JP2019158811A - 非破壊検出方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザー加工により被加工物に形成された改質層の深さ位置及び長さの確認を効率よく行い、適切なレーザー加工条件を迅速に設定できる非破壊検出方法を提供する。【解決手段】Ｘ軸Ｙ軸平面に直交するＺ軸方向に所定の間隔Ｈをあけて間欠的に被加工物の内部を撮像して複数のＸ軸Ｙ軸平面画像を取得し、それらの画像から得られる３次元画像に対して、デコンボリューションによってボケを除去した鮮明な３次元鮮明画像を算出し、３次元鮮明画像をＺ軸に平行に切断し、改質層Ｍの断面の２次元画像から改質層のＺ軸座標値と改質層の長さＬとを検出する。レーザー加工と改質層の状態検出との繰り返しを迅速に行うことができ、改質層形成に最適なレーザー加工条件を素早く見つけることが可能となる。【選択図】図９

Description

本発明は、レーザー加工によって被加工物の内部に形成された改質層の状態を検出する方法に関する。
表面において分割予定ラインによって区画された領域にデバイスが形成されたウェーハの裏面から、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射してウェーハの内部に集光して集光点に改質層を形成し、その後、改質層に外力を加えて改質層を起点にウェーハを分割する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
この分割方法では、ウェーハの厚さ方向における改質層の深さ位置及び長さは、ウェーハの分割しやすさと関係性がある。そのため、改質層の深さ位置及び長さを知ることで、分割に最適な改質層が形成されているか否かを判断することが可能となる。
そこで、ウェーハの端部をあらかじめ切断しておき、ウェーハの内部に改質層を形成し、その後、ウェーハの切断面を撮像することにより、改質層の状態を観察する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許３４０８８０５号公報 特開２０１７−１６６９６１号公報
しかし、改質層の深さ位置及び長さが被加工物の分割に最適か否かの判断を行うためには、改質層の形成と形成した改質層の観察とを交互に繰り返し行う必要があるところ、特許文献２に記載された方法では、ウェーハを切断して改質層を観察する必要があるため、最適なレーザー加工条件を設定するまでに時間がかかるという問題が生じていた。
本発明は、上記問題にかんがみなされたもので、レーザー加工により被加工物に形成された改質層の深さ位置及び長さの確認を効率よく行い、適切なレーザー加工条件を迅速に設定できるようにすることを課題とする。
本発明は、第一の面と該第一の面の反対側の第二の面とを備える被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の内部に位置づけてレーザー光線を照射することによって形成された改質層を非破壊にて検出する非破壊検出方法であって、対物レンズを備え該第一の面側から被加工物内部を撮像する撮像手段と、被加工物に対して透過性を有する波長域の光を該第一の面側から照射する光源と、該対物レンズを該第一の面に接近及び離反させる駆動手段と、該撮像手段が撮像した画像を記憶する記憶手段と、を備えた検査装置を準備する準備工程と、該第一の面と平行な面をＸ軸Ｙ軸平面とした場合、Ｘ軸Ｙ軸平面に直交するＺ軸方向に所定の間隔Ｈをあけて間欠的に該対物レンズを該第一の面に接近させ、被加工物の屈折率によって被加工物内のＺ軸座標位置に焦点を位置づけてＺ軸座標値ごとに被加工物の内部の複数のＸ軸Ｙ軸平面画像を取得して該記憶手段に記憶する取得工程と、該取得工程で記憶したＺ軸座標値ごとの複数のＸ軸Ｙ軸平面画像から生成された３次元画像に対して、デコンボリューションによってボケを除去した鮮明な３次元鮮明画像を算出し該記憶手段に記憶する記憶工程と、該記憶工程で記憶された該３次元鮮明画像をＺ軸に平行に切断し、改質層の断面の２次元画像から改質層のＺ軸座標値と改質層の長さとを検出する検出工程とを備える。
前記デコンボリューションは、前記取得工程で記憶したＺ軸座標値ごとのＸ軸Ｙ軸平面画像から生成された３次元画像のフーリエ変換を、改質層内に位置づけた該撮像手段の焦点の光学系によるボケ効果を示す３次元ＰＳＦのフーリエ変換で割り、更にフーリエ逆変換して鮮明な３次元画像を算出することが好ましい。
