特許 7417019 亀裂検出装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-10

(45)【発行日】2024-01-18

(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 20060101AFI20240111BHJP

【ＦＩ】

G01B11/22 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019108233

(22)【出願日】2019-06-10

(65)【公開番号】P2020201130

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2022-05-31

(73)【特許権者】

【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】百村 和司

【審査官】眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１３３９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－００７１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７８８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－３０７２１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工物に対面する位置に配置された集光レンズと、
前記集光レンズを介して前記被加工物に検出光を偏射照明する測定照明用光源と、
前記測定照明用光源からの前記検出光を前記集光レンズに結像する結像レンズと、
前記偏射照明が行われた場合に前記被加工物で反射した前記検出光の反射光を、前記集光レンズを介して検出し、前記検出光の前記反射光に対応する検出信号を出力する光検出部と、
前記検出信号に基づき、前記被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂を検出する亀裂検出部と、
前記結像レンズの下流側に配置された撮像素子を備え、前記亀裂の検出を行う前に、前記集光レンズ及び前記結像レンズを介して、前記被加工物に形成されたレーザー加工領域を含むアライメント用画像を、前記撮像素子により撮像する撮像光学系と、
前記アライメント用画像から前記レーザー加工領域を検出し、前記レーザー加工領域と前記集光レンズのアライメントを行う制御部と、
を備える亀裂検出装置。

【請求項2】

前記集光レンズと前記結像レンズとの間に配置されたハーフミラーであって、前記偏射照明が行われた場合に前記被加工物で反射した前記検出光の前記反射光を前記光検出部に導光し、前記アライメント用画像の撮像時に前記被加工物からの光を前記結像レンズ側に透過させるハーフミラーを備える請求項１記載の亀裂検出装置。

【請求項3】

前記撮像光学系は、照明光を出射する光源を備え、
前記集光レンズを介して前記照明光を前記被加工物に照射した場合に、前記撮像素子により前記被加工物で反射した前記照明光の反射光を受光し、前記アライメント用画像を撮像する、請求項１又は２記載の亀裂検出装置。

【請求項4】

前記集光レンズよりも低倍率のアライメント用レンズをさらに備え、
前記撮像素子は、前記アライメント用レンズを介して前記照明光を前記被加工物に照射した場合に前記被加工物で反射した前記照明光の反射光を受光して、前記アライメント用画像よりも広視野の予備アライメント用画像を撮像し、
前記制御部は、前記予備アライメント用画像から前記レーザー加工領域を検出し、前記レーザー加工領域と前記集光レンズの予備的なアライメントを行う請求項３記載の亀裂検出装置。

【請求項5】

集光レンズ及び結像レンズを介して、被加工物に形成されたレーザー加工領域を含むアライメント用画像を、前記結像レンズの下流側に配置された撮像素子により撮像する撮像ステップと、
前記アライメント用画像からレーザー加工領域を検出し、前記レーザー加工領域と集光レンズのアライメントを行うステップと、
測定用光源からの検出光を前記結像レンズにより前記集光レンズに結像し、前記集光レンズを介して前記被加工物に前記検出光を偏射照明するステップと、
前記偏射照明が行われた場合に前記被加工物で反射した前記検出光の反射光を、前記集光レンズを介して光検出部により検出し、前記検出光の前記反射光に対応する検出信号を出力する検出ステップと、
前記検出信号に基づき、前記被加工物の内部に形成された亀裂を検出するステップと、
を備える亀裂検出方法。

【請求項6】

前記撮像ステップでは、前記集光レンズと前記結像レンズとの間に配置されたハーフミラーと、前記結像レンズとを順次透過した前記被加工物からの光を前記撮像素子により受光して、前記アライメント用画像を撮像し、
前記検出ステップでは、前記偏射照明が行われた場合に前記被加工物で反射した前記検出光の前記反射光を、前記ハーフミラーにより反射して前記光検出部に導光する、請求項５記載の亀裂検出方法。

【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、シリコンウェーハやガラスウェーハ等の基板（以下、「被加工物」という。）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、加工ラインに沿って被加工物の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加工装置（レーザーダイシング装置ともいう。）が知られている。レーザー加工領域が形成された被加工物は、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】

