JP2018158395A

JP2018158395A - 加工装置

Info

Publication number: JP2018158395A
Application number: JP2017055780A
Authority: JP
Inventors: 祐司紀; Yuji Nori
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2018-10-11

Abstract

【課題】被撮像面に高低差がある被加工物であっても鮮明な撮像画を取得する。【解決手段】加工装置１は、被加工物を照明する照明手段１０と被加工物を撮像する撮像手段２０と少なくとも照明手段１０と撮像手段２０とを制御する制御手段３０とを備え、照明手段１０は、中央に円形空間１２を残してリング状に配置された複数の照明を有し、複数の該照明は、対物レンズ２３の光軸２４に対して第一の傾斜角度を有する第一光軸１６０を有した複数の第一照明１６と、対物レンズ２３の光軸２４に対して第二の傾斜角度を有する第二光軸１７０を有した複数の第二照明１７とを含み、制御手段３０は、第一照明１６の点灯または消灯を制御する第一制御部３１と、第二照明１７の点灯または消灯を制御する第二制御部３２とを有するため、被加工物の被撮像面に高低差があっても、被撮像面を影のない状態にして撮像手段２０で撮像でき、鮮明な撮像画を取得できる。【選択図】図４

Description

本発明は、被加工物に所定の加工を施す加工装置に関するもので、特には、照明手段と、照明手段によって照明された被加工物を撮像する撮像手段とを備えた加工装置に関する。

切削装置等の加工装置は、被加工物を保持する保持テーブルと、保持テーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを回転可能に装着した切削手段と、照明手段と、照明手段によって照明された被加工物の被撮像面を撮像する撮像手段とを少なくとも備えている。加工装置において被加工物を切削する前には、撮像手段で被加工物の加工すべき領域（分割予定ライン）を検出してから、切削ブレードで分割予定ラインに沿って切削を行っている。また、切削ブレードの欠け等によって切削状態が悪化することがあるため、切削中また切削完了後に撮像手段の下方に被加工物を移動させて、切削ブレードによって形成された溝を撮像し、その撮像画像に基づいて溝の状態を確認している（例えば、下記の特許文献１を参照）。

特開平１０−１４９７０５号公報

しかし、被加工物の被撮像面に高低差がある場合、照明手段で被撮像面を照らしながら撮像手段で撮像して撮像画を取得しても、高低差付近のコントラストが明確にならずに検出したいものが検出できないという問題がある。例えば、被加工物のパターン面上の凹凸を正確に検出できずにパターンの誤検出等をしたり、レーザ加工によって形成されたアブレーション溝を撮像しても、アブレーション溝とその周囲に付着したデブリによって溝幅を正確に検出できなかったりするという問題もある。

本発明の目的は、被撮像面に高低差がある被加工物であっても鮮明な撮像画を取得しうる加工装置を提供することである。

本発明は、加工装置であって、被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルの上方に配設され、該保持テーブル上の被加工物を照明する照明手段と、該照明手段で照明された該保持テーブル上の被加工物を撮像する撮像手段と、少なくとも該照明手段と該撮像手段とを制御する制御手段と、を備え、該照明手段は、中央に円形空間を残してリング状に配置された複数の照明を有し、該円形空間には該撮像手段の対物レンズが配設され、複数の該照明は、該対物レンズの光軸に対して第一の傾斜角度を有する第一光軸を有した複数の第一照明と、該対物レンズの該光軸に対して第二の傾斜角度を有する第二光軸を有した複数の第二照明と、を含み、該制御手段は、該第一照明の点灯または消灯を制御する第一制御部と、該第二照明の点灯または消灯を制御する第二制御部と、を有する。

上記照明手段は、中央に上記円形空間を残して複数の上記第一照明が配置された第一リング部と、該第一リング部の外周側で複数の上記第二照明が配置された第二リング部と、を有することが望ましい。

