で第１の撮像ヘッド１４－１ａが設けられており、第２の撮像ユニット１４－２の先端部には、保持面１０ａと対向する態様で第２の撮像ヘッド１４－２ａが設けられている。

第１の撮像ヘッド１４－１ａ及び第２の撮像ヘッド１４－２ａの各々には、レンズ等が設けられている。被写体からの反射光は、レンズ等を介して撮像素子へ導かれる。撮像素子が光電変換を行うことで、被加工物１１の表面１１ａが撮像される。

第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２と、レーザービーム照射ユニット１２とは、壁部８の上部前面から前方に向かって伸びる支持アーム４０の一端に固定されている。また、支持アーム４０の他端は、壁部８の上部前面に固定されている。

第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２と、レーザービーム照射ユニット１２とは、Ｙ軸移動ユニット１６及びＸ軸移動ユニット２６でチャックテーブル１０をＹ軸及びＸ軸方向に動かすことにより、チャックテーブル１０に対してＹ軸方向及びＸ軸方向に相対的に移動させられる。

チャックテーブル１０と第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２とをＸ軸方向に相対的に移動させながら、第１の撮像ユニット１４－１又は第２の撮像ユニット１４－２でターゲットパターン１７を撮像することで、ターゲットパターン１７のブレ画像を取得できる。なお、本実施形態のブレ画像とは、被写体ブレ（motion blur）が生じた画像を意味する。

例えば、チャックテーブル１０のＸ軸方向の加工送り速度を２．０ｍ／ｓとし、第１の撮像ユニット１４－１のシャッター速度（即ち、撮像素子の露光時間）を３０μｓとする。これにより、Ｘ軸方向に生じるブレΔが６０μｍ（＝２．０ｍ／ｓ×３０μｓ）であるブレ画像を取得できる。

図５（Ａ）は、被写体ブレが生じた場合のターゲットパターン１７を含む領域のブレ画像であり、図５（Ｂ）は、被写体ブレが生じた場合のターゲットパターン１７の拡大図である。

図１に戻って、レーザービーム照射ユニット１２、第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２、Ｙ軸移動ユニット１６、Ｘ軸移動ユニット２６等の各構成要素の動作は、レーザー加工装置２の制御部４２により制御される。制御部４２は、例えばコンピュータであり、ホスト・コントローラを介して相互に接続されるＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ等を有する。

ＣＰＵは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ等の記憶部分に格納されたプログラム、データ等に基づいて演算処理等を行う。ＣＰＵが記憶部分に格納されたプログラムを読み込むことにより、制御部４２は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働した具体的手段として機能できる。

制御部４２は、ターゲットパターン記憶部４４を有する。ターゲットパターン記憶部４４は、例えば、上述の記憶部分の一部である。ターゲットパターン記憶部４４は、所定の画像を記憶する。例えば、ターゲットパターン記憶部４４は、ターゲットパターン１７（第１のターゲットパターン１７）を含む領域のブレ画像（第１のブレ画像）を記憶する。

制御部４２は、パターンマッチング部４６を更に有する。なお、パターンマッチング部４６及びターゲットパターン記憶部４４は、加工領域を検出するプログラムである加工領域検出ユニット４８の一部である。

パターンマッチング部４６は、例えば上述の記憶部分に格納されたプログラムである。パターンマッチング部４６は、２つの画像を比較して一致度を検出する機能を有する。パターンマッチング部４６は、例えば、２つの画像の相関を、ＳＳＤ（Sum of Squared Difference）やＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）等の既知のアルゴリズムで算出する。

パターンマッチング部４６は、ターゲットパターン記憶部４４に記憶されている第１のブレ画像と、新たに取得された第２のターゲットパターン１７を含む領域のブレ画像（第２のブレ画像）とをパターンマッチングする。第２のターゲットパターン１７は、例えば、第１のターゲットパターン１７とは異なる場所に位置するが、同じ場所に位置してもよい。

加工領域検出ユニット４８は、パターンマッチングの結果に応じて、レーザービーム照射ユニット１２が加工すべき領域を検出する。つまり、加工領域検出ユニット４８は、パターンマッチングにより、第２のブレ画像のターゲットパターン１７の座標位置を特定することで、分割予定ライン１３の範囲（加工すべき領域）を検出する。

