JPH11214299A

JPH11214299A - ドットマークの読み取り装置と読み取り方法

Info

Publication number: JPH11214299A
Application number: JP10029102A
Authority: JP
Inventors: Masato Suwa; 正登諏訪
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】微小寸法や薄膜が形成されてもドットマークの
視認性が確保できる読み取り装置を提供する。【解決手段】ドットマークの形成面に光を照射し、その
反射光を受像器(5) で受け、同受像器(5) からの画像を
画像処理して前記ドットマークを読み取る方法であっ
て、光反射面が焦点(O,O′) を有するドットマークが形
成されたドットマーク形成面に略平行な光を照射して、
前記ドットマークの光反射面からの反射光の焦点位置に
対物レンズ(1) の焦点位置を合わせて受像器(5) で受
け、これを画像処理するする。こうすることにより、前
記反射光の最も輝度の高い部分を画像処理により認識で
きるようになり、例えドット寸法やドット深さが小さい
マークであっても確実に読み取ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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正確
に読み取るための装置と、その読み取り方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体、微細な電子部品や機
械部品などの表面の一部に各種のドットマークが付され
ている。このドットマークには、ダイヤモンド工具によ
る打刻、レーザ光による刻印、各種のホトイソグラフィ
によるマーク形成、エッチングによるマーク形成などが
挙げられる。

【０００３】例えば、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、文字或いはバーコードなどからなるマークが
ドット表示される。しかして、半導体の製造工程数は１
００工程以上にもおよび、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
るギャップの埋め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。

【０００４】一方、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
にも限界があり、そのマーキング領域の広さ、ドットの
大きさ、ドット数がＳＥＭＩ規格などにより規定されて
いる。

【０００５】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
いる如く、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、前述の読み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。その読み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。この不鮮明の
１つの要因としては、マークを形成するドットの深さが
少ない場合に、上述の成膜によるドットの埋没があり、
そのためドットの深さをある程度深くする必要がある。

【０００６】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、この場合に溶融除去された溶融物
がドット周辺に高く堆積し、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したり
して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。

【０００７】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、同一ポイントに複数
回重複して照射し、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１ＫＨ_Z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２〜５ＫＨ_Z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。

【０００８】また、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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかして、刻印による
上記ドットマークに対する読み取りの不鮮明さ（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い場合には、例えば所要の
深さを得るに十分なレーザ光を照射しても、そのエネル
ギー密度は一般にガウシアン分布であるため、穴内部が
全体として滑らかな曲面となってしまい、通常のように
読み取り装置の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、上述のごとき読み取
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。

【００１０】一方、上記特開平２−２０５２８１号公報
にはドット深さについて上述の如く０．５〜１．０μｍ
或いは１．０〜１．５μｍである旨が具体的に記載され
ているが、その径については何ら記載がなく、またその
ドット形状についてもガウシアン形状であると紹介され
ているに過ぎない。

【００１１】また、上記特開昭５９−８４５１５号公報
の開示によれば、第１回目のドットの開口径が１００〜
２００μｍに対して深さが１μｍ以下とあり、具体的に
は４回のレーザ光照射がなされることが記載されている
ことから、この場合のドット深さはせいぜい３〜４μｍ
である。また同公報の図面から、１回に形成されるドッ
ト形状もガウシアン形状に近似している。

【００１２】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、所要のドット深さ及びある程度の
均整な大きさのドット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い
わざるを得ない。また、形成されるドットの大きさ
（径）について前述の各公報の開示をみても、これを微
小にするという点について格別の開示がなされていない
ことから、従来の寸法を変更するものではなく、従って
現時点における、例えばＳＥＭＩ規格で規定された数値
を踏襲しているに過ぎず、ドット数及びドット形成領域
の広さについても実質的には大幅な増加が期待できな
い。

【００１３】また、前述のごとく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、上述のドットマーキングの視認性が維持される保
障はない。何となれば、半導体ウェハの前記集積回路の
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
が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来すこ
とが多い。

【００１４】しかして、ドットの大きさを従来以上に小
さく形成するときは、そのドット形状を更に検討する必
要があり、特に形状が小さいため、その深さや断面形状
に格別の考慮がなされないかぎり、上述の様々な理由か
ら、その視認性の持続を確保することは不可能に近い。

【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などに
ついても同様のことがいえる。

【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、一般的な
大きさをもつドットマークはいわずもがな、従来では予
測すら不可能であった微小なドットマークであっても、
視認性の持続が確保されるドットマークの読み取り装置
とその読み取り方法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】ところで、
従来の半導体ウェハに対するドットマーキングは上述の
如くすべからく半導体ウェハ表面の周辺部であるか、或
いは半導体ウェハの裏面になされる。しかるに、半導体
ウェハは既述したとおり半導体素子の各製造工程におい
て把持と開放が繰り返されるため、その周辺部は様々な
影響を受けやすい。また、上記各種の成膜やその除去に
あたっても、ウェハの素子形成領域である中央部にあっ
ては処理が厳格に管理されているため、多工程を経たの
ちにもウェハ表面の形態は安定しているが、ウェハ周辺
部は機械的又は吸着などによる把持部であって、例えば
その領域の成膜量や除膜量を厳密に制御することは不可
能である。そのため、前記ドットマークがレーザマーキ
ングによる場合には、穴内の膜が蓄積され厚くなりやす
く、また除膜量が大きすぎると穴周辺のウェハ本体まで
も削り取られ、穴の深さを浅くしてしまい、既述したと
おり視認性を低下させてしまう。これは、何もドットマ
ークが穴形状でなく、フォトリソグラフィやエッチング
によるドットマーキングについても同様のことが言え
る。

【００１８】そこで、本発明者等は先ず最も表面状態の
変化が少ない素子形成領域である半導体ウェハの中央部
にドットマークが形成できれば、視認性が確保しやすい
と考えた。しかるに、半導体素子の形成領域に直接ドッ
トマークを形成することは不可能である。ここで、特に
着目した領域は半導体ウェハを素子単位に切断するとき
の切断領域であるスクライブラインである。このスクラ
イブラインは、既述したように集積回路製造の各工程に
て厳格に管理されるため露出シリコンに非常に近い状態
を維持している。従って、このスクライブラインはドッ
トマーキング領域としては、特に理想的な場所であると
いえる。

【００１９】かかる前提の下に更に検討を重ねた結果、
前記スクライブライン以外にもドットマーキングが可能
な領域があることを知った。通常、半導体ウェハには最
終製品としての半導体素子を形成する領域内に、試験用
のチップ形成領域がある。また、半導体ウェハの周辺部
には、個々のデバイス単位をなすチップの不完全形成領
域が存在する。更には、各素子の周辺部に露出する多数
の引出し電極のうち、いくつかが実際には使用されない
余分の電極として存在する。従って、これらの部分にも
ドットマークの形成が可能であれば極めて有効である。
また、従来と同様に半導体ウェハの側面も本発明のドッ
トマーキング対象領域となり得る。

【００２０】しかし、前記スクライブライン、試験用チ
ップ形成領域、或いは引出電極やオリエンテーションフ
ラットの側面は、いずれにしてもドットマーキングので
きる面積は限られてしまい、多数のマークを形成しよう
とすれば、従来と同様の寸法形態をもつドットマークで
は何ら意味をなさない。これに対し、スクライブライン
に微小ドット径で英数文字を刻印してデータを書き入れ
ることによって新たな自由度が開けてくる。８ｉｎ．の
半導体ウェハでは、スクライブラインの全長は少なくと
も８ｍ以上が可能であり、これは各段に大きなデータ空
間であると言える。

