TW202302263A - Observation device, observation method, and object to be observed - Google Patents
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Abstract
Description
本發明涉及觀察裝置、觀察方法和觀察對象物。The present invention relates to an observation device, an observation method, and an observation object.
已知有一種鐳射加工裝置,其為了將具備半導體基板和形成於半導體基板的表面上的功能元件層的晶圓分別沿著多條線切斷,而從半導體基板的背面側對晶圓照射鐳射光,來分別沿著多條線在半導體基板的內部形成多排改質區域。專利文獻1(日本特開2017-64746號公報)所記載的鐳射加工裝置包括紅外線攝影機,能夠從半導體基板的背面側觀察形成於半導體基板的內部的改質區域和形成於功能元件層的加工損傷等。There is known a laser processing apparatus that irradiates laser light on the wafer from the back side of the semiconductor substrate in order to cut a wafer including a semiconductor substrate and a functional element layer formed on the surface of the semiconductor substrate along a plurality of lines, respectively. light to form multiple rows of modified regions inside the semiconductor substrate along multiple lines respectively. The laser processing apparatus described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2017-64746) includes an infrared camera, and can observe the modified region formed inside the semiconductor substrate and the processing damage formed on the functional element layer from the back side of the semiconductor substrate. wait.
但是,在使用從對象物透射的透射光觀察對象物時,例如,存在著藉由使包括透射光的光源、檢測器的攝影單元在Z方向(例如透射光的光軸方向)上移動,一邊使透射光的聚光點在Z方向上移動一邊在多個位置對對象物進行攝影的情況。在此情況下,能夠考慮藉由對檢測出改質區域時的攝影單元的移動量乘以與物鏡的NA、對象物的折射率相應的校正係數,來算出改質區域在對象物內部的位置的測算值。 但是,根據本發明的發明者的發現,隨著裝置狀態、觀察深度(從透射光的射入面至聚光點在Z方向上的距離)的變化,檢測出改質區域時的攝影單元的移動量有時會產生偏差。作為其原因,首先考慮因物鏡的聚光模糊引起的觀察位置偏移。即,在使攝影單元的物鏡的球面像差校正量為一定的情況下,該一定的球面像差校正對於理想狀態有時為弱校正。在此情況下,對象物內的透射光的聚光位置相對變淺,其結果是,檢測出某改質區域時的攝影單元的移動量相對地變大(觀察位置變得更深)。 同樣地,在使攝影單元的物鏡的球面像差校正量為一定的情況下,該一定的球面像差校正對於理想狀態為過校正的情況下,對象物內的透射光的聚光位置相對地變深,其結果是,檢測出某改質區域時的攝影單元的移動量相對地變小(觀察位置變得更淺)。 此外,作為移動量產生偏差的原因,考慮校正環透鏡的操作前後的偏移。即,在攝影單元的物鏡為校正環透鏡的情況下,即使為了調節校正環的像差校正量而操作校正環,相對於像差校正量的變化量,校正環的操作量有時也不一定,其結果是,在校正環的操作前後觀察位置有時會偏移。此外,攝影單元的物鏡的機差、物鏡的拆裝等也是移動量的偏差的一個原因。 這樣,在因各種原因,檢測出改質區域時的攝影單元的移動量產生了偏差的狀態下,當對該移動量乘以一定的校正係數運算改質區域的位置的測算值時,該測算值也會產生偏差。其結果是,難以獲取改質區域的準確的位置。 於是,本發明的目的是提供能夠更準確獲取關於改質區域的位置的資訊的觀察裝置、觀察方法和觀察對象物。 本發明的觀察裝置具備:攝影部,其具有用於使相對於對象物具有透射性的透射光向對象物聚光的聚光透鏡,用於利用透射光對對象物進行攝影;用於使聚光透鏡相對於對象物相對地移動的移動部;和用於至少控制攝影部和移動部的控制部,對象物具有第1面和第1面的相反側的第2面,在對象物設置有與第1面和第2面交叉的Z方向上的位置的實測值已知的標記,控制部執行攝影處理和匯出處理,其中,在攝影處理中,控制攝影部和移動部,使透射光從第1面射入至對象物的內部,使聚光透鏡沿Z方向移動並利用透射光對對象物進行攝影,來獲取作為對象物的內部圖像的包含標記的像的標記圖像,匯出處理在攝影處理之後匯出校正係數,校正係數使得該校正係數與拍攝得到標記圖像時的聚光透鏡的移動量的乘積的值即測算值成為實測值。 本發明的觀察方法具備:準備對象物的準備步驟,對象物具有第1面和第1面的相反側的第2面,在對象物形成有與第1面和第2面交叉的Z方向上的位置的實測值已知的標記;攝影步驟,使相對於對象物具有透射性的透射光從第1面射入至對象物的內部,使用來將透射光聚光的聚光透鏡沿Z方向移動並利用透射光對對象物進行攝影,來獲取作為對象物的內部圖像的包含標記的像;和匯出步驟,在攝影步驟之後匯出校正係數,校正係數使得該校正係數與拍攝得到標記圖像時的聚光透鏡的移動量的乘積的值即測算值成為實測值。 在這些觀察裝置和觀察方法的對象物中,設置有與該第1面和第2面交叉的Z方向上的位置的實測值已知的標記。在這些觀察裝置和觀察方法中,藉由一邊使聚光透鏡移動一邊對這樣的對象物進行攝影,能夠獲取作為對象物的內部圖像的包含標記的像的標記圖像。而且,匯出校正係數,校正係數使得該校正係數與拍攝得到該標記圖像時的聚光透鏡的移動量的乘積的值(測算值)為已知的標記的位置的實測值。即,根據該觀察裝置和觀察方法,能夠匯出與攝影得到標記圖像時的裝置狀態以及拍攝得到標記圖像時的聚光透鏡的移動量(即觀察深度)相應的校正係數。藉此,在利用透射光觀察改質區域來對改質區域的位置的測算值進行運算時,使用該校正係數能夠更準確地獲取關於改質區域的位置的資訊。 本發明的觀察裝置也可以構成為,在對象物中,形成有Z方向上的位置彼此不同且該位置的實測值已知的多個標記,在攝影處理中,控制部使聚光透鏡沿Z方向相對移動,使得透射光的聚光點位於Z方向上的對象物的內部的多個位置來對對象物進行攝影,藉此獲取包括多個標記各自的像的多個標記圖像,在匯出處理中,控制部匯出多個校正係數亦可,多個校正係數使得校正係數與拍攝得到多個標記圖像的各個標記圖像時的聚光透鏡的各個移動量的乘積的值即測算值各自分別成為多個標記的實測值的每一個。在此情況下,能夠匯出與多個移動量相應的校正係數。因此,在利用透射光觀察改質區域來對改質區域的位置的測算值進行運算時,能夠在Z方向上的更寬廣的範圍內,更準確地獲取關於改質區域的位置的資訊。 本發明的觀察裝置也可構成為,在對象物中,作為標記形成有在沿第1面和第2面的X方向上排列的改質區域和從改質區域延伸的裂紋,在攝影處理中,使聚光透鏡沿Z方向移動,來使透射光的聚光點移動而利用透射光對對象物進行攝影,由此獲取包括裂紋中的沿與X方向和Z方向交叉的方向延伸的裂紋的像的內部圖像作為標記圖像。 根據本發明的發明者的發現,當在對象物的內部例如藉由鐳射加工形成改質區域時,有時形成從該改質區域向各種各樣的方向延伸的裂紋。而且,該裂紋中沿與對對象物的鐳射射入面交叉的Z方向與作為鐳射加工的前進方向的X方向交叉的方向延伸的裂紋,與改質區域相較之下,能夠利用從對象物透射的透射光精準地檢測出。因此,如上所述,如果令包含該裂紋的像的內部圖像為標記圖像,則能夠減輕攝影得到該標記圖像時的聚光透鏡的移動量的偏差。其結果是,能夠匯出更準確的校正係數。 本發明的觀察裝置也可以構成為,攝影部具有校正環透鏡,該校正環透鏡包括聚光透鏡和設置於聚光透鏡的用於對在對象物產生的像差進行校正的校正環。這樣,在聚光透鏡設置有校正環的情況下,存在在校正環的操作前後裝置狀態發生變化的問題。因此,如上所述那樣匯出與裝置狀態相應的校正係數更有效。 本發明的觀察裝置也可以構成為具備:用於設置對象物的設置部;和設置於設置部的對象物。這樣,藉由始終設置設有標記的對象物,能夠在任意時間進行校正係數的匯出。 本發明的觀察裝置包括:攝影部,其具有用於使相對於對象物具有透射性的透射光向對象物聚光的聚光透鏡,用於利用透射光對對象物進行攝影;用於使聚光透鏡相對於對象物相對地移動的移動部;和用於至少控制攝影部和移動部的控制部,對象物具有第1面和第1面的相反側的第2面,在對象物中設有改質區域和從改質區域延伸的裂紋,控制部執行攝影處理和運算處理,其中,在攝影處理中,控制攝影部和移動部,使透射光從第1面射入至對象物,使聚光透鏡沿與第1面和第2面交叉的Z方向移動並利用透射光對對象物進行攝影,來獲取作為內部圖像的包含改質區域和/或裂紋的像的檢測圖像,運算處理在攝影處理之後,將校正係數乘以拍攝得到檢測圖像時的聚光透鏡的移動量,來運算改質區域和/或裂紋在Z方向上的位置的測算值,控制部保存有與移動量相應的多個校正係數。 該觀察裝置,如上所述,保存有與聚光透鏡的移動量相應的校正係數。因此,藉由使用該校正係數來運算改質區域的位置的測算值,能夠獲取關於更準確的改質區域的位置的資訊。 本發明的觀察對象物具有第1面和第1面的相反側的第2面,設置有標記,觀察對象物用於匯出校正係數,該校正係數用於從標記的位置的實測值運算與第1面和第2面交叉的Z方向上的標記的位置的測算值。使用該觀察對象物能夠如上所述的那樣匯出校正係數。 根據本發明,能夠提供能夠更準確地獲取關於改質區域的位置的資訊的觀察裝置、觀察方法和觀察對象物。 However, when observing an object using transmitted light transmitted from the object, for example, by moving an imaging unit including a light source of the transmitted light and a detector in the Z direction (for example, the direction of the optical axis of the transmitted light), while The case of photographing an object at a plurality of positions while moving the focused point of the transmitted light in the Z direction. In this case, it is conceivable to calculate the position of the modified region inside the object by multiplying the movement amount of the imaging unit when the modified region is detected by a correction coefficient corresponding to the NA of the objective lens and the refractive index of the object. The estimated value of . However, according to the findings of the inventors of the present invention, as the state of the device and the depth of observation (the distance in the Z direction from the incident surface of the transmitted light to the condensing point) change, the imaging unit when the modified region is detected The amount of movement sometimes deviates. As the cause, first, the shift of the observation position due to the focus blur of the objective lens is considered. That is, when the spherical aberration correction amount of the objective lens of the imaging unit is constant, the constant spherical aberration correction may be weakly corrected in an ideal state. In this case, the converging position of transmitted light in the object becomes relatively shallow, and as a result, the movement amount of the imaging unit when a certain modified region is detected becomes relatively large (observation position becomes deeper). Similarly, when the spherical aberration correction amount of the objective lens of the imaging unit is constant, and the constant spherical aberration correction is overcorrected for the ideal state, the condensing position of the transmitted light in the object is relatively As a result, the movement amount of the imaging unit when a certain modified region is detected becomes relatively small (observation position becomes shallower). In addition, as a cause of variation in the amount of movement, a deviation before and after the operation of the correction ring lens is considered. That is, when the objective lens of the imaging unit is a correction ring lens, even if the correction ring is operated to adjust the aberration correction amount of the correction ring, the operation amount of the correction ring may not be constant with respect to the change amount of the aberration correction amount. , as a result, the viewing position sometimes shifts before and after the operation of the correction collar. In addition, mechanical differences of the objective lens of the imaging unit, detachment of the objective lens, and the like are also one cause of the variation in the amount of movement. In this way, when the movement amount of the imaging unit when the modified region is detected is deviated due to various reasons, when the estimated value of the position of the modified region is calculated by multiplying the movement amount by a fixed correction coefficient, the estimated Values can also be biased. As a result, it is difficult to obtain an accurate position of the modified region. Therefore, an object of the present invention is to provide an observation device, an observation method, and an observation object capable of obtaining more accurate information on the position of a modified region. The observation device of the present invention includes: an imaging unit having a condenser lens for condensing transmitted light having transmittance with respect to the object to the object, for photographing the object with the transmitted light; A moving part that the optical lens relatively moves with respect to the object; and a control part for at least controlling the photographing part and the moving part, the object has a first surface and a second surface on the opposite side of the first surface, and the object is provided with The control unit executes the imaging processing and export processing of the marker whose actual measurement value of the position in the Z direction intersecting the first surface and the second surface is known. In the imaging processing, the imaging unit and the moving unit are controlled so that the transmitted light It enters the inside of the object from the first surface, moves the condenser lens in the Z direction, and shoots the object with the transmitted light to obtain a marker image including a marker image as an internal image of the object, and collects The export process exports correction coefficients such that the calculated value, which is the product of the correction coefficient and the movement amount of the condenser lens when the marker image is captured, becomes the actual measured value after the photographing process. The observation method of the present invention includes: a preparation step of preparing an object, the object has a first surface and a second surface on the opposite side of the first surface, and the object is formed in the Z direction intersecting the first surface and the second surface. In the photographing step, the transmitted light that is transparent to the object is injected into the inside of the object from the first surface, and the condensing lens for condensing the transmitted light is used in the Z direction moving and photographing the object with transmitted light to obtain an image including a mark as an internal image of the object; and an exporting step of exporting a correction coefficient after the photographing step such that the correction coefficient is consistent with the photographed mark The calculated value, which is the product of the moving amount of the condenser lens at the time of imaging, becomes the actual measured value. The objects of these observation devices and observation methods are provided with marks whose actual measured values are known at positions in the Z direction intersecting the first surface and the second surface. In these observation devices and observation methods, by imaging such an object while moving the condenser lens, it is possible to acquire a marker image including an image of the marker as an internal image of the object. Then, a correction coefficient is exported so that the value (measured value) of the product of the correction coefficient and the movement amount of the condenser lens when the mark image is captured is an actual value of the known position of the mark. That is, according to the observation device and observation method, it is possible to derive correction coefficients corresponding to the state of the device when the marker image is captured and the amount of movement of the condenser lens when the marker image is captured (that is, the observation depth). Thereby, when calculating the estimated value of the position of the modified region by observing the modified region with transmitted light, the information on the position of the modified region can be obtained more accurately by using the correction coefficient. The observation device of the present invention may also be configured such that the object is formed with a plurality of marks whose positions in the Z direction are different from each other and whose actual measured values are known, and the control unit moves the condensing lens along the Z direction during the photographing process. Directions are relatively moved so that the focal point of the transmitted light is located at a plurality of positions inside the object in the Z direction to photograph the object, thereby acquiring a plurality of marker images including images of