JP7212833B2 - 亀裂検出装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は亀裂検出装置及び方法に係り、被加工物の内部に形成された亀裂を検出する亀裂検出装置及び方法に関する。

従来、シリコンウェーハやガラスウェーハ等の基板（以下、「被加工物」という。）の内部に集光点を合わせてレーザー光を切断予定ラインに沿って照射し、加工ラインに沿って被加工物の内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー加工装置（レーザーダイシング装置ともいう。）が知られている。改質領域が形成された被加工物は、その後、エキスパンドやブレーキングといった割断プロセスによって切断予定ラインで割断されて個々のチップに分断される。

ところで、レーザー加工装置により被加工物に改質領域を形成すると、その改質領域から被加工物の厚さ方向に亀裂（クラック）が伸展する。その亀裂が被加工物の表面（レーザー光入射面）若しくは反対側の裏面まで到達していれば、割断プロセスにおいてチップへの分断を適正に行うことができる。その理由としては、被加工物の内部に形成された亀裂は、被加工物を分断する際の起点となるため、その亀裂の伸展度合いが被加工物の分断率を左右することによる。また、厚い被加工物の場合には、亀裂が被加工物の表面又は裏面に到達しないことがあるため、被加工物の表面又は裏面に亀裂が到達したか否かでは必ずしも改質領域が適正に形成されたか否かを適切に判断できない場合がある。

したがって、レーザー加工装置により改質領域を形成した後、割断プロセス前において、被加工物を分断する際の起点となる改質領域が適正に形成されたか否か、すなわち、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出することによって、割断プロセスにおけるチップへの分断の良否を正確に予測することが可能となる。そして、被加工物の内部に改質領域が適正に形成されていない箇所があれば、その部分だけ、再度、レーザー加工装置により再加工することや、割断プロセスにおける割断方法を変えるなどの対応が可能となる。これによって、その後の割断プロセスにおけるチップの損失を無くすことができる。また、不良箇所の発生状況などを参考にしてレーザー加工装置における加工条件を修正することもでき、その後に加工する被加工物での改質領域の不良箇所の発生を低減させることができる。不良箇所の改質領域を再加工する場合には、不良箇所が低減することによって、再加工に要する時間の損失も低減することができる。

一方、被加工物の内部に発生した亀裂の評価は、従来、試料を切断研磨するか、限られた条件下での観察が行われていた。そのため、レーザー加工装置を用いた加工プロセスへの適用は困難であった。

これに対し、被加工物の内部に形成された亀裂を非破壊で検査する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に開示された技術では、亀裂の一方から光を入射させ、亀裂を含む領域を透過した光を検出し、亀裂の散乱による検出光量の低下を利用して亀裂の検査を行っている。

特開２００８－２２２５１７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、受光器の信号レベルが亀裂の深さを直接示すものではなく、閾値として扱われる。そのため、予め実験を行い、閾値を設定する必要があった。また、亀裂長さ（亀裂深さ）を検出するためには、実験により亀裂長さに応じて予め閾値を複数設定しておく必要があった。また、透過光（亀裂を含む領域を透過した光）の減少のみを利用して亀裂先頭位置を確認するため、亀裂の亀裂深さの検出精度を向上させるには限界がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを非破壊かつ精度よく検出することができる亀裂検出装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る亀裂検出装置は、主光軸に沿って検出光を出射する光源部と、主光軸と同軸のレンズ光軸を有し、光源部から出射した検出光を被加工物に集光させる集光レンズと、主光軸に沿って出射された検出光を被加工物に照射して被加工物からの第１の反射光を検出し、第１の反射光に対応する検出信号に基づき、被加工物の表面又は裏面を示す界面位置を検出する界面検出手段と、主光軸から偏心した検出光により被加工物を偏射照明して被加工物からの第２の反射光を検出し、第２の反射光に対応する検出信号に基づき、界面位置を基準として被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出手段とを備える。

第１の態様によれば、被加工物の界面位置を検出して、この界面位置を基準として亀裂深さの検出を行うことにより、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを非破壊かつ精度よく検出することができる。

本発明の第２の態様に係る亀裂検出装置は、第１の態様において、界面検出手段が、第１の反射光を受光する受光面を有する光検出器と、受光面側に配置され、受光面に入射する第１の反射光の一部を遮光するピンホールパネルとを備え、ピンホールパネルに形成されたピンホールは、集光レンズの集光点の位置と光学的に共役関係になるように配置されており、界面検出手段は、ピンホールを通過した第１の反射光に基づいて、界面位置を検出するようにしたものである。

