CN110116280B - 非破坏检测方法 - Google Patents

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Abstract

提供非破坏检测方法，选定用于形成期望的改质层的最佳激光加工条件。该方法包含如下的工序：准备工序，准备检查装置(1)；图像获取工序，使物镜(52)沿与X轴Y轴平面垂直的Z轴方向以规定的距离(H)间歇地移动而接近第一面(Wa)，将焦点定位在根据被加工物(W)的折射率使焦点距离延伸而得的Z轴坐标值的位置，按照多个Z轴坐标值的每个获取被加工物的内部的X轴Y轴平面图像并记录于记录单元(80)；和改质层检测工序，根据多个Z轴坐标值的各个X轴Y轴平面图像(2a～2g)对改质层(M)的状态进行检测。以非破坏方式针对被加工物检测改质层的状态，能够重复实施改质层的形成和改质层的状态检测，能够迅速地选定用于形成期望的改质层的最佳激光加工条件。

Description

非破坏检测方法
技术领域
本发明涉及非破坏检测方法，是对通过激光加工而形成在被加工物的内部的改质层进行检测的检测方法。
背景技术
存在如下的分割方法(例如，参照下述的专利文献1)：从背面沿着分割预定线对晶片照射对于晶片具有透过性的波长的激光光线，以聚光在晶片的内部的聚光点而形成的改质层为起点对晶片进行分割，该晶片在正面的被分割预定线划分的区域形成有器件。
在对晶片进行分割的技术中，晶片的厚度方向上的改质层的深度位置和改质层的长度也与晶片的分割容易度存在关系。因此，能够通过掌握改质层的深度位置和长度来对是否形成了最适合分割的改质层进行判断。因此，例如在下述的专利文献2中提出了如下的检测装置和检测方法：在预先将晶片的端部切断后，在晶片的内部形成改质层，然后从晶片的侧面侧对切断面进行拍摄，从而对改质层的状态进行观察。
专利文献1：日本特许第3408805号公报
专利文献2：日本特开2017-166961号公报
但是，在上述专利文献2所示的发明中，由于为了对改质层进行拍摄而需要预先对晶片的端部进行分割，因此观察花费时间。另外，难以重复进行改质层的形成和改质层的观察，因此难以快速地发现适当的激光加工条件。
发明内容
由此，本发明的目的在于提供非破坏检测方法，能够重复进行改质层的形成和改质层的观察，从而选定用于形成期望的改质层的最佳激光加工条件。
根据本发明，提供非破坏检测方法，以非破坏的方式对改质层进行检测，该改质层通过将对于被加工物具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在被加工物的内部进行照射而形成，该被加工物具有第一面和位于与该第一面相反的一侧的第二面，其中，该非破坏检测方法具有如下的工序：准备工序，准备检查装置，该检查装置其包含拍摄单元、光源、驱动单元以及记录单元，其中，该拍摄单元具有物镜并且从该第一面进行拍摄，该光源从该第一面侧照射对于被加工物具有透过性的波长区域的光，该驱动单元使该物镜接近或远离该第一面，该记录单元对该拍摄单元所拍摄的图像进行记录；图像获取工序，在将该第一面作为X轴Y轴平面的情况下，使该物镜沿与X轴Y轴平面垂直的Z轴方向以规定的距离H间歇地移动而接近该第一面，将焦点定位在根据被加工物的折射率使焦点的距离延伸而得的Z轴坐标值的位置，从而按照多个该Z轴坐标值的每个获取被加工物的内部的X轴Y轴平面图像，并记录于该记录单元；以及改质层检测工序，根据该记录单元所记录的多个该Z轴坐标值的各个X轴Y轴平面图像对改质层的状态进行检测。
