KR102668591B1

KR102668591B1 - 비파괴 검출 방법

Info

Publication number: KR102668591B1
Application number: KR1020190010018A
Authority: KR
Inventors: 슈이치로 츠키지; 유키 잇쿠; 게이지 노마루; 사토시 고바야시
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2024-05-22
Also published as: SG10201900644WA; US20190242694A1; TW201934989A; CN110116280B; JP2019140167A; US10557704B2; DE102019201577A1; DE102019201577B4; JP7112204B2; KR20190095885A; TWI795525B; CN110116280A

Abstract

본 발명은 원하는 개질층을 형성하기 위한 최적의 레이저 가공 조건을 선정할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.
비파괴 검출 방법은, 검사 장치(1)를 준비하는 준비 공정을 실시한 후, X축 Y축 평면에 직교하는 Z축 방향으로 미리 정해진 거리(H)로 대물 렌즈(52)를 간헐적으로 이동시켜 제1 면(Wa)에 접근시키고 피가공물(W)의 굴절률에 의해 초점 거리가 연장된 Z축 좌표값에 초점을 위치시켜서 복수의 Z축 좌표값마다 피가공물(W)의 내부의 X축 Y축 평면 화상을 취득해 기록 수단(80)에 기록하는 화상 취득 공정과, 기록 수단(80)에 기록된 복수의 Z축 좌표값마다의 X축 Y축 평면 화상(2a∼2g)으로부터 개질층(M)의 상태를 검출하는 개질층 검출 공정을 포함한다. 피가공물(W)을 비파괴로 개질층(M)의 상태를 검출할 수 있기 때문에, 개질층(M)의 형성과 개질층(M)의 상태 검출을 반복해서 실시할 수 있어, 원하는 개질층(M)을 형성하기 위한 최적의 레이저 가공 조건을 신속하게 선정할 수 있다.

Description

비파괴 검출 방법{NONDESTRUCTIVE DETECTING METHOD}

본 발명은 레이저 가공에 의해 피가공물의 내부에 형성된 개질층을 검출하는 검출 방법에 관한 것이다.

표면에 분할 예정 라인으로 구획된 영역에 디바이스를 형성한 웨이퍼를, 이면으로부터 분할 예정 라인을 따라 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사시켜 웨이퍼의 내부에서 집광시킨 집광점으로 형성한 개질층을 기점으로 하여 웨이퍼를 분할하는 분할 방법이 있다(예컨대, 하기의 특허문헌 1을 참조).

웨이퍼를 분할하는 기술에 있어서는, 웨이퍼의 두께 방향으로의 개질층의 깊이 위치나 개질층의 길이도 웨이퍼의 분할 용이성과 관계성이 있다. 그 때문에, 개질층의 깊이 위치 및 길이를 파악함으로써, 분할에 최적인 개질층이 형성되어 있는지 판단하는 것이 가능해진다. 그래서, 예컨대 하기의 특허문헌 2에는, 미리 웨이퍼의 단부를 절단하고 나서, 웨이퍼의 내부에 개질층을 형성하고, 그 후, 웨이퍼의 측면측으로부터 절단면을 촬상함으로써, 개질층의 상태를 관찰하는 검출 장치 및 검출 방법이 제안되어 있다.

