观察装置和观察方法与流程

1.本发明的一个方式涉及观察装置和观察方法。


背景技术：

2.已知有一种激光加工装置，其为了将具备半导体基板和形成于半导体基板的功能元件层的晶圆分别沿着多条线切断，而从半导体基板的一个面侧对晶圆照射激光，来分别沿着多条线在半导体基板的内部形成多排改性区域。日本特开2017-64746号公报所记载的激光加工装置具备摄像部(例如红外线摄像机)，能够从半导体基板的一个面侧观察形成于半导体基板的内部的改性区域和形成于功能元件层的加工损伤等。


技术实现要素：

3.在上述那样的激光加工装置中观察与改性区域相关的信息(例如从改性区域延伸的龟裂)的情况下，例如，对于从改性区域向另一个面(被照射激光的一个面的相反侧的面)延伸的龟裂的前端，不能通过将该前端作为聚光点检测该前端，而能够通过将相对于另一个面与该前端对称的点作为聚光点来检测该前端。如此，甚至相对于另一个面对称的点也需要作为聚光点的情况下等，摄像区域变大。通常通过使整个摄像部移动的控制单元使摄像部在上下方向(z方向)上移动，而在摄像区域变大的情况下不能充分高速地进行聚光位置移动。聚光位置移动所需的时间比摄像速率长，摄像节拍下降成为问题。此外，假设实现了高速地进行聚光位置移动的情况下，会由于使整个摄像部高速地运动而在移动后振动难以平息，而在振动平息之前不能进行摄像，因此结果是摄像节拍下降。
4.本发明的一个方式是鉴于上述情况而完成，其涉及能够实现摄像节拍提高的观察装置和观察方法。
5.本发明的一个方式的观察装置是观察具有第一表面和第二表面、通过从第一表面侧照射激光而在内部形成有改性区域的晶圆的观察装置，其特征在于，具备：摄像部，其具有对晶圆输出具有透射性的光的光源、将从光源输出的光聚光于晶圆的聚光位置的聚光透镜和检测在晶圆中传播的光的光检测部；支撑摄像部并且使摄像部在作为上下方向的z方向上移动的驱动单元；设置在聚光透镜、使聚光透镜在z方向上移动的致动器；和控制部，控制部实行：第一控制，以使摄像部移动至使第二表面成为聚光位置的位置的方式控制驱动单元；和第二控制，在第一控制后，以使聚光透镜移动至使第二表面与第一表面间的区域即第一区域的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器，并且以使聚光透镜移动至使相对于第二表面为第一表面的相反侧的区域即第二区域的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器。
6.本发明的一个方式的观察装置中，在形成有改性区域的晶圆的观察中，控制使摄像部在z方向上移动的驱动单元，使摄像部移动至使晶圆的第二表面(背面)成为聚光位置的位置，然后，控制使聚光透镜在z方向上移动的致动器，使聚光透镜移动至使第二表面和第一表面间的区域即第一区域成为聚光位置的位置，并且使聚光透镜移动至使相对于第二
表面位于第一表面的相反侧的区域即第二区域成为聚光位置的位置。如此，通过使聚光透镜以使第一区域和第二区域均成为聚光位置的方式移动，能够适当地同时实施使第一区域为聚光位置的情况下的始自改性区域的龟裂等的直接观察，和使第二区域为聚光位置的情况下的龟裂等的通过背面(第二表面)反射的观察。而且，通过由仅使摄像部的聚光透镜移动的致动器实施使第一区域和第二区域为聚光位置的聚光透镜的移动，例如与使整个摄像部移动的情况相比较，能够高速地进行聚光位置移动，并且还能够抑制移动后的振动。此处，本发明的一个方式的观察装置具有使整个摄像部向在z方向上移动的驱动单元和使摄像部的聚光透镜在z方向上移动的致动器。通过这样同时设置驱动单元和致动器，例如能够通过驱动单元进行大致的对位，通过致动器进行详细的对位等，能够抑制装置成本，并且高精度地进行追求精度的对位(摄像范围的聚光对位等)。在本发明的一个方式的观察装置中，首先，以使作为第一区域和第二区域的边界面的第二表面成为聚光位置的方式控制驱动单元摄像部，然后，以使第一区域和第二区域分别成为聚光位置的方式通过致动器控制聚光透镜。在通过致动器进行的控制开始之前，通过使聚光位置对准第二表面(第一区域和第二区域的边界面)，能够最大限度地通过致动器的可动范围，适当地实施使第一区域和第二区域为聚光位置的聚光透镜的高速移动。如上所述，根据本发明的一个方式的观察装置，能够高速地进行聚光位置移动，实现摄像节拍提高。
7.控制部也可以在第一控制前，还实行以将致动器固定在致动器的z方向的可动范围的中心位置的方式控制致动器的事前控制。由此，能够在致动器能够在z方向的两个方向(上下)上充分可动的状态下，实施第二控制，最大限度地通过致动器的可动范围，适当地实施使第一区域和第二区域为聚光位置的聚光透镜的高速移动。
8.控制部也可以在第二控制中实行：第三控制，以在第二表面附近的区域成为聚光位置的状态使聚光透镜的位置在z方向上移动的方式控制致动器，基于该状态下的光检测部的光的检测结果特定第二表面的详细的位置，并以使聚光透镜移动至使所特定的第二表面的详细的位置成为聚光位置的位置即基准位置的方式控制致动器；和第四控制，以使聚光透镜从基准位置移动至使第一区域的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器，并且以使聚光透镜从基准位置移动至使第二区域的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器。即使通过第一控制，例如在实际的晶圆厚度与设想不同那样的情况下，认为聚光位置还是会从第二表面偏离。在这种情况下，存在不能实现最大限度地通过了上述的致动器的可动范围的第一区域和第二区域的摄像的问题。关于这一点，在第二控制中，基于光的检测结果特定第二表面的详细的位置而作为基准位置(第三控制)，通过致动器使聚光透镜从该基准位置移动至第一区域和第二区域的摄像范围(第四控制)，由此，即使在第一控制中聚光位置从第二表面偏离了的情况下，也能够适当地设定基准位置，实现最大限度地通过了致动器的可动范围的第一区域和第二区域的摄像。