ところで、レーザー加工装置により被加工物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被加工物の厚さ方向に亀裂（クラック）が伸展する。その亀裂が被加工物の表面（レーザー光入射面）若しくは反対側の裏面まで到達していれば、割断プロセスにおいてチップへの分断を適正に行うことができる。その理由としては、被加工物の内部に形成された亀裂は、被加工物を分断する際の起点となるため、その亀裂の伸展度合いが被加工物の分断率を左右することによる。また、厚い被加工物の場合には、亀裂が被加工物の表面又は裏面に到達しないことがあるため、被加工物の表面又は裏面に亀裂が到達したか否かでは必ずしもレーザー加工領域が適正に形成されたか否かを適切に判断できない場合がある。

【0004】

したがって、レーザー加工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、被加工物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、被加工物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。そして、被加工物の内部にレーザー加工領域が適正に形成されていない箇所があれば、その部分だけ、再度、レーザー加工装置により再加工することや、割断プロセスにおける割断方法を変えるなどの対応が可能となる。これによって、その後の割断プロセスにおけるチップの損失を無くすことができる。また、不良箇所の発生状況などを参考にしてレーザー加工装置における加工条件を修正することもでき、その後に加工する被加工物でのレーザー加工領域の不良箇所の発生を低減させることができる。不良箇所のレーザー加工領域を再加工する場合には、不良箇所の発生を低減させることによって、再加工に要する時間の損失も低減させることができる。

【0005】

一方、被加工物の内部に発生した亀裂の評価は、従来、試料を切断研磨するか、限られた条件下での観察が行われていた。そのため、レーザー加工装置を用いた加工プロセスへの適用は困難であった。

【0006】

これに対し、被加工物の内部に形成された亀裂を非破壊で検査する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

【0007】

特許文献１に開示された技術では、亀裂の一方から光を入射させ、亀裂を含む領域を透過した光を検出し、亀裂により入射光が散乱されることに起因する検出光量の低下を利用して亀裂の検査を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１７－１３３９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に開示された技術では、亀裂に光を入射させるための集光レンズを被加工物に対して水平方向に走査して、被加工物の面方向における亀裂の位置を探索する。次に、集光レンズを被加工物の厚さ方向に走査することにより、亀裂の亀裂深さを検出する。すなわち、被加工物の内部に形成された面方向における亀裂の位置を、集光レンズを水平方向に走査することにより探索するため、被加工物の面方向における亀裂の位置の特定に時間がかかるという問題があった。また、被加工物の内部の亀裂以外の構造を検出する可能性があった。

【0010】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、亀裂検出の効率を向上させ、亀裂検出の信頼性を高めることが可能な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】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る亀裂検出装置は、被加工物に対面する位置に配置された集光レンズと、集光レンズを介して被加工物に検出光を偏射照明する測定照明用光源と、偏射照明が行われた場合に被加工物で反射した検出光の反射光を、集光レンズを介して検出し、検出光の反射光に対応する検出信号を出力する光検出部と、検出信号に基づき、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂を検出する亀裂検出部と、亀裂の検出を行う前に、集光レンズを介して、被加工物に形成されたレーザー加工領域を含むアライメント用画像を撮像する撮像光学系と、アライメント用画像からレーザー加工領域を検出し、レーザー加工領域と集光レンズのアライメントを行う制御部とを備える。

【0012】

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、撮像光学系は、照明光を出射する光源と、集光レンズを介して照明光を被加工物に照射した場合に被加工物で反射した照明光の反射光を受光し、アライメント用画像を撮像する撮像素子とを備える。

【0013】

本発明の第３の態様に係る亀裂検出装置は、第２の態様において、集光レンズよりも低倍率のアライメント用レンズをさらに備え、撮像素子は、アライメント用レンズを介して照明光を被加工物に照射した場合に被加工物で反射した照明光の反射光を受光して、アライメント用画像よりも広視野の予備アライメント用画像を撮像し、制御部は、予備アライメント用画像からレーザー加工領域を検出し、レーザー加工領域と集光レンズの予備的なアライメントを行うようにしたものである。

【0014】

本発明の第４の態様に係る亀裂検出方法は、被加工物に形成されたレーザー加工領域を含むアライメント用画像を撮像するステップと、アライメント用画像からレーザー加工領域を検出し、レーザー加工領域と集光レンズのアライメントを行うステップと、集光レンズを介して被加工物に検出光を偏射照明するステップと、偏射照明が行われた場合に被加工物で反射した検出光の反射光を、集光レンズを介して検出し、検出光の反射光に対応する検出信号を出力するステップと、検出信号に基づき、被加工物の内部に形成された亀裂を検出するステップとを備える。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、亀裂検出の前にアライメント用画像を用いて集光レンズと被加工物のアライメントを行うことにより、亀裂検出の効率を向上させ、かつ、亀裂検出の信頼性を高めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】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図である。

