JP7449709B2 - プリズム機構、撮像装置、保持機構、及び、加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射した光を反射して該光の進行方向を変更するプリズム機構、及び、それを利用する撮像装置や加工装置に関する。

従来、光を屈折させるための光学素子としてプリズムが広く利用されており、プリズムを利用した撮像装置を備える加工装置も知られている。

例えば、特許文献１では、ウェーハをダイシングする切削装置において、切削ブレードの摩耗を監視するブレード監視ユニットを設ける構成が開示される。ブレード監視ユニットは、切削ブレードを挟んで対向する発光部と受光部を備える構成とし、発光部と受光部にはそれぞれプリズムが利用されている。

また、特許文献２では、ウェーハを研削する研削装置において、研削砥石の摩耗量を測定する検出手段を設ける構成が開示される。検出手段は、砥石を挟んで対向する投光側プリズムと受光側プリズムを備える構成としている。

特開２０１９－０５４０８１号公報 特開２０１２－１４８３８７号公報

上述した例は、２つのプリズムが被撮像物を挟んで対向して配置される形態であるが、被撮像物と９０度ずれた位置に撮像カメラを配置するレイアウトとするニーズが存在する。

このニーズに対し、一つのプリズムを用いることで、プリズムの反射面を被撮像物に４５度傾斜させて配置し、入射した光を９０度屈折させて撮像カメラ側に出射する構成を検討した。

また、被撮像物に対し光を照射するための光源が必要になるが、この光源をプリズムや撮像カメラと別の装置に組み付ける構成とすると、組付けの手間が生じることや、装置のコンパクト化に支障を来たすことが懸念される。

以上に鑑み、本願発明は、プリズムを用いることにより被撮像物と９０度ずれた位置からの撮像を可能とする新規なプリズム機構、及び、それを備える撮像装置、及び、加工装置を提案するものである。

本発明の一態様によれば、
光の進行方向を変更するプリズム機構であって、
被撮像物に対面して配設され、該被撮像物からの反射光を反射して該反射光の進行方向を変更させる反射面を含むプリズム本体と、
該プリズム本体を収容する筐体と、
該被撮像物に対して光を照射する光源と、
を備え、
該筐体には、被撮像物に対面して該反射光の通過を許容する第一通過口と、
該プリズム本体で進行方向が変更された該反射光を撮像カメラに導く第二通過口と、
が形成される、
プリズム機構とする。

また、本発明の一態様によれば、
上記記載のプリズム機構を備えた撮像装置であって、
該第二通過口に接続された撮像カメラを更に備える、撮像装置とする。

また、本発明の一態様によれば、
上記記載の撮像装置を備える保持機構であって、
透明部材からなる透明部を含み、板状の被撮像物を保持する保持面を有した保持テーブルを更に備え、
該第一通過口が該保持テーブルの該透明部の下方に位置付けられる、保持機構とする。

また、本発明の一態様によれば、
上記記載の保持機構を備えた加工装置であって、
該保持テーブルで保持された板状の被撮像物を加工する加工手段を更に備える、加工装置とする。

本発明の一態様によれば、プリズムを用いることにより被撮像物と９０度ずれた位置からの撮像を可能とするプリズム機構が実現できる。

また、本発明の一態様によれば、被撮像物と９０度ずれた位置からの撮像が可能となる。

また、本発明の一態様によれば、透明部を介して板状の被撮像物を撮像することができる。

また、本発明の一態様によれば、被撮像物の下側から撮像が可能となることで、被撮像物において保護をしたい面（例えばデバイス面）を下側にして保持しながら加工箇所（例えば、分割予定ライン）を検出しつつ、被撮像物を切削加工することができる。

