JP2006514350A - 光学式文字認識装置及び方法 - Google Patents

Abstract

シリコンウェハを物理的に操作する必要なく、任意の向きで位置決めされたシリコンウェハ上の識別マーキングを突き止めて読み取るための無指向型光学式文字認識装置および方法。

Description

本発明は、小さな製品識別子が記載されている製品の検査に関する。より詳細には、本発明は、シリコンウェハ識別マークを読み取るための無指向型光学式文字認識装置及び方法を提供する。

半導体処理は、複数の半導体デバイスを有するウェハの検査を含む。これらのウェハは、特有のマーキングを利用して、製造工程を通じて個々のウェハの追跡を可能にしている。典型的には、これらのマーキングは文字ベースのものであり、しかし近年、他の符号化機構へと進化している。通常、ウェハは円形であり、ウェハの固有の向きを示すためにノッチまたはフラットを備えている。

従来技術では、ウェハマークの認識は、貴重な空間を占める２つの別個のステーションでしばしば行われる３つの別個のステップを含み、専用の機器と個々のプロセス時間が必要である。第１のステップは、ノッチまたはフラットを検出することによってウェハの中心の位置およびウェハの向きを求めることに関わる。ウェハの位置および向きが求められると、マークの位置を計算することができ、機械的なデバイスがウェハを回転して、カメラの視野領域内にマークが現れるようにマークを適切に方向付ける。カメラに現れると、ウェハ識別マーキングを解釈して、そこに含まれる情報をカメラから抽出することができる。この３ステッププロセスは、費用も時間もかかる点で問題があり、ウェハマークに含まれる情報を解釈するのにかかる時間を短縮することもさらに必要である。

したがって、ウェハの物理的な操作または方向付けを必要とせずにシリコンウェハマークを突き止めるための装置および方法を提供することが望まれる。また、ウェハ識別の時間を短縮し、識別プロセスの精度を高め、実施および操作が経済的である装置および方法を提供することが望まれる。

本発明の装置および方法は、各ウェハに特定の特有マーキングをそれぞれ有する複数のシリコンウェハを順次に移送する進行経路に沿って位置決めされたカメラを提供する。
カメラは、ウェハが進行経路に沿って移動するときに、各ウェハの複数のライン画像を迅速に、順次に撮影する。また、照明デバイスが進行経路に沿って位置決めされ、カメラがライン画像を撮影するのと同期して、異なるタイプまたは形式の照明を順次に投射し、それぞれ別の照明の複数のライン画像から作られる各ウェハの単一の画像を生成する。ソフトウェアコンポーネントを含むプロセッサが、照明デバイスと、進行経路の動きおよび進行速度とを監視する。

単一のインターレースされたウェハ画像は、プロセッサソフトウェアによって受信されて、それぞれ同じタイプの照明からのみの画像である個別のウェハ画像に分離される。同じ照明タイプの分離されたウェハ画像は、プロセッサによって検査され、ウェハを最も明瞭に画定する画像が選択され、ウェハ縁部、ウェハノッチ、およびウェハの近似中心がプロセッサによって突き止められる。ウェハマーキングを含む、または包含する領域もプロセッサによって突き止められる。

ウェハマーキングを含む突き止められた領域は、プロセッサ内のソフトウェアによって検査され、領域内のウェハマーキングが読み取られ、ウェハが識別される。
本発明の他の適用例は、本発明を実施するために企図された最良の形態の以下の説明を添付図面に関連して読めば当業者に明らかになろう。
本明細書における説明では、添付図面を参照する。添付図面において、複数の図を通して同じ参照番号が同じ部品を指す。

図１乃至図５を参照すると、無指向型光学式文字認識装置および方法が例示されている。光学式文字認識装置５が、ウェハの物理的な向きに関わらず、ウェハ処理ラインの進行経路１１に沿って進むシリコンウェハ１４上のスクライブまたは識別マーキングを効率的に、かつ体系的に識別するための方法および装置を提供する。

これは、１つまたは複数のシリコンウェハ１４（１つを図示する）が移動する、例えばある処理チャンバから別の処理チャンバへ、またはカセットから処理チャンバ（図示せず）へ進むような新規または既存の処理進行経路１１に沿って、本発明の文字認識装置５を配置することによって達成される。図１を参照すると、以下にさらに説明する高解像度ラインスキャンカメラ１０と、複数のタイプの照明が可能な照明デバイス１２とが進行経路１１に沿って位置決めされている。