前記３次元ＰＳＦは、Gibson and Lanni modelの式であることが好ましい。
前記記憶工程で記憶する鮮明な該３次元鮮明画像は、前記デコンボリューションによってボケを除去した直後の該Ｚ軸座標値ごとに鮮明な複数のＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像を含む３次元画像に、対面する２つのＸ軸Ｙ軸平面画像の間の対象画素の画素値を該対象画素からＺ軸方向にて隣り合う該２つのＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像の画素の画素値と距離とから線形補間法を用いて算出することにより、離間するＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像の間の複数の画素の画素値を補間したものであることが好ましい。
本発明では、記憶工程において３次元鮮明画像を取得し、検出工程において３次元鮮明画像をＺ軸に平行に切断し、改質層の断面の２次元画像から改質層のＺ軸座標値と改質層の長さとを検出するため、被加工物を破壊することなく、改質層の位置及び長さを把握することができる。したがって、レーザー加工と改質層の状態検出との繰り返しを迅速に行うことができ、改質層形成に最適なレーザー加工条件を素早く見つけることが可能となる。
検査装置の一例の構成を示す斜視図である。 被加工物の内部に改質層を形成する状態を示す断面図である。 画像取得工程を示す断面図である。 被加工物の屈折率と対物レンズの焦点との関係性を示す説明図である。 取得工程において対物レンズを所定の間隔Ｈで間欠的に移動させる状態を説明する説明図である。 取得工程において取得した複数のＸ軸Ｙ軸平面画像を示す画像図である。 観測された３次元画像の例を示す画像図である。 線形補間により画素値を求める例を示す斜視図である。 ３次元画像をＺ軸に平行に切断して得たＺ軸Ｘ軸鮮明平面画像の例を示す画像図である。 ３次元画像をＸＹ平面に平行に切断して得たＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像の例を示す画像図である。
図１に示す被加工物Ｗは、例えば円形板状の基板を有し、その表面（図示の例では第一の面Ｗａ）には、格子状の複数の分割予定ラインＳによって区画された領域に複数のデバイスＤが形成されている。分割予定ラインＳは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延在している。
第一の面Ｗａの反対側の第二の面ＷｂにはテープＴが貼着される。被加工物Ｗは、テープＴを介して環状のフレームＦと一体となっている。以下では、添付の図面を参照しながら、第一の面Ｗａとその反対側の第二の面Ｗｂとを備えた被加工物Ｗに対して透過性を有する波長のレーザー光線を被加工物Ｗの内部に集光して照射することで形成された改質層を、非破壊にて検出する非破壊検出方法について説明する。
（１）準備工程
図１に示すように、例えば、被加工物Ｗの内部に改質層を形成でき、かつ、被加工物Ｗの内部を撮像できる検査装置１を準備する。検査装置１は、装置ベース１０を備え、装置ベース１０のＹ軸方向後部側の上面には、断面略Ｌ字型のコラム１１が立設されている。装置ベース１０には、フレームＦと一体となった被加工物Ｗを保持する保持テーブル１２と、保持テーブル１２の周囲に配設されフレームＦを保持するフレーム保持手段１５と、保持テーブル１２をＸ軸方向に移動させるＸ軸方向移動手段２０と、保持テーブル１２をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動手段３０とを備えている。コラム１１の先端は、保持テーブル１２の移動方向（Ｘ軸方向）の経路の上方側までのびている。
保持テーブル１２は、その上面が、被加工物Ｗを保持する保持面１２ａとなっている。保持テーブル１２は、開口部１３０を有するカバーテーブル１３の上に固定されており、保持テーブル１２の下部には、回転手段１４が接続されている。回転手段１４は、保持テーブル１２を所定角度回転させることができる。
Ｘ軸方向移動手段２０は、Ｘ軸方向に延在するボールネジ２１と、ボールネジ２１の一端に接続されたモータ２２と、ボールネジ２１と平行に延在する一対のガイドレール２３と、ボールネジ２１の他端を回転可能に支持する軸受け部２４と、Ｙ軸方向移動手段３０を介して保持テーブル１２を支持する移動ベース２５とを備えている。一対のガイドレール２３には、移動ベース２５の一方の面が摺接し、移動ベース２５の中央部に形成されたナットにはボールネジ２１が螺合している。モータ２２がボールネジ２１を回動させると、移動ベース２５がガイドレール２３に沿ってＸ軸方向に移動し、保持テーブル１２をＸ軸方向に移動させることができる。
