DE112006001820T5

DE112006001820T5 - Optimieren der Verwendung und Leistung von optischen Systemen, die mit telezentrischer Dunkelfeldbeleuchtung auf der Achse implementiert werden

Info

Publication number: DE112006001820T5
Application number: DE112006001820T
Authority: DE
Inventors: Leo Beaverton Baldwin; Joseph J. Vancouver Emery
Original assignee: Electro Scientific Industries Inc
Current assignee: Electro Scientific Industries Inc
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-06-26
Also published as: TWI436050B; US20070009257A1; GB2442152A; KR101322292B1; WO2007008742A1; CN101218500A; CN101218500B; US20090225539A1; SG163534A1; US7862207B2; US7725024B2; JP2009500631A; CN101887032B; US20090219518A1; US7929857B2; CN101887032A; GB0724025D0; KR20080033230A; TW200720650A; KR101306837B1

Abstract

Abbildungssystem zum Abbilden eines Defekts an einem planaren spiegelnden Objekt, wobei das Abbildungssystem umfasst:
eine telezentrische Linse mit einer ausreichend asphärischen Oberfläche, so dass die telezentrische Linse im Wesentlichen hinsichtlich einer optischen Aberration korrigiert ist;
eine telezentrische Blende mit einer Öffnung darin, um Licht, das vom planaren spiegelnden Objekt reflektiert wird, zu blockieren, während Licht, das vom Defekt reflektiert wird, durch die Öffnung hindurchtreten lassen wird; und
eine Linsengruppe mit einer Systemblende, die zwischen der telezentrischen Blende und der Linsengruppe angeordnet ist, wobei die Linsengruppe im Wesentlichen hinsichtlich der optischen Aberration unabhängig von der telezentrischen Linse korrigiert ist.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft eine Abbildungsoptik und zugehörige Beleuchtungssysteme. Insbesondere betrifft diese Offenbarung Systeme und Verfahren zum Verbessern der telezentrischen Dunkelfeldbeleuchtung auf der Achse.
Hintergrundinformation
Es besteht eine Klasse von Halbleiterprodukten, die vorwiegend planar und spiegelnd (flach und glänzend) sind. Es ist häufig erforderlich oder erwünscht, diese Bauelemente in einer solchen Weise abzubilden, dass sogar geringfügige Abweichungen von planar und spiegelnd mit einem angemessenen Kontrast abgebildet werden. Eine solche Klasse von Produkten sind Halbleiterwafer, die mit Angaben versehen sein können, die unter anderem die Wafernummer und den Hersteller angeben. Diese Angaben sind Defekte in der Oberfläche des Wafers und sind typischerweise eine Matrix von mit einem Laser geätzten Vertiefungen. Diese Angaben sind auf dem Fachgebiet als "weiche Markierungen" bekannt. Diese Markierungen werden abgebildet, um die Codes in verschiedenen Schritten entlang des Herstellungsprozesses zu lesen.
Nachdem die Halbleiterwafer vereinzelt (im Allgemeinen durch eine Säge und/oder einen Laser in individuelle rechteckige Bauelemente geschnitten) wurden, kann es erforderlich oder erwünscht sein, die Kanten auf kleine Späne und Risse zu untersuchen, die sich über die Zeit ausbreiten und einen vorzeitigen Bauelementausfall verursachen können. Diese Untersuchungsprozesse sind automatisiert und verwenden elektronische Abbildungskameras in Kombination mit digitalen elektronischen Computern, die dazu programmiert sind, die erforderlichen Untersuchungen, Messungen und Identifikationen durchzuführen.
Die Dunkelfeldbeleuchtung ist im Allgemeinen ein Verfahren, das Fachleuten gut bekannt ist, und ist insbesondere nützlich, um Defekte an spiegelnden Objekten zu untersuchen. Die Definition der Dunkelfeldbeleuchtung hängt von den Eigenschaften der Beleuchtungsquelle, ihrer Position relativ zu sowohl dem Objekt als auch dem Beobachter oder der Kamera und von den Eigenschaften des beleuchteten Objekts ab. Um die Definition einer Dunkelfeldbeleuchtung zu erfüllen, ist es erforderlich, dass die Mehrheit der auf das Objekt einfallenden Beleuchtung in einer Richtung oder Richtungen reflektiert wird, die nicht in die optische Blendenöffnung des Beobachters oder der Kamera eintritt/eintreten. Die Dunkelfeldbeleuchtung kann mit der Hellfeldbeleuchtung verglichen werden, bei der die Mehrheit des Lichts direkt in die Kamera reflektiert wird.
Die Dunkelfeldbeleuchtung kann durch Anordnen einer Lichtquelle derart, dass sie auf das Objekt in einem Winkel zur Linie zwischen der Kamera und dem Objekt zeigt, erreicht werden. Dieser Winkel wird so ausgewählt, dass er größer ist als der Winkel, über den das Objekt Licht streut. Wenn das Objekt eine im Allgemeinen diffuse reflektierende Art aufweist, dann wird der Winkel so ausgewählt, dass er größer ist als der halbe Winkel, über den das Objekt einfallende Beleuchtung durch diffuse Reflexion verteilt. Wenn das Objekt spiegelnd ist (z. B. wenn das Objekt einfallende Beleuchtung über einen kleinen Winkel oder mit sehr niedrigem Wirkungsgrad oder beidem streut), dann kann der Winkel so ausgewählt werden, dass er sehr klein ist.
Es kann erwünscht sein, die Beleuchtungsquelle symmetrisch zu machen. In diesem Fall kann die Quelle in einer Ringform hergestellt werden und koaxial zur optischen Achse angeordnet werden oder eine Vielzahl von Quellen können in einer Ringform angeordnet werden. Der Durchmesser dieses Rings und seine Nähe zum Objekt bestimmen den Bereich von Winkeln, über die die Beleuchtung auf das Objekt einfällt. Solche Lichter sind Fachleuten als Ringlichter bekannt und sind verschiedenartig als "hoher Winkel" und "niedriger Winkel" konfiguriert.
Bei der Abbildung bestimmter Objekte ist es erwünscht, sehr geringfügige Merkmale in einer Oberfläche hervorzuheben, die ansonsten im Wesentlichen planar und spiegelnd ist. Diese umfassen weiche Markierungen und die Kanten von vereinzelte Bauelementen. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, die Beleuchtungsquelle so nahe wie möglich auf die Achse mit dem Abbildungssystem zu bringen, ohne zu verursachen, dass die Beleuchtungsquelle direkt in das Abbildungssystem reflektiert wird (z. B. Auswählen eines schmalen Winkels). Eine wirksame Weise, um dies zu erreichen, wie derzeit bekannt ist, ist mit Hilfe von Ablenkplatten und das Vorsehen einer speziellen Ausrichtung zwischen der Beleuchtungsquelle, dem Objekt, den Ablenkplatten und dem Abbildungssystem.
Bei der Konstruktion von Maschinensichtsystemen und Waferidentifikations-(ID)Systemen macht ein Entwickler (z. B. ein Systemingenieur) im Allgemeinen eine Anzahl von Konstruktionskompromissen. Wenn beispielsweise eine Linsenblendenöffnung groß gemacht wird, ist eine begrenzende Auflösung des Systems im Allgemeinen höher und das System ist im Allgemeinen effizienter. Ein effizienteres System verlangt weniger Empfindlichkeit oder Verstärkung von einem Bildsensor und das System verlangt weniger Licht von einem Beleuchtungssystem. Wenn das Beleuchtungssystem weniger Licht verlangt, wird einem Leistungsversorgungssystem weniger Anforderung auferlegt und weniger Wärme wird abgestrahlt. Die Wärmeabstrahlung ist im Allgemeinen eine Haupthürde beim Erreichen eines Konstruktionsziels zum Erreichen einer kompakten Baugruppe.
Wenn die Systemblendenöffnung dagegen klein gemacht wird, wird die begrenzende Auflösung des Systems verringert, einige Aberrationen werden verringert, eine Tiefenschärfe wird erhöht, eine sehr signifikante Anforderung wird dem Bildsensor für die Empfindlichkeit und/oder Verstärkung auferlegt und eine sehr signifikante Anforderung wird dem Beleuchtungssystem auferlegt, um wesentlich mehr Licht zu liefern. Die Anforderungen für das Beleuchtungssystem erlegen dem Leistungsversorgungssystem Anforderungen auf und verschlimmern dadurch Probleme der Wärmeabstrahlung innerhalb einer kompakten Baugruppe.
Bisher haben kommerzielle Wafer-ID-Lesesyteme, einschließlich vorheriger Generationen, die von Electro Scientific Industries, Inc., in Portland, Oregon, dem Anmelder dieser Patentanmeldung, hergestellt wurden (z. B. ScribeView^TM, Modelle 1 bis 5P), und andere innerhalb der Industrie (z. B. Cognex Corp. in Natick, Massachusetts, und Kowa Co., LTD. in Tokio, Japan) optische Systeme mit einem Arbeitsabstandsbereich (Tiefenschärfe im Objektraum) von ungefähr ±1 mm oder weniger verwendet. Obwohl solche Systeme arbeitsfähig sind, erfordern sie, dass ein Benutzer Einstellungen an der Brennpunktposition der Linse und/oder eine Einstellung an der Position des Wafer-ID-Lesers vornimmt, um sogar unbedeutende Änderungen am Arbeitsabstand zu berücksichtigen. Der Arbeitsabstand kann sich beispielsweise ändern, wenn sich die Dicke des Objekts ändert oder wenn im Robotersystem, das den Wafer an das Wafer-ID-Lesesystem übergibt, eine Ungenauigkeit besteht.
Es wäre bevorzugt, wenn der Bereich von Arbeitsabständen für ein Wafer-ID-System in einer festen Konfiguration mehr als ungefähr ±1 mm überspannen würde. Wenn dieser Bereich um eine Größenordnung erweitert werden könnte, wäre die Fokussierung und Einrichtung des Systems im Vergleich zu existierenden Systemen trivial. Derzeitige Systeme erfordern beispielsweise im Allgemeinen die Montage und Fokussierung des Systems in einem eingeschalteten Zustand gemäß einer iterativen Prozedur, in der das Bild elektronisch überwacht werden kann und ein Benutzer eine Änderung an der Brennpunkteinstellung oder -position vornehmen kann, während er ein elektronisch dargestelltes Bild überwacht. Der Benutzer nimmt im Allgemeinen Einstellungen vor, bis ein zufrieden stellendes Bild erhalten wird. Wenn der Arbeitsabstandsbereich auf ungefähr ±10 mm erweitert werden könnte, könnte der Wafer unter Verwendung eines einfachen Lineals zum Bestimmen eines geeigneten Arbeitsabstandes montiert werden, während sich das Wafer-ID-System in einem nicht-betriebenen Zustand befindet.