9.控制部也可以在第二控制中实行：第三控制，以在第二表面附近的区域成为聚光位置的状态使聚光透镜的位置在z方向上移动的方式控制致动器，基于该状态下的光检测部的光的检测结果特定第二表面的详细的位置，并以使聚光透镜移动至使所特定的第二表面的详细的位置成为聚光位置的聚光透镜位置即基准位置的方式控制致动器，并且还实行：第五控制，以使摄像部移动至使第一区域或第二区域内的区域且为第三控制中特定第二表面的详细的位置时未作为聚光位置的区域即未摄像区域的至少一部分成为聚光位置
的位置的方式控制驱动单元；和第六控制，以将第五控制后的摄像部的聚光透镜的位置作为新的基准位置，使聚光透镜移动至使包含于未摄像区域的区域成为聚光位置的位置的方式控制致动器。根据第三控制，在特定第二表面的详细的位置的过程中，能够进行第二表面的附近的摄像。因此，在本观察装置中，以使摄像部移动至使在第三控制未被摄像的未摄像区域成为聚光位置的位置的方式控制驱动单元(第五控制)，以使第五控制后的聚光透镜的位置成为新的基准位置，并使聚光透镜移动至使未摄像区域成为聚光位置的位置的方式控制致动器(第六控制)。根据这样的结构，因为以使在第三控制中未被摄像的区域成为聚光位置的方式进行控制，所以能够不进行无效的摄像，从而更有效率地实施摄像。此外，根据这样的结构，即使在最初的基准位置、要摄像的区域并未处在致动器的可动范围内的情况下，也能够通过变更基准位置，可靠地对要摄像的区域进行摄像。
10.本发明的一个方式的观察方法是观察具有第一表面和第二表面且通过从第一表面侧照射激光而在内部形成有改性区域的晶圆的观察方法，其特征在于，包括：通过使摄像部在作为上下方向的z方向上移动的驱动单元，使摄像部移动至使第二表面成为聚光位置的位置的第一工序；和通过使摄像部中包含的聚光透镜在z方向上移动的致动器，使聚光透镜移动至使第二表面和第一表面间的区域即第一区域的至少一部分成为聚光位置的位置，并且使聚光透镜移动至使相对于第二表面为第一表面的相反侧的区域即第二区域的至少一部分成为聚光位置的位置的第二工序。根据本发明的一个方式的观察方法，能够高速地进行聚光位置移动，实现摄像节拍提高。
11.上述观察方法也可以还包括在第一工序前，以使致动器固定在致动器的z方向的可动范围的中心位置的方式控制致动器的事前工序。根据这样的结构，能够最大限度地通过致动器的可动范围，适当地实施使第一区域和第二区域成为聚光位置的聚光透镜的高速移动。
12.根据本发明的一个方式，即使在摄像区域大的情况下也能够高速地进行聚光位置移动，实现摄像节拍提高。
附图说明
13.图1是一个实施方式的激光加工装置的结构图。图2是一个实施方式的晶圆的俯视图。图3是图2所示的晶圆的一部分的截面图。图4是图1所示的激光照射单元的结构图。图5是图1所示的检查用摄像单元的结构图。图6是图1所示的准线校正用摄像单元的结构图。图7是用于说明图5所示的检查用摄像单元的摄像原理的晶圆的截面图、和该检查用摄像单元在各部位的图像。图8是用于说明图5所示的检查用摄像单元的摄像原理的晶圆的截面图、和该检查用摄像单元在各部位的图像。图9是形成在半导体基板的内部的改性区域和龟裂的sem图像。图10是形成在半导体基板的内部的改性区域和龟裂的sem图像。图11是用于说明图5所示的检查用摄像单元的摄像原理的光路图，以及表示该检
查用摄像单元的焦点处的图像的示意图。图12是用于说明图5所示的检查用摄像单元的摄像原理的光路图，以及表示该检查用摄像单元的焦点处的图像的示意图。图13是搭载了致动器的物镜的结构图。图14是搭载了致动器的物镜的结构图。图15是说明通过驱动单元和致动器进行的聚光位置移动的概要的图。图16是说明通过驱动单元和致动器进行的聚光位置移动的详细情况的图。图17是观察方法的一个例子的流程图。图18是说明通过驱动单元和致动器进行的聚光位置移动的详细情况的图。
具体实施方式
14.以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。其中，对各附图中同一或相当的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。[激光加工装置的结构]
[0015]
如图1所示，激光加工装置1具备载置台2、激光照射单元3、多个摄像单元4、5、6、驱动单元7、控制部8和显示器150。激光加工装置1是通过向对象物11照射激光l来在对象物11形成改性区域12的装置。此外，激光加工装置1是对形成有改性区域12的对象物11(后述的晶圆20)进行观察的观察装置。
[0016]
载置台2例如通过吸附粘贴于对象物11的膜来支撑对象物11。载置台2是能够分别沿着x方向和y方向移动，且能够以与z方向平行的轴线为中心线旋转。其中，x方向和y方向是相互垂直的第1水平方向和第2水平方向，z方向是铅垂方向。
[0017]
激光照射单元3将对于对象物11具有透射性的激光l聚光来照射于对象物11。当激光l聚光至由载置台2支撑的对象物11的内部时，在与激光l的聚光点c对应的部分，激光l特别会被吸收，能够在对象物11的内部形成改性区域12。
[0018]
改性区域12是密度、折射率、机械强度或其它物理特性与周围的非改性区域不同的区域。作为改性区域12，例如有熔融处理区域、裂缝区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等。改性区域12具有龟裂容易从改性区域12延伸至激光l的入射侧及其相反侧的特性。这样的改性区域12的特性被通过于对象物11的切断。