Ｙ軸方向移動手段３０は、Ｙ軸方向に延在するボールネジ３１と、ボールネジ３１の一端に接続されたモータ３２と、ボールネジ３１と平行に延在する一対のガイドレール３３と、ボールネジ３１の他端を回転可能に支持する軸受け部３４と、保持テーブル１２を支持する移動ベース３５とを備えている。一対のガイドレール３３には移動ベース３５の一方の面が摺接し、移動ベース３５の中央部に形成されたナットにはボールネジ３１が螺合している。モータ３２がボールネジ３１を回動させると、移動ベース３５がガイドレール３３に沿ってＹ軸方向に移動し、保持テーブル１２のＹ軸方向の位置を調整することができる。
検査装置１は、保持テーブル１２に保持された被加工物Ｗの第一の面Ｗａに対してレーザー加工を施すレーザー加工手段４０を備えている。レーザー加工手段４０は、コラム１１の先端の下部側に配設され、図２に示す被加工物Ｗに対して透過性を有する波長のレーザー光線４３を下方に照射するレーザー加工ヘッド４１を有している。レーザー加工ヘッド４１には、レーザー光線４３を発振する発振器及びレーザー光線４３の出力を調整する出力調整器が接続されている。図２に示すように、レーザー加工ヘッド４１の内部には、発振器から発振されたレーザー光線４３を集光するための集光レンズ４２が内蔵されている。レーザー加工ヘッド４１は、鉛直方向に移動可能となっており、レーザー光線４３の集光位置を調整することができる。
ここで、レーザー加工手段４０によって被加工物Ｗの内部に改質層を形成する一例について述べる。本実施形態では、例えば下記のレーザー加工条件に設定されて実施される。なお、被加工物Ｗは、例えばシリコンウェーハである。
［レーザー加工条件］
レーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：１．０Ｗ
パルス幅 ：１０ｎｍ
集光スポット ：φ３．０μｍ
加工送り速度 ：５００ｍｍ／ｓ
図２に示すように、テープＴ側を下向きにして、保持テーブル１２の保持面１２ａで被加工物Ｗを吸引保持したら、保持テーブル１２をレーザー加工手段４０の下方に移動させる。次いで、保持テーブル１２を上記の加工送り速度（５００ｍｍ／ｓ）で例えばＸ軸方向に加工送りしつつ、集光レンズ４２によって被加工物Ｗに対して透過性を有する波長のレーザー光線４３の集光点を被加工物Ｗの内部に位置づけた状態で、レーザー光線４３を被加工物Ｗの第一の面Ｗａ側から図１に示した分割予定ラインＳに沿って照射し、被加工物Ｗの内部に強度の低下した改質層Ｍを形成する。
図１に示す検査装置１は、被加工物Ｗの内部に形成された改質層Ｍを非破壊で検出するために、図３に示すように、対物レンズ５２を備え被加工物Ｗの第一の面Ｗａから撮像する撮像手段５０と、被加工物Ｗに対して透過性を有する波長域の光を第一の面Ｗａ側から照射する光源６０と、対物レンズ５２を第一の面Ｗａに対して接近および離反させる駆動手段７０とを備えている。また、検査装置１は、図１に示すように、撮像手段５０が撮像した画像を記憶する記憶手段８０と、記憶手段８０に記憶された画像に基づいて画像処理を行うことができる制御手段９０と、各種データ（画像、加工条件等）が表示されるモニター１００とを備えている。
撮像手段５０は、コラム１１の先端の下部側においてレーザー加工手段４０に近接して配設されている。図３に示すように、撮像手段５０は、被加工物Ｗを上方から撮像するカメラ５１と、カメラ５１の最下部に配置された対物レンズ５２と、カメラ５１と対物レンズ５２との間に配置され光源６０から発光された光を下方に反射させるハーフミラー５３とを備えている。カメラ５１は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子が内蔵された赤外線カメラである。光源６０は、例えば赤外線ＬＥＤから構成され、被加工物Ｗに対して透過性を有する波長域の赤外線６１を照射することができる。撮像手段５０では、光源６０から発光され被加工物Ｗの内部で反射した赤外線６１の反射光を撮像素子で捉えることにより、被加工物Ｗの内部のＸ軸座標およびＹ軸座標に基づいてＸ軸Ｙ軸平面画像を取得することができる。撮像手段５０が撮像したＸ軸Ｙ軸平面画像は、記憶手段８０に記憶される。
