特許 7531263 合焦位置の検出方法、及び撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-01

(45)【発行日】2024-08-09

(54)【発明の名称】合焦位置の検出方法、及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/36 20210101AFI20240802BHJP

   G02B 7/28 20210101ALI20240802BHJP

   G03B 13/36 20210101ALI20240802BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20240802BHJP

   H04N 23/67 20230101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

G02B7/36

G02B7/28 H

G03B13/36

H01L21/78 C

H04N23/67

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019066903

(22)【出願日】2019-03-29

(65)【公開番号】P2020166127

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2022-01-21

【審判番号】

【審判請求日】2023-06-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100206553

【弁理士】

【氏名又は名称】笠原 崇廣

(74)【代理人】

【識別番号】100189773

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 英哲

(74)【代理人】

【識別番号】100184055

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 貴之

(72)【発明者】

【氏名】高乗 佑

【合議体】

【審判長】秋田 将行

【審判官】野村 伸雄

【審判官】芝沼 隆太

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－４８５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６８１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０２３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－６８９６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G02B 7/28-7/40

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被撮像物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被撮像物を撮像する撮像カメラと、該撮像カメラを該保持ユニットに対して相対的に近接離反方向に沿って移動させる移動ユニットと、を備える撮像装置において、該撮像カメラの焦点が該被撮像物に合う際の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置である合焦位置を検出する合焦位置の検出方法であって、
該移動ユニットにより該撮像カメラを該保持ユニットに対して該近接離反方向に沿って相対的に移動させつつ該撮像カメラにより該保持ユニットに保持された該被撮像物を撮像して複数の粗撮像画像を形成し、形成した複数の該粗撮像画像のうちコントラストが最も高い粗撮像画像が形成された時の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を仮の合焦位置として検出する粗検出ステップと、
該移動ユニットにより該撮像カメラを該保持ユニットに対して該近接離反方向に沿って相対的に移動させ、複数の撮像位置において該撮像カメラ及び該保持ユニットが停止した状態で該撮像カメラにより該保持ユニットに保持された該被撮像物を撮像して複数の精密撮像画像を形成し、形成した複数の該精密撮像画像のうちコントラストが最も高い精密撮像画像が形成された時の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を合焦位置として検出する精密検出ステップと、を備え、
該精密検出ステップにおいて複数の該精密撮像画像が該撮像カメラにより形成される際の複数の該撮像位置は、該粗検出ステップで検出された該仮の合焦位置を基準とした限定された範囲に含まれることを特徴とする合焦位置の検出方法。

【請求項2】

該粗検出ステップにおいて、該粗撮像画像が形成される度に該粗撮像画像のコントラストを評価し、該粗撮像画像のコントラストが該粗撮像画像の一つ前に形成された該粗撮像画像のコントラストよりも低い場合に該一つ前に形成された該粗撮像画像を該コントラストが最も高い粗撮像画像であると判定し、該被撮像物の撮像を終了することを特徴とする請求項１に記載の合焦位置の検出方法。

【請求項3】

該精密検出ステップにおいて、
該精密撮像画像が形成される度に該精密撮像画像のコントラストを評価し、
該精密撮像画像のコントラストが該精密撮像画像の一つ前に形成された該精密撮像画像のコントラストよりも所定の差以上に低い場合に該一つ前に形成された該精密撮像画像を該コントラストが最も高い該精密撮像画像であると判定して該被撮像物の撮像を終了し、
いずれの該精密撮像画像のコントラストもそれぞれの該精密撮像画像の一つ前に形成された該精密撮像画像のコントラストよりも所定の差以上に低くない場合、該撮像カメラが該保持ユニットに対して相対的に該仮の合焦位置を含む所定の範囲で移動して被撮像物の撮像を終了したとき、それまでに得られた複数の該精密撮像画像から該コントラストが最も高い精密撮像画像を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の合焦位置の検出方法。

【請求項4】

該撮像装置は、第１のカウンターを有し該移動ユニットを制御する第１の制御部と、第２のカウンターを有し該撮像カメラを制御する第２の制御部と、をさらに備え、
該第１のカウンターは、該第１の制御部における時間の進行を表す第１のカウンター値を時間により進行させ、
該第２のカウンターは、該第２の制御部における時間の進行を表す第２のカウンター値を時間により進行させ、
該粗検出ステップの前に、該第１のカウンターと、該第２のカウンターとの時間合わせを実施する時間合わせステップをさらに備え、
該粗検出ステップでは、
該撮像カメラを該保持ユニットに対して該近接離反方向に沿って相対的に移動させている間、定期的に該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を計測するとともに計測を実施した際の該第１のカウンターの該第１のカウンター値を取得し、計測された該撮像カメラの該保持ユニットに対する該相対位置を該第１のカウンター値に関連付けて該第１のカウンター値と該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置との関係を蓄積し、
該撮像カメラが該被撮像物の撮像を実施して該粗撮像画像を取得した際の該第２のカウンターの該第２のカウンター値と、該粗撮像画像のコントラスト値と、を関連付け、
該第１のカウンター値と該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置との該関係から、最も高い該コントラスト値に関連付けられた該第２のカウンター値に対応する該第１のカウンター値における該撮像カメラの該相対位置を算出することで該仮の合焦位置を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の合焦位置の検出方法。

【請求項5】

該時間合わせステップでは、該第１の制御部が該第２の制御部に該第２のカウンターの第２のカウンター値を要求し、該第２の制御部が該第２のカウンター値を回答し、該第１の制御部が該第２の制御部に要求を発したときの該第１のカウンター値と、該第１の制御部が該第２の制御部から回答を受けたときの該第１のカウンター値と、の中間値を該第１の制御部が算出し、該第２の制御部から受領した該第２のカウンター値と、該中間値と、が同一時刻における値であると認定することで該第１の制御部が該第１のカウンターと該第２のカウンターとの該時間合わせを実施することを特徴とする請求項４に記載の合焦位置の検出方法。

【請求項6】

該時間合わせステップでは、該第１の制御部が該第２の制御部への該第２のカウンター値の要求を繰り返して該時間合わせを複数回実施し、該第１の制御部が該第２の制御部へ要求を発してから該第２のカウンター値を受領するまでに要した回答時間が最も短くなる場合の該時間合わせの結果を採用することを特徴とする請求項５に記載の合焦位置の検出方法。

【請求項7】

被撮像物を保持する保持ユニットと、
該保持ユニットに保持された該被撮像物を撮像する撮像カメラと、
該撮像カメラを該保持ユニットに対して相対的に近接離反方向に沿って移動させる移動ユニットと、
該撮像カメラ及び該移動ユニットを制御する制御ユニットと、を備え、
該制御ユニットは、
該移動ユニットにより該撮像カメラを該保持ユニットに対して該近接離反方向に沿って相対的に移動させつつ該保持ユニットに保持された該被撮像物を該撮像カメラに撮像させて複数の粗撮像画像を形成させ、該複数の該粗撮像画像のうちコントラストが最も高い粗撮像画像が形成された時の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を仮の合焦位置として検出する仮合焦位置検出部と、
該移動ユニットにより該撮像カメラを該保持ユニットに対して該近接離反方向に沿って相対的に移動させ、複数の撮像位置において該撮像カメラ及び該保持ユニットが停止した状態で該保持ユニットに保持された該被撮像物を該撮像カメラに撮像させて複数の精密撮像画像を形成させ、該複数の該精密撮像画像のうち、コントラストが最も高い精密撮像画像が形成された時の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を合焦位置として検出する精密合焦位置検出部と、を有し、
該精密合焦位置検出部が該撮像カメラに複数の該精密撮像画像を形成させる際の複数の該撮像位置は、該仮合焦位置検出部が検出した該仮の合焦位置を基準とした限定された範囲に含まれることを特徴とする撮像装置。

【請求項8】

該制御ユニットは、該移動ユニットを制御する第１の制御部及び該撮像カメラを制御する第２の制御部により構成され、
該第１の制御部は、該第１の制御部における時間の進行を表す第１のカウンター値を時間により進行させる第１のカウンターと、移動ユニット制御部と、第１の記憶部と、該仮合焦位置検出部と、該精密合焦位置検出部と、を含み、
該第２の制御部は、該第２の制御部における時間の進行を表す第２のカウンター値を時間により進行させる第２のカウンターと、撮像カメラ制御部と、第２の記憶部と、を含み、
該第１の制御部は、該第１のカウンターと該第２のカウンターとの時間合わせを実施でき、
該移動ユニット制御部は、該移動ユニットにより該撮像カメラを該保持ユニットに対して相対的に移動させている間、定期的に該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を計測するとともに計測を実施した際の該第１のカウンターの該第１のカウンター値を取得し、計測された該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を取得した該第１のカウンター値に関連付けて該第１の記憶部に記憶させ、該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置と該第１のカウンター値との関係を蓄積する機能を有し、
該カメラ制御部は、該撮像カメラに該被撮像物を撮像させ、得られた撮像画像のコントラストを評価する機能を有し、該撮像画像を取得した際の該第２のカウンターの該第２のカウンター値と、該撮像画像のコントラスト値と、を関連付けて該第２の記憶部に記憶させる機能を有し、
該仮合焦位置検出部は、該移動ユニット制御部により蓄積された該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置と該第１のカウンター値との該関係から、最も高い該コントラスト値に関連付けられた該第２のカウンター値に対応する該第１のカウンター値における該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を算出することで該仮の合焦位置を検出することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。

【請求項9】

該第１の制御部は、該第２の制御部に該第２のカウンターの第２のカウンター値を要求し、該第２の制御部が該第２のカウンター値を回答したときに該第１の制御部が該第２の制御部に要求を発したときの該第１のカウンター値と、該第１の制御部が該第２の制御部から回答を受けたときの該第１のカウンター値と、の中間値を算出し、該第２の制御部から受領した該第２のカウンター値と、該中間値と、が同一時刻における値であると認定することで該時間合わせを実施することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被撮像物を撮像する撮像カメラを備える撮像装置において、該撮像カメラの焦点が被撮像物に合う際の該撮像カメラの位置である合焦位置を検出する検出方法、及び合焦位置を検出できる撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器に使用されるデバイスチップは、ウェーハに複数のデバイスを形成し、該ウェーハをデバイス毎に分割することで形成される。デバイスチップの製造工程では、該ウェーハが様々な加工装置によって加工される。これらの加工装置には、被加工物の所定の領域を加工するために、また、加工後の被加工物の状態を確認するために被加工物を撮像する撮像カメラを備えるものがある。

