DE10025835A1 - Form einer mit einem Laserstrahl hergestellten Mikropunktmarkierung und Mikropunktmarkierungsverfahren - Google Patents
Form einer mit einem Laserstrahl hergestellten Mikropunktmarkierung und MikropunktmarkierungsverfahrenInfo
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Abstract
Beschrieben wird ein Punktmarkierungsherstellungsverfahren zum Erzielen einer Punktmarkierung mit einer besonderen Form, die sehr gut erkennbar ist, auch wenn sie sehr klein ist, und genauen Herstellen einer solchen Mikropunktmarkierung. Die Energieverteilung eines von einem Laseroszillator (2) ausgestrahlten Laserstrahls wird mit einem Strahlhomogenisierer (3) homogenisiert. Eine Flüssigkristallmaske (4), in der die maximale Länge jedes Pixels, die ein gewünschtes Muster anzeigen, 50 bis 2000 mum beträgt, wird mit dem von dem Strahlhomogenisierer (3) homogenisierten Laserstrahl bestrahlt. Die Energiedichte eines durch die Flüssigkristallmaske (4) hindurchgelassenen aufgeteilten Laserstrahls wird eingestellt auf 1,0 bis 15,0 J/cm·2·, und der durch die Flüssigkristallmaske (4) hindurchgelassene Laserstrahl wird für jeden Punkt durch eine Linseneinheit (6) auf die Oberfläche des zu markierenden Gegenstandes so gebündelt, dass die maximale Länge des Punkts 1 bis 15 mum beträgt. An jedem Laserbestrahlungspunkt wird eine einzelne Punktmarkierung hergestellt. Die Punktmarkierung weist im Zentrum einen Vorsprung auf, der sich von der Oberfläche des zu markierenden Gegenstandes nach oben aufwölbt. Die Länge entlang der Oberfläche des Gegenstandes beträgt 1 bis 15 mum und die Höhe des Vorsprungs 0,01 bis 5 mum. Obwohl die Punktmarkierung sehr klein ist, ist sie gleichmäßig und klar erkennbar. Im Hinblick auf die Markierungsfläche und die Markierungszeit steigt der Freiheitsgrad.
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf die Form einer Punktmarkierung (dot mark =
punktförmiger bzw. kleiner Markierungsflecken, im folgenden als Punktmarkierung
bezeichnet) und ein Verfahren zum Herstellen der Punktmarkierung, welche in
einer bestimmten Position auf der Oberfläche oder anderswo an einem zu
markierenden Gegenstand für das Produktmanagement oder aus
Sicherheitsgründen angebracht wird, und zwar z. B. an einem Halbleiterwafer in
einer kleinen Fläche einer Beschriftungszeile, auf der rückseitigen Oberfläche des
Wafers, auf einer Randoberfläche des Wafers oder an einer inneren Oberfläche
einer V-Ausnehmung, an einem Glassubstrat, wie einem Flüssigkristallsubstrat, an
eine Elektrode (einem Kontaktflecken), etwa auf einem nackten Chip, an der
Oberfläche eines IC, auf der rückseitigen Oberfläche eines IC, an verschiedenen
keramischen Erzeugnissen oder an einem Leitungsabschnitt eines IC.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Form einer kleinen
Punktmarkierung, wobei die besondere Form die optische Erkennbarkeit
verbessert, und auf ein Verfahren zur Herstellung der Punktmarkierung.
Zum Beispiel ist bei Halbleiterherstellungsprozessen die Festlegung verschiedener
strikter Herstellungsparameter für jeden Prozess notwendig. Um die Parameter zu
steuern oder zu kontrollieren, ist auf der Oberfläche eines Teils eines
Halbleiterwafers eine Markierung, etwa aus Zahlen, Buchstaben oder als
Strichcode, in Punkten angebracht. Die Zahl der Herstellungsprozesse liegt bei
Halbleitern bei 100 und darüber, und ferner werden innerhalb jedes Prozesses
eine Anzahl von Bauelement-Herstellungsprozessen und Planari
sierungsprozessen durchgeführt. Die Prozesse beinhalten z. B. das
Lackaufbringen, die Musterprojektion auf einen Lack (in reduzierender Weise), die
Lackentwicklung und die Planarisierung verschiedener Filme, etwa von
Isolationsfilmen und Metallfilmen, um durch Kupferleitungen oder dergleichen
auftretende Zwischenräume aufzufüllen.
Andererseits wird eine aus Punkten aufgebaute Markierung im allgemeinen durch
Bestrahlen der Oberfläche eines Teils eines Halbleiterwafers mit einem
kontinuierlichen Pulslaserstrahl (continuous pulse laser beam) über ein optisches
System vorgenommen. Die Markierung ist nicht auf einen einfachen Vorgang
eingeschränkt. Um eine historische Entwicklung des Herstellungsprozesses
darzustellen, wird gewöhnlich mit den Herstellungsprozess minimal erforderlichen
historischen Daten markiert. Da die Markierungsfläche auf dem Halbleiterwafer
jedoch auf einen sehr kleinen Bereich eingeschränkt ist, sind daher die
Punktgröße und die Anzahl der zu markierenden Punkte beschränkt. Die
Markierungsfläche, die Punktgröße und die Anzahl von Punkten sind durch den
SEMI-Standard und dergleichen festgelegt.
Wie z. B. in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2-299216 dargestellt, wird
die Information eines punktmarkierten Halbleiterwafers als Veränderung der
Reflexion eines von einem He-Ne-Laser ausgestrahlten Laserstrahls oder
Veränderung in den Schwingungen der Energiewelle eines gewöhnlichen
Laserstrahls ausgelesen. Auf der Basis der ausgelesenen Information werden bei
den folgenden Herstellungsprozessen die verschiedensten Herstellungsparameter
festgelegt. Wenn die Information nicht genau oder fehlerhaft ausgelesen wird,
werden daher alle Halbleiterwafer, von Ausnahmen abgesehen, fehlerhaft. Die
meisten Ursachen für fehlerhafte Auslesungen liegen bei unklaren
Punktmarkierungen. Eine der Faktoren der Unklarheit ist die Form des Punktes als
Markierungselement.
Man nimmt allgemein an, dass der Einfluss der Punkttiefe groß ist. Wie z. B. die
japanische Patent-Offenlegungsschrift 60-37716 zeigt, wird ein Punkt gewöhnlich
gebildet durch Schmelzen und Entfernen eines Teils des Halbleiterwafers im
Einstrahlfleck des hochenergetischen Laserstrahls, so dass die erforderliche
Punkttiefe erzielt wird. Dabei wird der geschmolzene und der entfernte Teil um
den Punkt herum aufgehäuft oder verspritzt, so dass er im Randbereich des
Punktes haftet, so dass die Bauelementherstellung behindert und die Qualität
wesentlich beeinträchtigt werden kann. Ferner treten bei mit einem YAG-Laser
hergestellten Markierungen wegen der Eigenheiten des YAG-Lasers bzw. des
Güteschaltungsbetriebs in der Laserausgangsleistung leicht Fluktuationen und
somit in der Tiefe oder Größe des Punktes Schwankungen auf.
Um diese Probleme zu lösen, kann z. B. gemäß der japanischen Patent-
Offenlegungsschriften Nr. 59-84515 und 2-205281 der gleiche Punkt wiederholt
mit einem Pulslaserstrahl relativ kleiner Energie bestrahlt werden. Bei der
erstgenannten Veröffentlichung wird der gleiche Punkt, um die Punktmarkierung
bei sequentieller Verringerung des Punktdurchmessers Puls um Puls herzustellen,
wiederholt mit einem Laserstrahl bestrahlt, wodurch ein tiefer Punkt entsteht. Bei
der letztgenannten Veröffentlichung ist die Frequenz des Laserpulses beim ersten
Mal auf 1 kHz oder darunter und die Frequenz eines danach ausgestrahlten
Laserpulses auf eine hohen Wiederholungsfrequenz von 2 bis 5 kHz eingestellt,
so dass ein Punkt mit einer Tiefe von 0,5 bis 1,0 µm oder 1,0 bis 1,5 µm gebildet
wird.
Da jedoch die Erzeugung von Partikeln bei diesen Herstellungsverfahren nicht
vermieden werden kann, wurde z. B. in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
Nr. 10-4040 ein Lasermarkierverfahren vorgeschlagen, dass eine hervorragende
Erkennbarkeit und die Unterdrückung von Partikelerzeugung bietet. Die
Beschreibung bezieht sich dabei auf ein Lasermarkierverfahren zur
Punktmarkierungsherstellung durch Projektion des Flüssigkristallmaskenmusters
auf die Oberfläche eines Halbleitermaterials durch Ausstrahlen eines
Pulslaserstrahls mit einer Energiedichte von 18 bis 40 J/cm2 und einer Pulsbreite
zwischen 0,05 und 0,40 ms auf die Oberfläche des Halbleitermaterials, wobei bei
dem Vorgang des Schmelzens und Rekristallisierens der Oberfläche des
Halbleitermaterials eine Anzahl kleiner Vorsprünge in dem laserbestrahlten
Bereich erzeugt wird.
Mit dem Markierverfahren kann durch Laserbestrahlung auf Pixeleinheitsbasis
eine Zahl kleiner Vorsprünge mit jeweils höchstens ungefähr 1 µm Höhe und 0,5
bis 1,0 µm Durchmesser auf der Oberfläche eines zu markierenden Artikels
gebildet werden. Der Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen liegt zwischen
ungefähr 1,5 bis 2,5 µm und die Dichte der Vorsprünge bei 1,6 bis 4,5 × 107 Stück/cm2.
Eine Ansammlung einer Zahl kleiner Vorsprünge wird als einzelne
Punktmarkierung behandelt, die durch Ausnutzen der unregelmäßigen
Lichtreflexion ausgelesen wird, und bei so kleinen Vorsprüngen kann die
Partikelerzeugung bei der Herstellung unterdrückt werden.
