JP4689098B2 - ドットマークの読取り装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の技術分野】
本発明は半導体ウェハや金属表面の所望領域に形成される微小なドットマークを読み取るための装置に係わり、特に、半導体ウェハや金属表面から上方に隆起する特異な形態をもつドットマークを読み取るに好適な読取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造工程にあっては、各工程ごとに多様で且つ厳密な製造条件を設定する必要があり、これらを管理するために、半導体ウェハの一部表面に数字、文字、ドットによる一次マーク或いはバーコード等からなるマークが表示される。しかして、半導体の製造工程数は高集積化がなされるにつれて数１００以上にも及ぶ。しかも、各工程において多数の素子形成処理や平坦化処理がなされる。これらの処理には、例えばレジスト塗布、レジスト上へのパターンの縮小投影やレジスト現像、或いは銅配線などにより発生するギャップの埋込みのための絶縁膜や金属膜などの各種の成膜による平坦化がある。
【０００３】
ところで、上記ドットによるマーキングは、通常、連続パルスレーザビームを光学系を介して半導体ウェハの一部表面に照射することによりなされる。しかも、このマーキングは一回に限らず、各製造工程の履歴特性を知るためにも、各製造工程にて必要最小限の履歴データをマーキングすることが多い。しかしながら、半導体ウェハにおけるマーキングは極めて狭い領域に限られているため、マーキングされるドットの大きさ及び数にも限界がある。
【０００４】
ドットマーキングがなされた半導体ウェハは、例えば特開平２−２９９２１６号公報に開示されているごとくＨｅ−Ｎｅレーザのレーザ光の照射による反射率の変化、或いは通常のレーザ光の熱波の振動の変化として読み取られ、その読み取られた情報に基づき、以降の製造工程における各種の製造条件が設定される。従って、前述の読取りが正確になされず、誤った情報として読み取る場合には、偶然を除くと全てが不良品となる。その読取り不良の原因の大半はドットマーキングによるマークの不鮮明さに基づいている。この不鮮明さの１つの要因としては、マークを形成するドットの深さの小さいことである。このドットの深さが小さい場合に、上述の成膜によりドットが埋没してしまい、読取りが不可能となるためドットの深さをある程度深くする必要がある。
【０００５】
そこで、所要のドット深さを得ようとして、通常は１回の大エネルギーのレーザビーム照射により半導体ウェハの一部をスポット状に溶融除去してドットを形成しているが、この場合にはドットの大きさが大きくなるばかりでなく、溶融除去された溶融物がドット周辺に堆積し、或いは飛散してその飛散物がドットの周辺部に付着し、素子形成を不可能にすることで品質に大きな影響を与える。更には、ＹＡＧレーザによるドットマーキングの場合には、ＹＡＧレーザの特殊性により、或いはそのＱスイッチ操作のためレーザ出力に変動が生じやすく、ドットの深さや大きさにバラツキが生じる。
【０００６】
かかる不具合を解消すべく、例えば特開昭５９−８４５１５号公報及び特開平２−２０５２８１号公報によると、比較的小さいエネルギーのパルスレーザ光を同一ポイントに重複して照射するものがある。前者にあっては、１個のドットを形成するにあたり各パルスごとに順次ドット径を小さくして、同一ポイントに重複させて複数回照射し、ドットの穴径を順次小さくしながら深いドットを形成しており、後者にあっては、１回目のレーザパルス照射を１ＫＨZ 以下の周波数とし、続いて照射されるレーザパルスの周波数を２〜５ＫＨZ の高繰り返し周波数として、０．５〜１．０μｍ或いは１．０〜１．５μｍの深さのドットを形成している。
【０００７】
ドットマークに対する読取りの不鮮明さ（以下、視認性という。）の原因の一つとしては上述の穴の深さにあることも確かではあるが、ドットの深さが深くされていても、その開口部の径が大きく、且つ穴内部が全体として滑らかな曲面となる場合には、通常のように読取り装置に設置される対物レンズの焦点をドットマークの底面に合わせるだけでは拡散光が多く、上述のごとき平行光の反射光による読取り手段ではドットマークとその周辺との差を判別しがたい場合が生じる。
【０００８】
また、半導体ウェハの集積回路の加工面にドットマークを付すかぎり、たとえその余白領域ではあっても、ドットマークの視認性が維持される保障はない。何となれば、前記集積回路の加工面には上述のごとく多様な成膜工程とその部分的な除膜工程が繰り返されること、更には特にウェハ周辺部は把持と開放が繰り返される領域であることから表面管理が他の部分よりもしにくいため、前記成膜時、或いは同膜の除去時に、前記成膜のためドットマークが埋め込まれ、或いは除膜が過剰に過ぎてマーク深さが浅くなり、複数の処理を経るたびにその視認性の低下をもたらすことが多い。
【０００９】
従って、これらの公報に開示されたマーキング方法によっても、所要のドット深さとある程度の均整な大きさとをもつドットマークが形成されるとは考えられるが、上記視認性の点では相変わらず確実性に欠けていると言わざるを得ないし、形成されるドットマークの大きさ（径）についても、例えばＳＥＭＩ規格で許容される大きな寸法を有しており、ドット数及びドットマークの形成領域を拡大することも、ドットマーク数を増加させることも期待できない。
【００１０】
また、従来のドットマーク形態の一例として、本出願人が特開平１１−１５６５６３号公報により先に提案しているごとく、穴開口の周壁が急峻な傾斜で切り込まれた開口径に比較して深さが深い藤壺形状をなす微小なドット形状がある。この公報に開示されたドットマークは微小で且つ従来とは異なる特異な形態を有しているが、このドットマークによっても、従来の穴形態との比較では視認性が大幅に向上するものの、微小であることから相変わらず穴とその穴周辺との間の鮮明な明暗差を出しにくい。
【００１１】
一方、視認性を向上させるため、ドットマークの深さを深くする以外にも、例えば半導体ウェハ表面のドットマークの底面を凹凸面とし、ドットマークの内部に照射された光を乱反射させることにより、ドットマークの開口面の輝度をマーク周辺のそれより低くして明暗を明確にすることも行われている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ウェハの製造工程或いは半導体製造工程における処理履歴やロット毎の履歴特性などの様々な履歴情報を、ウェハの例えばオリフラ部分の表面やウェハ裏面にドットマークにより表示することが行われている。更に近年では本出願人が特開２０００−２２３３８２号公報により先に提案しているごとく、ドットマークの形態が、例えば上下寸法０．０１〜５μｍ、最大幅１〜１５μｍと微小化されると共に、視認性にも優れたドット形態を形成することが可能となったがため、そのマーキング領域が一挙に拡大し、例えば半導体チップの寸法に切断するための切断線領域であるスクライブラインやウェハ周縁の面取り部、果てはウェハ周縁に形成される位置決めのための基準マークであるＶノッチ部の面取り部分の平坦面などの微小領域にマーキングがなされるようになってきている。
【００１３】
上記特開２０００−２２３３８２号公報に記載されているごとくマーク形成面から少なくとも一部が隆起する形態をもつドットマークであると、ドットマークの頂点部分が一点を中心として高輝度に輝き、その周辺との明暗の差が大きくなり、如何に微小なマークであろうともドットマークの存在を確実に認識し得る。このため、その視認性が向上するばかりでなくドットマーク間の間隔を従来よりも狭くすることが可能となるため、同一面積のマーキング領域であってもドット数、つまり情報量を大幅に増加させることが可能となる。
【００１４】
しかるに、隆起部を有する視認性の優れたドット形態をもっても、その照明条件によっては、ドットマークの視認性に影響があることが判明した。このことは、前述のごとき隆起形態をもち、且つ微小なドットマークを形成することが可能となって初めて認識されたものである。
【００１５】
かかる課題は、単に半導体ウェハ表面への刻印によるドットマーキングの視認性のみならず、各種のホトリソグラフィ、エッチングや打刻などによるマーク形成がなされる他の微小な電子部品や機械部品等についても同様のことが言える。
【００１６】
本発明は、こうした従来の課題を解消すべくなされたものであり、その具体的な目的は、従来では視認性の面からその影響すら予測できなかった微小なドットマークに対する視認性が確保されるドットマークの読取り装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
本発明者等は、ドットマークのマーク形成面から少なくとも一部が隆起する形態をもつドット形状を読み取るには、照射角度や照明光量の照明条件が如何に影響するかについて詳しい検討と数多くの実験を進めた。その結果、照射角度や照明光量などの照明条件や前記ドットマークの高さを変更させながら、ドットマークに光を照射し、その照射面の反射光を受像器にて受像したところ、ドットマークのマーク形成面に対して照明条件が所定の範囲内にあるとき、ドットマークの頂点部分が一点を中心として高輝度に輝き、その周辺との明暗の差が大きくなり、ドット高さやマークの大きさが異なる微小なマークであろうとも、同マークの存在を確実に認識し得ることを知った。
【００１８】
本件請求項１に係る発明は、前述の検討結果から導出された発明である。その構成は、半導体ウェハの表面にレーザビーム照射により形成されたドットマークを読み取る装置であって、隆起部の高さが約０．０５μｍ〜０．３６μｍであり中央部が隆起する前記ドットマークを読み取り対象とし、前記ドットマークの形成面に対して照射し、その照明光量が約３２０μＷ〜６４０μＷであり、その中心光軸と前記ドットマークの形成面の法線との間の照射角度αが２５°〜３０°に調整された照明光を照射する照射手段と、前記ドットマークの形成面の法線上に配され、同形成面からの照射光の反射光を受光する受像器と、前記受像器からの画像データを処理する画像処理手段とを備えてなることを特徴とするドットマークの読取り装置にある。
【００１９】
本発明装置の重要な点は、読み取ろうとするドットマークが少なくとも一部で隆起する微小な形態を有していることと、照明光の中心光軸と上記受像器の反射光軸との間の照射角度αが約２５°〜３０°に調整されていることである。本発明による微小なドットマークは、レーザビームの照射密度によって、半導体ウェハの表面に沿った最大幅が約１〜３．６μｍ、隆起部の高さが約０．０５〜０．３６μｍとする中央部が隆起するドットマークが形成できる。これらのドットマークは、上記照明条件を満足させて照明すると、光学的に高視認性をもつ鮮明な画像が得られる。
【００２０】
本発明にあっては、前記照明手段からの光は光学系を経てマーク形成面に照射される。この照射された光は、前記ドットマークの反射面にて反射し、隆起形態をもつドットマークの頂点から斜面部にかけての散乱光を収束して受像器に捕らえる。そのときの受像器の受光量の分布を見ると、従来の穴形態からなるドットマークのように平行な照射光からの反射光による結像は、中央が暗く周辺がリング状に僅かに明るくなり更にその外側が明るくなるように明暗が漸次変化する。かかる明暗差は像の認識性を低下させる。これに対して、本発明の隆起形態を有するドットマークにあっては、従来の穴形態を有するドットマークの光像とは異なり、マークに対応する部位が一点で大きく輝き、周辺部分とのコントラストの高い鮮明な光像が得られる。従って、その後の画像処理においても十分に他の反射光と区別ができ、正確にドットマークを読み取ることを可能にする。
【００２１】
本発明装置により読み取られる中央部が隆起したドットマークは、従来の穴形態からなるドットマークと同一の照射条件にてマーク形成面に斜め上方から照明光を照射すると、同ドットマークの中央部が、その周辺部に比較して極めて高い輝度差（明暗差）をもって高輝度に輝く。このため、たとえ微小な形態であって、そのドット高さやマークの形成面方向の大きさが異なるドットマークであっても、光学的な読取りが確実になされるようになる。
【００２２】
しかも、一部が隆起するドットマークにあっては、その照射角度αを約２０°〜４５°の範囲に調整したとき、特にドットマークの隆起高さが変化しても光学的に読取りが可能な輝度の得られることが判明している。勿論、これらのドットマークであっても、光学系にはその加工上、材質上、設計上などの理由から読取りに限界のあることは否めない。しかるに、本発明装置にあっては、通常の光学系を用いても、その限界を越えてまで読み取ることが可能となる。例えば、従来の凹穴状のドットマークでは微小に過ぎて読み取りが不可能であったものが、上記一部が隆起するドットマークであって、しかも上述の照射角度の範囲にあれば、通常の光学系であっても十分に読み取ることができるようになる。この照射角度の範囲を越えると、たとえ隆起高さが高いドットマークであっても読み取りにくくなる場合がある。
【００２３】
また本発明は、前記照明手段の照明光量が約３２０μＷ〜６４０μＷであることを特徴としている。
この発明は、ドットマークのマーク形成面から少なくとも一部が上方に隆起する隆起部を有するドット形状を読み取るとき、前記照明手段の照射角度αに加えて、その照明光量を所望の範囲内に調整している。ここで、請求項１に係る発明のように照射角度αを２５°〜３０°の範囲内で調整可能とすることが更に望ましい。
【００２４】
前記マーク形成面に対して約２０°〜４５°の照射角度αをもって斜め方向から照明光を照射しても、ドットマークの隆起部と周辺部との明暗差が僅かに過ぎて、充分な視認性が得られない場合がある。この場合には、前記照射角度αを約２０°〜４５°の範囲内で所望の角度に調整すると共に、前記照明光量を増減させることにより、ドットマークの隆起部と周辺部との明暗差が大きくなり、不鮮明であったドットマークの読取りが確実になされるようになる。
【００２５】