【0003】

被加工物の加工予定箇所を精密に検出するには、被加工物に形成された微細なパターンを有するデバイス等を鮮明に撮像するために、撮像カメラの焦点を被撮像物である該被加工物に精密に合わせなければならない。また、加工後の被撮像物（被加工物）の状態を確認する際にも、被撮像物に形成された微細な加工痕を詳細に確認するために、撮像カメラの焦点を被撮像物に精密に合わせる必要がある。

【0004】

例えば、撮像カメラの焦点をステップ移動させて、各ステップで被撮像物を撮像し、得られた撮像画像を評価し、被撮像物に焦点を合わせるオートフォーカスに関する方法が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この方法では、撮像カメラの焦点の移動及び停止と、被撮像物の撮像と、を繰り返す。

【0005】

撮像カメラの焦点を移動させる方法として、撮像カメラ及び被撮像物を互いに近接するように、または互いに離反するように相対的に移動させる方法が考えられる。この場合、撮像カメラの焦点が被撮像物に合う状態における該被撮像物を保持する保持ユニットに対する該撮像カメラの相対位置を検出する。ここでは、検出された該相対位置を合焦位置と呼ぶ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開昭６１－１９８２０４号公報

【文献】特開平８－９７２７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

撮像カメラのステップ移動を実施しつつ被撮像物を撮像してオートフォーカスを精密に実施する場合、撮像により得られる撮像画像にブレが生じていないことが重要となる。そして、ブレのない撮像画像を取得するために、撮像カメラ及び保持ユニットが相対的に移動した後、停止するのを待機してから撮像カメラに撮像を実施させる。

【0008】

より詳細には、撮像装置の制御ユニットは、撮像カメラ及び保持ユニットを停止させ、該撮像カメラ及び該保持ユニット停止したことを確認した後に該撮像カメラに撮像許可を送る。そして、撮像カメラは、該撮像許可を受けてから保持ユニットに保持された被撮像物を撮像する。

【0009】

そして、複数の撮像画像を形成して合焦位置を検出する際、撮像カメラ及び保持ユニットの移動及び停止と、停止の確認と、撮像許可の送信と、被撮像物の撮像と、にはそれぞれ時間がかかるため、合焦位置の検出を短時間で完了することはできなかった。

【0010】

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、短時間で合焦位置を精密に検出できる合焦位置の検出方法、及び撮像装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一態様によれば、被撮像物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットで保持された該被撮像物を撮像する撮像カメラと、該撮像カメラを該保持ユニットに対して相対的に近接離反方向に沿って移動させる移動ユニットと、を備える撮像装置において、該撮像カメラの焦点が該被撮像物に合う際の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置である合焦位置を検出する合焦位置の検出方法であって、該移動ユニットにより該撮像カメラを該保持ユニットに対して該近接離反方向に沿って相対的に移動させつつ該撮像カメラにより該保持ユニットに保持された該被撮像物を撮像して複数の粗撮像画像を形成し、形成した複数の該粗撮像画像のうちコントラストが最も高い粗撮像画像が形成された時の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を仮の合焦位置として検出する粗検出ステップと、該移動ユニットにより該撮像カメラを該保持ユニットに対して該近接離反方向に沿って相対的に移動させ、複数の撮像位置において該撮像カメラ及び該保持ユニットが停止した状態で該撮像カメラにより該保持ユニットに保持された該被撮像物を撮像して複数の精密撮像画像を形成し、形成した複数の該精密撮像画像のうちコントラストが最も高い精密撮像画像が形成された時の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を合焦位置として検出する精密検出ステップと、を備え、該精密検出ステップにおいて複数の該精密撮像画像が該撮像カメラにより形成される際の複数の該撮像位置は、該粗検出ステップで検出された該仮の合焦位置を基準とした限定された範囲に含まれることを特徴とする合焦位置の検出方法が提供される。

【0012】

好ましくは、該粗検出ステップにおいて、該粗撮像画像が形成される度に該粗撮像画像のコントラストを評価し、該粗撮像画像のコントラストが該粗撮像画像の一つ前に形成された該粗撮像画像のコントラストよりも低い場合に該一つ前に形成された該粗撮像画像を該コントラストが最も高い粗撮像画像であると判定し、該被撮像物の撮像を終了する。

【0013】

また、好ましくは、該精密検出ステップにおいて、該精密撮像画像が形成される度に該精密撮像画像のコントラストを評価し、該精密撮像画像のコントラストが該精密撮像画像の一つ前に形成された該精密撮像画像のコントラストよりも所定の差以上に低い場合に該一つ前に形成された該精密撮像画像を該コントラストが最も高い該精密撮像画像であると判定して該被撮像物の撮像を終了し、いずれの該精密撮像画像のコントラストもそれぞれの該精密撮像画像の一つ前に形成された該精密撮像画像のコントラストよりも所定の差以上に低くない場合、該撮像カメラが該保持ユニットに対して相対的に該仮の合焦位置を含む所定の範囲で移動して被撮像物の撮像を終了したとき、それまでに得られた複数の該精密撮像画像から該コントラストが最も高い精密撮像画像を検出する。より好ましくは、該撮像装置は、第１のカウンターを有し該移動ユニットを制御する第１の制御部と、第２のカウンターを有し該撮像カメラを制御する第２の制御部と、をさらに備え、該第１のカウンターは、該第１の制御部における時間の進行を表す第１のカウンター値を時間により進行させ、該第２のカウンターは、該第２の制御部における時間の進行を表す第２のカウンター値を時間により進行させ、該粗検出ステップの前に、該第１のカウンターと、該第２のカウンターとの時間合わせを実施する時間合わせステップをさらに備え、該粗検出ステップでは、該撮像カメラを該保持ユニットに対して該近接離反方向に沿って相対的に移動させている間、定期的に該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を計測するとともに計測を実施した際の該第１のカウンターの該第１のカウンター値を取得し、計測された該撮像カメラの該保持ユニットに対する該相対位置を該第１のカウンター値に関連付けて該第１のカウンター値と該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置との関係を蓄積し、該撮像カメラが該被撮像物の撮像を実施して該粗撮像画像を取得した際の該第２のカウンターの該第２のカウンター値と、該粗撮像画像のコントラスト値と、を関連付け、該第１のカウンター値と該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置との該関係から、最も高い該コントラスト値に関連付けられた該第２のカウンター値に対応する該第１のカウンター値における該撮像カメラの該相対位置を算出することで該仮の合焦位置を検出する。さらに好ましくは、該時間合わせステップでは、該第１の制御部が該第２の制御部に該第２のカウンターの第２のカウンター値を要求し、該第２の制御部が該第２のカウンター値を回答し、該第１の制御部が該第２の制御部に要求を発したときの該第１のカウンター値と、該第１の制御部が該第２の制御部から回答を受けたときの該第１のカウンター値と、の中間値を該第１の制御部が算出し、該第２の制御部から受領した該第２のカウンター値と、該中間値と、が同一時刻における値であると認定することで該第１の制御部が該第１のカウンターと該第２のカウンターとの該時間合わせを実施する。より一層好ましくは、該時間合わせステップでは、該第１の制御部が該第２の制御部への該第２のカウンター値の要求を繰り返して該時間合わせを複数回実施し、該第１の制御部が該第２の制御部へ要求を発してから該第２のカウンター値を受領するまでに要した回答時間が最も短くなる場合の該時間合わせの結果を採用する。

【0014】

また、本発明の他の一態様によると、被撮像物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットに保持された該被撮像物を撮像する撮像カメラと、該撮像カメラを該保持ユニットに対して相対的に近接離反方向に沿って移動させる移動ユニットと、該撮像カメラ及び該移動ユニットを制御する制御ユニットと、を備え、該制御ユニットは、該移動ユニットにより該撮像カメラを該保持ユニットに対して該近接離反方向に沿って相対的に移動させつつ該保持ユニットに保持された該被撮像物を該撮像カメラに撮像させて複数の粗撮像画像を形成させ、該複数の該粗撮像画像のうちコントラストが最も高い粗撮像画像が形成された時の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を仮の合焦位置として検出する仮合焦位置検出部と、該移動ユニットにより該撮像カメラを該保持ユニットに対して該近接離反方向に沿って相対的に移動させ、複数の撮像位置において該撮像カメラ及び該保持ユニットが停止した状態で該保持ユニットに保持された該被撮像物を該撮像カメラに撮像させて複数の精密撮像画像を形成させ、該複数の該精密撮像画像のうち、コントラストが最も高い精密撮像画像が形成された時の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を合焦位置として検出する精密合焦位置検出部と、を有し、該精密合焦位置検出部が該撮像カメラに複数の該精密撮像画像を形成させる際の複数の該撮像位置は、該仮合焦位置検出部が検出した該仮の合焦位置を基準とした限定された範囲に含まれることを特徴とする撮像装置が提供される。好ましくは、該制御ユニットは、該移動ユニットを制御する第１の制御部及び該撮像カメラを制御する第２の制御部により構成され、該第１の制御部は、該第１の制御部における時間の進行を表す第１のカウンター値を時間により進行させる第１のカウンターと、移動ユニット制御部と、第１の記憶部と、該仮合焦位置検出部と、該精密合焦位置検出部と、を含み、該第２の制御部は、該第２の制御部における時間の進行を表す第２のカウンター値を時間により進行させる第２のカウンターと、撮像カメラ制御部と、第２の記憶部と、を含み、該第１の制御部は、該第１のカウンターと該第２のカウンターとの時間合わせを実施でき、該移動ユニット制御部は、該移動ユニットにより該撮像カメラを該保持ユニットに対して相対的に移動させている間、定期的に該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を計測するとともに計測を実施した際の該第１のカウンターの該第１のカウンター値を取得し、計測された該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を取得した該第１のカウンター値に関連付けて該第１の記憶部に記憶させ、該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置と該第１のカウンター値との関係を蓄積する機能を有し、該カメラ制御部は、該撮像カメラに該被撮像物を撮像させ、得られた撮像画像のコントラストを評価する機能を有し、該撮像画像を取得した際の該第２のカウンターの該第２のカウンター値と、該撮像画像のコントラスト値と、を関連付けて該第２の記憶部に記憶させる機能を有し、該仮合焦位置検出部は、該移動ユニット制御部により蓄積された該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置と該第１のカウンター値との該関係から、最も高い該コントラスト値に関連付けられた該第２のカウンター値に対応する該第１のカウンター値における該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を算出することで該仮の合焦位置を検出する。さらに好ましくは、該第１の制御部は、該第２の制御部に該第２のカウンターの第２のカウンター値を要求し、該第２の制御部が該第２のカウンター値を回答したときに該第１の制御部が該第２の制御部に要求を発したときの該第１のカウンター値と、該第１の制御部が該第２の制御部から回答を受けたときの該第１のカウンター値と、の中間値を算出し、該第２の制御部から受領した該第２のカウンター値と、該中間値と、が同一時刻における値であると認定することで該時間合わせを実施する。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一態様に係る合焦位置の検出方法、及び撮像装置では、被撮像物を保持する保持ユニットに対して撮像カメラを相対的に移動させながら該撮像カメラで該被撮像物を撮像して複数の粗撮像画像を形成する。そして、複数の粗撮像画像のうち最もコントラストが高い粗撮像画像を検出し、該粗撮像画像が形成された際の撮像カメラの保持ユニットに対する相対位置を仮の合焦位置とする。次に、該仮の合焦位置を基準として複数の精密撮像画像を形成し、真の合焦位置を検出する。