【図2】図２は、被加工物の画像を示す図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施形態に係る亀裂検出方法を示すフローチャートである。

【図4】図４は、本発明の第２の実施形態に係る亀裂検出装置を示す図である。

【図5】図５は、本発明の第２の実施形態に係る亀裂検出方法を示すフローチャートである。

【図6】図６は、本発明の第３の実施形態に係る亀裂検出装置を示す図である。

【図7】図７は、本発明の第４の実施形態に係る亀裂検出装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

［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図である。なお、図１では、被加工物Ｗが載置されるステージＳＴをＸＹ平面と平行な平面とし、Ｚ方向を被加工物Ｗの厚さ方向とする３次元直交座標系を用いる。

【0019】

本実施形態に係る亀裂検出装置１は、被加工物Ｗに対して検出光を照射（偏射照明）し、被加工物Ｗからの反射光を検出することで、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する。本実施形態に係る亀裂検出装置１は、亀裂の検出の前に、被加工物Ｗの撮像を行い、撮像画像からレーザー加工領域を検出し、測定対物レンズ１４を含む測定部と被加工物Ｗの位置制御を行う。

【0020】

なお、亀裂検出装置１は、被加工物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１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については説明を省略する。

【0021】

図１に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１は、制御部１０、駆動部１２及び測定対物レンズ１４を含んでいる。

【0022】

制御部１０は、亀裂検出装置１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１０としては、例えば、パーソナルコンピュータ又はワークステーションを用いることができる。制御部１０には、操作者による操作入力を受け付けるための操作部（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）、操作ＧＵＩ（Graphical User Interface）及び画像（例えば、亀裂の検出結果等）を表示する表示部（例えば、液晶ディスプレイ）が接続されていてもよい。

【0023】

駆動部１２は、Ｚ方向並びにＸ及びＹ方向に測定対物レンズ１４を含む測定部を移動させるための動力源（例えば、モーター等）を備えている。駆動部１２により測定部を移動させることにより、測定対物レンズ１４は、被加工物Ｗに対面する位置に配置され、被加工物Ｗに照射される検出光Ｌ１の集光点の位置を走査することができる。

【0024】

なお、本実施形態では、測定部を移動させるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ステージＳＴ及び測定部の両方、若しくはステージＳＴを移動させることにより、検出光Ｌ１の集光点の位置を走査することができる。

【0025】

（撮像光学系）
次に、被加工物Ｗの撮像を行うための撮像光学系について説明する。なお、本実施形態では、撮像光学系、測定照明光学系及び検出光学系は光軸（主光軸）を共有している。以下の説明では、主光軸をＡＸと記載する。

【0026】

図１に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１の撮像光学系は、光源１６、照明レンズ１８、ハーフミラー２０及び２２、結像レンズ２４並びに撮像素子２８を含んでいる。

【0027】

光源１６は、被加工物Ｗを照明するための照明光を出射する。ここで、照明光としては、可視光又は赤外光を用いることができる。光源１６としては、例えば、発光ダイオードを用いることができる。光源１６は、測定対物レンズ１４のレンズ瞳（射出瞳）と共役関係になる位置に配置されている。光源１６は、制御部１０と接続されており、制御部１０により光源１６の出射制御が行われる。

【0028】

光源１６から出射された照明光は、光軸ＡＸ１に沿って出射され、照明レンズ１８（例えば、凸レンズ、平凸レンズ）によってコリメート光に変換される。ハーフミラー２０及び２２によって反射され測定対物レンズ１４に導光される照明光の光軸ＡＸ１は、測定対物レンズ１４の光軸（主光軸ＡＸ）と一致する。

【0029】

次に、照明光は、ハーフミラー２０及び２２によって反射されて結像レンズ２４に導光される。結像レンズ２４は、その前側焦点位置が測定対物レンズ１４のレンズ瞳に一致するように配置されている。光源１６から出射された照明光は、結像レンズ２４によって測定対物レンズ１４のレンズ瞳に結像された後、測定対物レンズ１４により被加工物Ｗに結像される。測定対物レンズ１４及び結像レンズ２４は、それぞれのレンズ光軸が光軸ＡＸと同軸に配置されている。ここで、測定対物レンズ１４は、本発明の集光レンズとして機能する。