the plurality of markers. In the export process, the control unit may export a plurality of correction coefficients, and the value of the product of the correction coefficient and each movement amount of the condenser lens when each of the plurality of marker images is captured is calculated. Each of the values is each of the measured values of the plurality of markers. In this case, correction coefficients corresponding to a plurality of movement amounts can be exported. Therefore, when calculating the estimated position of the modified region by observing the modified region with transmitted light, more accurate information on the position of the modified region can be obtained in a wider range in the Z direction. The observation device of the present invention may be configured such that modified regions aligned in the X-direction along the first surface and the second surface and cracks extending from the modified regions are formed as marks on the object, and in the imaging process , moving the condenser lens along the Z direction to move the condensing point of the transmitted light and photographing the object with the transmitted light, thereby acquiring cracks including cracks extending in a direction intersecting the X direction and the Z direction. The internal image of the image is used as the marker image. According to the findings of the inventors of the present invention, when a modified region is formed inside an object by, for example, laser processing, cracks extending in various directions from the modified region may be formed. Moreover, among the cracks, the crack extending in the direction intersecting the Z direction intersecting the laser incident surface of the object and the X direction which is the advancing direction of the laser processing can be compared with the modified region by utilizing the The transmitted transmitted light is precisely detected. Therefore, as described above, if the internal image including the image of the crack is used as the marker image, it is possible to reduce the variation in the amount of movement of the condenser lens when the marker image is captured. As a result, more accurate correction coefficients can be exported. The observation device of the present invention may be configured such that the imaging unit has a correction ring lens including a condenser lens and a correction ring provided on the condenser lens for correcting aberrations occurring in the object. Thus, in the case where the condenser lens is provided with a correction ring, there is a problem that the state of the device changes before and after the operation of the correction ring. Therefore, it is more effective to export the correction coefficient according to the state of the device as described above. The observation device of the present invention may be configured to include: a setting unit for setting an object; and an object set on the setting unit. In this way, by always setting the marked object, it is possible to export the correction coefficient at any time. The observation device of the present invention includes: a photographing unit having a condensing lens for converging the transmitted light having transmittance to the target object on the target object for photographing the target object with the transmitted light; A moving part that the optical lens relatively moves with respect to the object; and a control part for controlling at least the photographing part and the moving part, the object has a first surface and a second surface on the opposite side of the first surface, and the object is provided with There is a modified region and a crack extending from the modified region, and the control unit executes imaging processing and calculation processing, wherein in the imaging processing, the imaging unit and the moving unit are controlled so that transmitted light enters the object from the first surface, so that The condenser lens is moved in the Z direction intersecting the first surface and the second surface, and the object is photographed with transmitted light to obtain a detection image including a modified region and/or a crack image as an internal image, and the calculation Processing After the photographing process, the correction coefficient is multiplied by the movement amount of the condenser lens when the detection image is captured to calculate the estimated value of the position of the modified region and/or crack in the Z direction, and the control unit saves and moves The amount of corresponding multiple correction coefficients. This observation device stores a correction coefficient corresponding to the movement amount of the condenser lens as described above. Therefore, by calculating the estimated value of the position of the modified region using the correction coefficient, more accurate information on the position of the modified region can be obtained. The observation object of the present invention has a first surface and a second surface on the opposite side of the first surface, on which a mark is provided, and the observation object is used to derive a correction coefficient for calculating and calculating from an actual measured value at the position of the mark. The measured value of the position of the mark in the Z direction where the first surface and the second surface intersect. Using this observation object, it is possible to derive the correction coefficient as described above. According to the present invention, it is possible to provide an observation device, an observation method, and an observation object capable of more accurately acquiring information on the position of a modified region.
下面,參照附圖對一個實施型態進行詳細說明。其中,在各附圖的說明中,有時對於相同或相當的部分賦予相同符號,省略重複的說明。此外,在各圖中,有時表示由X軸、Y軸和Z軸規定的直角座標系。作為一例,X方向和Y方向是彼此交叉(正交)的第1水平方向和第2水平方向,Z方向是與X方向和Y方向交叉(正交)的鉛垂方向。
如圖1所示,鐳射加工裝置1具備載置台2、鐳射照射單元3(照射部)、多個攝影單元4、5、6、驅動單元7、控制部8和顯示器150(顯示部)。鐳射加工裝置1是藉由向對象物11照射鐳射光L來在對象物11形成改質區域12的裝置。
載置台2例如藉由吸附黏貼於對象物11的膜來支撐對象物11。載置台2能夠分別沿著X方向和Y方向移動,且能夠以與Z方向平行的軸線為中心線旋轉。
鐳射照射單元3將對於對象物11具有透射性的鐳射光L聚光來照射於對象物11。當鐳射光L聚光至由載置台2支撐的對象物11的內部時,在與鐳射光L的聚光點C對應的部分,鐳射光L特別會被吸收,能夠在對象物11的內部形成改質區域12。
