JPH10185530A

JPH10185530A - パターン読み取り装置

Info

Publication number: JPH10185530A
Application number: JP9134312A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ishikawa; 剛石川
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコンウェハーのような鏡面上に形成され
たシリアル番号等の不鮮明なパターンは、肉眼では識別
が困難であった。【解決手段】照明部１０から発した光は対物レンズ２
０を透過することにより平行光となり、シリコンウェハ
ー１の表面１ａを斜め方向から照明する。表面１ａで反
射された光束は、再度対物レンズ２０を透過して検出部
３０側に向かう収束光となり、空間フィルター３１に達
する。空間フィルター３１は、正反射成分を遮る遮光部
を有している。表面１ａからの反射光のうち空間フィル
ター３１を透過した散乱反射成分は、結像レンズ３２に
入射する。結像レンズ３２は、シリコンウェハー１の表
面１ａと撮像素子３３とを共役にするパワーを有してお
り、撮像素子３３上には、空間フィルター３１を透過し
た散乱反射成分により表面１ａに刻印されたパターンの
像が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、平面状あるいは
曲面状の反射面上に付されたパターンを読み取る装置に
関し、特に、シリコンウエハー上に刻印された文字、記
号等のような肉眼では判別が難しいパターンを読み取る
のに適した装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体部品の製造工程では、シリコンウ
ェハー等の半導体基板にエッチングや蒸着等のプロセス
を繰り返すことにより半導体層を積層する。シリコンウ
ェハーには、一般に部品生成プロセスの前段階でシリア
ル番号がレーザーエッチングにより付され、以下の工程
はこのシリアル番号により管理される。従来は、各シリ
コンウェハーに付されたシリアル番号を作業者が肉眼で
判読していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ンウェハーは鏡面加工されており、シリアル番号を読み
取る際にはウェハーを光にかざして斜めから見る等の方
法によらなければ十分に認識することができず、また、
エッチングや蒸着等のプロセスが進むにしたがって文字
品質が劣化するため、最終プロセスに近いウェハーのシ
リアル番号は特に判読が困難になる。

【０００４】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、シリコンウェハーのような鏡
面上に形成されたシリアル番号等の不鮮明なパターン、
特にエッチングや蒸着等のプロセスを経て劣化したパタ
ーンをも読み取ることができるパターン読み取り装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明にかかるパター
ン読み取り装置は、上記の目的を達成させるため、微小
面積の光源と、光源からの照明光を読み取り対象である
パターンが付された反射面に入射させると共に、反射面
で反射された光を収束させる対物レンズと、対物レンズ
を透過した反射光束中の散乱反射成分によりパターンの
像を結像させる結像レンズと、パターン像の結像位置に
配置されてパターンを読み取る撮像素子とを備える。

【０００６】対物レンズは、光源と読み取り対象面の曲
率中心とを共役にする作用を有し、読み取り対象が平面
である場合には照明光を平行光として入射させ、読み取
り対象が凸の球面である場合には照明光を収束光として
入射させる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかるパターン
読み取り装置の実施形態を説明する。図１は、第１の実
施形態にかかるパターン読み取り装置の構成を示す概略
図である。

【０００８】図中の符号１はシリコンウェハーであり、
その鏡面加工された表面１ａには読み取り対象となるパ
ターンとしてシリアル番号がレーザーエッチングにより
刻印されている。装置の光学系は、照明部１０、対物レ
ンズ２０、検出部３０から構成されている。対物レンズ
２０は、その光軸Ａｘが反射面である表面１ａに対して
垂直となるよう配置されており、照明部１０と検出部３
０とはその光軸Ａｘを挟んでほぼ対象に配置されてい
る。

【０００９】照明部１０は、ハロゲンランプ等の光源１
１と、この光源からの光の一部を透過させるピンホール
１２ａが形成されたピンホール板１２とを備え、微小面
積の光源を構成している。光源１１とピンホール板１２
との間には、ランプのフィラメントの像の影響をなくす
ため、拡散板１３が配置されている。検出部３０は、空
間フィルター３１と、結像レンズ３２、そして、ＣＣＤ
イメージセンサ等の撮像素子３３とから構成されてい
る。図１の例では、検出部３０が表面１ａからの正反射
成分の反射方向の延長上に配置されている。

