JP2022117053A - 亀裂検出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物の内部に形成された亀裂の深さを精度よく検出することが可能な亀裂検出装置及び方法を提供する。
【解決手段】亀裂検出装置１０は、主光軸に沿って検出光を出射する光源部１００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対物レンズと、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、被加工物からの反射光を検出し、反射光に対応する検出信号に基づいて被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを示す測定値を検出する亀裂検出手段４００、５００と、検出光の被加工物に対する入射角を取得し、入射角に基づいて亀裂検出手段が検出した測定値を補正する測定値補正手段とを備える。
【選択図】図１

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の亀裂深さを非破壊で検出する亀裂検出装置及び方法に関する。

従来、半導体ウェーハ等の被加工物の内部に集光点を合わせてレーザ光を分割予定ラインに沿って照射し、分割予定ラインに沿って被加工物内部に切断の起点となるレーザ加工領域を形成するレーザ加工装置（レーザダイシング装置ともいう。）が知られている。レーザ加工領域が形成された被加工物は、その後、エキスパンド又はブレーキングといった割断プロセスによって分割予定ラインで割断されて個々のチップに分断される（例えば、特許文献１参照）。

ところで、レーザ加工装置により被加工物にレーザ加工領域を形成すると、レーザ加工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。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後のチップの品質に影響を与える。

このため、レーザ加工装置によりレーザ加工領域を形成した後、割断プロセスの前において、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ことにより、割断プロセスにおけるチップへの分断の良否を予測することが可能となる。

特許文献１には、被加工物に対して検出光を偏射照明して、被加工物からの反射光を受光することにより、被加工物の内部に形成された亀裂の深さを検出する亀裂検出装置が開示されている。

特開２０１７－１３３９９７号公報

特許文献１では、被加工物の入射面（上面）に対して斜め方向に検出光を照射するが、検出光の入射角は、照明光学系の設計誤差等のために設計値からずれることがある。検出光の入射角が設計値と異なると、亀裂の深さの測定値に誤差が生じ、亀裂深さの検出精度が低下するという問題があった。

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深さを精度よく検出することが可能な亀裂検出装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、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対物レンズと、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、被加工物からの反射光を検出し、反射光に対応する検出信号に基づいて被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを示す測定値を検出する亀裂検出手段と、検出光の被加工物に対する入射角を取得し、入射角に基づいて亀裂検出手段が検出した測定値を補正する測定値補正手段とを備える。

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、亀裂の亀裂上端位置又は亀裂下端位置を示す亀裂端位置と被加工物の表面との間の距離をＨ、異なる２方向から被加工物にそれぞれ入射する第１の検出光及び第２の検出光の入射角をそれぞれα及びβ、第１の検出光及び第２の検出光による亀裂端位置の位置の測定値をそれぞれＨａ及びＨｂとしたときに、測定値補正手段は、下記の式（１）により第１の検出光及び第２の検出光による亀裂端位置の位置の測定値を補正する。

本発明の第３の態様に係る亀裂検出方法は、対物レンズの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、被加工物からの反射光を検出し、反射光に対応する検出信号に基づいて被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを示す測定値を検出する亀裂検出工程と、検出光の被加工物に対する入射角を取得し、入射角に基づいて亀裂検出工程で検出した測定値を補正する測定値補正工程とを備える。

本発明によれば、被加工物の内部に形成された亀裂の深さを精度よく検出することができる。

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。 図２は、被加工物に対して検出光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３は、被加工物に対して検出光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４は、被加工物に対して検出光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５は、光検出器に受光される反射光の様子を示した図である（図２に対応）。 図６は、光検出器に受光される反射光の様子を示した図である（図３に対応）。 図７は、光検出器に受光される反射光の様子を示した図である（図４に対応）。 図８は、被加工物からの反射光が対物レンズ瞳に到達する経路を説明するための図である。 図９は、亀裂上端位置の検出例を模式的に示す図である。 図１０は、検出光の入射角の入射角を算出する方法を説明するための表である。 図１１は、対物レンズの位置と亀裂上端位置の測定値との関係を示すグラフである。 図１２は、亀裂検出装置の測定値補正機能を示すブロック図である。 図１３は、本発明の一実施形態に係る検出光の入射角測定方法を示すフローチャートである。 図１４は、本発明の一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。 図１５は、亀裂上端位置の測定値の補正の例を示すグラフである。

