KR20220110084A - 관찰 장치, 관찰 방법, 및 관찰 대상물 - Google Patents

Abstract

대상물에 투과성을 가지는 투과광을 상기 대상물을 향하여 집광하기 위한 집광 렌즈를 가지고, 상기 투과광에 의해서 상기 대상물을 촬상하기 위한 촬상부와, 상기 집광 렌즈를 상기 대상물에 대해서 상대적으로 이동시키기 위한 이동부와, 적어도 상기 촬상부 및 상기 이동부를 제어하기 위한 제어부를 구비하고, 상기 대상물은 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측인 제2 면을 포함하고, 상기 대상물에는, 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 교차하는 Z방향에 있어서의 위치의 실측값이 기지인 마커가 마련되어 있는 관찰 장치.

Description

관찰 장치, 관찰 방법, 및 관찰 대상물{OBSERVATION DEVICE, OBSERVATION METHOD, AND OBSERVATION TARGET OBJECT}

본 개시는 관찰 장치, 관찰 방법, 및 관찰 대상물에 관한 것이다.

반도체 기판과, 반도체 기판의 표면에 형성된 기능 소자층을 구비하는 웨이퍼를 복수의 라인 각각을 따라 절단하기 위해서, 반도체 기판의 이면측으로부터 웨이퍼에 레이저광을 조사함으로써, 복수의 라인 각각을 따라 반도체 기판의 내부에 복수열의 개질(改質) 영역을 형성하는 레이저 가공 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1(일본특허공개 제2017-64746호 공보)에 기재된 레이저 가공 장치는, 적외선 카메라를 구비하고 있으며, 반도체 기판의 내부에 형성된 개질 영역, 기능 소자층에 형성된 가공 데미지 등을 반도체 기판의 이면측으로부터 관찰하는 것이 가능하게 되어 있다.

그런데, 대상물을 투과하는 투과광을 이용하여 대상물을 관찰할 때, 예를 들면, 투과광의 광원이나 검출기를 포함하는 촬상 유닛을 Z방향(예를 들면 투과광의 광축 방향)으로 이동시킴으로써, 투과광의 집광점을 Z방향으로 이동시키면서 복수의 위치에서 대상물을 촬상하는 경우가 있다. 이 경우, 개질 영역이 검출되었을 때의 촬상 유닛의 이동량에 대해서, 대물 렌즈의 NA나 대상물의 굴절률에 따른 보정 계수를 곱함으로써, 대상물 내부에서의 개질 영역의 위치의 측정값을 산출하는 것이 생각된다.

그러나, 본 발명자의 지견에 따르면, 장치 상태나 관찰 깊이(투과광의 입사면으로부터 집광점까지의 Z방향의 거리)의 변화에 수반하여, 개질 영역이 검출되었을 때의 촬상 유닛의 이동량에 편차가 발생하는 경우가 있다. 이 원인으로서, 먼저, 대물 렌즈의 집광 보케(bokeh)에 의한 관찰 위치 어긋남이 생각된다. 즉, 촬상 유닛의 대물 렌즈에 있어서의 구면 수차 보정량을 일정하게 했을 경우, 해당 일정한 구면 수차 보정이 이상적인 상태에 대해서 약(弱)보정이 되는 경우가 있다. 이 경우, 대상물 내에 있어서의 투과광의 집광 위치가 상대적으로 얕아지고, 결과적으로, 어느 개질 영역이 검출되었을 때의 촬상 유닛의 이동량이 상대적으로 커진다(관찰 위치가 보다 깊어짐).

마찬가지로, 촬상 유닛의 대물 렌즈에 있어서의 구면 수차 보정량을 일정하게 했을 경우, 해당 일정한 구면 수차 보정이 이상적인 상태에 대해서 과(過)보정이 되는 경우에는, 대상물 내에 있어서의 투과광의 집광 위치가 상대적으로 깊어지고, 결과적으로, 어느 개질 영역이 검출되었을 때의 촬상 유닛의 이동량이 상대적으로 작아진다(관찰 위치가 보다 얕아짐).

또한, 이동량에 편차가 발생하는 원인으로서는, 보정환(補正環) 렌즈의 조작 전후의 어긋남이 생각된다. 즉, 촬상 유닛의 대물 렌즈가 보정환 렌즈인 경우, 보정환에 의한 수차 보정량을 조정하기 위해 보정환을 조작해도, 수차 보정량의 변화량에 대한 보정환의 조작량이 일정하지 않은 경우가 있고, 이 결과, 보정환의 조작 전후에서 관찰 위치가 어긋나는 경우가 있는 것이다. 또한, 촬상 유닛의 대물 렌즈의 기차(機差)나 대물 렌즈의 탈착 등도, 이동량의 편차의 한 원인이 된다.

이와 같이, 다양한 원인에 의해서, 개질 영역이 검출되었을 때의 촬상 유닛의 이동량에 편차가 발생하고 있는 상태에 있어서, 해당 이동량에 일정한 보정 계수를 곱하여 개질 영역의 위치의 측정값을 산출하면, 이 측정값도 불균일하게 된다. 이 결과, 개질 영역의 정확한 위치를 취득하는 것이 어렵게 된다.

그래서, 본 개시는 개질 영역의 위치에 관한 정보를 보다 정확하게 취득 가능하게 하는 관찰 장치, 관찰 방법, 및 관찰 대상물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시에 따른 관찰 장치는, 대상물에 투과성을 가지는 투과광을 대상물을 향하여 집광하기 위한 집광 렌즈를 가지고, 투과광에 의해서 대상물을 촬상하기 위한 촬상부와, 집광 렌즈를 대상물에 대해서 상대적으로 이동시키기 위한 이동부와, 적어도 촬상부 및 이동부를 제어하기 위한 제어부를 구비하고, 대상물은 제1 면 및 제1 면의 반대측인 제2 면을 포함하고, 대상물에는, 제1 면 및 제2 면과 교차하는 Z방향에 있어서의 위치의 실측값이 기지(旣知)인 마커가 마련되어 있고, 제어부는, 촬상부 및 이동부의 제어에 의해, 투과광을 제1 면으로부터 대상물의 내부로 입사시키고, 집광 렌즈를 Z방향을 따라서 이동시키면서 투과광에 의해 대상물을 촬상함으로써, 대상물의 내부 화상으로서 마커의 상(像)을 포함하는 마커 화상을 취득하는 촬상 처리와, 촬상 처리 후에, 마커 화상을 촬상했을 때의 집광 렌즈의 이동량에 보정 계수를 곱한 값인 측정값이 실측값이 되도록 보정 계수를 도출하는 도출 처리를 실행한다.

본 개시에 따른 관찰 방법은, 제1 면 및 제1 면의 반대측인 제2 면을 포함하고, 제1 면 및 제2 면과 교차하는 Z방향에 있어서의 위치의 실측값이 기지인 마커가 형성된 대상물을 준비하는 준비 공정과, 대상물에 투과성을 가지는 투과광을 제1 면으로부터 대상물의 내부로 입사시키고, 투과광을 집광하기 위한 집광 렌즈를 Z방향을 따라서 이동시키면서, 투과광에 의해 대상물을 촬상함으로써, 마커의 상을 포함하는 대상물의 내부 화상인 마커 화상을 취득하는 촬상 공정과, 촬상 공정 후에, 마커 화상을 촬상했을 때의 집광 렌즈의 이동량에 보정 계수를 곱한 값인 측정값이 실측값이 되도록 보정 계수를 도출하는 도출 공정을 구비한다.

이들 관찰 장치 및 관찰 방법의 대상물에는, 그 제1 면 및 제2 면과 교차하는 Z방향에 있어서의 위치의 실측값이 기지인 마커가 마련되어 있다. 이들 관찰 장치 및 관찰 방법에서는, 이와 같은 대상물을, 집광 렌즈를 이동시키면서 촬상함으로써, 대상물의 내부 화상으로서 마커의 상을 포함하는 마커 화상이 취득된다. 그리고, 이 마커 화상이 촬상되었을 때의 집광 렌즈의 이동량에 보정 계수를 곱한 값(측정값)이, 기지인 마커의 위치의 실측값이 되도록, 보정 계수가 도출된다. 즉, 이 관찰 장치 및 관찰 방법에 의하면, 마커 화상이 촬상되었을 때의 장치 상태, 및 마커 화상이 촬상되었을 때의 집광 렌즈의 이동량(즉 관찰 깊이)에 따른 보정 계수가 도출되게 된다. 따라서, 투과광을 이용하여 개질 영역을 관찰하여 개질 영역의 위치의 측정값을 산출할 때에, 이 보정 계수를 사용하면, 개질 영역의 위치에 관한 정보를 보다 정확하게 취득 가능하게 된다.

본 개시에 따른 관찰 장치에서는, 대상물에는, Z방향에 대한 위치가 서로 다르며, 또한, 해당 위치의 실측값이 기지인 복수의 마커가 형성되어 있고, 촬상 처리에서는, 제어부는, Z방향을 따라서 집광 렌즈를 상대 이동시킴으로써, Z방향에 대해 대상물의 내부의 복수의 위치로 투과광의 집광점을 위치시켜 대상물을 촬상함으로써, 복수의 마커 각각의 상을 포함하는 복수의 마커 화상을 취득하고, 도출 처리에서는, 제어부는, 복수의 마커 화상 각각을 촬상했을 때의 집광 렌즈의 이동량 각각에 보정 계수를 곱한 값인 측정값 각각이, 복수의 마커의 실측값 각각이 되도록, 복수의 보정 계수를 도출해도 된다. 이 경우, 복수의 이동량에 따른 보정 계수가 도출되게 된다. 따라서, 투과광을 이용하여 개질 영역을 관찰하여 개질 영역의 위치의 측정값을 산출할 때에, Z방향에 대해 보다 넓은 범위에서, 개질 영역의 위치에 관한 정보를 보다 정확하게 취득 가능하게 된다.

본 개시에 따른 관찰 장치에서는, 대상물에는, 마커로서, 제1 면 및 제2 면을 따른 X방향으로 배열된 개질 영역과, 개질 영역으로부터 연장되는 균열이 형성되어 있고, 촬상 처리에서는, 집광 렌즈를 Z방향을 따라서 이동시킴으로써, 투과광의 집광점을 이동시키면서 투과광에 의해 대상물을 촬상함으로써, 균열 중 X방향 및 Z방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는 균열의 상을 포함하는 내부 화상을 마커 화상으로서 취득해도 된다.

본 발명자의 지견에 따르면, 대상물의 내부에, 예를 들면 레이저 가공에 의해서 개질 영역을 형성하면, 해당 개질 영역으로부터 다양한 방향으로 연장되는 균열도 형성되는 경우가 있다. 그리고, 그 균열 중, 대상물의 레이저광 입사면과 교차하는 Z방향과 레이저 가공의 진행 방향인 X방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는 균열은, 개질 영역과 비교하여, 대상물을 투과하는 투과광에 의해서 핀포인트로 검출된다. 따라서, 이 균열의 상을 포함하는 내부 화상을 상기와 같이 마커 화상으로 하면, 이 마커 화상이 촬상되었을 때의 집광 렌즈의 이동량의 편차가 저감 된다. 이 결과, 보다 정확한 보정 계수를 도출할 수 있다.

본 개시에 따른 관찰 장치에서는, 촬상부는 집광 렌즈와, 집광 렌즈에 마련되어, 대상물에서 발생하는 수차를 보정하기 위한 보정환을 포함하는 보정환 렌즈를 가져도 된다. 이와 같이, 집광 렌즈에 보정환이 마련되어 있는 경우, 보정환의 조작 전후에서 장치 상태의 변화가 발생할 우려가 있다. 따라서, 상기와 같이 장치 상태에 따른 보정 계수를 도출하는 것이 보다 유효하게 된다.

본 개시에 따른 관찰 장치는, 대상물이 설치되는 설치부와, 설치부에 설치된 대상물을 구비해도 된다. 이와 같이, 마커가 마련된 대상물이 상설(常設)됨으로써, 임의의 타이밍으로 보정 계수의 도출을 행하는 것이 가능하게 된다.

본 개시에 따른 관찰 장치는, 대상물에 투과성을 가지는 투과광을 대상물을 향하여 집광하기 위한 집광 렌즈를 가지고, 투과광에 의해서 대상물을 촬상하기 위한 촬상부와, 집광 렌즈를 대상물에 대해서 상대적으로 이동시키기 위한 이동부와, 적어도 촬상부 및 이동부를 제어하기 위한 제어부를 구비하고, 대상물은 제1 면 및 제1 면의 반대측인 제2 면을 포함하고, 대상물에는, 개질 영역과 개질 영역으로부터 연장되는 균열이 마련되어 있고, 제어부는, 촬상부 및 이동부의 제어에 의해, 제1 면으로부터 투과광을 대상물로 입사시키고, 제1 면 및 제2 면과 교차하는 Z방향을 따라서 집광 렌즈를 이동시키면서 투과광에 의해 대상물을 촬상함으로써, 개질 영역 및/또는 균열의 상을 포함하는 내부 화상인 검출 화상을 취득하는 촬상 처리와, 촬상 처리 후에, 검출 화상을 촬상했을 때의 집광 렌즈의 이동량에 보정 계수를 곱함으로써, 개질 영역 및/또는 균열의 Z방향에 대한 위치의 측정값을 산출하는 산출 처리를 실행하고, 제어부는 이동량에 따른 복수의 보정 계수를 유지하고 있다.

이 관찰 장치는, 상기와 같이, 집광 렌즈의 이동량에 따른 보정 계수를 유지하고 있다. 따라서, 이 보정 계수를 사용하여 개질 영역의 위치의 측정값을 산출함으로써, 보다 정확한 개질 영역의 위치에 관한 정보를 취득할 수 있다.

본 개시에 따른 관찰 대상물은, 제1 면 및 제1 면의 반대측인 제2 면을 포함하고, 마커가 마련된 관찰 대상물로서, 제1 면 및 제2 면과 교차하는 Z방향에 있어서의 마커의 위치의 측정값을, 마커의 위치의 실측값으로부터 산출하기 위한 보정 계수를 도출하기 위해서 이용된다. 이 관찰 대상물을 사용하면, 상기와 같이 보정 계수를 도출하는 것이 가능하게 된다.