Sicher ist eine der Ursachen der Unklarheit der Punktmarkierungen mit Lochform
(im folgenden wird die Klarheit des Punktes "Erkennbarkeit" genannt (im Original
"visibility")) mit der Tiefe des Punkts in Zusammenhang zu bringen. Auch wenn
der Punkt tief genug ist, hat die Energiedichte bei großem Durchmesser der
Öffnung, beispielsweise bei Verwendung eines für die erforderliche Tiefe
ausreichend starken Laserstrahls, allgemein eine Gauss-Verteilung. Der Punkt
weist daher eine glatt gekrümmte Oberfläche mit insgesamt maßvoller Steigung
auf, so dass die oben beschriebenen Probleme mit der Erkennung des
Unterschieds in dem Punkt und dem Rand auftreten. Obwohl bei der erwähnten
japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2-205281 die Punkttiefe beschrieben
wird als 0,5 bis 1,0 µm oder 1,0 bis 1,5 µm, wird der Punktdurchmesser gar nicht
erwähnt, lediglich die Punktform als Gauss-Form beschrieben.
Da bei der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 59-84515 der Durchmesser
der Punktöffnung beim ersten Mal als 100 bis 200 µm und die Tiefe als höchstens
1 µm beschrieben wird und, genau betrachtet, der Laserstrahl viermal abgestrahlt
wird, liegt die Tiefe des Punktes dabei höchstens bei 3 bis 4 µm. In den Figuren
dieser Veröffentlichung ähnelt die erzeugte Punktform einer Gauss-Form.
Es ergibt sich, dass Punkte mit der erforderlichen Tiefe und in gewissem Maße
gleichmäßiger Größe durch alle in den obigen Veröffentlichungen beschriebenen
Markierungsverfahren hergestellt werden können. Die Form der hergestellten
Punkte ist jedoch konventionell, und der Durchmesser in Bezug auf die Tiefe sehr
groß. Damit ist die Erkennbarkeit auch verbesserungsfähig. Da eine
Größenverringerung (Durchmesser) der Punkte nicht beschrieben wird, gibt es
keinen Hinweis auf eine Verringerung der konventionellen Abmessungen auf 50
bis 150 µm. Es werden einfach die gegenwärtig z. B. durch den SEMI-Standard
vorgegebenen numerischen Werte verwendet. Daher ist keine wesentliche
Vergrößerung der Punktzahl und der Punktherstellungsfläche zu erwarten, und
ferner ist die Markierung mit vielen verschiedenen Informationen schwierig.
Die Erkennbarkeit der Punktmarkierung ist gut, wenn es im Bezug auf die
Lichtreflexionsrichtung und die reflektierte Intensität zwischen der Markierung und
dem Rand große Unterschiede gibt. Wenn die Tiefe in Bezug auf den
Durchmesser der Öffnung relativ groß ist, ist die Erkennbarkeit aus den folgenden
Gründen daher groß. Da die Reflexionsrichtung des in dem Loch reflektierten
Lichts bei einem bestimmten Einfallswinkel nicht regelmäßig sondern
unregelmäßig ist, ist das aus der Lochöffnung nach außen wegtretende reflektierte
Licht vermindert. Unter der Annahme, dass der Randbereich des Lochs eine glatte
Oberfläche ist, wird das Licht in dem Randbereich in der gleichen Richtung
reflektiert, so dass die Helligkeit hoch ist. Die Erkennbarkeit ist hoch, wenn der
Unterschied zwischen Helligkeit und Dunkelheit groß ist.
Die durch das in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 10-4040
beschriebene Markierverfahren hergestellten kleinen Vorsprünge sind zu klein, um
einzeln beobachtet zu werden. Der Unterschied zwischen der unregelmäßig
reflektierten Lichtintensität der unregelmäßig reflektierenden Oberfläche mit einer
Ansammlung der Vorsprünge und der reflektierten Lichtintensität von der glatten
Oberfläche ist gering, so dass die Unterscheidung der unregelmäßig
reflektierenden Oberfläche von der glatten Randoberfläche schwierig ist. Die
Erkennbarkeit ist unvermeidlicherweise gering. Wenn ferner gemäß dieser
Veröffentlichung eine Energiedichte von weniger als 18 J/cm2 verwendet wird,
werden keine kleinen Vorsprünge gebildet, weil die Oberfläche nicht geschmolzen
wird, diese treten jedoch wegen der relativ großen Pulsbreite auf, wobei dies
bezüglich keine besonderen Vorkehrungen in der Markierungsvorrichtung
getroffen worden sind.
Da eine einzelne Punktmarkierung aufgebaut ist aus einer Ansammlung kleiner
Vorsprünge und die Größe einer Punktmarkierung nicht beschrieben wird, wird
angenommen, dass die Größe des Punkts die gleiche wie bei konventionellen
Punkten ist und die Punktmarkierungsherstellungsfläche beschränkt ist. Auch
wenn die Größe des eine Ansammlung kleiner Vorsprünge bildenden Punktes
gering ist, lassen sich Form und Größe einer Mehrzahl von außerordentlich
kleinen Vorsprüngen, die in einem Punkt verteilt sind, nicht gleichmäßig steuern,
so dass sich kein Unterschied in der Helligkeit gegenüber dem Rand ergibt, so
dass die Erkennbarkeit der Punkte weiter verschlechtert ist.
Die Erfindung soll die beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es
Aufgabe der Erfindung, eine Punktmarkierung mit kleiner und gleichmäßiger Form
und Größe und hervorragender Erkennbarkeit auch als einzelne Punktmarkierung
zu schaffen; weitere Aufgabe ist es, ein Punktmarkierungsverfahren zur genauen
Herstellung solcher Mikropunktmarkierungen anzugeben. Ergänzende
Problemstellungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Die Erfindung löst diese Aufgaben.
Die Erfinder haben konventionelle Punktmarkierungsvorrichtungen und -verfahren
und die hergestellten Punktformen aufs Neue genau untersucht und analysiert und
herausgefunden, dass der Hauptfaktor der Erkennbarkeit eines Mikropunktes trotz
Kleinheit die Punktform ist und die Idealform mit den konventionellen
Markiervorrichtungen und -verfahren nicht erzielt werden kann.
Und zwar wird z. B., wie in Fig. 2 und in der japanischen Patent-
Offenlegungsschrift Nr. 2-205281 beschrieben, bei konventionellen
Markierungsvorrichtungen zunächst ein auf einen Halbleiterwafer zu druckender
Buchstabe und ein Markiermodus mit einer Eingabeeinheit 21 eingestellt. Eine
Markiersteuerung 22 steuert ein Ultraschallgüteschaltungselement 23, einen
internen Verschluss 24, einen äußeren Verschluss 25, einen Abschwächer
(optischen Abschwächer) 26 und einen Galvanometerspiegel 27, um einen Punkt
mit vorbestimmter Tiefe entsprechend dem eingestellten Markierungsmodus auf
einem Wafer W zu markieren, und durch einen Güteschaltungspuls wird ein Punkt
markiert. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 11 einen Totalreflexionsspiegel; 12
eine interne Blende (Modenauswahleinrichtung); 13 ein Lampengehäuse; 14 einen
Ausgabespiegel; 15 eine Blende; 16 einen Nivellierspiegel; 17 eine Galilei'sche
Aufweitungseinrichtung; 18 eine Blende; 19 eine f-θ-Linse; und 20 einen YAG-
Laser.
Bei diesem allgemeinen Markierverfahren ist wegen der gaussförmigen
Energiedichteverteilung des auf die Oberfläche des Halbleiterwafers gestrahlten
Laserstrahls die innere Oberfläche des auf der Waferoberfläche gebildeten Punkts
durch Einfluss der Energiedichteverteilung weich verlaufend gekrümmt. Die
Markierverfahren basieren auf der US-Patentschrift 4,522,656. Die Lehre dieses
US-Patents zeichnet sich dadurch aus, dass durch Einstrahlen eines Laserstrahls
mit einem Durchmesser des 1,5- bis 6,5-Fachen des Durchmessers des zu
markierenden Punkts die thermische Leitung in den Randbereich verhindert wird,
die Energie effektiv ausgenutzt wird und der mittlere Abschnitt des bestrahlten
Punkts aufgeschmolzen wird und ein Loch bildet.
In anderen Worten: Das Verfahren verwendet in effektiver Weise die gaussförmig
verteilte Energiedichte des Laserstrahls. Die Energie in einem dem Boden der
Energiedichteverteilung entsprechenden Teil niedriger Laserintensität wird in den
Rand des Lochöffnungsbereichs gerichtet, um dadurch den Rand anzuwärmen,
einen Verlust von thermischer Energie durch Wärmeleitung aus dem
Zentralbereich des Lochs heraus zu vermeiden und die Lochherstellung in dem
Zentralbereich effektiv durchzuführen. Da jedoch ein Teil der Laserenergie nicht
direkt zur Lochherstellung verwendet, jedoch verbraucht wird, ist die Effizienz
gering. Darüber hinaus verbleibt die Wärmevorgeschichte durch die Bestrahlung
des Lochrandes mit einem Laserstrahl in dem Lochrandbereich, woraus sich
nachteilige Einflüsse auf das Erzeugnis ergeben können. Ferner kann das
Markierverfahren nur eine flache Punktmarkierung mit großem Punktdurchmesser
herstellen, wie oben beschrieben, und mit angeschwollenem Randbereich des
Lochs. Das verschlechtert die Erkennbarkeit.
Die Erfinder haben weiterhin die Form von Punktmarkierungen mit hervorragender
Erkennbarkeit untersucht und herausgefunden, dass durch Einstellung sowohl der
Pulsbreite als auch der Energiedichte des Laserstrahls innerhalb eines
bestimmten Bereichs, wie im folgenden beschrieben, und Steuern der
Energiedichteverteilung eine durch einen jeweiligen auf die Oberfläche eines zu
markierenden Gegenstandes abgestrahlten Laserstrahl gebildete
Punktmarkierung eine besondere Form aufweist, die nicht bekannt ist, und obwohl
es sich um eine einzige Mikropunktmarkierung handelt, zeigt sie eine bessere
Erkennbarkeit als die bei Punktmarkierungsformen mit einer Ausnehmung, die mit
der konventionellen Lasermarkierung hergestellt wurden.
Nach einem ersten erfindungsgemäßen Gesichtspunkt ist nämlich eine
Punktmarkierung vorgesehen, die auf der Oberfläche eines kleinen Bereichs eines
Wafers unter Verwendung eines Laserstrahls als Energiequelle hergestellt wurde.