改質區域12是密度、折射率、機械強度或其他物理特性與周圍的非改質區域不同的區域。作為改質區域12,例如有熔融處理區域、裂縫區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等。改質區域12具有裂紋容易從改質區域12延伸至鐳射光L的射入側及其相反側的特性。這樣的改質區域12的特性被利用於對象物11的切斷。
作為一例,當使載置台2沿著X方向移動,並使聚光點C相對於對象物11沿著X方向相對地移動時,以沿著X方向排成1排的方式形成多個改質點12s。1個改質點12s是藉由1個脈衝的鐳射光L的照射而形成的。1排改質區域12是排成1排的多個改質點12s的集合。相鄰的改質點12s根據聚光點C相對於對象物11的相對移動速度和鐳射光L的反復頻率,存在彼此相連的情況,以及彼此分開的情況。
攝影單元4拍攝形成於對象物11中的改質區域12,以及從改質區域12延伸出的裂紋的前端。
攝影單元5和攝影單元6在控制部8的控制下,利用從對象物11透射的光來拍攝被載置台2所支撐的對象物11。攝影單元5、6進行拍攝而獲得的圖像,作為一例,用於進行鐳射光L的照射位置的對準。
驅動單元7支撐鐳射照射單元3和多個攝影單元4、5、6。驅動單元7使鐳射照射單元3和多個攝影單元4、5、6沿著Z方向移動。
控制部8控制載置台2、鐳射照射單元3、多個攝影單元4、5、6和驅動單元7的動作。控制部8作為包含處理器、記憶體、暫存器和通訊裝置等的電腦裝置而構成。在控制部8中,處理器執行記憶體等中所讀取的軟體(程式),控制記憶體和暫存器中的資料的讀出或寫入,以及通訊裝置所進行的通訊。
顯示器150具有作為接受使用者進行的資訊的輸入的輸入部的功能、和作為對使用者顯示資訊的顯示部的功能。
[對象物的結構]
本實施型態的對象物11如圖2及圖3所示為晶圓20。晶圓20具備半導體基板21和功能元件層22。在本實施型態中,說明晶圓20包括功能元件層22,但是晶圓20既可以具有功能元件層22,也可以不具有功能元件層22,也可以是裸晶圓。半導體基板21具有表面21a(第2面)和背面21b(第1面)。半導體基板21例如為矽基板。功能元件層22形成於半導體基板21的表面21a。功能元件層22包含沿著表面21a二維排列的多個功能元件22a。功能元件22a是例如光電二極體等的受光元件、鐳射二極體等的發光元件、記憶體等的電路元件等。功能元件22a也存在堆疊多個層而三維地構成的情況。另外,在半導體基板21,雖然設有顯示結晶方位的缺口21c,但是也可以取代缺口21c而設置定向平面。
晶圓20分別沿著多條線15按每個功能元件22a被切斷。多條線15從晶圓20的厚度方向觀察時,通過多個功能元件22a各自之間。更具體而言,線15從晶圓20的厚度方向觀察時,通過格線區域23的中心(寬度方向的中心)。格線區域23在功能元件層22以通過相鄰的功能元件22a之間的方式延伸。在本實施型態中,多個功能元件22a沿著表面21a以矩陣狀排列,多條線15設定為格子狀。另外,線15雖是虛擬線,但也可是實際上劃出的線。
[鐳射照射單元的結構]
如圖4所示,鐳射照射單元3具有光源31、空間光調變器32和聚光透鏡33。光源31例如藉由脈衝振盪方式來輸出鐳射光L。空間光調變器32調變從光源31輸出的鐳射光L。空間光調變器32例如是反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)的空間光調變器(SLM:Spatial Light Modulator)。聚光透鏡33將藉由空間光調變器32調變的鐳射光L聚光。其中,聚光透鏡33也可以是校正環透鏡。
在本實施型態中,鐳射照射單元3分別沿著多條線15從半導體基板21的背面21b側對晶圓20照射鐳射光L,由此分別沿著多條線15在半導體基板21的內部形成2排改質區域12a、12b。改質區域12a是2排改質區域12a、12b中的最靠近表面21a的改質區域。改質區域12b是2排改質區域12a、12b中的最靠近改質區域12a的改質區域,且是最靠近背面21b的改質區域。
2排改質區域12a、12b在晶圓20的厚度方向(Z方向)上相鄰。2排改質區域12a、12b是藉由使2個聚光點C1、C2相對於半導體基板21沿著線15相對地移動而形成的。藉由空間光調變器32調變鐳射光L,使得例如聚光點C2相對於聚光點C1位於行進方向的後側且位於鐳射光L的射入側。其中,關於改質區域的形成,可以是單焦點,也可以是多焦點,可以是1個路徑,也可以是多個路徑。
鐳射照射單元3沿多個線15中的各個線15從半導體基板21的背面21b側對晶圓20照射鐳射光L。作為一例,相對於作為厚度400μm的單晶矽<100>基板的半導體基板21,使2個聚光點C1、C2分別對焦到與表面21a相距54μm的位置和至128μm的位置,沿多個線15的各個線15從半導體基板21的背面21b側對晶圓20照射鐳射光L。此時,例如在選取遍及2排改質區域12a、12b的裂紋14到達半導體基板21的表面21a的條件的情況下,令鐳射光L的波長為1099nm,脈衝寬度為700n秒,反復頻率為120kHz。此外,令聚光點C1的鐳射光L的輸出為2.7W,聚光點C2的鐳射光L的輸出為2.7W,令2個聚光點C1、C2相對於半導體基板21的相對移動速度為800mm/秒。其中,例如在加工路徑數為5的情況下,對於上述的晶圓20,例如也可以令ZH80(與表面21a相距328μm的位置)、ZH69(與表面21a相距283μm的位置)、ZH57(與表面21a相距234μm的位置)、ZH26(與表面21a相距107μm的位置)、ZH12(與表面21a相距49.2μm的位置)為加工位置。在此情況下,例如,也可以是,鐳射光L的波長為1080nm,脈衝寬度為400nsec,反復頻率為100kHz,移動速度為490mm/秒。
這樣的2排改質區域12a、12b和裂紋14的形成是在如下那樣的情況下實施的。即,在之後的步驟中,例如藉由研磨半導體基板21的背面21b而使半導體基板21薄化,並且使裂紋14露出到背面21b,分別沿著多條線15將晶圓20切斷為多個半導體元件的情況。
[檢查用攝影單元的結構]
如圖5所示,攝影單元4(攝影部)具有光源41、反射鏡42、物鏡43(聚光透鏡)和光檢測部44。攝影單元4對晶圓20進行攝影。光源41輸出相對於半導體基板21具有透射性的光I1。光源41例如由鹵素燈和濾光片構成,輸出近紅外線區域的光I1。從光源41輸出的光I1會被反射鏡42反射而通過物鏡43,從半導體基板21的背面21b側照射至晶圓20。此時,載置台2如上述那樣支撐形成有2排改質區域12a、12b的晶圓20。
物鏡43用於使相對於半導體基板21具有透射性的光(透射光)I1朝向半導體基板21聚光。物鏡43使被半導體基板21的表面21a反射後的光I1通過。即,物鏡43使在半導體基板21中傳播後的光I1通過。物鏡43的數值孔徑(NA)例如是0.45以上。物鏡43具有校正環43a。校正環43a例如藉由調節構成物鏡43的多個透鏡的彼此之間的距離,來校正半導體基板21內的光I1所產生的像差。其中,作為校正像差的手段,不限於校正環43a,也可以是空間光調變器等其他校正手段。光檢測部44對從物鏡43和反射鏡42透射後的光I1進行檢測。光檢測部44例如由InGaAs攝影機構成,對近紅外線區域的光I1進行檢測。其中,檢測(攝影)近紅外線區域的光I1的手段不限於InGaAs攝影機,也可以是透射型共聚焦顯微鏡等進行透射型的攝影的其它攝影手段。
攝影單元4能夠拍攝出2排改質區域12a、12b各者以及多個裂紋14a、14b、14c、14d各自的前端(詳情後述)。裂紋14a是從改質區域12a向表面21a側延伸的裂紋。裂紋14b是從改質區域12a向背面21b側延伸的裂紋。裂紋14c是從改質區域12b向表面21a側延伸的裂紋。裂紋14d是從改質區域12b向背面21b側延伸的裂紋。
[對準校正用攝影單元的結構]
如圖6所示,攝影單元5具有光源51、反射鏡52、透鏡53和光檢測部54。光源51輸出相對於半導體基板21具有透射性的光I2。光源51例如由鹵素燈及濾光片構成,輸出近紅外線區域的光I2。光源51也可與攝影單元4的光源41共用。從光源51輸出的光I2會被反射鏡52反射而通過透鏡53,從半導體基板21的背面21b側照射於晶圓20。
透鏡53使被半導體基板21的表面21a反射後的光I2通過。即,透鏡53使在半導體基板21中傳播後的光I2通過。透鏡53的數值孔徑是0.3以下。即,攝影單元4的物鏡43的數值孔徑比透鏡53的數值孔徑大。光檢測部54檢測藉由透鏡53和反射鏡52的光I2。光檢測部54例如由InGaAs攝影機構成,檢測近紅外線區域的光I2。
攝影單元5在控制部8的控制下,從背面21b側將光I2照射於晶圓20,並且檢測從表面21a(功能元件層22)返回的光I2,藉此拍攝功能元件層22。並且,攝影單元5同樣在控制部8的控制下,從背面21b側將光I2照射於晶圓20,並且檢測從半導體基板21的改質區域12a、12b的形成位置返回的光I2,藉此獲取包含改質區域12a、12b的區域的圖像。這些圖像用於進行鐳射光L的照射位置的校準。攝影單元6除了相較於透鏡53為低倍率(例如,在攝影單元5中是6倍,在攝影單元6中是1.5倍)這點以外,具有與攝影單元5同樣的結構,並與攝影單元5同樣地用於校準。
[檢查用攝影單元的拍攝原理]
使用圖5所示的攝影單元4,如圖7所示,對於跨2排改質區域12a、12b的裂紋14到達了表面21a的半導體基板21,使焦點F(物鏡43的焦點)從背面21b側向表面21a側移動。在該情況下,如果使焦點F從背面21b側對焦到從改質區域12b向背面21b側延伸的裂紋14的前端14e,則能夠確認到該前端14e(圖7的右側的圖像)。然而,即便使焦點F從背面21b側對焦到裂紋14本身和到達了表面21a的裂紋14的前端14e,也無法進行確認(圖7的左側的圖像)。另外,如果使焦點F從背面21b側對焦到半導體基板21的表面21a,則能夠確認到功能元件層22。
並且,使用圖5所示的攝影單元4,如圖8所示,對於跨2排改質區域12a、12b的裂紋14未到達表面21a的半導體基板21,使焦點F從背面21b側向表面21a側移動。在該情況下,即便使焦點F從背面21b側對焦到從改質區域12a向表面21a側延伸的裂紋14的前端14e,也無法確認到該前端14e(圖8的左側的圖像)。然而,如果使焦點F從背面21b側對焦到相對於表面21a位於與背面21b相反側的區域(即,相對於表面21a位於功能元件層22側的區域),關於表面21a使與焦點F對稱的虛擬焦點Fv位於該前端14e,則能夠確認到該前端14e(圖8的右側的圖像)。另外,虛擬焦點Fv是考慮了半導體基板21的折射率的關於表面21a與焦點F對稱的點。
以上那樣無法確認到裂紋14,推測是因為裂紋14的寬度比作為照明光的光I1的波長小。圖9和圖10是形成於作為矽基板的半導體基板21的內部的改質區域12及裂紋14的SEM(Scanning Electron Microscope)圖像。圖9的(b)是圖9的(a)所示的區域A1的放大圖像,圖10的(a)是圖9的(b)所示的區域A2的放大圖像,圖10的(b)是圖10的(a)所示的區域A3的放大圖像。像這樣,裂紋14的寬度是120nm左右,比近紅外線區域的光I1的波長(例如,1.1~1.2μm)還小。
根據以上事項所設想的攝影原理如下所述。如圖11的(a)所示,如果使焦點F位於空氣中,則光I1不會返回,因此會獲得漆黑的圖像(圖11的(a)的右側的圖像)。如圖11的(b)所示,如果使焦點F位於半導體基板21的內部,則被表面21a反射的光I1會返回,故會獲得白淨的圖像(圖11的(b)的右側的圖像)。如圖11的(c)所示,如果使焦點F從背面21b側對焦到改質區域12,則會因改質區域12使被表面21a反射而返回的光I1的一部分產生吸收、散射等,所以會獲得在白淨的背景中顯示出漆黑的改質區域12的圖像(圖11的(c)的右側的圖像)。
如圖12的(a)及(b)所示,如果使焦點F從背面21b側對焦到裂紋14的前端14e,則例如會因產生於前端14e附近的光學特異性(應力集中、歪曲、原子密度的不連續性等)使光被局限在前端14e附近等,由此使被表面21a反射而返回的光I1的一部分產生散射、反射、干涉、吸收等,所以會獲得在白淨的背景中顯示出漆黑的前端14e的圖像(圖12的(a)及(b)的右側的圖像)。如圖12的(c)所示,如果使焦點F從背面21b側對焦到裂紋14的前端14e附近以外的部分,則被表面21a反射的光I1有至少一部分會返回,故會獲得淨白的圖像(圖12的(c)的右側的圖像)。
[內部觀察的實施型態]
圖13是表示形成了改質區域的對象物的圖。圖13的(a)是以使改質區域露出的方式被切斷的對象物的截面照片。圖13的(b)是利用從對象物透射的光進行攝影而得到的對象物的圖像的一例。圖13的(c)是利用從對象物透射的光進行攝影而得到的對象物的圖像的另一例。如圖13的(a)所示,藉由鐳射光L的聚光,形成在對象物(這裡是半導體基板21)的改質區域12包括:位於半導體基板21的鐳射光L的射入面的相反側的面即表面21a側的缺陷(Void)區域12m;和比缺陷區域12m靠鐳射光L的射入面即背面21b側的缺陷上方區域12n。
當利用相對於半導體基板21具有透射性的光I1對形成了這樣的改質區域12的半導體基板21進行攝影時,如圖13的(b)、(c)所示,有時能夠確認到沿與Z方向和X方向交叉的方向延伸(相對於X方向具有角度)的裂紋14k的像。從Z方向看時,裂紋14k在圖13的(b)的例子中與Y方向大致平行,在圖13的(c)的例子中相對於Y方向稍微傾斜。這些裂紋14k的像,在一邊使光I1的聚光點沿Z方向移動一邊在多個位置對半導體基板21進行攝影時,與改質區域12相較之下,能夠在Z方向上的限定範圍內被清晰地檢測出。
圖14是關於Z方向上的改質區域和裂紋的位置的圖表。在圖14中,缺陷下端、缺陷上端、缺陷上方區域下端、和缺陷上方區域上端的繪製,是藉由截面觀察實際測定到的實測值。下端是指表面21a側的端部,上端是指背面21b側的端部。因此,例如缺陷上方區域下端是指缺陷上方區域12n的表面21a側的端部。