본 개시에 의하면, 개질 영역의 위치에 관한 정보를 보다 정확하게 취득 가능하게 하는 관찰 장치, 관찰 방법, 및 관찰 대상물을 제공할 수 있다.

도 1은 일 실행 형태의 레이저 가공 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실행 형태의 웨이퍼의 평면도이다.
도 3은 도 2에 나타내지는 웨이퍼의 일부분의 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타내지는 레이저 조사 유닛의 구성도이다.
도 5는 도 1에 나타내지는 검사용 촬상 유닛의 구성도이다.
도 6은 도 1에 나타내지는 얼라인먼트 보정용 촬상 유닛의 구성도이다.
도 7은 도 5에 나타내지는 검사용 촬상 유닛에 의한 촬상 원리를 설명하기 위한 웨이퍼의 단면도, 및 해당 검사용 촬상 유닛에 의한 각 개소에서의 화상이다.
도 8은 도 5에 나타내지는 검사용 촬상 유닛에 의한 촬상 원리를 설명하기 위한 웨이퍼의 단면도, 및 해당 검사용 촬상 유닛에 의한 각 개소에서의 화상이다.
도 9는 반도체 기판의 내부에 형성된 개질 영역 및 균열의 SEM 화상이다.
도 10은 반도체 기판의 내부에 형성된 개질 영역 및 균열의 SEM 화상이다.
도 11은 도 5에 나타내지는 검사용 촬상 유닛에 의한 촬상 원리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 12는 도 5에 나타내지는 검사용 촬상 유닛에 의한 촬상 원리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 13은 개질 영역이 형성된 대상물을 나타내는 도면이다.
도 14는 Z방향에 있어서의 개질 영역 및 균열의 위치에 관한 그래프이다.
도 15는 대상물의 단면 사진에 검출 결과를 플롯(plot)한 것이다.
도 16은 보정 계수를 설명하기 위한 모식도이다.
도 17은 검출 대상의 Z방향의 위치와 검출 대상이 검출되었을 때의 이동량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 실시 형태에 따른 관찰 방법 중 보정 계수를 도출하기 위한 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 19는 보정 계수의 도출용의 대상물을 나타내는 측면도이다.
도 20은 도 18에 나타내진 관찰 방법의 일 공정을 나타내는 도면이다.
도 21은 Z방향에 대해 서로 다른 위치에서 촬상된 복수의 내부 화상이다.
도 22는 개질 영역의 위치의 실측값과 이동량과 보정 계수의 관계를 나타내는 표이다.
도 23은 본 실시 형태에 따른 관찰 방법 중, 개질 영역의 Z방향의 위치에 관한 정보를 취득하기 위한 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 24는 도 23에 나타내진 관찰 방법의 일 공정을 나타내는 도면이다.
도 25는 도 23에 나타내진 관찰 방법의 일 공정을 나타내는 도면이다.
도 26은 개질 영역의 위치의 실측값과 이동량과 보정 계수의 관계를 나타내는 표이다.
도 27은 개질 영역의 위치의 측정값과 실측값의 오차를 나타내는 그래프이다.
도 28은 변형예에 따른 대상물을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 29는 균열 검출에 대해 설명하는 도면이다.
도 30은 균열 검출에 대해 설명하는 도면이다.
도 31은 스크래치 검출에 대해 설명하는 도면이다.
도 32는 스크래치 검출에 대해 설명하는 도면이다.
도 33은 스크래치 검출에 대해 설명하는 도면이다.

이하, 일 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면의 설명에 있어서, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한, 각 도면에는, X축, Y축, 및 Z축에 의해서 규정되는 직교 좌표계를 나타내는 경우가 있다. 일례로서, X방향 및 Y방향은, 서로 교차(직교)하는 제1 수평 방향 및 제2 수평 방향이며, Z방향은 X방향 및 Y방향과 교차(직교)하는 연직 방향이다.

도 1에 나타내지는 바와 같이, 레이저 가공 장치(1)는 스테이지(2)와, 레이저 조사 유닛(3)(조사부)과, 복수의 촬상 유닛(4, 5, 6)과, 구동 유닛(7)과, 제어부(8)와, 디스플레이(150)(표시부)를 구비하고 있다. 레이저 가공 장치(1)는, 대상물(11)에 레이저광(L)을 조사함으로써, 대상물(11)에 개질 영역(12)을 형성하는 장치이다.

스테이지(2)는, 예를 들면 대상물(11)에 붙여진 필름을 흡착함으로써, 대상물(11)을 지지한다. 스테이지(2)는 X방향 및 Y방향 각각을 따라 이동 가능하고, Z방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 회전 가능하다.

레이저 조사 유닛(3)은 대상물(11)에 대해서 투과성을 가지는 레이저광(L)을 집광하여 대상물(11)에 조사한다. 스테이지(2)에 지지된 대상물(11)의 내부에 레이저광(L)이 집광되면, 레이저광(L)의 집광점(C)에 대응하는 부분에 있어서 레이저광(L)이 특히 흡수되어, 대상물(11)의 내부에 개질 영역(12)이 형성된다.

개질 영역(12)은 밀도, 굴절률, 기계적 강도, 그 외의 물리적 특성이 주위의 비개질 영역과는 다른 영역이다. 개질 영역(12)으로서는, 예를 들면, 용융 처리 영역, 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역 등이 있다. 개질 영역(12)은 개질 영역(12)으로부터 레이저광(L)의 입사측 및 그 반대측으로 균열이 연장되기 쉽다고 하는 특성을 가지고 있다. 이와 같은 개질 영역(12)의 특성은, 대상물(11)의 절단에 이용된다.

일례로서, 스테이지(2)를 X방향을 따라서 이동시키고, 대상물(11)에 대해서 집광점(C)을 X방향을 따라서 상대적으로 이동시키면, 복수의 개질 스폿(12s)이 X방향을 따라서 1열로 늘어서도록 형성된다. 1개의 개질 스폿(12s)은, 1펄스의 레이저광(L)의 조사에 의해서 형성된다. 1열의 개질 영역(12)은, 1열로 늘어선 복수의 개질 스폿(12s)의 집합이다. 서로 이웃하는 개질 스폿(12s)은, 대상물(11)에 대한 집광점(C)의 상대적인 이동 속도 및 레이저광(L)의 반복 주파수에 의해서, 서로 연결되는 경우도, 서로 떨어지는 경우도 있다.

촬상 유닛(4)은 대상물(11)에 형성된 개질 영역(12), 및 개질 영역(12)으로부터 연장된 균열의 선단을 촬상한다.

촬상 유닛(5) 및 촬상 유닛(6)은, 제어부(8)의 제어하에서, 스테이지(2)에 지지된 대상물(11)을, 대상물(11)을 투과하는 광에 의해 촬상한다. 촬상 유닛(5, 6)이 촬상함으로써 얻어진 화상은, 일례로서, 레이저광(L)의 조사 위치의 얼라인먼트에 제공된다.

구동 유닛(7)은 레이저 조사 유닛(3) 및 복수의 촬상 유닛(4, 5, 6)을 지지하고 있다. 구동 유닛(7)은 레이저 조사 유닛(3) 및 복수의 촬상 유닛(4, 5, 6)을 Z방향을 따라서 이동시킨다.

제어부(8)는 스테이지(2), 레이저 조사 유닛(3), 복수의 촬상 유닛(4, 5, 6), 및 구동 유닛(7)의 동작을 제어한다. 제어부(8)는 프로세서, 메모리, 스토리지 및 통신 디바이스 등을 포함하는 컴퓨터 장치로서 구성되어 있다. 제어부(8)에서는, 프로세서가, 메모리 등에 읽혀넣어진 소프트웨어(프로그램)를 실행하고, 메모리 및 스토리지에 있어서의 데이터의 읽어냄 및 쓰기, 그리고 통신 디바이스에 의한 통신을 제어한다.

디스플레이(150)는 유저로부터 정보의 입력을 접수하는 입력부로서의 기능과, 유저에 대해서 정보를 표시하는 표시부로서의 기능을 가지고 있다.

[대상물의 구성]

본 실행 형태의 대상물(11)은, 도 2 및 도 3에 나타내지는 바와 같이, 웨이퍼(20)이다. 웨이퍼(20)는 반도체 기판(21)과, 기능 소자층(22)을 구비하고 있다. 또한, 본 실행 형태에서는, 웨이퍼(20)는 기능 소자층(22)을 가지는 것으로 하여 설명하지만, 웨이퍼(20)는 기능 소자층(22)을 가지고 있어도 가지고 있지 않아도 되며, 베어 웨이퍼여도 된다. 반도체 기판(21)은 표면(21a)(제2 면) 및 이면(21b)(제1 면)을 가지고 있다. 반도체 기판(21)은, 예를 들면, 실리콘 기판이다. 기능 소자층(22)은 반도체 기판(21)의 표면(21a)에 형성되어 있다. 기능 소자층(22)은 표면(21a)을 따라서 2차원으로 배열된 복수의 기능 소자(22a)를 포함하고 있다. 기능 소자(22a)는, 예를 들면, 포토 다이오드 등의 수광 소자, 레이저 다이오드 등의 발광 소자, 메모리 등의 회로 소자 등이다. 기능 소자(22a)는 복수의 층이 스택되어 3차원적으로 구성되는 경우도 있다. 또한, 반도체 기판(21)에는, 결정 방위를 나타내는 노치(21c)가 마련되어 있지만, 노치(21c)를 대신하여 오리엔테이션 플랫이 마련되어 있어도 된다.

웨이퍼(20)는 복수의 라인(15) 각각을 따라 기능 소자(22a)마다로 절단된다. 복수의 라인(15)은 웨이퍼(20)의 두께 방향으로부터 본 경우에 복수의 기능 소자(22a) 각각의 사이를 통과하고 있다. 보다 구체적으로는, 라인(15)은 웨이퍼(20)의 두께 방향으로부터 본 경우에 스트리트 영역(23)의 중심(폭 방향에서의 중심)을 통과하고 있다. 스트리트 영역(23)은, 기능 소자층(22)에 있어서, 서로 이웃하는 기능 소자(22a)의 사이를 통과하도록 연장되어 있다. 본 실행 형태에서는, 복수의 기능 소자(22a)는 표면(21a)을 따라서 매트릭스 모양으로 배열되어 있고, 복수의 라인(15)은 격자 모양으로 설정되어 있다. 또한, 라인(15)은 가상적인 라인이지만, 실제로 그은 라인이어도 된다.

[레이저 조사 유닛의 구성]

도 4에 나타내지는 바와 같이, 레이저 조사 유닛(3)은 광원(31)과, 공간 광 변조기(32)와, 집광 렌즈(33)를 가지고 있다. 광원(31)은, 예를 들면 펄스 발진 방식에 의해서, 레이저광(L)을 출력한다. 공간 광 변조기(32)는 광원(31)으로부터 출력된 레이저광(L)을 변조한다. 공간 광 변조기(32)는 예를 들면 반사형 액정(LCOS: Liquid　Crystal　on　Silicon)의 공간 광 변조기(SLM: Spatial　Light　Modulator)이다. 집광 렌즈(33)는 공간 광 변조기(32)에 의해서 변조된 레이저광(L)을 집광한다. 또한, 집광 렌즈(33)는 보정환 렌즈여도 된다.

본 실행 형태에서는, 레이저 조사 유닛(3)은, 복수의 라인(15) 각각을 따라 반도체 기판(21)의 이면(21b)측으로부터 웨이퍼(20)에 레이저광(L)을 조사함으로써, 복수의 라인(15) 각각을 따라 반도체 기판(21)의 내부에 2열의 개질 영역(12a, 12b)을 형성한다. 개질 영역(12a)은 2열의 개질 영역(12a, 12b) 중 표면(21a)에 가장 가까운 개질 영역이다. 개질 영역(12b)은, 2열의 개질 영역(12a, 12b) 중, 개질 영역(12a)에 가장 가까운 개질 영역으로서, 이면(21b)에 가장 가까운 개질 영역이다.

2열의 개질 영역(12a, 12b)은, 웨이퍼(20)의 두께 방향(Z방향)에 있어서 서로 이웃하고 있다. 2열의 개질 영역(12a, 12b)은, 반도체 기판(21)에 대해서 2개의 집광점(C1, C2)이 라인(15)을 따라서 상대적으로 이동시켜지는 것에 의해 형성된다. 레이저광(L)은 예를 들면 집광점(C1)에 대해서 집광점(C2)이 진행 방향의 후측 또한 레이저광(L)의 입사측에 위치하도록, 공간 광 변조기(32)에 의해서 변조된다. 또한, 개질 영역의 형성에 관해서는, 단초점이어도 다초점이어도 되며, 1 패스여도 복수 패스여도 된다.

레이저 조사 유닛(3)은 복수의 라인(15) 각각을 따라 반도체 기판(21)의 이면(21b)측으로부터 웨이퍼(20)에 레이저광(L)을 조사한다. 일례로서, 두께 400㎛의 단결정 실리콘＜100＞기판인 반도체 기판(21)에 대해, 표면(21a)으로부터 54㎛의 위치 및 128㎛의 위치에 2개의 집광점(C1, C2)을 각각 맞추어, 복수의 라인(15) 각각을 따라 반도체 기판(21)의 이면(21b)측으로부터 웨이퍼(20)에 레이저광(L)을 조사한다. 이때, 예를 들면 2열의 개질 영역(12a, 12b)에 걸치는 균열(14)이 반도체 기판(21)의 표면(21a)에 이르는 조건으로 하는 경우, 레이저광(L)의 파장은 1099nm, 펄스 폭은 700n초, 반복 주파수는 120kHz로 된다. 또한, 집광점(C1)에 있어서의 레이저광(L)의 출력은 2.7W, 집광점(C2)에 있어서의 레이저광(L)의 출력은 2.7W로 되고, 반도체 기판(21)에 대한 2개의 집광점(C1, C2)의 상대적인 이동 속도는 800mm/초로 된다. 또한, 예를 들면 가공 패스 수가 5로 되는 경우, 상술한 웨이퍼(20)에 대해서, 예를 들면, ZH80(표면(21a)으로부터 328㎛의 위치), ZH69(표면(21a)으로부터 283㎛의 위치), ZH57(표면(21a)으로부터 234㎛의 위치), ZH26(표면(21a)으로부터 107㎛의 위치), ZH12(표면(21a)으로부터 49.2㎛의 위치)가 가공 위치로 되어도 된다. 이 경우, 예를 들면, 레이저광(L)의 파장은 1080nm이고, 펄스 폭은 400nsec이며, 반복 주파수는 100kHz이고, 이동 속도는 490mm/초여도 된다.