第２の態様によれば、集光レンズの集光点の位置と光学的に共役関係になる位置に集光された反射光に基づいて、被加工物の界面位置を検出することが可能になる。

本発明の第３の態様に係る亀裂検出装置は、第１又は第２の態様において、集光レンズの集光点を被加工物の厚さ方向に変化させる集光点変更手段を備え、亀裂検出手段は、集光点変更手段により集光レンズの集光点を被加工物の厚さ方向に変化させたときの検出信号の変化に基づいて亀裂の亀裂深さを検出するようにしたものである。

本発明の第４の態様に係る亀裂検出装置は、第１から第３の態様のいずれかにおいて、光源部は、開口部を有する制限部材であって、検出光の一部を遮光する制限部材を備え、光源部の光源光軸から偏心した位置に開口部を位置させることにより、検出光を主光軸に対して偏心させるようにしたものである。

第４の態様によれば、制限部材の開口部の位置を主光軸から離して配置することにより、容易に偏射照明を行うことが可能になる。

本発明の第５の態様に係る亀裂検出装置は、第１から第４の態様のいずれかにおいて、亀裂検出手段は、検出光の偏射照明の方法を切り替えて亀裂深さを複数回検出し、複数回の亀裂深さの検出結果の平均値を算出するようにしたものである。

第５の態様によれば、偏射照明の方法を切り替えて亀裂深さを検出し、その結果の平均値を用いることにより、集光レンズと被加工物とのアライメント精度が十分でない場合でも、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを精度よくかつ安定して検出することが可能となる。

本発明の第６の態様に係る亀裂検出方法は、光源部から主光軸に沿って出射された検出光を被加工物に照射して被加工物からの第１の反射光を検出し、第１の反射光に対応する検出信号に基づき、被加工物の表面又は裏面を示す界面位置を検出する界面検出工程と、光源部から出射され、主光軸から偏心した検出光により被加工物を偏射照明して被加工物からの第２の反射光を検出し、第２の反射光に対応する検出信号に基づき、界面位置を基準として被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出工程とを備える。

本発明によれば、被加工物の界面位置を検出して、この界面位置を基準として亀裂深さの検出を行うことにより、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを非破壊かつ精度よく検出することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る亀裂検出装置を示すブロック図である。 図２は、被加工物に対して検出光の偏射照明が行われたときの様子を示した図である。 図３は、被加工物に対して検出光の偏射照明が行われたときの様子を示した図である。 図４は、被加工物に対して検出光の偏射照明が行われたときの様子を示した図である。 図５は、光検出器に受光される反射光の様子を示した図である。 図６は、光検出器に受光される反射光の様子を示した図である。 図７は、光検出器に受光される反射光の様子を示した図である。 図８は、被加工物からの反射光が集光レンズ瞳に到達する経路を説明するための図である。 図９は、本発明の第１の実施形態に係る亀裂検出方法を示すフローチャートである。 図１０は、本発明の第２の実施形態に係る亀裂検出装置を示すブロック図である。 図１１は、本発明の第２の実施形態に係る亀裂検出方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面に従って本発明に係る亀裂検出装置及び方法の実施の形態について説明する。

［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る亀裂検出装置を示すブロック図である。

本実施形態に係る亀裂検出装置１０は、被加工物Ｗに対して検出光Ｌ１を照射し、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を検出することで、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを検出する。なお、亀裂検出装置１０は、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成するレーザーダイシング装置（不図示）と組み合わせて使用されるが、以下の説明では、亀裂検出装置１０に係る構成要素について説明し、レーザーダイシング装置の構成については説明を省略する。

以下の説明では、被加工物Ｗが載置されるステージ５１０をＸＹ平面と平行な平面とし、Ｚ方向を被加工物Ｗの厚さ方向とする３次元直交座標系を用いる。

図１に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１０は、光源部１００、照明光学系２００、界面検出用光学系３００、亀裂検出用光学系４００、制御部５００、フォーカス調整機構５０２、集光レンズ５０４、操作部５０６及び表示部５０８を含んでいる。

光源部１００は、被加工物Ｗの界面の検出及び被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの検出に用いられる検出光Ｌ１を出射する。ここで、被加工物Ｗがシリコンウェーハの場合、検出光Ｌ１としては、波長１０６０ｎｍ以上の赤外光を用いるのが望ましい。

