(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象物に対向配置され該撮像対象物で反射して入射する反射光をＸ方向に屈折させる第一のシリンドリカルレンズと、
光の屈折方向が前記Ｘ方向と直交するＹ方向となるように配置され、前記第一のシリンドリカルレンズを透過した前記反射光が入射する第二のシリンドリカルレンズと、
前記第二のシリンドリカルレンズを透過した前記反射光のうち撮像ラインとなる所定領域からの反射光だけを通過させるマスクと、
前記マスクを通過した前記撮像対象物からの反射光を結像させる結像レンズと、
前記結像レンズの結像位置に設けられ、結像された前記撮像ラインを撮像する撮像素子と、を具備し、
前記第一のシリンドリカルレンズの有する第一の開口数が、前記第二のシリンドリカルレンズの有する第二の開口数よりも大きく、前記第一のシリンドリカルレンズの集光点を前記撮像対象物の表面高さに合わせた状態で、前記撮像対象物と前記第一のシリンドリカルレンズとを相対的にＸ方向へ移動させて、前記撮像対象物のＸ方向の外周部まで含む範囲で走査し、前記撮像対象物のＸ方向の輪郭情報を有する撮像画像を取り込むことを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】
平板状をなす被加工物を保持するチャックテーブルと、
前記チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工ユニットと、
前記チャックテーブルを、当該チャックテーブルに前記被加工物を保持させた保持場所から加工領域まで移動させ、当該加工領域において前記チャックテーブルと前記加工ユニットとを相対移動させる移動機構と、
前記チャックテーブルに保持された被加工物を撮像対象物とする請求項１記載の撮像光学系と、を具備し、
前記撮像光学系を介して取り込まれた前記被加工物の撮像画像から前記被加工物を形状認識し、形状認識結果に基づいて前記チャックテーブルに保持された被加工物と前記加工ユニットとを位置合わせすることを特徴とする加工装置。
【請求項３】
前記撮像光学系は、前記移動機構が前記チャックテーブルを前記保持場所から加工領域まで移動させる経路上に配置されていることを特徴とする請求項２記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の撮像対象物を撮像するための撮像光学系及び撮像光学系を備えた加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程において、サファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体が積層された光デバイスウエーハを、ストリートと呼ばれる分割予定ラインに沿って切断する要請がある。光デバイスウエーハをストリートに沿って切断して得られた光デバイス（発光ダイオード、レーザーダイオード等）が電気機器に広く利用される。
【０００３】
一般に、半導体ウエーハを切断するための切断装置として切削ブレードやレーザーを用いたものが知られている。かかる切断装置では、中央部に開口を備えた環状の支持フレームに装着された保護テープ（透明乃至半透明なテープ）の表面に被加工物が貼着され、その状態で支持フレームがチャックテーブルに保持される。チャックテーブルに保持された被加工物は、アライメント手段によって上記ストリートが検出された後に、ストリートに沿って切断される。
【０００４】
しかるに、被加工物が環状の支持フレームの中央からずれた位置に配置されていたり、被加工物の形状が不定形の場合には、アライメント手段とチャックテーブルに保持された被加工物とが適正な位置関係とならず、アライメントエラーが生じる可能性があり、また適正な切断ストロークで加工できない可能性がある。
【０００５】
上記問題を解消するために、半導体ウエーハ等の平板状被加工物の輪郭を認識する機能を備えた加工装置が提案されている(例えば、特許文献１参照)。かかる加工装置では、半導体ウエーハを切断するに先立ち、支持フレームに固定された半導体ウエーハの輪郭を撮像手段で撮像し、該撮像手段によって撮像された画像情報に基づいて半導体ウエーハの輪郭を認識する。そして、支持フレームの中心を原点として半導体ウエーハの輪郭のＸ座標、Ｙ座標を求め、半導体ウエーハに形成されているストリートのＸ方向長さとＹ方向長さを求めると共に、支持フレームと半導体ウエーハとの中心ずれを求める。支持フレームと半導体ウエーハの中心ずれに対応したアライメントを行うと共に、ストリートのＸ方向長さとＹ方向長さに対応した適正な加工ストロークを算出し、この算出したストロークに基づいて加工工程を遂行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、撮像対象物がサファイア基板等の可視光に対して透明体で薄板状の光デバイスウエーハであると、既存の撮像光学系では撮像対象物（ウエーハ）の輪郭を認識することが難しく、適切に撮像対象物の輪郭が把握出来ないという問題があった。