本発明の対象とするドットマーク形態に対しては、照射角度αが約２０°〜４５°で、照明光量を少なくとも約３２０μＷ〜６４０μＷの範囲で調整すればよく、ドット高さやマークの大きさが異なる微小なドットマークを正確に認識することができるようになる。しかしながら、これらの照明条件であっても、その組合せを見出すことは必要であり、同一照明条件で全ての大きさ（高さ）のドットマークを読み取ろうとしても不可能であり、ドットマークの大きさ（高さ）に合わせて、好適な照射角度αと照明光量の大きさとを選定しなければならない。
【００２６】
請求項３に係る発明は、前記照明手段は、前記照射角度が約２５°と約４５°に設定された一対からなることを特徴としている。
この発明による読取り装置は、前記照射角度が約２５°に設定された照明手段と、前記照射角度が約４５°に設定された照明手段とからなる一対の照明手段とを備えている。特異な隆起形態をもつ微小なドットマークのマーク形成面に形成されたドット形状を読み取る際には、一対の前記照射手段を互いに切り換え、或いは上記照明光量とを組み合わせて前記マーク形成面に対して斜め方向から照明光を照射する。
【００２７】
前記マーク形成面に対して前記照射角度の最大値及び最小値の２つの照射角度をもって斜め方向から照明光を照射すれば、前記ドットマークの頂点から斜面部にかけての反射光のうちの殆どの光量が直上に設置された読取りレンズに導入されるようになる。このとき、照明光量を調整すると同時に２つの照射角度のいずれかを選択することによって、ドットマークとその周辺との輝度差を最も大きくすることができる。
【００２８】
例えば、０．０５μｍの高さを有するドットマークでは、照射角度が２５°の照射手段を選択すると共に、その照明光量を３２０μＷ〜６４０μＷに調整するとき、視認性が確保される。また、例えば０．５μｍの高さを有するドットマークの場合には、照射角度が４５°の照射手段を選択すると共に、その照明光量を１６０μＷ〜６４０μＷに調整するとき、視認性が確保される。一方、高さが０．３７μｍのドットマークでは、照射角度が２５°では照明光量を最大にしても読み取ることが不可能であり、この場合、照射角度を４５°として照明光量を最大の６４０μＷとしたとき、初めて読み取ることが可能となる。
【００２９】
このように、上記照射角度２５°〜４５°の範囲にあって、その最大値及び最小値の２つの照射角度で一対の前記照射手段を配置しておけば、照明光量を調整することにより、実用的に支障を生じることなく高さの異なる微小なドットマークの全てが読み取れるため、複雑で且つ格別な調整機構が不要である簡単な構造で、廉価なドットマーク読取り装置が得られ、同時にドットマークの読取り装置全体の小型化をも達成し得る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明するまえに、本発明に適用される微小なドットマークの形態を図１及び図２に基づいて簡単に説明する。本発明が対象とする隆起形態をもつ微小なドットマークを形成するには、本出願人による先の出願に係る特開２０００−２２３３８２号公報に開示されているように、レーザビームのパルス幅を約１０〜５００ｎｓの範囲内とし、そのエネルギー密度を、ドットマークのマーク形成面において約１．０〜１５．０Ｊ／ｃｍ2 の範囲に制御している。かかる数値範囲内に制御されると、中心部でマーク形成面から上方に隆起する隆起部を有する微小なドットマークを形成することができる。
【００３１】
図１は本発明に適用される微小で且つ特異な形態をもつドットマークの最小構成単位のドット形態の一例を模式的に示している。このドットマークの形態寸法は、被マーキング物品である半導体ウェハの表面に沿った最大幅が約１．０〜１５．０μｍであり、隆起部の高さが約０．０１〜５．０μｍである。半導体ウェハの表面に形成されるドットマークは略円錐状を呈しており、しかも、そのドットマークが１１個×１０個と整然と並んでおり、それぞれの高さもほぼ揃っている。ここに示すドットマークは方形断面をもつレーザビームの照射により形成されるものであり、その形成表面に沿った最大長さ（径）は約３．６μｍの略円形断面を有している。また、各ドット間隔は約４．５μｍである。
【００３２】
なお、上記半導体ウェハとは、シリコンウェハそれ自体である場合が代表的ではあるが、その他にウェハ表面に酸化膜（SiO2) や窒化膜(SiN) が形成されたもの、更にはエピタキシャル成長させたウェハ、ガリウム砒素、インジウムリン化合物が表面に形成されたウェハをも含むものである。なお、本発明の読取り対象であるドットマークは、半導体ウェハに限らず、他の電子部品などに形成される同等形態と寸法をもつものであれば適用が可能である。
【００３３】
図２はマーク幅寸法を変更したときのエネルギー密度と隆起部の高さとの相関を示している。なお、ドットマークのマーキング表面に沿った長さ寸法は２μｍ、４μｍ、６μｍ、８μｍ、１０μｍ、１４μｍの６種類としている。図中のプロット◇は２μｍ、□は４μｍ、△は６μｍ、×は８μｍ、○は１０μｍ、●は１４μｍのドットマークを示している。このドットマーキング方法及びドットマーク形態の詳細な説明は、上記特開２０００−２２３３８２号公報の出願明細書に説明されているため、ここでは簡単な説明に留める。
【００３４】
同図から理解できるように、エネルギー密度がある範囲内にあるとき、マーキング表面に沿った長さ寸法とは無関係に高さが最大となるが、その最大高さとなるときのエネルギー密度を越えると、すなわち大きなエネルギー密度となると隆起形態から凹孔形態へと移行する。
【００３５】
次に、前述の中央部が隆起する微小形態のドットマークの読取りに好適な本発明の読取り装置の代表的な実施形態を図３〜図１５に基づいて具体的に説明する。
本実施形態にあっては、レーザビームのエネルギー密度を本発明の読取り対象であるドットマークのマーク形成面において２．５Ｊ／ｃｍ2 、４．０Ｊ／ｃｍ2 、６．０Ｊ／ｃｍ2 、８．０Ｊ／ｃｍ2 の４通りに設定している。ドットマークの隆起部の高さは約０．０５μｍ〜０．５μｍ、ドットマークの形態は略円錐形であり、マーク形成面に対するレーザビームの照射断面は約３．６μｍの方形である。ここで、図３は前記ドットマークを模式的に示しており、同図中に示す符号αは、ドットマークのマーク形成面に対して所定の照射角度をもって斜め方向から照射される照明光軸Ｌ１と、マーク形成面からの反射光を受光する受像器の光軸Ｌ２との間の照射角度を表す。符号θはマーク形成面とドットマークの斜面とがなす角度（以下、ドット角度という。）を示しており、符号Ｈはドットマークの隆起部の高さ（以下、ドット高さという。）を示している。
【００３６】
図４は上記隆起状ドットマーク形成時のレーザビームのエネルギー密度の変更に対するドット高さＨ及びドット角度θの相関を棒グラフとプロットを結ぶ折れ線グラフで示している。図中の棒グラフは、レーザビームのエネルギー密度を２．５Ｊ／ｃｍ2 、４．０Ｊ／ｃｍ2 、６．０Ｊ／ｃｍ2 、８．０Ｊ／ｃｍ2 に変更したときのドット高さＨを示しており、折れ線グラフは各エネルギー密度におけるドット高さＨに対応するドット角度θをプロットしたものである。
【００３７】
レーザビームのエネルギー密度をドットマークのマーク形成面において２．５〜８．０Ｊ／ｃｍ2 に設定すると、ドット高さＨは約０．０５〜０．５μｍとなり、そのドット角度θは約２．６°〜１６．０°となる。図４より明らかなように、マーキング条件である上記エネルギー密度を上述の範囲内で高めると、ドットマークのドット高さＨも増加し、そのドット角度θも増大する。
【００３８】
図５は、隆起状のドットマークに対する照明角度αとコントラストとの相関を示している。ここで、コントラストとはグレースケール方式の画像処理により文字を認識するため、ドットマークとその周囲との明度を対比した値をいい、画面上にある計測窓の最暗部と最明部との差分を正規化して得られる値である。
【００３９】
なお、同図におけるグラフ上のプロット○は２．５Ｊ／ｃｍ2 、△は４．０Ｊ／ｃｍ2 、■は６．０Ｊ／ｃｍ2 、●は８．０Ｊ／ｃｍ2 のエネルギー密度を示している。また、本実施形態では、横軸に示す照射角度αは、受像器であるＣＣＤカメラの一部と照射手段である照明用ＬＥＤとの干渉を回避すべく、実際には約２５°以上の角度でコントラストを測定しており、それよりも小さい角度領域については、前記実効値から想定した値をもって破線で示している。
【００４０】
各エネルギー密度ごとにグラフを見ると、照射角度αがある領域内にあるときコントラストが高くなるところが存在し、しかも各エネルギー密度ごとにコンラストが最大となる照射角度αの存在していることが分かる。同図から理解できるように、エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2 にて形成されたドット高さＨ（０．０５μｍ）では照射角度１０°で最大のコントラストが得られると推定される。エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2 にて形成されたドット高さＨ（０．２７μｍ）では照射角度２０°、エネルギー密度が６．０Ｊ／ｃｍ2 にて形成されたドット高さＨ（０．３６μｍ）で照射角度２５°、エネルギー密度が８．０Ｊ／ｃｍ2 にて形成されたドット高さＨ（０．４９μｍ）では照射角度３５°で、それぞれ最大のコントラストが得られる。
【００４１】
最大コントラストが得られる最大の照射角度１０°、２０°、２５°、３５°に着目すると、同図より明らかなように、最大コントラストは約４０〜６０の数値範囲内に分散しており、マーキング条件の一つであるエネルギー密度が高い程、つまりドット高さＨが増加する程、最大コントラストをとる照射角度αも順次大きくなる傾向をもつことが理解できる。
【００４２】
図６は照射角度αとドット角度θとの相関を示している。図６は照射角度αのうち、マーキング条件である各エネルギー密度ごとの最大コントラストが得られる最大照射角度１０°、２０°、２５°、３５°と、ドット角度θの２倍であるドット角度２θとの相関をグラフ上にプロットしたものである。同図より理解できるように、照射角度α及びドット角度２θは照射角度α＝ドット角度２θの関係になっている。この式から、ドットマークが略円錐状を呈していることが理解できる。そのマーク形成面からの反射光を受けるＣＣＤカメラは、図３に示すように、ドットマークのマーク形成面の法線上に配されることが望ましく、その法線上にマーク形成面からの反射光が反射するように照明用ＬＥＤからの光を向けて照射することが望ましい。
【００４３】
図７はドットマークのコントラストと認識スコアとの相関を示している。同図において、横軸にはコントラストの値（０〜６０）を示しており、縦軸には各コントラストに対する認識スコアの値を示している。
通常、文字認識のために使用される既存の画像処理装置及びアキュリーダ／ＯＣＲ（光学的文字認識装置）は、予め決められたテンプレートとの相関が最も強い文字タイプを認識文字とする原理に従って文字を識別するものであり、上記認識スコアとは、この文字を識別する際に用いられる相関係数をいう。
【００４４】
一般に、光学的に文字等を正確に読み取ることができる相関係数としての前記認識スコアは約７０以上の値であり、好ましくは約７０〜８０の値が必要とされる。一方、画像であれ文字であれ、コントラストが大きいほど読取り或いは識別しやすいこともよく知られている。図７は、こうした関係から、上記隆起状の微細なドットマークに対する認識スコアとコントラストとの間に何らかの相関があるものとの前提に立ってえられたものである。
【００４５】
同図より、認識スコアとコントラストとの間に極めて強い相関が存在することが理解できる。同図において、一般に正確な読取りが可能とされる認識スコア７０〜８０の値を得るには、約１５以上の値のコントラストを必要とする。このことから本発明の対象とする微小なドットマークを正確に読み取るには、約１５以上の値のコントラストを要することが理解できる。
【００４６】
しかして、上述した図５において、例えばエネルギー密度を２．５Ｊ／ｃｍ2 として形成されたドットマークの場合、照射角度αが３５°よりも大きくなるとコントラストの値が１５よりも低くなり、上述の照射角度の領域でも全く認識し得なくなる場合があることを示している。
【００４７】
そこで、上記認識スコアとコントラストとの関係に基づき、図５に示す縦軸として認識スコアに置き換え、認識スコアと照射角度αとの相関をとったのが図８のグラフである。図８には、レーザビームのエネルギー密度を変更したときの、それぞれのドットマークについて、その認識スコアと照射角度αとの相関を示している。グラフ上におけるプロット○は２．５Ｊ／ｃｍ2 、△は４．０Ｊ／ｃｍ2 、■は６．０Ｊ／ｃｍ2 、●は８．０Ｊ／ｃｍ2 のエネルギー密度を表している。
【００４８】
同図より明らかなように、縦軸に示す認識スコアが７０以上の値であって、ドットマークを正確に読み取ることができる照射角度αは、各エネルギー密度ごと、つまりドット高さによって異なるものの、その照射角度αが２０°〜４５°の領域内であれば全ての高さのドットマークの読取りが可能であることを示している。
【００４９】
これを各エネルギー密度ごとにグラフを見ると、エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射によるドットマークの識別に必要な照射角度αは約２０°〜３０°であり、エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2 のときのドットマークに対する照射角度αでは約２０°〜４５°であることが必要であり、エネルギー密度が６．０Ｊ／ｃｍ2 のときのドットマークに対する照射角度αは約２０°〜５０°が必要であり、エネルギー密度が８．０Ｊ／ｃｍ2 のときのドットマークに対しては照射角度αが約２８°以上であればよい。
【００５０】
