(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023009788
(43)【公開日】2023-01-20
(54)【発明の名称】亀裂検出装置及び方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/22 20060101AFI20230113BHJP
【ＦＩ】
G01B11/22 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021113360
(22)【出願日】2021-07-08
(71)【出願人】
【識別番号】000151494
【氏名又は名称】株式会社東京精密
(74)【代理人】
【識別番号】100083116
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
(74)【代理人】
【識別番号】100170069
【弁理士】
【氏名又は名称】大原 一樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128635
【弁理士】
【氏名又は名称】松村 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100140992
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲政
(72)【発明者】
【氏名】一廼穂 直聡
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA25
2F065BB03
2F065CC19
2F065DD04
2F065FF41
2F065GG07
2F065HH04
2F065HH13
2F065JJ05
2F065JJ09
2F065JJ18
2F065MM03
2F065PP03
2F065PP12
(57)【要約】
【課題】ウェーハの内部に形成された亀裂の亀裂深さを精度よく検出することができる亀裂検出装置及び方法を提供する。
【解決手段】ウェーハ（Ｗ）上の半導体デバイス間のストリート（ＳＴ）の切断予定ラインに沿って形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出方法であって、主光軸から偏心した位置からウェーハに対して斜め方向に偏射照明する検出光（Ｌ１）と、ウェーハからの反射光（Ｌ２）の光路とによって定まる光路面（ＡＲ）を、ストリートの幅方向に対して傾ける工程と、ストリートの幅方向に対して光路面を傾けた状態で、検出光によりウェーハを偏射照明し、ウェーハからの反射光に基づき、亀裂の亀裂深さを検出する工程とを備える。
【選択図】図９
【解決手段】ウェーハ（Ｗ）上の半導体デバイス間のストリート（ＳＴ）の切断予定ラインに沿って形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出方法であって、主光軸から偏心した位置からウェーハに対して斜め方向に偏射照明する検出光（Ｌ１）と、ウェーハからの反射光（Ｌ２）の光路とによって定まる光路面（ＡＲ）を、ストリートの幅方向に対して傾ける工程と、ストリートの幅方向に対して光路面を傾けた状態で、検出光によりウェーハを偏射照明し、ウェーハからの反射光に基づき、亀裂の亀裂深さを検出する工程とを備える。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ウェーハ上の半導体デバイス間のストリートの切断予定ラインに沿って形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出装置であって、
主光軸から偏心した位置から前記ウェーハに対して斜め方向に検出光を偏射照明し、前記ウェーハからの反射光に基づき、前記亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出手段と、
前記検出光及び前記反射光の光路によって定まる光路面を、前記ストリートの幅方向に対して傾ける光路面傾斜手段と、
を備える亀裂検出装置。
主光軸から偏心した位置から前記ウェーハに対して斜め方向に検出光を偏射照明し、前記ウェーハからの反射光に基づき、前記亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出手段と、
前記検出光及び前記反射光の光路によって定まる光路面を、前記ストリートの幅方向に対して傾ける光路面傾斜手段と、
を備える亀裂検出装置。
【請求項2】
前記光路面傾斜手段は、前記検出光を前記ウェーハの深さ方向に走査した場合に前記ウェーハにおける前記検出光の反射が前記ストリートの範囲内で行われるように、前記ストリートの幅方向に対して前記光路面を傾ける、請求項１に記載の亀裂検出装置。
【請求項3】
前記主光軸から偏心した位置に開口部を有し、光源部から出射される光の一部を前記開口部で遮光して前記検出光として出射する制限部材を備え、
前記光路面傾斜手段は、前記主光軸を中心に前記制限部材を回転させることにより前記ストリートの幅方向に対して前記光路面を傾ける制限部材回転手段を含む、請求項１又は２に記載の亀裂検出装置。
前記光路面傾斜手段は、前記主光軸を中心に前記制限部材を回転させることにより前記ストリートの幅方向に対して前記光路面を傾ける制限部材回転手段を含む、請求項１又は２に記載の亀裂検出装置。
【請求項4】
前記ウェーハが載置されるステージを備え、
前記光路面傾斜手段は、前記ステージを前記主光軸の周りに回転させることにより前記ストリートの幅方向に対して前記光路面を傾けるステージ回転手段を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の亀裂検出装置。
