JP2022115567A - 観察装置及び観察方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】タクト向上を実現する観察装置及び観察方法を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置1は、光源と、対物レンズと、光検出部と、を有する撮像ユニット4と、撮像ユニット4を上下方向であるZ方向に移動させる駆動ユニット7と、対物レンズをZ方向に移動させるアクチュエータと、制御部8と、を備える。制御部8は、裏面が集光位置になる位置に撮像ユニット4が移動するように駆動ユニット7を制御する第一制御と、第一制御後において、裏面及び表面間の領域である第一領域が集光位置になる位置に対物レンズが移動するようにアクチュエータを制御すると共に、裏面に対して表面とは反対側の領域である第二領域が集光位置になる位置に対物レンズが移動するようにアクチュエータを制御する第二制御と、を実行する。
【選択図】図1
【解決手段】レーザ加工装置1は、光源と、対物レンズと、光検出部と、を有する撮像ユニット4と、撮像ユニット4を上下方向であるZ方向に移動させる駆動ユニット7と、対物レンズをZ方向に移動させるアクチュエータと、制御部8と、を備える。制御部8は、裏面が集光位置になる位置に撮像ユニット4が移動するように駆動ユニット7を制御する第一制御と、第一制御後において、裏面及び表面間の領域である第一領域が集光位置になる位置に対物レンズが移動するようにアクチュエータを制御すると共に、裏面に対して表面とは反対側の領域である第二領域が集光位置になる位置に対物レンズが移動するようにアクチュエータを制御する第二制御と、を実行する。
【選択図】図1
Description
本発明の一態様は、観察装置及び観察方法に関する。
半導体基板と、半導体基板に形成された機能素子層と、を備えるウエハを複数のラインのそれぞれに沿って切断するために、半導体基板の一方の面側からウエハにレーザ光を照射することにより、複数のラインのそれぞれに沿って半導体基板の内部に複数列の改質領域を形成するレーザ加工装置が知られている。特許文献1に記載のレーザ加工装置は、撮像部(例えば赤外線カメラ)を備えており、半導体基板の内部に形成された改質領域、機能素子層に形成された加工ダメージ等を半導体基板の一方の面側から観察することが可能となっている。
上述したようなレーザ加工装置において改質領域に係る情報(例えば改質領域から延びる亀裂)を観察する場合において、例えば、改質領域から他方の面(レーザ光が照射される一方の面の反対側の面)に向かって延びる亀裂の先端については、当該先端を集光点にすることによっては当該先端を検出することができず、他方の面に対して当該先端と対称な点を集光点にすることによって当該先端を検出することができる。このように、他方の面に対して対称な点までも集光点にする必要がある場合等においては、撮像領域が広くなる。通常、撮像部については撮像部全体を移動させる制御ユニットによって上下方向(Z方向)に移動させられるが、撮像領域が広い場合には集光位置移動を十分に高速に行うことができない。集光位置移動に要する時間が撮像レートよりも長くなってしまうことにより、タクト低下が問題となる。また、仮に集光位置移動を高速に行うことができた場合においては、撮像部全体を高速に動かすことによって移動後に振動が収まりづらくなり、振動が収まるまでは撮像ができないため、結果的にタクトが低下してしまう。
本発明の一態様は上記実情に鑑みてなされたものであり、タクト向上を実現することができる観察装置及び観察方法に関する。
本発明の一態様に係る観察装置は、第一表面及び第二表面を有し第一表面側からレーザ光が照射されることにより内部に改質領域が形成されたウエハを観察する観察装置であって、ウエハに対して透過性を有する光を出力する光源と、光源から出力された光をウエハの集光位置に集光する集光レンズと、ウエハを伝搬した光を検出する光検出部と、を有する撮像部と、撮像部を支持すると共に撮像部を上下方向であるZ方向に移動させる駆動ユニットと、集光レンズに設けられ、集光レンズをZ方向に移動させるアクチュエータと、制御部と、を備え、制御部は、第二表面が集光位置になる位置に撮像部が移動するように駆動ユニットを制御する第一制御と、第一制御後において、第二表面及び第一表面間の領域である第一領域の少なくとも一部が集光位置になる位置に集光レンズが移動するようにアクチュエータを制御すると共に、第二表面に対して第一表面とは反対側の領域である第二領域の少なくとも一部が集光位置になる位置に集光レンズが移動するようにアクチュエータを制御する第二制御と、を実行するように構成されている。
本発明の一態様に係る観察装置では、改質領域が形成されたウエハの観察において、ウエハの第二表面(裏面)が集光位置になる位置に撮像部が移動するように撮像部をZ方向に移動させる駆動ユニットが制御され、つづいて、第二表面及び第一表面間の領域である第一領域が集光位置になる位置に集光レンズが移動すると共に、第二表面に対して第一表面とは反対側の領域である第二領域が集光位置になる位置に集光レンズが移動するように、集光レンズをZ方向に移動させるアクチュエータが制御される。このように、第一領域及び第二領域がいずれも集光位置となるように集光レンズが移動することにより、第一領域を集光位置とする場合における改質領域からの亀裂等の直接観察、及び、第二領域を集光位置とする場合における亀裂等の裏面(第二表面)反射を利用した観察の双方を適切に実施することができる。そして、第一領域及び第二領域を集光位置とする集光レンズの移動が、撮像部の集光レンズのみを移動させるアクチュエータによって実施されることにより、例えば撮像部全体を移動させる場合と比較して、集光位置移動を高速に行うことができ、また、移動後の振動も抑制することができる。ここで、本発明の一態様に係る観察装置は、撮像部全体をZ方向に移動させる駆動ユニットと、撮像部の集光レンズをZ方向に移動させるアクチュエータとを有している。このように駆動ユニットとアクチュエータとが両方設けられることにより、例えば駆動ユニットにて大まかな位置合わせを行い、アクチュエータにて詳細な位置合わせを行う等が可能になり、装置コストを抑えながら、精度が求められる位置合わせ(撮像範囲における集光位置合わせ等)を高精度に行うことが可能になる。本発明の一態様に係る観察装置では、最初に、第一領域及び第二領域の境界面である第二表面が集光位置となるように駆動ユニットによって撮像部が制御され、その後に、第一領域及び第二領域がそれぞれ集光位置となるようにアクチュエータによって集光レンズが制御される。アクチュエータによる制御が開始される前に、集光位置が第二表面(第一領域及び第二領域の境界面)に合わされることにより、アクチュエータの可動範囲を最大限に活かして、第一領域及び第二領域を集光位置とする集光レンズの高速移動を適切に実施することができる。以上のように、本発明の一態様に係る観察装置によれば、集光位置移動を高速に行い、タクト向上を実現することができる。
制御部は、第一制御前において、アクチュエータのZ方向における可動範囲の中心位置にアクチュエータが固定されるようにアクチュエータを制御する事前制御を更に実行してもよい。これにより、アクチュエータがZ方向における両方向(上下)に十分に可動できる状態で、第二制御が実施されることとなり、アクチュエータの可動範囲を最大限に活かして、第一領域及び第二領域を集光位置とする集光レンズの高速移動を適切に実施することができる。
制御部は、第二制御において、第二表面近傍の領域が集光位置となる状態で集光レンズの位置がZ方向に移動するようにアクチュエータを制御し、この状態における光検出部による光の検出結果に基づいて第二表面の詳細な位置を特定し、特定した第二表面の詳細な位置が集光位置になる位置である基準位置に集光レンズが移動するようにアクチュエータを制御する第三制御と、基準位置から、第一領域の少なくとも一部が集光位置になる位置に集光レンズが移動するようにアクチュエータを制御すると共に、基準位置から、第二領域の少なくとも一部が集光位置になる位置に集光レンズが移動するようにアクチュエータを制御する第四制御と、を実行するように構成されていてもよい。第一制御によっても、例えば実際のウエハ厚が想定と異なっていたような場合には、集光位置が第二表面からずれてしまうことが考えられる。この場合には、上述したアクチュエータの可動範囲を最大限に活かした第一領域及び第二領域の撮像が実現できないおそれがある。この点、第二制御において、光の検出結果に基づき第二表面の詳細な位置が特定され基準位置とされて(第三制御)、当該基準位置から第一領域及び第二領域の撮像範囲にアクチュエータによって集光レンズが移動させられる(第四制御)ことにより、第一制御において集光位置が第二表面からずれてしまっている場合においても、基準位置を適切に設定して、アクチュエータの可動範囲を最大限に活かした第一領域及び第二領域の撮像を実現することができる。
