观察装置、观察方法和观察对象物与流程

1.本发明涉及观察装置、观察方法和观察对象物。


背景技术：

2.已知有一种激光加工装置，其为了将包括半导体衬底和形成于半导体衬底的正面上的功能元件层的晶片分别沿着多条线切断，而从半导体衬底的背面侧对晶片照射激光，来分别沿着多条线在半导体衬底的内部形成多排改性区域。专利文献1(日本特开2017-64746号公报)所记载的激光加工装置包括红外线摄像机，能够从半导体衬底的背面侧观察形成于半导体衬底的内部的改性区域和形成于功能元件层的加工损伤等。


技术实现要素：

3.但是，在使用从对象物透射的透射光观察对象物时，例如，存在通过使包括透射光的光源、检测器的摄像单元在z方向(例如透射光的光轴方向)上移动，一边使透射光的聚光点在z方向上移动一边在多个位置对对象物进行摄像的情况。在此情况下，能够考虑通过对检测出改性区域时的摄像单元的移动量乘以与物镜的na、对象物的折射率相应的校正系数，改性区域在对象物内部的位置的测算值。
4.但是，根据本发明的发明者的发现，随着装置状态、观察深度(从透射光的入射面至聚光点在z方向上的距离)的变化，检测出改性区域时的摄像单元的移动量有时会产生偏差。作为其原因，首先考虑因物镜的聚光模糊引起的观察位置偏移。即，在使摄像单元的物镜的球面像差校正量为一定的情况下，该一定的球面像差校正对于理想状态有时为弱校正。在此情况下，对象物内的透射光的聚光位置相对变浅，其结果是，检测出某改性区域时的摄像单元的移动量相对地变大(观察位置变得更深)。
5.同样地，在使摄像单元的物镜的球面像差校正量为一定的情况下，该一定的球面像差校正对于理想状态为过校正的情况下，对象物内的透射光的聚光位置相对地变深，其结果是，检测出某改性区域时的摄像单元的移动量相对地变小(观察位置变得更浅)。
6.此外，作为移动量产生偏差的原因，考虑校正环透镜的操作前后的偏移。即，在摄像单元的物镜为校正环透镜的情况下，即使为了调节校正环的像差校正量而操作校正环，相对于像差校正量的变化量、校正环的操作量有时也不一定，其结果是，在校正环的操作前后观察位置有时会偏移。此外，摄像单元的物镜的机差、物镜的拆装等也是移动量的偏差的一个原因。
7.这样，在因各种原因，检测出改性区域时的摄像单元的移动量产生了偏差的状态下，当对该移动量乘以一定的校正系数运算改性区域的位置的测算值时，该测算值也会产生偏差。其结果是，难以获取改性区域的准确的位置。
8.于是，本发明的目的是提供能够更准确获取关于改性区域的位置的信息的观察装置、观察方法和观察对象物。
9.本发明的观察装置包括：摄像部，其具有用于使相对于对象物具有透射性的透射
光向对象物聚光的聚光透镜，用于利用透射光对对象物进行摄像；用于使聚光透镜相对于对象物相对地移动的移动部；和用于至少控制摄像部和移动部的控制部，对象物具有第1面和第1面的相反侧的第2面，在对象物设置有与第1面和第2面交叉的z方向上的位置的实测值已知的标记，控制部执行摄像处理和导出处理，其中，在摄像处理中，控制摄像部和移动部，使透射光从第1面入射至对象物的内部，使聚光透镜沿z方向移动并利用透射光对对象物进行摄像，来获取作为对象物的内部图像的、包含标记的像的标记图像，导出处理在摄像处理之后导出校正系数，校正系数使得该校正系数与拍摄得到标记图像时的聚光透镜的移动量的乘积的值即测算值成为实测值。
10.本发明的观察方法包括：准备对象物的准备步骤，对象物具有第1面和第1面的相反侧的第2面，在对象物形成有与第1面和第2面交叉的z方向上的位置的实测值已知的标记；摄像步骤，使相对于对象物具有透射性的透射光从第1面入射至对象物的内部，使用于将透射光聚光的聚光透镜沿z方向移动并利用透射光对对象物进行摄像，来获取作为对象物的内部图像的、包含标记的像；和导出步骤，在摄像步骤之后导出校正系数，校正系数使得该校正系数与拍摄得到标记图像时的聚光透镜的移动量的乘积的值即测算值成为实测值。
11.在这些观察装置和观察方法的对象物中，设置有与该第1面和第2面交叉的z方向上的位置的实测值已知的标记。在这些观察装置和观察方法中，通过一边使聚光透镜移动一边对这样的对象物进行摄像，能够获取作为对象物的内部图像的包含标记的像的标记图像。而且，导出校正系数，校正系数使得该校正系数与拍摄得到该标记图像时的聚光透镜的移动量的乘积的值(测算值)为已知的标记的位置的实测值。即，根据该观察装置和观察方法，能够导出与摄像得到标记图像时的装置状以及拍摄得到标记图像时的聚光透镜的移动量(即观察深度)相应的校正系数。由此，在利用透射光观察改性区域对改性区域的位置的测算值进行运算时，使用该校正系数能够更准确地获取关于改性区域的位置的信息。
12.本发明的观察装置也可以构成为，在对象物中，形成有z方向上的位置彼此不同且该位置的实测值已知的多个所述标记，在摄像处理中，控制部使聚光透镜沿z方向相对移动，使得透射光的聚光点位于z方向上的对象物的内部的多个位置来对对象物进行摄像，由此获取包括多个标记各自的像的多个标记图像，在导出处理中，控制部导出多个校正系数，多个校正系数使得校正系数与拍摄得到多个标记图像的各个标记图像时的聚光透镜的各个移动量的乘积的值即测算值各自分别成为多个标记的实测值的每一个。在此情况下，能够导出与多个移动量相应的校正系数。因此，在利用透射光观察改性区域对改性区域的位置的测算值进行运算时，能够在z方向上的更宽广的范围内，更准确地获取关于改性区域的位置的信息。
13.本发明的观察装置也可构成为，在对象物中，作为标记形成有在沿第1面和第2面的x方向上排列的改性区域和从改性区域延伸的裂纹，在摄像处理中，使聚光透镜沿z方向移动，来使透射光的聚光点移动而利用透射光对对象物进行摄像，由此获取包括裂纹中的沿与x方向和z方向交叉的方向延伸的裂纹的像的内部图像作为标记图像。
14.根据本发明的发明者的发现，当在对象物的内部例如通过激光加工形成改性区域时，有时形成从该改性区域向各种各样的方向延伸的裂纹。而且，该裂纹中的、沿与同对象物的激光入射面交叉的z方向与作为激光加工的前进方向的x方向交叉的方向延伸的裂纹，
与改性区域比较，能够利用从对象物透射的透射光精准地检测出。因此，如上所述，如果令包含该裂纹的像的内部图像为标记图像，则能够减轻摄像得到该标记图像时的聚光透镜的移动量的偏差。其结果是，能够导出更准确的校正系数。
15.本发明的观察装置也可以构成为，摄像部具有校正环透镜，该校正环透镜包括聚光透镜和设置于聚光透镜的、用于对在对象物产生的像差进行校正的校正环。这样，在聚光透镜设置有校正环的情况下，存在在校正环的操作前后装置状态发生变化的问题。因此，如上所述那样导出与装置状态相应的校正系数更有效。
16.本发明的观察装置也可以构成为包括：用于设置对象物的设置部；和设置于设置部的对象物。这样，通过始终设置设有标记的对象物，能够在任意时间进行校正系数的导出。
17.本发明的观察装置包括：摄像部，其具有用于使相对于对象物具有透射性的透射光向对象物聚光的聚光透镜，用于利用透射光对对象物进行摄像；用于使聚光透镜相对于对象物相对地移动的移动部；和用于至少控制摄像部和移动部的控制部，对象物具有第1面和第1面的相反侧的第2面，在对象物中设有改性区域和从改性区域延伸的裂纹，控制部执行摄像处理和运算处理，其中，在摄像处理中，控制摄像部和移动部，使透射光从第1面入射至对象物，使聚光透镜沿与第1面和第2面交叉的z方向移动并利用透射光对对象物进行摄像，来获取作为内部图像的、包含改性区域和/或裂纹的像的检测图像，运算处理在摄像处理之后，将校正系数乘以拍摄得到检测图像时的聚光透镜的移动量，来运算改性区域和/或裂纹在z方向上的位置的测算值，控制部保存有与移动量相应的多个校正系数。
18.该观察装置，如上所述，保存有与聚光透镜的移动量相应的校正系数。因此，通过使用该校正系数运算改性区域的位置的测算值，能够获取关于更准确的改性区域的位置的信息。
19.本发明的观察对象物具有第1面和第1面的相反侧的第2面，设置有标记，观察对象物用于导出校正系数，该导出校正系数用于从标记的位置的实测值运算与第1面和第2面交叉的z方向上的标记的位置的测算值。使用该观察对象物能够如上所述的那样导出校正系数。
20.根据本发明，能够提供能够更准确地获取关于改性区域的位置的信息的观察装置、观察方法和观察对象物。
附图说明
21.图1是一个实施方式的激光加工装置的结构图。