対物レンズ５２には、駆動手段７０が接続されている。駆動手段７０は、対物レンズ５２のＺ軸方向の上下移動を可能にするアクチュエータである。駆動手段７０は、例えば、電圧の印加によって保持テーブル１２に保持された被加工物Ｗに対して垂直方向に伸縮するピエゾ素子により構成されたピエゾモータである。駆動手段７０では、ピエゾ素子に印加する電圧を調整することにより対物レンズ５２を上下方向に移動させ、対物レンズ５２の位置を微調整することができる。したがって、駆動手段７０により所望のＺ軸座標値ごとに対物レンズ５２の位置を移動させて、Ｚ軸座標値ごとに被加工物Ｗの内部のＸ軸Ｙ軸平面画像を撮像手段５０で撮像することが可能となる。なお、駆動手段７０は、ピエゾモータに限定されず、例えば、直線的な移動を可能にするボイスコイルモータによって構成してもよい。
制御手段９０は、制御プログラムによって演算処理を行うＣＰＵと、制御プログラム等を格納するＲＯＭと、演算処理結果等を格納する読み書き可能なＲＡＭと、入力インターフェース及び出力インターフェースとを少なくとも備えている。制御手段９０は、回転手段１４、Ｘ軸方向移動手段２０、Ｙ軸方向移動手段３０及び駆動手段７０を制御する。また、制御手段９０は、撮像手段５０が形成した画像や記憶手段８０に記憶された画像を処理する画像処理部９１を備えている。
また、画像処理部９１では、撮像した複数の２次元画像から３次元画像を生成したり、生成した３次元画像から被加工物Ｗの内部に形成された改質層の断面画像（Ｚ軸方向と平行な方向に切断した画像）を切り出して形成したりすることもできる。このようにして取得した２次元平面画像及び３次元画像をモニター１００に表示することにより、改質層の状態を観察することができる。
（２）取得工程
検査装置１を準備して、被加工物Ｗの内部に改質層Ｍを形成したら、図３に示すように、保持テーブル１２をＸ軸方向に加工送りしながら、撮像手段５０によって被加工物Ｗの第一の面Ｗａ側から被加工物Ｗの内部の状態を撮像する。本実施形態に示す画像取得工程では、被加工物Ｗの第一の面Ｗａと平行なＸ軸Ｙ軸平面画像を複数撮像する。本実施形態では、Ｘ軸方向に向く一列分の分割予定ラインＳに沿って改質層Ｍを形成した直後に画像取得工程を実施する場合について説明するものとする。
ここで、図３に示す光源６０が発光した赤外線６１がハーフミラー５３において下方に反射し、対物レンズ５２を通過して第一の面Ｗａに入射するとき、被加工物Ｗの屈折率（Ｎ）に応じて赤外線６１の屈折角が変わる。すなわち、被加工物Ｗの材質の種類によって屈折率（Ｎ）は異なる。図４は、被加工物Ｗの屈折率（Ｎ）と対物レンズ５２によって赤外線６１が集光される焦点との関係性を示す。説明の便宜上、図示の例に示す光軸Ｏに対する角度αは、対物レンズ５２を通過した赤外線６１が被加工物Ｗの第一の面Ｗａで屈折せずに直線状に入射した場合を示したものであり、この場合の第一の面Ｗａから焦点Ｐまでの距離を距離ｈ１としている。
通常、対物レンズ５２を通過した赤外線６１が被加工物Ｗの第一の面Ｗａから内部に入射する際、赤外線６１が屈折しない場合の角度αから例えば角度βだけ屈折して焦点Ｐ’に集光される。光軸Ｏに対する角度βは、屈折角に相当するものであり、この場合における被加工物Ｗの屈折率（Ｎ）は、スネルの法則により下記の式（１）に基づいて算出することができる。
Ｎ＝ｓｉｎα／ｓｉｎβ 式（１）
また、上記の式（１）によって算出された屈折率（Ｎ）を、下記の式（２）に代入することにより、被加工物Ｗの第一の面Ｗａから焦点Ｐ’までの距離ｈ２を算出することができる。
ｈ２＝Ｎ×ｃｏｓβ／ｃｏｓα×ｈ１ 式（２）
距離ｈ２は、距離ｈ１よりも長くなっており、焦点が対物レンズから遠ざかっていることが確認できる。
被加工物Ｗの内部を撮像する際、駆動手段７０はＸ軸Ｙ軸平面に直交するＺ軸方向に所定の間隔Ｈをあけて対物レンズ５２を間欠的に移動させる。対物レンズ５２を間欠的に移動させるとは、一定間隔を設けて対物レンズ５２の位置をＺ軸方向に移動量Ｖずつ移動させることを意味する。つまり、間隔Ｈ＝移動量Ｖである。図５の例に示す所定の間隔ＨＲは、検査対象となる被加工物Ｗの屈折率（Ｎ）や対物レンズ５２のＺ軸方向の移動量（Ｖ）によって変わるが、上記した式（１）で算出された屈折率（Ｎ）に移動量（Ｖ）を乗算（ＨＲ＝Ｎ×Ｖ）することで算出することができる。