Bei existierenden Systemen erfordern Prozessschwankungen, die eine Änderung im Arbeitsabstand von ungefähr 1 mm verursachen, überdies im Allgemeinen einen Benutzereingriff, um entweder den Prozess einzustellen, um den vorherigen Arbeitsabstand wieder zu erreichen, oder um den Brennpunkt des Wafer-ID-Systems einzustellen, beispielsweise indem ein Linsenfokuszylinder gedreht wird oder eine Brennpunkteinstellschraube gedreht wird. Es wäre bevorzugt, wenn geringfügige Prozessschwankungen, die zu Änderungen im Arbeitsabstand um nur einige Millimeter führen würden, durch das Wafer-ID-System ohne Benutzereingriff angepasst werden könnten.
Zusammenfassung der Offenbarung
Die hierin offenbarten Ausführungsbeispiele stellen Systeme und Verfahren zum Abbilden eines planaren spiegelnden Objekts wie z. B. eines Halbleiterwafers bereit. In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Abbildungssystem zum Abbilden eines Defekts an einem planaren spiegelnden Objekt eine telezentrische Linse mit einer ausreichend asphärischen Oberfläche, so dass die telezentrische Linse hinsichtlich einer optischen Aberration ausreichend korrigiert ist. Das Abbildungssystem umfasst auch eine telezentrische Blende mit einer Öffnung darin, um Licht, das vom planaren spiegelnden Objekt reflektiert wird, zu blockieren, während ermöglicht wird, dass vom Defekt reflektiertes Licht durch die Öffnung hindurchtritt. Das Abbildungssystem umfasst auch eine zweite Linsengruppe mit einer Systemblende, die zwischen der telezentrischen Blende und der zweiten Linsengruppe positioniert ist, wobei die zweite Linsengruppe im Wesentlichen hinsichtlich der optischen Aberration unabhängig von der telezentrischen Linse korrigiert ist.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst eine telezentrische Dunkelfeld-Beleuchtungsvorrichtung auf der Achse (TOAD-Beleuchtungsvorrichtung) eine erste kreisförmige Anordnung von Beleuchtungsquellen, die in Bezug auf einen Mittelpunkt radial angeordnet sind. Die erste kreisförmige Anordnung liegt in einem ersten Radius vom Mittelpunkt. Die TOAD-Beleuchtungsvorrichtung umfasst auch eine zweite kreisförmige Anordnung von Beleuchtungsquellen, die tangential in Bezug auf den Mittelpunkt angeordnet sind. Die zweite kreisförmige Anordnung liegt in einem zweiten Radius vom Mittelpunkt. In einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Radius länger als der erste Radius.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Ausrichten einer telezentrischen Dunkelfeld-Beleuchtungsvorrichtung auf der Achse (TOAD-Beleuchtungsvorrichtung) mit einer im Wesentlichen spiegelnden Oberfläche bereitgestellt. Die TOAD-Beleuchtungsvorrichtung weist eine Vielzahl von konzentrischen Beleuchtungsanordnungen auf. Das Verfahren umfasst das Einstellen eines Einfallswinkels zwischen der TOAD-Beleuchtungsvorrichtung und einer Objektebene in einer ersten Richtung, bis ein Bereich mit starker Helligkeit im Wesentlichen von einer ersten Seite eines Bildes der spiegelnden Oberfläche entfernt ist, und die Aufzeichnung des eingestellten Einfallswinkels als erste Messung. Das Verfahren umfasst auch das Einstellen des Einfallswinkels zwischen der TOAD-Beleuchtungsvorrichtung und der Objektebene in einer entgegengesetzten Richtung im Vergleich zur ersten Richtung, bis der Bereich mit starker Helligkeit im Wesentlichen von einer zweiten Seite des Bildes der spiegelnden Oberfläche entfernt ist, und die Aufzeichnung des neu eingestellten Einfallswinkels als zweite Messung. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen eines ausgerichteten Einfallswinkels für die erste Richtung als ungefähre Differenz zwischen der ersten Messung und der zweiten Messung.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Abbildungssystem zum Abbilden eines Halbleiterwafers eine Einrichtung zum Beleuchten des Wafers und eine Einrichtung zum Liefern eines Bildes des Wafers zu einer Abtasteinrichtung. Ein Arbeitsabstand ist durch einen Abstand zwischen dem Wafer und der Einrichtung zum Liefern des Bildes zur Abtasteinrichtung definiert. Das Abbildungssystem umfasst ferner eine Einrichtung zum Aufrechterhalten des Brennpunkts des Bildes, wenn sich der Arbeitsabstand über einen Bereich von ungefähr ±10 mm ändert.
Zusätzliche Aspekte und Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen vor sich geht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A ist ein teilweise bildhaftes, teilweises Schnittdiagramm eines optischen Abbildungssystems zur Abbildung eines planaren Objekts.
1B ist eine Draufsicht auf eine Beleuchtungsquelle des Standes der Technik, die von dem in 1A gezeigten optischen Abbildungssystem verwendbar ist.
2 ist ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen ringförmigen Beleuchtungsanordnung mit einer Vielzahl von Beleuchtungsquellen 210.
3 ist ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Anordnung der in 2 gezeigten ringförmigen Beleuchtungsanordnung, die konzentrisch mit drei anderen ringförmigen Beleuchtungsanordnungen angeordnet ist.
4 ist ein schematisches Diagramm einer Vielzahl von konzentrisch angeordneten Beleuchtungsanordnungen, die gemäß einem Ausführungsbeispiel angeordnet sind.
5 ist ein Ablaufplan, der einen Prozess zum Anordnen einer Beleuchtungsanordnung mit hoher Dichte gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
6 ist ein Ablaufplan, der einen Prozess zum Ausrichten von telezentrischen Dunkelfeld-Beleuchtungsanordnungen auf der Achse (TOAD-Beleuchtungsanordnungen) gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
7A und 7B stellen Photographien eines Spiegels, der an einer Lesereinheit erfasst wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Systeme und Verfahren zum Beleuchten und Erzeugen eines Bildes einer vorwiegend planaren und spiegelnden Oberfläche werden bereitgestellt, so dass Abweichungen von der Planarität oder Spiegelartigkeit der abgebildeten Oberfläche mit einem verbesserten Kontrast wiedergegeben werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein vergrößerter Arbeitsabstandsbereich bereitgestellt, um Veränderungen der abgebildeten Oberfläche und/oder Veränderungen eines Abstandes zwischen der Oberfläche und einem Identifikations-(ID)System zu berücksichtigen.
Außerdem oder in einem weiteren Ausführungsbeispiel werden konzentrische kreisförmige Anordnungen von Beleuchtungsquellen für eine erhöhte Beleuchtung angeordnet, ohne die Durchmesser der jeweiligen Anordnungen zu vergrößern. In einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Ausrichten von konzentrischen Beleuchtungsanordnungen auf eine abzubildende Oberfläche, um den Einfallswinkel zu verringern, bereitgestellt. Außerdem oder in anderen Ausführungsbeispielen umfasst ein System eine vordere Linse und eine hintere Linsengruppe, die unabhängig voneinander hinsichtlich Störungen gut korrigiert sind, so dass die Vergrößerung des Systems ohne Ändern sowohl der vorderen Linse als auch der hinteren Linsengruppe geändert werden kann.
Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele verwenden eine telezentrische Linse, um Objekte mit einer symmetrischen, koaxialen Dunkelfeldbeleuchtung mit schmalem Winkel zu beleuchten. Dieses Beleuchtungsverfahren ist für das Hervorheben von geringfügigen Strukturen oder Defekten an planaren spiegelnden Objekten besonders geeignet. Spezielle Beispiele solcher Objekte umfassen Siliziumwafer. Die Defekte können Symbole von weichen Markierungen auf Siliziumwafern und/oder Kantenunregelmäßigkeiten an Bauelementen im Chipmaßstab umfassen.
Eine Lichtquelle liefert ringförmige Lichtstrahlkegel in Richtung einer telezentrischen Linse. Die telezentrische Linse lenkt die Lichtstrahlen in Richtung eines im Wesentlichen planaren und spiegelnden Objekts um, so dass die Lichtstrahlen parallel und zum Objekt senkrecht sind. Eine Eigenschaft des planaren spiegelnden Objekts besteht darin, Licht in einem Winkel zu reflektieren, der zum Einfallswinkel komplementär ist. In diesem Fall wird das Licht folglich senkrecht zur Oberfläche des Objekts reflektiert. Bei der Reflexion werden die Lichtstrahlen hierin als Bildstrahlen bezeichnet. Die Bildstrahlen werden von einem im Wesentlichen planaren spiegelnden Objekt zurückreflektiert und durch die telezentrische Linse invers auf den Punkt transformiert, an dem sie entsprungen sind.
Das System stellt eine telezentrische Blende bereit, wobei eine zentrale Öffnung mit der Lichtquelle übereinstimmt, so dass im Wesentlichen kein Licht zu einer Kamera hindurchtritt. Wenn jedoch ein Defekt in der spiegelnden Oberfläche besteht, wird das Licht gestört und es ist wahrscheinlich, dass ein gewisser Teil des Lichts durch die Öffnung der telezentrischen Blende und auf die Kamera hindurchtritt.
Nun wird auf die Figuren Bezug genommen, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Elemente beziehen. Der Deutlichkeit halber gibt die erste Ziffer einer Bezugsziffer die Figurnummer an, in der das entsprechende Element zum ersten Mal verwendet wird. In der folgenden Beschreibung werden für ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele zahlreiche spezifische Details bereitgestellt. Fachleute werden jedoch erkennen, dass die Ausführungsbeispiele ohne eines oder mehrere der spezifischen Details oder mit anderen Verfahren, Komponenten oder Materialien ausgeführt werden können. Ferner werden in einigen Fällen gut bekannte Strukturen, Materialien oder Vorgänge nicht im Einzelnen gezeigt oder beschrieben, um es zu vermeiden, die Aspekte der Ausführungsbeispiele unklar zu machen. Ferner können die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einer beliebigen geeigneten Weise in einem oder mehreren Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
Ein Wafer-ID-System ist im US-Patent Nr. 6 870 949 (nachstehend "949-Patent") beschrieben. Bestimmte hierin erörterte Ausführungsbeispiele modifizieren das '949-Patent so, dass sie zusätzliche Merkmale umfassen, die den Arbeitsabstandsbereich für eine feste Konfiguration erheblich erweitern (z. B. ungefähr zehnmal), ohne physikalische oder optische Einstellungen zu benötigen, und die die Änderung der Vergrößerung des Systems vereinfachen. Für Erörterungszwecke werden die 3 und 5 des '949-Patents als 1A bzw. 1B hierin gezeigt und erörtert.
