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。まず、亀裂検出装置の概要について説明する。
[亀裂検出装置]
図1は、本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置を示すブロック図である。
亀裂検出装置10は、被加工物であるウェーハWの内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工装置(不図示)と組み合わせて使用される装置であり、例えば、レーザ加工装置の加工ヘッドと一体的に移動可能に設けられる。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、レーザ加工装置の構成については説明を省略する。
本実施形態に係る亀裂検出装置10は、シリコンウェーハ等のウェーハWに対して検出光L1を照射し、ウェーハWからの反射光L2を検出することで、ウェーハ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、以下の説明では、ウェーハ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方向をウェーハWの厚さ方向とする3次元直交座標系を用いる。また、図1において、ウェーハWの下面Wa(ステージ510に接する面)がウェーハWの表面(デバイス面)となり、ウェーハWの上面WbがウェーハWの裏面(デバイス面とは反対側の面)となるように、ウェーハWはステージ510上に載置される。
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、集光点位置移動機構502、対物レンズ504、操作部506及び表示部508を含んでいる。
光源部100は、検出光L1を出射する。検出光L1は、ウェーハWの界面位置の検出、及びウェーハWの内部に形成された亀裂Kの検出に用いられる。ここで、ウェーハWがシリコンウェーハの場合、検出光L1としては、ウェーハWに対して透過性を有する光、例えば、波長1,000nm以上の赤外光を用いる。
光源部100は、光源102A、102B及び102C並びにハーフミラー104を含んでいる。光源102A、102B及び102C並びにハーフミラー104は、対物レンズ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102A、102B及び102Cは、主光軸AXに沿って検出光L1を出射する。光源102A、102B及び102Cとしては、例えば、レーザ光源(赤外線レーザ光源、レーザーダイオード)、又はLED(Light Emitting Diode)光源を用いることができる。
光源102Aは、対物レンズ504の対物レンズ瞳504aの略全面を照明することが可能なレーザ開口を有している。光源102Aは、後述の界面検出に用いられる。
光源102B及び102Cは、対物レンズ504の対物レンズ瞳504aのうち、主光軸AX(レンズ光軸)から偏心した一部のみを照明することが可能なレーザ開口をそれぞれ有している。光源102B及び102Cは、後述の亀裂検出に用いられる。
なお、本実施形態では、界面検出用の開口(光源102A)と亀裂検出用の開口(光源102B及び102C)を別々に設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、1つの開口を兼用して、遮光手段を用いて界面検出用の開口と亀裂検出用の開口とを切り替えてもよい。
ハーフミラー104は、界面検出用の光源102Aから出射される検出光L1を反射し、亀裂検出用の光源102B及び102Cから出射される検出光L1を透過させる。以下、図示は省略するが、光源102A、102B及び102Cから出射される検出光L1をそれぞれL1(A)、L1(B)及びL1(C)とする。
なお、本実施形態では、ハーフミラー104に代えて、全反射ミラー又はダイクロイックミラーを用いることも可能である。この場合、界面検出時に光路上のハーフミラー104の位置にミラーを挿入し、亀裂検出時に光路からミラーを退避させればよい。
光源102A、102B及び102Cは、それぞれ制御部500と接続されており、制御部500により光源102A、102B及び102Cの出射制御が行われる。
制御部500は、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、PLC(Programmable Logic Controller)等により実現される。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)、ROM(Read Only Memory)、制御プログラムを格納するストレージデバイス(例えば、HDD(Hard Disk Drive)又はSSD(Solid State Drive)等)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。
操作部506は、操作者による操作入力を受け付ける手段であり、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネル等を含んでいる。