前記光路面傾斜手段は、前記ステージを前記主光軸の周りに回転させることにより前記ストリートの幅方向に対して前記光路面を傾けるステージ回転手段を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の亀裂検出装置。
【請求項5】
ウェーハ上の半導体デバイス間のストリートの切断予定ラインに沿って形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出方法であって、
主光軸から偏心した位置から前記ウェーハに対して斜め方向に偏射照明する検出光と、前記ウェーハからの反射光の光路とによって定まる光路面を、前記ストリートの幅方向に対して傾ける工程と、
前記ストリートの幅方向に対して前記光路面を傾けた状態で、前記検出光により前記ウェーハを偏射照明し、前記ウェーハからの反射光に基づき、前記亀裂の亀裂深さを検出する工程と、
を備える亀裂検出方法。
主光軸から偏心した位置から前記ウェーハに対して斜め方向に偏射照明する検出光と、前記ウェーハからの反射光の光路とによって定まる光路面を、前記ストリートの幅方向に対して傾ける工程と、
前記ストリートの幅方向に対して前記光路面を傾けた状態で、前記検出光により前記ウェーハを偏射照明し、前記ウェーハからの反射光に基づき、前記亀裂の亀裂深さを検出する工程と、
を備える亀裂検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は亀裂検出装置及び方法に係り、被加工物の内部に形成された亀裂を検出する亀裂検出装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、被加工物であるシリコン等のウェーハの内部に集光点を合わせてレーザー光を切断予定ラインに沿って照射し、切断予定ラインに沿ってウェーハ内部に切断の起点となるレーザー加工領域を形成するレーザーダイシング装置が知られている。レーザー加工領域が形成されたウェーハは、その後、エキスパンドやブレーキングといった割断プロセスによって切断予定ラインで割断されて個々のチップに分断される。
【0003】
レーザーダイシング装置によりウェーハにレーザー加工領域を形成すると、そのレーザー加工領域からウェーハの厚さ方向に亀裂（クラック）が伸展する。その亀裂がウェーハの表面（デバイス面）まで到達していれば、割断プロセスにおいてチップ（半導体デバイス）への分断を適正に行うことができる。
【0004】
したがって、レーザーダイシング装置によりレーザー加工領域を形成した後、割断プロセス前において、ウェーハを分断する際の起点となるレーザー加工領域が適正に形成されたか否か、すなわち、ウェーハの内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出することによって、割断プロセスにおけるチップへの分断の良否を正確に予測することが可能となる。
【0005】
特許文献１及び２には、ウェーハの内部に形成された亀裂の亀裂深さを非破壊で検出する亀裂検出装置及び方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１７－１３３９９７号公報
【特許文献2】特開２０２０－０７６６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、ウェーハには、半導体デバイスのパターンが形成されているため、ウェーハからの反射光の光量は、亀裂が形成されていないところで測定動作を行った場合であっても、パターンの反射率の影響を受ける。従来の亀裂検出装置では、反射光の検出結果に、パターンの反射率が重畳されてしまうので、亀裂位置の検出精度が低下してしまうという問題がある。
【0008】
上記の問題を解決するためには、ウェーハのレーザー加工を行う前にあらかじめ測定したパターンの反射率を使用して、レーザー加工後に同位置で行った測定結果と照らし合わせて亀裂位置を検出することが考えられる。しかしながら、あらかじめ測定したパターンの反射率を使用しても、下記の理由により、パターンの反射率の影響を十分に除去することができないという問題がある。
【0009】
まず、亀裂検出の概要について説明すると、上記の亀裂検出装置では、図１４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ウェーハＷに対して検出光Ｌ１を入射（偏斜照明）させ、ウェーハＷからの反射光Ｌ２を検出する。この反射光Ｌ２の信号強度を検出することにより、ウェーハＷの内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する。
【0010】
図１５は、ウェーハＷ上における測定位置の例を示す平面図であり、図１６は、ウェーハＷからの反射光Ｌ２の集光点位置（高さ方向移動量）と信号強度の検出結果の関係を示すグラフである。図１５では、集光レンズ５０４のレンズ瞳５０４ＡをウェーハＷ上に重畳することにより、測定位置を示している。図１５の（ａ）及び（ｂ）における測定位置が、それぞれ図１６の（ａ）及び（ｂ）の検出結果に対応している。
【0011】
図１５に示す例では、ウェーハＷ上の半導体デバイスがストリート（切断予定ライン）ＳＴによって区画されており、ストリートＳＴの中央に沿って亀裂が形成されている。上記の亀裂検出装置において亀裂検出が行われる場合には、ウェーハＷに対して偏射照明する検出光Ｌ１と、ウェーハＷからの反射光Ｌ２とは、図１５に示すように、ストリートＳＴの方向（以下、ストリート方向Ｄ１という。）に直交する面（図１５の矢印ＡＲ１及びＡＲ２で示した方向に沿う面）に沿う光路を有している。なお、以下の説明では、検出光Ｌ１と反射光Ｌ２の光路によって規定される面を「光路面」という。