【0030】

撮像素子２８は、結像レンズ２４の後側焦点位置に配置されている。被加工物Ｗからの反射光（照明光の反射光）は、測定対物レンズ１４の主光軸ＡＸに沿って進み、撮像素子２８に結像する。撮像素子２８は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサーを含んでいる。撮像素子２８は、イメージセンサーの各受光素子が検出した光強度を示すアナログ又はデジタルの検出信号を生成し、制御部１０に出力する。

【0031】

制御部１０は、被加工物Ｗの画像（アライメント用画像）に対して画像認識処理を施して、レーザー加工領域Ｒ１を検出し、レーザー加工領域Ｒ１と測定対物レンズ１４の位置合わせ（アライメント）を行う。

【0032】

図２は、被加工物の画像を示す図である。図２に示すように、被加工物Ｗの画像において、レーザー加工領域Ｒ１は、黒い略直線状又は帯状の領域として検出され、レーザー加工領域Ｒ１以外の領域は、レーザー加工領域Ｒ１よりも輝度が高い（白い）。制御部１０は、被加工物Ｗの画像に対して画像認識処理を施して、黒い略直線状又は帯状の領域をレーザー加工領域Ｒ１として検出する。

【0033】

次に、制御部１０は、駆動部１２を制御して、主光軸ＡＸ上にレーザー加工領域Ｒ１が位置するように測定対物レンズ１４と被加工物Ｗの相対位置を調整し、亀裂検出時の測定対物レンズ１４の水平方向（Ｙ方向）の走査範囲Ｒ２を設定する。ここで、走査範囲Ｒ２は、レーザー加工領域Ｒ１を包含する領域である。レーザー加工領域Ｒ１に沿って伸びる線Ｌ１を含む平面がＺＸ平面と平行とした場合、制御部１０は、線Ｌ１に対して、±Ｙ方向に所定距離の領域を走査範囲Ｒ２として設定することが可能である。

【0034】

これにより、亀裂検出を行う範囲をレーザー加工領域Ｒ１の近傍に限定することができるので、亀裂検出の効率化と信頼性の向上を実現することができる。

【0035】

なお、本実施形態では、被加工物Ｗに照明光を照射して被加工物Ｗを観察する同軸落斜照明系（明視野照明系）を用いたが、本発明はこれに限定されない。明視野照明系に代えて暗視野照明系を用いて被加工物Ｗの観察を行うことも可能である。

【0036】

暗視野照明系を用いる場合、例えば、被加工物Ｗの周囲に配置されたリング照明から照射される光、又は円錐レンズを用いてリング状に変換された光（暗視野照明光）を被加工物Ｗに照射する。そして、被加工物Ｗからの散乱光を観察することにより、レーザー加工領域Ｒ１の検出を行う。

【0037】

ここで、レーザー加工領域は、明視野照明系を用いる場合には被加工物Ｗの画像において黒い画像領域として検出されるが、暗視野照明系を用いる場合には白い画像領域として検出される。したがって、暗視野照明系を用いる場合には、画像処理により白黒を反転させることにより、明視野照明系を用いる場合と同等の画像を得ることが可能になる。

【0038】

（測定照明光学系）
次に、亀裂検出のための検出光Ｌ１の照射を行うための測定照明光学系について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１の測定照明光学系は、レーザー光源３０、照明レンズ３２、ハーフミラー２２、結像レンズ２４及び測定対物レンズ１４を含んでいる。ここで、ハーフミラー２２及び結像レンズ２４は、測定照明光学系の構成要素であり、かつ、撮像光学系の構成要素でもある。測定照明光学系は、照明レンズ３２と結像レンズ２４とからなる４Ｆ光学系を含んでいる。