表示部508は、亀裂検出装置10の操作のための操作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。
照明光学系200は、光源部100から出射された検出光L1を対物レンズ504に導光する。照明光学系200は、リレーレンズ202及び206と、ミラー204(例えば、全反射ミラー)とを含んでいる。
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。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を透過した後、ハーフミラー304及びハーフミラー302によって順次反射されて対物レンズ504に向けて出射される。
ウェーハWによって反射されてハーフミラー302を透過して戻ってきた戻り光(観察光)は、観察光学系600(例えば、フォトディテクタ等)を用いて観察可能となっている。なお、観察光学系600を用いない場合には、ハーフミラー302に代えてダイクロイックミラー又は全反射ミラーを用いることができる。
対物レンズ504は、照明光学系200から出射された検出光L1をウェーハWに集光(合焦)させる。対物レンズ504は、ウェーハ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。
集光点位置移動機構502は、検出光L1の集光点の位置をZ方向(対物レンズ504の光軸方向)に変化させる。集光点位置移動機構502は、対物レンズ504をZ方向に移動させるアクチュエータ(不図示)を含む。ここで、例としてピエゾアクチュエータを用いる場合について説明するが、任意のアクチュエータを用いることができる。集光点位
置移動機構502は、制御部500の制御に従ってピエゾアクチュエータを駆動することにより、対物レンズ504をZ方向に移動させる。これにより、対物レンズ504とウェーハWとのZ方向の相対距離を変化させて、検出光L1の集光点のZ方向における位置を調整(微調整)することができる。
また、集光点位置移動機構502は、ステージ510に対して亀裂検出装置10をZ方向に移動させるZ駆動機構を含んでいてもよい。Z駆動機構は、亀裂検出装置10をZ方向に移動させることにより、ピエゾアクチュエータよりも大きな調整幅で、対物レンズ504とウェーハWとのZ方向の位置合わせ(粗調整)を行う。
上記のように、Z駆動機構による集光点の位置調整(粗調整)と、ピエゾアクチュエータによる集光点の位置調整(微調整)とを組み合わせる場合、ピエゾアクチュエータのみの場合に比べて、検出光L1の集光点のZ方向の位置の調整の自由度(調整幅)が広がる。これにより、様々な厚さのウェーハWに対して亀裂検出等が可能となる。
なお、Z駆動機構は、ステージ510をZ方向に駆動させる機構であってもよいし、亀裂検出装置10とステージ510の両方をZ方向に駆動させる機構であってもよい。また、Z駆動機構は、レーザ加工装置の加工ヘッドを移動させる駆動機構を兼ねていてもよい。
対物レンズ504によって集光され、ウェーハ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、ウェーハWの界面検出及び亀裂の検出に用いられる。
[亀裂検出の手順]
本実施形態では、ウェーハWの下面Wa(ステージ510に接する面であって、例えば、ウェーハWのおもて面(デバイス面))の界面位置を検出し、その後、ウェーハWの下面Waの界面位置を基準として亀裂深さを検出する例について説明する。
なお、本実施形態では、ウェーハWの下面Waを基準として亀裂深さの検出を行うようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ウェーハWの上面Wb(ウェーハWの裏面)を基準として亀裂深さの検出を行ってもよいし、ウェーハWの下面Wa及び上面Wbの双方の界面位置をそれぞれ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]
まず、コンフォーカルフォーカス機構を用いたウェーハWの界面検出の概要について説明する。より詳しくは後述する。
界面検出用光学系300は、ウェーハWの界面(下面Wa又は上面Wb)の検出を行うための光学系であり、ハーフミラー302、ハーフミラー304、リレーレンズ306、ハーフミラー308及び光検出器310を含んでいる。
ウェーハWの界面として、ウェーハWの下面Waを検出するときには、制御部500は、光源102Aを発光させて、検出光L1(A)をウェーハ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。
光源102Aからの検出光L1(A)(第1検出光)は、対物レンズ504の対物レンズ瞳504aと略同じ大きさの開口を有するレーザ光であり、ハーフミラー304及びハーフミラー302によって順次反射されて対物レンズ504に導光される。検出光L1(
A)は、対物レンズ504の対物レンズ瞳504aの略全面に照射される。