制御部は、第二制御において、第二表面近傍の領域が集光位置となる状態で集光レンズの位置がZ方向に移動するようにアクチュエータを制御し、この状態における光検出部による光の検出結果に基づいて第二表面の詳細な位置を特定し、特定した第二表面の詳細な位置が集光位置になる集光レンズの位置である基準位置に集光レンズが移動するようにアクチュエータを制御する第三制御を実行するように構成されており、第一領域又は第二領域内の領域であって、第三制御において第二表面の詳細な位置を特定する際に集光位置とされなかった領域である未撮像領域の少なくとも一部が集光位置になる位置に撮像部が移動するように駆動ユニットを制御する第五制御と、第五制御後の撮像部の集光レンズの位置を新たな基準位置として、未撮像領域に含まれる領域が集光位置になる位置に集光レンズが移動するようにアクチュエータを制御する第六制御と、を更に実行するように構成されていてもよい。第三制御によれば、第二表面の詳細な位置を特定する過程において、第二表面の近傍の撮像を行うことができる。そのため、本観察装置では、第三制御において撮像されていない未撮像領域が集光位置になる位置に撮像部が移動するように駆動ユニットが制御され(第五制御)、第五制御後の集光レンズの位置が新たな基準位置とされて、未撮像領域が集光位置になる位置に集光レンズが移動するようにアクチュエータが制御される(第六制御)。このような構成によれば、第三制御において撮像されていない領域が集光位置とされるように制御されるので、無駄な撮像を行うことなく、より効率的に撮像を実施することができる。また、このような構成によれば、当初の基準位置ではアクチュエータの可動範囲に撮像したい領域が収まらない場合においても、基準位置を変更することによって、撮像したい領域を確実に撮像することができる。
本発明の一態様に係る観察方法は、第一表面及び第二表面を有し第一表面側からレーザ光が照射されることにより内部に改質領域が形成されたウエハを観察する観察方法であって、撮像部を上下方向であるZ方向に移動させる駆動ユニットによって、第二表面が集光位置になる位置に撮像部を移動させる第一工程と、撮像部に含まれる集光レンズをZ方向に移動させるアクチュエータによって、第二表面及び第一表面間の領域である第一領域の少なくとも一部が集光位置になる位置に集光レンズを移動させると共に、第二表面に対して第一表面とは反対側の領域である第二領域の少なくとも一部が集光位置になる位置に集光レンズを移動させる第二工程と、を含む。本発明の一態様に係る観察方法によれば、集光位置移動を高速に行い、タクト向上を実現することができる。
上記観察方法は、第一工程前において、アクチュエータのZ方向における可動範囲の中心位置にアクチュエータが固定されるようにアクチュエータを制御する事前工程を更に含んでいてもよい。このような構成によれば、アクチュエータの可動範囲を最大限に活かして、第一領域及び第二領域を集光位置とする集光レンズの高速移動を適切に実施することができる。
本発明の一態様によれば、撮像領域が広い場合においても集光位置移動を高速に行い、タクト向上を実現することができる。
以下、本発明の実行形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[レーザ加工装置の構成]
[レーザ加工装置の構成]
図1に示されるように、レーザ加工装置1は、ステージ2と、レーザ照射ユニット3と、複数の撮像ユニット4,5,6と、駆動ユニット7と、制御部8と、ディスプレイ150とを備えている。レーザ加工装置1は、対象物11にレーザ光Lを照射することにより、対象物11に改質領域12を形成する装置である。また、レーザ加工装置1は、改質領域12が形成された対象物11(後述するウエハ20)を観察する観察装置である。
ステージ2は、例えば対象物11に貼り付けられたフィルムを吸着することにより、対象物11を支持する。ステージ2は、X方向及びY方向のそれぞれに沿って移動可能であり、Z方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。なお、X方向及びY方向は、互いに垂直な第1水平方向及び第2水平方向であり、Z方向は、鉛直方向である。
レーザ照射ユニット3は、対象物11に対して透過性を有するレーザ光Lを集光して対象物11に照射する。ステージ2に支持された対象物11の内部にレーザ光Lが集光されると、レーザ光Lの集光点Cに対応する部分においてレーザ光Lが特に吸収され、対象物11の内部に改質領域12が形成される。
改質領域12は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域12としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。改質領域12は、改質領域12からレーザ光Lの入射側及びその反対側に亀裂が延び易いという特性を有している。このような改質領域12の特性は、対象物11の切断に利用される。
一例として、ステージ2をX方向に沿って移動させ、対象物11に対して集光点CをX方向に沿って相対的に移動させると、複数の改質スポット12sがX方向に沿って1列に並ぶように形成される。1つの改質スポット12sは、1パルスのレーザ光Lの照射によって形成される。1列の改質領域12は、1列に並んだ複数の改質スポット12sの集合である。隣り合う改質スポット12sは、対象物11に対する集光点Cの相対的な移動速度及びレーザ光Lの繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。
撮像ユニット4は、対象物11に形成された改質領域12、及び改質領域12から延びた亀裂の先端を撮像する撮像部である。
撮像ユニット5及び撮像ユニット6は、制御部8の制御のもとで、ステージ2に支持された対象物11を、対象物11を透過する光により撮像する。撮像ユニット5,6が撮像することにより得られた画像は、一例として、レーザ光Lの照射位置のアライメントに供される。
駆動ユニット7は、レーザ照射ユニット3及び複数の撮像ユニット4,5,6を支持している。駆動ユニット7は、レーザ照射ユニット3及び複数の撮像ユニット4,5,6をZ方向に沿って移動させるZ軸である。
制御部8は、ステージ2、レーザ照射ユニット3、複数の撮像ユニット4,5,6、及び駆動ユニット7の動作を制御する。制御部8は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部8では、プロセッサが、メモリ等に読み込まれたソフトウェア(プログラム)を実行し、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信を制御する。
ディスプレイ150は、ユーザから情報の入力を受付ける入力部としての機能と、ユーザに対して情報を表示する表示部としての機能とを有している。
[対象物の構成]
本実行形態の対象物11は、図2及び図3に示されるように、ウエハ20である。ウエハ20は、半導体基板21と、機能素子層22と、を備えている。なお、本実行形態では、ウエハ20は機能素子層22を有するとして説明するが、ウエハ20は機能素子層22を有していても有していなくてもよく、ベアウエハであってもよい。半導体基板21は、裏面21a(第二表面)及び表面21b(第一表面)を有している。半導体基板21は、例えば、シリコン基板である。機能素子層22は、半導体基板21の裏面21aに形成されている。機能素子層22は、裏面21aに沿って2次元に配列された複数の機能素子22aを含んでいる。機能素子22aは、例えば、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、メモリ等の回路素子等である。機能素子22aは、複数の層がスタックされて3次元的に構成される場合もある。なお、半導体基板21には、結晶方位を示すノッチ21cが設けられているが、ノッチ21cの替わりにオリエンテーションフラットが設けられていてもよい。