22.图2是一个实施方式的晶片的俯视图。
23.图3是图2所示的晶片的一部分的截面图。
24.图4是图1所示的激光照射单元的结构图。
25.图5是图1所示的检查用摄像单元的结构图。
26.图6是图1所示的对准校正用摄像单元的结构图。
27.图7是用于说明图5所示的检查用摄像单元的摄像原理的晶片的截面图、和该检查用摄像单元所获得的各部位处的图像。
28.图8是用于说明图5所示的检查用摄像单元的摄像原理的晶片的截面图、和该检查
用摄像单元所获得的各部位处的图像。
29.图9是形成在半导体衬底的内部的改性区域和裂纹的sem图像。
30.图10是形成在半导体衬底的内部的改性区域和裂纹的sem图像。
31.图11是用于说明图5所示的检查用摄像单元的摄像原理的示意图。
32.图12是用于说明图5所示的检查用摄像单元的摄像原理的示意图。
33.图13是表示形成了改性区域的对象物的图。
34.图14是关于z方向上的改性区域和裂纹的位置的图表。
35.图15是在对象物的截面照片对检测结果进行绘制而得到的图。
36.图16是用于说明校正系数的示意图。
37.图17是表示检测对象在z方向上的位置与检测出检测对象时的移动量的关系的图表。
38.图18是表示用于导出本实施方式的观察方法中的校正系数的步骤的流程图。
39.图19是表示用于导出校正系数的对象物的测视图。
40.图20是表示图18所示的观察方法的一个步骤的图。
41.图21是在z方向上彼此不同的位置摄像得到的多个内部图像。
42.图22是表示改性区域的位置的实测值与移动量与校正系数的关系的表。
43.图23是表示本实施方式的观察方法中，用于获取关于改性区域在z方向上的位置的信息的步骤的流程图。
44.图24是表示图23所示的观察方法的一个步骤的图。
45.图25是表示图23所示的观察方法的一个步骤的图。
46.图26是表示改性区域的位置的实测值与移动量与校正系数的关系的表。
47.图27是表示改性区域的位置的测算值与实测值的误差的图表。
48.图28是表示变形例的对象物的示意的截面图。
49.图29是对裂纹检测进行说明的图。
50.图30是对裂纹检测进行说明的图。
51.图31是对伤痕检测进行说明的图。
52.图32是对伤痕检测进行说明的图。
53.图33是对伤痕检测进行说明的图。
具体实施方式
54.下面，参照附图对一个实施方式进行详细说明。其中，在各附图的说明中，有时对于同一或相当的部分赋予同一附图标记，省略重复的说明。此外，在各图中，有时表示由x轴、y轴和z轴规定的直角坐标系。作为一例，x方向和y方向是彼此交叉(正交)的第1水平方向和第2水平方向，z方向是与x方向和y方向交叉(正交)的铅垂方向。
55.如图1所示，激光加工装置1包括载置台2、激光照射单元3(照射部)、多个摄像单元4、5、6、驱动单元7、控制部8和显示器150(显示部)。激光加工装置1是通过向对象物11照射激光l来在对象物11形成改性区域12的装置。
56.载置台2例如通过吸附粘贴于对象物11的膜来支承对象物11。载置台2能够分别沿着x方向和y方向移动，且能够以与z方向平行的轴线为中心线旋转。
57.激光照射单元3将对于对象物11具有透射性的激光l聚光来照射于对象物11。当激光l聚光至由载置台2支承的对象物11的内部时，在与激光l的聚光点c对应的部分，激光l特别会被吸收，能够在对象物11的内部形成改性区域12。
58.改性区域12是密度、折射率、机械强度或其他物理特性与周围的非改性区域不同的区域。作为改性区域12，例如有熔融处理区域、裂缝区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等。改性区域12具有裂纹容易从改性区域12延伸至激光l的入射侧及其相反侧的特性。这样的改性区域12的特性被利用于对象物11的切断。
59.作为一例，当使载置台2沿着x方向移动，并使聚光点c相对于对象物11沿着x方向相对地移动时，以沿着x方向排成1排的方式形成多个改性点12s。1个改性点12s是通过1个脉冲的激光l的照射而形成的。1排改性区域12是排成1排的多个改性点12s的集合。相邻的改性点12s根据聚光点c相对于对象物11的相对移动速度和激光l的反复频率，存在彼此相连的情况，以及彼此分开的情况。
60.摄像单元4拍摄形成于对象物11中的改性区域12，以及从改性区域12延伸出的裂纹的前端。
61.摄像单元5和摄像单元6在控制部8的控制下，利用从对象物11透射的光来拍摄被载置台2所支承的对象物11。摄像单元5、6进行拍摄而获得的图像，作为一例，用于进行激光l的照射位置的对准。
62.驱动单元7支承激光照射单元3和多个摄像单元4、5、6。驱动单元7使激光照射单元3和多个摄像单元4、5、6沿着z方向移动。
63.控制部8控制载置台2、激光照射单元3、多个摄像单元4、5、6和驱动单元7的动作。控制部8作为包含处理器、内存、存储器和通信装置等的计算机装置而构成。在控制部8中，处理器执行内存等中所读取的软件(程序)，控制内存和存储器中的数据的读出或写入，以及通信装置所进行的通信。
64.显示器150具有作为接受用户进行的信息的输入的输入部的功能、和作为对用户显示信息的显示部的功能。
65.[对象物的结构]
[0066]
本实施方式的对象物11如图2及图3所示为晶片20。晶片20包括半导体衬底21和功能元件层22。在本实施方式中，说明晶片20包括功能元件层22的方式，但是晶片20既可以包括功能元件层22，也可以不包括功能元件层22，也可以是承载晶片。半导体衬底21具有正面21a(第2面)和背面21b(第1面)。半导体衬底21例如为硅衬底。功能元件层22形成于半导体衬底21的正面21a。功能元件层22包含沿着正面21a二维排列的多个功能元件22a。功能元件22a是例如光电二极管等的受光元件、激光二极管等的发光元件、内存等的电路元件等。功能元件22a也存在堆叠多个层而三维地构成的情况。另外，在半导体衬底21，虽然设有显示结晶方位的缺口21c，但是也可以取代缺口21c而设置定向平面。
[0067]
晶片20分别沿着多条线15按每个功能元件22a被切断。多条线15从晶片20的厚度方向观察时，通过多个功能元件22a各自之间。更具体而言，线15从晶片20的厚度方向观察时，通过网格线区域23的中心(宽度方向的中心)。网格线区域23在功能元件层22以通过相邻的功能元件22a之间的方式延伸。在本实施方式中，多个功能元件22a沿着正面21a以矩阵状排列，多条线15设定为格子状。另外，线15虽是虚拟线，但也可是实际上划出的线。
[0068]
[激光照射单元的结构]
[0069]
如图4所示，激光照射单元3具有光源31、空间光调制器32和聚光透镜33。光源31例如通过脉冲振荡方式来输出激光l。空间光调制器32调制从光源31输出的激光l。空间光调制器32例如是反射型液晶(lcos：liquid crystal on silicon)的空间光调制器(slm：spatial light modulator)。聚光透镜33将通过空间光调制器32调制的激光l聚光。其中，聚光透镜33也可以是校正环透镜。
[0070]
在本实施方式中，激光照射单元3分别沿着多条线15从半导体衬底21的背面21b侧对晶片20照射激光l，由此分别沿着多条线15在半导体衬底21的内部形成2排改性区域12a、12b。改性区域12a是2排改性区域12a、12b中的最靠近正面21a的改性区域。改性区域12b是2排改性区域12a、12b中的最靠近改性区域12a的改性区域，且是最靠近背面21b的改性区域。
[0071]
2排改性区域12a、12b在晶片20的厚度方向(z方向)上相邻。2排改性区域12a、12b是通过使2个聚光点c1、c2相对于半导体衬底21沿着线15相对地移动而形成的。通过空间光调制器32调制激光l，使得例如聚光点c2相对于聚光点c1位于行进方向的后侧且位于激光l的入射侧。其中，关于改性区域的形成，可以是单焦点，也可以是多焦点，可以是1个路径，也可以是多个路径。
[0072]