【０００８】
本発明はこれらの事実に鑑みてなされたものであって、その主たる技術的課題は、サファイア基板等の可視光に対して透明体の撮像対象物であっても、適切に輪郭を把握することが出来る撮像光学系を提供することになる。また、撮像光学系を用いてサファイア基板等の被加工物を位置合わせできる加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の撮像光学系は、撮像対象物に対向配置され該撮像対象物で反射して入射する反射光をＸ方向に屈折させる第一のシリンドリカルレンズと、光の屈折方向が前記Ｘ方向と直交するＹ方向となるように配置され、前記第一のシリンドリカルレンズを透過した前記反射光が入射する第二のシリンドリカルレンズと、前記第二のシリンドリカルレンズを透過した前記反射光のうち撮像ラインとなる所定領域からの反射光だけを通過させるマスクと、前記マスクを通過した前記撮像対象物からの反射光を結像させる結像レンズと、前記結像レンズの結像位置に設けられ、結像された前記撮像ラインを撮像する撮像素子と、を具備し、前記第一のシリンドリカルレンズの有する第一の開口数が、前記第二のシリンドリカルレンズの有する第二の開口数よりも大きく、前記第一のシリンドリカルレンズの集光点を前記撮像対象物の表面高さに合わせた状態で、前記撮像対象物と前記第一のシリンドリカルレンズとを相対的にＸ方向へ移動させて、前記撮像対象物のＸ方向の外周部まで含む範囲で走査し、前記撮像対象物のＸ方向の輪郭情報を有する撮像画像を取り込むことを特徴とする。
【００１０】
このような構成により、第一のシリンドリカルレンズの集光点を撮像対象物の表面に合わせて撮像し、撮像対象物のエッジ外では反射面が集光点から光軸方向へずれてぼけるので、撮像対象物のエッジを境界に光量が大きく変化し、撮像対象物が可視光に対して透明体となるサファイア基板等のワークであっても確実にエッジ検出を行うことができる。
【００１１】
本発明の加工装置は、平板状をなす被加工物を保持するチャックテーブルと、前記チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工ユニットと、前記チャックテーブルを、当該チャックテーブルに前記被加工物を保持させた保持場所から加工領域まで移動させ、当該加工領域において前記チャックテーブルと前記加工ユニットとを相対移動させる移動機構と、前記チャックテーブルに保持された被加工物を撮像対象物とする前記撮像光学系と、を具備し、前記撮像光学系を介して取り込まれた前記被加工物の撮像画像から前記被加工物を形状認識し、形状認識結果に基づいて前記チャックテーブルに保持された被加工物と前記加工ユニットとを位置合わせすることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、撮像光学系を介して取り込まれた被加工物の撮像画像から被加工物を形状認識するので、撮像対象物が可視光に対して透明体となるサファイア基板等のワークであっても確実にエッジ検出を行うことができる。したがって、チャックテーブルに保持された状態での被加工物の形状認識結果を用いることにより、サファイア基板等のワークであってもチャックテーブルに保持された被加工物と加工ユニットとを正確に位置合わせすることができる。
【００１３】
本発明の加工装置は、前記撮像光学系は、前記移動機構が前記チャックテーブルを前記保持場所から加工領域まで搬送する経路上に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、移動機構が前記チャックテーブルを前記保持場所から加工領域まで移動する過程で、被加工物を形状認識することができ、被加工物が加工領域まで移動してから被加工物の形状認識作業を開始する場合に比べて、加工開始時間を短縮できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、サファイア基板等の可視光に対して透明体である撮像対象物の適切に輪郭を把握することが出来る撮像光学系を提供することができる。また、本発明によれば、撮像光学系を用いてサファイア基板等の被加工物を位置合わせできる加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る撮像光学系の構成図である。
