特開 2024-130080 観察方法、顕微鏡、及び、加工装置

(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】P2024130080

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】観察方法、顕微鏡、及び、加工装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01L21/78 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039588

(22)【出願日】2023-03-14

(71)【出願人】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100206553

【弁理士】

【氏名又は名称】笠原 崇廣

(74)【代理人】

【識別番号】100189773

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 英哲

(74)【代理人】

【識別番号】100184055

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 貴之

(74)【代理人】

【識別番号】100185959

【弁理士】

【氏名又は名称】今藤 敏和

(72)【発明者】

【氏名】川澄 健人

【テーマコード（参考）】

5F063

【Ｆターム（参考）】

5F063AA48

5F063BA25

5F063CA02

5F063CA04

5F063CB03

5F063CB07

5F063DE03

5F063DE33

5F063DE34

5F063DE36

(57)【要約】

【課題】被加工物を透過する波長を有する照明光を用いて、表面側が保持されて裏面側が露出された被加工物の裏面を透かして表面側を撮像する場合に、同軸落射照明や従来の斜光照明に比べて、表面側に到達する光量を多くする。
【解決手段】板状の被観察物の一面に光を照射し、一面とは反対側に位置する被観察物の他面又は被観察物の内部を観察する観察方法であって、被観察物の他面側を保持テーブルの保持面で保持する保持工程と、保持工程の後、被観察物を透過する波長を有する光を照射する照明ユニットからの光の集光点を他面又は内部の所定位置に位置付けた状態で照明ユニットから被観察物に光を照射し、集光レンズの光軸に対して斜めに傾けて配置された光軸を有する対物レンズを含む撮像ユニットで被観察物からの反射光を検出する検出工程と、を備える観察方法を提供する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状の被観察物の一面に光を照射し、該一面とは反対側に位置する該被観察物の他面又は該被観察物の内部を観察する観察方法であって、
該被観察物の該他面側を保持テーブルの保持面で保持する保持工程と、
該保持工程の後、該被観察物を透過する波長を有する該光を照射する照明ユニットからの該光の集光点を該他面又は該内部の所定位置に位置付けた状態で該照明ユニットから該被観察物に該光を照射し、集光レンズの光軸に対して斜めに傾けて配置された光軸を有する対物レンズを含む撮像ユニットで該被観察物からの反射光を検出する検出工程と、
を備えることを特徴とする観察方法。

【請求項2】

該検出工程では、該対物レンズの該光軸に対して該光軸が斜めに傾けて配置された該集光レンズをそれぞれ有し、該光をそれぞれ照射する複数の該照明ユニットを該対物レンズの該光軸を中心とする円の周方向において互いに異なる複数の位置に配置し、それぞれの該照明ユニットからの該光の該集光点を該他面又は該内部の該所定位置に位置付けた状態でそれぞれの該照明ユニットから該被観察物に該光を照射し、該撮像ユニットで該被観察物からの該反射光を検出することを特徴とする請求項１に記載の観察方法。

【請求項3】

板状の被観察物の一面に光を照射し、該一面とは反対側に位置する該被観察物の他面又は該被観察物の内部を観察するための顕微鏡であって、
該被観察物を透過する様に予め定められた所定の波長を有する該光を発する光源と、該光源からの該光を該被観察物の該他面又は該内部の所定位置に集光するための集光レンズと、を有し、該被観察物に該光を照射するための照明ユニットと、
該光が照射された該被観察物からの反射光が通過する対物レンズと、該対物レンズを経た該反射光を受光する撮像素子と、を有する撮像ユニットと、
を備え、
該集光レンズの光軸は、該対物レンズの光軸に対して斜めに傾けられていることを特徴とする顕微鏡。

【請求項4】

該照明ユニットの該集光レンズは、該対物レンズの該光軸上で該対物レンズを始点とし、且つ、該対物レンズの該光軸と該集光レンズの該光軸とが最近接となる領域を終点とする第１方向において、該対物レンズよりも該終点側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。

【請求項5】

該光源と、該集光レンズと、をそれぞれ有する１以上の該照明ユニットを更に備え、
各照明ユニットは、該対物レンズの該光軸を中心とする円の周方向において互いに異なる複数の位置に配置され、各照明ユニットにおける該集光レンズの該光軸は、該対物レンズの該光軸に対して斜めに傾けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の顕微鏡。

【請求項6】

板状の被加工物を加工する加工装置であって、
該被加工物の一面を露出させた状態で該一面とは反対側に位置する該該被加工物の他面側を保持する保持面を有する保持テーブルと、
該保持テーブルで保持された該被加工物に加工を施す加工ユニットと、
該他面又は該被加工物の内部を観察するための顕微鏡と、
メモリ及びプロセッサを有し、該保持テーブル、該加工ユニット及び該顕微鏡の動作を制御するコントローラと、
を備え、
該顕微鏡は、
該被加工物を透過する様に予め定められた所定の波長を有する光を発する光源と、該光源からの該光を該被加工物の該他面又は該内部の所定位置に集光するための集光レンズと、を有し、該被加工物に該光を照射するための照明ユニットと、
該光が照射された該被加工物からの反射光が通過する対物レンズと、該対物レンズを経た該反射光を受光する撮像素子と、を有する撮像ユニットと、
を有し、
該集光レンズの光軸は、該対物レンズの光軸に対して斜めに傾けられており、
該コントローラは、該顕微鏡で撮像された該被加工物の画像に基づいて該加工ユニットを制御することにより該被加工物に加工を施すことを特徴とする加工装置。

【請求項7】

該顕微鏡において、該照明ユニットの該集光レンズは、該対物レンズの該光軸上で該対物レンズを始点とし、且つ、該対物レンズの該光軸と該集光レンズの該光軸とが最近接となる領域を終点とする第１方向において、該対物レンズよりも該終点側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の加工装置。

【請求項8】

該顕微鏡は、該光源と、該集光レンズと、をそれぞれ有する１以上の該照明ユニットを更に備え、
各照明ユニットは、該対物レンズの該光軸を中心とする円の周方向において互いに異なる複数の位置に配置され、各照明ユニットにおける該集光レンズの該光軸は、該対物レンズの該光軸に対して斜めに傾けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載の加工装置。

【請求項9】

該被加工物の該他面側において該被加工物の加工位置の検出を行う際に利用可能な所定パターンが形成されている場合に、
該コントローラは、該顕微鏡で該被加工物の該他面を撮像することで得られた該所定パターンを含む該他面の画像に基づいて該加工ユニットを制御することにより該被加工物に加工を施すことを特徴とする請求項６に記載の加工装置。

【請求項10】

該被加工物の該一面側において研削加工に起因するソーマークが形成されている場合に、
該コントローラは、該撮像ユニットの撮像領域に位置する該ソーマークの向きに沿う第１成分を有する光をそれぞれ照射する複数の第１の照明ユニットの光量と、平面視において該第１成分と直交する向きの第２成分を有する光をそれぞれ照射する複数の第２の照明ユニットの光量と、を調整して、各第２の照明ユニットからの光量を各第１の照明ユニットからの光量に比べて低くすることを特徴とする請求項９に記載の加工装置。

【請求項11】

該被加工物の該一面側において研削加工に起因するソーマークが形成されている場合に、
該コントローラは、
各照明ユニットの光量の段階的な調節により照明条件を変更して該他面を撮像することにより得られた、該所定パターン及び該ソーマークをそれぞれ含む複数の第１画像に基づいて、該所定パターンを含まず且つ該ソーマークを含む第２画像を各第１画像から作成すると共に、各第２画像における該ソーマークの面積を算出することで、該ソーマークの面積が最小になるときの該照明条件を特定することを特徴とする請求項９に記載の加工装置。

【請求項12】

該加工ユニットは、レーザー発振器を有するレーザービーム照射ユニット、又は、スピンドルを有し切削ブレードが該スピンドルの先端部に装着される切削ユニットを含むことを特徴とする請求項６に記載の加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、板状の被観察物の一面から当該一面とは反対側に位置する被観察物の他面又は被観察物の内部を観察する観察方法、当該観察方法を実現するための顕微鏡、及び、当該顕微鏡を備えた加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェーハ等の被加工物を複数のデバイスチップに分割する際には、切削装置、レーザー加工装置等の加工装置が用いられる。被加工物を加工装置で分割する際には、通常、まず、円盤状の保持テーブルで被加工物の裏面側を吸引保持する。このとき、被加工物の表面が上方に露出する。