そして、制御部４２は、加工領域検出ユニット４８により検出された座標に応じて、分割予定ライン１３の幅方向の中央をレーザービーム照射ユニット１２で加工する様に、レーザービーム照射ユニット１２とチャックテーブル１０との相対的な位置を修正する。

次に、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）及び図７を用いて、第１実施形態に係る被加工物１１の加工方法を説明する。まず、ティーチステップ（Ｓ１０）が行われる。ティーチステップ（Ｓ１０）では、例えば、ターゲットパターン１７の静止画像を撮像し、ターゲットパターン１７から分割予定ライン１３までの距離が検出される。

なお、ターゲットパターン１７から分割予定ライン１３までの距離の情報が予め得られている場合には、静止画像を撮像する必要はない。この場合、ターゲットパターン１７から分割予定ライン１３までの距離の情報が、例えば、オペレーターにより表示部８ａを介して制御部４２へ入力される。

次に、チャックテーブル１０と第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２とを相対的に移動させる。例えば、チャックテーブル１０をＸ軸方向に移動させながら、第１の撮像ユニット１４－１で、１つのターゲットパターン１７を撮像する。

これにより、ターゲットパターン１７（第１のターゲットパターン１７）を含む領域のブレ画像（第１のブレ画像）を撮像する。このブレ画像は、上述のターゲットパターン記憶部４４に記憶される。図６（Ａ）は、ティーチステップ（Ｓ１０）での第１のターゲットパターン１７を含む領域のブレ画像である。

ティーチステップ（Ｓ１０）の後、アライメントステップ（Ｓ２０）が行われる。アライメントステップ（Ｓ２０）では、一の方向の分割予定ライン１３とＸ軸方向とが平行になるようにチャックテーブル１０を回転させる。そして、第１行目の分割予定ライン１３のセンターラインＡとレーザービームＬのスポットの位置とが一致する様に、制御部４２がチャックテーブル１０等の位置を制御して、被加工物１１と加工ヘッド１２ａとの相対位置を調整（即ち、アライメント）する。

アライメントステップ（Ｓ２０）後に、１つの分割予定ライン１３の加工を開始する（Ｓ３０）。加工ヘッド１２ａからレーザービームＬを照射しながら、チャックテーブル１０と加工ヘッド１２ａとを分割予定ライン１３に沿って加工送り方向に相対的に移動させる。これにより、被加工物１１はレーザービームＬでアブレーション加工される。

例えば、まず、レーザービームＬを照射しながら、Ｙ軸の一方向（例えば、＋Ｙ方向）の端部に位置する第１行目の分割予定ライン１３に沿って、Ｘ軸の一方向（例えば、＋Ｘ方向）にチャックテーブル１０を移動させる（１パス目の加工）。

そして、一の方向と平行な全ての分割予定ライン１３を加工していない場合（Ｓ４０でＮＯ）、制御部４２は、次に加工するのは第ｋ行目か否か判断する（Ｓ５０）。なお、ｋは２以上の自然数であり、例えばオペレーターにより予め定められる数である。Ｓ５０でＹＥＳの場合、後述する加工領域検出ステップ（Ｓ６０）に進む。

これに対して、Ｓ５０でＮＯの場合、一旦、レーザービームＬの照射を停止し、チャックテーブル１０をＹ軸の他方向（例えば、－Ｙ方向）に所定量（即ち、所定長さ）だけインデックス送りする（Ｓ９０）。これにより、第２行目の分割予定ライン１３に対応する位置に加工ヘッド１２ａを相対的に移動させる。

そして、Ｓ３０に戻り、第２行目の分割予定ライン１３に沿ってレーザービームＬを照射しながら、第２行目の分割予定ライン１３に沿ってＸ軸の他方向（例えば、－Ｘ方向）にチャックテーブル１０を移動させる（２パス目の加工）。

