JP2020076651A - Crack detector and crack detection method - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a crack detection device and method, and more particularly to a crack detection device and method for detecting a crack formed inside a workpiece.
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。 Conventionally, a substrate such as a silicon wafer or a glass wafer (hereinafter, referred to as a "workpiece") is focused on the inside to irradiate a laser beam along a planned cutting line, and the workpiece is processed along the processing line. There is known a laser processing device (also referred to as a laser dicing device) that forms a modified region serving as a starting point of cutting inside a sheet. The workpiece on which the modified region has been formed is then cut along the planned cutting line by a cutting process such as expanding or breaking and divided into individual chips.
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。 By the way, when a modified region is formed on a workpiece by a laser processing apparatus, a crack extends from the modified region in the thickness direction of the workpiece. If the crack reaches the front surface (laser light incident surface) of the workpiece or the back surface on the opposite side, it is possible to appropriately divide the chip into chips in the cutting process. The reason is that the crack formed inside the workpiece serves as a starting point when the workpiece is divided, and thus the degree of extension of the crack affects the division rate of the workpiece. Further, in the case of a thick work piece, the crack may not reach the front surface or the back surface of the work piece. Therefore, the modified region is not always appropriate depending on whether the crack reaches the front surface or the back surface of the work piece. In some cases, it may not be possible to properly determine whether or not it has been formed.
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。 Therefore, after the modified region is formed by the laser processing device and before the cutting process, whether or not the modified region serving as the starting point when the workpiece is divided is properly formed, that is, inside the workpiece. By detecting the crack depth of the formed crack, it becomes possible to accurately predict the quality of the cutting into chips in the cutting process. Then, if there is a part where the modified region is not properly formed inside the work piece, it is possible to reprocess only that part with the laser processing device or change the cutting method in the cutting process. It will be possible. This makes it possible to eliminate chip loss in the subsequent cleaving process. Further, it is possible to correct the processing conditions in the laser processing apparatus with reference to the occurrence status of defective portions, and it is possible to reduce the occurrence of defective portions in the modified region in the workpiece to be processed thereafter. When the modified region of the defective portion is reprocessed, the defective portion can be reduced, so that the loss of time required for the reprocessing can be reduced.
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。 On the other hand, the evaluation of the cracks generated inside the workpiece has conventionally been performed by cutting and polishing the sample or observing under limited conditions. Therefore, it was difficult to apply it to a processing process using a laser processing device.
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)。 On the other hand, a technique of nondestructively inspecting a crack formed inside a workpiece has been proposed (for example, see Patent Document 1).
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。
In the technique disclosed in
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。
However, in the technique disclosed in
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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a crack detection device and method capable of nondestructively and accurately detecting the crack depth of a crack formed inside a workpiece. With the goal.
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。 In order to achieve the above object, a crack detection device according to a first aspect of the present invention includes a light source unit that emits detection light along a main optical axis and a lens optical axis that is coaxial with the main optical axis. Condensing lens for condensing the detection light emitted from the part to the work piece and the detection light emitted along the main optical axis to the work piece to detect the first reflected light from the work piece. Then, based on the detection signal corresponding to the first reflected light, the interface detection means for detecting the interface position indicating the front surface or the back surface of the workpiece, and the obliquely illuminating the workpiece with the detection light decentered from the main optical axis. Then, the second reflected light from the workpiece is detected, and the crack depth of the crack formed inside the workpiece is detected based on the interface position based on the detection signal corresponding to the second reflected light. And a crack detecting means for performing the crack detection.
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。 According to the first aspect, the crack depth of the crack formed inside the workpiece is detected by detecting the interface position of the workpiece and detecting the crack depth with reference to this interface position. Non-destructive and accurate detection is possible.
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。 A crack detecting device according to a second aspect of the present invention is the crack detecting device according to the first aspect, wherein the interface detecting means is arranged on the light receiving surface side and a photodetector having a light receiving surface for receiving the first reflected light, A pinhole panel for blocking a part of the first reflected light incident on the surface, and the pinhole formed in the pinhole panel has an optically conjugate relationship with the position of the condensing point of the condensing lens. The interface detection means is configured to detect the interface position based on the first reflected light that has passed through the pinhole.
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。 According to the second aspect, it is possible to detect the interface position of the workpiece based on the reflected light that is condensed at a position that is optically conjugate with the position of the condensing point of the condensing lens. Become.
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。 A crack detecting apparatus according to a third aspect of the present invention is the crack detecting apparatus according to the first or second aspect, which includes a condensing point changing unit that changes a condensing point of a condensing lens in a thickness direction of a workpiece. The detecting means detects the crack depth of the crack based on the change of the detection signal when the condensing point of the condensing lens is changed in the thickness direction of the workpiece by the condensing point changing means. Is.