【0003】

被加工物の表面には、複数の分割予定ライン（即ち、ストリート）が格子状に設定されている。複数の分割予定ラインで区画される矩形状の領域の各々には、ＩＣ（Integrated Circuit）等のデバイスや、加工位置の検出に利用される所定パターン（キーパターン、アライメントパターン、アライメントマークとも呼ばれる）が形成されている。

【0004】

加工装置で被加工物を加工する際には、まず、可視光帯域の波長を有する光を利用して露出している被加工物の表面側を撮像することで、デバイスや所定パターンを含む画像を取得する。そして、１つの分割予定ラインに沿って離れた位置にある２つ以上の所定パターンに基づいて、加工位置の検出が行われる。

【0005】

ところで、近年では、被加工物の裏面が上方に露出する様に被加工物の表面側を保持テーブルで吸引保持することがある。この場合、被加工物の材質に応じて被加工物を透過する波長を有する光が照明光として利用される。

【0006】

例えば、被加工物がシリコンウェーハを有する場合、赤外線の波長を有する光を同軸落射照明に利用して、被加工物の裏面を透かして表面側の所定パターンの撮像を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0007】

しかし、被加工物の材質によっては、照明光が被加工物の内部で吸収され、表面にまで達しないことがある。例えば、デバイスの電気抵抗率を下げるために被加工物の不純物濃度を高くした場合、裏面から表面へ向けて照射された照明光が被加工物の内部で吸収されて表面にまで到達しないという問題がある。

【0008】

また、レンズ鏡筒の外周部に沿って配置された複数の光源の各々から平行光を照射する斜光照明（例えば、特許文献２参照）を用いて暗視野顕微鏡の要領で被加工物を観察する場合にも、裏面から表面へ向けて照射された照明光が被加工物の内部で吸収されて表面にまで到達しないという問題がある。

【0009】

加えて、被加工物を複数のデバイスチップに分割する前には、デバイスチップを薄化するために被加工物の裏面側を研削することがあるが、研削に起因して裏面側に形成されたソーマーク（即ち、研削痕）により照明光が散乱されて表面側の画像のノイズとなり、表面側の鮮明な画像が得られないという問題もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平７－７５９５５号公報

【特許文献2】実用新案登録第３１４２９９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、被加工物を透過する波長を有する照明光を用いて、表面側が保持されて裏面側が露出された被加工物の裏面を透かして表面側を撮像する場合に、同軸落射照明や従来の斜光照明に比べて、表面側に到達する光量を多くすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一態様によれば、板状の被観察物の一面に光を照射し、該一面とは反対側に位置する該被観察物の他面又は該被観察物の内部を観察する観察方法であって、該被観察物の該他面側を保持テーブルの保持面で保持する保持工程と、該保持工程の後、該被観察物を透過する波長を有する該光を照射する照明ユニットからの該光の集光点を該他面又は該内部の所定位置に位置付けた状態で該照明ユニットから該被観察物に該光を照射し、集光レンズの光軸に対して斜めに傾けて配置された光軸を有する対物レンズを含む撮像ユニットで該被観察物からの反射光を検出する検出工程と、を備える観察方法が提供される。

【0013】

好ましくは、該検出工程では、該対物レンズの該光軸に対して該光軸が斜めに傾けて配置された該集光レンズをそれぞれ有し、該光をそれぞれ照射する複数の該照明ユニットを該対物レンズの該光軸を中心とする円の周方向において互いに異なる複数の位置に配置し、それぞれの該照明ユニットからの該光の該集光点を該他面又は該内部の該所定位置に位置付けた状態でそれぞれの該照明ユニットから該被観察物に該光を照射し、該撮像ユニットで該被観察物からの該反射光を検出する。

【0014】

本発明の他の態様によれば、板状の被観察物の一面に光を照射し、該一面とは反対側に位置する該被観察物の他面又は該被観察物の内部を観察するための顕微鏡であって、該被観察物を透過する様に予め定められた所定の波長を有する該光を発する光源と、該光源からの該光を該被観察物の該他面又は該内部の所定位置に集光するための集光レンズと、を有し、該被観察物に該光を照射するための照明ユニットと、該光が照射された該被観察物からの反射光が通過する対物レンズと、該対物レンズを経た該反射光を受光する撮像素子と、を有する撮像ユニットと、を備え、該集光レンズの光軸は、該対物レンズの光軸に対して斜めに傾けられている顕微鏡が提供される。

【0015】

好ましくは、該照明ユニットの該集光レンズは、該対物レンズの該光軸上で該対物レンズを始点とし、且つ、該対物レンズの該光軸と該集光レンズの該光軸とが最近接となる領域を終点とする第１方向において、該対物レンズよりも該終点側に配置されている。

【0016】

また、好ましくは、該光源と、該集光レンズと、をそれぞれ有する１以上の該照明ユニットを更に備え、各照明ユニットは、該対物レンズの該光軸を中心とする円の周方向において互いに異なる複数の位置に配置され、各照明ユニットにおける該集光レンズの該光軸は、該対物レンズの該光軸に対して斜めに傾けられている。

【0017】

本発明の更なる他の態様によれば、板状の被加工物を加工する加工装置であって、該被加工物の一面を露出させた状態で該一面とは反対側に位置する該該被加工物の他面側を保持する保持面を有する保持テーブルと、該保持テーブルで保持された該被加工物に加工を施す加工ユニットと、該他面又は該被加工物の内部を観察するための顕微鏡と、メモリ及びプロセッサを有し、該保持テーブル、該加工ユニット及び該顕微鏡の動作を制御するコントローラと、を備え、該顕微鏡は、該被加工物を透過する様に予め定められた所定の波長を有する光を発する光源と、該光源からの該光を該被加工物の該他面又は該内部の所定位置に集光するための集光レンズと、を有し、該被加工物に該光を照射するための照明ユニットと、該光が照射された該被加工物からの反射光が通過する対物レンズと、該対物レンズを経た該反射光を受光する撮像素子と、を有する撮像ユニットと、を有し、該集光レンズの光軸は、該対物レンズの光軸に対して斜めに傾けられており、該コントローラは、該顕微鏡で撮像された該被加工物の画像に基づいて該加工ユニットを制御することにより該被加工物に加工を施す加工装置が提供される。

【0018】

好ましくは、該顕微鏡において、該照明ユニットの該集光レンズは、該対物レンズの該光軸上で該対物レンズを始点とし、且つ、該対物レンズの該光軸と該集光レンズの該光軸とが最近接となる領域を終点とする第１方向において、該対物レンズよりも該終点側に配置されている。

【0019】

また、好ましくは、該顕微鏡は、該光源と、該集光レンズと、をそれぞれ有する１以上の該照明ユニットを更に備え、各照明ユニットは、該対物レンズの該光軸を中心とする円の周方向において互いに異なる複数の位置に配置され、各照明ユニットにおける該集光レンズの該光軸は、該対物レンズの該光軸に対して斜めに傾けられている。

【0020】

また、好ましくは、該被加工物の該他面側において該被加工物の加工位置の検出を行う際に利用可能な所定パターンが形成されている場合に、該コントローラは、該顕微鏡で該被加工物の該他面を撮像することで得られた該所定パターンを含む該他面の画像に基づいて該加工ユニットを制御することにより該被加工物に加工を施す。

【0021】

また、好ましくは、該被加工物の該一面側において研削加工に起因するソーマークが形成されている場合に、該コントローラは、該撮像ユニットの撮像領域に位置する該ソーマークの向きに沿う第１成分を有する光をそれぞれ照射する複数の第１の照明ユニットの光量と、平面視において該第１成分と直交する向きの第２成分を有する光をそれぞれ照射する複数の第２の照明ユニットの光量と、を調整して、各第２の照明ユニットからの光量を各第１の照明ユニットからの光量に比べて低くする。

【0022】

また、好ましくは、該被加工物の該一面側において研削加工に起因するソーマークが形成されている場合に、該コントローラは、各照明ユニットの光量の段階的な調節により照明条件を変更して該他面を撮像することにより得られた、該所定パターン及び該ソーマークをそれぞれ含む複数の第１画像に基づいて、該所定パターンを含まず且つ該ソーマークを含む第２画像を各第１画像から作成すると共に、各第２画像における該ソーマークの面積を算出することで、該ソーマークの面積が最小になるときの該照明条件を特定する。

【0023】

また、好ましくは、該加工ユニットは、レーザー発振器を有するレーザービーム照射ユニット、又は、スピンドルを有し切削ブレードが該スピンドルの先端部に装着される切削ユニットを含む。