本発明の実施に使用される切削装置の一実施形態の斜視図である。 支持ボックス及び保持テーブル部分の分解斜視図である。 （Ａ）は支持ボックス上に搭載された保持テーブルの斜視図である。（Ｂ）は下方撮像機構及びその支持構造の斜視図である。 保持テーブルの断面形状等について示す図である。 （Ａ）は、下方撮像機構の構成について示す側面概要図である。（Ｂ）は、プリズム本体の別実施形態について示す図である。 下方撮像機構の構成について示す正面概要図である。 （Ａ）は被加工物の一例であるウェーハの表面を表す図である。（Ｂ）は被加工物の一例であるウェーハの裏面を表す図である。 保持テーブルと下方撮像機構の位置関係について説明する図である。 切削ステップについて説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る加工装置２について示す斜視図である。なお、本発明は以下に説明される切削装置の形態の他、レーザーにて被加工物を加工する加工ユニットであって、レーザービームを発生させる発振器とレーザービームを被加工物に集光する集光器とを備えた加工ユニットを有するレーザー加工装置においても適用できる。

図１に示すように、加工装置２の基台４には、保持テーブル２７が移動機構２３（図３（Ａ））によりＸ軸方向に往復動可能に配設されている。保持テーブル２７の周囲にはウォーターカバー１４が配設されており、このウォーターカバー１４と基台４にわたり蛇腹１６が連結されている。

図１に示すように、基台４の前側角部には、後述する被加工物を収容するカセット２０を載置するためのカセット載置台２１が設けられる。

図１に示すように、基台４上には門型形状のコラム２４が立設されており、コラム２４にはＹ軸方向に伸長する一対のガイドレール２６が固定されている。コラム２４にはＹ軸移動ブロック２８が、ボールねじ３０とパルスモータ３２とからなるＹ軸移動機構３４によりガイドレール２６に案内されてＹ軸方向に移動可能に搭載されている。

図１に示すように、Ｙ軸移動ブロック２８にはＺ軸方向に伸長する一対のガイドレール３６が固定されている。Ｙ軸移動ブロック２８上には、Ｚ軸移動ブロック３８がボールねじ４０とパルスモータ４２とからなるＺ軸移動機構４４によりガイドレール３６に案内されてＺ軸方向に移動可能に搭載されている。

図１に示すように、Ｚ軸移動ブロック３８には切削ユニット４６及び上方撮像機構５２が取付けられている。切削ユニット４６は、図９に示すように、図示せぬモータにより回転駆動されるスピンドル４８の先端部に切削ブレードＢ１を着脱可能に装着して構成されている。

図１に示すように、基台４上には、スピンナーテーブル５６を有するスピンナー洗浄ユニット５４が設けられており、切削加工後の被加工物をスピンナーテーブル５６で吸引保持してスピンナー洗浄するとともに、スピン乾燥できるようになっている。

図２は、保持テーブル２７の構成について説明する図である。
保持テーブル２７は環状ベース６２と、円盤状の保持部材７４とを有する。環状ベース６２は、嵌合部６４と、嵌合部６４より大径のベルト巻回部６６と、嵌合部６４軸方向に貫通する貫通部６５と、貫通部６５を塞ぐ透明部材６８と、を有する。

図２に示すように、環状ベース６２の上面には、円盤状の保持部材７４の枠部７４ｂを載置して固定するための被装着領域７０が設けられる。

図２に示すように、保持部材７４は、円盤状の保持部７４ａと、その周囲を取り囲む枠部７４ｂを有して構成される。保持部７４ａは、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム等の透明部材にて構成されている。なお、透明部材の「透明」とは、「可視光の少なくとも一部の波長の光を透過し、吸収、散乱しない」ことをいうものであり、後述する外周凸部検出ステップや、分割予定ライン検出ステップの実行を可能とするものであればよく、着色されたものであってもよい。また、保持部材７４の一部の必要な範囲にのみ透明領域を構成することとしてもよい。以上のようにして、保持部材７４の保持部７４ａにて、保持テーブル２７に透明領域が構成される。

図４に示すように、保持部７４ａの上面は、ウェーハＷを保持する保持面７４ｃを形成する。保持面７４ｃにおいて、保持部７４ａの外周縁に近い箇所には、環状の吸引溝７６が同心状に複数設けられており（本実施例では３列）、この吸引溝７６にテープＴが吸着保持される。吸引溝７６は、保持部材７４が環状ベース６２に取付けられた状態で吸引源８９に接続される。