【0012】
この場合、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、亀裂の測定位置がずれると、図１６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、反射光Ｌ２の信号強度の検出結果が異なってしまう。特に、パターンが細かい場合は、測定位置のズレによる信号強度の変化が顕著になる。そのため、あらかじめ測定したパターンの反射率を使用しても、パターンの反射率の影響を十分に除去することができない。
【0013】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハの内部に形成された亀裂の亀裂深さを精度よく検出することができる亀裂検出装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る亀裂検出装置は、ウェーハ上の半導体デバイス間のストリートの切断予定ラインに沿って形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出装置であって、主光軸から偏心した位置からウェーハに対して斜め方向に検出光を偏射照明し、ウェーハからの反射光に基づき、亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出手段と、検出光及び反射光の光路によって定まる光路面を、ストリートの幅方向に対して傾ける光路面傾斜手段とを備える。
【0015】
本発明の第２の態様に係る亀裂検出装置は、第１の態様において、光路面傾斜手段は、検出光をウェーハの深さ方向に走査した場合にウェーハにおける検出光の反射がストリートの範囲内で行われるように、ストリートの幅方向に対して光路面を傾ける。
【0016】
本発明の第３の態様に係る亀裂検出装置は、第１又は第２の態様において、主光軸から偏心した位置に開口部を有し、光源部から出射される光の一部を開口部で遮光して検出光として出射する制限部材を備え、光路面傾斜手段は、主光軸を中心に制限部材を回転させることによりストリートの幅方向に対して光路面を傾ける制限部材回転手段を含む。
【0017】
本発明の第４の態様に係る亀裂検出装置は、第１から第３の態様のいずれかにおいて、ウェーハが載置されるステージを備え、光路面傾斜手段は、ステージを主光軸の周りに回転させることによりストリートの幅方向に対して光路面を傾けるステージ回転手段を含む。
【0018】
本発明の第５の態様に係る亀裂検出方法は、ウェーハ上の半導体デバイス間のストリートの切断予定ラインに沿って形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出方法であって、主光軸から偏心した位置からウェーハに対して斜め方向に偏射照明する検出光と、ウェーハからの反射光の光路とによって定まる光路面を、ストリートの幅方向に対して傾ける工程と、ストリートの幅方向に対して光路面を傾けた状態で、検出光によりウェーハを偏射照明し、ウェーハからの反射光に基づき、亀裂の亀裂深さを検出する工程とを備える。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、ウェーハの内部に形成された亀裂の亀裂深さを精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、添付図面に従って本発明に係る亀裂検出装置及び方法の実施の形態について説明する。
【0022】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る亀裂検出装置を示すブロック図である。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る亀裂検出装置を示すブロック図である。
【0023】
本実施形態に係る亀裂検出装置１０は、ウェーハＷに対して検出光Ｌ１を照射し、ウェーハＷからの反射光Ｌ２を検出することで、ウェーハＷの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを検出する。なお、亀裂検出装置１０は、ウェーハＷの内部にレーザー加工領域を形成するレーザーダイシング装置（不図示）と組み合わせて使用されるが、以下の説明では、亀裂検出装置１０に係る構成要素について説明し、レーザーダイシング装置の構成については説明を省略する。
【0024】
以下の説明では、ウェーハＷが載置されるステージ５１０をＸＹ平面と平行な平面とし、Ｚ方向をウェーハＷの深さ方向とする３次元直交座標系を用いる。
【0025】
図１に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１０は、光源部１００、照明光学系２００、界面検出用光学系３００、亀裂検出用光学系４００、制御部５００、フォーカス調整機構５０２、集光レンズ５０４、操作部５０６、表示部５０８及びステージ５１０を含んでいる。測定対象のウェーハＷは、その表面Ｗａがステージ５１０に接するようにステージ５１０上に載置され、光源部１００からの検出光Ｌ１を裏面側Ｗｂから入射させたときのウェーハＷからの反射光Ｌ２を検出することにより、ウェーハＷの界面の検出及びウェーハＷの内部に形成された亀裂Ｋの検出を行う。
【0026】
