JP7665345B2 - 観察装置、及び、観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、観察装置、及び、観察方法に関する。

半導体基板と、半導体基板の表面に形成された機能素子層と、を備えるウェハを複数のラインのそれぞれに沿って切断するために、半導体基板の裏面側からウェハにレーザ光を照射することにより、複数のラインのそれぞれに沿って半導体基板の内部に複数列の改質領域を形成するレーザ加工装置が知られている。特許文献１に記載のレーザ加工装置は、赤外線カメラを備えており、半導体基板の内部に形成された改質領域、機能素子層に形成された加工ダメージ等を半導体基板の裏面側から観察することが可能となっている。

特開２０１７－６４７４６号公報

上記のように、赤外線カメラによって半導体基板の内部に形成された改質領域を観察した場合、半導体基板の厚さ方向について、改質領域のどの部分が検出されているかが明確でない場合がある。したがって、上記技術分野にあっては、半導体基板の厚さ方向についての改質領域の上端位置・下端位置や幅といった改質領域の位置に関するより正確な情報を取得する要求がある。

本発明は、改質領域の位置に関する情報をより正確に取得可能とする観察装置、及び、観察方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を進めることにより、次のような知見を得るに至った。すなわち、上記の半導体基板といった対象物の内部に、例えばレーザ加工によって改質領域を形成すると、当該改質領域から様々な方向に延びる亀裂も形成される場合がある。そして、その亀裂のうち、対象物のレーザ光入射面に交差するＺ方向とレーザ加工の進行方向であるＸ方向とに交差する亀裂は、改質領域と比較して、対象物を透過する透過光によってピンポイントで検出される。したがって、このＸ方向及びＺ方向に交差する亀裂が撮像された位置に関する情報を取得できれば、当該位置に基づいて、より正確に改質領域の位置に関する情報を取得できるのである。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明に係る観察装置は、対象物に透過性を有する透過光によって対象物を撮像するための撮像部と、少なくとも撮像部を制御するための制御部と、を備え、対象物は、第１面と第１面の反対側の第２面とを含み、対象物には、第１面及び第２面に沿ったＸ方向に配列された改質領域及び改質領域から延びる亀裂が形成されており、制御部は、撮像部の制御により、透過光を第１面から対象物の内部に入射させつつ、亀裂のうちの第１面及び第２面に交差するＺ方向及びＸ方向に交差する方向に延びる亀裂である対象亀裂を透過光により撮像する。

また、本発明に係る観察方法は、第１面と第１面の反対側の第２面とを含み、第１面及び第２面に沿ったＸ方向に配列された改質領域及び改質領域から延びる亀裂が形成された対象物を用意する用意工程と、用意工程の後に、対象物を透過する透過光を第１面から対象物に入射させつつ、亀裂のうちの第１面及び第２面に交差するＺ方向及びＸ方向に交差する方向に延びる亀裂である対象亀裂を透過光により撮像する撮像工程と、を備える。

これらの装置及び方法の対象となる対象物には、Ｘ方向に沿って配列された改質領域及び改質領域から延びる亀裂が形成されている。そして、このような対象物に対して、対象物を透過する透過光を用いてＸ方向及びＺ方向に交差する対象亀裂が撮像される。上記の知見のとおり、改質領域からＸ方向及びＺ方向に交差する対象亀裂は、Ｚ方向について、改質領域よりもピンポイントで撮像（検出）される。したがって、例えば対象亀裂が撮像されたときの集光レンズの移動量といった情報を取得すれば、当該移動量に基づいて、より正確に改質領域の位置に関する情報が取得可能である。

本発明に係る観察装置では、透過光を対象物に集光するための集光レンズを対象物に対して相対的に移動させるための移動部を備え、撮像処理では、制御部は、撮像部及び移動部の制御により、Ｚ方向に沿って集光レンズを相対移動させることにより、対象物の内部の複数の位置に集光点を位置させて対象物を撮像することによって複数の内部画像を取得し、制御部は、撮像処理の後に、複数の内部画像と内部画像のそれぞれを撮像したときの集光レンズのＺ方向についての移動量とに基づいて、対象亀裂のＺ方向についての位置である亀裂位置を算出する算出処理を実行してもよい。このように、対象亀裂が撮像されたときの集光レンズの移動量に基づいて亀裂位置を算出することにより、より正確に改質領域の位置に関する情報を取得可能となる。

本発明に係る観察装置では、算出処理において、制御部は、複数の内部画像のうち対象亀裂の像が鮮明な内部画像を判定し、判定された当該内部画像を撮像したときの集光レンズの移動量に基づいて亀裂位置を算出してもよい。このように、制御部による対象亀裂が鮮明な内部画像の判定によって、亀裂位置をより正確に算出できる。

本発明に係る観察装置では、制御部は、算出処理の後に、改質領域の形成条件と亀裂位置とに基づいて、改質領域の第１面側の端部のＺ方向についての位置、改質領域の第２面側の端部のＺ方向についての位置、及び、改質領域のＺ方向についての幅の少なくとも１つを推定する推定処理を実行してもよい。改質領域の形状やサイズは、例えばレーザ加工の加工条件（例えば、レーザ光の波長、パルス幅、パルスエネルギー、及び、収差補正量等）といった改質領域の形成条件に応じて変化する場合がある。したがって、このように、改質領域の形成条件と亀裂位置とを利用すれば、より正確に、改質領域の位置に関する情報を推定できる。

本発明に係る観察装置では、撮像処理において、制御部は、透過光を第１面から対象物に入射させつつ、Ｚ方向に沿って集光レンズを相対移動させることにより、第２面での反射を経ていない透過光の集光点を第１面側から第２面側に向けて移動させながら複数の位置で対象物を撮像することにより、内部画像として複数の第１内部画像を取得する第１撮像処理と、透過光を第１面から対象物に入射させつつ、Ｚ方向に沿って集光レンズを相対移動させることにより、第２面で反射した透過光の集光点を第２面側から第１面側に向けて移動させながら複数の位置で対象物を撮像することにより、内部画像として複数の第２内部画像を取得する第２撮像処理と、を実行してもよい。このように、対象物の第１面から入射して第２面での反射を経ていない透過光を用いた対象物の撮像（直接観察）と、対象物の第１面から入射して第２面で反射した透過光を用いた対象物の撮像（裏面反射観察）と、のそれぞれで内部画像を取得すれば、その内部画像を撮像したときの集光レンズの移動量に基づいて取得される亀裂位置を利用して、より正確に改質領域の位置に関する情報が取得可能となる。

本発明に係る観察装置では、算出処理において、制御部は、複数の第１内部画像のうち対象亀裂が鮮明な第１内部画像を判定し、判定された当該第１内部画像を撮像したときの集光レンズの移動量に基づいて、亀裂位置としての第１亀裂位置を算出する第１算出処理と、複数の第２内部画像のうち対象亀裂が鮮明な第２内部画像を判定し、判定された当該第２内部画像を撮像したときの集光レンズの移動量に基づいて、亀裂位置としての第２亀裂位置を算出する第２算出処理と、を実行し、推定処理では、制御部は、改質領域の形成条件及び第１亀裂位置と第２亀裂位置との間隔に基づいて、改質領域のＺ方向についての幅を推定してもよい。上述したように、この場合には、直接観察に基づいて取得される亀裂位置と、裏面反射観察に基づいて取得される亀裂位置との間隔に基づいて、より正確に、改質領域の幅に関する情報が取得可能となる。

本発明に係る観察装置は、情報を表示するための表示部をさらに備え、制御部は、算出処理の後に、表示部の制御により、亀裂位置に係る情報を表示部に表示させる表示処理を実行してもよい。この場合、表示部を介して、ユーザが亀裂位置に係る情報を把握可能となる。なお、亀裂位置に係る情報とは、亀裂位置そのものや、亀裂位置に基づいて推定され得る改質領域の位置に関する情報に含まれる各種の情報のうち、少なくとも１つである。

本発明によれば、改質領域の位置に関する情報をより正確に取得可能とする観察装置、及び、観察方法を提供できる。

一実行形態のレーザ加工装置の構成図である。 一実行形態のウェハの平面図である。 図２に示されるウェハの一部分の断面図である。 図１に示されるレーザ照射ユニットの構成図である。 図１に示される検査用撮像ユニットの構成図である。 図１に示されるアライメント補正用撮像ユニットの構成図である。 図５に示される検査用撮像ユニットによる撮像原理を説明するためのウェハの断面図、及び当該検査用撮像ユニットによる各箇所での画像である。 図５に示される検査用撮像ユニットによる撮像原理を説明するためのウェハの断面図、及び当該検査用撮像ユニットによる各箇所での画像である。 半導体基板の内部に形成された改質領域及び亀裂のＳＥＭ画像である。 半導体基板の内部に形成された改質領域及び亀裂のＳＥＭ画像である。 図５に示される検査用撮像ユニットによる撮像原理を説明するための模式図である。 図５に示される検査用撮像ユニットによる撮像原理を説明するための模式図である。 改質領域が形成された対象物を示す図である。 Ｚ方向における改質領域及び亀裂の位置に関するグラフである。 対象物の断面写真に検出結果をプロットしたものである。 本実施形態に係る観察方法の一例を示すフローチャートである。 図１７に示された観察方法の一工程を示す図である。 図１７に示された観察方法の一工程を示す図である。 Ｚ方向について互いに異なる位置で撮像された複数の内部画像である。 亀裂検出について説明する図である。 亀裂検出について説明する図である。 だ痕検出について説明する図である。 だ痕検出について説明する図である。 だ痕検出について説明する図である。