1A ist ein teilweise bildhaftes, teilweises Schnittdiagramm eines optischen Abbildungssystems 100 zum Abbilden eines planaren Objekts 102. Das planare Objekt 102 kann beispielsweise einen Siliziumwafer umfassen, der spiegelnder Art ist. Siliziumwafer umfassen im Allgemeinen Defekte wie z. B. weiche Markierungen (nicht dargestellt). Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, besteht eine weiche Markierung aus einer Sammlung von durch einen Laser geätzten Vertiefungen und liefert Informationen hinsichtlich eines speziellen Siliziumwafers, auf den sie geätzt ist. Siliziumwafer umfassen im Allgemeinen auch eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen. Obwohl die vorliegende Offenbarung hinsichtlich der Untersuchung von Siliziumwafern und insbesondere der Abbildung von weichen Markierungen beschrieben wird, ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Offenbarung gleiche Anwendbarkeit auf die Abbildung anderer planarer Objekte hat. Wenn beispielsweise Halbleiterbauelemente vereinzelt werden, können sie gemäß bestimmten hierin offenbarten Ausführungsbeispielen auf Kantendefekte untersucht werden.
Das in 1A gezeigte optische Abbildungssystem 100 umfasst ein Paar von Linsengruppen, die hierin als hintere Gruppe 108 und als telezentrische Feldlinse 110 bezeichnet werden. Eine Quelle für geeignete Linsen für sowohl die hintere Linsengruppe 108 als auch die telezentrische Feldlinse 110 ist Edmund Optics Inc. in Barrington, New Jersey. Die hintere Linsengruppe 108 und die telezentrische Feldlinse 110 arbeiten zusammen, um ein Bild 113 eines Defekts wie z. B. einer weichen Markierung auf eine Kamera 114 zu richten, wie nachstehend genauer beschrieben wird. Die Kamera 114 ist vorzugsweise eine Digitalkamera mit einem Sensor des Typs ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) oder komplementärer Metalloxid-Halbleiter (CMOS).
Die hintere Linsengruppe 108 ist durch eine Sammlung von korrigierten Objektivlinsen definiert und umfasst eine Eintrittspupille 109. Die hintere Linsengruppe 108 besitzt vorzugsweise eine geringe Verzerrung und weist eine ausreichende Auflösungsleistung auf, um die Kamera 114 zu ergänzen. Es ist selbstverständlich, dass die hintere Linsengruppe 108 in Abhängigkeit davon, welche Art von Kamera 114 verwendet wird, anders sein kann. Wie nachstehend erörtert, sind in einem hierin offenbarten Ausführungsbeispiel die hintere Linsengruppe 108 und die telezentrische Feldlinse 110 jeweils unabhängig voneinander hinsichtlich Aberrationen gut korrigiert, so dass eine ersetzt werden kann, ohne sich auf die Leistung der anderen auszuwirken.
Es ist selbstverständlich, dass die telezentrische Feldlinse 110 als telezentrische Feldlinse arbeitet, um die Abbildung des Objekts entlang der Ebene des Objekts 102 telezentrisch zu machen. Anders ausgedrückt sind die Lichtstrahlen zueinander parallel, wenn sie die telezentrische Linse 110 verlassen, und sind vorzugsweise zur Ebene des Objekts 102 senkrecht. Wenn sie durch eine Lichtquelle 118 beleuchtet wird, ist es selbstverständlich, dass die telezentrische Linse 110 und die Linsengruppe 108 arbeiten, um das Bild 113 an der Kamera 114 zu erzeugen. Die telezentrische Linse 110 besitzt eine Anzahl von definierenden Eigenschaften, einschließlich einer Achse 111 und einer telezentrischen Öffnung oder eines Brennpunkts. Wie in 1A dargestellt, fällt der Brennpunkt der telezentrischen Feldlinse 110 mit der Eintrittspupille 109 der hinteren Linsengruppe 108 zusammen. Die Achse 111 definiert die optische Achse für das System 100 derart, dass die hintere Linse 108 und die Kamera 114 ähnlich entlang der Achse 111 angeordnet sind.
Die Lichtquelle 118 ist positioniert, um eine Beleuchtung mit schmalem Winkel vorzusehen, die zur Achse 111 der telezentrischen Feldlinse 110 koaxial ist. 1A stellt eine physikalische Positionierung der Lichtquelle 118 entlang der Achse 111 dar. Wie im '949-Patent offenbart, ist es jedoch selbstverständlich, dass die Lichtquelle 118 physikalisch von der Achse 111 entfernt in einer optisch äquivalenten Weise positioniert werden kann. 6 des '949-Patents stellt beispielsweise eine andere Position der Lichtquelle 118 dar, die zu dem in 1A hierin gezeigten Ausführungsbeispiel optisch äquivalent ist. Die optische Äquivalenz wird unter Verwendung eines teilweise reflektierenden Spiegels oder Strahlteilers (nicht dargestellt), der entlang der Achse 111 der telezentrischen Feldlinse 110 angeordnet wird, erreicht. Der Strahlteiler ermöglicht, dass die Lichtquelle 118 senkrecht zur Achse 111 der telezentrischen Feldlinse 110 angeordnet wird.
Eine telezentrische Blende 116 ist zwischen der hinteren Linsengruppe 108 und der telezentrischen Feldlinse 110 angeordnet. Die telezentrische Blende 116 ist auf der Achse 111 der telezentrischen Feldlinse 110 zentriert. Die telezentrische Blende 116 ist vorzugsweise nahe der Eintrittspupille 109 der hinteren Linsengruppe 108 angeordnet. Die telezentrische Blende 116 ist vorzugsweise eine physikalische optische Öffnung, die eine zentrale Öffnung 117 umfasst. Die Öffnung 117 ist auch nahe dem Brennpunkt der telezentrischen Linse 110 angeordnet.
1B ist eine Draufsicht auf eine Beleuchtungsquelle 118, die durch das in 1A gezeigte optische Abbildungssystem verwendbar ist. Die in 1B dargestellte Beleuchtungsquelle umfasst eine ringförmige Lichtquelle unter Verwendung einer Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs) 120, die an einer Leiterplatte 121 angebracht sind. Es ist selbstverständlich, dass in einem Ausführungsbeispiel die Leiterplatte 121 als telezentrische Blende 116 fungieren kann. Die Leiterplatte 121 umfasst eine Öffnung 121A, die zumindest so groß wie die Öffnung 117 der telezentrischen Blende 116 ist.
In dem Fall, dass eine Irisblendenöffnung zusammen mit der telezentrischen Blende 116 verwendet wird, ist die Öffnung 121A zumindest so groß wie die größte verfügbare Öffnungseinstellung. Wie gezeigt, sind die LEDs 120 zu einer inneren kreisförmigen Gruppe 119A und einer äußeren kreisförmigen Gruppe 119B organisiert. Es ist selbstverständlich, dass die innere Gruppe 119A und die äußere Gruppe 119B eine geringfügig unterschiedliche Beleuchtung mit schmalem Winkel des Objekts 102 bereitstellen. Die innere Gruppe 119A und die äußere Gruppe 119B können in Abhängigkeit von den Beschaffenheiten des Objekts 102 gleichzeitig oder abwechselnd beleuchtet werden. Es ist selbstverständlich, dass zusätzliche kreisförmige Gruppen der LEDs 120 bereitgestellt werden könnten.
Die Empfindlichkeit des optischen Abbildungssystems 100 für eine Art von Defekt wird hauptsächlich durch das Öffnungsverhältnis zwischen der telezentrischen Linse 110 und dem Durchmesser der Lichtquelle 118 bestimmt. Diese Empfindlichkeit kann beispielsweise durch Auswählen zwischen den verschiedenen Durchmessern der inneren Gruppe 119A und der äußeren Gruppe 119B der Lichtquelle 118 eingestellt werden. Alternativ kann diese Empfindlichkeit durch selektives Einstellen des Durchmessers der Öffnung 117 der telezentrischen Blende 116 eingestellt werden. Die Öffnung 117 kann durch die Verwendung einer Irisblende einstellbar sein, um ein einstellbares Öffnungsverhältnis für das System 100 vorzusehen.
Im Betrieb bewirkt die Lichtquelle 118, dass Lichtstrahlen 128, 130 in Richtung der telezentrischen Feldlinse 110 derart projizieren, dass die Strahlen 128, 130 nahe dem Objekt 102 fokussiert werden und im Wesentlichen zueinander parallel sind. Es ist selbstverständlich, dass die Lichtstrahlen 128, 130 als ringförmige Kegel projiziert werden, die parallel werden, wenn sie durch die telezentrische Linse 110 hindurchtreten. Die Lichtstrahlen 128, 130 werden vom Objekt 102 als Bilderzeugungsstrahlen 122, 124, 126 reflektiert. Im Fall, dass die Lichtstrahlen 128, 130 von einem spiegelnden Teil des Objekts 102 reflektieren, treffen die Bilderzeugungsstrahlen 122, 126 auf die telezentrische Blende 116 auf und treten nicht in die hintere Linsengruppe 108 ein. Insbesondere werden die Bildstrahlen 122, 126 von einer im Wesentlichen planaren und spiegelnden Oberfläche zurückreflektiert, um ringförmige Beleuchtungskegel zu erzeugen, die zu ihrem Ursprungspunkt als Spiegelbild zurückkehren. Wenn jedoch ein Teil der Lichtstrahlen 128, 130 an einem Defekt reflektiert wird, treten die Bilderzeugungsstrahlen 124 durch die Öffnung 117 in der telezentrischen Blende 116 hindurch, wo sie durch die hintere Linsengruppe 108 fokussiert werden und ein Bild 113 an der Kamera 114 erzeugen.
Das optische Abbildungssystem 100 ermöglicht, dass der Winkel zwischen der optischen Achse 111 und der Dunkelfeldbeleuchtung mit schmalem Winkel so, dass er beliebig klein ist, bis zu dem Punkt eingestellt wird, dass er zu einer Hellfeldbeleuchtung wird, falls erwünscht. Ferner kann die Empfindlichkeit des Systems 100 durch Auswählen eines anderen Durchmessers der Beleuchtung oder durch Einstellen der Öffnung 117 der telezentrischen Blende 116 eingestellt werden. Ferner kann das volle Blickfeld der Kamera 114 verwendet werden und das System 100 stellt eine vollständige Kreissymmetrie über das ganze Blickfeld bereit.
A. Erhöhen der Tiefenschärfe
Wie vorstehend erörtert, erweitern die hierin offenbarten Ausführungsbeispiele den Arbeitsabstandsbereich für eine feste Konfiguration des optischen Abbildungssystems 100 ohne Erfordern von physikalischen oder optischen Einstellungen. Im Allgemeinen kann der Grad der Fehlfokussierung eines Kamerasystems in der Bildebene durch die Gleichung
beschrieben werden, wobei φ die Defokussierung ist, A die lineare Abmessung der Öffnung ist, λ die Wellenlänge des Lichts ist, f die Brennweite der Linse ist und s der Abstand von der Linse zur Objektebene (s_o) bzw. zur Bildebene (s_i) ist, wie durch den tiefgestellten Index angegeben.