【0016】

粗撮像画像は、撮像カメラ及び保持ユニットが停止していない状態で形成される。粗撮像画像はブレの生じた不鮮明な撮像画像となるため、合焦位置を精密に検出するのに該粗撮像画像を用いるのは好適とはいえない。しかしながら、複数の粗撮像画像を形成する際に撮像カメラ及び保持ユニットを停止させないため、停止の動作、停止の確認、撮像許可の送信、及び移動の再開に要する時間がかからない。そのため、撮像カメラ及び保持ユニットを撮像の都度停止させる場合と比較して、複数の粗撮像画像は短時間で取得できる。

【0017】

精密撮像画像は撮像カメラ及び保持ユニットを停止させた状態で形成されるため、撮像には時間がかかる。しかしながら、本発明の一態様に合焦位置の検出方法、及び撮像装置では、複数の精密撮像画像を形成する際、仮合焦位置を基準とした限定された範囲で撮像カメラを相対的に移動させて撮像を実施する。そのため、合焦位置を検出するのに必要な精密撮像画像の数は限られた数となり、従来よりも短い時間で合焦位置を検出できる。

【0018】

したがって、本発明により短時間で合焦位置を精密に検出できる合焦位置の検出方法、及び撮像装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】被撮像物を含むフレームユニットを模式的に示す斜視図である。

【図2】撮像装置が組み込まれた切削装置を模式的に示す斜視図である。

【図3】保持ステップを模式的に示す断面図である。

【図4】粗検出ステップを模式的に示す側面図である。

【図5】精密検出ステップを模式的に示す側面図である。

【図6】合焦位置の検出方法のフローの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係る合焦位置の検出方法、及び撮像装置によると、合焦位置を短時間で検出できる。ここで合焦位置とは、撮像カメラの焦点が被撮像物に合う際の該被撮像物を保持する保持ユニットに対する該撮像カメラの相対位置とする。

【0021】

まず、被撮像物について説明する。被撮像物は、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、若しくは、その他の半導体等の材料からなる略円板状のウェーハである。または、被撮像物は、サファイア、ガラス、石英等の材料からなる基板等である。また、被撮像物は、モールド樹脂等で封止された複数のデバイスチップが含まれるパッケージ基板等でもよい。被撮像物は、例えば、撮像装置が組み込まれた加工装置で加工される被加工物である。

【0022】

図１は、被撮像物の一例としてウェーハ１を模式的に示す斜視図である。以下、複数のデバイス５が形成されたウェーハ１が被撮像物である場合を例に本実施形態について説明するが、被撮像物はこれに限定されない。

【0023】

ウェーハ１の表面１ａは、例えば、互いに交差する複数のストリート３と呼ばれる分割予定ラインで区画されている。ウェーハ１の表面１ａのストリート３で区画された各領域にはＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-Scale Integrated circuit）等のデバイス５が形成されている。ウェーハ１をストリート３に沿って分割すると、個々のデバイスチップを形成できる。

【0024】

ウェーハ１の分割には、例えば、ストリート３に沿ってウェーハ１にレーザビームを照射してウェーハ１をレーザ加工するレーザ加工装置が使用される。または、円環状の切削ブレードによりストリート３に沿ってウェーハ１を切削できる切削装置が使用される。

【0025】

ウェーハ１を切削装置やレーザ加工装置等の加工装置に搬入する前に、図１に示す通り、ウェーハ１は、環状フレーム９と、該環状フレーム９の開口を塞ぐように貼られた粘着テープ７と、と一体化されて、フレームユニット１１が形成される。ウェーハ１は、フレームユニット１１の状態で該加工装置に搬入され加工される。そして、ウェーハ１が分割されて形成された個々のデバイスチップは、粘着テープ７により支持される。

【0026】

これらの加工装置においては、ウェーハ１をストリート３に沿って加工するために、予めストリート３の位置及び方向を検出し、ウェーハ１及び加工ユニットを所定の相対位置に位置付けるアライメントを実施する必要がある。また、これらの加工装置においては、加工が適切に実施されたことを確認するために、加工痕の状態が確認される場合がある。そして、これらの加工装置は、アライメントや加工結果の確認等に使用される撮像カメラを備えている。

【0027】

撮像カメラにより被撮像物を鮮明に撮像するには、該撮像カメラの焦点を被撮像物に精密に合わせなければならない。そこで、本実施形態に係る合焦位置の検出方法により該合焦位置が検出される。また、例えば、本実施形態に係る撮像装置はウェーハ１を加工する加工装置に組み込まれている。該撮像装置は、被撮像物の鮮明な撮像を実現するために、合焦位置を精密に検出できる機能を備える。

【0028】

以下、本実施形態に係る撮像装置がウェーハ１を切削する切削装置に組み込まれている場合を例に説明を続ける。ただし、本実施形態に係る撮像装置は該切削装置以外の加工装置に組み込まれていてもよく、さらに、ウェーハ１を加工しない検査装置に組み込まれていてもよい。また、ウェーハ１の裏面１ｂに粘着テープ７を貼着するマウンターや、ウェーハ１が分割された後に該粘着テープ７を拡張するエキスパンダーに含まれてもよい。図２は、本実施形態に係る撮像装置を含む切削装置２を模式的に示す斜視図である。

【0029】

切削装置２は、各構成要素を支持する基台４を備える。基台４の前方の角部には、矩形状の開口６が形成されており、この開口６には昇降可能なカセット支持台が設けられている。カセット支持台の上面には、複数のフレームユニット１１を収容するカセット８が載せられる。なお、図１では、説明の便宜上、カセット８の輪郭のみを示している。

【0030】

基台４の上面の開口６に隣接した位置には、Ｘ軸方向（加工送り方向）に長い矩形の開口１２が形成されている。開口１２には、被加工物保持ユニット１４と、該被加工物保持ユニット１４をＸ軸方向に移動させるＸ軸方向移動機構（不図示）と、該Ｘ軸方向移動機構を覆う防塵防滴カバー１２ａと、が設けられている。

【0031】

切削装置２には、該カセット支持台に載せられたカセット８に収容されたフレームユニット１１を搬出入する搬送機構（不図示）が設けられている。該搬送機構は、開口１２を跨ぐように設けられた一対の搬送レール１０上にカセット８に収容されたフレームユニット１１を引き出す。

【0032】

該一対の搬送レール１０は互いに離れる方向に移動可能である。該搬送機構にフレームユニット１１を搬送レール１０上に引き出させた後、該搬送機構にフレームユニット１１を保持させ、該一対の搬送レール１０の間隔を広げ、該搬送機構を下降させると被加工物保持ユニット１４上にフレームユニット１１を搬送できる。

【0033】

被加工物保持ユニット１４は、例えば、ウェーハ１（被撮像物）を保持するチャックテーブルである。被加工物保持ユニット１４の上面には多孔質部材が配設されており、該多孔質部材の上面がフレームユニット１１を保持する保持面１４ａとなる。該被加工物保持ユニット１４は、該保持面１４ａ上に載せられたフレームユニット１１を挟持するクランプ１４ｂ（図３参照）を外周部に備える。

【0034】

該多孔質部材は、被加工物保持ユニット１４の内部に形成された吸引路（不図示）を介して吸引源（不図示）に接続されている。保持面１４ａの上にフレームユニット１１を載せ、吸引源を作動させて該吸引路及び該多孔質部材を通じて該フレームユニット１１に負圧を作用させると、フレームユニット１１が被加工物保持ユニット１４に吸引保持される。

【0035】

被加工物保持ユニット１４は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、保持面１４ａに垂直な回転軸の周りに回転可能である。また、被加工物保持ユニット１４は、上述のＸ軸方向移動機構でＸ軸方向に加工送りされる。

【0036】

基台４の上面には、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０を支持するための門型の支持構造１６が、開口１２を跨ぐように配置されている。支持構造１６の前面上部には、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０をＹ軸方向（割り出し送り方向）に移動させるＹ軸方向移動機構１８と、Ｚ軸方向（高さ方向）に移動させるＺ軸方向移動機構２８と、が設けられている。

【0037】

支持構造１６の前面には、Ｙ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール２０が設けられている。該Ｙ軸ガイドレール２０には、Ｙ軸移動プレート２２がスライド可能に取り付けられている。Ｙ軸移動プレート２２の裏面側（後面側）にはナット部（不図示）が設けられており、このナット部にはＹ軸ガイドレール２０に平行なＹ軸ボールネジ２４が螺合されている。

【0038】

Ｙ軸ボールネジ２４の一端部には、Ｙ軸パルスモータ２６が連結されている。Ｙ軸パルスモータ２６でＹ軸ボールネジ２４を回転させると、Ｙ軸移動プレート２２はＹ軸ガイドレール２０に沿ってＹ軸方向に移動する。すなわち、Ｙ軸ガイドレール２０、Ｙ軸移動プレート２２、Ｙ軸ボールネジ２４、及びＹ軸パルスモータ２６は、Ｙ軸方向移動機構１８を構成する。

【0039】

Ｙ軸移動プレート２２の表面（前面）には、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール３０が設けられている。Ｚ軸ガイドレール３０には、Ｚ軸移動プレート３２がスライド可能に取り付けられている。Ｚ軸移動プレート３２の裏面側（後面側）にはナット部（不図示）が設けられており、このナット部にはＺ軸ガイドレール３０に平行なＺ軸ボールネジ３４が螺合されている。