【００２１】このデータ空間の拡大は従来では予測し得
ない大きなメリットが期待できる。すなわち、２次元コ
ードを自由に使うことができ、また１次元又は２次元コ
ードに関わらず情報バイト数を格段に増やすことができ
る。従って、同一情報を一度ならず二度三度と書き込む
ことが可能となる。本発明のドットマーキングが可能な
領域の例はスクライブライン、試験用チップ形成領域、
チップの不完全形成領域、引出し電極表面がある。

【００２２】しかして、上述の如く従来のドットマーク
のように１００〜２００μｍφの寸法からなる場合に
は、前述のごとき狭小な領域であるスクライブラインで
は如何にしてもマーキング量が少な過ぎて、特に２Ｄコ
ードによる文字情報はもとより多量のデータ入力は不可
能である。

【００２３】本発明者等は、更に従来の各種のドットマ
ーキング装置、方法及びドット形状について改めて詳し
い検討及び分析を行ったところ、微小であるにも関わら
ずドットマークに対する視認性を確実にする主な要因
は、ドット形状と、その形状に基づく反射光の特性にあ
ることを発見した。しかも、前記ドット形状は従来の形
態に類似したものでも十分であり、或いは従来のごとく
凹陥状でなくマーク形成面から突出するドットマークで
あってもよいことを知った。このことは、例えば従来の
レーザ光やダイヤモンドによる刻印、或いは各種のリソ
グラフィやエッチングによるドットマーク形成であって
も良いことを意味し、幅広い手法が採用し得ることと同
時に、その読み取り原理に基づけば半導体ウェハに限ら
ず、金属部品、合成樹脂成形部品等の多様な物品表面の
ドットマークを正確に読み取り得ることを示唆してい
る。

【００２４】ここで、レーザ光による刻印の場合に、単
に従来の手法を採用するだけでは、微小な寸法で且つ理
想的な形態を有するドットマークは得られない。その特
殊な１つの手法として、例えばレーザ発振器と、前記レ
ーザ発振器から照射されるレーザビームのエネルギー分
布を平滑化するビームホモジナイザと、パターンの表示
に合わせて前記レーザビームの透過／非透過状態に駆動
制御される液晶マスクと、前記液晶マスクの１ドットに
対応して、ドット単位で前記レーザビームのエネルギー
密度分布を所要の分布形状に成形変換するビームプロフ
ァイル変換手段と、前記液晶マスクの透過ビームをドッ
ト単位で半導体ウェハ表面に結像させるレンズユニット
とを備えてなるレーザビームによる微小マーキング装置
を用いることが考えられる。

【００２５】１ドットの最大長さが５０〜２０００μｍ
である前記液晶マスクを駆動制御して所望のマークパタ
ーンを表示して、前記ビームホモジナイザにより均整化
されたレーザビームを前記液晶マスクに照射する。一
方、前記ビームプロファイル変換手段を前記液晶マスク
のドットマトリックスに対応する同一サイズのドットマ
トリックスにて構成して、前記ビームプロファイル変換
手段を通過するレーザビームのエネルギー密度分布をド
ット単位で所望の形状に成形する。このビームプロファ
イル変換手段により所望の形状に成形された１ドットご
との各レーザビームを、前記レンズユニットにより１ド
ットの最大幅寸法が１〜１５μｍとなるように縮小して
前記半導体ウェハ表面のスクライブライン上に結像させ
ることにより本発明の半導体ウェハが得られる。

【００２６】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。

【００２７】一般のドットマークに対する視認性に関し
ては、ドットマーク及びその周辺における光の反射方向
及びその反射量の間に大きな差がある場合に視認性が高
くなることは容易に理解できる。従って、既述したとお
り穴が開口径との関係において相対的に深い場合には視
認性が高くなることは、一定の入射角度で入射された穴
内部における反射光はその反射方向が一律ではなく乱反
射するため、穴の開口から外部に出射して来る反射光が
少なくなり、一方で穴周辺部が平滑面であることを前提
とすれば、その周辺部における反射光は一定方向に反射
することから明度が高くなる。その明暗の差が大きい場
合に視認性は高くなるといえる。

【００２８】しかるに、穴径に対する深さを相対的に深
くして、１ドットの最大幅寸法が１〜１５μｍとなるよ
うに刻印するには、前述のような特殊な手法を採用しな
いかぎり極めて難しく、その形成が困難であることから
更に簡単なドット形態によっても視認性が確保されるこ
とが望ましい。

【００２９】そこで、本発明者等は更に検討を進めた結
果、ドットマークの反射光の最大収束位置であればその
単位面積当たりの光量が最も多く、周辺とのコントラス
トが大きくなり、視認性も優れたものになるであろうと
予測した。そのために、ドットマークの反射面（表面）
の形態を規定するとともに、反射光を効率的に収束させ
ることが必要であることに着目した。

【００３０】図４〜図８は、本発明の理想的なドットマ
ーク形状を示している。図４は、穴周辺部に溶融して堆
積した盛り上がり部分を有する従来のドットマークの孔
形態に対する本発明による読み取り原理を示している。
同図の穴断面からも理解できるように、穴の底面が放物
面にある場合、同底面に上方から平行光が照射される
と、同平行光は底面で反射して、ある一点に収束して結
像する。この結像位置は前記底面の実焦点位置に相当す
る。この穴形状に類似する穴を形成するには、従来のレ
ーザ光の照射による刻印手法が採用できる。ただし、微
小寸法のドットマークで且つ前記形状を得るには、光学
系に高い精度が要求されるとともに、レーザ光の出力制
御にも高度な制御が要求される。

【００３１】一方、上述の特殊な手法を採用する場合に
は、光学的に格別に高度な精度が要求されず、またレー
ザ光の出力制御にも格別な制御が要求されず、所望の形
態を有する微小なドットマークを形成することができ
る。この手法の具体的な紹介は、本件以前に出願された
特願平 − 号の記載を参照されたい。

【００３２】これを簡単に説明すると、レーザ発振器か
ら出射されるレーザ光自体を１ドットのマーキングに必
要且つ十分なエネルギーをもつ小径のレーザ光に分割変
換するとともに、各ドット単位のレーザ光のエネルギー
密度分布を前述の穴形状に加工するに相応しいプロファ
イルに変換することが必要である。そして、かかる好適
で且つ均整なプロファイルを成形するには、その変換さ
れる以前に各ドット単位のレーザ光のエネルギー密度分
布を平滑化しておく。

【００３３】かかる手法により半導体ウェハ表面に形成
される本発明における微小ドットとは、例えば１ドット
の最大長さが５０〜２０００μｍである液晶マスクを透
過するレーザ光がレンズ系を通して得られる縮小結像、
すなわち液晶マスクを透過するレーザ光の１ドットの最
大長さがレンズユニットを通して１／５０〜１／２００
に縮小され、ウェハ表面に１ドットの最大長さを１〜１
５μｍとして照射することより形成されるドットマーク
の寸法をいう。これらの値は、例えばＳＥＭＩ規格で許
容されるドットマーク寸法の最大限の値である１００μ
ｍと比較すると、1/100 〜3/20であって、如何に微小な
寸法であるかが理解できる。

【００３４】図５は底面が楕円形断面の一部を構成する
ように形成された穴形態を示している。この場合、底面
に上方から照射される平行光は同底面で反射して葉巻状
の実像を形成する。図６はエッチングにより形成される
穴形態を示しており、同図では穴底面を逆円錐状に形成
している。この場合にも、楕円中心位置に縦長の細長い
葉巻状の実像が形成される。