本実施形態に示す被加工物Ｗが、例えば、シリコンウェーハである場合は、その屈折率（Ｎ）は３．６である。駆動手段７０による移動量（Ｖ）が例えば１μｍに設定されている場合、被加工物Ｗの屈折率（３．６）に移動量（１μｍ）を乗算することにより、所定の間隔ＨＲが３．６μｍと算出することができる。つまり、被加工物Ｗの内部で延びる焦点の間隔ＨＲ（Ｚ軸座標値ｚ１とＺ軸座標値ｚ２との間の間隔）が少なくとも３．６となる。
駆動手段７０は、対物レンズ５２を被加工物Ｗの第一の面Ｗａに接近する方向に下降させ、Ｚ軸座標値ｚ１に焦点Ｐ１を位置づける。図３に示したカメラ５１によって被加工物Ｗの内部を撮像すると、例えば、図６に示すＸ軸Ｙ軸平面画像２ａを取得できる。続いて、駆動手段７０は、上記した所定の間隔Ｈ（１μｍ）の設定に基づいて、対物レンズ５２を間欠的に第一の面Ｗａ側に移動させ、上記した屈折率（Ｎ）によって焦点Ｐ１の間隔が延びたＺ軸座標値ｚ２に焦点Ｐ２を位置づける。カメラ５１により被加工物Ｗの内部を撮像すると、例えばＸ軸Ｙ軸平面画像２ｂを取得できる。このようにして、駆動手段７０は、所定の間隔Ｈで対物レンズ５２の位置を間欠的に移動させ、カメラ５１でＺ軸座標値ｚ１，ｚ２…ごとに被加工物Ｗの内部を撮像していくことで、Ｘ軸Ｙ軸平面画像２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ及び２ｇを順次取得することが可能となる。そして、取得したＸ軸Ｙ軸平面画像２ａ〜２ｇを、図１に示した記憶手段８０に記憶する。
（３）記憶工程
本工程では、まず最初に、取得工程において取得したＺ軸座標値ごとのＸ軸Ｙ軸平面画像２ａ〜２ｇを重ね合わせることにより、図７に示すような１つの３次元画像１０１を取得する。こうして形成された３次元画像１０１は、実際に観察されたＸ軸Ｙ軸平面画像に基づき形成されたものであるため、ぼけが存在する。以下ではこの画像を３次元観察画像と称する。
取得工程では、撮像手段５０の焦点をずらしながら図３に示した改質層Ｍを観察するため、改質層Ｍは、たくさんの点光源の集まりであると考えることができる。そして、３次元観察画像中にはぼけが存在するため、デコンボリューションによってぼけを除去し、３次元鮮明画像を算出する必要がある。このぼけは、図７に示すように、点光源からの光の３次元の拡がりを示す点拡がり関数PSF(x,y,z)として表すことができる。PSF(x,y,z)は、１つの点光源がどのように見えるかを推定したものであり、３次元観察画像からこのぼけを除去することにより、３次元鮮明画像を得ることができる。求められた３次元鮮明画像は、記憶手段８０に記憶される。本工程では、以下に示す方法により、３次元鮮明画像を取得する。その方法としては、例えば、漸近法と逆フィルター法とがある。
（Ａ）漸近法
漸近法では、式（３）のように、３次元鮮明画像の輝度分布の推定値Ok(x,y,z)を、真の輝度分布O(x,y,z)に漸近させていく。
Figure 2019158811
ここで、OTF(x,y,z)は、光伝達関数であり、点拡がり関数PSF(x,y,z)をフーリエ変換することによって得られる。
以下の式（４）に従って、推定値Ok+1(x,y,z)をアップデートし、真の輝度分布Ok(x,y,z)に漸近させる。
Figure 2019158811
式（４）では、まず、Ok(x,y,z)×OTF(x,y,z)の値と、３次元観察画像のフーリエ変換I(x,y,z)との差をとる。この差は、推定値Ok(x,y,z)に含まれるボケ成分である。この差の値をOk(x,y,z)から差し引き、次の推定値Ok+1(x,y,z)を得る。得られたOk+1(x,y,z)を式（４）のOk(x,y,z)に代入し、さらに次のOk+1(x,y,z)を得る。このような計算を、上記差が０になるまで、すなわちボケ成分が０になるまで繰り返す。なお、式（４）による最初の計算時には、推定値Ok(x,y,z)にI(x,y,z)を代入する。式（４）の計算を繰り返し、ボケ成分が０になったときのOk+1(x,y,z)が、３次元鮮明画像である。
上記式（４）の計算を繰り消すにあたっては、最尤法を用いることにより、式（４）の計算回数を低減し、３次元観察画像にノイズが多い場合でも、鮮明な３次元鮮明画像を得ることが可能となる。
また、OTF(x,y,z)の推定にも最尤法を用いたブラインドデコンボリューション法によって、３次元鮮明画像を得ることもできる。ブラインドデコンボリューション法では、計算の繰り返しの度にOTF(x,y,z)もアップデートする。
（Ｂ）逆フィルター法
逆フィルター法では、まず、３次元観察画像の輝度分布のフーリエ変換O(x,y,z)を、以下の式（５）により求める。