[0019]
作为一例，当使载置台2沿着x方向移动，并使聚光点c相对于对象物11沿着x方向相对地移动时，以沿着x方向排成1排的方式形成多个改性点12s。1个改性点12s是通过1个脉冲的激光l的照射而形成的。1排改性区域12是排成1排的多个改性点12s的集合。相邻的改性点12s根据聚光点c相对于对象物11的相对移动速度和激光l的反复频率，存在彼此相连的情况，以及彼此分开的情况。
[0020]
摄像单元4拍摄形成于对象物11中的改性区域12，以及从改性区域12延伸出的龟裂的前端。
[0021]
摄像单元5和摄像单元6在控制部8的控制下，通过透射对象物11的光来拍摄被载置台2支撑的对象物11。摄像单元5、6进行拍摄而获得的图像，作为一例，用于进行激光l的照射位置的对准。
[0022]
驱动单元7支撑激光照射单元3和多个摄像单元4、5、6。驱动单元7使激光照射单元
3和多个摄像单元4、5、6沿着z方向移动。
[0023]
控制部8控制载置台2、激光照射单元3、多个摄像单元4、5、6和驱动单元7的动作。控制部8作为包含处理器、内存、存储器和通信装置等的计算机装置而构成。在控制部8中，处理器实行内存等中所读取的软件(程序)，控制内存和存储器中的数据的读出或写入，以及通信装置所进行的通信。
[0024]
显示器150具有作为接受用户进行的信息的输入的输入部的功能、和作为对用户显示信息的显示部的功能。
[0025]
[对象物的结构]本实施方式的对象物11如图2及图3所示为晶圆20。晶圆20具备半导体基板21和功能元件层22。在本实施方式中，说明晶圆20包括功能元件层22的方式，但是晶圆20既可以包括功能元件层22，也可以不包括功能元件层22，也可以是裸晶圆。半导体基板21具有背面21a(第二表面)和表面21b(第一表面)。半导体基板21例如为硅基板。功能元件层22形成于半导体基板21的背面21a。功能元件层22包含沿着背面21a二维排列的多个功能元件22a。功能元件22a是例如光电二极管等的受光元件、激光二极管等的发光元件、内存等的电路元件等。功能元件22a也存在堆叠多个层而三维地构成的情况。另外，在半导体基板21，虽然设有显示结晶方位的缺口21c，但是也可以取代缺口21c而设置定向平面。
[0026]
晶圆20分别沿着多条线15按每个功能元件22a被切断。多条线15从晶圆20的厚度方向观察时，通过多个功能元件22a各自之间。更具体而言，线15从晶圆20的厚度方向观察时，通过网格线区域23的中心(宽度方向的中心)。网格线区域23在功能元件层22以通过相邻的功能元件22a之间的方式延伸。在本实施方式中，多个功能元件22a沿着背面21a以矩阵状排列，多条线15设定为格子状。另外，线15虽是虚拟线，但也可是实际上划出的线。
[0027]
[激光照射单元的结构]如图4所示，激光照射单元3具有光源31、空间光调制器32和聚光透镜33。光源31例如通过脉冲振荡方式来输出激光l。空间光调制器32调制从光源31输出的激光l。空间光调制器32例如是反射型液晶(lcos：liquid crystal on silicon)的空间光调制器(slm：spatial light modulator)。聚光透镜33将通过空间光调制器32调制的激光l聚光。其中，聚光透镜33也可以是校正环透镜。
[0028]
在本实施方式中，激光照射单元3分别沿着多条线15从半导体基板21的表面21b侧对晶圆20照射激光l，由此分别沿着多条线15在半导体基板21的内部形成2排改性区域12a、12b。改性区域12a是2排改性区域12a、12b中的最靠近背面21a的改性区域。改性区域12b是2排改性区域12a、12b中的最靠近改性区域12a的改性区域，且是最靠近表面21b的改性区域。
[0029]
2排改性区域12a、12b在晶圆20的厚度方向(z方向)相邻。2排改性区域12a、12b是通过使2个聚光点c1、c2相对于半导体基板21沿着线15相对地移动而形成的。通过空间光调制器32调制激光l，使例如聚光点c2相对于聚光点c1位于行进方向的后侧且位于激光l的入射侧。其中，关于改性区域的形成，可以是单焦点，也可以是多焦点，可以是1个路径，也可以是多个路径。
[0030]
激光照射单元3沿多个线15中的各个线15从半导体基板21的表面21b侧对晶圆20照射激光l。作为一例，相对于作为厚度400μm的单晶硅《100》基板的半导体基板21，使2个聚光点c1、c2分别对焦到与背面21a相距54μm的位置和至128μm的位置，沿多个线15的各个线
15从半导体基板21的表面21b侧对晶圆20照射激光l。此时，例如在选取遍及2排改性区域12a、12b的龟裂14到达半导体基板21的背面21a的条件的情况下，使激光l的波长为1099nm，脉冲宽度为700n秒，反复频率为120khz。此外，使聚光点c1的激光l的输出为2.7w，聚光点c2的激光l的输出为2.7w，使2个聚光点c1、c2相对于半导体基板21的相对移动速度为800mm/秒。其中，例如在加工路径数为5的情况下，对于上述的晶圆20，例如也可以使zh80(与背面21a相距328μm的位置)、zh69(与背面21a相距283μm的位置)、zh57(与背面21a相距234μm的位置)、zh26(与背面21a相距107μm的位置)、zh12(与背面21a相距49.2μm的位置)为加工位置。在此情况下，例如，也可以是，激光l的波长为1080nm，脉冲宽度为400nsec，反复频率为100khz，移动速度为490mm/秒。