此外,圖14的圖表中的直接觀察和背面反射觀察的繪製,是基於利用光I1攝影得到的圖像中包含裂紋14k清晰的像的內部圖像被攝影得到時的Z方向的物鏡43的移動量(下面有時簡稱為“移動量”)運算得到的測算值,作為一例,是藉由基於AI的圖像判斷得到的值。直接觀察,是使光I1從背面21b射入,且不經過表面21a的反射直接使光I1的聚光點對準裂紋14k的情況(在上述的例子中,從背面21b側使焦點F與裂紋14k一致的情況),背面反射觀察,是使光I1從背面21b射入,被表面21a反射了的光I1的聚光點對準裂紋14k的情況(在上述的例子中,相對於表面21a,從背面21b側使焦點F對準背面21b的相反側的區域,使關於表面21a與焦點F對稱的虛擬焦點Fv對準裂紋14k的情況)。
如圖14所示,在直接觀察中,在使改質區域12的形成位置在Z方向上位於不同的4個的情況C1~C4下,都在缺陷上方區域下端與缺陷上方區域上端之間檢測出裂紋14k,在背面反射觀察中,在情況C1下在大致與缺陷上方區域下端相同的位置檢測出裂紋14k,在情況C2~C4下在缺陷上方區域下端與缺陷上端之間檢測出裂紋14k。Z方向上的改質區域12的寬度,是缺陷下端與缺陷上方區域上端之間的距離。這樣,裂紋14k與改質區域12本身相較之下,能夠在Z方向上被更精準地檢測出。
因此,藉由獲取在Z方向上出現裂紋14k時的內部圖像的移動量,能夠更準確地獲取關於改質區域12的位置的資訊。其中,圖14的縱軸表示與背面的距離,這裡的背面是相對於光I1的射入面的背面,對半導體基板21而言是表面21a。此外,圖15是在截面照片對情況C1下的檢測結果進行繪製而得到的。
在本實施型態中,基於以上那樣的發現,藉由內部觀察檢測裂紋14k,獲取關於改質區域12的位置的資訊。接著對本實施型態的觀察方法進行說明。在該觀察方法中,裂紋14k是檢測對象的對象裂紋。
在本實施型態中,在獲取關於改質區域12的位置的資訊時,首先,對Z方向上的裂紋14k的位置進行運算。此時,對檢測出裂紋14k的內部圖像被攝影得到時的物鏡43在Z方向上的移動量,乘以規定的校正係數。如圖14、15所示,裂紋14k在Z方向上的改質區域12的範圍內被檢測出。因此,運算得到的裂紋14k的位置,也就是改質區域12在Z方向上的位置的測算值。
首先,對關於校正係數的發現進行說明。如圖16所示,為了調節半導體基板21內的光I1的聚光點的位置,使用驅動單元7使攝影單元4沿Z方向移動了移動量Fz。此時,如果沒有半導體基板21,則光I1的聚光點的移動量也為移動量Fz。但是,在光I1的聚光點形成在半導體基板21的內部的情況下,光I1的聚光點的移動量為與移動量Fz不同的移動量Hz(在圖示的例子中被放大)。移動量Hz規定半導體基板21內的實際的攝影位置,即,檢測對象(例如改質區域12、裂紋14k)的位置。
另一方面,控制部8能夠直接獲取的資訊,是作為驅動單元7的控制時的輸入值的攝影單元4的移動量Fz(即,沒有半導體基板21的情況下的聚光點的移動量Fz)。因此,控制部8為了獲取半導體基板21內的實際的檢測對象的位置,需要對移動量Fz乘以某係數。此時應用的係數是校正係數。該校正係數,考慮到物鏡43的NA、半導體基板21的折射率,能夠設定為一定的值(例如在半導體基板21為矽的情況下,為4左右)。但是,在令校正係數為一定的值的情況下,可能產生如下的問題。
圖17是表示檢測對象在Z方向的位置與檢測出檢測對象時的移動量的關係的圖表。圖17的圖表的橫軸的“深度位置”,是設置了檢測對象的Z方向的位置(使光I1的聚光點對準的位置),圖17的圖表的縱軸的“Z軸移動量”,是在Z方向的各個位置檢測出檢測對象時的移動量Fz。在半導體基板21內以40μm左右的間隔設置檢測對象,以使得在令移動量Fz為10μm時能夠檢測出檢測對象。
在圖17中,一併記載了裝置狀態不同的多個情況下的曲線圖,在關注1個裝置狀態(1個曲線圖)的情況下,當檢測對象在Z方向上的位置不同時,本來應當固定為10μm的移動量Fz產生偏差。在多個裝置狀態(多個曲線圖)之間進行比較的情況下也相同。這樣在移動量Fz產生偏差的原因,首先,考慮因物鏡43的聚光模糊而引起的觀察位置偏移。即,在使攝影單元4的物鏡43的球面像差校正量為一定的情況下,該一定的球面像差校正對於理想狀態為弱校正。在此情況下,半導體基板21內的光I1的聚光位置相對地變淺,其結果是,檢測出某改質區域12時的攝影單元4的移動量Fz相對地變大(觀察位置變得更深)。
同樣,在使攝影單元4的物鏡43的球面像差校正量為一定的情況下,該一定的球面像差校正對於理想狀態為過校正時,半導體基板21內的光I1的聚光位置相對變深,其結果是,檢測出某改質區域12時的攝影單元4的移動量Fz相對地變小(觀察位置變得更淺)。
此外,作為移動量Fz產生偏差的原因,能夠考慮校正環透鏡的操作前後的偏移。即,在攝影單元4的物鏡43為校正環透鏡的情況下,即使為了利用校正環43a調節像差校正量而操作校正環43a,相對於像差校正量的變化量,校正環43a的操作量有時也不一定,其結果是,在校正環43a的操作前後存在觀察位置偏移的情況。進一步,攝影單元4的物鏡43的機差、物鏡43的拆裝等也為移動量Fz的偏差的原因。
當這樣對產生了偏差的移動量Fz乘以一定的校正係數而運算測算值時,運算結果也會產生偏差。據此,為了獲取關於檢測對象的準確位置的資訊,需要根據裝置狀態、Z方向的位置使用適當的校正係數。於是,在本實施型態的觀察方法中,如下所述地進行校正係數的匯出。進行校正係數的匯出的時機是任意的,作為一例,是在如物鏡43的拆裝時之裝置狀態發生了變化的時機。
圖18是表示用於匯出本實施型態的觀察方法中的校正係數的步驟的流程圖。如圖18所示,將用於匯出校正係數的對象物(觀察對象物)60移動至攝影單元4的物鏡43的下部(步驟S1)。如圖1所示,鐳射加工裝置1還具備與載置台2不同的載置台(設置部)2A,對象物60載置在該載置台2A。載置台2A例如藉由驅動單元7能夠沿X方向和Y方向移動。
圖19是表示用於匯出校正係數的對象物的側視圖。如圖19所示,對象物60包括背面60b和背面(第1面)60b的相反側的表面(第2面)60a。在對象物60中,藉由鐳射加工,形成了在沿背面60b和表面60a的X方向上排列的改質區域12和從改質區域12延伸的裂紋(裂紋14、14k)。尤其是,在對象物60形成了從改質區域12沿與Z方向和X方向交叉的方向延伸的裂紋14k。此外,在對象物60中,以在Z方向上排列的方式形成了多排改質區域12。改質區域12在Z方向上的間隔,換算成移動量Fz為10μm以下。
在對象物60中,以使改質區域12露出的方式形成了切斷面,各個改質區域12在Z方向上的位置,例如作為裂紋14k的位置,藉由該切斷面的觀察被實測而為已知。該已知的實測值,可以由控制部8保存,也可以保存在控制部8能夠聯絡的任意的儲存裝置中。這樣,在這裡,實施準備對象物60的準備步驟,該對象物60包含背面60b和背面60b的相反側的表面60a,作為與背面60b和表面60a交叉的Z方向上的位置的實測值已知的標記,改質區域12和裂紋14k形成在對象物60中。
在接下來的步驟中,如圖20所示,利用相對於對象物60具有透射性的光(透射光)I1,進行對象物60的攝影(步驟S2:攝影步驟)。在該步驟S2中,藉由對攝影單元4(攝影部)的控制,執行下述的攝影處理:利用光I1對從改質區域12延伸的裂紋中的沿與Z方向和X方向交叉的方向延伸的裂紋14k進行攝影。Y方向是與X方向及Z方向交叉的方向的一例,X方向是用於在對象物60形成改質區域12的鐳射加工的加工前進方向(即改質區域12的排列方向),Z方向是與背面60b和表面60a交叉的方向。
在該步驟S2中,控制部8藉由控制攝影單元4和驅動單元7,使光I1從對象物60的背面60b射入至對象物60,並使攝影單元4沿Z方向移動而使光I1的聚光點(焦點F,虛擬焦點Fv)沿Z方向移動,使光I1的聚光點位於對象物60的內部的多個位置而多次對對象物60進行攝影。藉此,獲取多個內部圖像GD。在本實施型態中,物鏡43與攝影單元4一體地移動。因此,使攝影單元4移動也就是使物鏡43移動,攝影單元4的移動量與物鏡43的移動量是同等的。
使光I1的聚光點移動的範圍,可以是對象物60的厚度的整個範圍,但是在這裡,能夠選取一部分的範圍RA,該一部分的範圍RA包含為了形成改質區域12(在這裡,作為一例是改質區域12a、12b)而使鐳射光的聚光點對準的Z方向的位置。進行多次攝影時攝影單元4在Z方向上的移動間隔,即,對象物60的攝影間隔是任意的,從更準確地檢測裂紋14k的觀點來看,更精細地設定較佳。攝影間隔,作為一例為1μm以內,這裡是0.2μm。
進一步,這裡,控制部8控制攝影單元4和驅動單元7,以執行對象物60的直接觀察和背面反射觀察。更具體而言,控制部8,首先,執行下述的第1攝影處理:使光I1從背面60b射入至對象物60,並使攝影單元4沿Z方向移動,一邊使沒有經過表面60a的反射的光I1的聚光點(焦點F)從背面60b側向表面60a側移動,一邊在Z方向的多個位置對對象物60進行攝影,作為內部圖像GD獲取多個第1內部圖像GD1。該第1攝影處理是直接觀察。
除此之外,控制部8執行下述的第2攝影處理:使光I1從背面60b射入至對象物,使攝影單元4沿Z方向移動,藉此一邊使被表面60a反射的光I1的聚光點(虛擬焦點Fv)從表面60a側向背面60b側移動,一邊在多個位置對對象物60進行攝影,由此,作為內部圖像GD獲取多個第2內部圖像GD2。該第2攝影處理由於是從光I1的射入面的背面(這裡,根據與半導體基板21的表面背面的關係,稱為表面60a)側進行的觀察,因此是背面反射觀察。
在接下來的步驟中,保存關於藉由步驟S2的攝影而獲取的內部圖像GD的攝影資料(步驟S3)。如上所述,在步驟S2中,控制部8一邊藉由對驅動單元7的控制使攝影單元4(即光I1的聚光點)沿Z方向移動一邊進行攝影。因此,控制部8能夠獲取攝影得到各個內部圖像時的移動量Fz。這裡,關於各個內部圖像GD的移動量Fz的資訊能夠與各個內部圖像GD相關聯,並作為攝影資料被保存。攝影資料,不論控制部8和鐳射加工裝置1的內外,能夠被保存在控制部8能夠聯絡的任意儲存裝置中。
攝影單元4(物鏡43)的移動量Fz,作為一例,是從使光I1的聚光點對準半導體基板21的背面21b的狀態的位置起,以使光I1的聚光點對準半導體基板21的內部的所希望的位置的方式使攝影單元4沿Z方向移動的情況下的攝影單元4的移動量。
接著,控制部8從規定的儲存裝置輸入攝影資料(步驟S4)。然後,控制部8判斷裂紋14k的形成狀態(步驟S5)。這裡,作為一例,控制部8藉由圖像識別自動地判斷多個內部圖像GD中裂紋14k的像相對地清晰的內部圖像GD(標記圖像)(進行AI判斷)。這裡,對藉由AI判斷來檢測裂紋、改質區域的演算法的一例進行說明。
圖29和圖30是對裂紋檢測進行說明的圖。圖29圖示了內部觀察結果(半導體基板21的內部圖像)。控制部8對於圖29的(a)所示的半導體基板21的內部圖像,首先,檢測直線組140。在直線組140的檢測中,例如能夠使用Hough變換或LSD(Line Segment Detector:直線段檢測演算法)等演算法。Hough變換,是對通過圖像上的所有點的全部直線進行檢測,對更多地通過特徵點的直線賦予權重而檢測直線的方法。LSD是,藉由計算圖像內的亮度值的斜率和角度而推算成為線段的區域,藉由將該區域近似為矩形而檢測直線的方法。
接著,控制部8藉由如圖30所示的那樣對直線組140運算與裂紋線的類似度,從直線組140檢測裂紋14。裂紋線,如圖30的上圖所示,具有相對於線上的亮度值在Y方向上前後非常明亮的特徵。因此,控制部8例如將檢測出的直線組140的所有畫素的亮度值與Y方向的前後比較,將其差在前後都是閾值以上的畫素數量作為類似度的分數。然後,將檢測出的多個直線組140中與裂紋線的類似度的分數最高者作為該圖像的代表值。代表值越高,成為存在裂紋14的可能性越高的指標。控制部8藉由將多個圖像的代表值相比較,將分數相對較高的圖像作為裂紋圖像候選。
圖31~圖33是對傷痕檢測進行說明的圖。圖31圖示了內部觀察結果(半導體基板21的內部圖像)。控制部8對於圖31的(a)所示的半導體基板21的內部的圖像,將圖像內的角落(邊緣的聚集)作為關鍵點檢測出,檢測其位置、大小、方向而檢測出特徵點250。這樣檢測特徵點的方法,已知Eigen,Harris,Fast,SIFT,SURF,STAR,MSER,ORB,AKAZE等。
這裡,如圖32所示,傷痕280因為圓形、矩形等形狀以一定間隔排列,因此作為角落的特徵強。因此,藉由統計圖像內的特徵點250的特徵量,能夠高精度地檢測出傷痕280。如圖33所示,比較在深度方向上轉移而攝影得到的每個圖像的特徵量合計,能夠確認表示每個改質層的裂紋排量的值的變化。控制部8將該變化的峰值推算為傷痕280的位置。藉由這樣統計特徵量,不僅能夠推算傷痕位置,而且能夠推算脈衝間距。
對於以上的AI判斷的說明,是關於沿X方向延伸的裂紋14和傷痕280者,但是沿與Z方向和X方向交叉的方向延伸的裂紋14k,也能夠利用相同的演算法,藉由比較多個內部圖像ID的代表值,將分數相對較高的判斷為該裂紋14k的像相對清晰的內部圖像ID。
作為一例,圖21是在Z方向上彼此不同的位置攝影得到的多個內部圖像GD。在圖21中,以(d)所示的內部圖像GDd的攝影位置為中心,(c)是向背面60b側去1μm的攝影位置的內部圖像GDc,(b)是向背面60b側去3μm的攝影位置的內部圖像GDb,(a)是向背面60b側去5μm的攝影位置的內部圖像GDa,(e)是向表面60a側去1μm的攝影位置的內部圖像GDe,(f)是向表面60a側去3μm的攝影位置的內部圖像GDf,(g)是向表面60a側去5μm的攝影位置的內部圖像GDg。這裡的攝影位置是對象物60的內部的值。
在圖21所示的例子中,內部圖像GDd中裂紋14k的像最清晰,於是控制部8判斷內部圖像GDd是相對地分數較高且該裂紋14k的像相對地清晰的內部圖像。即,這裡,判斷在內部圖像GDd中檢測出了裂紋14k(令內部圖像GDd為標記圖像)。控制部8能夠獲取攝影得到內部圖像GDd時的移動量Fz。控制部8藉由對Z方向的位置不同的多排改質區域12和從各個改質區域12延伸的裂紋14k,進行同樣的步驟、處理,能夠獲取檢測出從多排改質區域12的各者延伸的裂紋14k時的移動量Fz。
即,在本實施型態中,在對象物60中形成了在Z方向上的位置彼此不同並且作為標記該位置的實測值已知的多個改質區域12和裂紋14k,在攝影處理中,控制部8藉由使攝影單元4沿Z方向移動,使光I1的聚光點位於Z方向上的對象物60的內部的多個位置來對對象物60進行攝影,藉此獲取包含從多個改質區域12的各者延伸的各個裂紋14k的清晰的像的多個內部圖像GD(與上述的內部圖像GDd相當的圖像,亦即標記圖像)。然後,控制部8如圖22的第2欄Q2所示的那樣,獲取攝影得到各個標記圖像時的移動量Fz。
