DE3736288C2 - Verfahren zum Lesen und Dekodieren von auf der polierten Oberfläche von Halbleiterscheiben angebrachten Strichkodierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Lesen und Dekodieren von Strichkodierungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 8.

Durch die US-PS 45 01 493 ist eine Einrichtung zum Abtasten optischer Strukturen mit einer Durchmesserregelung des Abtastlichtflecks auf Minimalwert bekannt. Eine derartige Einrichtung eignet sich zwar zum Lesen und Dekodieren von Einprägungen in Kunststoffen od. dgl. Material, die nach dem Prägen mit Reflexionsschichten versehen werden, jedoch sind Beschriftungen auf Halbleiterscheiben nur bedingt lesbar. Insbesondere entspricht die Lesesicherheit nicht den Anforderungen an die Zuverlässigkeit, wie sie beispielsweise bei mit einem Barcode versehenen Siliziumscheiben unerläßlich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß einerseits bei prozeßbedingten Höhenlagetoleranzen der Strichkodierung auf der Halbleiterscheibe ein entsprechend kleiner Abtastlichtfleckdurchmesser aufrechterhalten und damit eine schmale Strichbreite sicher detektiert werden kann und andererseits Beschriftungsdefekte innerhalb der Striche der Codes durch Ausmittelung mit Hilfe mehrerer Abtastlichtflecke und definierter Defokussierung Detektionsfehler weitestgehend ausgemerzt werden.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Gesamtblockschaltbild einer Strichcode- Leseeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 das Blockschaltbild der Analogelektronik einschließlich der Verknüpfung mit der optischen Abtasteinheit,

Fig. 3 die Digitalelektronik in Blockschaltbild-Darstellung,

Fig. 4 einen Mikro-Barcode in Softmark-Beschriftung auf der Oberfläche einer Siliziumscheibe, schematisch,

Fig. 5a bis 5c typische Signalverläufe (Spannungswerte als Funktion der Zeit t) zur Analogelektronik,

Fig. 6 gemessenes Detektionssignal einer typischen Mikro- Barcode-Beschriftung bezogen auf die Meßstelle 49 innerhalb der Analogelektronik.

Im Blockschaltbild gemäß Fig. 1 ist die optische Abtasteinrichtung mit 26, die Auswerteeinheit mit 47, eine Laserleistungsregelung mit 33 und eine Halbleiterscheibe in Form einer Siliziumscheibe mit 1 bezeichnet. Auf der Siliziumscheibe 1 sind Mikro-Barcodestriche 2′ bis 2 ^IV aufgebracht. Die optische Abtastung der hier beispielsweise dargestellten Mikro-Barcodestriche 2′ bis 2 ^IV kann entweder durch Bewegen der optischen Abtasteinrichtung oder durch Bewegen der Siliziumscheibe 1 in ± y-Richtung erfolgen. Es können auch sowohl die Abtasteinrichtung als auch die Siliziumscheibe abgestimmt zueinander bewegt werden.

Die Laserdiode 34, welche Bestandteil der optischen Abtasteinrichtung 26 ist, emittiert ein Strahlenbündel konstanter Leistung, wobei die Leistungskonstanz mittels einer Monitor-Fotodiode 35 und der Laserleistungsregelung 33 sichergestellt ist. Dieses Strahlenbündel der Laserdiode 34 wird von der Kollimatorlinse 44 parallelisiert und durchläuft danach das optische Gitter 43, wodurch es in einen Hauptlichtfleck 50 (Hauptspot) auf der Siliziumscheibe 1 und in zwei Nebenlichtflecke 50′ und 50″ (Nebenspots) aufgespalten wird. Das optische Empfangssystem ist nun so gestaltet, daß das reflektierte Licht des Hauptlichtflecks 50 auf der Quadrantenfotodiode 29 und die beiden Nebenlichtflecke 50′ und 50″ auf der Differentialfotodiode 30, und zwar jeweils auf den Einzelfotodioden E und F, abgebildet wird.

Nach Verlassen des optischen Gitters 43 wird das Sendelicht dem Polarisationsprisma 42 zugeführt. Das Polarisationsprisma 42 ist so ausgebildet, daß es sämtliche Lichtstrahlen durchläßt, welche in einer vorbestimmten Richtung linear polarisiert sind, jedoch sämtliche Lichtstrahlen reflektiert, die in der Richtung linear polarisiert sind, welche zu der vorbestimmten Richtung senkrecht verläuft.