ここで、図５及び図８を参照すると、実用的に支障を生じない約１５以上の値のコントラストと、同じく約７０以上の値の認識スコアとの双方を同時に満足する照射角度αが存在することが分かる。これらの図より明らかなように、約１５以上の値のコントラストを満足するには、エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2 のドットマークでは照射角度αが約３０°を越えるとコントラストの値が１５以下となるものの、他の高さのドットマークに対しては、照射角度αが約２０°〜５０°の範囲で全てが約１５以上の値のコントラストをとる。
【００５１】
一方、認識スコアについて見ると、エネルギー密度が最も小さい２．５Ｊ／ｃｍ2 のドットマークに対して照射角度が約３０°より大きいと認識スコアの値が７０以下となるが、３０°以下２０°以上であれば認識スコアの値が７０以上を確保でき、またエネルギー密度が最も大きい８．０Ｊ／ｃｍ2 のドットマークについても、約２８°以下の照射角度αでは、認識スコアの値が７０以下となって読み取ることができないが、それを越える照射角度αであれば十分に読取りが可能となる認識スコアが得られる。他の高さの異なるドットマークに対しては、照射角度が２０°〜４５°であれば、全て認識スコアの値が７０を越えており、確実な読取りが可能であることが分かる。
【００５２】
ところで、本発明が対象とするドットマークにあっても、光学系には設計上などの理由から読取りに限界のあることは否めない。つまり、上記照射角度αの範囲を越えてしまうと、たとえ中央部が周辺部よりも極めて高い明度をもって高輝度に輝くドットマークであっても読み取りにくくなる場合がある。本発明の読取対象である隆起状の微小なドットマークに対して、実用的に全く支障の生じない１５以上の値のコントラストと７０以上の値の認識スコアとの双方を満足するように照射角度αを設定するには、約２０°〜４５°の範囲であることが好ましい。照射角度αを約２０°〜４５°の範囲で調整すれば、本発明が対象とする微小なドットマークを充分に識別することができるようになる。
【００５３】
一方、ドットマークのマーク形成面に約２０°〜４５°の照射角度αをもって斜め方向から照明光を照射しても、ドットマークの隆起部が僅小に過ぎて、充分な視認性が得られない場合がある。この場合には、照射角度αを前記範囲内で所望の角度に調整すると共に、その照明光量を増減させることにより、十分な視認性が得られる。
【００５４】
図９〜図１２は照明光量を変更したときの、照射角度αとコントラスト又は認識スコアとの相関を示している。本実施形態にあっては、照明光量を２０μＷ、４０μＷ、８０μＷ、１６０μＷ、３２０μＷ、及び６４０μＷの６通りに設定している。
【００５５】
図９（ａ）はエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる０．０５μｍのドット高さをもつ隆起状のドットマークに対する照明光量、コントラスト、照射角度αの三者の相関を示し、図９（ｂ）は同じく照明光量、認識スコア、照射角度αの三者の相関を示している。これらの図から明らかなように、コントラストと認識スコアとの上述の値まで増加するには、約３２０μＷ〜６４０μＷの照明光量で約２５°の照射角度αを要することが理解できる。
【００５６】
すなわち、ドット高さＨが０．０５μｍのドットマークでは、照射角度αを約約２５°として、３２０μＷ〜６４０μＷの照明光量で照射するとコントラストの値が１５以上、認識スコアの値が７０以上となり、本発明の初期の目的とする読取り可能な照明条件が得られる。それ以外の照射角度αをもって、或いは照明光量をもって照射しても、コントラストと認識スコアとの双方が所望の照明条件の範囲から外れることになり、微小なドットマークを正確に識別することは困難となる。
【００５７】
図１０（ａ）はエネルギー密度４．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により形成されるドット高さＨが０．２７５μｍのドットマークに対する照明光量、コントラスト、照射角度αの三者の相関を示し、図１０（ｂ）は同じく照明光量、認識スコア、照射角度αの三者の相関を示している。これらの図から明らかなように、コントラストの値を１５以上、認識スコアの値を７０以上とするには、約４０μＷの照明光量では約２５°の照射角度αであることを要し、約８０μＷ〜１６０μＷの照明光量では約２５°〜３０°の照射角度αであることを要し、また約３２０μＷの照明光量では約２５°〜３５°の照射角度αであることを要し、約６４０μＷの照明光量で約２５°〜４０°の照射角度αであることを要することが理解できる。このことから、上記ドット高さのドットマークに対しては、照射光量と照射角度αを上記範囲内で調整すれば、全ての領域で視認性が得られることになる。
【００５８】
図１１（ａ）はエネルギー密度６．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さＨが０．３５μｍのドットマークに対する照明光量、コントラスト、照射角度αの三者の相関を示している。図１１（ｂ）は、同じく照明光量、認識スコア、照射角度αの三者の相関を示している。これらの図から明らかなように、コントラストの値を１５以上、認識スコアの値を７０以上とするには、約４０μＷの照明光量では約２５°の照射角度α、約８０μＷの照明光量では約２５°〜３０°の照射角度α、約１６０μＷ〜３２０μＷの照明光量では約２５°〜４０°の照射角度α、約６４０μＷの照明光量では約２５°〜５０°の照射角度αであることを、それぞれ必要とすることが理解できる。
【００５９】
詳しくは、前記ドット高さをもつドットマークの場合、４０μＷの照明光量では唯一照射角度αが約２５°の時に視認性が得られ、約８０μＷの照明光量では照射角度αを約２５°〜３０°の範囲で視認性が得られる。約１６０μＷ〜３２０μＷの照明光量では照射角度αが約２５°〜４０°の範囲内にあれば視認性が得られ、約１６０μＷ〜３２０μＷの照明光量では約２５°〜４０°の照射角度α、約６４０μＷの照明光量では照射角度αを約２５°〜５０°の範囲で調整すれば視認性が得られる。つまり、前記高さをもつドットマークの場合には、４０μＷ〜６４０μＷにある光量であれば、照明角度αを調整することにより、２５°〜５０°の範囲の全ての照射角度αをもって視認性が得られる。
【００６０】
図１２（ａ）はエネルギー密度８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さＨが０．５μｍのドットマークに対する照明光量、コントラスト、照射角度αの三者の相関を示している。図１２（ｂ）は、同じく照明光量、認識スコア、照射角度αの三者の相関を示している。これらの図から明らかなように、コントラストの値を１５以上、認識スコアの値を７０以上とするには、約４０μＷの照明光量で約２５°〜３０°の照射角度αであることを要し、約８０μＷの照明光量では約２５°〜４０°の照射角度α、約１６０μＷ〜３２０μＷの照明光量で約２５°〜５０°の照射角度α、約６４０μＷの照明光量では約３０°〜５０°の照射角度αとすることが必要であることが理解できる。照射角度αを２５°として、照明光量を最大の約６４０μＷに増大させても、コントラストの値は１５を越えるものの、認識スコアの値は６０以下であり、隆起高さが高いドットマークであっても視認性が得にくい。ただし、この条件を外せば、全ての照射光量の範囲で対応する好適な照射角度αが存在するため、上記数値の全範囲内で視認性が得られることになる。
【００６１】
これらのデータから、約２０μＷの照明光量では照射角度αを変更しても、本発明の対象である隆起状の微細なドットマークを読み取ることは困難であり、単に照明光量が増大しても、前記ドットマークのドット高さＨによっては読取りにくい照射角度αも存在するが、いずれにしても、照射角度αを約２０°〜４５°の範囲で調整すれば、照明光量の選択により、光学的に読取りが可能な輝度が得られる照明条件を得ることができる。
【００６２】
以上の点から、本実施形態では、エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2 、４．０Ｊ／ｃｍ2 、６．０Ｊ／ｃｍ2 、８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドットマークに対する読取り可能な照明光量は約３２０μＷ〜６４０μＷであることが好ましく、照射角度αも約２５°〜３０°の範囲で調整するとともに、前記照射光量の範囲内で光量を調整すれば、微小なドットマークの視認性を向上させることができる。本発明の典型的なドット形態をもつ中央が隆起したドットマークは、たとえマーク径と比較すると高さが低くても、その頂上部が周辺と極めて大きな輝度差をもって輝き、視認性が十分に確保される。
【００６３】
図１３は読取り可能な認識スコアの領域数とドット角度θとの相関をグラフ上に●でプロットしている。同図において、縦軸は読取り可能な約７０以上の認識スコアの領域数を表し、この領域数を各ドット形状水準における読取り可能な照明条件の水準数としている。この水準数は各ドット形状の照明マージンを示す。横軸はドット角度θを示している。図中のプロット●を直線にて結ぶと、読取り可能な認識スコアの領域数ｙとドット角度θとは、ｙ＝１．４９３１ｘ−１．５０９８の関係になる。但し、符号ｘはドット角度θである。前記式から、ドット角度θ＜１°では、基板周囲からのハレーション等が発生し、或いは照射角度αを調整してもドットマークを読み取ることができない。
【００６４】
次に、上述の隆起状の微細なドットマークの読取りに好適な本発明の読取り装置を、図１４〜図１８に示す代表的な実施形態に基づいて具体的に説明する。
図１４〜図１７は本発明のドットマーク読取り装置の概略構成を示している。図１８は同装置の制御系を示すブロック図である。
【００６５】
本実施形態によるドットマーク読取り装置１は、図１４〜図１７に示すようにＣＣＤカメラ２と、２基一対の照明ユニット３，３とを備えている。ドットマークのマーク形成面の一点に向けてＣＣＤカメラ２と各照明ユニット３，３とが所定の位置に固定されて配置されている。前記ＣＣＤカメラ２の光軸Ｌ２は、ドットマークのマーク形成面と略直交するように配されている。各照明ユニット３，３は、それぞれ前記ＣＣＤカメラ２の光軸Ｌ２に対して約２５°と約４５°の入射角をもって斜め上方から照射するように配されている。
【００６６】
前記ＣＣＤカメラ２は、読取部本体２ａと、同読取部本体２ａの軸線に沿って前端側内周面にねじ込み固定されたレンズユニット２ｂと、後端側内周面にねじ込み固定された焦点合わせ部２ｃとを備えている。前記レンズユニット２ｂの先端部には集光レンズ系２ｂ−１が配されており、前記読取部本体２ａの内部に組み込まれたビームスプリッタ２ｄ、前記焦点合わせ部２ｃの内部に組み込まれた円筒型レンズ２ｅ、レーザダイオード２ｆを後端に向けて順次配列している。
【００６７】
また、前記読取部本体２ａの底面側であって、前記ビームスプリッタ２ｄに対向する部位には、集光レンズ２ｇを介してＣＣＤ２ｈが配されている。前記ビームスプリッタ２ｄの中心位置から前記焦点合わせ部２ｃの結像点２ｃ−１までの距離と、同じくビームスプリッタ２ｄの中心位置から前記ＣＣＤ２ｈの受像面２ｈ−１までの距離とは、焦点位置が変動しても常に光学的に等しくなるように自動的に位置合わせされる。
【００６８】
いま、こうして自動焦点合わせがなされると、レーザダイオード２ｆのスイッチが切られ、一対の照明ユニット３，３のうち適当な一の照明ユニット３が選ばれてスイッチが入り、ドットマーク形成面を対応する入射角をもって照明がなされる。
【００６９】
本発明に適用される照射手段として、同じ構造をもつ第１及び第２の一対の照明ユニット３，３を使用している。各照明ユニット３は、その先端内周部に集光レンズ３ａを有し、その集光レンズ３ａの後端に所定の間隔をおいて発光ダイオード３ｂを有している。前記第１照明ユニット３は、既述したとおり、前記ＣＣＤカメラ２の光軸Ｌ２に対して約２５°の第１入射角をもって配されると共に、一方の第２照明ユニット３は、前記光軸Ｌ２に対して約４５°の第２入射角をもって配されている。各照明ユニット３，３は前記入射角を微調整可能に固設されている。
【００７０】
照明ユニット３の照明光量などは、図１８に示すように、画像処理部４の照明制御部５からの信号に基づいて照明電源６を制御することにより行われる。また前記ＣＣＤカメラ２の焦点などは同じく画像処理部４の画像入力部７からの信号を受けてカメラ制御部８により制御される。隆起形態をもつ微小なドットマークのマーク形成面に形成されたドット形状を読み取る際には、上述したように入射角が約２５°と約４５°とに設定された一対の前記照明ユニット３，３を互いに切り換え、或いは同時に上記照明光量を約３２０μＷ〜６４０μＷの範囲に増減させて、所望の照明条件をもって前記マーク形成面に対して斜め方向から照明光を照射する。
【００７１】
ドットマークのマーク形成面、例えば半導体ウェハＷのノッチ部における上記隆起形態をもつドットマークとその周辺の照射面とを比較したとき、ＣＣＤカメラ２で受光する反射光の殆どがドットマークでなされたものであり、ドットマーク周辺部における反射光はその殆どがＣＣＤカメラ２で受光されず、これをレンズユニット２ｂの集束レンズを介して受光すれば、ドットマーク部分が高輝度に輝き、周辺との輝度差が大きくなり、ドットマークの認識が確実になされる。
【００７２】
このように照射角度を２５°と４５°とした一対の照明ユニット３，３を設けておけば、その照明光量を調整することにより、本発明が読み取ろうとする隆起状の高さの異なる微小なドットマークの全てに対する読取りが可能となる。すなわち、各照明ユニット３，３を互いに切換えたり、或いは組み合わせて使用するとともに、照明光量を約３２０μＷ〜６４０μＷの範囲に調整すれば、上記図９〜図１２に示すごとく、コントラストの値を１５以上で、且つ認識スコアの値を７０以上とすることが可能となり、既述したような、高さの異なる微小なドットマークを正確に読み取ることができる。このため、複雑で且つ格別な調整機構が不要で、簡単な構造からなり、廉価なドットマーク読取り装置を提供することができ、同時にドットマークの読取り装置全体の小型化をも達成し得る。