本実行形態の対象物11は、図2及び図3に示されるように、ウエハ20である。ウエハ20は、半導体基板21と、機能素子層22と、を備えている。なお、本実行形態では、ウエハ20は機能素子層22を有するとして説明するが、ウエハ20は機能素子層22を有していても有していなくてもよく、ベアウエハであってもよい。半導体基板21は、裏面21a(第二表面)及び表面21b(第一表面)を有している。半導体基板21は、例えば、シリコン基板である。機能素子層22は、半導体基板21の裏面21aに形成されている。機能素子層22は、裏面21aに沿って2次元に配列された複数の機能素子22aを含んでいる。機能素子22aは、例えば、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、メモリ等の回路素子等である。機能素子22aは、複数の層がスタックされて3次元的に構成される場合もある。なお、半導体基板21には、結晶方位を示すノッチ21cが設けられているが、ノッチ21cの替わりにオリエンテーションフラットが設けられていてもよい。
ウエハ20は、複数のライン15のそれぞれに沿って機能素子22aごとに切断される。複数のライン15は、ウエハ20の厚さ方向から見た場合に複数の機能素子22aのそれぞれの間を通っている。より具体的には、ライン15は、ウエハ20の厚さ方向から見た場合にストリート領域23の中心(幅方向における中心)を通っている。ストリート領域23は、機能素子層22において、隣り合う機能素子22aの間を通るように延在している。本実行形態では、複数の機能素子22aは、裏面21aに沿ってマトリックス状に配列されており、複数のライン15は、格子状に設定されている。なお、ライン15は、仮想的なラインであるが、実際に引かれたラインであってもよい。
[レーザ照射ユニットの構成]
図4に示されるように、レーザ照射ユニット3は、光源31と、空間光変調器32と、集光レンズ33と、を有している。光源31は、例えばパルス発振方式によって、レーザ光Lを出力する。空間光変調器32は、光源31から出力されたレーザ光Lを変調する。空間光変調器32は、例えば反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)の空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)である。集光レンズ33は、空間光変調器32によって変調されたレーザ光Lを集光する。なお、集光レンズ33は、補正環レンズであってもよい。
図4に示されるように、レーザ照射ユニット3は、光源31と、空間光変調器32と、集光レンズ33と、を有している。光源31は、例えばパルス発振方式によって、レーザ光Lを出力する。空間光変調器32は、光源31から出力されたレーザ光Lを変調する。空間光変調器32は、例えば反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)の空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)である。集光レンズ33は、空間光変調器32によって変調されたレーザ光Lを集光する。なお、集光レンズ33は、補正環レンズであってもよい。
本実行形態では、レーザ照射ユニット3は、複数のライン15のそれぞれに沿って半導体基板21の表面21b側からウエハ20にレーザ光Lを照射することにより、複数のライン15のそれぞれに沿って半導体基板21の内部に2列の改質領域12a,12bを形成する。改質領域12aは、2列の改質領域12a,12bのうち裏面21aに最も近い改質領域である。改質領域12bは、2列の改質領域12a,12bのうち、改質領域12aに最も近い改質領域であって、表面21bに最も近い改質領域である。
2列の改質領域12a,12bは、ウエハ20の厚さ方向(Z方向)において隣り合っている。2列の改質領域12a,12bは、半導体基板21に対して2つの集光点C1,C2がライン15に沿って相対的に移動させられることにより形成される。レーザ光Lは、例えば集光点C1に対して集光点C2が進行方向の後側且つレーザ光Lの入射側に位置するように、空間光変調器32によって変調される。なお、改質領域の形成に関しては、単焦点であっても多焦点であってもよいし、1パスであっても複数パスであってもよい。
レーザ照射ユニット3は、複数のライン15のそれぞれに沿って半導体基板21の表面21b側からウエハ20にレーザ光Lを照射する。一例として、厚さ400μmの単結晶シリコン<100>基板である半導体基板21に対し、裏面21aから54μmの位置及び128μmの位置に2つの集光点C1,C2をそれぞれ合わせて、複数のライン15のそれぞれに沿って半導体基板21の表面21b側からウエハ20にレーザ光Lを照射する。このとき、例えば2列の改質領域12a,12bに渡る亀裂14が半導体基板21の裏面21aに至る条件とする場合、レーザ光Lの波長は1099nm、パルス幅は700nsec、繰り返し周波数は120kHzとされる。また、集光点C1におけるレーザ光Lの出力は2.7W、集光点C2におけるレーザ光Lの出力は2.7Wとされ、半導体基板21に対する2つの集光点C1,C2の相対的な移動速度は800mm/秒とされる。なお、例えば加工パス数が5とされる場合、上述したウエハ20に対して、例えば、ZH80(裏面21aから328μmの位置)、ZH69(裏面21aから283μmの位置)、ZH57(裏面21aから234μmの位置)、ZH26(裏面21aから107μmの位置)、ZH12(裏面21aから49.2μmの位置)が加工位置とされてもよい。この場合、例えば、レーザ光Lの波長は1080nmであり、パルス幅は400nsecであり、繰り返し周波数は100kHzであり、移動速度は490mm/秒であってもよい。
このような2列の改質領域12a,12b及び亀裂14の形成は、次のような場合に実行される。すなわち、後の工程において、例えば、半導体基板21の表面21bを研削することにより半導体基板21を薄化すると共に亀裂14を表面21bに露出させ、複数のライン15のそれぞれに沿ってウエハ20を複数の半導体デバイスに切断する場合である。
[検査用撮像ユニットの構成]
図5に示されるように、撮像ユニット4(撮像部)は、光源41と、ミラー42と、対物レンズ43(集光レンズ)と、光検出部44と、を有している。撮像ユニット4はウエハ20を撮像する。なお、ここでは撮像ユニット4の概要のみを説明し、撮像ユニット4のより詳細な構成(具体的には、アクチュエータ70(図13参照)が搭載された対物レンズ43の構成)については、後述する。光源41は、ウエハ20の半導体基板21に対して透過性を有する光I1を出力する。光源41は、例えば、ハロゲンランプ及びフィルタによって構成されており、近赤外領域の光I1を出力する。光源41から出力された光I1は、ミラー42によって反射されて対物レンズ43を通過し、半導体基板21の表面21b側からウエハ20に照射される。対物レンズ43は、光源41から出力された光I1をウエハ20の集光位置に集光する集光レンズとして機能する。このとき、ステージ2は、上述したように2列の改質領域12a,12bが形成されたウエハ20を支持している。
図5に示されるように、撮像ユニット4(撮像部)は、光源41と、ミラー42と、対物レンズ43(集光レンズ)と、光検出部44と、を有している。撮像ユニット4はウエハ20を撮像する。なお、ここでは撮像ユニット4の概要のみを説明し、撮像ユニット4のより詳細な構成(具体的には、アクチュエータ70(図13参照)が搭載された対物レンズ43の構成)については、後述する。光源41は、ウエハ20の半導体基板21に対して透過性を有する光I1を出力する。光源41は、例えば、ハロゲンランプ及びフィルタによって構成されており、近赤外領域の光I1を出力する。光源41から出力された光I1は、ミラー42によって反射されて対物レンズ43を通過し、半導体基板21の表面21b側からウエハ20に照射される。対物レンズ43は、光源41から出力された光I1をウエハ20の集光位置に集光する集光レンズとして機能する。このとき、ステージ2は、上述したように2列の改質領域12a,12bが形成されたウエハ20を支持している。
