加工装置 【技术领域】
本发明涉及对半导体晶片进行加工的加工装置，特别涉及加工装置的对准摄像部的机构。
背景技术
在半导体器件制造工艺中，通过将下述半导体晶片沿着间隔道(street，切断预定线)切断来分割成每个器件而制造各个半导体芯片，该半导体晶片在大致圆盘形状的半导体晶片的表面上通过排列成格子状的间隔道而划分出多个区域，并在划分出的各区域上形成有IC(集成电路)、LSI(大规模集成电路)等器件。
将半导体晶片沿着间隔道切断通常是由被称为切片机的切削装置来进行的。除了使用切削装置的切割方法以外，还开发出使用对于半导体晶片具有透射性的波长的脉冲激光的激光切割法。
在该激光切割法中，对于半导体晶片等被加工物(工件)具有透射性的波长的脉冲激光将聚光点对准被加工物的内部而沿着间隔道进行照射，从而在被加工物内部形成变质层，沿着由于形成变质层而使强度下降的间隔道施加外力，从而分割成各个芯片(例如，参照日本特许第3408805号公报和日本特开平10-305420号公报)。
在使用这些加工装置对被加工物进行加工时，以被加工物的正面(形成有电路图案的面)朝上的方式在卡台上安置被加工物，使用设置在卡台上方的、包含可见光照相机等摄像单元的对准单元来检测间隔道并实施对准，通过将切削刀片或激光照射头定位在间隔道上来实施加工。
然而，有时以被加工物的正面向下、背面向上的方式将被加工物安置在卡台上实施加工。例如，使用激光对在蓝宝石基板上形成了发光器件的LED芯片等进行加工时，有可能导致发光器件层的特性劣化，因此优选使激光束从未形成有器件的背面侧入射。
并且，对于在正面形成有细微结构物的一部分MEMS(Micro ElectroMechanism Systems，微机电系统)而言，由刀片切割引起的加工中的切削水可能会损坏正面的结构物，因此有时将结构物侧贴附在保持带上而从背面侧进行加工。
而且，在对CCD和CMOS等摄像器件等、会由于器件上附着切屑而导致器件不良的被加工物进行刀片切割的情况下，同样有时也将正面贴附在保持带上而从背面侧进行加工。
因此，提出了使用IR(红外)照相机的方法，作为即使像这样以电路图案和间隔道的形成面向下的方式进行保持而从背面侧进行加工的情况下，也能够实施对准的方法(日本特开平6-232255号公报和日本特开平10-312979号公报)。
【专利文献1】日本特许第3408805号公报
【专利文献2】日本特开平10-305420号公报
【专利文献3】日本特开平6-232255号公报
【专利文献4】日本特开平10-312979号公报
然而，在加工在对准图案的某层上具有如金属层那样的不透光层的被加工物的情况下，或者从背面加工背面具有金属层的被加工物的情况下，即使使用IR照相机从金属层侧拍摄，也无法检测对准图案或间隔道，不能实施对准。
【发明内容】
本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种即使在对加工单元与摄像对象物之间存在不透光层的被加工物进行加工的情况下，也能实施对准而不对被加工物的结构和材质产生影响的加工装置。
根据本发明，提供了一种加工装置，其特征在于，该加工装置具有：保持单元，其具有对工件进行保持的、由透明体形成的保持部；加工单元，其对由该保持单元保持的所述工件进行加工；加工进给单元，其使所述保持单元和所述加工单元在与所述保持部的表面平行的X轴方向以及与该X轴方向垂直的Y轴方向上相对地进给；以及摄像单元，其透过所述保持部对由所述保持单元保持的所述工件进行拍摄，该摄像单元包括：对所述工件进行拍摄的摄像机构；以及摄像机构进给单元，其使该摄像机构相对于所述保持部，在所述X轴方向和Y轴方向上进行相对的进给，通过所述加工进给单元使该摄像单元与该保持单元一体地进给。
优选的是，摄像机构具有倍率不同地至少2个以上的摄像照相机，2个以上的摄像照相机拍摄保持部的同一部位。优选的是，摄像机构具有至少1个以上的IR摄像照相机。
优选的是，加工装置还具有第2摄像单元，该第2摄像单元从保持部的相反侧对由保持单元保持的工件进行拍摄。
根据本发明，能够提供一种即使在对加工单元与摄像对象物之间存在不透光层的工件进行加工的情况下，也能实施对准而不对工件的结构和材质产生影响的加工装置。
【附图说明】
图1是本发明第1实施方式的激光加工装置的概略立体图。