【００１０】対物レンズ２０は、光源と読み取り対象面
の曲率中心とを共役にする作用を有する。この例では、
読み取り対象であるシリコンウェハー１が平面であるた
め、シリコンウェハー１に対して照明光を平行光として
入射させるように、微小面積の光源となるピンホール１
２ａが対物レンズ２０の前側焦点位置に配置されてい
る。光源から発した光は対物レンズ２０を透過して平行
光となり、シリコンウェハー１の表面１ａを斜め方向か
ら照明する。表面１ａに達した照明光は、刻印されたパ
ターンのエッジ部分では散乱反射され、それ以外の部分
では正反射する。

【００１１】表面１ａで反射された光束は、再度対物レ
ンズ２０を透過して検出部３０側に向かう収束光とな
り、空間フィルター３１に達する。空間フィルター３１
は、結像レンズ３２と対物レンズ２０との間の光路中
で、対物レンズ２０を介して光源と共役な位置、すなわ
ち対物レンズ２０の後側焦点位置に配置されている。こ
のため、微小面積の光源である照明部１０から発した照
明光のうちの正反射成分は、空間フィルター３１上で光
源と同程度の範囲に収束する。空間フィルター３１は、
この光源と共役な範囲の光線、すなわち正反射成分を遮
る遮光部を有している。具体的には、例えば図２の(Ａ)
に示されるように結像レンズ３２の瞳のうちの正反射成
分が入射する範囲に相当する中心部と図中の右側半分と
を覆う遮光部３１ａを有し、あるいは、図２(Ｂ)に示さ
れるように結像レンズ３２の瞳の中心部のみを覆う遮光
部３１ｂを有する。

【００１２】表面１ａからの反射光のうち空間フィルタ
ー３１を透過した散乱反射成分は、結像レンズ３２に入
射する。結像レンズ３２は、シリコンウェハー１の表面
１ａと撮像素子３３とを共役にするパワーを有してお
り、撮像素子３３上には、空間フィルター３１を透過し
た散乱反射成分により表面１ａに刻印されたパターンの
像が形成される。撮像素子３３は、形成されたパターン
の像の情報を電気信号に変換して出力し、図示せぬ画像
処理装置に入力させる。画像処理装置は、入力された画
像信号に基づいてパターンの像をディスプレイ画面上に
表示したり、文字認識のアルゴリズムを用いてパターン
の内容を解析する。

【００１３】図１の例では、前述したように検出部３０
が表面１ａからの正反射成分の反射方向の延長上に配置
されているため、空間フィルター３１が設けられていな
い場合には、正反射成分が結像レンズに入射する。しか
しながら、正反射成分はパターンの情報を持たない成分
であり、かつ、強度が大きいため、正反射成分が撮像素
子に取り込まれるとパターンに関する情報のＳ／Ｎ比が
低下してパターンの検出が困難となる。そこで、この例
では空間フィルター３１を用いて正反射成分を除去し、
散乱反射成分のみが撮像素子に取り込まれるようにする
ことにより、パターンに関する情報のＳ／Ｎ比を向上さ
せ、パターンの認識、識別が容易になるよう構成してい
る。撮像素子上に形成される像は、スペクトルの低周波
成分が抑えられて主として高周波成分により形成される
像であり、実際にはパターンのエッジ部分が強調された
像となる。

【００１４】図３は、図１の光学系を展開して示す光路
図である。ピンホール板１２から射出された光束が対物
レンズ２０により平行光となり、表面１ａで反射(図中
では透過)されて再度対物レンズ２０に入射し、収束光
として空間フィルター３１を透過し、結像レンズ３２を
介して撮像素子３３上にパターンの像を形成する。図１
の光学系は、図３の光学系の表面１ａを境とする一方側
を折り返すことにより構成される。

【００１５】なお、結像レンズ３２の焦点距離は、読み
取り対象であるシリアル番号の文字列の長さと撮像素子
の撮像面のサイズとにより決定される結像倍率から求め
られる。一方、対物レンズ２０の焦点距離は、結像レン
ズ３２の焦点距離と結像倍率により決定される表面１ａ
と結像レンズ３２との距離に基づいて決定される。

【００１６】図４は、パターン読み取り光学系の設計例
を示す説明図である。この例では、結像レンズ３２の焦
点距離は２８ｍｍ、対物レンズ２０の焦点距離は２５０
ｍｍである。また、対物レンズ２０の光軸Ａｘからピン
ホール１２ａまでの距離ａは約６０ｍｍ、ピンホール１
２ａからシリコンウェハー１の表面１ａまでの距離ｂは
約３００ｍｍ、対物レンズ２０から表面１ａまでの距離
ｃは約５０ｍｍとなる。文字列の長さを２ｃｍとする
と、撮像素子上での文字列像のサイズは約１．９６ｍｍ
となり、例えば１／２インチの撮像素子を用いれば像の
範囲を十分にカバーすることができる。