【0040】

Ｚ軸ボールネジ３４の一端部には、Ｚ軸パルスモータ３６が連結されている。Ｚ軸パルスモータ３６でＺ軸ボールネジ３４を回転させれば、Ｚ軸移動プレート３２はＺ軸ガイドレール３０に沿ってＺ軸方向に移動する。すなわち、Ｚ軸ガイドレール３０、Ｚ軸移動プレート３２、Ｚ軸ボールネジ３４、及びＺ軸パルスモータ３６は、Ｚ軸方向移動機構２８を構成する。

【0041】

Ｚ軸移動プレート３２の下部には、切削ユニット３８が固定されている。切削ユニット３８は、回転軸となるスピンドルと、該スピンドルの一端側に装着された円環状の切削ブレードを備えている。該切削ブレードは少なくとも外周部に砥石を備え、該スピンドルを回転させて該切削ブレードを回転させ該砥石を被加工物保持ユニット１４で保持されたウェーハ１に接触させると、ウェーハ１が切削される。

【0042】

また、切削ユニット３８に隣接する位置には、被加工物保持ユニット１４で保持されたウェーハ１を撮像する撮像ユニット４０が設けられている。撮像ユニット４０は、例えば、ＣＣＤカメラである。撮像ユニット４０を使用して被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１を撮像すると、ウェーハ１の表面１ａが写る撮像画像を形成できる。なお、撮像ユニット４０は、可視光以外の光を受光する赤外線カメラ等でもよい。

【0043】

Ｙ軸方向移動機構１８でＹ軸移動プレート２２をＹ軸方向に移動させると、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０がＹ軸方向に割り出し送りされる。また、Ｚ軸方向移動機構２８でＺ軸移動プレート３２をＺ軸方向に移動させれば、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０は昇降する。さらに、被加工物保持ユニット１４にウェーハ１を保持させた状態でＸ軸方向移動機構（不図示）を作動させると、ウェーハ１がＸ軸方向に沿って加工送りされる。

【0044】

すなわち、該Ｘ軸方向移動機構と、Ｙ軸方向移動機構１８と、Ｚ軸方向移動機構２８と、は、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０と、被加工物保持ユニット１４及びウェーハ１と、を相対的に移動させる。

【0045】

なお、Ｙ軸移動プレート２２の表面（前面）には、Ｚ軸方向に沿ったＺ軸スケール（不図示）が設けられている。該Ｚ軸スケールは、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０のＺ軸方向における位置を示す目盛り（不図示）を含む。そして、Ｚ軸移動プレート３２の裏面（後面）側の該Ｚ軸スケールに対面する位置には、該Ｚ軸スケールの反射光を受光して該目盛りを読み取る光学式の読み取りユニット（不図示）が配設されている。

【0046】

該読み取りユニットは、Ｚ軸方向移動機構２８が作動することにより移動する切削ユニット３８及び撮像ユニット４０のＺ軸方向における位置を該Ｚ軸スケールの該目盛りを読み取ることで検出できる。そして、該読み取りユニットは、検出した切削ユニット３８及び撮像ユニット４０のＺ軸方向における位置を後述の第１の制御部４６ａの移動ユニット制御部４８に送る機能を有する。したがって、移動ユニット制御部４８は、切削ユニット３８及び撮像ユニット４０のＺ軸方向における位置を検出できる。

【0047】

ここで、該読み取りユニットは光学式でなくてもよい。例えば、Ｚ軸スケールの目盛りにはＺ軸方向に沿って異なる磁気信号が埋め込まれていてもよい。この場合、該読み取りユニットは、Ｚ軸スケールの目盛りの該読み取りユニットに対面する箇所から該磁気信号を読み取り、該磁気信号をＺ軸方向における位置情報に変換できる磁気式の読み取りユニットとされる。

【0048】

切削ユニット３８の切削ブレードを回転させつつ、切削ユニット３８と、被加工物保持ユニット１４と、を該Ｘ軸方向移動機構により相対的に移動させてウェーハ１を加工送りし、該切削ブレードをウェーハ１に切り込ませると、ウェーハ１が切削される。このとき、切削ブレードを所定の高さに位置付けるのにＺ軸方向移動機構２８を作動させる。また、ウェーハ１の加工箇所を変更する際には、Ｙ軸方向移動機構１８を作動させてウェーハ１を割り出し送りする。

【0049】

また、撮像ユニット４０を被加工物保持ユニット１４に対して相対的に移動させ、所定の位置で撮像ユニット４０を作動させると、被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１が撮像され撮像画像が形成される。

【0050】

被加工物保持ユニット１４は、本実施形態に係る撮像装置の保持ユニットとして機能できる。また、撮像ユニット４０は、該撮像装置の撮像カメラとして機能できる。さらに、Ｚ軸方向移動機構２８は、該撮像カメラとして機能する撮像ユニット４０を該保持ユニットとして機能する被加工物保持ユニット１４に対して近接離反方向（Ｚ軸方向）に沿って相対的に移動させる移動ユニットとして機能する。

【0051】

ただし、本実施形態に係る撮像装置が備える保持ユニット、撮像カメラ、及び移動ユニットはこれに限定されない。例えば、保持ユニットは、切削装置２が基台４上に備える仮置き台（不図示）でもよい。該仮置き台には、被加工物が一時的に置かれる。この場合、撮像カメラは、仮置き台に置かれた被加工物を撮像できる位置に配設される。または、保持ユニットは被加工物を搬送する搬送ユニットでもよい。この場合、撮像カメラは搬送ユニットに保持されて搬送される被加工物を撮像できる位置に配設される。

【0052】

以下、被加工物保持ユニット１４が保持ユニットとして機能し、撮像ユニット４０が撮像カメラとし機能し、Ｚ軸方向移動機構２８が移動ユニットとして機能する場合を例に切削装置２及び本実施形態に係る撮像装置について説明を続ける。

【0053】

基台４の上面の開口１２に対して開口６と反対側の位置には、円形の開口４２が形成されている。開口４２内には、ウェーハ１を切削した後にフレームユニット１１を洗浄するための洗浄ユニット４４が設けられている。開口４２の内部に設けられた洗浄ユニット４４は、フレームユニット１１を保持する洗浄テーブル４４ａと、該洗浄テーブル４４ａに保持されたフレームユニット１１の上方から該フレームユニット１１に洗浄液を吐出する洗浄ノズル（不図示）と、を備える。なお、該洗浄液は、例えば、純水である。

【0054】

切削装置２は、該切削装置２の各構成要素を制御する制御ユニット４６を備える。制御ユニット４６は、上述のカセット載置台、搬送機構、搬送レール１０、移動ユニット、切削ユニット３８、撮像ユニット４０、洗浄ユニット４４、及びその他の機構を制御する。制御ユニット４６は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）や記憶媒体等を備える一つまたは複数のコンピュータ等で構成される。該制御ユニット４６が備える各部の機能は、一つまたは複数のコンピュータ等により実現される。

【0055】

被加工物保持ユニット１４で保持されたウェーハ１をストリート３に沿って切削（加工）するには、ウェーハ１のストリート３の位置及び方向を検出してアライメントを実施する必要がある。まず、ウェーハ１のストリート３がＸ軸方向（加工送り方向）に沿うように被加工物保持ユニット１４を回転させる。次に、ストリート３の延長線上に切削ユニット３８の切削ブレードの砥石が位置付けられるように被加工物保持ユニット１４と、切削ユニット３８と、を相対的に移動させる。

【0056】

ウェーハ１のストリート３の位置を精密に検出できなければアライメントを高精度に実施できない。アライメントが高精度に実施されなければ、ウェーハ１をストリート３に沿って精密に切削することはできず、加工精度が低下してしまう。そこで、撮像ユニット４０を使用してストリート３の位置を精密に検出するために、撮像ユニット４０の焦点がウェーハ１の表面に合う際の撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置を合焦位置として予め精密に検出する。

【0057】

また、加工後のウェーハ１の上面を撮像ユニット４０で撮像し、ウェーハ１の状態を確認して加工結果を評価し、その後に実施される加工の条件に評価結果をフィードバックしたい場合がある。例えば、ウェーハ１をストリート３に沿って切削する場合に、切削によりウェーハ１に形成された切削痕の状態が確認される。この場合にも、撮像ユニット４０の焦点をウェーハ１の上面に合わせた状態で撮像を実施する。そして、合焦位置が予め精密に検出されていると、ウェーハ１の上面に焦点が合うように撮像ユニット４０を短時間に移動できる。

【0058】

または、加工後のウェーハ１の上面を撮像する際に改めて合焦位置が検出されてもよい。ウェーハ１や粘着テープ７の局所的な厚みのばらつきに起因してウェーハ１の上面の高さにも局所的なばらつきが生じる場合があるため、加工後のウェーハ１の上面の各領域を撮像する都度、合焦位置が精密に検出されるのが望ましい。この場合、アライメントを実施する際に検出された合焦位置を基準として利用して改めて合焦位置を検出するとよい。基準が無い場合と比較して、短時間で改めて合焦位置を検出できるためである。

【0059】

切削装置２の制御ユニット４６は、切削装置２の各構成要素を制御して該合焦位置を精密に検出する機能を有する。次に、合焦位置の検出に関係する制御ユニット４６について説明する。制御ユニット４６は、切削装置２に組み込まれている本実施形態に係る撮像装置の制御ユニットとして機能できる。

【0060】

被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に保持されたウェーハ１を撮像ユニット４０（撮像カメラ）で撮像したとき、撮像位置が合焦位置に近い程、形成される撮像画像が鮮明となりコントラストが上がる。そこで、本実施形態に係る撮像装置は、撮像位置を変えながら撮像ユニット４０（撮像カメラ）に被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に保持されたウェーハ１を繰り返して撮像させ、複数の撮像画像を形成する。そして、形成された複数の撮像画像のコントラストを評価して合焦位置を検出する。

【0061】

制御ユニット４６は、例えば、主に移動ユニットを制御するマイクロコンピュータ（マイクロプロセッサ、マイコン）で成る第１の制御部４６ａと、主に撮像カメラを制御するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で成る第２の制御部４６ｂと、により構成される。

【0062】

図２に示す通り、制御ユニット４６は、移動ユニット制御部４８と、撮像カメラ制御部５０と、仮合焦位置検出部５２と、精密合焦位置検出部５６と、を備える。第１の制御部４６ａは、例えば、移動ユニット制御部４８と、仮合焦位置検出部５２と、精密合焦位置検出部５６と、第１の記憶部５４ａと、第１のカウンター５８ａと、を含む。第２の制御部４６ｂは、例えば、撮像カメラ制御部５０と、第２の記憶部５４ｂと、第２のカウンター５８ｂと、を含む。