光源部１００は、ウェーハＷの界面の検出及びウェーハＷの内部に形成された亀裂Ｋの検出に用いられる検出光Ｌ１を出射する。ここで、ウェーハＷがシリコンウェーハの場合、検出光Ｌ１としては、波長１，０００ｎｍ以上の赤外光を用いるのが望ましい。
【0027】
光源部１００は、光源１０２、コリメートレンズ１０４及び制限部材１０６を含んでいる。光源１０２、コリメートレンズ１０４及び制限部材１０６は、集光レンズ５０４のレンズ光軸と同軸の主光軸ＡＸに沿って配置されている。
【0028】
光源１０２は、主光軸ＡＸに沿って検出光Ｌ１を出射する。光源１０２としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源を用いることができる。光源１０２は、制御部５００と接続されており、制御部５００により光源１０２の出射制御が行われる。
【0029】
コリメートレンズ１０４は、光源１０２から出射された検出光Ｌ１が平行光になるように調整する。
【0030】
制限部材１０６には、開口部１０６Ａが形成されている。制限部材１０６は、コリメートレンズ１０４からの検出光Ｌ１の一部を遮光する遮光部材である。制限部材１０６は、駆動機構（例えば、モータＭ１）により、検出光Ｌ１の光路上に対して出没させることが可能となっている。制御部５００は、制限部材移動用のモータＭ１を制御して、制限部材１０６の出没の制御を行う。また、制御部５００は、制限部材回転用のモータＭ２を制御して、制限部材１０６を主光軸ＡＸの周りに回転させることが可能となっている。制限部材１０６は、亀裂検出用光学系４００により亀裂Ｋを検出するときに、検出光Ｌ１の一部を遮光して、検出光Ｌ１を主光軸ＡＸに対して偏心させる。制限部材１０６については後述する。
【0031】
照明光学系２００は、光源部１００から出射された検出光Ｌ１を集光レンズ５０４に導光する。照明光学系２００は、リレーレンズ２０２及び２０６並びにミラー２０４を含んでいる。光源部１００から出射された検出光Ｌ１は、リレーレンズ２０２を透過して、ミラー（例えば、全反射ミラー）２０４により反射されて光路が折り曲げられる。ミラー２０４によって反射された検出光Ｌ１は、リレーレンズ２０６を透過して集光レンズ５０４に向けて出射される。
【0032】
集光レンズ５０４は、照明光学系２００から出射された検出光Ｌ１をウェーハＷに集光（合焦）させる。集光レンズ５０４は、ウェーハＷに対向する位置に配置され、主光軸ＡＸと同軸に配置される。
【0033】
フォーカス調整機構５０２は、ウェーハＷにおける検出光Ｌ１の集光位置を調整する。フォーカス調整機構５０２は、集光レンズ５０４、及びウェーハＷが載置されるステージ５１０のうちの少なくとも一方を移動させる駆動部を含んでいる。フォーカス調整機構５０２は、集光レンズ５０４とステージ５１０との間のＸＹＺ方向の相対位置を調整することにより、検出光Ｌ１の集光位置をＸＹＺ方向に移動させることが可能となっている。
【0034】
なお、集光レンズ５０４が上記のレーザーダイシング装置の加工ヘッド（不図示）とともにＺ方向に移動可能な構成の場合には、フォーカス調整機構５０２は、加工ヘッドの駆動機構を含んでいてもよい。この場合、加工ヘッドの駆動機構によるの集光点の位置調整（粗調整）と、ピエゾアクチュエータによる集光点の位置調整（微調整）とを組み合わせて行うことが可能になる。
【0035】
集光レンズ５０４によって集光され、ウェーハＷによって反射された反射光Ｌ２は、界面検出用光学系３００及び亀裂検出用光学系４００に導光され、それぞれ、ウェーハＷの界面検出及び亀裂の検出に用いられる。
【0036】
制御部５００は、亀裂検出装置１０の各部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＣＰＵの作業領域として使用可能なＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）を含んでいる。制御部５００は、操作部５０６（例えば、キーボード、並びにマウス及びタッチパネル等のポインティングデバイス）を介して操作者による操作入力を受け付け、操作入力に応じた制御信号を亀裂検出装置１０の各部に送信して各部の動作を制御する。
【0037】
表示部５０８は、操作ＧＵＩ（Graphical User Interface）及び画像（例えば、亀裂の検出結果等）を表示する装置である。表示部５０８としては、例えば、液晶ディスプレイを用いることができる。
【0038】
（界面検出用光学系）
次に、ウェーハＷの界面検出について説明する。以下の説明では、ウェーハＷの表面Ｗａ（ステージ５１０に接する面）の界面の検出を行って、ウェーハＷの表面Ｗａの界面位置を基準として亀裂深さを検出する場合について説明する。なお、亀裂深さの検出では、ウェーハＷの裏面Ｗｂを基準としてもよいし、ウェーハＷの表裏両方の面を基準として検出した亀裂深さの平均値をとるようにすることも可能である。
次に、ウェーハＷの界面検出について説明する。以下の説明では、ウェーハＷの表面Ｗａ（ステージ５１０に接する面）の界面の検出を行って、ウェーハＷの表面Ｗａの界面位置を基準として亀裂深さを検出する場合について説明する。なお、亀裂深さの検出では、ウェーハＷの裏面Ｗｂを基準としてもよいし、ウェーハＷの表裏両方の面を基準として検出した亀裂深さの平均値をとるようにすることも可能である。
【0039】
界面検出用光学系３００は、ウェーハＷの界面（表面Ｗａ又は裏面Ｗｂ）の検出を行うための光学系であり、ハーフミラー３０２、リレーレンズ３０４、ハーフミラー３０６及び光検出器３０８を含んでいる。
【0040】
ウェーハＷの界面を検出するときには、制御部５００は、制限部材１０６を検出光Ｌ１の光路から退避させた状態で、検出光Ｌ１をウェーハＷに照射する。ここで、制御部５００及び界面検出用光学系３００は、それぞれ界面検出手段の一部として機能する。