【００３５】図７はドットマークを凹陥状の穴形態とせ
ず、ドットマークの形態をマーキング形成対象物の表面
に突出させたマーク形態としている例を示している。こ
のドットマーク例によれば、その突出形態は上記図に
示したドットマークを裏返した状態、すなわち楕円形断
面の一部を突出表面としている。この例にあっては、前
記虚像と同様にドットマークに上方から照射される平行
光は同ドットマークの周面で反射して、楕円中心を起点
とする拡散光となり、その起点位置に虚像が形成され
る。その虚焦点位置は楕円中心部であり、縦長の葉巻状
をなしている。

【００３６】図８はドットマークがマーキング対象物表
面に突出して形成される場合の例を挙げている。同図に
よれば、ドットマークの表面への突出形態が円錐状であ
る。この例によれば、ドットマークに上方から照射され
る平行光は同ドットマークの周面で反射して、ある位置
を中心にして拡散光となる。すなわち、この例でもマー
ク形成体の裏面側に虚像が形成されることになり、その
結像位置が、いわゆる虚焦点を構成する。

【００３７】なお、図５及び図６に示した穴周辺部に形
成される溶融物による堆積部分も、本発明の読み取り装
置及び読み取り方法によって有効に利用できる。すなわ
ち、前記堆積部分に上方から平行光が照射されると、そ
の堆積部分の円弧状断面の表面で前記光が反射する。そ
の反射光は前記円弧中心の近傍を起点とする拡散光とな
り、前述と同様、その結像位置が前述の虚焦点位置とな
る。しかして、この場合には前記堆積部分は穴周辺に沿
ったリング状をなすため、前記虚焦点位置もリング状に
存在することになる。

【００３８】本請求項１〜請求項８に係る発明は、上述
のごとき反射面が焦点を有している１ドットのドットマ
ークを光学的に検出し、これを画像処理して読み取るた
めの読み取り装置とその読み取り方法に関するものであ
り、上述の課題はこれらの発明により効果的に解決され
る。

【００３９】請求項１に係る発明は、前記読み取り装置
が、前記ドットマークの形成面をほぼ平行な光で照射す
る照射光学系と、前記微小ドットマークの形成面からの
反射光を受光する受光器と、同受光器からの画像データ
を処理する画像処理手段と、前記受光器及び微小ドット
マークの形成面の間に配される対物レンズと、前記反射
光の焦点の位置合わせ手段とを有し、前記対物レンズの
配設位置が、前記反射光の焦点と前記対物レンズの焦点
とがほぼ合致する位置であることを特徴としている。

【００４０】すなわち、本発明装置にとって重要な点
は、読み取り装置の対物レンズの配設位置が、上述のご
とく形成されるドットマークの形態により一義的に決定
できることにある。これを具体的に述べると、前記ドッ
トマークの底面又は表面の反射面に照射される平行光の
反射光が収束して点状に結像する上述の焦点位置に、対
物レンズの焦点位置を一致させるように対物レンズを設
置すればよい。この対物レンズの設置にあたっての、設
置位置の決定は、従来の共焦点法又は三角測量法による
各焦点検出機構を使用することにより行われる。

【００４１】かくて、対物レンズの焦点位置をドットマ
ークの底面や表面による反射光の焦点位置に合わせるこ
とにより、ドットマークの底面又は表面で反射する光量
が最も集中する位置で光を捕らえることができるため、
その視認光量は周辺の光量とは比較にならないほどに多
くなり、マーク周辺部とのコントラストが著しく、微小
ドットマークや表面に薄膜が形成されたドットマークな
どであっても、十分に識別性が確保される。

【００４２】請求項２及び請求項３に係る発明は、前記
ドットマークの形成形態による前記対物レンズの配設位
置を規定しており、前記ドットマークの反射光の焦点が
実焦点である場合と、虚焦点である場合とで変更のない
ことを規定している。すなわち、前記対物レンズの焦点
位置を、前記反射光が実際に収束して結像する位置に合
わせる場合と、前記反射光がある一点から放射状に出射
するかに見える仮想の焦点位置に合わせる場合とのいず
れでもよいことを規定している。

【００４３】請求項４に係る発明は、前記ドットマーク
が形成される形成面が、前記微小ドットマークにより構
成される２次元コードにより構成され、同コードの形成
領域が縦４０μｍ、横３２０μｍの平面内であり、前記
対物レンズの開口数が０．１３以上で０．８０以下とし
ている。

【００４４】前記対物レンズの開口数が前記数値の範囲
内にあり、０．８０に近づくに連れてドットマークを大
きな像として取り込めるため、解読のための画像処理精
度は高くなるが、多数のドットマークを同時に読み込む
ことが難しくなり、更には読み取り対象領域の位置合わ
せがしにくくなる。一方、前記対物レンズの開口数が
０．１３に近づくに連れて視野が広くなり、読み取り対
象領域の位置合わせがしやすくなるが、多少画像処理の
精度が低下するものの、実用上は格別の不具合がない。

【００４５】しかるに、前記対物レンズの開口数が０．
１３より小さいと、焦点深度が深くなりすぎて、読み取
り対象物の表面とドットマークの反射光の焦点が対物レ
ンズの焦点深度内に入ってしまい、両者の反射光を区別
することができなくなる。また、対物レンズの開口数が
０．８０より大きいと、対物レンズと読み取り対象物と
の間の間隔が小さくなりすぎて、特にドットマークが読
み取り対象物から突出形態にあるとき、対物レンズとド
ットマークが干渉して使用することができなくなる。

【００４６】請求項５〜請求項８に係る発明は、ドット
マークの形成面にほぼ平行な光を照射し、その反射光を
受光器で受け、同受光器からの画像を画像処理して前記
ドットマークを読み取る方法に関する。すなわち、請求
項５に係る発明は、既述したとおりの形態をもち、その
光反射面が焦点を有するドットマークが形成されたドッ
トマーク形成面に略平行な光を照射して、前記ドットマ
ークの光反射面からの反射光を対物レンズを介して受光
器で受け、前記受光器からの画像データを処理すること
を含み、前記対物レンズの焦点位置を前記ドットマーク
の光反射面の焦点位置にほぼ適合させることを特徴とす
る微小ドットマークの読み取り方法にある。

【００４７】光源からの光は光学系を経て、平行光とな
ってドットマーク形成面に照射される。この照射された
平行光は、前記ドットマークの反射面にて反射し、その
結像位置で収束し、その位置が実焦点又は虚焦点とな
る。前記対物レンズの焦点位置が前記実焦点位置又は虚
焦点位置に合わされているため、同レンズではその収束
光を捕らえて受光器に送られることになり、受光器の受
光量の分布を見ると、ドットマークからの反射光量はマ
ーク周辺からの反射光量とは比較にならないほど突出し
ている。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。

【００４８】請求項６及び請求項７に係る発明は、前記
ドットマークの光反射面を凹面鏡形態又は凸面鏡形態に
形成することを包含することを規定している。前記光反
射面を凹面鏡形態に形成するときは、その反射光は実焦
点を有し、また前記光反射面を凸面鏡形態に形成すると
きは、その反射光は虚焦点を有することになり、各焦点
は略１点であるため、ドットマーク周辺の反射光との輝
度差が最も大きく効果的な読み取りを可能にする。

【００４９】請求項８に係る発明は、前記請求項５〜請
求項７にあって前記ドットマークの形成領域を平面内に
設定し、その領域内に前記ドットマークにより構成され
る２次元コードを形成すること、及び前記対物レンズの
開口数を０．１３以上で且つ０．８０以下に設定するこ
とを含んでいる。かかる開口数の範囲にあってドットマ
ークの大きさ及び読み取り領域に見合った好適な開口数
を選択することにより、効率的で且つ高精度の画像処理
が可能となる。