Die das Polarisationsprisma 42 verlassenden Lichtstrahlen sind damit linear polarisiert und treffen anschließend auf eine λ/4- Platte 41, deren Hauptachse so orientiert ist, daß das Fokussierungsobjektiv 40 mit rechtszirkular polarisiertem Licht beaufschlagt wird. Das Fokussierungsobjektiv 40 ist so in einer Zylinderspule (Fokus-Spule 31) fest angeordnet, daß die Spulensymmetrieachse 38 zwar parallel zur optischen Strahlenachse 39 verläuft, aber zu dieser um ein endliches Wegelement verschoben ist. Am äußeren Umfang der Fokusspule 31 sind zwei weitere Spulen (Tracking-Spule 32) diametral so angeordnet, daß ihre Spulenachse in radialer Richtung bezüglich der Fokus-Spule 31 verläuft. Das Gesamtsystem mit Fokussierungsobjektiv 40, Fokus-Spule 31 und Tracking-Spule 32 ist innerhalb der Dauermagnete 36, 37 um zwei Achsen beweglich, und zwar ist in Richtung der Symmetrieachse 38 eine Linearbewegung (typisch ±1 mm) und um die Symmetrieachse eine Rotationsbewegung (typisch ±0,5 mm), bezogen auf die Strahlenachse 39, möglich.

Diese beiden Bewegungsachsen erlauben bei der Barcode-Leseeinrichtung folgende neuartige Anwendungsmöglichkeiten:

Durch definierte Nachführung des Fokussierungsobjektivs 40 mittels Fokus-Spule 31 (Autofokus) kann ein extrem kleiner Lichtfleck 50 (typisch kleiner 2 µm) auch bei Höhenvariation der Siliziumscheibe 1 aufrechterhalten werden.

Damit ist die Detektion des oben beschriebenen Mikro- Barcodes 2 mit einer schmalen Strichbreite kleiner 15 µm sichergestellt.

Durch definierte Ansteuerung der Tracking-Spule 32 ist eine Verschiebung des Hauptlichtflecks 50 und der Nebenlichtflecke 50′, 50″ senkrecht zur Scanspur technisch einfach lösbar. Es ist daher ein Rasterscan mit wahlfreiem Zugriff (random access) möglich.

Wie oben bereits erwähnt, trifft nach Verlassen des Fokussierungsobjektivs 40 ein enggebündelter Lichtfleck, welcher rechtszirkular polarisiert ist, auf die Oberfläche der Siliziumscheibe 1.

Trifft der Hauptlichtfleck 50 und die Nebenlichtflecke 50′, 50″ auf blank polierte Bereiche der Siliziumscheibe 1 (z. B. beruhigte Zone oder Lücke des Mikro-Barcodes 2), so wird ein großer Anteil des Sendelichtes nahezu in sich selbst zurückgeworfen (spiegelnde Reflexion), und zwar in der Form, daß dieses Empfangslicht jetzt überwiegend linkszirkular polarisiert ist. Nach Verlassen des Fokussierungsobjektivs 40 durchläuft das überwiegend parallelisierte Empfangslicht die λ/4-Platte 41 und wird dort wieder in linear polarisiertes Licht umgesetzt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß diese Polarisationsebene gegenüber der Polarisationsebene des Sendelichts um 90° gedreht ist und das Licht danach auf das Polarisationsprisma 42 trifft.

Wie oben bereits erläutert, wird dieser Lichtanteil vollständig vom Polarisationsprisma 42 in Richtung der Fokusdetektionslinse 45 reflektiert und von dort auf die Quadrantenfotodiode 29 bzw. Differentialfotodiode 30 gebündelt.

Trifft nun der Hauptlichtfleck 50 und die Nebenlichtflecke 50′, 50″ auf einen der Barcodestriche 2′ bis 2 ^IV (Mikrorauheit), so wird aufgrund der Lichtstreuung ein wesentlich kleinerer Anteil des Sendelichts als im ersten Fall in Richtung des Fokussierungsobjektivs 40 reflektiert. Ferner findet keine definierte Umsetzung in linkszirkular polarisiertes Licht statt, was aber bedeutet, daß nur eine unvollständige Reflexion innerhalb des Polarisationsprismas 42 in Richtung der Fokusdetektionslinse 45 vorliegt.