Obwohl die Mikropunktmarkierung entlang der Oberfläche des markierenden
Gegenstandes eine Länge von 1,0 bis 15,0 µm hat, hat die Punktmarkierung eine
sehr gut erkennbare Form und ist aufgebaut aus jeweils durch
Laserstrahleinstrahlpunkte gebildete Punkte. Der Zentralabschnitt jeder
Punktmarkierung weist einen Vorsprung auf, der von der Oberfläche des zu
markierenden Gegenstandes aus nach oben vorsteht und eine Höhe von 0,01 bis
5 µm hat. Hinsichtlich der Erkennbarkeit hat es sich herausgestellt, dass bei einer
erfindungsgemäßen Punktmarkierung mit vorspringender Form eine Höhe im oben
gewählten Bereich ausreichend ist, weil mehr eine Lichtstreuung als eine
regelmäßige Lichtreflexion erfasst wird.
Wenn die Punktmarkierung ferner auf dem angeschrägten Abschnitt des Wafers
gebildet wird, wie oben beschrieben, kann die Markierung bei den verschiedenen
Behandlungen in den Herstellungsprozessen des Wafers kaum verloren gehen.
Um den Mechanismus der Herstellung einer solchen Punktmarkierungsform zu
klären, haben die Erfinder eine Anzahl von Experimenten mit unterschiedlichen
Fragestellungen durchgeführt und sind zu den folgenden Schlüssen gelangt. Die
Erfindung ist dabei nicht durch diese Schlussfolgerungen eingeschränkt.
Wenn nämlich die Positionen für die Punktherstellungen mit einem Laserstrahl
bestrahlt werden, schmilzt die Oberfläche des bestrahlten Bereichs des zu
markierenden Gegenstands und bildet sich ein Becken des geschmolzenen
Materials (im folgenden Schmelzenbecken genannt). Dabei wird die Temperatur
des geschmolzenen Materials niedriger in Richtung auf das Ufer des
Schmelzenbeckens zu und höher in Richtung auf die Mitte zu. Durch den
Temperaturgradienten tritt in der Oberflächenspannung eine Verteilung und in
dem geschmolzenen Material eine Bewegung auf. Gleichzeitig mit dem Ende der
Pulsbestrahlung beginnt das Abkühlen und verfestigt sich das Material. Im
geschmolzenen Zustand des Materials ist der mittlere Abschnitt des
Schmelzenbeckens eine freie Oberfläche und entspricht das Ufer des
Schmelzenbeckens einem festen Ende, so dass der Zustand einem Film mit
festgelegtem Rand entspricht. In diesem Zustand wirkt die Oberflächenspannung
und tritt in dem mittleren Abschnitt des Schmelzenbeckens eine dynamische
Bewegung ähnlich einer Filmschwingung auf.
Die Länge der Amplitude der Filmschwingungsmode ist im wesentlichen bestimmt
durch die dem Material eigene Viskosität und die Oberflächenspannung. Mit
größerem Durchmesser des Schmelzenbeckens steigt daher die Zahl von
Schwingungen. Da zum Beispiel bei Silizium die Amplitudenlänge 3 bis 5 µm
beträgt, lässt sich in einem kleinen Bereich eine Mikropunktform mit effektivem
Kontrast erzielen. Durch die Experimente wurde auch bestätigt, dass in dem
kleinen Bereich unter geringer Einflussnahme der Schwerkraft eine
Punktmarkierung hergestellt werden kann.
Wenn das Lasereinstrahlmuster rechteckig ist, ist das Schmelzenbecken
dementsprechend rechteckig, wenn es kreisförmig ist, ist das Schmelzenbecken
kreisförmig. Ferner tritt eine ähnliche Schwingung wie bei einem Film in einer dem
Rechteck oder der Kreisform entsprechenden Mode auf. Die Fig. 22 bis 31 zeigen
schematisch rechteckige bzw. quadratische und kreisförmige
Filmschwingungsmoden. Mit höherer Schwingungsmode steigt die Zahl von
Schwingungswellen, wobei bei der Schwingungsmode eine Verschiebung
zwischen ausgenommenen und vorspringenden Mustern auftritt. Auch aus im
folgenden beschriebenen Experimenten ergibt sich, dass die Bewegung des
Schmelzenbeckens stark mit der Filmschwingung zusammenhängt.
Fig. 22 zeigt einen kreisförmigen Filmschwingungsmodus in dem Zustand, in dem
die Oberfläche eines zu markierenden Gegenstands als aufwärts gekrümmte
Oberfläche ausgedehnt ist. Fig. 23 zeigt einen kreisförmigen
Filmschwingungsmodus in einem Zustand, in dem Oberfläche eines zu
markierenden Gegenstandes im Gegensatz dazu als ungekrümmte Oberfläche
ausgenommen ist. Fig. 24 zeigt einen kreisförmigen Filmschwingungsmodus in
dem Zustand, in dem eine ringförmige Ausnehmung gebildet ist und die
Oberfläche in ungefähr konischer Form in der Mitte der ringförmigen Ausnehmung
auf der Oberfläche des zu markierenden Gegenstands nach oben vorsteht. Fig. 25
zeigt einen kreisförmigen Filmschwingungsmodus mit einem ringförmigen
ausgedehnten Bereich und einer ausgenommenen, nach unten gekrümmten
Oberfläche in der Mitte des ausgedehnten Bereichs. Fig. 26 zeigt einen
kreisförmigen Filmschwingungsmodus mit einem ringförmigen ausgedehnten
Bereich und einer konischen, nach oben vorstehenden Mitte des ausgedehnten
Bereichs. Fig. 27 zeigt einen kreisförmigen Filmschwingungsmodus mit einem
konzentrischen ringförmigen ausgenommenen Bereich außen, einem
ausgedehnten Bereich und einem ausgenommenen Bereich auf der Oberfläche
des zu markierenden Gegenstandes.
Die Fig. 28 bis 31 zeigen quadratische Filmschwingungsmoden, die jeweils den
Fig. 22 bis 25 entsprechen. Fig. 31 ist dabei insoweit besonders, dass der
ausgedehnte Abschnitt keine einfache Ringform, sondern eine gewellte Form hat,
bei der die Ecken des Rechtecks stark ausgedehnt sind.
Als Resultat einer Anzahl von Experimenten hat sich herausgestellt, dass die
Punktmarkierungsform bei allen Filmschwingungsmoden unvergleichlich viel
kleiner als bei konventionellen Fällen ist und erhalten werden kann durch
Einstellen der Pulsbreite und der Energiedichte des Laserstrahls als
Markierparameter innerhalb ihrer vorbestimmten Bereiche und durch Steuern der
Energiedichteverteilung.
Die von den Erfindern zuvor vorgeschlagene Lasermarkiervorrichtung aus der
japanischen Patentanmeldung Nr. 9-323080 ist ein bevorzugtes Beispiel für eine
zur Herstellung der Punktmarkierungsform nach dem ersten erfindungsgemäßen
Gesichtspunkt geeignete Lasermarkierungsvorrichtung. Da der detaillierte Aufbau
in der Beschreibung dieser Anmeldung dargelegt ist, wird hier nur eine einfache
Beschreibung gegeben.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Markiervorrichtung für das Markieren
von Buchstaben, Strichcodes, zweidimensionalen Codes oder dergleichen auf der
Oberfläche eines zu markierenden Gegenstandes unter Verwendung eines Lasers
als Lichtquelle. Die Markiervorrichtung 1 weist auf einen Laserstrahl 2, einen
Strahlhomogenisierer 3 zum Homogenisieren der Energiedichte eines von dem
Laser 2 ausgestrahlten Laserstrahls, eine Flüssigkristallmaske 4, die ausgelegt ist
zum Hindurchlassen/Absorbieren des Laserstrahls entsprechend der Anzeige
eines Musters, eine Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 zum Umwandeln der
Energiedichteverteilung des Laserstrahls entsprechend jedem Pixel in der
Flüssigkristallmaske 4 in eine gewünschte Verteilung und eine Linseneinheit 6
zum Bündeln des durch die Flüssigkristallmaske 4 hindurchgelassenen Strahls auf
die Oberfläche des Halbleiterwafers auf Punkteinheitsbasis. Die maximale Länge
eines Punkts in der Flüssigkristallmaske 4 beträgt 50 bis 2000 µm und die
maximale Länge eines Punkts in der Linseneinheit 6 beträgt 1 bis 15 µm.
Um einen Mikropunkt einer solchen Form herzustellen, ist es erforderlich, die
Eigenschaften und Intensität des Laserstrahls auf Punkteinheitsbasis sehr genau
zu steuern. Um erfindungsgemäß einen Laserstrahl mit sehr kleinem Durchmesser
aus einem Laserstrahl mit großem Durchmesser zu gewinnen, ist ein
leistungsstarker Laser mit hoher Qualität erforderlich. Wegen der
Beugungserscheinungen ist es jedoch schwierig, einen sehr starken Laserstrahl
weiter zu bündeln. Auch wenn der Laserstrahl weiter gebündelt werden kann, wird
der Winkel der von der Linse austretenden Strahlung groß und die Schärfentiefe
äußerst kurz, so dass die Durchführung eines tatsächlichen Prozesses schwierig
wird. Im Hinblick auf die Auflösung und dergleichen ist ferner ein ultrapräzises
Linsensystem erforderlich. Bei dem Aufbau eines solchen Linsensystems steigen
die Anlagenkosten stark an, so dass sich das Linsensystem aus ökonomischen
Gesichtspunkten verbietet.
Um mit einem gewöhnlichen Linsensystem eine Mikropunktmarkierung zu
realisieren, wird der aus dem Laser 2 abgestrahlte Laserstrahl selbst aufgeteilt
und in Laserstrahlen mit jeweils kleinerem Durchmesser und der zur Markierung
eines Punktes erforderlichen und ausreichenden Energie umgewandelt, und die
Energiedichteverteilung des Laserstrahls auf Punkteinheitsbasis muß dann in ein
für die Herstellung der Punktform geeignetes Profil umgewandelt werden. Um ein
geeignetes ausgeglichenes Profil zu bilden, ist die Homogenisierung der
Energiedichteverteilung des noch nicht gebündelten Laserstrahls vor der
Strahlformung auf Punkteinheitsbasis erforderlich.