优选在上述改质层检测工序中，根据上述记录单元所记录的多个上述Z轴坐标值的各个上述X轴Y轴平面图像生成三维图像，根据在以与Z轴方向平行的方式切断上述改质层的截面上所表现的二维图像，作为该改质层的状态而检测该改质层的形状和该Z轴方向的深度位置。
优选被加工物是折射率为3.6的硅晶片，在上述图像获取工序中，相对于上述物镜沿Z轴方向间歇地移动的上述距离H，在被加工物的内部延伸的上述焦点的距离至少为3.6·H，该焦点按照3.6·H在被加工物的内部间歇地移动。
根据本发明，能够以非破坏的方式对形成在被加工物的内部的改质层的状态进行检测。因此，根据本发明，能够重复实施利用激光加工的改质层的形成和利用拍摄单元的改质层的状态检测，从而能够迅速地选定最适合形成改质层的激光加工条件。
在上述改质层检测工序中，根据上述记录单元所记录的多个上述Z轴坐标值的每个的上述X轴Y轴平面图像生成三维图像，根据按照与Z轴方向平行的方式切断上述改质层的截面上所显现的二维图像，作为改质层的状态而检测改质层的Z轴方向的深度位置和形状，因此虽然不破坏被加工物也能够掌握改质层的整体形状，从而能够高精度地对改质层的状态进行检测。
被加工物是折射率为3.6的硅晶片，在上述图像获取工序中，相对于上述物镜沿Z轴方向间歇地移动的上述距离H，在被加工物的内部延伸的上述焦点的距离至少为3.6·H，该焦点按照3.6·H在被加工物的内部间歇地移动，因此虽然不破坏被加工物也能够对改质层的状态进行检测。
附图说明
图1是示出检查装置的一例的结构的立体图。
图2是示出在被加工物的内部形成改质层的状态的剖视图。
图3是示出图像获取工序的剖视图。
图4是示出被加工物的折射率与物镜的焦点之间的关系的示意图。
图5是对在图像获取工序中使物镜以规定的距离H间歇地移动的状态进行说明的示意图。
图6是通过改质层检测工序而生成的三维图像的图像图。
图7是根据三维图像以与Z轴方向平行的方式进行切断而得的、映出了改质层的二维图像的图像图。
标号说明
1：检查装置；2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g：X轴Y轴平面图像；3：三维图像；4：二维图像；10：装置基座；11：柱；12：保持工作台；12a：保持面；13：罩工作台；14：旋转单元；15：框架保持单元；20：X轴方向移动机构；21：滚珠丝杠；22：电动机；23：导轨；24：轴承部；25：移动基座；30：Y轴方向移动机构；31：滚珠丝杠；32：电动机；33：导轨；34：轴承部；35：移动基座；40：激光加工单元；41：激光加工头；42：聚光透镜；43：激光光线；50：拍摄单元；51：照相机；52：物镜；53：半反射镜；60：光源；61：红外线；70：驱动单元；80：记录单元；90：控制单元；91：图像处理部；100：监视器。
具体实施方式
图1所示的被加工物W例如具有圆形板状的基板，在其正面(在图示的例子中为第一面Wa)上，在由形成为格子状的多个分割预定线S划分的区域内形成有多个器件D。在与第一面Wa相反的一侧的第二面Wb上粘贴有带T。被加工物W借助带T而与环状的框架F成为一体。以下，一边参照附图一边对非破坏检测方法进行说明，该方法以非破坏的方式对通过将对于被加工物W具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在内部并进行照射而形成的改质层进行检测，该被加工物W具有第一面Wa和相反的一侧的第二面Wb。
(1)准备工序