【発明の効果】

【0024】

同軸落射照明の場合、照明ユニットの集光レンズの光軸と、撮像ユニットを構成する対物レンズの光軸とは、略平行である。それゆえ、被観察物に入射した光は、露出している一面側で正反射されて対物レンズに入る光量が比較的多い。

【0025】

本発明の一態様に係る観察方法では、照明ユニットの集光レンズの光軸は、撮像ユニットを構成する対物レンズの光軸に対して斜めに傾けられている。それゆえ、同軸落射照明の場合に比べて、一面側で反射されて対物レンズに入る光量を減らし、被観察物の他面又は内部で散乱されて対物レンズに入る光量を増やすことができる。

【0026】

この様に、一面側の反射光の影響を低減できるので、被観察物の他面又は内部からの反射光の光量を相対的に増加させることができる。それゆえ、被観察物の他面又は内部の画像を形成する際に、一面側の反射光に起因して生じるノイズを低減できる。

【0027】

更に、照明ユニットに集光レンズを用いることで、一面を通り他面側へ略一点に集光させた状態の照明光を提供できる。それゆえ、平行光を照射する従来の斜光照明に比べて、被観察物の他面又は内部に到達する光量を増加させることができる。

【0028】

本発明の他の態様に係る顕微鏡では、撮像ユニットの対物レンズの光軸に対して照明ユニットの集光レンズの光軸を斜めに傾けることで、同軸落射照明の場合に比べて、一面側の反射光の影響を低減できる。それゆえ、一面側の反射光に起因して生じるノイズを低減できる。加えて、平行光を照射する従来の斜光照明に比べて、被観察物の他面又は内部に到達する光量を増加させることができる。

【0029】

発明の他の態様に係る加工装置は、上述の顕微鏡を有するので、同軸落射照明の場合に比べて、一面側の反射光の影響を低減できる。それゆえ、一面側の反射光に起因して生じるノイズを低減できる。加えて、平行光を照射する従来の斜光照明に比べて、被加工物の他面又は内部に到達する光量を増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】図１（Ａ）は被観察物の表面側の斜視図であり、図１（Ｂ）は表面側の一部の領域の拡大平面図である。

【図2】図１（Ａ）のＡＡでの被観察物の断面図である。

【図3】顕微鏡の拡大斜視図である。

【図4】図４（Ａ）は顕微鏡の下端部の拡大斜視図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢＢでの一部断面側面図である。

【図5】集光レンズの光軸の傾き角度を示す模式図である。

【図6】図６（Ａ）は傾き角度の一例を示す模式図であり、図６（Ｂ）は傾き角度の他の例を示す模式図である。

【図7】観察方法のフロー図である。

【図8】図８（Ａ）は保持工程を示す側面図であり、図８（Ｂ）は検出工程を示す側面図である。

【図9】レーザー加工装置を模式的に示す側面図である。

【図10】ソーマークを有する被加工物の裏面側の平面図である。

【図11】照明条件の選定方法のフロー図である。

【図12】図１２（Ａ）はソーマークを含む表面側の第１画像の模式図であり、図１２（Ｂ）は第１画像からソーマークのみが抽出された第２画像の模式図であり、図１２（Ｃ）は選定された照明条件に対応する表面側の画像の模式図である。

【図13】切削装置を模式的に示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

（第１の実施形態）添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。図１（Ａ）は、被観察物１１の表面（他面）１１ａ側の斜視図である。被観察物１１は、５０μｍから８００μｍ程度の厚さを有する円盤状（即ち、板状）のシリコン単結晶基板（即ち、シリコンウェーハ）を有する。

【0032】

本実施形態のシリコンウェーハは、比較的高濃度の不純物を有する。それゆえ、シリコンウェーハの抵抗率は、例えば、０．００１Ω・ｃｍ以上０．１Ω・ｃｍ以下である。なお、被観察物１１の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。

【0033】

例えば、被観察物１１は、シリコン（Ｓｉ）に代えて、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンド、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）等の他の半導体材料の単結晶基板を有してもよい。

【0034】

被観察物１１の表面１１ａ側には、金属層と相関絶縁膜（Ｌｏｗ－ｋ膜）とが交互に積層された積層構造が形成されている。また、表面１１ａには、それぞれ切断領域となる複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されている。

【0035】

分割予定ライン１３は、金属層と相関絶縁膜との積層構造の部分的な凹凸により構成されてもよく、電子線描画装置（不図示）により描かれることで凹凸が略無い態様で構成されてもよい。

【0036】

複数の分割予定ライン１３で区画される矩形状の各領域には、ＩＣ（Integrated Circuit）等のデバイス１５が形成されている。但し、デバイス１５の種類、数量、形状、構造、大きさ、配置等に制限はない。

【0037】

図１（Ｂ）は、表面１１ａ側の一部の領域１７の拡大平面図である。一部の領域１７は、互いに直交する２つの分割予定ライン１３の交差点１３ａ近傍に位置しており、異なる４つのデバイス１５を含む。

【0038】

デバイス１５において交差点１３ａ近傍の角部には、後述するレーザー加工装置３２、切削装置５２等の加工装置で加工位置の検出を行う際に利用可能な所定パターン１５ａが、表面１１ａに露出する態様で形成されている。

【0039】

図２は、図１（Ａ）のＡＡでの被観察物１１の断面図である。表面１１ａとは反対側に位置する被観察物１１の裏面（一面）１１ｂ側には、凹凸領域１９が露出している。なお、図２では、凹凸領域１９の凹凸を誇張している。

【0040】

凹凸領域１９は、裏面１１ｂ側に対してインフィード研削を施すことによりシリコンウェーハを薄化したことに伴い形成されている。インフィード研削では、シリコンウェーハと研削ホイールとをそれぞれ回転させながら、円環状の研削ホイール（不図示）の略１／４周の領域を用いてシリコンウェーハを研削する。

【0041】

凹凸領域１９は、複数のソーマーク（即ち、研削痕）１９ａを含む（図１０参照）。図１０に示す様に、各ソーマーク１９ａは、円弧状の曲線であり、複数のソーマーク１９ａは、平面視において放射状に配置されている。

【0042】

次に、図３から図７（Ｂ）を参照し、被観察物１１の裏面１１ｂを透かして表面１１ａ側を観察するための顕微鏡２について説明する。図３は、顕微鏡２の拡大斜視図である。

【0043】

図３に示すＺ軸方向は、顕微鏡２の高さ方向と略平行であり、例えば、鉛直方向と平行である。Ｚ軸方向は、互いに逆向きの＋Ｚ方向（即ち、上方向）及び－Ｚ方向（即ち、下方向）とも平行である。

【0044】

本実施形態の顕微鏡２は、近赤外領域の波長（例えば、１０００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長）を有する光を被観察物１１の裏面１１ｂに照射し、被観察物１１の表面１１ａ又は被観察物１１の内部を観察するために用いられる。

【0045】

図３に示す様に、顕微鏡２は、対物レンズ４を有する。対物レンズ４は、レンズ及び鏡筒を含み、近赤外領域の波長の光を用いた被観察物１１の観察に特化された仕様を有する。被観察物１１からの反射光は対物レンズ４を通過し、対物レンズ４を経た反射光は、円筒状の鏡筒６を通り、近赤外カメラ８へ照射される。

【0046】

近赤外カメラ８は、直方体状の筐体８ａを有する。筐体８ａ内には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサ、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサ等の撮像素子８ｂが配置されている。

【0047】

撮像素子８ｂは、例えば、２次元領域を撮像可能なエリアセンサである。撮像素子８ｂは、近赤外光を光電変換可能な複数のフォトダイオード（不図示）を有する。各フォトダイオードは、例えば、ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・ヒ素）で形成された光電変換領域を含む。撮像素子８ｂは、対物レンズ４及び鏡筒６を経た反射光を受光する。

【0048】

対物レンズ４、鏡筒６、近赤外カメラ８等は、被観察物１１からの反射光を受光する撮像ユニット１０を構成する。鏡筒６の下端部には、対物レンズ４の周囲を囲むように円筒状のブラケット１２が設けられている。

【0049】

次に、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して、ブラケット１２近傍の構造について説明する。図４（Ａ）は、顕微鏡２の下端部の拡大斜視図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢＢでの一部断面側面図である。

【0050】

本実施形態の顕微鏡２は、ブラケット１２の周囲に配置された４つ（複数）の照明ユニット１４を有する。４つの照明ユニット１４は、Ｚ軸方向と略平行に配置された対物レンズ４の光軸４ａ（即ち、対物レンズ４を構成する１以上のレンズの光軸）を中心とする円の周方向において互いに異なる複数の位置に配置されている。