激光照射单元3沿多个线15中的各个线15从半导体衬底21的背面21b侧对晶片20照射激光l。作为一例，相对于作为厚度400μm的单晶硅＜100＞衬底的半导体衬底21，使2个聚光点c1、c2分别对焦到与正面21a相距54μm的位置和至128μm的位置，沿多个线15的各个线15从半导体衬底21的背面21b侧对晶片20照射激光l。此时，例如在选取遍及2排改性区域12a、12b的裂纹14到达半导体衬底21的正面21a的条件的情况下，令激光l的波长为1099nm，脉冲宽度为700n秒，反复频率为120khz。此外，令聚光点c1的激光l的输出为2.7w，聚光点c2的激光l的输出为2.7w，令2个聚光点c1、c2相对于半导体衬底21的相对移动速度为800mm/秒。其中，例如在加工路径数为5的情况下，对于上述的晶片20，例如也可以令zh80(与正面21a相距328μm的位置)、zh69(与正面21a相距283μm的位置)、zh57(与正面21a相距234μm的位置)、zh26(与正面21a相距107μm的位置)、zh12(与正面21a相距49.2μm的位置)为加工位置。在此情况下，例如，也可以是，激光l的波长为1080nm，脉冲宽度为400nsec，反复频率为100khz，移动速度为490mm/秒。
[0073]
这样的2排改性区域12a、12b和裂纹14的形成是在如下那样的情况下实施的。即，在之后的步骤中，例如通过研磨半导体衬底21的背面21b而使半导体衬底21薄化，并且使裂纹14露出到背面21b，分别沿着多条线15将晶片20切断为多个半导体器件的情况。
[0074]
[检查用摄像单元的结构]
[0075]
如图5所示，摄像单元4(摄像部)具有光源41、反射镜42、物镜43(聚光透镜)和光检测部44。摄像单元4对晶片20进行摄像。光源41输出相对于半导体衬底21具有透射性的光i1。光源41例如由卤素灯和滤光片构成，输出近红外线区域的光i1。从光源41输出的光i1会被反射镜42反射而通过物镜43，从半导体衬底21的背面21b侧照射至晶片20。此时，载置台2如上述那样支承形成有2排改性区域12a、12b的晶片20。
[0076]
物镜43用于使相对于半导体衬底21具有透射性的光(透射光)i1朝向半导体衬底21聚光。物镜43使被半导体衬底21的正面21a反射后的光i1通过。即，物镜43使在半导体衬底21中传播后的光i1通过。物镜43的数值孔径(na)例如是0.45以上。物镜43具有校正环
43a。校正环43a例如通过调节构成物镜43的多个透镜的彼此之间的距离，校正半导体衬底21内的光i1所产生的像差。其中，作为校正像差的手段，不限于校正环43a，也可以是空间光调制器等其他校正手段。光检测部44对从物镜43和反射镜42透射后的光i1进行检测。光检测部44例如由ingaas摄像机构成，对近红外线区域的光i1进行检测。其中，检测(摄像)近红外线区域的光i1的手段不限于ingaas摄像机，也可以是透射型共聚焦显微镜等进行透射型的摄像的其它摄像手段。
[0077]
摄像单元4能够拍摄出2排改性区域12a、12b各自，以及多个裂纹14a、14b、14c、14d各自的前端(详情后述)。裂纹14a是从改性区域12a向正面21a侧延伸的裂纹。裂纹14b是从改性区域12a向背面21b侧延伸的裂纹。裂纹14c是从改性区域12b向正面21a侧延伸的裂纹。裂纹14d是从改性区域12b向背面21b侧延伸的裂纹。
[0078]
[对准校正用摄像单元的结构]
[0079]
如图6所示，摄像单元5具有光源51、反射镜52、透镜53和光检测部54。光源51输出相对于半导体衬底21具有透射性的光i2。光源51例如由卤素灯及滤光片构成，输出近红外线区域的光i2。光源51也可与摄像单元4的光源41共用。从光源51输出的光i2会被反射镜52反射而通过透镜53，从半导体衬底21的背面21b侧照射于晶片20。
[0080]
透镜53使被半导体衬底21的正面21a反射后的光i2通过。即，透镜53使在半导体衬底21中传播后的光i2通过。透镜53的数值孔径是0.3以下。即，摄像单元4的物镜43的数值孔径比透镜53的数值孔径大。光检测部54检测通过透镜53和反射镜52的光i2。光检测部54例如由ingaas摄像机构成，检测近红外线区域的光i2。
[0081]
摄像单元5在控制部8的控制下，从背面21b侧将光i2照射于晶片20，并且检测从正面21a(功能元件层22)返回的光i2，由此拍摄功能元件层22。并且，摄像单元5同样在控制部8的控制下，从背面21b侧将光i2照射于晶片20，并且检测从半导体衬底21的改性区域12a、12b的形成位置返回的光i2，由此获取包含改性区域12a、12b的区域的图像。这些图像用于进行激光l的照射位置的对准。摄像单元6除了相较于透镜53为低倍率(例如，在摄像单元5中是6倍，在摄像单元6中是1.5倍)的点以外，具有与摄像单元5同样的结构，并与摄像单元5同样地用于对准。
[0082]
[检查用摄像单元的拍摄原理]
[0083]
使用图5所示的摄像单元4，如图7所示，对于跨2排改性区域12a、12b的裂纹14到达了正面21a的半导体衬底21，使焦点f(物镜43的焦点)从背面21b侧向正面21a侧移动。在该情况下，如果使焦点从背面21b侧f对焦到从改性区域12b向背面21b侧延伸的裂纹14的前端14e，则能够确认到该前端14e(图7的右侧的图像)。然而，即便使焦点从背面21b侧f对焦到裂纹14本身和到达了正面21a的裂纹14的前端14e，也无法进行确认(图7的左侧的图像)。另外，如果使焦点f从背面21b侧对焦到半导体衬底21的正面21a，则能够确认到功能元件层22。
[0084]
并且，使用图5所示的摄像单元4，如图8所示，对于跨2排改性区域12a、12b的裂纹14未到达正面21a的半导体衬底21，使焦点f从背面21b侧向正面21a侧移动。在该情况下，即便使焦点f从背面21b侧对焦到从改性区域12a向正面21a侧延伸的裂纹14的前端14e，也无法确认到该前端14e(图8的左侧的图像)。然而，如果使焦点f从背面21b侧对焦到相对于正面21a位于与背面21b相反侧的区域(即，相对于正面21a位于功能元件层22侧的区域)，使与
焦点f关于正面21a对称的虚拟焦点fv位于该前端14e，则能够确认到该前端14e(图8的右侧的图像)。另外，虚拟焦点fv是考虑了半导体衬底21的折射率的与焦点f关于正面21a对称的点。
[0085]
以上那样无法确认到裂纹14，推测是因为裂纹14的宽度比作为照明光的光i1的波长小。图9和图10是形成于作为硅衬底的半导体衬底21的内部的改性区域12及裂纹14的sem(scanning electron microscope)图像。图9的(b)是图9的(a)所示的区域a1的放大图像，图10的(a)是图9的(b)所示的区域a2的放大图像，图10的(b)是图10的(a)所示的区域a3的放大图像。像这样，裂纹14的宽度是120nm左右，比近红外线区域的光i1的波长(例如，1.1～1.2μm)小。
[0086]
根据以上事项所设想的摄像原理如下所述。如图11的(a)所示，如果使焦点f位于空气中，则光i1不会返回，因此会获得漆黑的图像(图11的(a)的右侧的图像)。如图11的(b)所示，如果使焦点f位于半导体衬底21的内部，则被正面21a反射的光i1会返回，故会获得净白的图像(图11的(b)的右侧的图像)。如图11的(c)所示，如果使焦点f从背面21b侧对焦到改性区域12，则会因改性区域12使被正面21a反射而返回的光i1的一部分产生吸收、散射等，所以会获得在净白的背景中显示出漆黑的改性区域12的图像(图11的(c)的右侧的图像)。
[0087]
如图12的(a)及(b)所示，如果使焦点f从背面21b侧对焦到裂纹14的前端14e，则例如会因产生于前端14e附近的光学特异性(应力集中、歪曲、原子密度的不连续性等)使光被局限在前端14e附近，由此使被正面21a反射而返回的光i1的一部分产生散射、反射、干涉、吸收等，所以会获得在白净的背景中显示出漆黑的前端14e的图像(图12的(a)及(b)的右侧的图像)。如图12的(c)所示，如果使焦点f从背面21b侧对焦到裂纹14的前端14e附近以外的部分，则被正面21a反射的光i1有至少一部分会返回，故会获得净白的图像(图12的(c)的右侧的图像)。
[0088]
[内部观察的实施方式]
[0089]