Um eine Lichtquelle für die Mikropunktmarkierung zu erhalten, ist es sinnvoll, die
Flüssigkristallmaske 4 zu verwenden, in der Flüssigkristalle in einer Matrix
angeordnet sind, die jeweils entsprechend verschiedenen in die zentrale
Steuereinheit eingeschriebenen Daten Licht durchlassen/absorbieren können.
Es ist wichtig, den von dem Laser mit der Gauss'schen Energiedichteverteilung
abgestrahlten Laserstrahl zunächst in einen mit homogenisierter Form, z. B.
ähnlich einer Zylinderhutform unter Verwendung des Strahlhomogenisierers 3,
umzuwandeln. Der Strahlhomogenisierer 3 kann z. B. folgende Typen haben. Der
Typ, bei dem die Oberfläche der Maske z. B. mit einer Fliegenaugenlinse, einer
Binäroptik oder zylindrischen Linse auf einmal bestrahlt wird, und der Typ, bei dem
die Oberfläche der Maske mit einem Betätigungselement, etwa einem
Polygonspiegel oder einem Spiegelscanelement bestrahlt wird.
Wenn der Laserstrahl, dessen Energiedichteverteilung durch den
Strahlhomogenisierer 3 homogenisiert worden ist, dann wieder in ein Profil mit
einer zur Erzielung der bevorzugten Punktform geeigneten
Energiedichteverteilung umgewandelt werden muss, wird die
Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 verwendet. Als Strahlprofilumwandlungs
einrichtung 5 wird z. B. ein optisches Beugungselement, ein optisches
holographisches Element, eine Maske mit einer Öffnung oder eine
Flüssigkristallmaske mit Absorptions-/Transmissionsbereichen, eine konvexe oder
konkave Mikrolinsenanordnung und dergleichen verwendet. Die
Strahlprofilumwandlungseinrichtung ist nicht unbedingt notwendig, um die
erfindungsgemäße Punktmarkierungsform zu erzielen.
Der als Prozessgegenstand bei der Erfindung zu markierende Gegenstand W ist
ein Halbleiterwafer, ein Glassubstrat, etwa ein Flüssigkristallsubstrat, eine
Elektrode (ein Kontaktflecken), etwa auf einem nackten Typ, die Oberfläche eines
IC, verschiedene Keramikerzeugnisse, ein Leitungsabschnitt eines IC oder
dergleichen. Der Halbleiterwafer wird beispielhaft durch einen Siliziumwafer
dargestellt. Inbegriffen sind Wafer mit einem Oxidfilm (SiO2) oder einem Nitridfilm
(SiN), Epitaxialwafer, und Wafer, auf denen Galliumarsenid oder
Indiumphosphidverbindungen vorliegen.
Der zweite Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf eine für die
Punktmarkierung mit der besonderen Form besonders geeignete
Markierungsposition. Die mit der Punktmarkierung zu markierende Oberfläche des
Gegenstandes ist nämlich dabei ein angeschrägter Abschnitt am Außenrand des
Wafers. Es ist bereits zuvor vorgeschlagen worden, am Außenrand des Wafers
Markierungen vorzusehen, die Markierungen bestanden jedoch aus sogenannten
Strichcodierungen. Wenn aber auf dieser Oberfläche eine gewöhnliche
Punktmarkierung gebildet werden soll, ist die Herstellung auf einer kleinen Fläche
wegen ihres großen Formats schwierig. Auch wenn sie klein ist, ist die optische
Auslesung des regelmäßig reflektierten Lichts schwierig. Die erfindungsgemäße
Punktmarkierung ist jedoch klein und hat eine besondere Form, und somit hat sich
herausgestellt, dass unter Ausnutzung des von der Oberfläche des Vorsprungs
gestreuten Lichts eine ausreichende optische Erkennbarkeit erzielt werden kann.
Der zweite Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf einen zur Herstellung der
Mikropunktmarkierung mit der besonderen Form auf der Oberfläche eines zu
markierenden Gegenstandes W geeignetes Markierungsverfahren. Auch bei
Verwendung der Markiervorrichtung 1 lassen sich, wenn die durch den dritten
Aspekt der Erfindung angegebenen Markierparameter nicht erfüllt sind, nicht die
erfindungsgemäßen Punktmarkierungen mit der erwähnten besonderen Form
erzielen.
Insbesondere beinhaltet das Verfahren nach dem zweiten erfindungsgemäßen
Gesichtspunkt: Das Homogenisieren der Energieverteilung des Laserstrahls auf
dem Laser 2 durch den Strahlhomogenisierer 3, wie oben beschrieben; das
Erzeugen eines gewünschten Musters durch Ansteuern der Flüssigkristallmaske
4, in der die maximale Länge jedes Pixels 50 bis 2000 µm beträgt, und Bestrahlen
der Flüssigkristallmaske 4 mit dem von dem Strahlhomogenisierer 3
homogenisierten Laserstrahl; das Einstellen der Energiedichte des durch die
Flüssigkristallmaske 4 hindurchgetretenen Laserstrahls auf der
Punktmarkierungsoberfläche auf 1,0 bis 15,0 J/cm2; und das Bündeln des durch
die Flüssigkristallmaske hindurchgetretenen Laserstrahls auf der Oberfläche des
zu markierenden Gegenstandes mit der Linseneinheit 6 für jeden Punkt, und zwar
so dass die maximale Länge jedes Punktes auf 1,0 bis 15,0 µm eingestellt ist.
Um die Punktmarkierung mit der erfindungsgemäßen besonderen Form herstellen
zu können, haben die Erfinder eine Anzahl von Experimenten im Hinblick auf die
Wellenlänge, die Energiedichte und Pulsbreite durchgeführt. Im Ergebnis
beeinflusst die Wellenlänge nur das Absorptionsverhältnis des Halbleiterwafers,
ändert jedoch sonst nichts. Wenn z. B. Silizium als Material des Halbleiterwafers
verwendet wird, ist es für die erfindungsgemäße Punktmarkierungsform
notwendig, das Eindringen in das Silizium bei kleinerwerdender Punktform
moderat zu verringern. Daher ergeben sich die besten Ergebnisse bei ungefähr
532 nm. Obwohl die Wellenlänge nicht allgemein spezifiziert werden kann, da sie
abhängig von dem Material des zu markierenden Gegenstandes differiert, liegt sie
vorzugsweise im sichtbaren Bereich zwischen 300 nm und 700 nm.
Im Hinblick auf die Pulsbreite wurde andererseits ein Bereich, in dem ein
ausreichend breiter zulässiger Bereich der Energiedichte eingestellt werden kann
und die Ausgangsleistung des Lasers möglichst reduziert werden kann,
untersucht. Im Ergebnis wurde der Bereich zwischen 10 und 500 ns als sinnvoll für
die erfindungsgemäßen Markierungen identifiziert. Vorzugsweise liegt der Bereich
zwischen 50 und 120 ns. Bei 500 ns oder darüber wird die Energiedichte zu hoch,
so dass die erwünschte Punktmarkierungsform nicht gleich zu erzielen ist und der
Laser selbst zu groß wird. Es wird betont, dass diese Werte im Vergleich zu den
Pulsbreiten bei den Markierungsverfahren gemäß der erwähnten japanischen
Patent-Offenlegungsschrift Nr. 10-4040 ziemlich klein sind. Bei einem in einem ps-
Bereich mit einem Laser durchgeführten Prozess tritt in erheblichem Umfang
Transpiration bzw. Verdampfung auf und ist der zulässige Energiedichtebereich
äußerst schmal.
Die Energiedichte hängt stark von der Laserwellenlänge, der Pulsbreite und den
optischen Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials ab. Es ist folglich
bevorzugt, die Energiedichte abhängig sowohl von der Laserwellenlänge als auch
der Pulsbreite festzulegen. Bei der beschriebenen Vorabfestlegung der
Laserwellenlänge und der Pulsbreite ist es sinnvoll, die Energiedichte des
Laserstrahls auf der Punktmarkierungsoberfläche nach Durchgang durch die
Flüssigkristallmaske 4 und Aufteilung auf 1,5 bis 15,0 J/cm2 festzulegen. Unter der
Annahme gleicher Wellenlänge ist es innerhalb des erwähnten
Pulsbreitenbereichs bei kleinerer Pulsbreite bevorzugt, dass die Energiedichte im
Bereich von 1,0 bis 3,7 J/cm2 liegt, und bei größerer Pulsbreite bevorzugt, dass
die Energiedichte innerhalb des Bereich von 3,7 bis 11,0 J/cm2 liegt.
Genau betrachtet bildet sich auf der Oberfläche des Halbleiterwafers,
insbesondere aus Silizium, ein sehr dünnes Eigenoxid. Bei der Erfindung wird der
Oxidfilm gleichzeitig verformt. Es ist daher notwendig, die folgenden Punkte zu
berücksichtigen, um den Oxidfilm vorteilhaft zu verformen.
- 1. Der Schmelzpunkt des Oxidfilms (SiO2) ist höher als der des Siliziumwafers (Si).
- 2. Der Oxidfilm ist amorph und zeigt keinen klaren Umwandlungspunkt zur flüssigen Phase. Er erweicht um den Schmelzpunkt von Silizium herum.
- 3. Der Oxidfilm ist vom sichtbaren Bereich bis in den nahen Infrarotbereich transparent und absorbiert Silizium.
Aus den obigen Punkten ergibt sich, dass bei der Pulsbestrahlung der
Siliziumwafer durch den Oxidfilm hindurch direkt beheizt und geschmolzen wird.
Der Oxidfilm wird durch thermische Leitung aus dem Silizium heraus erweicht und
formt sich entsprechend der Oberflächenform des Siliziums durch elastische
Verformung zu Punkten. Wenn der Oxidfilm jedoch dicker ist, ist der
Temperaturanstieg im Oxidfilm durch die thermische Leitung an der Grenze des
Oxidfilms nach außen nicht ausreichend. Daher kommt der Temperaturanstieg mit
dem Umfang der Verformung des Siliziums nicht mit und es treten plastische
Verformungen (Risse) auf.
Die Dicke des Oxidfilms auf der Oberfläche, die bei der Punktherstellung im
Filmschwingungsmodus ist, ist ähnlich wie bei einem gewöhnlichen
unbehandelten Wafer im Bereich von 1500 bis 2000 Å, was Experimente zeigen.
