【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、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する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for reading a pattern provided on an object surface which is a reflection surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】パターンが形成された対象面を照明し、
この対象面からの反射光によりパターンの像を形成する
タイプのパターン読み取り装置としては、従来から反射
型顕微鏡や反射型パターン投影装置が知られている。こ
れらの装置の光学系では、照明光を対物レンズを介して
対象物に入射させ、対象物からの反射光を再度対物レン
ズを介して像面に直接、あるいは結像レンズを介して導
く。これらの装置では、入射光の光路と反射光の光路と
を分離するため、対象面に対して入射光を斜めに入射さ
せて入射、反射の光路に角度を持たせ、あるいは、対物
レンズと像面との間にビームスプリッターを配置して両
光路を分離するようにしている。2. Description of the Related Art An object surface on which a pattern is formed is illuminated,
As a pattern reading apparatus of the type which forms an image of a pattern by reflected light from the target surface, a reflection microscope and a reflection pattern projection apparatus are conventionally known. In the optical systems of these devices, illumination light is made incident on an object via an objective lens, and reflected light from the object is guided again directly to an image plane via the objective lens or via an imaging lens. In these devices, in order to separate the optical path of the incident light from the optical path of the reflected light, the incident light is obliquely incident on the target surface, and the incident and reflected optical paths have an angle, or the objective lens and the image A beam splitter is arranged between the two surfaces to separate the two optical paths.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の装置は、光路を斜めに設定した場合には光学系
が占める容積が大きくなると共に、像が歪曲するという
問題があり、ビームスプリッターを配置した場合には像
面に達する光量が斜め入射の場合の半分程度に低下する
という問題がある。However, the above-mentioned conventional apparatus has a problem that when the optical path is set obliquely, the volume occupied by the optical system becomes large and the image is distorted. In such a case, there is a problem that the amount of light reaching the image plane is reduced to about half of the case of oblique incidence.
【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、光学系が占める容積を小さく
抑えると共に、像面に達する光量を低下させずにパター
ン像を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。[0004] The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to reduce a volume occupied by an optical system and to read a pattern image without reducing a light amount reaching an image plane. It is an object to provide a reading device.
【０００５】[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反射面である対象面
に対向して設けられた対物レンズと、対物レンズを介し
て対象面の曲率中心と共役な位置に配置され、対物レン
ズを介して対象面を照明する微小面積の光源と、対物レ
ンズに光軸を一致させて光源より対象面から離れた側に
配置された結像レンズと、対象面で反射され、対物レン
ズおよび結像レンズを介して形成されるパターンの像を
読み取る撮像素子とを備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, a pattern reading apparatus according to the present invention has an objective lens provided opposite a target surface which is a reflective surface provided with a pattern to be read. A light source having a small area that is arranged at a position conjugate to the center of curvature of the target surface via the objective lens and illuminates the target surface via the objective lens, It is characterized by comprising an imaging lens arranged on a distant side, and an imaging element for reading an image of a pattern formed on the object surface and reflected via the objective lens and the imaging lens.
【０００６】光源から発して対物レンズを介して対象面
を照明する光束は、対象面で反射されて再度対物レンズ
により収束され、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。光源と曲率中心とを共役にすること
により、対象面からの非散乱成分(正反射成分)は光源の
位置に集光する。したがって、光源は、対象面からの非
散乱成分を遮る空間フィルターとして作用し、光源によ
り遮られなかった散乱成分のみが結像レンズに入射す
る。対象面がフラットである場合、光源は対物レンズの
焦点位置に配置される。A light beam emitted from the light source and illuminating the target surface via the objective lens is reflected on the target surface, is converged again by the objective lens, and forms a pattern image on the image sensor via the imaging lens. By making the light source and the center of curvature conjugate, non-scattering components (specular reflection components) from the target surface are collected at the position of the light source. Therefore, the light source acts as a spatial filter that blocks non-scattered components from the target surface, and only the scattered components not blocked by the light source enter the imaging lens. When the target surface is flat, the light source is located at the focal position of the objective lens.