【0051】

各照明ユニット１４は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源１６を有する。光源１６は、被観察物１１を透過する様に予め定められた所定の波長（例えば、中心波長１２００ｎｍの近赤外光）を有する光を発する高輝度ＬＥＤである。

【0052】

なお、本実施形態において、光源１６からの光量は、第１段階（光量ゼロ）から第５段階（光量最大）まで段階的に調整可能であるが、６段階以上の多段階で光量を調整可能であってもよく、連続的に光量を調整可能であってもよい。

【0053】

本実施形態では、裏面１１ｂから表面１１ａへの向きで光源１６からの光を被観察物１１に照射した上で、シリコンウェーハを透過する様に表面１１ａ又はシリコンウェーハの内部を観察する。それゆえ、シリコンウェーハを透過可能な近赤外光を用いる。しかし、使用する波長は近赤外光に限定されない。

【0054】

例えば、被観察物１１がＳｉＣウェーハを有する場合には、近赤外光に代えて、３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の可視光の波長を有する光を光源１６から照射する。この様に、被観察物１１を構成するウェーハに応じて、光源１６の波長は適宜選択される。また、光源１６が発する光の波長に応じて、撮像素子８ｂには、当該波長の光を光電変換可能な複数のフォトダイオードが採用される。

【0055】

光源１６は、円盤状の基台１８の一面側に固定されている。基台１８の一面側には、光源１６を覆う様に円筒状の筐体２０が固定されている。筐体２０内には、平凸型のコリメートレンズ２２が固定されている。

【0056】

筐体２０内には、コリメートレンズ２２に対して光源１６とは反対側に、平凸型の集光レンズ２４が固定されている。コリメートレンズ２２の光軸と、集光レンズ２４の光軸２４ａとは、略一致する様に配置されている。

【0057】

光源１６から出射された光は、コリメートレンズ２２及び集光レンズ２４を経て、筐体２０の開口２０ａから被観察物１１へ照射される。そして、対物レンズ４の光軸４ａと集光レンズ２４の光軸２４ａとの交点４ｃ近傍に配置された所定位置に集光される。この所定位置は、被観察物１１の表面１１ａ又は内部である。

【0058】

本実施形態では、照明ユニット１４に集光レンズ２４を用いることで、裏面１１ｂを通り表面１１ａ側へ略一点に集光させた状態の照明光を提供できる。それゆえ、平行光を照射する従来の斜光照明に比べて、被観察物１１の表面１１ａ又は内部に到達する光量を増加させることができる。

【0059】

加えて、複数の照明ユニット１４から被観察物１１における同じ所定位置に照明ユニット１４からの光を集光させることで、１つの照明ユニット１４のみを用いた場合に比べて多くの光量を被観察物１１の略一点に提供できる。

【0060】

それゆえ、被観察物１１が比較的高濃度の不純物を含むシリコンウェーハを有する場合であっても、１つの照明ユニット１４のみを用いた場合に比べて高い光量を被観察物１１の所定位置に照射できる。また、撮像に十分な光量が表面１１ａ側に到達するので、鮮明な画像を得ることができる。

【0061】

なお、上述の交点４ｃは、光軸４ａ及び光軸２４ａが最近接となる領域の一形態である。光軸４ａ及び光軸２４ａは、必ずしも一点で交わらなくてもよい。例えば、光軸４ａ及び光軸２４ａが僅かに離れており、ねじれの位置にある場合、光源１６からの光は、集光レンズ２４により、光軸４ａ及び光軸２４ａが最近接となる領域に集光される。

【0062】

各集光レンズ２４は、－Ｚ方向（即ち、第１方向）において、対物レンズ４の下端４ｂよりも下方（即ち、交点４ｃ側）に配置されている。なお、－Ｚ方向は、対物レンズ４の光軸４ａ上で対物レンズ４の下端４ｂを始点とし、且つ、対物レンズ４の光軸４ａと集光レンズ２４の光軸２４ａとの交点４ｃを終点とする方向に対応する。

【0063】

ところで、より多くの光を被観察物１１に照射するために、集光レンズ２４の開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）を大きくする方が好ましい。開口数はレンズ径に比例するが、集光レンズ２４の径を大きくすると、集光レンズ２４と対物レンズ４とが物理的に干渉するという問題がある。

【0064】

これに対して、本実施形態では、集光レンズ２４を対物レンズ４の下方において被観察物１１に非常に近い位置に配置するので、焦点距離（ＦＤ：Focal Distance）が小さい集光レンズ２４を採用できる。焦点距離を小さくすることにより、集光レンズ２４のレンズ径が比較的小さくても開口角θを比較的大きくできる。

【0065】

この様に、集光レンズ２４のレンズ径が比較的小さくても比較的大きな開口数を実現できるので、集光レンズ２４と対物レンズ４との干渉を抑制と、集光レンズ２４における比較的大きな開口数と、を実現できる。

【0066】

なお、比較例として、対物レンズ４の側方において下端４ｂよりも上方に集光レンズ（不図示）を配置した上で集光レンズの焦点距離及びレンズ径を大きくすることで、図４（Ｂ）に示す集光レンズ２４の開口数と略同じ開口数を実現することも考えられる。

【0067】

しかし、顕微鏡２が大型化すると共に重量化する。それゆえ、図４（Ｂ）に示す様に、焦点距離もレンズ径も小さい集光レンズ２４を対物レンズ４と被観察物１１との間に配置する方が、小型且つ軽量の顕微鏡２を実現する上で有利である。

【0068】

図４（Ｂ）に示す様に、集光レンズ２４の光軸２４ａは、対物レンズ４の光軸４ａに対して斜めに傾けられている（即ち、対物レンズ４の光軸４ａは、集光レンズ２４の光軸２４ａに対して斜めに傾けられている）。

【0069】

対物レンズ４の光軸４ａと、集光レンズ２４の光軸２４ａと、の成す傾き角度αは、２０°以上８０°以下であることが好ましい。図５は、図４（Ｂ）を簡略化した図であり、対物レンズ４の光軸４ａに対する集光レンズ２４の光軸２４ａの傾き角度αを示す模式図である。

【0070】

なお、図５では、説明の便宜上、図４（Ｂ）の紙面において左右方向に配置された一対の照明ユニット１４及び光源１６と、対物レンズ４と、を示し、筐体２０、コリメートレンズ２２等を省略している。また、被観察物１１の表面１１ａを簡略化して破線で示す。

【0071】

更に、図５では、説明の便宜上、開口角θを有する本実施形態の集光レンズ２４で形成される入射光２６と、開口角θよりも小さな開口角θ_Ａを有する比較例の集光レンズ（不図示）で形成される入射光２６Ａと、を併せて示す。

【0072】

図５に示す様に、本実施形態では、集光レンズ２４及び対物レンズ４の干渉の抑制と、集光レンズ２４における比較的大きな開口数と、を実現できると共に、小型且つ軽量な顕微鏡２を実現できる。

【0073】

ところで、同軸落射照明（不図示）の場合、集光レンズは対物レンズと兼用されており、集光レンズの光軸と対物レンズの光軸とは平行である。同軸落射照明を用いて、裏面１１ｂから表面１１ａへ照明光を照射する場合、裏面１１ｂ側で正反射され対物レンズ４に取り込まれる光量が比較的多い。

【0074】

しかし、本実施形態の様に、集光レンズ２４の光軸２４ａを対物レンズ４の光軸４ａに対して斜めに傾けることで、同軸落射照明の場合に比べて、裏面１１ｂ側で反射される反射光の光量を低減でき、被観察物１１の表面１１ａ又は内部へ透過する透過光の光量を相対的に増加させることができる。

【0075】

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、図５を更に簡略化し、１つの照明ユニット１４と、対物レンズ４と、を示す。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照し、傾き角度αと、対物レンズ４に取り込まれる被観察物１１からの反射光と、の関係について説明する。

【0076】

本実施形態の顕微鏡２は、所謂、暗視野顕微鏡であり、対物レンズ４の光軸４ａに対して斜めに入射する斜光線を裏面１１ｂから表面１１ａへ照射して、被観察物１１の表面１１ａ又は内部からの反射光を対物レンズ４に取り込む。

【0077】

なお、本明細書において反射光とは、入射面において裏面１１ｂに対する境界面法線と入射光とが成す角度と同じ角度を境界面法線と成す反射光（即ち、正反射光、鏡面反射光）のみに限定されず、入射光に起因する被観察物１１からの拡散反射光を含む。