図２及び図４に示すように、環状ベース６２の上面には、保持部材７４の周囲を取り囲むように、ウェーハユニット８の環状フレームＦを下側から支持するフレーム支持部７２が４箇所に設けられる。

図２及び図４に示すように、フレーム支持部７２は、環状フレームＦを支持する支持面を構成する支持ブロック７２ａと、環状フレームＦの下側から吸着保持する吸着部７２ｂと、を有し、吸着部７２ｂは、吸引源８９に接続される。

図２及び図４に示すように、保持テーブル２７の環状ベース６２には、保持部材７４の保持部７４ａとほぼ同径の貫通部６５が形成されており、貫通部６５の下部が透明部材６８（例えば、ガラス）にて閉鎖される。これにより、下側から順に、透明部材６８、貫通部６５、保持部材７４の保持部７４ａが配置され、これらの部位において光が透過することで、詳しくは後述するように、保持テーブル２７の下方からの撮像が可能となる。なお、透明部材６８は省略することとしてもよい。

図２に示すように、保持部材７４を環状ベース６２の被装着領域７０上に搭載し、環状ベース６２から下方に突設される環状の嵌合部６４を支持ボックス１５の円形開口１５ａに嵌合させることで、図３（Ａ）に示すように保持テーブル２７が支持ボックス１５に回転可能に搭載された状態となる。

図３（Ａ）に示すように、支持ボックス１５の連結板１５ｂにはモータ１７が取り付けられており、モータ１７の出力軸に連結されたプーリー１７ａと環状ベース６２のベルト巻回部６６に渡りベルト２９が巻回される。モータ１７を駆動すると、ベルト２９を介して保持テーブル２７が回転される。

図３（Ａ）に示すモータ１７は、例えばパルスモータから構成され、アライメント遂行時にモータ１７を所定パルスで駆動すると、保持テーブル２７が所定量回転（θ回転）されて、図７（Ａ）に示すウェーハＷの分割予定ライン（ストリート）１３のアライメントを行うことができる。

図３（Ａ）に示すように、支持ボックス１５は、Ｘ軸方向に固定的に延在する一対のガイドレール３１にスライド可能に載置されており、移動機構２３によりＸ軸方向に移動される。移動機構２３は、ガイドレール３１の間に平行に配置されるボールネジ２３ａと、パルスモータ２３ｂを有して構成される。

図３（Ａ）に示すように、ボールネジ２３ａは支持ボックス１５の下板１５ｅの下面に設けた雌ネジ部に螺合され、パルスモータ２３ｂを駆動してボールネジ２３ａを回転させることで、支持ボックス１５がＸ軸方向に移動する。

図３（Ａ）に示すように、支持ボックス１５の近傍には、保持テーブル２７に保持された半導体ウェーハ等の被加工物を保持部材７４の下側から撮像する下方撮像機構８２が設けられている。

図８に示すように、支持ボックス１５は、上板１５ｃ、下板１５ｅ、及び、連結板１５ｂにて側面視において略コ字をなしており、連結板１５ｂの反対側には、上板１５ｃと下板１５ｅの間の空間に下方撮像機構８２の進入を可能とする開口部１５ｇが形成される。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、下方撮像機構８２は、Ｙ軸移動ブロック８３に立設されるコラム９６に設けられる。Ｙ軸移動ブロック８３は、Ｙ軸方向に固定的に延在する一対のガイドレール８１にスライド可能に載置されており、駆動手段８７によりＹ軸方向に移動される。駆動手段８７は、ガイドレール８１の間に平行に配置されるボールネジ８７ａと、パルスモータ８７ｂを有して構成される。

図３（Ａ）に示すように、ボールネジ８７ａはＹ軸移動ブロック８３の下面に設けた雌ネジ部に螺合され、パルスモータ８７ｂを駆動してボールネジ８７ａを回転させることで、Ｙ軸移動ブロック８３がＹ軸方向に移動する。