Die Auswerteeinheit 47 umfaßt eine Analogelektronik 27 und eine Digitalelektronik 28. Die von der Digitalelektronik 28 ausgehende, zur Laserleistungsregelung 33 führende Steuerleitung 94 ermöglicht das Ein- bzw. Ausschalten der Laserdiode 34 mittels der besagten Digitalelektronik.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 2 zeigt die Analogelektronik 27 einschließlich der Verknüpfung mit der optischen Abtasteinrichtung 26, die hier durch die Teilkomponenten Quadrantenfotodiode 29, Differentialfotodiode 30, Fokusspule 31 und Trackingspule 32 repräsentiert wird. Die Analogelektronik 27 umfaßt die Transimpedanzverstärker 51 bis 54, die steuerbaren Verstärker 58, 61, 63 und 69, die Addierverstärker 56 und 62, den Subtraktionsverstärker 55, die Komparatoren 64, 65, ferner die Stromquellen 70, 81 sowie den Kondensator 82 und Widerstand 83.

Die Ausgangssignalleitungen der Analogelektronik 27 sind mit 57, 59, 60, 67 und 68 bezeichnet, die Eingangssignalleitungen dieser Elektronik mit 72, 73, 79 und 80. Die Steuerung der Schalter 66, 71, 74, 75, 76, 77 und 78 erfolgt über die Digitalelektronik 28 (Mikroprozessor), die mittels der Steuerleitungen 66′, 71′, 74′, 75′, 76′, 77′ und 78′ elektrisch leitend mit der Analogelektronik 27 verbunden ist.

Die Flächenausdehnung des Hauptlichtflecks 50 und der Nebenlichtfleck 50′, 50′′ auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe 1 wird durch Verschieben des Fokussierungsobjektivs 40 mittels der Fokusspule 31 in ±z-Richtung von der Fokusfehlerspannung U_FE=U_BD-U′_AC des Substraktionsverstärkers 55 gesteuert. Dabei wird das über die Quadrantenfotodiode 29 detektierte Empfangssignal U_BD unmittelbar dem Subtraktionsverstärker 55 und das über die Quadrantenfotodiode 29 detektierte Empfangssignal U_AC über den Regelverstärker 61, dessen Verstärkung von der Digitalelektronik 28 zum Fokussieren oder adaptiven Defokussieren steuerbar ist, mit Ausgangssignal U′_AC dem Subtraktionsverstärker 55 zugeführt.

Das an der Meßstelle 49 anstehende Analogsignal U_RS der Strichkodierung (z. B. 2′ bis 2 ^IV) wird im Addierverstärker durch Addition des Summensignals U_AC+U_BD der Quadrantenfotodiode 29 mit dem Summensignal U_E+U_F der Differentialfotodiode 30 gebildet.

Der von der Digitalelektronik 28 durch Steuerung seiner Schalter 75 und 76 steuerbare Regelverstärker 61 ist über die Steuerleitungen 75′ und 76′ in Abhängigkeit vom Analogsignal U_RS adaptiv regelbar, daß die Flächenausdehnung des Hauptlichtflecks 50 und der Nebenlichtflecke 50′ und 50′′ auf der Oberfläche der polierten Halbleiterscheibe 1 auch bei Störungen der Strichkodierung optimal angepaßt ist.

An der Meßstelle 48 steht ein Signal U_RFO an, das im Addierverstärker 56 aus der Summe der beiden Ausgangsspannungen U_AC und U_BD der Quadrantenfotodiode 29 gebildet ist. Dieses Signal wird einem Komparator 64 zugeführt. Damit ist am Ausgang des Komparators 64 ein Fokuskontrollsignal U_FOK vorhanden. Eine Fokussierung ist nur dann möglich, wenn der Fotostrom i_AC+i_BD in der Quadrantenfotodiode 29 einen bestimmten Wert erreicht, zum Beispiel = 1,5 µA ist. In diesem Fall gibt die Fokuskontrolle ein Freigabesignal an die Fokusregelung. Das Fokuskontrollsignal U_FOK gelangt über die Ausgangssignalleitung 60 der Analogelektronik 27 zum Eingangsinterface der Digitalelektronik 28.