ここで、検出光L1(A)がウェーハWにより反射された反射光をL2(A)(第1の反射光)とする。反射光L2(A)は、ハーフミラー302によって反射され、ハーフミラー304を透過した後リレーレンズ306に導光される。リレーレンズ306を透過した反射光L2(A)は、ハーフミラー308によって反射されて光検出器310に導光される。
光検出器310は、ウェーハWからの反射光L2(A)を受光して、ウェーハWの界面の検出を行うための装置であり、検出器本体310A及びピンホールパネル310Bを含んでいる。
検出器本体310A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)又は赤外線カメラ等を用いることができる。
ピンホールパネル310Bには、入射光の一部を透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310Bは、検出器本体310Aの受光面に対して上流側に配置されており、ピンホールパネル310Bのピンホールが反射光L2(A)の光軸上に位置するように配置されている。ピンホールパネル310Bのピンホールの位置は、対物レンズ504の集光点(前側焦点位置)と光学的に共役関係にある(コンフォーカルピンホール)。また、ピンホールパネル310Bのピンホールの大きさは、対物レンズ504の回折限界程度に調整されている。
ウェーハWにより反射された反射光L2(A)は、対物レンズ504の集光点と光学的に共役な位置にあるピンホールパネル310Bのピンホールの位置に集光する。そして、対物レンズ504の集光点が反射面となるウェーハWの下面Waと一致した場合、検出光L1(A)の光束はウェーハWの下面Waで反射されて、平行光束となって対物レンズ504を透過して戻ってくる。したがって、検出器本体310Aから出力される信号Sは、対物レンズ504の集光点が反射面となるウェーハWの下面Waの位置と一致したときに鋭いピークを有することになる。
制御部500は、光源102Aからの検出光L1(A)をウェーハWに照射しながら、集光点位置移動機構502により対物レンズ504とウェーハWとの間の相対距離を変化させて、検出光L1(A)の集光点の位置(すなわち、対物レンズ504の前側焦点位置)をZ方向に移動させる。これにより、検出光L1(A)の集光点がZ方向に走査される。制御部500は、検出光L1(A)の集光点がZ方向に走査されたときのウェーハWからの反射光L2(A)を光検出器310により検出し、この光検出器310からの信号のピークを検出することにより、ウェーハWの下面Waの界面位置Z(0)を検出する。
なお、本実施形態では、コンフォーカル法を用いてウェーハWの界面検出を行うようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、非点収差法、白色干渉法等のその他の焦点検出方法を用いてもよい。
[亀裂検出用光学系]
次に、ウェーハWの内部に形成された亀裂Kの検出について説明する。ここでは、分かりやすくするために、ウェーハWの厚さ方向に対する亀裂Kの傾斜を考慮しないで説明する。
亀裂検出用光学系400は、リレーレンズ402、光検出器404及び406を含んで
いる。
ウェーハ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、光源102B及び102Cを発光させて、検出光L1(B)及びL1(C)(第2検出光)をウェーハWに照射する。ここで、制御部500、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。光源102B及び102Cは、それぞれ主光軸AXからずれた位置にレーザ開口を有している。これにより、主光軸AXに対して偏心した検出光L1(B)及びL1(C)がウェーハWに照射される。なお、光源部100、照明光学系200、及び対物レンズ504は、偏射照明手段の一例である。
検出光L1(B)及びL1(C)がウェーハWによりそれぞれ反射された反射光L2(B)及びL2(C)(第2の反射光)は、ハーフミラー302によって反射された後、ハーフミラー304、リレーレンズ306及びハーフミラー308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(B)及びL2(C)は、光検出器404及び406により受光される。
なお、界面検出用光学系300では、ハーフミラー308に代えて全反射ミラー又はダイクロイックミラー等を用いることも可能である。この場合、界面検出時に光路上のハーフミラー308の位置にミラーを挿入し、亀裂検出時に光路上からミラーを退避させればよい。
光検出器404及び406は、ウェーハWからの反射光L2(B)及びL2(C)を受光して、ウェーハ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404及び406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)又は赤外線カメラ等を用いることができる。
光検出器404及び406は対物レンズ瞳504aと共役位置に配置され、さらに、検出光L1(B)及びL1(C)を受光するよう対物レンズ504の光軸からずれた位置に配置されている。