対物レンズ43は、半導体基板21の裏面21aで反射された光I1を通過させる。つまり、対物レンズ43は、半導体基板21を伝搬した光I1を通過させる。対物レンズ43の開口数(NA)は、例えば0.45以上である。対物レンズ43は、補正環43aを有している。補正環43aは、例えば対物レンズ43を構成する複数のレンズにおける相互間の距離を調整することにより、半導体基板21内において光I1に生じる収差を補正する。なお、収差を補正する手段は、補正環43aに限られず、空間光変調器等のその他の補正手段であってもよい。光検出部44は、対物レンズ43及びミラー42を透過した光I1(すなわち、ウエハ20を伝搬した光)を検出する。光検出部44は、例えば、InGaAsカメラによって構成されており、近赤外領域の光I1を検出する。なお、近赤外領域の光I1を検出(撮像)する手段はInGaAsカメラに限られず、透過型コンフォーカル顕微鏡等、透過型の撮像を行うものであればその他の撮像手段であってもよい。
撮像ユニット4は、2列の改質領域12a,12bのそれぞれ、及び、複数の亀裂14a,14b,14c,14dのそれぞれの先端を撮像することができる(詳細については、後述する)。亀裂14aは、改質領域12aから裏面21a側に延びる亀裂である。亀裂14bは、改質領域12aから表面21b側に延びる亀裂である。亀裂14cは、改質領域12bから裏面21a側に延びる亀裂である。亀裂14dは、改質領域12bから表面21b側に延びる亀裂である。
[アライメント補正用撮像ユニットの構成]
図6に示されるように、撮像ユニット5は、光源51と、ミラー52と、レンズ53と、光検出部54と、を有している。光源51は、ウエハ20の半導体基板21に対して透過性を有する光I2を出力する。光源51は、例えば、ハロゲンランプ及びフィルタによって構成されており、近赤外領域の光I2を出力する。光源51は、撮像ユニット4の光源41と共通化されていてもよい。光源51から出力された光I2は、ミラー52によって反射されてレンズ53を通過し、半導体基板21の表面21b側からウエハ20に照射される。
図6に示されるように、撮像ユニット5は、光源51と、ミラー52と、レンズ53と、光検出部54と、を有している。光源51は、ウエハ20の半導体基板21に対して透過性を有する光I2を出力する。光源51は、例えば、ハロゲンランプ及びフィルタによって構成されており、近赤外領域の光I2を出力する。光源51は、撮像ユニット4の光源41と共通化されていてもよい。光源51から出力された光I2は、ミラー52によって反射されてレンズ53を通過し、半導体基板21の表面21b側からウエハ20に照射される。
レンズ53は、半導体基板21の裏面21aで反射された光I2を通過させる。つまり、レンズ53は、半導体基板21を伝搬した光I2を通過させる。レンズ53の開口数は、0.3以下である。すなわち、撮像ユニット4の対物レンズ43の開口数は、レンズ53の開口数よりも大きい。光検出部54は、レンズ53及びミラー52を通過した光I2を検出する。光検出部54は、例えば、InGaAsカメラによって構成されており、近赤外領域の光I2を検出する。
撮像ユニット5は、制御部8の制御のもとで、表面21b側から光I2をウエハ20に照射すると共に、裏面21a(機能素子層22)から戻る光I2を検出することにより、機能素子層22を撮像する。また、撮像ユニット5は、同様に、制御部8の制御のもとで、表面21b側から光I2をウエハ20に照射すると共に、半導体基板21における改質領域12a,12bの形成位置から戻る光I2を検出することにより、改質領域12a,12bを含む領域の画像を取得する。これらの画像は、レーザ光Lの照射位置のアライメントに用いられる。撮像ユニット6は、レンズ53がより低倍率(例えば、撮像ユニット5においては6倍であり、撮像ユニット6においては1.5倍)である点を除いて、撮像ユニット5と同様の構成を備え、撮像ユニット5と同様にアライメントに用いられる。
[検査用撮像ユニットによる撮像原理]
図5に示される撮像ユニット4を用い、図7に示されるように、2列の改質領域12a,12bに渡る亀裂14が裏面21aに至っている半導体基板21に対して、表面21b側から裏面21a側に向かって焦点F(対物レンズ43の焦点)を移動させる。この場合、改質領域12bから表面21b側に延びる亀裂14の先端14eに表面21b側から焦点Fを合わせると、当該先端14eを確認することができる(図7における右側の画像)。以下では、このように亀裂14の先端14eに焦点Fを合わせて先端14eを観察する方法を、直接観察という場合がある。しかし、亀裂14そのもの、及び裏面21aに至っている亀裂14の先端14eに表面21b側から焦点Fを合わせても、それらを確認することができない(図7における左側の画像)。なお、半導体基板21の裏面21aに表面21b側から焦点Fを合わせると、機能素子層22を確認することができる。
図5に示される撮像ユニット4を用い、図7に示されるように、2列の改質領域12a,12bに渡る亀裂14が裏面21aに至っている半導体基板21に対して、表面21b側から裏面21a側に向かって焦点F(対物レンズ43の焦点)を移動させる。この場合、改質領域12bから表面21b側に延びる亀裂14の先端14eに表面21b側から焦点Fを合わせると、当該先端14eを確認することができる(図7における右側の画像)。以下では、このように亀裂14の先端14eに焦点Fを合わせて先端14eを観察する方法を、直接観察という場合がある。しかし、亀裂14そのもの、及び裏面21aに至っている亀裂14の先端14eに表面21b側から焦点Fを合わせても、それらを確認することができない(図7における左側の画像)。なお、半導体基板21の裏面21aに表面21b側から焦点Fを合わせると、機能素子層22を確認することができる。
また、図5に示される撮像ユニット4を用い、図8に示されるように、2列の改質領域12a,12bに渡る亀裂14が裏面21aに至っていない半導体基板21に対して、表面21b側から裏面21a側に向かって焦点Fを移動させる。この場合、改質領域12aから裏面21a側に延びる亀裂14の先端14eに表面21b側から焦点Fを合わせても、当該先端14eを確認することができない(図8における左側の画像)。しかし、裏面21aに対して表面21bとは反対側の領域(すなわち、裏面21aに対して機能素子層22側の領域)に表面21b側から焦点Fを合わせて、裏面21aに関して焦点Fと対称な仮想焦点Fvを当該先端14eに位置させると、裏面21aにおける反射光により、当該先端14eを確認することができる(図8における右側の画像)。なお、仮想焦点Fvは、半導体基板21の屈折率を考慮した焦点Fと裏面21aに関して対称な点である。以下では、このように裏面21aに対して表面21bとは反対側の領域に焦点Fを合わせて、裏面反射を利用して先端14eを観察する方法を、裏面反射観察という場合がある。
以上のように亀裂14そのものを確認することができないのは、照明光である光I1の波長よりも亀裂14の幅が小さいためと想定される。図9及び図10は、シリコン基板である半導体基板21の内部に形成された改質領域12及び亀裂14のSEM(Scanning Electron Microscope)画像である。図9の(b)は、図9の(a)に示される領域A1の拡大像、図10の(a)は、図9の(b)に示される領域A2の拡大像、図10の(b)は、図10の(a)に示される領域A3の拡大像である。このように、亀裂14の幅は、120nm程度であり、近赤外領域の光I1の波長(例えば、1.1~1.2μm)よりも小さい。