【図２】（ａ）図１に示すＸ方向から見た光学系を示す図、（ｂ）図１に示すＹ方向から見た光学系を示す図である。
【図３】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、切削装置の外観斜視図である。
【図４】図３に示す加工装置を図３に示す状態とは反対側から見た外観斜視図である。
【図５】加工装置のチャックテーブルの移動機構及びレーザー光線照射ユニット（加工ユニット）本体の構成図である。
【図６】形状認識機構の設置場所を説明するための加工装置の部分的な斜視図である。
【図７】保持場所と形状認識機構と加工領域との位置関係を説明するための加工装置を上側から見た模式図である。
【図８】環状フレームに複数のサファイアワークを固定した被加工物組立体Ｈの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施の形態に係る撮像光学系の全体構成を示す斜視図である。また、図２（ａ）は図１に示すＸ方向から見た撮像光学系の側面図、図２（ｂ）は図１に示すＹ方向から見た撮像光学系の側面図を示している。
【００１８】
本実施の形態に係る撮像光学系１１０は、光を一方向にのみ屈折させる第一のシリンドリカルレンズ１１１と、光の屈折方向が第一のシリンドリカルレンズ１１１と直交関係になるように配置された第二のシリンドリカルレンズ１１２と、撮像範囲を規定する開口部を有するマスク１１３と、マスク１１３の開口部１１３ａを通過した撮像対象物からの反射光を結像させる結像レンズ１１４と、結像レンズ１１４の結像位置に配置された撮像素子１１５とを主に備えて構成される。また、図示されていないが、撮像対象物の上面側から照明光を照射して撮像対象物を均一に照明する測定用光源が備えられている。
【００１９】
本実施の形態では、撮像対象物として薄板状をなし可視光に対して透明体となるサファイア基板（サファイアワーク）を例に説明するが、ガラス基板（石英：ＳｉＯ２）、ＬＴ基板（タンタル酸リチウム：ＬｉＴａＯ３、透明波長領域270〜5,500nm）等のその他の板状の透明体基板にも適用可能である。また、透明体だけでなく非透明体からなる半導体ウエーハを撮像対象物とすることもできる。
【００２０】
図２（ｂ）に示すように、第一のシリンドリカルレンズ１１１は、図１に示すＸ方向にのみ光を屈折させる平凸型シリンドリカルレンズで構成され、第一の開口数ＮＡ１を有している。第一のシリンドリカルレンズ１１１の第一の開口数ＮＡ１が高い程、撮像対象物Ｍの厚さ方向（Ｘ，Ｙ方向と直交するＺ方向）の解像度が高くなるため、より薄いワークのエッジ位置も検出することが出来る。たとえば、第一の開口数ＮＡ１は０．３〜０．４程度に設定することで厚さ数１０μｍのワークのエッジも検出することができる。
【００２１】
第二のシリンドリカルレンズ１１２は、図１に示すＸ方向と直交するＹ方向にのみ光を屈折させる平凸型シリンドリカルレンズで構成され、図２（ａ）に示すように第一の開口数ＮＡ１よりも小さい第二の開口数ＮＡ２を有している。第一の開口数ＮＡ１が０．３〜０．４の場合には、第二のシリンドリカルレンズ１２の有する第二の開口数ＮＡ２は、０．０２〜０．０３に設定することができる。第二のシリンドリカルレンズ１１２の開口数を大きくすると分解能が上がり、小さくすると撮像範囲（Ｙ方向）が広がる。第二のシリンドリカルレンズ１１２は、第２の開口数ＮＡ２を０．０２〜０．０３に設定した場合、Ｙ方向の分解能が５０〜１００μｍ程度になる。
【００２２】
第１の開口数ＮＡ１はＺ方向の焦点深度を狭くするために開口数をある程度大きくする必要があり、第２の開口数ＮＡ２はＹ方向の撮像範囲を広げるために開口数をある程度小さくする必要がある。よって、第２の開口数ＮＡ２を第１の開口数ＮＡ１よりも小さくすることで、Ｚ方向の焦点深度を狭くしてエッジ判定精度を高くでき、Ｙ方向に十分な長さの撮像範囲を確保できる。
【００２３】
マスク１１３は、第二のシリンドリカルレンズ１１２の凸面と結像レンズ１１４との間に配置されている。図２（ａ）に示すように、第二のシリンドリカルレンズ１１２の凸面から出射した反射光が、第二のシリンドリカルレンズ１１２の凸面から所定距離離れた位置で交差する。この交差領域にマスク１１３を配置している。マスク１１３の開口範囲と第一及び第二のシリンドリカルレンズ１１１、１１２の焦点距離とによって開口数が決まる。マスク１１３によって撮像対象物Ｍからの反射光を制限する。なお、図１には、マスク１１３の開口部１１３ａだけが図示されている。
【００２４】