光源部１００は、光源１０２、コリメートレンズ１０４及び制限部材１０６を含んでいる。光源１０２、コリメートレンズ１０４及び制限部材１０６は、集光レンズ５０４のレンズ光軸と同軸の主光軸ＡＸに沿って配置されている。

光源１０２は、主光軸ＡＸに沿って検出光Ｌ１を出射する。光源１０２としては、例えば、ＬＤ（Laser Diode）光源を用いることができる。光源１０２は、制御部５００と接続されており、制御部５００により光源１０２の出射制御が行われる。

コリメートレンズ１０４は、光源１０２から出射された検出光Ｌ１が平行光になるように調整する。

制限部材１０６には、開口部１０６Ａが形成されている。制限部材１０６は、コリメートレンズ１０４からの検出光Ｌ１の一部を遮光する遮光部材である。制限部材１０６は、不図示の駆動機構により、検出光Ｌ１の光路上に対して出没させることが可能となっている。制御部５００は、不図示のアクチュエータを制御して、制限部材１０６の出没の制御を行う。制限部材１０６は、亀裂検出用光学系４００により亀裂Ｋを検出するときに、検出光Ｌ１の一部を遮光して、検出光Ｌ１を主光軸ＡＸに対して偏心させる。制限部材１０６については後述する。

照明光学系２００は、光源部１００から出射された検出光Ｌ１を集光レンズ５０４に導光する。照明光学系２００は、リレーレンズ２０２及び２０６並びにミラー２０４を含んでいる。光源部１００から出射された検出光Ｌ１は、リレーレンズ２０２を透過して、ミラー２０４により反射されて光路が折り曲げられる。ここで、ミラー２０４としては、例えば、波長１０６０ｎｍ以上の赤外光を選択的に反射し、それ以外の波長帯の光を透過させるダイクロイックミラーを用いることができる。ミラー２０４によって反射された検出光Ｌ１は、リレーレンズ２０６を透過して集光レンズ５０４に向けて出射される。

集光レンズ５０４は、照明光学系２００から出射された検出光Ｌ１を被加工物Ｗに集光（合焦）させる。集光レンズ５０４は、被加工物Ｗに対向する位置に配置され、主光軸ＡＸと同軸に配置される。

フォーカス調整機構５０２は、被加工物Ｗにおける検出光Ｌ１の集光位置を調整する。フォーカス調整機構５０２は、集光レンズ５０４、及び被加工物Ｗが載置されるステージ５１０のうちの少なくとも一方を移動させる駆動部を含んでいる。フォーカス調整機構５０２は、集光レンズ５０４とステージ５１０との間のＸＹＺ方向の相対位置を調整することにより、検出光Ｌ１の集光位置をＸＹＺ方向に移動させることが可能となっている。

集光レンズ５０４によって集光され、被加工物Ｗによって反射された反射光Ｌ２は、界面検出用光学系３００及び亀裂検出用光学系４００に導光され、それぞれ、被加工物Ｗの界面検出及び亀裂の検出に用いられる。

制御部５００は、亀裂検出装置１０の各部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＣＰＵの作業領域として使用可能なＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）を含んでいる。制御部５００は、操作部５０６（例えば、キーボード、並びにマウス及びタッチパネル等のポインティングデバイス）を介して操作者による操作入力を受け付け、操作入力に応じた制御信号を亀裂検出装置１０の各部に送信して各部の動作を制御する。

表示部５０８は、の操作ＧＵＩ（Graphical User Interface）及び画像（例えば、亀裂の検出結果等）を表示する装置である。表示部５０８としては、例えば、液晶ディスプレイを用いることができる。

（界面検出用光学系）
次に、被加工物Ｗの界面検出について説明する。以下の説明では、被加工物Ｗの裏面（ステージ５１０に接する面）の界面の検出を行って、被加工物Ｗの裏面の界面位置を基準として亀裂深さを検出する場合について説明する。なお、亀裂深さの検出では、被加工物Ｗの表面を基準としてもよいし、被加工物Ｗの表裏両方の面を基準として検出した亀裂深さの平均値をとるようにすることも可能である。

界面検出用光学系３００は、被加工物Ｗの界面（表面又は裏面）の検出を行うための光学系であり、ハーフミラー３０２、リレーレンズ３０４、ハーフミラー３０６及び光検出器３０８を含んでいる。

被加工物Ｗの界面を検出するときには、制御部５００は、制限部材１０６を検出光Ｌ１の光路から退避させた状態で、検出光Ｌ１を被加工物Ｗに照射する。ここで、制御部５００及び界面検出用光学系３００は、それぞれ界面検出手段の一部として機能する。