[0031]
这样的2排改性区域12a、12b和龟裂14的形成是在如下那样的情况下实施的。即，在之后的步骤中，例如通过研磨半导体基板21的表面21b而使半导体基板21薄化，并且使龟裂14露出到表面21b，分别沿着多条线15将晶圆20切断为多个半导体器件的情况。
[0032]
[检查用摄像单元的结构]如图5所示，摄像单元4(摄像部)具有光源41、反射镜42、物镜43(聚光透镜)和光检测部44。摄像单元4对晶圆20进行摄像。另外，仅对此处摄像单元4的概要进行说明，摄像单元4的更详细的结构(具体而言，搭载了致动器70(参照图13)的物镜43的结构)在后文说明。光源41对晶圆20的半导体基板21输出具有透射性的光i1。光源41例如由卤素灯和滤波器构成，输出近红外线区域的光i1。从光源41输出的光i1会被反射镜42反射而通过物镜43，从半导体基板21的表面21b侧照射至晶圆20。物镜43作为将从光源41输出的光i1聚光至晶圆20的聚光位置的聚光透镜发挥作用。此时，载置台2如上述那样支撑形成有2排改性区域12a、12b的晶圆20。
[0033]
物镜43用于使相对于半导体基板21具有透射性的光i1朝向半导体基板21聚光。物镜43使被半导体基板21的背面21a反射后的光i1通过。即，物镜43使在半导体基板21中传播的光i1通过。物镜43的数值孔径(na)例如是0.45以上。物镜43具有校正环43a。校正环43a例如通过调节构成物镜43的多个透镜的彼此之间的距离，校正半导体基板21内的光i1所产生的像差。其中，作为校正像差的手段，不限于校正环43a，也可以是空间光调制器等其它校正手段。光检测部44对从物镜43和反射镜42透射后的光i1(即，在晶圆20中传播的光)进行检测。光检测部44例如由ingaas摄像机构成，对近红外线区域的光i1进行检测。其中，检测(摄像)近红外线区域的光i1的手段不限于ingaas摄像机，也可以是透射型共聚焦显微镜等进行透射型的摄像的其它摄像手段。
[0034]
摄像单元4能够拍摄出2排改性区域12a、12b各自，以及多个龟裂14a、14b、14c、14d各自的前端(详情之后描述)。龟裂14a是从改性区域12a向背面21a侧延伸的龟裂。龟裂14b是从改性区域12a向表面21b侧延伸的龟裂。龟裂14c是从改性区域12b向背面21a侧延伸的龟裂。龟裂14d是从改性区域12b向表面21b侧延伸的龟裂。
[0035]
[对准校正用摄像单元的结构]如图6所示，摄像单元5具有光源51、反射镜52、透镜53和光检测部54。光源51输出相对于晶圆20的半导体基板21具有透射性的光i2。光源51例如由卤素灯及滤波器构成，输出近红外线区域的光i2。光源51也可与摄像单元4的光源41共通化。从光源51输出的光i2会被反射镜52反射而通过透镜53，从半导体基板21的表面21b侧照射于晶圆20。
[0036]
透镜53使被半导体基板21的背面21a反射后的光i2通过。即，透镜53使在半导体基板21中传播的光i2通过。透镜53的数值孔径是0.3以下。即，摄像单元4的物镜43的数值孔径比透镜53的数值孔径大。光检测部54检测通过透镜53和反射镜52的光i2。光检测部54例如由ingaas摄像机构成，检测近红外线区域的光i2。
[0037]
摄像单元5在控制部8的控制下，从表面21b侧将光i2照射于晶圆20，并且检测从背面21a(功能元件层22)返回的光i2，由此拍摄功能元件层22。并且，摄像单元5同样在控制部8的控制下，从表面21b侧将光i2照射于晶圆20，并且检测从半导体基板21的改性区域12a、12b的形成位置返回的光i2，由此取得包含改性区域12a、12b的区域的图像。这些图像用于进行激光l的照射位置的对准。摄像单元6除了相较于透镜53为低倍率(例如，在摄像单元5中是6倍，在摄像单元6中是1.5倍)的点以外，具备与摄像单元5同样的结构，并与摄像单元5同样地用于对准。
[0038]
[检查用摄像单元的拍摄原理]使用图5所示的摄像单元4，如图7所示，对于跨2排改性区域12a、12b的龟裂14到达了背面21a的半导体基板21，使焦点f(物镜43的焦点)从表面21b侧向背面21a侧移动。在该情况下，如果使焦点f从表面21b侧对焦到从改性区域12b向表面21b侧延伸的龟裂14的前端14e，则能够确认到该前端14e(图7的右侧的图像)。以下，有时将这样使焦点f对焦到龟裂14的前端14e来观察前端14e的方法称为直接观察。然而，即便使焦点f从表面21b侧对焦到龟裂14本身和到达了背面21a的龟裂14的前端14e，也无法进行确认(图7的左侧的图像)。另外，如果使焦点f从表面21b侧对焦到半导体基板21的背面21a，则能够确认到功能元件层22。
[0039]
并且，使用图5所示的摄像单元4，如图8所示，对于跨2排改性区域12a、12b的龟裂14未到达背面21a的半导体基板21，使焦点f从表面21b侧向背面21a侧移动。在该情况下，即便使焦点f从表面21b侧对焦到从改性区域12a向背面21a侧延伸的龟裂14的前端14e，也无法确认到该前端14e(图8的左侧的图像)。然而，如果使焦点f从表面21b侧对焦到相对于背面21a位于与表面21b为相反侧的区域(即，相对于背面21a位于功能元件层22侧的区域)，使与焦点f关于背面21a对称的虚拟焦点fv位于该前端14e，则能够通过背面21a的反射光，确认到该前端14e(图8的右侧的图像)。另外，虚拟焦点fv，是考虑了半导体基板21的折射率的与焦点f关于背面21a对称的点。以下，有时将这样使焦点f对焦到相对于背面21a位于表面21b的相反侧的区域，通过背面反射来观察前端14e的方法称为背面反射观察。