图13是表示形成了改性区域的对象物的图。图13的(a)是以使改性区域露出的方式被切断了的对象物的截面照片。图13的(b)是利用从对象物透射的光进行摄像而得到的对象物的图像的一例。图13的(c)是利用从对象物透射的光进行摄像而得到的对象物的图像的另一例。如图13的(a)所示，通过激光l的聚光，形成在对象物(这里是半导体衬底21)的改性区域12包括：位于半导体衬底21的激光l的入射面的相反侧的面即正面21a侧的缺陷(void)区域12m；和比缺陷区域12m靠激光l的入射面即背面21b侧的缺陷上方区域12n。
[0090]
当利用相对于半导体衬底21具有透射性的光i1对形成了这样的改性区域12的半导体衬底21进行摄像时，如图13的(b)、(c)所示，有时能够确认到沿与z方向和x方向交叉的方向延伸(相对于x方向具有角度)的裂纹14k的像。从z方向看时，裂纹14k在图13的(b)的例子中与y方向大致平行，在图13的(c)的例子中相对于y方向稍微倾斜。这些裂纹14k的像，在一边使光i1的聚光点沿z方向移动一边在多个位置对半导体衬底21进行摄像时，与改性区域12比较，能够在z方向上的限定范围内被清晰地检测出。
[0091]
图14是关于z方向上的改性区域和裂纹的位置的图表。在图14中，缺陷下端、缺陷上端、缺陷上方区域下端、和缺陷上方区域上端的绘制，是通过截面观察实际测定到的实测值。下端是指正面21a侧的端部，上端是指背面21b侧的端部。因此，例如缺陷上方区域下端
是指缺陷上方区域12n的正面21a侧的端部。
[0092]
此外，图14的图表中的直接观察和背面反射观察的绘制，是基于利用光i1摄像得到的图像中包含裂纹14k清晰的像的内部图像被摄像得到时的z方向的物镜43的移动量(下面有时简称为“移动量”)运算得到的测算值，作为一例，是通过基于ai的图像判断得到的值。直接观察是，使光i1从背面21b入射，且不经过正面21a的反射直接使光i1的聚光点对准裂纹14k的情况(在上述的例子中，从背面21b侧使焦点f与裂纹14k一致的情况)，背面反射观察是，使光i1从背面21b入射，被正面21a反射了的光i1的聚光点对准裂纹14k的情况(在上述的例子中，相对于正面21a，从背面21b侧使焦点f对准背面21b的相反侧的区域，使关于正面21a与焦点f对称的虚拟焦点fv对准裂纹14k的情况)。
[0093]
如图14所示，在直接观察中，在使改性区域12的形成位置在z方向上位于不同的4个的情况c1～c4下，都在缺陷上方区域下端与缺陷上方区域上端之间检测出裂纹14k，在背面反射观察中，在情况c1下在大致与缺陷上方区域下端相同的位置检测出裂纹14k，在情况c2～c4下在缺陷上方区域下端与缺陷上端之间检测出裂纹14k。z方向上的改性区域12的宽度，是缺陷下端与缺陷上方区域上端之间的距离。这样，裂纹14k与改性区域12本身比较，能够在z方向上被更精准地检测出。
[0094]
因此，通过获取在z方向上出现裂纹14k时的内部图像的移动量，能够更准确地获取关于改性区域12的位置的信息。其中，图14的纵轴表示与背面的距离，这里的背面是相对于光i1的入射面的背面，对半导体衬底21而言是正面21a。此外，图15是在截面照片对情况c1下的检测结果进行绘制而得到的。
[0095]
在本实施方式中，基于以上那样的发现，通过内部观察检测裂纹14k，获取关于改性区域12的位置的信息。接着对本实施方式的观察方法进行说明。在该观察方法中，裂纹14k是检测对象的对象裂纹。
[0096]
在本实施方式中，在获取关于改性区域12的位置的信息时，首先，对z方向上的裂纹14k的位置进行运算。此时，对检测出裂纹14k的内部图像被摄像得到时的物镜43在z方向上的移动量，乘以规定的校正系数。如图14、15所示，裂纹14k在z方向上的改性区域12的范围内被检测出。因此，运算得到的裂纹14k的位置，也是改性区域12在z方向上的位置的测算值。
[0097]
首先，对关于校正系数的发现进行说明。如图16所示，为了调节半导体衬底21内的光i1的聚光点的位置，使用驱动单元7使摄像单元4沿z方向移动了移动量fz。此时，如果没有半导体衬底21，则光i1的聚光点的移动量也为移动量fz。但是，在光i1的聚光点形成在半导体衬底21的内部的情况下，光i1的聚光点的移动量为与移动量fz不同的移动量hz(在图示的例子中被放大)。移动量hz规定半导体衬底21内的实际的摄像位置，即，检测对象(例如改性区域12、裂纹14k)的位置。
[0098]
另一方面，控制部8能够直接获取的信息，是作为驱动单元7的控制时的输入值的摄像单元4的移动量fz(即，没有半导体衬底21的情况下的聚光点的移动量fz)。因此，控制部8为了获取半导体衬底21内的实际的检测对象的位置，需要对移动量fz乘以某系数。此时应用的系数是校正系数。该校正系数，考虑到物镜43的na、半导体衬底21的折射率，能够设定为一定的值(例如在半导体衬底21为硅的情况下，为4左右)。但是，在令校正系数为一定的值的情况下，可能产生如下的问题。
[0099]
图17是表示检测对象在z方向的位置与检测出检测对象时的移动量的关系的图表。图17的图表的横轴的“深度位置”，是设置了检测对象的z方向的位置(使光i1的聚光点对准的位置)，图17的图表的纵轴的“z轴移动量”，是在z方向的各个位置检测出检测对象时的移动量fz。在半导体衬底21内以40μm左右的间隔设置检测对象，以使得在令移动量fz为10μm时能够检测出检测对象。
[0100]
在图17中，一并记载了装置状态不同的多个情况下的曲线图，在关注1个装置状态(1个曲线图)的情况下，当检测对象在z方向上的位置不同时，本来应当固定为10μm的移动量fz产生偏差。在多个装置状态(多个曲线图)之间进行比较的情况下也相同。这样在移动量fz产生偏差的原因，首先，考虑因物镜43的聚光模糊而引起的观察位置偏移。即，在使摄像单元4的物镜43的球面像差校正量为一定的情况下，该一定的球面像差校正对于理想状态为弱校正。在此情况下，半导体衬底21内的光i1的聚光位置相对地变浅，其结果是，检测出某改性区域12时的摄像单元4的移动量fz相对地变大(观察位置变得更深)。
[0101]
同样，在使摄像单元4的物镜43的球面像差校正量为一定的情况下，当该一定的球面像差校正对于理想状态为过校正时，半导体衬底21内的光i1的聚光位置相对变深，其结果是，检测出某改性区域12时的摄像单元4的移动量fz相对地变小(观察位置变得更浅)。
[0102]
此外，作为移动量fz产生偏差的原因，能够考虑校正环透镜的操作前后的偏移。即，在摄像单元4的物镜43为校正环透镜的情况下，即使为了利用校正环43a调节像差校正量而操作校正环43a，相对于像差校正量的变化量、校正环43a的操作量有时也不一定，其结果是，在校正环43a的操作前后存在观察位置偏移的情况。进一步，摄像单元4的物镜43的机差、物镜43的拆装等也为移动量fz的偏差的原因。
[0103]
当这样对产生了偏差的移动量fz乘以一定的校正系数而运算测算值时，运算结果也会产生偏差。据此，为了获取关于检测对象的准确位置的信息，需要根据装置状态、z方向的位置使用适当的校正系数。于是，在本实施方式的观察方法中，如下所述地进行校正系数的导出。进行校正系数的导出的时间是任意的，作为一例，是在物镜43的拆装时这样装置状态发生了变化的时间。
[0104]
图18是表示用于导出本实施方式的观察方法中的校正系数的步骤的流程图。如图18所示，使用于导出校正系数的对象物(观察对象物)60移动至摄像单元4的物镜43的下部(步骤s1)。如图1所示，激光加工装置1还包括与载置台2不同的载置台(设置部)2a，对象物60载置在该载置台2a。载置台2a例如通过驱动单元7能够沿x方向和y方向移动。
[0105]
图19是表示用于导出校正系数的对象物的测视图。如图19所示，对象物60包括背面60b和背面(第1面)60b的相反侧的正面(第2面)60a。在对象物60中，通过激光加工，形成了在沿背面60b和正面60a的x方向上排列的改性区域12和从改性区域12延伸的裂纹(裂纹14、14k)。尤其是，在对象物60形成了从改性区域12沿与z方向和x方向交叉的方向延伸的裂纹14k。此外，在对象物60中，以在z方向上排列的方式形成了多排改性区域12。改性区域12在z方向上的间隔，换算成移动量fz为10μm以下。
[0106]
在对象物60中，以使改性区域12露出的方式形成了切断面，各个改性区域12在z方向上的位置，例如作为裂纹14k的位置，通过该切断面的观察被实测而已知。该已知的实测值，可以有控制部8保存，也可以保存在控制部8能够访问的任意的存储装置中。这样，在这里，实施准备对象物60的准备步骤，该对象物60包括背面60b和背面60b的相反侧的正面