複数の上記第一照明は、互いに異なる発光波長を有する複数のＬＥＤであり、複数の上記第二照明は、互いに異なる発光波長を有する複数のＬＥＤであることが望ましい。

本発明に係る加工装置は、被加工物を保持する保持テーブルと、保持テーブルの上方に配設され、保持テーブル上の被加工物を照明する照明手段と、照明手段で照明された保持テーブル上の被加工物を撮像する撮像手段と、少なくとも照明手段と撮像手段とを制御する制御手段とを備え、照明手段は、中央に円形空間を残してリング状に配置された複数の照明を有し、円形空間には撮像手段の対物レンズが配設され、複数の該照明は、対物レンズの光軸に対して第一の傾斜角度を有する第一光軸を有した複数の第一照明と、対物レンズの光軸に対して第二の傾斜角度を有する第二光軸を有した複数の第二照明とを含み、制御手段は、第一照明の点灯または消灯を制御する第一制御部と、第二照明の点灯または消灯を制御する第二制御部とを有するため、たとえ被加工物の被撮像面に高低差があっても、第一照明又は第一照明を個別に点灯又は消灯させることで被撮像面を影のない状態にして撮像手段で撮像することができ、鮮明な撮像画を取得することができる。

上記照明手段は、中央に上記円形空間を残して複数の上記第一照明が配置された第一リング部と、該第一リング部の外周側で複数の上記第二照明が配置された第二リング部とを有するため、被加工物の被撮像面の状態に応じて、上記制御手段が最適な第一照明又は第二照明を選択して点灯させることができるため、鮮明な撮像画を取得することができる。

複数の上記第一照明は、互いに異なる発光波長を有する複数のＬＥＤであり、複数の上記第二照明は、互いに異なる発光波長を有する複数のＬＥＤであるため、照明光の指向性が高くなり、上記制御手段が最適な第一照明又は第二照明を選択して点灯させることで、検出したい被加工物の被撮像面を集中的に照らすことができ、より鮮明な撮像画を取得することができる。

加工装置の一例の構成を示す斜視図である。撮像手段及び照明手段の構成を示す断面図である。照明手段の構成を示す部分拡大断面図である。複数の照明の配置例を示す平面図である。照明手段の変形例であり、複数の照明の配置例を示す平面図である。

図１に示す加工装置１は、被加工物Ｗに切削加工を施す加工装置の一例である。加工装置１は、装置ベース２を有しており、装置ベース２の前部には、複数の被加工物Ｗを収容するカセット３が配設されている。装置ベース２の上面２ａには、カセット３から加工前の被加工物Ｗを搬出するとともにカセット３に加工後の被加工物Ｗを搬入する搬入出手段４と、被加工物Ｗが仮置きされる仮置き領域５と、被加工物Ｗを保持する保持テーブル７とを備えている。カセット３の近傍には、仮置き領域５と保持テーブル７との間で被加工物Ｗを搬送する第１の搬送手段６ａを備えている。保持テーブル７の下方には、図示していないが、保持テーブル７を切削送り方向（Ｘ軸方向）に移動させる切削送り手段が接続されており、切削送り手段が駆動されることで保持テーブル７をＸ軸方向に往復移動させることができる。

装置ベース２のＸ軸方向後部には、保持テーブル７に保持された被加工物Ｗに切削加工を行う切削手段８を備えている。切削手段８は、Ｙ軸方向の軸心を有するスピンドルの先端に切削ブレード８ａが回転可能に装着されている。切削手段８は、図示しないモータによって駆動されてスピンドルが回転し、切削ブレード８ａを回転させながら被加工物Ｗに切り込ませて切削を行うことができる。装置ベース２の中央には、切削後の被加工物Ｗを保持テーブル７から洗浄を行う洗浄領域９に搬送する第２の搬送手段６ｂを備えている。

加工装置１は、保持テーブル７の移動経路の上方に配設され、保持テーブル７上の被加工物Ｗを照明する図２に示す照明手段１０と、照明手段１０によって照明された保持テーブル７上の被加工物Ｗを撮像する撮像手段２０と、少なくとも照明手段１０と撮像手段２０とを制御する制御手段３０と、撮像手段２０によって撮像された撮像画が表示されるモニター４０とを備えている。

撮像手段２０は、図２に示すように、被加工物Ｗの表面（被撮像面）を撮像するカメラ２１と、カメラ２１に接続された顕微鏡２２と、顕微鏡２２の先端部に取り付けられた対物レンズ２３とを備えている。カメラ２１には、例えばＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサが内蔵されている。撮像手段２０では、カメラ２１で被加工物Ｗの被撮像面を撮像することにより、例えば、加工前の被加工物Ｗの加工すべき領域が写し出された撮像画のほか、加工中または加工完了後の被加工物Ｗの加工状態が写し出された撮像画を撮像することができる。