ハーフミラー３０２は、照明光学系２００からの検出光Ｌ１を集光レンズ５０４側に透過させ、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２（第１の反射光）を反射する。被加工物Ｗからの反射光Ｌ２は、ハーフミラー３０２によって反射されて光路が折り曲げられ、リレーレンズ３０４に導光される。リレーレンズ３０４を透過した反射光Ｌ２は、ハーフミラー３０６によって反射されて光検出器３０８に導光される。

光検出器３０８は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を受光して、被加工物Ｗの界面の検出を行うための装置であり、検出器本体３０８Ａ及びピンホールパネル３０８Ｂを含んでいる。

検出器本体３０８Ａとしては、受光した光を電気信号に変換して制御部５００に出力するフォトディテクタ（例えば、フォトダイオード）を用いることができる。

ピンホールパネル３０８Ｂには、入射光の一部を通過させるためのピンホールが形成されている。ピンホールパネル３０８Ｂは、検出器本体３０８Ａの受光面側に、ピンホールが反射光Ｌ２の光軸上になるように配置されている。

界面検出用光学系３００は、ピンホールパネル３０８Ｂのピンホールの位置が、集光レンズ５０４の集光点の位置と光学的に共役関係にある光学系となっている。

制御部５００は、制限部材１０６を検出光Ｌ１の光路から退避させて検出光Ｌ１を被加工物Ｗに照射しながら、集光レンズ５０４とステージ５１０とをＺ方向に相対的に移動させる。制御部５００は、被加工物Ｗの界面（表面又は裏面）において検出光Ｌ１が合焦したときの反射光Ｌ２を検出し、そのときの集光点の位置から被加工物Ｗの界面のＺ方向の位置を算出する。

（亀裂検出用光学系）
次に、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの検出について説明する。

亀裂検出用光学系４００は、リレーレンズ４０２、ハーフミラー４０４、光検出器４０６及び４０８を含んでいる。

被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋを検出するときには、制御部５００は、制限部材１０６を検出光Ｌ１の光路上に挿入する。ここで、制御部５００、制限部材１０６及び亀裂検出用光学系４００は、それぞれ亀裂検出手段の一部として機能する。制限部材１０６には、主光軸ＡＸからずれた位置に開口部１０６Ａが設けられており、検出光Ｌ１のうち開口部１０６Ａを透過した光が被加工物Ｗに照射される。これにより、主光軸ＡＸに対して偏心した検出光Ｌ１が被加工物Ｗに照射される。

被加工物Ｗからの反射光Ｌ２（第２の反射光）は、ハーフミラー３０２によって反射された後、リレーレンズ３０４及びハーフミラー３０６を順次透過してリレーレンズ４０２に入射する。リレーレンズ４０２を透過した反射光Ｌ２は、ハーフミラー４０４を介して光検出器４０６及び４０８により受光される。ここで、ハーフミラー４０４に入射する光の透過率及び反射率はそれぞれ約５０％とする。

光検出器４０６及び４０８は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を受光して、被加工物Ｗの内部の亀裂Ｋの検出を行うための装置である。光検出器４０６は、検出器本体４０６Ａ及びピンホールパネル４０６Ｂを含んでおり、光検出器４０８は、検出器本体４０８Ａ及びピンホールパネル４０８Ｂを含んでいる。

検出器本体４０６Ａ及び４０８Ａとしては、受光した光を電気信号に変換して制御部５００に出力するフォトディテクタ（例えば、フォトダイオード）を用いることができる。

ピンホールパネル４０６Ｂ及び４０８Ｂには、入射光の一部を通過させるためのピンホールが形成されている。ピンホールパネル４０６Ｂ及び４０８Ｂは、それぞれ検出器本体４０６Ａ及び４０８Ａの受光面側に配置されている。ピンホールパネル４０６Ｂ及び４０８Ｂは、それぞれピンホールが反射光Ｌ２の光軸からずれた位置になるように配置されている。

図２から図４は、被加工物Ｗに対して検出光Ｌ１の偏射照明が行われたときの様子を示した説明図である。図２は集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在する場合、図３は集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合、図４は集光レンズ５０４の集光点と亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）とが一致する場合をそれぞれ示している。図５から図７は、光検出器４０６及び４０８に受光される反射光Ｌ２の様子を示した図であり、それぞれ図２から図４に示した場合に対応するものである。図８は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２が集光レンズ瞳５０４ａに到達する経路を説明するための図である。なお、ここでは、検出光Ｌ１は、集光レンズ瞳５０４ａの一方側（図８の右側）の第１領域Ｇ１を通過して、被加工物Ｗに対して偏射照明が行われる場合について説明する。