일본 특허 제3408805호 공보 일본 특허 공개 제2017-166961호 공보

그러나, 상기 특허문헌 2에 나타낸 발명에서는, 개질층을 촬상하기 위해, 미리 웨이퍼의 단부를 분할할 필요가 있기 때문에, 관찰에 시간이 걸린다. 또한, 개질층 형성과 개질층 관찰을 반복해서 행하는 것이 곤란하여, 신속하고 적절한 레이저 가공 조건을 찾아내는 것이 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은 개질층 형성과 개질층 관찰을 반복해서 행하여, 원하는 개질층을 형성하기 위한 최적의 레이저 가공 조건을 선정할 수 있는 비파괴 검출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 제1 면과 상기 제1 면의 반대측의 제2 면을 갖는 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시켜 조사함으로써 형성된 개질층을 비파괴로 검출하는 비파괴 검출 방법으로서, 대물 렌즈를 구비하여 상기 제1 면으로부터 촬상하는 촬상 수단과, 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장역의 광을 상기 제1 면측으로부터 조사하는 광원과, 상기 대물 렌즈를 상기 제1 면에 접근 또는 이격시키는 구동 수단과, 상기 촬상 수단이 촬상한 화상을 기록하는 기록 수단을 포함하는 검사 장치를 준비하는 준비 공정과, 상기 제1 면을 X축 Y축 평면으로 한 경우, X축 Y축 평면에 직교하는 Z축 방향으로 미리 정해진 거리(H)로 상기 대물 렌즈를 간헐적으로 이동시켜 상기 제1 면에 접근시키고 피가공물의 굴절률에 의해 초점의 거리가 연장된 Z축 좌표값에 상기 초점을 위치시켜 복수의 상기 Z축 좌표값마다 피가공물의 내부의 X축 Y축 평면 화상을 취득하여 상기 기록 수단에 기록하는 화상 취득 공정과, 상기 기록 수단에 기록된 복수의 상기 Z축 좌표값마다의 X축 Y축 평면 화상으로부터 개질층의 상태를 검출하는 개질층 검출 공정을 포함하는 비파괴 검출 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 개질층 검출 공정에서는, 상기 기록 수단에 기록된 복수의 상기 Z축 좌표값마다의 상기 X축 Y축 평면 화상으로부터 3차원 화상을 생성하고, Z축 방향에 평행하며 상기 개질층을 절단하는 단면에 나타나는 2차원 화상으로부터 상기 개질층의 상기 Z축 방향의 깊이 위치와 형상을 상기 개질층의 상태로서 검출한다.

바람직하게는, 피가공물은 굴절률이 3.6인 실리콘 웨이퍼이고, 상기 화상 취득 공정에서는, 상기 대물 렌즈가 간헐적으로 Z축 방향으로 이동하는 상기 거리(H)에 대하여, 피가공물의 내부에서 연장되는 상기 초점의 거리는 적어도 3.6·H이고, 상기 초점은 3.6·H에서 간헐적으로 피가공물의 내부에서 이동한다.

본 발명에 따르면, 피가공물의 내부에 형성된 개질층의 상태를 비파괴로 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 레이저 가공에 의한 개질층의 형성과 촬상 수단에 의한 개질층의 상태 검출을 반복해서 실시할 수 있게 되어, 개질층의 형성에 최적인 레이저 가공 조건을 신속하게 선정할 수 있다.

상기 개질층 검출 공정에서는, 상기 기록 수단에 기록된 복수의 상기 Z축 좌표값마다의 상기 X축 Y축 평면 화상으로부터 3차원 화상을 생성하고, Z축 방향에 평행하며 상기 개질층을 절단하는 단면에 나타나는 2차원 화상으로부터 개질층의 Z축 방향의 깊이 위치와 형상을 개질층의 상태로서 검출하기 때문에, 피가공물이 비파괴여도 개질층의 전체 형상을 파악하는 것이 가능해져, 개질층의 상태를 고정밀도로 검출할 수 있다.

피가공물은 굴절률이 3.6인 실리콘 웨이퍼이고, 상기 화상 취득 공정에서는, 상기 대물 렌즈가 간헐적으로 Z축 방향으로 이동하는 상기 거리(H)에 대하여, 피가공물의 내부에서 연장되는 상기 초점의 거리는 적어도 3.6·H이고, 상기 초점은 3.6·H에서 간헐적으로 피가공물의 내부에서 이동하기 때문에, 피가공물이 비파괴여도 개질층의 상태를 검출할 수 있다.

도 1은 검사 장치의 일례의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 화상 취득 공정을 나타내는 단면도이다.
도 4는 피가공물의 굴절률과 대물 렌즈의 초점의 관계성을 나타내는 모식도이다.
도 5는 화상 취득 공정에 있어서 대물 렌즈를 미리 정해진 거리(H)로 간헐적으로 이동시키는 상태를 설명하는 모식도이다.
도 6은 개질층 검출 공정에서 생성한 3차원 화상의 화상도이다.
도 7은 3차원 화상을 바탕으로 Z축 방향과 평행하게 절단한 개질층이 찍힌 2차원 화상의 화상도이다.