【0039】

レーザー光源（測定照明用光源）３０は、被加工物Ｗの界面の検出及び被加工物Ｗの内部に形成された亀裂の検出に用いられる検出光Ｌ１を、光軸ＡＸ２に平行かつ光軸ＡＸ２から偏心した光源光軸に沿って出射する。レーザー光源３０としては、例えば、ＬＤ（Laser Diode）光源を用いることができる。レーザー光源３０において検出光Ｌ１を射出するレーザー開口は、測定対物レンズ１４のレンズ瞳と共役関係になる位置に配置されている。レーザー光源３０は、制御部１０と接続されており、制御部１０によりレーザー光源３０の出射制御が行われる。なお、偏射照明を行う際には、レーザー光源３０のレーザー開口を光軸ＡＸ２に対してずらして配置することにより、検出光Ｌ１を光軸ＡＸ２に対して偏心させるようにしてもよいし、光軸ＡＸ２に対して偏心した位置にピンホールを形成した遮光部材をレーザー開口に配置して検出光Ｌ１を光軸ＡＸ２に対して偏心させるようにしてもよい。光軸ＡＸ２は、ハーフミラー２２により折り曲げられることにより、測定対物レンズ１４の光軸（主光軸ＡＸ）と一致する。

【0040】

照明レンズ（例えば、凸レンズ）３２は、レーザー光源３０から出射された検出光Ｌ１を集光する。照明レンズ３２によって集光された検出光Ｌ１は、ハーフミラー２０を透過し、ハーフミラー２２によって反射されて結像レンズ２４に導光され、平行光束として照明レンズ３２と結像レンズ２４とからなる４Ｆ光学系から射出される。

【0041】

結像レンズ２４によって結像された検出光Ｌ１は、測定対物レンズ１４によって被加工物Ｗに所定の傾きで入射（偏射照明）されて集光（合焦）される。

【0042】

駆動部１２は、測定対物レンズ１４及びステージＳＴの相対位置を調整して、被加工物Ｗに偏射照明される検出光Ｌ１の集光点の位置を移動させる。

【0043】

測定対物レンズ１４によって被加工物Ｗに集光されて反射された反射光（Ｌ２、Ｌ３）は、検出光学系に導光され、被加工物Ｗの亀裂検出に用いられる。

【0044】

（検出光学系）
次に、亀裂検出を行うための検出光学系について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１の検出光学系は、ハーフミラー２６、リレーレンズ３４、３６及び検出器３８を含んでいる。検出光学系は、リレーレンズ３４と３６とからなる４Ｆ光学系を含んでいる。

【0045】

被加工物Ｗからの反射光（Ｌ２、Ｌ３、検出光の反射光）は、ハーフミラー２６によって反射された後、光軸ＡＸ３に沿ってリレーレンズ３４に入射し、リレーレンズ３４及び３６を経て、検出器３８（光検出部）の受光面に結像される。

【0046】

検出器３８の受光面は、測定対物レンズ１４の集光点の位置と光学的に共役関係になるように配置されている。

【0047】

検出器３８としては、被加工物Ｗから受光した反射光（Ｌ２、Ｌ３）を検出信号（電気信号）に変換して制御部１０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。検出器３８は、反射光（Ｌ２、Ｌ３）の集光点の位置を分離して検出可能なアレイ状のフォトダイオードであってもよいし、その受光面が反射光（Ｌ２、Ｌ３）をそれぞれ受光するための２つの領域に分割されたものであってもよい。なお、検出器３８として赤外線カメラを用いて、画像処理を行うことにより反射光（Ｌ２、Ｌ３）の集光点の位置を検出するようにしてもよい。

【0048】

（亀裂深さの検出の第１の例）
制御部１０（亀裂検出部）は、被加工物Ｗに検出光Ｌ１を照射（偏射照明）しながら、測定対物レンズ１４とステージＳＴとをＺ方向に相対的に移動させる。そして、制御部１０は、反射光（Ｌ２、Ｌ３）の検出信号の出力に基づいて被加工物Ｗの亀裂検出を行う。なお、亀裂検出方法としては、特開２０１７－１３３９９７号公報（特許文献１）に開示された方法を用いることができる。以下、簡単に説明する。

【0049】

検出光Ｌ１の集光点に亀裂が存在しない場合には、検出光Ｌ１は被加工物Ｗの裏面で反射されて、その反射光Ｌ２は測定対物レンズ１４のレンズ瞳の検出光Ｌ１と反対側の領域に到達する。一方、検出光Ｌ１の集光点に亀裂が存在する場合には、検出光Ｌ１は亀裂で全反射されて、その反射光Ｌ３は測定対物レンズ１４のレンズ瞳の検出光Ｌ１と同じ側の領域に到達する。また、検出光Ｌ１の集光点と亀裂下端位置又は亀裂上端位置とが一致する場合には、検出光Ｌ１は、亀裂で全反射されずに被加工物Ｗの裏面で反射される反射光Ｌ２と、亀裂で全反射される反射光Ｌ３とに分割される。