照明デバイス１２は、図１に示されるように、進行経路１１に沿って、経路の上方に位置決めされる。照明デバイス１２は、複数の照明タイプを含み、ウェハ１４に対して垂直または鉛直とは異なる角度でそれらを投射する。照明タイプは、例として、とりわけ、明視野照明３０、暗視野照明３２、白熱光を用いた照明（図示せず）、ＬＥＤ光を用いた照明（図示せず）を含む場合がある。

好ましい態様では、ラインスキャンカメラ１０は、ウェハ１４に対して垂直または鉛直から第１の角度１３で位置決めされた電荷結合素子型ラインスキャンカメラである。照明デバイス１２によって生成される明視野照明形式の光３０は、ウェハ１４に対して垂直または鉛直から第２の角度３６を有し、これは、カメラ１０の角度１３と相補的または対称的な角度であり、ビームスプリッタを必要とせずにウェハ１４の明視野照明を可能にすることを理解されたい。さらに、利用の際、明視野照明形式の光３０は、カメラ１０内に明るい背景を直接与え、暗視野照明形式の光は暗い背景を与えることを当業者には理解されたい。

ウェハ１４が進行経路１１に沿って進行し、任意の向きでカメラ１０の視界内を通ると、カメラ１０は、ウェハ１４の複数のライン画像を迅速かつ順次に撮影する。撮影される各増分ライン画像ごとに、複数照明デバイス１２は、異なるタイプの照明に変更または交替する。例えば、明視野照明３０の下で撮影されたライン画像に続いて、暗視野照明３２を使用して撮影されたライン画像、次いで白熱光を用いて撮影されたライン画像、次いで明視野照明３０を用いて撮影された別のライン画像、次いで暗視野照明３２で撮影された別のライン画像といった具合である。これは、例えば３つの異なるタイプの照明を有する複数照明デバイス１２を使ったライン画像撮影シーケンスである。ライン画像ごとに異なるタイプの照明を使用してカメラ１０によって撮影された順次のライン画像は、上述した所定の異なるタイプの照明を用いて撮影された個々のライン画像の複数の反復するパターンから作られる単一のインターレースウェハ画像１７を生成する（図５のステップ１）。異なるタイプの照明の下でライン画像を迅速に撮影するこのプロセスは、ウェハ１４が完全に撮像され、単一のウェハ画像１７が生成されるまで続く。画像１７として撮影された複数のインターレースライン画像は、プロセッサ４２によって受信される。プロセッサ４２は、第１のソフトウェアコンポーネントであるラインスキャンキャプチャまたはフレームグラバ２８をサーバ上に含み、このサーバは、図４に示し、以下により詳細に説明するように、ケーブル２６を介してカメラ１０およびソフトウェアコンポーネント２０、２２、２４と電子通信する。

本発明の代替態様では、少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの高解像度ライン画像撮影デバイス（図示せず）を、前述した電荷結合素子カメラ１０の代わりに使用することができる。これらのライン画像デバイスは、ウェハ１４の１：１画像を提供し、ウェハ１４の近傍に、進行経路１１を横切って互いに並列に位置決めされる。並列のライン画像デバイスは、光学的に走査して、上述したものと同様の単一の画像１７の形で１：１の複数のインターレースライン画像を生成する。例えば、２つの並列に位置決めされたラインスキャン画像を、一方を明視野照明３０用、一方を暗視野照明３２用として使用することができ、これは、明視野照明３０および暗視野照明３２を使用する電荷結合素子カメラと同様の画像を生成する。この態様では、各照明タイプに別個の並列ラインイメージャが必要であり、単一または複数の複数照明デバイス１２を採用する場合がある。