60a，作为与背面60b和正面60a交叉的z方向上的位置的实测值已知的标记，改性区域12和裂纹14k形成在对象物60中。
[0107]
在接下来的步骤中，如图20所示，利用相对于对象物60具有透射性的光(透射光)i1，进行对象物60的摄像(步骤s2：摄像步骤)。在该步骤s2中，通过对摄像单元4(摄像部)的控制，执行下述的摄像处理：利用光i1对从改性区域12延伸的裂纹中的沿与z方向和x方向交叉的方向延伸的裂纹14k进行摄像。y方向是与x方向及z方向交叉的方向的一例，x方向是用于在对象物60形成改性区域12的激光加工的加工前进方向(即改性区域12的排列方向)，z方向是与背面60b和正面60a交叉的方向。
[0108]
在该步骤s2中，控制部8通过控制摄像单元4和驱动单元7，使光i1从对象物60的背面60b入射至对象物60，并使摄像单元4沿z方向移动而使光i1的聚光点(焦点f，虚拟焦点fv)沿z方向移动，使光i1的聚光点位于对象物60的内部的多个位置而多次对对象物60进行摄像。由此，获取多个内部图像gd。在本实施方式中，物镜43与摄像单元4一体地移动。因此，使摄像单元4移动也就是使物镜43移动，摄像单元4的移动量与物镜43的移动量是同等的。
[0109]
使光i1的聚光点移动的范围，可以是对象物60的厚度的整个范围，但是在这里，能够选取一部分的范围ra，该一部分的范围ra包含为了形成改性区域12(在这里，作为一例，改性区域12a、12b)而使激光的聚光点对准了的z方向的位置。进行多次摄像时摄像单元4在z方向上的移动间隔，即，对象物60的摄像间隔是任意的，从更准确地检测裂纹14k的观点出发，优选更精细地设定。摄像间隔，作为一例为1μm以内，这里是0.2μm。
[0110]
进一步，这里，控制部8控制摄像单元4和驱动单元7，以执行对象物60的直接观察和背面反射观察。更具体而言，控制部8，首先，执行下述的第1摄像处理：使光i1从背面60b入射至对象物60，并使摄像单元4沿z方向移动，一边使没有经过正面60a的反射的光i1的聚光点(焦点f)从背面60b侧向正面60a侧移动，一边在z方向的多个位置对对象物60进行摄像，作为内部图像gd获取多个第1内部图像gd1。该第1摄像处理是直接观察。
[0111]
除此之外，控制部8执行下述的第2摄像处理：使光i1从背面60b入射至对象物，使摄像单元4沿z方向移动，一边使被正面60a反射的光i1的聚光点(虚拟焦点fv)从正面60a侧向背面60b侧移动、一边在多个位置对对象物60进行摄像，由此，作为内部图像gd获取多个第2内部图像gd2。该第2摄像处理由于是从光i1的入射面的背面(这里，根据与半导体衬底21的正面背面的关系，称为正面60a)侧进行的观察，因此是背面反射观察。
[0112]
在接下来的步骤中，保存关于通过步骤s2的摄像而获取的内部图像gd的摄像数据(步骤s3)。如上所述，在步骤s2中，控制部8一边通过对驱动单元7的控制使摄像单元4(即光i1的聚光点)沿z方向移动一边进行摄像。因此，控制部8能够获取摄像得到各个内部图像时的移动量fz。这里，关于各个内部图像gd的移动量fz的信息能够与各个内部图像gd相关联，并作为摄像数据被保存。摄像数据，不论控制部8和激光加工装置1的内外，能够被保存在控制部8能够访问的任意存储装置中。
[0113]
摄像单元4(物镜43)的移动量fz，作为一例，能够选取从使光i1的聚光点对准半导体衬底21的背面21b的状态的位置起，以使光i1的聚光点对准半导体衬底21的内部的所希望的位置的方式使摄像单元4沿z方向移动了的情况下的摄像单元4的移动量。
[0114]
接着，控制部8从规定的存储装置输入摄像数据(步骤s4)。然后，控制部8判断裂纹14k的形成状态(步骤s5)。这里，作为一例，控制部8通过图像识别自动地判断多个内部图像
gd中裂纹14k的像相对地清晰的内部图像gd(标记图像)(进行ai判断)。这里，对通过ai判断检测裂纹、改性区域的算法的一例进行说明。
[0115]
图29和图30是对裂纹检测进行说明的图。图29图示了内部观察结果(半导体衬底21的内部图像)。控制部8对于图29的(a)所示的半导体衬底21的内部图像，首先，检测直线组140。在直线组140的检测中，例如能够使用hough变换或lsd(line segment detector：直线段检测算法)等算法。hough变换是，对通过图像上的所有点的全部直线进行检测，对更多地通过特征点的直线赋予权重而检测直线的方法。lsd是，通过计算图像内的亮度值的坡度和角度而推算成为线段的区域，通过将该区域近视为矩形而检测直线的方法。
[0116]
接着，控制部8通过如图30所示的那样对直线组140运算与裂纹线的类似度，从直线组140检测裂纹14。裂纹线，如图30的上图所示，具有相对于线上的亮度值在y方向上前后非常明亮的特征。因此，控制部8例如将检测出的直线组140的所有画素的亮度值与y方向的前后比较，将其差在前后都是阈值以上的画素数量作为类似度的分数。然后，将检测出的多个直线组140中与裂纹线的类似度的分数最高的作为该图像的代表值。代表值越高，成为存在裂纹14的可能性越高的指标。控制部8通过将多个图像的代表值相比较，将分数相对较高的图像作为裂纹图像候选。
[0117]
图31～图33是对伤痕检测进行说明的图。图31图示了内部观察结果(半导体衬底21的内部图像)。控制部8对于图31的(a)所示的半导体衬底21的内部的图像，将图像内的角(边缘的聚集)作为关键点检测出，检测其位置、大小、方向而检测出特征点250。这样检测特征点的方法，已知eigen，harris，fast，sift，surf，star，mser，orb，akaze等。
[0118]
这里，如图32所示，伤痕280因为圆形、矩形等形状以一定间隔排列，因此作为角的特征强。因此，通过统计图像内的特征点250的特征量，能够高精度地检测出伤痕280。如图33所示，比较在深度方向上转移而摄像得到的每个图像的特征量合计，能够确认表示每个改性层的裂纹排量的山的变化。控制部8将该变化的峰推算为伤痕280的位置。通过这样统计特征量，不仅能够推算伤痕位置，而且能够推算脉冲间距。
[0119]
对于以上的ai判断的说明，是关于沿x方向延伸的裂纹14和伤痕280的，但是沿与z方向和x方向交叉的方向延伸的裂纹14k，也能够利用相同的算法，通过比较多个内部图像id的代表值，将分数相对较高的判断为该裂纹14k的像相对清晰的内部图像id。
[0120]
作为一例，图21是在z方向上彼此不同的位置摄像得到的多个内部图像gd。在图21中，以(d)所示的内部图像gdd的摄像位置为中心，(c)是向背面60b侧去1μm的摄像位置的内部图像gdc，(b)是向背面60b侧去3μm的摄像位置的内部图像gdb，(a)是向背面60b侧去5μm的摄像位置的内部图像gda，(e)向正面60a侧去1μm的摄像位置的内部图像gde，(f)是向正面60a侧去3μm的摄像位置的内部图像gdf，(g)是向正面60a侧去5μm的摄像位置的内部图像gdg。这里的摄像位置是对象物60的内部的值。
[0121]
在图21所示的例子中，根据在内部图像gdd中裂纹14k的像最清晰的情况，控制部8判断内部图像gdd是相对地分数较高、该裂纹14k的像相对地清晰的内部图像。即，这里，判断在内部图像gdd中检测出了裂纹14k(令内部图像gdd为标记图像)。控制部8能够获取摄像得到内部图像gdd时的移动量fz。控制部8通过对z方向的位置不同的多排改性区域12和从各个改性区域12延伸的裂纹14k，进行同样的步骤、处理，能够获取检测出从多排改性区域12的各个改性区域12延伸的裂纹14k时的移动量fz。
[0122]
即，在本实施方式中，在对象物60中形成了z方向上的位置彼此不同、并且作为标记该位置的实测值已知的多个改性区域12和裂纹14k，在摄像处理中，控制部8通过使摄像单元4沿z方向移动，使光i1的聚光点位于z方向上的对象物60的内部的多个位置对对象物60进行摄像，由此获取包含从多个改性区域12的各个改性区域12延伸的各个裂纹14k的清晰的像的多个内部图像gd(与上述的内部图像gdd相当的图像，标记图像)。然后，控制部8如图22的第2栏q2所示的那样，获取摄像得到各个标记图像时的移动量fz。