【0050】

検出器３８から出力される反射光Ｌ２及びＬ３の検出信号の出力をそれぞれＤ１及びＤ２としたとき、反射光Ｌ２及びＬ３の検出信号の評価値Ｓは、次式で表すことができる。

【0051】

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、検出器３８によって検出される反射光Ｌ２及びＬ３の光量が一致するとき、測定対物レンズ１４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。

【0052】

制御部１０は、駆動部１２を制御して、測定対物レンズ１４の集光点を、被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に順次変化させながら、反射光Ｌ２及びＬ３の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を算出する。そして、制御部１０は、この評価値Ｓを評価することによって亀裂の亀裂深さ（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。

【0053】

（亀裂深さの検出の第２の例）
また、別の例として、反射光Ｌ２のみを用いて亀裂の検出を行うことも可能である。本例では、検出光Ｌ１の集光点に亀裂が存在しない場合の反射光Ｌ２の光量と、検出光Ｌ１の集光点に亀裂が存在する場合の反射光Ｌ２の光量とに基づいて亀裂の検出を行う。

【0054】

ここで、測定対物レンズ１４の集光点を、被加工物Ｗの下面側から＋Ｚ方向に移動させる場合について説明する。まず、集光点が亀裂下端位置に近づくにつれて、検出光Ｌ１の一部が亀裂によって反射され、反射光Ｌ２の光量が減少していき、反射光Ｌ２の光量がゼロになる。そして、集光点が亀裂上端位置に到達し、亀裂上端位置から遠ざかるにつれて、反射光Ｌ２の光量が増加し、検出光Ｌ１の集光点に亀裂が存在しない場合の反射光Ｌ２の光量に戻る。本例では、反射光Ｌ２の検出信号の出力Ｄ１の減少分及び増加分を、それぞれ、反射光Ｌ３の検出信号の出力Ｄ２の増加分及び減少分として評価して、亀裂の検出を行う。ここで、検出光Ｌ１の集光点に亀裂が存在しない場合の反射光Ｌ２の検出信号の出力をＤ１_０とすると、本例における反射光Ｌ２の検出信号の評価値Ｓ２は、式（２）で表すことができる。

【0055】

Ｓ２＝Ｄ１／Ｄ１_０ ・・・（２）
式（２）において、Ｓ２＝０．５の条件を満たすとき、すなわち、検出器３８によって検出される反射光Ｌ２の光量が、検出光Ｌ１の集光点に亀裂が存在しない場合の反射光Ｌ２の光量の約２分の１のとき、測定対物レンズ１４の集光点と亀裂下端位置（又は亀裂上端位置）とが一致する。

【0056】

制御部１２は、駆動部１２を制御して、測定対物レンズ１４の集光点を、被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に順次変化させながら、反射光Ｌ２の検出信号を順次取得し、この検出信号に基づいて式（２）で示される評価値Ｓ２が約０．５になる位置を２か所検出する。これにより、亀裂の亀裂深さ（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。

【0057】

なお、本例では、反射光Ｌ２のみを用いて亀裂の検出を行ったが、例えば、反射光Ｌ３のみを用いて、上記と同様に亀裂の検出を行ってもよい。

【0058】

（亀裂検出方法）
図３は、本発明の第１の実施形態に係る亀裂検出方法を示すフローチャートである。

【0059】

まず、撮像光学系により被加工物Ｗを撮像する（ステップＳ１０）。制御部１０は、ステップＳ１０において撮像した画像からレーザー加工領域Ｒ１を検出し（ステップＳ１２）、測定対物レンズ１４の走査範囲Ｒ２を設定し、測定対物レンズ１４とステージＳＴとを相対的に移動させる（ステップＳ１４）。

【0060】

次に、制御部１０は、駆動部１２を制御して、測定対物レンズ１４の集光点を、被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に順次変化させながら、反射光Ｌ２及びＬ３の検出信号を順次取得し、亀裂深さ（亀裂下端位置及び亀裂上端位置）を検出する（ステップＳ１６）。そして、制御部１０は、亀裂下端位置及び亀裂上端位置に基づいて、亀裂の長さを算出する（ステップＳ１８）。上記のようにして取得した亀裂深さ及び亀裂の長さは、被加工物Ｗの加工条件のフィードバック等に用いられる。