Das Gruppieren der Variablen, die für das System fest sind, in die Konstanten x und y, vereinfacht diese Gleichung zu:
Der dominante Faktor ist die Größe der Öffnung und natürlich die Abweichung in s₀. Es ist zu beachten, dass für ein System im Brennpunkt y = 1/s_o und φ null wird. Die obige Gleichung bringt die Öffnung und die Arbeitsabstandsabweichung mit einer Defokussierung in der Bildebene in Beziehung. Dies kann mit einer Defokussierung in der Objektebene ω durch Multiplizieren der Systemvergrößerung m im Quadrat in Beziehung gebracht werden: ω = φm2
Für ein gegebenes Blickfeld ist die Systemvergrößerung m durch die Größe (auch als Format bekannt) des Sensors festgelegt. Je kleiner der Sensor ist, desto kleiner ist die Systemvergrößerung m, und desto kleiner ist der Defokussierungsparameter für eine gegebene Veränderung des Arbeitsabstandes.
Eine Lösung besteht darin, eine sehr kleine Öffnung (so dass A² eine sehr kleine Zahl ist) und eine sehr kleine Abbildungseinrichtung (so dass m² eine sehr kleine Zahl ist) auszuwählen, wodurch das Produkt A²m² minimiert wird und die Defokussierung für eine gegebene Veränderung des Objektabstandes minimiert wird. Der Leistungswirkungsgrad des Systems steht jedoch mit der Öffnung in Beziehung. In einer vereinfachten Form kann der Wirkungsgrad T eines optischen Systems beim Fokussieren eines Teils der Strahlungsenergie, die das Objekt beleuchtet, mit der Strahlungsenergie, die auf den Abbildungssensor in der Brennebene einfällt, in der linearen Abmessung der Öffnung im Quadrat in Beziehung gebracht werden, z. B. T ≈ A2
Folglich vermindert das willkürliche Verringern von A, um die Tiefenschärfe (und daher den Bereich des Arbeitsabstandes) zu erhöhen, den Wirkungsgrad des optischen Systems zur Übertragung von optischer Leistung bis zu dem Punkt, dass das Bild zu dunkel ist, um nützliche Informationen daraus wiederzugewinnen.
1A stellt einen Arbeitsabstand 132 zwischen einer oberen Oberfläche des planaren Objekts 102 und einer vorderen Oberfläche der telezentrischen Feldlinse 110 dar. Ein Fachmann wird aus der Offenbarung hierin erkennen, dass der Arbeitsabstand 132 alternativ als Abstand zwischen der oberen Oberfläche des planaren Objekts 102 und beispielsweise einer Unterseite eines äußeren Gehäuses 134 des optischen Abbildungssystems 100 definiert sein kann. Die Tiefenschärfe im Objektraum des optischen Abbildungssystems 100 ist der Bereich von Abständen, in dem der Arbeitsabstand 132 variieren kann (z. B. der Arbeitsabstandsbereich), so dass das Bild 113 immer noch in einem beträchtlichen Brennpunkt für die Kamera 114 liegt.
Ein größerer Arbeitsabstandsbereich ermöglicht Dickenschwankungen des planaren Objekt 102 oder zwischen aufeinander folgenden planaren Objekten ohne den Bedarf, das optische Abbildungssystem erneut zu fokussieren. Ferner ermöglicht ein größerer Arbeitsabstandsbereich, dass ein Benutzer einen korrekten Arbeitsabstand 132 abschätzt (z. B. durch eine einfache Linealmessung oder mit dem Auge), um eine beträchtliche Fokussierung aufrechtzuerhalten.
In einem hierin offenbarten Ausführungsbeispiel ist der Arbeitsabstandsbereich ungefähr ±10 mm. Gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel wird die Abbildungsoberfläche der Kamera 114 so ausgewählt, dass sie relativ klein ist, um die Systemvergrößerung m zu verringern. In einem Ausführungsbeispiel werden die Länge und Breite der Abbildungsoberfläche jeweils so ausgewählt, dass sie in einem Bereich zwischen ungefähr 2,5 mm und ungefähr 5,5 mm liegen. In einem Beispielausführungsbeispiel ist die Abbildungsoberfläche ungefähr 4,51 mm lang mal ungefähr 2,88 mm breit. Zum Vergleich ist eine Standard-Abbildungseinrichtung (z. B. eine Abbildungseinrichtung im Abbildungssystem ScribeRead 5P, das von Electro Scientific Industries in Portland, Oregon, erhältlich ist) ungefähr 6,4 mm lang mal ungefähr 4,8 mm breit.
Außerdem wird die Kamera 114 so ausgewählt, dass sie eine relativ hohe Empfindlichkeit aufweist. Folglich wird die Auswirkung der Verringerung des Systemwirkungsgrades T verringert oder minimiert. Ein solcher Sensor, der zur Verwendung als Kamera 114 geeignet ist, wird beispielsweise von Micron hergestellt und verwendet einen CMOS im Vergleich zur herkömmlicheren CCD-Abbildungseinrichtung. In einem Beispielausführungsbeispiel umfasst die Kamera 114 das Modell MT9V022 von Micron Imaging in Boise, Idaho, und weist eine Empfindlichkeit von ungefähr 2,0 V/Lux-s bei einer Wellenlänge von ungefähr 550 nm auf. Hier ist V Volt und Lux-s ist ein Intensitäts-Zeit-Produkt. Ein Fachmann wird erkennen, dass grünes Licht eine Wellenlänge von ungefähr 550 nm aufweist und dass die Empfindlichkeit bei anderen sichtbaren Wellenlängen etwas geringer sein kann.
Um den Arbeitsabstandsbereich von ungefähr ±10 mm zu erreichen, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel die Beleuchtungsquelle 118 so konfiguriert, dass sie eine große Lichtmenge bereitstellt. Die LEDs 120 werden so ausgewählt, dass sie eine sehr hohe Helligkeit bereitstellen. In einem Beispielausführungsbeispiel umfassen die LEDs 120 das Modell SML-LX0402SIC von Lumex Inc. in Palatin, Illinois, und besitzen eine Helligkeit von ungefähr 140 mcd (Millicandela) bei ungefähr 20 mA. In einem Ausführungsbeispiel sind die LEDs 120 mit Linsen versehen, um so viel Energie wie möglich zu erfassen und zu nutzen. Außerdem oder in einem anderen Ausführungsbeispiel werden die LEDs 120 mit einem sehr hohen Strom gepulst, um hohe Helligkeitspegel zu erreichen. Verfahren zum Erreichen einer Beleuchtung mit hoher Helligkeit werden nachstehend beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel stellt die Auswahl einer kleinen Abbildungsoberfläche für die Kamera 114, das Auswählen der Kamera 114 so, dass sie eine hohe Empfindlichkeit aufweist, und das Auswählen von LEDs 120 mit sehr hoher Helligkeit, wie vorstehend erörtert, ein optisches System mit einem Öffnungsverhältnis von f/12 im Vergleich zum üblichen f/5,8 und einer kleinen Systemvergrößerung von ungefähr 0,14× bereit. Man beachte, dass ein System mit f/12 weniger als ein Viertel der Energie im Vergleich zu jener eines Systems mit f/5,8 durchlässt, was erfordert, dass der Ausgleich des optischen Abbildungssystems 100 viermal leistungsstärker und/oder effizienter ist.
B. Anordnung von Beleuchtungsbaugruppen
Die telezentrische Dunkelfeld-Beleuchtung auf der Achse (TOAD-Beleuchtung), die ein Dunkelfeld-Beleuchtungsverfahren ist, ist ein relativ ineffizientes Beleuchtungsverfahren, da ein kleiner Prozentsatz von Licht, das am Objekt 102 reflektiert, im Vergleich zur Menge an Licht, das zur Beleuchtung des Objekts 102 übertragen wird, erfasst wird. Folglich ist es erforderlich, dass eine große Lichtmenge zum Objekt 102 übertragen wird, um die Verluste zu kompensieren, die dem Dunkelfeld-Beleuchtungsverfahren innewohnen.
Größeneinschränkungen, die durch die Industrie in Maschinensichtanwendungen auferlegt werden, verringern die Menge an Raum, der für Dunkelfeld-Beleuchtungsquellen zur Verfügung steht, signifikant. Eine kleine Beleuchtungsquellenbaugruppe sowie eine Anordnung der Lichtquellen mit hoher Dichte wäre vorteilhaft. Wie in 1B gezeigt, verwendet das im '949-Patent beschriebene TOAD-Beleuchtungsszenario eine Beleuchtungsanordnung (innere Gruppe 119A, äußere Gruppe 119B oder beide). Wenn der Abstand von der Mitte der Anordnung zur Kante der Anordnung abnimmt, nimmt die Fähigkeit zur Wahrnehmung von weichen und superweichen Wafermarkierungen zu. Somit ist es vorteilhaft, diesen Abstand so klein wie möglich zu machen. Wenn der Abstand abnimmt, nimmt ferner der von der Beleuchtungsquelle 118 verwendete Raum signifikant ab.
Das Vorsehen von mehreren Beleuchtungsanordnungen in mehreren Abständen von Mitte zu Kante ist auch vorteilhaft und stellt unterschiedliche Weisen zur Objektbeleuchtung und unterschiedliche Grade der Erfassung von superweichen, weichen und harten Wafermarkierungen bereit. Aus diesem Grund sind mehrere Beleuchtungsanordnungen hilfreich. Wie nachstehend erörtert, führen jedoch mehrere Beleuchtungsanordnungen zu Unterbringungsproblemen. Die Unterbringungsprobleme werden gemäß einem hierin offenbarten Ausführungsbeispiel unter Verwendung von kleinen individuellen Beleuchtungsquellen und durch Anordnung der Beleuchtungsquellen zu Anordnungen, in denen die Dichte der Quellen sowie die Dichte der Anordnungen erhöht oder maximiert wird, gelöst.
2 ist ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen ringförmigen Beleuchtungsanordnung 200 mit einer Vielzahl von Beleuchtungsquellen 210 (zwölf gezeigt). Die Beleuchtungsquellen 210 in diesem Beispiel sind rechteckig und können beispielsweise LEDs umfassen. Die Beleuchtungsquellen 210 sind in einem kreisförmigen Muster tangential angeordnet. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Anordnung der ringförmigen Beleuchtungsanordnung 200 durch Hinzufügen oder Entfernen von Beleuchtungsquellen 210 und durch Vergrößern oder Verkleinern des Radius der ringförmigen Beleuchtungsanordnung 200 geändert werden kann. Um beispielsweise den Radius der ringförmigen Beleuchtungsanordnung 200 zu verkleinern, würde(n) ein oder mehrere der Beleuchtungselemente 210 entfernt werden. Die restlichen Beleuchtungselemente 210 werden so umgeordnet, dass sie einen im Wesentlichen gleichen Abstand von Ende zu Ende in einem kreisförmigen Muster aufweisen. Das Entfernen der einen oder der mehreren Beleuchtungsquellen 210, um den Radius zu verkleinern, verringert den Helligkeitspegel der Anordnung 200.