以上を踏まえて想定される撮像原理は、次のとおりである。図11の(a)に示されるように、空気中に焦点Fを位置させると、光I1が戻ってこないため、黒っぽい画像が得られる(図11の(a)における右側の画像)。図11の(b)に示されるように、半導体基板21の内部に焦点Fを位置させると、裏面21aで反射された光I1が戻ってくるため、白っぽい画像が得られる(図11の(b)における右側の画像)。図11の(c)に示されるように、改質領域12に表面21b側から焦点Fを合わせると、改質領域12によって、裏面21aで反射されて戻ってきた光I1の一部について吸収、散乱等が生じるため、白っぽい背景の中に改質領域12が黒っぽく映った画像が得られる(図11の(c)における右側の画像)。
図12の(a)及び(b)に示されるように、亀裂14の先端14eに表面21b側から焦点Fを合わせると、例えば、先端14e近傍に生じた光学的特異性(応力集中、歪、原子密度の不連続性等)、先端14e近傍で生じる光の閉じ込め等によって、裏面21aで反射されて戻ってきた光I1の一部について散乱、反射、干渉、吸収等が生じるため、白っぽい背景の中に先端14eが黒っぽく映った画像が得られる(図12の(a)及び(b)における右側の画像)。図12の(c)に示されるように、亀裂14の先端14e近傍以外の部分に表面21b側から焦点Fを合わせると、裏面21aで反射された光I1の少なくとも一部が戻ってくるため、白っぽい画像が得られる(図12の(c)における右側の画像)。
[アクチュエータ搭載の対物レンズの構成]
以下では、図13及び図14を参照して、撮像ユニット4に含まれる、アクチュエータ搭載の対物レンズ43について説明する。図13は、アクチュエータ70が搭載された対物レンズ43の構成図である。
以下では、図13及び図14を参照して、撮像ユニット4に含まれる、アクチュエータ搭載の対物レンズ43について説明する。図13は、アクチュエータ70が搭載された対物レンズ43の構成図である。
図13に示されるように、撮像ユニット4は、図5に示される各構成に加えて、アクチュエータ70を更に備えている。アクチュエータ70は、対物レンズ43に設けられ(取り付けられており)、対物レンズ43を上下方向であるZ方向に移動させるアクチュエータである。アクチュエータ70は、Z方向に移動可能に構成されており、Z方向に移動することにより、対物レンズ43をZ方向に移動させる。アクチュエータ70に要求される可動範囲は、例えば撮像領域の広さに応じて決まる。アクチュエータ70の可動範囲は、例えば、駆動ユニット7によって撮像ユニット4が所定の位置に固定された状態(詳細は後述)において、改質領域12から延びる亀裂14の先端が撮像されるように設定される。
いま、図13に示されるように、ウエハ20の内部に2つの改質領域12a,12bが形成されており、2つの改質領域12a,12bからウエハ20の表面21b側及び裏面21a側に亀裂14が伸展しているとする。図13に示される例では、亀裂14がウエハ20の表面21b及び裏面21aに到達していない。このような場合、改質領域12から延びる亀裂14の先端を適切に撮像するためには、表面21b側の改質領域12bから延びる亀裂14の表面21b側の先端を直接観察でき(亀裂14の表面21b側の先端を集光位置とでき)、且つ、裏面21aに対して上記亀裂14の表面21b側の先端とは反対側になる点に焦点を合わせて裏面反射観察できる(当該反対側になる点を集光位置とできる)ことが要求される。この場合にアクチュエータ70に要求される可動範囲は、図13に示された「ACT可動範囲」となる。
なお、ウエハ20における亀裂14が表面21b及び裏面21aにまで到達した状態であるフルカット状態となるように改質領域12が形成される等、少なくとも表面21bに亀裂14が到達するように改質領域12が形成される場合においては、図14に示されるように、改質領域12から延びる亀裂14の先端を適切に撮像するためには、改質領域12a,12b,12c,12dのうち、最も表面21b側の改質領域12dから延びる亀裂14の表面21b側の先端を直接観察でき(表面21bを集光位置とでき)、且つ、裏面21aに対して表面21bとは反対側になる点に焦点を合わせて裏面反射観察できる(当該反対側になる点を集光位置とできる)ことが要求される。この場合にアクチュエータ70に要求される可動範囲は、図14に示された「ACT可動範囲」となる。例えば、シリコン基板から構成されるウエハ20の厚みが400μmであって、該ウエハ20がフルカット状態とされている場合、シリコン中における撮像範囲が400μm+400μm=800μm(裏面21aに対して表面21bとは反対側になる領域を含む)となる。この場合、屈折率の違いを考慮して、空気中におけるアクチュエータ70の可動範囲は、100μm+100μm=200μm程度とされることが好ましい。
[駆動ユニット及びアクチュエータを利用した撮像制御]
以下では、図15~図18を参照して、駆動ユニット7(図1参照)及びアクチュエータ70を利用した撮像ユニット4による撮像制御について説明する。レーザ加工装置1では、制御部8(図1参照)が駆動ユニット7及びアクチュエータ70を制御することにより、撮像ユニット4における集光位置を移動させながら、撮像ユニット4によってウエハ20の内部を撮像する。このような撮像制御においては、駆動ユニット7が、撮像に係る大まかな集光位置の位置合わせを行い、アクチュエータ70が、撮像に係る詳細な集光位置の位置合わせを行う。駆動ユニット7は、撮像ユニット4全体を支持すると共に、撮像ユニット4全体をZ方向に移動させる構成である。アクチュエータ70は、撮像ユニット4のうち対物レンズ43に取り付けられ、対物レンズ43をZ方向に移動させる構成である。
以下では、図15~図18を参照して、駆動ユニット7(図1参照)及びアクチュエータ70を利用した撮像ユニット4による撮像制御について説明する。レーザ加工装置1では、制御部8(図1参照)が駆動ユニット7及びアクチュエータ70を制御することにより、撮像ユニット4における集光位置を移動させながら、撮像ユニット4によってウエハ20の内部を撮像する。このような撮像制御においては、駆動ユニット7が、撮像に係る大まかな集光位置の位置合わせを行い、アクチュエータ70が、撮像に係る詳細な集光位置の位置合わせを行う。駆動ユニット7は、撮像ユニット4全体を支持すると共に、撮像ユニット4全体をZ方向に移動させる構成である。アクチュエータ70は、撮像ユニット4のうち対物レンズ43に取り付けられ、対物レンズ43をZ方向に移動させる構成である。
図15は、駆動ユニット7及びアクチュエータ70を利用した集光位置移動の概要を説明する図である。制御部8は、裏面21aが集光位置になる位置に撮像ユニット4が移動するように駆動ユニット7を制御する第一制御(図15(a)参照)と、第一制御後において、表面21b及び裏面21aの間の領域である第一領域28の少なくとも一部が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する(図15(b)参照)と共に、裏面21aに対して表面21bとは反対側の領域である第二領域29の少なくとも一部が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する(図5(1c)参照)第二制御と、を実行するように構成されている。なお、裏面21aが集光位置になるとは、裏面21aの近傍(例えば裏面21aから±10μmの範囲内の領域)が集光位置になることを含んでいてもよい。
さらに、制御部8は、第一制御を実行する前において、アクチュエータ70のZ方向における可動範囲の中心位置にアクチュエータ70が固定される(中心固定される)ようにアクチュエータ70を制御する事前制御を実行する。稼働範囲の中心位置とは、可動範囲の中心位置付近であればよく、例えば、アクチュエータ70の可動範囲が80μmである場合においては、40μm±10μmの位置であればよい。
第一制御では、図15(a)に示されるように、制御部8による制御に応じて、駆動ユニット7が、集光位置が裏面21aになるように撮像ユニット4全体を移動させる。すなわち、裏面21a近傍にZ軸が落とし込まれる。上述したように、アクチュエータ70はZ方向に関して中心固定されている。撮像領域である第一領域28及び第二領域29が裏面21aに対して互いに対称に位置している(すなわち、裏面21aがZ方向における撮像領域の中心である)ことから、アクチュエータ70が中心固定された状態で集光位置が裏面21aとされた状態は、アクチュエータ70の動作によって撮像が可能となる領域を最大限大きくしている状態であると言える。