이와 같은 2열의 개질 영역(12a, 12b) 및 균열(14)의 형성은, 다음과 같은 경우에 실행된다. 즉, 이후의 공정에 있어서, 예를 들면, 반도체 기판(21)의 이면(21b)을 연삭함으로써 반도체 기판(21)을 박화함과 아울러 균열(14)을 이면(21b)에 노출시키고, 복수의 라인(15) 각각을 따라 웨이퍼(20)를 복수의 반도체 디바이스로 절단하는 경우이다.

[검사용 촬상 유닛의 구성]

도 5에 나타내지는 바와 같이, 촬상 유닛(4)(촬상부)은 광원(41)과, 미러(42)와, 대물 렌즈(집광 렌즈)(43)와, 광 검출부(44)를 가지고 있다. 촬상 유닛(4)은 웨이퍼(20)를 촬상한다. 광원(41)은 반도체 기판(21)에 대해서 투과성을 가지는 광(I1)을 출력한다. 광원(41)은, 예를 들면, 할로겐 램프 및 필터에 의해서 구성되어 있고, 근적외 영역의 광(I1)을 출력한다. 광원(41)으로부터 출력된 광(I1)은, 미러(42)에 의해서 반사되어 대물 렌즈(43)를 통과하여, 반도체 기판(21)의 이면(21b)측으로부터 웨이퍼(20)에 조사된다. 이때, 스테이지(2)는 상술한 바와 같이 2열의 개질 영역(12a, 12b)이 형성된 웨이퍼(20)를 지지하고 있다.

대물 렌즈(43)는 반도체 기판(21)에 대해서 투과성을 가지는 광(투과광)(I1)을 반도체 기판(21)을 향하여 집광하기 위한 것이다. 대물 렌즈(43)는 반도체 기판(21)의 표면(21a)에서 반사된 광(I1)을 통과시킨다. 즉, 대물 렌즈(43)는 반도체 기판(21)을 전반한 광(I1)을 통과시킨다. 대물 렌즈(43)의 개구수(NA)는, 예를 들면 0.45 이상이다. 대물 렌즈(43)는 보정환(43a)을 가지고 있다. 보정환(43a)은 예를 들면 대물 렌즈(43)를 구성하는 복수의 렌즈에 있어서의 상호간의 거리를 조정함으로써, 반도체 기판(21) 내에 있어서 광(I1)에 발생하는 수차를 보정한다. 또한, 수차를 보정하는 수단은, 보정환(43a)으로 한정되지 않고, 공간 광 변조기 등의 그 외의 보정 수단이어도 된다. 광 검출부(44)는 대물 렌즈(43) 및 미러(42)를 투과한 광(I1)을 검출한다. 광 검출부(44)는, 예를 들면, InGaAs 카메라에 의해서 구성되어 있고, 근적외 영역의 광(I1)을 검출한다. 또한, 근적외 영역의 광(I1)을 검출(촬상)하는 수단은 InGaAs 카메라로 한정되지 않고, 투과형 공초점(confocal) 현미경 등, 투과형의 촬상을 행하는 것이면 그 외의 촬상 수단이어도 된다.

촬상 유닛(4)은 2열의 개질 영역(12a, 12b) 각각, 및 복수의 균열(14a, 14b, 14c, 14d) 각각의 선단을 촬상할 수 있다(상세에 대해서는, 후술함). 균열(14a)은 개질 영역(12a)으로부터 표면(21a)측으로 연장되는 균열이다. 균열(14b)은 개질 영역(12a)으로부터 이면(21b)측으로 연장되는 균열이다. 균열(14c)은 개질 영역(12b)으로부터 표면(21a)측으로 연장되는 균열이다. 균열(14d)은 개질 영역(12b)으로부터 이면(21b)측으로 연장되는 균열이다.

[얼라인먼트 보정용 촬상 유닛의 구성]

도 6에 나타내지는 바와 같이, 촬상 유닛(5)은 광원(51)과, 미러(52)와, 렌즈(53)와, 광 검출부(54)를 가지고 있다. 광원(51)은 반도체 기판(21)에 대해서 투과성을 가지는 광(I2)을 출력한다. 광원(51)은, 예를 들면, 할로겐 램프 및 필터에 의해서 구성되어 있고, 근적외 영역의 광(I2)을 출력한다. 광원(51)은 촬상 유닛(4)의 광원(41)과 공통화되어 있어도 된다. 광원(51)으로부터 출력된 광(I2)은, 미러(52)에 의해서 반사되어 렌즈(53)를 통과하여, 반도체 기판(21)의 이면(21b)측으로부터 웨이퍼(20)에 조사된다.

렌즈(53)는 반도체 기판(21)의 표면(21a)에서 반사된 광(I2)을 통과시킨다. 즉, 렌즈(53)는 반도체 기판(21)을 전반한 광(I2)을 통과시킨다. 렌즈(53)의 개구수는, 0.3 이하이다. 즉, 촬상 유닛(4)의 대물 렌즈(43)의 개구수는, 렌즈(53)의 개구수보다도 크다. 광 검출부(54)는 렌즈(53) 및 미러(52)를 통과한 광(I2)을 검출한다. 광 검출부(55)는, 예를 들면, InGaAs 카메라에 의해서 구성되어 있고, 근적외 영역의 광(I2)을 검출한다.

촬상 유닛(5)은, 제어부(8)의 제어하에서, 이면(21b)측으로부터 광(I2)을 웨이퍼(20)에 조사함과 아울러, 표면(21a)(기능 소자층(22))으로부터 되돌아오는 광(I2)을 검출함으로써, 기능 소자층(22)을 촬상한다. 또한, 촬상 유닛(5)은, 마찬가지로, 제어부(8)의 제어하에서, 이면(21b)측으로부터 광(I2)을 웨이퍼(20)에 조사함과 아울러, 반도체 기판(21)에 있어서의 개질 영역(12a, 12b)의 형성 위치로부터 되돌아오는 광(I2)을 검출함으로써, 개질 영역(12a, 12b)을 포함하는 영역의 화상을 취득한다. 이들 화상은, 레이저광(L)의 조사 위치의 얼라인먼트에 이용된다. 촬상 유닛(6)은, 렌즈(53)가 보다 저배율(예를 들면, 촬상 유닛(5)에 있어서는 6배이며, 촬상 유닛(6)에 있어서는 1.5배)인 점을 제외하고, 촬상 유닛(5)과 마찬가지의 구성을 구비하며, 촬상 유닛(5)과 마찬가지로 얼라인먼트에 이용된다.

[검사용 촬상 유닛에 의한 촬상 원리]

도 5에 나타내지는 촬상 유닛(4)을 이용하여, 도 7에 나타내지는 바와 같이, 2열의 개질 영역(12a, 12b)에 걸치는 균열(14)이 표면(21a)에 이르고 있는 반도체 기판(21)에 대해서, 이면(21b)측으로부터 표면(21a)측을 향하여 초점(F)(대물 렌즈(43)의 초점)을 이동시킨다. 이 경우, 개질 영역(12b)으로부터 이면(21b)측으로 연장되는 균열(14)의 선단(14e)에 이면(21b)측으로부터 초점(F)을 맞추면, 해당 선단(14e)을 확인할 수 있다(도 7에서의 우측의 화상). 그러나, 균열(14) 그 자체, 및 표면(21a)에 이르고 있는 균열(14)의 선단(14e)에 이면(21b)측으로부터 초점(F)을 맞추어도, 그것들을 확인할 수 없다(도 7에서의 좌측의 화상). 또한, 반도체 기판(21)의 표면(21a)에 이면(21b)측으로부터 초점(F)을 맞추면, 기능 소자층(22)을 확인할 수 있다.

또한, 도 5에 나타내지는 촬상 유닛(4)을 이용하여, 도 8에 나타내지는 바와 같이, 2열의 개질 영역(12a, 12b)에 걸치는 균열(14)이 표면(21a)에 이르고 있지 않은 반도체 기판(21)에 대해서, 이면(21b)측으로부터 표면(21a)측을 향하여 초점(F)을 이동시킨다. 이 경우, 개질 영역(12a)으로부터 표면(21a)측으로 연장되는 균열(14)의 선단(14e)에 이면(21b)측으로부터 초점(F)을 맞추어도, 해당 선단(14e)을 확인할 수 없다(도 8에서의 좌측의 화상). 그러나, 표면(21a)에 대해서 이면(21b)과는 반대측의 영역(즉, 표면(21a)에 대해서 기능 소자층(22)측의 영역)에 이면(21b)측으로부터 초점(F)을 맞추어, 표면(21a)에 관해서 초점(F)과 대칭인 가상 초점(Fv)을 해당 선단(14e)에 위치시키면, 해당 선단(14e)을 확인할 수 있다(도 8에서의 우측의 화상). 또한, 가상 초점(Fv)은, 반도체 기판(21)의 굴절률을 고려한 초점(F)과 표면(21a)에 관해서 대칭인 점이다.

이상과 같이 균열(14) 그 자체를 확인할 수 없는 것은, 조명광인 광(I1)의 파장보다도 균열(14)의 폭이 작기 때문이라고 상정된다. 도 9 및 도 10은, 실리콘 기판인 반도체 기판(21)의 내부에 형성된 개질 영역(12) 및 균열(14)의 SEM(Scanning　Electron　Microscope) 화상이다. 도 9의 (b)는, 도 9의 (a)에 나타내지는 영역(A1)의 확대상, 도 10의 (a)는, 도 9의 (b)에 나타내지는 영역(A2)의 확대상, 도 10의 (b)는, 도 10의 (a)에 나타내지는 영역(A3)의 확대상이다. 이와 같이, 균열(14)의 폭은, 120nm 정도이며, 근적외 영역의 광(I1)의 파장(예를 들면, 1.1~1.2㎛)보다도 작다.

이상을 근거로 하여 상정되는 촬상 원리는, 다음과 같다. 도 11의 (a)에 나타내지는 바와 같이, 공기 중에 초점(F)을 위치시키면, 광(I1)이 되돌아오지 않기 때문에, 거뭇한 화상이 얻어진다(도 11의 (a)에서의 우측의 화상). 도 11의 (b)에 나타내지는 바와 같이, 반도체 기판(21)의 내부에 초점(F)을 위치시키면, 표면(21a)에서 반사된 광(I1)이 되돌아오기 때문에, 흰 화상이 얻어진다(도 11의 (b)에서의 우측의 화상). 도 11의 (c)에 나타내지는 바와 같이, 개질 영역(12)에 이면(21b)측으로부터 초점(F)을 맞추면, 개질 영역(12)에 의해서, 표면(21a)에서 반사되어 되돌아온 광(I1)의 일부에 대해서 흡수, 산란 등이 발생하기 때문에, 흰 배경 중에 개질 영역(12)이 거뭇하게 비친 화상이 얻어진다(도 11의 (c)에서의 우측의 화상).

도 12의 (a) 및 (b)에 나타내지는 바와 같이, 균열(14)의 선단(14e)에 이면(21b)측으로부터 초점(F)을 맞추면, 예를 들면, 선단(14e) 근방에 발생한 광학적 특이성(응력 집중, 변형, 원자 밀도의 불연속성 등), 선단(14e) 근방에서 발생하는 광의 가둠 등에 의해서, 표면(21a)에서 반사되어 되돌아온 광(I1)의 일부에 대해서 산란, 반사, 간섭, 흡수 등이 발생하기 때문에, 흰 배경 중에 선단(14e)이 거뭇하게 비친 화상이 얻어진다(도 12의 (a) 및 (b)에서의 우측의 화상). 도 12의 (c)에 나타내지는 바와 같이, 균열(14)의 선단(14e) 근방 이외의 부분에 이면(21b)측으로부터 초점(F)을 맞추면, 표면(21a)에서 반사된 광(I1)의 적어도 일부가 되돌아오기 때문에, 흰 화상이 얻어진다(도 12의 (c)에서의 우측의 화상).

[내부 관찰에 관한 실시 형태]

도 13은 개질 영역이 형성된 대상물을 나타내는 도면이다. 도 13의 (a)는, 개질 영역이 노출하도록 절단된 대상물의 단면 사진이다. 도 13의 (b)는, 대상물을 투과하는 광에 의해 촬상된 대상물의 화상의 일례이다. 도 13의 (c)는, 대상물을 투과하는 광에 의해 촬상된 대상물의 화상의 다른 예이다. 도 13의 (a)에 나타내지는 바와 같이, 레이저광(L)의 집광에 의해 대상물(여기에서는 반도체 기판(21))에 형성된 개질 영역(12)은, 반도체 기판(21)에 있어서의 레이저광(L)의 입사면과 반대측의 면인 표면(21a)측에 위치하는 보이드 영역(12m)과, 보이드 영역(12m)보다도 레이저광(L)의 입사면인 이면(21b)측에 위치하는 보이드 상방 영역(12n)을 포함한다.

이와 같은 개질 영역(12)이 형성된 반도체 기판(21)을, 반도체 기판(21)에 투과성을 가지는 광(I1)에 의해 촬상하면, 도 13의 (b), (c)에 나타내지는 바와 같이, Z방향 및 X방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는(X방향에 대해서 각도를 가지는) 균열(14k)의 상이 확인되는 경우가 있다. Z방향으로부터 보았을 때, 균열(14k)은 도 13의 (b)의 예에서는 Y방향과 대체로 평행하며, 도 13의 (c)의 예에서는 Y방향에 대해서 약간 기울어져 있다. 이들 균열(14k)의 상은, Z방향을 따라서 광(I1)의 집광점을 이동시키면서 복수의 위치에서 반도체 기판(21)을 촬상했을 때에, 개질 영역(12)과 비교하여, Z방향의 한정된 범위에서 선명하게 검출된다.