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。

［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。

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又はワークステーションにより実現される。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（図１２の符号５１２。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。

対物レンズ５０４は、アクチュエータ等の駆動手段によりＸＹ方向に移動可能となっている。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のＸＹ方向の任意の位置に集光させることができる。

なお、本実施形態では、対物レンズ５０４をＸＹ方向に移動させるようにしたが、ウェーハＷが載置されるステージ５１０をＸＹ方向に移動させるようにしてもよいし、対物レンズ５０４とステージ５１０の両方を移動可能としてもよい。

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（例えば、ピエゾアクチュエータ。不図示）を含んでいる。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、様々な厚みのウェーハ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の表面Ｗａ（ステージ５１０に接する面であって、デバイスが形成された面）の界面の検出を行い、その後、ウェーハＷの表面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の表面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の裏面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の表面Ｗａ及び裏面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、ウェーハＷの界面検出について説明する。

界面検出用光学系３００は、ウェーハＷの界面（表面Ｗａ又は裏面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の表面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。

光源１０２Ａからの検出光Ｌ１（Ａ）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）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の表面Ｗａと一致した場合、検出光Ｌ１（Ａ）の光束はウェーハＷの表面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Ｄ（図１０参照）は、対物レンズ５０４の集光点が反射面となるウェーハＷの表面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の表面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。

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（プローブ光）Ｌ１（Ｂ）及びＬ１（Ｃ）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。

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）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の表面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の表面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、表面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の表面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の表面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示す亀裂端位置）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）
上記の式において、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の表面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上記の式で示される評価値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。

［亀裂検出結果に対する入射角の影響］
次に、亀裂検出結果と検出光の入射角との関係について説明する。

図９は、亀裂上端位置の検出例を模式的に示す図である。なお、図９では、図面の簡略化のため、ウェーハＷの裏面Ｗｂ及びウェーハＷの断面のハッチングを省略している。また、対物レンズ５０４を簡略化して示している。

図９に示す例では、亀裂Ｋに対する対物レンズ５０４の主光軸ＡＸのＹ方向ずれ量をｄとし、亀裂上端位置Ｋ_ＴとウェーハＷの表面Ｗａとの間の距離をＨ、図中右側（以下、ａ側という。）及び図中左側（以下、ｂ側という。）からそれぞれ入射する検出光Ｌａ及びＬｂ（第１の検出光及び第２の検出光）の入射角をそれぞれα及びβとする。ここで、ａ側及びｂ側は、それぞれ図８の第１領域Ｇ１及び第２領域Ｇ２に対応している。

また、検出光Ｌａによる亀裂上端位置Ｋ_Ｔの位置の測定値（検出光Ｌａの光路と対物レンズ５０４の主光軸ＡＸとの交点Ｐａと、ウェーハＷの表面Ｗａとの間の距離）をＨａ、検出光Ｌｂによる亀裂上端位置Ｋ_Ｔの位置の測定値（検出光Ｌｂの光路と対物レンズ５０４の主光軸ＡＸとの交点Ｐｂと、ウェーハＷの表面Ｗａとの間の距離）をＨｂとする。

すると、図９から下記の式（１）が導かれる。

（Ｙずれが無い場合）
対物レンズ５０４が亀裂Ｋの真上にある場合（ｄ＝０）、Ｈａ＝Ｈｂとなるため、式（１）から下記の式（２）が得られる。

つまり、Ｙずれが無い場合には、式（２）に示したように、Ｈの値は検出光の入射角α及びβに依存しない。

（Ｙずれが有る場合）
しかしながら、対物レンズ５０４が亀裂Ｋの真上からずれている場合（ｄ≠０）、次のような問題がある。すなわち、この場合、Ｈａ≠Ｈｂとなるため、式（１）に示したように、Ｈの値は入射角α及びβに依存する。

ここで、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角が等しいとすると（α＝β）、式（１）から下記の式（３）が得られる。