【0041】
ハーフミラー３０２は、照明光学系２００からの検出光Ｌ１を集光レンズ５０４側に透過させ、ウェーハＷからの反射光Ｌ２（第１の反射光）を反射する。ウェーハＷからの反射光Ｌ２は、ハーフミラー３０２によって反射されて光路が折り曲げられ、リレーレンズ３０４に導光される。リレーレンズ３０４を透過した反射光Ｌ２は、ハーフミラー３０６によって反射されて光検出器３０８に導光される。
【0042】
光検出器３０８は、ウェーハＷからの反射光Ｌ２を受光して、ウェーハＷの界面の検出を行うための装置であり、検出器本体３０８Ａ及びピンホールパネル３０８Ｂを含んでいる。
【0043】
検出器本体３０８Ａとしては、受光した光を電気信号に変換して制御部５００に出力するフォトディテクタ（ＰＤ。例えば、フォトダイオード）を用いることができる。
【0044】
ピンホールパネル３０８Ｂには、入射光の一部を通過させるためのピンホールが形成されている。ピンホールパネル３０８Ｂは、検出器本体３０８Ａの受光面側に、ピンホールが反射光Ｌ２の光軸上になるように配置されている。
【0045】
界面検出用光学系３００は、ピンホールパネル３０８Ｂのピンホールの位置が、集光レンズ５０４の集光点の位置と光学的に共役関係にある光学系となっている。
【0046】
制御部５００は、制限部材１０６を検出光Ｌ１の光路から退避させて検出光Ｌ１をウェーハＷに照射しながら、集光レンズ５０４とステージ５１０とをＺ方向に相対的に移動させる。制御部５００は、ウェーハＷの界面（表面Ｗａ又は裏面Ｗｂ）において検出光Ｌ１が合焦したときの反射光Ｌ２を検出し、そのときの集光点の位置からウェーハＷの界面のＺ方向の位置を算出する。
【0047】
（亀裂検出用光学系）
次に、ウェーハＷの内部に形成された亀裂Ｋの検出について説明する。
次に、ウェーハＷの内部に形成された亀裂Ｋの検出について説明する。
【0048】
亀裂検出用光学系４００は、リレーレンズ４０２、ハーフミラー４０４、光検出器４０６及び４０８を含んでいる。
【0049】
ウェーハＷの内部に形成された亀裂Ｋを検出するときには、制御部５００は、制限部材１０６を検出光Ｌ１の光路上に挿入する。ここで、制御部５００、制限部材１０６及び亀裂検出用光学系４００は、それぞれ亀裂検出手段の一部として機能する。制限部材１０６には、主光軸ＡＸからずれた位置に開口部１０６Ａが設けられており、検出光Ｌ１のうち開口部１０６Ａを透過した光がウェーハＷに照射される。これにより、主光軸ＡＸに対して偏心した検出光Ｌ１がウェーハＷに照射される。
【0050】
ウェーハＷからの反射光Ｌ２（第２の反射光）は、ハーフミラー３０２によって反射された後、リレーレンズ３０４及びハーフミラー３０６を順次透過してリレーレンズ４０２に入射する。リレーレンズ４０２を透過した反射光Ｌ２は、ハーフミラー４０４を介して光検出器４０６及び４０８により受光される。ここで、ハーフミラー４０４に入射する光の透過率及び反射率はそれぞれ約５０％とする。
【0051】
光検出器４０６及び４０８は、ウェーハＷからの反射光Ｌ２を受光して、ウェーハＷの内部の亀裂Ｋの検出を行うための装置である。光検出器４０６は、検出器本体４０６Ａ及びピンホールパネル４０６Ｂを含んでおり、光検出器４０８は、検出器本体４０８Ａ及びピンホールパネル４０８Ｂを含んでいる。
【0052】
検出器本体４０６Ａ及び４０８Ａとしては、受光した光を電気信号に変換して制御部５００に出力するフォトディテクタ（例えば、フォトダイオード）を用いることができる。
【0053】
ピンホールパネル４０６Ｂ及び４０８Ｂには、入射光の一部を通過させるためのピンホールが形成されている。ピンホールパネル４０６Ｂ及び４０８Ｂは、それぞれ検出器本体４０６Ａ及び４０８Ａの受光面側に配置されている。ピンホールパネル４０６Ｂ及び４０８Ｂは、それぞれピンホールが反射光Ｌ２の光軸からずれた位置になるように配置されている。
【0054】
図２から図４は、ウェーハＷに対して検出光Ｌ１の偏射照明が行われたときの様子を示した説明図である。図２は集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在する場合、図３は集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合、図４は集光レンズ５０４の集光点と亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）とが一致する場合をそれぞれ示している。図５から図７は、光検出器４０６及び４０８に受光される反射光Ｌ２の様子を示した図であり、それぞれ図２から図４に示した場合に対応するものである。図８は、ウェーハＷからの反射光Ｌ２が集光レンズ瞳５０４ａに到達する経路を説明するための図である。なお、ここでは、検出光Ｌ１は、集光レンズ瞳５０４ａの一方側（図８の右側）の第１領域Ｇ１を通過して、ウェーハＷに対して偏射照明が行われる場合について説明する。
【0055】
図２に示すように、集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在する場合には、検出光Ｌ１は亀裂Ｋで全反射して、その反射光Ｌ２は主光軸ＡＸに対して検出光Ｌ１の光路と同じ側の経路をたどって、集光レンズ瞳５０４ａの検出光Ｌ１と同じ側の領域に到達する成分となる。すなわち、図８に示すように、光源１０２からの検出光Ｌ１が集光レンズ５０４を介してウェーハＷに照射されるときの検出光Ｌ１の経路をＲ１としたとき、ウェーハＷの内部の亀裂Ｋで全反射した反射光Ｌ２は、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸ＡＸに対して同じ側（図８の右側）の経路Ｒ２をたどって集光レンズ瞳５０４ａの第１領域Ｇ１を通過する。