再び、Ｓ４０及びＳ５０に進み、Ｓ４０及びＳ５０の両方でＮＯの場合、一旦、レーザービームＬの照射を停止し、チャックテーブル１０をＹ軸の他方向（例えば、－Ｙ方向）に所定量だけインデックス送りする（Ｓ９０）。これにより、第３行目の分割予定ライン１３に対応する位置に加工ヘッド１２ａを相対的に移動させる。

そして、第１行目と同様に、第３行目の分割予定ライン１３に沿ってレーザービームＬを照射しながら、第３行目の分割予定ライン１３に沿ってＸ軸の一方向（例えば、＋Ｘ方向）にチャックテーブル１０を移動させる（３パス目の加工）。

この様に、分割予定ライン１３に沿ったレーザービームＬでの加工と、Ｙ軸の他方向（例えば、－Ｙ方向）への所定量のインデックス送りとを繰り返して、一の方向と平行な分割予定ライン１３に沿って、被加工物１１は加工される。

ところで、加工を進めるうちに、レーザー加工装置２や被加工物１１で発生する熱等が原因で、チャックテーブル１０のインデックス送り量が、所定のインデックス送り量から変動してしまうことがある。

特に、加工が進むにつれて、インデックス送り量の変動が累積的に加算される。これにより、レーザービームＬのスポット位置が、分割予定ライン１３のセンターラインＡから徐々にずれることが懸念される（図６（Ｂ）参照）。

この場合、レーザービームＬのスポット位置を修正することが望まれる。そこで、Ｓ４０でＮＯ且つＳ５０でＹＥＳの場合、まず、加工領域検出ステップ（Ｓ６０）を行う。加工領域検出ステップ（Ｓ６０）では、まず、チャックテーブル１０と、第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２並びに加工ヘッド１２ａとを相対的に移動させる。

このとき、レーザービームＬを被加工物１１に照射して第ｋ行目の分割予定ライン１３を加工しながら、第ｋ行目に位置するターゲットパターン１７（第２のターゲットパターン１７）を含む領域を第１の撮像ユニット１４－１又は第２の撮像ユニット１４－２で撮像する。これにより、ターゲットパターン１７（第２のターゲットパターン１７）を含む領域のブレ画像（第２のブレ画像）が得られる。

なお、上述の様に、チャックテーブル１０がＸ軸の一方向（例えば、＋Ｘ方向）に移動する場合、第１の撮像ユニット１４－１が支持アーム４０の進行方向の前方に位置する。この場合、支持アーム４０の進行方向の後方に位置する第２の撮像ユニット１４－２で、第２のターゲットパターン１７を撮像する。これにより、分割予定ライン１３に沿う加工痕Ｂと、第２のターゲットパターン１７とを同時に撮像できる。

これに対して、チャックテーブル１０がＸ軸の他方向（例えば、－Ｘ方向）に移動する場合、第２の撮像ユニット１４－２が支持アーム４０の進行方向の前方に位置するので、進行方向の後方に位置する第１の撮像ユニット１４－１で、第２のターゲットパターン１７を撮像する。

次に、パターンマッチング部４６が、撮像された第ｋ行目のターゲットパターン１７（第２のターゲットパターン１７）を含む領域のブレ画像（第２のブレ画像）と、第１のブレ画像とをパターンマッチングし、パターンマッチングの結果に応じて、加工領域検出ユニット４８が加工領域を検出する。つまり、第ｋ行目では、被加工物１１を加工しながら、加工領域検出ステップが並行して行われる。図６（Ｂ）は、第ｋ行目のターゲットパターン１７を含む領域のブレ画像である。

パターンマッチング部４６が、第１のブレ画像と第２のブレ画像とをパターンマッチングで比較した結果を受けて、加工領域検出ユニット４８が、第２のブレ画像の基準位置（Ｘ軸方向に沿う分割予定ライン１３に最も近い第１のターゲットパターン１７の端辺）の座標を特定する。

第２のターゲットパターン１７の基準位置から第ｋ行目の分割予定ライン１３までの距離は予め定められているので、第２のターゲットパターン１７の基準位置の座標から第ｋ行目の分割予定ライン１３の座標が検出される。