図４を参照すると、文字認識装置５は、さらに、カメラ１０および照明デバイス１２と電子通信するプロセッサ４２を含む。プロセッサ４２は、第１のソフトウェアラインスキャンコンポーネント２８と、複数照明デバイス１２を監視または制御するための第２のソフトウェアコンポーネント２０と、進行経路１１の動きを監視または制御するための第３のソフトウェアコンポーネント２２と、進行経路１１のラインレートまたは速度を監視または制御するための第４のソフトウェアコンポーネント２４とを含む。既存の進行経路１１に文字認識装置が追加される場合、既存の動きおよびラインレートを監視することが好ましい。文字認識装置５が新たな経路内に設計される場合、追加として、能動制御が好ましい場合がある。第２から第４のソフトウェアコンポーネントそれぞれ２０、２２、２４、およびそれらに関連付けられたコンピュータハードウェア（図示せず）は、カメラ１０および照明デバイス１２の近傍、または設備の遠隔領域に位置決めされる場合がある。

異なる照明タイプの下で撮影された複数のライン画像から作られるウェハ１４の単一インターレース画像１７の撮影に続いて、プロセッサ４２内の第５のソフトウェアコンポーネントであるスクライブ検出（ＳＣＲＩＢＥ ＦＩＮＤ）２６を使用して、図３で最も良く見られるようなスクライブまたはウェハ識別マーキング１６が通常位置されているウェハ１４上の領域１５を突き止める。これは、初めに、画像１７を、照明タイプによって複数のインターレースライン画像に分離することによって達成される（図５のステップ２）。各照明タイプの下で撮影された多数の、場合によっては数千の順次ライン画像により、この分離は、異なるタイプの照明それぞれに関して、ウェハ１４の完全な画像を生成する。例えば、分離されたライン画像が、明視野照明３０の下で撮影されたウェハ１４の１つの完全な画像、暗視野照明３２に関する１つの完全な画像、および白熱光照明に関する１つの完全な画像を生成する。ウェハのフィーチャを明瞭に識別することができる分離画像を生成する処理条件の下で、異なる照明の分離画像のうち最良の完全なウェハ画像１７が選択され、それを使用して、ウェハ縁部１９、ウェハノッチまたはフラット１８を突き止めて識別し、ウェハ１４の中心（図示せず）を近似する（図５のステップ３）。典型的には、明視野照明３０画像を使用して、ウェハ縁部１９、ウェハノッチ１８を検出し、かつ中心を近似する。

ウェハ縁部１９、ウェハノッチ１８、およびウェハの中心を検出するために、ウェハ１４の円周縁部１９が検査されてノッチ１８が識別され、このノッチ１８は、そのような目的のためにウェハ１４に意図的に製造されている。円形ウェハの円周縁部１９が検査され、ノッチ１８が突き止められると、円周縁部１９からの半径の投影（図示せず）によってウェハの中心が正確に突き止められる。ウェハ縁部１９、ウェハノッチ１８、およびウェハ中心のこの識別は、上述し、図４に例示した第１のソフトウェアコンポーネント２８から第４のソフトウェアコンポーネント２４と電子通信する第５のソフトウェアコンポーネントであるスクライブ検出２６で実施される。

図２を参照すると、ノッチ１８および中心が識別された後、図２および図３に示されるようなウェハスクライブまたは識別マーキング１６を通常含むウェハ１４上の比較的小さな領域１５を識別することができる（図５のステップ４）。この比較的小さな領域１５の識別は、探索を大幅に狭め、これは、ウェハマーキング１６を検出するための画像の詳細な検査の負担を軽減する。この効率的な方法は、さらに、個々のステーションで独立した機械的なプロセスを用いずに、すなわち、ウェハ１４を物理的に移動または方向付けして、第１に領域１５を突き止め、第２に、識別のためにマーキング１６を検査することができる位置までウェハの領域１５を導くことを要さずに達成される。

次に、第６のソフトウェアコンポーネントであるスクライブ読取り（ＳＣＲＩＢＥ ＲＥＡＤ）３４を使用して、領域１５内のウェハマーク１６を閲覧する、または読み取る（図５のステップ５）。第６のスクライブ読取りコンポーネント３４では、領域１５が検査および分析され、識別マーク１６の許容できるビューまたは画像をその特定のマーカー領域１５から得ることができるかどうか判定される。マーク領域１５は、さらに、物理的なウェハ１４を物理的に位置決めし直す必要なく、領域１５をより見やすくするために電子的に回転、拡大、または操作することができる。選択された画像の画像領域１５が、識別スクライブ／マーク１６の許容できるビューまたは読取りを生成する場合、ウェハ１４の正の識別を得ることができ、残りの画像領域１５を検査する必要はない。次いで、当業者に知られている従来の方法を使用して、画像領域１５内のマーク１６を認識し、解読することができる。次いで、マーク領域１５画像およびマーク１６の解釈または読取りが、プロセッサ４２の第７のソフトウェアコンポーネントであるデータログ３８に格納される。データログ３８は、上述し、図４に例示したデバイス５の第１のソフトウェアコンポーネント２０から第６のソフトウェアコンポーネント３４と電子通信する。

