JP5654782B2 - 研削加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、研削対象のワークに欠けがあるか否かを判定する機能を有する研削加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、ＩＣ 、ＬＳＩ等の回路が複数個形成された半導体ウエーハ等のワークは、個々のチップに分割される前にその裏面が研削装置によって研削されて所定の厚さに形成されている。各種ワークの裏面を研削する研削装置は、被加工物着脱域と研削域に沿って回転可能に配設されたターンテーブルと、ターンテーブルに配設されターンテーブルの回転によって順次研削域に移動する複数個の保持手段と、研削域に配設され研削域に位置付けられた保持手段上に保持された被加工物を研削する研削ホイールを備えた研削手段とを具備している（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−０８６０４８号公報

しかし、研削装置は、全自動で装置が稼動して複数のワークを処理するため、研削装置に搬入されたワークの中に破損しているものが混入している場合でも、その破損しているワークについて研削が施されてしまうおそれがある。破損しているワークを研削してしまうと、本来研削不要であるワークの処理に時間をかけるため生産性を低下させる要因となる。また、破損部分に研削ホイールが当接して研削ホイールを破損させるおそれもある。

本発明は、これらの事実に鑑みてなされたものであり、その主な技術的課題は、ワークを研削装置の保持手段に搬入する前にワークの欠けの有無を検出することが出来る研削加工装置を提供することにある。

本発明は、被検出ワークを収容するカセットと、カセットからのワークの搬出及びカセットへのワークの搬入を行う搬出入手段と、被検出ワークを保持する保持手段と、保持手段に保持された被検出ワークを研削加工する研削加工手段とを有する研削加工装置であって、保持手段に被検出ワークを搬入する前に被検出ワークの欠けの有無を検出する検出手段を有し、検出手段は、搬出入手段によってカセットから搬出された被検出ワークを支持する支持部と、支持部を透過した光を受光し、支持部に支持された被検出ワーク全体を一時に撮像する撮像部と、撮像部によって撮像された被検出ワークの画像データを処理して欠けの有無を判定する判定部とを有し、撮像部は受光した光の強度に応じた強度の電気信号を発する画素を複数有し、判定部は、電気信号の強度に境界値を設け、境界値よりも強い強度を出力した画素又は弱い強度を出力した画素の少なくとも一方の数を検出数として検出し、その検出数と、あらかじめ欠けの無い基準ワークの撮像によって求められた境界値よりも強い強度を出力した画素又は弱い強度を出力した画素の少なくとも一方の数である基準数とを比較することによって欠けの有無を判定し、判定部が被検出ワークに欠けがあると判断すると、搬出入手段は、欠けのある被検出ワークの保持手段への搬入を行わない。

本発明に係る研削加工装置は、ワークを保持手段に搬入する前にワークの欠けの有無を検出する検出手段を備えたため、欠けのあるワークについては保持手段への搬入を行わないようにすることが可能となり、欠けのあるワークを保持手段において保持しようとすることによる吸着エラーを防止し、研削加工装置の生産性を高めることができる。また、欠けのあるワークを研削して研削加工手段を構成する研削ホイールが破損したりすることも防止することができる。

研削加工装置の一例を示す斜視図である。 検出手段の構成及びワークの撮像を行う様子を示す説明図である。 ワークの欠けの有無を判定する手順を示すフローチャートである。 欠けのないワークの２値化画像を示す説明図である。 撮像部が有する画素の構成を簡略化して示す説明図である。 欠けのあるワークの２値化画像を示す説明図である。

図１に示す研削加工装置１は、カセット２０ａに収容されたワークを取り出して研削し、研削後のワークを２０ｂに収容する装置である。装置前部には、カセット２０ａ、２０ｂを載置するためのカセット載置部２ａ、２ｂが配設されている。

カセット２０ａ、２０ｂは、装置の後方側に向けて開口しており、カセット２０ａ、２０ｂの後方側には、カセット２０ａからのワークの搬出及びカセット２０ｂへのワークの搬入を行う搬出入手段３が配設されている。搬出入手段３は、ワークを吸着する吸着部３０と、水平方向の回転軸を中心として吸着部を回転させる回転駆動部３１と、吸着部３０及び回転駆動部３１を所望の位置に移動させるアーム部３２とを備えている。