例えば、第１のターゲットパターン１７の基準位置（Ｘ軸方向に沿う分割予定ライン１３に最も近い第１のターゲットパターン１７の端辺）から、第１行目の分割予定ライン１３に形成された加工痕Ｂまでの距離がＣであったとする。

これに対して、加工中に生じる熱等が原因で、インデックス送り量が変動し、第２のターゲットパターン１７の基準位置（Ｘ軸方向に沿う分割予定ライン１３に最も近い第２のターゲットパターン１７の端辺）から、第ｋ行目の分割予定ライン１３に形成された加工痕Ｂまでの距離がｄだけ増加して、距離（Ｃ＋ｄ）となったとする（図６（Ｂ）参照）。

この場合、レーザービームＬのスポットの中心位置が分割予定ライン１３のセンターラインＡ上に位置する様に、インデックス送り量を修正し、当初のインデックス送り量よりも距離ｄだけ小さくすることが望まれる。

そこで、加工領域検出ステップ（Ｓ６０）後に、第１行目から第ｋ行目までのｋ個の分割予定ライン１３の加工を終了し（Ｓ７０）、割り出し送り量修正ステップ（Ｓ８０）を行う。なお、本実施形態では、Ｓ３０からＳ７０で行われる被加工物１１の加工を、加工ステップと称する。

本実施形態の割り出し送り量修正ステップ（Ｓ８０）では、加工領域検出ステップ（Ｓ６０）でのパターンマッチングの結果に応じて、加工領域検出ユニット４８が、第（ｋ＋１）行目の分割予定ライン１３の座標を特定する。

このとき、加工領域検出ユニット４８は、ターゲットパターン１７から加工痕Ｂまでの距離を特定する。これにより、加工領域検出ユニット４８は、レーザービームＬのスポットの中心位置が分割予定ライン１３のセンターラインＡ上に位置するためには、インデックス送り量をどれくらいの長さに修正すべきかを特定する。

加工領域検出ステップ（Ｓ６０）後の第（ｋ＋１）行目の分割予定ライン１３の加工時には、第１行目から第ｋ行目までの分割予定ライン１３の加工時に比べて、インデックス送り量が距離ｄだけ小さくなる様に調整される（割り出し送り量修正ステップ（Ｓ８０））（図６（Ｃ）参照）。図６（Ｃ）は、第（ｋ＋１）行目に位置する１つのターゲットパターン１７を含む領域のブレ画像である。

第（ｋ＋１）行目の分割予定ライン１３の座標は、第ｋ行目の分割予定ライン１３の座標に、修正されたインデックス送り量を加算することで特定される。そして、第（ｋ＋１）行目の分割予定ライン１３では、加工領域検出ステップ（Ｓ６０）で検出された加工領域をレーザービーム照射ユニット１２で加工する。

このように、加工領域検出ユニット４８は、パターンマッチングの結果に応じて、レーザービーム照射ユニット１２が加工すべき領域を検出する。これにより、インデックス送り量を修正しない場合に比べて、より正確な加工を行うことができる。

本実施形態では、加工ステップ（即ち、Ｓ３０からＳ７０）中にチャックテーブル１０を停止させることなく、ターゲットパターン１７を含む領域のブレ画像を取得してパターンマッチングが行われる。それゆえ、チャックテーブル１０を停止させてターゲットパターン１７を含む領域を撮像する場合に比べて、被加工物１１の加工時間を短縮できる。

加えて、ブレ画像どうしを用いてパターンマッチングを行うので、ブレΔが無い画像とブレ画像とを用いてパターンマッチングを行う場合に比べて、正確にパターンマッチングを行うことができる。

また、第（ｋ＋１）行目の分割予定ライン１３から第（２ｋ）行目の分割予定ライン１３まで順次加工を行う（Ｓ３０からＳ５０を繰り返す）。このとき、インデックス送り量は、修正後のインデックス送り量とする。

そして、第（２ｋ）行目（即ち、インデックス送り量の修正後の第１行目からｋ行目）を加工するときに（即ち、Ｓ５０でＹＥＳ）、上述のように他のターゲットパターン１７を含む領域の他のブレ画像（第２のブレ画像に対応するブレ画像）を撮像する。そして、第１のブレ画像と他のブレ画像とをパターンマッチングして、加工領域を検出し（Ｓ６０）、割り出し送り量を修正し（Ｓ８０）、修正後のインデックス送りを行う（Ｓ９０）。