如图1所示，例如准备检查装置1，该检查装置1能够在被加工物W的内部形成改质层，并且能够对被加工物W的内部进行拍摄。检查装置1具有装置基座10，在装置基座10的Y轴方向后部侧的上表面上立设有截面呈大致L字型的柱11。在装置基座10上具有：保持工作台12，其对与框架F成为一体的被加工物W进行保持；框架保持单元15，其配设在保持工作台12的周围，对框架F进行保持；X轴方向移动机构20，其使保持工作台12沿X轴方向移动；以及Y轴方向移动机构30，其使保持工作台12沿Y轴方向移动。柱11的前端是延伸到保持工作台12的移动方向(X轴方向)的路径的上方侧为止的结构。
保持工作台12的上表面是对被加工物W进行保持的保持面12a。保持工作台12固定在具有开口部130的罩工作台13之上，在保持工作台12的下部连接有旋转单元14。旋转单元14能够使保持工作台12进行规定的角度的旋转。
X轴方向移动机构20具有：滚珠丝杠21，其沿X轴方向延伸；电动机22，其与滚珠丝杠21的一端连接；一对导轨23，它们以与滚珠丝杠21平行的方式延伸；轴承部24，其将滚珠丝杠21的另一端支承为能够旋转；以及移动基座25，其隔着Y轴方向移动机构30对保持工作台12进行支承。移动基座25的一侧的面与一对导轨23滑动接触，滚珠丝杠21与形成在移动基座25的中央部的螺母螺合。当电动机22使滚珠丝杠21转动时，移动基座25沿着导轨23在X轴方向上移动，从而能够使保持工作台12沿X轴方向移动。
Y轴方向移动机构30具有：滚珠丝杠31，其沿Y轴方向延伸；电动机32，其与滚珠丝杠31的一端连接；一对导轨33，它们以与滚珠丝杠31平行的方式延伸；轴承部34，其将滚珠丝杠31的另一端支承为能够旋转；以及移动基座35，其对保持工作台12进行支承。移动基座35的一侧的面与一对导轨33滑动接触，滚珠丝杠31与形成在移动基座35的中央部的螺母螺合。当电动机32使滚珠丝杠31转动时，移动基座35沿着导轨33在Y轴方向上移动，从而能够对保持工作台12的Y轴方向的位置进行调整。
检查装置1具有激光加工单元40，该激光加工单元40对被保持在保持工作台12上的被加工物W的第一面Wa实施激光加工。激光加工单元40具有激光加工头41，该激光加工头41配设在柱11的前端的下部侧，向下方照射对于图2所示的被加工物W具有透过性的波长的激光光线43。在激光加工头41上连接有射出激光光线43的激光振荡器和对激光光线43的输出进行调整的输出调整器。在激光加工头41的内部内置有用于对从激光振荡器射出的激光光线43进行聚光的聚光透镜42。激光加工头41能够沿铅垂方向移动，从而能够对激光光线43的聚光位置进行调整。
这里，对利用激光加工单元40在被加工物W的内部形成改质层的一例进行叙述。在本实施方式中，例如设定为下述的激光加工条件而实施。
[激光加工条件]
激光光线的波长：1064nm
重复频率：50kHz
平均输出功率：1.0W
脉冲宽度：10nm
聚光光斑直径：3.0μm
加工进给速度：500mm/s
如图2所示，在使带T侧朝向下方而利用保持工作台12的保持面12a对被加工物W进行了吸引保持之后，使保持工作台12移动至激光加工单元40的下方。接着，将保持工作台12以上述的加工进给速度(500mm/s)例如沿X轴方向进行加工进给，并且在利用聚光透镜42将对于被加工物W具有透过性的波长的激光光线43的聚光点定位在被加工物W的内部的状态下，从被加工物W的第一面Wa侧沿着图1所示的分割预定线S照射激光光线43，从而在被加工物W的内部形成强度降低了的改质层M。
为了以非破坏的方式对形成在被加工物W的内部的改质层M进行检测，图1所示的检查装置1具有：拍摄单元50，其具有物镜52(在图3中图示)，拍摄单元50从被加工物W的第一面Wa进行拍摄；光源60，其从第一面Wa侧照射对于被加工物W具有透过性的波长区域的光；驱动单元70，其使物镜52接近或远离第一面Wa；记录单元80，其记录拍摄单元50所拍摄的图像；控制单元90，其能够根据记录单元80所记录的图像进行图像处理；以及监视器100，其显示各种数据(图像、加工条件等)。
