CN107199409A - 被加工物的内部检测装置和内部检测方法 - Google Patents

被加工物的内部检测装置和内部检测方法 Download PDF

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Abstract

提供被加工物的内部检测方法和内部检测装置，不对晶片进行实际分割便能够对加工痕进行检测。该装置至少包含：保持构件，其保持被加工物；照明构件，其向被加工物照射具备对于被加工物具有透过性的波长的光；拍摄构件，其拍摄被加工物；和反射镜，其与被加工物的侧面对置配设，将来自侧面的光反射而引导到拍摄构件，该方法包含：保持工序，将被加工物保持在保持构件上；照明工序，向被加工物照射具备对于被加工物具有透过性的波长的光；反射镜定位工序，将反射镜定位在与被加工物的侧面对置的位置，将来自侧面的光反射而引导到拍摄构件；和加工痕检测工序，利用拍摄构件拍摄被加工物的侧面，对形成在被加工物的内部的加工痕进行检测。

Description

被加工物的内部检测装置和内部检测方法
技术领域
本发明涉及被加工物的内部检测装置和内部检测方法，对因向被加工物例如硅晶片等的内部照射激光光线而形成的改质层等加工痕进行检测。
背景技术
通过切割装置将由分割预定线划分并在正面上形成有IC、LSI等多个器件的晶片分割成各个器件并应用在移动电话、个人计算机等电子设备中。
并且，作为将由分割预定线划分并在正面上形成有多个器件的晶片分割成各个器件的技术，除了使用上述的切割装置之外，申请人提出了如下技术：将对于晶片具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在晶片的内部而进行照射，沿着分割预定线形成改质层，之后，施加外力而将晶片分割成各个器件(例如，参照专利文献1。)，进而，还提出了如下方案：对会聚脉冲激光光线的聚光透镜的数值孔径进行适当地设定，沿着分割预定线照射由聚光透镜会聚的脉冲激光光线而使细孔和对该细孔进行盾构的非晶质在位于单晶基板的聚光点与脉冲激光光线所入射的一侧之间成长，从而形成所谓的盾构隧道，施加外力将晶片分割成各个器件的技术(例如，参照专利文献2。)。
上述那样的将晶片分割成各个器件的技术日新月异，特别是在照射激光光线而在单晶基板的内部形成上述的改质层、盾构隧道等加工痕并施加外力将晶片分割成各个器件的情况下，照射该激光光线的各种条件例如输出、重复频率、由聚光透镜设定的数值孔径、聚光点位置等的变化会对形成在晶片的内部的加工痕的形成带来影响。因此，为了提高加工效率及产品品质，需要认真研究激光光线的照射条件的变更对加工痕的形成带来怎样的影响。
专利文献1：日本特许第3408805号公报
专利文献2：日本特开2014-221483号公报
如果是使用切削刀具来切削晶片的切割装置，则在加工中途也能够容易地从外部对由切削刀具形成的切入深度等加工状态进行检测，但在使用了照射激光光线而在晶片的内部形成改质层、盾构隧道等的加工方法的情况下，由于很难从外部准确地把握形成在内部的加工痕的尺寸或形状等，所以在实施了激光加工之后，沿着加工痕施加外力而对晶片进行实际分割，对该分割面进行观察而对通过激光光线形成的状态进行把握。
然而，在将晶片分割成各个器件之后对分割面进行观察的情况下，由于形成在内部的加工痕会被破坏，所以不能对破坏前的加工痕的状态例如所形成的改质层的高度等进行严密地观察。并且，对照射激光光线时的各种条件进行变更而形成改质层、盾构隧道等，沿着分割预定线施加外力而进行分割，之后，即使想要对该分割面进行观察，也存在如下问题：当所形成的改质层或盾构隧道不充分时，无法按照预想的那样分割晶片，即使对分割面进行观察也未必能够对形成在内部的改质层等加工痕进行准确地检验。