【0061】

本実施形態によれば、撮像光学系によりレーザー加工領域Ｒ１を検出し、測定対物レンズ１４の走査範囲を特定の範囲に限定するようにしたので、亀裂検出を効率的に行うことが可能になる。さらに、レーザー加工領域Ｒ１をあらかじめ検出した上で、測定対物レンズ１４の走査範囲を設定するので、レーザー加工領域Ｒ１以外の被加工物Ｗの内部の構造物等が亀裂として検出されることを防止することができる。

【0062】

なお、本実施形態では、図１に示すように、検出光学系のハーフミラー２６は、撮像光学系及び測定照明光学系の構成要素の１つであるハーフミラー２２よりも測定対物レンズ１４に近い側（下流側）に配置されている。すなわち、検出光学系が測定対物レンズ１４により近い位置に配置されるので、検出光学系（４Ｆ光学系）を構成するリレーレンズ３４及び３６の焦点距離を短くすることができ、検出光学系の全長を短くすることができる。これにより、亀裂検出装置１のサイズをコンパクトにすることが可能になる。

【0063】

また、本実施形態では、測定照明光学系と検出光学系とを別々に設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、測定照明光学系及び検出光学系の構成要素の一部を共用する配置にすることも可能である。

【0064】

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。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。

【0065】

図４は、本発明の第２の実施形態に係る亀裂検出装置を示す図である。図４に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１Ａは、アライメント光学系を備えている。

【0066】

本実施形態では、撮像光学系を用いたレーザー加工領域Ｒ１の検出の前に、撮像光学系よりも低倍率で広視野のアライメント光学系を用いて被加工物Ｗの撮像を行う。そして、制御部１０は、広視野の画像からレーザー加工領域Ｒ１の位置を検出する。制御部１０は、広視野の画像から検出したレーザー加工領域Ｒ１の位置に基づいて、測定対物レンズ１４とステージＳＴの予備的なアライメントを行って、駆動部１２により、測定対物レンズ１４をレーザー加工領域Ｒ１に近づける制御を行う。

【0067】

次に、制御部１０は、撮像光学系を用いて、広視野の画像から検出したレーザー加工領域Ｒ１を含む周辺領域の撮像を行い、レーザー加工領域Ｒ１の検出を行う。

【0068】

（アライメント光学系）
図４に示すように、アライメント光学系は、光源１６、照明レンズ１８、ハーフミラー２０及び２２、ミラー（全反射ミラー）５０、結像レンズ５２並びに撮像素子２８を含んでいる。ここで、光源１６、照明レンズ１８、ハーフミラー２０及び２２並びに撮像素子２８は、アライメント光学系の構成要素であり、かつ、撮像光学系の構成要素でもある。

【0069】

光源１６は、光軸ＡＸ１に沿って照明光を出射する。光源１６から出射された照明光は、照明レンズ１８（例えば、凸レンズ、平凸レンズ）によってコリメート光に変換された後、ハーフミラー２０及びミラー５０によって反射されて結像レンズ５２に導光される。

【0070】

結像レンズ５２（アライメント用レンズ）は、測定対物レンズ１４よりも低倍率で広視野のレンズである。光源１６から出射された照明光は、結像レンズ５２によって被加工物Ｗに照射される。

【0071】

撮像素子２８は、結像レンズ５２の後側結像位置に配置されており、被加工物Ｗからの反射光を受光する。被加工物Ｗからの反射光は、ミラー５０及びハーフミラー２２により順次反射されて撮像素子２８に結像される。これにより、アライメント用画像よりも広視野の被加工物Ｗの画像（予備アライメント用画像）が撮像される。

【0072】

制御部１０は、広視野の被加工物Ｗの画像からレーザー加工領域Ｒ１を検出し、駆動部１２により、測定対物レンズ１４とステージＳＴの相対位置を移動させて、予備的なアライメントを行う。他の動作は第１の実施形態と同様である。

【0073】

（亀裂検出方法）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る亀裂検出方法を示すフローチャートである。

【0074】

図５に示すように、本実施形態では、撮像光学系を用いて被加工物Ｗの撮像を行う（ステップＳ３４）前に、アライメント光学系を用いて被加工物Ｗの低倍率で広視野の画像が撮像される（ステップＳ３０）。そして、制御部１０は、この画像から検出されたレーザー加工領域Ｒ１の位置に基づいて、駆動部１２により予備的なアライメントを行う（ステップＳ３２）。なお、ステップＳ３４からＳ４２については、図３のステップＳ１０からＳ１８とそれぞれ同様であるため説明を省略する。