图2是箱体和卡台部分的立体图。
图3是收容在箱体内的第1摄像单元的立体图。
图4是第1实施方式的照相机单元的概略结构图。
图5是第2实施方式的照相机单元的概略结构图。
图6是半导体晶片的正面侧立体图。
图7是经由切割带搭载在环状框架上的半导体晶片的背面侧立体图。
图8是经由切割带搭载在环状框架上且背面具有金属层的半导体晶片的背面侧立体图。
图9是多个工件经由切割带搭载在环状框架上的状态的立体图。
图10是表示卡台与真空配管的连接状态的俯视图。
图11是第1实施方式的箱体和卡台部分的纵剖视图。
图12是图11的C部分的放大剖视图。
图13是保持部的俯视图。
图14是第2实施方式的箱体和卡台部分的纵剖视图。
图15是保持部的另一实施方式的纵剖视图。
图16是本发明的具有第1摄像单元的切削装置的概略立体图。
标号说明
1：半导体晶片；2：激光加工装置；5：器件；7：目标图案；9：金属层；12：X轴进给单元；16：箱体；22：Y轴进给单元；23：加工进给单元；26：电机；28：卡台；34：激光束振荡单元；36：聚光器；38：第2摄像单元；64：保持部(保持面)；72：X轴进给单元；75：第1摄像单元；82：Y轴进给单元；88：照相机单元；94：Z轴进给单元；100：光源；102：低倍率照相机；104：高倍率照相机；108、112：半反射镜；116：低倍率IR照相机；118：高倍率IR照相机；122、126、130：气缸；142：直接驱动电机；152：切削装置；160：切削刀片。
【具体实施方式】
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1表示本发明的具有从卡台下方对晶片进行拍摄的摄像单元(第1摄像单元)的激光加工装置的概略结构图。
激光加工装置2包括以可沿X轴方向移动的方式搭载在静止基座4上的第1滑块6。第1滑块6通过由滚珠丝杠8和脉冲电机10构成的X轴进给单元12，沿着一对导轨14在X轴方向上移动。
在第1滑块6上以可沿Y轴方向移动的方式搭载有箱体16。箱体16通过由滚珠丝杠18和脉冲电机20构成的Y轴进给单元(分度进给单元)22，沿着一对导轨24在Y轴方向上移动。
在箱体16上以可旋转的方式搭载有卡台28。如图2最佳所示，在箱体16的侧面固定有电机26，在与电机26的输出轴连接的滑轮27和卡台28的框体62的外周绕有皮带30。当电机26旋转时，通过滑轮27和皮带30使卡台28旋转。
卡台28由圆筒状框体62和透明保持部(保持垫)64构成，圆筒状框体62例如由SUS等金属形成，保持部64例如由玻璃等形成。在透明保持部64上形成有与后面详细说明的真空吸引源连接的多个吸引槽。标号29表示放置后面说明的环状框架的框架放置台。
再次参照图1，由X轴进给单元12和Y轴进给单元22构成加工进给单元23。因此，卡台28通过加工进给单元23可在X轴方向和Y轴方向上移动。
在静止基座4上直立地设有柱32，在该柱32上安装有收容了激光束振荡单元34的壳体35。由激光束振荡单元34振荡产生的激光束被安装在壳体35前端的聚光器36的物镜会聚，并照射到保持在卡台28上的半导体晶片等被加工物(工件)上。
在壳体35的前端部，在X轴方向上与聚光器36并排地设置有第2摄像单元38，该第2摄像单元38检测要通过激光束进行激光加工的加工区域。第2摄像单元38除了利用可见光进行拍摄的普通CCD等摄像元件以外，还包括：红外线照射单元，其向工件照射红外线；光学系统，其捕获由红外线照射单元照射的红外线；以及红外线摄像单元，其由红外线CCD等摄像元件构成，输出与由该光学系统捕获的红外线对应的电信号。所拍摄的图像被发送到控制器40。
控制器40由计算机构成，并具有：根据控制程序进行运算处理的中央处理装置(CPU)42；存储控制程序等的只读存储器(ROM)44；存储运算结果等的可读写的随机存取存储器(RAM)46；计数器48；输入接口50；以及输出接口52。
标号56表示加工进给量检测单元，其由沿着导轨14设置的线性标度尺54和设置在第1滑块6上的未图示的读取头构成，加工进给量检测单元56的检测信号被输入到控制器40的输入接口50。
标号60表示分度进给量检测单元，其由沿着导轨24设置的线性标度尺58和设置在第2滑块16上的未图示的读取头构成，分度进给量检测单元60的检测信号被输入到控制器40的输入接口50。