図２に示すように、集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在する場合には、検出光Ｌ１は亀裂Ｋで全反射して、その反射光Ｌ２は主光軸ＡＸに対して検出光Ｌ１の光路と同じ側の経路をたどって、集光レンズ瞳５０４ａの検出光Ｌ１と同じ側の領域に到達する成分となる。すなわち、図８に示すように、光源１０２からの検出光Ｌ１が集光レンズ５０４を介して被加工物Ｗに照射されるときの検出光Ｌ１の経路をＲ１としたとき、被加工物Ｗの内部の亀裂Ｋで全反射した反射光Ｌ２は、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸ＡＸに対して同じ側（図８の右側）の経路Ｒ２をたどって集光レンズ瞳５０４ａの第１領域Ｇ１を通過する。

図３に示すように、集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合には、検出光Ｌ１は被加工物Ｗの裏面で反射し、その反射光Ｌ２は集光レンズ瞳５０４ａの検出光Ｌ１と反対側の領域に到達する成分となる。すなわち、図８に示すように、被加工物Ｗの裏面で反射した反射光Ｌ２は、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸ＡＸに対して反対側（図８の左側）の経路Ｒ３をたどって集光レンズ瞳５０４ａの第２領域Ｇ２を通過する。

図４に示すように、集光レンズ５０４の集光点と亀裂Ｋの下端位置とが一致する場合には、検出光Ｌ１は、亀裂Ｋで全反射して集光レンズ瞳５０４ａの検出光Ｌ１と同じ側の領域に到達する反射光成分Ｌ２ａと、亀裂Ｋで全反射されずに被加工物Ｗの裏面で反射して集光レンズ瞳５０４ａの検出光Ｌ１と反対側の領域に到達する非反射光成分Ｌ２ｂとに分割される。すなわち、図８に示すように、反射光Ｌ２のうち、被加工物Ｗの内部の亀裂Ｋで全反射した反射光成分Ｌ２ａは、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸ＡＸに対して同じ側（図８の右側）の経路Ｒ２をたどって集光レンズ瞳５０４ａの第１領域Ｇ１を通過するとともに、亀裂Ｋで全反射されずに被加工物Ｗの裏面で反射した非反射光成分Ｌ２ｂは、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸ＡＸに対して反対側（図８の左側）の経路Ｒ３をたどって集光レンズ瞳５０４ａの第２領域Ｇ２を通過する。

ピンホールパネル４０６Ｂ及び４０８Ｂは、それぞれピンホールが集光レンズ瞳５０４ａの第１領域Ｇ１及び第２領域Ｇ２と光学的に共役な位置となるように配置されている。これにより、検出器本体４０６Ａ及び検出器本体４０８Ａは、それぞれ集光レンズ瞳５０４ａの第１領域Ｇ１及び第２領域Ｇ２を通過した光を選択的に受光可能となっている。

図２に示す例（集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在する場合）では、図５に示すように、検出器本体４０６Ａ及び検出器本体４０８Ａのうち、検出器本体４０６Ａの受光面４０６Ｃに反射光Ｌ２が受光し、受光面４０６Ｃから出力される検出信号のレベルが検出器本体４０８Ａの受光面４０８Ｃから出力される検出信号のレベルよりも高くなる。

一方、図３に示す例（集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合）では、図６に示すように、検出器本体４０６Ａ及び検出器本体４０８Ａのうち、検出器本体４０８Ａの受光面４０８Ｃに反射光が受光し、受光面４０８Ｃから出力される検出信号のレベルが受光面４０６Ｃから出力される検出信号のレベルよりも高くなる。

また、図４に示す例（集光レンズ５０４の集光点と亀裂Ｋの下端位置とが一致する場合）では、図８に示すように、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃに反射光Ｌ２の各成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂがそれぞれ受光し、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃから出力される検出信号のレベルが略等しくなる。

このように、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃで受光される光量は、集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在するか否かによって変化する。本実施形態では、このような性質を利用して、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）を検出することができる。

具体的には、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃから出力される検出信号の出力をそれぞれＤ１及びＤ２としたとき、集光レンズ５０４の集光点と亀裂Ｋの亀裂深さとの関係を示す評価値Ｓは、次式で表すことができる。