도 1에 나타내는 피가공물(W)은, 예컨대 원형의 판형 기판을 가지고, 그 표면[도시된 예에서는 제1 면(Wa)]에는, 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인(S)에 의해 구획된 영역에 복수의 디바이스(D)가 형성되어 있다. 제1 면(Wa)과 반대측의 제2 면(Wb)에는 테이프(T)가 접착된다. 피가공물(W)은 테이프(T)를 통해 환형의 프레임(F)과 일체로 되어 있다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하면서, 제1 면(Wa)과 반대측의 제2 면(Wb)을 갖는 피가공물(W)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 내부에 위치시켜 조사함으로써 형성된 개질층을 비파괴로 검출하는 비파괴 검출 방법에 대해서 설명한다.

(1) 준비 공정

도 1에 나타내는 바와 같이, 예컨대, 피가공물(W)의 내부에 개질층을 형성할 수 있고, 또한, 피가공물(W)의 내부를 촬상할 수 있는 검사 장치(1)를 준비한다. 검사 장치(1)는, 장치 베이스(10)를 구비하고, 장치 베이스(10)의 Y축 방향 후방부측의 상면에는, 단면 대략 L자형의 칼럼(11)이 세워서 설치되어 있다. 장치 베이스(10)에는, 프레임(F)과 일체가 된 피가공물(W)을 유지하는 유지 테이블(12)과, 유지 테이블(12)의 주위에 설치되어 프레임(F)을 유지하는 프레임 유지 수단(15)과, 유지 테이블(12)을 X축 방향으로 이동시키는 X축 방향 이동 기구(20)와, 유지 테이블(12)을 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 방향 이동 기구(30)를 구비한다. 칼럼(11)의 선단은, 유지 테이블(12)의 이동 방향(X축 방향)의 경로의 상방측까지 연장된 구성으로 되어 있다.

유지 테이블(12)은, 그 상면이 피가공물(W)을 유지하는 유지면(12a)으로 되어 있다. 유지 테이블(12)은, 개구부(130)를 갖는 커버 테이블(13) 위에 고정되어 있고, 유지 테이블(12)의 하부에는, 회전 수단(14)이 접속되어 있다. 회전 수단(14)은 유지 테이블(12)을 미리 정해진 각도로 회전시킬 수 있다.

X축 방향 이동 기구(20)는, X축 방향으로 연장되는 볼나사(21)와, 볼나사(21)의 일단에 접속된 모터(22)와, 볼나사(21)와 평행하게 연장되는 한쌍의 가이드 레일(23)과, 볼나사(21)의 타단을 회전 가능하게 지지하는 베어링부(24)와, Y축 방향 이동 기구(30)를 통해 유지 테이블(12)을 지지하는 이동 베이스(25)를 구비한다. 한쌍의 가이드 레일(23)에는, 이동 베이스(25)의 한쪽 면이 미끄럽 접촉하고, 이동 베이스(25)의 중앙부에 형성된 너트에는 볼나사(21)가 나사 결합되어 있다. 모터(22)가 볼나사(21)를 회동시키면, 이동 베이스(25)가 가이드 레일(23)을 따라 X축 방향으로 이동하여, 유지 테이블(12)을 X축 방향으로 이동시킬 수 있다.

Y축 방향 이동 기구(30)는, Y축 방향으로 연장되는 볼나사(31)와, 볼나사(31)의 일단에 접속된 모터(32)와, 볼나사(31)와 평행하게 연장되는 한쌍의 가이드 레일(33)과, 볼나사(31)의 타단을 회전 가능하게 지지하는 베어링부(34)와, 유지 테이블(12)을 지지하는 이동 베이스(35)를 구비한다. 한쌍의 가이드 레일(33)에는 이동 베이스(35)의 한쪽 면이 미끄럼 접촉하고, 이동 베이스(35)의 중앙부에 형성된 너트에는 볼나사(31)가 나사 결합되어 있다. 모터(32)가 볼나사(31)를 회동시키면, 이동 베이스(35)가 가이드 레일(33)을 따라 Y축 방향으로 이동하여, 유지 테이블(12)의 Y축 방향의 위치를 조정할 수 있다.