Wenn der Oxidfilm auf der Oberfläche eine Dicke unter 1500 Å hat, können im
Filmschwingungsmodus ähnlich wie bei unbehandelten Wafern Punkte gebildet
werden.
Vorzugsweise ist neben den Markierungsparametern der Parameter inbegriffen,
ob die Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 vor oder hinter der
Flüssigkristallmaske 4 angeordnet ist. Die Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5
hat die Form einer Punktmatrix der gleichen Größe wie die Pixelmatrix der
Flüssigkristallmaske 4 und wandelt die Energiedichteverteilung eines Laserstrahls
in die erforderliche Verteilung um. Die Strahlprofilumwandlungseinrichtung stellt
die thermische Verteilung in den Bestrahlungsmusterpunkten ein, wodurch die
Höhe des Vorsprungs der Punktmarkierung eingestellt wird.
Die maximale Länge jedes Pixels der Flüssigkristallmaske 4 ist festgelegt auf 50
bis 2000 µm wegen der Auflösungsgrenze existierender Linsensysteme, wenn ein
durch die Flüssigkristallmaske 4 hindurchgelassener Laserstrahl auf den zu
markierenden Gegenstand gebündelt wird, so dass die maximale Länge eines
Punkts durch das Linsensystem vorgegeben ist auf 1,0 bis 15,0 µm. Wenn die
maximale Länge (der Durchmesser) eines Punkts kleiner als 1,0 µm ist, ist die
Auslesung mit existierenden optischen Erfassungssystemen schwierig. Wenn die
maximale Länge 15,0 µm überschreitet, kann nicht nur auf einer vorbestimmten
Fläche keine ausreichende Informationsmenge markiert werden, sondern ist auch
die Markierungsfläche beschränkt. Die Werte betragen 3/20 bzw. 1/100 von 100 µm,
was die maximale Größe der durch den jetzigen SEMI-Standard
zugelassenen Punktmarkierungen ist. Daraus ergibt sich, wie klein diese Größen
sind.
Fig. 1 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung einer
erfindungsgemäßen Mikropunktmarkiervorrichtung;
Fig. 2 ist ein Diagramm des Gesamtaufbaus einer allgemeinen
Punktmarkierungsvorrichtung mit einem Laserstrahl;
Fig. 3 ist eine mit einem AFM (atomic force microscope =
Rasterkraftmikroskop) aufgenommene stereoskopische
Ansicht der Formen von mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Punktmarkierungen und ihres
Anordnungszustands;
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Punktmarkierungen in Fig. 3;
Fig. 5A und 5B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 6A und 6B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 7A und 7B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 8A und 8B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform mach
dem ersten Vergleichsbeispiel;
Fig. 9A und 9B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 10A und 10B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem fünften Ausführungsbeispiel;
Fig. 11A und 11 B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem sechsten Ausführungsbeispiel;
Fig. 12A und 12B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem siebten Ausführungsbeispiel;
Fig. 13A und 13B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem zweiten Vergleichsbeispiel;
Fig. 14A und 14B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem dritten Vergleichsbeispiel;
Fig. 15A und 15B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem vierten Vergleichsbeispiel;
Fig. 16A und 16B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem fünften Vergleichsbeispiel;
Fig. 17B und 17B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und
stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach
dem sechsten Vergleichsbeispiel;
Fig. 18 ist ein Diagramm mit der Korrelation zwischen der
Energiedichte und der Höhe des Vorsprungs in den jeweiligen
Punktmarkierungen nach dem ersten bis siebten
Ausführungsbeispiel und dem ersten bis sechsten
Vergleichsbeispiel;
Fig. 19 ist ein Diagramm mit der Korrelation zwischen der
Energiedichte und der Höhe des Vorsprungs, wenn die
Pulsbreite und die Markierungsbreite als
Lasermarkierungsparameter bei dem ersten bis siebten
Ausführungsbeispiel und dem ersten bis sechsten
Vergleichsbeispiel verändert werden;
Fig. 20 ist eine Draufsicht auf durch erfindungsgemäße
Punktmarkierungen dargestellte Buchstaben;
Fig. 21 ist eine Draufsicht auf durch konventionelle
Punktmarkierungen dargestellte Buchstaben;
Fig. 22 ist eine stereoskopische Ansicht eines ersten Beispiels für die
Punktmarkierungsform auf der Basis eines Schwingungs
modus der Oberfläche eines Schmelzenbeckens bei einem
Punktmarkierungsherstellungsprozess;
Fig. 23 ist eine stereoskopische Ansicht eines zweiten Beispiels für
die Punktmarkierungsform;
Fig. 24 ist eine stereoskopische Ansicht eines dritten Beispiels für die
Punktmarkierungsform;
Fig. 25 ist eine stereoskopische Ansicht eines vierten Beispiels für die
Punktmarkierungsform;
Fig. 26 ist eine stereoskopische Ansicht eines fünften Beispiels für die
Punktmarkierungsform;
Fig. 27 ist eine stereoskopische Ansicht eines sechsten Beispiels für
die Punktmarkierungsform;
Fig. 28 ist eine stereoskopische Ansicht eines siebten Beispiels für die
Punktmarkierungsform;
Fig. 29 ist eine stereoskopische Ansicht eines achten Beispiels für die
Punktmarkierungsform;
Fig. 30 ist eine stereoskopische Ansicht eines neunten Beispiels für
die Punktmarkierungsform;
Fig. 31 ist eine stereoskopische Ansicht eines zehnten Beispiels für
die Punktmarkierungsform.
Bevorzugte Beispiele für die Erfindung werden im folgenden zusammen mit
Vergleichsformen anhand der beiliegenden Zeichnungen genau beschrieben.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels für eine
Lasermarkiervorrichtung zum erfindungsgemäßen Herstellen einer
Mikropunktmarkierung.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 2 einen Laseroszillator; 3 einen
Strahlhomogenisierer; 4 eine Flüssigkristallmaske; 5 eine
Strahlprofilumwandlungseinrichtung; und 6 eine Kondensorlinseneinheit, und der
Buchstabe W bezeichnet einen zu markierenden Gegenstand. Bei dem
Ausführungsbeispiel wird als zu markierender Gegenstand W ein Halbleiterwafer
als Beispiel verwendet. Der Halbleiterwafer W steht bei dem Ausführungsbeispiel
nicht nur für einen Siliziumwafer, sondern allgemein für einen Wafer, etwa einen
mit einem Oxidfilm oder einen Nitridfilm, einen Epitaxihalbleiterwafer und ferner für
einen Halbleiterwafer, der mit Galliumarsenid- oder Indiumphosphidverbindungen
versehen oder daraus aufgebaut ist.
In der Lasermarkiervorrichtung 1 wird ein von dem Laseroszillator 2 abgestrahlter
Laserstrahl mit einer Gauss'schen Energiedichteverteilung durch den
Strahlhomogenisierer 3 homogenisiert zu einem mit einer zylinderhutförmigen
Energiedichteverteilung, wobei die Spitzenwerte im wesentlichen die gleichen
sind. Die Oberfläche der Flüssigkristallmaske 4 wird mit dem Laserstrahl mit dar
wie oben beschrieben homogenisierten Energiedichteverteilung bestrahlt. Wie
allgemein bekannt, kann auf der Flüssigkristallmaske 4 ein gewünschtes
Markierungsmuster angezeigt werden. Der Laserstrahl tritt in einem
Anzeigebereich des Musters durch einen Pixelabschnitt hindurch, der in einem
lichtdurchlässigen Zustand ist. Die Energiedichteverteilung des jeweils
durchgelassenen Lichts, das auf Pixeleinheitsbasis aufgeteilt ist, hat die gleiche
Form wie die durch den Strahlhomogenisierer 3 homogenisierte und ist
gleichmäßig.
Allgemein wird als Strahlhomogenisierer 3 eine optische Komponente bezeichnet,
mit der man einen Laserstrahl mit beispielsweise einer Gauss'schen
Energiedichteverteilung in die Form einer homogenisierten
Energiedichteverteilung bringen kann. Es gibt z. B. optische Bestandteile von
Systemen zum Bestrahlen der Oberfläche einer gesamten Maske unter
Verwendung von Fliegenaugenlinsen, Binäroptiken oder zylindrischen Linsen oder
durch Abrastern der Oberfläche einer Maske mit einem durch ein
Betätigungselement betätigten Spiegel, etwa einem Polygonspiegel oder einem
Spiegelscanner.
Bei der Erfindung beträgt die Pulsbreite des Laserstrahls, wie oben beschrieben,
10 bis 500 ns, und die Energiedichte der Punktmarkierungsoberfläche wird
innerhalb des Bereich von 1,0 bis 15,0 J/cm2 gesteuert, und vorzugsweise in dem
Bereich von 1,5 bis 11,0 J/cm2. Wenn der Strahlstrahl in dem Bereich dieser
numerischen Werte gesteuert wird, kann die Punktmarkierung mit der
erfindungsgemäßen besonderen Form hergestellt werden.
Die auf einmal in der Flüssigkristallmaske 4 bestrahlte Fläche entspricht der
Punktzahl 10 × 11. Alle diese Punkte werden mit dem Laserstrahl auf einmal
bestrahlt. Da diese Zahl von Punkten häufig für die erforderlichen Punkte nicht
ausreicht, kann das Markierungsmuster in eine Mehrzahl von Abschnitte aufgeteilt
werden und die Flüssigkristallmaske zur sequentiellen Anzeige der Abschnitte
gebracht werden. Durch Umschalten und Kombinieren dieser Abschnitte kann das
ganze Maskierungsmuster auf der Waferoberfläche hergestellt werden. Um dabei
auf der Oberfläche des Wafers ein Bild herzustellen, ist es natürlich notwendig,
den Wafer oder die Bestrahlungsposition zu bewegen. Als Bewegungsverfahren
sind verschiedene konventionell bekannte Verfahren möglich.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 mit
einem durch die Flüssigkristallmaske 4 hindurchgetretenen Laserstrahl auf
Punkteinheitsbasis bestrahlt. In der Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 sind
ähnlich einer Matrix angeordnete optische Komponenten entsprechend den als
Matrix angeordneten Flüssigkristallen der Flüssigkristallmaske 4 angeordnet.