以下、一実施形態について、図面を参照して詳細を説明する。なお、各図の説明において、同一又は相当する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、各図には、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸によって規定される直交座標系を示す場合がある。一例として、Ｘ方向及びＹ方向は、互いに交差（直交）する第１水平方向及び第２水平方向であり、Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に交差（直交）する鉛直方向である。

図１に示されるように、レーザ加工装置１は、ステージ２と、レーザ照射ユニット３（照射部）と、複数の撮像ユニット４，５，６と、駆動ユニット７と、制御部８と、ディスプレイ１５０（表示部）とを備えている。レーザ加工装置１は、対象物１１にレーザ光Ｌを照射することにより、対象物１１に改質領域１２を形成する装置である。

ステージ２は、例えば対象物１１に貼り付けられたフィルムを吸着することにより、対象物１１を支持する。ステージ２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って移動可能であり、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。

レーザ照射ユニット３は、対象物１１に対して透過性を有するレーザ光Ｌを集光して対象物１１に照射する。ステージ２に支持された対象物１１の内部にレーザ光Ｌが集光されると、レーザ光Ｌの集光点Ｃに対応する部分においてレーザ光Ｌが特に吸収され、対象物１１の内部に改質領域１２が形成される。

改質領域１２は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域１２としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。改質領域１２は、改質領域１２からレーザ光Ｌの入射側及びその反対側に亀裂が延び易いという特性を有している。このような改質領域１２の特性は、対象物１１の切断に利用される。

一例として、ステージ２をＸ方向に沿って移動させ、対象物１１に対して集光点ＣをＸ方向に沿って相対的に移動させると、複数の改質スポット１２ｓがＸ方向に沿って１列に並ぶように形成される。１つの改質スポット１２ｓは、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される。１列の改質領域１２は、１列に並んだ複数の改質スポット１２ｓの集合である。隣り合う改質スポット１２ｓは、対象物１１に対する集光点Ｃの相対的な移動速度及びレーザ光Ｌの繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。

撮像ユニット４は、対象物１１に形成された改質領域１２、及び改質領域１２から延びた亀裂の先端を撮像する。

撮像ユニット５及び撮像ユニット６は、制御部８の制御のもとで、ステージ２に支持された対象物１１を、対象物１１を透過する光により撮像する。撮像ユニット５，６が撮像することにより得られた画像は、一例として、レーザ光Ｌの照射位置のアライメントに供される。

駆動ユニット７は、レーザ照射ユニット３及び複数の撮像ユニット４，５，６を支持している。駆動ユニット７は、レーザ照射ユニット３及び複数の撮像ユニット４，５，６をＺ方向に沿って移動させる。

制御部８は、ステージ２、レーザ照射ユニット３、複数の撮像ユニット４，５，６、及び駆動ユニット７の動作を制御する。制御部８は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部８では、プロセッサが、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）を実行し、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信を制御する。

ディスプレイ１５０は、ユーザから情報の入力を受付ける入力部としての機能と、ユーザに対して情報を表示する表示部としての機能とを有している。
［対象物の構成］
本実行形態の対象物１１は、図２及び図３に示されるように、ウェハ２０である。ウェハ２０は、半導体基板２１と、機能素子層２２と、を備えている。なお、本実行形態では、ウェハ２０は機能素子層２２を有するとして説明するが、ウェハ２０は機能素子層２２を有していても有していなくてもよく、ベアウェハであってもよい。半導体基板２１は、表面２１ａ（第２面）及び裏面２１ｂ（第１面）を有している。半導体基板２１は、例えば、シリコン基板である。機能素子層２２は、半導体基板２１の表面２１ａに形成されている。機能素子層２２は、表面２１ａに沿って２次元に配列された複数の機能素子２２ａを含んでいる。機能素子２２ａは、例えば、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、メモリ等の回路素子等である。機能素子２２ａは、複数の層がスタックされて３次元的に構成される場合もある。なお、半導体基板２１には、結晶方位を示すノッチ２１ｃが設けられているが、ノッチ２１ｃの替わりにオリエンテーションフラットが設けられていてもよい。

ウェハ２０は、複数のライン１５のそれぞれに沿って機能素子２２ａごとに切断される。複数のライン１５は、ウェハ２０の厚さ方向から見た場合に複数の機能素子２２ａのそれぞれの間を通っている。より具体的には、ライン１５は、ウェハ２０の厚さ方向から見た場合にストリート領域２３の中心（幅方向における中心）を通っている。ストリート領域２３は、機能素子層２２において、隣り合う機能素子２２ａの間を通るように延在している。本実行形態では、複数の機能素子２２ａは、表面２１ａに沿ってマトリックス状に配列されており、複数のライン１５は、格子状に設定されている。なお、ライン１５は、仮想的なラインであるが、実際に引かれたラインであってもよい。

［レーザ照射ユニットの構成］
図４に示されるように、レーザ照射ユニット３は、光源３１と、空間光変調器３２と、集光レンズ３３と、を有している。光源３１は、例えばパルス発振方式によって、レーザ光Ｌを出力する。空間光変調器３２は、光源３１から出力されたレーザ光Ｌを変調する。空間光変調器３２は、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）である。集光レンズ３３は、空間光変調器３２によって変調されたレーザ光Ｌを集光する。なお、集光レンズ３３は、補正環レンズであってもよい。

本実行形態では、レーザ照射ユニット３は、複数のライン１５のそれぞれに沿って半導体基板２１の裏面２１ｂ側からウェハ２０にレーザ光Ｌを照射することにより、複数のライン１５のそれぞれに沿って半導体基板２１の内部に２列の改質領域１２ａ，１２ｂを形成する。改質領域１２ａは、２列の改質領域１２ａ，１２ｂのうち表面２１ａに最も近い改質領域である。改質領域１２ｂは、２列の改質領域１２ａ，１２ｂのうち、改質領域１２ａに最も近い改質領域であって、裏面２１ｂに最も近い改質領域である。

２列の改質領域１２ａ，１２ｂは、ウェハ２０の厚さ方向（Ｚ方向）において隣り合っている。２列の改質領域１２ａ，１２ｂは、半導体基板２１に対して２つの集光点Ｃ１，Ｃ２がライン１５に沿って相対的に移動させられることにより形成される。レーザ光Ｌは、例えば集光点Ｃ１に対して集光点Ｃ２が進行方向の後側且つレーザ光Ｌの入射側に位置するように、空間光変調器３２によって変調される。なお、改質領域の形成に関しては、単焦点であっても多焦点であってもよいし、１パスであっても複数パスであってもよい。

レーザ照射ユニット３は、複数のライン１５のそれぞれに沿って半導体基板２１の裏面２１ｂ側からウェハ２０にレーザ光Ｌを照射する。一例として、厚さ４００μｍの単結晶シリコン＜１００＞基板である半導体基板２１に対し、表面２１ａから５４μｍの位置及び１２８μｍの位置に２つの集光点Ｃ１，Ｃ２をそれぞれ合わせて、複数のライン１５のそれぞれに沿って半導体基板２１の裏面２１ｂ側からウェハ２０にレーザ光Ｌを照射する。このとき、例えば２列の改質領域１２ａ，１２ｂに渡る亀裂１４が半導体基板２１の表面２１ａに至る条件とする場合、レーザ光Ｌの波長は１０９９ｎｍ、パルス幅は７００ｎ秒、繰り返し周波数は１２０ｋＨｚとされる。また、集光点Ｃ１におけるレーザ光Ｌの出力は２．７Ｗ、集光点Ｃ２におけるレーザ光Ｌの出力は２．７Ｗとされ、半導体基板２１に対する２つの集光点Ｃ１，Ｃ２の相対的な移動速度は８００ｍｍ／秒とされる。なお、例えば加工パス数が５とされる場合、上述したウェハ２０に対して、例えば、ＺＨ８０（表面２１ａから３２８μｍの位置）、ＺＨ６９（表面２１ａから２８３μｍの位置）、ＺＨ５７（表面２１ａから２３４μｍの位置）、ＺＨ２６（表面２１ａから１０７μｍの位置）、ＺＨ１２（表面２１ａから４９．２μｍの位置）が加工位置とされてもよい。この場合、例えば、レーザ光Ｌの波長は１０８０ｎｍであり、パルス幅は４００ｎｓｅｃであり、繰り返し周波数は１００ｋＨｚであり、移動速度は４９０ｍｍ／秒であってもよい。