在柱11的前端的下部侧，拍摄单元50靠近激光加工单元40而配设。如图3所示，拍摄单元50具有：照相机51，其从上方对被加工物W进行拍摄；物镜52，其配置在照相机51的最下部；以及半反射镜53，其配置在照相机51与物镜52之间，使从光源60射出的光向下方反射。照相机51是内置有CCD图像传感器或者CMOS图像传感器等拍摄元件的红外线照相机。光源60例如由红外线LED构成，能够照射对于被加工物W具有透过性的波长区域的红外线61。在拍摄单元50中，利用拍摄元件捕捉从光源60射出并在被加工物W的内部发生了反射的红外线61的反射光，从而能够根据被加工物W的内部的X轴坐标和Y轴坐标获取X轴Y轴平面图像。拍摄单元50所拍摄的X轴Y轴平面图像记录于记录单元80。
物镜52与驱动单元70连接。驱动单元70是能够使物镜52沿Z轴方向进行上下移动的执行机构。驱动单元70例如由通过施加电压而相对于保持在保持工作台12上的被加工物W沿垂直方向进行伸缩的压电马达构成，该压电马达由压电元件构成。在驱动单元70中，通过对施加于压电元件的电压进行调整而使物镜52沿上下方向移动，能够对物镜52的位置进行微调整。因此，能够利用驱动单元70按照每个期望的Z轴坐标值使物镜52的位置移动，从而利用拍摄单元50按照每个Z轴坐标值对被加工物W的内部的X轴Y轴平面图像进行拍摄。另外，驱动单元70的结构不限定于压电马达，例如也可以由能够进行直线移动的音圈马达构成。
控制单元90至少具有：CPU，其根据控制程序进行运算处理；图像处理部91，其与CPU连接；ROM，其存储控制程序等；能够读写的RAM，其能够存储运算处理结果等；以及输入接口和输出接口。在本实施方式所示的图像处理部91中，能够根据记录单元80所记录的多个Z轴坐标值的各个X轴Y轴平面图像生成三维图像。
另外，在图像处理部91中，例如能够根据已生成的三维图像来生成形成于被加工物W的内部的改质层的截面图像(沿与Z轴方向平行的方向进行切断而得的图像)。通过将这样获取的X轴Y轴平面图像、三维图像以及改质层的截面图像显示于监视器100，能够对改质层的状态进行观察。另外，控制单元90是除了进行上述的图像处理之外还对检查装置1的各动作机构进行控制的结构。
(2)图像获取工序
在准备检查装置1并在被加工物W的内部形成了改质层M之后，如图3所示，一边将保持工作台12沿X轴方向进行加工进给，一边利用拍摄单元50从被加工物W的第一面Wa侧对被加工物W的内部的状态进行拍摄。在本实施方式所示的图像获取工序中，将被加工物W的第一面Wa作为X轴Y轴平面，对与第一面Wa平行的多个X轴Y轴平面图像进行拍摄。在本实施方式中，对在刚沿着朝向X轴方向的一列分割预定线S形成了改质层M之后实施图像获取工序的情况进行说明。
这里，在图3所示的光源60所射出的红外线61被半反射镜53向下方反射而通过物镜52入射到第一面Wa时，红外线61的折射角根据被加工物W的折射率(N)而改变。即，根据被加工物W的材质的种类不同，折射率(N)不同。图4示出了被加工物W的折射率(N)与红外线61被物镜52会聚的焦点之间的关系。为了方便说明，图示的例子中所示的相对于光轴O的角度α示出通过了物镜52的红外线61不在被加工物W的第一面Wa上折射而直线状地入射的情况，将该情况下的从第一面Wa至焦点P的距离作为距离h1。