Daher tritt der durch die Flüssigkristallmaske 4 hindurchgetretene Laserstrahl auf
Punkteinheitsbasis in eine 1 : 1-Entsprechung durch die Strahlprofilum
wandlungseinrichtung 5, und der Laserstrahl mit der zuvor durch den
Strahlhomogenisierer 3 homogenisierten Energiedichteverteilung wird in einen
Laserstrahl mit der zur Herstellung der erfindungsgemäßen besonderen
Mikrolochform erforderlichen Energiedichteverteilung umgewandelt. Obwohl die
Energiedichteverteilung des durch die Flüssigkristallmaske 4 hindurchgetretenen
Laserstrahls bei dem Ausführungsbeispiel in die erforderliche
Energiedichteverteilung umgewandelt wird, indem man den Laserstrahl weiter
durch die Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 hindurchtreten lässt, gibt es auch
den Fall, bei dem der Laserstrahl direkt auf die Linseneinheit 6 geführt wird, ohne
das Profil der Energiedichteverteilung mit der Strahlprofilumwandlungseinrichtung
5 umzuwandeln.
Der durch die Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 hindurchgetretene Laserstrahl
wird mit der Linseneinheit 6 auf eine vorbestimmte Position auf der Oberfläche des
Halbleiterwafers W gebündelt, wodurch auf der Oberfläche die erforderliche
Punktmarkierung durchgeführt wird. Bei der Erfindung wird die maximale Länge
jeden Pixels in dem Flüssigkristall von 50 bis 2000 µm durch die Linseneinheit auf
1 bis 15 µm auf der Oberfläche des Halbleiterwafers W verringert. Bei der
gleichmäßigen Herstellung einer Markierung im Mikrometerbereich auf den
Oberflächen einer Mehrzahl von Wafern ist es notwendig, den Abstand zwischen
der Markierungsoberfläche und einer Kondensorlinse und die optische Achse auf
Mikrometerskala einzustellen. Bei dem Ausführungsbeispiel wird der Brennpunkt
erfasst durch Messen der Höhe entsprechend einem Konfokalverfahren, das
allgemein bei Lasermikroskopen oder dergleichen verwendet wird, der ermittelte
Wert zu einem Feinpositioniermechanismus in Vertikalrichtung der Linse
zurückgekoppelt und der Brennpunkt automatisch eingestellt. Für die Einstellung
der optischen Achse und die Positionierung und Einstellung der optischen
Komponenten wird ein allgemein bekanntes Verfahren verwendet. Beispielsweise
kann die Einstellung durchgeführt werden durch Schraubeneinstellmechanismen
zum Anpassen eines Objekts an einen vorgegebenen Referenzpunkt unter
Verwendung einer Lichtführung durch einen He-Ne-Laser oder dergleichen. Die
Einstellung muss nur beim Aufbau einmal durchgeführt werden.
Die maximale Länge der erfindungsgemäßen Mikropunktmarkierung auf der
Markierungsoberfläche liegt daher in dem Bereich von 1,0 bis 15,0 µm. Die
Abmessungen des Vorsprungs/der Ausnehmung liegen bei 0,01 bis 5 µm bei
dem Fall, bei dem der Randbereich des Vorsprungs leicht ausgenommen ist. Um
eine Punktmarkierung mit solchen Abmessungen herzustellen, muss die Länge
einer Seite jedes Punkts in der Flüssigkristallmaske 4 50 bis 2000 µm sein, um die
Markierungsherstellung an dem Einstrahlpunkt auf der Oberfläche des
Halbleiterwafers W wegen der Begrenzung der Auflösung der
Kondensorlinseneinheit oder dergleichen nicht zu stören. Wenn ferner der
Abstand zwischen der Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 und der
Flüssigkristallmaske 4 zu groß oder zu klein ist, wird wegen des Einflusses von
Randstrahlen oder des Einflusses einer Instabilität der optischen Achse eine auf
der Oberfläche des Halbleiterwafers gebildete Markierung leicht gestört. Daher ist
es bei dem Ausführungsbeispiel notwendig, den Abstand X zwischen der
Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 und der Flüssigkristallmaske 4 auf einen
Wert einzustellen, der 0- bis 10-fach so lang wie die maximale Länge Y jedes
Pixels in der Flüssigkristallmaske 4 ist. Durch Einstellen des Abstandes in einem
solchen Bereich wird ein auf der Waferoberfläche gebildetes Bild klar.
Die Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 ist eine optische Komponente zum
Umwandeln der durch den Strahlhomogenisierer 3 homogenisierten
Energiedichteverteilung in eine optimale Energiedichteverteilung zur Erzielung der
erfindungsgemäßen besonderen Punktform. Zum Beispiel wird durch optionales
Verändern eines Beugungsphänomens, eines Brechungsphänomens oder einer
Lichtdurchlässigkeit an einem laserbestrahlten Punkt das Profil der
Energiedichteverteilung eines eingestrahlten Laserstrahls beliebig umgewandelt.
Als optische Komponente können in der Strahlprofilumwandlungseinrichtung 15
z. B. ein optisches Beugungselement, ein optisches holographisches Element, eine
Anordnung konvexer Mikrolinsen oder ein Flüssigkristall selbst verwendet werden.
Solche Elemente oder ähnliche können als Matrix aufgebaut und als
Strahlprofilumwandlungseinrichtung 5 eingesetzt werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine typische Form und eine typische Anordnung von mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Punktmarkierungen. Fig. 3 ist
eine mit einem AFM aufgenommene stereoskopische Ansicht, und Fig. 4 ist eine
mit dem AFM aufgenommene Querschnittsansicht. Bei dieser Ausführungsform ist
die Form jeder auf der Oberfläche des Halbleiterwafers W gebildeten
Punktmarkierung ein Quadrat von 3,6 µm und der Abstand zwischen
Nachbarpunkten 4,5 µm. Wie sich aus den Diagrammen ergibt, sind auf der
Oberfläche des Halbleiterwafers W ungefähr konische Punktmarkierungen jeweils
aus einem entsprechend den einzelnen Pixeln der Flüssigkristallmaske 4
aufgeteilten Laserstrahl gebildet. Ferner sind die Punktmarkierungen als 11 × 10
Muster angeordnet und ihre Höhen im wesentlichen die gleichen. Dies
unterschiedet sich wesentlich von den in der erwähnten japanischen Patent-
Offenlegungsschrift 10-4040 dargestellten Punktmarkierungen, bei denen eine
Aggregation einer Anzahl kleiner Vorsprünge mit verschiedensten Höhen und
statistische Verteilung als ein Punkt behandelt werden. Die beschriebenen
Punktmarkierungen mit gleicher Form und in Reihenanordnung können hergestellt
werden, weil die Energiedichte des auf die Flüssigkristallmaske 4 abgestrahlten
Laserstrahls durch den Strahlhomogenisierer 3 homogenisiert wurde.
Die Abmessungen der erfindungsgemäßen Mikropunktmarkierungen wird oben
beschrieben. Die maximale Länge entlang der Oberfläche des zu markierenden
Gegenstandes W beträgt nämlich 1 bis 15 µm und die Höhe des Vorsprungs 0,01
bis 5 µm. Die Werte haben sich aus verschiedenen Experimenten ergeben und
liegen innerhalb des Bereichs zwischen dem Minimum und Maximum hinsichtlich
der Sicherstellung der Erkennbarkeit mit existierenden optischen Sensoren und um
Hinblick auf die Freiheitsgrade der Markierungsfläche.
Die Fig. 5A, 5B bis 16A bis 16B illustrieren die für die Erfindung typischen
Formen der Punktmarkierungen, die mit den Parametern des erfindungsgemäßen
Verfahrens und mit der bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten
Lasermarkiervorrichtung 1 hergestellt wurden und die Formen von mit anderen
Parametern mit der Vorrichtung 1 hergestellten Markierungen. Die Beschreibung
der Lasermarkiervorrichtung 1 ist wie folgt:
Lasermedium: Nd:YAG-Laser
Laserwellenlänge: 532 nm
Mode: TEM00
Durchschnittsausgangsleistung: 4 W bei 1 KHz
Pulsbreite: 100 ns bei 1 kHz.
Lasermedium: Nd:YAG-Laser
Laserwellenlänge: 532 nm
Mode: TEM00
Durchschnittsausgangsleistung: 4 W bei 1 KHz
Pulsbreite: 100 ns bei 1 kHz.
Ein im folgenden beschriebenes vorläufiges Experiment wurde im Hinblick auf die
Wellenlänge des Laserstrahls durchgeführt. Verschiedene Vorexperimente wurden
durchgeführt unter Einstellung der Wellenlänge des Laserstrahls auf die drei
Werte 355 nm, 532 nm und 1064 nm, Einstellen der Energiedichte auf 0,14 bis 3,1 J/cm2
wie bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen und
Vergleichsbeispielen, die später beschrieben werden, und Einstellen der
Pulsbreite innerhalb des Bereichs von 10 bis 700 ns. Obwohl sich der
Adsorptionsanteil von Silizium zwischen dem Fall mit einer Laserstrahlwellenlänge
von 532 nm und dem Fall mit einer Wellenlänge von 1064 nm unterscheidet,
ergeben sich im wesentlichen die gleichen Tendenzen. Das Eindringen in das
Silizium ist bei der Wellenlänge von 532 nm jedoch geringer. Bessere Resultate
ergeben sich bei kleineren Punkten. Wenn andererseits die Wellenlänge des
Laserstrahls 355 nm beträgt, ist das Eindringen in das Silizium zu gering und tritt
zu leicht auf der Oberfläche des Siliziums Verdampfung bzw. Transpiration auf.
Die Wellenlänge des Laserstrahls wird daher bei dem Ausführungsbeispiel auf 532 nm
eingestellt. Bei der Erfindung ist die Laserstrahlwellenlänge nicht allgemein
festgelegt.
Als Laserstrahl kann bei dem Ausführungsbeispiel einer aus einer YAG-Laser-
Oszillationsvorrichtung, eine zweite Harmonische einer YV04-Laser-
Oszillationsvorrichtung, einer aus einer Titansaphir-Laseroszillationsvorrichtung
oder dergleichen verwendet werden.