結像レンズ１１４は、マスク１１３を通過した撮像ラインＬからの反射光を撮像素子１１５上に結像させる。マスク１１３を通過した撮像ラインＬからのＹ方向に長い反射光が入射するように結像レンズ１１４の配置及び口径が設定される。結像レンズ１１４は、各種の収差が補正された組合せレンズを用いることが望ましいが、収差が問題とならない場合は単レンズで構成しても良い。
【００２５】
撮像素子１１５は、結像レンズ１１４により結像した撮像ラインＬに対してライン上の各位置での光量を電気信号に変換して出力する。撮像素子１１５から出力される撮像ラインＬ上の各位置での光量を表す電気信号は、図示していない制御部へ出力される。
【００２６】
制御部は、撮像素子１１５から撮像ラインＬの撮像画像を取り込んでライン状の各位置の光量（輝度）と基準値とを比較し、比較結果に基づいてエッジ判定（形状認識ということもできる）を行う。
【００２７】
第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点を撮像対象物Ｍの表面に合わせ（図２（ｂ））、かつ撮像ラインＬが撮像対象物Ｍ上にある状態（エッジを含まない状態）で、撮像ラインＬを撮像素子１１５上に結像して撮像する。このときに得られる撮像ラインＬの任意位置での撮像画像の光量（輝度）を基準値とすることができる。又は、撮像ラインＬ上の各位置での光量（輝度）はほぼ同一であるので、平均輝度を基準にすることもできる。いずれにしても、第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点を撮像対象物Ｍの表面に合わせた状態で撮像される画像の光量（輝度）を基準として基準値を決定する。
【００２８】
一方、撮像ラインＬのうち一部が撮像対象物Ｍのエッジよりも外側（エッジ外）にある場合、エッジ外では第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点に撮像対象物Ｍが存在しない。このため、第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点を撮像対象物Ｍの表面に合わせた状態では、撮像ラインＬに含まれるエッジ外からの反射光は撮像素子１１５上において焦点の合っていないぼけ画像となる。撮像素子１１５が一様な照明光で照射された撮像環境下では、ぼけ画像は合焦画像に比べて光量（輝度）が著しく低下する。特に、第一のシリンドリカルレンズ１１１は高開口数である第一の開口数ＮＡ１を有するので、第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点から少しでも光軸方向にずれれば、撮像素子１１５に結像される像はピントのずれた画像となる。したがって、制御部において撮像ラインＬの撮像画像から基準値よりも光量（輝度）が所定値以上低い画像が検出されれば、この画像を構成する画素位置に対応する撮像ラインＬの該当箇所はエッジ外であると判定できる。
【００２９】
以上のように構成された本実施の形態の撮像光学系１１０では、撮像対象物Ｍの表面と第一のシリンドリカルレンズ１１１の平面とを対向させ、第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点を撮像対象物Ｍの表面に合わせた状態で、撮像ラインＬの像を撮像素子１１５に結像させて撮像する。第一のシリンドリカルレンズ１１１の光軸方向の位置を保ったまま、撮像対象物Ｍと撮像光学系１１０とをＸ方向へ相対移動させ、撮像対象物ＭのＸ方向の外周部まで確実に含む範囲で走査する。Ｘ方向の１ライン分の走査が終了したら、Ｙ方向へ１ラインシフトして同様にＸ方向に走査する。撮像対象物ＭのＹ方向の外周部まで確実に含む範囲でＹ方向の走査を行う。
【００３０】
本実施の形態では、薄板状の撮像対象物Ｍの厚さに対して十分な解像度（第一の開口数ＮＡ１）の第一のシリンドリカルレンズ１１１が用いられている。このため、図２（ｂ）に例示するように、第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点が撮像対象物Ｍの表面に合っている状態では、撮像画像輝度は基準値となるが、撮像対象面が第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点から光軸方向となる撮像対象物Ｍの厚さ方向に少しでもずれると、当該撮像位置に対応した撮像画像がぼけて輝度が基準値よりも所定値以上に低くなる。
【００３１】
したがって、上記したように得られた撮像画像は、撮像対象物Ｍのエッジを境界にして、エッジ外は撮像画像がぼけて一様に輝度が基準値よりも所定値以上低くなる。制御部では撮像ラインＬの撮像画像に対してライン毎にライン方向に各画素の輝度判定を行うことで、エッジ領域を確実に検出できる。