发明内容
本发明是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于，提供被加工物的内部的检测方法和检测装置，不用对晶片进行实际分割便能够对因向被加工物照射激光光线而形成在内部的加工痕进行检测。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供被加工物的内部检测装置，其对因向被加工物照射激光光线而形成在内部的加工痕进行检测，其中，该被加工物的内部检测装置至少包含：保持构件，其对被加工物进行保持；照明构件，其向该被加工物照射具备对于该被加工物具有透过性的波长的光；拍摄构件，其对该被加工物进行拍摄；以及反射镜，其与该被加工物的侧面对置地配设，将来自该侧面的光反射而引导到该拍摄构件。
并且，根据本发明，提供被加工物的内部检测方法，对因向被加工物照射激光光线而形成在内部的加工痕进行检测，其中，该被加工物的内部检测方法包含如下的工序：保持工序，将被加工物保持在保持构件上；照明工序，向该被加工物照射具备对于该被加工物具有透过性的波长的光；反射镜定位工序，将反射镜定位在与该保持构件所保持的该被加工物的侧面对置的位置，将来自该侧面的光反射而引导到拍摄构件；以及加工痕检测工序，利用该拍摄构件对该被加工物的侧面进行拍摄，对形成在该被加工物的内部的该加工痕进行检测。
优选该被加工物的内部检测方法还包含如下的平坦化工序：当在该被加工物的内部形成该加工痕之前或形成了该加工痕之后，在该侧面形成用于检测该加工痕的平坦部。
根据本发明的被加工物的内部检测装置和内部检测方法，不用对被加工物进行实际分割便能够通过从被加工物的侧面透过的光对加工痕的尺寸、形状等进行检测。并且，本发明的内部检测装置包含：照明构件，其照射具备对于该保持构件所保持的被加工物具有透过性的波长的光；拍摄构件，其对该保持构件所保持的被加工物进行拍摄；反射镜，其配设在该保持构件所保持的被加工物的侧面，将来自该侧面的光反射而引导到该拍摄构件，因此，该被加工物的内部检测装置能够容易且低成本地由已知的激光加工装置构成，其中，该已知的激光加工装置例如具有照射出对于被加工物具有透过性的光的红外线照射构件和由红外线照相机等构成的拍摄构件。
附图说明
图1是根据本发明来实施被加工物的内部检测方法的内部检测装置所适用的激光加工装置。
图2是用于说明在图1所示的激光加工装置中构成内部检测装置的状态的说明图。
图3是用于说明适用于本发明的内部检测装置的、在被加工物上形成平坦部的平坦化工序的说明图。
图4的(a)和(b)是说明在图1所示的激光加工装置中对被加工物实施激光加工的状态的说明图。
图5的(a)和(b)是用于对本发明的加工痕检测工序进行说明的说明图。
图6的(a)、(b)和(c)是用于说明在本发明的内部检测装置中在形成加工痕并实施了加工痕检测工序之后实施平坦化工序的状态的说明图。
标号说明
10：硅晶片；12、12′：平坦部；30：切削装置；40：激光加工装置；42：保持机构；43：移动构件；44：激光光线照射构件；44a：聚光器；45：显示构件；50：拍摄构件；52：红外线光源；54：光学系统；56：具有红外线用拍摄元件的拍摄部；58：反射镜单元；581：环部；582：臂部；583：反射镜。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的被加工物的内部检测方法和内部检测装置的优选的实施方式进行详细地说明。