マーク１６の正の識別の前に、既存のウェハ１４および処理条件の変動因子によっては、円形ウェハ１４または領域１５の楕円形または長円形画像が生成される場合がある。典型的には円形ウェハ１４の撮影画像のそのような生じ得る歪みは、例えば、加速および湾曲軌道を含めたライン経路１１上でのウェハ１４の非線形移動、またはウェハ１４の表面に対するカメラ１０の角度１３により生じる場合がある。分離された照明画像でのこの生じ得る歪みを補償するために、中間ステップを取ることができる。撮影された画像領域１５の幾何的な変形または曲げをプロセッサ４２で行って、撮影された画像を改善または補正することができる（図５のステップ４ａ）。

効率を高め、処理および計算時間を短縮するために、画像の幾何的な変形は、本発明のプロセスによって識別される小さなマーク領域１５にわたってのみ行われる。選択された照明の下で撮影された領域１５のこの幾何的な変形および検査は、プロセッサ４２の第６のソフトウェアコンポーネント３４で行われ、このコンポーネント３４は、図４に例示されているように第１のソフトウェアコンポーネント２８から第５のソフトウェアコンポーネント２６と電子通信する。本発明の装置および方法の下では、縁部１９、ノッチ１８、および中心を検出するステップの前に、画像１７全体に対して幾何的な変形を行う必要はなく、歪んだ画像に対してこのノッチ、縁部、および中心を検出するステップを行い、次いで、抽出されたノッチ、縁部、および中心データ、画像領域１５、ならびにマーク１６に対して数学的に等価な変形を加えることを受け入れることができる。

同じ照明の下での選択され分離された画像が、マーク１６の許容できる画像を生成しない場合、異なる照明の下での分離された画像全てを検査して、その画像に関する縁部１９、ノッチ１８、中心、および領域１５を検査して突き止めることが必要となる場合がある。この態様の下では、分離された画像それぞれの各領域１５が検査され、さらに必要な場合には、マーク１６の許容できる画像を生成するために幾何的に変形される。

異なる照明タイプの下で撮影された個々の分離されたマーカー画像領域１５のいずれも、識別スクライブ／マーク１６の許容できるビューまたは画像を提供しない場合、異なる照明で撮影された分離された画像領域１５の２つ以上を、第６のスクライブ読取りソフトウェアコンポーネント３４で組み合わせ、または様々な組合せで差し引いて、識別スクライブ／マーク１６の許容できる画像を提供することができる（図５のステップ６）。

本発明の装置および方法の結果は、高解像度ラインスキャンカメラ１０および複数照明デバイス１２を使用して、ウェハ１４を物理的に移動または方向付けするための別途の機器を必要とせずに、進行経路１１上でウェハ１４の任意の向きでウェハマーク１６の可読の画像を生成することができることである。ラインスキャン画像の高解像度により、デバイスおよび方法５は、他の別途のステーションや機械的なプロセスまたは支援を用いずに、マーク領域１６の突止め領域１５を識別し、必要な場合にはマーク領域１５を幾何的に変形して操作し、マーク１６を抽出することができるようになっている。また、照明に対する任意の反復調整を必要とせずに、進行経路１１に沿った一回の工程で全てのデータを取り込むことができる。

本発明を、現在考えられる最も実用的であり好ましい実施形態に関連して説明してきたが、本発明が、開示した実施形態に限定されないことを理解されたい。

本発明の概略図である。 シリコンウェハ画像の概略図である。 図２から取られたウェハマークの拡大図である。 利用されるソフトウェアの概略図である。 本発明の方法の態様の流れ図の概略図である。

Claims (23)