【0063】

第１の記憶部５４ａは、第１の制御部４６ａに入力される情報及び該第１の制御部４６ａで形成される情報等を記憶できる。また、第２の記憶部５４ｂは、第２の制御部４６ｂに入力される情報及び該第２の制御部４６ｂで形成される情報等を記憶できる。

【0064】

第１のカウンター５８ａは、時間により第１のカウンター値を進行させる。該第１のカウンター値は、第１の制御部４６ａにおける時間の進行を表す値であり、第１の制御部４６ａで実施される各種の処理の実施時間を記録する際に使用される。第２のカウンター５８ｂは、時間により第２のカウンター値を進行させる。該第２のカウンター値は、第２の制御部４６ｂにおける時間の進行を表す値であり、第２の制御部４６ｂで実施される各種の処理の実施時間を記録する際に使用される。

【0065】

第１の制御部４６ａは、第１のカウンター５８ａと、第２のカウンター５８ｂと、の時間合わせを実施できる。第１のカウンター５８ａ及び第２のカウンター５８ｂの時間合わせを実施すると、実施時間が第１のカウンター値で記録される処理と、実施時間が第２のカウンター値で記録される処理と、を一つの時系列上で検討できる。合焦位置の検出が実施される際には、該時間合わせが実施される。

【0066】

該時間合わせを実施する際、例えば、第１の制御部４６ａは第２の制御部４６ｂに第２のカウンター５８ｂの第２のカウンター値を要求する。そして、第２の制御部４６ｂは、第１の制御部４６ａに該第２のカウンター値を回答する。第１の制御部４６ａは、第２の制御部４６ｂに要求を発したときの第１のカウンター値と、第２の制御部４６ｂから回答を受けたときの第１のカウンター値と、を第１の記憶部５４ａに記憶させる。

【0067】

ここで、第１の制御部４６ａから第２の制御部４６ｂへの通信に要する時間と、第２の制御部４６ｂから第１の制御部４６ａへの通信に要する時間と、は概略同一である。そのため、第１の制御部４６ａは、第１の記憶部５４ａに記憶させた２つの第１のカウンター値の中間値を算出し、第２の制御部４６ｂから受領した該第２のカウンター値と、該中間値と、が同一時刻におけるカウンター値である認定する。

【0068】

ただし、第１の制御部４６ａと、第２の制御部４６ｂと、の間の通信に要する時間は、通信の割り込み等の要因により遅延する可能性がある。そこで、第１の制御部４６ａは、時間合わせを高い精度で実施するために、第２の制御部４６ｂへの第２のカウンター値の要求を繰り返して時間合わせを複数回実施する。そして、第１の制御部４６ａは、第２の制御部４６ｂへ要求を発してから第２のカウンター値を受領するまでに要した回答時間が最も短くなる場合の時間合わせの結果を採用する。

【0069】

移動ユニット制御部４８は、移動ユニットとして機能するＺ軸方向移動機構２８を制御して、撮像カメラとして機能する撮像ユニット４０を保持ユニットとして機能する被加工物保持ユニット１４に対して相対的に近接離反方向（Ｚ軸方向）に沿って移動させる。移動ユニット制御部４８は、Ｙ軸移動プレート２２に設けられた上述のＺ軸スケールの目盛りを読み取る上述の読み取りユニットを利用して被加工物保持ユニット１４に対する撮像ユニット４０の相対的な位置を計測する。

【0070】

そして、移動ユニット制御部４８は、撮像ユニット４０を被加工物保持ユニット１４に対して相対的に移動させている間、定期的に撮像ユニット４０の相対的な位置を計測するとともに、計測を実施した際の第１のカウンター値を取得する。さらに、計測された撮像ユニット４０の相対的な位置を該第１のカウンター値に関連付けて第１の記憶部５４ａに記憶させる。該相対的な位置と、該第１のカウンター値と、の関係が蓄積されると、ある時間における該撮像ユニット４０の相対的な位置を後に算出できる。

【0071】

第２の制御部４６ｂが備える撮像カメラ制御部５０は、撮像ユニット４０の撮像タイミングを制御し、撮像ユニット４０に被加工物保持ユニット１４で保持された被撮像物を撮像させる。また、撮像カメラ制御部５０は、得られた撮像画像のコントラストを評価する機能を有する。

【0072】

そして、撮像カメラ制御部５０は、被撮像物の撮像を実施して撮像画像を取得した際の第２のカウンター値と、該撮像画像のコントラスト値と、を関連付けて第２の記憶部５４ｂに記憶させる機能を有する。さらに、撮像カメラ制御部５０は、得られた該撮像画像及び該第２のカウンター値を第１の制御部４６ａに送る機能を有する。

【0073】

第１の制御部４６ａが備える仮合焦位置検出部５２は、撮像ユニット４０（撮像カメラ）を被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対して相対的に移動させながら被撮像物を撮像ユニット４０に撮像させ、仮の合焦位置を検出する機能を有する。仮合焦位置検出部５２は、粗撮像画像形成指示部５２ａと、仮合焦位置算出部５２ｂと、を有する。

【0074】

ここで、合焦位置とは、撮像ユニット４０（撮像カメラ）の焦点が被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に保持された被撮像物に合う状態における該被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対する該撮像ユニット４０の相対位置である。そして、仮の合焦位置とは、本実施形態に係る合焦位置の検出方法及び撮像装置において該合焦位置を検出する際の基準となる該相対位置である。

【0075】

仮合焦位置検出部５２により仮の合焦位置を検出する際には、まず、粗撮像画像形成指示部５２ａが各構成に指示を発する。粗撮像画像形成指示部５２ａは移動ユニット制御部４８に指示し、Ｚ軸方向移動機構２８（移動ユニット）による撮像ユニット４０（撮像カメラ）の被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対する近接離反方向に沿った相対的な移動を開始させる。

【0076】

それとともに、粗撮像画像形成指示部５２ａは、第２の制御部４６ｂの撮像カメラ制御部５０に指示し、被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１（被撮像物）を所定の時間毎に撮像ユニット４０に撮像させる。

【0077】

複数の撮像画像を形成する間、被加工物保持ユニット１４及び撮像ユニット４０を停止させないため、該複数の撮像画像の形成に要する時間は被加工物保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、を都度停止させるのに比べて極めて短くなる。ただし、撮像ユニット４０及び被加工物保持ユニット１４を停止させずにウェーハ１を撮像すると、形成される複数の撮像画像はブレが生じた粗い画像となる。そこで、被加工物保持ユニット１４及び撮像ユニット４０を停止させずに形成された撮像画像を粗撮像画像と呼ぶこととする。

【0078】

粗撮像画像は、ブレが生じた不鮮明な撮像画像となるがコントラストの評価は可能である。複数の粗撮像画像を連続的に形成していくとき、粗撮像画像が形成される際の撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置が合焦位置に近づくにつれて粗撮像画像のコントラストが上がっていく。そして、最も合焦位置に近い該相対位置で形成された粗撮像画像をピークに、その後に形成される粗撮像画像のコントラストは下がる。

【0079】

すなわち、コントラストが最も高い粗撮像画像が形成された際の撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置は、他の粗撮像画像における該相対位置と比べて最も合焦位置に近くなる。そこで、本実施形態に係る撮像装置では、複数の粗撮像画像を形成してコントラストを評価し、最もコントラストが高い粗撮像画像を特定し、該粗撮像画像が形成された際の撮像ユニット４０の相対位置を仮の合焦位置として検出する。その後、該仮の合焦位置を基準として真の合焦位置を検出する。

【0080】

撮像カメラ制御部５０は、粗撮像画像が形成される都度、得られた粗撮像画像を評価してコントラスト値を算出する。そして、該粗撮像画像が形成された際の第２のカウンター５８ｂの第２のカウンター値と、算出されたコントラスト値と、を関連付けて第２の記憶部５４ｂに蓄積していく。そして、複数の粗撮像画像のうちコントラストが最も高い粗撮像画像を特定する。

【0081】

例えば、第２の制御部４６ｂでは、粗撮像画像が形成されコントラスト値が算出される都度、それまでに撮像された粗撮像画像のうち最も新しい粗撮像画像のコントラスト値を第２の記憶部５４ｂから読み出してコントラストを比較する。すなわち、形成された該粗撮像画像のコントラストと、該粗撮像画像の一つ前に形成された粗撮像画像のコントラストと、を比較する。

【0082】

粗撮像画像のコントラストは、撮像位置が合焦位置に近づくにつれて上昇し、その後、撮像位置が合焦位置を過ぎて合焦位置から離れるにつれて低下する。そこで、形成された粗撮像画像のコントラストが該粗撮像画像の一つ前に形成された該粗撮像画像のコントラストよりも高い場合、粗撮像画像の形成を続行する。

【0083】

その一方で、形成された粗撮像画像のコントラストが該粗撮像画像の一つ前に形成された該粗撮像画像のコントラストよりも低い場合、該一つ前に形成された粗撮像画像をコントラストが最も高い粗撮像画像であると判定する。そして、粗撮像画像の形成を終了させる。なお、撮像画像のコントラストの評価方法については、後に詳述する。

【0084】

ただし、複数の粗撮像画像のうちコントラストが最も高い粗撮像画像を特定する手法はこれに限定されない。コントラストが最も高い粗撮像画像を特定する他の手法について次に説明する。該他の手法においては、形成された粗撮像画像のコントラストが該粗撮像画像の一つ前に形成された該粗撮像画像のコントラストよりも高い場合に粗撮像画像の形成を続行する。その上、コントラストが上昇から低下に切り替わるとき、コントラストが所定の差以上に低くならない場合においても粗撮像画像の形成を続行する。

【0085】

その一方で、形成された粗撮像画像のコントラストが該粗撮像画像の一つ前に形成された該粗撮像画像のコントラストよりも該所定の差以上に低い場合、該一つ前に形成された粗撮像画像をコントラストが最も高い粗撮像画像であると判定する。そして、粗撮像画像の形成を終了させる。

【0086】

また、いずれの粗撮像画像のコントラストもそれぞれの該粗撮像画像の一つ前に形成された粗撮像画像のコントラストよりも所定の差以上に低くない場合、該撮像ユニット４０が被加工物保持ユニット１４に対して相対的に所定の範囲移動した時点で撮像を終了させる。そして、ウェーハ１の撮像を終了したとき、それまでに得られた複数の該粗撮像画像のコントラストを比較し、コントラストが最も高い粗撮像画像を特定する。