搬出入手段３を構成する吸着部３０の可動範囲には、搬出入手段３によってカセット２０ａから搬送されてきたワークの欠けの有無を検出する検出手段４が配設されている。検出手段４は、欠けの有無の検出の対象となるワーク（被検出ワーク）を支持する支持部４０と、支持部４０の上方に位置し支持部４０に支持された被検出ワーク全体を撮像する撮像部４１と、撮像部４１によって撮像された被検出ワークの画像データを処理して被検出ワークに欠けがあるか否かを判定する判定部４２とを備えている。撮像部４１は、受光した光の強度に応じた強度の電気信号を発する画素を複数有している。画素が発する電気信号は、ディジタル情報として判定部４２において読み出すことができる。判定部４２は、ＣＰＵや、メモリ等の記憶手段を備えている。なお、図示していないが、検出手段４には、支持部４０に支持されたワークの中心を一定の位置に合わせる位置合わせ機能も有している。

検出手段４の近傍には、被検出ワークを検出手段４から搬出する第一の搬送手段５ａが配設されている。第一の搬送手段５ａは、被検出ワークを吸着する吸着部５０と、吸着部５０を旋回及び昇降させるアーム部５１とを備えている。

第一の搬送手段５ａの後方には、ワークの研削時に被検出ワークを保持する保持手段６が配設されている。保持手段６は、回転可能かつ水平移動可能に構成されており、装置前方側の搬出入域Ａと後方側の研削域Ｂとに選択的に位置させることができる。

研削域Ｂには、保持手段６に保持された被検出ワークを研削加工する研削加工手段７が配設されている。研削加工手段７は、鉛直方向にのびる回転軸７０と、回転軸７０の下端に装着された研削ホイール７１と、回転軸７０の上端に連結され回転軸７０を回転させるモータ７２とを備えている。研削ホイール７１の下面には複数の研削砥石７１０が円弧状に固着されている。

研削加工手段７は、研削送り手段８によって駆動されて昇降可能となっている。研削送り手段８は、鉛直方向の回転軸を有するボールネジ８０と、ボールネジ８０と平行に配設されたガイドレール８１と、ボールネジ８０の一端に連結されボールネジ８０を回動させるパルスモータ８２と、研削加工手段７を支持するとともにボールネジ８０に螺合する図示しないナットを内部に備え側部がガイドレール８１に摺接する昇降部８３とを備えている。研削送り手段８は、パルスモータ８２がボールネジ８０を回動させるのにともない昇降部８３がガイドレール８１にガイドされて昇降し、これによって昇降部８３に支持された研削加工手段７を昇降させる。

搬出入域Ａには、研削後のワークを洗浄する洗浄手段９が配設されている。洗浄手段９は、ワークを保持して回転する回転テーブル９０と、ワークに対して洗浄液や高圧エアを噴出する図示しないノズルとを備えている。

洗浄手段９の近傍には、研削後のワークを保持手段６から洗浄手段９に搬送する第二の搬送手段５ｂが配設されている。第二の搬送手段５ｂは、研削後のワークを吸着する吸着部５２と、吸着部５２を旋回及び昇降させるアーム部５３とを備えている。

図２に示すように、検出手段４を構成する支持部４０は、被検出ワークより大きな平板状に形成され、撮像部４１が感度を有する波長の光を透過する材質、例えばガラスにより形成されている。また、支持部４０の下方には光源４３が配設されている。この光源４３は、撮像部４１が感度を有する波長の光を発光することができる。

次に、図１に示した研削加工装置１において、ワークの欠けの有無を検出し、欠けのないワークについて研削を行う場合の装置の動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。ワークは特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素、シリコンカーバイド等の半導体ウェーハ、セラミックス、ガラス、サファイア（Al₂O₃）系の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料、さらには、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度（TTV：total thickness variation：ワーク被研削面を基準面として厚み方向に測定した高さのワーク被研削面の全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料が挙げられる。