검사 장치(1)는, 유지 테이블(12)에 유지된 피가공물(W)의 제1 면(Wa)에 대하여 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 수단(40)을 구비한다. 레이저 가공 수단(40)은, 칼럼(11)의 선단의 하부측에 설치되고, 도 2에 나타내는 피가공물(W) 에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선(43)을 하방에 조사하는 레이저 가공 헤드(41)를 갖는다. 레이저 가공 헤드(41)에는, 레이저 광선(43)을 출사(出射)하는 레이저 발진기 및 레이저 광선(43)의 출력을 조정하는 출력 조정기가 접속되어 있다. 레이저 가공 헤드(41)의 내부에는, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선(43)을 집광하기 위한 집광 렌즈(42)가 내장되어 있다. 레이저 가공 헤드(41)는, 연직 방향으로 이동 가능하게 되어 있어, 레이저 광선(43)의 집광 위치를 조정할 수 있다.

여기서, 레이저 가공 수단(40)에 의해 피가공물(W)의 내부에 개질층을 형성하는 일례에 대해서 서술한다. 본 실시형태에서는, 예컨대 하기의 레이저 가공 조건으로 설정되어 실시된다.

[레이저 가공 조건]

레이저 광선의 파장: 1064 ㎚

반복 주파수: 50 ㎑

평균 출력: 1.0 W

펄스 폭: 10 ㎚

집광 스폿 직경: 3.0 ㎛

가공 이송 속도: 500 ㎜/s

도 2에 나타내는 바와 같이, 테이프(T)측을 하향으로 하여, 유지 테이블(12)의 유지면(12a)에서 피가공물(W)을 흡인 유지하였다면, 유지 테이블(12)을 레이저 가공 수단(40)의 하방으로 이동시킨다. 계속해서, 유지 테이블(12)을 상기 가공 이송 속도(500 ㎜/s)로 예컨대 X축 방향으로 가공 이송하면서, 집광 렌즈(42)에 의해 피가공물(W)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선(43)의 집광점을 피가공물(W)의 내부에 위치시킨 상태로, 레이저 광선(43)을 피가공물(W)의 제1 면(Wa)측으로부터 도 1에 나타낸 분할 예정 라인(S)을 따라 조사하여, 피가공물(W)의 내부에 강도를 저하한 개질층(M)을 형성한다.

도 1에 나타내는 검사 장치(1)는, 피가공물(W)의 내부에 형성된 개질층(M)을 비파괴로 검출하기 위해, 대물 렌즈(52)(도 3에서 도시)를 구비하여 피가공물(W)의 제1 면(Wa)으로부터 촬상하는 촬상 수단(50)과, 피가공물(W)에 대하여 투과성을 갖는 파장역의 광을 제1 면(Wa)측으로부터 조사하는 광원(60)과, 대물 렌즈(52)를 제1 면(Wa)에 대하여 접근 또는 이격시키는 구동 수단(70)과, 촬상 수단(50)이 촬상한 화상을 기록하는 기록 수단(80)과, 기록 수단(80)에 기록된 화상에 기초하여 화상 처리를 행할 수 있는 제어 수단(90)과, 각종 데이터(화상, 가공 조건 등)가 표시되는 모니터(100)를 구비한다.

촬상 수단(50)은, 칼럼(11)의 선단의 하부측에 있어서 레이저 가공 수단(40)에 근접하여 설치되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 촬상 수단(50)은, 피가공물(W)을 상방으로부터 촬상하는 카메라(51)와, 카메라(51)의 최하부에 배치된 대물 렌즈(52)와, 카메라(51)와 대물 렌즈(52) 사이에 배치되어 광원(60)으로부터 출사된 광을 하방에 반사시키는 하프 미러(53)를 구비한다. 카메라(51)는, CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 소자가 내장된 적외선 카메라이다. 광원(60)은, 예컨대 적외선 LED로 구성되며, 피가공물(W)에 대하여 투과성을 갖는 파장역의 적외선(61)을 조사할 수 있다. 촬상 수단(50)에서는, 광원(60)으로부터 출사되어 피가공물(W)의 내부에서 반사된 적외선(61)의 반사광을 촬상 소자로 파악함으로써, 피가공물(W)의 내부의 X축 좌표 및 Y축 좌표에 기초하여 X축 Y축 평면 화상을 취득할 수 있다. 촬상 수단(50)이 촬상한 X축 Y축 평면 화상은 기록 수단(80)에 기록된다.