このような２列の改質領域１２ａ，１２ｂ及び亀裂１４の形成は、次のような場合に実行される。すなわち、後の工程において、例えば、半導体基板２１の裏面２１ｂを研削することにより半導体基板２１を薄化すると共に亀裂１４を裏面２１ｂに露出させ、複数のライン１５のそれぞれに沿ってウェハ２０を複数の半導体デバイスに切断する場合である。

［検査用撮像ユニットの構成］
図５に示されるように、撮像ユニット４（撮像部）は、光源４１と、ミラー４２と、対物レンズ（集光レンズ）４３と、光検出部４４と、を有している。撮像ユニット４はウェハ２０を撮像する。光源４１は、半導体基板２１に対して透過性を有する光Ｉ１を出力する。光源４１は、例えば、ハロゲンランプ及びフィルタによって構成されており、近赤外領域の光Ｉ１を出力する。光源４１から出力された光Ｉ１は、ミラー４２によって反射されて対物レンズ４３を通過し、半導体基板２１の裏面２１ｂ側からウェハ２０に照射される。このとき、ステージ２は、上述したように２列の改質領域１２ａ，１２ｂが形成されたウェハ２０を支持している。

対物レンズ４３は、半導体基板２１に対して透過性を有する光（透過光）Ｉ１を半導体基板２１に向けて集光するためのものでる。対物レンズ４３は、半導体基板２１の表面２１ａで反射された光Ｉ１を通過させる。つまり、対物レンズ４３は、半導体基板２１を伝搬した光Ｉ１を通過させる。対物レンズ４３の開口数（ＮＡ）は、例えば０．４５以上である。対物レンズ４３は、補正環４３ａを有している。補正環４３ａは、例えば対物レンズ４３を構成する複数のレンズにおける相互間の距離を調整することにより、半導体基板２１内において光Ｉ１に生じる収差を補正する。なお、収差を補正する手段は、補正環４３ａに限られず、空間光変調器等のその他の補正手段であってもよい。光検出部４４は、対物レンズ４３及びミラー４２を透過した光Ｉ１を検出する。光検出部４４は、例えば、ＩｎＧａＡｓカメラによって構成されており、近赤外領域の光Ｉ１を検出する。なお、近赤外領域の光Ｉ１を検出（撮像）する手段はＩｎＧａＡｓカメラに限られず、透過型コンフォーカル顕微鏡等、透過型の撮像を行うものであればその他の撮像手段であってもよい。

撮像ユニット４は、２列の改質領域１２ａ，１２ｂのそれぞれ、及び、複数の亀裂１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄのそれぞれの先端を撮像することができる（詳細については、後述する）。亀裂１４ａは、改質領域１２ａから表面２１ａ側に延びる亀裂である。亀裂１４ｂは、改質領域１２ａから裏面２１ｂ側に延びる亀裂である。亀裂１４ｃは、改質領域１２ｂから表面２１ａ側に延びる亀裂である。亀裂１４ｄは、改質領域１２ｂから裏面２１ｂ側に延びる亀裂である。

［アライメント補正用撮像ユニットの構成］
図６に示されるように、撮像ユニット５は、光源５１と、ミラー５２と、レンズ５３と、光検出部５４と、を有している。光源５１は、半導体基板２１に対して透過性を有する光Ｉ２を出力する。光源５１は、例えば、ハロゲンランプ及びフィルタによって構成されており、近赤外領域の光Ｉ２を出力する。光源５１は、撮像ユニット４の光源４１と共通化されていてもよい。光源５１から出力された光Ｉ２は、ミラー５２によって反射されてレンズ５３を通過し、半導体基板２１の裏面２１ｂ側からウェハ２０に照射される。

レンズ５３は、半導体基板２１の表面２１ａで反射された光Ｉ２を通過させる。つまり、レンズ５３は、半導体基板２１を伝搬した光Ｉ２を通過させる。レンズ５３の開口数は、０．３以下である。すなわち、撮像ユニット４の対物レンズ４３の開口数は、レンズ５３の開口数よりも大きい。光検出部５４は、レンズ５３及びミラー５２を通過した光Ｉ２を検出する。光検出部５４は、例えば、ＩｎＧａＡｓカメラによって構成されており、近赤外領域の光Ｉ２を検出する。

撮像ユニット５は、制御部８の制御のもとで、裏面２１ｂ側から光Ｉ２をウェハ２０に照射すると共に、表面２１ａ（機能素子層２２）から戻る光Ｉ２を検出することにより、機能素子層２２を撮像する。また、撮像ユニット５は、同様に、制御部８の制御のもとで、裏面２１ｂ側から光Ｉ２をウェハ２０に照射すると共に、半導体基板２１における改質領域１２ａ，１２ｂの形成位置から戻る光Ｉ２を検出することにより、改質領域１２ａ，１２ｂを含む領域の画像を取得する。これらの画像は、レーザ光Ｌの照射位置のアライメントに用いられる。撮像ユニット６は、レンズ５３がより低倍率（例えば、撮像ユニット５においては６倍であり、撮像ユニット６においては１．５倍）である点を除いて、撮像ユニット５と同様の構成を備え、撮像ユニット５と同様にアライメントに用いられる。

［検査用撮像ユニットによる撮像原理］
図５に示される撮像ユニット４を用い、図７に示されるように、２列の改質領域１２ａ，１２ｂに渡る亀裂１４が表面２１ａに至っている半導体基板２１に対して、裏面２１ｂ側から表面２１ａ側に向かって焦点Ｆ（対物レンズ４３の焦点）を移動させる。この場合、改質領域１２ｂから裏面２１ｂ側に延びる亀裂１４の先端１４ｅに裏面２１ｂ側から焦点Ｆを合わせると、当該先端１４ｅを確認することができる（図７における右側の画像）。しかし、亀裂１４そのもの、及び表面２１ａに至っている亀裂１４の先端１４ｅに裏面２１ｂ側から焦点Ｆを合わせても、それらを確認することができない（図７における左側の画像）。なお、半導体基板２１の表面２１ａに裏面２１ｂ側から焦点Ｆを合わせると、機能素子層２２を確認することができる。

また、図５に示される撮像ユニット４を用い、図８に示されるように、２列の改質領域１２ａ，１２ｂに渡る亀裂１４が表面２１ａに至っていない半導体基板２１に対して、裏面２１ｂ側から表面２１ａ側に向かって焦点Ｆを移動させる。この場合、改質領域１２ａから表面２１ａ側に延びる亀裂１４の先端１４ｅに裏面２１ｂ側から焦点Ｆを合わせても、当該先端１４ｅを確認することができない（図８における左側の画像）。しかし、表面２１ａに対して裏面２１ｂとは反対側の領域（すなわち、表面２１ａに対して機能素子層２２側の領域）に裏面２１ｂ側から焦点Ｆを合わせて、表面２１ａに関して焦点Ｆと対称な仮想焦点Ｆｖを当該先端１４ｅに位置させると、当該先端１４ｅを確認することができる（図８における右側の画像）。なお、仮想焦点Ｆｖは、半導体基板２１の屈折率を考慮した焦点Ｆと表面２１ａに関して対称な点である。

以上のように亀裂１４そのものを確認することができないのは、照明光である光Ｉ１の波長よりも亀裂１４の幅が小さいためと想定される。図９及び図１０は、シリコン基板である半導体基板２１の内部に形成された改質領域１２及び亀裂１４のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像である。図９の（ｂ）は、図９の（ａ）に示される領域Ａ１の拡大像、図１０の（ａ）は、図９の（ｂ）に示される領域Ａ２の拡大像、図１０の（ｂ）は、図１０の（ａ）に示される領域Ａ３の拡大像である。このように、亀裂１４の幅は、１２０ｎｍ程度であり、近赤外領域の光Ｉ１の波長（例えば、１．１～１．２μｍ）よりも小さい。

以上を踏まえて想定される撮像原理は、次のとおりである。図１１の（ａ）に示されるように、空気中に焦点Ｆを位置させると、光Ｉ１が戻ってこないため、黒っぽい画像が得られる（図１１の（ａ）における右側の画像）。図１１の（ｂ）に示されるように、半導体基板２１の内部に焦点Ｆを位置させると、表面２１ａで反射された光Ｉ１が戻ってくるため、白っぽい画像が得られる（図１１の（ｂ）における右側の画像）。図１１の（ｃ）に示されるように、改質領域１２に裏面２１ｂ側から焦点Ｆを合わせると、改質領域１２によって、表面２１ａで反射されて戻ってきた光Ｉ１の一部について吸収、散乱等が生じるため、白っぽい背景の中に改質領域１２が黒っぽく映った画像が得られる（図１１の（ｃ）における右側の画像）。