【００５０】

【発明の実施形態】以下、本発明の好適な実施の形態を
レーザマーキング装置によるドットマーキングについて
添付図面に基づいて具体的に説明する。勿論、本発明は
微小なドットマークに限らず、通常の寸法を有するドッ
トマークに対しても適用が可能であり、また前記ドット
マークの形成はレーザマーキング装置に限定されるもの
ではなく、例えばリソグラフィやエッチングによっても
実施が可能である。

【００５１】図１は本発明者等によって先に提案された
微小ドットマーキングを形成するためのレーザマーキン
グ装置と、そのマーキング原理とを模式的に示した説明
図である。同図において、符号１１０はレーザ発振器、
１２０はビームホモジナイザ、１３０は液晶マスク、１
４０はビームプロファイル変換器、１５０は結像レンズ
ユニット、Ｗは半導体ウェハである。ここで、図示例に
おける半導体ウェハとはシリコンウェハのみならず、同
ウェハ表面に酸化膜や窒化膜が形成されたもの、更には
エピタキシャル成長させた半導体ウェハ、ガリウム砒
素、インジウムリン化合物などにより成膜された半導体
ウェハ一般を総称するものである。

【００５２】図示例にあっては、レーザ発振器１１０か
ら出射されるガウシアン形状のエネルギー密度分布を有
するレーザ光を、まずビームホモジナイザ１２０を通し
て、尖頭値がほぼ均一なトップハット型のエネルギー密
度分布形状（Ｂ）に成形する。前記ビームホモジナイザ
１２０は、例えばガウシアン形状のエネルギー密度分布
をもつレーザ光を、平滑化されたエネルギー密度分布の
形状に成形するための光学部品を総称する。この光学部
品としては、例えばフライアイレンズやバイナリーオプ
ティクス、シリンドリカルレンズを使用して、そのマス
ク面上に一括照射するか或いはポリゴンミラーやミラー
スキャナなどのアクチュエータによるミラー駆動によっ
てマスク面上を走査させる方式がある。

【００５３】こうしてエネルギー密度分布が均一に成形
されたレーザ光は、次いで液晶マスク１３０の表面に照
射される。このとき、液晶マスク１３０は広く知られて
いるように所要のマーキングパターンをマスク上に駆動
表示することが可能であり、図２に示すごとく前記レー
ザ光は同パターン表示領域内の光透過可能な状態にある
ドット部分を透過する。この各ドットごとに分割されて
透過したのちの各透過光のエネルギー密度分布も、前記
ビームホモジナイザ１２０により成形された形状（Ｂ）
と同一であって均一に分布されている。

【００５４】また、前記液晶マスク１３０に１回で照射
する領域は、ドット数で５×１０〜１０×１０個であ
り、これをレーザ光をもって一括照射するが、かかるド
ット数では必要とする全てのドットマーク数を満足し得
ないことが多いため、マークパターンを数区画に分割し
て順次液晶マスクに表示させ、これを切り換えながら組
み合わせて全体のマークパターンをウェハ表面に形成す
るようにしている。この場合、ウェハ表面に結像させる
ときはウェハ又は照射位置を当然に制御移動させる必要
がある。かかる制御手法としては従来から公知とされて
いる様々な手法が採用できる。

【００５５】上記液晶マスク１３０を通過したドット単
位のレーザ光は、続いてビームプロファイル変換器１４
０に照射される。このビームプロファイル変換器１４０
は前記液晶マスク１３０のマトリックス状に配された個
々の液晶に対応して同じくマトリックス状に配列されて
いる。従って、液晶マスク１３０を透過したレーザ光
は、１対１に対応してドットごとに前記ビームプロファ
イル変換器１４０を通過して、ビームホモジナイザ１２
０によりそれぞれに平滑化されたエネルギー密度分布の
レーザ光が本発明特有の微小な穴形状を形成するに必要
なエネルギー密度分布形状へと変換される。本実施例で
は前述のごとく液晶マスク１３０を通過した後のレーザ
光を、ビームプロファイル変換器１４０を通過させて、
そのエネルギー密度分布形状を変換しているが、液晶マ
スク１３０を通過させる前にビームプロファイル変換器
１４０を通過させて、そのプロファイルを変換させるこ
ともできる。

【００５６】ビームプロファイル変換器１４０を通過し
たレーザ光はレンズユニット１５０により絞られ、半導
体ウェハＷのスクライブラインＳＬ表面の所定の位置に
照射され、同表面に必要なドットマーキングがなされ
る。従来のこの種のドットマーキングは、既述したとお
り半導体ウェハの周辺部になされている。かかる部位へ
のマーキングではウェハ周辺部における膜厚の制御が困
難であることに由来して、例えばエッチング不足の場合
には、ＣＭＰ処理のたびに膜（特にメタル系）がドット
マーク上に少しずつ堆積し、読み取りを不可能にし、或
いは膜を完全に除去しようとして、ウェハ表面を削って
しまい、結果としてドットマークの深さが浅くなり、同
じく読み取りを不可能にする。ミクロン単位の微小なド
ットマークにあっては、かかる事態は致命的である。

【００５７】その点、半導体ウェハの切断領域であるス
クライブラインＳＬにあっては、前述のウェハ周辺部を
回避できる上に、成膜処理や除膜処理などの視認性に影
響する加工がなされることがないため、本発明のごとく
スクライブラインＳＬの表面にドットマーキングがなさ
れることは望ましい。しかしながら、従来のドット寸法
では所要のドット数をスクライブラインＳＬ上に形成す
ることは不可能である。そこで、上述のごとくミクロン
単位の微小なドットマーキングが要求されることにな
る。

【００５８】ここで、ミクロン単位のマーキングを複数
のウェハ表面に均一に形成しようとする場合には、その
マーキング面と集光レンズとの間の距離や光軸合わせを
ミクロン単位で調節する必要がある。本実施例によれ
ば、焦点検出はレーザ顕微鏡などで一般に使用されてい
る共焦点方式で高さ計測を行い、この値からレンズの縦
方向の微小位置決め機構にフィードバックさせて、自動
的に焦点の位置決めがなされる。また、光軸合わせや光
学構成部品の位置決め及び調整は、一般的に知られた方
法が採用され、例えばＨｅ−Ｎｅレーザなどのガイド光
を通じて、予め設定されている基準スポットに適合させ
るべくネジ調整機構などによって調整する。この調整は
組立時に一回だけ行えばよい。

【００５９】一方、ドットマークの各ドットの大きさ
は、加工する光源の波長に依存することが判明してい
る。一般に、パターニングの分解能＝ｋ1 ・λ/NA 加工焦点深度( 加工可能な焦点方向距離の幅) ＝ｋ1 ・
λ/(NA)² で表される。ただし、K はプロセスファクタ( 比例定
数) 、λは光源波長、NAはワーク表面への射出角であ
る。

【００６０】前記式から、パターニングの分解能を小さ
くするためには、光源波長を小さくするか、或いはワー
クへの射出角を大きくすることが考えられるが、焦点深
度との兼ね合いでワーク表面への射出角はある値に制限
されてしまう。従って、本発明では波長の短いレーザ光
を使うことが好ましい。従来、ウェハ上へのマーキング
用光源として、ＹＡＧレーザの基本波（波長：１０６４
ｎｍ）が多用されているが、本実施例によればＹＡＧレ
ーザの２倍波（波長：５３２ｎｍ）か３倍波（３５５ｎ
ｍ）、或いはその波長範囲に則した波長のレーザ光源を
使用している。