【００１７】図５〜図７は、それぞれこの発明の第２、
第３、第４の実施形態を示す光学系の説明図であり、照
明部１０の構成と検出部３０中の結像レンズ３２と撮像
素子３３との構成は図１に示される第１の実施形態と同
一である。以下、各実施形態の第１の実施形態との違い
について説明する。

【００１８】図５に示される第２の実施形態では、結像
レンズ３２が反射面であるシリコンウェハー１の表面１
ａからの正反射成分が入射しない位置に配置されてい
る。第１の実施形態で用いられている空間フィルターは
この例では用いられていない。すなわち、この例では、
表面１ａからの正反射成分が届く範囲より光軸Ａｘから
離れた位置に結像レンズ３２が配置されている。このよ
うな配置によれば、空間フィルターを用いなくとも散乱
反射成分のみが結像レンズ３２に入射することとなり、
撮像素子３３上にはパターンの像が形成される。

【００１９】図６に示される第３の実施形態では、照明
光をシリコンウェハー１の表面１ａに対して垂直に入射
させる位置に照明部１０が配置されている。すなわち、
表面１ａに対して垂直な対物レンズ２０の光軸Ａｘ上に
微小面積の光源を形成するピンホール１２ａが配置され
ている。そして、ピンホール板１２と対物レンズ２０と
の間の光路中に、照明部１０から発する照明光の光路と
表面１ａからの反射光の光路とを分離するビームスプリ
ッター４０が設けられている。

【００２０】ピンホール１２ａを透過した照明光の一部
がビームスプリッター４０を透過して対物レンズ２０に
入射し、光軸Ａｘと平行な平行光となって表面１ａを照
明する。表面１ａからの反射光は、再び対物レンズ２０
を透過して収束光となり、その一部がビームスプリッタ
ー４０で反射されて空間フィルター３１に達する。空間
フィルター３１は、第１の実施形態と同様に光源と共役
な位置に配置されており、表面１ａからの正反射成分を
遮断する。空間フィルター３１を透過した散乱反射成分
は、結像レンズを介して撮像素子３３上にパターンの像
を形成する。

【００２１】図７に示される第４の実施形態では、対物
レンズが、照明光が透過する第１レンズ２１と、表面１
ａからの反射光が透過する第２レンズ２２とから構成さ
れ、これらの第１、第２レンズ２１，２２は、それぞれ
光軸Ａｘ1，Ａｘ2がシリコンウェハー１側で互いに交差
するよう配置されている。他の構成、作用は第１の実施
形態と同一である。

【００２２】図８および図９は、それぞれこの発明の第
５、第６の実施形態を示す光学系の説明図である。いず
れも基本的な構成は図６に示される第３の実施形態と同
一であり、読み取り対象が図８の装置では凸の球面、図
９の装置では凹の球面である点が上述の各実施例とは異
なる。

【００２３】図８の例では、対物レンズ２０は、微小面
積の光源となるピンホール１２ａと読み取り対象面１ｂ
の曲率中心とを共役にする作用を有し、読み取り対象面
１ｂに対して光束が垂直に入射するよう照明光を収束光
として入射させる。読み取り対象面１ｂに達した照明光
は、刻印されたパターンのエッジ部分では散乱反射さ
れ、それ以外の部分では正反射し、正反射成分は入射時
と同一の光路を通って再び対物レンズ２０に入射する。

【００２４】図９の例では、対物レンズ２３は、微小面
積の光源となるピンホール１２ａと読み取り対象面１ｃ
の曲率中心とを共役にする作用を有し、読み取り対象面
１ｃに対して光束が垂直に入射するよう照明光を発散光
として入射させる。読み取り対象面１ｃに達した照明光
は、刻印されたパターンのエッジ部分では散乱反射さ
れ、それ以外の部分では正反射し、正反射成分は入射時
と同一の光路を通って再び対物レンズ２３に入射する。

【００２５】なお、微小面積の光源を構成する場合、上
記の例のようにハロゲンランプ１１を利用する他、発光
ダイオードを利用することもできる。発光ダイオードは
通常のランプと比較して発光量の分布が中心部に集中し
ているため、点光源に近い微小面積の光源として用いる
のに適している。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、対物レンズを用いることにより対象物からの反射光
のうちの散乱反射成分を取り出して結像させることがで
き、シリコンウェハーのような鏡面上に形成されたシリ
アル番号等の不鮮明なパターンを容易に読み取ることが
できる。したがって、読み取られた情報を画像として、
あるいは文字認識して文字情報として表示することによ
り、パターンが持つ情報を容易、かつ、正確に認識する
ことができる。特にエッチングや蒸着等のプロセスを経
て劣化した肉眼では認識が困難なパターンをも容易に読
み取ることができ、識別作業の作業性を大幅に改善する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態にかかるパターン読み取り装
置の光学系を概念的に示す説明図である。