（１）準備処理
まず、図２に示すように、欠けのない正常な状態の基準ワークＷ１を検出手段４の支持部４０に載置する（ステップＳ１）。そして、光源４３から支持部４０に向けて発光を行う。光源４３から発せられる光は、撮像部４１が感度を有する波長の光であり、かつ、支持部４０を透過するがワークＷを透過しない光である。撮像部４１は、少なくとも支持部４０の周縁部までを含む領域を撮像範囲４１ａとしてワークＷ１を撮像する（ステップＳ２）。このようにして欠けのない正常な状態の基準ワークＷ１が撮像されると、その画像情報が、判定部４２に送られる。判定部４２においては、その画像情報に対して二値化処理を施し（ステップＳ３）、例えば図４に示す正常ワーク二値化情報１００を取得する。そして、正常ワーク二値化情報１００を構成する画素のうち、白の画素の数を算出し（ステップＳ４）、その画素数の値をしきい値として判定手段４２が有するメモリに記憶する（ステップＳ５）。

例えば図５に示す画像情報１０１のように、撮像部４１が（１６×１６）個の画素を有する場合において、白の画素の数、すなわち基準ワークＷ１以外が映っている明るい部分の画素をカウントし、その数を判定手段４２にしきい値として記憶する。実際の画素は、例えば２５５階調で受光の程度を検出しているため、それぞれの画素における受光量を強弱のいずれかに振り分ける２値化を行う必要がある。例えば、強弱振り分けの境界値を１２８階調とし、１２８階調よりも強い強度の電気信号を出力した画素、又は、１２８階調よも弱い強度の電気信号を出力した画素の少なくとも一方の数を基準数（しきい値）として検出し判定手段４２に記憶する。ここでは、１２８階調よりも強い強度の電気信号を出力した白の画素の数を基準とする。なお、白の画素ではなく、黒の画素、すなわち基準ワークＷ１が映っている部分の画素をカウントし、その数を判定手段４２にしきい値として記憶してもよい。実際の画素は、図５の例よりもはるかに多く、一画素について白か黒かのどちらかで把握することができる。

（２）フルオート処理
次に、研削対象ワークの欠けの有無の判定を行う。まず、図１のカセット２０ａに収容されている被検出ワークを搬出入手段３の吸着部３０が保持して取り出し、検出手段４の支持部４に載置する（ステップＳ６）。

図２に示すように、支持部４に載置された被検出ワークＷ２に対して支持部４０を透過させて光源４３から光を照射し、撮像部４１において撮像を行い、実際の被検出ワーク画像を得る（ステップＳ７）。そして、その被検出ワーク画像に２値化処理を施し、例えば図６に示すような被検出ワーク２値化画像１０２を得る。なお、二値化の処理は、基準ワークＷ１について行った処理と同様の処理によって行う（ステップＳ８）。

次に、判定部４２において、図６に示した被検出ワーク２値化画像１０２を構成する白の画素数を算出し、被検出ワーク２値化画像１０２の白の画素数と正常ワーク二値化情報１００を基準として求めた基準数とを比較する（ステップＳ９）。そして、被検出ワーク２値化画像１０２の白の画素数がしきい値より多い場合は、被検出ワークＷ２の面積が基準ワークＷ１よりも小さいことを意味するため、被検出ワークＷ２に欠けがあると判断する。一方、被検出ワーク２値化画像１０２の白の画素数が、しきい値以下である場合は、被検出ワークＷ２に欠けがないと判断する（ステップＳ１０）。なお、ステップＳ５において黒の画素をしきい値として判定手段４２に記憶させた場合は、ステップＳ９、１０において、被検出ワーク２値化画像１０２の黒の画素数との比較を行い、黒の画素数が基準数より少ない場合に被検出ワークＷ２に欠けがあると判定し、黒の画素数が基準数以上である場合に被検出ワークＷ２に欠けがないと判定する。

ステップＳ１０において、被検出ワークＷ２に欠けがあると判定手段４２が判断すると、エラーである旨をオペレータに報知したり、装置内部のメモリ等にエラーである旨の情報を記憶したりする（ステップＳ１１）。オペレータにエラーを報知した場合は、オペレータが欠けのあるワークを検出手段４の支持部４０から取り外す。一方、装置内部のメモリ等にエラーである旨の情報を記憶した場合は、搬出入手段３が欠けのあるワークを保持してカセット２０ａに戻すなどの処理を行う（ステップＳ１２）。

ステップＳ１０において、被検出ワークＷ２に欠けがないと判定手段４２が判断すると、第一の搬送手段５ａがその被検出ワークＷ２を保持手段６に搬送する。このとき保持手段６は搬出入域Ａに位置させておく。