図2から図4は、ウェーハ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は対物レンズ504の集光点に亀裂Kが存在する場合、図3は対物レンズ504の集光点に亀裂Kが存在しない場合、図4は対物レンズ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。
また、図5から図7は、光検出器404及び406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。
また、図8は、ウェーハWからの反射光L2が対物レンズ瞳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、対物レンズ瞳504aの一方側(図8の右側)の第1領域G1を通過して、ウェーハ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、対物レンズ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、対物レンズ瞳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、光源部100からの検出光L1が対物レンズ504を介してウェーハWに照射されるときの検出光L1の経路をR1としたとき、ウェーハ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をたどって対物レンズ瞳504aの第1領域G1を
通過する。
図3に示すように、対物レンズ504の集光点に亀裂Kが存在しない場合には、検出光L1はウェーハWの下面Waで反射し、その反射光L2は対物レンズ瞳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、ウェーハWの下面Wa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をたどって対物レンズ瞳504aの第2領域G2を通過する。
図4に示すように、対物レンズ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、反射光成分L2aと非反射光成分L2bとに分割される。反射光成分L2aは、亀裂Kで全反射した後、下面Waで反射して、対物レンズ瞳504aの検出光L1と同じ側の領域に到達し、非反射光成分L2bは、亀裂Kで全反射されずにウェーハWの下面Waで反射して対物レンズ瞳504aの検出光L1と反対側の領域に到達する。すなわち、図8に示すように、反射光L2のうち、ウェーハ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をたどって対物レンズ瞳504aの第1領域G1を通過するとともに、亀裂Kで全反射されずにウェーハWの下面Wa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をたどって対物レンズ瞳504aの第2領域G2を通過する。
光検出器404及び406は、それぞれが対物レンズ瞳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、光検出器404及び406は、それぞれ対物レンズ瞳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。
ここで、図2に示す例(対物レンズ504の集光点に亀裂Kが存在する場合)では、光検出器404及び406のうち、光検出器404の受光面404Cに反射光L2が入射する。このため、図5に示すように、光検出器404の受光面404Cから出力される検出信号のレベルが光検出器406の受光面406Cから出力される検出信号のレベルよりも高くなる。
一方、図3に示す例(対物レンズ504の集光点に亀裂Kが存在しない場合)では、光検出器404及び406のうち、光検出器406の受光面406Cに反射光が入射する。このため、図6に示すように、光検出器406の受光面406Cから出力される検出信号のレベルが光検出器404の受光面404C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(対物レンズ504の集光点と亀裂Kの下端位置とが一致する場合)では、光検出器404及び406の受光面404C及び406Cに反射光L2の各成分L2a、L2bがそれぞれ入射する。このため、図7に示すように、光検出器404及び406の受光面404C及び406C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、光検出器404及び406の受光面404C及び406Cで受光される光量は、対物レンズ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、ウェーハ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、光検出器404及び406の受光面404C及び406C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、対物レンズ504の集光点における亀裂Kの存在を判断するための評価値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