도 14는 Z방향에 있어서의 개질 영역 및 균열의 위치에 관한 그래프이다. 도 14에서는, 보이드 하단, 보이드 상단, 보이드 상방 영역 하단, 및 보이드 상방 영역 상단의 플롯은, 단면 관찰에 의해 실제로 측정된 실측값이다. 하단이란 표면(21a)측의 단부를 의미하고, 상단이란 이면(21b)측의 단부를 의미하고 있다. 따라서, 예를 들면 보이드 상방 영역 하단이란, 보이드 상방 영역(12n)의 표면(21a)측의 단부이다.

또한, 도 14의 그래프에 있어서의 직접 관찰 및 이면 반사 관찰의 플롯은, 광(I1)에 의해서 촬상된 화상 중, 균열(14k)의 선명한 상을 포함하는 내부 화상이 촬상되었을 때의 Z방향에 있어서의 대물 렌즈(43)의 이동량(이하, 간단히 「이동량」이라고 칭하는 경우가 있음)에 기초하여 산출된 측정값이며, 일례로서 AI에 의한 화상 판정에 의해 얻어진 값이다. 직접 관찰은, 광(I1)을 이면(21b)으로부터 입사시키면서, 표면(21a)에서의 반사를 거치지 않고 직접적으로 광(I1)의 집광점을 균열(14k)에 맞춘 경우(상기의 예에서는, 이면(21b)측으로부터 균열(14k)에 초점(F)을 맞춘 경우)이며, 이면 반사 관찰은, 광(I1)을 이면(21b)으로부터 입사시키면서, 표면(21a)에서 반사된 광(I1)의 집광점을 균열(14k)에 맞춘 경우(상기의 예에서는, 표면(21a)에 대해서 이면(21b)과는 반대측의 영역에 이면(21b)측으로부터 초점(F)을 맞추어, 표면(21a)에 관해서 초점(F)과 대칭인 가상 초점(Fv)을 균열(14k)에 맞춘 경우)이다.

도 14에 나타내지는 바와 같이, 직접 관찰에서는, 개질 영역(12)의 형성 위치를 Z방향으로 다르게 한 4개의 경우 C1~C4에 있어서, 모두, 보이드 상방 영역 하단과 보이드 상방 영역 상단과의 사이에 균열(14k)이 검출되어 있고, 이면 반사 관찰에서는, 경우 C1에 있어서 대체로 보이드 상방 영역 하단과 동(同)위치에 균열(14k)이 검출되고, 경우 C2~C4에 있어서 보이드 상방 영역 하단과 보이드 상단과의 사이에 균열(14k)이 검출된다. Z방향에 있어서의 개질 영역(12)의 폭은, 보이드 하단과 보이드 상방 영역 상단과의 사이의 거리이다. 이와 같이, 균열(14k)은, 개질 영역(12) 그 자체와 비교하여, Z방향에 대해 보다 핀포인트로 검출된다.

따라서, Z방향에 대해 균열(14k)이 나왔을 때의 내부 화상의 이동량을 취득함으로써, 보다 정확하게, 개질 영역(12)의 위치에 관한 정보를 취득하는 것이 가능하게 된다. 또한, 도 14의 세로축은, 이면으로부터의 거리를 나타내고 있지만, 여기에서의 이면은 광(I1)의 입사면에 대한 이면으로서, 반도체 기판(21)에 대해서는 표면(21a)이다. 또한, 도 15는 단면 사진에 경우 C1의 검출 결과를 플롯한 것이다.

본 실시 형태에서는, 이상과 같은 지견에 기초하여, 내부 관찰에 의해 균열(14k)을 검출하고, 개질 영역(12)의 위치에 관한 정보를 취득한다. 계속해서, 본 실시 형태에 따른 관찰 방법에 대해 설명한다. 이 관찰 방법에서는, 균열(14k)이 검출 대상의 대상 균열이다.

본 실시 형태에서는, 개질 영역(12)의 위치에 관한 정보의 취득시, 먼저, Z방향에 대한 균열(14k)의 위치를 산출한다. 그때, 균열(14k)이 검출된 내부 화상이 촬상되었을 때의 대물 렌즈(43)의 Z방향에 있어서의 이동량에 대해서, 소정의 보정 계수를 곱한다. 또한, 도 14, 15에 나타내지는 바와 같이, 균열(14k)은 Z방향에 대해 개질 영역(12)의 범위 내에 검출된다. 따라서, 산출된 균열(14k)의 위치는, 개질 영역(12)의 Z방향에 대한 위치의 측정값이기도 하다.

먼저, 보정 계수에 관한 지견에 대해서 설명한다. 도 16에 나타내지는 바와 같이, 반도체 기판(21) 내에 있어서 광(I1)의 집광점의 위치를 조정하기 위해, 구동 유닛(7)을 이용하여 촬상 유닛(4)을 Z방향을 따라서 이동량(Fz)만큼 이동시킨 것으로 한다. 이때, 반도체 기판(21)이 없으면, 광(I1)의 집광점의 이동량도 이동량(Fz)이 된다. 그러나, 광(I1)의 집광점이 반도체 기판(21)의 내부에 형성되어 있는 경우, 광(I1)의 집광점의 이동량은, 이동량(Fz)과 다른 이동량(Hz)이 된다(도시된 예에서는 확대되어 있음). 이동량(Hz)은 반도체 기판(21) 내에 있어서의 실제의 촬상 위치, 즉, 검출 대상(예를 들면 개질 영역(12)이나 균열(14k))의 위치를 규정한다.

한편, 제어부(8)가 직접적으로 취득 가능한 정보는, 구동 유닛(7)의 제어시의 입력값인 촬상 유닛(4)의 이동량(Fz)(즉, 반도체 기판(21)이 없는 경우의 집광점의 이동량(Fz))이다. 따라서, 제어부(8)가, 반도체 기판(21) 내의 실제의 검출 대상의 위치를 취득하기 위해서는, 이동량(Fz)에 대해서 어떠한 계수를 곱할 필요가 있다. 이때에 적용되는 계수가 보정 계수이다. 이 보정 계수는, 대물 렌즈(43)의 NA나 반도체 기판(21)의 굴절률을 고려하여 일정 값(예를 들면 반도체 기판(21)이 실리콘인 경우에는 4 정도)으로 하여 설정할 수도 있다. 그러나, 보정 계수를 일정 값으로 했을 경우, 다음과 같은 문제가 발생할 우려가 있다.

도 17은 검출 대상의 Z방향의 위치와 검출 대상이 검출되었을 때의 이동량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 17의 그래프의 가로축의 「깊이 위치」는, 검출 대상이 마련된 Z방향의 위치(광(I1)의 집광점을 맞추는 위치)이며, 도 17의 그래프의 세로축의 「Z축 이동량」은, 각각의 Z방향의 위치에서 검출 대상이 검출되었을 때의 이동량(Fz)이다. 검출 대상은, 이동량(Fz)을 10㎛로 했을 때에 검출되도록, 반도체 기판(21) 내에 있어서 40㎛ 정도의 간격으로 마련되어 있다.

도 17에서는, 장치 상태가 다른 복수의 경우의 그래프가 중첩되어 표기되어 있지만, 하나의 장치 상태(하나의 그래프)에 주목했을 경우에는, 검출 대상의 Z방향의 위치가 다르면, 본래이면 10㎛로 일정하게 되어야 할 이동량(Fz)에 편차가 발생하고 있다. 복수의 장치 상태(복수의 그래프) 사이에서 비교했을 경우에도 마찬가지이다. 이와 같이 이동량(Fz)에 편차가 발생하는 원인으로서, 먼저, 대물 렌즈(43)의 집광 보케에 의한 관찰 위치 어긋남이 생각된다. 즉, 촬상 유닛(4)의 대물 렌즈(43)에 있어서의 구면 수차 보정량을 일정하게 했을 경우, 해당 일정한 구면 수차 보정이 이상적인 상태에 대해서 약보정이 되는 경우가 있다. 이 경우, 반도체 기판(21) 내에 있어서의 광(I1)의 집광 위치가 상대적으로 얕아지고, 결과적으로, 어느 개질 영역(12)이 검출되었을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량(Fz)이 상대적으로 커진다(관찰 위치가 보다 깊어짐).

마찬가지로 촬상 유닛(4)의 대물 렌즈(43)에 있어서의 구면 수차 보정량을 일정하게 했을 경우, 해당 일정한 구면 수차 보정이 이상적인 상태에 대해서 과보정이 되는 경우에는, 반도체 기판(21) 내에 있어서의 광(I1)의 집광 위치가 상대적으로 깊어지고, 결과적으로, 어느 개질 영역(12)이 검출되었을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량(Fz)이 상대적으로 작아진다(관찰 위치가 보다 얕아짐).

또한, 이동량(Fz)에 편차가 발생하는 원인으로서는, 보정환 렌즈의 조작 전후의 어긋남이 생각된다. 즉, 촬상 유닛(4)의 대물 렌즈(43)가 보정환 렌즈인 경우, 보정환(43a)에 의한 수차 보정량을 조정하기 위해 보정환(43a)을 조작해도, 수차 보정량의 변화량에 대한 보정환(43a)의 조작량이 일정하지 않은 경우가 있으며, 이 결과, 보정환(43a)의 조작 전후에서 관찰 위치가 어긋나는 경우가 있는 것이다. 또한, 촬상 유닛(4)의 대물 렌즈(43)의 기차나 대물 렌즈(43)의 탈착 등도, 이동량(Fz)의 편차의 한 원인이 된다.

이와 같이 불균일한 이동량(Fz)에 대해서 일정한 보정 계수를 곱하여 측정값을 산출하면, 산출 결과도 불균일하게 된다. 이것으로부터, 검출 대상의 정확한 위치에 관한 정보를 취득하기 위해서, 장치 상태나 Z방향의 위치에 따라 적절한 보정 계수를 사용할 필요가 있다. 그래서, 본 실시 형태에 따른 관찰 방법에서는, 이하와 같이 보정 계수의 도출을 행한다. 보정 계수의 도출을 행하는 타이밍은, 임의적이지만, 일례로서 대물 렌즈(43)의 탈착시와 같이 장치 상태에 변화가 발생한 타이밍이다.

도 18은 본 실시 형태에 따른 관찰 방법 중 보정 계수를 도출하기 위한 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 18에 나타내지는 바와 같이, 보정 계수의 도출용의 대상물(관찰 대상물)(60)을 촬상 유닛(4)의 대물 렌즈(43)의 하부로 이동시킨다(공정 S1). 도 1에 나타내지는 바와 같이, 레이저 가공 장치(1)는 스테이지(2)와는 다른 스테이지(설치부)(2A)를 더 구비하고 있고, 대상물(60)은 이 스테이지(2A)에 재치되어 있다. 스테이지(2A)는 예를 들면 구동 유닛(7)에 의해서 X방향 및 Y방향을 따라서 이동 가능하게 되어 있다.

도 19는 보정 계수의 도출용의 대상물을 나타내는 측면도이다. 도 19에 나타내지는 바와 같이, 대상물(60)은 이면(60b)과, 이면(제1 면)(60b)의 반대측인 표면(제2 면)(60a)을 포함한다. 대상물(60)에는, 레이저 가공에 의해서, 이면(60b) 및 표면(60a)을 따른 X방향으로 배열된 개질 영역(12) 및 개질 영역(12)으로부터 연장되는 균열(균열 14, 14k)이 형성되어 있다. 특히, 대상물(60)은, 개질 영역(12)으로부터, Z방향 및 X방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는 균열(14k)이 형성되어 있다. 또한, 대상물(60)에서는, Z방향으로 늘어서도록 복수열의 개질 영역(12)이 형성되어 있다. Z방향에 있어서의 개질 영역(12)의 간격은, 이동량(Fz)으로 환산하여 10㎛ 이하이다.

대상물(60)에는, 개질 영역(12)이 노출되도록 절단면이 형성되어 있고, 개질 영역(12) 각각의 Z방향의 위치는, 예를 들면 균열(14k)의 위치로서, 해당 절단면의 관찰에 의해 실측되어 기지(旣知)이다. 이 기지인 실측값은, 제어부(8)가 유지하고 있어도 되고, 제어부(8)가 액세스 가능한 임의의 기억 장치에 유지되어 있어도 된다. 이와 같이, 여기에서는, 이면(60b) 및 이면(60b)의 반대측인 표면(60a)을 포함하고, 이면(60b) 및 표면(60a)과 교차하는 Z방향에 있어서의 위치의 실측값이 기지인 마커로서, 개질 영역(12) 및 균열(14k)이 형성된 대상물(60)을 준비하는 준비 공정이 실시되게 된다.

이어지는 공정에서는, 도 20에 나타내지는 바와 같이, 대상물(60)에 대해서 투과성을 가지는 광(투과광)(I1)에 의해서, 대상물(60)의 촬상을 행한다(공정 S2: 촬상 공정). 이 공정 S2에서는, 촬상 유닛(4)(촬상부)의 제어에 의해, 개질 영역(12)으로부터 연장되는 균열 중 Z방향 및 X방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는 균열(14k)을 광(I1)에 의해 촬상하는 촬상 처리를 실행한다. 또한, Y방향은 대상물(60)에 개질 영역(12)을 형성하기 위한 레이저 가공의 가공 진행 방향(즉, 개질 영역(12)의 배열 방향)인 X방향과, 이면(60b) 및 표면(60a)과 교차하는 Z방향과 교차하는 방향의 일례이다.

이 공정 S2에서는, 제어부(8)가, 촬상 유닛(4) 및 구동 유닛(7)을 제어함으로써, 광(I1)을 대상물(60)의 이면(60b)으로부터 대상물(60)에 입사시킴과 아울러, Z방향을 따라서 촬상 유닛(4)을 이동시켜 광(I1)의 집광점(초점(F), 가상 초점(Fv))을 Z방향을 따라서 이동시키고, 대상물(60)의 내부의 복수의 위치에 광(I1)의 집광점을 위치시켜 복수 회에 걸쳐서 대상물(60)을 촬상한다. 이것에 의해, 복수의 내부 화상(GD)을 취득한다. 본 실시 형태에서는, 대물 렌즈(43)는 촬상 유닛(4)과 일체로 이동된다. 따라서, 촬상 유닛(4)을 이동시키는 것은 대물 렌즈(43)를 이동시키는 것이기도 하며, 촬상 유닛(4)의 이동량은 대물 렌즈(43)의 이동량과 동등하다.