照明手段１０は、本体部１１を有しており、顕微鏡２２の下部に本体部１１が接続された構成となっている。本体部１１には、その中央に円形空間１２を残して、円形空間１２の周囲を囲繞するリング状のリング部１３が形成されている。かかるリング部１３の内部に複数の照明がリング状に整列して配置されている。円形空間１２には、撮像手段２０の対物レンズ２３が配設されている。本体部１１の側部には、複数の照明に電力を供給する電源ケーブル１８が接続されている。

図３に示すように、リング部１３は、外側壁１３０と、外側壁１３０に連接した内側壁１３１と、外側壁１３０と内側壁１３１との間に照明を取り付けるための取り付け壁１３２とを備えている。内側壁１３１は、その下端部側が内側に傾斜しており、円形空間１２が実質的に縮径された状態となるとともに、外側壁１３０と内側壁１３１の傾斜した部分とで光源室１４が形成されている。内側壁１３１の傾斜部分には、取り付け壁１３２が内側壁１３１の傾斜方向と対称的な外側に傾斜して形成されている。この取り付け壁１３２に複数の照明が取り付けられており、全ての照明が光源室１４内に収容されている。光源室１４の下部は、透明または半透明の例えばアクリル樹脂からなる合成樹脂板１５によってカバーされている。

複数の照明は、対物レンズ２３の鉛直方向の光軸２４に対して第一の傾斜角度を有する第一光軸１６０を有した複数の第一照明１６と、対物レンズ２３の光軸２４に対して第二の傾斜角度を有する第二光軸１７０を有した複数の第二照明１７とを含んでおり、第一照明１６及び第二照明１７は斜光照明として機能する。第一の傾斜角度，第二の傾斜角度は、照明光が照射される被加工物Ｗとの間隔（ワーキングディスタンス）によって任意に設定されるものであり、本実施形態では例えば３０°〜７５°の間の範囲となっている。この場合、第一の傾斜角度及び第二の傾斜角度が所望の角度となるように、取り付け壁１３２をあらかじめ傾斜させて内側壁１３１に形成しておく。

複数の第一照明１６は、互いに異なる発光波長を有する複数のＬＥＤで構成され、複数の第二照明１７についても、互いに異なる発光波長を有する複数のＬＥＤで構成されている。図４に示す照明手段１０は、第一照明１６及び第二照明１７の配置例を示しており、リング部１３に沿って全体としてリング状となるように複数の第一照明１６と複数の第二照明１７とが交互に配置されている。複数の第一照明１６，複数の第二照明１７は、例えば青色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤなどの異なる発光色のＬＥＤを適宜組み合わせて配置するとよい。なお、本実施形態では、第一照明１６，第二照明１７の個数は、それぞれ１２個となっているが、個数は特に限られず、ＬＥＤの個数を適宜増減してもよいし、第一照明１６，第二照明１７の光量を調整して明るさを調整してもよい。

図１に示す制御手段３０は、第一照明１６の点灯または消灯を制御する第一制御部３１と、第二照明１７の点灯または消灯を制御する第二制御部３２とを備えている。図３の例では、図示してないが、第一照明１６，第二照明１７は、円形空間１２の開口の軸心方向に向けて、それぞれ異なる角度で傾斜しているため、制御手段３０により第一照明１６又は第二照明１７を選択して点灯させることにより、照明光で照らしたい対物レンズ２３の視野の一部分を照らすことができる。すなわち、制御手段３０では、第一制御部３１と第二制御部３２とを選択的に切り替えて、所望の視野を照らすために最適な第一照明１６又は第二照明１７を選択して点灯させることができる。また、第一制御部３１及び第二制御部３２により第一照明１６及び第二照明１７を同時に点灯させて、対物レンズ２３の視野の全体を広く照らすことも可能である。

次に、加工装置１の動作例について説明する。図１に示す被加工物Ｗは、円形板状の基板を有し、その表面（被撮像面）には、ＩＣなどの回路パターンが分割予定ラインによって区画されて形成されている。被加工物Ｗの切削時には、被加工物ＷはテープＴを介して環状のフレームＦと一体となって形成され、これがカセット３に複数収容されている。搬入出手段４は、フレームＦと一体となった被加工物Ｗをカセット３から引き出して仮置き領域５に仮置きする。