、光検出器404及び406の受光面404C及び406Cによって受光される光量が一致するとき、対物レンズ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(図1参照)は、集光点位置移動機構502(集光点変更手段)を制御して検出光L1の集光点をZ方向に移動させ、ウェーハWの下面Waの界面位置からウェーハWの厚さ方向(Z方向)に順次変化させながら、光検出器404及び406の受光面404C及び406C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及び集光点位置情報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、亀裂深さの検出は、ウェーハWのいずれの面を基準にしてもよい。例えば、ウェーハWの上面Wbを基準として亀裂深さの検出を行ってもよいし、ウェーハWの下面Waを基準として亀裂深さの検出を行ってもよい。また、ウェーハWの上面Wb及び下面Waの双方の界面位置をそれぞれ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。
[制御部の機能構成]
図9は、制御部500の機能ブロック図である。図9に示すように、制御部500は、界面検出部520、第1亀裂検出部530、第2亀裂検出部540及び亀裂傾斜状態検出部550を備える。
界面検出部520は、検出光L1(A)の集光点がZ方向に走査されたときに光検出器310から出力された検出信号(フォーカス信号;ウェーハWからの反射光L2(A)の光強度信号)から検出信号レベルのピークを検出し、ピーク値に対応する対物レンズ504の位置をウェーハWの界面の位置として検出する。
第1亀裂検出部530は、光検出器404から出力された検出信号のレベルの変化に基づいて亀裂Kの上下端(両端)Kt及びKbの位置を検出する。この検出結果は第1領域G1側において検出される亀裂Kの上下端Kt及びKbの位置に相当する。更に、第1亀裂検出部530は、第1領域G1側において検出された亀裂Kの上下端Kt及びKbの位置に基づいてウェーハWの厚さ方向における亀裂Kの長さ(第1亀裂長さ)を検出する。
第2亀裂検出部540は、光検出器406から出力された検出信号のレベルの変化に基づいて亀裂Kの上下端Kt及びKbの位置を検出する。この検出結果は第2領域G2側において検出される亀裂Kの上下端Kt及びKbの位置に相当する。更に、第2亀裂検出部540は、第2領域G2側において検出された亀裂Kの上下端Kt及びKbの位置に基づいてウェーハWの厚さ方向における亀裂Kの長さ(第2亀裂長さ)を検出する。
亀裂傾斜状態検出部550は、第1亀裂検出部530によって検出された第1亀裂長さ及び第2亀裂検出部540によって検出された第2亀裂長さに基づいてウェーハWの厚さ方向に対する亀裂Kの傾斜状態を検出する。
より詳しくは、亀裂傾斜状態検出部550は、第1亀裂検出部530によって検出された第1亀裂長さと、第2亀裂検出部540によって検出された第2亀裂長さとを比較し、比較した結果に基づいて、ウェーハWの厚さ方向に対する亀裂Kの傾斜方向を判定する傾斜方向判定部552を備えている。
更に、亀裂傾斜状態検出部550は、主光軸AXに対する検出光L1(L1(B)及びL1(C))の入射角度、第1領域G1側で検出される亀裂Kの長さ、及び、第2領域G2側で検出される亀裂Kの長さに基づいて、ウェーハWの厚さ方向に対する亀裂Kの傾斜角度を算出する傾斜角度算出部554を備えている。
亀裂傾斜状態検出部540(傾斜方向判定部552及び傾斜角度算出部554)で検出された亀裂Kの傾斜状態(傾斜方向及び傾斜角度)は表示部508に出力される。
[亀裂の傾斜角度の検出原理]
続いて、亀裂傾斜状態検出部540において行われる亀裂Kの傾斜角度及び傾斜方向の検出原理と、傾斜角度の算出方法とについて、詳述する。まず、図10及び図11を用いて亀裂の傾斜角度を検出する原理について概説する。図10はウェーハWの厚さ方向(Z方向であり、主光軸AXと平行である)に対して亀裂Kが傾斜していない場合における、亀裂Kと、検出光L1(B)及びL1(B)との幾何学的位置関係を示す図である。
図10において、符号10Aは対物レンズ504に対する、亀裂K、検出光L1(B)及びL1(B)の全体の位置関係を示し、符号10Bは対物レンズ504に対する、亀裂Kと検出光L1(B)との位置関係(対物レンズ瞳504aの第1領域G1側に関する位置関係)をより詳しく示し、符号10Cは対物レンズ504に対する亀裂Kと検出光L1(C)との位置関係(対物レンズ瞳504aの第2領域G2側に関する位置関係)をより詳しく示す。検出光L1(B)は主光軸AX(対物レンズ504の光軸と重なっている)に対して既知の入射角度α(度)で照射され、検出光L1(C)は主光軸AXに対して既知の入射角度β(度)で照射されると仮定する。
図2から図4を用いて説明したように、亀裂検出では、主光軸AX上に亀裂Kがくるように対物レンズ504とウェーハWとが位置合わせされた状態で、主光軸AXに対して偏心した検出光L1(L1(B)及びL1(C))がウェーハWに照射される。そして、制御部500は対物レンズ504をウェーハWの厚さ方向(Z方向)に移動させ、それぞれの対物レンズ504の集光点の位置において反射光L2(L2(B)及びL2(C))を検出している。
図10の符号10B及び符号10Cに示すように、ウェーハWの厚さ方向に対して亀裂Kが傾斜していない場合、ウェーハWの内部に形成された亀裂Kの上下端Kt及びKbは主光軸AX上に存在し、亀裂K全体は主光軸AXとほぼ完全に重なり合う。そのため、符号10B及び符号10Cに示すように、第1領域G1側で検出される亀裂Kの上下端の位置Pt(B)及びPb(B)は、第2領域G2側で検出される亀裂Kの上下端の位置Pt(C)及びPb(C)と一致する。
従って、第1領域G1側で検出される亀裂Kの上下端の位置Pt(B)とPb(B)との間の距離(第1領域G1側で検出された亀裂Kの長さであり、第1亀裂長さに相当)KL(B)は、第2領域G2側で検出される亀裂Kの上下端の位置Pt(C)とPb(C)との間の距離KL(C)(第2領域G2側で検出された亀裂Kの長さであり、第2亀裂長さに相当)と一致する。
図11はウェーハWの厚さ方向に対して亀裂Kが第1領域G1側に傾斜角度θ(度)で傾斜している場合における、対物レンズ504に対する、亀裂K、検出光L1(B)及びL1(B)の幾何学的位置関係を示す。図10と同様に、図11において、符号11Aは対物レンズ504に対する、亀裂K、検出光L1(B)及びL1(B)の全体の位置関係を示し、符号11Bは対物レンズ瞳504aの第1領域G1側に関する位置関係を示し、符号11Cは対物レンズ瞳504aの第2領域G2側に関する位置関係を示す。
図11において、対物レンズ504、検出光L1(B)及び検出光L1(C)の幾何学的位置関係は図10と同様であるため、説明は省略する。図11では、主光軸AX上に亀裂Kの下端Kbがくるように対物レンズ504とウェーハWとが位置合わせされていると仮定する。
まず、符号11Bを用いて第1領域G1側について説明する。亀裂KがウェーハWの厚さ方向に対して傾斜している場合、図11の符号11Bに示すように、亀裂Kの上端Ktを通過する検出光L1(B)と、主光軸AX(対物レンズ504の光軸)とが交差する交点の位置をPt(B)とした場合、本実施形態における亀裂検出が行われると、主光軸AX上の位置Pt(B)が、第1領域G1側の検出光L1(B)を用いて検出された亀裂Kの上端Ktの位置として検出される。このとき検出された位置Pt(B)は、実際の亀裂Kの上端Ktの位置よりも低い位置となる。
符号11Cに示すように、第1領域G1側と同様に、第2領域G2側においても、亀裂KはウェーハWの厚さ方向に対して傾斜している場合、亀裂Kの上端Ktを通過する検出光L1(C)と、主光軸AXとが交差する交点の位置をPt(C)とした場合、本実施形態における亀裂検出が行われると、主光軸AX上の位置Pt(C)が、第2領域G2側の検出光L1(C)を用いて検出された亀裂Kの上端Ktの位置として検出される。このとき検出された位置Pt(C)は、実際の亀裂Kの上端Ktの位置よりも高い位置となる。
なお、亀裂Kの下端Kbは主光軸AX上に位置合わせされているため、第1領域G1側で検出される亀裂Kの下端KbのZ方向の位置Pb(B)は第2領域G2側で検出される亀裂Kの下端Kbの位置Pb(C)とほぼ一致する。
従って、ウェーハWの厚さ方向に対して亀裂Kが第1領域G1側に傾斜している場合、第1領域G1側で検出される亀裂Kの上下端の位置Pt(B)とPb(B)との間の距離KL(B)は、第2領域G2側で検出される亀裂Kの上下端の位置Pt(C)とPb(C)との間の距離KL(C)よりも短くなる。
なお、ウェーハWの厚さ方向に対して亀裂Kが第2領域G2側に傾斜している場合、逆に、KL(B)はKL(C)よりも長くなる。このことは自明であるため、この場合についての説明は省略する。
このように、ウェーハWの厚さ方向に対して亀裂Kが傾斜している場合、第1領域G1側で検出される亀裂の長さKL(B)と第2領域G2側で検出される亀裂の長さKL(C)とに差異が生じる。制御部500は、この差異を利用して亀裂Kの傾斜状態(傾斜方向及び傾斜角度)を検出することができる。
[亀裂の傾斜角度の算出方法]
次に、図12を用いて亀裂Kの傾斜角度を算出する方法について具体的に説明する。対物レンズ504に対して、亀裂K、検出光L1(B)及びL1(B)が図11に示す幾何学的位置関係を有する場合、検出された亀裂の長さKL(B)及びKL(C)と、角度α、β及びθとから、図12に示すような三角形を作成することが可能である。
図12に示す三角形に基づいて、正弦定理を用いて亀裂Kの傾斜角度θを以下の式(2)で示すことができる。
従って、亀裂傾斜状態検出部550の傾斜角度算出部554(図9参照)は、既知の入射角度αとβ、及び、検出された亀裂の長さKL(C)とKL(B)を式(2)に代入することにより、傾斜角度θを算出することができる。また、上記のように、亀裂傾斜状態検出部550の傾斜方向判定部552(図9参照)は、亀裂の長さKL(B)とKL(C)とのいずれの方が長いか判定することにより、第1領域G1側と第2領域G2側のいずれの側に亀裂Kが傾斜しているのか検出することができる。
ここで、検出光L1(B)の入射角度αがL1(C)の入射角度βと同じ(α=β)である場合、式(2)は以下の式(3)に簡略化することができる。
この式(3)からも、第1領域G1側で検出された亀裂Kの長さと第2領域G2側で検出された亀裂Kの長さとが一致する場合、θ=0(ゼロ)となるため、亀裂Kが厚さ方向に傾斜していないことを確認することができる。
[亀裂の傾斜状態の検出方法]
次に、本実施形態の亀裂検出装置10を用いて、ウェーハWの内部に形成された亀裂Kの傾斜状態の検出方法(亀裂検出方法の一例)について説明する。図13は、ウェーハWの内部に形成された亀裂Kの傾斜状態の検出方法の流れを示したフローチャートである。
まず、図2から図8を用いて説明したように、界面検出部520は、検出光L1(A)の集光点がZ方向に走査されたときに光検出器310から出力された検出信号に基づいて、高さ位置の基準となる界面の位置、例えばウェーハWの下面Waの位置を検出する(ステップS10)。
続いて、光源102B及び102Cから、それぞれ主光軸AXに対して偏心した検出光L1(B)及びL1(C)をウェーハWに照射する(ステップS12)。
次に、第1亀裂検出部520は、下面Waの位置を基準として検出光L1(B)の集光点をウェーハWの厚さ方向に相対的に順次移動させながら、ウェーハWによって反射された検出光L1(B)の反射光L2(B)を亀裂検出用光学系400の各光検出器404で検出する。このとき、第1亀裂検出部520は、検出信号のレベルの変化に基づき、亀裂Kの上下端の位置Pt(B)及びPb(B)を、基準であるウェーハ下面からの移動量(ピエゾ移動量、対物レンズ移動量)として検出する。更に、第1亀裂検出部520は、位置Pt(B)及びPb(B)からウェーハWの厚さ方向における亀裂Kの長さである亀裂長さKL(B)を検出する(ステップS14)。
同様に、第2亀裂検出部530は、下面Waの位置を基準として検出光L1(C)の集光点をウェーハWの厚さ方向に相対的に順次移動させながら、ウェーハWによって反射さ
れた検出光L1(C)の反射光L2(C)を亀裂検出用光学系400の各光検出器406で検出する。そして、第2亀裂検出部530は、検出信号のレベルに基づき亀裂Kの上下端の位置Pt(C)及びPt(C)を検出し、さらに、位置Pt(C)及びPb(C)からウェーハWの厚さ方向における亀裂Kの長さである亀裂長さKL(C)を検出する(ステップS16)。
更に、亀裂傾斜状態検出部550は、第1亀裂検出部520によって検出された亀裂長さKL(B)及び第2亀裂検出部530によって検出された亀裂長さKL(C)に基づき、ウェーハWの厚さ方向に対する亀裂Kの傾斜状態を検出する(ステップS18)。
より具体的には、亀裂傾斜状態検出部550は、亀裂長さKL(B)と亀裂長さKL(C)との差が所定の閾値(第1閾値)よりも大きい場合に、亀裂Kが厚さ方向に対して傾斜していると判定する。
あるいは、亀裂傾斜状態検出部550は、亀裂長さKL(B)と亀裂長さKL(C)との差が所定の閾値(第2閾値)よりも小さい場合に、亀裂Kが厚さ方向に対して傾斜していないと判定してもよい。
なお、上記のように第1閾値や第2閾値を用いて亀裂Kの傾斜状態を判定する態様によれば、亀裂長さKL(B)と亀裂長さKL(C)との間に差があるか否かを単純比較する態様に比べて、亀裂Kの傾斜が微小で実質的に傾斜が生じていないとみなしうる状態(すなわち、分断後のチップの品質に影響を与えないレベル)に対しても精度良く判定を行うことが可能となる。また、第1閾値と第2閾値とは、互いに同じ値でもよいし異なる値でもよい。
また、亀裂傾斜状態検出部550の傾斜方向判定部552は、亀裂長さKL(B)と亀裂長さKL(C)とを比較し、比較した結果に基づいて亀裂Kの傾斜方向、つまり、亀裂Kが第1領域G1側及び第2領域G2側のいずれの側に亀裂Kが傾斜しているのか判定する。
さらに、亀裂Kが傾斜している場合、亀裂傾斜状態検出部550の傾斜角度算出部554は、式(2)又は式(3)に、検出された亀裂Kの長さKL(B)及びKL(C)を代入することにより、亀裂Kの傾斜角度θを算出することができる。
なお、亀裂Kが傾斜している場合、第1領域G1側で検出された亀裂Kの上端Ktの位置Pt(B)は第2領域G2側で検出された亀裂Kの上端Ktの位置Pt(C)とは一致しないが、亀裂傾斜状態検出部550は、検出された亀裂Kの長さKL(B)又はKL(C)と、傾斜角度θとから三角関数で容易に亀裂Kの上端Ktの実際の位置を算出することができる(図12に示す三角形参照)。そのため、亀裂Kが傾斜している場合でも、実際の亀裂Kの深さ位置及び長さを正確に算出することができる。
[具体例]
続いて、図14を用いて、亀裂KがウェーハWの厚さ方向に対して傾斜していない場合と傾斜している場合とにおける亀裂検出の具体例について説明する。図14の符号14A及び符号14Bに示すグラフにおいて、横軸は、検出光L1(B)及びL1(C)の集光点(対物レンズ504の集光点)の位置を示す対物レンズ504の移動量(集光点位置移動機構502のピエゾ移動量)であり、縦軸は各光検出器404及び406の検出信号のレベル(強度)である。
なお、実線は光検出器404による検出信号を示し、第1領域G1側で得た検出結果に
相当する。点線は光検出器406による検出信号を示し、第2領域G2側で得た検出結果に相当する。
亀裂検出において、亀裂Kの上下端Kt及びKbにより検出光L1(B)及びL1(C)が半分遮られるため、光検出器404及び406の検出信号のレベルが半分になる(つまり、信号レベルの最大値と信号レベルの最小値の差が半分になる)時における対物レンズ504の位置が亀裂の上下端Kt及びKbの位置に対応する。
図14の符号14Aは、図10に示すように亀裂KがウェーハWの厚さ方向に対して傾斜していない場合に亀裂検出を行った結果を示すグラフである。符号14Aに示すように、亀裂KがウェーハWの厚さ方向に対して傾斜していない場合、第1領域G1側で検出される亀裂Kの上下端の位置Pt(B)及びPb(B)は、第2領域G2側で検出される亀裂Kの上下端の位置Pt(C)及びPb(C)とほぼ一致する。
従って、第1領域G1側で検出される亀裂Kの長さKL(B)は第2領域G2側で検出される亀裂Kの長さKL(C)とほぼ一致する。その結果、亀裂傾斜状態検出部550は、亀裂KがウェーハWの厚さ方向に対して傾斜していないことを検出することができる(傾斜角度θは約0度)。
図14の符号14Bは、図11に示すように亀裂KがウェーハWの厚さ方向に対して傾斜角度θで第1領域G1側に傾斜している場合に亀裂検出を行った結果を示すグラフである。亀裂KがウェーハWの厚さ方向に対して傾斜している場合であっても、亀裂Kの下端Kbは主光軸AX(対物レンズ504の光軸)上に位置合わせされているため、符号14Bに示すように第1領域G1側で検出される亀裂Kの下端KbのZ方向の位置Pb(B)は第2領域G2側で検出される亀裂Kの下端Kbの位置Pb(C)とほぼ一致する。
しかし、第1領域G1側で検出される亀裂Kの上端Ktの位置Pt(B)は、第2領域G2側で検出される亀裂Kの上端Ktの位置Pt(C)と一致しない。ゆえに、第1領域G1側で検出される亀裂Kの長さKL(B)は、第2領域G2側で検出される亀裂Kの長さKL(C)と一致しない。これにより、亀裂傾斜状態検出部550は、例えば、長さKL(B)KL(C)の差が所定の値(第1閾値)よりも大きいため、亀裂KがウェーハWの厚さ方向に対して傾斜していると判定することができる。
また、第1領域G1側で検出される亀裂Kの長さKL(B)は第2領域G2側で検出される亀裂Kの長さKL(C)よりも短くなっている。従って、亀裂傾斜状態検出部550の傾斜方向判定部552は、亀裂Kが第1領域G1側に傾斜していることを検出することができる。
更に、亀裂傾斜状態検出部550の傾斜角度算出部554は、式(2)又は式(3)に、検出された亀裂Kの長さKL(B)及びKL(C)を代入することにより、亀裂Kの傾斜角度θを算出することができる。
なお、亀裂Kが傾斜している場合、第1領域G1側で検出された亀裂Kの上端Ktの位置Pt(B)は第2領域G2側で検出された亀裂Kの上端Ktの位置Pt(C)とは一致しないが、亀裂傾斜状態検出部550は、検出された亀裂Kの長さKL(B)又はKL(C)と、傾斜角度θとから三角関数で容易に亀裂Kの上端Ktの実際の位置を算出することができる。
制御部500は、検出された亀裂Kの深さ位置、傾斜方向及び傾斜角度を、表示部508へ出力する。ユーザは、表示部508に出力された情報に基づいて亀裂Kが良好に形成
されたか否かを判断することができる。例えば、ユーザは、亀裂Kの深さ位置に加え、傾斜角度θを考慮して、割断プロセスにおいてチップが良好に分断されるか否かを精度よく予測することが可能となる。
例えば、ユーザは、亀裂Kの深さ位置、傾斜方向及び傾斜角度θから、ウェーハWの分断した際の分断面の位置及び形状を予測することができる。また、例えば、ユーザは、亀裂Kの深さ位置が適切であっても、傾斜角度θが大きすぎるためにウェーハWを良好に分断できないことを予想することができる。
[変形例]
亀裂Kが厚さ方向に対して傾斜している場合に亀裂Kの下端Wbを主光軸AXに位置合わせした状態で亀裂検出を行うと仮定して説明したが、亀裂Kの上端Wtを主光軸AXに位置合わせした状態で亀裂検出を行ってもよい。
[発明の効果]
このように、本実施形態によれば、亀裂検出時に、亀裂Kの深さ位置だけでなく、ウェーハWの厚さ方向に対する亀裂Kの傾斜状態を検出することができる。特に本実施形態では、亀裂Kの傾斜状態として、亀裂Kの傾斜方向や傾斜角度を検出することが可能である。これにより、割断プロセスにおいてチップが良好に分断されるか否かを精度よく予測することが可能となる。
本実施形態によれば、新規な検出器を追加することなく、亀裂検出用光学系400を用いて亀裂Kの傾斜状態を検出することが可能であるため、低コストで本実施形態に係る亀裂検出装置及び方法を実現することが可能である。
本実施形態によれば、亀裂検出用光学系400を用いて非破壊且つ非接触で亀裂Kの傾斜方向及び傾斜角度θを検出することができるため、効率的に加工品質を評価することが可能である。
検出光L1(B)及びL1(C)の入射角度が同じ角度に設定されている場合、式(3)により亀裂Kの傾斜角度θを算出することが可能である。検出光L1(B)及びL1(C)の入射角度が互いに異なる角度に設定されている場合であっても、式(2)により亀裂Kの傾斜角度θを算出することが可能である。
以上、本発明の例に関して説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。