【０００７】光源は、対象面の曲率中心と共役な位置に
配置された発光素子であり、あるいは、対象面から撮像
素子までの間の光路外に配置された発光素子と、上記の
共役な位置に射出側の端部を位置させて発光素子からの
光を導くライトガイドファイバーとから構成される。The light source is a light emitting element disposed at a position conjugate to the center of curvature of the target surface, or a light source disposed outside the optical path from the target surface to the image pickup device, and And a light guide fiber for guiding the light from the light emitting element with the end on the emission side positioned at the end.
【０００８】[0008]
【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。ここでは、シリコ
ンウェハーを読み取り対象としている。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。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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a pattern reading apparatus according to the present invention will be described below. Here, a silicon wafer is to be read. In a semiconductor component manufacturing process, a semiconductor layer is stacked on a semiconductor substrate such as a silicon wafer by repeating a process such as etching and vapor deposition. In general, a serial number is given to a silicon wafer by laser etching at a stage prior to the component generation process, and the following steps are managed by the serial number. The silicon wafer is mirror-finished, and when reading the serial number, it cannot be fully recognized unless the wafer is viewed from an angle by holding the wafer over light, and processes such as etching and vapor deposition are not possible. As the character quality deteriorates as the process proceeds, the serial number of the wafer near the final process becomes particularly difficult to read.
【０００９】実施形態の光学系は、このようなシリコン
ウェハー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
たパターンを読み取ることができるよう構成されてい
る。The optical system according to the embodiment is configured to be able to read an unclear pattern such as a serial number formed on such a silicon wafer, particularly a pattern deteriorated through a process such as etching or vapor deposition. .
【００１０】図中の符号１は対象物であるシリコンウェ
ハーであり、その鏡面加工されたほぼフラットな表面１
ａ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、シリコンウェハー１に対向して設けられた対物
レンズ２０と、この対物レンズ２０を介して表面１ａの
曲率中心と共役な位置に配置された光源である発光ダイ
オード１０と、発光ダイオード１０よりシリコンウェハ
ー１から離れた側に配置された結像レンズ３２と、表面
１ａで反射されて対物レンズ２０および結像レンズ３２
を介して形成されるパターン像を読み取るＣＣＤイメー
ジセンサ等の撮像素子３３とを備えている。対物レンズ
２０と結像レンズ３２とは、互いに光軸を一致させて配
置されており、この光軸Ａｘは表面１ａに対して垂直に
設定されている。Reference numeral 1 in the drawing denotes a silicon wafer as an object, and its mirror-finished, almost flat surface 1
In a, a serial number is engraved by laser etching as a pattern to be read. The optical system of the apparatus includes an objective lens 20 provided facing the silicon wafer 1, a light emitting diode 10 as a light source disposed at a position conjugate with the center of curvature of the surface 1a via the objective lens 20, An imaging lens 32 disposed on a side farther from the silicon wafer 1 than the diode 10; an objective lens 20 and an imaging lens 32 reflected on the surface 1a;
And an image sensor 33 such as a CCD image sensor for reading a pattern image formed through the image sensor. The objective lens 20 and the imaging lens 32 are arranged so that their optical axes coincide with each other, and the optical axis Ax is set perpendicular to the surface 1a.