【００６１】このように、微細ドットマーキングが実現
されると、それに伴って焦点深度が小さくなる。一方、
半導体ウェハ表面にマーキングを施すにあたり、ウェハ
の厚み誤差やウェハ自身のそり、うねり、更にはウェハ
ハンドリングの位置出し精度などの影響があるため、焦
点深度よりもその影響が大きい。その結果、焦点位置を
検出して自動的に位置出しをするための自動焦点位置出
し手段が不可欠となる。前記焦点位置の検出手段として
は、既述したごとく一般の共焦点顕微鏡による検出方法
や三角点測定法が採用できる。しかして、装置の小型化
と測定精度を考慮すると共焦点法が最も好ましい。前記
自動焦点位置出しの機能は、前記焦点位置検出手段によ
るフィードバック信号で微小位置決めを行うことで実現
される。

【００６２】上記ビームプロファイル変換器１４０は、
前記ビームホモジナイザ１２０により平滑化されたエネ
ルギー密度分布を、ドット形状を得るために最適なエネ
ルギー密度分布の形状に変換させるための光学部品であ
り、回析現象、屈折現象或いはレーザ照射ポイントにお
ける光透過率を任意に異ならせるなどして、入射レーザ
光のエネルギー密度分布のプロファイルを既述した任意
のドットマーク形状に変換するものである。

【００６３】本発明にあって、微小なドットマークとは
最大長さが１〜１５μｍの寸法範囲にあり、穴深さが
０．１〜１０μｍにする。このような寸法のドットマー
クを形成するには、縮小レンズユニットの解像度などに
よる半導体ウェハＷの表面の照射ポイントにおける結像
に崩れを生じさせないようにするためと、液晶マスクの
製作上必要な開口率を確保するために、上記液晶マスク
の１ドット当たりの１辺長さが５０〜２０００μｍであ
ることが必要である。更には、前記ビームプロファイル
変換器１４０と前記液晶マスク１３０との配置間隔が余
り大き過ぎても或いは小さ過ぎても、周辺の光線の影響
を受け或いは光軸の不安定さの影響を受けて、半導体ウ
ェハ表面の結像に乱れを生じやすい。そこで、図示例に
あっては、前記液晶マスク１３０の１ドットの最大長さ
を、前記ビームプロファイル変換器１４０と前記液晶マ
スク１３０との配置間隔の０．１〜１０倍に設定する必
要がある。かかる範囲に前記配置間隔を規定することに
より、ウェハ表面に照射される結像が鮮明なものとな
る。

【００６４】次に、本実施例における上記ビームプロフ
ァイル変換器１４０によるレーザ光のエネルギー密度分
布の変換方法を具体例に基づいて説明する。図２は回析
現象を利用したビームプロファイル変換器によるエネル
ギー密度分布の変換説明図である。図示例では、回析光
学素子（Diffractive O-ptical Element) を使用してい
る。図２（ｂ）は５×５ドットの液晶マスク１３０と、
これに対応して配された同じく５×５ドットの回析光学
素子からなるビームプロファイル変換マスク１４０−１
とを平行に配設した模式図である。図２（ａ）は前記液
晶マスク１３０を介して前記ビームプロファイル変換マ
スク１４０−１を透過したときのレーザ光のエネルギー
密度分布の変換状態を示している。

【００６５】すなわち、前記ビームホモジナイザ１２０
により尖頭値が平滑化されたレーザ光は、前記ビームプ
ロファイル変換マスク１４０−１の１素子に入射される
と、外周部の入射光は直線的に透過し、中央部の入射光
は外周側に回析して、図２（ａ）に示すごとく外周部に
向かうにつれてエネルギー密度が高くなり、中心部に向
けてエネルギー密度が漸減する密度分布形状となる。そ
して、前記回析の角度及び間隔はレーザ光の回析条件を
決定することにより算出される。かかるエネルギー密度
分布に変換されたレーザ光の縮小像が半導体ウェハ表面
の照射ポイントに照射されると、形成されるドットマー
クは周辺部に大きなエネルギーをもっているため穴周壁
部がエネルギーの損失がなく速やかに溶融加工されると
ともに穴中央部では周辺の強力な熱伝導により同様に溶
融し、所望の穴形状をもつドットマークが形成される。

【００６６】図３は上述の実施例により半導体ウェハＳ
のスクライブラインＳＬに形成されたシングルドット文
字と２Ｄコードマークの配列例を示している。この例で
は、レーザ光がグリーンレーザの波長を緑域とし、ビー
ムの広がりを０．５ｍｒａｄ以下、パルス数を１００ｎ
ｓ以下に設定している。スクライブラインＳＬ上に形成
されたドットマークの径Ｄは５μｍである。

【００６７】一方、スクライブラインＳＬはダイサーの
厚さにより規定されるが、現状では５０〜６０μｍが限
界であると考えられている。そこで、本実施例ではスク
ライブラインＳＬの幅をその下方の限界である５０μｍ
と仮定して、縦長さＬ１を４０μｍ、横寸法Ｌ２を１６
０μｍと設定し、その領域に８×３２ドットを形成する
ことを可能として、２Ｄコードマークを形成した。この
２Ｄコードにより英数字の１３文字が登録可能である。
また、前記２Ｄコードマークに隣接させて、５×７のシ
ングルドットマークを形成している。

【００６８】なお、図示例に限定されるものではなく、
例えば前述の微小なドットマークの形成領域としては、
上記スクライブラインの他に、半導体ウェハの試験用チ
ップの形成領域、半導体ウェハの個々のデバイス単位を
なすチップの不完全形成領域、半導体ウェハの個々のデ
バイス単位をなす各チップ内の余剰引出し電極表面を挙
げることができ、更には微小ドットマーキングとして既
述したようにホトリソグラフィ、エッチングや打刻によ
るマーキング手法も採用が可能である。

【００６９】さて、本発明にあってはドットマーク形成
面に形成されるドットマークの形態を、同ドットマーク
の表面に平行光を照射したとき、そのマーク部分の反射
光が、ある一点に収束され或いはある一点から拡散する
ような反射面に形成することが肝要である。かかる形態
をもつドットマークを形成するには、前述のレーザマー
キング装置、或いはフォトリソグラフィ、エッチングや
打刻が好適である。

【００７０】図４〜図８は、前述の一点に収束され或い
は一点から拡散するような反射面をもつドットマーク形
態を示している。図４は上記レーザマーキング装置によ
るソフトマーキングにより形成され得るドットマーク形
態の一例を模式的に示している。すなわち、ドットマー
クＭの中央部Ｍ１が放物面をもってドットマーク形成面
Ｓから深さＨ１だけ凹み、その周辺部Ｍ２に前記中央部
Ｍ１の溶融物が堆積した高さＨ２をもつリング状の盛上
り部を形成している。前記中央部Ｍ１の放物面に上方か
ら照射される平行光は、前記方物面で反射して、その反
射光は一点に収束し実像が形成される。この実像の形成
される位置が実焦点位置Ｆとなる。

【００７１】しかして、同図に示すように前記反射面が
放物面であるときは、その放物面の前記焦点は一点とな
り、平行光が前記焦点に集中することになるため、より
高い輝度が得られ高画像情報を得ることができて、正確
な読み取りが可能である。しかし、その焦点深度は対物
レンズの開口数の逆数に比例するため、後述する本発明
のように開口数が大きな対物レンズを使用する場合に
は、焦点深度が浅過ぎることにより放物面に近い形態の
反射面では読み取り対象の位置合わせに手間取る場合が
ある。

【００７２】かかる不具合を解消するには、前記反射面
の形態を放物面とせず、図５に示すような楕円弧面、或
いは単なる円弧面、若しくは図６に示すような逆円錐状
として、焦点位置Ｆを上下に伸ばすようにすれば、実像
も読み取り光学系の軸方向に分散するため好ましい。