Die Fokussierung und damit eine definierte Durchmesserregelung des Hauptlichtflecks 50 ist deshalb so wichtig, weil herstellungsbedingte Durchbiegungen der Halbleiterscheiben (z. B. Si- Wafer) von bis zu 500 µm möglich sind. Die Generierung des Fokus-Regelsignals erfolgt über den steuerbaren Verstärker 61, den Subtraktionsverstärker 55 und den steuerbaren Verstärker 58, dessen Ausgang mit der Fokusspule 31 verbunden ist.

Am Ausgang des Subtraktionsverstärkers 55 steht dann die Fokusfehlerspannung U_FE = U_BD-U′_AC an, die bei geschlossenem Schalter 74 (Fokus-Regelbetrieb) und geöffnetem Schalter 66 an den Eingang des steuerbaren Verstärkers 58 gelangt. Am Ausgang des Verstärkers 58 liegt die Fokusspule 31, deren Treiberspannung U_DRF somit dem Ausgangssignal am Verstärker 58 entspricht und damit der Fokusfehlerspannung proportional ist.

In der Betriebsart "Fokussuchlauf" ist der Schalter 74 geöffnet und der Schalter 66 geschlossen. Durch periodisches Betätigen des Schalters 71 wird mittels der beiden Stromquellen 70, 81 der Kondensator 82 periodisch umgeladen, wobei am Widerstand 83 die Referenzspannung U_R entsteht. Diese Referenzspannung gelangt nach Signalanhebung und Invertierung durch die steuerbaren Verstärker 69, 58 an die Fokusspule 31.

Die Trackingspule 32 ist an den Ausgang des steuerbaren Verstärkers 63 angeschlossen. Über die von der Digitalelektronik 28 herführenden Steuerleitungen 77′, 78′ werden die Schalter 77, 78 derart betätigt, daß mindestens drei unterschiedliche Amplitudenwerte je nach Schalterstellung am Eingang des Verstärkers 63 möglich sind, die nach Verstärkung als Treiberspannung U_DRT an der Trackingspule 32 anliegen. Die Beaufschlagung der Trackingspule 32 mit unterschiedlichen Treiberamplituden erlaubt eine Verschiebung des Hauptlichtflecks 50 senkrecht zur Scanspur. Daher ist ein Rasterscan mit wahlfreiem Zugriff möglich (random access).

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß das Analogsignal U_RS der Strichkodierung (Mikro-Barcode-Signal) an der Meß- bzw. Signalstelle 49 (siehe Fig. 2) über eine Leitung 57 einem Tiefpaßfilter 84 zugeführt wird. An den Ausgang dieses Filters ist ein Analog/ Digitalwandler 85 mit mindestens 8 Bit Wortbreite angeschlossen, dem ein Signalprozessor 86 zur Lesesignalverbesserung nachgeschaltet ist. Auf den Signalprozessor folgt ein Digital/Analogwandler 87, dessen Analogsignal zu einem Tiefpaßfilter 88 gelangt, an dessen Ausgang ein Komparator 90 gelegt ist. Die Umschaltschwelle des Komparators ist dabei adaptiv vom jeweils berechneten Digitalsignal abhängig über eine Leitung 89 vom Signalprozessor 86 steuerbar (stufenlose Variation der Komparatorschwelle). Am Ausgang des Komparators 90 liegt ein Barcode-Dekoder 92 in Standard-Ausführung.

Das Eingangs-Interface der Digitalelektronik 28 ist mit 91 bezeichnet, das Ausgangs-Interface mit 93. Das Bezugszeichen 46 kennzeichnet den seriellen Ausgang der Digitalelektronik. Fig. 4 zeigt eine Siliziumscheibe 1 (Wafer), in welche mittels eines Laserstrahls ein Mikro-Barcode 2 eingeschrieben ist, der durch eine kristalldefektfreie Softmark-Kodierung verwirklicht ist, die aus gleich breiten Barcode-Strichen 2′ bis 2 ^VII besteht. Diese Mikro-Barcode-Striche mit einer Breite kleiner 15 µm sind beispielsweise durch Schmelzpunkte mit großer Überlappung entstanden und weisen daher eine raupenartige und streulichtintensive Struktur auf.