Figure 2019158811
ここで、I(x,y,z)は、３次元観察画像のフーリエ変換であり、OTF(x,y,z)は、点拡がり関数PSF(x,y,z)をフーリエ変換したものであり、上記式（５）では、３次元観察画像のフーリエ変換を、点拡がり関数のフーリエ変換で除算する。そして、求めたO(x,y,z)を逆フーリエ変換することにより、３次元鮮明画像の輝度分布ｏ(x,y,z)を得る。
また、Wienner法では、以下の式（６）に示すように、上記式（５）の分母に定数ｗを加え、相対的にＳ／Ｎ比の高い周波数帯により大きな重みを加えたシグナル成分の再構築を行う。分母に加えた定数Ｗは、高周波成分を除去するローパスフィルターとして作用する。
Figure 2019158811
なお、上記漸近法及び逆フィルター法における点拡がり関数PSF(x,y,z)は、Gibson and Lanni modelに従い、以下の式（７）によって求めることができる。
Figure 2019158811
ここで、式（７）における変数及び定数は以下のとおりである。
k0:波数（＝２π／波長）
Λ：光路差
x,y：観察位置のｘ座標,ｙ座標
x0,y0：点光源の位置のｘ座標、ｙ座標
NA：対物レンズの開口数
ρ：対物レンズの中心をρ＝０、対物レンズの最外周をρ＝１とした場合の対物レンズの中心からの距離
また、光路差Λは、以下の式（８）を用いて算出することができる。
Figure 2019158811
ここで、式（８）における変数及び定数は以下のとおりである。
z：観察位置のＺ座標
z0：点光源の位置のz座標
ns：被加工物の屈折率
NA：対物レンズの開口数
ρ：対物レンズの中心をρ＝０、対物レンズの最外周をρ＝１とした場合の対物レンズの中心からの距離
なお、式（８）中、以下の式（９）は、被加工物があるときとないときの光路差である。
Figure 2019158811
また、以下の式（１０）は、点光源からのデフォーカス成分である。
Figure 2019158811
（４）検出工程
次に、記憶手段８０に記憶された３次元鮮明画像を、Ｚ軸に平行に切断して多数の２次元鮮明画像を得る。例えば、図９に示すＺ軸Ｘ軸鮮明平面画像４００は、そのうちの一例である。ここで、３次元ＰＳＦ１０２は、集光点Ｐ０を中心として第一の面Ｗａ及び第二の面Ｗｂに向けて拡径していると考えられる。
図９に示すＺ軸Ｘ軸鮮明平面画像４００においては、縦軸の二目盛が、図５に示した間隔Ｈ×屈折率となっており、これを用いて改質層ＭのＺ方向の長さＬを求めることができる。また、改質層Ｍの上端及び下端のＺ座標も求めることができる（第１の検出工程）。
一方、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、記憶手段８０に記憶された３次元鮮明画像を、Ｚ軸に対して垂直に、すなわちＸ軸Ｙ軸平面に平行に切断して多数のＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃを得ることもできる。
しかし、Ｚ軸方向で対面するＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像は間隔ＨＲ離れている。そのため、対面するＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像の間の対象画素の画素値を補間法（線形補間）を用いて求める必要がある。
例えば、図８に示すように、Ｘ軸Ｙ軸平面画像２ａとＸ軸Ｙ軸平面画像２ｂとの間にある画素３００の画素値を求める場合は、Ｘ軸Ｙ軸平面画像２ａにおける画素３００の直上の画素２０１ａの画素値及びＸ軸Ｙ軸平面画像２ｂにおける画素３００の直下の画素２０１ｂの画素値を求める。また、画素３００から画素２０１ａまでのＺ軸方向の距離Ｚ１１と、画素３００から画素２０１ｂまでのＺ軸方向の距離Ｚ１２とをそれぞれ求める。そして、各距離に応じた重み付けを行い、その重みを用いて画素２０１ａの画素値と画素２０１ｂの画素値との荷重平均をとり、その荷重平均の値を、画素３００の画素値とする。同様に、例えば、Ｘ軸Ｙ軸平面画像２ａにおける画素３０１の直上の画素２０２ａの画素値及びＸ軸Ｙ軸平面画像２ｂにおける画素３０１の直下の画素２０２ｂの画素値を求め、画素３０１から画素２０２ａまでのＺ軸方向の距離Ｚ２１と、画素３０１から画素２０２ｂまでのＺ軸方向の距離Ｚ２２とをそれぞれ求め、各距離に応じた重み付けを行い、その重みを用いて画素２０２ａの画素値と画素２０２ｂの画素値との荷重平均をとり、その荷重平均の値を、画素３０１の画素値とする。