Ｓ＝（Ｄ１－Ｄ２）／（Ｄ１＋Ｄ２） ・・・（１）
式（１）において、Ｓ＝０の条件を満たすとき、すなわち、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃによって受光される光量が一致するとき、集光レンズ５０４の集光点と亀裂下端位置（又は亀裂上端位置）とが一致した状態を示す。

制御部５００は、フォーカス調整機構５０２（集光点変更手段）を制御して、集光レンズ５０４の集光点を、裏面の界面位置Ｚ（０）から被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に順次変化させながら、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃから出力される検出信号を順次取得し、この検出信号に基づいて式（１）で示される評価値Ｓを算出し、この評価値Ｓを評価することによって亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）を検出することができる。

なお、本実施形態では、検出器本体３０８Ａ、４０６Ａ及び４０８Ａとしてフォトディテクタを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、フォトディテクタに代えて、赤外線カメラ等を用いてもよい。

また、亀裂Ｋの検出を行う場合には、反射光Ｌ２の光路上からハーフミラー３０６を退避させるようにしてもよい。この場合、界面検出用光学系３００のハーフミラー３０６は、全反射ミラー又はダイクロイックミラー等に置換してもよい。

また、本実施形態では、ハーフミラー４０４に入射する光の透過率及び反射率をそれぞれ約５０％としたが、本発明はこれに限定されない。ハーフミラー４０４の透過率と反射率が異なる場合には、評価値Ｓの算出に当たって、光検出器４０６及び４０８からの検出信号の出力Ｄ１及びＤ２に、ハーフミラー４０４の透過率と反射率に応じた重み係数を掛けてもよい。

（亀裂検出方法）
次に、本実施形態に係る亀裂検出方法について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の第１の実施形態に係る亀裂検出方法を示すフローチャートである。

まず、制御部５００は、制限部材１０６を検出光Ｌ１の光路から退避させた状態で、被加工物Ｗに検出光Ｌ１を照射する。そして、制御部５００は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を光検出器３０８により検出し、この光検出器３０８からの検出信号に基づいて、被加工物Ｗの裏面の界面位置Ｚ（０）を検出する（ステップＳ１０：界面検出工程）。

次に、ステップＳ１２からＳ２６（亀裂検出工程）により、被加工物Ｗの内部の亀裂の深さが検出される。制御部５００は、ｉ＝１として（ステップＳ１２）、集光レンズの集光位置を被加工物Ｗの内部側（図１の＋Ｚ側）にｄＺ移動させる（ステップＳ１４）。このとき、Ｚ（ｉ）＝Ｚ（ｉ－１）＋ｄＺとなる。

次に、制御部５００は、制限部材１０６を検出光Ｌ１の光路上に挿入して、主光軸ＡＸに対して偏心した検出光Ｌ１により被加工物Ｗを偏射照明する（ステップＳ１６）。そして、光検出器４０６及び４０８から検出信号Ｄ１及びＤ２を取得し（ステップＳ１８）、式（１）により評価値Ｓを算出する（ステップＳ２０）。

次に、制御部５００は、ｉ＝ｉ＋１（ステップＳ２４）として、ｉ＝ｎ（ステップＳ２２のＹｅｓ）になるまで、ステップＳ１４からＳ２４を繰り返す。ここで、ｎは、被加工物Ｗの厚さＴと、ｄＺに基づいて定められるパラメータであり、例えば、ｎ≧Ｔ／ｄＺ－１の条件を満たす整数である。これにより、集光位置Ｚ（ｉ）ごとの評価値Ｓ（ｉ）が算出される。

次に、ｉ＝ｎ（ステップＳ２２のＹｅｓ）になると、制御部５００は、集光位置Ｚ（ｉ）ごとの評価値Ｓ（ｉ）に基づいて、亀裂Ｋの深さ位置、すなわち、亀裂Ｋの下端位置及び上端位置の被加工物Ｗの裏面からの距離を算出する（ステップＳ２６）。制御部５００は、例えば、集光レンズ５０４の集光位置を、被加工物Ｗの裏面の界面位置Ｚ（０）から順次移動させたときに、最初にＳ（ｉ）＝０となる位置Ｚ（ｉ）を亀裂Ｋの下端位置、次にＳ（ｉ）＝０となる位置Ｚ（ｉ）を亀裂Ｋの上端位置として検出する。また、制御部５００は、Ｓ（ｉ）＝０となる位置がない場合には、Ｓ（ｉ）の符号が反転する位置Ｚ（ｉ－１）及びＺ（ｉ）と、その位置における評価値Ｓ（ｉ－１）及びＳ（ｉ）から、内挿により、Ｓ＝０となる位置のＺ座標を求めるようにしてもよい。ステップＳ２６で算出した亀裂Ｋの深さ位置は、表示部５０８に表示され、制御部５００に設けられたストレージデバイスに記憶される。