[0040]
以上那样无法确认到龟裂14，推测是因为龟裂14的宽度比作为照明光的光i1的波长小。图9和图10是形成于作为硅基板的半导体基板21的内部的改性区域12及龟裂14的sem(scanning electron microscope)图像。图9的(b)是图9的(a)所示的区域a1的放大图像，图10的(a)是图9的(b)所示的区域a2的放大图像，图10的(b)是图10的(a)所示的区域a3的放大图像。如此，龟裂14的宽度是120nm左右，比近红外线区域的光i1的波长(例如，1.1～1.2μm)小。
[0041]
根据以上事项所设想的摄像原理如下所述。如图11的(a)所示，如果使焦点f位于空气中，则光i1不会返回，因此会获得漆黑的图像(图11的(a)的右侧的图像)。如图11的(b)所示，如果使焦点f位于半导体基板21的内部，则被背面21a反射的光i1会返回，故会获得白净的图像(图11的(b)的右侧的图像)。如图11的(c)所示，如果使焦点f从表面21b侧对焦到
改性区域12，则会因改性区域12使被背面21a反射而返回的光i1的一部分产生吸收、散射等，所以会获得在白净的背景中显示出漆黑的改性区域12的图像(图11的(c)的右侧的图像)。
[0042]
如图12的(a)及的(b)所示，如果使焦点f从表面21b侧对焦到龟裂14的前端14e，则例如会因产生于前端14e附近的光学特异性(应力集中、歪曲、原子密度的不连续性等)、光被局限在前端14e附近等，使被背面21a反射而返回的光i1的一部分产生散射、反射、干涉、吸收等，所以会获得在白净的背景中显示出漆黑的前端14e的图像(图12的(a)及的(b)的右侧的图像)。如图12的(c)所示，如果使焦点f从表面21b侧对焦到龟裂14的前端14e附近以外的部分，则被背面21a反射的光i1有至少一部分会返回，故会获得白净的图像(图12的(c)的右侧的图像)。
[0043]
[致动器搭载的物镜的结构]以下，参照图13和图14，说明包含摄像单元4的、致动器搭载的物镜43。图13是搭载了致动器70的物镜43的结构图。
[0044]
如图13所示，摄像单元4除包括图5所示的各结构之外，还具备致动器70。致动器70设置(安装)于物镜43，是使物镜43在作为上下方向的z方向上移动的致动器。致动器70能够在z方向上移动地构成，通过在z方向上移动，使物镜43在z方向上移动。致动器70被要求的可动范围例如根据摄像区域的广度确定。致动器70的可动范围例如以在摄像单元4被驱动单元7固定在规定的位置的状态(详情之后描述)下，摄像从改性区域12延伸的龟裂14的前端的方式设定。
[0045]
现在，如图13所示，在晶圆20的内部形成有2个改性区域12a、12b，从2个改性区域12a、12b向晶圆20的表面21b侧和背面21a侧伸展出龟裂14。在图13所示的例子中，龟裂14未到达晶圆20的表面21b和背面21a。在这样的情况下，为了对从改性区域12延伸的龟裂14的前端适当地摄像，需要能够直接观察从表面21b侧的改性区域12b延伸的龟裂14的表面21b侧的前端(能够使龟裂14的表面21b侧的前端为聚光位置)，且能够使焦点对焦到相对于背面21a成为上述龟裂14的表面21b侧的前端的相反侧的点而进行背面反射观察(能够使成为该相反侧的点为聚光位置)。在这种情况下，致动器70被要求的可动范围成为图13所示的“act可动范围”。
[0046]
另外，在以成为晶圆20的龟裂14到达表面21b和背面21a的状态即全切状态的方式形成改性区域12等，至少以使龟裂14到达表面21b的方式形成改性区域12的情况下，如图14所示，为了对从改性区域12延伸的龟裂14的前端适当地摄像，需要能够直接观察改性区域12a、12b、12c、12d中，从最表面21b侧的改性区域12d延伸的龟裂14的表面21b侧的前端(能够使表面21b为聚光位置)，且能够使焦点对焦到相对于背面21a成为表面21b的相反侧的点而进行背面反射观察(能够使成为该相反侧的点为聚光位置)。在这种情况下，致动器70被要求的可动范围成为图14所示的“act可动范围”。例如，在由硅基板构成的晶圆20的厚度为400μm，使该晶圆20为全切状态的情况下，硅中的摄像范围成为400μm 400μm＝800μm(包含相对于背面21a成为表面21b的相反侧的区域)。在这种情况下，优选考虑折射率的差异，使空气中的致动器70的可动范围成为100μm 100μm＝200μm左右。
[0047]
[通过驱动单元和致动器进行的摄像控制]以下，参照图15～图18，说明通过了驱动单元7(参照图1)和致动器70的摄像单元4
进行的摄像控制。在激光加工装置1中，通过控制部8(参照图1)控制驱动单元7和致动器70，在使摄像单元4的聚光位置移动的同时对摄像单元4晶圆20的内部进行摄像。在这样的摄像控制中，驱动单元7进行与摄像相关的大致的聚光位置的对位，致动器70进行与摄像相关的详细的聚光位置的对位。驱动单元7为支撑整个摄像单元4，并且使整个摄像单元4在z方向上移动的结构。致动器70为安装在摄像单元4中的物镜43，使物镜43在z方向上移动的结构。
[0048]
图15是说明通过了驱动单元7和致动器70的聚光位置移动的概要的图。控制部8实行以使摄像单元4移动至使背面21a成为聚光位置的位置的方式控制驱动单元7的第一控制(参照图15的(a))，和在第一控制后，以使物镜43移动至使表面21b和背面21a之间的区域即第一区域28的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器70(参照图15的(b))，并且以使物镜43移动至使相对于背面21a为表面21b的相反侧的区域即第二区域29的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器70的第二控制(参照图15的(c))。另外，背面21a成为聚光位置也可以包含背面21a的附近(例如从背面21a起