【００７３】
以下、図９、図１２、図１４及び図１８に基づいて上記ドットマーク読取り装置１の読取り対象である異なる高さをもつ微小なドットマークの読取り方法の一例を説明する。ここで、ドットマーク読取り装置１として、上述のような照射角度を２５°と４５°とした一対の照明ユニット３，３が固設された場合を例にとり、エネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる０．０５μｍのドット高さをもつドットマークと、エネルギー密度８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さが０．５μｍのドットマークとを読み取る手順を具体的に説明する。
【００７４】
前記ドットマーク読取り装置１は、図１８に示す上記主制御部１１に各エネルギー密度のレーザ照射により得られるドット高さに見合った図９〜図１２に示すようなデータを予め記憶している。いま、例えばエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる０．０５μｍのドット高さをもつドットマークを読み取るときは、先ず同ドットマークを読み取ることを主制御部１１に入力する。
【００７５】
主制御部１１では、前記入力データ信号に基づき一対の上記照明ユニット３，３のうち、照射角度αが２５°の照明ユニット３を選択するとともに、その照明光量を３２０〜６４０μＷと決定する。それらの決定された照明ユニット３及び照明光量に関する信号が画像処理部４を介して照明制御部５に送られ、同照明制御部５では、後述するＣＣＤカメラ２の自動焦点合わせを終了させた後に、照明電源６の照明光量を３２０〜６４０μＷの間で制御するとともに、選択された前記照明ユニット３の発光ダイオード３ｂを点灯する。
【００７６】
前記自動焦点合わせは、照明ユニット３の照明電源６を切っておき、前記ＣＣＤカメラ２のレーザダイオード２ｆのスイッチをオン状態にする。同レーザダイオード２ｆの出射点２ｆ−１から出射されるレーザ光は、前記円筒型レンズ２ｅにより正確な平行光となって前記ビームスプリッタ２ｄを通過し、前記レンズユニット２ｂの集光レンズ系２ｂ−１を通って照射面であるドットマークに所望の集光性をもってスポット照射される。このスポット照射された反射光は再び集光レンズ系２ｂ−１を通り、前記ビームスプリッタ２ｄを通過して、前記結像点２ｃ−１に結像するように自動焦点合わせがなされる。
【００７７】
このときＣＣＤ２ｈの位置合わせも同時に行われ、前記ＣＣＤ２ｈの受像面２ｈ−１には、前記スポット照射されたレーザ光の反射光が集光レンズ系２ｂ−１を通り、平行光となって前記ビームスプリッタ２ｄの反射面にて９０°屈折して反射し、集光レンズ２ｇを介して明確な光像となって受像される。この焦点合わせが終了すると、前記レーザダイオード２ｆのスイッチが自動的に切られる。
【００７８】
前記レーザ光の照射が切れると、照明制御部５では、上述のごとく前記主制御部１１から送られる照射角度α及び照明光量に関する信号を受けて、照射角度αが２５°に設定された照明ユニット３の発光ダイオード３ｂを３２０〜６４０μＷの照明光量で点灯し、微小ドットマークの読取りがなされる。この読取り操作は、上述のごとくＣＣＤ２ｈの受像面２ｈ−１に受像された画像情報を前記画像処理部４にて画像処理して前記主制御部１１へと送る。同主制御部１１へ送られた画像データは図示せぬモニタ、或いは主制御部１１の記憶部にＩＤ情報として記憶される。
【００７９】
次に、エネルギー密度８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる０．５μｍのドット高さをもつドットマークを読み取るときは、同ドットマークを読み取ることを主制御部１１に入力する。主制御部１１では、予め入力されているデータに基づき、照射角度αが４５°の照明ユニット３を指定すると同時に、照射角度αが４５°のときの認識可能な照明光量が１６０〜６４０μＷの間で決定される。それらの照明ユニット３及び照明光量に関する信号は、上述のごとく画像処理部４を介して照明制御部５へと送られる。同照明制御部５では、ＣＣＤカメラ２の自動焦点合わせが終了したのちに、照明電源６の照明光量を１６０〜６４０μＷの間で制御して、前記照明ユニット３の発光ダイオード３ｂを点灯し、照射角度αを４５°としてドットマーク形成面を照射して、上述の微小ドットマークを読み取る。
【００８０】
このように、２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる最も低く微小なドットマークに対しては、照射角度αを２５°として、３２０〜６４０μＷの間の照明光量で照射する場合にかぎり、既述したようにコントラストの値が１５以上、認識スコアの値が７０以上となり、読取りが可能となる。それ以外の照射角度αや照明光量をもって照射しても、コントラストと認識スコアのいずれかが前記値を下回るため、ドットマークを正確に識別することができない。
【００８１】
一方、８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる比較的背の高い微小なドットマークに対しては、照射角度αを４５°としたとき、照明光量が１６０〜６４０μＷの大きな範囲で、コントラストの値を１５以上、認識スコアの値を７０以上の読取り可能な最適な照明条件が得られる。このドットマーク高さの場合には、既述したように２５°〜３０°の照射角度αで４０μＷ及び８０μＷの照明光量で照射しても読み取ることができ、２５°〜５０°の照射角度αでは１６０〜３２０μＷの照明光量で照射し、３０°〜５０°の照射角度αでは６４０μＷの照明光量の照射が必要である。したがって、この高さのドットマークについてみれば、その照明光量を調整することにより、照射角度αを２５°及び４５°に設定した上記一対の照射ユニット３，３のいずれを使っても、ドットマークの読み取りが可能である。
【００８２】
上記ドットマークの読取り手順では、ドット高さの異なるドットマークに対する照射角度αを２５°から４５°に切り換えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さをもつドットマークの読取り後に、８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドットマークを読み取るとき、上述のごとく照射角度αが４５°の上記照明ユニット３へ切り換えないで、そのまま照射角度αが２５°の上記照明ユニット３を使って、４０〜３２０μＷの間で照明光量を制御して照射してもよい。なお、８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドットマークの読取りに際しては、照射角度αを２５°として、照明光量を最大の約６４０μＷに増大させても、既述したごとくコントラストの値は１５を越えるが、認識スコアの値は６０以下であり、ドットマークの視認性が得にくい。
【００８３】
また、エネルギー密度４．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さをもつドットマークの場合は、既述したように、４０μＷの照明光量では２５°の照射角度α、８０〜１６０μＷの照明光量では２５°〜３０°の照射角度α、３２０μＷの照明光量では２５°〜３５°の照射角度α、６４０μＷの照明光量で２５°〜４０°の照射角度αとなる。このことから、照射角度αが４５°の上記照明ユニット３を使うことはできず、照射角度αが２５°の上記照明ユニット３を使うことにより、照射光量を４０〜６４０μＷの広い範囲内で良好な視認性が得られる。
【００８４】
また、エネルギー密度６．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さをもつドットマークの場合は、既述したように２５°の照射角度αでは４０μＷの照明光量が必要であり、２５°〜３０°の照射角度αのときは８０μＷの照明光量、照射角度αが２５°〜４０°の範囲内にあれば１６０〜３２０μＷの照明光量によりそれぞれ視認性が得られ、照射角度αを２５°〜５０°の範囲で調整すれば６４０μＷの照明光量で視認性が得られる。このことから、照射光量を調整すれば、照射角度αが２５°及び４５°のいずれの上記照明ユニット３を使っても良好な視認性が得られる。
【００８５】
また、本発明装置にあっては、図１８に示すように、上述の隆起形態をもつ微小なドットマークを、半導体ウェハをカセット内に収容した状態で読み取ることができる。ＣＣＤカメラ２のレーザダイオード２ｆが点灯されると、半導体ウェハＷの収納カセット９を載置固定するステージ１０を三軸方向及び回転方向に移動させながら、ドットマークが書き込まれた領域を検出すると共に、その焦点合わせを行う。
【００８６】
このステージ１０の制御動作は、画像処理部４と接続された主制御部１１からの信号によりステージ制御部１２を介してモータドライバ部１３を駆動することにより行われる。モータドライバ部１３を制御駆動することによりステージ１０を左右（Ｘ軸方向）、前後（Ｙ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）の３軸方向に制御移動させると共に、Ｚ軸回りに制御回転させることにより位置決めがなされる。
【００８７】
この位置決めが終了すると、ＣＣＤカメラ２を操作してドットマークの画像読込みが行われ、それらの画像情報を画像処理部４にて画像処理して情報内容を認識する。このとき、情報内容の認識がなされず、或いは不鮮明であるときは、上記読取り領域を検出し直して、上記操作を再度やり直す。このドットマーキングの読取手順などの詳細に関しては、本出願人による出願である特開２００１−１０１３３７号公報に説明されている。
【００８８】
撮像された単一のドットマーク画像を最小単位の情報として画像処理する場合、穴形態からなる従来のドットマークにあっては、画像処理部に予め記憶されたモデル化したドットマーク画像と比較して複雑な演算処理を経てドットマークであることを認識するのに対して、本発明の上記実施形態による上記ドットマークは読取り時の輝度差や陰影差が一点に集中して明確なため、本発明によるドットマーク画像は輝度差の大きな一点の輝点領域を格別の演算処理を経ることなく単純な演算処理により容易に且つ正確に認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用される微小なドットマークの形態とその配列状態を示すＡＦＭ観察立体図である。
【図２】同ドットマークのマーク形成面に照射される各種のレーザ照射エネルギー密度で形成したドットマークにおけるドット高さ及びマーク幅寸法の関係を示すグラフである。
【図３】本発明に適用される微小なドットマークの最小構成単位を円錐状のモデルに置き換えた模式図である。
【図４】同ドットマークのドット高さ及びドット角度の相関を示すグラフである。
【図５】同ドットマークのコントラストと照射角度との相関を示すグラフである。
【図６】同ドットマークのドット角度と照射角度との相関を示すグラフである。
【図７】同ドットマークのコントラストと認識スコアとの相関を示すグラフである。
【図８】同ドットマークの認識スコアと照射角度との相関を示すグラフである。
【図９】エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2 で形成されたドットマークの照明光量を変更するときの照射角度とコントラストとの相関、及び照射角度と認識スコアとの相関を示すグラフである。
【図１０】エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2 で形成されたドットマークの照明光量を変更するときの照射角度とコントラストとの相関、及び照射角度と認識スコアとの相関を示すグラフである。
【図１１】エネルギー密度が６．０Ｊ／ｃｍ2 で形成されたドットマークの照明光量を変更するときの照射角度とコントラストとの相関、及び照射角度と認識スコアとの相関を示すグラフである。
【図１２】エネルギー密度が８．０Ｊ／ｃｍ2 で形成されたドットマークの照明光量を変更するときの照射角度とコントラストとの相関、及び照射角度と認識スコアとの相関を示すグラフである。
【図１３】同ドットマークの読取り可能な認識スコアの領域数とドット角度との相関を示すグラフである。
【図１４】本発明の代表的な実施形態であるドットマーク読取り装置を示す縦断面図である。
【図１５】同ドットマーク読取り装置を示す正面図である。
【図１６】同ドットマーク読取り装置を示す上面図である。
【図１７】同ドットマーク読取り装置を示す裏面図である。
【図１８】同ドットマーク読取り装置の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ドットマーク読取り装置
２ ＣＣＤカメラ
２ａ 読取部本体
２ｂ レンズユニット
２ｂ−１ 集光レンズ系
２ｃ 焦点合わせ部
２ｄ ビームスプリッタ
２ｅ 円筒型レンズ
２ｆ レーザダイオード
２ｆ−１ 射出点
２ｇ 集光レンズ
２ｈ ＣＣＤ
２ｈ−１ 受像面
３ 照明ユニット
３ａ 集光レンズ
３ｂ 発光ダイオード
４ 画像処理部
５ 照明制御部
６ 照明電源
７ 画像入力部
８ カメラ制御部
９ 収納カセット
１０ ステージ
１１ 主制御部
１２ ステージ制御部
１３ モータドライバ部
【産業上の技術分野】
本発明は半導体ウェハや金属表面の所望領域に形成される微小なドットマークを読み取るための装置に係わり、特に、半導体ウェハや金属表面から上方に隆起する特異な形態をもつドットマークを読み取るに好適な読取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造工程にあっては、各工程ごとに多様で且つ厳密な製造条件を設定する必要があり、これらを管理するために、半導体ウェハの一部表面に数字、文字、ドットによる一次マーク或いはバーコード等からなるマークが表示される。しかして、半導体の製造工程数は高集積化がなされるにつれて数１００以上にも及ぶ。しかも、各工程において多数の素子形成処理や平坦化処理がなされる。これらの処理には、例えばレジスト塗布、レジスト上へのパターンの縮小投影やレジスト現像、或いは銅配線などにより発生するギャップの埋込みのための絶縁膜や金属膜などの各種の成膜による平坦化がある。