1. 進行経路に沿って移動するシリコンウェハ上のマーキングを突き止めて読み取るための無指向型光学式文字認識装置であって、
   前記進行経路に沿って位置決めされ、第１のウェハ画像を生成するために前記進行経路上の前記シリコンウェハの複数の順次ライン画像を撮影するためのカメラと、
   前記進行経路に沿って位置決めされ、前記ライン画像が撮影される領域内に前記ウェハによって横切られる前記進行経路に沿って少なくとも２つの異なるタイプの照明を投射するための照明デバイスであって、前記複数のライン画像の前記撮影と同期して前記照明タイプを変えるように適合されている照明デバイスと、
   前記カメラと電子通信するプロセッサであって、前記第１のウェハ画像からの前記ライン画像を、異なる照明の少なくとも２つの個別ウェハ画像に分離し、異なる照明の少なくとも２つのウェハ画像のうちの少なくとも１つ上のウェハマーキングを識別し、該ウェハマーキングを読み取るための前記プロセッサと
   を備えることを特徴とする光学式文字認識装置。
2. 前記カメラが、前記第１の進行経路の上方に、前記進行経路に対して垂直から第１の角度で位置決めされていることを特徴とする請求項１記載の光学式文字認識装置。
3. 前記カメラが電荷結合素子カメラであることを特徴とする請求項２記載の光学式文字認識装置。
4. 前記カメラが、さらに、互いに隣接して、前記進行経路を横切るように位置決めされた少なくとも２つの個別のカメラを備えることを特徴とする請求項２記載の光学式文字認識装置。
5. 前記少なくとも２つの異なるタイプの照明が、明視野照明、暗視野照明、白熱光照明、およびＬＥＤ照明を含むことを特徴とする請求項１記載の光学式文字認識装置。
6. 前記照明デバイスが、前記第１の進行経路の上方に、前記進行経路に対して垂直から第２の角度で位置決めされていることを特徴とする請求項１記載の光学式文字認識装置。
7. 前記照明デバイスの前記第２の角度が、垂直から前記カメラの第１の角度位置と実質的に等しく、垂直に関して実質的に対称であることを特徴とする請求項６記載の光学式文字認識装置。
8. 前記プロセッサが、前記カメラから前記ライン画像を受信する第１のコンピュータソフトウェアコンポーネントを含むことを特徴とする請求項１記載の光学式文字認識装置。
9. 前記プロセッサが、さらに、前記カメラ、照明デバイス、およびライン経路と電子通信し、それぞれ前記照明デバイス、前記進行経路の動き、および前記進行経路の速度を監視するための第２、第３、および第４のコンピュータソフトウェアコンポーネントを備えることを特徴とする請求項１記載の光学式文字認識装置。
10. 前記第２、第３、および第４のコンピュータソフトウェアコンポーネントが、それぞれ前記照明デバイス、前記進行経路の動き、および前記進行経路の速度を制御することを特徴とする請求項９記載の光学式文字認識装置。
11. 前記プロセッサが、さらに、前記ウェハマーキングが位置された識別可能領域を突き止めるための第５のコンピュータソフトウェアコンポーネントを備えることを特徴とする請求項１記載の光学式文字認識装置。
12. 前記第５のソフトウェアコンポーネントが、前記ウェハの縁部、前記ウェハの縁部ノッチ、前記ウェハの中心、および前記ウェハマーキングを含む前記領域を突き止める請求項１１記載の光学式文字認識装置。
13. 前記プロセッサが、さらに、前記ウェハマークを読み取るための第６のソフトウェアコンポーネントを備えることを特徴とする請求項１記載の光学式文字認識装置。
14. 進行経路に沿って移動するシリコンウェハ上のマーキングを突き止めて読み取るための無指向型光学式文字認識装置であって、
    前記進行経路上の前記ウェハに対して垂直から第１の角度で前記進行経路に沿って位置決めされたカメラであって、第１のウェハ画像を生成するために前記進行経路上の前記シリコンウェハの複数の順次ライン画像を撮影するように適合されている前記カメラと、
    第２の角度で前記進行経路に沿って位置決めされた複数照明デバイスであって、前記順次ライン画像それぞれの前記撮影に同期して順次に変わる複数の異なるタイプの照明を投射する複数照明デバイスと、