このようにして、Ｘ軸Ｙ軸平面画像２ａとＸ軸Ｙ軸平面画像２ｂとの間にあるＸＹ平面画像２ａｂを構成する各画素の画素値を求めていく。そして、隣り合うＸ軸Ｙ軸平面画像間に存在しうるすべての画素について画素値を求めることにより、３次元空間におけるすべての画素の画素値が特定され、３次元画像が形成される（画素値算出工程）。なお、画素値算出工程では、バイリニア補間、最近傍法、バイキュービック法などの補間法を用いてもよい。図１０（ａ）に示すＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像５０１ａは、線形補間後の３次元鮮明画像における改質層Ｍよりも第一の面Ｗａ側に離間した断面画像の一部を拡大した画像であり、この画像からは、改質層Ｍの上方においてＹ軸方向に連続した第１の亀裂Ｃ１が形成されていることも把握することができる。
図１０（ｂ）に示すＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像５０１ｂは、改質層Ｍの中央付近の断面画像の一部を拡大した画像であり、この画像からは、改質層Ｍの中央部の状態を把握することができる。また、隣り合う改質層Ｍの間に、Ｙ軸方向に延在する亀裂Ｃが形成されており、この亀裂Ｃを介して改質層Ｍが連結されていることも把握することができる（第２の検出工程）。
図１０（ｃ）に示すＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像５０１ｃは、集光点Ｐ０よりも第二の面Ｗｂに近い断面画像の一部を拡大した画像であり、この画像では、改質層Ｍの下方に、Ｙ軸方向に連続した第２の亀裂Ｃ２が形成されていることを把握することができる。こうして図１０（ａ）に示した第１の亀裂Ｃ１及び図１０（ｃ）に示した第２の亀裂Ｃ２がＹ軸方向に連なって延在することが検出されるとともに、改質層Ｍをつなぐ図１０（ｂ）に示した亀裂ＣがＹ軸方向に延在することが確認されることにより、そのときの加工条件が、その後に外力を加えることによって被加工物を確実に分割できる加工条件であることがわかる（第２の検出工程）。
このように、３次元鮮明画像を取得することにより、その画像を様々な方向から切り出した断面画像を形成することができるため、改質層Ｍ及び亀裂Ｃの位置及び状態を様々な角度から確認することができる。なお、図９に示すＸ軸Ｙ軸断面画像５０１ａｂは、線形補間により得られた画像であり、この断面画像も確認することができる。
また、このようにして取得されたＸＹ鮮明平面画像５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃは、記憶工程においてぼけが除去された３次元鮮明画像の断面画像であるため、取得工程において取得したＸ軸Ｙ軸平面画像２ａ―２ｇよりも鮮明なものとなる。したがって、改質層Ｍ及び亀裂Ｃの位置や状態をより確実に把握することが可能となる。被加工物の厚さ方向における改質層Ｍの深さ位置及び長さは、被加工物の分割しやすさと関係性があるため、改質層Ｍの深さ位置及び長さを把握することにより、改質層Ｍが、被加工物を分割しやすいように形成されているか否かを判断することができる。また、レーザー加工により被加工物に形成された改質層の深さ位置及び長さの確認を効率よく行うことができるため、適切なレーザー加工条件を迅速に設定することができる。
Ｘ軸Ｙ軸平面画像２ａ〜２ｇから３次元観察画像を形成した直後に補間法によって各Ｘ軸Ｙ軸平面画像の間の画素の画素値を求めようとしても、３次元観察画像にボケが含まれているために、適正な画素値を求めることは困難であるが、デコンボリューションによって３次元観察画像のぼけを除去した後に、補間法によって、各Ｘ軸Ｙ軸平面画像の間の画素の画素値を求めるため、最終的に鮮明な３次元鮮明画像を得ることができる。なお、線形補間は、例えば、隣り合うＸ軸Ｙ軸平面画像の間を１００分割して補間する。
以上のようにして様々な画像を取得し、改質層の位置及び長さ、及び亀裂のつながりを把握し、例えば亀裂がＹ軸方向につながっていない場合等においては、外力を加えても適正に分割できないと考えられるため、加工条件を変えて再び改質層の形成を行い、再度各画像を取得して同様の分析を行う。加工条件が適切か否かの判断をするにあたっては、被加工物を切断したりする必要がないため、加工条件の調整と改質層や亀裂の状態の確認との繰り返しを迅速に行うことができる。