광(I1)의 집광점을 이동시키는 범위는, 대상물(60)의 두께의 전 범위로 해도 되지만, 여기에서는, 개질 영역(12)(여기에서는 일례로서 개질 영역(12a, 12b))의 형성을 위해서 레이저광의 집광점을 맞춘 Z방향의 위치를 포함하는 일부의 범위(RA)로 할 수 있다. 또한, 복수 회의 촬상을 행할 때의 Z방향에 대한 촬상 유닛(4)의 이동 간격, 즉, 대상물(60)의 촬상 간격은, 임의적이지만, 균열(14k)을 보다 정확하게 검출하는 관점에서는, 보다 세세하게 설정되는 것이 바람직하다. 촬상 간격은, 일례로서 1㎛ 이내이며, 여기에서는 0.2㎛이다.

또한, 여기에서는, 제어부(8)는, 대상물(60)의 직접 관찰과 이면 반사 관찰이 실행되도록, 촬상 유닛(4) 및 구동 유닛(7)을 제어한다. 보다 구체적으로는, 제어부(8)는, 먼저, 광(I1)을 이면(60b)으로부터 대상물(60)로 입사시키면서, Z방향을 따라서 촬상 유닛(4)을 이동시킴으로써, 표면(60a)에서의 반사를 거치지 않은 광(I1)의 집광점(초점(F))을 이면(60b)측으로부터 표면(60a)측으로 이동시키면서, Z방향의 복수의 위치에서 대상물(60)을 촬상함으로써, 내부 화상(GD)으로서 복수의 제1 내부 화상(GD1)을 취득하는 제1 촬상 처리를 실행한다. 이 제1 촬상 처리가, 직접 관찰이다.

이와 함께, 제어부(8)는, 광(I1)을 이면(60b)으로부터 대상물로 입사시키면서, Z방향을 따라서 촬상 유닛(4)을 이동시킴으로써, 표면(60a)에서 반사한 광(I1)의 집광점(가상 초점(Fv))을 표면(60a)측으로부터 이면(60b)측을 향하여 이동시키면서 복수의 위치에서 대상물(60)을 촬상함으로써, 내부 화상(GD)으로서 복수의 제2 내부 화상(GD2)을 취득하는 제2 촬상 처리를 실행한다. 이 제2 촬상 처리가, 광(I1)의 입사면에 대해서 이면(여기에서는, 반도체 기판(21)의 표리(表裏)면과의 관계로부터 표면(60a)으로 칭하고 있음)측으로부터의 관찰이기 때문에, 이면 반사 관찰이다.

이어지는 공정에서는, 공정 S2에서의 촬상에 의해 취득된 내부 화상(GD)에 관한 촬상 데이터가 보존된다(공정 S3). 상술한 바와 같이, 공정 S2에서는, 제어부(8)가, 구동 유닛(7)의 제어에 의해서 촬상 유닛(4)(즉, 광(I1)의 집광점)을 Z방향을 따라서 이동시키면서 촬상을 행한다. 따라서, 제어부(8)는 각각의 내부 화상을 촬상했을 때의 이동량(Fz)을 취득할 수 있다. 여기에서는, 내부 화상(GD) 각각에 대해서, 그 이동량(Fz)에 관한 정보가 관련지어지고, 촬상 데이터로서 보존될 수 있다. 또한, 촬상 데이터는 제어부(8) 및 레이저 가공 장치(1)의 내외를 불문하고, 제어부(8)가 액세스 가능한 임의의 기억 장치에 보존될 수 있다.

또한, 촬상 유닛(4)(대물 렌즈(43))의 이동량(Fz)은, 일례로서, 광(I1)의 집광점을 반도체 기판(21)의 이면(21b)에 맞춘 상태의 위치로부터, 반도체 기판(21)의 내부의 원하는 위치에 광(I1)의 집광점을 맞추도록 촬상 유닛(4)을 Z방향을 따라서 이동시켰을 경우의 촬상 유닛(4)의 이동량으로 할 수 있다.

이어서, 제어부(8)가 소정의 기억 장치로부터 촬상 데이터를 입력한다(공정 S4). 그리고, 제어부(8)가 균열(14k)의 형성 상태를 판정한다(공정 S5). 여기에서는, 일례로서, 제어부(8)가, 화상 인식에 의해서, 복수의 내부 화상(GD) 중, 균열(14k)의 상이 상대적으로 선명한 내부 화상(GD)(마커 화상)을 자동적으로 판정한다(AI판정을 행함). 여기서, AI판정에 의해 균열이나 개질 영역을 검출하는 알고리즘의 일례에 대해 설명한다.

도 29 및 도 30은 균열 검출에 대해 설명하는 도면이다. 도 29에 있어서는, 내부 관찰 결과(반도체 기판(21)의 내부 화상)가 나타내져 있다. 제어부(8)는, 도 29의 (a)에 나타내지는 바와 같은 반도체 기판(21)의 내부 화상에 대해서, 먼저, 직선군(140)을 검출한다. 직선군(140)의 검출에는, 예를 들면 Hough 변환 또는 LSD(Line Segment Detector) 등의 알고리즘이 이용된다. Hough 변환이란, 화상 상의 점에 대해서 그 점을 통과하는 모든 직선을 검출하여 특징점을 보다 많이 통과하는 직선에 가중치 부여하면서 직선을 검출하는 수법이다. LSD란, 화상 내의 휘도값의 구배(勾配)와 각도를 계산함으로써 선분이 되는 영역을 추정하고, 해당 영역을 직사각형에 근사(近似)시킴으로써 직선을 검출하는 수법이다.

이어서, 제어부(8)는, 도 30에 나타내지는 바와 같이 직선군(140)에 대해 균열선과의 유사도를 산출함으로써, 직선군(140)으로부터 균열(14)을 검출한다. 균열선은, 도 30의 상부 도면에 나타내지는 바와 같이, 선상의 휘도값에 대해 Y방향으로 전후가 매우 밝다고 하는 특징을 가진다. 이 때문에, 제어부(8)는, 예를 들면, 검출한 직선군(140)의 모든 화소의 휘도값을, Y방향의 전후와 비교하여, 그 차분이 전후와도 임계값 이상인 화소 수를 유사도의 스코어로 한다. 그리고, 검출한 복수의 직선군(140) 중에서 가장 균열선과의 유사도의 스코어가 높은 것을 그 화상에 있어서의 대표값으로 한다. 대표값이 높을수록, 균열(14)이 존재할 가능성이 높다고 하는 지표가 된다. 제어부(8)는, 복수의 화상에 있어서의 대표값을 비교함으로써, 상대적으로 스코어가 높은 것을 균열 화상 후보로 한다.

도 31~도 33은 스크래치 검출에 대해 설명하는 도면이다. 도 31에 있어서는, 내부 관찰 결과(반도체 기판(21)의 내부 화상)가 나타내져 있다. 제어부(8)는, 도 31의 (a)에 나타내지는 바와 같은 반도체 기판(21)의 내부의 화상에 대해서, 화상 내의 코너(에지 집중)를 키포인트로 하여 검출하고, 그 위치, 크기, 방향을 검출하여 특징점(250)을 검출한다. 이와 같이 하여 특징점을 검출하는 수법으로서는, Eigen, Harris, Fast, SIFT, SURF, STAR, MSER, ORB, AKAZE 등이 알려져 있다.

여기서, 도 32에 나타내지는 바와 같이, 스크래치(280)는, 원형이나 직사각형 등의 형태가 일정 간격으로 늘어서기 때문에, 코너로서의 특징이 강하다. 이 때문에, 화상 내의 특징점(250)의 특징량을 집계함으로써, 스크래치(280)를 고정밀도로 검출하는 것이 가능하게 된다. 도 33에 나타내지는 바와 같이, 깊이 방향으로 시프트하여 촬상한 화상마다의 특징량 합계를 비교하면, 개질층마다의 균열 열량(列量)을 나타내는 산(山)의 변화를 확인할 수 있다. 제어부(8)는 해당 변화의 피크를 스크래치(280)의 위치로서 추정한다. 이와 같이 특징량을 집계함으로써, 스크래치 위치만이 아니라 펄스 피치를 추정하는 것도 가능하게 된다.

이상의 AI판정에 대한 설명은, X방향을 따라서 연장되는 균열(14) 및 스크래치(280)에 관한 것이지만, Z방향 및 X방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는 균열(14k)에 대해서도, 마찬가지의 알고리즘에 의해, 복수의 내부 화상(ID)에 있어서의 대표값을 비교함으로써, 상대적으로 스코어가 높은 것을, 해당 균열(14k)의 상이 상대적으로 선명한 내부 화상(ID)으로서 판정할 수 있다.

일례로서, 도 21은 Z방향에 대해 서로 다른 위치에서 촬상된 복수의 내부 화상(GD)이다. 도 21에서는, (d)에 나타내지는 내부 화상(GDd)의 촬상 위치를 중심으로, (c)가 1㎛만큼 이면(60b)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(GDc), (b)가 3㎛만큼 이면(60b)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(GDb), (a)가 5㎛만큼 이면(60b)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(GDa), (e)가 1㎛만큼 표면(60a)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(GDe), (f)가 3㎛만큼 표면(60a)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(GDf), (g)가 5㎛만큼 표면(60a)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(GDg)으로 되어 있다. 또한, 여기에서의 촬상 위치란, 대상물(60)의 내부에서의 값이다.

도 21에 나타내지는 예에서는, 내부 화상(GDd)에 있어서 균열(14k)의 상이 가장 선명하기 때문에, 제어부(8)는, 내부 화상(GDd)이, 상대적으로 스코어가 높아 해당 균열(14k)의 상이 상대적으로 선명한 내부 화상이라고 판정된다. 즉, 여기에서는, 내부 화상(GDd)에 있어서 균열(14k)이 검출된 것으로 판정된다(내부 화상(GDd)을 마커 화상으로 함). 제어부(8)는 내부 화상(GDd)을 촬상했을 때의 이동량(Fz)을 취득 가능하다. 제어부(8)는 Z방향의 위치가 다른 복수열의 개질 영역(12), 및 각각의 개질 영역(12)으로부터 연장되는 균열(14k)에 대해서, 마찬가지의 공정·처리를 행함으로써, 복수열의 개질 영역(12) 각각으로부터 연장되는 균열(14k)이 검출되었을 때의 이동량(Fz)을 취득할 수 있다.

즉, 본 실시 형태에서는, 대상물(60)에는, Z방향에 대한 위치가 서로 다르며, 또한, 마커로서, 해당 위치의 실측값이 기지인 복수의 개질 영역(12) 및 균열(14k)이 형성되어 있고, 촬상 처리에서는, 제어부(8)는, Z방향을 따라서 촬상 유닛(4)을 이동시킴으로써, Z방향에 대해 대상물(60)의 내부의 복수의 위치에 광(I1)의 집광점을 위치시켜 대상물(60)을 촬상함으로써, 복수의 개질 영역(12) 각각으로부터 연장되는 균열(14k) 각각의 선명한 상을 포함하는 복수의 내부 화상(GD)(상기의 내부 화상(GDd)에 상당하는 화상으로서 마커 화상)을 취득한다. 그리고, 제어부(8)는, 도 22의 제2 란(Q2)에 나타내지는 바와 같이, 마커 화상 각각을 촬상했을 때의 이동량(Fz)을 취득한다.

또한, 도 22의 제1 란(Q1)에 나타내지는 바와 같이, 제어부(8)는, 복수열의 개질 영역(12)(균열(14k))의 Z방향에 있어서의 위치의 실측값을, 대상물(60)의 이면(광(I1)의 입사면에 대한 이면으로서, 여기에서는 표면(60a))으로부터의 거리로서 취득할 수 있다.

이어서, 제어부(8)가 보정 계수를 도출한다(공정 S6: 도출 공정). 도 22에 나타내지는 바와 같이, 제어부(8)는, Z방향으로 늘어서는 복수의 개질 영역(12) 각각의 위치의 측정값을 산출하기 위한 정보로서, 개질 영역(12) 각각으로부터 연장되는 균열(14k)이 검출되었을 때의 이동량(Fz)을 취득하고 있다(제2 란(Q2)). 한편, 제어부(8)는 Z방향으로 늘어서는 복수의 개질 영역(12) 각각의 위치의 실측값을 취득할 수 있다(제1 란(Q1)). 따라서, 제어부(8)는, Z방향으로 늘어서는 복수의 개질 영역(12) 각각에 대해서, 이동량(Fz)에 보정 계수를 곱한 값인 개질 영역(12)의 위치의 측정값이 대응하는 실측값이 되도록, 보정 계수를 도출할 수 있다. 바꿔말하면, 제어부(8)는, 보정 계수 = 실측값/이동량(Fz)으로 하여, 보정 계수를 도출한다.

즉, 제어부(8)는 균열(14k)의 선명한 상을 포함하는 내부 화상(GD)인 마커 화상을 촬상했을 때의 이동량(Fz)에 보정 계수를 곱한 값인 측정값이, 개질 영역(12)의 Z방향의 위치의 실측값이 되도록 보정 계수를 도출하는 도출 처리를 실행한다. 도 22의 제3 란(Q3)은, 이와 같이 하여 도출된 보정 계수가 나타내져 있다. 그 후, 제어부(8)는 도출한 보정 계수를 나타내는 데이터를 보존하고(공정 S7), 처리를 종료한다.

이상에 의해 도출된 보정 계수는, 촬상 유닛(4)으로부터의 광(I1)에 의해서 촬상된 내부 화상(GD)에 기초하고 있다. 따라서, 보정 계수는 내부 화상(GD)의 촬상을 행했을 때의 촬상 유닛(4)의 장치 상태를 반영한 것으로 되어 있다. 또한, 보정 계수는, Z방향에 대해서, 대상물(60)의 복수의 위치에서 촬상된 내부 화상(GD)에 기초하여 도출되어 있다. 따라서, 보정 계수는 대상물(60)에 있어서의 광(I1)의 집광점을 맞추는 Z방향의 위치, 및 해당 위치에 따른 수차 보정량을 가미한 것으로 되어 있다.