在图1中示出了激光加工装置40的整体立体图，其中，该激光加工装置40构成为能够具有根据本发明对被加工物的内部进行检测的内部检测装置，并且对该被加工物实施激光加工。图1所示的激光加工装置40具有基台41、对该被加工物进行保持的保持机构42、使保持机构42移动的移动构件43、向保持在保持机构42上的被加工物照射激光光线的激光光线照射构件44、显示构件45、拍摄构件50、以及由计算机构成的未图示的控制构件，该激光加工装置40构成为通过控制构件对各构件进行控制。
保持机构42包含：矩形的X方向可动板61，其以在X方向上自由移动的方式搭载在基台41上；矩形的Y方向可动板63，其以在Y方向上自由移动的方式搭载在X方向可动板61上；圆筒状的支柱60，其固定在Y方向可动板63的上表面；以及矩形的盖板62，其固定在支柱60的上端。在盖板62上形成有在Y方向上延伸的长孔62a。在通过长孔62a而朝向上方延伸的圆形的作为对被加工物进行保持的保持构件的卡盘工作台64的上表面上配置有圆形的吸附卡盘66，该吸附卡盘66由多孔质材料形成且实际上水平延伸。吸附卡盘66借助通过支柱60的流路而与未图示的吸引构件连接。在卡盘工作台64的周缘，在周向上隔开间隔地配置有多个夹具68。另外，X方向为图1中箭头X所示的方向，Y方向为图1中箭头Y所示的方向、是与X方向垂直的方向。由X方向和Y方向规定的平面实际上是水平的。
移动构件43包含X方向移动构件70、Y方向移动构件72以及未图示的旋转构件。X方向移动构件70具有：滚珠丝杠74，其在基台41上沿X方向延伸；以及电动机76，其与滚珠丝杠74的一端部连结。滚珠丝杠74的未图示的螺母部固定在X方向可动板61的下表面。并且X方向移动构件70通过滚珠丝杠74将电动机76的旋转运动转换成直线运动而传递到X方向可动板61，使X方向可动板61沿着基台41上的导轨43a在X方向上进退。Y方向移动构件72具有：滚珠丝杠78，其在X方向可动板61上沿Y方向延伸；以及电动机80，其与滚珠丝杠78的一端部连结。滚珠丝杠78的未图示的螺母部固定在Y方向可动板63的下表面。并且，Y方向移动构件72通过滚珠丝杠78将电动机80的旋转运动转换成直线运动而传递到Y方向可动板63，使Y方向可动板63沿着X方向可动板61上的导轨61a在Y方向上进退。旋转构件内设在支柱60中并使吸附卡盘66相对于支柱60旋转。
拍摄构件50附设在壳体82的前端下表面并位于导轨43a的上方，该拍摄构件50通过使卡盘工作台64沿着导轨43a移动而能够对载置在卡盘工作台64上的被加工物进行拍摄，在壳体82的前端上表面搭载有显示构件45，该显示构件45经由控制构件而以能够显示的方式输出拍摄构件50所拍摄的图像。拍摄构件50在图示的实施方式中除了包含通过可见光线来进行拍摄的未图示的普通的拍摄元件(CCD)之外，如图2所示，还包含：红外线光源52，其用于向被加工物照射红外线；红外线照明构件，其由光纤521构成，该光纤521用于将来自该红外线光源52的红外线光线引导到光学系统54；以及拍摄部56等，其具有红外线用拍摄元件(红外线CCD)，该红外线用拍摄元件输出与由该光学系统54捕捉到的红外线对应的电信号，该拍摄构件50将拍摄得到的图像信号发送给后述的控制构件。能够在该光学系统54的下端部配设反射镜单元58，该反射镜单元58以能够相对于光学系统54装拆的方式构成，在反射镜单元58中设置有：圆环状的环部581，其与该光学系统54的前端部嵌合；臂部582，其从环部581朝向下方延伸；以及反射镜583，其从该臂部582的前端朝向内侧下方以45°的倾斜角度延伸。反射镜单元58相对于光学系统54的安装是通过以下方式进行的：将反射镜单元58的环部581定位在光学系统54的前端部，使固定螺钉584的前端部进入并固定在形成于光学系统54的前端部的凹部54a中。