[0123]
如图22的第1栏q1所示的那样，控制部8将多排改性区域12(裂纹14k)在z方向上的位置的实测值，作为与对象物60的背面(相对于光i1的入射面的背面，这里是正面60a)相距的距离而获取。
[0124]
接着，控制部8导出校正系数(步骤s6：导出步骤)。如图22所示，控制部8，作为用于对在z方向上排列的多个改性区域12各自的位置的测算值进行运算的信息，获取检测出从各个改性区域12延伸的裂纹14k时的移动量fz(第2栏q2)。另一方面，控制部8能够获取在z方向上排列的多个改性区域12各自的位置的实测值(第1栏q1)。因此，控制部8对于在z方向上排列的多个改性区域12的各个改性区域12，能够以使得对移动量fz乘以校正系数而得到的值即改性区域12的位置的测算值成为对应的实测值的方式，导出校正系数。换言之，控制部8，作为校正系数＝实测值/移动量fz，导出校正系数。
[0125]
即，控制部8执行下述的导出处理：以使得对摄像得到包含裂纹14k清晰的像的内部图像gd即标记图像时的移动量fz乘以校正系数而得到的值即测算值，成为改性区域12在z方向上的位置的实测值的方式，导出校正系数。图22的第3栏q3表示这样导出的校正系数。之后，控制部8保存表示导出的校正系数的数据(步骤s7)，结束处理。
[0126]
通过上述方式导出的校正系数，是基于利用来自摄像单元4的光i1摄像得到的内部图像gd而导出的。因此，校正系数反映了进行内部图像gd的摄像时的摄像单元4的装置状态。此外，校正系数基于在z方向上在对象物60的多个位置摄像得到的内部图像gd而被导出。因此，校正系数是将使光i1的聚光点在对象物60内对准的z方向上的位置、和与该位置相应的像差校正量考虑在内而得到的。
[0127]
接着，在本实施方式的观察方法中，通过对包含没有实测到z方向的位置的改性区域12的对象物进行观察，实施用于获取关于该改性区域12在z方向上的位置的信息的一系列的步骤。图23是表示本实施方式的观察方法中，用于获取关于改性区域在z方向上的位置的信息的步骤的流程图。
[0128]
如图23所示，这里，准备形成了改性区域的对象物。在此，进行激光加工(步骤s11：准备步骤)。但是，作为观察方法的一个步骤，激光加工的步骤并不是比不可少的，例如也可以准备使用其他激光加工装置(或者，利用激光加工装置1在其他时间)形成了改性区域12的对象物。
[0129]
在该步骤s11中，如图24所示，准备包括半导体衬底21的对象物。半导体衬底21包括背面(第1面)21b和背面21b的相反侧的正面(第2面)21a。在半导体衬底21中，设定了在沿背面21b和正面21a的x方向上延伸的线15。半导体衬底21为了使背面21b为激光l的入射面，以背面21b面对激光照射单元3的方式被载置台2支承。在此状态下，控制部8一边控制激光照射单元3，一边控制驱动单元7和/或载置台2的移动机构，使半导体衬底21沿x方向相对移动，使激光l的聚光点c沿线15相对于半导体衬底21移动。
[0130]
此时，控制部8显示用于使空间光调制器32将激光l分为多个(在此2个)的激光l1、l2的图案。由此，在半导体衬底21的内部，以在z方向上间隔距离dz、并且在x方向上间隔距离dx的方式，形成激光l1、l2各自的聚光点c1、c2。其结果是，在半导体衬底21中，沿线15形成多个(在此2排)的改性区域12a、12b。因此，在此，x方向为聚光点c1、c2前进的加工前进方向。
[0131]
这样，在此，控制部8执行下述的激光加工处理：通过对激光照射单元3(照射部)的控制，沿作为线15的延伸方向的x方向对半导体衬底21照射激光l，在半导体衬底21形成沿x方向排列的多个改性区域12和从改性区域12延伸的裂纹(裂纹14、14k)。在图24及之后的附图中，省略了形成在半导体衬底21的正面21a的功能元件层22。
[0132]
接着，进行内部观察。即，在接下来的步骤中，使半导体衬底21移动至观察位置(步骤s12)。更具体而言，控制部8通过控制驱动单元7和/或载置台2的移动机构，使半导体衬底21相对移动至摄像单元4的物镜43的正下方。此外，在另外准备了形成了改性区域12的半导体衬底21的情况下，例如也可以由用户将该半导体衬底21载置在观察位置。
[0133]
接着，如图25所示，利用相对于半导体衬底21具有透射性的光(透射光)i1进行半导体衬底21的摄像(步骤s13：摄像步骤)。在该步骤s13中，执行下述的摄像处理：通过对摄像单元4(摄像部)的控制，一边使光i1从半导体衬底21的背面21b入射至半导体衬底21的内部，一边利用光i1对从改性区域12延伸的裂纹中的沿与z方向和x方向交叉的方向延伸的裂纹14k即对象裂纹进行摄像。y方向是与作为加工前进方向的x方向、及同背面21b和正面21a交叉的z方向交叉的方向的一例。
[0134]
更具体而言，在步骤s13中，控制部8通过控制驱动单元7(移动部)和摄像单元4，使摄像单元4沿z方向移动，使光i1的聚光点位于半导体衬底21的内部的多个位置而对半导体衬底21进行摄像，由此获取多个内部图像id。如上所述，在本实施方式中，物镜43与摄像单元4一体地移动。因此，使摄像单元4移动也就是使物镜43移动，摄像单元4的移动量与物镜43的移动量是同等的。
[0135]
此时，控制部8通过对驱动单元7的控制，使摄像单元4在z方向上移动，一边使光i1的聚光点(焦点f，虚拟焦点fv)在z方向上移动，一边进行多次半导体衬底21的摄像。使光i1的聚光点移动的范围，可以是半导体衬底21的厚度的整个范围，但是在此，在步骤s11的激光加工时，能够选取一部分的范围ra，该一部分的范围ra包含为了形成改性区域12a、12b而使激光l1、l2的聚光点c1、c2对准了的z方向的位置。进行多次摄像时摄像单元4在z方向上的移动间隔，即，半导体衬底21的摄像间隔是任意的，但是从更准确地检测裂纹14k的观点出发，优选更精细地设定。摄像间隔作为一例在1μm以内，在此为0.2μm。
[0136]
进一步，在此，控制部8控制摄像单元4和驱动单元7，以执行半导体衬底21的直接观察和背面反射观察。更具体而言，控制部8首先执行下述的第1摄像处理，使光i1从背面21b入射至半导体衬底21，并使摄像单元4沿z方向移动，由此，一边使没有经过正面21a的反射的光i1的聚光点(焦点f)从背面21b侧向正面21a侧移动，一边在z方向的多个位置对半导体衬底21进行摄像，由此，作为内部图像id获取多个第1内部图像id1。该第1摄像处理是直接观察。
[0137]
并且，控制部8执行下述的第2摄像处理：使光i1从背面21b入射至对象物，使摄像单元4沿z方向移动，由此，一边使在正面21a反射了的光i1的聚光点(虚拟焦点fv)从正面
21a侧向背面21b侧移动、一边在多个位置对半导体衬底21进行摄像，由此，作为内部图像id获取多个第2内部图像id2。该第2摄像处理由于是相对于光i1的入射面从背面(在此，在半导体衬底21的结构上，称为正面21a)侧进行的观察，因此是背面反射观察。
[0138]
在接着的步骤中，保存关于通过步骤s13的摄像获取的内部图像id的摄像数据(步骤s14)。如上所述，在步骤s13中，控制部8一边通过对驱动单元7的控制使摄像单元4(即光i1的聚光点)沿z方向移动一边进行摄像。因此，控制部8能够获取摄像得到各个内部图像时的摄像单元4的移动量fz。在此，关于各个内部图像id的移动量fz的信息，能够与各个内部图像id相关联，并作为摄像数据被保存。摄像数据，不论控制部8和激光加工装置1的内外，能够被保存在控制部8能够访问的任意存储装置中。
[0139]
摄像单元4(物镜43)的移动量，作为一例，能够选取从使光i1的聚光点对准了半导体衬底21的背面21b的状态的位置起，以使光i1的聚光点对准半导体衬底21的内部的所希望的位置的方式使摄像单元4沿z方向移动了的情况下的摄像单元4的移动量。
[0140]
接着，控制部8从规定的存储装置输入摄像数据(步骤s15)。然后，控制部8判断裂纹14k的形成状态(步骤s16)。在此，作为一例，控制部8通过图像识别，自动地判断多个内部图像id中裂纹14k的像相对地清晰的内部图像id(进行ai判断)。ai判断的一例如上所述。图26是在z方向上彼此不同的位置摄像得到的多个内部图像id。
[0141]