式（３）から、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβが等しければ、Ｙずれの有無に関わらず、ＨａとＨｂの平均値からＨの値を求めることができる。すなわち、Ｈの値は検出光の入射角α及びβに依存しないことになる。

したがって、亀裂上端位置Ｋ_Ｔ（Ｈ）の検出結果が入射角α及びβに依存しないようにするため、α＝βとなるように光源部１００、照明光学系２００、ハーフミラー３０２及び３０４並びに対物レンズ５０４の配置等を調整することが考えられる。しかしながら、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを求めて、亀裂検出用光学系４００の配置等の調整を行うことは困難を伴う場合がある。

そこで、本実施形態では、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを求めておき、亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値を補正することにより、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβに起因する測定値の誤差を補正する。

なお、以下では、亀裂端位置の例として、亀裂上端位置Ｋ_Ｔを測定する場合について説明するが、亀裂下端位置を求める場合も同様である。

［亀裂位置の測定値の補正の手順］
（対物レンズと亀裂の位置関係に対する測定グラフの変化）
まず、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを求める方法について説明する。検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを求める方法としては、下記の方法がある。対物レンズ５０４をＹ方向にずらしていったときの亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値（Ｚ座標）をプロファイルしていく。そして、対物レンズ５０４のＹ方向のずれ量と亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値（Ｚ座標）の比から検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを算出する。

図１０は、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβの入射角を算出する方法を説明するための表である。図１０には、対物レンズ５０４と亀裂Ｋとの位置関係を示す模式図と、検出信号を示す測定グラフを対応させて示している。図１０の模式図は、図９と同様に簡略化して示してある。

図１０の測定グラフのうちグラフＤは、界面検出のための検出光Ｌ１（Ａ）の検出信号のグラフ（コンフォーカルフォーカスグラフ）である。グラフＤのピーク位置がウェーハＷの表面Ｗａの位置に相当する。

また、グラフＤａは、図中右側（ａ側、図８の第１領域Ｇ１側）からウェーハＷに入射して、ウェーハＷの表面Ｗａ又は亀裂上端位置Ｋ_Ｔで反射された後、図中左側（ｂ側、図８の第２領域Ｇ２側）に戻って光検出器４０６によって検出される検出信号を示している。グラフＤｂは、図中左側（ｂ側、図８の第２領域Ｇ２側）からウェーハＷに入射して、ウェーハＷの表面Ｗａ又は亀裂上端位置Ｋ_Ｔで反射された後、図中右側（ａ側、図８の第１領域Ｇ１側）に戻って光検出器４０４によって検出される検出信号を示している。

図１０に示すように、対物レンズ５０４が亀裂Ｋの真上に位置する場合には、検出光Ｌａ及びＬｂの光路と対物レンズ５０４の主光軸ＡＸとの交点Ｐａ及びＰｂは一致する。

対物レンズ５０４が亀裂Ｋの真上に位置する場合には、検出光Ｌａ及びＬｂの光路と対物レンズ５０４の主光軸ＡＸとの交点Ｐａ及びＰｂは一致する。この場合、グラフＤａとＤｂは略重なり合う。

一方、対物レンズ５０４の位置をＹ方向にずらしていくと、Ｙずれ量が大きくなるほど、グラフＤａとＤｂは互いに離れるようにシフトしていく。そして、図１０に示すように、対物レンズ５０４が図中右側（ａ側）にずれていくほど、ａ側の検出光Ｌａによる亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値（点ＰａのＺ座標）はより大きくなり、ｂ側の検出光Ｌｂによる亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値（点ＰｂのＺ座標）はより小さくなる。

（測定グラフに基づく入射角算出）
図１１は、対物レンズ５０４の位置と検出光Ｌａ及びＬｂによる亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値との関係を示すグラフである。図１１は、対物レンズ５０４を１．８μｍ間隔でＹ方向（移動方向）に移動させたときの亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値をプロットしたものである。なお、図１１では、ｂ側の検出光Ｌｂによる亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値のグラフは、便宜上、左右反転処理して示している。