図３（Ｂ）に示すように、下方撮像機構８２は、プリズム機構Ｐと、撮像カメラＣと、を有して構成される。

図３（Ｂ）、図５（Ａ）、及び、図６に示すように、プリズム機構Ｐは、プリズム本体９０と、光源９２と、プリズム本体９０、及び、光源９２を収容する筐体８４と、を有して構成される。

図５（Ａ）に示すように、プリズム機構Ｐのプリズム本体９０は、側面視において約４５度の角度の傾斜をなす反射面９０ａを有するいわゆる直角プリズム（側面視直角三角形）にて構成される。

図５（Ａ）に示すように、筐体８４において、反射面９０ａに対して斜め４５度上方の位置、即ち、プリズム本体９０に対して上方となる位置には、第一通過口８８ａが形成されている。反射面９０ａは第一通過口８８ａを通じて保持テーブル２７に対向する。

図５（Ａ）に示すように、筐体８４において、反射面９０ａに対し斜め４５度下方の位置、即ち、プリズム本体９０に対して側方となる位置には、第二通過口８８ｂが形成されている。

以上のようにして、図５（Ａ）に示すように、第一通過口８８ａから進入する光Ｈ１が、反射面９０ａで反射して９０度屈折し、第二通過口８８ｂから出射される。

なお、図５（Ａ）に示すプリズム本体９０のように、反射面９０ａで光Ｈ１を直接反射させる他、図５（Ｂ）に示すプリズム本体９０Ａのように、プリズム本体９０Ａ内に光Ｈ１を透過させて反射面９０ｂで光Ｈ１を屈折させることとしてもよい。この場合、光路長を長く形成することができ、各部品の干渉を避けるなどの設計が可能となる。

図５（Ａ）及び図６に示すように、筐体８４内には、例えばＬＥＤからなる光源９２が収容されており、筐体８４の上面には、光源９２の光を透過させるための光透過口８６が形成されている。本実施例では、プリズム本体９０を挟んで両側に３個づつ光源９２が配置され、各光源９２に対応する位置に光透過口８６が形成される。

図６に示すように、光源９２から照射される光Ｈ２は、上方に配置される保持テーブル２７に保持されたウェーハＷの下面に向けて照射され、その反射した光Ｈ１がプリズム本体９０に入射する。なお、光源９２は、照射される光Ｈ２が撮像カメラＣ（図５（Ａ））の焦点位置を照らすように傾斜して配置され、光Ｈ２の光軸が傾斜するように構成される。

図５（Ａ）に示すように、撮像カメラＣは、鏡筒９１と、鏡筒９１の一端側に設けられる対物レンズ９３と、鏡筒９１の他端側に設けられる撮像素子９５と、を有して構成される。

図５（Ａ）に示すように、鏡筒９１は、第二通過口８８ｂに接続されるように設けられ、対物レンズ９３がプリズム本体９０の反射面９０ａに対向するように配置される。

図５（Ａ）に示すように、対物レンズ９３を通過した光Ｈ１は撮像素子９５にて受光され、図示せぬ画像処理装置により画像データ化される。

図３（Ｂ）に示すように、下方撮像機構８２を構成するプリズム機構Ｐや撮像カメラＣは、支持プレート９４により支持され、支持プレート９４の基端部はＺ軸移動ブロック９８に固定されている。Ｙ軸移動ブロック８３（図３（Ａ））に立設されるコラム９６には、ボールねじ１００及びパルスモータ１０２から構成されるＺ軸移動手段１０４が設けられ、Ｚ軸移動ブロック９８が一対のガイドレール１０６に沿ってＺ軸方向（上下方向）に移動され、これに伴って、下方撮像機構８２もＺ軸方向（上下方向）に移動される。

次に、以上の装置構成を用いた加工例について説明する。
＜被加工物準備ステップ＞
図７（Ａ）（Ｂ）は、被加工物の一例であるウェーハＷを示すものである。ウェーハＷは、例えば半導体にて構成される基板１０の裏面１０ｂに、電極やダイボンド材となる金属膜１２が成膜されたものである。