次いで、仮置き領域５に仮置きされた被加工物Ｗを第１の搬送手段６ａによって保持テーブル７に搬送する。保持テーブル７で被加工物Ｗを保持したら、切削送り手段によって保持テーブル７を切削送り方向（Ｘ軸方向）に移動させ、撮像手段２０，切削手段８の下方に順次移動させる。撮像手段２０によって、保持テーブル７に保持された被加工物Ｗの被撮像面を撮像する際には、制御手段３０が、図２に示す照明手段１０を制御して、図３に示す第一照明１６又は第二照明１７を選択して点灯させ、照明光を対物レンズ２３の視野に対して斜め上方から入射させる。

ここで、被加工物Ｗのパターン面上の凹凸による高低差によって、例えば第一照明１６の照明光では回路パターンと分割予定ラインとのコントラストが明確にならない場合は、第一制御部３１によって第一照明１６を消灯させるとともに、第二制御部３２によって第二照明１７を点灯させて被加工物Ｗの被撮像面を照らすことで凹凸を影のない状態にする。凹凸のコントラストが明確となった状態で、撮像手段２０によって被加工物Ｗの被撮像面を撮像する。こうして撮像された撮像画は、凹凸のコントラストが明確となって図１に示したモニター４０に表示される。そして、パターンマッチング等の画像処理を行うことにより、分割予定ラインを検出するアライメントを行う。

次いで、切削手段８によって被加工物Ｗに対して切削を行う。具体的には、切削手段８の下方に保持テーブル７を移動させつつ、切削ブレード８ａを所定の回転速度で回転させるとともに、切削手段８をＺ軸方向に下降させる。回転する切削ブレード８ａを被加工物Ｗに切り込ませ、切削手段８と保持テーブル７とを切削送り方向に相対移動させながら分割予定ラインに沿って切削溝を形成する。

例えば、被加工物Ｗの全ての分割予定ラインを切削した後、被加工物Ｗに形成された切削溝の状態を確認するために、撮像手段２０の下方に保持テーブル７を移動させ、図２に示す撮像手段２０の直下に被加工物Ｗを位置づける。続いて、制御手段３０が、照明手段１０を制御して、図３に示す第一照明１６又は第二照明１７を選択して点灯させ、照明光を対物レンズ２３の視野に対して斜め上方から入射させる。

被加工物Ｗの被撮像面は、切削溝により高低差があるため、例えば第二照明１７の光では切削溝とこれの周りとのコントラストが明確にならない場合は、第二制御部３２によって第二照明１７を消灯させるとともに、第一制御部３１によって第一照明１６を点灯させて被加工物Ｗの被撮像面を照らすことで切削溝の周辺を影のない状態にする。切削溝とその周りとのコントラストが明確となった状態で、撮像手段２０で被加工物Ｗの被撮像面を撮像する。こうして撮像された撮像画は、切削溝とその周りとのコントラストが明確となって図１に示したモニター４０に表示される。この撮像画に基づいて、オペレータが、切削溝が所望の形状となっていると判断した場合は、次の被加工物Ｗに対して切削を続行する。一方、オペレータが、切削溝が所望の形状となっていないと判断したら、切削ブレード８ａに何らかの不具合（欠けや目つぶれ等）があるとして、加工装置１の稼働を停止して新たな切削ブレードに交換するとよい。

このように、本発明に係る加工装置１は、被加工物Ｗを保持する保持テーブル７と、保持テーブル７の上方に配設され、保持テーブル７上の被加工物Ｗを照明する照明手段１０と、照明手段１０で照明された保持テーブル７上の被加工物Ｗを撮像する撮像手段２０と、少なくとも照明手段１０と撮像手段２０とを制御する制御手段３０とを備え、照明手段１０は、中央に円形空間１２を残してリング状に配置された複数の照明を有し、円形空間１２には撮像手段２０の対物レンズ２３が配設され、複数の該照明は、対物レンズ２３の光軸２４に対して第一の傾斜角度を有する第一光軸１６０を有した複数の第一照明１６と、対物レンズ２３の光軸２４に対して第二の傾斜角度を有する第二光軸１７０を有した複数の第二照明１７とを含み、制御手段３０は、第一照明１６の点灯または消灯を制御する第一制御部３１と、第二照明１７の点灯または消灯を制御する第二制御部３２とを有するため、たとえ被加工物Ｗの被撮像面に高低差があっても、最適な第一照明１６又は第二照明１７を個別に点灯又は消灯させることで被撮像面を影のない状態にして撮像手段２０で撮像することができ、鮮明な撮像画を取得することができる。
また、上記複数の第一照明１６，第二照明１７は、それぞれ互いに異なる発光波長を有する複数のＬＥＤで構成したことから、照明光の指向性が高くなり、制御手段３０が最適な第一照明１６又は第二照明１７を選択して点灯させることで、検出したい被加工物Ｗの被撮像面を集中的に照らすことが可能となり、より鮮明な撮像画を取得することが可能となる。