Die ringförmige Beleuchtungsanordnung 200 kann mit anderen Anordnungen, die separat ein- und ausgeschaltet werden können, konzentrisch angeordnet werden. 3 ist beispielsweise ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Anordnung der ringförmigen Beleuchtungsanordnung 200, die in 2 gezeigt ist und mit drei anderen ringförmigen Beleuchtungsanordnungen 310, 312, 314 konzentrisch angeordnet ist. Jede der ringförmigen Beleuchtungsanordnungen 310, 200, 312, 314 weist einen anderen Radius und eine andere Anzahl von tangential angeordneten Beleuchtungsquellen 210 auf. Es kann erwünscht, wenn auch nicht erforderlich sein, die Helligkeitspegel zwischen den individuellen Anordnungen 310, 200, 312, 314 aufrechtzuerhalten. Aufgrund von R-Quadrat-Verlusten ist die Anzahl von Beleuchtungsquellen 210 in jeder Anordnung 310, 200, 312, 314 von der vorherigen inneren Anordnung erhöht, wenn es möglich ist. In diesem Beispiel umfassen die ringförmigen Beleuchtungsanordnungen 310, 200, 312, 314 sieben, zwölf, sechzehn bzw. zwanzig Beleuchtungsquellen 210.
Wie in 3 gezeigt, ist unter herkömmlichen Beleuchtungsquellenausführungen jede Anordnung in einer ähnlichen Weise (z. B. tangential um einen gemeinsamen Mittelpunkt) orientiert. In einem hierin offenbarten Ausführungsbeispiel ist jedoch die herkömmliche Anordnung durch Erhöhen der Anzahl von Beleuchtungsquellen in jeder Anordnung verbessert. 4 ist ein schematisches Diagramm einer Vielzahl von konzentrisch angeordneten Beleuchtungsanordnungen 410, 412, 414, 416, die gemäß einem Ausführungsbeispiel angeordnet sind. Jede der Beleuchtungsanordnungen 410, 412, 414, 416 weist eine Vielzahl von Beleuchtungsquellen 210 auf, die in einem kreisförmigen Muster um ein gemeinsames Zentrum 418 angeordnet sind.
Ein Vergleich zwischen den in 3 und 4 gezeigten Anordnungen zeigt eine signifikante Erhöhung der Anzahl von Beleuchtungsquellen 210 auf, die in den Anordnungen 410, 414, 416 verwendet werden. Folglich stellen die Anordnungen 410, 414, 416 eine signifikante Erhöhung der Menge an vorgesehener Lumineszenz im Vergleich zu den Anordnungen 310, 312 bzw. 314 bereit.
Die innerste Beleuchtungsanordnung 410, die in 4 gezeigt ist, umfasst zwölf Beleuchtungsquellen 210, die in einem kreisförmigen Muster radial angeordnet sind. Ein Radius vom gemeinsamen Zentrum 418 zu einem ungefähren Zentrum der Beleuchtungsquellen 210 in der Anordnung 410 ist ungefähr gleich einem Radius der innersten Anordnung 310, die in 3 gezeigt ist. Die in 3 gezeigte innerste Anordnung 310 weist jedoch sieben Beleuchtungsquellen 210 im Vergleich zu den zwölf Beleuchtungsquellen 210 in der Anordnung 410 auf.
Die nächstinnerste Anordnung 412, die in 4 gezeigt ist, umfasst zwölf Beleuchtungsquellen 210, die tangential in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind. Der Radius und die Anzahl der Beleuchtungsquellen 210 in der Anordnung 412 sind im Wesentlichen dieselben wie der Radius und die Anzahl von Beleuchtungsquellen 210 in der in 3 gezeigten Anordnung 200.
Die in 4 gezeigte nächstinnerste Anordnung 414 umfasst vierundzwanzig Beleuchtungsquellen 210, die in einem kreisförmigen Muster radial angeordnet sind. Ein Radius vom gemeinsamen Zentrum 418 zu einem ungefähren Zentrum der Beleuchtungsquellen 210 in der Anordnung 414 ist ungefähr gleich einem Radius der in 3 gezeigten Anordnung 312. Die in 3 gezeigte Anordnung 312 weist jedoch sechzehn Beleuchtungsquellen 210 im Vergleich zu den vierundzwanzig Beleuchtungsquellen 210 in der Anordnung 414 auf.
Die in 4 gezeigte äußerste Anordnung 416 umfasst vierundzwanzig Beleuchtungsquellen 210, die in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind. Um einen gewünschten Abstand zwischen den Enden der Beleuchtungsquellen 210 in der Anordnung 416 zu erreichen, sind die Beleuchtungsquellen 210 von einer tangentialen Konfiguration versetzt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind, um den gewünschten Abstand zu erreichen, eine oder mehrere der Beleuchtungsquellen 210 aus der Anordnung 416 entfernt und die restlichen Beleuchtungsquellen 210 sind in einer im Wesentlichen tangentialen Konfiguration angeordnet. Wie in 4 gezeigt, ist ein Radius vom gemeinsamen Zentrum 418 zu einem ungefähren Zentrum der Beleuchtungsquellen 210 in der äußersten Anordnung 416 ungefähr gleich einem Radius der in 3 gezeigten äußersten Anordnung 314. Die in 3 gezeigte Anordnung 314 weist jedoch zwanzig Beleuchtungsquellen 210 im Vergleich zu den vierundzwanzig Beleuchtungsquellen 210 in der Anordnung 414 auf.
5 ist ein Ablaufplan, der einen Prozess 500 zur Anordnung einer Beleuchtungsanordnung mit hoher Dichte gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. Der Prozess 500 kann beispielsweise verwendet werden, um die Anordnung der Beleuchtungsanordnung 410, 412, 414, 416, die schematisch in 4 dargestellt ist, anzuordnen. In einem Schritt 510 umfasst der Prozess 500 das Auswählen eines beliebigen Vielfachen von vier Beleuchtungsquellen als Gesamtzahl von Beleuchtungsquellen, die in einer innersten Beleuchtungsanordnung verwendet werden sollen. Ein Fachmann wird aus der Offenbarung hierin erkennen, dass das anfängliche Auswählen eines Vielfachen von vier Beleuchtungsquellen willkürlich sein kann oder aus Gründen der elektrischen Schaltungsanordnung gewählt werden kann (z. B. um ausgeglichene Treiber zu erreichen). Eine beliebige Anzahl von Beleuchtungsquellen kann jedoch anfänglich ausgewählt werden.
In einem Schritt 512 umfasst der Prozess 500 das Orientieren der ausgewählten Beleuchtungsquellen in einer radialen Weise in einem Radius gleich dem Radius, der zur Verwendung durch optische Elemente eines optischen Abbildungssystems (z. B. des vorstehend mit Bezug auf 1 erörterten optischen Abbildungssystems 100) gewünscht oder erforderlich ist, plus einer längsten Unterbringungsgröße der Beleuchtungselemente (z. B. der Länge der Beleuchtungsquellen 210, die in 4 gezeigt sind).
In einem Schritt 514 fragt der Prozess 500 ab, ob die Beleuchtungsquellen einander stören. Wenn die physikalische Anordnung der Beleuchtungsquellen derart ist, dass sie einander nicht berühren oder dass sie einen gewünschten Abstand aufweisen, verläuft der Prozess 500 durch einen Nein-Pfad 516 zu einem Schritt 518, in dem der Prozess 500 das Vielfache von vier Beleuchtungsquellen um eine ganze Zahl erhöht. Der Prozess kehrt dann zu Schritt 512 zurück, gefolgt von Schritt 514. Wenn die Beleuchtungsquellen einander stören, verläuft der Prozess 500 vom Schritt 514 über einen Ja-Pfad 520 zu einem Schritt 522, in dem der Prozess 500 abfragt, ob die vorherige Iteration der Anzahl von Beleuchtungsquellen störte, bevor die aktuelle Anzahl von Beleuchtungsquellen störte.
Wenn die vorherige Iteration auch störte, verläuft der Prozess 500 über einen Ja-Pfad 524 zu einem Schritt 526, in dem das Vielfache von vier Beleuchtungsquellen um eine ganze Zahl verringert wird. Von Schritt 526 kehrt der Prozess 500 zu Schritt 512 zurück. Wenn die vorherige Iteration der Anzahl von Beleuchtungsquellen nicht störte, verläuft der Prozess 500 über einen Nein-Pfad 528 zu einem Schritt 530, in dem das Vielfache von vier Beleuchtungsquellen um eine ganze Zahl verringert wird, und der Prozess 500 fährt zur nächstäußeren Beleuchtungsanordnung fort. An diesem Punkt im Prozess 500 ist die innerste Beleuchtungsanordnung vollständig. Die innerste Beleuchtungsanordnung 410, die in 4 gezeigt ist, mit radial angeordneten Beleuchtungsquellen 210 kann beispielsweise gemäß dem vorstehend erörterten Prozess 500 konfiguriert worden sein.
In einem Schritt 532 orientiert der Prozess 500 unter Verwendung derselben Anzahl von Beleuchtungsquellen wie die vorherige radial orientierte Beleuchtungsanordnung die Beleuchtungsquellen einer zweitinnersten Anordnung tangential in einem Radius gleich dem Radius der vorherigen Anordnung plus 1,5 mal die Länge der längsten Baugruppengröße der Beleuchtungselemente. Ein Fachmann wird aus der Offenbarung hierin erkennen, dass ein anderer Radius für die zweitinnerste Anordnung in anderen Ausführungsbeispielen ausgewählt werden kann. An diesem Punkt im Prozess 500 ist die zweitinnerste Beleuchtungsanordnung vollständig. Die zweitinnerste Beleuchtungsanordnung 412, die in 4 gezeigt ist, kann beispielsweise gemäß dem vorstehend erörterten Prozess 500 konfiguriert worden sein.
Obwohl in 4 oder 5 nicht gezeigt, können, wenn die Beleuchtungsquellen 210 in der zweitinnersten Beleuchtungsanordnung 412 einander stören, sie von der tangentialen Orientierung ähnlich der Orientierung der äußersten Anordnung 416 versetzt werden.
In einem Schritt 534 erhöht der Prozess 500 für eine drittinnerste Anordnung das Vielfache von vier Beleuchtungsquellen auf die nächste ganze Zahl. In einem Schritt 536 orientiert der Prozess 500 diese Beleuchtungsquellen für die drittinnerste Anordnung in einer radialen Konfiguration in einem Radius gleich der vorherigen Anordnung plus 1,5 mal die Länge der längsten Baugruppengröße der Beleuchtungselemente.