    前記カメラおよび前記照明デバイスと電子通信するプロセッサであって、６つのソフトウェアコンポーネントを含み、第１のソフトウェアが前記ライン画像を受信し、第２、第３、および第４のソフトウェアコンポーネントが、それぞれ前記カメラ、前記照明デバイス、および前記進行経路の速度を監視する機能を有し、第５のソフトウェアコンポーネントが、前記第１のウェハ画像を異なる照明タイプの複数のウェハ画像に分離して、前記ウェハの縁部、ノッチ、中心、およびマーク領域を突き止める機能を有し、第６のソフトウェアコンポーネントが、前記ウェハマークを読み取る機能を有する前記プロセッサと
    を備えることを特徴とする光学式文字認識装置。
15. 第１の進行経路に沿って移動するシリコンウェハ上のマーキングを突き止めて読み取るための無指向型光学式文字認識の方法であって、
    前記ウェハの複数のライン画像を順次に撮影し、交替する照明タイプを前記ライン画像の領域内に順次に投射して、交替する照明タイプの順次ライン画像の単一ウェハ画像を生成することによって、単一のウェハ画像を生成するステップと、
    前記ウェハマーキングを含む前記ウェハ上の領域を突き止めるステップと、
    前記ウェハマーキングを読み取り、前記ウェハを識別するステップと
    を含むことを特徴とする光学式文字認識方法。
16. 前記ウェハマーキングを含む前記ウェハ上の領域を突き止める前記ステップが、さらに、前記単一のウェハ画像を、同じ照明を有する個々のウェハ画像に分離するステップと、前記分離されたウェハ画像の少なくとも１つを検査して、前記ウェハの縁部、縁部のノッチ、および近似中心を突き止めるステップとを含むことを特徴とする請求項１５記載の光学式文字認識方法。
17. 第１の進行経路に沿って移動するシリコンウェハ上のマーキングを突き止めて読み取るための無指向型光学式文字認識の方法であって、
    交替する照明タイプのインターレースライン画像の単一ウェハ画像を生成するステップと、
    前記インターレースされた単一のウェハ画像を、同じ照明タイプの個別ウェハ画像に分離するステップと、
    前記ウェハマーキングを含む領域を突き止めるステップと、
    前記ウェハマーキングを読み取り、前記ウェハを識別するステップと
    を含むことを特徴とする光学式文字認識方法。
18. 前記インターレースされた単一のウェハ画像を生成する前記ステップが、さらに、前記進行経路に沿って前記ウェハと視覚通信するように位置決めされたカメラを使用して、前記ウェハの複数のライン画像を順次に撮影するステップを含むことを特徴とする請求項１７記載の光学式文字認識方法。
19. 単一のウェハ画像を生成する前記ステップが、さらに、前記ウェハの撮影された前記ライン画像と視覚通信する複数照明デバイスを使用して、各順次ライン画像の前記撮影と同期して、少なくとも２つの順次に交替する照明タイプを投射するステップを含むことを特徴とする請求項１８記載の光学式文字認識方法。
20. 前記ウェハマーキングを含む領域を突き止める前記ステップが、さらに、前記分離されたウェハ画像の少なくとも１つを検査し、前記分離された画像の少なくとも１つを選択し、少なくとも１つの前記選択されたウェハの縁部のノッチを突き止め、前記選択された画像の近似中心を突き止めることを含むことを特徴とする請求項１７記載の光学式文字認識方法。
21. さらに、前記マーキングの視認性を改善するために、前記ウェハマーキングを読み取る前に、前記ウェハマーキングを含む前記領域の幾何的な変形を行うステップを含むことを特徴とする請求項１７記載の光学式文字認識方法。
22. さらに、前記分離された画像それぞれを検査し、異なる照明を有する前記分離されたウェハ画像それぞれにおいて、前記ウェハマーキングを含む前記領域に対して幾何的な変形を行い、前記ウェハマーキングを含む前記変形された領域を個々に検査して、前記ウェハマーキングを含む前記分離され変形された領域の任意の１つで前記ウェハマーキングを読み取ることができるかどうか判定することを含むことを特徴とする請求項１７記載の光学式文字認識方法。
23. さらに、前記ウェハマーキングを含む前記分離され、異なる照明を受けており、変形された少なくとも２つの領域を組み合わせて、前記マーキングを含む前記組み合わされた領域内で前記ウェハマーキングを読み取ることができるかどうか判定するステップを含むことを特徴とする請求項２２記載の光学式文字認識方法。

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