JPH10255026A - パターン読み取り装置 - Google Patents

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】 光源１１から発しピンホール板１２を介
して表面１ａに達した光束は、発散光としてシリコンウ
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、対物レンズ２３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。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を介して撮
像素子３３上に表面１ａに刻印されたパターンの像を形
成する。結像レンズ３２の主平面３２ａと、表面１ａと
撮像素子３３の撮像面３３ａの延長とがシャインプルフ
の法則に基づいて、ほぼ一直線上で交わるよう配置され
ている。

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、ほぼフラットな
反射面である対象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、読み
取り対象であるパターンが付されたほぼフラットな対象
面に対して所定の入射角度で斜めに照明光を入射させる
よう配置された微少面積の光源と、パターンの情報を持
つ光束を収束させる対物レンズと、対物レンズを透過し
た 対象面からの反射光束中の光源の像を形成する部分
を遮光する遮光領域を有する空間フィルターと、空間フ
ィルターを透過した光束により形成されるパターンの像
を読み取る撮像素子とを備え、対象面と撮像面との間に
配置された結像作用を有するレンズの主平面と、撮像面
および対象面の延長がほぼ一直線上で交わることを特徴
とする。

【０００６】光源から発して対象面で反射された光束
は、対物レンズにより収束され、空間フィルターを介し
て直接、あるいはさらに別に設けられた結像レンズを介
して撮像素子上にパターン像を形成する。

【０００７】上記のように照明光を対象面に対して斜め
に入射させ、その反射光を受けるように読み取り光学系
の光軸を対象面に対して斜めに配置した場合、結像作用
を有するレンズの光軸に対して撮像面が垂直に配置され
ていると、撮像面上に形成されるパターン像の像平面が
撮像面に対して傾き、光軸を含む対象面に垂直な面内で
はピントの合う範囲が狭く、パターンがこの方向に幅を
持つ場合には、パターン全体をピントのあった状態で読
み取ることができない。そこで、この発明では、「被写
体面とレンズの主平面と撮像面との延長が一直線上で交
わるときにピントが合う」というシャインプルフの法則
に基づき、結像作用を有するレンズと撮像面とを配置し
ている。

【０００８】空間フィルターの遮光領域は、対象面から
の非散乱成分を遮ると共に、対象面からの散乱成分を透
過させるよう形成されることが望ましい。また、光源
を、この光源からの光束が対物レンズを透過してパター
ンを照明するように配置した場合には、光源は対物レン
ズから対物レンズの焦点距離分離れた位置に配置される
ことが望ましい。この場合、対物レンズの最も空間フィ
ルター側の面から空間フィルターまでの距離Ｌは、対物
レンズの焦点距離ｆoに対して、０．６０ｆo ＜Ｌ ＜
０．９５ｆoの条件を満たすことが望ましく、最も好ま
しくは、対物レンズにより形成される光源の像の広がり
が最も小さくなる位置に配置すればよい。

【０００９】

【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ほぼフラッ
トな表面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２３、検
出部３０から構成されている。照明部１０と検出部３０
とは、照明部１０の光軸Ａｘ1に一致するピンホールの
中心を通る光線が正反射された際に検出部３０の光軸Ａ
ｘ2に一致するように、表面１ａの法線を境に対称に配
置されている。

【００１０】照明部１０は、ハロゲンランプ等を用いた
光源１１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、
対象面に対して所定の入射角度で斜めに照明光を入射さ
せるよう配置された微少面積を有する光源を構成してい
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。

【００１１】光源から発して表面１ａに達した光束は、
発散光としてシリコンウェハー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
パターン部分では散乱反射され、それ以外の部分では正
反射する。表面１ａで反射された光束は、対物レンズ２
３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。

【００１２】空間フィルター３１は、表面１ａ上のパタ
ーンにより散乱されずに入射した光源の像を形成する光
束を遮光する遮光領域を有するフィルタであり、光源の
近軸像面ＩＭより対物レンズ２３側に配置されている。
空間フィルター３１は、図２に示されるように結像レン
ズ３２の瞳の中心部を覆う遮光領域３１ｂを有する。微
少面積を有する光源である照明部１０から発した照明光
のうちの表面１ａで正反射した成分は、空間フィルター
３１上で遮光領域３１ｂにほぼ収束して遮られる。