【0087】

コントラストが最も高い粗撮像画像が特定された際、第２の制御部４６ｂは第１の制御部４６ａの仮合焦位置検出部５２に、該コントラストが最も高い粗撮像画像が形成された際の第２のカウンター５８ｂの第２のカウンター値を送る。なお、コントラストが最も高い粗撮像画像の特定は、第１の制御部４６ａで実施されてもよい。この場合、第２の制御部４６ｂは、粗撮像画像が形成される度に該粗撮像画像と、第２のカウンター値と、を第１の制御部４６ａに送る。

【0088】

一方、複数の粗撮像画像が形成される際、第１の制御部４６ａでは、移動ユニット制御部４８が定期的に撮像ユニット４０の相対的な位置を計測するとともに、計測を実施した際の第１のカウンター５８ａの第１のカウンター値を取得する。そして、計測された撮像ユニット４０の相対的な位置が該第１のカウンター値に関連付けられて第１の記憶部５４ａに記憶される。

【0089】

そして、第１の制御部４６ａは、第１のカウンター５８ａ及び第２のカウンター５８ｂの時間合わせを予め実施する。そのため、仮合焦位置検出部５２の仮合焦位置算出部５２ｂは、複数の粗撮像画像のうちコントラストが最も高い粗撮像画像が撮像された際の第２のカウンター値を受領したとき、該第２のカウンター値に対応する第１のカウンター値を算出できる。

【0090】

仮合焦位置算出部５２ｂは、第１の記憶部５４ａに記憶された第１のカウンター値と、撮像ユニット４０の相対的な位置と、の関係から、該第２のカウンター値に対応する第１のカウンター値における撮像ユニット４０の該相対的な位置を算出する。すなわち、コントラストが最も高い粗撮像画像が形成された時の撮像ユニット４０（撮像カメラ）の被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対する相対位置を特定する。仮合焦位置算出部５２ｂは、該相対位置を仮の合焦位置として検出する。

【0091】

図４には、複数の粗撮像画像の例が模式的に示されている。図４に示す例では、粗撮像画像１３ｄが他の粗撮像画像１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｅと比較してコントラストが高い。そのため、粗撮像画像１３ｄが形成された際の撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置が仮の合焦位置１５となる。

【0092】

仮の合焦位置１５は、鮮明な撮像画像とは言えない粗撮像画像を利用して検出されるため、真の合焦位置とは一致しない可能性がある。しかし、仮の合焦位置１５は、撮像ユニット４０を停止させずに形成される粗撮像画像から高速に検出される。そのため、仮の合焦位置１５を利用して該仮の合焦位置１５の近傍で真の合焦位置を探ると、真の合焦位置を比較的速く特定できる。

【0093】

第１の制御部４６ａが備える精密合焦位置検出部５６は、撮像ユニット４０（撮像カメラ）を被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対して相対的に移動させ、撮像ユニット４０及び被加工物保持ユニット１４を停止させる。そして、複数の撮像位置でウェーハ１（被撮像物）を撮像ユニット４０に撮像させ、合焦位置を精密に検出する機能を有する。精密合焦位置検出部５６は、精密撮像画像形成指示部５６ａと、精密合焦位置算出部５６ｂと、を有する。

【0094】

精密合焦位置検出部５６により合焦位置を検出する際には、まず、移動ユニット制御部４８に指示し、Ｚ軸方向移動機構２８（移動ユニット）により該撮像ユニット４０を被加工物保持ユニット１４に対して近接離反方向に沿って相対的に移動させる。このとき、例えば、仮合焦位置検出部５２が検出した仮の合焦位置１５を含む所定の範囲において撮像ユニット４０を所定ピッチで被加工物保持ユニット１４に対して近接離反方向に沿って相対的に移動させる。

【0095】

該所定の範囲について説明する。仮合焦位置検出部５２が仮の合焦位置１５を検出する際、複数の粗撮像画像からコントラストが最も高い粗撮像画像を特定する。ここで、その特定された粗撮像画像の前後に形成された粗撮像画像のそれぞれが形成された際の撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置に着目する。そして、該所定の範囲は、例えば、仮の合焦位置１５を含む範囲であって、該前後の該粗撮像画像が形成された際のそれぞれの撮像ユニット４０の該相対位置の間に収まる範囲とする。

【0096】

さらに、該所定の範囲は、好ましくは、連続する２つの粗撮像画像の一方が形成された際の撮像ユニット４０の該相対位置と、他方が形成された際の撮像ユニット４０の該相対位置と、の間の距離よりも狭い範囲とする。

【0097】

精密撮像画像形成指示部５６ａは、撮像ユニット４０が停止しているのを移動ユニット制御部４８が確認した後、撮像カメラ制御部５０に指示し、被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１を撮像ユニット４０に撮像させる。

【0098】

撮像ユニット４０及び被加工物保持ユニット１４が停止した状態で被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１が撮像されるため、得られる撮像画像はブレの少ない比較的鮮明な撮像画像となる。そこで、被加工物保持ユニット１４と、撮像ユニット４０と、が停止した状態で形成されたこれらの撮像画像を精密撮像画像と呼ぶこととする。

【0099】

精密撮像画像が撮像された際、例えば、撮像カメラ制御部５０は、精密撮像画像のコントラストを評価して評価結果を第１の制御部４６ａの精密合焦位置検出部５６に送る。または、撮像カメラ制御部５０は、得られた精密撮像画像を精密合焦位置検出部５６に送り、精密合焦位置検出部５６が該精密撮像画像のコントラストを評価する。

【0100】

また、精密合焦位置検出部５６は、それぞれの精密撮像画像が形成された際の撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置をＹ軸移動プレート２２に設けられた上述のＺ軸スケールの目盛りを読み取る上述の読み取りユニットを利用して計測する。そして、該精密撮像画像のコントラスト値と、該撮像ユニット４０の該相対位置と、を関連付けて第１の記憶部５４ａに記憶させる。

【0101】

その後、精密撮像画像形成指示部５６ａは、移動ユニット制御部４８に指示して撮像ユニット４０を被加工物保持ユニット１４に対して相対的に移動させ、次の撮像位置に撮像ユニット４０を位置付ける。精密撮像画像形成指示部５６ａは、撮像ユニット４０が停止していることを確認した後、撮像カメラ制御部５０に指示して撮像ユニット４０にウェーハ１を撮像させる。そして、精密合焦位置検出部５６は同様に該精密撮像画像のコントラスト値と、撮像ユニット４０の相対位置と、を関連付けて第１の記憶部５４ａに記憶させる。

【0102】

精密合焦位置算出部５６ｂは、複数の精密撮像画像のうちコントラストが最も高い精密撮像画像を特定する。例えば、精密撮像画像が形成された際、該精密撮像画像のコントラストと、該精密撮像画像の一つ前に形成された精密撮像画像のコントラストと、を比較する。複数の精密撮像画像のコントラストを次々に評価していくと、精密撮像画像の撮像位置が合焦位置に近づくにつれて精密撮像画像のコントラストが上昇していく。

【0103】

そして、撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置が合焦位置となるときに形成された精密撮像画像のコントラストが最も高くなり、その後、撮像位置が合焦位置から離れるにつれて精密撮像画像のコントラストは低下する。そこで、形成された精密撮像画像のコントラストが該精密撮像画像の一つ前に形成された該精密撮像画像のコントラストよりも高くなる場合、精密撮像画像の形成を続行する。

【0104】

その一方で、形成された精密撮像画像のコントラストが該精密撮像画像の一つ前に形成された該精密撮像画像のコントラストよりも低くなる場合に該一つ前に形成された精密撮像画像をコントラストが最も高い精密撮像画像であると判定する。そして、撮像ユニット４０の移動と、ウェーハ１の撮像と、を終了させる。

【0105】

ただし、各精密撮像画像を取得する際、撮像ユニット４０を比較的小さな移動距離で移動させるため、前後の精密撮像画像のコントラストが大きく変化しない場合がある。この場合、前後の精密撮像画像のコントラストを比較しただけでは合焦位置で撮像された精密撮像画像を明確に特定できない場合がある。

【0106】

そこで、該撮像ユニット４０が相対的に上述の所定の範囲の全域に移動させウェーハ１を撮像してもよい。そして、ウェーハ１の撮像が終了したときに、精密合焦位置算出部５６ｂは、それまでに得られた複数の該精密撮像画像のコントラストを比較し、コントラストが最も高い精密撮像画像を特定する。なお、この場合においても、形成された精密撮像画像のコントラストが該精密撮像画像の一つ前に形成された該精密撮像画像のコントラストよりも明らかに低くなる場合に、その時点でウェーハ１の撮像を終了させてもよい。

【0107】

次に、精密合焦位置算出部５６ｂは、該コントラストが最も高い精密撮像画像が形成された時の撮像ユニット４０（撮像カメラ）の被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対する相対位置を第１の記憶部５４ａから読み出す。そして、該相対位置を合焦位置として検出する。なお、本実施形態等においては、この合焦位置を真の合焦位置という場合がある。

【0108】

図５に、複数の精密撮像画像の例を模式的に示す。図５に示す例では、複数の精密撮像画像１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅのうち、仮の合焦位置１５に撮像ユニット４０が位置付けられた際に形成された精密撮像画像１７ｃのコントラストが最も高い。この場合、仮の合焦位置１５が真の合焦位置であることが確認される。

【0109】

ただし、仮の合焦位置１５に撮像ユニット４０が位置付けられた際に形成された精密撮像画像１７ｃのコントラストが最も高くなるとは限らない。例えば、精密撮像画像１７ｄのコントラストが最も高い場合、精密撮像画像１７ｄが形成された際の撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置が真の合焦位置として検出される。

【0110】

本実施形態に係る撮像装置では、撮像カメラを保持ユニットに対して相対的に移動させる移動ユニットと、該撮像カメラと、をそれぞれ異なる制御部で制御することで各制御部の処理能力が高められている。そして、それぞれの制御部が備えるカウンターの時間合わせを実施することで、撮像カメラを相対的に移動させながら被撮像物を撮像して複数の粗撮像画像を取得しても、それぞれの粗撮像画像の撮像位置を特定できる。そのため、撮像カメラを停止させることなく粗撮像画像を形成して仮の合焦位置１５を検出できる。

【0111】

そして、本実施形態に係る撮像装置では、仮合焦位置検出部５２により仮の合焦位置１５を検出した後で、複数の精密撮像画像を形成して真の合焦位置を検出する。ここで、精密撮像画像を形成する際に費やされる時間は比較的長いが、精密撮像画像の数は限定的である。そのため、合焦位置を従来よりも短時間で検出できる。