【0075】

本実施形態では、撮像光学系よりも低倍率で広視野のアライメント光学系により撮像した広視野の画像を撮像し、この広視野の画像を用いて予備的なアライメントを行う。そして予備的なアライメントを行った後で、撮像光学系を用いた高倍率の画像を用いて測定対物レンズ１４と被加工物Ｗとのアライメントを行う。このとき、撮像光学系を用いた撮像範囲をレーザー加工領域Ｒ１の周辺領域に限定することができるので、レーザー加工領域Ｒ１の位置の検出精度を高めることができる。

【0076】

なお、本実施形態の光源１６は、アライメント光学系と撮像光学系で共通である。このため、光源１６は、結像レンズ５２及び結像レンズ２４の開口を満足する位置及び大きさのものを用いることが好ましい。この場合、光源１６と結像レンズ５２のレンズ瞳の位置とが共役関係にはない場合でも、視野ムラ等の問題が生じない範囲が比較的広くなる。このため、視野ムラ等の問題が生じない範囲で、結像レンズ５２及び結像レンズ２４の倍率の照明条件を満足する構成とすることができる。

【0077】

また、本実施形態では、アライメント光学系と撮像光学系における照明のための光源を共通にしたが、別々に設けてもよい。この場合、アライメント光学系及び撮像光学系の各光源としては、それぞれ結像レンズ５２及び結像レンズ２４の開口に対応する位置及び大きさのものを用いることができる。

【0078】

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下の説明において、第１及び第２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。

【0079】

図６は、本発明の第３の実施形態に係る亀裂検出装置を示す図である。図６に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１Ｂは、撮像光学系の光源１６Ｂ及び照明レンズ１８Ｂの位置が第１の実施形態と異なっている。

【0080】

図６に示すように、測定対物レンズ１４とハーフミラー２６との間にハーフミラー６０が配置されている。光源１６からの照明光は、照明レンズ１８Ｂを通ってハーフミラー６０により折り曲げられて、被加工物Ｗに照射される。

【0081】

本実施形態によれば、光源１６Ｂと測定対物レンズ１４及び被加工物Ｗとの間の距離を短くすることができる。このため、光源１６Ｂとしては、より小型のものを用いても照度を確保することが可能になる。

【0082】

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。以下の説明において、第１から第３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。

【0083】

図７は、本発明の第４の実施形態に係る亀裂検出装置を示す図である。図７に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１Ｃは、撮像光学系と検出光学系が光軸ＡＸを共有しつつ互いに分離されている点で、第３の実施形態と異なっている。

【0084】

具体的には、撮像光学系の照明レンズ１８Ｂとハーフミラー６０との間にハーフミラー７０が追加されており、被加工物Ｗから撮像光学系の撮像素子２８Ｃに至る光路が測定照明光学系及び検出光学系の光路と分離されている。そして、本実施形態に係る測定照明光学系は、ハーフミラー２２に代えて、ミラー（全反射ミラー）２２Ｃを備えている。

【0085】

光源１６Ｂから被加工物Ｗに照射された照明光は、被加工物Ｗで反射された後、ハーフミラー６０及び７０を通って結像レンズ７２に導光される。

【0086】

撮像素子２８Ｃは、結像レンズ７２の後側焦点位置に配置されており、被加工物Ｗからの反射光は、結像レンズ７２により撮像素子２８Ｃに結像される。

【0087】

本実施形態では、撮像光学系の結像レンズ７２と測定照明光学系の結像レンズ２４とが分離されるので、光源１６Ｂ及びレーザー光源３０に応じて結像レンズ７２及び結像レンズ２４を個別に調整することができる。これにより、亀裂検出装置１Ｃの光学系の設計の自由度を高めることができる。

【符号の説明】

【0088】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…亀裂検出装置、１０…制御部、１２…駆動部、１４…測定対物レンズ、１６、１６Ｂ…光源、１８、１８Ｂ…照明レンズ、２０、２２…ハーフミラー、２２Ｃ…ミラー、２４…結像レンズ、２６…ハーフミラー、２８…撮像素子、３０…レーザー光源、３２…照明レンズ、３４、３６…リレーレンズ、３８…検出器、５０…ミラー、５２…結像レンズ、６０…ハーフミラー、７０…ハーフミラー、７２…結像レンズ、ＳＴ…ステージ、Ｗ…被加工物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】