第二制御では、図15(b)に示されるように、制御部8による制御に応じて、アクチュエータ70が、まず、集光位置が第一領域28になるように対物レンズ43のみを移動させる。つづいて、図15(c)に示されるように、制御部8による制御に応じて、アクチュエータ70が、集光位置が第二領域29になるように対物レンズ43のみを移動させる。制御部8は、Z方向における第一領域28の全領域、及び、第二領域29の全領域が順次集光位置となるようにアクチュエータ70によって対物レンズ43を移動させてもよいし、第一領域28の一部の領域、及び、第二領域29の一部の領域のみが順次集光位置となるようにアクチュエータ70によって対物レンズ43を移動させてもよい。また、制御部8は、先に第二領域29が集光位置とされてその後に第一領域28が集光位置とされるように、アクチュエータ70によって対物レンズ43を移動させてもよい。第二制御が実行されることにより、第一領域28及び第二領域29におけるウエハ20の内部の撮像が実施される。
図16は、駆動ユニット7及びアクチュエータ70を利用した集光位置移動の詳細を説明する図である。図16(a)に示されるように、ウエハ20の厚さが想定していた厚さと異なっていた場合等において、上述した第一制御後における集光位置が裏面21aからずれてしまうことが考えられる。このため、制御部8は、第一制御後の第二制御において、最初に、裏面21a近傍の領域が集光位置となる状態で対物レンズ43の位置がZ方向に移動するようにアクチュエータ70を制御し、この状態における光検出部44による光の検出結果に基づいて裏面21aの詳細な位置を特定し、特定した裏面21aの詳細な位置が集光位置になる位置である基準位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する第三制御を実行する(図16(b)参照)。ここでの裏面21a近傍の領域とは、第一制御後において裏面21aからずれうる集光位置の範囲を全て含む領域であってもよい。
第三制御では、制御部8による制御に応じて、アクチュエータ70が、第一制御後の集光位置がZ方向に移動するように対物レンズ43のみを移動させる。このようにして集光位置がZ方向に連続的に変化させられることにより、裏面21a近傍の撮像が実施される。制御部8は、撮像結果である光検出部44からの信号に基づいて、裏面21aにおけるデバイスパターンを検出し、該デバイスパターンに基づいて裏面21aの詳細な位置を特定してもよい。或いは、制御部8は、光検出部44からの信号に基づいて、裏面21a近傍における改質領域12からの亀裂14の直接観察及び裏面反射観察の結果を特定し、特定した情報から裏面21aの詳細な位置を特定してもよい。そして、制御部8による制御に応じて、アクチュエータ70が、裏面21aの詳細な位置が集光位置になる位置である基準位置に対物レンズ43を移動させる。このように基準位置に対物レンズ43が移動することにより、集光位置が適切に裏面21aとされた基準位置を起点として、後述する第四制御を実行することができる。
制御部8は、第二制御において、上述した基準位置から、第一領域28の少なくとも一部が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する(図16(d)参照)と共に、基準位置から、第二領域29の少なくとも一部が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する(図16(c)参照)第四制御と、を実行するように構成されている。制御部8は、Z方向における第一領域28の全領域、及び、第二領域29の全領域が順次集光位置となるようにアクチュエータ70によって対物レンズ43を移動させてもよいし、第一領域28の一部の領域、及び、第二領域29の一部の領域のみが順次集光位置となるようにアクチュエータ70によって対物レンズ43を移動させてもよい。
このように、図16に示される態様では、第一制御及び第三制御によって撮像の開始位置である基準位置への対物レンズ43の移動が実施され、その後の第四制御によってウエハ20の内部を撮像する撮像処理が実施されて、改質領域12に係る情報の導出(例えば亀裂14の先端位置の検出)が行われる。
図17は、レーザ加工装置1が実施する観察方法の一例に係るフローチャートである。以下、図17及び図16を参照して、観察方法の一例を説明する。
図17に示されるように、最初に、制御部8によって、アクチュエータ70のZ方向における可動範囲の中心位置にアクチュエータ70が固定されるようにアクチュエータ70が制御される(ステップS1:事前工程)。なお、このようなアクチュエータ70の中心固定は手動で実施されてもよい。
つづいて、制御部8によって、図16(a)に示されるように、裏面21aが集光位置になる位置に撮像ユニット4が移動するように駆動ユニット7が制御される(ステップS2:第一工程)。
つづいて、制御部8によって、裏面21a近傍の領域が集光位置となる状態で対物レンズ43の位置がZ方向に移動するようにアクチュエータ70が制御され、この状態における光検出部44の検出結果に基づいて裏面21aの詳細な位置が特定され、図16(b)に示されるように、特定した裏面21aの詳細な位置が集光位置になる位置である基準位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70が制御される。すなわち、検出結果に基づいて集光位置が修正される(ステップS3:第二工程)。
つづいて、制御部8によって、図16(c)に示されるように、裏面観察側の領域である第二領域29が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70が制御される(ステップS4:第二工程)。そして、制御部8によって、図16(d)に示されるように、表面観察側の領域である第一領域28が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70が制御される(ステップS5:第二工程)。以上が、観察方法の一例である。
なお、レーザ加工装置1が実施する観察方法は、図16及び図17に示される態様に限定されない。図18は、駆動ユニット7及びアクチュエータ70を利用した集光位置移動の他の例の詳細を説明する図である。図18に示される態様においても、上述した第一制御を実行すること(図18(a)参照)、及び、第一制御後の第二制御において上述した第三制御を実行すること(図18(b)参照)については、図16に示される態様と同様である。すなわち、図18(a)に示される制御は図16(a)に示される制御に対応しており、また、図18(b)に示される制御は図16(b)に示される制御に対応している。ここで、図16に示される態様では、基準位置を確定する第三制御(図16(b)参照)において、裏面21a近傍の撮像結果が得られているものの、当該撮像結果が基準位置を確定するためにのみ用いられており、ウエハ20の改質領域12に係る情報の導出に係る情報としては用いられていない。この点、図18に示される態様では、第三制御(図18(b)参照)にて得られた裏面21a近傍の撮像結果を、基準位置の導出に係る情報としてだけではなく、ウエハ20の改質領域12に係る情報の導出に係る情報としても用いる。このように、第三制御における撮像結果を有効活用することによって、同じ領域について重複する撮像処理が実施されることを回避でき、より効率的に撮像を実施することができる。
いま、基準位置を確定するための第三制御(図18(b)参照)において、裏面21a近傍の領域A1(図18(c)参照)の撮像結果が得られていたとする。この場合、制御部8は、第一領域28又は第二領域29内の領域であって、第三制御において裏面21aの詳細な位置を特定する際に集光位置とされなかった領域、すなわち上述した領域A1以外の領域である未撮像領域の少なくとも一部が集光位置になる位置に撮像ユニット4全体が移動するように駆動ユニット7を制御する第五制御を実行する。図18に示される例において、第二領域29の未撮像領域は撮像不要の領域であるとする。この場合、制御部8は、第一領域28の未撮像領域である領域A2が集光位置になる位置に撮像ユニット4全体が移動する(上方に押し上げられる)ように駆動ユニット7を制御する。より詳細には、制御部8は、アクチュエータ70の可動範囲を考慮して、アクチュエータ70によって対物レンズ43を移動させる後述する第六制御によって領域A2が集光位置になる位置に、撮像ユニット4全体が移動するように駆動ユニット7を制御する。