【0056】
図３に示すように、集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合には、検出光Ｌ１はウェーハＷの表面Ｗａで反射し、その反射光Ｌ２は集光レンズ瞳５０４ａの検出光Ｌ１と反対側の領域に到達する成分となる。すなわち、図８に示すように、ウェーハＷの表面Ｗａで反射した反射光Ｌ２は、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸ＡＸに対して反対側（図８の左側）の経路Ｒ３をたどって集光レンズ瞳５０４ａの第２領域Ｇ２を通過する。
【0057】
図４に示すように、集光レンズ５０４の集光点と亀裂Ｋの下端位置とが一致する場合には、検出光Ｌ１は、亀裂Ｋで全反射して集光レンズ瞳５０４ａの検出光Ｌ１と同じ側の領域に到達する反射光成分Ｌ２ａと、亀裂Ｋで全反射されずにウェーハＷの表面Ｗａで反射して集光レンズ瞳５０４ａの検出光Ｌ１と反対側の領域に到達する非反射光成分Ｌ２ｂとに分割される。すなわち、図８に示すように、反射光Ｌ２のうち、ウェーハＷの内部の亀裂Ｋで全反射した反射光成分Ｌ２ａは、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸ＡＸに対して同じ側（図８の右側）の経路Ｒ２をたどって集光レンズ瞳５０４ａの第１領域Ｇ１を通過するとともに、亀裂Ｋで全反射されずにウェーハＷの表面Ｗａで反射した非反射光成分Ｌ２ｂは、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸ＡＸに対して反対側（図８の左側）の経路Ｒ３をたどって集光レンズ瞳５０４ａの第２領域Ｇ２を通過する。
【0058】
ピンホールパネル４０６Ｂ及び４０８Ｂは、それぞれピンホールが集光レンズ瞳５０４ａの第１領域Ｇ１及び第２領域Ｇ２と光学的に共役な位置となるように配置されている。これにより、検出器本体４０６Ａ及び検出器本体４０８Ａは、それぞれ集光レンズ瞳５０４ａの第１領域Ｇ１及び第２領域Ｇ２を通過した光を選択的に受光可能となっている。
【0059】
図２に示す例（集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在する場合）では、図５に示すように、検出器本体４０６Ａ及び検出器本体４０８Ａのうち、検出器本体４０６Ａの受光面４０６Ｃに反射光Ｌ２が受光し、受光面４０６Ｃから出力される検出信号のレベルが検出器本体４０８Ａの受光面４０８Ｃから出力される検出信号のレベルよりも高くなる。
【0060】
一方、図３に示す例（集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合）では、図６に示すように、検出器本体４０６Ａ及び検出器本体４０８Ａのうち、検出器本体４０８Ａの受光面４０８Ｃに反射光が受光し、受光面４０８Ｃから出力される検出信号のレベルが受光面４０６Ｃから出力される検出信号のレベルよりも高くなる。
【0061】
また、図４に示す例（集光レンズ５０４の集光点と亀裂Ｋの下端位置とが一致する場合）では、図８に示すように、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃに反射光Ｌ２の各成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂがそれぞれ受光し、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃから出力される検出信号のレベルが略等しくなる。
【0062】
このように、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃで受光される光量は、集光レンズ５０４の集光点に亀裂Ｋが存在するか否かによって変化する。本実施形態では、このような性質を利用して、ウェーハＷの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）を検出することができる。
【0063】
具体的には、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃから出力される検出信号の出力をそれぞれＤ１及びＤ２としたとき、集光レンズ５０４の集光点と亀裂Ｋの亀裂深さとの関係を示す評価値Ｓは、次式で表すことができる。
【0064】
Ｓ＝（Ｄ１－Ｄ２）／（Ｄ１＋Ｄ２） ・・・（１）
式（１）において、Ｓ＝０の条件を満たすとき、すなわち、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃによって受光される光量が一致するとき、集光レンズ５０４の集光点と亀裂下端位置（又は亀裂上端位置）とが一致した状態を示す。
式（１）において、Ｓ＝０の条件を満たすとき、すなわち、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃによって受光される光量が一致するとき、集光レンズ５０４の集光点と亀裂下端位置（又は亀裂上端位置）とが一致した状態を示す。
【0065】
制御部５００は、フォーカス調整機構５０２（集光点変更手段）を制御して、集光レンズ５０４の集光点を、表面Ｗａの界面位置Ｚ（０）からウェーハＷの厚さ方向（Ｚ方向）に順次変化させながら、受光面４０６Ｃ及び４０８Ｃから出力される検出信号を順次取得し、この検出信号に基づいて式（１）で示される評価値Ｓを算出し、この評価値Ｓを評価することによって亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）を検出することができる。