계속해서, 본 실시 형태에 따른 관찰 방법에서는, Z방향의 위치가 실측되어 있지 않은 개질 영역(12)을 포함하는 대상물을 관찰함으로써, 해당 개질 영역(12)의 Z방향의 위치에 관한 정보를 취득하기 위한 일련의 공정이 실시된다. 도 23은 본 실시 형태에 따른 관찰 방법 중, 개질 영역의 Z방향의 위치에 관한 정보를 취득하기 위한 공정을 나타내는 플로차트이다.

도 23에 나타내지는 바와 같이, 여기에서는, 개질 영역이 형성된 대상물이 준비된다. 여기에서는, 레이저 가공이 행해진다(공정 S11: 준비 공정). 다만, 관찰 방법의 일 공정으로서는, 레이저 가공의 공정은 필수는 아니며, 예를 들면 다른 레이저 가공 장치를 이용하여(혹은, 레이저 가공 장치(1)에 의해 별도의 타이밍으로) 개질 영역(12)이 형성된 대상물을 준비해도 된다.

이 공정 S11에서는, 도 24에 나타내지는 바와 같이, 반도체 기판(21)을 포함하는 대상물을 준비한다. 반도체 기판(21)은 이면(제1 면)(21b)과 이면(21b)의 반대측인 표면(제2 면)(21a)을 포함한다. 반도체 기판(21)에는, 이면(21b) 및 표면(21a)을 따른 X방향으로 연장되는 라인(15)이 설정되어 있다. 반도체 기판(21)은 이면(21b)을 레이저광(L)의 입사면으로 하기 위해, 이면(21b)이 레이저 조사 유닛(3)을 향하도록 스테이지(2)에 지지되어 있다. 그 상태에 있어서, 제어부(8)가, 레이저 조사 유닛(3)을 제어하면서, 반도체 기판(21)을 X방향을 따라서 상대 이동시키도록 구동 유닛(7) 및/또는 스테이지(2)의 이동 기구를 제어하여, 레이저광(L)의 집광점(C)을 라인(15)을 따라서 반도체 기판(21)에 대해서 상대 이동시킨다.

이때, 제어부(8)는 공간 광 변조기(32)에 레이저광(L)을 복수(여기에서는 2개)의 레이저광(L1, L2)으로 분기하기 위한 패턴을 표시시킨다. 이것에 의해, 반도체 기판(21)의 내부에, Z방향에 대해 거리 Dz만큼 이간하고, 또한, X방향에 대해 거리 Dx만큼 이간하도록, 레이저광(L1, L2) 각각의 집광점(C1, C2)이 형성된다. 이 결과, 반도체 기판(21)에는, 라인(15)을 따라서 복수(여기에서는 2열)의 개질 영역(12a, 12b)이 형성된다. 따라서, 여기에서는, X방향이 집광점(C1, C2)이 진행하는 가공 진행 방향이 된다.

이와 같이, 여기에서는, 제어부(8)는, 레이저 조사 유닛(3)(조사부)의 제어에 의해, 라인(15)의 연장 방향인 X방향을 따라서 반도체 기판(21)에 레이저광(L)을 조사함으로써, X방향을 따라서 배열된 복수의 개질 영역(12)과 개질 영역(12)으로부터 연장되는 균열(균열 14, 14k)을 반도체 기판(21)에 형성하는 레이저 가공 처리를 실행하게 된다. 또한, 도 24 및 이후의 도면에서는, 반도체 기판(21)의 표면(21a)에 형성된 기능 소자층(22)이 생략되어 있다.

이어서, 내부 관찰이 행해진다. 즉, 이어지는 공정에서는, 반도체 기판(21)을 관찰 위치로 이동시킨다(공정 S12). 보다 구체적으로는, 제어부(8)가, 구동 유닛(7) 및/또는 스테이지(2)의 이동 기구를 제어함으로써, 반도체 기판(21)을, 촬상 유닛(4)의 대물 렌즈(43) 직하에 위치하도록 상대 이동시킨다. 또한, 개질 영역(12)이 형성된 반도체 기판(21)을 별도로 준비했을 경우에는, 예를 들면 유저에 의해서, 해당 반도체 기판(21)이 관찰 위치에 재치되어도 된다.

이어서, 도 25에 나타내지는 바와 같이, 반도체 기판(21)에 대해서 투과성을 가지는 광(투과광)(I1)에 의해서, 반도체 기판(21)의 촬상을 행한다(공정 S13: 촬상 공정). 이 공정 S13에서는, 촬상 유닛(4)(촬상부)의 제어에 의해, 광(I1)을 반도체 기판(21)의 이면(21b)으로부터 반도체 기판(21)의 내부로 입사시키면서, 개질 영역(12)으로부터 연장되는 균열 중 Z방향 및 X방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는 균열(14k)인 대상 균열을 광(I1)에 의해 촬상하는 촬상 처리를 실행한다. 또한, Y방향은 가공 진행 방향인 X방향과, 이면(21b) 및 표면(21a)과 교차하는 Z방향과 교차하는 방향의 일례이다.

보다 구체적으로는, 공정 S13에서는, 제어부(8)가, 구동 유닛(7)(이동부) 및 촬상 유닛(4)을 제어함으로써, Z방향을 따라서 촬상 유닛(4)을 이동시킴으로써, 반도체 기판(21)의 내부의 복수의 위치에 광(I1)의 집광점을 위치시켜 반도체 기판(21)을 촬상함으로써, 복수의 내부 화상(ID)을 취득한다. 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 대물 렌즈(43)는 촬상 유닛(4)과 일체로 이동된다. 따라서, 촬상 유닛(4)을 이동시키는 것은 대물 렌즈(43)를 이동시키는 것이기도 하며, 촬상 유닛(4)의 이동량은 대물 렌즈(43)의 이동량과 동등하다.

이때, 제어부(8)는, 구동 유닛(7)의 제어에 의해, Z방향에 대해 촬상 유닛(4)을 이동시켜, 광(I1)의 집광점(초점(F), 가상 초점(Fv))을 Z방향으로 이동시키면서, 복수 회의 반도체 기판(21)의 촬상을 행한다. 광(I1)의 집광점을 이동시키는 범위는, 반도체 기판(21)의 두께의 전 범위로 해도 되지만, 여기에서는, 공정 S11의 레이저 가공시에, 개질 영역(12a, 12b)의 형성을 위해서 레이저광(L1, L2)의 집광점(C1, C2)을 맞춘 Z방향의 위치를 포함하는 일부의 범위(RA)로 할 수 있다. 또한, 복수 회의 촬상을 행할 때의 Z방향에 대한 촬상 유닛(4)의 이동 간격, 즉, 반도체 기판(21)의 촬상 간격은, 임의적이지만, 균열(14k)을 보다 정확하게 검출하는 관점에서는, 보다 세세하게 설정되는 것이 바람직하다. 촬상 간격은 일례로서 1㎛ 이내이며, 여기에서는 0.2㎛이다.

또한, 여기에서는, 제어부(8)는, 반도체 기판(21)의 직접 관찰과 이면 반사 관찰이 실행되도록, 촬상 유닛(4) 및 구동 유닛(7)을 제어한다. 보다 구체적으로는, 제어부(8)는, 먼저, 광(I1)을 이면(21b)으로부터 반도체 기판(21)으로 입사시키면서, Z방향을 따라서 촬상 유닛(4)을 이동시킴으로써, 표면(21a)에서의 반사를 거치지 않은 광(I1)의 집광점(초점(F))을 이면(21b)측으로부터 표면(21a)측으로 이동시키면서, Z방향의 복수의 위치에서 반도체 기판(21)을 촬상함으로써, 내부 화상(ID)으로서 복수의 제1 내부 화상(ID1)을 취득하는 제1 촬상 처리를 실행한다. 이 제1 촬상 처리가, 직접 관찰이다.

이와 함께, 제어부(8)는, 광(I1)을 이면(21b)으로부터 대상물로 입사시키면서, Z방향을 따라서 촬상 유닛(4)을 이동시킴으로써, 표면(21a)에서 반사한 광(I1)의 집광점(가상 초점(Fv))을 표면(21a)측으로부터 이면(21b)측을 향하여 이동시키면서 복수의 위치에서 반도체 기판(21)을 촬상함으로써, 내부 화상(ID)으로서 복수의 제2 내부 화상(ID2)을 취득하는 제2 촬상 처리를 실행한다. 이 제2 촬상 처리가, 광(I1)의 입사면에 대해서 이면(여기에서는, 반도체 기판(21)의 구성상, 표면(21a)으로 칭하고 있음)측으로부터의 관찰이기 때문에, 이면 반사 관찰이다.

이어지는 공정에서는, 공정 S13에서의 촬상에 의해 취득된 내부 화상(ID)에 관한 촬상 데이터가 보존된다(공정 S14). 상술한 바와 같이, 공정 S13에서는, 제어부(8)가, 구동 유닛(7)의 제어에 의해서 촬상 유닛(4)(즉, 광(I1)의 집광점)을 Z방향을 따라서 이동시키면서 촬상을 행한다. 따라서, 제어부(8)는 각각의 내부 화상을 촬상했을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량(Fz)을 취득할 수 있다. 여기에서는, 내부 화상(ID) 각각에 대해서, 그 이동량(Fz)에 관한 정보가 관련지어지고, 촬상 데이터로서 보존될 수 있다. 또한, 촬상 데이터는 제어부(8) 및 레이저 가공 장치(1)의 내외를 불문하고, 제어부(8)가 액세스 가능한 임의의 기억 장치에 보존될 수 있다.

또한, 촬상 유닛(4)(대물 렌즈(43))의 이동량은, 일례로서, 광(I1)의 집광점을 반도체 기판(21)의 이면(21b)에 맞춘 상태의 위치로부터, 반도체 기판(21)의 내부의 원하는 위치에 광(I1)의 집광점을 맞추도록 촬상 유닛(4)을 Z방향을 따라서 이동시켰을 경우의 촬상 유닛(4)의 이동량으로 할 수 있다.

이어서, 제어부(8)가 소정의 기억 장치로부터 촬상 데이터를 입력한다(공정 S15). 그리고, 제어부(8)가 균열(14k)의 형성 상태를 판정한다(공정 S16). 여기에서는, 일례로서, 제어부(8)가, 화상 인식에 의해서, 복수의 내부 화상(ID) 중, 균열(14k)의 상이 상대적으로 선명한 내부 화상(ID)을 자동적으로 판정한다(AI판정을 행함). AI판정의 일례에 대해서는 상기한 바와 같다. 도 26은 Z방향에 대해 서로 다른 위치에서 촬상된 복수의 내부 화상(ID)이다.

도 26에서는, (d)에 나타내지는 내부 화상(IDd)의 촬상 위치를 중심으로, (c)가 1㎛만큼 이면(21b)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(IDc), (b)가 3㎛만큼 이면(21b)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(IDb), (a)가 5㎛만큼 이면(21b)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(IDa), (e)가 1㎛만큼 표면(21a)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(IDe), (f)가 3㎛만큼 표면(21a)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(IDf), (g)가 5㎛만큼 표면(21a)측의 촬상 위치에서의 내부 화상(IDg)으로 되어 있다. 또한, 여기에서의 촬상 위치란, 반도체 기판(21)의 내부에서의 값이다.

도 26에 나타내지는 예에서는, 내부 화상(IDd)에 있어서 균열(14k)의 상이 가장 선명하기 때문에, 제어부(8)에 의해서, 내부 화상(IDd)이, 상대적으로 스코어가 높아 해당 균열(14k)의 상이 상대적으로 선명한 내부 화상이라고 판정된다(즉, 내부 화상(IDd)에 있어서 균열(14k)이 검출된 것으로 판정됨). 제어부(8)는 내부 화상(IDd)을 촬상했을 때의 이동량을 취득 가능하다. 따라서, 제어부(8)는, 내부 화상(IDd)을 촬상했을 때의 이동량에 기초하여, 균열(14k)의 균열 위치를 산출할 수 있다.

이와 같이, 제어부(8)는, 촬상 유닛(4) 및 구동 유닛(7)의 제어에 의해, 이면(21b)으로부터 광(I1)을 반도체 기판(21)으로 입사시키고, Z방향을 따라서 촬상 유닛(4)(대물 렌즈(43))을 이동시키면서 광(I1)에 의해 반도체 기판(21)을 촬상함으로써, 균열(14k)의 선명한 상을 포함하는 내부 화상(ID)인 검출 화상을 취득하는 촬상 처리를 실행하게 된다.

또한, 제어부(8)는, 복수의 내부 화상(ID)과 내부 화상(ID) 각각을 촬상했을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량(Fz)에 기초하여, Z방향 및 X방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는 균열(14k)인 대상 균열의 Z방향에 대한 위치인 균열 위치를 산출하는 산출 처리를 실행하게 된다. 보다 구체적으로는, 제어부(8)는, 산출 처리에서는, 복수의 내부 화상(ID) 중 균열(14k)의 상이 선명한 내부 화상(ID)을 판정하고, 판정된 해당 내부 화상(ID)을 촬상했을 때의 이동량(Fz)에 기초하여 균열 위치를 산출한다. 균열 위치는, 예를 들면, 이동량(Fz)에 대해서 소정의 보정 계수를 곱함으로써 산출할 수 있다. 보정 계수는 상기의 공정 S1~S7에 의해서 이미 도출되어 있다.

즉, 제어부(8)는 이동량(Fz)에 따른 복수의 보정 계수를 유지하고 있고, 산출 처리에서는, 검출 화상을 촬상했을 때의 이동량(Fz)에 대응하는 보정 계수를 사용하여, 균열(14k)의 균열 위치에 대응하는 개질 영역(12)의 위치의 측정값을 산출한다.

제어부(8)는 이상의 균열(14k)의 균열 위치의 산출을, 직접 관찰에서 취득된 제1 내부 화상(ID1)과, 이면 반사 관찰에서 취득된 제2 내부 화상(ID2) 양방에 대해서 행할 수 있다. 이것에 의해, 제어부(8)는 제1 내부 화상(ID1)에 따른 상대적으로 이면(21b)측에 위치하는 균열(14k)의 균열 위치와, 제2 내부 화상(ID2)에 따른 상대적으로 표면(21a)측에 위치하는 균열(14k)의 균열 위치를 산출할 수 있다.