ｋ個の分割予定ライン１３毎に加工領域検出ステップ（Ｓ６０）、割り出し送り量修正ステップ（Ｓ８０）を繰り返すことにより、インデックス送り量の変動の影響を低減し、より正確な加工を行うことができる。

図７は、加工方法の例を示すフロー図である。上述の様に、Ｓ１０及びＳ２０の後、分割予定ライン１３の加工を開始する（Ｓ３０）。一の方向と平行な全ての分割予定ライン１３を加工していない場合（Ｓ４０でＮＯ）、制御部４２が、レーザービームＬにより次に加工する分割予定ライン１３は、第ｋ行目又は修正後の第１行目からｋ行目かどうかを判断する。

レーザービームＬで次に加工する分割予定ライン１３が、第ｋ行目、又は、修正後の第１行目からｋ行目でない場合、Ｓ３０に戻る。これに対して、レーザービームＬにより次に加工する分割予定ライン１３が、第ｋ行目、又は、修正後の第１行目からｋ行目（即ち、第（２ｋ）行目、第（３ｋ）行目、第（４ｋ）行目…）である場合には、加工領域検出ステップ（Ｓ６０）に進む。

そして、第（ｋ＋１）行目から順次分割予定ライン１３に沿ってレーザービームＬを照射する。Ｓ４０でＮＯ且つＳ５０でＹＥＳの場合、第（２ｋ）行目の分割予定ライン１３に沿ってレーザービームＬを照射しながら、第（２ｋ）行目の分割予定ライン１３で再び加工領域検出ステップを行う（２回目の加工領域検出ステップ（Ｓ６０））。

これに対して、一の方向と平行な全ての分割予定ライン１３に沿ってレーザービームＬを照射した場合（Ｓ４０でＹＥＳ）、一の方向と平行な分割予定ライン１３の加工を終了する。

例えば、一の方向と平行な分割予定ライン１３の数が１０であり、ｋ＝４である場合について簡単に説明する。Ｓ１０及びＳ２０の後、第１行目から第３行目まで分割予定ライン１３に沿って被加工物１１が加工され（Ｓ３０からＳ５０及びＳ９０の繰り返し）、第４行目の分割予定ライン１３に対してレーザービームＬを照射しながら加工領域検出ステップが行われる（１回目の加工領域検出ステップ（Ｓ６０））。

そして、第１行目から第４行目までの４つの分割予定ライン１３の加工を終了し（Ｓ７０）、割り出し送り量を修正し（Ｓ８０）、修正後の割り出し送り量でインデックス送りする（Ｓ９０）。この状態で、第５行目から第７行目までの分割予定ライン１３を加工する（Ｓ３０からＳ５０及びＳ９０の繰り返し）。

そして、第８行目の分割予定ライン１３に対してレーザービームＬを照射しながら加工領域検出ステップが行われる（２回目の加工領域検出ステップ（Ｓ６０））。第５行目から第８行目までの４つの分割予定ライン１３の加工を終了し（Ｓ７０）、割り出し送り量を修正する（Ｓ８０）。この状態で、第９目の分割予定ライン１３を加工する（Ｓ３０）。

再び、Ｓ４０及びＳ５０でのＮＯを経て、第１０行目の分割予定ライン１３が加工される。第１０行目の分割予定ライン１３が加工されると（Ｓ４０でＹＥＳ）、一の方向と平行な全ての分割予定ライン１３の加工は終了する。

その後、チャックテーブル１０を９０度回転させ、一の方向と直交する他の方向の全ての分割予定ライン１３に沿って、図７に示すフロー図に従い、再び、他の方向の全ての分割予定ライン１３に沿って被加工物１１を加工する。

次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、ターゲットパターン記憶部４４が記憶するブレ画像を、撮像して取得するのではなく、ターゲットパターン１７の静止画像を画像処理することで得る。