在图26中，以(d)所示的内部图像idd的摄像位置为中心，(c)是向背面21b侧去1μm的摄像位置的内部图像idc，(b)是向背面21b侧去3μm的摄像位置的内部图像idb，(a)是向背面21b侧去5μm的摄像位置的内部图像ida，(e)是向正面21a侧去1μm的摄像位置的内部图像ide，(f)是向正面21a侧去3μm的摄像位置的内部图像idf，(g)是向正面21a侧去5μm的摄像位置的内部图像idg。其中，这里的摄像位置，是半导体衬底21的内部的值。
[0142]
在图26所示的例子中，根据在内部图像idd中裂纹14k的像最清晰的情况，通过控制部8判断内部图像idd是相对地分数较高、该裂纹14k的像相对地清晰的内部图像(即，判断为在内部图像idd中检测出了裂纹14k)。控制部8能够获取摄像得到内部图像idd时的移动量。因此，控制部8能够基于摄像得到内部图像idd时的移动量，运算裂纹14k的裂纹位置。
[0143]
这样，控制部8执行下述的摄像处理：通过对摄像单元4和驱动单元7的控制，使光i1从背面21b入射至半导体衬底21，一边使摄像单元4(物镜43)沿z方向移动一边利用光i1对半导体衬底21进行摄像，由此获取包含裂纹14k清晰的像的内部图像id即检测图像。
[0144]
此外，控制部8执行下述的运算处理：基于多个内部图像id和摄像得到各个内部图像id时的摄像单元4的移动量fz，运算沿与z方向和x方向交叉的方向延伸的裂纹14k即对象裂纹在z方向上的位置即裂纹位置。更具体而言，控制部8在运算处理中，判断多个内部图像id中裂纹14k的像清晰的内部图像id，基于摄像得到所判断的该内部图像id时的移动量fz运算裂纹位置。裂纹位置例如能够通过对移动量fz乘以规定的校正系数而运算。校正系数通过上述的步骤s1～7已经被导出。
[0145]
即，控制部8保存了与移动量fz相应的多个校正系数，在运算处理中，使用与摄像得到检测图像时的移动量fz对应的校正系数，运算与裂纹14k的裂纹位置对应的改性区域12的位置的测算值。
[0146]
控制部8能够对通过直接观察而获取的第1内部图像id1、和通过背面反射观察而获取的第2内部图像id2这两者进行上述的裂纹14k的裂纹位置的运算。由此，控制部8能够
运算与第1内部图像id1相应的相对地位于背面21b侧的裂纹14k的裂纹位置、和与第2内部图像id2相应的相对地位于正面21a侧的裂纹14k的裂纹位置。
[0147]
即，在此情况下，控制部8执行第1运算处理和第2运算处理，其中，在第1运算处理中，判断多个第1内部图像id1中裂纹14k清晰的第1内部图像，基于摄像得到所判断的该第1内部图像时的摄像单元4的移动量，运算作为裂纹位置的第1裂纹位置z1，在第2运算处理中，判断多个第2内部图像id2中裂纹14k清晰的第2内部图像，基于摄像得到所判断的该第2内部图像时的摄像单元4的移动量，运算作为裂纹位置的第2裂纹位置z2(关于第1裂纹位置z1和第2裂纹位置z2的一例，参照图15)。相对地位于背面21b侧的第1裂纹位置z1与相对地位于正面21a侧的第2裂纹位置z2之间的距离，规定改性区域12中的形成了裂纹14k的部分(裂纹起始部)的宽度。
[0148]
接着，在步骤s16中，控制部8基于所获取的裂纹位置等推算改性区域12的位置等。即，这里，控制部8执行下述的推算处理：基于改性区域12的形成条件(这里是激光加工的加工条件)和裂纹位置，对改性区域12的背面21b侧的端部(缺陷上方区域上端)在z方向上的位置、改性区域12的正面21a侧的端部(缺陷下端)在z方向上的位置、和改性区域12在z方向上的宽度(缺陷上方区域上端与缺陷下端的间隔)中的至少一个。
[0149]
这里，控制部8基于直接观察运算背面21b侧的裂纹14k(上方裂纹)的第1裂纹位置z1，基于背面反射观察运算正面21a侧的裂纹14k(下方裂纹)的第2裂纹位置z2。因此，控制部8，作为上方裂纹的第1裂纹位置z1和下方裂纹的第2裂纹位置z2的间隔，能够运算半导体衬底21内部的裂纹起始部的宽度。
[0150]
然后，控制部8，例如通过对运算得到的裂纹起始部的宽度乘以关于激光加工的加工条件的系数，能够运算半导体衬底21的内部的改性区域12在z方向上的宽度。这里的系数，例如基于激光加工时的激光l的波长、像差校正量、脉冲宽度和脉冲能量等影响改性区域12的形成的各种而决定。这里的系数在一例中为3.0前后。
[0151]
这样，控制部8在推算处理中，能够基于改性区域12的形成条件(激光加工的加工条件)和第1裂纹位置z1与第2裂纹位置z2的间隔，推算改性区域12在z方向上的宽度。
[0152]
另一方面，控制部8通过从上方裂纹的第1裂纹位置z1减去所假设的改性区域12的整体的宽度即假设改性区域宽度，能够运算改性区域12的正面21a侧的下端的位置。假设改性区域宽度，例如能够基于激光加工时的激光l的波长、像差校正量、脉冲宽度和脉冲能量等影响改性区域12的形成的各种条件而被决定。假设改性区域宽度作为一例是20μm左右。
[0153]
此外，控制部8通过从下方裂纹的第2裂纹位置z2减去所假设的缺陷区域12m的宽度即假设缺陷区域宽度，能够运算改性区域12的正面21a的下端的位置。假设缺陷区域宽度例如能够基于激光加工时的激光l的波长、像差校正量、脉冲宽度和脉冲能量等影响改性区域12的形成的各种条件而被决定。假设缺陷区域宽度作为一例是10μm左右。
[0154]
进一步，控制部8通过对下方裂纹的第2裂纹位置z2加上所假设的缺陷上方区域12n的宽度即假设缺陷上方区域宽度，能够运算改性区域12的背面21b侧的上端的位置。假设缺陷上方区域宽度例如能够基于激光加工时的激光l的波长、像差校正量、脉冲宽度和脉冲能量等影响改性区域12的形成的各种条件而被决定。假设缺陷上方区域宽度，作为一例是10μm左右。
[0155]
如上所述，控制部8在步骤s16中，推算并获取关于改性区域12的位置的各种信息。
在接着的步骤中，控制部8将步骤s16的判断结果的信息输出至任意的存储装置(步骤s17)，并保存在该存储装置中(步骤s18)。之后，根据需要，以能够接受用户的输入的状态使显示器150显示各种信息(步骤s19)，完成处理。显示器150显示的信息，例如是第1裂纹位置z1、第2裂纹位置z2、起始部宽度、改性区域12的端部的位置、和改性区域12在z方向上的宽度等。这样，控制部8在步骤s19中，通过对显示器150的控制，执行使显示器150显示裂纹位置的信息的显示处理。
[0156]
如上所述，利用激光加工装置1的观察方法结束。在本实施方式中，通过激光加工装置1中的摄像单元4、驱动单元7和控制部8进行观察方法。换言之，在激光加工装置1中，由摄像单元4、驱动单元7和控制部8构成观察装置1a，其中，摄像单元4用于利用相对于对象物60和半导体衬底21具有透射性的光i1对对象物60和半导体衬底21进行摄像，驱动单元7用于使摄像单元4相对于对象物60和半导体衬底21移动，控制部8用于至少控制摄像单元4和驱动单元7(参照图1)。
[0157]
图27是表示改性区域的位置的测算值与实测值的误差的图表。如图27所示，在本实施方式的观察方法中，使用在步骤s1～s7中考虑装置状态、z方向的位置(图27的深度位置)、像差校正量而导出的校正系数，在步骤s11～s19运算了改性区域12的测算值。由此，本实施方式中的测算值与实测值的误差，大致处于6μm以内。而使用了一定(固定)的校正系数的比较例的误差，与本实施方式相比较大，为19μm左右。
[0158]
如上所说明的那样，在本实施方式的观察装置1a和观察方法的对象物60，设置了与其背面60b和正面60a交叉的z方向上的位置的实测值已知的标记(在此为改性区域12和裂纹14k)。在本实施方式的观察装置1a和观察方法中，通过一边使摄像单元4移动一边对这样的对象物60进行摄像，能够获取作为对象物60的内部图像gd的包含裂纹14k的像的标记图像。而且，以使得对摄像得到该标记图像时的移动量fz乘以校正系数而得到的值(测算值)为已知的改性区域12的位置的实测值的方式，导出校正系数。即，根据该观察装置1a和观察方法，能够导出与摄像得到标记图像时的装置状态、和摄像得到标记图像时的摄像单元4的移动量(即观察深度)相应的校正系数。因此，在利用光i1观察改性区域12运算改性区域12的位置的测算值时，如果使用该校正系数，就能够更准确地获取关于改性区域12的位置的信息。