図１２の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、亀裂１４の先端１４ｅに裏面２１ｂ側から焦点Ｆを合わせると、例えば、先端１４ｅ近傍に生じた光学的特異性（応力集中、歪、原子密度の不連続性等）、先端１４ｅ近傍で生じる光の閉じ込め等によって、表面２１ａで反射されて戻ってきた光Ｉ１の一部について散乱、反射、干渉、吸収等が生じるため、白っぽい背景の中に先端１４ｅが黒っぽく映った画像が得られる（図１２の（ａ）及び（ｂ）における右側の画像）。図１２の（ｃ）に示されるように、亀裂１４の先端１４ｅ近傍以外の部分に裏面２１ｂ側から焦点Ｆを合わせると、表面２１ａで反射された光Ｉ１の少なくとも一部が戻ってくるため、白っぽい画像が得られる（図１２の（ｃ）における右側の画像）。

［内部観察に係る実施形態］
図１３は、改質領域が形成された対象物を示す図である。図１３の（ａ）は、改質領域が露出するように切断された対象物の断面写真である。図１３の（ｂ）は、対象物を透過する光により撮像された対象物の画像の一例である。図１３の（ｃ）は、対象物を透過する光により撮像された対象物の画像の別の例である。図１３の（ａ）に示されるように、レーザ光Ｌの集光により対象物（ここでは半導体基板２１）に形成された改質領域１２は、半導体基板２１におけるレーザ光Ｌの入射面と反対側の面である表面２１ａ側に位置するボイド領域１２ｍと、ボイド領域１２ｍよりもレーザ光Ｌの入射面である裏面２１ｂ側に位置するボイド上方領域１２ｎと、を含む。

このような改質領域１２が形成された半導体基板２１を、半導体基板２１に透過性を有する光Ｉ１により撮像すると、図１３の（ｂ），（ｃ）に示されるように、Ｚ方向及びＸ方向に交差する方向に沿って延びる（Ｘ方向に対して角度を有する）亀裂１４ｋの像が確認される場合がある。Ｚ方向からみたとき、亀裂１４ｋは、図１３の（ｂ）の例ではＹ方向と概ね平行であり、図１３の（ｃ）の例ではＹ方向に対してやや傾いている。これらの亀裂１４ｋの像は、Ｚ方向に沿って光Ｉ１の集光点を移動させながら複数の位置で半導体基板２１を撮像したときに、改質領域１２と比較して、Ｚ方向の限られた範囲で鮮明に検出される。

図１４は、Ｚ方向における改質領域及び亀裂の位置に関するグラフである。図１４では、ボイド下端、ボイド上端、ボイド上方領域下端、及び、ボイド上方領域上端のプロットは、断面観察により実際に測定された実測値である。下端とは表面２１ａ側の端部を意味し、上端とは裏面２１ｂ側の端部を意味している。したがって、例えばボイド上方領域下端とは、ボイド上方領域１２ｎの表面２１ａ側の端部である。

また、図１４のグラフにおける直接観察及び裏面反射観察のプロットは、光Ｉ１によって撮像された画像のうち、亀裂１４ｋの鮮明な像を含む内部画像が撮像されたときのＺ方向における対物レンズ４３の移動量（以下、単に「移動量」と称する場合がある）に基づいて算出された測定値であり、一例としてＡＩによる画像判定により得られた値である。直接観察は、光Ｉ１を裏面２１ｂから入射させつつ、表面２１ａでの反射を経ることなく直接的に光Ｉ１の集光点を亀裂１４ｋに合わせた場合（上記の例では、裏面２１ｂ側から亀裂１４ｋに焦点Ｆを合わせた場合）であり、裏面反射観察は、光Ｉ１を裏面２１ｂから入射させつつ、表面２１ａで反射された光Ｉ１の集光点を亀裂１４ｋに合わせた場合（上記の例では、表面２１ａに対して裏面２１ｂとは反対側の領域に裏面２１ｂ側から焦点Ｆを合わせて、表面２１ａに関して焦点Ｆと対称な仮想焦点Ｆｖを亀裂１４ｋに合わせた場合）である。

図１４に示されるように、直接観察では、改質領域１２の形成位置をＺ方向に違えた４つの場合Ｃ１～Ｃ４において、いずれも、ボイド上方領域下端とボイド上方領域上端との間に亀裂１４ｋが検出されており、裏面反射観察では、場合Ｃ１において概ねボイド上方領域下端と同位置に亀裂１４ｋが検出され、場合Ｃ２～Ｃ４においてボイド上方領域下端とボイド上端との間に亀裂１４ｋが検出される。Ｚ方向における改質領域１２の幅は、ボイド下端とボイド上方領域上端との間の距離である。このように、亀裂１４ｋは、改質領域１２そのものと比較して、Ｚ方向についてよりピンポイントで検出される。

したがって、Ｚ方向について亀裂１４ｋが出されたときの内部画像の移動量を取得することにより、より正確に、改質領域１２の位置に関する情報を取得することが可能となる。なお、図１４の縦軸は、裏面からの距離を示しているが、ここでの裏面は光Ｉ１の入射面に対する裏面であって、半導体基板２１については表面２１ａである。また、図１５は、断面写真に場合Ｃ１の検出結果をプロットしたものである。

本実施形態では、以上のような知見に基づいて、内部観察により亀裂１４ｋを検出し、改質領域１２の位置に関する情報を取得する。引き続いて、本実施形態に係る観察方法について説明する。この観察方法では、亀裂１４ｋが検出対象の対象亀裂である。

図１６は、本実施形態に係る観察方法の一例を示すフローチャートである。図１６に示されるように、ここでは、改質領域が形成された対象物を用意するため、レーザ加工が行われる（工程Ｓ１１：用意工程）。ただし、観察方法の一工程としては、レーザ加工の工程は必須ではなく、例えば別のレーザ加工装置を用いて（或いは、レーザ加工装置１により別途のタイミングで）改質領域１２が形成された対象物を用意してもよい。

この工程Ｓ１１では、図１７に示されるように、半導体基板２１を含む対象物を用意する。半導体基板２１は、裏面（第１面）２１ｂと裏面２１ｂの反対側の表面（第２面）２１ａとを含む。半導体基板２１には、裏面２１ｂ及び表面２１ａに沿ったＸ方向に延びるライン１５が設定されている。半導体基板２１は、裏面２１ｂをレーザ光Ｌの入射面とするため、裏面２１ｂがレーザ照射ユニット３に臨むようにステージ２に支持されている。その状態において、制御部８が、レーザ照射ユニット３を制御しつつ、半導体基板２１をＸ方向に沿って相対移動させるように駆動ユニット７及び／又はステージ２の移動機構を制御し、レーザ光Ｌの集光点Ｃをライン１５に沿って半導体基板２１に対して相対移動させる。

このとき、制御部８は、空間光変調器３２にレーザ光Ｌを複数（ここでは２つ）のレーザ光Ｌ１，Ｌ２に分岐するためのパターンを表示させる。これにより、半導体基板２１の内部に、Ｚ方向について距離Ｄｚだけ離間し、且つ、Ｘ方向について距離Ｄｘだけ離間するように、レーザ光Ｌ１，Ｌ２のそれぞれの集光点Ｃ１，Ｃ２が形成される。この結果、半導体基板２１には、ライン１５に沿って複数（ここでは２列）の改質領域１２ａ，１２ｂが形成される。したがって、ここでは、Ｘ方向が集光点Ｃ１，Ｃ２が進行する加工進行方向となる。

このように、ここでは、制御部８は、レーザ照射ユニット３（照射部）の制御により、ライン１５の延在方向であるＸ方向に沿って半導体基板２１にレーザ光Ｌを照射することによって、Ｘ方向に沿って配列された複数の改質領域１２と改質領域１２から延びる亀裂（亀裂１４，１４ｋ）とを半導体基板２１に形成するレーザ加工処理を実行することとなる。なお、図１７及び以降の図では、半導体基板２１の表面２１ａに形成された機能素子層２２が省略されている。

続いて、内部観察が行われる。すなわち、続く工程では、半導体基板２１を観察位置に移動させる（工程Ｓ１２）。より具体的には、制御部８が、駆動ユニット７及び／又はステージ２の移動機構を制御することにより、半導体基板２１を、撮像ユニット４の対物レンズ４３の直下に位置するように相対移動させる。なお、改質領域１２が形成された半導体基板２１を別途に用意した場合には、例えばユーザによって、当該半導体基板２１が観察位置に載置されてもよい。

続いて、図１８に示されるように、半導体基板２１に対して透過性を有する光（透過光）Ｉ１によって、半導体基板２１の撮像を行う（工程Ｓ１３：撮像工程）。この工程Ｓ１３では、撮像ユニット４（撮像部）の制御により、光Ｉ１を半導体基板２１の裏面２１ｂから半導体基板２１の内部に入射させつつ、改質領域１２から延びる亀裂のうちのＺ方向及びＸ方向に交差する方向に沿って延びる亀裂１４ｋである対象亀裂を光Ｉ１により撮像する撮像処理を実行する。なお、Ｙ方向は、加工進行方向であるＸ方向と、裏面２１ｂ及び表面２１ａに交差するＺ方向と、に交差する方向の一例である。