【００７３】このことは、ドットマーク形成面Ｓから上
方に突出するドットマークについても同様のことがいえ
る。図７は、ドットマークＭ′の反射面の形態が、図５
に示した形態を反転させた形態であり、中央部Ｍ１′が
ドットマーク形成面Ｓから上方に円弧状に突出すると共
に、その周辺部はリング状に凹んだ陥没部Ｍ２′となっ
ている。このドットマーク形態によっても、その反射光
は図５に示すと同様に虚焦点位置Ｏ′が上下に伸びる。
図８は、ドットマークＭ′を、そのマーク形成面Ｓから
上方に円錐状に突出させて形成している。この場合、そ
の円錐面に照射される平行光は、ある特定の位置から拡
散して反射する。すなわち、前記特定の位置に虚像が形
成されることになり、その位置が虚焦点位置Ｏ′とな
る。

【００７４】図７及び図８に示す形態のドットマーク
Ｍ′は、例えばエッチングにより形成できる。また上記
レーザマーキング装置によっても、そのレーザ光のエネ
ルギー分布曲線の設計と照射エネルギーとを制御するこ
とにより、図７に示す形態のドットマークを形成するこ
とが可能である。すなわち、半導体ウェハＷの表面にエ
ネルギー分布のプロファイル加工がなされたレーザ光を
照射すると、その照射面が溶融して、一旦は照射面全体
が凹んだ状態となるが、照射を終えた直後に前記照射面
の中央部が逆に盛り上がるようになる。

【００７５】図９及び図１０は、本発明の実施例である
ドットマーク読み取り装置の概略構成を示している。本
発明のドットマーク読み取り装置にあっては、対物レン
ズの焦点位置とドットマーク反射面の焦点位置とを高精
度に位置合わせさせることが重要である。特に、既述し
たごとき微小なドットマークにあっては、ミクロン単位
で位置合わせを行う必要があるため、信頼性の高い位置
合わせ機構を備えていなければならない。

【００７６】図９は信頼性の高い対物レンズの焦点位置
合わせ機構を備えたドットマーキングの読み取り装置を
示しており、この実施例装置では前記焦点位置合わせ機
構として共焦点法による焦点検出機構１０を備えてい
る。すなわち、同読み取り装置は、水平に配された半導
体ウェハＷのドットマーク形成面Ｓに対向して配される
対物レンズ１と、同対物レンズ１の直上で前記ドットマ
ーク形成面Ｓに対して４５°傾斜させて配される第１の
ハーフミラー２と、同ハーフミラー２の上方で同ミラー
２とは逆方向に４５°傾斜して配される第２のハーフミ
ラー３と、第２ハーフミラー３の上方で前記対物レンズ
１の光軸上に配されるコリメートレンズ４と、同コリメ
ートレンズ４の上方で同一光軸上に配されるＣＣＤカメ
ラなどの受像器５と、同受像器５に接続された画像処理
機構６とを備えている。

【００７７】本実施例において、半導体ウェハＷの表面
を照射する光源７はハロゲンランプやＬＥＤ等が使わ
れ、前記半導体ウェハＷの表面に対して４５°の傾斜角
をもって設置された上記第２のハーフミラー３の側方に
配設され、同光源７から射出される光は凸レンズ７ａに
より収束され、その収束位置の近傍に配されたピン孔７
ｂを通って拡大凸レンズ７ｃに入射され、同拡大凸レン
ズ７ｃにより拡大された光が前記第２ハーフミラー３で
反射して、ある一点で再度収束する。第２ハーフミラー
３と対物レンズ１との光路中に上記だい１のハーフミラ
ー２が配され、同集束位置から拡散する光は上記対物レ
ンズ１を通って平行光とされて、半導体ウェハＷのドッ
トマーク形成部に照射される。

【００７８】更に、本実施例にあっては前記第１ハーフ
ミラー２の側方に共焦点検出機構１０が配設されてい
る。この共焦点検出機構１０は、同ハーフミラー２と平
行に配された第３のハーフミラー１１と、集光レンズ１
２及びコリメートレンズ１３を介して前記第３ハーフミ
ラー１１に平行光を照射して、その反射光を前記第１ハ
ーフミラー２に反射させ、前記対物レンズ１を通して結
像させる検出用光源１４と、前記第３ハーフミラー１１
の透過光の光量変化を集光レンズ１５を介して検出する
光量検出器１６とを備えている。

【００７９】かかる構成を備えた共焦点検出機構１０を
使って、半導体ウェハＷの表面に形成された上記形態を
有するドットマークの焦点位置と前記対物レンズ１の焦
点位置とを合わせるには、先ず前記共焦点検出機構１０
の検出用光源１４から照射され、平行光に変換された照
射光を、前記第３及び第１ハーフミラー１１，２を介し
て対物レンズに入射させ、同対物レンズ１を通して結像
させる。この結像位置が対物レンズの焦点位置となる。

【００８０】次いで、前記半導体ウェハＷを前記対物レ
ンズ１の焦点付近に移動させる。その後、対物レンズだ
けを上下させながら、前記共焦点検出機構１０の光量検
出器１６のセンサ出力の最大位置を検出し、対物レンズ
１の焦点位置合わせを終える。続いて、上記読み取り用
光源７から半導体ウェハＷの表面に形成されたドットマ
ークに平行光を照射するとともに、前記検出用光源１４
から前記ドットマーク付近に照射された集束光を照射
し、それらの反射光を前記第１及び第２ハーフミラー２
を通して上記受像器５で受け、そのドット中心部の輝度
が最も高くなる位置を画像処理等により検出し、その位
置に対物レンズ１を設置する。

【００８１】なお、前記画像処理等による検出にあたっ
ては、前述のように受像器５からの画像信号直接画像処
理することに代えて、一定のスレッドショルドで２値化
した画像において、その輝度野高い部分の面積が最も小
さくなるときの位置を対物レンズ１の設置位置とする
か、或いは予め用意したグレースケールのパターンと一
致するときの位置を対物レンズ１の設置位置と決めるこ
ともできる。また、この対物レンズ１の設置位置を決め
るにあたり、前述のごとく対物レンズ１を移動させず
に、半導体ウェハＷを移動させるようにしてもよい。

【００８２】図１０に示す本発明のドットマーク読み取
り装置にあっては、その対物レンズの焦点位置合わせ機
構として三角測量法に基づく焦点検出機構１００を採用
している。その具体的な機構及び検出原理は一般によく
知られた三角測量法と同様であるため、その説明は概略
に止める。なお、本実施例におけるドットマーク読み取
り装置の前記焦点検出機構１００を除く他の構成は前述
の図９に示した構成と変わるところがない。

【００８３】前記焦点検出機構１００は上記第１ハーフ
ミラー２の側方に配設されており、その検出光源１０１
から第１ハーフミラー２の第１照射位置にポイント照射
される微細光束の反射光を、対物レンズ１にその光軸と
平行に入射させ、その屈折光の半導体ウェハＷの表面で
の反射光を、光点位置検出器１０２により検出し、次い
で前記第１照射位置とは異なる第１ハーフミラー２の第
２照射位置にポイント照射して、その半導体ウェハ表面
からの反射光を前記光点位置検出器１０２により検出
し、前記第１及び第２照射位置の変化に応じて変化する
光点の像位置を読み取り、対物レンズ１の焦点位置を決
定する。本実施例における前記微細な検出光源としては
レーザ光が使用されている。

【００８４】さて、次に前述のごとき対物レンズの焦点
位置合わせ機構を備えた本発明のドットマーク読み取り
装置による半導体ウェハＷのドットマーク形成面上の具
体的なドットマークの読み取り結果を説明する。