【００１１】発光ダイオード１０から発して対物レンズ
２０を介して表面１ａを照明する光束は、平行光として
シリコンウェハー１の表面１ａを垂直に照明する。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、再度対物レンズ２０により収束さ
れ、結像レンズ３２を介して撮像素子３３上にパターン
像を形成する。発光ダイオード１０を曲率中心と共役な
位置に配置することにより、表面１ａからの非散乱成分
(正反射成分)を発光ダイオード１０の位置に集光させる
ことができる。この例では表面１ａがフラットであるた
め、発光ダイオード１０は対物レンズ２０の焦点にほぼ
一致して配置されている。A light beam emitted from the light emitting diode 10 and illuminating the surface 1a through the objective lens 20 illuminates the surface 1a of the silicon wafer 1 vertically as parallel light. The illumination light reaching the surface 1a is scattered and reflected in the engraved pattern portion, and is specularly reflected in other portions. Surface 1a
The light beam reflected by the light source is converged again by the objective lens 20 to form a pattern image on the image sensor 33 via the imaging lens 32. By disposing the light emitting diode 10 at a position conjugate with the center of curvature, non-scattering components from the surface 1a can be obtained.
(Specular reflection component) can be collected at the position of the light emitting diode 10. In this example, since the surface 1a is flat, the light-emitting diode 10 is arranged almost coincident with the focal point of the objective lens 20.
【００１２】したがって、発光ダイオード１０は、表面
１ａからの非散乱成分を遮る空間フィルターとして作用
し、発光ダイオード１０により遮られなかった散乱成分
のみが結像レンズ３２に入射する。結像レンズ３２は、
対物レンズ２０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。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。Therefore, the light emitting diode 10 acts as a spatial filter that blocks non-scattered components from the surface 1a, and only the scattered components not blocked by the light emitting diode 10 enter the imaging lens 32. The imaging lens 32
Surface 1a of silicon wafer 1 via objective lens 20
And the imaging element 33 are conjugated, and an image of the pattern imprinted on the surface 1 a is formed on the imaging element 33 by the scattered reflection component transmitted through the spatial filter 31. The image sensor 33 converts the information of the image of the formed pattern into an electric signal, outputs the electric signal, and inputs the electric signal to an image processing device (not shown). The image processing apparatus displays an image of a pattern on a display screen based on an input image signal, and analyzes the contents of the pattern using a character recognition algorithm.
【００１３】なお、撮像素子３３は表面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、発光
ダイオード１０の位置が共役位置からシフトして空間フ
ィルターの機能を果たさない場合には、正反射成分が結
像レンズ３２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３３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、この例では発光ダ
イオード１０により正反射成分を除去し、散乱反射成分
のみが撮像素子３３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。Since the image pickup device 33 is arranged in the extension of the reflection direction of the specular reflection component from the surface 1a, the position of the light emitting diode 10 shifts from the conjugate position and does not function as a spatial filter. , A regular reflection component enters the imaging lens 32. However, the specular reflection component is a component having little information on the pattern, and
Since the intensity is large, when the specular reflection component is captured by the image sensor 33, the S / N ratio of the information on the pattern is reduced, and it is difficult to detect the pattern. Therefore, in this example, the regular reflection component is removed by the light emitting diode 10, and only the scattered reflection component is taken into the image pickup device 33, thereby improving the S / N ratio of the information regarding the pattern, and recognizing and identifying the pattern. Is configured to be easy. The emphasized image formed on the image sensor is an image formed mainly by high-frequency components while suppressing low-frequency components of the spectrum, and is actually an image in which a pattern portion is emphasized.
【００１４】図２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
２の光学系は、光源として、表面１ａから撮像素子３３
までの間の光路外に配置された発光素子である半導体レ
ーザー１１と、この半導体レーザー１１からの光を導く
ライトガイドファイバー１２とを備えている。他の構成
は図１の光学系と同一である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a second embodiment of the pattern reading apparatus according to the present invention. The optical system of FIG. 2 uses the image pickup device 33 from the surface 1a as a light source.
And a light guide fiber 12 for guiding light from the semiconductor laser 11. Other configurations are the same as those of the optical system of FIG.