【００１３】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、対物レンズ２３を介してシ
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。

【００１４】この例では、結像レンズ３２の主平面３２
ａと、表面１ａと撮像素子３３の撮像面３３ａの延長と
が図１中破線で示されるようにシャインプルフの法則に
基づいて、ほぼ一直線ＲＬ上で交わるよう配置されてい
る。このように配置することにより、表面１ａと共役な
像平面の撮像面３３ａに対する傾きをなくすことがで
き、両光軸Ａｘ1，Ａｘ2を含む面内でパターンが幅を持
つ場合にも、パターン全体に対してピントを合わせるこ
とができる。

【００１５】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。なお、この実施形態のように表面１ａと
撮像面３３ａとが平行でない場合、両光軸を含む面内の
位置により倍率が変化するため、形成されるパターンは
歪曲する。このパターン像の歪曲が読み取りに影響する
場合には、アフィン変換等の画像処理を施すことによ
り、歪曲を補正することができる。

【００１６】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ほとんど持たない成分であ
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強調像は、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部分が強調された像とな
る。

【００１７】また、図１の例では、対物レンズ２２が有
する球面収差、そして、軸外光により生じるコマ収差、
像面湾曲による影響を考慮し、光源の像の広がりが近軸
像点における広がりより小さくなる位置に空間フィルタ
ー３１が配置されている。これにより、小さい遮光領域
で光源の像を形成する範囲の光線を遮ると共に、被検物
Ｏからの散乱成分を透過させることができる。実際の光
学系に適用する場合には、光線追跡により光源の像の大
きさが最小となる位置を求め、その位置に配置すること
が望ましい。

【００１８】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画角と撮影倍率、
全体の大きさ(移動量)等から求められる。一方、対物レ
ンズ２３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。

【００１９】図３は、この発明にかかるパターン読み取
り装置の第２の実施形態の構成を示す概略図である。図
３の光学系は、図１の実施形態に含まれる結像レンズ３
２を含まず、対物レンズ２３がパターンの像を撮像素子
３３上に形成する結像パワーを有している。この例で
は、対物レンズ２３の主平面２３ａが表面１ａと撮像素
子３３の撮像面３３ａの延長とが図３中破線で示される
ようにシャインプルフの法則に基づいて、ほぼ一直線Ｒ
Ｌ上で交わるよう配置されている。他の構成は図１の光
学系と同一である。

【００２０】光源部１０から発した照明光は、発散光と
してシリコンウェハー１の表面１ａに達し、ここで反射
されて対物レンズ２３に入射する。対物レンズ２３は、
反射光を収束させると共に、表面１ａ上のパターンを撮
像素子３３上に結像させる。空間フィルター３１は、図
１の例と同様に対物レンズ２３により形成される光源の
像より対物レンズ２３側に配置されており、微少面積を
有する光源である照明部１０から発した照明光のうちの
表面１ａで正反射した成分を遮断する。したがって、撮
像素子３３上には、表面１ａからの散乱反射光によりパ
ターンの像が形成される。

【００２１】図４は、この発明にかかるパターン読み取
り装置の第３の実施形態の構成を示す概略図である。図
４の光学系は、対物レンズ２０が、光源部１０からシリ
コンウェハー１へ向かう光束を透過させ、かつ、シリコ
ンウェハー１から反射して撮像素子３３へ向かう光束を
透過させるように配置されている。対物レンズ２０の光
軸は、シリコンウェハー１の表面１ａに対してほぼ垂直
となる。微小光源を構成するピンホール１２ａは、対物
レンズ２０からその焦点距離にほぼ一致する距離分離れ
て配置されている。他の構成は図１の実施形態と同様で
ある。すなわち、結像レンズ３２の主平面３２ａと、表
面１ａと撮像素子３３の撮像面３３ａの延長とが図４中
破線で示されるようにシャインプルフの法則に基づい
て、ほぼ一直線ＲＬ上で交わるよう配置されている。