【００８５】図１１はその読み取り対象となるドットマ
ークの第１形態を示している。この第１形態は既述した
レーザ光による微小なドットマークのソフトマーキング
により得たものであり、穴形態は断面が楕円弧状を呈
し、同図においては理解を図るためその形態を誇張して
描いている。

【００８６】同図にあって、ドットマークＭの中央部Ｍ
１におけるウェハ表面Ｓからの穴深さＨ１は１．２μ
ｍ、同ドットマークＭの周辺盛上り部Ｍ２の外周径Ｄ１
が８５μｍ、その内径Ｄ２が４５μｍ、前記周辺盛上り
部Ｍ２のウェハ表面Ｓからの盛上り高さＨ２が０．３μ
ｍであり、実際的には図１２に示す形態に近いものであ
る。このドットマークの実焦点Ｏは半導体ウェハＷの表
面から７０μｍであった。勿論、その穴形態により前記
実焦点は変化する。以下、本発明による読み取りの実施
例を比較例とともにドットマークの撮像写真に基づいて
具体的に説明する。

【００８７】−第１実施例− 図１２に示すドットマーク形態に対して、上述の読み取
り装置を用いて、その対物レンズ１の焦点位置をドット
マークＭの実焦点位置である７０μｍに合致させ、前記
ドットマークＭに直上から平行光を照射したときの画像
処理により得られた写真を図１３に示している。この図
から理解できるようにドットマークＭの中心部に輝度の
高いポイント状の光点からなる撮像が写し出されてい
る。また、リング状の上記盛上り部Ｍ２にあっても、前
記ポイント状の撮像と較べると輝度が落ちるものの、そ
の周辺部とは比較できないほど輝度の高いリング状の撮
像が写し出されていることが分かる。この写真から、本
発明の読み取り機構の正当性が実証されることが理解で
きる。

【００８８】−第２実施例− 前記実施例により、ドットマークＭの盛上り部Ｍ２にあ
っても、中央部Ｍ１以外の周辺部分とは比較にならない
輝度をもつ像が結像がなされることが理解できる。そこ
で、本実施例では前記ドットマークＭの盛上り部Ｍ２に
着目した。すなわち、上記対物レンズ１を上下に移動し
て、前記リング状の撮像部分の最も輝度の高い位置に焦
点位置を合わせしたところ、半導体ウェハＷの表面の下
方８０μｍの位置であった。つまり、この盛上り部Ｍ２
の表面曲面により、図１４に示すごとく上記反射光が半
導体ウェハＷの表面から８０μｍ下方の一点を中心とし
て拡散し、その一点が既述した虚焦点位置Ｏ′であり、
この虚焦点位置Ｏ′に対物レンズ１の焦点位置を合致さ
せても、周辺と輝度差が大きい像が得られることが理解
できる。図１５がその撮像写真である。

【００８９】−第３実施例− 更に、対物レンズ１を前記ドットマークＭの中央部Ｍ１
に焦点をおいて、更に上下に移動調整を行ったところ、
同中央部Ｍ１の第１実施例とは異なる位置に新たに輝度
の高いポイント状の一点があることを知った。このとき
の対物レンズ１の焦点位置Ｏは半導体ウェハＷの表面か
ら７００μｍ下方であった。これは、図１６に示す前記
盛上り部Ｍ２による虚焦点がドットマークＭの中心軸線
上にも存在し、その虚焦点位置Ｏ′が半導体ウェハＷの
表面から７００μｍ下方であることを示している。図１
７は同虚焦点位置Ｏ′の付近における撮像写真である。

【００９０】−第４実施例− 一方、半導体ウェハＷの製造工程にあっては、既述した
ように多様な処理工程を経るものであり、特にその管理
情報である前記ドットマークの読み取りにあたって最も
弊害となる要素に成膜がある。そこで、本実施例では成
膜がなされた状態にあるドットマークの読み取りを行っ
た。

【００９１】この例では、ドットマークの形態は上記形
態を有しており、その各部分の寸法は、ドットマークＭ
の中央部Ｍ１におけるウェハ表面Ｓからの穴深さＨ１は
２．０μｍ、同ドットマークＭの周辺盛上り部Ｍ２の外
周径Ｄ１が８０μｍであり、他の部分の寸法は上記実施
例と同じである。このドットマークＭにむらのある成膜
を施した。

【００９２】開口数ＮＡが０．４２の対物レンズ１の焦
点位置Ｏを前記ドットマークＭの中央部Ｍ１の上方７０
μｍに合わせた。図１８はそのときの前記ドットマーク
の実像写真であり、成膜が施されているにも関わらず、
ドットマーク中央部Ｍ１の撮像の輝度が周辺と比較して
格段に差のあることが分かる。

【００９３】−比較例− 前記第４実施例と比較するため、同一形態と寸法をもつ
被膜ドットマークＭを、通常の読み取りと同様に、対物
レンズ１の焦点位置Ｏを半導体ウェハＷの表面に合わせ
てドットマークＭの撮像を行った。この対物レンズ１の
焦点位置合わせが異なる以外、他の条件は第４実施例と
同じである。

【００９４】図１９は、その撮像写真である。この図か
ら理解できるように、本比較例の場合には、ドットマー
クＭと周辺部分との間に輝度差が少なく、且つ成膜のむ
らも影響して、ドットマークＭの全体像が不明瞭に写し
出されているに過ぎない。実際の半導体ウェハＷの製造
工程にあっては、更に過酷な条件が加わるはずであり、
従って、複数の工程を経たのちには多様な影響により前
記ドットマークの認識は不可能となることが理解でき
る。

【００９５】図２０（ａ）はこの比較例の輝度分布を示
しており、同図（ｂ）は前記第４実施例の輝度分布を示
している。両図からも明らかなように、対物レンズ１の
焦点位置Ｏを半導体ウェハＷの表面に合わせる場合と、
同焦点位置ＯをドットマークＭの焦点位置Ｏ′に合致さ
せる場合とでは、前者がほぼ均一に分布されるのに対し
て、後者では中央位置に光量が集中して輝度が突出して
いる。

【００９６】−第５実施例− 図２１は上記各実施例におけるドットマークＭを、丁度
引っ繰り返した形態のドットマークＭ′の形態を示して
いる。この例におけるドットマークの各寸法は、ドット
マークＭ′の中央部Ｍ１′におけるウェハ表面Ｓからの
突出高さＨ１′は０．０９μｍ、同ドットマークＭ′の
周辺凹陥部Ｍ２′の外周径Ｄ１′が４．７μｍ、前記周
辺凹陥部Ｍ２′のウェハ表面Ｓからの陥没深さＨ２′が
０．０１３μｍの微小なドットマークである。

【００９７】かかる形態をもつ微小なドットマークＭ′
を上記実施例と同様に撮像した。このときの対物レンズ
１の開口数ＮＡは０．７０であり、前記ドットマーク
Ｍ′の虚焦点位置Ｏ′は半導体ウェハ表面Ｓから下方に
５μｍの位置であり、その撮像写真を図２２（ａ）に示
しており、そのときの輝度分布を同図（ｂ）に示してい
る。これらの図から、本発明の読み取り装置及び方法に
よれば、かかる微小なドットマークＭ′であっても視認
性が確保されることが理解される。

【００９８】−第６実施例− 図２３及び図２４は、ドットマークＭ′の形態を円錐形
とした場合の実施例を示している。この例にあって、前
記ドットマークＭ′の各寸法は、ドットマークＭ′の中
央部Ｍ１′におけるウェハ表面Ｓからの突出高さＨ１′
は０．７３μｍ、同ドットマークＭ′の周辺凹陥部Ｍ
２′の外周径Ｄ１′が８．４μｍ、前記周辺凹陥部Ｍ
２′のウェハ表面Ｓからの陥没深さＨ２′が０．１１μ
ｍのドットマークである。