そして、制御部8は、第五制御後の撮像ユニット4の対物レンズ43の位置を新たな基準位置として、未撮像領域に含まれる領域である領域A2が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する第六制御を実行する。制御部8は、Z方向における領域A2の全領域が順次集光位置となるようにアクチュエータ70によって対物レンズ43を移動させてもよいし、領域A2の一部の領域のみが順次集光位置となるようにアクチュエータ70によって対物レンズ43を移動させてもよい。
このように、図18に示される態様では、第三制御中に取得した撮像結果を基準位置の導出に係る情報としてだけでなくウエハ20の改質領域12に係る情報の導出に係る情報としても用い、第三制御で撮像結果を取得できていない領域のみを撮像するように、第五制御及び第六制御を実施することにより、効率的に撮像を実施することができる。また、例えばアクチュエータ70の可動範囲に、所望の撮像領域全てが収まらない場合であっても、第五制御及び第六制御が実施(必要に応じて複数回実施)されることにより、撮像領域を順次拡大しながら、所望の撮像領域を全て撮像することができる。
[作用効果]
次に、本実施形態に係るレーザ加工装置1(観察装置)及び観察方法の作用効果について説明する。
次に、本実施形態に係るレーザ加工装置1(観察装置)及び観察方法の作用効果について説明する。
本実施形態に係るレーザ加工装置1は、表面21b及び裏面21aを有し表面21b側からレーザ光が照射されることにより内部に改質領域12が形成されたウエハ20を観察する観察装置であって、ウエハ20に対して透過性を有する光を出力する光源41と、光源41から出力された光をウエハ20の集光位置に集光する対物レンズ43と、ウエハ20を伝搬した光を検出する光検出部44と、を有する撮像ユニット4と、撮像ユニット4を支持すると共に撮像ユニット4を上下方向であるZ方向に移動させる駆動ユニット7と、対物レンズ43に設けられ、対物レンズ43をZ方向に移動させるアクチュエータ70と、制御部8と、を備え、制御部8は、裏面21aが集光位置になる位置に撮像ユニット4が移動するように駆動ユニット7を制御する第一制御と、第一制御後において、裏面21a及び表面21b間の領域である第一領域28の少なくとも一部が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御すると共に、裏面21aに対して表面21bとは反対側の領域である第二領域29の少なくとも一部が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する第二制御と、を実行するように構成されている。
このようなレーザ加工装置1では、改質領域12が形成されたウエハ20の観察において、ウエハ20の裏面21aが集光位置になる位置に撮像ユニット4が移動するように撮像ユニット4をZ方向に移動させる駆動ユニット7が制御され、つづいて、裏面21a及び表面21b間の領域である第一領域28が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動すると共に、裏面21aに対して表面21bとは反対側の領域である第二領域29が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するように、対物レンズ43をZ方向に移動させるアクチュエータ70が制御される。このように、第一領域28及び第二領域29がいずれも集光位置となるように対物レンズ43が移動することにより、第一領域28を集光位置とする場合における改質領域12からの亀裂14等の直接観察、及び、第二領域29を集光位置とする場合における亀裂14等の裏面反射を利用した観察の双方を適切に実施することができる。そして、第一領域28及び第二領域29を集光位置とする対物レンズ43の移動が、撮像ユニット4の対物レンズ43のみを移動させるアクチュエータ70によって実施されることにより、例えば撮像ユニット4全体を移動させる場合と比較して、集光位置移動を高速に行うことができ、また、移動後の振動も抑制することができる。ここで、本実施形態に係るレーザ加工装置1は、撮像ユニット4全体をZ方向に移動させる駆動ユニット7と、撮像ユニット4の対物レンズ43をZ方向に移動させるアクチュエータ70とを有している。このように駆動ユニット7とアクチュエータ70とが両方設けられることにより、例えば駆動ユニット7にて大まかな位置合わせを行い、アクチュエータ70にて詳細な位置合わせを行う等が可能になり、詳細な位置合わせが可能なアクチュエータによってZ方向の移動全てを行う場合と比較して装置コストを抑えながら、精度が求められる位置合わせ(撮像範囲における集光位置合わせ等)を高精度に行うことが可能になる。本実施形態に係るレーザ加工装置1では、最初に、第一領域28及び第二領域29の境界面である裏面21aが集光位置となるように駆動ユニット7によって撮像ユニット4が制御され、その後に、第一領域28及び第二領域29がそれぞれ集光位置となるようにアクチュエータ70によって対物レンズ43が制御される。アクチュエータ70による制御が開始される前に、集光位置が裏面21a(第一領域28及び第二領域29の境界面)に合わされることにより、アクチュエータ70の可動範囲を最大限に活かして、第一領域28及び第二領域29を集光位置とする対物レンズ43の高速移動を適切に実施することができる。以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置1によれば、集光位置移動を高速に行い、タクト向上を実現することができる。
制御部8は、第一制御前において、アクチュエータ70のZ方向における可動範囲の中心位置にアクチュエータ70が固定されるようにアクチュエータ70を制御する事前制御を更に実行してもよい。これにより、アクチュエータ70がZ方向における両方向(上下)に十分に可動できる状態で、第二制御が実施されることとなり、アクチュエータ70の可動範囲を最大限に活かして、第一領域28及び第二領域29を集光位置とする対物レンズ43の高速移動を適切に実施することができる。
制御部8は、第二制御において、裏面21a近傍の領域が集光位置となる状態で対物レンズ43の位置がZ方向に移動するようにアクチュエータ70を制御し、この状態における光検出部44による光の検出結果に基づいて裏面21aの詳細な位置を特定し、特定した裏面21aの詳細な位置が集光位置になる位置である基準位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する第三制御と、基準位置から、第一領域28の少なくとも一部が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御すると共に、基準位置から、第二領域29の少なくとも一部が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する第四制御と、を実行するように構成されていてもよい。第一制御によっても、例えば実際のウエハ20の厚さが想定と異なっていたような場合には、集光位置が裏面21aからずれてしまうことが考えられる。この場合には、上述したアクチュエータ70の可動範囲を最大限に活かした第一領域28及び第二領域29の撮像が実現できないおそれがある。この点、第二制御において、光の検出結果に基づき裏面21aの詳細な位置が特定され基準位置とされて(第三制御)、当該基準位置から第一領域28及び第二領域29の撮像範囲にアクチュエータ70によって対物レンズ43が移動させられる(第四制御)ことにより、第一制御において集光位置が裏面21aからずれてしまっている場合においても、基準位置を適切に設定して、アクチュエータ70の可動範囲を最大限に活かした第一領域28及び第二領域29の撮像を実現することができる。