【0066】
なお、本実施形態では、検出器本体３０８Ａ、４０６Ａ及び４０８Ａとしてフォトディテクタを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、フォトディテクタに代えて、赤外線カメラ等を用いてもよい。
【0067】
また、亀裂Ｋの検出を行う場合には、反射光Ｌ２の光路上からハーフミラー３０６を退避させるようにしてもよい。この場合、界面検出用光学系３００のハーフミラー３０６は、全反射ミラー又はダイクロイックミラー等に置換してもよい。
【0068】
また、本実施形態では、ハーフミラー４０４に入射する光の透過率及び反射率をそれぞれ約５０％としたが、本発明はこれに限定されない。ハーフミラー４０４の透過率と反射率が異なる場合には、評価値Ｓの算出に当たって、光検出器４０６及び４０８からの検出信号の出力Ｄ１及びＤ２に、ハーフミラー４０４の透過率と反射率に応じた重み係数を掛けてもよい。
【0069】
本実施形態では、亀裂検出を行うときに、偏射照明の方法（以下、照明方法ともいう。）を切り替えて、亀裂深さの検出を複数回行い、その複数回の検出結果の平均値を亀裂深さとして算出する。ここで、照明方法の切り替えとは、検出光Ｌ１の偏心の態様（例えば、検出光Ｌ１が出射する開口部と主光軸との距離及び位置）を切り替えることをいう。
【0070】
具体的には、制限部材１０６を回転させて、開口部１０６Ａの位置を図１の位置１０６Ｂに移動させることにより、検出光Ｌ１の偏心の態様を変更し、亀裂深さの検出を２回行う。そして、２回の検出結果の平均値を亀裂深さとして算出する。
【0071】
なお、本実施形態では、１つの開口部１０６Ａが形成された制限部材１０６を回転させたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、制限部材１０６に開閉可能な開口部を複数設けてもよい。
【0072】
また、上記の各実施形態では、制限部材１０６を用いて検出光Ｌ１の一部を遮光することにより偏射照明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光源部１００の光源１０２を主光軸ＡＸからずらして配置することにより、偏射照明を行ってもよい。この場合、光源１０２の光軸は主光軸ＡＸと平行であることが好ましい。
【0073】
また、上記の各実施形態では、亀裂検出用光学系４００に光検出器を２つ設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ハーフミラー４０４、光検出器４０６及び４０８に代えて、受光面が２つに分割された２分割フォトディテクタを１つ設け、各受光面の出力から評価値Ｓを算出してもよい。また、受光面が照明方法の種類に応じた数に分割されたフォトディテクタを用いてもよい。
【0074】
また、検出光Ｌ１及び反射光Ｌ２の導光のための構成はあくまで一例であって、上記の各実施形態に限定されるものではない。例えば、ミラー２０４を設けずに、光源１０２、集光レンズ５０４及びウェーハＷが載置されるステージ５１０を一直線上に配置することも可能である。
【0075】
［光路面］
次に、本実施形態に係る光路面ＡＲについて説明する。本実施形態に係る亀裂検出装置１０では、制限部材１０６の回転角度を調整することにより（図１参照）、光路面ＡＲのストリート幅方向Ｄ２（ストリート方向Ｄ１に直交する方向）に対する角度θｍを０°＜｜θｍ｜＜９０°の範囲で変更可能となっている。ここで、制限部材１０６、制御部５００及びモータＭ２は光路面傾斜手段の一例であり、モータＭ２は制限部材回転手段の一例である。本実施形態では、光路面ＡＲをストリート幅方向Ｄ２に対して傾ける工程の後に、上記の亀裂検出工程を行う。
次に、本実施形態に係る光路面ＡＲについて説明する。本実施形態に係る亀裂検出装置１０では、制限部材１０６の回転角度を調整することにより（図１参照）、光路面ＡＲのストリート幅方向Ｄ２（ストリート方向Ｄ１に直交する方向）に対する角度θｍを０°＜｜θｍ｜＜９０°の範囲で変更可能となっている。ここで、制限部材１０６、制御部５００及びモータＭ２は光路面傾斜手段の一例であり、モータＭ２は制限部材回転手段の一例である。本実施形態では、光路面ＡＲをストリート幅方向Ｄ２に対して傾ける工程の後に、上記の亀裂検出工程を行う。
【0076】
図９は、光路面ＡＲを示す平面図であり、図１０は、集光レンズ５０４のレンズ瞳５０４Ａを拡大して示す平面図である。なお、図中の符号ＤＰは、デバイスパターンを示しており、符号ＳＴは、ウェーハＷ上の半導体デバイス間に形成されたストリート（切断予定ライン）を示している。
【0077】
図９に示すように、制限部材１０６の回転角度を調整することにより、ストリート幅方向Ｄ２（ストリート方向Ｄ１に直交する方向に対する光路面ＡＲの角度｜θｍ｜を０°～９０°の範囲で傾けることが可能となっている。このように、光路面ＡＲをストリート幅方向Ｄ２に対して傾けることにより、検出光Ｌ１の集光点の位置をＺ方向に走査したときに発生するストリート幅方向Ｄ２への反射位置のズレを抑えることができる。
【0078】
なお、｜θｍ｜≒９０°の場合には、検出光Ｌ１及び反射光Ｌ２の光路がストリート方向Ｄ１と重なって測定が困難になるため、｜θｍ｜は、９０°よりも十分に小さい値（一例で８０°以下）とすることが好ましい。
【0079】
【0080】