次に、保持手段６を研削域Ｂに移動させ、ワークＷ２を研削加工手段７の下方に位置させる。そして、研削ホイール７１を回転させながら、研削送り手段８によって研削加工手段７を降下させることにより、回転する研削砥石７１０をワークＷ２に接触させて研削を行い、ワークＷ２を所定の厚さに仕上げる（ステップＳ１３）。

研削が終了すると、第二の搬送手段５ｂによって研削後のワークＷ２が洗浄手段９の回転テーブル９０に搬送され保持される。そして、回転テーブル９０が回転しながら洗浄液がワークＷ２に噴出されてワークＷ２に付着した研削屑が除去され、その後スピン乾燥によって洗浄液も除去される（ステップＳ１４）。

洗浄が終了したワークＷ２は、搬出入手段３によって保持されてカセット２０ｂに収納される（ステップＳ１５）。

カセット２０ａに収納されているすべてのワークについて、上記ステップＳ６〜Ｓ１２またはステップＳ６〜Ｓ１５の処理をフルオートによって行うことにより、欠けのあるワークと欠けのないワークとを選別し、欠けのあるワークについては保持手段６への搬送及び研削は行わず、欠けのないワークについてのみ研削を行い、カセット２０ｂに収納することができる。したがって、保持手段６に被検出ワークを搬入する前に被検出ワークの欠けの有無を検出することで、欠けのあるワークを保持手段６において保持しようとすることによる吸着エラーを防止することができ、加工装置１のＭＴＢＦ（Mean Time Between Failure）を向上させて生産性を高めることができる。また、欠けのあるワークがカセット２０ｂに収納されることがなく、また、欠けのあるワークを研削して研削ホイールが破損したりすることも防止することができる。

また、全画素のうち強度が強い方の画素数または弱い方の画素の画素数の数を算出し、欠けのないワークについて予め算出した強度が強い方の画素数または弱い方の画素の画素数からなるしきい値との比較によって欠けの有無を判断するため、個々の画素同士を比較する必要がなく、欠けの有無の判定処理を高速に行うことができる。

１：研削加工装置
Ａ：搬出入域 Ｂ：研削域
２ａ、２ｂ：カセット載置部 ２０ａ、２０ｂ：カセット
３：搬出入手段 ３０：吸着部 ３１：回転駆動部 ３２：アーム部
４：検出手段 ４０：支持部 ４１：撮像部 ４２：判定部 ４３：光源
５ａ：第一の搬送手段 ５０：吸着部 ５１：アーム部
５ｂ：第二の搬送手段 ５２：吸着部 ５３：アーム部
６：保持手段
７：研削加工手段 ７０：回転軸 ７１：研削ホイール ７１０：研削砥石
８：研削送り手段 ８０：ボールネジ ８１：ガイドレール ８２：パルスモータ
８３：昇降部
９：洗浄手段 ９０：回転テーブル

Claims (1)

1. 被検出ワークを収容するカセットと、
   該カセットからのワークの搬出及び該カセットへのワークの搬入を行う搬出入手段と、
   被検出ワークを保持する保持手段と、
   該保持手段に保持された被検出ワークを研削加工する研削加工手段と、
   を有する研削加工装置であって、
   該保持手段に被検出ワークを搬入する前に被検出ワークの欠けの有無を検出する検出手段を有し、
   該検出手段は、該搬出入手段によって該カセットから搬出された被検出ワークを支持する支持部と、
   該支持部を透過した光を受光し、該支持部に支持された被検出ワーク全体を一時に撮像する撮像部と、
   該撮像部によって撮像された被検出ワークの画像データを処理して欠けの有無を判定する判定部と、を有し、
   該撮像部は受光した光の強度に応じた強度の電気信号を発する画素を複数有し、
   該判定部は、
   該電気信号の強度に境界値を設け、該境界値よりも強い強度を出力した画素又は弱い強度を出力した画素の少なくとも一方の数を検出数として検出し、該検出数と、あらかじめ欠けの無い基準ワークの撮像によって求められた該境界値よりも強い強度を出力した画素又は弱い強度を出力した画素の少なくとも一方の数である基準数と、を比較することによって欠けの有無を判定し、
   該判定部が被検出ワークに欠けがあると判断すると、該搬出入手段は、欠けのある被検出ワークの保持手段への搬入を行わない
   研削加工装置。

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