대물 렌즈(52)에는, 구동 수단(70)이 접속되어 있다. 구동 수단(70)은, 대물 렌즈(52)의 Z축 방향의 상하 이동을 가능하게 하는 액츄에이터이다. 구동 수단(70)은, 예컨대, 전압의 인가에 의해 유지 테이블(12)에 유지된 피가공물(W)에 대하여 수직 방향으로 신축하는 피에조 소자에 의해 구성된 피에조 모터로 구성된다. 구동 수단(70)에서는, 피에조 소자에 인가하는 전압을 조정함으로써 대물 렌즈(52)를 상하 방향으로 이동시켜, 대물 렌즈(52)의 위치를 미조정할 수 있다. 따라서, 구동 수단(70)에 의해 원하는 Z축 좌표값마다 대물 렌즈(52)의 위치를 이동시켜, Z축 좌표값마다 피가공물(W)의 내부의 X축 Y축 평면 화상을 촬상 수단(50)으로 촬상하는 것이 가능해진다. 또한, 구동 수단(70)의 구성으로서는, 피에조 모터에 한정되지 않고, 예컨대, 직선적인 이동을 가능하게 하는 보이스 코일 모터에 의해 구성하여도 좋다.

제어 수단(90)은, 제어 프로그램에 의해 연산 처리를 행하는 CPU와, CPU에 접속된 화상 처리부(91)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 ROM과, 연산 처리 결과 등을 저장하는 읽기 쓰기 가능한 RAM과, 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 적어도 구비한다. 본 실시형태에 나타내는 화상 처리부(91)에서는, 기록 수단(80)에 기록된 복수의 Z축 좌표값마다의 X축 Y축 평면 화상에 기초하여 3차원 화상을 생성할 수 있다.

또한, 화상 처리부(91)에서는, 예컨대, 생성한 3차원 화상으로부터 피가공물(W)의 내부에 형성된 개질층의 단면 화상(Z축 방향과 평행한 방향으로 절단한 화상)을 생성할 수 있다. 이와 같이 하여 취득된 X축 Y축 평면 화상, 3차원 화상 및 개질층의 단면 화상을 모니터(100)에 표시함으로써, 개질층의 상태를 관찰할 수 있다. 또한, 제어 수단(90)은, 상기한 화상 처리를 행하는 것 외에, 검사 장치(1)의 각 동작 기구도 제어하는 구성으로 되어 있다.

(2) 화상 취득 공정

검사 장치(1)를 준비하여, 피가공물(W)의 내부에 개질층(M)을 형성하였다면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 유지 테이블(12)을 X축 방향으로 가공 이송하면서, 촬상 수단(50)에 의해 피가공물(W)의 제1 면(Wa)측으로부터 피가공물(W)의 내부의 상태를 촬상한다. 본 실시형태에 나타내는 화상 취득 공정에서는, 피가공물(W)의 제1 면(Wa)을 X축 Y축 평면으로 하여, 제1 면(Wa)과 평행한 X축 Y축 평면 화상을 복수 회 촬상한다. 본 실시형태에서는, X축 방향을 향하는 1열분의 분할 예정 라인(S)을 따라 개질층(M)을 형성한 직후에 화상 취득 공정을 실시하는 경우에 대해서 설명하는 것으로 한다.

여기서, 도 3에 나타내는 광원(60)이 출사한 적외선(61)이 하프 미러(53)에 의해 하방에 반사되고, 대물 렌즈(52)를 통과하여 제1 면(Wa)에 입사될 때, 피가공물(W)의 굴절률(N)에 따라 적외선(61)의 굴절각이 변한다. 즉, 피가공물(W)의 재질의 종류에 따라 굴절률(N)은 상이하다. 도 4는 피가공물(W)의 굴절률(N)과 대물 렌즈(52)에 의해 적외선(61)이 집광되는 초점의 관계성을 나타낸다. 설명의 편의상, 도시된 예에 나타내는 광축(O)에 대한 각도(α)는, 대물 렌즈(52)를 통과한 적외선(61)이 피가공물(W)의 제1 면(Wa)에서 굴절하지 않고 직선형으로 입사된 경우를 나타낸 것이며, 이 경우의 제1 면(Wa)으로부터 초점(P)까지의 거리를 거리(h1)라고 한다.