図７（Ａ）に示すように、ウェーハＷを構成する基板１０の表面１０ａには、デバイス１１が格子状に配列され、分割予定ライン１３（ストリート）に沿って切削加工が施されることにより、チップに分割されるものである。基板１０は、例えば、厚さが１００μｍのＳｉＣウェーハである。

図７（Ｂ）は、ウェーハＷの裏面側を示すものであり、ウェーハＷを構成する基板１０の裏面１０ｂに、金属膜１２が形成されている。金属膜１２の材質や構造、厚み等に特段の制限はないが、例えば、チタンと銅との積層構造や、ニッケルとプラチナと金との積層構造、ニッケルと金との積層構造、銀の単層構造等である。

また、図７（Ｂ）に示すように、金属膜１２を上側にして露出させるとともに、ウェーハＷの表面ＷａをテープＴに貼着し、テープＴを介して環状フレームＦとウェーハＷを一体とするウェーハユニット８が構成される。

以上のようなウェーハユニット８を構成することで、表面Ｗａのデバイス１１をテープＴにて保護しつつ、ウェーハＷがハンドリング可能な状態とされる。なお、環状フレームＦを用いずに、ウェーハＷの表面Ｗａにテープを貼着して保護することとしてもよい。

また、図７（Ｂ）において、テープＴは透明、即ち、「可視光の少なくとも一部の波長の光を透過し、吸収、散乱しない」特性を有することとし、後述する分割予定ライン検出ステップの実行を可能とするものである。また、テープＴは着色されたもであってもよく、伸縮性のある樹脂製のテープにて構成することができる。また、テープＴを用いる代わりに、ガラスや樹脂等からなる板状のハードプレートにてウェーハＷの表面Ｗａを保護してハンドリングすることとしてもよい。

なお、被加工物としては、金属膜１２が形成されていないものも対象となるものであり、デバイス１１が形成される表面ＷａをテープＴに貼着して保護しつつ、表面Ｗａにある撮像が必要な箇所、即ち、分割予定ラインの撮像が必要となるアプリケーションについて、本発明は好適に採用し得る。

＜保持ステップ＞
図８に示すように、ウェーハＷの金属膜１２を上側にし、保持テーブル２７にてウェーハＷを保持するステップである。

ウェーハＷは、テープＴを介して保持テーブル２７の保持部材７４に吸引保持される。テープＴと保持部材７４は、上述したように透明にて構成されるものである。

＜分割予定ライン検出ステップ＞
図８に示すように、Ｙ軸移動ブロック８３を移動させることで、下方撮像機構８２をウェーハＷの下方に位置付け、保持テーブル２７の保持部材７４、テープＴを介して、ウェーハＷの表面Ｗａを撮像するとともに、撮像画像をもとにウェーハＷの分割予定ライン１３（図７（Ａ））が検出される。

＜切削ステップ＞
図９に示すように、切削ユニット４６の切削ブレードＢ１の位置を、分割予定ライン検出ステップで検出された分割予定ライン１３（図７（Ａ））の位置に合わせるとともに、切削ユニット４６を所定の高さに位置付け、保持テーブル２７を加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動させることで、切削加工が行われる。

図９に示すように、一つの分割予定ライン１３（図７（Ａ））について切削加工を行った後、切削ブレードＢ１をＹ軸方向にインデックス送りを行って、隣の分割予定ラインについて同様に切削加工を行う。

図７（Ａ）において、第一の方向（例えば、Ｘ軸方向）に伸びる全ての分割予定ライン１３について切削加工を行った後、保持テーブル２７（図９）を９０度回転させ、図７（Ａ）において第二の方向（例えば、Ｙ軸方向）について、同様の切削加工が実施される。