In einem Beispielausführungsbeispiel sind die Beleuchtungsquellen in vier kreisförmigen Anordnungen ähnlich den Anordnungen 410, 412, 414, 416, die in 4 gezeigt sind, angeordnet, wobei eine erste kreisförmige Anordnung einen Radius von ungefähr 2,2 mm aufweist, eine zweite kreisförmige Anordnung einen Radius von ungefähr 3,8 mm aufweist, eine dritte kreisförmige Anordnung einen Radius von ungefähr 5,2 mm aufweist und eine vierte kreisförmige Anordnung einen Radius von ungefähr 6,6 mm aufweist. In einem solchen Ausführungsbeispiel ist jede Beleuchtungsquelle (z. B. LED-Baugruppe) ungefähr 1,2 mm lang mal ungefähr 0,6 mm breit und ist im Handel als 0402-Baugruppe nach den Abmessungen in Inch (0,04'' × 0,02'') bekannt.
In einem Schritt 538 fragt der Prozess 500 ab, ob die Beleuchtungsquellen in der drittinnersten Anordnung einander stören. Wenn die physikalische Anordnung der Beleuchtungsquellen derart ist, dass sie einander nicht berühren oder dass sie einen gewünschten Abstand aufweisen, verläuft der Prozess 500 über einen Nein-Pfad 540 zu einem Schritt 542, in dem der Prozess 500 das Vielfache von vier Beleuchtungsquellen um eine ganze Zahl erhöht. Der Prozess kehrt dann zu Schritt 536 zurück, gefolgt von Schritt 538. Wenn die Beleuchtungsquellen einander stören, geht der Prozess 500 von Schritt 538 über einen Ja-Pfad 546 zu einem Schritt 548 weiter, in dem der Prozess 500 abfragt, ob die vorherige Iteration der Anzahl von Beleuchtungsquellen störte, bevor die aktuelle Anzahl von Beleuchtungsquellen störte.
Wenn die vorherige Iteration auch störte, verläuft der Prozess 500 über einen Ja-Pfad 550 zu einem Schritt 552, in dem das Vielfache von vier Beleuchtungsquellen um eine ganze Zahl verringert wird. Von Schritt 552 kehrt der Prozess 500 zu Schritt 536 zurück. Wenn die vorherige Iteration der Anzahl von Beleuchtungsquellen nicht störte, verläuft der Prozess 500 über einen Nein-Pfad 554 zu einem Schritt 556, in dem das Vielfache von vier Beleuchtungsquellen um eine ganze Zahl verringert wird, und der Prozess 500 fährt zur nächstäußeren Beleuchtungsanordnung fort. An diesem Punkt im Prozess 500 ist die drittinnerste Beleuchtungsanordnung vollständig. Die drittinnerste Beleuchtungsanordnung 414, die in 4 gezeigt ist, mit radial angeordneten Beleuchtungsquellen 210 kann beispielsweise gemäß dem vorstehend erörterten Prozess 500 konfiguriert worden sein.
In einem Schritt 558 orientiert der Prozess 500 unter Verwendung derselben Anzahl von Beleuchtungsquellen wie die vorherige radial orientierte Beleuchtungsanordnung die Beleuchtungsquellen einer viertinnersten Anordnung tangential in einem Radius gleich dem Radius der vorherigen Anordnung plus 1,5 mal die Länge der längsten Baugruppengröße der Beleuchtungselemente. An diesem Punkt in dem Prozess 500 ist die viertinnerste Beleuchtungsanordnung vollständig. Die viertinnerste Beleuchtungsanordnung 416, die in 4 gezeigt ist, kann beispielsweise gemäß dem vorstehend erörterten Prozess 500 konfiguriert worden sein. Wie vorstehend erörtert, können, wenn die Beleuchtungsquellen 210 in der viertinnersten Beleuchtungsanordnung 416 einander stören, sie von der tangentialen Orientierung versetzt werden, wie in 4 gezeigt.
Ein Fachmann wird aus der Offenbarung hierin erkennen, dass der Prozess 500 in gleicher Weise fortfahren kann, wobei zwischen radial orientierten Beleuchtungsanordnungen und tangential orientierten Beleuchtungsanordnungen (oder versetzt von tangential, um einen gewünschten Abstand vorzusehen) abgewechselt wird, um eine beliebige Anzahl von Beleuchtungsanordnungen zu erzeugen. Die Reihenfolge kann ferner derart umgekehrt werden, dass die innerste Anordnung eine tangentiale Anordnung von Beleuchtungsquellen aufweist, die zweitinnerste Anordnung eine radiale Anordnung von Beleuchtungsquellen aufweist, und so weiter. Außerdem kann der Radius jeder Anordnung so ausgewählt werden, dass er irgendeine gewünschte Länge besitzt.
C. Ausrichten von TOAD-Beleuchtungsanordnungen
Die telezentrische Dunkelfeld-Beleuchtung auf der Achse (TOAD-Beleuchtung), die ein Dunkelfeld-Beleuchtungsverfahren ist, beruht auf dem Einfallswinkel zwischen der Beleuchtungsquelle und dem beleuchteten Objekt. Wenn der Dunkelfeldwinkel von der optischen Achse kleiner wird und weichere Markierungen wahrgenommen werden können, nimmt die Empfindlichkeit gegen Störungen in der Ausrichtung zu. Die Ausrichtungsanforderungen für Wafer-ID-Systeme, die eine Dunkelfeldbeleuchtung mit sehr schmalem Winkel verwenden, wie z. B. eine TOAD-Beleuchtung, werden daher zunehmend kritischer. Ein relativ einfaches und zweckmäßiges Verfahren zur Ausrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben.
Aufgrund der Anordnung und Konstruktion des in 1A gezeigten optischen Abbildungssystems 100 (hierin auch als Lesereinheit 100 bezeichnet) richtet die Ausrichtung der Lesereinheit 100 auf eine oder mehrere TOAD-Beleuchtungsanordnungen folglich die Lesereinheit 100 auf alle Anordnungen infolge ihrer Konzentrizität aus. Die TOAD-Beleuchtungsanordnungen umfassen beispielsweise die Beleuchtungsanordnungen 410, 412, 414, 416, die in 4 gezeigt sind. Andere TOAD-Beleuchtungsmatrixanordnungen wie z. B. die in 1B und 2–3 gezeigten können jedoch auch verwendet werden. Ein Ausrichtungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Ausrichten einer innersten Anordnung, da sie irgendwelche Fehlausrichtungseigenschaften in kleineren Fehlausrichtungswinkeln zeigt als die anderen Anordnungen zeigen würden. Folglich garantiert die Ausrichtung der innersten Anordnung die Ausrichtung des optischen Weges in Bezug auf die anderen TOAD-Beleuchtungsanordnungen.
6 ist ein Ablaufplan, der einen Prozess 600 zum Ausrichten von TOAD-Beleuchtungsanordnungen gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. In einem Schritt 610 umfasst der Prozess 600 das Konfigurieren einer Lesereinheit, um eine innerste TOAD-Beleuchtungsanordnung zu verwenden. Das optische Abbildungssystem 100 kann beispielsweise zur Verwendung der Beleuchtungsanordnung 410, die in 4 gezeigt ist, konfiguriert sein. In einem Schritt 620 umfasst der Prozess 600 das Ausrichten der optischen Achse der Lesereinheit so nahe wie möglich senkrecht zur Objektebene. In einem Schritt 622 wird ein Spiegel oder ein ähnliches stark reflektierendes Objekt in der Objektebene angeordnet und ein Bildaufnahmeprozess wird begonnen.
In einem Schritt 624 umfasst der Prozess 600 das Charakterisieren eines Winkelversatzes durch Analysieren des an der Lesereinheit, wie installiert, aufgenommenen Bildes. Ein grober Winkelversatz ist durch ungleichmäßige Bereiche mit starker Helligkeit im Bild dargestellt. Geringfügige Winkelversätze sind durch Bereiche mit Reflexhelligkeit im Bild dargestellt. 7A und 7B stellen beispielsweise Photographien des an der Lesereinheit aufgenommenen Spiegels gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. Die Bilder umfassen Helligkeitsbereiche 710 (z. B. einen großen und zwei kleine Bereiche mit starker Helligkeit, die von Bereichen mit Reflexhelligkeit umgeben sind).
In einem Schritt 626 umfasst der Prozess 600 das Einstellen des Einfallswinkels zwischen der Lesereinheit und der Objektebene in der x-Richtung (z. B. links/rechts im Bildraum), bis die Helligkeitsbereiche 710 nicht mehr im Bild ersichtlich sind. Die scheinbare Winkeleinstellung wird dann als Einstellung x1 notiert. Der Einfallswinkel wird beispielsweise in der Richtung eines Pfeils 712, der in einem ersten Bild 714 in 7A gezeigt ist, eingestellt. Sobald die Helligkeitsbereiche 710 sich nach links im ersten Bild 714 weg bewegen und verschwinden, wird x1 aufgezeichnet.
In einem Schritt 628 umfasst der Prozess die Einstellung des Einfallswinkels zwischen der Lesereinheit und der Objektebene in der entgegengesetzten Richtung im Vergleich zu jener des vorherigen Schritts, bis die Helligkeitsbereiche 710 vollständig den Bildraum durchqueren und in dem Bild nicht mehr ersichtlich sind, im Gegensatz dazu, wenn sie im vorherigen Schritt verschwunden sind. Die scheinbare Winkeleinstellung wird dann als Einstellung x2 notiert. Der Einfallwinkel wird beispielsweise in der Richtung eines Pfeils 716, der in einem zweiten Bild 718 in 7A gezeigt ist, eingestellt. Sobald die Helligkeitsbereiche 710 sich nach rechts im zweiten Bild 718 weg bewegen und verschwinden, wird x2 aufgezeichnet.
In einem Schritt 630 umfasst der Prozess 600 das Berechnen von x3 als Winkeleinstellung ungefähr auf halbem Wege zwischen der Einstellung x1 und der Einstellung x2. Die Lesereinheit wird dann derart positioniert, dass der Einfallswinkel zwischen der Lesereinheit und der Objektebene bei der Einstellung x3 liegt. Ein in 7A gezeigtes drittes Bild 720 stellt beispielsweise dar, dass, wenn der Einfallswinkel auf die Einstellung x3 festgelegt wird, die Helligkeitsbereiche 710 nicht abgebildet werden und die TOAD-Beleuchtungsanordnungen für die x-Richtung ausgerichtet sind.