なお、本実施形態で示した検査装置１は、被加工物Ｗの内部に改質層Ｍを形成するレーザー加工装置としても機能する構成としたが、検査装置１は、本実施形態に示した装置構成に限定されず、レーザー加工装置から独立した単体の装置構成でもよい。
Ｗ：被加工物
Ｗａ：第一の面 Ｓ：分割予定ライン Ｄ：デバイス
Ｗｂ：第二の面
Ｍ：改質層 Ｃ：亀裂
Ｔ：テープ Ｆ：フレーム
１：検査装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ：Ｘ軸Ｙ軸平面画像
１０：装置ベース １１：コラム
１２：保持テーブル １２ａ：保持面
１３：カバーテーブル １３０：開口部
１４；回転手段
１５：フレーム保持手段
２０：Ｘ軸方向移動手段
２１：ボールネジ ２２：モータ ２３：ガイドレール ２４：軸受け部
２５：移動ベース
３０：Ｙ軸方向移動手段
３１：ボールネジ ３２：モータ ３３：ガイドレール ３４：軸受け部
３５：移動ベース
４０：レーザー加工手段
４１：レーザー加工ヘッド ４２：集光レンズ ４３：レーザー光線
５０：撮像手段 ５１：カメラ ５２：対物レンズ ５３：ハーフミラー
６０：光源 ６１：赤外線 ７０：駆動手段
８０：記憶手段 ９０：制御手段 ９１：画像処理部
１００：モニター
１０１：３次元画像 １０２：３次元ＰＳＦ
４００：ＺＸ鮮明平面画像
５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ：ＸＹ鮮明平面画像

Claims (4)

  1. 第一の面と該第一の面の反対側の第二の面とを備える被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の内部に位置づけてレーザー光線を照射することによって形成された改質層を非破壊にて検出する非破壊検出方法であって、
    対物レンズを備え該第一の面側から被加工物内部を撮像する撮像手段と、被加工物に対して透過性を有する波長域の光を該第一の面側から照射する光源と、該対物レンズを該第一の面に接近及び離反させる駆動手段と、該撮像手段が撮像した画像を記憶する記憶手段と、を備えた検査装置を準備する準備工程と、
    該第一の面と平行な面をＸ軸Ｙ軸平面とした場合、Ｘ軸Ｙ軸平面に直交するＺ軸方向に所定の間隔Ｈをあけて間欠的に該対物レンズを該第一の面に接近させ、被加工物の屈折率によって被加工物内のＺ軸座標位置に焦点を位置づけてＺ軸座標値ごとに被加工物の内部の複数のＸ軸Ｙ軸平面画像を取得して該記憶手段に記憶する取得工程と、
    該取得工程で記憶したＺ軸座標値ごとの複数のＸ軸Ｙ軸平面画像から生成された３次元画像に対して、デコンボリューションによってボケを除去した鮮明な３次元鮮明画像を算出し該記憶手段に記憶する記憶工程と、
    該記憶工程で記憶された該３次元鮮明画像をＺ軸に平行に切断し、改質層の断面の２次元画像から改質層のＺ軸座標値と改質層の長さとを検出する検出工程とを備える、
    非破壊検出方法。
  2. 前記デコンボリューションは、前記取得工程で記憶したＺ軸座標値ごとのＸ軸Ｙ軸平面画像から生成された３次元画像のフーリエ変換を、改質層内に位置づけた該撮像手段の焦点の光学系によるボケ効果を示す３次元ＰＳＦのフーリエ変換で割り、更にフーリエ逆変換して鮮明な３次元画像を算出する
    請求項１記載の非破壊検出方法。
  3. 前記３次元ＰＳＦは、Gibson and Lanni modelの式である、
    請求項３記載の非破壊検出方法。
  4. 前記記憶工程で記憶する鮮明な該３次元鮮明画像は、
    前記デコンボリューションによってボケを除去した直後の該Ｚ軸座標値ごとに鮮明な複数のＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像を含む３次元画像に、対面する２つのＸ軸Ｙ軸平面画像の間の対象画素の画素値を該対象画素からＺ軸方向にて隣り合う該２つのＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像の画素の画素値と距離とから線形補間法を用いて算出することにより、離間するＸ軸Ｙ軸鮮明平面画像の間の複数の画素の画素値を補間したものである
    請求項１記載の非破壊検出方法。
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