図１１のグラフの横軸は対物レンズ５０４のＹ方向の移動量（Ｙ軸移動距離（μｍ））であり、縦軸は亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値（Ｚ座標（μｍ））である。したがって、ａ側の検出光Ｌａによる亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値のグラフと、ｂ側の検出光Ｌｂによる亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値のグラフにおける傾き（変化の割合）の差異は、入射角α及びβの差異を意味する。各グラフの傾き（ＹＺ比）から入射角α及びβを算出すると、α＝５．２°、β＝６．９°となる。

なお、図１１の各グラフの傾きは、例えば、各グラフの近似直線（例えば、最小二乗法により各グラフから求めた回帰直線、又は各グラフの（Ｙ軸移動距離）＝０の点を制約条件として求めた近似直線又は回帰直線等）の傾きとして算出することができる。

また、本実施形態では、対物レンズ５０４をＹ方向に移動させるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、被加工物であるウェーハＷが載置されるステージ５１０を移動させてもよいし、対物レンズ５０４とウェーハＷの両方を移動させてもよい。すなわち、ウェーハＷと対物レンズ５０４とを相対移動させて、ウェーハＷと対物レンズ５０４との相対位置の変化に対する測定値の変化の割合を求めることにより、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを算出することができる。

ここで、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを測定する方法は、上記の例に限定されるものではない。例えば、検出光Ｌａ及びＬｂの光路を直接観測してもよい。

図１２は、亀裂検出装置の測定値補正機能を示すブロック図である。

亀裂検出装置１０の制御部５００は、亀裂Ｋの亀裂上端位置及び亀裂下端位置の測定値を補正するための測定値補正機能（測定値補正手段）７００を備えている。

制御部５００は、対物レンズ５０４をＹ方向にずらしていったときの亀裂上端位置Ｋ_Ｔ又は亀裂下端位置の測定値（Ｚ座標）をあらかじめプロファイルしており、対物レンズ５０４のＹ方向のずれ量と亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値（Ｚ座標）の比から検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを算出してストレージデバイス５１２に保存している。

制御部５００は、亀裂Ｋの検出が終了すると、ａ側の検出光Ｌａによって測定した亀裂上端位置及び亀裂下端位置のａ側測定値と、ｂ側の検出光Ｌｂによって測定した亀裂上端位置及び亀裂下端位置のｂ側測定値を、測定値補正機能７００に入力する。

測定値補正機能７００は、入射角α及びβを読み出して、ａ側測定値とｂ側測定値と入射角α及びβとを上記式（１）に代入して補正後測定値Ｈを算出し、例えば、表示部５０８又はストレージデバイス５１２に出力する。これにより、亀裂深さの検出精度の向上を実現することができる。

［亀裂検出方法］
図１３は、本発明の一実施形態に係る検出光の入射角測定方法を示すフローチャートである。

検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを測定する場合、まず、制御部５００は、対物レンズ５０４をＹ方向にずらしていったときのＹ方向の位置ごとに検出信号を取得し、亀裂上端位置Ｋ_Ｔ又は亀裂下端位置の測定値（Ｚ座標）を算出する（ステップＳ１０：検出工程）。

次に、制御部５００は、ステップＳ１０で取得した検出信号に基づいて、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβをそれぞれ算出し（ステップＳ１２：入射角算出工程）、ストレージデバイス５１２に保存する（ステップＳ１４）。

なお、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβの測定は、亀裂検出装置１０の設置時に１回だけ実施してもよいし、亀裂検出装置１０の設置後に定期的に行うようにしてもよい。また、亀裂検出を行うごとにその直前に入射角の測定を実施してもよい。

図１４は、本発明の一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。

まず、制御部５００は、検出光Ｌａ及びＬｂをウェーハＷに照射して亀裂検出を行い、ａ側の検出光Ｌａによって測定した亀裂上端位置及び亀裂下端位置のａ側測定値と、ｂ側の検出光Ｌｂによって測定した亀裂上端位置及び亀裂下端位置のｂ側測定値を取得する（ステップＳ２０：亀裂検出工程）。

次に、制御部５００は、図１２に示した測定値補正機能７００により、ストレージデバイス５１２から、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを読み出す。そして、制御部５００は、ａ側測定値とｂ側測定値と入射角α及びβとを上記式（１）に代入して補正後測定値Ｈを算出する（ステップＳ２２：測定値補正工程）。