之后会进行详述，将反射镜583定位在与该卡盘工作台64所保持的被加工物的侧面对置的位置并设定其倾斜程度以使从红外线光源52照射的红外线反射到该侧面上而对被加工物进行照射，并且将被该照射的区域反射的来自被加工物的侧面的红外线引导到具有红外线用拍摄元件的拍摄部56中。另外，从红外线光源52照射的红外线未必需要利用反射镜583反射而进行照射，能够根据想要拍摄的部位或像来适当变更。这样，本实施方式的被加工物的内部检测装置由激光加工时在对准工序中使用的拍摄构件50和附带地形成在该拍摄构件50上的反射镜单元58构成。
当回到图1继续进行说明时，激光光线照射构件44内设在从基台41的上表面朝向上方延伸接着实际上水平延伸的壳体82内，构成为经由配设在壳体82的前端下表面的聚光器44a朝向载置在卡盘工作台64上的被加工物照射对于被加工物具有透过性的例如输出被适当调整为1340nm的波长的激光光线而在内部形成改质层。
本实施方式的激光加工装置40具有未图示的控制构件，该控制构件由计算机构成，具有：中央运算处理装置(CPU)，其根据控制程序来进行运算处理；只读存储器(ROM)，其对控制程序等进行储存；能够读写的随机存取存储器(RAM)，其用于对检测出的检测值、运算结果等进行随时储存；以及输入接口和输出接口。在该控制构件的输入接口中，除了输入来自拍摄构件50的图像信号之外，还输入来自保持机构42的未图示的X方向、Y方向的位置检测构件的信号等。并且，从该输出接口朝向激光光线振荡器44、红外线光源52、X方向移动构件70、Y方向移动构件72等发送工作信号。
用于执行根据本发明实施的被加工物的内部检测方法的内部检测装置大致由以上方式构成，以下对其作用进行说明。
在图3中示出了利用本发明的内部检测装置对内部进行检测的圆板状的硅晶片10。另外，通过图1所示的激光加工装置40向该硅晶片10照射激光光线并在该硅晶片10的内部形成改质层，但在本实施方式中，采用了在正面没有形成器件的试验用的硅晶片10。
当利用本发明的内部检测装置对通过向硅晶片10照射激光光线而形成在内部的加工痕进行检测时，如图3所示，首先，预先将硅晶片10的端部切断从而分割成新的硅晶片10a、10a′，在新的硅晶片10a的侧面形成平坦部12。能够使用通过旋转的切削刀具将硅晶片10的端部切断的切割装置来实施该平坦化工序，得到形成有平坦部12的硅晶片10a。并且，将分割前的硅晶片10或分割后的硅晶片10a粘贴在粘合带T上并定位在环状的框架F的开口部，并且将粘合带T的外周部安装在环状的框架F上从而一体化(参照图3)。
将上述的硅晶片10a的粘合带T侧载置在图1所示的激光加工装置40的卡盘工作台64上，通过配设在卡盘工作台64上的夹具68对环状的框架F进行固定。并且，通过使未图示的吸引构件工作而将硅晶片10a吸引固定在吸附卡盘66上(保持工序)。
在实施了该保持工序之后，执行对准工序，使X方向移动构件70工作而将吸引保持着硅晶片10a的吸附卡盘66定位在拍摄构件50的正下方，通过拍摄构件50和未图示的控制构件对硅晶片10a的待激光加工的加工区域进行检测。在本实施方式中执行的激光加工是将激光光线的照射条件变更而用于对内部进行检测的加工，如图4的(a)所示，沿着平坦部12照射激光光线LB而形成由1条改质层100构成的加工痕。因此，该对准工序是进行激光光线照射构件44的聚光器44a的位置与平坦部12的对位的工序，进行对准以便在距平坦部12离开规定的距离(例如30μm)的位置处沿着该平坦部12照射来自聚光器44a的激光光线。在按照以上方式进行了对准工序之后，使卡盘工作台64移动至激光光线照射构件44的聚光器44a所位于的激光光线照射区域。