【００１５】半導体レーザー１１から発したレーザー光
は、カップリングレンズ１３を介してライトガイドファ
イバー１２の入射側の端面１２ａから入射する。ライト
ガイドファイバー１２の射出側の端部１２ｂは、対物レ
ンズ２０を介して表面１ａの曲率中心と共役な位置に配
置されている。この例では、表面１ａがフラットである
ため、射出側の端部１２ｂは対物レンズの焦点にほぼ一
致して配置されている。The laser light emitted from the semiconductor laser 11 enters through the coupling lens 13 from the incident end face 12a of the light guide fiber 12. The end 12b on the emission side of the light guide fiber 12 is arranged at a position conjugate with the center of curvature of the surface 1a via the objective lens 20. In this example, since the front surface 1a is flat, the end 12b on the emission side is arranged almost coincident with the focal point of the objective lens.
【００１６】ライトガイドファイバー１２の射出側の端
部１２ａから射出したレーザー光は、対物レンズ２０を
介して平行光として表面１ａを照明する。表面１ａから
の反射光は、再度対物レンズ２０を介して収束され、非
散乱成分はファイバーの端部で遮られると共に、散乱成
分のみが結像レンズ３２を介して撮像素子３３上に表面
に形成されたパターンの像を形成する。The laser beam emitted from the end 12a on the emission side of the light guide fiber 12 illuminates the surface 1a as parallel light via the objective lens 20. The reflected light from the surface 1a is converged again through the objective lens 20, the non-scattered component is blocked by the end of the fiber, and only the scattered component is formed on the image sensor 33 via the imaging lens 32. The image of the formed pattern is formed.
【００１７】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光源を対物レンズを介して対象面の曲率半径と共役
な位置に配置することにより、斜め入射の場合と比較し
て光学系の容積を小さくすることができると共に、ビー
ムスプリッターを用いた場合のように光量の低下を招く
こともなくパターンを読み取ることができる。また、上
記の位置に配置された光源は、対象面からの非散乱成分
(正反射成分)を遮る空間フィルターとして作用するた
め、別にフィルターを設けることなく散乱成分によりパ
ターンの鮮明な像を形成することができる。As described above, according to the present invention, by arranging the light source at a position conjugate with the radius of curvature of the object surface via the objective lens, the light source of the optical system can be compared with the case of oblique incidence. The volume can be reduced, and the pattern can be read without lowering the light amount as in the case of using a beam splitter. In addition, the light source arranged at the above position has a non-scattering component from the target surface.
Since it acts as a spatial filter that blocks the (specular reflection component), a clear image of the pattern can be formed by the scattering component without providing a separate filter.
【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。FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing an optical system of a pattern reading device according to a first embodiment.
【図２】 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。FIG. 2 is an explanatory view conceptually showing an optical system of a pattern reading apparatus according to a second embodiment.
１０ 発光ダイオード ２０ 対物レンズ ３２ 結像レンズ ３３ 撮像素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light emitting diode 20 Objective lens 32 Imaging lens 33 Image sensor
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6533397AJPH10247235A (en) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | Pattern reader |
| US08/916,408US6310689B1 (en) | 1996-08-23 | 1997-08-22 | Pattern reading apparatus |
| US09/820,820US6943888B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
| US09/821,017US6622915B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
| US09/820,633US6476917B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
| US09/820,821US6369886B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
| US09/821,018US6498649B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
| US09/820,822US6429937B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
| US09/820,825US6483591B1 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
| US09/821,019US6421129B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6533397AJPH10247235A (en) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | Pattern reader |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10247235Atrue JPH10247235A (en) | 1998-09-14 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10247235A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005165602A (en)* | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Yamatake Corp | Lighting device |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005165602A (en)* | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Yamatake Corp | Lighting device |
| Publication | Publication Date | Title |
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| JPH11203460A (en) | Pattern reader |
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval | Effective date:20041006 Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 | |
| A131 | Notification of reasons for refusal | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date:20041018 | |
| A521 | Written amendment | Effective date:20041214 Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 | |
| A02 | Decision of refusal | Effective date:20050519 Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |