JP5606757B2 - 形状認識装置 - Google Patents

Description

本発明は、板状物の輪郭を特定する形状認識装置に関する。

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配列されたストリートと呼ばれる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、切削装置やレーザー加工装置等のダイシング装置によりストリートに沿って切断することにより個々のデバイスを製造している。また、サファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを個々のデバイスに分割する際には、ウエーハを環状のフレームに装着されたダイシングテープの表面に貼着した状態で実施する。環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されるウエーハは、環状のフレームの中央領域に許容範囲を持って貼着されるので、環状のフレームの中心とウエーハの中心が必ずしも一致しない。一方、加工機の被加工物を保持するチャックテーブルは環状のフレームを基準としてダイシングテープに貼着されたウエーハを保持するため、環状のフレームの中心とウエーハの中心が一致していないと、チャックテーブルの中心にウエーハの中心を一致させることができない。このため、予め設定された加工ストロークで加工すると未加工部が発生し、切断不良が生ずるという問題がある。

また、破損して不定形になったウエーハを加工するには、ウエーハの加工領域および加工ストロークを調整するために相当の時間を要する。

上述した問題を解消するために、チャックテーブルに保持されたウエーハを撮像し、ウエーハの輪郭を特定して加工ストロークを設定することにより、不定形なウエーハであっても効率よく加工することができるようにした加工方法が下記特許文献１に開示されている。

特許第３１７３０５２号

而して、サファイア基板の表面に複数の光デバイスが形成された光デバイスウエーハは透明体であるため、光デバイスウエーハを撮像した画像から輪郭を明確に特定することが困難である。

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、透明体からなるウエーハ等の板状物であっても輪郭を明確に特定することができる形状認識装置を提供することである。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、板状物を保持する保持テーブルと、該保持テーブル上に保持され板状物を撮像する撮像手段と、該撮像手段の下側に配設された照明手段と、該照明手段によって照射され該保持テーブル上に保持された板状物で反射した反射光のうち該撮像手段による撮像領域の正反射光を遮蔽する遮蔽手段と、を具備し、
該遮蔽手段は、該照明手段のケースとして機能する遮蔽板からなっている、
ことを特徴とする形状認識装置が提供される。

上記板状物は、環状のフレームに装着された粘着テープの表面に貼着した状態で保持テーブル上に保持される。

本発明による形状認識装置は保持テーブル上に保持され板状物を撮像する撮像手段と、撮像手段の下側に配設された照明手段と、照明手段によって照射され保持テーブル上に保持された板状物で反射した反射光のうち撮像手段による撮像領域の正反射光を遮蔽する遮蔽手段とを具備しているので、撮像手段は板状物で反射した乱反射光と板状物の周囲で反射した乱反射光を捉えて撮像することになる。板状物で反射した乱反射光の光量と板状物の周囲で反射した乱反射光の光量とは、板状物の周囲で反射した乱反射光の光量の方が多量である。従って、撮像手段によって撮像される画像は、透明体である板状物であっても板状物に対応する領域が暗く、板状物の外側の領域が明るく表れ、コントラストが明確となるため、板状物の輪郭を明確に特定することができる。

本発明に従って構成された形状認識装置が装備されたレーザー加工機の斜視図。 図１に示すレーザー加工機に装備された形状認識装置の構成図。 図２に示す形状認識装置によって実施する形状認識工程の説明図。 図３に示す形状認識工程において撮像された画像の説明図。 図１に示すレーザー加工機によって実施するレーザー光線照射工程の説明図。 板状物としての光デバイスウエーハを環状のフレームに装着された粘着テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。

以下、本発明に従って構成された形状認識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形状認識装置を装備したレーザー加工機の斜視図が示されている。
図１に示すレーザー加工機１は、略直方体状の装置ハウジング２を具備している。この装置ハウジング２内には、板状物であるウエーハを保持する保持テーブルとしてのチャックテーブル３が矢印Ｘで示す加工送り方向（Ｘ軸方向）および該加工送り方向X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ている。チャックテーブル３は、吸着チャック支持台３１と、該吸着チャック支持台３１上に装着された吸着チャック３２を具備しており、該吸着チャック３２の表面である保持面上に被加工物である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。また、チャックテーブル３は、図示しない回転機構によって回動可能に構成されている。このように構成されたチャックテーブル３の吸着チャック支持台３１には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３４が配設されている。なお、レーザー加工機１は、上記チャックテーブル３を加工送り方向Xに加工送りする図示しない加工送り手段、および割り出し送り方向Yに割り出し送りする図示しない割り出し送り手段を具備している。