使激光光线振荡构件44工作而将从聚光器44a照射的脉冲激光光线的聚光点定位在硅晶片10a的内部的规定的高度，一边从聚光器44a照射对于硅晶片10a具有透过性的波长的脉冲激光光线一边使构成卡盘工作台64的吸附卡盘66在图4的(a)中箭头X所示的方向上以规定的移动速度移动。通过以这种方式实施激光加工，如在图4的(b)中作为主要部分的放大剖视图而示出的那样，沿着试验用的硅晶片10a的平坦部12在硅晶片10a的内部形成1条改质层100。
另外，形成上述的改质层的激光加工例如是按照以下的加工条件进行的。
波长：1342nm
重复频率：90kHz
平均输出：1.0～2.0W
光斑直径：φ2μm
加工进给速度：700mm/秒
当在硅晶片10a上形成了由改质层100构成的加工痕之后，如图5的(a)所示，将反射镜单元58安装固定在拍摄构件50的光学系统54的前端部。在将反射镜单元58安装固定之后，使X方向移动构件70、Y方向移动构件72工作而使卡盘工作台64移动，并且对拍摄构件50的上下方向位置进行适当调整，由此，如图5的(b)所示将该反射镜单元58的反射镜583定位在与硅晶片10a的形成有平坦部12的侧面对置的位置(反射镜定位工序)。
在实施了该反射镜定位工序之后，使红外线光源52工作而借助光纤521将红外线引导到光学系统54。从图5的(b)所示的概略剖视图明显看出，构成为使得借助光纤521引导到光学系统54的红外线通过半反射镜541反射而经由聚光透镜542引导到反射镜583，被反射镜583反射后的红外线照射在硅晶片10a的平坦部12上。照射在平坦部12上的红外线是具有透过硅晶片10a的波长的光，其透过硅晶片10a而对形成在内部的改质层100进行照射(照明工序)。
对硅晶片10a的内部进行照射的红外线在由改质层100形成的加工痕上反射并透过硅晶片10a的内部，从而经由形成在侧面的平坦部12入射到反射镜583。该入射的反射光透过光学系统54的聚光透镜542、半反射镜541而引导到具有红外线用拍摄元件的拍摄部56中并输入给未图示的控制构件，该控制构件将该反射光存储在随机存取存储器(RAM)中并且显示在显示构件45上(加工痕检测工序)。
通过实施上述的加工痕检测工序，不用对硅晶片10a进行实际分割便能够对形成在硅晶片10a的内部的加工痕进行检测。即，根据显示在显示构件45上的图像对形成在硅晶片10a中的改质层100的厚度方向的尺寸及其形状进行观察，由此，能够对执行了激光加工时的激光光线的照射条件对改质层的形成带来的影响进行观察。
在本实施方式中，在向上述的硅晶片10a照射激光光线而形成1条改质层100并执行了上述加工痕检测工序之后(参照图6的(a))，再次实施平坦化工序。即，通过对检测完的形成有改质层的区域进行切削，能够形成新的内部检测用的硅晶片。更具体来说，如图6的(b)所示，将执行了加工痕检测工序的硅晶片10a载置在另行准备的切削装置30的保持构件上而沿着平坦部12对包含有改质层100的区域进行切削，将硅晶片10a分割成新的硅晶片10b和包含有已经检测完的改质层100的10b′。并且，将分割得到的10b′切掉而得到具有新的平坦部12′的硅晶片10b(参照图6的(c))。将这样得到的硅晶片10b再次载置在图1所示的激光加工装置40上，对激光加工条件进行变更而沿着平坦部12′形成新的改质层，执行用于对该新的改质层进行检测的加工痕检测工序。通过重复这些作业，使加工条件变化而形成多个加工痕，能够使用1张硅晶片10对各个加工痕进行观察。并且，在本实施方式中，仅通过在激光加工装置40的拍摄构件50上安装反射镜单元58便能够直接构成被加工物的内部检测装置，所以能够接着形成改质层的加工而不需要将被加工物从保持构件取下便继续执行加工痕检测工序。