In einem Schritt 632 umfasst der Prozess 600 das Einstellen des Einfallswinkels zwischen der Lesereinheit und der Objektebene in der y-Richtung (z. B. aufwärts/abwärts im Bildraum), bis die Helligkeitsbereiche 710 nicht mehr im Bild ersichtlich sind. Die scheinbare Winkeleinstellung wird dann als Einstellung y1 notiert. Der Einfallswinkel wird beispielsweise in der Richtung eines Pfeils 722, der in einem vierten Bild 724 in 7B gezeigt ist, eingestellt. Sobald die Helligkeitsbereiche 710 sich zur Oberseite des vierten Bildes 724 weg bewegen und verschwinden, wird y1 aufgezeichnet.
In einem Schritt 634 umfasst der Prozess das Einstellen des Einfallwinkels zwischen der Lesereinheit und der Objektebene in der entgegengesetzten Richtung im Vergleich zum vorherigen Schritt, bis die Helligkeitsbereiche 710 vollständig den Bildraum durchqueren und nicht mehr in dem Bild ersichtlich sind, im Gegensatz dazu, wenn sie im vorherigen Schritt verschwunden sind. Die scheinbare Winkeleinstellung wird dann als Einstellung y2 notiert. Der Einfallswinkel wird beispielsweise in der Richtung eines Pfeils 726, der in einem fünften Bild 728 in 7B gezeigt ist, eingestellt. Sobald die Helligkeitsbereiche 710 sich zur Unterseite des fünften Bildes 728 weg bewegen und verschwinden, wird y2 aufgezeichnet.
In einem Schritt 636 umfasst der Prozess 600 das Berechnen von y3 als Winkeleinstellung ungefähr auf halbem Wege zwischen der Einstellung y1 und der Einstellung y2. Die Lesereinheit wird dann derart positioniert, dass der Einfallswinkel zwischen der Lesereinheit und der Objektebene bei der Einstellung y3 liegt. Ein in 7B gezeigtes sechstes Bild 730 stellt beispielsweise dar, dass, wenn der Einfallswinkel auf die Einstellung y3 festgelegt wird, die Helligkeitsbereiche 710 nicht abgebildet werden und die TOAD-Beleuchtungsanordungen für die y-Richtung ausgerichtet sind.
In einem Ausführungsbeispiel werden die Messungen, die in der y-Richtung durchgeführt werden, durchgeführt, während der Einfallswinkel in der x-Richtung auf die Einstellung x3 festgelegt ist. Sobald der Einfallswinkel in der y-Richtung auf die Einstellung y3 festgelegt ist, werden dann die in der x-Richtung durchgeführten Messungen erneut gemessen und ein neuer Wert für die Einstellung x3 wird bestimmt.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Spiegel, der zum Ausrichten der TOAD-Beleuchtungsanordnungen verwendet wird, während eines Abbildungsprozesses gedreht, um die kosmetische Qualität der Lesereinheit zu bewerten. Schmutz, Staub, Beschichtungsdefekte und andere Unvollkommenheiten auf den Linsen der Lesereinheit und den internen Spiegeln sind von Schmutz, Staub und anderen Unvollkommenheiten im externen Spiegel, der zum Ausrichten der TOAD-Beleuchtungsanordnungen verwendet wird, schwierig zu unterscheiden. Das Drehen des externen Spiegels identifiziert Defekte, die der Lesereinheit zuzuschreiben sind. Wenn beispielsweise der externe Spiegel gedreht wird, werden die Helligkeitsbereiche 710, die in 7A und 7B gezeigt sind, zu Streifen mit geringer Intensität. Irgendwelche hellen Flecke aufgrund von innerem Schmutz, Staub, Beschichtungsdefekten und anderen Unvollkommenheiten werden jedoch nicht zu Streifen, wenn der externe Spiegel gedreht wird. Folglich können die internen Unvollkommenheiten des Lesersystems von den externen Unvollkommenheiten des sich drehenden Spiegels unterschieden werden.
D. Trennen von vorderen und hinteren Linsengruppen
Ein Wafer-ID-System umfasst im Allgemeinen Basisblöcke mit beispielsweise einer Videokamera, einer Linse und einer Lichtquelle. Solche Wafer-ID-Systeme können eine gewisse Kombination von Hellfeldbeleuchtung, Dunkelfeldbeleuchtung und Dunkelfeldbeleuchtung in einem schmalen Winkel durch Anordnen der Lichtquelle geringfügig außeraxial von der Linse und der Kamera (z. B. typischerweise zwischen ungefähr 5 Grad und ungefähr 7 Grad) und durch Vorsehen einer zugehörigen Ablenkplatte oder von zugehörigen Ablenkplatten, um eine direkte Sicht der Lichtquelle in Reflexion durch die spiegelartige Oberfläche des betreffenden Wafers zu verhindern, vorsehen.
Es ist bei diesen Arten von Systemen üblich, eine Auswahl von herkömmlichen, häufig "gebrauchsfertigen" Videolinsen vorzusehen, um das System mit einer Vielfalt von Blickfeldern zu versehen. Ein Blickfeld von etwa 30 mm für das Lesen von alphanumerischen Seriennummern wie z. B. jenen, die innerhalb der Spezifikation SEMI M13 beschrieben sind, und ein Blickfeld von etwa einer Hälfte von jenem zum Lesen von 2DID-Seriennummern, die im Allgemeinen viel kleiner sind und von der erhöhten Vergrößerung profitieren, die einem kleineren Blickfeld entspricht.
Wie vorstehend erörtert, lehrt das '949-Patent die Integration der Dunkelfeld-Lichtquelle mit schmalem Winkel in das telezentrische optische Abbildungssystem 100, das in 1A gezeigt ist. Folglich wird dasselbe optische System, das verwendet wird, um ein Bild der zu lesenden Seriennummer zu erzeugen, auch verwendet, um die Geometrie des Lichts eng zu steuern. Durch Anordnen der Lichtquelle 118 um die telezentrische Blende 116 können die Eigenschaften der Linsen 108, 110 verwendet werden, um die Dunkelfeldbeleuchtung in einen Bereich zwischen ungefähr 1 Grad und ungefähr 2 Grad der optischen Achse 111 zu bringen, während sie für eine direkte Reflexion der Beleuchtungselemente blind bleibt. Ferner werden die Eigenschaften der Linsen 108, 110 verwendet, um die Gleichmäßigkeit dieser Beziehung über das ganze Blickfeld aufrechtzuerhalten.
Ein bei dem im '949-Patent offenbarten System gestelltes Problem besteht darin, dass die Linsen 108, 110 viel anspruchsvoller sind als jene, die in herkömmlichen Abbildungssystemen verwendet werden. Mindestens ein optisches Element des Systems wird spezifisch für ein spezielles System hergestellt und steht aufgrund der einzigartigen Anforderungen der Linsen 108, 110 nicht "gebrauchsfertig" zur Verfügung. Eine einzigartige Anforderung besteht beispielsweise darin, dass die telezentrische Feldlinse 110 eine Meniskuslinse mit Krümmungsradien beider äußeren Oberflächen von weniger als oder gleich dem Abstand zwischen der telezentrischen Öffnung und der nächsten Oberfläche der telezentrischen Feldlinse 110 ist.
In einem hierin offenbarten Ausführungsbeispiel stellt ein spezielles Konstruktionsverfahren die Fähigkeit zur Änderung der Vergrößerung des optischen Abbildungssystems 100 durch Ändern eines relativ kleinen optischen Untersystems, nicht des ganzen optischen Systems, bereit. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Vergrößerung des Systems durch Austauschen der hinteren Linsengruppe 108 mit kleiner oder keiner Auswirkung auf das ganze System anders als die gewünschte Änderung der Systemvergrößerung verändert werden.
Zum Vergleich mit den hierin offenbarten Ausführungsbeispielen würde, wenn eine herkömmliche Konstruktionsmethode verwendet wird, um das optische Abbildungssystem 100 zu konstruieren, ein Fachmann Konstruktionswahlen verschiedener Krümmungsradien für jedes Linsenelement, verschiedener Glastypen für jedes Linsenelement und verschiedener Dicken und Abstände für jedes Linsenelement durchführen. Die Schar von Lösungen für eine solche herkömmliche Konstruktionsmethode ist jedoch untrennbar. Das heißt, die hintere Linsengruppe 108 und die vordere telezentrische Feldlinse 110 müssen als einzige Einheit behandelt werden, wenn eine annehmbare Grenze der optischen Leistung erreicht werden soll. Gemäß dieser Konstruktionsmethode würde dann, wenn man ein ähnliches System mit einer anderen Vergrößerung anbieten soll, die hintere Linsengruppe 108 des zweiten Systems so konstruiert werden, dass sie die telezentrische Feldlinse 110 des ersten Systems allermindestens ergänzt. Alternativ könnte man das ganze System erneut konstruieren, um das neue Blickfeld zu erreichen. Diese alternative Methode könnte erforderlich sein, wenn das zweite Blickfeld größer ist als das erste Blickfeld.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Minimieren der Kosten, der Teileanzahl und der Entwicklungszeit zuerst das Konstruieren des optischen Abbildungssystems 100 für ein größeres Blickfeld (z. B. geringere Vergrößerung). Dies stellt sicher, dass die telezentrische Feldlinse 110 für irgendwelche anschließenden Systeme ausreichend groß ist. Dann wird die Konstruktion trennbar gemacht, indem von den herkömmlichen Konstruktions- und Produktionsverfahren, die im Allgemeinen sphärische Krümmungen und konische Abschnitte verwenden, zu einem, das eine asphärische Krümmung der Form:
verwendet, abgewichen wird.
Der erste Teil der obigen Gleichung ist eine Standardbeschreibung einer Linsenoberfläche mit sphärischem oder konischem Querschnitt. Z ist die Verschiebung einer speziellen Krümmung entlang der optischen Achse, die auf dem Fachgebiet als "Durchbiegung" bekannt ist. Y ist ein radialer Abstand von der optischen Achse. C ist die Krümmung (Kehrwert des Krümmungsradius) und K ist die konische Konstante. K < –1 für Hyperbeln, K = –1 für Parabeln, –1 > K < 0 für Ellipsoide, K = 0 für sphärische Oberflächen und K > 0 für abgeflachte Ellipsoide. Die Reihe A_n sind die asphärischen Koeffizienten und modifizieren die Durchbiegung Z als Funktion des radialen Abstandes zur Achse zur Potenz n, die hier als Yⁿ angegeben ist. Wenn nur gerade n in den Koeffizienten A_nYⁿ verwendet werden, wie es in einem Ausführungsbeispiel verwendet wird, dann wird die resultierende Krümmung und die Linse unter Verwendung dieser Krümmung gerade Linse mit asphärischen Flächen genannt. Wenn sowohl die ungeraden als auch die geraden n verwendet werden, dann wird die Krümmung und die Linse unter Verwendung dieser Krümmung eine ungerade Linse mit asphärischen Flächen genannt. Ein allgemeinerer Fall der ungeraden Linse mit asphärischen Flächen wird hier dargestellt.