【００９９】この実施例にあっても、前述の実施例と同
様に対物レンズ１の開口数ＮＡは０．７０であり、同対
物レンズ１の焦点位置Ｏを半導体ウェハ表面Ｓから１５
μｍ下方の虚焦点位置Ｏ′とした。その撮像写真が図２
４（ａ）であり、そのときの輝度分布が同図（ｂ）に示
すとおりである。これらの図から、本発明の読み取り装
置及び方法によれば、かかる形態のドットマークＭ′で
あっても正確にドットマークＭ′を読み取ることが理解
できる。

【０１００】なお、本発明のドットマーク読み取り装置
及び方法による場合には、上記ドーットマークＭ，Ｍ′
にあって、特に穴形態からなるドットマークＭにあって
は、その穴の傾斜が大きすぎると、図２５に示すように
同穴内面の反射光のうち対物レンズ１により捉えられる
領域からはみ出して無駄になる反射光が多くなるため、
好ましくない。

【０１０１】また、上記実施例では全てドットマーク
Ｍ，Ｍ′の直上から平行光を照射しているが、例えば図
２６に示すごとくドットマークＭに対して、ドットマー
ク形成面Ｓと所望の角度θをもたせて平行光を照射する
場合にも、そのドットマークＭの反射光は実像又は虚像
を形成するため、同実像又は虚像を形成する位置、すな
わち焦点位置に対物レンズ１の焦点位置を合わせれば、
上記実施例と同様に確実にドットマークを読み取ること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体ウェハの表面に所望の形態を有するドッ
トマークを形成するためのレーザマーキング装置とその
レーザ光のエネルギー密度分布の変換過程を模式的に示
す説明図である。

【図２】回析現象を利用したビームプロファイル変換器
によるエネルギー密度分布の変換説明図である。

【図３】半導体ウェハのスクライブラインに形成される
シングルドット文字と２Ｄコードマークの配列例を示す
説明図である。

【図４】上記レーザマーキング装置によるソフトマーキ
ングにより形成され得る反射面が放物面をもつドットマ
ーク形態を模式的に示す断面図である。

【図５】断面が楕円弧穴状のドットマーク形態を模式的
に示す断面図である。

【図６】逆円錐穴状のドットマーク形態を模式的に示す
断面図である。

【図７】ウェハ表面から突出する断面が楕円弧面で突出
するドットマーク形態を模式的に示す断面図である。

【図８】ウェハ表面から突出する断面が円錐面で突出す
るドットマーク形態を模式的に示す断面図である。

【図９】本発明の第１の実施例であるドットマーク読み
取り装置の概略構成図である。

【図１０】本発明の第２の実施例であるドットマーク読
み取り装置の概略構成図である。

【図１１】前記読み取り装置により読み取られるドット
マークの具体的形態例を誇張して示す断面図である。

【図１２】前記ドットマークの反射光の光路を示す断面
図である。

【図１３】対物レンズの焦点位置を同ドットマークの中
央部の実焦点位置に合わせたときの上方からの撮像写真
である。

【図１４】前記ドットマークの周辺盛上り部の反射光の
光路を示す断面図である。

【図１５】同盛上り部の虚焦点位置に対物レンズの焦点
位置を合わせたときの上方からの撮像写真である。

【図１６】同ドットマークの中央部における他の位置に
対物レンズの焦点位置を合わせたときの、周辺盛上り部
の外周面の反射光により得られる虚焦点位置の説明図で
ある。

【図１７】同位置に対物レンズの焦点位置を合わせたと
きの撮像写真である。

【図１８】むらのある成膜が施されたドットマークの前
記実施例による撮像写真である。

【図１９】その比較例である対物レンズの焦点位置をウ
ェハ表面に合わせたときの撮像写真である。

【図２０】前記比較例及び実施例の各結像の輝度分布図
である。

【図２１】前記実施例におけるドットマーク形態が反転
した形態をもつ微小寸法のドットマークの反射光の焦点
位置を示す断面図である。

【図２２】同ドットマークの撮像写真と輝度分布の説明
図である。

【図２３】ウェハ表面から円錐状に突出したドットマー
クの実施例における虚焦点位置を示す断面図である。

【図２４】同ドットマークの撮像写真と輝度分布の説明
図である。

【図２５】ドットマークの穴傾斜が大きい場合の読み取
りにくさを示す説明図である。

【図２６】上方から傾斜して平行光をドットマークの反
射面に照射する場合の、反射光の焦点位置の変移を示す
説明図である。

【符号の説明】

１対物レンズ２第１のハーフミラー３第２のハーフミラー４コリメートレンズ５受像器６画像処理機構７光源７ａ凸レンズ７ｂピン孔７ｃ拡大凸レンズ１０，１００共焦点検出機構１１第３のハーフミラー１２集光レンズ１３コリメートレンズ１４検出用光源１５集光レンズ１６光量検出器１０１検出光源（レーザ光源）１０２光点位置検出器１１０レーザ発振器１２０ビームホモジナイザ１３０液晶マスク１４０ビームプロファイル変換器１４０−１ビームプロファイル変換マスク１５０縮小レンズユニットＷ半導体ウェハＭドットマークＭ１中央部Ｍ２盛上り部Ｈ１マーク形成面からの深さＨ２マーク形成面からの高さＤ１盛上り部外周の径Ｄ２盛上り部内周の径

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドットマークの形成面に平行光を照射
し、その反射光を受像器で受け、同受像器からの画像を
画像処理して前記ドットマークを読み取る装置であっ
て、前記ドットマークの反射面が焦点を有してなり、前記ドットマークの形成面をほぼ平行な光で照射する照
射光学系と、前記ドットマークの形成面からの反射光を受光する受像
器と、同受像器からの画像データを処理する画像処理手段と、前記受像器及びドットマークの形成面の間に配される対
物レンズと、前記反射光の焦点の位置合わせ手段とを有し、前記対物レンズの配設位置が、前記対物レンズの焦点と
前記反射光の焦点とがほぼ合致する位置であることを特
徴とする微小ドットマークの読み取り装置。
【請求項２】前記対物レンズの配設位置が、前記ドッ
トマークの反射光の焦点が実焦点位置である請求項１記
載の読み取り装置。
【請求項３】前記対物レンズの配設位置が、前記ドッ
トマークの反射光の焦点が虚焦点位置である請求項１記
載の読み取り装置。
【請求項４】前記ドットマークの形成面が、前記ドッ
トマークにより構成される２次元コードからなり、前記
対物レンズの開口数が０．１３以上で、且つ０．８０以
下である請求項１〜３のいずれかに記載の読み取り装
置。
【請求項５】ドットマークの形成面に光を照射し、そ
の反射光を受光器で受け、同受像器からの画像を画像処
理して前記ドットマークを読み取る方法であって、光反射面が焦点を有するドットマークが形成されたドッ
トマーク形成面に略平行な光を照射すること、前記ドットマークの光反射面からの反射光を対物レンズ
を介して受像器で受けること、及び前記受像器からの画
像データを処理することを含み、前記対物レンズの焦点位置を前記ドットマークの光反射
面の焦点位置にほぼ適合させることを特徴とするドット
マークの読み取り方法。
【請求項６】前記ドットマークの光反射面を凹面鏡形
態に形成することを含む請求項５記載の読み取り方法。
【請求項７】前記ドットマークの光反射面を凸面鏡形
態に形成することを含む請求項５記載の読み取り方法。
【請求項８】前記ドットマークにより構成される２次
元コードを形成すること、及び前記対物レンズの開口数
を０．１３以上で、且つ０．８０以下に設定することを
含む請求項５〜７のいずれかに記載の読み取り方法。