根据本发明而构成的被加工物的内部检测装置和被加工物的内部检测方法并不仅限于上述的实施方式，能够构成各种变形例。例如，在上述的实施方式中，示出了采用硅晶片来作为被加工物并使用红外线光源的例子，但并不仅限于此，只要是能够将具有透过性的波长的光作为光源来进行设定的被加工物，就能够以任意物体为对象。例如，在采用金刚石基板、钽酸锂(LT)基板作为被加工物的情况下，作为为了对内部进行检测而照射的光的光源，能够采用照射可见光的光源。
在上述的实施方式中，将被加工物保持在保持构件上，在将被加工物保持在保持构件上之后通过实施激光加工而在内部形成改质层，在该状态下实施对该改质层进行检测的加工痕检测工序，但本发明并不仅限于此，也可以在将被加工物保持在用于实施加工痕检测工序的保持构件上之前预先实施激光加工而形成改质层，之后，将被加工物保持在保持构件上而实施对内部进行检测的加工痕检测工序。
在上述的实施方式中，在激光加工装置中，以将反射镜单元安装在对准用的拍摄构件上的方式构成被加工物的内部检测装置，该拍摄构件在实施激光加工时所实施的对准工序中使用，但本发明并不仅限于此，也能够将被加工物的内部检测装置作为与激光加工装置分开独立的装置来构成。
在上述的实施方式中，示出了如下例子：在实施了形成1条改质层的激光加工之后，实施对保持在保持构件上的被加工物的内部进行检测的加工痕检测工序，之后，实施形成新的平坦部的平坦化工序而再次形成改质层，重复实施对新形成的改质层进行检测的加工痕检测工序，但也可以是，例如，当通过激光加工在内部形成改质层时，一边一点点地变更激光加工条件，一边以规定的间隔一并形成多个改质层，在对最接近平坦部的1条改质层实施了加工痕检测工序之后，通过仅将接近平坦部的形成有1条改质层的区域切削去除的平坦化工序来形成新的平坦部，重复实施对新的最接近平坦部的另一条改质层进行检测的加工痕检测工序。由此，不需要在加工痕检测工序与平坦化工序之间再次实施激光加工，提高了加工痕的检测效率。
在上述的实施方式中，作为实施在作为观察对象的被加工物的侧面形成平坦部的平坦化工序的构件，例示了使用切割装置的例子，但并不仅限于此，也可以采用其他的分割装置例如通过激光加工对被加工物进行分割的激光加工装置。

Claims (3)

1.一种被加工物的内部检测装置，其对因向被加工物照射激光光线而形成在内部的加工痕进行检测，其中，该被加工物的内部检测装置至少包含：
保持构件，其对被加工物进行保持；
照明构件，其向该被加工物照射具备对于该被加工物具有透过性的波长的光；
拍摄构件，其对该被加工物进行拍摄；以及
反射镜，其与该被加工物的侧面对置地配设，将来自该侧面的光反射而引导到该拍摄构件。
2.一种被加工物的内部检测方法，对因向被加工物照射激光光线而形成在内部的加工痕进行检测，其中，该被加工物的内部检测方法包含如下的工序：
保持工序，将被加工物保持在保持构件上；
照明工序，向该被加工物照射具备对于该被加工物具有透过性的波长的光；
反射镜定位工序，将反射镜定位在与该保持构件所保持的该被加工物的侧面对置的位置，将来自该侧面的光反射而引导到拍摄构件；以及
加工痕检测工序，利用该拍摄构件对该被加工物的侧面进行拍摄，对形成在该被加工物的内部的该加工痕进行检测。
3.根据权利要求2所述的被加工物的内部检测方法，其中，
该被加工物的内部检测方法还包含如下的平坦化工序：当在该被加工物的内部形成该加工痕之前或形成了该加工痕之后，在该侧面形成用于检测该加工痕的平坦部。
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