【００３２】
また、本実施の形態によれば、第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点を撮像対象物Ｍの表面に合わせて撮像し、撮像対象物Ｍのエッジ外では反射面が集光点から光軸方向へずれてぼけることを利用してエッジ検出しているので、撮像対象物Ｍが測定用光源の波長に対して透明度が高くても確実にエッジ検出を行うことができる。
【００３３】
次に、以上のように構成された撮像光学系１１０を備えた加工装置の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、レーザー加工装置について例示するが、切削ブレードを用いてワークを切断する加工装置にも適用可能である。
【００３４】
最初に、一般に撮像が困難な薄板型の透明体ワークの一例として、サファイアワークＷ（被加工物）について簡単に説明する。
図８は、環状フレームに複数のサファイアワークを固定した被加工物組立体Ｈの斜視図である。サファイアワークＷは、略円板状に形成されており、サファイア基板の表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域に区画され、この区画された領域に光デバイス６３が形成されている。また、サファイアワークＷは、貼着テープ６４を介して環状フレーム６５に支持され、被加工物組立体Ｈとして図示しないカセット内に収容された状態で加工装置１の載置板１１に載置される。
【００３５】
以下、本実施の形態に係る加工装置の構成及び動作について説明する。
図３は本発明の実施の形態に係る加工装置の外観斜視図であり、図４は図３に示す加工装置を図３に示す状態とは反対側から見た外観斜視図である。
【００３６】
図３に示すように、加工装置１は、内部に加工空間を形成する筐体２を有し、筐体２の内部にはレーザー光線照射ユニット１５（加工ユニット）が収容されている（図４、５参照）。加工装置１には、サファイアワークＷを筐体２内に取り込むチャックテーブル１３が備えられている。図３には、チャックテーブル１３を筺体２外部に移動させて筐体２の前方で待機させた状態を示しており、本実施の形態においては図３に示すチャックテーブル１３の位置する場所がチャックテーブル１３に被加工物組立体Ｈ（サファイアワークＷ）を保持させる保持場所となる。筐体２の前方には、筐体２外部に移動したチャックテーブル１３に隣接して、サファイアワークＷが収納されたカセットが載置される載置板１１と、載置板１１を昇降させることにより、高さ方向における被加工物組立体Ｈの位置を調整する載置板昇降機構４を備える。
【００３７】
また、筐体２の前面部２ａには、載置板１１に載置されたカセットと一対のガイドレール１６との間の被加工物組立体Ｈの受け渡しを行うプッシュプルアーム６が設けられている。保持場所に位置付けられたチャックテーブル１３の上側に互いに対向する様に設けられた一対のガイドレール１６は互いに離間・接近可能に構成されている。また、一対のガイドレール１６の上側には一対のガイドレール１６とチャックテーブル１３との間の被加工物組立体Ｈの受け渡しを行う受渡し機構１７が設けられている。受渡し機構１７は被加工物組立体Ｈの環状フレーム６５を保持する保持部１８が先端に設けられ、保持部１８を昇降させる保持部昇降機構１９を有する。さらに、筐体２の一側面２ｂには、加工装置１を制御するための各種加工条件を設定するためのタッチパネル式のモニター９が設けられている。
【００３８】
図５はレーザー光線照射ユニット１５の加工ヘッドとチャックテーブル１３をＸ方向及びＹ方向へ移動させる移動機構とを抜き出した状態を示す図である。移動機構２０は、Ｙ軸方向に配設された一対のＹ軸ガイドレール２２ａ，２２ｂと、Ｙ軸ガイドレール２２ａ，２２ｂに沿ってＹ軸方向に移動自在に設けられたＹ軸テーブル２３とを備える。Ｙ軸テーブル２３の背面側には、図示しないナット部が形成され、ナット部にボールネジ２４が螺合されている。そして、ボールネジ２４の端部には、駆動モータ２５が連結され、駆動モータ２５によりボールネジ２４が回転駆動される。
【００３９】
また、移動機構２０は、Ｙ軸テーブル２３上にＹ軸方向と直交するＸ軸方向に形成された一対のＸ軸ガイドレール２６ａ，２６ｂと、Ｘ軸ガイドレール２６ａ，２６ｂに沿ってＸ軸方向へ移動自在に設けられたＸ軸テーブル２７とを備える。Ｘ軸テーブル２７の背面側には、図示しないナット部が形成され、ナット部にボールネジ２８が螺合されている。そして、ボールネジ２８の端部には、駆動モータ２９が連結され、駆動モータ２９によりボールネジ２８が回転駆動される。