【0078】

図６（Ａ）は、傾き角度αの一例を示す模式図である。傾き角度αが比較的大きい（例えば、２０°以上である）場合、表面１１ａ近傍に集光する様に被観察物１１に照射された入射光２６の一部は、裏面１１ｂで反射されるが、傾き角度αが比較的大きいので、反射された光は対物レンズ４に取り込まれ難い。

【0079】

つまり、被観察物１１の表面１１ａ又は内部からの拡散反射光が、主として対物レンズ４に取り込まれるので、研削加工に起因して裏面１１ｂ側に形成されているソーマーク１９ａ等の裏面１１ｂ側の形状の影響を低減できる。

【0080】

図６（Ｂ）は、傾き角度αの他の例を示す模式図である。図６（Ｂ）に示す様に、傾き角度αが比較的小さい（例えば、２０°未満である）場合、裏面１１ｂで反射された比較的強度の高い光が、対物レンズ４に取り込まれ易い。

【0081】

それゆえ、裏面１１ｂ側の形状の影響を受けて被観察物１１の表面１１ａ又は内部からの反射光が相対的に減弱される。図６（Ｂ）に示す例では、同軸落射照明に比べれば画質は上がるが、傾き角度αが比較的大きい図６（Ａ）に示す例に比べると画質が下がる。

【0082】

ところで、従来の斜光照明を用いる場合、光軸２４ａの傾き角度αを大きくするほど、被観察物１１の表面１１ａに照射される照明光の被照射範囲が増加するので、単位面積当たりの光量が低下するという問題がある。

【0083】

特に、比較的高濃度の不純物を有するシリコンウェーハを含む被観察物１１の様に、照明光が被観察物１１を透過する過程で光量の減衰が生じやすい場合には、単位面積当たりの光量が低下すると、表面１１ａ側の鮮明な画像が得られない。

【0084】

これに対して本実施形態では、照明ユニット１４に集光レンズ２４を採用し、照明光を略一点に集光する。それゆえ、光軸２４ａの傾き角度αを大きくしても、表面１１ａに照射される照明光の被照射範囲を略一定にでき、単位面積当たりの光量の低減を抑制できる。従って、従来の斜光照明を用いる場合に比べて、被観察物１１の表面１１ａ又は内部のより鮮明な画像を得ることができる。

【0085】

ここで、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に戻って、照明ユニット１４の放熱機構２８について説明する。放熱機構２８は、それぞれ矩形板状の複数（図４（Ａ）の例では５枚）のフィン２８ａを有する。各フィン２８ａの長手部は、Ｚ軸方向に沿って配置されている。

【0086】

各フィン２８ａの一側面は、ベース基板２８ｂの一面２８ｂ_１に固定されている。また、複数のフィン２８ａは、ベース基板２８ｂの横幅方向において等間隔に配置されている。ベース基板２８ｂにおいて、一面２８ｂ_１とは反対側に位置する他面２８ｂ_２には、ブラケット２８ｃが固定されている。

【0087】

ブラケット２８ｃは、光源１６を固定する基台１８のうち光源１６が配置された面とは反対側に接続されている。複数のフィン２８ａ、ベース基板２８ｂ及びブラケット２８ｃは、熱伝導率が比較的高い金属で形成されている。

【0088】

光源１６で発生した熱は、ブラケット２８ｃ及びベース基板２８ｂを経て、複数のフィン２８ａへと伝導する。それゆえ、複数のフィン２８ａと、複数のフィン２８ａの直下の領域と、の間には、温度勾配が形成される。

【0089】

隣り合うフィン２８ａの間の隙間には、温度勾配により＋Ｚ方向へ進む熱対流が生じる。これにより、ファン等により強制対流を形成しなくても、自然に形成される熱対流で光源１６を冷却できる。なお、ベース基板２８ｂ及びブラケット２８ｃからの熱放射も、光源１６の冷却に寄与する。

【0090】

光源１６には、比較的高い電流が流れており、発光中に光源１６は発熱する。放熱機構２８を利用して光源１６を冷却することで、光源１６の発光効率の低下の度合いを低減でき、更には、顕微鏡２に生じる熱影響（例えば、光源１６の位置ずれ及び劣化、並びに、筐体２０等の熱膨張による光軸２４ａのズレ等）の度合いを低減できる。

【0091】

図７は、顕微鏡２を用いて裏面１１ｂ側から被観察物１１の表面１１ａ及び内部を観察する本実施形態の観察方法のフロー図である。観察方法は、被観察物１１を保持する保持工程Ｓ２と、被観察物１１からの反射光を撮像ユニット１０で検出する検出工程Ｓ４と、を備える。

【0092】

図８（Ａ）は、保持工程Ｓ２を示す側面図である。保持工程Ｓ２では、円盤状の保持テーブル（即ち、チャックテーブル）３０の保持面３０ａで、被観察物１１の表面１１ａ側を吸引保持する。保持テーブル３０は、金属製で円盤状の枠体を有する。

【0093】

枠体の上面側には、枠体よりも小径の円盤状の凹部が形成されており、この凹部には、ポーラスセラミックス材料で形成された円盤状の多孔質板が固定されている。枠体の上面と、多孔質板の上面とは、略面一となっており、略平坦な保持面３０ａを形成している。

【0094】

枠体には、所定の流路が形成されており、この流路には、真空ポンプ等の吸引源（不図示）が接続されている。吸引源からの負圧を多孔質板に伝達させると、多孔質板の上面には負圧が発生する。

【0095】

本実施形態の保持工程Ｓ２では、表面１１ａが保持面３０ａと接する様に保持面３０ａで被観察物１１を吸引保持するが、表面１１ａ側に樹脂製の保護テープ（不図示）を貼り付けた上で、保護テープを介して保持面３０ａで表面１１ａ側を吸引保持してもよい。

【0096】

保持工程Ｓ２の後、上述の顕微鏡２を用いて検出工程Ｓ４を行う。図８（Ｂ）は、検出工程Ｓ４を示す側面図である。検出工程Ｓ４では、被観察物１１を透過する波長を有する光の集光点を被観察物１１の表面１１ａ又は内部の所定位置に位置付けた状態で照明ユニット１４から被観察物１１に光を照射し、被観察物１１からの反射光を撮像ユニット１０で検出する。

【0097】

特に、対物レンズ４の光軸４ａを保持面３０ａに対して略直交する様に配置し、対物レンズ４の光軸４ａを基準にして集光レンズ２４の光軸２４ａを傾き角度αだけ傾けるので、同軸落射照明の場合に比べて、裏面１１ｂ側で反射されて対物レンズ４に入る光量を減らし、被観察物１１の表面１１ａ又は内部で散乱されて対物レンズ４に入る光量を増加させることができる。

【0098】

この様に、裏面１１ｂ側の反射光の影響を低減できるので、被観察物１１の表面１１ａ又は内部からの反射光の光量を相対的に増加させることができる。それゆえ、被観察物１１の表面１１ａ又は内部の画像を形成する際に、裏面１１ｂ側の反射光に起因して生じるノイズを低減できる。

【0099】

更に、照明ユニット１４に集光レンズ２４を用いることで、裏面１１ｂを通り表面１１ａ側へ略一点に集光させた状態の照明光を提供できる。それゆえ、平行光を照射する従来の斜光照明に比べて、被観察物１１の表面１１ａ又は内部に到達する光量を増加させることができる。

【0100】

ところで、被観察物１１の厚さが増加するほど、裏面１１ｂを介する表面１１ａ又は内部の撮像は、指数関数的に難しくなる。しかし、照明ユニット１４を用いて照明光を略一点に集光させることで、被観察物１１を構成するシリコンウェーハが比較的厚い場合であっても、被観察物１１の表面１１ａ又は内部を適切に撮像できる。

【0101】

例えば、本実施形態の顕微鏡２を用いれば、被観察物１１を構成するシリコンウェーハが１００μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有していたとしても表面１１ａ又は内部を適切に撮像できる。

【0102】

本実施形態の顕微鏡２は、被観察物１１を構成するシリコンウェーハが厚いほど効果的であり、シリコンウェーハは、２００μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有していてもよく、３００μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有していてもよい。

【0103】

（第２の実施形態）次に、図９から図１３を参照し、顕微鏡２が搭載された加工装置の例を説明する。図９は、レーザー加工装置（加工装置）３２を示す斜視図である。なお、図９では、レーザー加工装置３２の一部を機能ブロックで示す。