통상, 대물 렌즈(52)를 통과한 적외선(61)이 피가공물(W)의 제1 면(Wa)으로부터 내부에 입사할 때, 적외선(61)이 굴절하지 않는 경우의 각도(α)로부터 예컨대 각도(β)로 굴절하여 초점(P')에 집광된다. 광축(O)에 대한 각도(β)는, 굴절각에 상당하는 것이며, 이 경우에 있어서의 피가공물(W)의 굴절률(N)은, 스넬의 법칙에 따라 하기의 식 (1)에 기초하여 산출될 수 있다.

N=sinα/sinβ 식 (1)

또한, 상기 식 (1)에 따라 산출된 굴절률(N)을, 하기의 식 (2)에 대입함으로써, 피가공물(W)의 제1 면(Wa)으로부터 초점(P')까지의 거리(h2)를 산출할 수 있다.

h2=N×cosβ/cosα×h1 식 (2)

거리(h2)는 거리(h1)보다 길게 되고, 그 거리의 차분만큼 초점의 거리[초점(P)과 초점(P') 사이의 거리]가 연장되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 이 거리의 차분은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 복수의 Z축 좌표값마다 대물 렌즈(52)의 핀트 맞춤을 행할 때의 피가공물(W)의 내부에서 연장되는 초점의 거리(V)에 상당하는 것이다.

피가공물(W)의 내부를 촬상할 때, 구동 수단(70)은 X축 Y축 평면에 직교하는 Z축 방향으로 미리 정해진 거리(H)로 대물 렌즈(52)를 간헐적으로 이동시킨다. 대물 렌즈(52)를 간헐적으로 이동시키는 것은, 일정 거리를 마련하여 대물 렌즈(52)의 위치를 Z축 방향으로 이동시키는 것을 의미한다. 도 5의 예에 나타내는 피가공물(W)의 내부에서 연장되는 초점의 거리(V)는, 검사 대상이 되는 피가공물(W)의 굴절률(N)이나 대물 렌즈(52)의 Z축 방향의 이동량(H)에 따라 변하지만, 상기한 식 (1)에서 산출된 굴절률(N)에 이동량(H)을 곱(V=N×H)함으로써 산출될 수 있다.

본 실시형태에 나타내는 피가공물(W)이, 예컨대, 실리콘 웨이퍼인 경우는, 그 굴절률(N)은 3.6이다. 구동 수단(70)에 의한 이동량(H)이 예컨대 1 ㎛로 설정되어 있는 경우, 피가공물(W)의 굴절률(3.6)에 이동량(1 ㎛)을 곱함으로써, 피가공물(W)의 내부에서 연장되는 초점의 거리(V)를 3.6 ㎛로 산출할 수 있다. 즉, 피가공물(W)의 내부에서 연장되는 초점의 거리[Z축 좌표값(z1)과 Z축 좌표값(z2) 사이의 거리]가 적어도 3.6·H가 된다.

구동 수단(70)은, 대물 렌즈(52)를 피가공물(W)의 제1 면(Wa)에 접근하는 방향으로 하강시켜, Z축 좌표값(z1)에 초점(P1)을 위치시킨다. 도 3에 나타낸 카메라(51)에 의해 피가공물(W)의 내부를 촬상하면, 예컨대, 도 6에 나타내는 X축 Y축 평면 화상(2a)을 취득할 수 있다. 계속해서, 구동 수단(70)은, 상기한 피가공물(W)의 내부에서 연장되는 초점의 거리(V)(3.6 ㎛)의 설정에 기초하여, 대물 렌즈(52)를 간헐적으로 제1 면(Wa)측으로 이동시켜, 상기한 굴절률(N)에 의해 초점(P1)의 거리가 연장된 Z축 좌표값(z2)에 초점(P2)을 위치시킨다. 카메라(51)에 의해 피가공물(W)의 내부를 촬상하면, 예컨대 X축 Y축 평면 화상(2b)을 취득할 수 있다. 이와 같이 하여, 구동 수단(70)은, 미리 정해진 거리(H)에서 대물 렌즈(52)의 위치를 간헐적으로 이동시켜, 카메라(51)로 Z축 좌표값(z1, z2…)마다 피가공물(W)의 내부를 촬상해 감으로써, X축 Y축 평면 화상(2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f 및 2g)을 순차 취득하는 것이 가능해진다. 그리고, 취득한 X축 Y축 평면 화상(2a∼2g)을 도 1에 나타낸 기록 수단(80)에 기록한다.