通常，当通过了物镜52的红外线61从被加工物W的第一面Wa向内部入射时，从红外线61不发生折射的情况下的角度α例如折射至角度β而会聚至焦点P’。相对于光轴O的角度β相当于折射角，该情况下的被加工物W的折射率(N)能够通过斯涅尔(Snell)定律根据下述式(1)进行计算。
N＝sinα/sinβ 式(1)
另外，通过将由上述的式(1)计算出的折射率(N)代入下述的式(2)，能够对从被加工物W的第一面Wa至焦点P’的距离h2进行计算。
h2＝N×cosβ/cosα×h1 式(2)
距离h2比距离h1长，能够确认焦点的距离(焦点P与焦点P’之间的距离)按照该距离的差值延伸。并且，如图5所示，该距离的差值相当于按照多个Z轴坐标值的每个进行物镜52的对焦时的在被加工物W的内部延伸的焦点的距离V。
在对被加工物W的内部进行拍摄时，驱动单元70使物镜52沿与X轴Y轴平面垂直的Z轴方向以规定的距离H间歇地移动。使物镜52间歇地移动是指设置一定的距离而使物镜52的位置沿Z轴方向移动。图5的例子示出的在被加工物W的内部延伸的焦点的距离V根据作为检查对象的被加工物W的折射率(N)和物镜52的Z轴方向的移动量(H)而变化，能够通过将由上述的式(1)计算出的折射率(N)与移动量(H)相乘(V＝N×H)而计算。
在本实施方式所示的被加工物W例如为硅晶片的情况下，其折射率(N)为3.6。在基于驱动单元70的移动量(H)例如设定为1μm的情况下，通过将被加工物W的折射率(3.6)与移动量(1μm)相乘，能够计算出在被加工物W的内部延伸的焦点的距离V为3.6μm。即，在被加工物W的内部延伸的焦点的距离(Z轴坐标值z1与Z轴坐标值z2之间的距离)至少为3.6·H。
驱动单元70使物镜52沿与被加工物W的第一面Wa接近的方向下降，将焦点P1定位在Z轴坐标值z1的位置。在利用图3所示的照相机51对被加工物W的内部进行拍摄时，例如能够获取图6所示的X轴Y轴平面图像2a。接着，驱动单元70根据上述的关于在被加工物W的内部延伸的焦点的距离V(3.6μm)的设定，使物镜52向第一面Wa侧间歇地移动，将焦点P2定位在根据上述的折射率(N)使焦点P1的距离延伸而得的Z轴坐标值z2的位置。在利用照相机51对被加工物W的内部进行拍摄时，例如能够获取X轴Y轴平面图像2b。这样，驱动单元70通过使物镜52的位置以规定的距离H间歇地移动并利用照相机51按照每个Z轴坐标值z1、z2…对被加工物W的内部进行拍摄，从而能够依次获取X轴Y轴平面图像2a、2b、2c、2d、2e、2f和2g。然后，将所获取的X轴Y轴平面图像2a～2g记录于图1所示的记录单元80。
(4)改质层检测工序
图1所示的控制单元90的图像处理部91通过将记录单元80所记录的多个Z轴坐标值z1、z2…的各个X轴Y轴平面图像2a～2g进行立体组合，从而生成图6所示的三维图像3。三维图像3显示于监视器100。关于三维图像3能够确认：在最上侧的X轴Y轴平面图像2a和最下侧的X轴Y轴平面图像2g中没有映出改质层M，但在X轴Y轴平面图像2b～2f中映出了改质层M。另外，在X轴Y轴平面图像2b、2c、2e和2f中还包含因折射部分的微小误差的影响，还包含有改质层M模糊的散焦部分Mo，但不会妨碍改质层M的检测。即，能够利用从最先显现出包含散焦部分Mo在内的改质层M的X轴Y轴平面图像2b至最后显现出改质层M的X轴Y轴平面图像2f对改质层M进行检测。
在图像处理部91中，作为从三维图像3以与Z轴方向平行的方式切断改质层M而得的截面上所表现的截面图像，例如生成图7所示的二维图像4。将二维图像4显示于监视器100。通过对二维图像4所映出的改质层M进行观察，从而作为改质层M的状态而检测被加工物W的内部的改质层M的Z轴方向的深度位置、改质层M的形状以及从改质层M的上端Ma至下端Mb的长度L。这样从三维图像3转换成二维图像4从而能够对改质层M的整体形状进行掌握，因此能够高精度地对改质层M的状态进行检测。改质层M的状态的检测结果存储于控制单元90的RAM，用于最佳激光加工条件的选定。