【0104】

レーザー加工装置３２では、上述の被観察物１１が被加工物２１としてレーザー加工される。レーザー加工装置３２は、円盤状の保持テーブル３４を有する。保持テーブル３４は、上述の保持テーブル３０と同じ構造を有するので、詳細な説明は省略する。

【0105】

保持テーブル３４には真空ポンプ等の吸引源３６が接続されており、保持テーブル３４は、被加工物２１の裏面１１ｂ側を露出させた状態で表面１１ａ側を保持面３４ａで吸引保持する。なお、上述の様に、保護テープを介して被加工物２１を保持面３４ａで吸引保持してもよい。

【0106】

保持テーブル３４は、それぞれボールねじ式のＹ軸方向移動機構及びＸ軸方向移動機構（いずれも不図示）により、ＸＹ平面方向に移動可能に構成されている。また、保持テーブル３４は、Ｚ軸方向に略平行な所定の回転軸の周りに回転可能に構成されている。

【0107】

保持面３４ａの上方には、レーザービーム照射ユニット（加工ユニット）３８のヘッド部３８ａが設けられている。ヘッド部３８ａは、レーザー発振器３８ｂから出射したパルス状のレーザービームＬを－Ｚ方向へ照射する。

【0108】

レーザービームＬは、被加工物２１を透過する波長（シリコンウェーハの場合、例えば、１０６４ｎｍ）を有する。レーザービームＬが被加工物２１を透過する波長を有する場合、レーザービームＬを被加工物２１に照射することで、機械的強度が低減した改質領域と、改質領域を起点に延伸するクラックと、が被加工物２１の内部に形成される。

【0109】

なお、レーザービームＬは、非線形光学結晶を利用して、被加工物２１に吸収される波長（シリコンウェーハの場合、例えば、３５５ｎｍ）に変換された上で、被加工物２１に照射されてもよい。レーザービームＬが被加工物２１に吸収される波長を有する場合、被加工物２１にはアブレーション加工が施される。

【0110】

ヘッド部３８ａは、円筒状のハウジング４０の先端部に固定されている。ハウジング４０の長手部は、Ｙ軸方向に沿って配置されている。ハウジング４０の側方には、Ｘ軸方向に延びる不図示のアームを介して上述の顕微鏡２が固定されている。顕微鏡２は、対物レンズ４の光軸４ａがＺ軸方向に沿う様に配置されている。

【0111】

ハウジング４０は、ボールねじ式のＺ軸方向移動機構（不図示）により、Ｚ軸方向に沿って移動可能に構成されている。レーザービームＬの集光点位置や、顕微鏡２の対物レンズ４の集光点は、例えば、Ｚ軸方向移動機構により調整される。

【0112】

（ｉ）顕微鏡２、（ｉｉ）保持テーブル３４に関連する吸引源３６、Ｘ軸方向移動機構、Ｙ軸方向移動機構等、（ｉｉｉ）レーザービーム照射ユニット３８、（ｉｖ）Ｚ軸方向移動機構等の動作は、コントローラ４２により制御される。

【0113】

コントローラ４２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に代表されるプロセッサ４２ａと、メモリ４２ｂと、を含むコンピュータによって構成されている。

【0114】

メモリ４２ｂは、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の主記憶装置と、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の補助記憶装置と、を有する。

【0115】

補助記憶装置には、所定のプログラムを含むソフトウェアが記憶されている。このソフトウェアに従い処理装置等を動作させることによって、コントローラ４２の機能が実現される。

【0116】

補助記憶装置には、後述するＦＦＴ工程Ｓ３０を行うための第１のプログラムが記憶されている。プロセッサ４２ａが第１のプログラムを実行することで、後述する第１画像２３に対して高速フーリエ変換が行われる。

【0117】

また、補助記憶装置には、後述する抽出算出工程Ｓ４０を行うための第２のプログラムが記憶されている。第２のプログラムは、マスク処理を施すプログラム、逆フーリエ変換を施すプログラム、後述する第２画像２５に対して所定の画素値を閾値とする白黒二値化処理を行うプログラム、ソーマーク１９ａの画素数をカウントするプログラム等を含む。

【0118】

加えて、補助記憶装置には、後述する光量変更工程Ｓ６０において照明条件を変更するための第３のプログラムと、後述する比較工程Ｓ７０においてカウントされたソーマーク１９ａの画素数を比較するための第４のプログラムと、後述する特定工程Ｓ８０においてソーマーク１９ａの画素数が最小となった光量の組合せを特定するための第５のプログラムと、が記憶されている。

【0119】

コントローラ４２は、顕微鏡２で撮像された被加工物２１の画像に基づいて、レーザービーム照射ユニット３８を制御することで、被加工物２１の分割予定ライン１３にレーザービームＬを照射する（即ち、被加工物２１に加工を施す）。

【0120】

具体的には、まず、レーザー加工装置３２は、裏面１１ｂが露出する様に表面１１ａ側を保持面３４ａで吸引保持した状態で、顕微鏡２を用いて表面１１ａ側を撮像することにより、分割予定ライン１３を特定する。

【0121】

しかし、上述の様に、裏面１１ｂ側にはソーマーク１９ａを含む凹凸領域１９が形成されている。図１０は、ソーマーク１９ａを有する被加工物２１の裏面１１ｂ側の平面図である。

【0122】

図１０は、被加工物２１の裏面１１ｂ側を平面視した場合に、複数のソーマーク１９ａの見え方の一例を示すものであり、実際には、隣接する２つのソーマーク１９ａの間においてもそれぞれソーマーク１９ａと同じ形状の複数のソーマーク（不図示）が形成されている。

【0123】

なお、図１０では、顕微鏡２の位置を破線四角で示し、照明ユニット１４の位置を丸で示す。図１０に示す顕微鏡２の位置Ａ１は、ある時間における被加工物２１に対する相対的な位置を示しており、別の時間における顕微鏡２の位置Ａ２とは異なる位置にある。

【0124】

例えば、保持テーブル３４を回転させることにより、顕微鏡２を位置Ａ１から位置Ａ２へ移動できる。それゆえ、被加工物２１の周方向において位置Ａ１及び位置Ａ２の間に位置する領域Ｂを観察する場合には、顕微鏡２が領域Ｂ上に位置する様に保持テーブル３４を回転させる。

【0125】

顕微鏡２を示す破線四角において、４つの丸は照明ユニット１４を模式的に示す。４つの照明ユニット１４は、平面視において向かい合う位置Ｃにある２つの照明ユニット１４（即ち、第１の照明ユニット）と、平面視において向かい合う位置Ｄにある他の２つの照明ユニット１４（即ち、第２の照明ユニット）と、を含む。

【0126】

位置Ｃにある一対の照明ユニット１４は、被加工物２１の裏面１１ｂに対して直交する成分に加えて、被加工物２１の平面視においてソーマーク１９ａの向きに沿う第１成分Ｃ１を有する光を顕微鏡２の撮像領域Ｅに照射する。

【0127】

これに対して、位置Ｄにある一対の照明ユニット１４は、被加工物２１の裏面１１ｂに対して直交する成分に加えて、被加工物２１の平面視において第１成分Ｃ１と直交する第２成分Ｄ２を有する光を顕微鏡２の撮像領域Ｅに照射する。

【0128】

位置Ｃにある照明ユニット１４から裏面１１ｂ側へ照射される光は、撮像領域Ｅにおけるソーマーク１９ａの向きに沿う第１成分Ｃ１を有するので、位置Ｄにある照明ユニット１４から裏面１１ｂ側へ照射される光に比べて、裏面１１ｂ側で反射される光量は少ない。

【0129】

これに対して、位置Ｄにある照明ユニット１４から裏面１１ｂ側へ照射される光は、撮像領域Ｅにおけるソーマーク１９ａの向きと略直交する第２成分Ｄ２を有するので、位置Ｃにある照明ユニット１４から裏面１１ｂ側へ照射される光に比べて、裏面１１ｂ側で反射され易い。特に、拡散反射される光量は多くなる。

【0130】

裏面１１ｂからの反射光が対物レンズ４に取り込まれるのを抑制するためには、照明ユニット１４と、ソーマーク１９ａとの位置関係に応じて、照明条件を変更し最適な条件で表面１１ａ側を撮像することが好ましい。

【0131】

例えば、照明ユニット１４と、ソーマーク１９ａと、の位置関係が予め判明している場合には、コントローラ４２が各照明ユニット１４の光量を調節し、第２成分Ｄ２を有する照明ユニット１４（位置Ｄ）からの光量を、第１成分Ｃ１を有する照明ユニット１４（位置Ｃ）からの光量に比べて低くする。