次に、制御部５００は、亀裂深さの補正後測定値を表示部５０８に出力する（ステップＳ２４）。また、制御部５００は、補正後測定値をストレージデバイス５１２に保存するようにしてもよい。

（測定値の補正の例）
図１５は、亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値の補正の例を示すグラフである。図１５は、図１１と同様に、対物レンズ５０４を１．８μｍ間隔でＹ方向に移動させたときの亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値をプロットしたものである。

図１５において、グラフＡ１は、ａ側の検出光Ｌａによる亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値と、ｂ側の検出光Ｌｂによる亀裂上端位置Ｋ_Ｔの測定値の平均値（補正なし）を示している。これに対して、グラフＡ２は、ａ側測定値とｂ側測定値と入射角α及びβとを上記式（１）に代入して算出した補正後測定値Ｈを示している。グラフＡ２を求める際には、図１１から求めた入射角の値（α＝５．２°、β＝６．９°）を式（１）に代入して測定値の補正を行う。

図１５の破線は、ウェーハＷを割断して亀裂Ｋの顕微鏡で目視したときの亀裂上端位置Ｋ_Ｔの目視の測定値（以下、目視値という。）を示している。図１５に示す例では、目視値は３３３μｍである。

図１５に示すように、補正なしのグラフＡ１は、対物レンズ５０４のＹずれ量が大きくなるほど、目視値との差が大きくなっている。これに対して、補正ありのグラフＡ２は、対物レンズ５０４のＹずれ量に関わらず、目視値との差が略一定である。これにより、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβに基づく亀裂深さの測定値に対する角度補正の有効性を確認することができる。

本実施形態によれば、検出光Ｌａ及びＬｂの入射角α及びβを用いて亀裂上端位置及び亀裂下端位置の測定値を補正することにより、亀裂Ｋの検出精度の向上を実現することができる。

なお、図８から図１０では、検出光Ｌａ及びＬｂはＺ軸に対して略線対称に（Ｚ軸回りに１８０°反対の方向から）入射しているが、本発明はこれに限定されない。検出光Ｌａ及びＬｂの光路は、例えば、Ｚ軸回りに９０°の方向から入射するようにしてもよい。

１０…亀裂検出装置、１００…光源部、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ…光源、１０４…ハーフミラー、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…ハーフミラー、３０６…リレーレンズ、３０８…ハーフミラー、３１０…光検出器、４００…亀裂検出用光学系、４０２…リレーレンズ、４０４、４０６…光検出器、５００…制御部、５０２…集光点位置移動機構、５０４…対物レンズ、５０６…操作部、５０８…表示部，５１０…ステージ、５１２…ストレージデバイス、７００…測定値補正機能

Claims (3)

1. 主光軸に沿って検出光を出射する光源部と、
   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対物レンズと、
   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反射光を検出し、前記反射光に対応する検出信号に基づいて前記被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを示す測定値を検出する亀裂検出手段と、
   前記検出光の前記被加工物に対する入射角を取得し、前記入射角に基づいて前記亀裂検出手段が検出した前記測定値を補正する測定値補正手段と、
   を備える亀裂検出装置。
2. 前記亀裂の亀裂上端位置又は亀裂下端位置を示す亀裂端位置と前記被加工物の表面との間の距離をＨ、異なる２方向から前記被加工物にそれぞれ入射する第１の検出光及び第２の検出光の入射角をそれぞれα及びβ、第１の検出光及び第２の検出光による前記亀裂端位置の位置の測定値をそれぞれＨａ及びＨｂとしたときに、前記測定値補正手段は、下記の式（１）により第１の検出光及び第２の検出光による前記亀裂端位置の位置の測定値を補正する、請求項１に記載の亀裂検出装置。
   

   
3. 対物レンズの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、前記被加工物からの反射光を検出し、前記反射光に対応する検出信号に基づいて前記被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを示す測定値を検出する亀裂検出工程と、
   前記検出光の前記被加工物に対する入射角を取得し、前記入射角に基づいて前記亀裂検出工程で検出した前記測定値を補正する測定値補正工程と、
   を備える亀裂検出方法。

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