±
10μm的范围内的区域)成为聚光位置。
[0049]
进一步，控制部8在实行第一控制之前，以使致动器70固定于致动器70的z方向的可动范围的中心位置(中心固定)的方式实行控制致动器70的事前控制。可动范围的中心位置只要是可动范围的中心位置附近即可，例如在致动器70的可动范围为80μm的情况下，为40μm
±
10μm的位置即可。
[0050]
在第一控制中，如图15的(a)所示那样，根据控制部8的控制，驱动单元7以使聚光位置成为背面21a的方式使整个摄像单元4移动。即，z轴降至背面21a附近。如上所述，致动器70在z方向上被中心固定。因为作为摄像区域的第一区域28与第二区域29相对于背面21a相互对称(即，背面21a是z方向上的摄像区域的中心)，所以在致动器70被中心固定的状态下聚光位置成为背面21a的状态，可以说是通过致动器70的动作使能够摄像的区域大至最大限度的状态。
[0051]
在第二控制中，如图15的(b)所示那样，根据控制部8的控制，首先，致动器70以使聚光位置成为第一区域28的方式仅使物镜43移动。接着，如图15的(c)所示那样，根据控制部8的控制，致动器70以使聚光位置成为第二区域29的方式仅使物镜43移动。控制部8既可以以使z方向的第一区域28的全部区域和第二区域29的全部区域成为顺序聚光位置的方式，通过致动器70使物镜43移动，也可以以仅使第一区域28的一部分区域和第二区域29的一部分区域成为顺序聚光位置的方式，通过致动器70使物镜43移动。此外，控制部8也可以以先使第二区域29成为聚光位置、之后使第一区域28成为聚光位置的方式，通过致动器70使物镜43移动。通过实行第二控制，实施第一区域28和第二区域29的晶圆20的内部的摄像。
[0052]
图16是说明通过了驱动单元7和致动器70的聚光位置移动的详细情况的图。如图16的(a)所示，在晶圆20的厚度与所设想的厚度不同的情况下等，认为是上述的第一控制后的聚光位置从背面21a发生了偏离。因此，控制部8实行第三控制，即，在第一控制后的第二控制中，首先以在背面21a附近的区域成为聚光位置的状态下使物镜43的位置在z方向上移动的方式控制致动器70，并基于该状态下的光检测部44进行的光的检测结果特定背面21a的详细的位置，以使物镜43移动至所特定的背面21a的详细的位置成为聚光位置的位置即基准位置的方式控制致动器70(参照图16的(b))。此处的背面21a附近的区域也可以是包含全部能够在第一控制后从背面21a偏离的聚光位置的范围的区域。
[0053]
在第三控制中，根据控制部8的控制，致动器70以使第一控制后的聚光位置在z方向上移动的方式，仅使物镜43移动。通过这样使聚光位置在z方向上连续地变化来实施背面21a附近的摄像。控制部8也可以基于作为摄像结果的来自光检测部44的信号，检测背面21a的器件图案，并基于该器件图案特定背面21a的详细的位置。或者，控制部8也可以基于来自光检测部44的信号，特定背面21a附近的始自改性区域12的龟裂14的直接观察和背面反射观察的结果，从所特定的信息特定背面21a的详细的位置。然后，根据控制部8的控制，致动器70使物镜43移动至使背面21a的详细的位置成为聚光位置的位置即基准位置。通过这样使物镜43移动至基准位置，能够以使聚光位置适当地处在背面21a的基准位置为起点，实行后述的第四控制。
[0054]
控制部8实行第四控制，即，在第二控制中，以从上述的基准位置，使物镜43移动至使第一区域28的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器70(参照图16的(d))，并且以从基准位置，使物镜43移动至使第二区域29的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器70(参照图16的(c))。控制部8既可以以使z方向的第一区域28的全部区域和第二区域29的全部区域成为顺序聚光位置的方式、通过致动器70使物镜43移动，也可以以仅使第一区域28的一部分的区域和第二区域29的一部分区域成为顺序聚光位置的方式、通过致动器70使物镜43移动。
[0055]
如此，在图16所示的方式中，通过第一控制和第三控制实施物镜43向作为摄像的开始位置的基准位置的移动，通过之后的第四控制实施对晶圆20的内部进行摄像的摄像处理，进行关于改性区域12的信息的导出(例如龟裂14的前端位置的检测)。
[0056]
图17是激光加工装置1实施的观察方法的一个例子的流程图。以下，参照图17和图16，说明观察方法的一个例子。
[0057]
如图17所示，首先，通过控制部8，以将致动器70固定在致动器70的z方向的可动范围的中心位置的方式控制致动器70(步骤s1：事前工序)。另外，这样的致动器70的中心固定也可以手动实施。
[0058]
接着，通过控制部8，如图16的(a)所示那样，以使摄像单元4移动至使背面21a成为聚光位置的位置的方式控制驱动单元7(步骤s2：第一工序)。
[0059]
接着，通过控制部8，以在背面21a附近的区域成为聚光位置的状态下使物镜43的位置在z方向上移动的方式控制致动器70，并基于该状态下的光检测部44的检测结果特定背面21a的详细的位置，如图16的(b)所示那样，以使物镜43移动至使所特定的背面21a的详细的位置成为聚光位置的位置即基准位置的方式控制致动器70。即，基于检测结果修正聚光位置(步骤s3：第二工序)。