本実施形態によれば、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを非破壊かつ精度よく検出することができる。また、本実施形態によれば、被加工物Ｗであるウェーハの界面の絶対位置を検出して、界面を基準とした亀裂深さを検出することが可能になる。これにより、例えば、制御部５００によるステージ５１０等の位置制御に機械誤差が生じた場合、又はバックグラインドテープ等の付着物がある場合等、ウェーハの界面の位置がステージ５１０等の位置から正確に求めることが困難な場合であっても、正確に亀裂深さを検出することが可能になる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。本実施形態では、亀裂検出を行うときに、偏射照明の方法（以下、照明方法ともいう。）を切り替えて、亀裂深さの検出を複数回行い、その複数回の検出結果の平均値を亀裂深さとして算出する。ここで、照明方法の切り替えとは、検出光Ｌ１の偏心の態様（例えば、検出光Ｌ１が出射する開口部と主光軸との距離及び位置）を切り替えることをいう。

図１０は、本発明の第２の実施形態に係る亀裂検出装置を示すブロック図である。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１０Ａは、制限部材１０６に代えて、制限部材１０８を備えている。

制限部材１０８には、それぞれ開閉可能な開口部１０８Ａ及び１０８Ｂが形成されている。本実施形態では、被加工物Ｗに対して偏射照明を行う場合に、制限部材１０８の開口部１０８Ａ及び１０８Ｂのいずれか一方を開放することにより、検出光Ｌ１の偏心の態様を変更する。

次に、本実施形態に係る亀裂検出方法について、図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る亀裂検出方法を示すフローチャートである。

まず、制御部５００は、制限部材１０６を検出光Ｌ１の光路から退避させた状態で、被加工物Ｗに検出光Ｌ１を照射する。そして、制御部５００は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を光検出器３０８により検出し、この光検出器３０８からの検出信号に基づいて、被加工物Ｗの裏面の界面位置Ｚ（０）を検出する（ステップＳ３０：界面検出工程）。

次に、制御部５００は、ｋ＝１として（ステップＳ３２）、照明方法ｋ（ｋ＝１）を設定する（ステップＳ３４）。ここで、照明方法１は、制限部材１０８の開口部１０８Ａを開放して偏射照明を行う方法とし、照明方法２は、制限部材１０８の開口部１０８Ｂを開放して偏射照明を行う方法とする。

次に、制御部５００は、照明方法１の下、第１の実施形態と同様に、亀裂深さを検出する（ステップＳ３６からステップＳ５０：亀裂検出工程）。ステップＳ３６からステップＳ５０については、図９のステップＳ１２からＳ２６と同様であるため、説明を省略する。

次に、制御部５００は、照明方法を照明方法２に切り替える（ステップＳ５２のＮｏ、ステップＳ５４及びＳ３４）。そして、制御部５００は、集光レンズ５０４の集光点の位置を、被加工物Ｗの裏面の界面位置Ｚ（０）に移動させ、照明方法２の下、亀裂深さを検出する（ステップＳ３６からステップＳ５０）。

次に、制御部５００は、各照明方法の下で算出された亀裂深さの平均値を算出する（ステップＳ５６）。ステップＳ５６で算出した亀裂Ｋの深さ位置は、表示部５０８に表示され、制御部５００に設けられたストレージデバイスに記憶される。

本実施形態によれば、偏射照明の方法を切り替えて亀裂深さを検出し、その結果の平均値を用いることにより、集光レンズ５０４と被加工物Ｗとのアライメント精度が十分でない場合でも、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを精度よくかつ安定して検出することが可能となる。

なお、本実施形態では、開閉可能な２つの開口部１０８Ａ及び１０８Ｂを設けたが、偏射照明のための構成は上記に限定されるものではない。例えば、制限部材１０８に開口部を３つ以上形成して、偏射照明の方法を３以上としてもよい。また、例えば、制限部材に設ける開口部を１つのみとして、この制限部材を主光軸ＡＸ周りに回転させることにより、偏射照明の方法を変更可能としてもよい。