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。 A crack detecting device according to a fourth aspect of the present invention is the crack detecting device according to any one of the first to third aspects, wherein the light source unit is a limiting member that has an opening and that blocks a part of the detection light. And the detection light is decentered with respect to the main optical axis by arranging the opening at a position decentered from the light source optical axis of the light source section.
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。 According to the fourth aspect, by arranging the position of the opening of the limiting member away from the main optical axis, it becomes possible to easily perform the polarized illumination.
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。 A crack detecting apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the crack detecting device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the crack detecting unit detects a crack depth a plurality of times by switching a method of incident illumination of detection light. The average value of the crack depth detection results obtained a plurality of times is calculated.
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。 According to the fifth aspect, even if the accuracy of alignment between the condenser lens and the workpiece is not sufficient by switching the method of oblique illumination and detecting the crack depth and using the average value of the results. It is possible to accurately and stably detect the crack depth of the crack formed inside the workpiece.
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。 A crack detection method according to a sixth aspect of the present invention irradiates a workpiece with detection light emitted from a light source unit along a main optical axis to detect first reflected light from the workpiece, Based on the detection signal corresponding to the first reflected light, the interface detection step of detecting the interface position indicating the front surface or the back surface of the workpiece, and the detection light emitted from the light source unit and decentered from the main optical axis The second reflected light from the work piece by irradiating the object with partial illumination, and based on a detection signal corresponding to the second reflected light, a crack of a crack formed inside the work piece with the interface position as a reference. A crack detection step of detecting a depth.
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。 According to the present invention, the interfacial position of the workpiece is detected, and the crack depth is detected based on this interfacial position, thereby non-destructing the crack depth of the crack formed inside the workpiece. And it can be detected with high accuracy.
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。 Embodiments of a crack detection device and method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[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。
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a crack detection device according to the first embodiment of the present invention.
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。
The
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。
In the following description, the
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
An
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。
The illumination
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。
The
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。
The
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。
The reflected light L2 collected by the
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。
The
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。 The display unit 508 is a device that displays an operation GUI (Graphical User Interface) and an image (for example, a crack detection result). As the display unit 508, for example, a liquid crystal display can be used.
(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。
(Optical system for interface detection)
Next, the interface detection of the workpiece W will be described. In the following description, the case where the interface of the back surface of the workpiece W (the surface in contact with the stage 510) is detected and the crack depth is detected with the interface position of the back surface of the workpiece W as a reference will be described. In the crack depth detection, the surface of the workpiece W may be used as a reference, or the average of the crack depths detected with reference to both the front and back surfaces of the workpiece W may be used. Is.
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。
The interface detection
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。
When detecting the interface of the workpiece W, the
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。
The
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。
The
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。
As the detector
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。
The
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。
The interface detection
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。
The
(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。
(Optical system for crack detection)
Next, the detection of the crack K formed inside the workpiece W will be described.
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。
The crack detection
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。
When detecting the crack K formed inside the workpiece W, the
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。
The reflected light L2 (second reflected light) from the workpiece W is reflected by the
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。
The
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。
As the
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。
2 to 4 are explanatory diagrams showing a state when the workpiece W is subjected to the polarized illumination of the detection light L1. 2 shows the case where the crack K exists at the condensing point of the condensing
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。
As shown in FIG. 2, when the crack K exists at the condensing point of the
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。
As shown in FIG. 3, when the crack K does not exist at the focal point of the
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。
As shown in FIG. 4, when the focal point of the
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。
The
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。
In the example shown in FIG. 2 (when the crack K exists at the condensing point of the condensing lens 504), as shown in FIG. 5, of the detector
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。
On the other hand, in the example shown in FIG. 3 (when the crack K does not exist at the condensing point of the condensing lens 504), as shown in FIG. 6, of the detector
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。
Further, in the example shown in FIG. 4 (when the condensing point of the condensing
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。
As described above, the amount of light received by the light-receiving
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。
Specifically, when the outputs of the detection signals output from the light receiving surfaces 406C and 408C are D1 and D2, respectively, the evaluation value S indicating the relationship between the focal point of the
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。
S = (D1-D2) / (D1 + D2) (1)
In the formula (1), when the condition of S = 0 is satisfied, that is, when the light amounts received by the light receiving surfaces 406C and 408C match, the converging point of the
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。
The
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。
In this embodiment, photodetectors are used as the
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。
When detecting the crack K, the
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。
Further, in the present embodiment, the transmittance and the reflectance of the light incident on the
(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。
(Crack detection method)
Next, the crack detection method according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing the crack detection method according to the first embodiment of the present invention.