[0060]
接着，通过控制部8，如图16的(c)所示那样，以使物镜43移动至使作为背面观察侧的区域的第二区域29成为聚光位置的位置的方式控制致动器70(步骤s4：第二工序)。然后，通过控制部8，如图16的(d)所示那样，以使物镜43移动至使作为表面观察侧的区域的第一区域28成为聚光位置的位置的方式控制致动器70(步骤s5：第二工序)。以上，是观察方法的一个例子。
[0061]
另外，实施激光加工装置1的观察方法并不限定于图16和图17所示的方式。图18是说明通过了驱动单元7和致动器70的聚光位置移动的其它例子的详细情况的图。在图18所示的方式中，与图16所示的方式同样地实行上述的第一控制(参照图18的(a))和在第一控
制后的第二控制中实行上述的第三控制(参照图18的(b))。即，图18的(a)所示的控制对应于图16的(a)所示的控制，此外，图18的(b)所示的控制对应于图16的(b)所示的控制。此处，在图16所示的方式中，确定基准位置的第三控制(参照图16的(b))中，虽然得到背面21a附近的摄像结果，但是该摄像结果仅用于确定基准位置，而并不作为与晶圆20的改性区域12相关的信息的导出有关的信息使用。关于这一点，在图18所示的方式中，将在第三控制(参照图18的(b))中得到的背面21a附近的摄像结果不仅用作与基准位置的导出有关的信息，而且还用作为晶圆20的改性区域12相关的信息的导出有关的信息使用。这样，通过有效通过第三控制的摄像结果，能够避免对相同区域实施重复的摄像处理，能够更有效率地实施摄像。
[0062]
现在，在用于确定基准位置的第三控制(参照图18的(b))中，得到背面21a附近的区域a1(参照图18的(c))的摄像结果。在这种情况下，控制部8实行第五控制，即，以使整个摄像单元4移动至使第一区域28或第二区域29内的区域且为第三控制中特定背面21a的详细的位置时未作为聚光位置的区域、即作为上述的区域a1以外的区域的未摄像区域的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制驱动单元7。在图18所示的例子中，使第二区域29的未摄像区域为不需摄像的区域。在这种情况下，控制部8以使整个摄像单元4移动至使作为第一区域28的未摄像区域的区域a2成为聚光位置的位置(向上方推起)的方式控制驱动单元7。更详细而言，控制部8考虑致动器70的可动范围地，通过由致动器70使物镜43移动的后述的第六控制，以使整个摄像单元4移动至使区域a2成为聚光位置的位置的方式控制驱动单元7。
[0063]
然后，控制部8实行第六控制，即，将第五控制后的摄像单元4的物镜43的位置作为新的基准位置，以使物镜43移动至使作为包含于未摄像区域的区域的区域a2成为聚光位置的位置的方式控制致动器70。控制部8既可以以使z方向的区域a2的全部区域成为顺序聚光位置的方式、通过致动器70使物镜43移动，也可以以仅使区域a2的一部分区域成为顺序聚光位置的方式、通过致动器70使物镜43移动。
[0064]
如此，在图18所示的方式中，以将第三控制中取得的摄像结果不仅用作与基准位置的导出有关的信息而且作为与晶圆20的改性区域12相关的信息的导出有关的信息使用，仅对第三控制中不能取得摄像结果的区域摄像的方式，实施第五控制和第六控制，由此能够有效率地实施摄像。此外，例如在所期望的摄像区域并不全部处在致动器70的可动范围内的情况下，也能够通过实施(根据需要实施多次)第五控制和第六控制，依次扩大摄像区域地对所期望的摄像区域全部进行摄像。
[0065]
[作用效果]下面，对本实施方式所涉及的激光加工装置1(观察装置)和观察方法的作用效果进行说明。
[0066]
本实施方式的激光加工装置1是观察具有表面21b和背面21a、通过从表面21b侧照射激光而在内部形成有改性区域12的晶圆20的观察装置，其特征在于，具备：摄像单元4，其具有对晶圆20输出具有透射性的光的光源41、将从光源41输出的光聚光于晶圆20的聚光位置的物镜43和检测在晶圆20中传播的光的光检测部44；支撑摄像单元4并且使摄像单元4在作为上下方向的z方向上移动的驱动单元7；设置在物镜43、使物镜43在z方向上移动的致动器70；和控制部8，控制部8实行：第一控制，以使摄像单元4移动至使背面21a成为聚光位置
的位置的方式控制驱动单元7；和第二控制，在第一控制后，以使物镜43移动至使背面21a与表面21b间的区域即第一区域28的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器70，并且以使物镜43移动至使相对于背面21a为表面21b的相反侧的区域即第二区域29的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器70。
[0067]