【0132】

一例において、位置Ｄの照明ユニット１４の光量を、第１段階（光量ゼロ）とすることが好ましい。この場合、位置Ｃの照明ユニット１４の光量は、第２段階から第５段階までの範囲で適宜調整される。例えば、得られる画像に、白飛びや黒つぶれが形成されない様に、光量が調整される。

【0133】

白飛びや黒つぶれを抑制するために、例えば、得られる画像の輝度（最小値０、最大値２５５）の分布の平均値が１２８±６０となる様に、位置Ｃの照明ユニット１４の光量を調整するとよい。

【0134】

この様な照明条件を選択することにより、表面１１ａ側を撮像することで得られる画像において、裏面１１ｂ側からの反射光により画像に映り込むソーマーク１９ａの面積を低減できる。

【0135】

これに対して、照明ユニット１４と、ソーマーク１９ａと、の位置関係が予め判明していない場合には、各照明ユニット１４の光量を変更しながら最適な照明条件をコントローラ４２が探索する。

【0136】

図１１は、表面１１ａ側を撮像することで得られる画像において、ソーマーク１９ａの面積を最小化する照明条件の選定方法のフロー図である。設定工程Ｓ１０から特定工程Ｓ８０までは、コントローラ４２により自動で行われる。

【0137】

まず、コントローラ４２は、各照明ユニット１４の光量を所定値に設定する（設定工程Ｓ１０）。コントローラ４２の補助記憶装置には、設定工程Ｓ１０で最初に使用される各照明ユニット１４の光量の所定値が記憶されている。しかし、この所定値は、レーザー加工装置３２に設けられた入力装置（例えば、タッチパネル）を通じて作業者により設定されてもよい。

【0138】

上述の様に、４つの照明ユニット１４の光量は、第１段階から第５段階まで調整可能であるので、（１つ目の照明ユニット１４の光量，２つ目の照明ユニット１４の光量，３つ目の照明ユニット１４の光量，４つ目の照明ユニット１４の光量）を、例えば、（１，１，１，１）に設定する。

【0139】

光量の調整は、例えば、直流電源を用いる場合、直流電源から供給される電流量を調整する。また、例えば、交流電源を用いる場合、パルス幅を変調させるＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御方式等により、光源１６の光量を調整する。

【0140】

設定工程Ｓ１０の後、被加工物２１の裏面１１ｂを透過する様に表面１１ａ側を顕微鏡２により設定された光量で撮像する（撮像工程Ｓ２０）。図１２（Ａ）はソーマーク１９ａを含む表面１１ａ側の第１画像２３の模式図である。

【0141】

第１画像２３は、加工位置の検出に利用される所定パターン１５ａに加えて、ソーマーク１９ａを含む。次に、得られた第１画像２３に対して、コントローラ４２が画像処理を施す。

【0142】

具体的には、第１画像２３に対して２次元高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を施し、第１画像２３に含まれるソーマーク１９ａの周期の分布を示すパターンを含む変換画像（不図示）を生成する（ＦＦＴ工程Ｓ３０）。

【0143】

第１画像２３は、Ｘ軸方向を横軸としＹ軸方向を縦軸とするＸＹ平面での画像であるのに対して、変換画像は、例えば、Ｘ軸方向の周波数成分を横軸（Ｕ軸）とし、Ｙ軸方向の周波数成分を縦軸（Ｖ軸）とする画像である。なお、変換画像において、ソーマーク１９ａは、例えば、ＵＶ平面（不図示）の原点を通過する直線状の輝線として表示される。

【0144】

次に、第１画像２３に基づいて、コントローラ４２が、ソーマーク１９ａを抽出することで、所定パターン１５ａ、分割予定ライン１３、デバイス１５等を含まず且つソーマーク１９ａを含む第２画像２５を作成し、第１画像２３におけるソーマーク１９ａの面積を算出する（抽出算出工程Ｓ４０）。

【0145】

具体的には、まず、変換画像において、ソーマーク１９ａに対応する直線状の輝線以外をマスクする等の画像処理を施した後に、逆フーリエ変換を施すことで、ソーマーク１９ａのみが抽出された第２画像２５を作成する。図１２（Ｂ）は、ソーマーク１９ａのみが抽出された第２画像２５の模式図である。

【0146】

第２画像２５を得た後、第２画像２５に対して所定の画素値を閾値とする白黒二値化処理を行ったうえで、第２画像２５を構成する全ての画素数（ピクセル数）におけるソーマーク１９ａを構成する画素数をカウントする。

【0147】

抽出算出工程Ｓ４０の後、予め設定された全ての光量の組合せでの第１画像２３を取得していない場合（Ｓ５０でＮＯ）、コントローラ４２が、１以上の照明ユニット１４の光量を変更する（光量変更工程Ｓ６０）。

【0148】

例えば、上述の１つ目の照明ユニット１４の光量を１段階だけインクリメントし、（２，１，１，１）に設定する。そして、撮像工程Ｓ２０から抽出算出工程Ｓ４０までを同様に行う。

【0149】

また、例えば、上述の１つ目の照明ユニット１４の光量を１段階だけデクリメントし、（０，１，１，１）に設定する。そして、撮像工程Ｓ２０から抽出算出工程Ｓ４０までを同様に行う。

【0150】

この様にして、予め設定された全ての光量の組合せ（即ち、（０，０，０，０）から（４，４，４，４）までの６２５通り（＝５^４）の組合せ）において、第２画像２５のソーマーク１９ａの画素数をカウントする。

【0151】

全ての光量の組合せにおいて画素数をカウントした後（Ｓ５０でＹＥＳ）、ソーマーク１９ａの画素数の大小を比較する（比較工程Ｓ７０）。そして、コントローラ４２は、比較工程Ｓ７０においてソーマーク１９ａの画素数が最小となった光量の組合せを特定する（特定工程Ｓ８０）。この様にして、ソーマーク１９ａの面積を最小化する照明条件が選定される。

【0152】

つまり、コントローラ４２は、各照明ユニット１４の光量の段階的な調節により照明条件を変更して表面１１ａを撮像することにより得られた複数の第１画像２３に基づいて各第１画像２３から第２画像２５を作成すると共に、各第２画像２５におけるソーマーク１９ａの面積を算出することで、ソーマーク１９ａの面積が最小になるときの照明条件を特定する。

【0153】

なお、上述の様に、位置Ｄにある照明ユニット１４からの光（第２成分Ｄ２を有する）は、位置Ｃにある照明ユニット１４からの光（第１成分Ｃ１を有する）に比べて、裏面１１ｂ側で反射され易い。

【0154】

それゆえ、選定される照明条件では、位置Ｄにある照明ユニット１４の光量が、位置Ｃにある照明ユニット１４の光量に比べて小さくなる。例えば、位置Ｄにある照明ユニット１４の光量は、第１段階（光量ゼロ）とされる。

【0155】

レーザー加工装置３２で被加工物２１に対してレーザー加工を施す際、コントローラ４２は、選定された上述の照明条件を用いて撮像された所定パターン１５ａを含む第１画像２３に基づいて、レーザービーム照射ユニット３８を制御することで、被加工物２１を加工する。

【0156】

具体的には、まず、裏面１１ｂが露出する様に保持面３４ａで表面１１ａ側が吸引保持され被加工物２１の表面１１ａ側を、選定された上述の照明条件を用いて顕微鏡２で撮像する。

【0157】

これにより、裏面１１ｂ側のソーマーク１９ａが比較的映り込み難い条件で、表面１１ａ側を撮像できる。なお、コントローラ４２は、新たに表面１１ａ側を撮像せずに、選定された上述の照明条件に対応する表面１１ａ側の画像を画像処理により得てもよい。

【0158】

図１２（Ｃ）は、設定工程Ｓ１０から特定工程Ｓ８０までを経て選定されたソーマーク１９ａが比較的映り込み難い照明条件に対応する表面１１ａ側の画像（即ち、第３画像２７）の模式図である。なお、照明条件の選定（即ち、Ｓ１０からＳ８０まで）は、顕微鏡２の撮像位置を変更する度に行われる。

【0159】

所定パターン１５ａを利用して加工位置の検出を行う際には、第３画像２７を利用するが、第３画像２７ではソーマーク１９ａの映り込みが比較的抑制されているので、画像処理において所定パターン１５ａを正しく認識しやすくなる。