より具体的には、チャックテーブル１０と第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２とを相対的に移動させながら第１の撮像ユニット１４－１又は第２の撮像ユニット１４－２でターゲットパターン１７を含む領域を撮像する場合に得られるブレΔに対応するブレΔを有する様に、ターゲットパターン１７の静止画像を画像処理する。これにより、ターゲットパターン記憶部４４が記憶するブレ画像（第１のブレ画像）を得る。係る点が第１実施形態と異なる。

第２実施形態のティーチステップ（Ｓ１０）では、まず、静止状態の第１のターゲットパターン１７を第１の撮像ユニット１４－１又は第２の撮像ユニット１４－２で撮像する。そして、例えば、制御部４２が、第１のターゲットパターン１７の静止画像を、加工送り速度及びシャッター速度から算出されるブレΔと同じブレΔを反映させる画像処理を行い、静止画像を加工する。これにより、第１のブレ画像が作成され、ターゲットパターン記憶部４４に記憶される。

第２実施形態でも、加工ステップ（Ｓ３０からＳ７０）中にチャックテーブル１０を停止させることなく、ターゲットパターン１７を含む領域のブレ画像を取得してパターンマッチングが行われる。それゆえ、チャックテーブル１０を停止させてターゲットパターン１７を含む領域を撮像する場合に比べて、被加工物１１の加工時間を短縮できる。加えて、ブレ画像どうしを用いてパターンマッチングを行うので、ブレΔが無い画像とブレ画像とを用いてパターンマッチングを行う場合に比べて、正確にパターンマッチングを行うことができる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、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できる。例えば、１つの分割予定ライン１３に沿って往復する様にレーザービームＬを照射してもよい（即ち、１つの分割予定ライン１３につき複数パスの加工を施してもよい）。また、例えば、上記実施形態は、円環状の切り刃を有する切削ブレードを有する加工ユニットで被加工物１１を加工する場合にも適用できる。

更に、アブレーション加工に代えて、被加工物１１の内部に改質層を形成してもよい。この場合、１つの分割予定ライン１３に沿ってレーザービームを照射して、その後、被加工物１１の内部における集光点の深さ位置を変えて同じ分割予定ライン１３に沿ってレーザービームを照射する。１つの分割予定ライン１３に沿って往復する様にレーザービームを照射して、この分割予定ライン１３の異なる深さ位置に複数の改質層が形成される。

また、第１変形例として、レーザービーム照射ユニット１２を用いる場合に、同一行の分割予定ライン１３でレーザービーム照射ユニット１２の位置を修正してもよい。つまり、第ｋ行目の分割予定ライン１３に対して行われる加工領域検出ステップ（Ｓ６０）での検出結果を、ターゲットパターン１７を撮像した後に加工する同じ第ｋ行目の分割予定ライン１３に対して反映してもよい。

更に、第２変形例として、第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２は、モーター等の移動機構（不図示）により、Ｙ軸方向に移動可能であってもよい。これにより、レーザービーム照射ユニット１２等の加工ユニットに対して、第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２の位置を移動できる。

例えば、アライメントステップ（Ｓ２０）及び加工領域検出ステップ（Ｓ６０）で、第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２の少なくとも一方が、分割予定ライン１３を視野に含むがターゲットパターン１７を視野に含まない位置にある。そこで、ターゲットパターン１７を視野に含む様に、第１の撮像ユニット１４－１及び第２の撮像ユニット１４－２の少なくとも一方をＹ軸方向に動かしてもよい。

２ レーザー加工装置
４ 基台
６ 基部
８ 壁部
８ａ 表示部
１０ チャックテーブル
１０ａ 保持面
１１ 被加工物
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１２ レーザービーム照射ユニット
１２ａ 加工ヘッド
１３ 分割予定ライン
１４－１ 第１の撮像ユニット
１４－１ａ 第１の撮像ヘッド
１４－２ 第２の撮像ユニット
１４－２ａ 第２の撮像ヘッド
１５ デバイス
１６ Ｙ軸移動ユニット
１７ ターゲットパターン
１８ Ｙ軸ガイドレール
１９ 保護テープ
２０ Ｙ軸移動テーブル
２１ 環状フレーム
２２ Ｙ軸ボールネジ
２３ フレームユニット
２４ Ｙ軸パルスモータ
２６ Ｘ軸移動ユニット
２８ Ｘ軸ガイドレール
３０ Ｘ軸移動テーブル
３２ Ｘ軸ボールネジ
３４ Ｘ軸パルスモータ
３６ 支持台
４０ 支持アーム
４２ 制御部
４４ ターゲットパターン記憶部
４６ パターンマッチング部
４８ 加工領域検出ユニット
Ａ センターライン
Ｂ 加工痕
Ｃ 距離
ｄ 距離
Δ ブレ
Ｌ レーザービーム