ウェーハＷに対する検出光Ｌ１の入射角をθとすると、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、集光レンズ５０４とウェーハＷとのＺ方向の相対位置がΔＺ変化した場合、集光点の位置のＹ方向移動量ΔＹは下記の式（Ａ）により表される。
【0081】
ΔＹ＝ΔＺ×ｔａｎθ …（Ａ）
図１１において、検出光Ｌ１をＺ方向のスキャン範囲ＺＲだけ走査した場合、検出光Ｌ１の検出光移動距離（主光軸ＡＸに直交する方向の移動距離）Ｌｍは下記の式（Ｂ）により表される。
図１１において、検出光Ｌ１をＺ方向のスキャン範囲ＺＲだけ走査した場合、検出光Ｌ１の検出光移動距離（主光軸ＡＸに直交する方向の移動距離）Ｌｍは下記の式（Ｂ）により表される。
【0082】
Ｌｍ＝ＺＲ×ｔａｎθ …（Ｂ）
検出光移動距離Ｌｍよりもストリート幅Ｌｓｔが大きい場合（Ｌｓｔ＞Ｌｍ）、すなわち、検出光Ｌ１をスキャン範囲ＺＲだけ走査したときの検出光移動距離Ｌｍが、光路面ＡＲを傾けなくてもストリートＳＴ内に収まる場合（検出光Ｌ１の集光点位置をウェーハＷの深さ方向に走査した場合にウェーハＷにおける検出光Ｌ１の反射がストリートＳＴの範囲内で行われる場合）には、θｍ＝０°とする。
検出光移動距離Ｌｍよりもストリート幅Ｌｓｔが大きい場合（Ｌｓｔ＞Ｌｍ）、すなわち、検出光Ｌ１をスキャン範囲ＺＲだけ走査したときの検出光移動距離Ｌｍが、光路面ＡＲを傾けなくてもストリートＳＴ内に収まる場合（検出光Ｌ１の集光点位置をウェーハＷの深さ方向に走査した場合にウェーハＷにおける検出光Ｌ１の反射がストリートＳＴの範囲内で行われる場合）には、θｍ＝０°とする。
【0083】
一方、検出光移動距離Ｌｍがストリート幅Ｌｓｔ以上の場合（Ｌｓｔ≦Ｌｍ）、すなわち、検出光移動距離ＬｍがストリートＳＴ内に収まらない場合には、検出光移動距離ＬｍがストリートＳＴ内に収まるように（検出光Ｌ１の集光点位置をウェーハＷの深さ方向に走査した場合にウェーハＷにおける検出光Ｌ１の反射がストリートＳＴの範囲内で行われるように）、光路面ＡＲの傾斜角度θｍを決定する。具体的には、Ｌｍ２＝Ｌｍ×ｃｏｓθｍとすると、Ｌｓｔ＞Ｌｍ２となるようにθｍを決定する。このとき、θｍは下記の式（Ｃ１）及び（Ｃ２）により表される。
【0084】
ｃｏｓθｍ＜（Ｌｓｔ／Ｌｍ） …（Ｃ１）
θｍ＜ａｒｃｃｏｓ（Ｌｓｔ／Ｌｍ） …（Ｃ２）
上記のようにして角度θｍを決定することにより、図１２に示すように、信号強度に対するパターンの反射率の影響を抑えることができる。これにより、測定位置をパターンの反射率の変化が少ない位置にすることができ、細かいパターンの影響を抑えることができる。
θｍ＜ａｒｃｃｏｓ（Ｌｓｔ／Ｌｍ） …（Ｃ２）
上記のようにして角度θｍを決定することにより、図１２に示すように、信号強度に対するパターンの反射率の影響を抑えることができる。これにより、測定位置をパターンの反射率の変化が少ない位置にすることができ、細かいパターンの影響を抑えることができる。
【0085】
本実施形態によれば、亀裂検出が行われる際にウェーハＷに対して照射される検出光Ｌ１と反射光Ｌ２とによって定められる光路面ＡＲをストリート幅方向Ｄ２に対して傾斜させることにより、パターンの反射率の影響を十分に除去することができ、亀裂深さを精度よく検出することが可能になる。
【0086】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について、図１３を参照して説明する。以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
次に、本発明の第２の実施形態について、図１３を参照して説明する。以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0087】
本実施形態では、ストリート幅方向Ｄ２に対して光路面ＡＲを傾斜させるための光路面傾斜手段が第１の実施形態とは異なる。
【0088】
具体的には、図１３に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１０Ａは、ステージ５１０を主光軸（Ｚ軸）周りに回転させるための回転機構５１２を備えている。この回転機構５１２を用いてステージ５１０を回転させることにより、光路面ＡＲのストリート幅方向Ｄ２に対する角度θｍを０°＜｜θｍ｜＜９０°の範囲で変更可能となっている。ここで、制御部５００及び回転機構５１２は光路面傾斜手段の一例であり、回転機構５１２はステージ回転手段の一例である。
【0089】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、ストリート幅方向Ｄ２に対して光路面ＡＲを傾斜させることにより、パターンの反射率の影響を十分に除去することができ、亀裂深さを精度よく検出することが可能になる。
【0090】
なお、第１の実施形態と第２の実施形態の光路面傾斜手段を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【0091】
１０、１０Ａ…亀裂検出装置、１００…光源部、１０２…光源、１０４…コリメートレンズ、１０６…制限部材、２００…照明光学系、２０２…リレーレンズ、２０４…ミラー、２０６…リレーレンズ、３００…界面検出用光学系、３０２…ハーフミラー、３０４…リレーレンズ、３０６…ハーフミラー、３０８…光検出器、４００…亀裂検出用光学系、４０２…リレーレンズ、４０４…ハーフミラー、４０６、４０８…光検出器、５００…制御部、５０２…フォーカス調整機構、５０４…集光レンズ、５０６…操作部、５０８…表示部、５１０…ステージ、５１２…回転機構、Ｍ１、Ｍ２…モータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】