由第2摄像单元38拍摄的图像信号被输入到控制器40的输入接口50。另一方面，从控制器50的输出接口52向脉冲电机10、脉冲电机20、激光束振荡单元34等输出控制信号。
如图3所示，在箱体16内设置有第1摄像单元75，该第1摄像单元75透过卡台28的透明保持部64对工件进行拍摄。第1摄像单元75包括以可沿X轴方向移动的方式搭载在箱体16的底面16a上的第3滑块66。第3滑块66通过由滚珠丝杠68和脉冲电机70构成的X轴移动单元72，沿着一对导轨74在X轴方向上移动。
在第3滑块66上以可沿Y轴方向移动的方式搭载有第4滑块76。即，第4滑块76通过由滚珠丝杠78和脉冲电机80构成的Y轴移动单元82，沿着一对导轨84在Y轴方向上移动。
在第4滑块76上直立地设有柱86。在柱86上以可沿Z轴方向移动的方式搭载有照相机单元88。即，照相机单元88通过由滚珠丝杠90和脉冲电机92构成的Z轴移动单元94，沿着一对导轨96在Z轴方向上移动。
由X轴移动单元72、Y轴移动单元82和Z轴移动单元94构成摄像机构进给单元95。作为本实施方式的变形例，在照相机单元88直接搭载在第4滑块76上的情况下，由X轴移动单元72和Y轴移动单元82构成摄像机构进给单元95。
参照图4，示出了第1实施方式的照相机单元88的概略结构图。照相机单元88包含光源100、低倍率照相机102以及高倍率照相机104。
来自光源100的出射光被反射镜106和半反射镜108反射，通过照相机单元88的开口110、箱体16的开口17(参照图3)以及卡台28的透明保持部64，从下侧照射到由卡台28保持的半导体晶片等工件上。
低倍率照相机102通过反射镜114、半反射镜112、半反射镜108以及卡台28的透明保持部64对工件的规定部位进行拍摄，高倍率照相机104通过半反射镜112、半反射镜108以及卡台28的透明保持部64对工件的上述规定部位进行拍摄。
在本实施方式的照相机单元88中，是通过多个照相机102、104对工件的同一部位进行拍摄，因此，例如在从低倍率照相机102向高倍率照相机104切换时不需要轴的进给，便于控制，并且能够减小对照相机单元88进行进给的轴的行程。
参照图5，示出了第2实施方式的照相机单元88A的概略结构图。照相机单元88A包含：光源100、低倍率IR照相机116、高倍率IR照相机118、低倍率照相机102以及高倍率照相机104。
与图4所示的实施方式同样，光源100的出射光通过反射镜106、半反射镜108、开口110、箱体16的开口17以及卡台28的透明保持部64而照射到由卡台28保持的工件上。
反射镜120被设置可通过气缸122在箭头A的方向上移动，反射镜124被设置成可通过气缸126在箭头A的方向上移动，反射镜128被设置成可通过气缸130在箭头A的方向上移动。反射镜132、134和136是固定的。
在使用低倍率IR照相机116进行拍摄的情况下，根据图5所示的照相机配置进行拍摄。即，通过反射镜132、反射镜120、半反射镜108以及卡台28的透明保持部64对由卡台28保持的工件的规定部位进行拍摄。
在使用高倍率IR照相机118进行拍摄的情况下，驱动气缸122，使反射镜120向右手方向退避。由此，高倍率IR照相机118可通过反射镜134、反射镜124、半反射镜108以及卡台28的透明保持部64对由卡台28保持的工件的上述规定部位进行拍摄。
在使用低倍率照相机102进行拍摄的情况下，驱动气缸122和126，使反射镜120和124向右手方向退避。由此，低倍率照相机102可通过反射镜136、反射镜128、半反射镜108以及卡台28的透明保持部64对由卡台28保持的工件的上述规定部位进行拍摄。
在使用高倍率照相机104进行拍摄的情况下，驱动气缸122、126和130，使反射镜120、124和128向右手方向退避。由此，高倍率照相机104可通过半反射镜108和卡台28的透明保持部64对由卡台28保持的工件的上述规定部位进行拍摄。根据本实施方式的照相机单元88A，即使在不透射可见光的工件的半切削等的状态下，也能够对切削状态进行确认。
参照图6，示出了作为激光加工装置2的加工对象的半导体晶片1的正面侧立体图。在晶片1的正面1a上，在由形成为格子状的间隔道(分割预定线)划分出的各区域内形成有器件5。在各器件5上形成有对准时作为检测对象的目标图案7。