以上のようにして本発明を実施することができる、
図５（Ａ）及び図６に示すように、
光の進行方向を変更するプリズム機構Ｐであって、
被撮像物となる被加工物（ウェーハＷ）に対面して配設され、被撮像物からの反射光（光Ｈ１）を反射して反射光（光Ｈ１）の進行方向を変更させる反射面９０ａを含むプリズム本体９０と、
プリズム本体９０を収容する筐体８４と、
被撮像物に対して光Ｈ２を照射する光源９２と、
を備え、
筐体８４には、被撮像物に対面して反射光（光Ｈ１）の通過を許容する第一通過口８８ａと、
プリズム本体９０で進行方向が変更された反射光（光Ｈ１）を撮像カメラＣに導く第二通過口８８ｂと、
が形成される、プリズム機構Ｐとするものである。

これによれば、プリズムを用いることにより被撮像物と９０度ずれた位置からの撮像を可能とするプリズム機構が実現できる。

また、図３（Ｂ）、及び、図５（Ａ）に示すように、
プリズム機構を備えた撮像装置（下方撮像機構８２）であって、
第二通過口８８ｂに接続された撮像カメラＣを更に備える構成とするものである。

これによれば、被撮像物と９０度ずれた位置からの撮像が可能となる。

また、図３（Ａ）に示すように、
撮像装置（下方撮像機構８２）を備える保持機構であって、
透明部材からなる透明部を構成する保持部材７４を含み、板状の被撮像物を保持する保持面を有した保持テーブル２７を更に備え、
第一通過口８８ａが保持テーブル２７の透明部（保持部材７４）の下方に位置付けられる、保持機構とするものである。

これによれば、透明部を介して板状の被撮像物を撮像することができる。

また、図１、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、
保持テーブル２７で保持された板状の被撮像物を加工する加工手段である切削ユニット４６を更に備える加工装置２とするものである。

この構成によれば、被撮像物の下側から撮像が可能となることで、被撮像物において保護をしたい面（例えばデバイス面）を下側にして保持しながら加工箇所（例えば、分割予定ライン）を検出しつつ、被撮像物を切削加工することができる。

２ 加工装置
８ ウェーハユニット
１０ 基板
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
１１ デバイス
１２ 金属膜
１３ 分割予定ライン
２７ 保持テーブル
４６ 切削ユニット
７０ 環状支持部
７２ フレーム支持部
７４ 保持部材
８１ ガイドレール
８２ 下方撮像機構
８４ 筐体
８６ 光透過口
９０ プリズム本体
９０ａ 反射面
９１ 鏡筒
９２ 光源
９３ 対物レンズ
９５ 撮像素子
Ｂ１ 切削ブレード
Ｃ 撮像カメラ
Ｆ 環状フレーム
Ｈ１ 光
Ｈ２ 光
Ｐ プリズム機構
Ｔ テープ
Ｗ ウェーハ
Ｗａ 表面
Ｗｂ 裏面

Claims (2)

1. 被撮像物を加工する加工ユニットと、被加工物を撮像する撮像装置と、被撮像物を保持する保持機構と、を備える加工装置であって、
   撮像装置は、プリズム機構と、撮像カメラと、を備え、
   プリズム機構は、
   被撮像物に対面して配設され、該被撮像物からの反射光を反射して該反射光の進行方向を変更させる反射面を含むプリズム本体と、
   該プリズム本体を収容する筐体と、
   該被撮像物に対して光を照射する光源と、
   を備え、
   該筐体には、被撮像物に対面して該反射光の通過を許容する第一通過口と、
   該プリズム本体で進行方向が変更された該反射光を撮像カメラに導く第二通過口と、
   が形成され、
   該撮像カメラは光軸が水平方向となるように設けられ、かつ、該第二通過口に接続されて該プリズム機構と水平方向に並設して設けられ、
   該保持機構は、
   該被撮像物を保持する保持面を形成する保持部材を有する保持テーブルを備え、
   該プリズム機構と該撮像カメラをともに該保持テーブルの下方に進入させて、
   該保持テーブルの下方から該保持部材の透明部を通じて該被撮像物の下面を撮像可能とする、
   加工装置。
2. 該撮像カメラは、筒軸が水平方向となるように設置される鏡筒と、
   該鏡筒の一端側に設けられ、該第二通過口に対向して配置される対物レンズと、
   該鏡筒の他端側に設けられる撮像素子と、
   を有して構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。