在这样的激光加工装置1中，在形成有改性区域12的晶圆20的观察中，控制使摄像单元4在z方向上移动的驱动单元7，使摄像单元4移动至使晶圆20的背面21a成为聚光位置的位置，然后，控制使物镜43在z方向上移动的致动器70，使物镜43移动至使背面21a和表面21b间的区域即第一区域28成为聚光位置的位置，并且使物镜43移动至使相对于背面21a位于表面21b的相反侧的区域即第二区域29成为聚光位置的位置。如此，通过使物镜43以使第一区域28和第二区域29均成为聚光位置的方式移动，能够适当地同时实施使第一区域28为聚光位置的情况下的始自改性区域12的龟裂14等的直接观察，和使第二区域29为聚光位置的情况下的龟裂14等的通过背面反射的观察。而且，通过由仅使摄像单元4的物镜43移动的致动器70实施使第一区域28和第二区域29为聚光位置的物镜43的移动，例如与使整个摄像单元4移动的情况相比较，能够高速地进行聚光位置移动，并且还能够抑制移动后的振动。此处，本实施方式的激光加工装置1具有使整个摄像单元4向在z方向上移动的驱动单元7和使摄像单元4的物镜43在z方向上移动的致动器70。通过这样同时设置驱动单元7和致动器70，例如能够通过驱动单元7进行大致的对位，通过致动器70进行详细的对位等，与通过能够实现详细的对位的致动器进行z方向的全部移动的情况相比较能够抑制装置成本，并且高精度地进行追求精度的对位(摄像范围的聚光对位等)。在本实施方式的激光加工装置1中，首先，以使作为第一区域28和第二区域29的边界面的背面21a成为聚光位置的方式控制驱动单元7摄像单元4，然后，以使第一区域28和第二区域29分别成为聚光位置的方式通过致动器70控制物镜43。在通过致动器70进行的控制开始之前，通过使聚光位置对准背面21a(第一区域28和第二区域29的边界面)，能够最大限度地通过致动器70的可动范围，适当地实施使第一区域28和第二区域29为聚光位置的物镜43的高速移动。如上所述，根据本实施方式的激光加工装置1，能够高速地进行聚光位置移动，实现摄像节拍提高。
[0068]
控制部8也可以在第一控制前，还实行以将致动器70固定在致动器70的z方向的可动范围的中心位置的方式控制致动器70的事前控制。由此，能够在致动器70能够在z方向的两个方向(上下)上充分可动的状态下，实施第二控制，最大限度地通过致动器70的可动范围，适当地实施使第一区域28和第二区域29为聚光位置的物镜43的高速移动。
[0069]
控制部8也可以在第二控制中实行：第三控制，以在背面21a附近的区域成为聚光位置的状态使物镜43的位置在z方向上移动的方式控制致动器70，基于该状态下的光检测部44的光的检测结果特定背面21a的详细的位置，并以使物镜43移动至使所特定的背面21a的详细的位置成为聚光位置的位置即基准位置的方式控制致动器70；和第四控制，以使物镜43从基准位置移动至使第一区域28的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器70，并且以使物镜43从基准位置移动至使第二区域29的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制致动器70。即使通过第一控制，例如在实际的晶圆20的厚度与设想不同那样的情况下，认为聚光位置还是会从背面21a偏离。在这种情况下，存在不能实现最大限度地通过了上述的致动器70的可动范围的第一区域28和第二区域29的摄像的问题。关于这一点，在第二控制中，基于光的检测结果特定背面21a的详细的位置而作为基准位置(第三控制)，
通过致动器70使物镜43从该基准位置移动至第一区域28和第二区域29的摄像范围(第四控制)，由此，即使在第一控制中聚光位置从背面21a偏离了的情况下，也能够适当地设定基准位置，实现最大限度地通过了致动器70的可动范围的第一区域28和第二区域29的摄像。
[0070]
控制部8也可以在第二控制中实行：第三控制，以在背面21a附近的区域成为聚光位置的状态使物镜43的位置在z方向上移动的方式控制致动器70，基于该状态下的光检测部44的光的检测结果特定背面21a的详细的位置，并以使物镜43移动至使所特定的背面21a的详细的位置成为聚光位置的物镜43位置即基准位置的方式控制致动器70，并且还实行：第五控制，以使摄像单元4移动至使第一区域28或第二区域29内的区域且为第三控制中特定背面21a的详细的位置时未作为聚光位置的区域即未摄像区域的至少一部分成为聚光位置的位置的方式控制驱动单元7；和第六控制，以将第五控制后的摄像单元4的物镜43的位置作为新的基准位置，使物镜43移动至使包含于未摄像区域的区域成为聚光位置的位置的方式控制致动器70。根据第三控制，在特定背面21a的详细的位置的过程中，能够进行背面21a的附近的摄像。因此，在本观察装置1中，以使摄像单元4移动至使在第三控制未被摄像的未摄像区域成为聚光位置的位置的方式控制驱动单元7(第五控制)，以使第五控制后的物镜43的位置成为新的基准位置，并使物镜43移动至使未摄像区域成为聚光位置的位置的方式控制致动器70(第六控制)。根据这样的结构，因为以使在第三控制中未被摄像的区域成为聚光位置的方式进行控制，所以能够不进行无效的摄像，从而更有效率地实施摄像。此外，根据这样的结构，即使在最初的基准位置、要摄像的区域并未处在致动器70的可动范围内的情况下，也能够通过变更基准位置，可靠地对要摄像的区域进行摄像。
[0071]
本实施方式的观察方法是观察具有表面21b和背面21a、通过从表面21b侧照射激光而在内部形成有改性区域12的晶圆20的观察方法，其特征在于，包括：通过使摄像单元4在作为上下方向的z方向上移动的驱动单元7，使摄像单元4移动至使背面21a成为聚光位置的位置的第一工序；和通过使摄像单元4中包含的物镜43在z方向上移动的致动器70，使物镜43移动至使背面21a和表面21b间的区域即第一区域28的至少一部分成为聚光位置的位置，并且使物镜43移动至使相对于背面21a为表面21b的相反侧的区域即第二区域29的至少一部分成为聚光位置的位置的第二工序。根据本实施方式的观察方法，能够高速地进行聚光位置移动，实现摄像节拍提高。
[0072]
上述观察方法也可以还包括在第一工序前，以使致动器70固定在致动器70的z方向的可动范围的中心位置的方式控制致动器70的事前工序。根据这样的结构，能够最大限度地通过致动器70的可动范围，适当地实施使第一区域28和第二区域29成为聚光位置的物镜43的高速移动。