図示のレーザー加工機１は、上記チャックテーブル３に保持された被加工物としてのウエーハにレーザー加工を施すレーザー光線照射手段４を備えている。レーザー光線照射手段４は、レーザー光線発振手段４１と、該レーザー光線発振手段４１によって発振されたレーザー光線を集光する集光器４２を具備している。なお、レーザー加工機１は、レーザー光線発振手段４１をチャックテーブル３の吸着チャック３２の上面である保持面に垂直な方向である矢印Zで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動する図示しない集光点位置調整手段を具備している。

図示のレーザー加工機１は、上記チャックテーブル３の吸着チャック３２上に保持された被加工物の表面を撮像し、上記レーザー光線照射手段４の集光器４２から照射されるレーザー光線によって加工すべき領域を検出するためのアライメント手段５およびチャックテーブル３の吸着チャック３２上に保持された被加工物の輪郭を検出するための形状認識装置６を具備している。また、図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、アライメント手段５や形状認識装置６によって撮像された画像等を表示する表示手段７を具備している。なお、上記形状認識装置６については、後で詳細に説明する。

図示のレーザー加工機１は、被加工物である板状物としてのウエーハを収容するカセットが載置されるカセット載置部１１ａを備えている。カセット載置部１１ａには図示しない昇降手段によって上下に移動可能にカセットテーブル１１１が配設されており、このカセットテーブル１１１上にカセット１１が載置される。カセット１１に収容される板状物としてのウエーハは、図６に示すようにサファイア基板の表面に光デバイス層が積層して形成された光デバイスウエーハ１０からなり、表面１０ａに格子状に配列された複数のストリート１０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域に光デバイス１０２が形成されている。このように構成されたウエーハ１０は、環状のフレームFに装着された粘着テープTに表面１０ａを上側にして裏面１０bが貼着される。なお、上記粘着テープTは、図示の実施形態においては厚さが１００μｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるシート基材の表面にアクリル樹脂系の糊が塗布されている。

図示のレーザー加工機１は、上記カセット１１に収納された加工前の光デバイスウエーハ１０を仮置き部１２ａに配設された位置合わせ手段１２に搬出するとともに加工後の光デバイスウエーハ１０をカセット１１に搬入するウエーハ搬出・搬入手段１３と、位置合わせ手段１２に搬出された加工前の光デバイスウエーハ１０をチャックテーブル３上に搬送する第１のウエーハ搬送手段１４と、チャックテーブル３上でレーザー加工された光デバイスウエーハ１０を洗浄する洗浄手段１５と、チャックテーブル３上でレーザー加工された光デバイスウエーハ１０を洗浄手段１５へ搬送する第２のウエーハ搬送手段１６を具備している。

ここで、上記形状認識装置６について、図２を参照して説明する。
図２に示す形状認識装置６は、上記チャックテーブル３に保持された光デバイスウエーハ１０の全体を撮像する撮像手段６１と、撮像手段６１の下側に配設された照明手段６２と、照明手段６２によって照射されチャックテーブル３に保持された光デバイスウエーハ１０で反射した反射光のうち撮像手段６１による撮像領域Aの正反射光を遮蔽する遮蔽手段６３とを具備している。照明手段６２は、光学レンズ６１１と撮像素子（CCD）６１２とを備えたCCDカメラからなっている。照明手段６２は、LED、LD、蛍光灯等を用いることができる。遮蔽手段６３は、照明手段６２のケースとして機能する円形の遮蔽板からなり、下面に照明手段６２が配設されている。このように構成された形状認識装置６の撮像手段６１は、撮像した画像信号を制御手段６０に送る。また、上記アライメント手段５も撮像した画像信号を制御手段６０に送る。なお、図示の実施形態における制御手段６０は、上記チャックテーブル３を加工送り方向Xに加工送りする図示しない加工送り手段や割り出し送り方向Yに割り出し送りする図示しない割り出し送り手段およびレーザー光線発振手段４１や該レーザー光線発振手段４１を集光点位置調整方向Zに移動する図示しない集光点位置調整手段等を制御するようになっている。