より具体的には、工程Ｓ１３では、制御部８が、駆動ユニット７（移動部）及び撮像ユニット４を制御することにより、Ｚ方向に沿って撮像ユニット４を移動させることにより、半導体基板２１の内部の複数の位置に光Ｉ１の集光点を位置させて半導体基板２１を撮像することによって、複数の内部画像ＩＤを取得する。本実施形態では、対物レンズ４３は撮像ユニット４と一体に移動される。したがって、撮像ユニット４を移動させることは対物レンズ４３を移動させることでもあり、撮像ユニット４の移動量は対物レンズ４３の移動量と同等である。

このとき、制御部８は、駆動ユニット７の制御により、Ｚ方向について撮像ユニット４を移動させ、光Ｉ１の集光点（焦点Ｆ、仮想焦点Ｆｖ）をＺ方向に移動させながら、複数回の半導体基板２１の撮像を行う。光Ｉ１の集光点を移動させる範囲は、半導体基板２１の厚さの全範囲としてもよいが、ここでは、工程Ｓ１１のレーザ加工時に、改質領域１２ａ，１２ｂの形成のためにレーザ光Ｌ１，Ｌ２の集光点Ｃ１，Ｃ２を合わせたＺ方向の位置を含む一部の範囲ＲＡとすることができる。なお、複数回の撮像を行う際のＺ方向についての撮像ユニット４の移動の間隔、すなわち、半導体基板２１の撮像間隔は、任意ではあるが、亀裂１４ｋをより正確に検出する観点からは、より細かく設定されることが望ましい。撮像間隔は、一例として１μｍ以内であり、ここでは０．２μｍである。

さらに、ここでは、制御部８は、半導体基板２１の直接観察と裏面反射観察とが実行されるように、撮像ユニット４及び駆動ユニット７を制御する。より具体的には、制御部８は、まず、光Ｉ１を裏面２１ｂから半導体基板２１に入射させつつ、Ｚ方向に沿って撮像ユニット４を移動させることにより、表面２１ａでの反射を経ていない光Ｉ１の集光点（焦点Ｆ）を裏面２１ｂ側から表面２１ａ側に移動させながら、Ｚ方向の複数の位置で半導体基板２１を撮像することにより、内部画像ＩＤとして複数の第１内部画像ＩＤ１を取得する第１撮像処理を実行する。この第１撮像処理が、直接観察である。

これと共に、制御部８は、光Ｉ１を裏面２１ｂから対象物に入射させつつ、Ｚ方向に沿って撮像ユニット４を移動させることにより、表面２１ａで反射した光Ｉ１の集光点（仮想焦点Ｆｖ）を表面２１ａ側から裏面２１ｂ側に向けて移動させながら複数の位置で半導体基板２１を撮像することにより、内部画像ＩＤとして複数の第２内部画像ＩＤ２を取得する第２撮像処理を実行する。この第２撮像処理が、光Ｉ１の入射面に対して裏面（ここでは、半導体基板２１の構成上、表面２１ａと称している）側からの観察であることから、裏面反射観察である。

続く工程では、工程Ｓ１３での撮像により取得された内部画像ＩＤに関する撮像データが保存される（工程Ｓ１４）。上述したように、工程Ｓ１３では、制御部８が、駆動ユニット７の制御によって撮像ユニット４（すなわち、光Ｉ１の集光点）をＺ方向に沿って移動させながら撮像を行う。したがって、制御部８は、それぞれの内部画像を撮像したときの撮像ユニット４の移動量を取得することができる。ここでは、内部画像ＩＤのそれぞれに対して、その移動量に関する情報が関連付けられ、撮像データとして保存され得る。なお、撮像データは、制御部８及びレーザ加工装置１の内外を問わずに、制御部８がアクセス可能な任意の記憶装置に保存され得る。

なお、撮像ユニット４（対物レンズ４３）の移動量は、一例として、光Ｉ１の集光点を半導体基板２１の裏面２１ｂに合わせた状態の位置から、半導体基板２１の内部の所望の位置に光Ｉ１の集光点を合わせるように撮像ユニット４をＺ方向に沿って移動させた場合の撮像ユニット４の移動量とすることができる。

続いて、制御部８が所定の記憶装置から撮像データを入力する（工程Ｓ１５）。そして、制御部８が、亀裂１４ｋの形成状態を判定する（工程Ｓ１６）。ここでは、一例として、制御部８が、画像認識によって、複数の内部画像ＩＤのうち、亀裂１４ｋの像が相対的に鮮明な内部画像ＩＤを自動的に判定する（ＡＩ判定を行う）。ここで、ＡＩ判定により亀裂や改質領域を検出するアルゴリズムの一例について説明する。

図２０及び図２１は、亀裂検出について説明する図である。図２０においては、内部観察結果（半導体基板２１の内部画像）が示されている。制御部８は、図２０の（ａ）に示されるような半導体基板２１の内部画像について、まず、直線群１４０を検出する。直線群１４０の検出には、例えばＨｏｕｇｈ変換又はＬＳＤ（Line Segment Detector）等のアルゴリズムが用いられる。Ｈｏｕｇｈ変換とは、画像上の点に対してその点を通る全ての直線を検出し特徴点をより多く通る直線に重み付けしながら直線を検出する手法である。ＬＳＤとは、画像内の輝度値の勾配と角度を計算することにより線分となる領域を推定し、該領域を矩形に近似することにより直線を検出する手法である。

続いて、制御部８は、図２１に示されるように直線群１４０について亀裂線との類似度を算出することにより、直線群１４０から亀裂１４を検出する。亀裂線は、図２１の上図に示されるように、線上の輝度値に対しＹ方向に前後が非常に明るいという特徴を持つ。このため、制御部８は、例えば、検出した直線群１４０の全ての画素の輝度値を、Ｙ方向の前後と比較し、その差分が前後とも閾値以上である画素数を類似度のスコアとする。そして、検出した複数の直線群１４０の中で最も亀裂線との類似度のスコアが高いものをその画像における代表値とする。代表値が高いほど、亀裂１４の存在する可能性が高いという指標になる。制御部８は、複数の画像における代表値を比較することにより、相対的にスコアが高いものを亀裂画像候補とする。

図２２～図２４は、だ痕検出について説明する図である。図２２においては、内部観察結果（半導体基板２１の内部画像）が示されている。制御部８は、図２２の（ａ）に示されるような半導体基板２１の内部の画像について、画像内のコーナー（エッジの集中）をキーポイントとして検出し、その位置、大きさ、方向を検出して特徴点２５０を検出する。このようにして特徴点を検出する手法としては、Ｅｉｇｅｎ、Ｈａｒｒｉｓ、Ｆａｓｔ、ＳＩＦＴ、ＳＵＲＦ、ＳＴＡＲ、ＭＳＥＲ、ＯＲＢ、ＡＫＡＺＥ等が知られている。

ここで、図２３に示されるように、だ痕２８０は、円形や矩形等の形が一定間隔で並ぶため、コーナーとしての特徴が強い。このため、画像内の特徴点２５０の特徴量を集計することにより、だ痕２８０を高精度に検出することが可能になる。図２４に示されるように、深さ方向にシフトして撮像した画像毎の特徴量合計を比較すると、改質層毎の亀裂列量を示すような山の変化が確認できる。制御部８は、当該変化のピークをだ痕２８０の位置として推定する。このように特徴量を集計することによって、だ痕位置だけでなくパルスピッチを推定することも可能になる。

以上のＡＩ判定についての説明は、Ｘ方向に沿って延びる亀裂１４及びだ痕２８０に関するものであるが、Ｚ方向及びＸ方向に交差する方向に沿って延びる亀裂１４ｋについても、同様のアルゴリズムにより、複数の内部画像ＩＤにおける代表値を比較することによって、相対的にスコアが高いものを、当該亀裂１４ｋの像が相対的に鮮明な内部画像ＩＤとして判定することができる。

一例として、図１９は、Ｚ方向について互いに異なる位置で撮像された複数の内部画像ＩＤである。図１９では、（ｄ）に示される内部画像ＩＤｄの撮像位置を中心に、（ｃ）が１μｍだけ裏面２１ｂ側の撮像位置での内部画像ＩＤｃ、（ｂ）が３μｍだけ裏面２１ｂ側の撮像位置での内部画像ＩＤｂ、（ａ）が５μｍだけ裏面２１ｂ側の撮像位置での内部画像ＩＤａ、（ｅ）が１μｍだけ表面２１ａ側の撮像位置での内部画像ＩＤｅ、（ｆ）が３μｍだけ表面２１ａ側の撮像位置での内部画像ＩＤｆ、（ｇ）が５μｍだけ表面２１ａ側の撮像位置での内部画像ＩＤｇとされている。なお、ここでの撮像位置とは、半導体基板２１の内部での値である。

図１９に示される例では、内部画像ＩＤｄにおいて亀裂１４ｋの像が最も鮮明であることから、制御部８によって、内部画像ＩＤｄが、相対的にスコアが高く当該亀裂１４ｋの像が相対的に鮮明な内部画像であると判定される（すなわち、内部画像ＩＤｄにおいて亀裂１４ｋが検出されたものと判定される）。制御部８は、内部画像ＩＤｄを撮像したときの移動量を取得可能である。したがって、制御部８は、内部画像ＩＤｄを撮像したときの移動量に基づいて、亀裂１４ｋの亀裂位置を算出することができる。