図５に示す照明手段１０Ａは、上記照明手段１０の変形例であって、本体部１１Ａの中央に円形空間１２を残して、複数の第一照明１６が配置された第一リング部１３ａと、第一リング部１３ａの外周側で複数の第二照明１７が配置された第二リング部１３ｂと、第二リング部１３ｂの外周側で複数の第三照明１９が配置された第三リング部１３ｃとを有している。複数の第一照明１６〜第三照明１９は、上記照明手段１０と同様に、それぞれ傾斜角度が異なり、かつ、互いに異なる発光波長を有する複数のＬＥＤで構成されている。複数の第一照明１６〜第三照明１９は、例えば青色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤなどの異なる発光色のＬＥＤを適宜組み合わせて配置するとよい。照明手段１０Ａでは、３重のリング部を有する場合を例示したが、少なくとも２重以上のリング部を有する構成であればよい。このように構成される照明手段１０Ａによれば、被加工物Ｗの被撮像面の状態に応じて、制御手段が最適な第一照明１６，第二照明１７又は第三照明１９を選択して点灯させることができるため、撮像手段２０で鮮明な撮像画を取得することができる。

本実施形態に示した加工装置１は、切削装置として説明したが、この構成に限定されない。例えば、レーザ加工により被加工物Ｗにアブレーション溝を形成し、そのアブレーション溝を撮像してアブレーション溝の状態を確認するレーザ加工装置にも本発明を適用することができる。したがって、撮像手段２０でアブレーション溝を撮像することにより、例えば、アブレーション溝とその周囲に付着したデブリとのコントラストが明確となるため、溝幅を正確に検出できないという問題を解消しうる。

１：加工装置２：装置ベース２ａ：上面３：カセット４：搬入出手段
５：仮置き領域６ａ：第１の搬送手段６ｂ：第２の搬送手段
７：保持テーブル８：切削手段８ａ：切削ブレード９：洗浄領域
１０，１０Ａ：照明手段１１，１１Ａ：本体部１２：円形空間
１３：リング部１３ａ：第一リング部１３ｂ：第二リング部１３ｃ：第三リング部
１３０：外側壁１３１：内側壁１３２：取り付け壁
１４：光源室１５：合成樹脂板１６：第一照明１７：第二照明
１８：電源ケーブル１９：第三照明
２０：撮像手段２１：カメラ２２：顕微鏡２３：対物レンズ２４：光軸
３０：制御手段３１：第一制御部３２：第二制御部
４０：モニター

Claims

加工装置であって、
被加工物を保持する保持テーブルと、
該保持テーブルの上方に配設され、該保持テーブル上の被加工物を照明する照明手段と、
該照明手段で照明された該保持テーブル上の被加工物を撮像する撮像手段と、
少なくとも該照明手段と該撮像手段とを制御する制御手段と、を備え、
該照明手段は、中央に円形空間を残してリング状に配置された複数の照明を有し、
該円形空間には該撮像手段の対物レンズが配設され、
複数の該照明は、該対物レンズの光軸に対して第一の傾斜角度を有する第一光軸を有した複数の第一照明と、
該対物レンズの該光軸に対して第二の傾斜角度を有する第二光軸を有した複数の第二照明と、を含み、
該制御手段は、該第一照明の点灯または消灯を制御する第一制御部と、
該第二照明の点灯または消灯を制御する第二制御部と、を有する加工装置。
前記照明手段は、中央に前記円形空間を残して複数の前記第一照明が配置された第一リング部と、
該第一リング部の外周側で複数の前記第二照明が配置された第二リング部と、を有する請求項１に記載の加工装置。
複数の前記第一照明は、互いに異なる発光波長を有する複数のＬＥＤであり、複数の前記第二照明は、互いに異なる発光波長を有する複数のＬＥＤである、請求項１または２に記載の加工装置。