図示の実施形態における形状認識装置６を装備したレーザー加工機１は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
環状のフレームFに保護テープTを介して支持された加工前の光デバイスウエーハ１０は、被加工面である表面１０ａを上側にしてカセット１1の所定位置に収容されている。カセット１1の所定位置に収容された加工前の光デバイスウエーハ１０は、図示しない昇降手段によってカセットテーブル１１１が上下動することにより搬出位置に位置付けられる。次に、被加工物搬出・搬入手段１３が進退作動して搬出位置に位置付けられた光デバイスウエーハ１０を仮置き部１２ａに配設された位置合わせ手段１２に搬出する。位置合わせ手段１２に搬出された光デバイスウエーハ１０は、位置合わせ手段１２によって所定の位置に位置合せされる。次に、位置合わせ手段１２によって位置合わせされた加工前の光デバイスウエーハ１０は、第１のウエーハ搬送手段１４の旋回動作によってチャックテーブル３の吸着チャック３２上に搬送される。光デバイスウエーハ１０がチャックテーブル３の吸着チャック３２上に搬送されと、図示しない吸引手段を作動し、吸着チャック３２上に保護テープTを介して光デバイスウエーハ１０を吸引保持する。そして、光デバイスウエーハ１０を保護テープTを介して支持している環状のフレームFをクランプ３４によって固定する。このようにして光デバイスウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３は、図示しない加工送り手段によって形状認識装置６の直下に位置付けられる。

チャックテーブル３が形状認識装置６の直下に位置付けられたならば、図３に示すように形状認識装置６の照明手段６２を作動し、チャックテーブル３に保持された光デバイスウエーハ１０に向けて光を照射する。光デバイスウエーハ１０に向けて照射された光は、光デバイスウエーハ１０の表面１０aが平滑面に形成されているため、光デバイスウエーハ１０の表面で正反射する正反射光と乱反射する乱反射光が生成される。また、光デバイスウエーハ１０が貼着されている粘着テープTの表面に照射された光は、粘着テープTの表面が平滑面ではないため全て乱反射する乱反射光となる。一方、遮蔽手段６３は、チャックテーブル３に保持された光デバイスウエーハ１０の表面１０aで反射した反射光のうち撮像手段６１による撮像領域Aの正反射光を遮蔽するように大きさおよび撮像手段６１までの距離が設定されている。従って、撮像手段６１は、光デバイスウエーハ１０で反射した乱反射光と粘着テープTの表面で反射した乱反射光を捉えて撮像することになる。光デバイスウエーハ１０で反射した乱反射光の光量と粘着テープTの表面で反射した乱反射光の光量とは、粘着テープTの表面で反射した乱反射光の光量の方が光デバイスウエーハ１０で反射した乱反射光の光量より多量である。従って、撮像手段６１によって撮像される画像は、透明体である光デバイスウエーハ１０であっても図４に示すように光デバイスウエーハ１０に対応する領域が暗く、光デバイスウエーハ１０の外側の領域が明るく表れ、コントラストが明確となるため、光デバイスウエーハ１０の輪郭を明確に特定することができる。このようにして形状認識装置６の撮像手段６１によって撮像された画像信号を入力した制御手段６０は、光デバイスウエーハ１０の輪郭に沿って座標値を求め、内蔵するメモリ６０１に格納する（形状認識工程）。

上述した形状認識工程を実施したならば、図示しない加工送り手段を作動して光デバイスウエーハ１０が保持されたチャックテーブル３をアライメント手段５の直下に位置付ける。そして、アライメント手段５および制御手段６０によって光デバイスウエーハ１０に所定方向に形成されているストリート１０１と、ストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４の集光器４２との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理が実行され、レーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。また、光デバイスウエーハ１０に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びるストリート１０１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。