Die Fig. 5A, 5B bis 17A, 17B zeigen Formen und Abmessungen von Punkten
gemäß den Ausführungsbeispielen 1 bis 7 und Vergleichsbeispielen 1 bis 6 bei
Verwendung der obigen Markierungsparameter, wobei zusätzlich der
Durchmesser der Oberfläche des Halbleiterwafers W gebildeten Punktes, die
Energiedichte des Laserstrahls und die Pulsbreite des Laserstrahls vermindert.
Die Fig. 5A und 5B zeigen Form und Abmessungen einer mit den
Markierungsparametern des Ausführungsbeispiels 1 auf der Oberfläche des
Halbleiterwafers W gebildeten Punktmarkierung. Obwohl es in den Zeichnungen
um die Punktmarkierung herum eine ringförmige Ausnehmung gibt, hat die
Punktmarkierung einen ungefähr konischen Vorsprung, der sich in dem
Zentralabschnitt hoch nach oben erhebt. Der Kontrast zwischen dem Vorsprung
und dem Randbereich ist hoch, wodurch sich eine ausreichende Erkennbarkeit
ergibt.
Die Fig. 6A, 6B, 7A und 7B illustrieren die Formen und Abmessungen von mit den
Markierungsparametern des Ausführungsbeispiels 2 bzw. 3 auf der Oberfläche
des Halbleiterwafers W gebildeten Punktmarkierungen. In jeder der Zeichnungen
ist der Randbereich der Punktmarkierung fast flach und zeigt die Punktmarkierung
einen ungefähr konischen Vorsprung, der sich hoch nach oben erhebt. Der
Kontrast zwischen den Punkten und ihrem Randbereich ist hoch und die
Erkennbarkeit ausreichend.
In dem in den Fig. 8A und 8B gezeigten Vergleichsbeispiel 1 beträgt die
Energiedichte 0,96 (< 1,5) J/cm2, wobei jedoch die Länge des Punkts die gleiche
wie bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 ist (die Länge einer Seite des Quadrats
beträgt 7,2 µm). Daher hat der Punkt im Zentralabschnitt eine große Ausnehmung
und ist der Kontrast viel niedriger als bei den Ausführungsbeispielen und die
Erkennbarkeit gering.
Die Fig. 9A und 9B illustrieren Form und Abmessungen einer mit den
Markierungsparametern des Ausführungsbeispiels 4 auf der Oberfläche des
Halbleiterwafers W gebildeten Punktmarkierung. Beim Ausführungsbeispiel 4 ist,
obwohl die Länge des Punkts (Länge einer Seite des Quadrats) 3,6 µm wie bei
den Ausführungsbeispielen 5 bis 7 beträgt, der bergförmige Vorsprung vertikal in
zwei Abschnitte geteilt und im Randbereich eine leichte Ausnehmung gebildet. Da
der Vorsprung insgesamt groß ist, ist jedoch der Kontrast zwischen dem Punkt
und dem Randbereich hoch und die Erkennbarkeit gut.
Die Fig. 10A und 10B sowie 11A und 11B zeigen die Formen und Abmessungen
von mit den Markierungsparametern des Ausführungsbeispiels 5 bzw. 6 auf der
Oberfläche des Halbleiterwafers W gebildeten Punktmarkierungen. Obwohl in den
Zeichnungen im Randbereich der Punktmarkierungen ähnlich wie beim
Ausführungsbeispiel 1 eine ringförmige Ausnehmung existiert, haben die
Punktmarkierungen einen ungefähr konischförmigen Vorsprung, der sich in der
Mitte hoch erhebt. Der Kontrast zwischen den Punktmarkierungen und dem
Randbereich ist hoch und die Erkennbarkeit ausreichend.
Die Fig. 12A und 12B zeigen Form und Abmessungen der mit den
Markierungsparametern des Ausführungsbeispiels 7 auf der Oberfläche des
Halbleiterwafers W gebildeten Punktmarkierung. In den Figuren ist der Rand der
Punktmarkierung ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel 3 fast flach und weist die
Punktmarkierung einen nach oben hoch vorstehenden, ungefähr konischförmigen
Vorsprung auf. Obwohl die Länge des Punktes gering ist, ist die Punktmarkierung
hinsichtlich der Erkennbarkeit ganz hervorragend. Diese Punktform ist
erfindungsgemäß ideal.
Die in den Fig. 13A, 13B bis 17A, 17B dargestellten Vergleichsbeispiele 2 bis 6
können nicht als Ausführungsbeispiele der Erfindung betrachtet werden,
unabhängig von den Formen, wie Tabelle 1 zeigt, und weil wegen der Länge der
Punktmarkierung (Maximallänge entlang der Oberfläche des Halbleiterwafers W)
oberhalb des Bereichs von 1 bis 15 µm ein Ziel der Erfindung verfehlt wird.
Insbesondere weist jedes der Vergleichsbeispiele 3 bis 5 in den Fig. 13A, 13B bis
16A, 16B im Zentralabschnitt eine große Ausnehmung auf. Bei den in Fig. 13A,
13B und 14A, 14B gezeigten Vergleichsbeispielen 2 und 3 sind um den
Zentralabschnitt herum ringförmige flache Ausnehmungen gebildet und ist der
Kontrast zwischen Punktmarkierung und dem flachen Randabschnitt gering. Wenn
die Punktmarkierung nicht groß ist, ist die Erkennbarkeit schlecht.
Bei dem in den Fig. 17A, 17B gezeigten Vergleichsbeispiel 6 ist der Rand flach
und hat die Punktmarkierung einen vulkanförmigen Vorsprung mit einer
Ausnehmung im Zentrum. Da der Kontrast hoch ist, ist die Erkennbarkeit
ausreichend. Die Form des Vergleichsbeispiels 6 ist als gewöhnliche
Punktmarkierung sehr effektiv.
Fig. 18 ist ein durch Auftragen der Energiedichte und der Höhe des Vorsprungs
der Punktmarkierungen der Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele
entstandenes Diagramm. Die Punktmarkierung mit der für die Erfindung typischen
Form zeigt einen Vorsprung. Wie sich aus dem Diagramm ergibt, ist bei allen
Ausführungsbeispielen mit einer geringeren Länge der Mikropunktmarkierung (die
Länge einer Seite eines quadratischen Punkts beträgt 3,6 µm oder 7,2 µm) als die
maximale Länge der Mikropunktmarkierung gemäß dem Ziel der Erfindung, die
Energiedichte 1 J/cm2 oder höher.
Das Folgende ergibt sich aus den Fig. 13A, 13B bis 18, den
Ausführungsbeispielen 1 bis 7 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6.
- 1. Um so kleiner der Durchmesser (maximale Länge) der Punktmarkierung ist, um so leichter wird ein Vorsprung gebildet. Um so kleiner der Durchmesser der Punktmarkierung ist, um so kürzer ist die Länge der freien Oberfläche. Da die Viskosität einer Siliziumlösung bei konstanter Temperatur konstant ist, wird im Ergebnis eine niedrigere Schwingungsmode vorherrschen.
- 2. Bei der Herstellung eines Vorsprungs mit der gleichen Höhe wird mit kleinerem Durchmesser der Punktmarkierung eine höhere Energiedichte erforderlich. Insbesondere entspricht dies dem Fall mit einem sich verkürzenden Abstand zwischen den festgelegten Enden bei Festhalten der Filmschwingungsamplitude. Um so größer der Abstand zwischen den festen Enden ist, um so größer muss die äußere Kraft sein (Temperaturverteilung der Pulsbestrahlung = Oberflächenspannung).
- 3. Eine Punktmarkierung bestimmter Größe hat eine Schwingungsmode niederer Ordnung, die sicher einen Vorsprung zeigt. Wenn in der obigen Tabelle 1 der Durchmesser der Punktmarkierung 0,6 µm beträgt, haben alle Ausführungsbeispiele unabhängig von ihren Formen Vorsprünge.
- 4. Ein Punkt bestimmter Größe und darüber ist immer im Schwingungsmodus mit einer ausgenommenen Form. Bei diesen Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen liegt der Umkehrpunkt zwischen dem Fall, bei dem eine vorspringende Form dominant ist, und dem Fall, bei dem eine ausgenommene Form dominant ist, in dem Punktmarkierungsdurchmesserbereich von 20 bis 30 µm. Der Wert ergibt sich allgemein aus der Viskosität der Siliziumlösung, der Tiefe des Schmelzenbeckens und der Größe des Schmelzenbeckens (Durchmesser der Punktmarkierung).
Aus den vorstehenden Schlussfolgerungen ergibt sich, dass durch Einstellen
der durch die Erfindung festgelegten verschiedenen Markierungsparameter die
für die Erfindung typische kleine Form der Punktmarkierung sicher und genau
hergestellt werden kann.
Fig. 19 ist ein Diagramm, das sich durch Auftragen der Energiedichte und der
Vorsprungshöhe bei den Punktmarkierungen bei einer Pulsbreite von 90 ns
ohne Veränderung anderer Spezifikationen und der beschriebenen
Lasermarkierungsvorrichtung 1 und bei einer Variation der Energiedichte als
Markierungsparameter ergibt.
Die Länge der Punktmarkierungen an der Markierungsoberfläche ist eingestellt
auf die sechs Typen 2 µm, 4 µm, 6 µm, 8 µm, 10 µm und 14 µm. Die Symbole
in Fig. 19 bedeuten ◊ steht für 2 µm, steht für 4 µm, ∆ steht für 6 µm, X
steht für 8 µm, ○ steht für 10 µm und • steht für 14 µm.
Wie sich aus Fig. 19 ergibt, steigt bei Veränderung der Pulsbreite von 50 ns
auf 90 ns die Höhe der kleinen Punktmarkierungen von 2 µm und 4 µm mit der
Energiedichte in dem Bereich von 3,5 bis 11,0 J/cm2. Bezüglich der
Punktmarkierungen von 6 bis 14 µm steigen die Vorsprungshöhen allmählich
an im Bereich der Energiedichte von 6,0 bis 8,0 J/cm2; die Vorsprungshöhe
nimmt jedoch stark ab, wenn die Energiedichte einen bestimmten Wert
übersteigt, und die Form der Punktmarkierung verändert sich von einer
vorspringenden Form vom Typ B zu einer ausgenommenen Form vom Typ C.