また、上記の各実施形態では、制限部材１０６を用いて検出光Ｌ１の一部を遮光することにより偏射照明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光源部１００の光源１０２を主光軸ＡＸからずらして配置することにより、偏射照明を行ってもよい。この場合、光源１０２の光軸は主光軸ＡＸと平行であることが好ましい。また、第２の実施形態では、主光軸ＡＸからずれた複数の位置にそれぞれ光源１０２を設けるようにしてもよい。

また、上記の各実施形態では、亀裂検出用光学系４００に光検出器を２つ設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ハーフミラー４０４、光検出器４０６及び４０８に代えて、受光面が２つに分割された２分割フォトディテクタを１つ設け、各受光面の出力から評価値Ｓを算出してもよい。また、受光面が照明方法の種類に応じた数に分割されたフォトディテクタを用いてもよい。

また、検出光Ｌ１及び反射光Ｌ２の導光のための構成はあくまで一例であって、上記の各実施形態に限定されるものではない。例えば、ミラー２０４を設けずに、光源１０２、集光レンズ５０４及び被加工物Ｗが載置されるステージ５１０を一直線上に配置することも可能である。

１０、１０Ａ…亀裂検出装置、１００…光源部、１０２…光源、１０４…コリメートレンズ、１０６、１０８…制限部材、２００…照明光学系、２０２…リレーレンズ、２０４…ミラー、２０６…リレーレンズ、３００…界面検出用光学系、３０２…ハーフミラー、３０４…リレーレンズ、３０６…ハーフミラー、３０８…光検出器、４００…亀裂検出用光学系、４０２…リレーレンズ、４０４…ハーフミラー、４０６、４０８…光検出器、５００…制御部、５０２…フォーカス調整機構、５０４…集光レンズ、５０６…操作部、５０８…表示部

Claims (6)

1. 主光軸に沿って検出光を出射する光源部と、
   前記主光軸と同軸のレンズ光軸を有し、前記光源部から出射した前記検出光を被加工物に集光させる集光レンズと、
   前記主光軸に沿って出射された検出光を前記被加工物に照射して前記被加工物からの第１の反射光を検出し、前記第１の反射光に対応する検出信号に基づき、前記被加工物の表面又は裏面を示す界面位置を検出する界面検出手段と、
   前記主光軸から偏心した検出光により前記被加工物を偏射照明して前記被加工物からの第２の反射光を検出し、前記第２の反射光に対応する検出信号に基づき、前記界面位置を基準として前記被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出手段と、
   を備える亀裂検出装置。
2. 前記界面検出手段は、
   前記第１の反射光を受光する受光面を有する光検出器と、
   前記受光面側に配置され、前記受光面に入射する前記第１の反射光の一部を遮光するピンホールパネルとを備え、
   前記ピンホールパネルに形成されたピンホールは、前記集光レンズの集光点の位置と光学的に共役関係になるように配置されており、
   前記界面検出手段は、前記ピンホールを通過した前記第１の反射光に基づいて、前記界面位置を検出する、
   請求項１記載の亀裂検出装置。
3. 前記集光レンズの集光点を前記被加工物の厚さ方向に変化させる集光点変更手段を備え、
   前記亀裂検出手段は、前記集光点変更手段により前記集光レンズの集光点を前記被加工物の厚さ方向に変化させたときの前記検出信号の変化に基づいて前記亀裂の亀裂深さを検出する、
   請求項１又は２記載の亀裂検出装置。
4. 前記光源部は、開口部を有し、前記検出光の一部を遮光する制限部材を備え、
   前記光源部の光源光軸から偏心した位置に前記開口部を位置させることにより、前記検出光を前記主光軸に対して偏心させる、
   請求項１から３のいずれか１項記載の亀裂検出装置。
5. 前記亀裂検出手段は、前記検出光の偏射照明の方法を切り替えて前記亀裂深さを複数回検出し、前記複数回の亀裂深さの検出結果の平均値を算出する、
   請求項１から４のいずれか１項記載の亀裂検出装置。
6. 光源部から主光軸に沿って出射された検出光を被加工物に照射して前記被加工物からの第１の反射光を検出し、前記第１の反射光に対応する検出信号に基づき、前記被加工物の表面又は裏面を示す界面位置を検出する界面検出工程と、
   前記光源部から出射され、前記主光軸から偏心した検出光により前記被加工物を偏射照明して前記被加工物からの第２の反射光を検出し、前記第２の反射光に対応する検出信号に基づき、前記界面位置を基準として前記被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出工程と、
   を備える亀裂検出方法。

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