【０００３】
ところで、上記ドットによるマーキングは、通常、連続パルスレーザビームを光学系を介して半導体ウェハの一部表面に照射することによりなされる。しかも、このマーキングは一回に限らず、各製造工程の履歴特性を知るためにも、各製造工程にて必要最小限の履歴データをマーキングすることが多い。しかしながら、半導体ウェハにおけるマーキングは極めて狭い領域に限られているため、マーキングされるドットの大きさ及び数にも限界がある。
【０００４】
ドットマーキングがなされた半導体ウェハは、例えば特開平２−２９９２１６号公報に開示されているごとくＨｅ−Ｎｅレーザのレーザ光の照射による反射率の変化、或いは通常のレーザ光の熱波の振動の変化として読み取られ、その読み取られた情報に基づき、以降の製造工程における各種の製造条件が設定される。従って、前述の読取りが正確になされず、誤った情報として読み取る場合には、偶然を除くと全てが不良品となる。その読取り不良の原因の大半はドットマーキングによるマークの不鮮明さに基づいている。この不鮮明さの１つの要因としては、マークを形成するドットの深さの小さいことである。このドットの深さが小さい場合に、上述の成膜によりドットが埋没してしまい、読取りが不可能となるためドットの深さをある程度深くする必要がある。
【０００５】
そこで、所要のドット深さを得ようとして、通常は１回の大エネルギーのレーザビーム照射により半導体ウェハの一部をスポット状に溶融除去してドットを形成しているが、この場合にはドットの大きさが大きくなるばかりでなく、溶融除去された溶融物がドット周辺に堆積し、或いは飛散してその飛散物がドットの周辺部に付着し、素子形成を不可能にすることで品質に大きな影響を与える。更には、ＹＡＧレーザによるドットマーキングの場合には、ＹＡＧレーザの特殊性により、或いはそのＱスイッチ操作のためレーザ出力に変動が生じやすく、ドットの深さや大きさにバラツキが生じる。
【０００６】
かかる不具合を解消すべく、例えば特開昭５９−８４５１５号公報及び特開平２−２０５２８１号公報によると、比較的小さいエネルギーのパルスレーザ光を同一ポイントに重複して照射するものがある。前者にあっては、１個のドットを形成するにあたり各パルスごとに順次ドット径を小さくして、同一ポイントに重複させて複数回照射し、ドットの穴径を順次小さくしながら深いドットを形成しており、後者にあっては、１回目のレーザパルス照射を１ＫＨZ 以下の周波数とし、続いて照射されるレーザパルスの周波数を２〜５ＫＨZ の高繰り返し周波数として、０．５〜１．０μｍ或いは１．０〜１．５μｍの深さのドットを形成している。
【０００７】
ドットマークに対する読取りの不鮮明さ（以下、視認性という。）の原因の一つとしては上述の穴の深さにあることも確かではあるが、ドットの深さが深くされていても、その開口部の径が大きく、且つ穴内部が全体として滑らかな曲面となる場合には、通常のように読取り装置に設置される対物レンズの焦点をドットマークの底面に合わせるだけでは拡散光が多く、上述のごとき平行光の反射光による読取り手段ではドットマークとその周辺との差を判別しがたい場合が生じる。
【０００８】
また、半導体ウェハの集積回路の加工面にドットマークを付すかぎり、たとえその余白領域ではあっても、ドットマークの視認性が維持される保障はない。何となれば、前記集積回路の加工面には上述のごとく多様な成膜工程とその部分的な除膜工程が繰り返されること、更には特にウェハ周辺部は把持と開放が繰り返される領域であることから表面管理が他の部分よりもしにくいため、前記成膜時、或いは同膜の除去時に、前記成膜のためドットマークが埋め込まれ、或いは除膜が過剰に過ぎてマーク深さが浅くなり、複数の処理を経るたびにその視認性の低下をもたらすことが多い。
【０００９】
従って、これらの公報に開示されたマーキング方法によっても、所要のドット深さとある程度の均整な大きさとをもつドットマークが形成されるとは考えられるが、上記視認性の点では相変わらず確実性に欠けていると言わざるを得ないし、形成されるドットマークの大きさ（径）についても、例えばＳＥＭＩ規格で許容される大きな寸法を有しており、ドット数及びドットマークの形成領域を拡大することも、ドットマーク数を増加させることも期待できない。
【００１０】
また、従来のドットマーク形態の一例として、本出願人が特開平１１−１５６５６３号公報により先に提案しているごとく、穴開口の周壁が急峻な傾斜で切り込まれた開口径に比較して深さが深い藤壺形状をなす微小なドット形状がある。この公報に開示されたドットマークは微小で且つ従来とは異なる特異な形態を有しているが、このドットマークによっても、従来の穴形態との比較では視認性が大幅に向上するものの、微小であることから相変わらず穴とその穴周辺との間の鮮明な明暗差を出しにくい。
【００１１】
一方、視認性を向上させるため、ドットマークの深さを深くする以外にも、例えば半導体ウェハ表面のドットマークの底面を凹凸面とし、ドットマークの内部に照射された光を乱反射させることにより、ドットマークの開口面の輝度をマーク周辺のそれより低くして明暗を明確にすることも行われている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ウェハの製造工程或いは半導体製造工程における処理履歴やロット毎の履歴特性などの様々な履歴情報を、ウェハの例えばオリフラ部分の表面やウェハ裏面にドットマークにより表示することが行われている。更に近年では本出願人が特開２０００−２２３３８２号公報により先に提案しているごとく、ドットマークの形態が、例えば上下寸法０．０１〜５μｍ、最大幅１〜１５μｍと微小化されると共に、視認性にも優れたドット形態を形成することが可能となったがため、そのマーキング領域が一挙に拡大し、例えば半導体チップの寸法に切断するための切断線領域であるスクライブラインやウェハ周縁の面取り部、果てはウェハ周縁に形成される位置決めのための基準マークであるＶノッチ部の面取り部分の平坦面などの微小領域にマーキングがなされるようになってきている。
【００１３】
上記特開２０００−２２３３８２号公報に記載されているごとくマーク形成面から少なくとも一部が隆起する形態をもつドットマークであると、ドットマークの頂点部分が一点を中心として高輝度に輝き、その周辺との明暗の差が大きくなり、如何に微小なマークであろうともドットマークの存在を確実に認識し得る。このため、その視認性が向上するばかりでなくドットマーク間の間隔を従来よりも狭くすることが可能となるため、同一面積のマーキング領域であってもドット数、つまり情報量を大幅に増加させることが可能となる。
【００１４】
しかるに、隆起部を有する視認性の優れたドット形態をもっても、その照明条件によっては、ドットマークの視認性に影響があることが判明した。このことは、前述のごとき隆起形態をもち、且つ微小なドットマークを形成することが可能となって初めて認識されたものである。
【００１５】
かかる課題は、単に半導体ウェハ表面への刻印によるドットマーキングの視認性のみならず、各種のホトリソグラフィ、エッチングや打刻などによるマーク形成がなされる他の微小な電子部品や機械部品等についても同様のことが言える。
【００１６】
本発明は、こうした従来の課題を解消すべくなされたものであり、その具体的な目的は、従来では視認性の面からその影響すら予測できなかった微小なドットマークに対する視認性が確保されるドットマークの読取り装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
本発明者等は、ドットマークのマーク形成面から少なくとも一部が隆起する形態をもつドット形状を読み取るには、照射角度や照明光量の照明条件が如何に影響するかについて詳しい検討と数多くの実験を進めた。その結果、照射角度や照明光量などの照明条件や前記ドットマークの高さを変更させながら、ドットマークに光を照射し、その照射面の反射光を受像器にて受像したところ、ドットマークのマーク形成面に対して照明条件が所定の範囲内にあるとき、ドットマークの頂点部分が一点を中心として高輝度に輝き、その周辺との明暗の差が大きくなり、ドット高さやマークの大きさが異なる微小なマークであろうとも、同マークの存在を確実に認識し得ることを知った。
【００１８】
本件請求項１に係る発明は、前述の検討結果から導出された発明である。その構成は、半導体ウェハの表面にレーザビーム照射により形成されたドットマークを読み取る装置であって、隆起部の高さが約０．０５μｍ〜０．３６μｍであり中央部が隆起する前記ドットマークを読み取り対象とし、前記ドットマークの形成面に対して照射し、その照明光量が約３２０μＷ〜６４０μＷであり、その中心光軸と前記ドットマークの形成面の法線との間の照射角度αが２５°〜３０°に調整された照明光を照射する照射手段と、前記ドットマークの形成面の法線上に配され、同形成面からの照射光の反射光を受光する受像器と、前記受像器からの画像データを処理する画像処理手段とを備えてなることを特徴とするドットマークの読取り装置にある。
【００１９】
本発明装置の重要な点は、読み取ろうとするドットマークが少なくとも一部で隆起する微小な形態を有していることと、照明光の中心光軸と上記受像器の反射光軸との間の照射角度αが約２５°〜３０°に調整されていることである。本発明による微小なドットマークは、レーザビームの照射密度によって、半導体ウェハの表面に沿った最大幅が約１〜３．６μｍ、隆起部の高さが約０．０５〜０．３６μｍとする中央部が隆起するドットマークが形成できる。これらのドットマークは、上記照明条件を満足させて照明すると、光学的に高視認性をもつ鮮明な画像が得られる。
【００２０】
本発明にあっては、前記照明手段からの光は光学系を経てマーク形成面に照射される。この照射された光は、前記ドットマークの反射面にて反射し、隆起形態をもつドットマークの頂点から斜面部にかけての散乱光を収束して受像器に捕らえる。そのときの受像器の受光量の分布を見ると、従来の穴形態からなるドットマークのように平行な照射光からの反射光による結像は、中央が暗く周辺がリング状に僅かに明るくなり更にその外側が明るくなるように明暗が漸次変化する。かかる明暗差は像の認識性を低下させる。これに対して、本発明の隆起形態を有するドットマークにあっては、従来の穴形態を有するドットマークの光像とは異なり、マークに対応する部位が一点で大きく輝き、周辺部分とのコントラストの高い鮮明な光像が得られる。従って、その後の画像処理においても十分に他の反射光と区別ができ、正確にドットマークを読み取ることを可能にする。
【００２１】
本発明装置により読み取られる中央部が隆起したドットマークは、従来の穴形態からなるドットマークと同一の照射条件にてマーク形成面に斜め上方から照明光を照射すると、同ドットマークの中央部が、その周辺部に比較して極めて高い輝度差（明暗差）をもって高輝度に輝く。このため、たとえ微小な形態であって、そのドット高さやマークの形成面方向の大きさが異なるドットマークであっても、光学的な読取りが確実になされるようになる。
【００２２】
しかも、一部が隆起するドットマークにあっては、その照射角度αを約２０°〜４５°の範囲に調整したとき、特にドットマークの隆起高さが変化しても光学的に読取りが可能な輝度の得られることが判明している。勿論、これらのドットマークであっても、光学系にはその加工上、材質上、設計上などの理由から読取りに限界のあることは否めない。しかるに、本発明装置にあっては、通常の光学系を用いても、その限界を越えてまで読み取ることが可能となる。例えば、従来の凹穴状のドットマークでは微小に過ぎて読み取りが不可能であったものが、上記一部が隆起するドットマークであって、しかも上述の照射角度の範囲にあれば、通常の光学系であっても十分に読み取ることができるようになる。この照射角度の範囲を越えると、たとえ隆起高さが高いドットマークであっても読み取りにくくなる場合がある。
【００２３】
また本発明は、前記照明手段の照明光量が約３２０μＷ〜６４０μＷであることを特徴としている。
この発明は、ドットマークのマーク形成面から少なくとも一部が上方に隆起する隆起部を有するドット形状を読み取るとき、前記照明手段の照射角度αに加えて、その照明光量を所望の範囲内に調整している。ここで、請求項１に係る発明のように照射角度αを２５°〜３０°の範囲内で調整可能とすることが更に望ましい。
【００２４】
前記マーク形成面に対して約２０°〜４５°の照射角度αをもって斜め方向から照明光を照射しても、ドットマークの隆起部と周辺部との明暗差が僅かに過ぎて、充分な視認性が得られない場合がある。この場合には、前記照射角度αを約２０°〜４５°の範囲内で所望の角度に調整すると共に、前記照明光量を増減させることにより、ドットマークの隆起部と周辺部との明暗差が大きくなり、不鮮明であったドットマークの読取りが確実になされるようになる。
【００２５】
本発明の対象とするドットマーク形態に対しては、照射角度αが約２０°〜４５°で、照明光量を少なくとも約３２０μＷ〜６４０μＷの範囲で調整すればよく、ドット高さやマークの大きさが異なる微小なドットマークを正確に認識することができるようになる。しかしながら、これらの照明条件であっても、その組合せを見出すことは必要であり、同一照明条件で全ての大きさ（高さ）のドットマークを読み取ろうとしても不可能であり、ドットマークの大きさ（高さ）に合わせて、好適な照射角度αと照明光量の大きさとを選定しなければならない。
【００２６】
請求項３に係る発明は、前記照明手段は、前記照射角度が約２５°と約４５°に設定された一対からなることを特徴としている。