这样，在本发明的非破坏检测方法中，构成为，在实施了准备检查装置1的准备工序之后，实施图像获取工序并实施改质层检测工序，其中，该检查装置1具有：拍摄单元50，其具有物镜52，该拍摄单元50从第一面Wa进行拍摄；光源60，其从第一面Wa侧照射对于被加工物W具有透过性的波长区域的光；驱动单元70，其使物镜52接近或远离第一面Wa；以及记录单元80，其记录拍摄单元50所拍摄的图像，在图像获取工序中，使物镜52例如沿与X轴Y轴平面垂直的Z轴方向以规定的距离H间歇地移动而接近第一面Wa，将焦点定位在根据被加工物W的折射率使焦点的距离延伸而得的Z轴坐标值的位置，按照多个Z轴坐标值的每个获取被加工物W的内部的X轴Y轴平面图像，并记录于记录单元80，在该改质层检测工序中，根据记录单元80所记录的多个Z轴坐标值的各个X轴Y轴平面图像2a～2g对改质层M的状态进行检测，因此能够以非破坏的方式对被加工物W的改质层M的状态进行检测。因此，根据本发明，能够重复实施由激光加工实现的改质层M的形成和由拍摄单元50实现的改质层M的状态检测，从而能够迅速地选定用于形成期望的改质层M的最佳激光加工条件。
另外，本实施方式所示的检查装置1是作为在被加工物W的内部形成改质层M的激光加工装置而发挥功能的结构，但检查装置1不限定于本实施方式所示的装置结构，也可以是与激光加工装置独立的单体的装置结构。

Claims (2)

1.一种非破坏检测方法，以非破坏的方式对改质层进行检测，该改质层是通过将对于被加工物具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在被加工物的内部进行照射而形成的，该被加工物具有第一面和位于与该第一面相反的一侧的第二面，其中，
该非破坏检测方法具有如下的工序：
准备工序，准备检查装置，该检查装置包含拍摄单元、光源、驱动单元以及记录单元，其中，该拍摄单元具有物镜并且从该第一面进行拍摄，该光源从该第一面侧照射对于被加工物具有透过性的波长区域的光，该驱动单元使该物镜接近或远离该第一面，该记录单元对该拍摄单元所拍摄的图像进行记录；
图像获取工序，在将该第一面作为X轴Y轴平面的情况下，使该物镜沿与X轴Y轴平面垂直的Z轴方向以规定的距离H间歇地移动而接近该第一面，将焦点定位在根据被加工物的折射率使焦点的距离延伸而得的Z轴坐标值的位置，从而按照多个该Z轴坐标值的每个获取被加工物的内部的X轴Y轴平面图像并记录于该记录单元；以及
改质层检测工序，根据该记录单元所记录的多个该Z轴坐标值的各个X轴Y轴平面图像对改质层的状态进行检测，
在该改质层检测工序中，将该记录单元所记录的多个该Z轴坐标值的各个该X轴Y轴平面图像进行立体组合而生成三维图像，作为从该三维图像以与Z轴方向平行的方式切断该三维图像中的该改质层的截面上所表现的截面图像而生成二维图像，通过对所生成的该二维图像所映出的该改质层进行观察，作为该改质层的状态而检测该改质层的形状和该Z轴方向的深度位置。
2.根据权利要求1所述的非破坏检测方法，其中，
被加工物是折射率为3.6的硅晶片，
在所述图像获取工序中，相对于所述物镜沿Z轴方向间歇地移动的所述距离H，在被加工物的内部延伸的所述焦点的距离至少为3.6·H，该焦点按照3.6·H在被加工物的内部间歇地移动。
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