즉, 이 경우에는, 제어부(8)는 복수의 제1 내부 화상(ID1) 중 균열(14k)이 선명한 제1 내부 화상을 판정하고, 판정된 해당 제1 내부 화상을 촬상했을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량에 기초하여, 균열 위치로서의 제1 균열 위치(Z1)를 산출하는 제1 산출 처리와, 복수의 제2 내부 화상(ID2) 중 균열(14k)이 선명한 제2 내부 화상을 판정하고, 판정된 해당 제2 내부 화상을 촬상했을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량에 기초하여, 균열 위치로서의 제2 균열 위치(Z2)를 산출하는 제2 산출 처리를 실행하게 된다(제1 균열 위치(Z1) 및 제2 균열 위치(Z2)의 일례에 대해서는 도 15 참조). 상대적으로 이면(21b)측인 제1 균열 위치(Z1)와 상대적으로 표면(21a)측인 제2 균열 위치(Z2)와의 사이의 거리는, 개질 영역(12) 중 균열(14k)이 형성된 부분(균열 기시(起始)부)의 폭을 규정한다.

계속해서, 공정 S16에서는, 제어부(8)가, 취득된 균열 위치 등에 기초하여, 개질 영역(12)의 위치 등을 추정한다. 즉, 여기에서는, 제어부(8)가, 개질 영역(12)의 형성 조건(여기에서는 레이저 가공에 있어서의 가공 조건)과 균열 위치에 기초하여, 개질 영역(12)의 이면(21b)측의 단부(보이드 상방 영역 상단)의 Z방향에 대한 위치, 개질 영역(12)의 표면(21a)측의 단부(보이드 하단)의 Z방향에 대한 위치, 및 개질 영역(12)의 Z방향에 대한 폭(보이드 상방 영역 상단과 보이드 하단과의 간격) 중 적어도 하나를 추정하는 추정 처리를 실행한다.

여기에서는, 제어부(8)는 직접 관찰에 기초하여 이면(21b)측의 균열(14k)(상방 균열)의 제1 균열 위치(Z1)를 산출하고, 이면 반사 관찰에 기초하여 표면(21a)측의 균열(14k)(하방 균열)의 제2 균열 위치(Z2)를 산출하고 있다. 따라서, 제어부(8)는, 상방 균열의 제1 균열 위치(Z1) 및 하방 균열의 제2 균열 위치(Z2)의 간격으로서, 반도체 기판(21) 내부에 있어서의 균열 기시부의 폭을 산출할 수 있다.

그리고, 제어부(8)는, 예를 들면, 산출된 균열 기시부의 폭에 대해서, 레이저 가공의 가공 조건에 관한 계수를 곱함으로써, 반도체 기판(21)의 내부에 있어서의 개질 영역(12)의 Z방향에 대한 폭을 산출할 수 있다. 여기에서의 계수는, 예를 들면, 레이저 가공시의 레이저광(L)의 파장, 수차 보정량, 펄스 폭, 및 펄스 에너지 등의 개질 영역(12)의 형성에 영향을 미치는 각종 조건에 기초하여 결정된다. 여기에서의 계수는, 일례로서 3.0 전후이다.

이와 같이, 제어부(8)는, 추정 처리에 있어서, 개질 영역(12)의 형성 조건(레이저 가공의 가공 조건) 및 제1 균열 위치(Z1)와 제2 균열 위치(Z2)의 간격에 기초하여, 개질 영역(12)의 Z방향에 대한 폭을 추정할 수 있다.

한편, 제어부(8)는, 상방 균열의 제1 균열 위치(Z1)로부터, 상정되는 개질 영역(12)의 전체 폭인 상정 개질 영역 폭을 감산함으로써, 개질 영역(12)의 표면(21a)측의 하단의 위치를 산출할 수 있다. 상정 개질 영역 폭은, 예를 들면, 레이저 가공시의 레이저광(L)의 파장, 수차 보정량, 펄스 폭, 및 펄스 에너지 등의 개질 영역(12)의 형성에 영향을 미치는 각종 조건에 기초하여 결정된다. 상정 개질 영역 폭은, 일례로서 20㎛ 정도이다.

또한, 제어부(8)는, 하방 균열의 제2 균열 위치(Z2)로부터, 상정되는 보이드 영역(12m)의 폭인 상정 보이드 영역 폭을 감산함으로써, 개질 영역(12)의 표면(21a)의 하단의 위치를 산출할 수 있다. 상정 보이드 영역 폭은, 예를 들면, 레이저 가공시의 레이저광(L)의 파장, 수차 보정량, 펄스 폭, 및 펄스 에너지 등의 개질 영역(12)의 형성에 영향을 미치는 각종 조건에 기초하여 결정된다. 상정 보이드 영역 폭은, 일례로서 10㎛ 정도이다.

또한, 제어부(8)는, 하방 균열의 제2 균열 위치(Z2)에 대해서, 상정되는 보이드 상방 영역(12n)의 폭인 상정 보이드 상방 영역 폭을 가산함으로써, 개질 영역(12)의 이면(21b)측의 상단의 위치를 산출할 수 있다. 상정 보이드 상방 영역 폭은, 예를 들면, 레이저 가공시의 레이저광(L)의 파장, 수차 보정량, 펄스 폭, 및 펄스 에너지 등의 개질 영역(12)의 형성에 영향을 미치는 각종 조건에 기초하여 결정된다. 상정 보이드 상방 영역 폭은, 일례로서 10㎛ 정도이다.

이상과 같이, 제어부(8)는, 공정 S16에 있어서, 개질 영역(12)의 위치에 관한 각종 정보를 추정하여 취득한다. 이어지는 공정에서는, 제어부(8)는 공정 S16의 판정 결과에 따른 정보를 임의의 기억 장치에 출력하면서(공정 S17), 해당 기억 장치에 보존한다(공정 S18). 그 후, 필요에 따라서, 유저로부터의 입력을 접수 가능한 상태로 각종 정보를 디스플레이(150)에 표시시키고(공정 S19), 처리를 종료한다. 디스플레이(150)에 표시시키는 정보는, 예를 들면, 제1 균열 위치(Z1), 제2 균열 위치(Z2), 기시부 폭, 개질 영역(12)의 단부의 위치, 및 개질 영역(12)의 Z방향에 대한 폭 등이다. 이와 같이, 제어부(8)는, 공정 S19에서는, 디스플레이(150)의 제어에 의해, 균열 위치에 관한 정보를 디스플레이(150)에 표시시키는 표시 처리를 실행한다.

이상에 의해, 레이저 가공 장치(1)에 의한 관찰 방법이 종료한다. 본 실시 형태에서는, 관찰 방법이, 레이저 가공 장치(1) 중 촬상 유닛(4), 구동 유닛(7), 및 제어부(8)에 의해서 행해진다. 바꿔말하면, 레이저 가공 장치(1)에서는, 대상물(60) 및 반도체 기판(21)에 투과성을 가지는 광(I1)에 의해서 대상물(60) 및 반도체 기판(21)을 촬상하기 위한 촬상 유닛(4)과, 촬상 유닛(4)을 대상물(60) 및 반도체 기판(21)에 대해서 상대적으로 이동시키기 위한 구동 유닛(7)과, 적어도 촬상 유닛(4) 및 구동 유닛(7)을 제어하기 위한 제어부(8)에 의해서, 관찰 장치(1A)가 구성되어 있다(도 1 참조).

도 27은 개질 영역의 위치의 측정값과 실측값의 오차를 나타내는 그래프이다. 도 27에 나타내지는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 관찰 방법에서는, 공정 S1~S7에 있어서 장치 상태나 Z방향의 위치(도 27의 깊이 위치)·수차 보정량을 가미하여 도출된 보정 계수를 사용하여, 공정 S11~S19에서 개질 영역(12)의 측정값을 산출했다. 이것에 의해, 본 실시 형태에 있어서의 측정값과 실측값의 오차는, 대체로 6㎛ 이내로 얻어졌다. 이것에 대해, 일정한 보정 계수를 사용한 비교예에서의 오차에서는, 본 실시 형태의 경우보다도 크게 19㎛ 정도였다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 관찰 장치(1A) 및 관찰 방법의 대상물(60)에는, 그 이면(60b) 및 표면(60a)과 교차하는 Z방향에 있어서의 위치의 실측값이 기지인 마커(여기에서는 개질 영역(12) 및 균열(14k))가 마련되어 있다. 본 실시 형태에 따른 관찰 장치(1A) 및 관찰 방법에서는, 이와 같은 대상물(60)을, 촬상 유닛(4)을 이동시키면서 촬상함으로써, 대상물(60)의 내부 화상(GD)으로서 균열(14k)의 상을 포함하는 마커 화상이 취득된다. 그리고, 이 마커 화상이 촬상되었을 때의 이동량(Fz)에 보정 계수를 곱한 값(측정값)이, 기지인 개질 영역(12)의 위치의 실측값이 되도록, 보정 계수가 도출된다. 즉, 이 관찰 장치(1A) 및 관찰 방법에 의하면, 마커 화상이 촬상되었을 때의 장치 상태, 및 마커 화상이 촬상되었을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량(즉 관찰 깊이)에 따른 보정 계수가 도출되게 된다. 따라서, 광(I1)을 이용하여 개질 영역(12)을 관찰하여 개질 영역(12)의 위치의 측정값을 산출할 때에, 이 보정 계수를 사용하면, 개질 영역(12)의 위치에 관한 정보를 보다 정확하게 취득 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태에 따른 관찰 장치(1A)에서는, 대상물(60)에는, Z방향에 대한 위치가 서로 다르며, 또한, 해당 위치의 실측값이 기지인 복수의 개질 영역(12) 및 균열(14k)이 형성되어 있고, 촬상 처리에서는, 제어부(8)는, Z방향에 대해 대상물(60)의 내부의 복수의 위치에 집광점을 위치시켜 대상물(60)을 촬상함으로써, 복수의 개질 영역(12) 각각으로부터 연장되는 균열(14k) 각각의 상을 포함하는 복수의 마커 화상을 취득한다. 그리고, 도출 처리에서는, 제어부(8)는 복수의 균열(14k) 각각을 촬상했을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량(Fz) 각각에 보정 계수를 곱한 값인 측정값 각각이, 복수의 개질 영역(12)의 위치의 실측값 각각이 되도록, 복수의 보정 계수를 도출한다. 따라서, 광(I1)을 이용하여 개질 영역(12)을 관찰하여 개질 영역(12)의 위치의 측정값을 산출할 때에, Z방향에 대해 보다 넓은 범위에서, 개질 영역(12)의 위치에 관한 정보를 보다 정확하게 취득 가능하게 된다.

또한, 관찰 장치(1A)에서는, 대상물(60)에는, Z방향으로 배열된 개질 영역(12)과, 개질 영역(12)으로부터 연장되는 균열(14, 14k)이 형성되어 있고, 촬상 처리에서는, 촬상 유닛(4)을 Z방향을 따라서 이동시킴으로써, 광(I1)의 집광점을 이동시키면서 광(I1)에 의해 대상물(60)을 촬상함으로써, 균열(14, 14k) 중 X방향 및 Z방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는 균열(14k)의 상을 포함하는 내부 화상(GD)을 마커 화상으로서 취득한다.

본 발명자의 지견에 따르면, 대상물(60)의 내부에, 예를 들면 레이저 가공에 의해서 개질 영역(12)을 형성하면, 해당 개질 영역(12)으로부터 다양한 방향으로 연장되는 균열도 형성되는 경우가 있다. 그리고, 그 균열 중, 대상물(60)의 레이저광 입사면인 이면(60b)과 교차하는 Z방향과 레이저 가공의 진행 방향인 X방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는 균열(14k)은, 개질 영역(12)과 비교하여, 대상물(60)을 투과하는 광(I1)에 의해서 핀포인트로 검출된다. 따라서, 이 균열(14k)의 상을 포함하는 내부 화상(GD)을 상기와 같이 마커 화상으로 하면, 이 마커 화상이 촬상되었을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량(Fz)의 편차가 저감된다. 이 결과, 보다 정확한 보정 계수를 도출할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 관찰 장치(1A)에서는, 촬상 유닛(4)은 대물 렌즈(43)와, 대물 렌즈(43)에 마련되어, 대상물(60)에서 발생하는 수차를 보정하기 위한 보정환(43a)을 포함하는 보정환 렌즈를 가지고 있다. 이와 같이, 광(I1)을 대상물(60)을 향하여 집광하기 위한 대물 렌즈(43)에 보정환(43a)이 마련되어 있는 경우, 보정환(43a)의 조작 전후에서 장치 상태의 변화가 발생할 우려가 있다. 따라서, 상기와 같이 장치 상태에 따른 보정 계수를 도출하는 것이 보다 유효하게 된다.

여기서, 본 실시 형태에 따른 관찰 장치(1A)는, 반도체 기판(21)에 투과성을 가지는 광(I1)을 반도체 기판(21)을 향하여 집광하기 위한 대물 렌즈(43)를 가지며, 광(I1)에 의해서 반도체 기판(21)을 촬상하기 위한 촬상 유닛(4)과, 대물 렌즈(43)를 반도체 기판(21)에 대해서 상대적으로 이동시키기 위한 구동 유닛(7)과, 적어도 촬상 유닛(4) 및 구동 유닛(7)을 제어하기 위한 제어부(8)를 구비하고 있다. 반도체 기판(21)은 이면(21b) 및 이면(21b)의 반대측인 표면(21a)을 포함하고, 반도체 기판(21)에는, 개질 영역(12)과 개질 영역(12)으로부터 연장되는 균열(14, 14k)이 마련되어 있다. 제어부(8)는, 촬상 유닛(4) 및 구동 유닛(7)의 제어에 의해, 이면(21b)으로부터 광(I1)을 반도체 기판(21)으로 입사시키고, Z방향을 따라서 촬상 유닛(4)을 이동시키면서 광(I1)에 의해 반도체 기판(21)을 촬상함으로써, 균열(14k)의 상을 포함하는 내부 화상(ID)인 검출 화상을 취득하는 촬상 처리와, 촬상 처리 후에, 검출 화상을 촬상했을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량(Fz)에 보정 계수를 곱함으로써, 균열(14k)의 Z방향에 대한 위치인 균열 위치를 산출하는 산출 처리를 실행한다. 제어부(8)는 이동량(Fz)에 따른 복수의 보정 계수를 유지하고 있다.