【００４０】
Ｘ軸テーブル２７上にチャックテーブル１３が設置されている。チャックテーブル１３は、テーブル支持部３１と、テーブル支持部３１の上部に設けられた加工予定ラインであるストリートを持つワークＷを吸着保持するウエーハ保持部３２と、環状フレーム６５を保持するフレーム保持部３３とを備える。テーブル支持部３１の内部には、ウエーハ保持部３２にワークＷを吸着保持させる吸引源が設けられている。
【００４１】
また、筺体２内においてチャックテーブル１３よりも上方位置にレーザー光線照射ユニット１５のレーザー加工ヘッド３４が配置されている。レーザー光線照射ユニット１５は、レーザー加工ヘッド３４のＺ軸方向の位置を調整する加工ヘッド用Ｚ軸調整機構を備える。加工装置１は、移動機構２０がレーザー光線照射ユニット１５と被加工物組立体Ｈを保持したチャックテーブル１３とを相対移動させてサファイアワークＷを切断するように構成されている。
【００４２】
図６はサファイアワークＷの撮像及び形状認識を行う形状認識機構５１の設置場所を示す図である。形状認識機構５１は、上述した撮像光学系１１０を備えている。図７に示すように、チャックテーブル１３に固定された被加工物組立体Ｈを保持場所からレーザー光線照射ユニット１５によるレーザー加工の加工領域まで搬送する経路上に配置されている。すなわち、レーザー加工の障害とならない位置であって、被加工物組立体Ｈが保持場所から加工領域に到達するよりも手前に形状認識機構５１を配置している。これにより、移動機構２０がサファイアワークＷを保持場所から加工領域まで搬送する過程で、チャックテーブル１３に固定された被加工物組立体ＨにおけるサファイアワークＷの輪郭情報を取得することができ、サファイアワークＷがレーザー光線照射ユニット１５の加工領域まで搬送されたときには、サファイアワークＷの形状認識を終了することができる。
【００４３】
次に、以上のように構成された加工装置による加工動作について説明する。
載置板１１上に被加工物組立体Ｈが装填されているカセットが載置され、載置板１１上に載置されたカセットの所定位置に収容されている被加工物組立体Ｈが、載置板昇降機構４によって所定の高さに位置付けられる。所定の高さに位置付けられた被加工物組立体Ｈはプッシュプルアーム６によって一対のガイドレール１６上に引き出され、受渡し機構１７によってチャックテーブル１３上へ受け渡される。チャックテーブル１３上に被加工物組立体Ｈが載置されたならば、環状フレーム６５の外周縁部の一部がフレーム保持部３３によって固定され、さらに図示しない吸引源が作動してサファイアワークＷを貼着テープ６４を介してチャックテーブル１３上に吸引保持する。被加工物組立体Ｈを保持したチャックテーブル１３は、移動機構２０によってサファイアワークＷをチャックテーブル１３上に保持した保持場所から筺体２内部の加工領域（図７）に向けて移動させられる。
【００４４】
サファイアワークＷが筺体２内の加工領域へ移動する途中で、形状認識機構５１の直下を通過する。このときに、形状認識機構５１に備えられている撮像光学系１１０によってサファイアワークＷの全体が撮像される。
【００４５】
図示していない撮像用Ｚ軸調整機構は、レーザー加工ヘッド３４をＺ方向へ移動することにより、第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点をサファイアワークＷの表面に合わせる。第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点がサファイアワークＷの表面に合っているか否かは、撮像素子１１５に結像された像の輝度から制御部が判断し、撮像用Ｚ軸調整機構を制御して合焦状態にセットするようにしても良い。
【００４６】
本例では、撮像光学系１１０のＹ方向の撮像範囲である撮像ラインＬが、チャックテーブル１３の直径より長い寸法に設定されている（図６、図７）。したがって、サファイアワークＷをＸ方向へ移動するだけで、複数のサファイアワークＷの撮像が完了する。
【００４７】
図示されていない制御部は、チャックテーブル１３（サファイアワークＷ）が形状認識機構５１の下方を通過する際、チャックテーブル１３のＸ方向の先頭部が第一のシリンドリカルレンズ１１１を横切る前に、撮像光学系１１０に対して撮像開始指示を与える。また、チャックテーブル１３のＸ方向の後端部が第一のシリンドリカルレンズ１１１を完全に通過してから、撮像光学系１１０に対して撮像終了指示を与える。制御部は、チャックテーブル１３上に保持されている複数のサファイアワークＷの撮像画像を撮像素子１１５から取り込み、各サファイアワークＷのエッジを検出して、個々のサファイアワークＷの形状認識を行う。