Der auf der bekannten Codeart "Code 39" basierende Mikro-Barcode besteht aus dem Startzeichen 3′, den sieben Datenzeichen 3 ^II bis 3 ^VIII und dem Stopzeichen 3 ^IX. Jedes dieser Datenzeichen bzw. Start/Stopzeichen umfaßt jeweils sieben Mikro-Barcode-Striche 2′ bis 2 ^VII mit gleicher Breite. Diese Kodierung unterscheidet sich vom bekannten "Code 39" dadurch, daß breite Striche durch eine größere Anzahl parallel zueinander liegende Strichelemente gebildet sind, als sie schmale Striche aufweisen. Die Detektion des breiten Strichs, der hier zwei Strichelemente enthält, erfolgt durch Ausmessen der extrem schmalen Lücken 4′ und 4″ (Inter-Bar- Gap) sowie durch Abzählen der zu diesem Strich gehörenden Strichelemente.

Alle übrigen Informationsmerkmale, wie schmale Lücken 5′ bis 5 ^III und breite Lücke 6 stimmen mit der bekannten Codeart "Code 39" überein.

Die raupenartige Oberflächenstruktur der Mikro-Barcode-Striche 2′ is 2 ^VII in der Oberfläche der Siliziumscheibe 1 läßt sich beispielsweise dadurch realisieren, daß das Silizium mittels eines Laserstrahls impulsweise derart angeschmolzen wird, daß sich die Schmelzpunkte überlappen. Das heißt, das mit dem jeweiligen Impuls leicht angeschmolzene Material ist in der Pause bis zum nächsten Schmelzimpuls bereits wieder soweit erstarrt, daß seine Kontur erhalten bleibt. Auf diese Weise ist auch gewährleistet, daß das Kristallgitter der Siliziumscheibe beim Einschießen der Mikro-Barcodestruktur in die Scheibenoberfläche nicht oder zumindest nicht nennenswert beeinträchtigt wird. Versetzungen im Kristallgitter werden daher vermieden.

Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich der Anordnungen eignet sich zum Lesen und Dekodieren von auf verschiedene Weise in die polierte Oberfläche von Scheiben aus Silizium, Gallium- Arsenid, Germanium oder aus einem ähnlichen Material eingebrachte Strichkodierungen. So zum Beispiel von mikrorauhen Softmarkierungen, die eine Streulicht verursachende Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, mit Vertiefungen kleiner/gleich 1 µm, ferner von Strichkodierungen, die durch Laserbeschuß mit frequenzverdoppelten Nd-YAG-Laser erzeugt und durch eine Reihe sich überlappender Softmark-Schmelzpunkte gebildet sind. Des weiteren lassen sich auf der polierten Oberfläche von Halbleiterscheiben angebrachte Strichkodierungen lesen und dekodieren, die durch Einritzen mittels Diamanten in Softmarktechnik oder durch Ätzen gewonnen sind.

Schließlich können auch durch Laserbeschuß mit Exzimerlaser (λ = 308 nm) erzeugte, durch aus durchgezogenen Softmarkschmelzlinien gebildete Strichkodierungen mittels der erfindungsgemäßen Verfahren und Anordnungen gelesen und dekodiert werden, ebenso Strichkodierungen, die durch Laserbeschuß mit Halbleiterlaserdiodenarray (λ ≈ 800 nm) erzeugt und durch eine Reihe sich überlappender Softmarkschmelzpunkte realisiert sind.

Unter Softmarkmarkierungen versteht man ein leichtes An- bzw. Umschmelzen der Halbleiteroberfläche, wobei keinerlei Materialverdampfung (Materialspritzer) auftreten darf. Das eigentliche Anschmelzen bzw. der Materialtransport in die Randzone des Mikroschmelzpunktes kann damit erklärt werden, daß durch die aufgebrachte Energie des Beschriftungslasers ein Temperaturgradient entsteht. Dieser Temperaturgradient verursacht einen Oberflächenspannungsgradient, der wiederum für den Materialtransport verantwortlich ist.