(4) 개질층 검출 공정

도 1에 나타낸 제어 수단(90)의 화상 처리부(91)는, 기록 수단(80)에 기록된 복수의 Z축 좌표값(z1, z2…)마다의 X축 Y축 평면 화상(2a∼2g)을 입체적으로 조립함으로써, 도 6에 나타내는 3차원 화상(3)을 생성한다. 3차원 화상(3)은 모니터(100)에 표시된다. 3차원 화상(3) 중, 최상측의 X축 Y축 평면 화상(2a)과 최하측의 X축 Y축 평면 화상(2g)에는, 개질층(M)이 찍혀 있지 않지만, X축 Y축 평면 화상(2b∼2f)에는 개질층(M)이 찍혀 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, X축 Y축 평면 화상(2b, 2c, 2e 및 2f)에는, 굴절 부분의 약간의 오차의 영향에 의해 개질층(M)이 흐릿해진 핀트 어긋남 부분(Mo)도 포함되어 있지만, 개질층(M)의 검출을 방해하지는 않는다. 즉, 핀트 어긋남 부분(Mo)을 포함하는 개질층(M)이 처음에 표출된 X축 Y축 평면 화상(2b)으로부터 개질층(M)이 마지막으로 표출된 X축 Y축 평면 화상(2f)까지를 이용하여 개질층(M)을 검출할 수 있다.

화상 처리부(91)는, 3차원 화상(3)으로부터 Z축 방향에 평행하며 개질층(M)을 절단한 단면에 나타나는 단면 화상으로서, 예컨대, 도 7에 나타내는 2차원 화상(4)을 생성한다. 2차원 화상(4)에 대해서도 모니터(100)에 표시된다. 2차원 화상(4)에 찍혀 있는 개질층(M)을 관찰함으로써, 피가공물(W)의 내부에 있어서의 개질층(M)의 Z축 방향의 깊이 위치, 개질층(M)의 형상, 개질층(M)의 상단(Ma)으로부터 하단(Mb)까지의 길이(L)를 개질층(M)의 상태로서 검출한다. 이와 같이, 3차원 화상(3)으로부터 2차원 화상(4)으로 변환하여 개질층(M)의 전체 형상을 파악하는 것이 가능해지기 때문에, 개질층(M)의 상태를 고정밀도로 검출할 수 있다. 개질층(M)의 상태의 검출 결과는, 제어 수단(90)의 RAM에 저장되어, 최적의 레이저 가공 조건의 선정에 이용된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 비파괴 검출 방법에서는, 대물 렌즈(52)를 구비하여 제1 면(Wa)으로부터 촬상하는 촬상 수단(50)과, 피가공물(W)에 대하여 투과성을 갖는 파장역의 광을 제1 면(Wa)측으로부터 조사하는 광원(60)과, 대물 렌즈(52)를 제1 면(Wa)에 접근 또는 이격시키는 구동 수단(70)과, 촬상 수단(50)이 촬상한 화상을 기록하는 기록 수단(80)을 구비한 검사 장치(1)를 준비하는 준비 공정을 실시한 후, 예컨대 X축 Y축 평면에 직교하는 Z축 방향으로 미리 정해진 거리(H)로 대물 렌즈(52)를 간헐적으로 이동시켜 제1 면(Wa)에 접근시키고 피가공물(W)의 굴절률에 의해 초점의 거리가 연장된 Z축 좌표값에 초점을 위치시켜서 복수의 Z축 좌표값마다 피가공물(W)의 내부의 X축 Y축 평면 화상을 취득해 기록 수단(80)에 기록하는 화상 취득 공정과, 기록 수단(80)에 기록된 복수의 Z축 좌표값마다의 X축 Y축 평면 화상(2a∼2g)으로부터 개질층(M)의 상태를 검출하는 개질층 검출 공정을 실시하도록 구성하였기 때문에, 피가공물(W)를 비파괴로 개질층(M)의 상태를 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 레이저 가공에 의한 개질층(M)의 형성과 촬상 수단(50)에 의한 개질층(M)의 상태 검출을 반복해서 실시하는 것이 가능해져, 원하는 개질층(M)을 형성하기 위한 최적의 레이저 가공 조건을 신속하게 선정할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서 나타낸 검사 장치(1)는, 피가공물(W)의 내부에 개질층(M)을 형성하는 레이저 가공 장치로서도 기능하는 구성으로 하였지만, 검사 장치(1)는, 본 실시형태에 나타낸 장치 구성에 한정되지 않고, 레이저 가공 장치와는 독립된 단일체의 장치 구성이어도 좋다.