如圖22的第1欄Q1所示的那樣,控制部8將多排改質區域12(裂紋14k)在Z方向上的位置的實測值,作為與對象物60的背面(相對於光I1的射入面的背面,這裡是表面60a)相距的距離而獲取。
接著,控制部8匯出校正係數(步驟S6:匯出步驟)。如圖22所示,控制部8,作為用於對在Z方向上排列的多個改質區域12各自的位置的測算值進行運算的資訊,是獲取檢測出從各個改質區域12延伸的裂紋14k時的移動量Fz(第2欄Q2)。另一方面,控制部8能夠獲取在Z方向上排列的多個改質區域12各自的位置的實測值(第1欄Q1)。因此,控制部8對於在Z方向上排列的多個改質區域12的各者,能夠以使得對移動量Fz乘以校正係數而得到的值即改質區域12的位置的測算值成為對應的實測值的方式,匯出校正係數。換言之,控制部8,作為校正係數=實測值/移動量Fz,匯出校正係數。
即,控制部8執行下述的匯出處理:以使得對攝影得到包含裂紋14k清晰的像的內部圖像GD即標記圖像時的移動量Fz乘以校正係數而得到的值即測算值,成為改質區域12在Z方向上的位置的實測值的方式,匯出校正係數。圖22的第3欄Q3表示這樣匯出的校正係數。之後,控制部8保存表示匯出的校正係數的資料(步驟S7),結束處理。
藉由上述方式匯出的校正係數,是基於利用來自攝影單元4的光I1攝影得到的內部圖像GD而匯出的。因此,校正係數反映了進行內部圖像GD的攝影時的攝影單元4的裝置狀態。此外,校正係數基於在Z方向上在對象物60的多個位置攝影得到的內部圖像GD而被匯出。因此,校正係數是將使光I1的聚光點在對象物60內對準的Z方向上的位置、和與該位置相應的像差校正量考慮在內而得到的。
接著,在本實施型態的觀察方法中,藉由對包含沒有實測到Z方向的位置的改質區域12的對象物進行觀察,實施用於獲取關於該改質區域12在Z方向上的位置的資訊的一系列的步驟。圖23是表示本實施型態的觀察方法中,用於獲取關於改質區域在Z方向上的位置的資訊的步驟的流程圖。
如圖23所示,這裡,準備形成了改質區域的對象物。在此,進行鐳射加工(步驟S11:準備步驟)。但是,作為觀察方法的一個步驟,鐳射加工的步驟並不是必不可少的,例如也可以準備使用其他鐳射加工裝置(或者,利用鐳射加工裝置1在其他時間)形成了改質區域12的對象物。
在該步驟S11中,如圖24所示,準備包括半導體基板21的對象物。半導體基板21包括背面(第1面)21b和背面21b的相反側的表面(第2面)21a。在半導體基板21中,設定了在沿背面21b和表面21a的X方向上延伸的線15。半導體基板21為了使背面21b為鐳射光L的射入面,以背面21b面對鐳射照射單元3的方式被載置台2支撐。在此狀態下,控制部8一邊控制鐳射照射單元3,一邊控制驅動單元7和/或載置台2的移動機構,使半導體基板21沿X方向相對移動,使鐳射光L的聚光點C沿線15相對於半導體基板21移動。
此時,控制部8顯示用於使空間光調變器32將鐳射光L分為多個(在此2個)的鐳射光L1、L2的圖案。由此,在半導體基板21的內部,以在Z方向上間隔距離Dz、並且在X方向上間隔距離Dx的方式,形成鐳射光L1、L2各自的聚光點C1、C2。其結果是,在半導體基板21中,沿線15形成多個(在此2排)的改質區域12a、12b。因此,在此,X方向為聚光點C1、C2前進的加工前進方向。
這樣,在此,控制部8執行下述的鐳射加工處理:藉由對鐳射照射單元3(照射部)的控制,沿作為線15的延伸方向的X方向對半導體基板21照射鐳射光L,在半導體基板21形成沿X方向排列的多個改質區域12和從改質區域12延伸的裂紋(裂紋14、14k)。在圖24及之後的附圖中,省略了形成在半導體基板21的表面21a的功能元件層22。
接著,進行內部觀察。即,在接下來的步驟中,使半導體基板21移動至觀察位置(步驟S12)。更具體而言,控制部8藉由控制驅動單元7和/或載置台2的移動機構,使半導體基板21相對移動至攝影單元4的物鏡43的正下方。此外,在另外準備了形成了改質區域12的半導體基板21的情況下,例如也可以由用戶將該半導體基板21載置在觀察位置。
接著,如圖25所示,利用相對於半導體基板21具有透射性的光(透射光)I1進行半導體基板21的攝影(步驟S13:攝影步驟)。在該步驟S13中,執行下述的攝影處理:藉由對攝影單元4(攝影部)的控制,一邊使光I1從半導體基板21的背面21b射入至半導體基板21的內部,一邊利用光I1對從改質區域12延伸的裂紋中的沿與Z方向和X方向交叉的方向延伸的裂紋14k即對象裂紋進行攝影。Y方向是與作為加工前進方向的X方向、及同背面21b和表面21a交叉的Z方向交叉的方向的一例。
更具體而言,在步驟S13中,控制部8藉由控制驅動單元7(移動部)和攝影單元4,使攝影單元4沿Z方向移動,使光I1的聚光點位於半導體基板21的內部的多個位置而對半導體基板21進行攝影,由此獲取多個內部圖像ID。如上前述,在本實施型態中,物鏡43與攝影單元4一體地移動。因此,使攝影單元4移動也就是使物鏡43移動,攝影單元4的移動量與物鏡43的移動量是同等的。
此時,控制部8藉由對驅動單元7的控制,使攝影單元4在Z方向上移動,一邊使光I1的聚光點(焦點F,虛擬焦點Fv)在Z方向上移動,一邊進行多次半導體基板21的攝影。使光I1的聚光點移動的範圍,可以是半導體基板21的厚度的整個範圍,但是在此,在步驟S11的鐳射加工時,能夠選取一部分的範圍RA,該一部分的範圍RA包含為了形成改質區域12a、12b而使鐳射光L1、L2的聚光點C1、C2對準的Z方向的位置。進行多次攝影時攝影單元4在Z方向上的移動間隔,即,半導體基板21的攝影間隔是任意的,但是從更準確地檢測裂紋14k的觀點來看,更精細地設定較佳。攝影間隔作為一例在1μm以內,在此為0.2μm。
進一步,在此,控制部8控制攝影單元4和驅動單元7,以執行半導體基板21的直接觀察和背面反射觀察。更具體而言,控制部8首先執行下述的第1攝影處理,使光I1從背面21b射入至半導體基板21,並使攝影單元4沿Z方向移動,由此,一邊使沒有經過表面21a的反射的光I1的聚光點(焦點F)從背面21b側向表面21a側移動,一邊在Z方向的多個位置對半導體基板21進行攝影,由此,作為內部圖像ID獲取多個第1內部圖像ID1。該第1攝影處理是直接觀察。
並且,控制部8執行下述的第2攝影處理:使光I1從背面21b射入至對象物,使攝影單元4沿Z方向移動,藉此,一邊使在表面21a反射了的光I1的聚光點(虛擬焦點Fv)從表面21a側向背面21b側移動、一邊在多個位置對半導體基板21進行攝影,由此,作為內部圖像ID獲取多個第2內部圖像ID2。該第2攝影處理由於是相對於光I1的射入面從背面(在此,在半導體基板21的結構上,稱為表面21a)側進行的觀察,因此是背面反射觀察。
在接著的步驟中,保存關於藉由步驟S13的攝影獲取的內部圖像ID的攝影資料(步驟S14)。如上所述,在步驟S13中,控制部8一邊藉由對驅動單元7的控制使攝影單元4(即光I1的聚光點)沿Z方向移動一邊進行攝影。因此,控制部8能夠獲取攝影得到各個內部圖像時的攝影單元4的移動量Fz。在此,關於各個內部圖像ID的移動量Fz的資訊,能夠與各個內部圖像ID相對應,並作為攝影資料被保存。攝影資料,不論控制部8和鐳射加工裝置1的內外,能夠被保存在控制部8能夠聯絡的任意儲存裝置中。
攝影單元4(物鏡43)的移動量,作為一例,能夠選取從使光I1的聚光點對準了半導體基板21的背面21b的狀態的位置起,以使光I1的聚光點對準半導體基板21的內部的所希望的位置的方式使攝影單元4沿Z方向移動了的情況下的攝影單元4的移動量。
接著,控制部8從規定的儲存裝置輸入攝影資料(步驟S15)。然後,控制部8判斷裂紋14k的形成狀態(步驟S16)。在此,作為一例,控制部8藉由圖像識別,自動地判斷多個內部圖像ID中裂紋14k的像相對地清晰的內部圖像ID(進行AI判斷)。AI判斷的一例如上所述。圖26是在Z方向上彼此不同的位置攝影得到的多個內部圖像ID。
在圖26中,以(d)所示的內部圖像IDd的攝影位置為中心,(c)是向背面21b側去1μm的攝影位置的內部圖像IDc,(b)是向背面21b側去3μm的攝影位置的內部圖像IDb,(a)是向背面21b側去5μm的攝影位置的內部圖像IDa,(e)是向表面21a側去1μm的攝影位置的內部圖像IDe,(f)是向表面21a側去3μm的攝影位置的內部圖像IDf,(g)是向表面21a側去5μm的攝影位置的內部圖像IDg。其中,這裡的攝影位置,是半導體基板21的內部的值。
在圖26所示的例子中,根據在內部圖像IDd中裂紋14k的像最清晰的情況,藉由控制部8判斷內部圖像IDd是相對地分數較高且該裂紋14k的像相對地清晰的內部圖像(即,判斷為在內部圖像IDd中檢測出了裂紋14k)。控制部8能夠獲取攝影得到內部圖像IDd時的移動量。因此,控制部8能夠基於攝影得到內部圖像IDd時的移動量,運算裂紋14k的裂紋位置。
這樣,控制部8執行下述的攝影處理:藉由對攝影單元4和驅動單元7的控制,使光I1從背面21b射入至半導體基板21,一邊使攝影單元4(物鏡43)沿Z方向移動一邊利用光I1來對半導體基板21進行攝影,由此獲取包含裂紋14k清晰的像的內部圖像ID即檢測圖像。
此外,控制部8執行下述的運算處理:基於多個內部圖像ID和攝影得到各個內部圖像ID時的攝影單元4的移動量Fz,運算沿與Z方向和X方向交叉的方向延伸的裂紋14k即對象裂紋在Z方向上的位置即裂紋位置。更具體而言,控制部8在運算處理中,判斷多個內部圖像ID中裂紋14k的像清晰的內部圖像ID,基於攝影得到所判斷的該內部圖像ID時的移動量Fz來運算裂紋位置。裂紋位置例如能夠藉由對移動量Fz乘以規定的校正係數而運算。校正係數藉由上述的步驟S1~7已經被匯出。
即,控制部8保存了與移動量Fz相應的多個校正係數,在運算處理中,使用與攝影得到檢測圖像時的移動量Fz對應的校正係數,運算與裂紋14k的裂紋位置對應的改質區域12的位置的測算值。
控制部8能夠對藉由直接觀察而獲取的第1內部圖像ID1、和藉由背面反射觀察而獲取的第2內部圖像ID2這兩者進行上述的裂紋14k的裂紋位置的運算。由此,控制部8能夠運算與第1內部圖像ID1對應且相對地位於背面21b側的裂紋14k的裂紋位置、和與第2內部圖像ID2對應且相對地位於表面21a側的裂紋14k的裂紋位置。
即,在此情況下,控制部8執行第1運算處理和第2運算處理,其中,在第1運算處理中,判斷多個第1內部圖像ID1中裂紋14k清晰的第1內部圖像,基於攝影得到所判斷的該第1內部圖像時的攝影單元4的移動量,來運算作為裂紋位置的第1裂紋位置Z1,在第2運算處理中,判斷多個第2內部圖像ID2中裂紋14k清晰的第2內部圖像,基於攝影得到所判斷的該第2內部圖像時的攝影單元4的移動量,來運算作為裂紋位置的第2裂紋位置Z2(關於第1裂紋位置Z1和第2裂紋位置Z2的一例,參照圖15)。相對地位於背面21b側的第1裂紋位置Z1與相對地位於表面21a側的第2裂紋位置Z2之間的距離,界定改質區域12中的形成了裂紋14k的部分(裂紋起始部)的寬度。
接著,在步驟S16中,控制部8基於所獲取的裂紋位置等來推算改質區域12的位置等。即,這裡,控制部8執行下述的推算處理:基於改質區域12的形成條件(這裡是鐳射加工的加工條件)和裂紋位置,來推算改質區域12的背面21b側的端部(缺陷上方區域上端)在Z方向上的位置、改質區域12的表面21a側的端部(缺陷下端)在Z方向上的位置、和改質區域12在Z方向上的寬度(缺陷上方區域上端與缺陷下端的間隔)中的至少一個。
這裡,控制部8基於直接觀察來運算背面21b側的裂紋14k(上方裂紋)的第1裂紋位置Z1,基於背面反射觀察來運算表面21a側的裂紋14k(下方裂紋)的第2裂紋位置Z2。因此,控制部8,作為上方裂紋的第1裂紋位置Z1和下方裂紋的第2裂紋位置Z2的間隔,能夠運算半導體基板21內部的裂紋起始部的寬度。
然後,控制部8,例如藉由對運算得到的裂紋起始部的寬度乘以關於鐳射加工的加工條件的係數,能夠運算半導體基板21的內部的改質區域12在Z方向上的寬度。這裡的係數,例如基於鐳射加工時的鐳射光L的波長、像差校正量、脈衝寬度和脈衝能量等影響改質區域12的形成的各種條件而決定。這裡的係數在一例中為3.0左右。
這樣,控制部8在推算處理中,能夠基於改質區域12的形成條件(鐳射加工的加工條件)和第1裂紋位置Z1與第2裂紋位置Z2的間隔,推算改質區域12在Z方向上的寬度。
另一方面,控制部8藉由從上方裂紋的第1裂紋位置Z1減去所假設的改質區域12的整體的寬度即假設改質區域寬度,能夠運算改質區域12的表面21a側的下端的位置。假設改質區域寬度,例如能夠基於鐳射加工時的鐳射光L的波長、像差校正量、脈衝寬度和脈衝能量等影響改質區域12的形成的各種條件而決定。假設改質區域寬度作為一例是20μm左右。
此外,控制部8藉由從下方裂紋的第2裂紋位置Z2減去所假設的缺陷區域12m的寬度即假設缺陷區域寬度,能夠運算改質區域12的表面21a的下端的位置。假設缺陷區域寬度例如能夠基於鐳射加工時的鐳射L的波長、像差校正量、脈衝寬度和脈衝能量等影響改質區域12的形成的各種條件而決定。假設缺陷區域寬度作為一例是10μm左右。
進一步,控制部8藉由對下方裂紋的第2裂紋位置Z2加上所假設的缺陷上方區域12n的寬度即假設缺陷上方區域寬度,能夠運算改質區域12的背面21b側的上端的位置。假設缺陷上方區域寬度例如能夠基於鐳射加工時的鐳射光L的波長、像差校正量、脈衝寬度和脈衝能量等影響改質區域12的形成的各種條件而決定。假設缺陷上方區域寬度,作為一例是10μm左右。
如上前述,控制部8在步驟S16中,推算並獲取關於改質區域12的位置的各種資訊。在接著的步驟中,控制部8將步驟S16的判斷結果的資訊輸出至任意的儲存裝置(步驟S17),並保存在該儲存裝置中(步驟S18)。之後,根據需要,以能夠接受使用者的輸入的狀態使顯示器150顯示各種資訊(步驟S19),完成處理。顯示器150顯示的資訊,例如是第1裂紋位置Z1、第2裂紋位置Z2、起始部寬度、改質區域12的端部的位置、和改質區域12在Z方向上的寬度等。這樣,控制部8在步驟S19中,藉由對顯示器150的控制,執行使顯示器150顯示裂紋位置的資訊的顯示處理。