Claims (5)

1. 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該被加工物を加工する加工ユニットと、
   該被加工物の表面を撮像する撮像ユニットと、
   該チャックテーブルと該加工ユニット及び該撮像ユニットとを加工送り方向及び割り出し送り方向に相対的に移動させる移動ユニットと、
   該加工ユニットが加工すべき領域を検出する加工領域検出ユニットと、
   を備え、
   該加工領域検出ユニットは、
   該チャックテーブルに保持された該被加工物の該表面側に設けられた第１のターゲットパターンを該撮像ユニットで撮像して得られる、該第１のターゲットパターンを含む領域の被写体ブレの画像であるブレ画像を記憶するターゲットパターン記憶部と、
   該ターゲットパターン記憶部に記憶された該第１のターゲットパターンのブレ画像と、該チャックテーブルと該撮像ユニットとを相対的に移動させながら第２のターゲットパターンを含む領域を該撮像ユニットで撮像して得られる該第２のターゲットパターンを含む領域のブレ画像とをパターンマッチングするパターンマッチング部と、を含み、
   該加工領域検出ユニットは、該パターンマッチングの結果に応じて該加工ユニットが加工すべき領域を検出することを特徴とする加工装置。
2. 該第１のターゲットパターンのブレ画像は、該チャックテーブルと該撮像ユニットとを相対的に移動させながら該被加工物の該表面を撮像して取得されることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 該第１のターゲットパターンのブレ画像は、該撮像ユニットによって撮像された該第１のターゲットパターンの静止画像を、該チャックテーブルと該撮像ユニットとを相対的に移動させながら該撮像ユニットで該第１のターゲットパターンを含む領域を撮像する場合に得られるブレに対応するブレを有する様に画像処理することで得られることを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
4. 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該被加工物を加工する加工ユニットと、
   該被加工物の表面を撮像する撮像ユニットと、
   該チャックテーブルと該加工ユニット及び該撮像ユニットとを加工送り方向及び割り出し送り方向に相対的に移動させる移動ユニットと、
   画像を記憶するターゲットパターン記憶部と、２つの画像をパターンマッチングするパターンマッチング部とを含み、該加工ユニットが加工すべき領域を検出する加工領域検出ユニットと、
   を備える加工装置を用いて、該被加工物を加工する加工方法であって、
   該チャックテーブルと該撮像ユニットとを相対的に移動させながら、該チャックテーブルに保持された該被加工物の該表面側に設けられた第１のターゲットパターンを該撮像ユニットが撮像して、撮像された該第１のターゲットパターンを含む領域の被写体ブレの画像であるブレ画像を該ターゲットパターン記憶部が記憶するティーチステップと、
   該ティーチステップの後、該チャックテーブルと該加工ユニット及び該撮像ユニットとを相対的に移動させながら、該撮像ユニットが第２のターゲットパターンを含む領域を撮像し、該パターンマッチング部が、該ターゲットパターン記憶部に記憶された該第１のターゲットパターンのブレ画像と、撮像された該第２のターゲットパターンを含む領域のブレ画像とをパターンマッチングして、該加工領域検出ユニットが、該加工ユニットにより加工する加工領域を検出する加工領域検出ステップと、
   該加工領域検出ステップの後に、該加工領域を該加工ユニットで加工する加工ステップと、
   を備えることを特徴とする被加工物の加工方法。
5. 該被加工物を加工しながら、該加工領域検出ステップが行われることを特徴とする、請求項４に記載の加工方法。

Images