この発明による読取り装置は、前記照射角度が約２５°に設定された照明手段と、前記照射角度が約４５°に設定された照明手段とからなる一対の照明手段とを備えている。特異な隆起形態をもつ微小なドットマークのマーク形成面に形成されたドット形状を読み取る際には、一対の前記照射手段を互いに切り換え、或いは上記照明光量とを組み合わせて前記マーク形成面に対して斜め方向から照明光を照射する。
【００２７】
前記マーク形成面に対して前記照射角度の最大値及び最小値の２つの照射角度をもって斜め方向から照明光を照射すれば、前記ドットマークの頂点から斜面部にかけての反射光のうちの殆どの光量が直上に設置された読取りレンズに導入されるようになる。このとき、照明光量を調整すると同時に２つの照射角度のいずれかを選択することによって、ドットマークとその周辺との輝度差を最も大きくすることができる。
【００２８】
例えば、０．０５μｍの高さを有するドットマークでは、照射角度が２５°の照射手段を選択すると共に、その照明光量を３２０μＷ〜６４０μＷに調整するとき、視認性が確保される。また、例えば０．５μｍの高さを有するドットマークの場合には、照射角度が４５°の照射手段を選択すると共に、その照明光量を１６０μＷ〜６４０μＷに調整するとき、視認性が確保される。一方、高さが０．３７μｍのドットマークでは、照射角度が２５°では照明光量を最大にしても読み取ることが不可能であり、この場合、照射角度を４５°として照明光量を最大の６４０μＷとしたとき、初めて読み取ることが可能となる。
【００２９】
このように、上記照射角度２５°〜４５°の範囲にあって、その最大値及び最小値の２つの照射角度で一対の前記照射手段を配置しておけば、照明光量を調整することにより、実用的に支障を生じることなく高さの異なる微小なドットマークの全てが読み取れるため、複雑で且つ格別な調整機構が不要である簡単な構造で、廉価なドットマーク読取り装置が得られ、同時にドットマークの読取り装置全体の小型化をも達成し得る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明するまえに、本発明に適用される微小なドットマークの形態を図１及び図２に基づいて簡単に説明する。本発明が対象とする隆起形態をもつ微小なドットマークを形成するには、本出願人による先の出願に係る特開２０００−２２３３８２号公報に開示されているように、レーザビームのパルス幅を約１０〜５００ｎｓの範囲内とし、そのエネルギー密度を、ドットマークのマーク形成面において約１．０〜１５．０Ｊ／ｃｍ2 の範囲に制御している。かかる数値範囲内に制御されると、中心部でマーク形成面から上方に隆起する隆起部を有する微小なドットマークを形成することができる。
【００３１】
図１は本発明に適用される微小で且つ特異な形態をもつドットマークの最小構成単位のドット形態の一例を模式的に示している。このドットマークの形態寸法は、被マーキング物品である半導体ウェハの表面に沿った最大幅が約１．０〜１５．０μｍであり、隆起部の高さが約０．０１〜５．０μｍである。半導体ウェハの表面に形成されるドットマークは略円錐状を呈しており、しかも、そのドットマークが１１個×１０個と整然と並んでおり、それぞれの高さもほぼ揃っている。ここに示すドットマークは方形断面をもつレーザビームの照射により形成されるものであり、その形成表面に沿った最大長さ（径）は約３．６μｍの略円形断面を有している。また、各ドット間隔は約４．５μｍである。
【００３２】
なお、上記半導体ウェハとは、シリコンウェハそれ自体である場合が代表的ではあるが、その他にウェハ表面に酸化膜（SiO2) や窒化膜(SiN) が形成されたもの、更にはエピタキシャル成長させたウェハ、ガリウム砒素、インジウムリン化合物が表面に形成されたウェハをも含むものである。なお、本発明の読取り対象であるドットマークは、半導体ウェハに限らず、他の電子部品などに形成される同等形態と寸法をもつものであれば適用が可能である。
【００３３】
図２はマーク幅寸法を変更したときのエネルギー密度と隆起部の高さとの相関を示している。なお、ドットマークのマーキング表面に沿った長さ寸法は２μｍ、４μｍ、６μｍ、８μｍ、１０μｍ、１４μｍの６種類としている。図中のプロット◇は２μｍ、□は４μｍ、△は６μｍ、×は８μｍ、○は１０μｍ、●は１４μｍのドットマークを示している。このドットマーキング方法及びドットマーク形態の詳細な説明は、上記特開２０００−２２３３８２号公報の出願明細書に説明されているため、ここでは簡単な説明に留める。
【００３４】
同図から理解できるように、エネルギー密度がある範囲内にあるとき、マーキング表面に沿った長さ寸法とは無関係に高さが最大となるが、その最大高さとなるときのエネルギー密度を越えると、すなわち大きなエネルギー密度となると隆起形態から凹孔形態へと移行する。
【００３５】
次に、前述の中央部が隆起する微小形態のドットマークの読取りに好適な本発明の読取り装置の代表的な実施形態を図３〜図１５に基づいて具体的に説明する。
本実施形態にあっては、レーザビームのエネルギー密度を本発明の読取り対象であるドットマークのマーク形成面において２．５Ｊ／ｃｍ2 、４．０Ｊ／ｃｍ2 、６．０Ｊ／ｃｍ2 、８．０Ｊ／ｃｍ2 の４通りに設定している。ドットマークの隆起部の高さは約０．０５μｍ〜０．５μｍ、ドットマークの形態は略円錐形であり、マーク形成面に対するレーザビームの照射断面は約３．６μｍの方形である。ここで、図３は前記ドットマークを模式的に示しており、同図中に示す符号αは、ドットマークのマーク形成面に対して所定の照射角度をもって斜め方向から照射される照明光軸Ｌ１と、マーク形成面からの反射光を受光する受像器の光軸Ｌ２との間の照射角度を表す。符号θはマーク形成面とドットマークの斜面とがなす角度（以下、ドット角度という。）を示しており、符号Ｈはドットマークの隆起部の高さ（以下、ドット高さという。）を示している。
【００３６】
図４は上記隆起状ドットマーク形成時のレーザビームのエネルギー密度の変更に対するドット高さＨ及びドット角度θの相関を棒グラフとプロットを結ぶ折れ線グラフで示している。図中の棒グラフは、レーザビームのエネルギー密度を２．５Ｊ／ｃｍ2 、４．０Ｊ／ｃｍ2 、６．０Ｊ／ｃｍ2 、８．０Ｊ／ｃｍ2 に変更したときのドット高さＨを示しており、折れ線グラフは各エネルギー密度におけるドット高さＨに対応するドット角度θをプロットしたものである。
【００３７】
レーザビームのエネルギー密度をドットマークのマーク形成面において２．５〜８．０Ｊ／ｃｍ2 に設定すると、ドット高さＨは約０．０５〜０．５μｍとなり、そのドット角度θは約２．６°〜１６．０°となる。図４より明らかなように、マーキング条件である上記エネルギー密度を上述の範囲内で高めると、ドットマークのドット高さＨも増加し、そのドット角度θも増大する。
【００３８】
図５は、隆起状のドットマークに対する照明角度αとコントラストとの相関を示している。ここで、コントラストとはグレースケール方式の画像処理により文字を認識するため、ドットマークとその周囲との明度を対比した値をいい、画面上にある計測窓の最暗部と最明部との差分を正規化して得られる値である。
【００３９】
なお、同図におけるグラフ上のプロット○は２．５Ｊ／ｃｍ2 、△は４．０Ｊ／ｃｍ2 、■は６．０Ｊ／ｃｍ2 、●は８．０Ｊ／ｃｍ2 のエネルギー密度を示している。また、本実施形態では、横軸に示す照射角度αは、受像器であるＣＣＤカメラの一部と照射手段である照明用ＬＥＤとの干渉を回避すべく、実際には約２５°以上の角度でコントラストを測定しており、それよりも小さい角度領域については、前記実効値から想定した値をもって破線で示している。
【００４０】
各エネルギー密度ごとにグラフを見ると、照射角度αがある領域内にあるときコントラストが高くなるところが存在し、しかも各エネルギー密度ごとにコンラストが最大となる照射角度αの存在していることが分かる。同図から理解できるように、エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2 にて形成されたドット高さＨ（０．０５μｍ）では照射角度１０°で最大のコントラストが得られると推定される。エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2 にて形成されたドット高さＨ（０．２７μｍ）では照射角度２０°、エネルギー密度が６．０Ｊ／ｃｍ2 にて形成されたドット高さＨ（０．３６μｍ）で照射角度２５°、エネルギー密度が８．０Ｊ／ｃｍ2 にて形成されたドット高さＨ（０．４９μｍ）では照射角度３５°で、それぞれ最大のコントラストが得られる。
【００４１】
最大コントラストが得られる最大の照射角度１０°、２０°、２５°、３５°に着目すると、同図より明らかなように、最大コントラストは約４０〜６０の数値範囲内に分散しており、マーキング条件の一つであるエネルギー密度が高い程、つまりドット高さＨが増加する程、最大コントラストをとる照射角度αも順次大きくなる傾向をもつことが理解できる。
【００４２】
図６は照射角度αとドット角度θとの相関を示している。図６は照射角度αのうち、マーキング条件である各エネルギー密度ごとの最大コントラストが得られる最大照射角度１０°、２０°、２５°、３５°と、ドット角度θの２倍であるドット角度２θとの相関をグラフ上にプロットしたものである。同図より理解できるように、照射角度α及びドット角度２θは照射角度α＝ドット角度２θの関係になっている。この式から、ドットマークが略円錐状を呈していることが理解できる。そのマーク形成面からの反射光を受けるＣＣＤカメラは、図３に示すように、ドットマークのマーク形成面の法線上に配されることが望ましく、その法線上にマーク形成面からの反射光が反射するように照明用ＬＥＤからの光を向けて照射することが望ましい。
【００４３】
図７はドットマークのコントラストと認識スコアとの相関を示している。同図において、横軸にはコントラストの値（０〜６０）を示しており、縦軸には各コントラストに対する認識スコアの値を示している。
通常、文字認識のために使用される既存の画像処理装置及びアキュリーダ／ＯＣＲ（光学的文字認識装置）は、予め決められたテンプレートとの相関が最も強い文字タイプを認識文字とする原理に従って文字を識別するものであり、上記認識スコアとは、この文字を識別する際に用いられる相関係数をいう。
【００４４】
一般に、光学的に文字等を正確に読み取ることができる相関係数としての前記認識スコアは約７０以上の値であり、好ましくは約７０〜８０の値が必要とされる。一方、画像であれ文字であれ、コントラストが大きいほど読取り或いは識別しやすいこともよく知られている。図７は、こうした関係から、上記隆起状の微細なドットマークに対する認識スコアとコントラストとの間に何らかの相関があるものとの前提に立ってえられたものである。
【００４５】
同図より、認識スコアとコントラストとの間に極めて強い相関が存在することが理解できる。同図において、一般に正確な読取りが可能とされる認識スコア７０〜８０の値を得るには、約１５以上の値のコントラストを必要とする。このことから本発明の対象とする微小なドットマークを正確に読み取るには、約１５以上の値のコントラストを要することが理解できる。
【００４６】
しかして、上述した図５において、例えばエネルギー密度を２．５Ｊ／ｃｍ2 として形成されたドットマークの場合、照射角度αが３５°よりも大きくなるとコントラストの値が１５よりも低くなり、上述の照射角度の領域でも全く認識し得なくなる場合があることを示している。
【００４７】
そこで、上記認識スコアとコントラストとの関係に基づき、図５に示す縦軸として認識スコアに置き換え、認識スコアと照射角度αとの相関をとったのが図８のグラフである。図８には、レーザビームのエネルギー密度を変更したときの、それぞれのドットマークについて、その認識スコアと照射角度αとの相関を示している。グラフ上におけるプロット○は２．５Ｊ／ｃｍ2 、△は４．０Ｊ／ｃｍ2 、■は６．０Ｊ／ｃｍ2 、●は８．０Ｊ／ｃｍ2 のエネルギー密度を表している。
【００４８】
同図より明らかなように、縦軸に示す認識スコアが７０以上の値であって、ドットマークを正確に読み取ることができる照射角度αは、各エネルギー密度ごと、つまりドット高さによって異なるものの、その照射角度αが２０°〜４５°の領域内であれば全ての高さのドットマークの読取りが可能であることを示している。
【００４９】
これを各エネルギー密度ごとにグラフを見ると、エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射によるドットマークの識別に必要な照射角度αは約２０°〜３０°であり、エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2 のときのドットマークに対する照射角度αでは約２０°〜４５°であることが必要であり、エネルギー密度が６．０Ｊ／ｃｍ2 のときのドットマークに対する照射角度αは約２０°〜５０°が必要であり、エネルギー密度が８．０Ｊ／ｃｍ2 のときのドットマークに対しては照射角度αが約２８°以上であればよい。
【００５０】
ここで、図５及び図８を参照すると、実用的に支障を生じない約１５以上の値のコントラストと、同じく約７０以上の値の認識スコアとの双方を同時に満足する照射角度αが存在することが分かる。これらの図より明らかなように、約１５以上の値のコントラストを満足するには、エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2 のドットマークでは照射角度αが約３０°を越えるとコントラストの値が１５以下となるものの、他の高さのドットマークに対しては、照射角度αが約２０°〜５０°の範囲で全てが約１５以上の値のコントラストをとる。
【００５１】