1: 검사 장치 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g: X축 Y축 평면 화상
3: 3차원 화상 4: 2차원 화상
10: 장치 베이스 11: 칼럼 12: 유지 테이블 12a: 유지면
13: 커버 테이블 14: 회전 수단 15: 프레임 유지 수단
20: X축 방향 이동 기구 21: 볼나사 22: 모터 23: 가이드 레일
24: 베어링부 25: 이동 베이스
30: Y축 방향 이동 기구 31: 볼나사 32: 모터 33: 가이드 레일
34: 베어링부 35: 이동 베이스
40: 레이저 가공 수단 41: 레이저 가공 헤드 42: 집광 렌즈
43: 레이저 광선
50: 촬상 수단 51: 카메라 52: 대물 렌즈 53: 하프 미러
60: 광원 61: 적외선 70: 구동 수단 80: 기록 수단 90: 제어 수단
91: 화상 처리부 100: 모니터

Claims

제1 면과 상기 제1 면의 반대측의 제2 면을 갖는 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시켜 조사함으로써 형성된 개질층을 비파괴로 검출하는 비파괴 검출 방법에 있어서,
대물 렌즈를 구비하여 상기 제1 면으로부터 촬상하는 촬상 수단과, 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장역의 광을 상기 제1 면측으로부터 조사하는 광원과, 상기 대물 렌즈를 상기 제1 면에 접근 또는 이격시키는 구동 수단과, 상기 촬상 수단이 촬상한 화상을 기록하는 기록 수단을 포함하는 검사 장치를 준비하는 준비 공정과,
상기 제1 면을 X축 Y축 평면으로 한 경우, X축 Y축 평면에 직교하는 Z축 방향으로 미리 정해진 거리(H)로 상기 대물 렌즈를 간헐적으로 이동시켜 상기 제1 면에 접근시키고 피가공물의 굴절률에 의해 초점의 거리가 연장된 Z축 좌표값에 상기 초점을 위치시켜서 상기 개질층에 대해서 복수의 상기 Z축 좌표값마다 피가공물의 내부의 X축 Y축 평면 화상을 취득해 상기 기록 수단에 기록하는 화상 취득 공정과,
상기 기록 수단에 기록된 복수의 상기 Z축 좌표값마다의 X축 Y축 평면 화상으로부터 개질층의 상태를 검출하는 개질층 검출 공정
을 포함하고,
상기 개질층 검출 공정에서는, 상기 기록 수단에 기록된 복수의 상기 Z축 좌표값마다의 상기 X축 Y축 평면 화상으로부터 3차원 화상을 생성하고, Z축 방향에 평행하며 상기 개질층을 절단하는 단면에 나타나는 2차원 화상으로부터 상기 개질층의 상기 Z축 방향의 깊이 위치와 형상을 상기 개질층의 상태로서 검출하는 비파괴 검출 방법.
제1항에 있어서, 피가공물은 굴절률이 3.6인 실리콘 웨이퍼이고,
상기 화상 취득 공정에서는, 상기 대물 렌즈가 간헐적으로 Z축 방향으로 이동하는 상기 거리(H)에 대하여, 피가공물의 내부에서 연장되는 상기 초점의 거리는 적어도 3.6·H이고, 상기 초점은 3.6·H로 간헐적으로 피가공물의 내부에서 이동하는 것인 비파괴 검출 방법.
삭제