【0112】

次に、本実施形態に係る合焦位置の検出方法について詳述する。図６は、本実施形態に係る合焦位置の検出方法の各ステップのフローの一例を示すフローチャートである。以下、該検出方法について、上述のウェーハ１を被撮像物とし、撮像装置が組み込まれた切削装置２（図２等参照）において合焦位置を検出する場合を例に説明する。ただし、本実施形態に係る検出方法はこれに限定されない。被撮像物はウェーハ１に限定されず、また、切削装置２以外の装置等において合焦位置を検出してもよい。

【0113】

本実施形態に係る合焦位置の検出方法では、仮の合焦位置を検出する粗検出ステップＳ１と、合焦位置を検出する精密検出ステップＳ２と、を実施する。精密検出ステップＳ２では、粗検出ステップＳ１で検出された仮の合焦位置を基準として真の合焦位置を探すことにより、該真の合焦位置を短時間で検出する。以下、該合焦位置の検出方法の各ステップについて詳述する。

【0114】

まず、本実施形態に係る合焦位置の検出方法では、粗検出ステップＳ１を実施する前に、被撮像物であるウェーハ１を撮像装置が組み込まれた切削装置２の被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に保持させる保持ステップを実施してもよい。なお、保持ステップでは、保持ユニットとして搬送ユニットや仮置き領域等の被加工物保持ユニット１４以外の保持ユニットにウェーハ１が保持されてもよい。

【0115】

図３は、被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１を模式的に示す断面図である。ウェーハ１は、例えば、粘着テープ７及び環状フレーム９と一体化され、フレームユニット１１の状態で切削装置２に搬入される。

【0116】

保持ステップでは、フレームユニット１１を被加工物保持ユニット１４の保持面１４ａの上に載せ、クランプ１４ｂにフレームユニット１１の環状フレーム９を把持させる。そして、被加工物保持ユニット１４の吸引源を作動させて、保持面１４ａに粘着テープ７を介してウェーハ１を吸引保持させる。ただし、本実施形態に係る合焦位置の検出方法はこれに限定されず、切削装置２に搬入されるウェーハ１は環状フレーム９及び粘着テープ７と一体化されていなくてもよい。

【0117】

また、本実施形態に係る合焦位置の検出方法では、第１の制御部４６ａの第１のカウンター５８ａと、第２の制御部４６ｂの第２のカウンター５８ｂと、の時間を合わせる時間合わせステップを実施してもよい。時間合わせステップでは、例えば、第１の制御部４６ａが第２のカウンター５８ｂに第２のカウンター値を要求する。そして、第２のカウンター値を受けた時と、要求を実施した時と、の第１のカウンター５８ａの第１のカウンター値の中間値と、該第２のカウンター値と、が同一時刻であるとして時間を合わせる。

【0118】

次に、粗検出ステップＳ１について説明する。粗検出ステップＳ１では、Ｚ軸方向移動機構２８（移動ユニット）により撮像ユニット４０（撮像カメラ）を被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対して相対的に近接離反方向（Ｚ軸方向）に沿って移動させる。そして、撮像ユニット４０を移動させつつ撮像ユニット４０により被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１（被撮像物）を撮像して複数の粗撮像画像を形成する。

【0119】

粗撮像画像が形成される都度、該粗撮像画像のコントラストを評価して、形成した複数の該粗撮像画像のうちコントラストが最も高い粗撮像画像を特定する。その後、粗検出ステップＳ１では、コントラストが最も高い粗撮像画像が形成された時の撮像ユニット４０（撮像カメラ）の被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対する相対位置を仮の合焦位置として検出する。図４は、粗検出ステップＳ１を模式的に示す側面図である。以下、粗検出ステップＳ１について詳述する。

【0120】

粗検出ステップＳ１では、まず、第１の制御部４６ａの粗撮像画像形成指示部５２ａが移動ユニット制御部４８に指示して、移動ユニットに撮像ユニット４０の下降を開始させる。そして、移動ユニット制御部４８は、Ｙ軸移動プレート２２に設けられた上述のＺ軸スケールの目盛りを読み取る上述の読み取りユニットを利用して撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置を定期的に計測する。さらに、該相対位置を計測した際の第１のカウンター５８ａの第１のカウンター値を該相対位置に関連付けて第１の記憶部５４ａに蓄積していく。

【0121】

また、第１の制御部４６ａの粗撮像画像形成指示部５２ａが第２の制御部４６ｂの撮像カメラ制御部５０に指示して、定期的に被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１を撮像ユニット４０に撮像させ、粗撮像画像を形成させる。そして、撮像カメラ制御部５０は、粗撮像画像が形成される都度、該粗撮像画像のコントラストを評価する。さらに、各粗撮像画像が形成された際の第２のカウンター値を第２のカウンター５８ｂから読み取り、算出されたコントラスト値と関連付けて第２の記憶部５４ｂに蓄積していく。

【0122】

例えば、第２の制御部４６ｂでは、粗撮像画像が形成されコントラスト値が算出される都度、それまでに撮像された粗撮像画像のうち最も新しい粗撮像画像のコントラスト値を第２の記憶部５４ｂから読み出してコントラストを比較する。すなわち、形成された該粗撮像画像のコントラストと、該粗撮像画像の一つ前に形成された粗撮像画像のコントラストと、を比較する。

【0123】

その結果、形成された粗撮像画像のコントラストが該粗撮像画像の一つ前に形成された該粗撮像画像のコントラストよりも高い場合、粗撮像画像の形成を続行する。その一方で、形成された粗撮像画像のコントラストが該粗撮像画像の一つ前に形成された該粗撮像画像のコントラストよりも低い場合、該一つ前に形成された粗撮像画像をコントラストが最も高い粗撮像画像であると判定する。そして、粗撮像画像の形成を終了させる。

【0124】

ただし、複数の粗撮像画像のうちコントラストが最も高い粗撮像画像を特定する手法はこれに限定されない。例えば、粗撮像画像が形成された際、該粗撮像画像のコントラストと、該粗撮像画像の一つ前に形成された粗撮像画像のコントラストと、を比較する。その結果、形成された粗撮像画像のコントラストが該粗撮像画像の一つ前に形成された該粗撮像画像のコントラストよりも所定の差以上に低くない場合、粗撮像画像の形成を続行する。

【0125】

その一方で、形成された粗撮像画像のコントラストが該粗撮像画像の一つ前に形成された該粗撮像画像のコントラストよりも該所定の差以上に低い場合、該一つ前に形成された粗撮像画像をコントラストが最も高い粗撮像画像であると判定する。そして、粗撮像画像の形成を終了させる。

【0126】

コントラストが最も高い粗撮像画像が特定されたとき、撮像カメラ制御部５０は、該粗撮像画像が形成された際の第２のカウンター５８ｂの第２のカウンター値を仮合焦位置算出部５２ｂに送る。仮合焦位置算出部５２ｂは、送られてきた該第２のカウンター値に対応する第１のカウンター値を算出し、該第１のカウンター値に対応する撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置を算出する。このとき、第１の記憶部５４ａに蓄積された第１のカウンター値と、撮像ユニット４０と、の関係が参照される。

【0127】

形成された複数の粗撮像画像の中でコントラストが最も高い粗撮像画像は、撮像位置が最も合焦位置に近い粗撮像画像といえる。そのため、算出された撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置は、仮の合焦位置として検出される。以上により、粗検出ステップＳ１が終了する。

【0128】

なお、２番目に形成された粗撮像画像のコントラストが最初に形成された粗撮像画像のコントラストよりも低い場合、撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対的な移動により撮像ユニット４０が合焦位置から遠ざかっていることになる。この場合、例えば、移動の方向を逆転させる。

【0129】

図４は、粗検出ステップＳ１の例を示す側面図である。図４に示す例では、粗撮像画像１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅが次々と形成される。図４に示す例では、粗撮像画像１３ｄは、その前に形成された粗撮像画像１３ｃ及びその後に形成された粗撮像画像１３ｅよりもコントラストが高い。

【0130】

図４に示す例では、粗撮像画像１３ｄが撮像されるまで各粗撮像画像のコントラストが上昇していく。これは、撮像ユニット４０等の移動により、撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置が合焦位置に近づいていることを意味する。また、図４に示す通り、粗撮像画像１３ｅのコントラストは粗撮像画像１３ｄよりも低い。これは、粗撮像画像１３ｅが形成された際に、撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置が該合焦位置から離れたことを意味する。

【0131】

この場合、粗撮像画像１３ｄが形成された際の撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対的な位置が、他の粗撮像画像１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｅが形成された際のそれぞれの該相対位置と比べて最も合焦位置に近いといえる。そして、粗撮像画像１３ｄが形成された際の該相対位置が仮の合焦位置１５として検出される。なお、図４においては、仮の合焦位置１５が撮像ユニット４０の位置として示されている。

【0132】

なお、粗検出ステップＳ１はこれに限定されない。例えば、粗撮像画像を予め決定された特定の数で形成し、それぞれの粗撮像画像のコントラストを評価して、最もコントラストが高い粗撮像画像を検出して仮の合焦位置１５を検出してもよい。

【0133】

粗撮像画像は不鮮明な撮像画像となるため、粗検出ステップＳ１を実施しても合焦位置を精密には検出できないが、撮像ユニット４０及び被加工物保持ユニット１４を撮像の都度停止させないため、複数の粗撮像画像は極めて短時間で取得できる。本実施形態に係る合焦位置の検出方法では、次に、精密に真の合焦位置を検出するために精密検出ステップＳ２を実施する。

【0134】

精密検出ステップＳ２では、移動ユニットにより撮像ユニット４０（撮像カメラ）を被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対して近接離反方向に沿って相対的に移動させる。そして、撮像ユニット４０により被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１を撮像する。粗検出ステップＳ１とは異なり、精密検出ステップＳ２では、ウェーハ１を撮像する際には、撮像ユニット４０及び被加工物保持ユニット１４をその都度停止させる。この場合、形成される複数の撮像画像は、ブレのない精密撮像画像となる。

【0135】

精密検出ステップＳ２では、撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対的な移動及び停止を繰り返し、複数の精密撮像画像を形成する。そして、形成した複数の該精密撮像画像のうちコントラストが最も高い精密撮像画像が形成された時の該撮像カメラの該保持ユニットに対する相対位置を合焦位置として検出する。