Die Fig. 5a bis 5c zeigen von oben nach unten die zeitlichen Spannungsverläufe einer am Eingang des Verstärkers 69 liegenden Referenzspannung U_R, der Treiberspannung U_DRF an der Fokusspule 31, der Fokusfehlerspannung U_FE am Ausgang des Subtraktionsverstärkers 55, der Komparatorspannung U_SE am Ausgang des Komparators 65 und die Fokuskontrollspannung U_FOK am Ausgang des Komparators 64 (siehe Fig. 2). Im unteren Teil der Fig. 5a bis 5c sind für jeweils fünf Zeitabschnitte die Positionen der Schalter 66, 71 und 74 dargestellt. Für die Diskussion der Fig. 5a und 5b bleiben die Schalter 75, 76 in einer derartigen Position, daß U_AC = U′_AC gilt. In Fig. 5a wird der Fokussuchlauf ohne die Umschaltung von Fokussuchlauf in Fokusregelbetrieb (Einrastvorgang) erläutert. Durch periodisches Betätigen des Schalters 71 wird mittels zweier Stromquellen 70, 81 ein Kondensator 82 periodisch umgeladen, wobei an einem am Eingang des Verstärkers 69 liegenden Referenzwiderstand 83 der dargestellte Spannungsverlauf U_R entsteht. Diese Referenzspannung wird mit Hilfe des Verstärkers 69 (Schalter 66 geschlossen, Schalter 74 geöffnet) an den Eingang des Verstärkers 58 übertragen, an dessen Ausgang die Treiberspannung U_DRF liegt, die sich zur Referenzspannung U_R proportional, aber invers verhält (U_DRF ∼ -U_R).

Da die Fokusdetektionslinse 45 auf der Quadrantendiode 29 eine astigmatische Abbildung des Empfangslichtes erzeugt, wird nur für eine optimale Bündelung des Hauptlichtflecks 50 eine kreisförmige Empfangslichtabbildung generiert. Für alle anderen Positionen der Defokussierung wird entweder eine horizontale oder vertikale Empfangslichtellipse generiert, und zwar in Abhängigkeit einer positiven oder negativen Verschiebung des Hauptlichtflecks in Richtung der optischen Achse 39. Die Quadrantendiode 29 ist nun bezüglich der Fokusdetektionslinse 45 z. B. so justiert, daß folgendes gilt:

vertikale Ellipse:
iAC<iBD
horizontale Ellipse:	iAC<iBD
Kreis:	iAC = iBD

Damit gilt für die Fokusfehlerspannung mit U_FE = U_BD-U′_AC = U_BD-U_AC oder U_FE = K (i_AC-i_BD) folgender tabellarischer Zusammenhang:

vertikale Ellipse:
UFE<0
horizontale Ellipse:	UFE<0
Kreis:	UFE = 0

Für U_FE wird daher ein typischer s-förmiger Spannungsverlauf bei Durchfahren des Fokuspunktes generiert. Für die ersten beiden Fokusdurchläufe wird eine relativ kleine Peakamplitude bezüglich U_FE detektiert. Das bedeutet aber, daß das Fokuskontrollsignal U_FOK = 0 ist. In einem solchen Fall ist eine Fokussierung nicht möglich, da die Empfangsleistung nicht ausreicht (Laserdiode 34 defekt bzw. kein Si-Wafer 1 im Lesebereich).

Das dargestellte Komparatorsignal U_SE liefert für jeden Fokusdurchlauf, und zwar an der Stelle des optimalen Fokuspunktes, eine positive oder negative Signalflanke. Die nachgeschaltete Digitalelektronik 28 der Auswerteeinheit 47 verknüpft nun dynamisch U_SE mit U_FOK über eine UND-Beziehung. Damit wird nur dann ein Freigabesignal zur Umschaltung von Fokussuchlauf auf Fokusregelung (Einrastvorgang) erzeugt, wenn U_FOK einen bestimmten Wert, z. B. +5 V, erreicht hat und eine Signalflanke an U_SE vorliegt.