上述したようにチャックテーブル３上に保持されている光デバイスウエーハ１０に形成されているストリート１０１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントを実施したならば、制御手段６０は図示しない加工送り手段および第１の割り出し送り手段を作動してチャックテーブル３を移動し、所定のストリート１０１をレーザー光線照射手段４の集光器４２の直下に位置付ける。そして、更に図５の（ａ）で示すようにストリート１０１の一端（図５の（ａ）において左端）を集光器４２の直下に位置付ける。次に、制御手段６０は、レーザー光線照射手段４のレーザー光線発振手段４１を作動して集光器４２から光デバイスウエーハ１０に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のパルスレーザー光線を照射しつつ、図示しない加工送り手段を作動してチャックテーブル３を矢印Ｘ１で示す加工送り方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。このとき、集光器４２から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pは、光デバイスウエーハ１０の表面１０ａに合わされている。そして、図５の（ｂ）で示すようにストリート１０１の他端（図５の（ｂ）において右端）が集光器４２の直下に達したら、制御手段６０はレーザー光線発振手段４１を制御してパルスレーザー光線の照射を停止する(レーザー光線照射工程)。このレーザー光線照射工程においては、制御手段６０は上述したように光デバイスウエーハ１０の輪郭の座標値を記憶しストリート１０１の長さを把握しているので、光デバイスウエーハ１０を加工開始位置から加工終了位置まで正確に位置付けることができる。この結果、光デバイスウエーハ１０には、図５の（ｂ）に示すようにストリート１０１に沿ってレーザー加工溝１１０が正確に形成される。

上述したように所定のストリート１０１に沿ってレーザー光線照射工程を実施したら、制御手段６０は図示しない割り出し送り手段を作動して、チャックテーブル３を割り出し送り方向Ｙにストリート１０１の間隔だけ割り出し送りし（割り出し工程）、上記レーザー光線照射工程を実施する。このようにして所定方向に延在する全てのストリート１０１についてレーザー光線照射工程を実施したならば、チャックテーブル３を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各ストリート１０１に沿って上記レーザー光線照射工程を実施することにより、光デバイスウエーハ１０の全てのストリート１０１に沿ってレーザー加工溝１１０が正確に形成される。

以上のようにして、光デバイスウエーハ１０の全てのストリート１０１に沿ってレーザー加工溝１１０が形成されたならば、制御手段６０は図示しない加工送り手段を作動して光デバイスウエーハ１０を保持しているチャックテーブル３を最初に光デバイスウエーハ１０を吸引保持した位置に戻し、図示しない吸引手段による光デバイスウエーハ１０の吸引保持を解除するとともに、クランプ３４による環状のフレームFの固定を解除する。次に、制御手段６０は第２のウエーハ搬送手段１６を作動して、チャックテーブル３上のレーザー加工された光デバイスウエーハ１０を洗浄手段１５に搬送する。次に、制御手段６０は、洗浄手段１５を作動してレーザー加工された光デバイスウエーハ１０を洗浄し乾燥する。

上述したようにレーザー加工された光デバイスウエーハ１０の洗浄および乾燥作業を実施したならば、制御手段６０は第１の搬送手段１４を作動して洗浄された光デバイスウエーハ１０を位置合わせ手段１２に搬送する。次に、制御手段６０は、ウエーハ搬出・搬入手段１３を作動して位置合わせ手段１２に搬送された光デバイスウエーハ１０をカセット１１の所定位置に収納せしめる。

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。例えば上述した実施形態においては、形状認識装置６の撮像手段６１は、光デバイスウエーハ１０の全体を撮像する例を示したが、所定幅の帯状領域を撮像するラインセンサーでもよい。

１：レーザー加工機
２：装置ハウジング
３：チャックテーブル
４：レーザー光線照射手段
４１：レーザー光線発振手段
４２：集光器
５：アライメント手段
６：形状認識装置
６０：制御手段
６１：撮像手段
６２：照明手段
６３：遮蔽手段
１０：光デバイスウエーハ
F：環状のフレーム
T：ダイシングテープ

Claims (2)

1. 板状物の輪郭を検出する形状認識装置であって、
   板状物を保持する保持テーブルと、該保持テーブル上に保持され板状物を撮像する撮像手段と、該撮像手段下側に配設された照明手段と、該照明手段によって照射され該保持テーブル上に保持された板状物で反射した反射光のうち該撮像手段による撮像領域の正反射光を遮蔽する遮蔽手段と、を具備し、
   該遮蔽手段は、該照明手段のケースとして機能する遮蔽板からなっている、
   ことを特徴とする形状認識装置。
2. 上記板状物は、環状のフレームに装着された粘着テープの表面に貼着した状態で保持テーブル上に保持される、請求項１記載の形状認識装置。