이 관찰 장치(1A)는, 상기와 같이, 촬상 유닛(4)의 이동량(Fz)에 따른 보정 계수를 유지하고 있다. 따라서, 이 보정 계수를 사용하여 균열(14k)의 위치의 측정값을 산출함으로써, 보다 정확한 개질 영역(12)의 위치에 관한 정보를 취득할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 대상물(60)은, 이면(60b) 및 이면(60b)의 반대측인 표면(60a)을 포함하고, 마커로서 개질 영역(12) 및 개질 영역(12)으로부터 연장되는 균열(14k)이 마련된 대상물로서, 이면(60b) 및 표면(60a)과 교차하는 Z방향에 있어서의 개질 영역(12) 및 균열(14k)의 위치의 측정값을, 개질 영역(12)의 위치의 실측값으로부터 산출하기 위한 보정 계수를 도출하기 위해 이용된다. 이 대상물(60)을 사용하면, 상기와 같이 보정 계수를 도출하는 것이 가능하게 된다.

이상의 실시 형태는, 본 개시의 일 양태를 설명한 것이다. 따라서, 본 개시는 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 임의로 변형된다.

예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 대물 렌즈(43)를 반도체 기판(21)에 대해서 Z방향을 따라서 상대 이동시키기 위한 수단으로서, 대물 렌즈(43)마다 촬상 유닛(4)을 이동시키는 구동 유닛(7)을 예시하고 있다. 그러나, 예를 들면, 액추에이터에 의해서 대물 렌즈(43)만을 Z방향을 따라서 이동시켜도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 공정 S5, S16에 있어서, 제어부(8)가 자동적으로 화상의 판정을 행하는 예에 대해 설명했지만, 제어부(8)는 유저의 판정 결과에 기초하여 균열(14k)의 균열 위치를 취득해도 된다. 이 경우, 제어부(8)는, 예를 들면, 복수의 내부 화상(GD, ID)을 디스플레이(150)에 표시시킴과 아울러, 복수의 내부 화상(GD, ID)으로부터 균열(14k)의 상이 선명한 하나의 내부 화상(GD, ID)의 판정(선택)을 촉구하는 정보를 디스플레이(150)에 표시시킨다. 그리고, 제어부(8)는, 디스플레이(150)를 통해서, 해당 판정 결과의 입력을 접수하고, 판정 결과에 대응한 내부 화상(GD, ID)의 이동량(Fz)에 기초하여 균열(14k)의 균열 위치를 산출할 수 있다. 이 경우, 디스플레이(150)는, 정보를 표시하기 위한 표시부임과 아울러, 입력을 접수하는 입력 접수부이기도 하다. 이 경우, 제어부(8)의 화상 인식 등을 위한 처리 부하가 저감된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 공정 S2, S13에 있어서, 하나의 개질 영역(12)의 관찰에 대해서, 직접 관찰과 이면 반사 관찰 양방을 행하여, 내부 화상(GD, ID)으로서의 제1 내부 화상(GD1, ID1) 및 제2 내부 화상(GD2, ID2)을 취득했다. 그러나, 공정 S2, S13에서는, 직접 관찰 및 이면 반사 관찰 중 한쪽만을 행해도 된다. 이 경우, 제1 내부 화상(GD1, ID1) 및 제2 내부 화상(GD2, ID2) 중 한쪽이 얻어지게 되므로, 그 한쪽에 기초하여, 보정 계수의 도출이나, 개질 영역(12)의 단부의 위치나 폭의 추정을 행해도 된다.

여기서, 관찰 장치(1A)에는, 보정 계수의 도출용의 대상물(60)이 상설되어 있어도 된다. 즉, 관찰 장치(1A)는 대상물(60)이 설치되는 설치부(예를 들면 도 1의 스테이지(2A))와, 설치부에 설치된 대상물(60)을 구비해도 된다. 이와 같이, 마커로서 개질 영역(12) 및 균열(14k)이 마련된 대상물(60)이 상설됨으로써, 임의의 타이밍으로 보정 계수의 도출을 행하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 보정 계수의 도출시, 균열(14k)을 포함하는 내부 화상을 마커 화상으로 하여, 해당 마커 화상이 촬상되었을 때의 이동량(Fz)을 이용했다. 즉, 균열(14k)을 검출함으로써, 해당 균열(14k)이 검출된 위치에 기초하여 보정 계수의 도출을 행했다. 그러나, 관찰 장치(1A) 및 관찰 방법에서는, 보정 계수의 도출시, 개질 영역(12) 그 자체를 검출하도록 해도 된다. 이 경우, 제어부(8)의 처리는 이하와 같이 된다.

즉, 제어부(8)는, 촬상 유닛(4) 및 구동 유닛(7)의 제어에 의해, 광(I1)을 이면(60b)으로부터 대상물(60)의 내부로 입사시키고, Z방향을 따라서 촬상 유닛(4)을 이동시켜 광(I1)의 집광점을 Z방향을 따라서 이동시키면서 광(I1)에 의해 대상물(60)을 촬상함으로써, 대상물(60)의 내부 화상(GD)으로서 개질 영역(12)의 상을 포함하는 마커 화상을 취득하는 촬상 처리와, 촬상 처리 후에, 마커 화상을 촬상했을 때의 촬상 유닛(4)의 이동량(Fz)에 보정 계수를 곱한 값인 측정값이 개질 영역(12)의 위치의 실측값이 되도록 보정 계수를 도출하는 도출 처리를 실행하게 된다.

이와 같이 개질 영역(12) 그 자체를 검출 대상으로 하는 경우, Z방향의 보다 많은 위치에서 보정 계수를 도출하기 위해, Z방향에 대해 보다 좁은 간격(예를 들면 이동량(Fz)으로 5㎛, 대상물(60) 내부에서 20㎛ 정도)으로 내부 화상을 촬상하려고 하면, 하나의 개질 영역(12)의 상이 복수의 내부 화상에 걸쳐서 촬상될 우려가 있다. 이 경우, Z방향의 어느 위치의 개질 영역(12)의 상과, Z방향의 다른 위치의 개질 영역(12)의 상이, 하나의 내부 화상에서 중복되게 된다.

이와 같은 문제의 해결을 위해, 개질 영역(12)을 검출 대상으로 하는 경우에는, 도 28에 나타내지는 바와 같이, Z방향을 따라서 늘어서는 복수열의 개질 영역(12) 각각을, Y방향을 따라서 서로 시프트시키는 것이 생각된다. 이와 같이 하면, Z방향의 어느 위치의 개질 영역(12)의 상과, Z방향의 다른 위치의 개질 영역(12)의 상이, 하나의 내부 화상에서 중복되는 것을 피할 수 있기 때문에, 보다 좁은 간격으로 내부 화상을 촬상하고, 보다 많은 위치에서의 보정 계수를 도출하는 것이 가능하게 된다.

또한, 보정 계수의 도출을 위한 검출 대상을 개질 영역(12)으로 했을 경우에는, 그 후의 반도체 기판(21)의 개질 영역(12)의 위치에 관한 정보를 취득하기 위한 공정에서도, 균열(14k)의 검출 대신에 개질 영역(12) 그 자체를 검출하도록 해도 된다.

여기서, 상기 실시 형태에서는, 보정 계수의 도출시, 실측값이 기지인 개질 영역(12) 및 균열(14k)이 마커로서 마련된 대상물(60)을 사용하는 예를 들었다. 그러나, 보정 계수의 도출용의 대상물은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 두께가 기지인 웨이퍼의 하나의 면에, 마커로서 테스트 차트를 붙인 것을 대상물로 해도 되고, 두께가 기지인 웨이퍼의 하나의 면에, 마커로서 소정의 패터닝을 실시한 것을 대상물로 해도 된다. 이들의 경우, 두께가 다른 복수의 대상물을 준비함으로써, Z방향의 복수의 위치에서의 보정 계수를 도출하는 것이 가능하게 된다.

Claims (8)

1. 대상물에 투과성을 가지는 투과광을 상기 대상물을 향하여 집광하기 위한 집광 렌즈를 가지고, 상기 투과광에 의해서 상기 대상물을 촬상하기 위한 촬상부와,
   상기 집광 렌즈를 상기 대상물에 대해서 상대적으로 이동시키기 위한 이동부와,
   적어도 상기 촬상부 및 상기 이동부를 제어하기 위한 제어부를 구비하고,
   상기 대상물은, 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측인 제2 면을 포함하고,
   상기 대상물에는, 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 교차하는 Z방향에 있어서의 위치의 실측값이 기지인 마커가 마련되어 있고,
   상기 제어부는,
   상기 촬상부 및 상기 이동부의 제어에 의해, 상기 투과광을 상기 제1 면으로부터 상기 대상물의 내부로 입사시키고, 상기 집광 렌즈를 상기 Z방향을 따라서 이동시키면서 상기 투과광에 의해 상기 대상물을 촬상함으로써, 상기 대상물의 내부 화상으로서 상기 마커의 상을 포함하는 마커 화상을 취득하는 촬상 처리와,
   상기 촬상 처리 후에, 상기 마커 화상을 촬상했을 때의 상기 집광 렌즈의 이동량에 보정 계수를 곱한 값인 측정값이 상기 실측값이 되도록 상기 보정 계수를 도출하는 도출 처리를 실행하는 관찰 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 대상물에는, 상기 Z방향에 대한 위치가 서로 다르며, 또한, 상기 위치의 상기 실측값이 기지인 복수의 상기 마커가 형성되어 있고,
   상기 촬상 처리에서는, 상기 제어부는, 상기 Z방향을 따라서 상기 집광 렌즈를 상대 이동시킴으로써, 상기 Z방향에 대해 상기 대상물의 내부의 복수의 위치에 상기 투과광의 집광점을 위치시켜 상기 대상물을 촬상함으로써, 복수의 상기 마커 각각의 상을 포함하는 복수의 상기 마커 화상을 취득하고,
   상기 도출 처리에서는, 상기 제어부는, 복수의 상기 마커 화상 각각을 촬상했을 때의 상기 집광 렌즈의 상기 이동량 각각에 상기 보정 계수를 곱한 값인 측정값 각각이, 복수의 상기 마커의 상기 실측값 각각이 되도록, 복수의 상기 보정 계수를 도출하는 관찰 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 대상물에는, 상기 마커로서, 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 따른 X방향으로 배열된 개질 영역과, 상기 개질 영역으로부터 연장되는 균열이 형성되어 있고,
   상기 촬상 처리에서는, 상기 Z방향을 따라서 집광 렌즈를 이동시킴으로써, 상기 투과광의 집광점을 이동시키면서 상기 투과광에 의해 상기 대상물을 촬상함으로써, 상기 균열 중 상기 X방향 및 상기 Z방향과 교차하는 방향을 따라서 연장되는 균열의 상을 포함하는 상기 내부 화상을 상기 마커 화상으로서 취득하는 관찰 장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 촬상부는, 상기 집광 렌즈와, 상기 집광 렌즈에 마련되어, 상기 대상물에 발생한 수차를 보정하기 위한 보정환(補正環)을 포함하는 보정환 렌즈를 가지는 관찰 장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 대상물이 설치되는 설치부와,
   상기 설치부에 설치된 상기 대상물을 구비하는 관찰 장치.
6. 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측인 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 교차하는 Z방향에 있어서의 위치의 실측값이 기지인 마커가 형성된 대상물을 준비하는 준비 공정과,
   상기 대상물에 투과성을 가지는 투과광을 상기 제1 면으로부터 상기 대상물의 내부로 입사시키고, 상기 투과광을 집광하기 위한 집광 렌즈를 상기 Z방향을 따라서 이동시키면서, 상기 투과광에 의해 상기 대상물을 촬상함으로써, 상기 마커의 상을 포함하는 상기 대상물의 내부 화상인 마커 화상을 취득하는 촬상 공정과,
   상기 촬상 공정 후에, 상기 마커 화상을 촬상했을 때의 상기 집광 렌즈의 이동량에 보정 계수를 곱한 값인 측정값이 상기 실측값이 되도록 상기 보정 계수를 도출하는 도출 공정을 구비하는 관찰 방법.
7. 대상물에 투과성을 가지는 투과광을 상기 대상물을 향하여 집광하기 위한 집광 렌즈를 가지고, 상기 투과광에 의해서 상기 대상물을 촬상하기 위한 촬상부와,
   상기 집광 렌즈를 상기 대상물에 대해서 상대적으로 이동시키기 위한 이동부와,
   적어도 상기 촬상부 및 상기 이동부를 제어하기 위한 제어부를 구비하고,
   상기 대상물은, 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측인 제2 면을 포함하고,
   상기 대상물에는, 개질 영역과 상기 개질 영역으로부터 연장되는 균열이 마련되어 있고,
   상기 제어부는,
   상기 촬상부 및 상기 이동부의 제어에 의해, 상기 제1 면으로부터 상기 투과광을 상기 대상물로 입사시키고, 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 교차하는 Z방향을 따라서 상기 집광 렌즈를 이동시키면서 상기 투과광에 의해 상기 대상물을 촬상함으로써, 상기 개질 영역 및/또는 상기 균열의 상을 포함하는 내부 화상인 검출 화상을 취득하는 촬상 처리와,
   상기 촬상 처리 후에, 상기 검출 화상을 촬상했을 때의 상기 집광 렌즈의 이동량에 보정 계수를 곱함으로써, 상기 개질 영역 및/또는 상기 균열의 상기 Z방향에 대한 위치의 측정값을 산출하는 산출 처리를 실행하고,
   상기 제어부는, 상기 이동량에 따른 복수의 보정 계수를 유지하고 있는 관찰 장치.
8. 제1 면 및 상기 제1 면의 반대측인 제2 면을 포함하고, 마커가 마련된 관찰 대상물로서,
   상기 제1 면 및 상기 제2 면과 교차하는 Z방향에 있어서의 상기 마커의 위치의 측정값을, 상기 마커의 위치의 실측값으로부터 산출하기 위한 보정 계수를 도출하기 위해서 이용되는 관찰 대상물.

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