このように、制御部８は、複数の内部画像ＩＤと内部画像ＩＤのそれぞれを撮像したときの撮像ユニット４の移動量とに基づいて、Ｚ方向及びＸ方向に交差する方向に延びる亀裂１４ｋである対象亀裂のＺ方向についての位置である亀裂位置を算出する算出処理を実行することとなる。より具体的には、制御部８は、算出処理では、複数の内部画像ＩＤのうち亀裂１４ｋの像が鮮明な内部画像ＩＤを判定し、判定された当該内部画像ＩＤを撮像したときの移動量に基づいて亀裂位置を算出する。亀裂位置は、例えば、移動量に対して所定の補正係数を乗じることにより算出できる。補正係数は、例えば、対物レンズ４３のＮＡや半導体基板２１の屈折率等から求めることができる。

制御部８は、以上の亀裂１４ｋの亀裂位置の算出を、直接観察で取得された第１内部画像ＩＤ１と、裏面反射観察で取得された第２内部画像ＩＤ２と、の両方に対して行うことができる。これにより、制御部８は、第１内部画像ＩＤ１に応じた相対的に裏面２１ｂ側に位置する亀裂１４ｋの亀裂位置と、第２内部画像ＩＤ２に応じた相対的に表面２１ａ側に位置する亀裂１４ｋの亀裂位置と、を算出することができる。

すなわち、この場合には、制御部８は、複数の第１内部画像ＩＤ１のうち亀裂１４ｋが鮮明な第１内部画像を判定し、判定された当該第１内部画像を撮像したときの撮像ユニット４の移動量に基づいて、亀裂位置としての第１亀裂位置Ｚ１を算出する第１算出処理と、複数の第２内部画像ＩＤ２のうち亀裂１４ｋが鮮明な第２内部画像を判定し、判定された当該第２内部画像を撮像したときの撮像ユニット４の移動量に基づいて、亀裂位置としての第２亀裂位置Ｚ２を算出する第２算出処理と、を実行することとなる（第１亀裂位置Ｚ１及び第２亀裂位置Ｚ２の一例については図１５参照）。相対的に裏面２１ｂ側の第１亀裂位置Ｚ１と相対的に表面２１ａ側の第２亀裂位置Ｚ２と間の距離は、改質領域１２のうちの亀裂１４ｋが形成された部分（亀裂起始部）の幅を規定する。

引き続いて、工程Ｓ１６では、制御部８が、取得された亀裂位置等に基づいて、改質領域１２の位置等を推定する。すなわち、ここでは、制御部８が、改質領域１２の形成条件（ここではレーザ加工における加工条件）と亀裂位置とに基づいて、改質領域１２の裏面２１ｂ側の端部（ボイド上方領域上端）のＺ方向についての位置、改質領域１２の表面２１ａ側の端部（ボイド下端）のＺ方向についての位置、及び、改質領域１２のＺ方向についての幅（ボイド上方領域上端とボイド下端との間隔）の少なくとも１つを推定する推定処理を実行する。

ここでは、制御部８は、直接観察に基づいて裏面２１ｂ側の亀裂１４ｋ（上方亀裂）の第１亀裂位置Ｚ１を算出し、裏面反射観察に基づいて表面２１ａ側の亀裂１４ｋ（下方亀裂）の第２亀裂位置Ｚ２を算出している。したがって、制御部８は、上方亀裂の第１亀裂位置Ｚ１及び下方亀裂の第２亀裂位置Ｚ２の間隔として、半導体基板２１内部における亀裂起始部の幅を算出することができる。

そして、制御部８は、例えば、算出された亀裂起始部の幅に対して、レーザ加工の加工条件に関する係数を乗じることにより、半導体基板２１の内部における改質領域１２のＺ方向についての幅を算出することができる。ここでの係数は、例えば、レーザ加工時のレーザ光Ｌの波長、収差補正量、パルス幅、及び、パルスエネルギー等の改質領域１２の形成に影響する各種条件に基づいて決定される。ここでの係数は、一例として３．０前後である。

このように、制御部８は、推定処理において、改質領域１２の形成条件（レーザ加工の加工条件）及び第１亀裂位置Ｚ１と第２亀裂位置Ｚ２との間隔に基づいて、改質領域１２のＺ方向についての幅を推定することができる。

一方、制御部８は、上方亀裂の第１亀裂位置Ｚ１から、想定される改質領域１２の全体の幅である想定改質領域幅を減算することにより、改質領域１２の表面２１ａ側の下端の位置を算出することができる。想定改質領域幅は、例えば、レーザ加工時のレーザ光Ｌの波長、収差補正量、パルス幅、及び、パルスエネルギー等の改質領域１２の形成に影響する各種条件に基づいて決定される。想定改質領域幅は、一例として２０μｍ程度である。

また、制御部８は、下方亀裂の第２亀裂位置Ｚ２から、想定されるボイド領域１２ｍの幅である想定ボイド領域幅を減算することにより、改質領域１２の表面２１ａの下端の位置を算出することができる。想定ボイド領域幅は、例えば、レーザ加工時のレーザ光Ｌの波長、収差補正量、パルス幅、及び、パルスエネルギー等の改質領域１２の形成に影響する各種条件に基づいて決定される。想定ボイド領域幅は、一例として１０μｍ程度である。

さらに、制御部８は、下方亀裂の第２亀裂位置Ｚ２に対して、想定されるボイド上方領域１２ｎの幅である想定ボイド上方領域幅を加算することにより、改質領域１２の裏面２１ｂ側の上端の位置を算出することができる。想定ボイド上方領域幅は、例えば、レーザ加工時のレーザ光Ｌの波長、収差補正量、パルス幅、及び、パルスエネルギー等の改質領域１２の形成に影響する各種条件に基づいて決定される。想定ボイド上方領域幅は、一例として１０μｍ程度である。

以上のように、制御部８は、工程Ｓ１６において、改質領域１２の位置に関する各種の情報を推定して取得する。続く工程では、制御部８は、工程Ｓ１６の判定結果に係る情報を任意の記憶装置に出力しつつ（工程Ｓ１７）、当該記憶装置に保存する（工程Ｓ１８）。その後、必要に応じて、ユーザからの入力を受け付け可能な状態で各種の情報をディスプレイ１５０に表示させ（工程Ｓ１９）、処理を終了する。ディスプレイ１５０に表示させる情報は、例えば、第１亀裂位置Ｚ１、第２亀裂位置Ｚ２、起始部幅、改質領域１２の端部の位置、及び、改質領域１２のＺ方向についての幅等である。このように、制御部８は、工程Ｓ１９では、ディスプレイ１５０の制御により、亀裂位置に係る情報をディスプレイ１５０に表示させる表示処理を実行する。

以上により、レーザ加工装置１による観察方法が終了する。本実施形態では、観察方法が、レーザ加工装置１のうちの撮像ユニット４、駆動ユニット７、及び制御部８によって行われる。換言すれば、レーザ加工装置１では、半導体基板２１に透過性を有する光Ｉ１によって半導体基板２１を撮像するための撮像ユニット４と、撮像ユニット４を半導体基板２１に対して相対的に移動させるための駆動ユニット７と、少なくとも撮像ユニット４及び駆動ユニット７を制御するための制御部８とによって、観察装置１Ａが構成されている（図１参照）。

以上説明したように、本実施形態に係る観察方法、及び、観察方法を実施する観察装置１Ａでの観察対象となる半導体基板２１には、Ｘ方向に沿って配列された改質領域１２及び改質領域１２から延びる亀裂１４，１４ｋが形成されている。そして、このような半導体基板２１に対して、半導体基板２１を透過する光Ｉ１を用いて、Ｚ方向及びＸ方向に交差する方向に延びる亀裂１４ｋが撮像される。Ｚ方向及びＸ方向に交差する亀裂１４ｋは、Ｚ方向について、改質領域１２そのものよりもピンポイントで撮像（検出）される。したがって、例えば、亀裂１４ｋが撮像されたときの撮像ユニット４の移動量といった情報を取得すれば、当該移動量に基づいて、より正確に改質領域１２の位置に関する情報が取得可能である。

また、本実施形態に係る観察装置１Ａは、光Ｉ１の集光点を半導体基板２１に対して相対的に移動させるための駆動ユニット７を備える。撮像処理では、制御部８は、撮像ユニット４及び駆動ユニット７の制御により、Ｚ方向に沿って撮像ユニット４を移動させることにより、半導体基板２１の内部の複数の位置に光Ｉ１の集光点を位置させて半導体基板２１を撮像することによって、複数の内部画像ＩＤを取得する。そして、制御部８は、撮像処理の後に、複数の内部画像ＩＤと内部画像ＩＤのそれぞれを撮像したときの撮像ユニット４のＺ方向についての移動量とに基づいて、亀裂１４ｋのＺ方向についての位置である亀裂位置（第１亀裂位置Ｚ１及び第２亀裂位置Ｚ２）を算出する算出処理を実行する。このように、亀裂１４ｋが撮像されたときの撮像ユニット４の移動量に基づいて、より正確に改質領域１２の位置に関する情報を取得可能である。