一方、認識スコアについて見ると、エネルギー密度が最も小さい２．５Ｊ／ｃｍ2 のドットマークに対して照射角度が約３０°より大きいと認識スコアの値が７０以下となるが、３０°以下２０°以上であれば認識スコアの値が７０以上を確保でき、またエネルギー密度が最も大きい８．０Ｊ／ｃｍ2 のドットマークについても、約２８°以下の照射角度αでは、認識スコアの値が７０以下となって読み取ることができないが、それを越える照射角度αであれば十分に読取りが可能となる認識スコアが得られる。他の高さの異なるドットマークに対しては、照射角度が２０°〜４５°であれば、全て認識スコアの値が７０を越えており、確実な読取りが可能であることが分かる。
【００５２】
ところで、本発明が対象とするドットマークにあっても、光学系には設計上などの理由から読取りに限界のあることは否めない。つまり、上記照射角度αの範囲を越えてしまうと、たとえ中央部が周辺部よりも極めて高い明度をもって高輝度に輝くドットマークであっても読み取りにくくなる場合がある。本発明の読取対象である隆起状の微小なドットマークに対して、実用的に全く支障の生じない１５以上の値のコントラストと７０以上の値の認識スコアとの双方を満足するように照射角度αを設定するには、約２０°〜４５°の範囲であることが好ましい。照射角度αを約２０°〜４５°の範囲で調整すれば、本発明が対象とする微小なドットマークを充分に識別することができるようになる。
【００５３】
一方、ドットマークのマーク形成面に約２０°〜４５°の照射角度αをもって斜め方向から照明光を照射しても、ドットマークの隆起部が僅小に過ぎて、充分な視認性が得られない場合がある。この場合には、照射角度αを前記範囲内で所望の角度に調整すると共に、その照明光量を増減させることにより、十分な視認性が得られる。
【００５４】
図９〜図１２は照明光量を変更したときの、照射角度αとコントラスト又は認識スコアとの相関を示している。本実施形態にあっては、照明光量を２０μＷ、４０μＷ、８０μＷ、１６０μＷ、３２０μＷ、及び６４０μＷの６通りに設定している。
【００５５】
図９（ａ）はエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる０．０５μｍのドット高さをもつ隆起状のドットマークに対する照明光量、コントラスト、照射角度αの三者の相関を示し、図９（ｂ）は同じく照明光量、認識スコア、照射角度αの三者の相関を示している。これらの図から明らかなように、コントラストと認識スコアとの上述の値まで増加するには、約３２０μＷ〜６４０μＷの照明光量で約２５°の照射角度αを要することが理解できる。
【００５６】
すなわち、ドット高さＨが０．０５μｍのドットマークでは、照射角度αを約約２５°として、３２０μＷ〜６４０μＷの照明光量で照射するとコントラストの値が１５以上、認識スコアの値が７０以上となり、本発明の初期の目的とする読取り可能な照明条件が得られる。それ以外の照射角度αをもって、或いは照明光量をもって照射しても、コントラストと認識スコアとの双方が所望の照明条件の範囲から外れることになり、微小なドットマークを正確に識別することは困難となる。
【００５７】
図１０（ａ）はエネルギー密度４．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により形成されるドット高さＨが０．２７５μｍのドットマークに対する照明光量、コントラスト、照射角度αの三者の相関を示し、図１０（ｂ）は同じく照明光量、認識スコア、照射角度αの三者の相関を示している。これらの図から明らかなように、コントラストの値を１５以上、認識スコアの値を７０以上とするには、約４０μＷの照明光量では約２５°の照射角度αであることを要し、約８０μＷ〜１６０μＷの照明光量では約２５°〜３０°の照射角度αであることを要し、また約３２０μＷの照明光量では約２５°〜３５°の照射角度αであることを要し、約６４０μＷの照明光量で約２５°〜４０°の照射角度αであることを要することが理解できる。このことから、上記ドット高さのドットマークに対しては、照射光量と照射角度αを上記範囲内で調整すれば、全ての領域で視認性が得られることになる。
【００５８】
図１１（ａ）はエネルギー密度６．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さＨが０．３５μｍのドットマークに対する照明光量、コントラスト、照射角度αの三者の相関を示している。図１１（ｂ）は、同じく照明光量、認識スコア、照射角度αの三者の相関を示している。これらの図から明らかなように、コントラストの値を１５以上、認識スコアの値を７０以上とするには、約４０μＷの照明光量では約２５°の照射角度α、約８０μＷの照明光量では約２５°〜３０°の照射角度α、約１６０μＷ〜３２０μＷの照明光量では約２５°〜４０°の照射角度α、約６４０μＷの照明光量では約２５°〜５０°の照射角度αであることを、それぞれ必要とすることが理解できる。
【００５９】
詳しくは、前記ドット高さをもつドットマークの場合、４０μＷの照明光量では唯一照射角度αが約２５°の時に視認性が得られ、約８０μＷの照明光量では照射角度αを約２５°〜３０°の範囲で視認性が得られる。約１６０μＷ〜３２０μＷの照明光量では照射角度αが約２５°〜４０°の範囲内にあれば視認性が得られ、約１６０μＷ〜３２０μＷの照明光量では約２５°〜４０°の照射角度α、約６４０μＷの照明光量では照射角度αを約２５°〜５０°の範囲で調整すれば視認性が得られる。つまり、前記高さをもつドットマークの場合には、４０μＷ〜６４０μＷにある光量であれば、照明角度αを調整することにより、２５°〜５０°の範囲の全ての照射角度αをもって視認性が得られる。
【００６０】
図１２（ａ）はエネルギー密度８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さＨが０．５μｍのドットマークに対する照明光量、コントラスト、照射角度αの三者の相関を示している。図１２（ｂ）は、同じく照明光量、認識スコア、照射角度αの三者の相関を示している。これらの図から明らかなように、コントラストの値を１５以上、認識スコアの値を７０以上とするには、約４０μＷの照明光量で約２５°〜３０°の照射角度αであることを要し、約８０μＷの照明光量では約２５°〜４０°の照射角度α、約１６０μＷ〜３２０μＷの照明光量で約２５°〜５０°の照射角度α、約６４０μＷの照明光量では約３０°〜５０°の照射角度αとすることが必要であることが理解できる。照射角度αを２５°として、照明光量を最大の約６４０μＷに増大させても、コントラストの値は１５を越えるものの、認識スコアの値は６０以下であり、隆起高さが高いドットマークであっても視認性が得にくい。ただし、この条件を外せば、全ての照射光量の範囲で対応する好適な照射角度αが存在するため、上記数値の全範囲内で視認性が得られることになる。
【００６１】
これらのデータから、約２０μＷの照明光量では照射角度αを変更しても、本発明の対象である隆起状の微細なドットマークを読み取ることは困難であり、単に照明光量が増大しても、前記ドットマークのドット高さＨによっては読取りにくい照射角度αも存在するが、いずれにしても、照射角度αを約２０°〜４５°の範囲で調整すれば、照明光量の選択により、光学的に読取りが可能な輝度が得られる照明条件を得ることができる。
【００６２】
以上の点から、本実施形態では、エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2 、４．０Ｊ／ｃｍ2 、６．０Ｊ／ｃｍ2 、８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドットマークに対する読取り可能な照明光量は約３２０μＷ〜６４０μＷであることが好ましく、照射角度αも約２５°〜３０°の範囲で調整するとともに、前記照射光量の範囲内で光量を調整すれば、微小なドットマークの視認性を向上させることができる。本発明の典型的なドット形態をもつ中央が隆起したドットマークは、たとえマーク径と比較すると高さが低くても、その頂上部が周辺と極めて大きな輝度差をもって輝き、視認性が十分に確保される。
【００６３】
図１３は読取り可能な認識スコアの領域数とドット角度θとの相関をグラフ上に●でプロットしている。同図において、縦軸は読取り可能な約７０以上の認識スコアの領域数を表し、この領域数を各ドット形状水準における読取り可能な照明条件の水準数としている。この水準数は各ドット形状の照明マージンを示す。横軸はドット角度θを示している。図中のプロット●を直線にて結ぶと、読取り可能な認識スコアの領域数ｙとドット角度θとは、ｙ＝１．４９３１ｘ−１．５０９８の関係になる。但し、符号ｘはドット角度θである。前記式から、ドット角度θ＜１°では、基板周囲からのハレーション等が発生し、或いは照射角度αを調整してもドットマークを読み取ることができない。
【００６４】
次に、上述の隆起状の微細なドットマークの読取りに好適な本発明の読取り装置を、図１４〜図１８に示す代表的な実施形態に基づいて具体的に説明する。
図１４〜図１７は本発明のドットマーク読取り装置の概略構成を示している。図１８は同装置の制御系を示すブロック図である。
【００６５】
本実施形態によるドットマーク読取り装置１は、図１４〜図１７に示すようにＣＣＤカメラ２と、２基一対の照明ユニット３，３とを備えている。ドットマークのマーク形成面の一点に向けてＣＣＤカメラ２と各照明ユニット３，３とが所定の位置に固定されて配置されている。前記ＣＣＤカメラ２の光軸Ｌ２は、ドットマークのマーク形成面と略直交するように配されている。各照明ユニット３，３は、それぞれ前記ＣＣＤカメラ２の光軸Ｌ２に対して約２５°と約４５°の入射角をもって斜め上方から照射するように配されている。
【００６６】
前記ＣＣＤカメラ２は、読取部本体２ａと、同読取部本体２ａの軸線に沿って前端側内周面にねじ込み固定されたレンズユニット２ｂと、後端側内周面にねじ込み固定された焦点合わせ部２ｃとを備えている。前記レンズユニット２ｂの先端部には集光レンズ系２ｂ−１が配されており、前記読取部本体２ａの内部に組み込まれたビームスプリッタ２ｄ、前記焦点合わせ部２ｃの内部に組み込まれた円筒型レンズ２ｅ、レーザダイオード２ｆを後端に向けて順次配列している。
【００６７】
また、前記読取部本体２ａの底面側であって、前記ビームスプリッタ２ｄに対向する部位には、集光レンズ２ｇを介してＣＣＤ２ｈが配されている。前記ビームスプリッタ２ｄの中心位置から前記焦点合わせ部２ｃの結像点２ｃ−１までの距離と、同じくビームスプリッタ２ｄの中心位置から前記ＣＣＤ２ｈの受像面２ｈ−１までの距離とは、焦点位置が変動しても常に光学的に等しくなるように自動的に位置合わせされる。
【００６８】
いま、こうして自動焦点合わせがなされると、レーザダイオード２ｆのスイッチが切られ、一対の照明ユニット３，３のうち適当な一の照明ユニット３が選ばれてスイッチが入り、ドットマーク形成面を対応する入射角をもって照明がなされる。
【００６９】
本発明に適用される照射手段として、同じ構造をもつ第１及び第２の一対の照明ユニット３，３を使用している。各照明ユニット３は、その先端内周部に集光レンズ３ａを有し、その集光レンズ３ａの後端に所定の間隔をおいて発光ダイオード３ｂを有している。前記第１照明ユニット３は、既述したとおり、前記ＣＣＤカメラ２の光軸Ｌ２に対して約２５°の第１入射角をもって配されると共に、一方の第２照明ユニット３は、前記光軸Ｌ２に対して約４５°の第２入射角をもって配されている。各照明ユニット３，３は前記入射角を微調整可能に固設されている。
【００７０】
照明ユニット３の照明光量などは、図１８に示すように、画像処理部４の照明制御部５からの信号に基づいて照明電源６を制御することにより行われる。また前記ＣＣＤカメラ２の焦点などは同じく画像処理部４の画像入力部７からの信号を受けてカメラ制御部８により制御される。隆起形態をもつ微小なドットマークのマーク形成面に形成されたドット形状を読み取る際には、上述したように入射角が約２５°と約４５°とに設定された一対の前記照明ユニット３，３を互いに切り換え、或いは同時に上記照明光量を約３２０μＷ〜６４０μＷの範囲に増減させて、所望の照明条件をもって前記マーク形成面に対して斜め方向から照明光を照射する。
【００７１】
ドットマークのマーク形成面、例えば半導体ウェハＷのノッチ部における上記隆起形態をもつドットマークとその周辺の照射面とを比較したとき、ＣＣＤカメラ２で受光する反射光の殆どがドットマークでなされたものであり、ドットマーク周辺部における反射光はその殆どがＣＣＤカメラ２で受光されず、これをレンズユニット２ｂの集束レンズを介して受光すれば、ドットマーク部分が高輝度に輝き、周辺との輝度差が大きくなり、ドットマークの認識が確実になされる。
【００７２】
このように照射角度を２５°と４５°とした一対の照明ユニット３，３を設けておけば、その照明光量を調整することにより、本発明が読み取ろうとする隆起状の高さの異なる微小なドットマークの全てに対する読取りが可能となる。すなわち、各照明ユニット３，３を互いに切換えたり、或いは組み合わせて使用するとともに、照明光量を約３２０μＷ〜６４０μＷの範囲に調整すれば、上記図９〜図１２に示すごとく、コントラストの値を１５以上で、且つ認識スコアの値を７０以上とすることが可能となり、既述したような、高さの異なる微小なドットマークを正確に読み取ることができる。このため、複雑で且つ格別な調整機構が不要で、簡単な構造からなり、廉価なドットマーク読取り装置を提供することができ、同時にドットマークの読取り装置全体の小型化をも達成し得る。
【００７３】
以下、図９、図１２、図１４及び図１８に基づいて上記ドットマーク読取り装置１の読取り対象である異なる高さをもつ微小なドットマークの読取り方法の一例を説明する。ここで、ドットマーク読取り装置１として、上述のような照射角度を２５°と４５°とした一対の照明ユニット３，３が固設された場合を例にとり、エネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる０．０５μｍのドット高さをもつドットマークと、エネルギー密度８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さが０．５μｍのドットマークとを読み取る手順を具体的に説明する。