Fachleute vermeiden im Allgemeinen solche komplexen Krümmungen, da sie im Allgemeinen teuer kommerziell herzustellen sind. Es wurde jedoch festgestellt, dass der optische Charakter einer geformten Polymerlinse für eine trennbare Konstruktion angemessen wäre. Eine geformte Polymerlinse gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt eine kostengünstige Linse mit einer komplexen Krümmung bereit, die ermöglicht, dass sie in der Konstruktion von anderen Linsen im System getrennt wird. Mit einer trennbaren Konstruktion, die unter Verwendung einer asphärischen Krümmung an der vorderen telezentrischen Feldlinse 110 implementiert wird, kann die telezentrische Feldlinse 110 ausreichend gut korrigiert werden und vom Rest des Systems isoliert betrachtet werden.
Die unabhängige Korrektur der telezentrischen Feldlinse 110 ermöglicht die Auswahl der hinteren Linsengruppe 108 derart, dass sie unabhängig gut korrigiert ist. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die hintere Linsengruppe 108 kommerzielle Objektivlinsen, die die Anforderungen erfüllen, dass sie die geeignete Brennweite, um die gewünschte Systemvergrößerung zu erreichen, einen Bildkreis mit angemessener Größe, um den ausgewählten Kamerasensor abzudecken, aufweisen und eine Konstruktion aufweisen, die mit der zwischen der hinteren Gruppe und der vorderen Linse definierten Systemblende kompatibel ist.
Ein Beispiel einer solchen Linse für die hintere Linsengruppe 108 ist eine, die in der Rückseite telezentrisch ist und deren Systemblende an der Vorderseite der Linse liegt. Solche Linsen werden manchmal Lochblendenlinsen genannt, da die vordere Öffnung zur geschützten Überwachung auf eine Lochblende ausgerichtet werden kann. Durch Konstruieren der telezentrischen Feldlinse 110 so, dass sie individuell gut korrigiert wird, unter Verwendung einer asphärischen ersten Oberfläche und durch sorgfältige Auswahl von hinteren Lochblendenlinsen für die hintere Linsengruppe 108 kann ein System mit mehreren Vergrößerungen geboten werden, wobei die Optik ein einzelnes kostengünstiges Kunststoffelement mit der asphärischen Oberfläche für die telezentrische Feldlinse 110 und eine Vielfalt von kommerziellen Lochblendenlinsen für die hintere Linsengruppe 108 umfasst.
Für Fachleute wird es offensichtlich sein, dass viele Änderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sollte daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.
Zusammenfassung
Systeme und Verfahren zum Abbilden eines planaren spiegelnden Objekts (102) wie z. B. eines Halbleiterwafers werden bereitgestellt. In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Abbildungssystem (100) zum Abbilden eines Defekts an einem planaren spiegelnden Objekt (102) eine telezentrische Linse (110) mit einer ausreichend asphärischen Oberfläche, so dass die telezentrische Linse (110) im Wesentlichen hinsichtlich einer optischen Aberration korrigiert ist. Das Abbildungssystem (100) umfasst auch eine telezentrische Blende (116) mit einer Öffnung darin, um Licht, das von dem planaren spiegelnden Objekt (102) reflektiert wird, zu blockieren, während Licht, das vom Defekt reflektiert wird, durch die Öffnung hindurchtreten lassen wird. Das Abbildungssystem (100) umfasst ferner eine Linsengruppe (108) mit einer Systemblende, die zwischen der telezentrischen Blende (116) und der Linsengruppe (108) angeordnet ist. Die Linsengruppe (108) ist im Wesentlichen hinsichtlich der optischen Aberration unabhängig von der telezentrischen Linse (110) korrigiert.

Claims

Abbildungssystem zum Abbilden eines Defekts an einem planaren spiegelnden Objekt, wobei das Abbildungssystem umfasst: eine telezentrische Linse mit einer ausreichend asphärischen Oberfläche, so dass die telezentrische Linse im Wesentlichen hinsichtlich einer optischen Aberration korrigiert ist; eine telezentrische Blende mit einer Öffnung darin, um Licht, das vom planaren spiegelnden Objekt reflektiert wird, zu blockieren, während Licht, das vom Defekt reflektiert wird, durch die Öffnung hindurchtreten lassen wird; und eine Linsengruppe mit einer Systemblende, die zwischen der telezentrischen Blende und der Linsengruppe angeordnet ist, wobei die Linsengruppe im Wesentlichen hinsichtlich der optischen Aberration unabhängig von der telezentrischen Linse korrigiert ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, welches ferner eine Kamera zum Abbilden des planaren spiegelnden Objekts durch die telezentrische Linse, die telezentrische Blende und die Linsengruppe umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 2, wobei die Kamera einen Sensor aus komplementärem Metalloxid-Halbleiter (CMOS) umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 3, wobei das Abbildungssystem eine Tiefenschärfe von ungefähr ±10 mm aufweist.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, wobei der Defekt eine weiche Markierung ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, wobei die telezentrische Linse ein geformtes Polymer umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, wobei die optische Aberration eine sphärische Aberration umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, wobei die Linsengruppe eine Lochblendenlinse umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, welches ferner eine Beleuchtungsquelle umfasst, die so positioniert ist, dass sie das planare spiegelnde Objekt entlang einer Achse der telezentrischen Linse beleuchtet.
Abbildungssystem nach Anspruch 9, wobei die Beleuchtungsquelle zwei oder mehrere konzentrische Anordnungen von Leuchtdioden (LEDs) umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 10, wobei aufeinanderfolgende konzentrische Anordnungen in den zwei oder mehreren konzentrischen Anordnungen von LEDs zwischen tangential angeordnet und radial angeordnet in Bezug auf einen gemeinsamen Mittelpunkt abwechseln.
Telezentrische Dunkelfeld-Beleuchtungsvorrichtung auf der Achse (TOAD-Beleuchtungsvorrichtung), die umfasst: eine erste kreisförmige Anordnung von Beleuchtungsquellen, die radial in Bezug auf einen Mittelpunkt angeordnet sind, wobei die erste kreisförmige Anordnung in einem ersten Radius vom Mittelpunkt liegt; und eine zweite kreisförmige Anordnung von Beleuchtungsquellen, die tangential in Bezug auf den Mittelpunkt angeordnet sind, wobei die zweite kreisförmige Anordnung in einem zweiten Radius vom Mittelpunkt liegt.
TOAD-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, welche ferner eine dritte kreisförmige Anordnung von Beleuchtungsquellen umfasst, die in Bezug auf den Mittelpunkt radial angeordnet sind, wobei die dritte kreisförmige Anordnung in einem dritten Radius vom Mittelpunkt liegt.
TOAD-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 13, welche ferner eine vierte kreisförmige Anordnung von Beleuchtungsquellen umfasst, die in Bezug auf den Mittelpunkt tangential angeordnet sind, wobei die vierte kreisförmige Anordnung in einem vierten Radius vom Mittelpunkt liegt.
TOAD-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der zweite Radius länger ist als der erste Radius.
TOAD-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei der dritte Radius länger ist als der zweite Radius.
TOAD-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei der vierte Radius länger ist als der dritte Radius.
Verfahren zum Ausrichten einer telezentrischen Dunkelfeld-Beleuchtungsvorrichtung auf der Achse (TOAD-Beleuchtungsvorrichtung) auf eine im Wesentlichen spiegelnde Oberfläche, wobei die TOAD-Beleuchtungsvorrichtung eine Vielzahl von konzentrischen Beleuchtungsanordnungen aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Einstellen eines Einfallswinkels zwischen der TOAD-Beleuchtungsvorrichtung und einer Objektebene in einer ersten Richtung, bis ein Bereich mit starker Helligkeit im Wesentlichen von einer ersten Seite eines Bildes der spiegelnden Oberfläche entfernt ist; Aufzeichnen des eingestellten Einfallswinkels als erste Messung; Einstellen des Einfallswinkels zwischen der TOAD-Beleuchtungsvorrichtung und der Objektebene in einer entgegengesetzten Richtung im Vergleich zur ersten Richtung, bis der Bereich mit starker Helligkeit im Wesentlichen von einer zweiten Seite des Bildes der spiegelnden Oberfläche entfernt ist; Aufzeichnen des erneut eingestellten Einfallswinkels als zweite Messung; und Bestimmen eines ausgerichteten Einfallswinkels für die erste Richtung als ungefähre Differenz zwischen der ersten Messung und der zweiten Messung.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Einstellen des Einfallswinkels zwischen der TOAD-Beleuchtungsvorrichtung und der Objektebene umfasst: Auswählen einer innersten konzentrischen Beleuchtungsanordnung; und Einstellen des Einfallswinkels zwischen der innersten konzentrischen Beleuchtungsanordnung und der TOAD-Beleuchtungsvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 18, welches ferner umfasst: Einstellen des Einfallswinkels zwischen der TOAD-Beleuchtungsvorrichtung und einer Objektebene in einer zweiten Richtung, bis der Bereich mit starker Helligkeit im Wesentlichen von einer dritten Seite des Bildes der spiegelnden Oberfläche entfernt ist; Aufzeichnen des eingestellten Einfallswinkels als dritte Messung; Einstellen des Einfallswinkels zwischen der TOAD-Beleuchtungsvorrichtung und der Objektebene in einer entgegengesetzten Richtung im Vergleich zur zweiten Richtung, bis der Bereich mit starker Helligkeit im Wesentlichen von einer vierten Seite des Bildes der spiegelnden Oberfläche entfernt ist; Aufzeichnen des neu eingestellten Einfallswinkels als vierte Messung; und Bestimmen eines ausgerichteten Einfallswinkels für die zweite Richtung als ungefähre Differenz zwischen der dritten Messung und der vierten Messung.
Abbildungssystem zum Abbilden eines Halbleiterwafers, wobei das Abbildungssystem umfasst: eine Einrichtung zum Beleuchten des Wafers; eine Einrichtung zum Liefern eines Bildes des Wafers zu einer Abtasteinrichtung, wobei ein Arbeitsabstand durch einen Abstand zwischen dem Wafer und der Einrichtung zum Liefern des Bildes zur Abtasteinrichtung definiert ist; und eine Einrichtung zum Aufrechterhalten des Brennpunkts des Bildes, wenn sich der Arbeitsabstand über einen Bereich von ungefähr ±10 mm ändert.
Abbildungssystem nach Anspruch 21, wobei die Einrichtung zum Beleuchten des Wafers eine Dunkelfeldbeleuchtung bereitstellt.
Abbildungssystem nach Anspruch 21, wobei die Einrichtung zum Beleuchten des Wafers eine telezentrische Dunkelfeldbeleuchtung auf der Achse bereitstellt.