【００４８】
上述したように、撮像光学系１１０は、第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点を撮像対象物Ｍの表面に合わせて撮像し、撮像対象物Ｍのエッジ外では反射面が集光点から光軸方向へずれてぼけるので、透明体からなる薄板状のワークであっても、制御部において撮像画像の光量を基準値と比較するだけで確実に個々のサファイアワークＷのエッジを検出することができる。
【００４９】
制御部は、個々のサファイアワークＷの形状認識結果に基づいて、各サファイアワークＷの輪郭のＸ座標、Ｙ座標を求め、サファイアワークＷに形成されている各ストリートのＸ方向長さとＹ方向長さを求める。
【００５０】
サファイアワークＷを保持したチャックテーブル１３が加工領域（図７）まで移動させられたならば、制御部が、サファイアワークＷの形状認識情報に基づいて、移動機構２０を駆動制御してＸ方向及びＹ方向の精密位置合わせを行う。レーザー光線照射ユニット１５のレーザー加工ヘッド３４の光軸が、加工対象となるサファイアワークＷの加工開始点となるストリートの端部に精密に位置合わせされる。図示していない加工ヘッド用Ｚ軸調整機構によりレーザー光線照射ユニット１５の加工ヘッド３４をサファイアワークＷに所定距離まで接近させ、チャックテーブル３をレーザー加工方向に所定の送り速度で移動することにより、チャックテーブル１３上に保持された加工対象のサファイアワークＷはレーザー加工ヘッド３４により所定のストリートに沿って加工される。所定のストリートに沿って加工したら、チャックテーブル１３をストリートの間隔だけ割り出し送りし、上記加工作業を実施する。そして、加工対象のサファイアワークＷの所定方向に延在するストリートの全てに沿って加工作業を実施したならば、Ｘ方向又はＹ方向に隣接するサファイアワークＷを次の加工対象として上記同様の位置合わせを行う。全てのサファイアワークＷについてＸ方向又はＹ方向の加工が終了したら、チャックテーブル１３を９０度回転させて、最初に加工対象となるサファイアワークＷについて先に加工した方向と直交する方向に延在するストリートに沿って加工作業を実行する。この結果、サファイアワークＷに格子状に形成された全てのストリートが加工される。残りのサファイアワークＷについても同様にストリートに沿って加工作業を実行する。
【００５１】
なお、加工には溝加工や切断加工などが挙げられるが、仮にチップが切断されても貼着テープ６４の作用によってチップはバラバラにはならず、環状フレーム６５に支持されたサファイアワークＷの状態が維持されている。
【００５２】
上述したようにサファイアワークＷに形成されたストリートに沿って加工作業が終了したら、チャックテーブル１３は最初に被加工物組立体Ｈを吸引保持した保持場所へ戻される。そして、チャックテーブル１３に吸引保持された被加工物組立体Ｈは受渡し機構１７と一対のガイドレール１６とプッシュプルアーム６によって、カセット内に再び収容される。
【００５３】
本実施の形態によれば、高開口数の第一のシリンドリカルレンズ１１１の集光点を被加工物の表面に合わせて撮像しその撮像画像の輝度変化からエッジ検出しているので、被加工物が光を透過する透明体であっても確実にエッジ検出を行うことができ、高い精度で加工ユニットと被加工物との位置合わせを行うことができる。
【００５４】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、可視光に対して透明体で薄板状をなすサファイア基板等のワークを撮像対象物とする撮像光学系及び撮像対象物を形状認識して位置合わせする加工装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１  加工装置
２  筐体
４  載置板昇降機構
６  プッシュプルアーム
１１  載置板
１３  チャックテーブル
１５  レーザー光線照射ユニット（加工ユニット）
１６  ガイドレール
１７  受渡し機構
１８  保持部
１９  保持部昇降機構
２０  移動機構
２２ａ，２２ｂ  Ｙ軸ガイドレール
２３  Ｙ軸テーブル
２４  ボールネジ
２５  駆動モータ
２６ａ，２６ｂ  Ｘ軸ガイドレール
２７  Ｘ軸テーブル
２８  ボールネジ
２９  駆動モータ
３１  テーブル支持部
３２  ウエーハ保持部
３３  フレーム保持部
６５  環状フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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