制御部8は、第二制御において、裏面21a近傍の領域が集光位置となる状態で対物レンズ43の位置がZ方向に移動するようにアクチュエータ70を制御し、この状態における光検出部44による光の検出結果に基づいて裏面21aの詳細な位置を特定し、特定した裏面21aの詳細な位置が集光位置になる位置である基準位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する第三制御を実行するように構成されており、第一領域28又は第二領域29内の領域であって、第三制御において裏面21aの詳細な位置を特定する際に集光位置とされなかった領域である未撮像領域の少なくとも一部が集光位置になる位置に撮像ユニット4が移動するように駆動ユニット7を制御する第五制御と、第五制御後の撮像ユニット4の対物レンズ43の位置を新たな基準位置として、未撮像領域に含まれる領域が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70を制御する第六制御と、を更に実行するように構成されていてもよい。第三制御によれば、裏面21aの詳細な位置を特定する過程において、裏面21aの近傍の撮像を行うことができる。そのため、本観察装置では、第三制御において撮像されていない未撮像領域が集光位置になる位置に撮像ユニット4が移動するように駆動ユニット7が制御され(第五制御)、第五制御後の対物レンズ43の位置が新たな基準位置とされて、未撮像領域が集光位置になる位置に対物レンズ43が移動するようにアクチュエータ70が制御される(第六制御)。このような構成によれば、第三制御において撮像されていない領域が集光位置とされるように制御されるので、無駄な撮像を行うことなく、より効率的に撮像を実施することができる。また、このような構成によれば、当初の基準位置ではアクチュエータ70の可動範囲に撮像したい領域が収まらない場合においても、基準位置を変更することによって、撮像したい領域を確実に撮像することができる。
本実施形態に係る観察方法は、表面21b及び裏面21aを有し表面21b側からレーザ光が照射されることにより内部に改質領域12が形成されたウエハ20を観察する観察方法であって、撮像ユニット4を上下方向であるZ方向に移動させる駆動ユニット7によって、裏面21aが集光位置になる位置に撮像ユニット4を移動させる第一工程と、撮像ユニット4に含まれる対物レンズ43をZ方向に移動させるアクチュエータ70によって、裏面21a及び表面21b間の領域である第一領域28の少なくとも一部が集光位置になる位置に対物レンズ43を移動させると共に、裏面21aに対して表面21bとは反対側の領域である第二領域29の少なくとも一部が集光位置になる位置に対物レンズ43を移動させる第二工程と、を含む。本実施形態に係る観察方法によれば、集光位置移動を高速に行い、タクト向上を実現することができる。
上記観察方法は、第一工程前において、アクチュエータ70のZ方向における可動範囲の中心位置にアクチュエータ70が固定されるようにアクチュエータ70を制御する事前工程を更に含んでいてもよい。このような構成によれば、アクチュエータ70の可動範囲を最大限に活かして、第一領域28及び第二領域29を集光位置とする対物レンズ43の高速移動を適切に実施することができる。
1…レーザ加工装置(観察装置)、4…撮像ユニット(撮像部)、7…駆動ユニット、8…制御部、12…改質領域、20…ウエハ、21a…裏面(第二表面)、21b…表面(第一表面)、28…第一領域、29…第二領域、41…光源、43…対物レンズ(集光レンズ)、44…光検出部、70…アクチュエータ。
Claims (6)
- 第一表面及び第二表面を有し前記第一表面側からレーザ光が照射されることにより内部に改質領域が形成されたウエハを観察する観察装置であって、
前記ウエハに対して透過性を有する光を出力する光源と、前記光源から出力された光を前記ウエハの集光位置に集光する集光レンズと、前記ウエハを伝搬した光を検出する光検出部と、を有する撮像部と、
前記撮像部を支持すると共に前記撮像部を上下方向であるZ方向に移動させる駆動ユニットと、
前記集光レンズに設けられ、前記集光レンズを前記Z方向に移動させるアクチュエータと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第二表面が前記集光位置になる位置に前記撮像部が移動するように前記駆動ユニットを制御する第一制御と、
前記第一制御後において、前記第二表面及び前記第一表面間の領域である第一領域の少なくとも一部が前記集光位置になる位置に前記集光レンズが移動するように前記アクチュエータを制御すると共に、前記第二表面に対して前記第一表面とは反対側の領域である第二領域の少なくとも一部が前記集光位置になる位置に前記集光レンズが移動するように前記アクチュエータを制御する第二制御と、を実行するように構成されている、観察装置。 - 前記制御部は、前記第一制御前において、前記アクチュエータの前記Z方向における可動範囲の中心位置に前記アクチュエータが固定されるように前記アクチュエータを制御する事前制御を更に実行する、請求項1記載の観察装置。
- 前記制御部は、
前記第二制御において、
前記第二表面近傍の領域が前記集光位置となる状態で前記集光レンズの位置が前記Z方向に移動するように前記アクチュエータを制御し、この状態における前記光検出部による光の検出結果に基づいて前記第二表面の詳細な位置を特定し、特定した前記第二表面の詳細な位置が前記集光位置になる位置である基準位置に前記集光レンズが移動するように前記アクチュエータを制御する第三制御と、
前記基準位置から、前記第一領域の少なくとも一部が前記集光位置になる位置に前記集光レンズが移動するように前記アクチュエータを制御すると共に、前記基準位置から、前記第二領域の少なくとも一部が前記集光位置になる位置に前記集光レンズが移動するように前記アクチュエータを制御する第四制御と、を実行するように構成されている、請求項1又は2記載の観察装置。 - 前記制御部は、
前記第二制御において、
前記第二表面近傍の領域が前記集光位置となる状態で前記集光レンズの位置が前記Z方向に移動するように前記アクチュエータを制御し、この状態における前記光検出部による光の検出結果に基づいて前記第二表面の詳細な位置を特定し、特定した前記第二表面の詳細な位置が前記集光位置になる前記集光レンズの位置である基準位置に前記集光レンズが移動するように前記アクチュエータを制御する第三制御を実行するように構成されており、
前記第一領域又は前記第二領域内の領域であって、前記第三制御において前記第二表面の詳細な位置を特定する際に前記集光位置とされなかった領域である未撮像領域の少なくとも一部が前記集光位置になる位置に前記撮像部が移動するように前記駆動ユニットを制御する第五制御と、
前記第五制御後の前記撮像部の前記集光レンズの位置を新たな前記基準位置として、前記未撮像領域に含まれる領域が前記集光位置になる位置に前記集光レンズが移動するように前記アクチュエータを制御する第六制御と、を更に実行するように構成されている、請求項1又は2記載の観察装置。 - 第一表面及び第二表面を有し前記第一表面側からレーザ光が照射されることにより内部に改質領域が形成されたウエハを観察する観察方法であって、
撮像部を上下方向であるZ方向に移動させる駆動ユニットによって、前記第二表面が集光位置になる位置に前記撮像部を移動させる第一工程と、
前記撮像部に含まれる集光レンズを前記Z方向に移動させるアクチュエータによって、前記第二表面及び前記第一表面間の領域である第一領域の少なくとも一部が前記集光位置になる位置に前記集光レンズを移動させると共に、前記第二表面に対して前記第一表面とは反対側の領域である第二領域の少なくとも一部が前記集光位置になる位置に前記集光レンズを移動させる第二工程と、を含む観察方法。 - 前記第一工程前において、前記アクチュエータの前記Z方向における可動範囲の中心位置に前記アクチュエータが固定されるように前記アクチュエータを制御する事前工程を更に含む、請求項5記載の観察方法。
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