JP2022115567A - 観察装置及び観察方法 - Google Patents

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

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。

特開２０１７－６４７４６号公報

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。

一実行形態のレーザ加工装置の構成図である。 一実行形態のウエハの平面図である。 図２に示されるウエハの一部分の断面図である。 図１に示されるレーザ照射ユニットの構成図である。 図１に示される検査用撮像ユニットの構成図である。 図１に示されるアライメント補正用撮像ユニットの構成図である。 図５に示される検査用撮像ユニットによる撮像原理を説明するためのウエハの断面図、及び当該検査用撮像ユニットによる各箇所での画像である。 図５に示される検査用撮像ユニットによる撮像原理を説明するためのウエハの断面図、及び当該検査用撮像ユニットによる各箇所での画像である。 半導体基板の内部に形成された改質領域及び亀裂のＳＥＭ画像である。 半導体基板の内部に形成された改質領域及び亀裂のＳＥＭ画像である。 図５に示される検査用撮像ユニットによる撮像原理を説明するための光路図、及び当該検査用撮像ユニットによる焦点での画像を示す模式図である。 図５に示される検査用撮像ユニットによる撮像原理を説明するための光路図、及び当該検査用撮像ユニットによる焦点での画像を示す模式図である。 アクチュエータが搭載された対物レンズの構成図である。 アクチュエータが搭載された対物レンズの構成図である。 駆動ユニット及びアクチュエータを利用した集光位置移動の概要を説明する図である。 駆動ユニット及びアクチュエータを利用した集光位置移動の詳細を説明する図である。 観察方法の一例に係るフローチャートである。 駆動ユニット及びアクチュエータを利用した集光位置移動の詳細を説明する図である。

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］

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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