また、本実施形態に係る観察装置１Ａでは、算出処理において、制御部８が、複数の内部画像ＩＤのうち亀裂１４ｋの像が鮮明な内部画像を判定し、判定された当該内部画像を撮像したときの撮像ユニット４の移動量に基づいて亀裂１４ｋの亀裂位置を算出する。このように、制御部８による亀裂１４ｋが鮮明な内部画像の判定によって、亀裂１４ｋの位置をより正確に算出できる。

また、本実施形態に係る観察装置１Ａでは、制御部８は、算出処理の後に、改質領域１２の形成条件と亀裂１４ｋの亀裂位置とに基づいて、改質領域１２の裏面２１ｂ側の端部のＺ方向についての位置、改質領域１２の表面２１ａ側の端部のＺ方向についての位置、及び、改質領域１２のＺ方向についての幅の少なくとも１つを推定する推定処理を実行する。改質領域１２の形状やサイズは、例えばレーザ加工の加工条件（例えば、レーザ光の波長、パルス幅、パルスエネルギー、及び、収差補正量等）といった改質領域の形成条件に応じて変化する場合がある。したがって、このように、レーザ加工の加工条件といった改質領域１２の形成条件と亀裂１４ｋの位置とを利用すれば、より正確に、改質領域１２の位置に関する情報を推定できる。

また、本実施液体に係る観察装置では、撮像処理において、制御部８は、光Ｉ１を裏面２１ｂから半導体基板２１に入射させつつ、撮像ユニット４を移動させることにより、表面２１ａでの反射を経ていない光Ｉ１の集光点を裏面２１ｂ側から表面２１ａ側に向けて移動させながら複数の位置で半導体基板２１を撮像することにより、内部画像ＩＤとして複数の第１内部画像ＩＤ１を取得する第１撮像処理と、光Ｉ１を裏面２１ｂから半導体基板２１に入射させつつ、撮像ユニット４を移動させることにより、表面２１ａで反射した光Ｉ１の集光点を表面２１ａ側から裏面２１ｂ側に向けて移動させながら複数の位置で半導体基板２１を撮像することにより、内部画像ＩＤとして複数の第２内部画像ＩＤ２を取得する第２撮像処理と、を実行する。

このように、半導体基板２１の裏面２１ｂから入射して表面２１ａでの反射を経ていない光Ｉ１を用いた半導体基板２１の撮像（直接観察）と、半導体基板２１の裏面２１ｂから入射して表面２１ａで反射した光Ｉ１を用いた半導体基板２１の撮像（裏面反射観察）と、のそれぞれで内部画像を取得すれば、その内部画像を撮像したときの撮像ユニット４の移動量に基づいて取得される亀裂位置を利用して、より正確に改質領域１２の位置に関する情報が取得可能となる。

また、本実施形態に係る観察装置１Ａでは、算出処理において、制御部８が、複数の第１内部画像ＩＤ１のうち亀裂１４ｋが鮮明な第１内部画像を判定し、判定された当該第１内部画像を撮像したときの撮像ユニット４の移動量に基づいて、亀裂位置としての第１亀裂位置Ｚ１を算出する第１算出処理と、複数の第２内部画像ＩＤ２のうち亀裂１４ｋが鮮明な第２内部画像を判定し、判定された当該第２内部画像を撮像したときの撮像ユニット４の移動量に基づいて、亀裂位置としての第２亀裂位置Ｚ２を算出する第２算出処理と、を実行する。また、推定処理では、制御部８は、改質領域１２の形成条件及び第１亀裂位置Ｚ１と第２亀裂位置Ｚ２との間隔に基づいて、改質領域１２のＺ方向についての幅を推定することができる。上述したように、この場合には、直接観察に基づいて取得される第１亀裂位置Ｚ１と、裏面反射観察に基づいて取得される第２亀裂位置Ｚ２との間隔に基づいて、より正確に、改質領域１２の幅に関する情報が取得可能となる。

さらに、本実施形態に係る観察装置１Ａは、情報を表示するためのディスプレイ１５０をさらに備える。そして、制御部８は、算出処理の後に、ディスプレイ１５０の制御により、亀裂位置に係る情報をディスプレイ１５０に表示させる表示処理を実行してもよい。この場合、ディスプレイ１５０を介して、ユーザが亀裂位置に係る情報を把握可能となる。なお、亀裂位置に係る情報とは、亀裂位置そのものや、亀裂位置に基づいて推定され得る改質領域１２の位置に関する情報に含まれる各種の情報のうち、少なくとも１つである。

以上の実施形態は、本発明の一態様を説明したものである。したがって、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、任意に変形される。

例えば、上記実施形態では、対物レンズ４３を半導体基板２１に対してＺ方向に沿って相対移動させるための手段として、対物レンズ４３ごと撮像ユニット４を移動させる駆動ユニット７を例示している。しかし、例えば、アクチュエータによって対物レンズ４３のみをＺ方向に沿って移動させさせてもよい。

また、上記実施形態では、工程Ｓ１６において、制御部８が自動的に画像の判定を行う例について説明したが、制御部８は、ユーザの判定結果に基づいて亀裂１４ｋの亀裂位置を取得してもよい。この場合、制御部８は、例えば、複数の内部画像ＩＤをディスプレイ１５０に表示させると共に、複数の内部画像ＩＤから亀裂１４ｋの像が鮮明な１つの内部画像の判定（選択）を促す情報をディスプレイ１５０に表示させる。そして、制御部８は、ディスプレイ１５０を介して、当該判定結果の入力を受け付け、判定結果に対応した内部画像ＩＤの移動量に基づいて亀裂１４ｋの亀裂位置を算出することができる。この場合、ディスプレイ１５０は、情報を表示するための表示部であると共に、入力を受け付ける入力受付部でもある。この場合、制御部８の画像認識等のための処理負荷が低減される。

また、上記実施形態では、工程Ｓ１３において、１つの改質領域１２の観察に対して、直接観察と裏面反射観察との両方を行い、内部画像ＩＤとしての第１内部画像ＩＤ１及び第２内部画像ＩＤ２を取得した。しかし、工程Ｓ１３では、直接観察及び裏面反射観察のうちの一方のみを行ってもよい。この場合、第１内部画像ＩＤ１及び第２内部画像ＩＤ２のうちの一方が得られることとなるので、その一方に基づいて、改質領域１２の端部の位置や幅を推定してもよい。

１Ａ…観察装置、４…撮像ユニット（撮像部）、７…駆動ユニット（移動部）、８…制御部、１２…改質領域、１４…亀裂、１４ｋ…亀裂（対象亀裂）、２１…半導体基板（対象物）、２１ａ…表面（第２面）、２１ｂ…裏面（第１面）、Ｉ１…光（透過光）、ＩＤ…内部画像、ＩＤ１…第１内部画像、ＩＤ２…第２内部画像、Ｚ１…第１亀裂位置、Ｚ２…第２亀裂位置。

Claims (8)