在图1所示的激光加工装置2的加工中，晶片1以其正面1a侧朝下的方式贴附在切割带(粘接带)T上，如图7所示，切割带T的外周部贴附在环状框架F上。由此，半导体晶片1在图7所示的其背面1b朝上的状态下搭载在卡台28上。
参照图8，示出了经由切割带T搭载在环状框架F上的另一种类的半导体晶片1A的背面侧立体图。在半导体晶片1A的背面形成有金属层9。因此，对于这种半导体晶片1A的目标图案7，即使第2摄像单元38包含IR照相机也不能进行拍摄。
但是，由于图3所示的第1摄像单元75设置在半导体晶片1A的下侧，并隔着卡台28的透明保持部64对半导体晶片1A进行拍摄，因此，能够容易地对目标图案7进行拍摄。
参照图9，示出了LED晶片等多个小径的工件11的正面侧贴附在切割带T上，并且切割带T的周边部贴附在环状框架F上的状态。
像这样，在多个工件11以其正面朝下的方式贴附在切割带T上的情况下，在使用激光加工装置2对1个工件11进行加工时，能够使用第1摄像单元75进行下一个工件11的对准。
作为本发明的加工装置的加工对象的工件，不限于图6至图9所示的半导体晶片等，还可以列举出芯片安装用的设置在晶片背面的DAF(Die Attach Film，晶片连接膜)等粘接部件、或者半导体产品的封装、陶瓷、玻璃系或硅系的基板、各种电子部件、各种驱动器、以及要求微米级精度的各种加工材料。
参照图10，示出了真空配管138在卡台28上的安装状态的俯视图。当在图10(A)的状态下卡台28朝箭头B的方向旋转时，真空配管138如图10(B)所示与卡台28一起旋转。
参照图11，示出了图1所示的第1实施方式的箱体16和卡台28部分的纵剖视图。在该图中，概略地示出了加工进给单元23和摄像机构进给单元95。
图12是图11的C部分的放大剖视图，半导体晶片1以其正面1a朝向下侧的方式贴附在切割带T上，环状框架F搭载在框架放置台29上。
卡台28的保持部(保持面)64由玻璃等透明物质形成，并具有多个吸引槽140。吸引槽140与真空配管138连接。
如图11所示，在卡台28的透明保持部64所保持的半导体晶片1的下侧，设置有照相机单元88，因此，即使对在聚光器36与作为摄像对象物的半导体晶片1的目标图案7之间存在金属层等不透光层的工件进行加工，也能利用构成第1摄像单元75的照相机单元(摄像机构)88容易地拍摄目标图案，可实施必要的对准。
如图13所示，保持部64具有：形成有细孔或吸引槽等多个吸引通路的吸引通路形成区域64a；未形成吸引通路的十字形的吸引通路非形成区域64b；以及未形成吸引通路的外周区域64c。
为了清晰地捕获目标图案，优选由照相机单元88进行的目标图案的拍摄是透过吸引通路非形成区域64b来进行的。保持部64例如由石英玻璃、硼硅玻璃、蓝宝石、氟化钙、氟化锂或氟化镁中的任意一个形成。
并且，由于在卡台28的下方设置有照相机单元88，因此，卡台28可以在将半导体晶片1保持的瞬间实施对准。而且，由于照相机单元88可以在卡台28的下方独立于激光加工单元而移动，因此，能够随时确认切削槽的蛇行、背面切削屑以及切削槽位置等的加工状态。然而，为了拍摄对准位置与焦点位置不同的物体，需要使Z轴进给单元94工作以对准焦点位置。
本说明书中使用的“透明”这一用语表示，使可见光波段、或其他波段中的至少一部分光透射的特性。隔着透明介质相对的物体可透过透明介质进行观察确认。
并且，图1所示的实施方式的激光加工装置2具有设置在卡台28的上侧的第2摄像单元38，因此，对于利用照相机单元88无法拍摄到目标图案7的晶片，也能够对目标图案7进行拍摄。
参照图14，示出了本发明第2实施方式的箱体16和卡台28部分的纵剖视图。本实施方式的箱体16搭载在DDM(直接驱动电机)142上。因此，构成第2摄像单元75的照相机单元88可以旋转。
DDM 142具有中心孔144，在该中心孔144中设置有真空配管148，在箱体16上形成有吸引通路146，该吸引通路146与形成在保持部(保持面)64上的吸引槽140和真空配管148连接。
在本实施方式中，半导体晶片1以其正面1朝下的方式被卡台28的保持部64直接吸引保持。由于半导体晶片1不是由环状框架来支撑，因而半导体晶片1可与卡台28一起旋转。在本实施方式中，由于构成第1摄像单元75的照相机单元88也可以在X、Y、Z方向上移动，因而能够实现与上述第1实施方式相同的作用效果。