[0159]
此外，在本实施方式的观察装置1a中，在对象物60形成了z方向上的位置彼此不同、且该位置的实测值已知的多个改性区域12和裂纹14k，在摄像处理中，控制部8通过在z方向上使聚光点位于对象物60的内部的多个位置而对对象物60进行摄像，获取包含从多个改性区域12的各个改性区域12延伸的各个裂纹14k的像的多个标记图像。然后，在导出处理中，控制部8以使得对摄像得到多个裂纹14k各自时的摄像单元4的各个移动量fz乘以校正系数而得到的各个值即测算值，成为多个改性区域12各自的位置的实测值的方式，导出多个校正系数。因此，在利用光i1观察改性区域12运算改性区域12的位置的测算值时，能够在z方向上的更宽广的范围更准确地获取关于改性区域12的位置的信息。
[0160]
此外，在观察装置1a中，在对象物60中形成了在z方向上排列的改性区域12和从改性区域12延伸的裂纹14、14k，在摄像处理中，通过使摄像单元4沿z方向移动，一边使光i1的聚光点移动一边利用光i1对对象物60进行摄像，作为标记图像获取包含裂纹14、14k中的沿与x方向和z方向交叉的方向延伸的裂纹14k的像的内部图像gd。
[0161]
根据本发明的发明者的发现，在对象物60的内部，例如通过激光加工形成改性区域12时，有时形成从该改性区域12向各种各样的方向延伸的裂纹。而且，该裂纹中，沿与z方向和x方向交叉的方向延伸的裂纹14k，与改性区域12比较，利用从对象物60透射的光i1被精准地检测出，其中，z方式是与作为对象物60的激光入射面的背面60b交叉的方向，x方向是激光加工的前进方向。因此，如果如上所述的那样使包含该裂纹14k的像的内部图像gd为标记图像，就能够减轻摄像得到该标记图像时的摄像单元4的移动量fz的偏差。其结果是，能够导出更准确的校正系数。
[0162]
在本实施方式的观察装置1a中，摄像单元4具有校正环透镜，该校正环透镜包括物镜43和设置在物镜43的、用于对在对象物60产生的像差进行校正的校正环43a。这样，在用于使光i1朝向对象物60聚光的物镜43设置了校正环43a的情况下，在校正环43a的操作前后可能发生装置状态的变化。因此，如上所述的那样导出与装置状态相应的校正系数更有效。
[0163]
这里，本实施方式的观察装置1a包括：摄像单元4，其具有用于使相对于半导体衬底21具有透射性的光i1朝向半导体衬底21聚光的物镜43，用于利用光i1对半导体衬底21进行摄像；用于使物镜43相对于半导体衬底21移动的驱动单元7；和用于至少控制摄像单元4和驱动单元7的控制部8。半导体衬底21具有背面21b和背面21b的相反侧的正面21a，在半导体衬底21中设置了改性区域12和从改性区域12延伸的裂纹14、14k。控制部8执行摄像处理和运算处理，其中，所述摄像处理，通过对摄像单元4和驱动单元7的控制，使光i1从背面21b入射至半导体衬底21，一边使摄像单元4沿z方向移动一边利用光i1对半导体衬底21进行摄像，由此获取包含裂纹14k的像的内部图像id即检测图像，所述运算处理，在摄像处理之后，通过对摄像得到检测图像时的摄像单元4的移动量fz乘以校正系数，运算裂纹14k在z方向上的位置即裂纹位置。控制部8保存了与移动量fz相应的多个校正系数。
[0164]
该观察装置1a，如上所述，保存了与摄像单元4的移动量fz相应的校正系数。因此，通过使用该校正系数来运算裂纹14k的位置的测算值，能够获取关于更准确的改性区域12的位置的信息。
[0165]
本实施方式的对象物60，具有背面60b和背面60b的相反侧的正面60a，作为标记设置了改性区域12和从改性区域12延伸的裂纹14k，对象物60用于导出校正系数，该校正系数用于根据改性区域12的位置的实测值运算与背面60b和正面60a交叉的z方向上的改性区域12和裂纹14k的位置的测算值。使用该对象物60，能够如上所述地导出校正系数。
[0166]
以上的实施方式用于说明本发明的一个方式。因此，本发明不限定于上述实施方式，能够被任意地变形。
[0167]
例如，在上述实施方式中，作为使物镜43相对于半导体衬底21沿z方向移动的手段，例示了使物镜43与摄像单元4一起移动的驱动单元7。但是，例如也可以利用致动器仅使物镜43沿z方向移动。
[0168]
此外，在上述实施方式中，说明了在步骤s5、s16中，控制部8自动地进行图像的判断的例子，但是控制部8也可以基于用户的判断结果获取裂纹14k的裂纹位置。在此情况下，控制部8例如使显示器150显示多个内部图像gd、id，并且使显示器150显示催促从多个内部图像gd、id判断(选择)裂纹14k的像清晰的一个内部图像的信息。并且，控制部8能够通过显示器150接受该判断结果的输入，基于与判断结果对应的内部图像gd、id的移动量fz来运算裂纹14k的裂纹位置。在此情况下，显示器150是用于显示信息的显示部，并且也是接受输入
的输入接受部。在此情况下，用于进行控制部8的图像识别等的处理负荷被减轻。
[0169]
此外，在上述实施方式中，在步骤s2、s13中对1个改性区域12的观察进行直接观察和背面反射观察这两者，获取了作为内部图像gd、id的第1内部图像gd1、id1和第2内部图像gd2、id2。但是，在步骤s2、s13中，也可以仅进行直接观察和背面反射观察中的一者。在此情况下，因为能够获得第1内部图像gd1、id1和第2内部图像gd2、id2中的一者，所以也可以基于该一者，进行校正系数的导出、改性区域12的端部的位置、宽度的推算。
[0170]
这里，在观察装置1a中，也可以始终设置用于导出校正系数的对象物60。即，观察装置1a也可以包括：用于设置对象物60的设置部(例如图1的载置台2a)和设置在设置部的对象物60。这样，通过始终设置作为标记设置了改性区域12和裂纹14k的对象物60，能够在任意的时间进行校正系数的导出。
[0171]
进一步，在上述实施方式中，在导出校正系数时，将包含裂纹14k的内部图像作为标记图像，利用了摄像得到该标记图像时的移动量fz。即，通过检测裂纹14k，基于检测出该裂纹14k的位置进行了校正系数的导出。但是，在观察装置1a和观察方法中，在导出校正系数时，也可以构成为检测改性区域12本身。在此情况下，控制部8的处理如下所述。
[0172]
即，控制部8执行摄像处理和导出处理，在摄像处理中，通过对摄像单元4和驱动单元7的控制，使光i1从背面60b入射至对象物60的内部，一边使摄像单元4沿z方向移动而使光i1的聚光点沿z方向移动、一边利用光i1对对象物60进行摄像，由此获取作为对象物60的内部图像gd的包含改性区域12的像的标记图像，在导出处理中，在摄像处理之后，以使得对摄像得到标记图像时的摄像单元4的移动量fz乘以校正系数而得到的值即测算值为改性区域12的位置的实测值的方式，导出校正系数。
[0173]
这样在使改性区域12本身为检测对象的情况下，为了在z方向上的更多的位置导出校正系数，在z方向上要以更小的间隔(例如移动量fz为5μm，对象物60内部为20μm左右)对内部图像进行摄像时，存在1个改性区域12的像遍及多个内部图像地被摄像的问题。在此情况下，z方向上的某位置的改性区域12的像与z方向的另一位置的改性区域12的像在1个内部图像中重复。
[0174]
为了解决这样的问题，在令改性区域12为检测对象的情况下，能够考虑如图28所示的那样，使沿z方向排列的多排改性区域12各自沿y方向彼此偏移。这样，能够避免z方向上的某位置的改性区域12的像与z方向上的另一位置的改性区域12的像在1个内部图像中重复，因此能够以更小的间隔对内部图像进行摄像，能够导出更多位置的校正系数。
[0175]
此外，在使用于导出校正系数的检测对象为改性区域12的情况下，在之后的用于获取关于半导体衬底21的改性区域12的位置的信息的步骤中，也可以代替裂纹14k的检测而进行改性区域12本身的检测。
[0176]
这里，在上述实施方式中，在导出校正系数时，列举了使用对象物60的例子，在该对象物60设置了实测值已知的改性区域12和裂纹14k作为标记。但是，用于导出校正系数的对象物不限定于此。例如，可以将在厚度已知的晶片的1个面，作为标记粘贴了视力测试图的东西作为对象物，或者也可以将在厚度已知的晶片的1个面作为标记形成了规定图案而得到东西作为对象物。在这些情况下，通过准备厚度不同的多个对象物，能够导出z方向的多个位置的校正系数。