Fig. 5b zeigt den Fokussuchlauf und den Einrastvorgang für die Betriebsart "optimale Fokussierung". Dabei ist für die ersten beiden Fokusdurchläufe keine Umschaltung auf Fokusregelung möglich, weil U_FOK = 0 ist. Beim dritten Fokusdurchlauf ist die Empfangsleistung ausreichend. Die nachgeschaltete Digitalelektronik 28 erkennt den Signalzustand von U_FOK und die negative Signalflanke von U_SE und löst damit folgende Aktionen (Einrastvorgang) aus:

• a) Abschalten des Fokussuchlaufs durch Öffnen des Schalters 66,
• b) Einschalten der Fokusregelung durch Schließen des Schalters 74.

Damit ist die Regelschleife zwischen der Fokusfehlerspannung U_FE und der Treiberspannung U_DRF geschlossen und es erfolgt eine automatische Nachführung des optimalen Fokuspunktes auch bei extremer Durchbiegung des Si-Wafers 1.

Der Fokussuchlauf und der Einrastvorgang für die Betriebsart "Defokussierung" (Schalter 75, 76 derartig umgeschaltet, daß z. B. U′_AC<U_AC gilt) ist in Fig. 5c dargestellt.

Der Einrastvorgang (Umschaltung von Fokussuchlauf in Fokusregelbetrieb) erfolgt beim Nulldurchgang der Fokusfehlerspannung U_FE. Dies bedeutet, daß im Bereich der horizontalen Ellipse und damit im Defokussierungsbetrieb des Hauptlichtflecks 50 die Einrastung erfolgt und damit auch zu dieser Position nachgeführt wird. Diese Zusammenhänge sind in Fig. 5c durch asymmetrische Peakamplituden bezüglich der Fokusfehlerspannung U_FE wiedergegeben.

Die Betriebsart "Defokussierung" hat erhebliche Vorteile bei der Detektion eines extrem gestörten Mikro-Barcodes 2 (schlechte Beschriftung des Si-Wassers 1). Mit diesem Verfahren kann zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Abtastung zwischen "optimaler Fokussierung" und "Defokussierung" umgeschaltet werden, womit auch eine sichere Detektion unter extrem schlechter Kodierung möglich ist.

Fig. 6 zeigt das gemessene Detektionssignal U_RS einer typischen Mikro-Barcode-Beschriftung 2 an der Meßstelle 49 (siehe auch Fig. 2). Bei der Aufzeichnung des Detektionssignals U_RS war die optische Abtasteinrichtung 26 fixiert, und die Siliziumscheibe 1 wurde bewegt. Die einzelnen Bezugszeichen weisen bezüglich des Detektionssignals U_RS auf Zeitabschnitte hin, die mit den geometrischen Bereichsabschnitten der Mikro-Barcode-Beschriftung 2 hinsichtlich der Kennzeichnung nach Fig. 4 übereinstimmen. Aus diesem Grund beginnt das Detektionssignal U_RS zum Zeitpunkt t = 0 mit der beruhigten Zone 95, an die sich der erste Barcodestrich 2′ anschließt. Es folgt die breite Lücke 6, der zweite Barcodestrich 2″, die erste schmale Lücke 5′, der dritte Barcodestrich 2′′′, die erste schmale Lücke 4′ innerhalb eines breiten Strichelements, der vierte Barcodestrich 2 ^IV, die zweite schmale Lücke 5″, der fünfte Barcodestrich 2 ^V, die zweite schmale Lücke 4″ innerhalb eines breiten Strichelements, der sechste Barcodestrich 2 ^VI, die dritte schmale Lücke 5′′′ und der siebente und damit letzte Barcodestrich 2 ^VII für das erste Zeichen (Digit), das in diesem Fall dem Startzeichen 3′ entspricht. Der Raum zwischen dem Startzeichen 3′ und dem Datenzeichen 3″ wird vom Inter-Character-Gap 96 ausgefüllt.

Claims (12)