【0160】

加工位置の検出の後、保持テーブル３４の回転角度を調整して、分割予定ライン１３をＸ軸方向と略平行にする。そして、レーザービームＬの集光点を被加工物２１の裏面１１ｂ又は内部に位置付けると共に、保持テーブル３４と集光点とを相対的にＸ軸方向に沿って移動させることで、被加工物２１に対してレーザー加工を施す。

【0161】

第２の実施形態に係るレーザー加工装置では、上述の顕微鏡２を有するので、同軸落射照明の場合に比べて、裏面１１ｂ側で反射されて対物レンズ４に入る光量を減らし、被加工物２１の表面１１ａ又は内部で散乱されて対物レンズ４に入る光量を増やすことができる。

【0162】

この様に、裏面１１ｂ側の反射光の影響を低減できるので、裏面１１ｂ側の反射光に起因して生じるノイズを低減できる。加えて、平行光を照射する従来の斜光照明に比べて、被加工物２１の表面１１ａ又は内部に到達する光量を増加させることができる。

【0163】

（第３の実施形態）なお、顕微鏡２は、レーザー加工装置３２だけでなく、切削装置（加工装置）５２に設けられてもよい。図１３は、切削装置５２を模式的に示す側面図である。なお、図１３では、切削装置５２の一部を機能ブロックで示す。

【0164】

切削装置５２は、円盤状の保持テーブル５４を有する。保持テーブル５４は、上述の保持テーブル３４と略同じであるので詳細な説明を省略する。保持テーブル５４には、真空ポンプ等の吸引源５６が接続されている。保持テーブル５４の保持面５４ａでは、裏面１１ｂ側が露出する様に被加工物２１の表面１１ａ側が吸引保持される。

【0165】

保持テーブル５４は、ボールねじ式のＸ軸方向移動機構（不図示）により、Ｘ軸方向（加工送り方向）に沿って移動可能に構成されている。保持テーブル５４の上方には、切削ユニット（加工ユニット）５８が設けられている。

【0166】

切削ユニット５８は、長手部がＹ軸方向に沿って配置された角筒状のスピンドルハウジング６０を有する。スピンドルハウジング６０内には、円柱状のスピンドル６２の一部が回転可能に収容されている。

【0167】

スピンドル６２の基端部近傍には、サーボモータ等の回転駆動源（不図示）が設けられている。スピンドル６２の先端部は、スピンドルハウジング６０から突出しており、この先端部には、円環状の切り刃を含む切削ブレード６４が装着されている。

【0168】

スピンドルハウジング６０の側方には、Ｘ軸方向に延びる不図示のアームを介して上述の顕微鏡２が固定されている。顕微鏡２は、対物レンズ４の光軸４ａがＺ軸方向に沿う様に配置されている。

【0169】

スピンドルハウジング６０は、ボールねじ式のＺ軸方向移動機構（不図示）により、Ｚ軸方向（高さ方向）に沿って移動可能に構成されている。例えば、切削ブレード６４の切り込み深さ位置や、顕微鏡２における対物レンズ４の集光点は、Ｚ軸方向移動機構により調整される。

【0170】

Ｚ軸方向移動機構は、ボールねじ式のＹ軸方向移動機構によりＹ軸方向（割り出し送り方向）に沿って移動可能に構成されている。Ｙ軸方向移動機構により、切削ブレード６４のＹ軸方向の位置が調整される。

【0171】

顕微鏡２、保持テーブル３４（即ち、吸引源５６、Ｘ軸方向移動機構等）、切削ユニット５８、Ｙ軸方向移動機構、Ｚ軸方向移動機構等の動作は、コントローラ６６により制御される。

【0172】

コントローラ６６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に代表されるプロセッサ６６ａと、メモリ６６ｂと、を含むコンピュータによって構成されている。メモリ６６ｂは、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の主記憶装置と、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の補助記憶装置と、を有する。

【0173】

補助記憶装置には、所定のプログラムを含むソフトウェアが記憶されている。このソフトウェアに従い処理装置等を動作させることによって、コントローラ６６の機能が実現される。

【0174】

コントローラ６６も、コントローラ４２と同様に、設定工程Ｓ１０から特定工程Ｓ８０までを経てソーマーク１９ａの面積が最小になるときの照明条件を選定する。コントローラ６６にも、コントローラ４２と同様に、設定工程Ｓ１０から特定工程Ｓ８０までを行うプログラムが記憶されている。

【0175】

コントローラ６６は、設定工程Ｓ１０から特定工程Ｓ８０までを経て選定された照明条件の下、顕微鏡２で撮像された被加工物２１の画像に基づいて、切削ユニット５８を制御することで分割予定ライン１３において被加工物２１を切削する（即ち、被加工物２１に加工を施す）。

【0176】

なお、照明ユニット１４と、ソーマーク１９ａと、の位置関係が予め判明している場合には、コントローラ６６が、第２成分Ｄ２を有する照明ユニット１４（位置Ｄ）からの光量を、第１成分Ｃ１を有する照明ユニット１４（位置Ｃ）からの光量に比べて低くする様に照明条件を設定してよい。

【0177】

第３の実施形態の切削装置５２も、上述の顕微鏡２を有するので、同軸落射照明の場合に比べて、裏面１１ｂ側で反射されて対物レンズ４に入る光量を減らし、被加工物２１の表面１１ａ又は内部で散乱されて対物レンズ４に入る光量を増やすことができる。

【0178】

この様に、裏面１１ｂ側の反射光の影響を低減できるので、裏面１１ｂ側の反射光に起因して生じるノイズを低減できる。加えて、平行光を照射する従来の斜光照明に比べて、被加工物２１の表面１１ａ又は内部に到達する光量を増加させることができる。

【0179】

その他、上述の実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。顕微鏡２における照明ユニット１４の数は、４つに限定されない。顕微鏡２は、２つ、３つ、又は、５つ以上の照明ユニット１４を有してもよい。

【0180】

また、被加工物２１の内部に改質領域を形成した場合、レーザー加工装置３２に設けられた顕微鏡２を用いて、分割予定ライン１３に沿って形成された改質領域及びクラックを撮像することもできる。

【符号の説明】

【0181】

２：顕微鏡
４：対物レンズ、４ａ：光軸、４ｂ：下端、４ｃ：交点（最近接となる領域）
６：鏡筒、８：近赤外カメラ、８ａ：筐体、８ｂ：撮像素子
１０：撮像ユニット
１１：被観察物、１１ａ：表面（他面）、１１ｂ：裏面（一面）
１２：ブラケット
１３：分割予定ライン、１３ａ：交差点
１４：照明ユニット、１６：光源、１８：基台
１５：デバイス、１５ａ：所定パターン
１７：一部の領域、１９：凹凸領域、１９ａ：ソーマーク
２０：筐体、２０ａ：開口
２２：コリメートレンズ、２４：集光レンズ、２４ａ：光軸
２１：被加工物、２３：第１画像、２５：第２画像、２７：第３画像
２６，２６Ａ：入射光
２８：放熱機構、２８ａ：フィン
２８ｂ：ベース基板、２８ｂ_１：一面、２８ｂ_２：他面、２８ｃ：ブラケット
３０：保持テーブル、３０ａ：保持面
３２：レーザー加工装置（加工装置）
３４：保持テーブル、３４ａ：保持面、３６：吸引源
３８：レーザービーム照射ユニット（加工ユニット）
３８ａ：ヘッド部、３８ｂ：レーザー発振器
４０：ハウジング
４２：コントローラ、４２ａ：プロセッサ、４２ｂ：メモリ
５２：切削装置（加工装置）
５４：保持テーブル、５４ａ：保持面、５６：吸引源
５８：切削ユニット（加工ユニット）
６０：スピンドルハウジング、６２：スピンドル、６４：切削ブレード
６６：コントローラ、６６ａ：プロセッサ、６６ｂ：メモリ
Ｌ：レーザービーム
Ｓ２：保持工程、Ｓ４：検出工程
Ｓ１０：設定工程、Ｓ２０：撮像工程、Ｓ３０：ＦＦＴ工程
Ｓ４０：抽出算出工程、Ｓ６０：光量変更工程、Ｓ７０：比較工程
Ｓ８０：特定工程
α：傾き角度、θ，θ_Ａ：開口角
Ａ１，Ａ２：（顕微鏡２の）位置、Ｂ：領域
Ｃ，Ｄ：（照明ユニット１４の）位置、Ｃ１：第１成分、Ｄ２：第２成分、Ｅ：撮像領域

【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】