【図２】空間フィルターの例を示す平面図である。

【図３】図１の光学系を反射面で展開して示す光路図
である。

【図４】第１の実施形態の実際の構成例を示す光学系
の説明図である。

【図５】第２の実施形態にかかるパターン読み取り装
置の光学系を概念的に示す説明図である。

【図６】第３の実施形態にかかるパターン読み取り装
置の光学系を概念的に示す説明図である。

【図７】第４の実施形態にかかるパターン読み取り装
置の光学系を概念的に示す説明図である。

【図８】第５の実施形態にかかるパターン読み取り装
置の光学系を概念的に示す説明図である。

【図９】第６の実施形態にかかるパターン読み取り装
置の光学系を概念的に示す説明図である。

【符号の説明】

１０照明部１１ハロゲンランプ１２ピンホール板１２ａピンホール２０対物レンズ３０検出部３１空間フィルター３２結像レンズ３３撮像素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微小面積の光源と、該光源からの照明光
を読み取り対象であるパターンが付された反射面に入射
させ、前記反射面で反射された光を収束させる対物レン
ズと、前記対物レンズを透過した反射光束中の散乱反射
成分により前記パターンの像を結像させる結像レンズ
と、前記パターン像の結像位置に配置され、前記パター
ンを読み取る撮像素子とを備え、前記対物レンズは、前
記光源と前記読み取り対象面の曲率中心とを共役にする
ことを特徴とするパターン読み取り装置。
【請求項２】前記対物レンズは、前記照明光を平行光
として平面である読み取り対象に入射させることを特徴
とする請求項１に記載のパターン読み取り装置。
【請求項３】前記対物レンズは、前記照明光を収束光
として凸の球面である読み取り対象に入射させることを
特徴とする請求項１に記載のパターン読み取り装置。
【請求項４】前記対物レンズは、前記照明光を発散光
として凹の球面である読み取り対象に入射させることを
特徴とする請求項１に記載のパターン読み取り装置。
【請求項５】前記光源は、前記照明光を前記反射面に
対して斜めに入射させる位置に設けられていることを特
徴とする請求項１に記載のパターン読み取り装置。
【請求項６】前記対物レンズは、その光軸が前記反射
面と垂直になるよう配置されており、前記光源と前記撮
像素子とは前記光軸を挟んで互いに異なる側に配置され
ていることを特徴とする請求項４に記載のパターン読み
取り装置。
【請求項７】前記結像レンズと前記対物レンズとの間
の光路中で、前記対物レンズを介して前記光源とほぼ共
役な位置に、空間フィルターが設けられていることを特
徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のパターン読み
取り装置。
【請求項８】前記空間フィルターは、少なくとも光源
と共役な範囲の光線を遮る遮光部を有することを特徴と
する請求項７に記載のパターン読み取り装置。
【請求項９】前記結像レンズは、前記反射面からの正
反射成分が入射しない位置に配置されていることを特徴
とする請求項５に記載のパターン読み取り装置。
【請求項１０】前記対物レンズは、前記照明光が透過
する第１レンズと、前記反射光が透過する第２レンズと
から構成され、前記第１、第２レンズは、それぞれ光軸
が前記反射面側で互いに交差するよう配置されているこ
とを特徴とする請求項５に記載のパターン読み取り装
置。
【請求項１１】前記光源は、前記照明光を前記反射面
に対して垂直に入射させる位置に配置され、前記光源と
前記対物レンズとの間の光路中に、前記光源から発する
照明光の光路と前記反射面からの反射光の光路とを分離
する光路分割素子が設けられていることを特徴とする請
求項１に記載のパターン読み取り装置。
【請求項１２】読み取り対象であるパターンが付され
た反射面をほぼ平行光で照明する照明手段と、前記反射
面からの散乱反射成分を結像させて検出する検出手段と
を備えることを特徴とするパターン読み取り装置。
【請求項１３】前記検出手段は、前記反射面からの正
反射成分を遮る空間フィルターを備えることを特徴とす
る請求項１２に記載のパターン読み取り装置。