参照图15，示出了另一实施方式的保持部64A的纵剖视图。保持部64A由玻璃等透明物质形成，并具有多个横向吸引槽141和与横向吸引槽141垂直的多个纵向吸引槽143。标号145表示与真空配管138连接的吸引槽。
以下，对利用第1摄像单元75的对准作业进行说明。如图11所示，将环状框架F放置在箱体16上，使真空吸引源工作，利用卡台28的保持部64吸引保持半导体晶片1。
由于第1摄像单元75位于卡台28的保持部64的正下方，因此，在把半导体晶片1搭载在卡台28的保持部64上时，可以立即使用第1摄像单元75的照相机单元88透过透明保持部64对半导体晶片1进行拍摄，实施对准。
在切削加工前，需要预先取得在第1摄像单元75检测所要进行切削加工的间隔道的对准时的图案匹配中使用的图像。因此，当半导体晶片1保持在卡台28的透明保持部64上时，点亮光源100从下方对半导体晶片1进行照明，首先利用低倍率照相机102透过透明保持部64对半导体晶片1的正面进行拍摄，并将拍摄到的图像显示在未图示的LCD等显示器上。
激光加工装置2的操作者通过操作未图示的操作面板，驱动X轴进给单元72和Y轴进给单元82，检索作为图形匹配目标的目标图案7。
当操作者决定了目标图案7时，切换成高倍率照相机104对目标图案附近进行拍摄，包含目标图案7的图像被存储在激光加工装置2的控制器40内设置的RAM 46中。
并且，根据坐标值等求出该目标图案7与间隔道3的中心线之间的距离，并将该值也存储在RAM 46中。并且，根据坐标值等求出相邻的间隔道与间隔道之间的间隔(间隔道间距)，并将间隔道间距值也存储在控制器40的RAM 46内。
在将半导体晶片1沿着间隔道3切断时，实施所存储的目标图案的图像与第1摄像单元75实际拍摄而取得的图像之间的图案匹配。在沿着在X轴方向上延伸的同一间隔道3彼此分离的A点和B点这两点，实施该图案匹配。
当A点的图案匹配完成时，使照相机单元88沿X轴方向移动，进行在X轴方向上与A点适当分离的B点的图案匹配。此时，并不是从A点直接移动到B点而进行图案匹配，而是根据需要，在向B点移动的过程中的多个位置实施图案匹配，为了校正Y轴方向的偏差，驱动电机26，略微旋转卡台28，进行θ校正，最终在B点实施图案匹配。
当A点和B点的图案匹配完成时，将两个目标图案7连接起来的直线与间隔道3平行，使卡台28在Y轴方向上移动目标图案7与间隔道3的中心线之间的距离，由此来进行所要切削的间隔道3与聚光器(激光照射头)36之间的位置对准，从而完成对准。
根据上述实施方式，即使对在聚光器(激光照射头)36与摄像对象物的工件之间存在不透光层的工件进行加工，也能够在不影响工件的结构和材质的情况下实施对准。
例如，在从背面对背面存在金属层那样的不透射红外线(IR)的层的工件进行加工的情况下，也能够对正面侧的分割预定线进行拍摄而实施对准。
并且，由于拍摄工件的照相机单元88始终位于卡台28的下方，因此，可在将工件保持在卡台28上的瞬间通过保持部64使用照相机单元88来拍摄工件而进行对准。
并且，由于照相机单元88可在卡台28的下方独立于激光照射头36而移动，因此，能够随时确认加工状态(蛇行、背面切削屑、切削槽位置等)。
由于是由倍率不同的多个摄像照相机对保持部64的同一部位进行拍摄，因此，例如在将照相机从小倍率切换到大倍率时不需要轴的进给，切换控制容易。在照相机单元88A包含IR摄像照相机的情况下，即使在不透射可见光的工件的半切削等的状态下，也能够对切削状态进行确认。
本发明的加工装置不限于图1所示的激光加工装置2，图16所示的切削装置(切割装置)152也同样能够应用本发明的第1摄像单元75。
在切削装置152的基座4上直立地设有垂直柱154，在该垂直柱154上以可沿Z轴方向移动的方式搭载有切削单元156。即，切削单元156的外壳158通过由滚珠丝杠162和脉冲电机164构成的Z轴进给单元166，沿着一对导轨168在Z轴方向上移动。
在外壳158中收容有未图示的主轴和对主轴进行旋转驱动的电机，在主轴的前端可拆装地安装有切削刀片160。本实施方式的其他结构与图1所示的激光加工装置2相同，因而省略其说明。