1. 対象物に透過性を有する透過光によって前記対象物を撮像するための撮像部と、
   少なくとも前記撮像部を制御するための制御部と、
   前記透過光を前記対象物に集光するための集光レンズを前記対象物に対して相対的に移動させるための移動部と、
   を備え、
   前記対象物は、第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含み、
   前記対象物には、前記第１面及び前記第２面に沿ったＸ方向に配列された改質領域及び前記改質領域から延びる亀裂が形成されており、
   前記制御部は、前記撮像部の制御により、前記透過光を前記第１面から前記対象物の内部に入射させつつ、前記亀裂のうちの前記第１面及び前記第２面に交差するＺ方向及び前記Ｘ方向に交差する方向に延びる前記亀裂である対象亀裂を前記透過光により撮像する撮像処理を実行し、
   前記撮像処理では、前記制御部は、前記撮像部及び前記移動部の制御により、前記Ｚ方向に沿って前記集光レンズを相対移動させることにより、前記対象物の内部の複数の位置に前記透過光の集光点を位置させて前記対象物を撮像することによって複数の内部画像を取得し、
   前記制御部は、前記撮像処理の後に、複数の前記内部画像と前記内部画像のそれぞれを撮像したときの前記集光レンズの前記Ｚ方向についての移動量とに基づいて、前記対象亀裂の前記Ｚ方向についての位置である亀裂位置を算出する算出処理を実行し、
   前記算出処理では、前記制御部は、複数の前記内部画像のうち前記対象亀裂の像が最も鮮明な前記内部画像を判定し、判定された当該内部画像を撮像したときの前記集光レンズの前記移動量に基づいて前記亀裂位置を算出する、
   観察装置。
2. 前記制御部は、前記算出処理の後に、前記改質領域の形成条件と前記亀裂位置とに基づいて、前記改質領域の前記第１面側の端部の前記Ｚ方向についての位置、前記改質領域の前記第２面側の端部の前記Ｚ方向についての位置、及び、前記改質領域の前記Ｚ方向についての幅の少なくとも１つを推定する推定処理を実行する、
   請求項１に記載の観察装置。
3. 前記撮像処理では、前記制御部は、
   前記透過光を前記第１面から前記対象物に入射させつつ、前記Ｚ方向に沿って前記集光レンズを相対移動させることにより、前記第２面での反射を経ていない前記透過光の前記集光点を前記第１面側から前記第２面側に向けて移動させながら複数の位置で前記対象物を撮像することにより、前記内部画像として複数の第１内部画像を取得する第１撮像処理と、
   前記透過光を前記第１面から前記対象物に入射させつつ、前記Ｚ方向に沿って前記集光レンズを相対移動させることにより、前記第２面で反射した前記透過光の前記集光点を前記第２面側から前記第１面側に向けて移動させながら複数の位置で前記対象物を撮像することにより、前記内部画像として複数の第２内部画像を取得する第２撮像処理と、
   を実行する、
   請求項１又は２に記載の観察装置。
4. 前記算出処理では、前記制御部は、
   複数の前記第１内部画像のうち前記対象亀裂が最も鮮明な前記第１内部画像を判定し、判定された当該第１内部画像を撮像したときの前記集光レンズの前記移動量に基づいて、前記亀裂位置としての第１亀裂位置を算出する第１算出処理と、
   複数の前記第２内部画像のうち前記対象亀裂が最も鮮明な前記第２内部画像を判定し、判定された当該第２内部画像を撮像したときの前記集光レンズの前記移動量に基づいて、前記亀裂位置としての第２亀裂位置を算出する第２算出処理と、
   を実行し、
   前記制御部は、前記改質領域の形成条件及び前記第１亀裂位置と前記第２亀裂位置との間隔に基づいて、前記改質領域の前記Ｚ方向についての幅を推定する、
   請求項３に記載の観察装置。
5. 情報を表示するための表示部をさらに備え、
   前記制御部は、前記算出処理の後に、前記表示部の制御により、前記亀裂位置に係る情報を前記表示部に表示させる表示処理を実行する、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の観察装置。
6. 第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含み、前記第１面及び前記第２面に沿ったＸ方向に配列された改質領域及び前記改質領域から延びる亀裂が形成された対象物を用意する用意工程と、
   用意工程の後に、前記対象物を透過する透過光を前記第１面から前記対象物に入射させつつ、前記亀裂のうちの前記第１面及び前記第２面に交差するＺ方向及び前記Ｘ方向に交差する方向に延びる前記亀裂である対象亀裂を前記透過光により撮像する撮像工程と、
   を備え、
   前記撮像工程では、前記Ｚ方向に沿って、前記透過光を前記対象物に集光するための集光レンズを相対移動させることにより、前記対象物の内部の複数の位置に前記透過光の集光点を位置させて前記対象物を撮像することによって複数の内部画像を取得し、
   前記撮像工程の後に、複数の前記内部画像と前記内部画像のそれぞれを撮像したときの前記集光レンズの前記Ｚ方向についての移動量とに基づいて、前記対象亀裂の前記Ｚ方向についての位置である亀裂位置を算出し、
   前記亀裂位置の算出では、複数の前記内部画像のうち前記対象亀裂の像が最も鮮明な前記内部画像を判定し、判定された当該内部画像を撮像したときの前記集光レンズの前記移動量に基づいて前記亀裂位置を算出する、
   観察方法。
7. 対象物に透過性を有する透過光によって前記対象物を撮像するための撮像部と、
   少なくとも前記撮像部を制御するための制御部と、
   前記透過光を前記対象物に集光するための集光レンズを前記対象物に対して相対的に移動させるための移動部と、
   を備え、
   前記対象物は、第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含み、
   前記対象物には、前記第１面及び前記第２面に沿ったＸ方向に配列された改質領域及び前記改質領域から延びる亀裂が形成されており、
   前記制御部は、前記撮像部の制御により、前記透過光を前記第１面から前記対象物の内部に入射させつつ、前記亀裂のうちの前記第１面及び前記第２面に交差するＺ方向及び前記Ｘ方向に交差する方向に延びる前記亀裂である対象亀裂を前記透過光により撮像する撮像処理を実行し、
   前記撮像処理では、前記制御部は、前記撮像部及び前記移動部の制御により、前記Ｚ方向に沿って前記集光レンズを相対移動させることにより、前記対象物の内部の複数の位置に前記透過光の集光点を位置させて前記対象物を撮像することによって複数の内部画像を取得し、
   前記制御部は、前記撮像処理の後に、複数の前記内部画像と前記内部画像のそれぞれを撮像したときの前記集光レンズの前記Ｚ方向についての移動量とに基づいて、前記対象亀裂の前記Ｚ方向についての位置である亀裂位置を算出する算出処理を実行し、
   前記撮像処理では、前記制御部は、
   前記透過光を前記第１面から前記対象物に入射させつつ、前記Ｚ方向に沿って前記集光レンズを相対移動させることにより、前記第２面での反射を経ていない前記透過光の前記集光点を前記第１面側から前記第２面側に向けて移動させながら複数の位置で前記対象物を撮像することにより、前記内部画像として複数の第１内部画像を取得する第１撮像処理と、
   前記透過光を前記第１面から前記対象物に入射させつつ、前記Ｚ方向に沿って前記集光レンズを相対移動させることにより、前記第２面で反射した前記透過光の前記集光点を前記第２面側から前記第１面側に向けて移動させながら複数の位置で前記対象物を撮像することにより、前記内部画像として複数の第２内部画像を取得する第２撮像処理と、
   を実行し、
   前記算出処理では、前記制御部は、
   複数の前記第１内部画像のうち前記対象亀裂が最も鮮明な前記第１内部画像を判定し、判定された当該第１内部画像を撮像したときの前記集光レンズの前記移動量に基づいて、前記亀裂位置としての第１亀裂位置を算出する第１算出処理と、
   複数の前記第２内部画像のうち前記対象亀裂が最も鮮明な前記第２内部画像を判定し、判定された当該第２内部画像を撮像したときの前記集光レンズの前記移動量に基づいて、前記亀裂位置としての第２亀裂位置を算出する第２算出処理と、
   を実行し、
   前記制御部は、前記改質領域の形成条件及び前記第１亀裂位置と前記第２亀裂位置との間隔に基づいて、前記改質領域の前記Ｚ方向についての幅を推定する、
   観察装置。
8. 第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含み、前記第１面及び前記第２面に沿ったＸ方向に配列された改質領域及び前記改質領域から延びる亀裂が形成された対象物を用意する用意工程と、
   用意工程の後に、前記対象物を透過する透過光を前記第１面から前記対象物に入射させつつ、前記亀裂のうちの前記第１面及び前記第２面に交差するＺ方向及び前記Ｘ方向に交差する方向に延びる前記亀裂である対象亀裂を前記透過光により撮像する撮像工程と、
   を備え、
   前記撮像工程では、前記Ｚ方向に沿って、前記透過光を前記対象物に集光するための集光レンズを相対移動させることにより、前記対象物の内部の複数の位置に前記透過光の集光点を位置させて前記対象物を撮像することによって複数の内部画像を取得し、
   前記撮像工程の後に、複数の前記内部画像と前記内部画像のそれぞれを撮像したときの前記集光レンズの前記Ｚ方向についての移動量とに基づいて、前記対象亀裂の前記Ｚ方向についての位置である亀裂位置を算出し、
   前記撮像工程では、
   前記透過光を前記第１面から前記対象物に入射させつつ、前記Ｚ方向に沿って前記集光レンズを相対移動させることにより、前記第２面での反射を経ていない前記透過光の前記集光点を前記第１面側から前記第２面側に向けて移動させながら複数の位置で前記対象物を撮像することにより、前記内部画像として複数の第１内部画像を取得すると共に、
   前記透過光を前記第１面から前記対象物に入射させつつ、前記Ｚ方向に沿って前記集光レンズを相対移動させることにより、前記第２面で反射した前記透過光の前記集光点を前記第２面側から前記第１面側に向けて移動させながら複数の位置で前記対象物を撮像することにより、前記内部画像として複数の第２内部画像を取得し、
   前記亀裂位置の算出では、
   複数の前記第１内部画像のうち前記対象亀裂が最も鮮明な前記第１内部画像を判定し、判定された当該第１内部画像を撮像したときの前記集光レンズの前記移動量に基づいて、前記亀裂位置としての第１亀裂位置を算出すると共に、
   複数の前記第２内部画像のうち前記対象亀裂が最も鮮明な前記第２内部画像を判定し、判定された当該第２内部画像を撮像したときの前記集光レンズの前記移動量に基づいて、前記亀裂位置としての第２亀裂位置を算出し、
   前記改質領域の形成条件及び前記第１亀裂位置と前記第２亀裂位置との間隔に基づいて、前記改質領域の前記Ｚ方向についての幅を推定する、
   観察方法。

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