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)。
First, the
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。
Next, in steps S12 to S26 (crack detection step), the depth of the crack inside the workpiece W is detected. The
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)。
Next, the
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。
Next, the
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。
Next, when i = n (Yes in step S22), the
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。
According to this embodiment, the crack depth of the crack K formed inside the workpiece W can be detected nondestructively and accurately. Further, according to the present embodiment, it is possible to detect the absolute position of the interface of the wafer that is the workpiece W and detect the crack depth with the interface as a reference. As a result, for example, when a mechanical error occurs in the position control of the
[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。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, when performing crack detection, the method of oblique illumination (hereinafter, also referred to as an illumination method) is switched, the crack depth is detected a plurality of times, and the average value of the detection results of the plurality of times is calculated. Calculate as crack depth. Here, switching the illumination method means switching the mode of eccentricity of the detection light L1 (for example, the distance and position between the opening and the main optical axis from which the detection light L1 is emitted).
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。 FIG. 10: is a block diagram which shows the crack detection apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. In the following description, the same components as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
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。
As shown in FIG. 10, the
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。
The restricting
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。 Next, the crack detection method according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart showing a crack detection method according to the second embodiment of the present invention.
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)。
First, the
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。
Next, the
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。
Next, the
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)。
Next, the
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。
Next, the
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。
According to the present embodiment, even if the alignment accuracy between the
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。
In this embodiment, the two
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。
Further, in each of the above-described embodiments, the partial illumination is performed by blocking a part of the detection light L1 using the limiting
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。
Further, in each of the above-described embodiments, the crack detecting
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。
Further, the configuration for guiding the detection light L1 and the reflected light L2 is merely an example, and the present invention is not limited to the above embodiments. For example, without providing the
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 10, 10A ... Crack detection device, 100 ... Light source part, 102 ... Light source, 104 ... Collimating lens, 106, 108 ... Limiting member, 200 ... Illumination optical system, 202 ... Relay lens, 204 ... Mirror, 206 ... Relay lens, 300 ... optical system for interface detection, 302 ... half mirror, 304 ... relay lens, 306 ... half mirror, 308 ... photodetector, 400 ... optical system for crack detection, 402 ... relay lens, 404 ... half mirror, 406, 408 ... Photodetector, 500 ... Control unit, 502 ... Focus adjustment mechanism, 504 ... Condensing lens, 506 ... Operation unit, 508 ... Display unit
Claims (6)
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。 A light source unit that emits detection light along the main optical axis,
A condensing lens that has a lens optical axis coaxial with the main optical axis, and condenses the detection light emitted from the light source unit on a workpiece.
Detecting the first reflected light from the workpiece by irradiating the workpiece with the detection light emitted along the main optical axis, based on a detection signal corresponding to the first reflected light, Interface detection means for detecting an interface position indicating the front surface or the back surface of the workpiece,
The workpiece is eccentrically illuminated by the detection light decentered from the main optical axis to detect the second reflected light from the workpiece, and based on the detection signal corresponding to the second reflected light, Crack detection means for detecting the crack depth of the crack formed inside the workpiece on the basis of the interface position,
A crack detection device comprising.
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。 The interface detection means,
A photodetector having a light receiving surface for receiving the first reflected light;
A pinhole panel disposed on the light-receiving surface side for blocking a part of the first reflected light incident on the light-receiving surface,
The pinhole formed in the pinhole panel is arranged so as to have an optically conjugate relationship with the position of the condensing point of the condensing lens,
The interface detecting means detects the interface position based on the first reflected light that has passed through the pinhole.
The crack detection device according to claim 1.
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。 A condensing point changing means for changing the condensing point of the condensing lens in the thickness direction of the workpiece,
The crack detection means is a crack depth of the crack based on a change in the detection signal when the condensing point of the condensing lens is changed in the thickness direction of the workpiece by the condensing point changing means. To detect,
The crack detection device according to claim 1.
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。 The light source unit has an opening and includes a limiting member that shields a part of the detection light.
By locating the opening at a position decentered from the light source optical axis of the light source unit, the detection light is decentered with respect to the main optical axis.
The crack detection device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれか1項記載の亀裂検出装置。 The crack detecting means detects the crack depth a plurality of times by switching the method of oblique illumination of the detection light, and calculates an average value of the detection results of the crack depth of the plurality of times.
The crack detection device according to any one of claims 1 to 4.
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。 The workpiece is irradiated with the detection light emitted from the light source unit along the main optical axis to detect the first reflected light from the workpiece, and based on the detection signal corresponding to the first reflected light. An interface detection step of detecting an interface position indicating the front surface or the back surface of the workpiece,
Corresponding to the second reflected light by detecting the second reflected light from the workpiece by irradiating the workpiece with the detection light emitted from the light source unit and decentered from the main optical axis. Based on the detection signal to do, a crack detection step of detecting the crack depth of the crack formed inside the workpiece with reference to the interface position,
A crack detection method comprising:
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