【0136】

より詳細に精密検出ステップＳ２について説明する。精密検出ステップＳ２を実施する際には、粗検出ステップＳ１を実施した後、移動ユニット（Ｚ軸方向移動機構２８）を制御して、撮像ユニット４０と、被加工物保持ユニット１４と、を引き離しておく。例えば、仮の合焦位置１５よりも撮像ユニット４０を上昇させておく。

【0137】

そして、第１の制御部４６ａの精密合焦位置検出部５６は、移動ユニット制御部４８に指示して、撮像ユニット４０を所定の高さ位置に下降させて、該所定の高さ位置で撮像ユニット４０を停止させる。精密撮像画像形成指示部５６ａは、撮像ユニット４０が停止しているのを移動ユニット制御部４８が確認した後、撮像カメラ制御部５０に指示し、被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１を撮像ユニット４０に撮像させる。

【0138】

撮像ユニット４０及び被加工物保持ユニット１４が停止した状態で被加工物保持ユニット１４に保持されたウェーハ１が撮像されるため、得られる撮像画像は比較的鮮明な精密撮像画像となる。精密撮像画像が撮像された際、例えば、撮像カメラ制御部５０は、精密撮像画像のコントラストを評価して評価結果を第１の制御部４６ａの精密合焦位置検出部５６に送る。または、撮像カメラ制御部５０は、得られた精密撮像画像を精密合焦位置検出部５６に送り、精密合焦位置検出部５６が該精密撮像画像のコントラストを評価する。

【0139】

また、精密合焦位置検出部５６は、それぞれの精密撮像画像が形成された際の撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置をＹ軸移動プレート２２に設けられた上述のＺ軸スケールの目盛りを読み取る上述の読み取りユニットを利用して計測する。そして、該精密撮像画像のコントラスト値と、該撮像ユニット４０の該相対位置と、を関連付けて第１の記憶部５４ａに記憶させる。

【0140】

その後、精密撮像画像形成指示部５６ａは、移動ユニット制御部４８に指示して撮像ユニット４０を被加工物保持ユニット１４に対して相対的に移動させ、次の撮像位置に撮像ユニット４０を位置付ける。精密撮像画像形成指示部５６ａは、撮像ユニット４０が停止していることを確認した後、撮像カメラ制御部５０に指示して撮像ユニット４０にウェーハ１を撮像させる。そして、精密合焦位置検出部５６は同様に該精密撮像画像のコントラスト値と、撮像ユニット４０の相対位置と、を関連付けて第１の記憶部５４ａに記憶させる。

【0141】

精密検出ステップＳ２では、形成される複数の精密撮像画像のうちコントラストが最も高い精密撮像画像を特定する。例えば、精密撮像画像が新たに形成された際、該精密撮像画像のコントラストと、該精密撮像画像の一つ前に形成された精密撮像画像のコントラストと、を比較する。

【0142】

形成された精密撮像画像のコントラストが該精密撮像画像の一つ前に形成された該精密撮像画像のコントラストよりも高い場合に撮像を継続する。その一方で形成された精密撮像画像のコントラストが一つ前に形成された精密撮像画像のコントラストよりも該所定の差以上に低い場合には、該一つ前に形成された精密撮像画像をコントラストが最も高い精密撮像画像であると判定する。

【0143】

いずれの精密撮像画像のコントラストもそれぞれの該精密撮像画像の一つ前に形成された精密撮像画像のコントラストよりも該所定の差以上に低くない場合、該撮像ユニット４０が相対的に上述の所定の範囲移動した時点で撮像を終了させる。または、該撮像ユニット４０が相対的に上述の所定の範囲を移動する間、ウェーハ１の撮像を繰り返す。そして、ウェーハ１の撮像を終了したとき、それまでに得られた複数の該精密撮像画像のコントラストを比較し、コントラストが最も高い精密撮像画像を特定する。

【0144】

次に、該コントラストが最も高い精密撮像画像が形成された時の撮像ユニット４０（撮像カメラ）の被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対する相対位置を第１の記憶部５４ａから読み出す。そして、該相対位置を合焦位置として検出する。

【0145】

図５は、精密検出ステップＳ２の例を模式的に示す側面図である。図５には、精密検出ステップＳ２で形成される精密撮像画像１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅが模式的に示されている。図５に示す例では、精密検出ステップＳ２において５回の撮像を実施する場合を示しているが、ウェーハ１を撮像する回数はこれに限定されない。

【0146】

なお、図５では、図４と同様に各精密撮像画像１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅについて、コントラストの違いを模式的に示している。ただし、図４と図５の間で撮像画像のコントラストを比較することは想定されておらず、図４と図５に示された撮像画像を互いに比較してコントラストを比較してはならない。

【0147】

図５に示す通り、精密検出ステップＳ２では、例えば、仮の合焦位置１５を含む所定の範囲において撮像ユニット４０を所定ピッチ（インデックス）で被加工物保持ユニット１４に対して相対的に移動させる。なお、該所定の範囲については、既に詳述している通りである。好ましくは、該所定の範囲は、仮の合焦位置１５を中心とする範囲とされる。

【0148】

図５に示す例では、複数の精密撮像画像のうち、精密撮像画像１７ｃのコントラストが最も高い。そのため、精密撮像画像１７ｃが形成された時の撮像ユニット４０の被加工物保持ユニット１４に対する相対位置が合焦位置として検出される。図５には、仮の合焦位置１５が真の合焦位置と一致している場合が示されているが、真の合焦位置はこれに限定されない。

【0149】

従来、撮像ユニット４０及び被加工物保持ユニット１４の相対的な移動と停止を繰り返しながら広い領域で撮像画像を形成して合焦位置を検出していた。被撮像物を撮像する都度撮像ユニット４０等を停止していたため、合焦位置の検出には多大な時間を要していた。

【0150】

これに対して、本実施形態に係る合焦位置の検出方法では、粗検出ステップＳ１を実施して仮の合焦位置１５を短時間で検出し、仮の合焦位置１５を含む限定された範囲から合焦位置を検出する。そのため、撮像ユニット４０及び被加工物保持ユニット１４を停止させた状態で撮像ユニット４０により被撮像物を撮像する回数を従来と比較して大幅に減らすことができる。したがって、本実施形態に係る合焦位置の検出方法では、合焦位置を短時間で検出できる。

【0151】

次に、本実施形態に係る合焦位置の検出方法及び撮像装置において、撮像画像のコントラストを評価する手法について説明する。撮像画像のコントラストは、該撮像画像を構成する各画素の輝度を隣接する画素の輝度と比較する方法により評価できる。例えば、撮像ユニット４０の高さを変えて同じ視野で被撮像物を撮像し複数の撮像画像を形成したとき、撮像時の撮像ユニット４０の位置が合焦位置から遠い程、ぼやけた撮像画像となる。

【0152】

例えば、撮像画像に写る構造物の輪郭近傍において該輪郭で隔てられた一方の領域から他方の領域にかけて並ぶ各画素の輝度に着目すると、撮像画像がぼやけているほど輝度の変化が緩やかであり、撮像画像がはっきりしているほど輝度の変化が急峻となる。そこで、撮像画像を構成する各画素に対して該画素に隣接する画素との間の輝度の差を算出し、該輝度の差の絶対値を撮像画像の全体で足し合わせる。

【0153】

算出された数値は、撮像画像のコントラストの高さを反映したものとなるため、この数値を複数の撮像画像の間で比較すると、各撮像画像のコントラストの大小関係を評価できる。この場合、コントラストの高い撮像画像ほど該数値が高くなる。

【0154】

また、撮像画像のコントラストは、他の手法により評価されてもよい。例えば、撮像画像を構成する画素のすべてではなく、撮像画像を構成する画素からサンプルポイントとして複数の画素を指定して撮像画像のコントラストを評価してもよい。この場合、サンプルポイントとして指定された複数の画素の微分値の総和を算出して、撮像画像間で比較する。なお、当該手法では、サンプルポイントとして指定する画素の数が多い程、撮像画像のコントラストの評価の精度が上がる。

【0155】

なお、本発明は、上記の実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記の実施形態において、粗検出ステップＳ１を実施して撮像ユニット４０を下降させた後、仮の合焦位置１５よりも撮像ユニット４０を上昇させた後に精密検出ステップＳ２を実施する場合について説明した。しかし、本発明の一態様に係る合焦位置の検出方法はこれに限定されない。

【0156】

すなわち、精密検出ステップＳ２を実施する前に、撮像ユニット４０を被加工物保持ユニット１４から引き離さなくてもよい。例えば、粗検出ステップＳ１において被加工物保持ユニット１４に接近させるように撮像ユニット４０を下降させていた場合、精密検出ステップＳ２においては粗検出ステップＳ１とは反対向きに撮像ユニット４０を移動させる。この場合、精密検出ステップＳ２を実施する際に撮像ユニット４０を戻す必要がないため、より短時間で合焦位置を検出できる。

【0157】

また、上記の実施形態では、撮像ユニット４０（撮像カメラ）を被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）に対して相対的に移動させる場合、撮像ユニット４０を近接離反方向（Ｚ軸方向）に沿って移動させる場合について主に説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。すなわち、本発明の一態様においては、被加工物保持ユニット１４（保持ユニット）を近接離反方向（Ｚ軸方向）に沿って移動させてもよい。

【0158】

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

【符号の説明】

【0159】

１ ウェーハ
１ａ 表面
１ｂ 裏面
３ ストリート
５ デバイス
７ 粘着テープ
９ フレーム
１１ フレームユニット
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ 粗撮像画像
１５ 仮の合焦位置
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ 精密撮像画像
２ 切削装置
４ 基台
６，１２，４２ 開口
８ カセット
１０ 搬送レール
１２ａ 防塵防滴カバー
１４ 被加工物保持ユニット
１４ａ 保持面
１４ｂ クランプ
１６ 支持構造
１８，２８ 移動機構
２０，３０ ガイドレール
２２，３２ 移動プレート
２４，３４ ボールネジ
２６，３６ パルスモータ
３８ 切削ユニット
４０ 撮像ユニット
４４ 洗浄ユニット
４６ 制御ユニット
４６ａ，４６ｂ 制御部
４８ 移動ユニット制御部
５０ 撮像カメラ制御部
５２ 仮合焦位置検出部
５２ａ 粗撮像画像形成指示部
５２ｂ 仮合焦位置算出部
５４ａ，５４ｂ 記憶部
５６ 精密合焦位置検出部
５６ａ 精密撮像画像形成指示部
５６ｂ 精密合焦位置算出部
５８ａ，５８ｂ カウンター

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】