Aus den Fig. 18 und 19 ergibt sich, dass es zur Herstellung der
Punktmarkierungen mit der erfindungsgemäß erwünschten Vorsprungshöhe
notwendig ist die Pulsbreite, Energiedichte und Länge entlang der
Markierungsoberfläche geeignet einzustellen, und so lange diese Weite
geeignet gewählt werden, lassen sich besonders geformte Markierungen mit
bestimmter Breite (Länge) und Höhe (Vorsprung/Ausnehmung) herstellen, die
für die Erfindung typisch sind.
Fig. 20 zeigt eine Anordnung von Punktmarkierungen zur Anzeige von
Buchstaben, und zwar mit dem erfindungsgemäßen
Punktmarkierungsverfahren hergestellt. Fig. 21 zeigt eine Anordnung von
Punktmarkierungen zum Anzeigen von Buchstaben, und zwar durch
konventionelle Punktmarkierungen hergestellt. Bei einem zweidimensionalen
Code ist die Relativposition der Punkte auf 20% oder genauer festgelegt.
Wenn z. B. bei einer Punktmarkierung mit dem Durchmesser 5 µm die
Positioniergenauigkeit bei ±1 µm liegt, treten statistisch
Positionsabweichungen von 20% auf.
Bei dem konventionellen Markierungsverfahren sind die durch Punkte
gebildeten Buchstaben hinsichtlich der Positionsgenauigkeit der Punkte
gestört, wie in Fig. 21 gezeigt. Sie lassen sich also nicht als dreidimensionaler
Code auslesen. Jedoch ist wie bei der erfindungsgemäß hergestellten
Punktmarkierung in Fig. 20 die Relativposition benachbarter Punkte im Prinzip
Null, wenn die Linsenaberration nicht berücksichtigt wird. Da die Aberration
einer Linse allgemein im Außenrandbereich der Linse zunimmt, kann sie als
praktisch Null betrachtet werden, wenn der Zentralbereich (effektives
Gesichtsfeld) der Linse verwendet wird. Daher können regelmäßige und
genaue Punkte erzeugt werden, wie Fig. 19 zeigt.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, lassen sich mit der
erfindungsgemäßen Punktmarkierungsform und dem Punktmarkierungs
verfahren Mikropunktmarkierungen mit gleichmäßigen Formen von 3/20 bis
1/100 im Vergleich zur konventionellen Form in genauem Muster auf
Punkteinheitsbasis in den Bereichen auf der Oberfläche der Halbleiterwafer
bilden. Da die Punktmarkierung ferner eine besondere Form mit Vorsprüngen
und Zentralabschnitt hat, die sich konventionellerweise nicht ergibt, ist die
Erkennbarkeit der Punktmarkierung hervorragend und ist die Markierungsform
auch als zweidimensionaler Code funktionstüchtig.
Da die Größe der erfindungsgemäßen Punktmarkierungen im Vergleich zur
Größe einer konventionellen erheblich verringert ist, wie oben beschrieben,
und die Grenze zwischen benachbarten Punktmarkierungen klar erkennbar ist,
kann eine Anzahl von Punktmarkierungen im gleichen Bereich gebildet
werden. Damit nimmt nicht nur die Markierungsfläche erheblich zu, sondern
auch der Freiheitsgrad bei der Auswahl der Markierungsfläche.
Insbesondere ergeben sich die folgenden Wirkungen:
- 1. Auf der Oberfläche eines Wafers lässt sich zu beliebiger Zeit eine
Markierung herstellen.
Zum Beispiel lassen sich Auslieferungstestdaten eines Wafers oder dergleichen bei der Auslieferung des Wafers vom Siliziumproduzenten markieren, und zwar ohne Einflussnahme durch die Anwendungen des Bauelementeherstellers, dem der Wafer geliefert wird. Ferner können bei Auslieferung auf Wafereinheitsbasis die Testdaten jedes Chips, die Waferidentität und die Chipidentität in dem Bereich markiert werden. Durch Herstellen einer Markierung in einem V-förmigen Ausnehmungsbereich oder einer Ecke eines Orientierungs flachabschnitts lässt sich die Befürchtung beseitigen, dass die Markierung zu klein ist, um aufgefunden zu werden.
Ebenfalls lassen sich von dem Bauelementehersteller nicht nur Testdaten eines beliebigen Prozesses sondern auch Waferidentifikationsmarkierungen des Bauelementeherstellers erstellen. Da die Punktmarkierungsform besonders und äußerst klein ist, ist es insbesondere möglich, auf der rückseitigen Oberfläche jedes Chips in der Reihenfolge der Herstellungsschritte verschiedene Daten mit gewünschtem Umfang anzubringen, bevor beim Bauelementehersteller beschrieben wird, wodurch sich die Geschichte jedes Chips leicht erfassen lässt. - 2. Aus einem Wafer können mehr Chips gewonnen werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Punktmarkierungsverfahren kann wegen der äußerst kleinen Punktmarkierung für die Markierung vorgesehene Fläche freigegeben werden, so dass die effektive Chipfläche, nicht nur die Rand- und Rückseitenoberfläche des Wafers sondern beispielsweise auch die Oberfläche der Beschreibungszeile und die Innenoberfläche der V-Ausnehmung sowie die Ecken des Orientierungsflachabschnitts vergrößert werden können. Dadurch kann die Erfindung direkt zur Verbesserung der Ausbeute beitragen. - 3. Das Design wird erleichtert.
Da ein Vorsehen der Markierungsfläche beim Design des Chips nicht erforderlich ist, kann der Designer den Chip unbeschränkt auslegen.
Bei der Erfindung ist es bequem, dass die üblichen Filmherstellungsprozesse kaum im äußersten Waferbereich von 2 mm stattfinden, insbesondere nicht im Außenbereich von 1 mm, und diese Fläche in einem im wesentlichen unbehandelten Zustand ist. Daher lässt sich in diesem Bereich in stabiler Weise eine Markierung durchführen.
Claims (5)
1. Mikropunktmarkierungsform, die durch einen Laserstrahl auf einer
Oberfläche eines kleinen Bereichs eines zu markierenden Wafers unter
Verwendung eines Lasers als Lichtquelle gebildet ist, dadurch
gekennzeichnet, dass
der kleine Bereich ein angeschrägter Bereich des Wafers ist,
die Mikropunktmarkierung an jedem einzelnen Waferbestrahlungspunkt gebildet ist,
die Markierung einen im Zentralabschnitt von der Oberfläche des Wafers nach oben vorstehenden Vorsprung aufweist, und
die Länge der Punktmarkierung entlang der Oberfläche des Wafers 1,0 bis 15,0 µm und die Höhe des Vorsprungs 0,01 bis 5,0 µm beträgt.
der kleine Bereich ein angeschrägter Bereich des Wafers ist,
die Mikropunktmarkierung an jedem einzelnen Waferbestrahlungspunkt gebildet ist,
die Markierung einen im Zentralabschnitt von der Oberfläche des Wafers nach oben vorstehenden Vorsprung aufweist, und
die Länge der Punktmarkierung entlang der Oberfläche des Wafers 1,0 bis 15,0 µm und die Höhe des Vorsprungs 0,01 bis 5,0 µm beträgt.
2. Verfahren zur Herstellung einer Markierung aus Punkten auf der
Oberfläche eines zu markierenden Gegenstandes durch von einem
Pulslaseroszillator (2) abgestrahlte Laserstrahlen, dadurch
gekennzeichnet, dass es die Schritte beinhaltet:
Homogenisieren einer Energiedichte des von dem Laseroszillator (2) abgestrahlten Laserstrahls mit einem Strahlhomogenisierer (3);
Erzeugen eines gewünschten Musters durch Ansteuern einer Flüssigkristallmaske (4), in der die maximale Länge jedes Pixels 50 bis 2000 µm beträgt, und Bestrahlen der Flüssigkristallmaske (4) mit dem von dem Strahlhomogenisierer (3) homogenisierten Laserstrahl;
Einstellen der Energiedichte eines durch die Flüssigkristallmaske (4) hindurchgelassenen, aufgeteilten Laserstrahls auf einer zu markierenden Oberfläche auf 1,0 bis 15,0 J/cm2; und
Bündeln des durch die Flüssigkristallmaske (4) hindurchgelassenen Laserstrahls für jeden Punkt mit einer Linseneinheit (6) auf die Oberfläche des zu markierenden Gegenstandes, und zwar so, dass die maximale Länge jedes Punkts eingestellt ist auf 1 bis 15 µm.
Homogenisieren einer Energiedichte des von dem Laseroszillator (2) abgestrahlten Laserstrahls mit einem Strahlhomogenisierer (3);
Erzeugen eines gewünschten Musters durch Ansteuern einer Flüssigkristallmaske (4), in der die maximale Länge jedes Pixels 50 bis 2000 µm beträgt, und Bestrahlen der Flüssigkristallmaske (4) mit dem von dem Strahlhomogenisierer (3) homogenisierten Laserstrahl;
Einstellen der Energiedichte eines durch die Flüssigkristallmaske (4) hindurchgelassenen, aufgeteilten Laserstrahls auf einer zu markierenden Oberfläche auf 1,0 bis 15,0 J/cm2; und
Bündeln des durch die Flüssigkristallmaske (4) hindurchgelassenen Laserstrahls für jeden Punkt mit einer Linseneinheit (6) auf die Oberfläche des zu markierenden Gegenstandes, und zwar so, dass die maximale Länge jedes Punkts eingestellt ist auf 1 bis 15 µm.
3. Mirkopunktmarkierungsherstellungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Energiedichte des aufgeteilten Laserstrahls
eingestellt ist auf einen Bereich von 1,5 bis 3,7 J/cm2.
4. Mirkopunktmarkierungsherstellungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Energiedichte des aufgeteilten Laserstrahls
eingestellt ist auf einen Bereich von 3,7 bis 11,0 J/cm2.
5. Mikropunktmarkierungsherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche
2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Form einer
Punktmatrix derselben Größe wie die einer Pixelmatrix der
Flüssigkristallmaske (4) aufweisende Strahlprofilumwandlungs
einrichtung (5), die eine Energiedichteverteilung des Laserstrahls in eine
gewünschte Verteilung umwandelt, vor oder hinter der
Flüssigkristallmaske (4) vorgesehen ist.
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