【００２２】光源部１０から発した照明光は、対物レン
ズ２０を介してほぼ平行光としてシリコンウェハー１の
表面１ａに達し、ここで反射されて再び対物レンズ２０
に入射する。対物レンズ２０を透過して収束される反射
光は、空間フィルター３１、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。

【００２３】図４の光学系では、空間フィルター３１
は、対物レンズ２０の最終面から空間フィルター３１ま
での距離Ｌが、対物レンズ２３の焦点距離ｆoに対し
て、０．６０ｆo ＜ Ｌ ＜ ０．９５ｆoの条件を満たす
位置に配置される。この範囲では、光源像の広がりが近
軸像点における広がりより小さくなるため、遮光領域を
より小さくすることができる。

【００２４】文字列の長さを２ｃｍ、撮像素子を１／２
インチであると想定した場合、結像レンズ３２の焦点距
離は５０ｍｍ、対物レンズ２３の焦点距離ｆoは２２０
ｍｍとなる。また、対物レンズ２３の最終面から空間フ
ィルター３１までの距離Ｌは約１９０ｍｍとなる。した
がってこの例では、対物レンズ２３の最も空間フィルタ
ー側の面と空間フィルターとの距離Ｌを定める条件０．
６０ｆo ＜ Ｌ ＜ ０．９５ｆoは、おおよそ１３０ｍｍ
＜Ｌ＜２１０ｍｍとなる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、結像作用を有するレンズと撮像面とをシャインプル
フの法則にしたがって配置することにより、対象面と撮
像面とを共役にすることができ、全体にわたってピント
の合ったパターン像を得ることができる。

【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】 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４】 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。

【符号の説明】

１１ 光源 １２ ピンホール板 １２ａ ピンホール ２３ 対物レンズ ３１ 空間フィルター ３２ 結像レンズ ３２ａ 主平面 ３３ 撮像素子 ３３ａ 撮像面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 読み取り対象であるパターンが付された
   ほぼフラットな対象面に対して所定の入射角度で斜めに
   照明光を入射させるよう配置された微少面積の光源と、 前記パターンの情報を持つ光束を収束させる対物レンズ
   と、 前記対物レンズを透過した 前記対象面からの反射光束
   中の前記光源の像を形成する部分を遮光する遮光領域を
   有する空間フィルターと、 該空間フィルターを透過した光束により形成される前記
   パターンの像を読み取る撮像素子とを備え、 前記対象面と前記撮像面との間に配置された結像作用を
   有するレンズの主平面と、前記撮像面および前記対象面
   の延長がほぼ一直線上で交わることを特徴とするパター
   ン読み取り装置。
2. 【請求項２】 前記微小面積を持つ光源は、該光源から
   発した光束が前記対物レンズを透過して前記パターンを
   照明するよう配置され、前記光源から前記対物レンズま
   での距離が該対物レンズの焦点距離分にほぼ一致してい
   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。
3. 【請求項３】 前記結像作用を有するレンズは、前記空
   間フィルターと前記撮像面との間に設けられた結像レン
   ズであ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。
4. 【請求項４】 前記対物レンズは、前記結作用を有する
   レンズとしてのパワーを有す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。
5. 【請求項５】 前記空間フィルターは、前記対物レンズ
   により形成される前記光源の像の広がりが近軸像点にお
   ける前記像の広がりより小さくなる位置に配置されてい
   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。
6. 【請求項６】 前記空間フィルターの遮光領域は、前記
   対象面からの非散乱成分を遮ると共に、前記対象面から
   の散乱成分を透過させるよう形成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。
7. 【請求項７】 前記対物レンズの最も前記空間フィルタ
   ー側の面から前記空間フィルターまでの距離Ｌは、前記
   対物レンズの焦点距離ｆoに対して、０．６０ｆo ＜ Ｌ
   ＜ ０．９５ｆoの条件を満たすことを特徴とする請求
   項２に記載のパターン読み取り装置。