1. Verfahren zum Lesen und Dekodieren von auf der polierten Oberfläche von Halbleiterscheiben angebrachten Strichkodierungen mit Hilfe eines Sende-, Empfangs- und Auswertesystems, wobei das Sendesystem einen Laserstrahlerzeuger, eine Kollimatorlinse, ein optisches Gitter, einen Strahlungsteilerwürfel, eine λ/4-Platte und ein Fokussierungsobjektiv aufweist, das Empfangssystem eine Quadrantenfotodiode, eine Differentialfotodiode und eine eine astigmatische Abbildung des reflektierten Laserstrahls auf der Quadrantenfotodiode bewirkende Optik zur Sicherstellung der Empfangslichtabbildung des auf die Halbleiterscheibe projizierten Hauptlichtflecks astigmatisch auf die Quadrantenfotodiode und der auf die Halbleiterscheibe projizierten Nebenlichtflecke nicht astigmatisch auf die Differentialfotodiode enthält und das Auswertesystem mit einer Analog- und Digitalelektronik ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenausdehnung des Hauptlichtflecks (50) und der Nebenlichtflecke auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe (1) durch Verschieben des Fokussierungsobjektivs (40) mittels einer Fokusspule (31) in ±z-Richtung von der Fokusfehlerspannung U_FE = U_BD-U′_AC eines Subtraktionsverstärkers (55) gesteuert wird, wobei das über die Quadrantenfotodiode (29) detektierte Empfangssignal U_BD unmittelbar dem Subtraktionsverstärker (55) und das über die Quadrantenfotodiode (29) detektierte Empfangssignal U_AC über einen Regelverstärker (61), dessen Verstärkung von der Digitalelektronik (28) zum Fokussieren oder adaptiven Defokussieren steuerbar ist, mit Ausgangssignal U′_AC dem Subtraktionsverstärker (55) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal U_RS der Strichkodierung (2′ bis 2 ^IV) aus der Addition des Summensignals U_AC+U_BD der Quadrantenfotodiode (29) und des Summensignals U_E+U_F der Differentialfotodiode (30) mit Hilfe eines Addierverstärkers (62) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Digitalelektronik (28) steuerbare Regelverstärker (61) über Steuerleitungen (75′, 76′) in Abhängigkeit vom Analogsignal U_RS so adaptiv regelbar ist, daß die Flächenausdehnung des Hauptlichtflecks (50) und der Nebenlichtflecke auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe (1) auch bei Störungen der Strichkodierung (2′ bis 2 ^IV) optimal angepaßt ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lesen der Strichkodierung (2′ bis 2 ^IV) auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe (1) durch Relativbewegung einer optischen Abtasteinrichtung (26) und der Halbleiterscheibe (1) zueinander in ±y-Richtung erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Hauptlichtflecks (50) und der Nebenlichtflecke auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe (1) zur Realisierung eines Rasterscans mit wahlfreiem Zugriff parallel zur Strichrichtung (±x-Richtung) der Strichkodierung (2′ bis 2 ^IV) mittels einer Tracking-Spule (32) erfolgt, die von einem über die Digitalelektronik (28) steuerbaren Regelverstärker (63) beaufschlagt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal U_RS der Strichkodierung (2′ bis 2 ^IV) innerhalb der Digitalelektronik (28) nach Passieren eines Tiefpaßfilters (84) und eines Analog/ Digitalwandlers (85) mit mindestens 8 Bit Wortbreite zur Lesesignalverbesserung einem Signalprozessor (86) zugeführt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Signalprozessor (86) berechnete Digitalsignal der Strichkodierung (2′ bis 2 ^IV) nach Passieren eines Digital/Analogwandlers (87) und eines Tiefpaßfilters (88) einem Komparator (90) zugeführt wird, dessen Umschaltschwelle adaptiv vom jeweils berechneten Digitalsignal abhängig über eine Leitung (89) vom Signalprozessor (86) steuerbar ist.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Veränderung der räumlichen Lage des Fokussierungsobjektivs (40) die Fokusspule (31) und die Tracking-Spule (32) enthält und die aus diesen Bauteilen gebildete Einheit innerhalb von Dauermagneten (36, 37) beweglich angeordnet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit Fokussierungsobjektiv (40), Fokusspule (31) und Tracking-Spule (32) linear beweglich und drehbeweglich geführt ist.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Fokusspule (31) als Zylinderspule ausgebildet ist, deren Symmetrieachse (38) im Abstand parallel zur optischen Strahlenachse (39) verläuft.

11. Anordnung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Tracking-Spulen (32) am äußeren Umfang der Fokusspule (31) diametral so angeordnet sind, daß ihre Spulenachse senkrecht zur Achse der Fokusspule liegt.

12. Anordnung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe vom Hauptlichtfleck (50) und von zwei Nebenlichtflecken (50′, 50″) beaufschlagt werden.