如上所述,利用鐳射加工裝置1的觀察方法結束。在本實施型態中,藉由鐳射加工裝置1中的攝影單元4、驅動單元7和控制部8進行觀察方法。換言之,在鐳射加工裝置1中,由攝影單元4、驅動單元7和控制部8構成觀察裝置1A(參照圖1),其中,攝影單元4用於利用相對於對象物60和半導體基板21具有透射性的光I1來對對象物60和半導體基板21進行攝影,驅動單元7用於使攝影單元4相對於對象物60和半導體基板21移動,控制部8用於至少控制攝影單元4和驅動單元7。
圖27是表示改質區域的位置的測算值與實測值的誤差的圖表。如圖27所示,在本實施型態的觀察方法中,使用在步驟S1~S7中考慮裝置狀態、Z方向的位置(圖27的深度位置)、像差校正量而匯出的校正係數,在步驟S11~S19運算了改質區域12的測算值。由此,本實施型態中的測算值與實測值的誤差,大致處於6μm以內。而使用了一定(固定)的校正係數的比較例的誤差,與本實施型態相較之下會大到19μm左右。
如上所說明的那樣,在本實施型態的觀察裝置1A和觀察方法的對象物60,設置了與其背面60b和表面60a交叉的Z方向上的位置的實測值已知的標記(在此為改質區域12和裂紋14k)。在本實施型態的觀察裝置1A和觀察方法中,藉由一邊使攝影單元4移動一邊對這樣的對象物60進行攝影,能夠獲取作為對象物60的內部圖像GD的包含裂紋14k的像的標記圖像。而且,以使得對攝影得到該標記圖像時的移動量Fz乘以校正係數而得到的值(測算值)為已知的改質區域12的位置的實測值的方式,匯出校正係數。即,根據該觀察裝置1A和觀察方法,能夠匯出與攝影得到標記圖像時的裝置狀態、和攝影得到標記圖像時的攝影單元4的移動量(即觀察深度)相應的校正係數。因此,在利用光I1觀察改質區域12來運算改質區域12的位置的測算值時,如果使用該校正係數,就能夠更準確地獲取關於改質區域12的位置的資訊。
此外,在本實施型態的觀察裝置1A中,在對象物60形成了在Z方向上的位置彼此不同,且該位置的實測值已知的多個改質區域12和裂紋14k,在攝影處理中,控制部8藉由在Z方向上使聚光點位於對象物60的內部的多個位置而對對象物60進行攝影,獲取包含從多個改質區域12的各個改質區域12延伸的各個裂紋14k的像的多個標記圖像。然後,在匯出處理中,控制部8以使得對攝影得到多個裂紋14k各者時的攝影單元4的各個移動量Fz乘以校正係數而得到的各個值即測算值,成為多個改質區域12各自的位置的實測值的方式,匯出多個校正係數。因此,在利用光I1觀察改質區域12來運算改質區域12的位置的測算值時,能夠在Z方向上的更寬廣的範圍更準確地獲取關於改質區域12的位置的資訊。
此外,在觀察裝置1A中,在對象物60中形成了在Z方向上排列的改質區域12和從改質區域12延伸的裂紋14、14k,在攝影處理中,藉由使攝影單元4沿Z方向移動,一邊使光I1的聚光點移動一邊利用光I1來對對象物60進行攝影,作為標記圖像獲取包含裂紋14、14k中的沿與X方向和Z方向交叉的方向延伸的裂紋14k的像的內部圖像GD。
根據本發明的發明者的發現,在對象物60的內部,例如藉由鐳射加工形成改質區域12時,有時形成從該改質區域12向各種方向延伸的裂紋。而且,該裂紋中,沿與Z方向和X方向交叉的方向延伸的裂紋14k,與改質區域12相較之下,利用從對象物60透射的光I1被精準地檢測出,其中,Z方向是與作為對象物60的鐳射光射入面的背面60b交叉的方向,X方向是鐳射加工的前進方向。因此,如果如上所述的那樣使包含該裂紋14k的像的內部圖像GD為標記圖像,就能夠減輕攝影得到該標記圖像時的攝影單元4的移動量Fz的偏差。其結果是,能夠匯出更準確的校正係數。
在本實施型態的觀察裝置1A中,攝影單元4具有校正環透鏡,該校正環透鏡包括物鏡43和設置在物鏡43且用於對在對象物60產生的像差進行校正的校正環43a。這樣,在用於使光I1朝向對象物60聚光的物鏡43設置了校正環43a的情況下,在校正環43a的操作前後可能發生裝置狀態的變化。因此,如上所述的那樣匯出與裝置狀態相應的校正係數更有效。
這裡,本實施型態的觀察裝置1A包括:攝影單元4,其具有用於使相對於半導體基板21具有透射性的光I1朝向半導體基板21聚光的物鏡43,用於利用光I1來對半導體基板21進行攝影;用於使物鏡43相對於半導體基板21移動的驅動單元7;和用於至少控制攝影單元4和驅動單元7的控制部8。半導體基板21具有背面21b和背面21b的相反側的表面21a,在半導體基板21中設置了改質區域12和從改質區域12延伸的裂紋14、14k。控制部8執行攝影處理和運算處理,其中,前述攝影處理,藉由對攝影單元4和驅動單元7的控制,使光I1從背面21b射入至半導體基板21,一邊使攝影單元4沿Z方向移動一邊利用光I1來對半導體基板21進行攝影,由此獲取包含裂紋14k的像的內部圖像ID即檢測圖像,前述運算處理,在攝影處理之後,藉由對攝影得到檢測圖像時的攝影單元4的移動量Fz乘以校正係數,來運算裂紋14k在Z方向上的位置即裂紋位置。控制部8保存了與移動量Fz相應的多個校正係數。
該觀察裝置1A,如上所述,保存了與攝影單元4的移動量Fz相應的校正係數。因此,藉由使用該校正係數來運算裂紋14k的位置的測算值,能夠獲取關於更準確的改質區域12的位置的資訊。
本實施型態的對象物60,具有背面60b和背面60b的相反側的表面60a,而作為標記設置了改質區域12和從改質區域12延伸的裂紋14k,對象物60用於匯出校正係數,該校正係數用於根據改質區域12的位置的實測值來運算與背面60b和表面60a交叉的Z方向上的改質區域12和裂紋14k的位置的測算值。使用該對象物60,能夠如上所述地匯出校正係數。
以上的實施型態用於說明本發明的一個型態。因此,本發明不限定於上述實施型態,能夠被任意地變形。
例如,在上述實施型態中,作為使物鏡43相對於半導體基板21沿Z方向移動的手段,例示了使物鏡43與攝影單元4一起移動的驅動單元7。但是,例如也可以利用致動器僅使物鏡43沿Z方向移動。
此外,在上述實施型態中,說明了在步驟S5、S16中,控制部8自動地進行圖像的判斷的例子,但是控制部8也可以基於用戶的判斷結果獲取裂紋14k的裂紋位置。在此情況下,控制部8例如使顯示器150顯示多個內部圖像GD、ID,並且使顯示器150顯示催促從多個內部圖像GD、ID判斷(選擇)裂紋14k的像清晰的一個內部圖像的資訊。並且,控制部8能夠藉由顯示器150接受該判斷結果的輸入,基於與判斷結果對應的內部圖像GD、ID的移動量Fz來運算裂紋14k的裂紋位置。在此情況下,顯示器150是用於顯示資訊的顯示部,並且也是接受輸入的輸入接受部。在此情況下,控制部8的用於進行圖像識別等的處理負荷被減輕。
此外,在上述實施型態中,在步驟S2、S13中對1個改質區域12的觀察進行直接觀察和背面反射觀察這兩者,獲取了作為內部圖像GD、ID的第1內部圖像GD1、ID1和第2內部圖像GD2、ID2。但是,在步驟S2、S13中,也可以僅進行直接觀察和背面反射觀察中的一者。在此情況下,因為能夠獲得第1內部圖像GD1、ID1和第2內部圖像GD2、ID2中的一者,所以也可以基於該一者,進行校正係數的匯出、改質區域12的端部的位置、寬度的推算。
這裡,在觀察裝置1A中,也可以始終設置用於匯出校正係數的對象物60。即,觀察裝置1A也可以包括:用於設置對象物60的設置部(例如圖1的載置台2A)和設置在設置部的對象物60。這樣,藉由始終設置作為標記設置了改質區域12和裂紋14k的對象物60,能夠在任意的時間進行校正係數的匯出。
進一步,在上述實施型態中,在匯出校正係數時,將包含裂紋14k的內部圖像作為標記圖像,利用了攝影得到該標記圖像時的移動量Fz。即,藉由檢測裂紋14k,基於檢測出該裂紋14k的位置進行了校正係數的匯出。但是,在觀察裝置1A和觀察方法中,在匯出校正係數時,也可以構成為檢測改質區域12本身。在此情況下,控制部8的處理如下所述。
即,控制部8執行攝影處理和匯出處理,在攝影處理中,藉由對攝影單元4和驅動單元7的控制,使光I1從背面60b射入至對象物60的內部,一邊使攝影單元4沿Z方向移動而使光I1的聚光點沿Z方向移動,一邊利用光I1來對對象物60進行攝影,藉此獲取作為對象物60的內部圖像GD的包含改質區域12的像的標記圖像,在匯出處理中,在攝影處理之後,以使得對攝影得到標記圖像時的攝影單元4的移動量Fz乘以校正係數而得到的值即測算值為改質區域12的位置的實測值的方式,匯出校正係數。
這樣在使改質區域12本身為檢測對象的情況下,為了在Z方向上的更多的位置匯出校正係數,在Z方向上要以更小的間隔(例如移動量Fz為5μm,對象物60內部為20μm左右)對內部圖像進行攝影時,存在1個改質區域12的像遍及多個內部圖像地被攝影的問題。在此情況下,Z方向上的某位置的改質區域12的像與Z方向的另一位置的改質區域12的像在1個內部圖像中重複。
為了解決這樣的問題,在令改質區域12為檢測對象的情況下,能夠考慮如圖28所示的那樣,使沿Z方向排列的多排改質區域12各自沿Y方向彼此偏移。這樣,能夠避免Z方向上的某位置的改質區域12的像與Z方向上的另一位置的改質區域12的像在1個內部圖像中重複,因此能夠以更小的間隔對內部圖像進行攝影,能夠匯出更多位置的校正係數。
此外,在用於匯出校正係數的檢測對象為改質區域12的情況下,在之後的用於獲取關於半導體基板21的改質區域12的位置的資訊的步驟中,也可以代替裂紋14k的檢測而進行改質區域12本身的檢測。
這裡,在上述實施型態中,在匯出校正係數時,列舉了使用對象物60的例子,在該對象物60設置了實測值已知的改質區域12和裂紋14k作為標記。但是,用於匯出校正係數的對象物不限定於此。例如,可以將在厚度已知的晶圓的1個面,作為標記黏貼了測試圖標的東西作為對象物,或者也可以將在厚度已知的晶圓的1個面作為標記形成了規定圖案而得到東西作為對象物。在這些情況下,藉由準備厚度不同的多個對象物,能夠匯出Z方向的多個位置的校正係數。
Hereinafter, an embodiment will be described in detail with reference to the drawings. However, in the description of each drawing, the same reference numerals may be assigned to the same or corresponding parts, and overlapping descriptions may be omitted. In addition, in each drawing, a rectangular coordinate system defined by an X axis, a Y axis, and a Z axis may be shown. As an example, the X direction and the Y direction are a first horizontal direction and a second horizontal direction intersecting (orthogonal) with each other, and the Z direction is a vertical direction intersecting (orthogonal) the X direction and the Y direction. As shown in FIG. 1 , the
1:鐳射加工裝置 1A:觀察裝置 2:載置台 2A:載置台 3:鐳射照射單元 4:攝影單元 5:攝影單元 6:攝影單元 7:驅動單元 8:控制部 11:對象物 12:改質區域 12a:改質區域 12b:改質區域 12s:改質點 12m:缺陷區域 12n:缺陷上方區域 14:裂紋 14a:裂紋 14b:裂紋 14c:裂紋 14d:裂紋 14e:前端 14k:裂紋 15:線 20:晶圓 21:半導體基板 21a:表面 21b:背面 21c:缺口 22:功能元件層 22a:功能元件 23:格線區域 31:光源 32:空間光調變器 33:聚光透鏡 41:光源 42:反射鏡 43:物鏡 43a:校正環 44:光檢測部 51:光源 52:反射鏡 53:透鏡 54:光檢測部 60:對象物 60a:表面 60b:背面 140:檢測直線組 150:顯示器 250:特徵點 280:傷痕 A1:區域 A2:區域 A3:區域 C:聚光點 C1:聚光點 C2:聚光點 Dx:間隔距離 Dz:間隔距離 RA:範圍 ID:內部圖像 ID1:內部圖像 ID2:內部圖像 IDa:內部圖像 IDb:內部圖像 IDc:內部圖像 IDd:內部圖像 IDe:內部圖像 IDf:內部圖像 IDg:內部圖像 L:鐳射光 L1:鐳射光 L2:鐳射光 I1:光 I2:光 F:焦點 Fv:虛擬焦點 Z1:第1裂紋位置 Z2:第2裂紋位置 S1:匯出用對象物移動 S2:攝影 S3:保存攝影資料 S4:輸入資料 S5:判定狀態 S6:匯出校正係數 S7:保存資料 S11:鐳射加工 S12:對象物移動 S13:攝影 S14:保存攝影資料 S15:輸入資料 S16:判定狀態 S17:輸出判定結果 S18:保存資料 S19:顯示 GD:內部圖像 GD1:內部圖像 GD2:內部圖像 GDa:內部圖像 GDb:內部圖像 GDc:內部圖像 GDd:內部圖像 GDe:內部圖像 GDf:內部圖像 GDg:內部圖像 Hz:移動量 1: Laser processing device 1A: Observation device 2: Carrying table 2A: Carrying table 3: Laser irradiation unit 4: Photography unit 5: Photography unit 6: Photography unit 7: Drive unit 8: Control Department 11: object 12:Modified area 12a: Modified area 12b:Modified area 12s: modification point 12m: defect area 12n: area above the defect 14: Crack 14a: Crack 14b: Crack 14c: crack 14d: Crack 14e: front end 14k: crack 15: line 20: Wafer 21: Semiconductor substrate 21a: Surface 21b: back 21c: Gap 22: Functional component layer 22a: Functional elements 23: grid area 31: light source 32: Spatial light modulator 33: Concentrating lens 41: light source 42: Mirror 43: objective lens 43a: Calibration ring 44: Light detection unit 51: light source 52: Mirror 53: lens 54: Light detection unit 60: object 60a: surface 60b: back 140:Detect line group 150: display 250: Feature points 280: scars A1: area A2: area A3: area C: focus point C1: focus point C2: focus point Dx: separation distance Dz: separation distance RA: range ID: internal image ID1: internal image ID2: internal image IDa: internal image IDb: internal image IDc: internal image IDd: internal image IDe: internal image IDf: internal image IDg: internal image L: laser light L1: laser light L2: laser light I1: light I2: light F: focus Fv: virtual focus Z1: The first crack position Z2: The second crack position S1: Move object for export S2: Photography S3: save photographic data S4: input data S5: Judgment status S6: Export correction coefficient S7: save data S11:Laser processing S12: Object movement S13: Photography S14: Save photographic data S15: input data S16: Judgment status S17: output judgment result S18: save data S19: display GD: internal image GD1: Internal image GD2: Internal Image GDa: Internal Image GDb: internal image GDc: internal image GDd: internal image GDe: internal image GDf: internal image GDg: internal image Hz: amount of movement
[圖1]是一個實施型態的鐳射加工裝置的結構圖。 [圖2]是一個實施型態的晶圓的俯視圖。 [圖3]是圖2所示的晶圓的一部分的截面圖。 [圖4]是圖1所示的鐳射照射單元的結構圖。 [圖5]是圖1所示的檢查用攝影單元的結構圖。 [圖6]是圖1所示的對準校正用攝影單元的結構圖。 [圖7]是用於說明圖5所示的檢查用攝影單元的攝影原理的晶圓的截面圖、和該檢查用攝影單元所獲得的各部位處的圖像。 [圖8]是用於說明圖5所示的檢查用攝影單元的攝影原理的晶圓的截面圖、和該檢查用攝影單元所獲得的各部位處的圖像。 [圖9]是形成在半導體基板的內部的改質區域和裂紋的SEM圖像。 [圖10]是形成在半導體基板的內部的改質區域和裂紋的SEM圖像。 [圖11]是用於說明圖5所示的檢查用攝影單元的攝影原理的示意圖。 [圖12]是用於說明圖5所示的檢查用攝影單元的攝影原理的示意圖。 [圖13]是表示形成了改質區域的對象物的圖。 [圖14]是關於Z方向上的改質區域和裂紋的位置的圖表。 [圖15]是在對象物的截面照片對檢測結果進行繪製而得到的圖。 [圖16]是用於說明校正係數的示意圖。 [圖17]是表示檢測對象在Z方向上的位置與檢測出檢測對象時的移動量的關係的圖表。 [圖18]是表示用於匯出本實施型態的觀察方法中的校正係數的步驟的流程圖。 [圖19]是表示用於匯出校正係數的對象物的側視圖。 [圖20]是表示圖18所示的觀察方法的一個步驟的圖。 [圖21]是在Z方向上彼此不同的位置攝影得到的多個內部圖像。 [圖22]是表示改質區域的位置的實測值與移動量與校正係數的關係的表。 [圖23]是表示本實施型態的觀察方法中,用於獲取關於改質區域在Z方向上的位置的資訊的步驟的流程圖。 [圖24]是表示圖23所示的觀察方法的一個步驟的圖。 [圖25]是表示圖23所示的觀察方法的一個步驟的圖。 [圖26]是表示改質區域的位置的實測值與移動量與校正係數的關係的表。 [圖27]是表示改質區域的位置的測算值與實測值的誤差的圖表。 [圖28]是表示變形例的對象物的示意的截面圖。 [圖29]是對裂紋檢測進行說明的圖。 [圖30]是對裂紋檢測進行說明的圖。 [圖31]是對傷痕檢測進行說明的圖。 [圖32]是對傷痕檢測進行說明的圖。 [圖33]是對傷痕檢測進行說明的圖。 [FIG. 1] It is a block diagram of the laser processing apparatus of one embodiment. [ Fig. 2 ] is a plan view of a wafer of an embodiment. [ Fig. 3 ] is a cross-sectional view of a part of the wafer shown in Fig. 2 . [ Fig. 4 ] is a configuration diagram of the laser irradiation unit shown in Fig. 1 . [ Fig. 5 ] is a configuration diagram of the imaging unit for inspection shown in Fig. 1 . [FIG. 6] It is a block diagram of the imaging unit for alignment correction shown in FIG. 1. [FIG. [ Fig. 7] Fig. 7 is a cross-sectional view of a wafer for explaining the imaging principle of the inspection imaging unit shown in Fig. 5 , and images at various locations obtained by the inspection imaging unit. [ Fig. 8] Fig. 8 is a cross-sectional view of a wafer for explaining the imaging principle of the inspection imaging unit shown in Fig. 5 , and images at various locations obtained by the inspection imaging unit. [ Fig. 9 ] is an SEM image of a modified region and cracks formed inside a semiconductor substrate. [ Fig. 10 ] is an SEM image of a modified region and cracks formed inside a semiconductor substrate. [ Fig. 11 ] is a schematic diagram for explaining the imaging principle of the inspection imaging unit shown in Fig. 5 . [ Fig. 12 ] is a schematic diagram for explaining the imaging principle of the inspection imaging unit shown in Fig. 5 . [ Fig. 13 ] is a diagram showing an object on which a modified region is formed. [ Fig. 14 ] is a graph regarding the positions of modified regions and cracks in the Z direction. [ Fig. 15 ] is a diagram obtained by plotting detection results on cross-sectional photographs of objects. [ Fig. 16 ] is a schematic diagram for explaining correction coefficients. [ Fig. 17 ] is a graph showing the relationship between the position of the detection target in the Z direction and the movement amount when the detection target is detected. [FIG. 18] It is a flowchart which shows the procedure for exporting the correction coefficient in the observation method of this embodiment. [ Fig. 19 ] is a side view showing an object for exporting correction coefficients. [ Fig. 20 ] is a diagram showing one step of the observation method shown in Fig. 18 . [ Fig. 21 ] are a plurality of internal images taken at positions different from each other in the Z direction. [ Fig. 22 ] is a table showing the relationship between the actually measured value of the position of the modified region, the amount of movement, and the correction coefficient. [ Fig. 23 ] is a flowchart showing a procedure for acquiring information on the position of the modified region in the Z direction in the observation method of the present embodiment. [ Fig. 24 ] is a diagram showing one step of the observation method shown in Fig. 23 . [ Fig. 25 ] is a diagram showing one step of the observation method shown in Fig. 23 . [ Fig. 26 ] is a table showing the relationship between the actually measured value of the position of the modified region, the amount of movement, and the correction coefficient. [ Fig. 27 ] is a graph showing the error between the measured value and the actual measured value of the position of the modified region. [ Fig. 28 ] is a schematic cross-sectional view showing an object of a modified example. [ Fig. 29 ] is a diagram illustrating crack detection. [ Fig. 30 ] is a diagram illustrating crack detection. [ Fig. 31 ] is a diagram illustrating flaw detection. [ Fig. 32 ] is a diagram illustrating flaw detection. [ Fig. 33 ] is a diagram illustrating flaw detection.
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