【００７４】
前記ドットマーク読取り装置１は、図１８に示す上記主制御部１１に各エネルギー密度のレーザ照射により得られるドット高さに見合った図９〜図１２に示すようなデータを予め記憶している。いま、例えばエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる０．０５μｍのドット高さをもつドットマークを読み取るときは、先ず同ドットマークを読み取ることを主制御部１１に入力する。
【００７５】
主制御部１１では、前記入力データ信号に基づき一対の上記照明ユニット３，３のうち、照射角度αが２５°の照明ユニット３を選択するとともに、その照明光量を３２０〜６４０μＷと決定する。それらの決定された照明ユニット３及び照明光量に関する信号が画像処理部４を介して照明制御部５に送られ、同照明制御部５では、後述するＣＣＤカメラ２の自動焦点合わせを終了させた後に、照明電源６の照明光量を３２０〜６４０μＷの間で制御するとともに、選択された前記照明ユニット３の発光ダイオード３ｂを点灯する。
【００７６】
前記自動焦点合わせは、照明ユニット３の照明電源６を切っておき、前記ＣＣＤカメラ２のレーザダイオード２ｆのスイッチをオン状態にする。同レーザダイオード２ｆの出射点２ｆ−１から出射されるレーザ光は、前記円筒型レンズ２ｅにより正確な平行光となって前記ビームスプリッタ２ｄを通過し、前記レンズユニット２ｂの集光レンズ系２ｂ−１を通って照射面であるドットマークに所望の集光性をもってスポット照射される。このスポット照射された反射光は再び集光レンズ系２ｂ−１を通り、前記ビームスプリッタ２ｄを通過して、前記結像点２ｃ−１に結像するように自動焦点合わせがなされる。
【００７７】
このときＣＣＤ２ｈの位置合わせも同時に行われ、前記ＣＣＤ２ｈの受像面２ｈ−１には、前記スポット照射されたレーザ光の反射光が集光レンズ系２ｂ−１を通り、平行光となって前記ビームスプリッタ２ｄの反射面にて９０°屈折して反射し、集光レンズ２ｇを介して明確な光像となって受像される。この焦点合わせが終了すると、前記レーザダイオード２ｆのスイッチが自動的に切られる。
【００７８】
前記レーザ光の照射が切れると、照明制御部５では、上述のごとく前記主制御部１１から送られる照射角度α及び照明光量に関する信号を受けて、照射角度αが２５°に設定された照明ユニット３の発光ダイオード３ｂを３２０〜６４０μＷの照明光量で点灯し、微小ドットマークの読取りがなされる。この読取り操作は、上述のごとくＣＣＤ２ｈの受像面２ｈ−１に受像された画像情報を前記画像処理部４にて画像処理して前記主制御部１１へと送る。同主制御部１１へ送られた画像データは図示せぬモニタ、或いは主制御部１１の記憶部にＩＤ情報として記憶される。
【００７９】
次に、エネルギー密度８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる０．５μｍのドット高さをもつドットマークを読み取るときは、同ドットマークを読み取ることを主制御部１１に入力する。主制御部１１では、予め入力されているデータに基づき、照射角度αが４５°の照明ユニット３を指定すると同時に、照射角度αが４５°のときの認識可能な照明光量が１６０〜６４０μＷの間で決定される。それらの照明ユニット３及び照明光量に関する信号は、上述のごとく画像処理部４を介して照明制御部５へと送られる。同照明制御部５では、ＣＣＤカメラ２の自動焦点合わせが終了したのちに、照明電源６の照明光量を１６０〜６４０μＷの間で制御して、前記照明ユニット３の発光ダイオード３ｂを点灯し、照射角度αを４５°としてドットマーク形成面を照射して、上述の微小ドットマークを読み取る。
【００８０】
このように、２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる最も低く微小なドットマークに対しては、照射角度αを２５°として、３２０〜６４０μＷの間の照明光量で照射する場合にかぎり、既述したようにコントラストの値が１５以上、認識スコアの値が７０以上となり、読取りが可能となる。それ以外の照射角度αや照明光量をもって照射しても、コントラストと認識スコアのいずれかが前記値を下回るため、ドットマークを正確に識別することができない。
【００８１】
一方、８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られる比較的背の高い微小なドットマークに対しては、照射角度αを４５°としたとき、照明光量が１６０〜６４０μＷの大きな範囲で、コントラストの値を１５以上、認識スコアの値を７０以上の読取り可能な最適な照明条件が得られる。このドットマーク高さの場合には、既述したように２５°〜３０°の照射角度αで４０μＷ及び８０μＷの照明光量で照射しても読み取ることができ、２５°〜５０°の照射角度αでは１６０〜３２０μＷの照明光量で照射し、３０°〜５０°の照射角度αでは６４０μＷの照明光量の照射が必要である。したがって、この高さのドットマークについてみれば、その照明光量を調整することにより、照射角度αを２５°及び４５°に設定した上記一対の照射ユニット３，３のいずれを使っても、ドットマークの読み取りが可能である。
【００８２】
上記ドットマークの読取り手順では、ドット高さの異なるドットマークに対する照射角度αを２５°から４５°に切り換えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば２．５Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さをもつドットマークの読取り後に、８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドットマークを読み取るとき、上述のごとく照射角度αが４５°の上記照明ユニット３へ切り換えないで、そのまま照射角度αが２５°の上記照明ユニット３を使って、４０〜３２０μＷの間で照明光量を制御して照射してもよい。なお、８．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドットマークの読取りに際しては、照射角度αを２５°として、照明光量を最大の約６４０μＷに増大させても、既述したごとくコントラストの値は１５を越えるが、認識スコアの値は６０以下であり、ドットマークの視認性が得にくい。
【００８３】
また、エネルギー密度４．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さをもつドットマークの場合は、既述したように、４０μＷの照明光量では２５°の照射角度α、８０〜１６０μＷの照明光量では２５°〜３０°の照射角度α、３２０μＷの照明光量では２５°〜３５°の照射角度α、６４０μＷの照明光量で２５°〜４０°の照射角度αとなる。このことから、照射角度αが４５°の上記照明ユニット３を使うことはできず、照射角度αが２５°の上記照明ユニット３を使うことにより、照射光量を４０〜６４０μＷの広い範囲内で良好な視認性が得られる。
【００８４】
また、エネルギー密度６．０Ｊ／ｃｍ2 のレーザ照射により得られるドット高さをもつドットマークの場合は、既述したように２５°の照射角度αでは４０μＷの照明光量が必要であり、２５°〜３０°の照射角度αのときは８０μＷの照明光量、照射角度αが２５°〜４０°の範囲内にあれば１６０〜３２０μＷの照明光量によりそれぞれ視認性が得られ、照射角度αを２５°〜５０°の範囲で調整すれば６４０μＷの照明光量で視認性が得られる。このことから、照射光量を調整すれば、照射角度αが２５°及び４５°のいずれの上記照明ユニット３を使っても良好な視認性が得られる。
【００８５】
また、本発明装置にあっては、図１８に示すように、上述の隆起形態をもつ微小なドットマークを、半導体ウェハをカセット内に収容した状態で読み取ることができる。ＣＣＤカメラ２のレーザダイオード２ｆが点灯されると、半導体ウェハＷの収納カセット９を載置固定するステージ１０を三軸方向及び回転方向に移動させながら、ドットマークが書き込まれた領域を検出すると共に、その焦点合わせを行う。
【００８６】
このステージ１０の制御動作は、画像処理部４と接続された主制御部１１からの信号によりステージ制御部１２を介してモータドライバ部１３を駆動することにより行われる。モータドライバ部１３を制御駆動することによりステージ１０を左右（Ｘ軸方向）、前後（Ｙ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）の３軸方向に制御移動させると共に、Ｚ軸回りに制御回転させることにより位置決めがなされる。
【００８７】
この位置決めが終了すると、ＣＣＤカメラ２を操作してドットマークの画像読込みが行われ、それらの画像情報を画像処理部４にて画像処理して情報内容を認識する。このとき、情報内容の認識がなされず、或いは不鮮明であるときは、上記読取り領域を検出し直して、上記操作を再度やり直す。このドットマーキングの読取手順などの詳細に関しては、本出願人による出願である特開２００１−１０１３３７号公報に説明されている。
【００８８】
撮像された単一のドットマーク画像を最小単位の情報として画像処理する場合、穴形態からなる従来のドットマークにあっては、画像処理部に予め記憶されたモデル化したドットマーク画像と比較して複雑な演算処理を経てドットマークであることを認識するのに対して、本発明の上記実施形態による上記ドットマークは読取り時の輝度差や陰影差が一点に集中して明確なため、本発明によるドットマーク画像は輝度差の大きな一点の輝点領域を格別の演算処理を経ることなく単純な演算処理により容易に且つ正確に認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用される微小なドットマークの形態とその配列状態を示すＡＦＭ観察立体図である。
【図２】同ドットマークのマーク形成面に照射される各種のレーザ照射エネルギー密度で形成したドットマークにおけるドット高さ及びマーク幅寸法の関係を示すグラフである。
【図３】本発明に適用される微小なドットマークの最小構成単位を円錐状のモデルに置き換えた模式図である。
【図４】同ドットマークのドット高さ及びドット角度の相関を示すグラフである。
【図５】同ドットマークのコントラストと照射角度との相関を示すグラフである。
【図６】同ドットマークのドット角度と照射角度との相関を示すグラフである。
【図７】同ドットマークのコントラストと認識スコアとの相関を示すグラフである。
【図８】同ドットマークの認識スコアと照射角度との相関を示すグラフである。
【図９】エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2 で形成されたドットマークの照明光量を変更するときの照射角度とコントラストとの相関、及び照射角度と認識スコアとの相関を示すグラフである。
【図１０】エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2 で形成されたドットマークの照明光量を変更するときの照射角度とコントラストとの相関、及び照射角度と認識スコアとの相関を示すグラフである。
【図１１】エネルギー密度が６．０Ｊ／ｃｍ2 で形成されたドットマークの照明光量を変更するときの照射角度とコントラストとの相関、及び照射角度と認識スコアとの相関を示すグラフである。
【図１２】エネルギー密度が８．０Ｊ／ｃｍ2 で形成されたドットマークの照明光量を変更するときの照射角度とコントラストとの相関、及び照射角度と認識スコアとの相関を示すグラフである。
【図１３】同ドットマークの読取り可能な認識スコアの領域数とドット角度との相関を示すグラフである。
【図１４】本発明の代表的な実施形態であるドットマーク読取り装置を示す縦断面図である。
【図１５】同ドットマーク読取り装置を示す正面図である。
【図１６】同ドットマーク読取り装置を示す上面図である。
【図１７】同ドットマーク読取り装置を示す裏面図である。
【図１８】同ドットマーク読取り装置の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ドットマーク読取り装置
２ ＣＣＤカメラ
２ａ 読取部本体
２ｂ レンズユニット
２ｂ−１ 集光レンズ系
２ｃ 焦点合わせ部
２ｄ ビームスプリッタ
２ｅ 円筒型レンズ
２ｆ レーザダイオード
２ｆ−１ 射出点
２ｇ 集光レンズ
２ｈ ＣＣＤ
２ｈ−１ 受像面
３ 照明ユニット
３ａ 集光レンズ
３ｂ 発光ダイオード
４ 画像処理部
５ 照明制御部
６ 照明電源
７ 画像入力部
８ カメラ制御部
９ 収納カセット
１０ ステージ
１１ 主制御部
１２ ステージ制御部
１３ モータドライバ部
Claims (2)
- 半導体ウェハの表面にレーザビーム照射により形成されたドットマークを読み取る装置(1) であって、
隆起部の高さが約０．０５〜０．３６μｍであり中央部が隆起する前記ドットマークを読み取り対象とし、
前記ドットマークの形成面に対して照射し、その照明光量が約３２０μＷ〜６４０μＷであり、その中心光軸と前記ドットマークの形成面の法線との間の照射角度αが２５〜３０°に調整された照明光を照射する照射手段(3) と、
前記ドットマークの形成面の法線上に配され、同形成面からの照射光の反射光を受光する受像器(2) と、
前記受像器(2) からの画像データを処理する画像処理手段(4) と、
を備えてなることを特徴とするドットマークの読取り装置。 - 前記照射手段(3) は、前記照射角度αが約２５°に設定されてなることを特徴とする請求項１記載のドットマークの読取り装置。
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Patent Citations (2)
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