DE19956107B4

DE19956107B4 - Form einer durch einen Laserstrahl hergestellten Mikromarkierung und Verfahren zur Mikromarkierung

Info

Publication number: DE19956107B4
Application number: DE19956107A
Authority: DE
Inventors: Teeichirou Hiratsuka Chiba; Ryuusuke Hiratsuka Komura
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2019-11-23
Also published as: FR2786117A1; TW430873B; DE19956107A1

Abstract

Mikropunktmarkierung gebildet durch einen Laserstrahl auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Lasers als Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß
– die Mikropunktmarkierung durch jeweils an einem Laserbestrahlungpunkt gebildete Punktmarkierungen aufgebaut ist,
– die Markierung einen Vorsprung aufweist, der im Zentralbereich von der Oberfläche des Halbleiter-Wafers nach oben gewölbt ist, und
– die Länge jeder Punktmarkierung entlang der Oberfläche des Halbleiter-Wafers 1 bis 15 μm und die Höhe des Vorsprungs 0,01 bis 5 μm beträgt.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Form einer punktförmigen Markierung (dot mark), deren optische Sichtbarkeit verbessert ist, und ein Verfahren zur Herstellung der punktförmigen Markierung, die im Hinblick auf das Produktmanagement oder die Sicherheit in einer bestimmten Position auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers hergestellt wird.
So ist es bei halbleitertechnologischen Prozessen notwendig, für jeden Prozeß verschiedene strenge Herstellungsparameter vorzugeben. Um die Parameter zu kontrollieren, ist auf der Oberfläche eines Teils eines Halbleiter-Wafers eine Markierung zu sehen, etwa eine Nummer, Buchstabenfolge oder ein Strichcode. Die Zahl der Herstellungsprozesse bei einem Halbleiterprodukt beträgt 100 und mehr, und ferner werden bei jedem Prozeß eine Anzahl Bauelementherstellungsprozesse und Planarisierungsprozesse durchgeführt. Die Prozesse beinhalten zum Beispiel das Lackaufbringen, die Projektion eines Musters auf einen Lack, um Teile des Lacks zu entfernen, das Entwickeln des Lacks und die Planarisierung verschiedener Filme, etwa isolierender Filme oder Metallfilme, um Lücken aufzufüllen, die bei einer Kupferkontaktierung oder dergleichen auftreten.
Andererseits werden die punktförmig vorgenommenen Markierungen im allgemeinen durch Bestrahlen der Oberfläche eines Teils des Halbleiter-Wafers mit einem kontinuierlichen Laserstrahl durch ein optisches System hergestellt. Die Markierung ist nicht darauf eingeschränkt, nur einmal vorgenommen zu werden. Um die historischen Eigenschaften des Herstellungsprozesses darzustellen, werden gewöhnlich die für die Herstellungsprozesse minimal erforderlichen historischen Daten einmarkiert. Da die Markierungsfläche auf dem Halbleiter-Wafer jedoch auf einen sehr kleinen Bereich eingeschränkt ist, sind die Größe und die Zahl der punktförmigen Markierungen dementsprechend begrenzt. Die Markierungsfläche, die Größe eines Punkts und die Anzahl von Punkten sind durch den Großbuchstaben SEMI-Standard und dergleichen festgelegt.
Wie zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2-299216 beschrieben ist, wird die Information eines punktmarkierten Halbleiter-Wafers ausgelesen als Veränderung bei der Reflexion eines von einem He-Ne-Lasers abgestrahlten Laserstrahls oder als Veränderung in der Schwingung einer Energiewelle eines gewöhnlichen Laserstrahls. Auf der Basis der ausgelesenen Informationen werden verschiedene Herstellungsparameter der nachfolgenden Herstellungsprozesse eingestellt. Wenn die Information nicht korrekt ausgelesen und fehlerhaft ausgelesen wird, werden, von Zufällen abgesehen, alle Halbleiter-Wafer fehlerhaft. Die meisten Ursachen von fehlerhaften Auslesevorgängen beziehen sich auf durch die Punktmarkierung gebildete unklare Markierungen. Einer der Faktoren der Unklarheit ist die Form eines Punkts als Element der Markierung.
Es wird allgemein angenommen, daß der Einfluß der Tiefe eines Punkts groß ist. Wie zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 60-37716 beschrieben ist, wird ein Punkt gewöhnlich gebildet durch Aufschmelzen und Entfernen eines Teils des Halbleiter-Wafers bei Spot-Einstrahlung eines Laserstrahls mit großer Energie, so daß eine gewünschte Punkttiefe erzielt wird. In diesem Fall häuft sich das aufgeschmolzene und entfernte Material um den Punkt herum an oder ist darum statistisch verteilt und haftet an dem Randabschnitt des Punkts, und dieses Material kann daher die Bauelementherstellung behindern und einen großen Einfluß auf die Qualität nehmen. Ferner treten bei einer Punktmarkierung mit einem YAG-Laser wegen der Eigenheiten des YAG-Lasers oder der Güteschaltung leicht Fluktuationen der Laserausgangsleistung und Variationen der Tiefe oder Größe eines Punkts auf.
Um diese Probleme zu lösen, wird zum Beispiel gemäß den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 59-84515 und 2-205281 der gleiche Punkt wiederholt mit einem Pulslaserstrahl relativ kleiner Energie bestrahlt. Gemäß der erstgenannten Veröffentlichung wird der gleiche Punkt wiederholt mit einem Laserstrahl bestrahlt, um eine Punktmarkierung vorzunehmen, während dabei der Punktdurchmesser Puls um Puls sequenziell verringert wird, wodurch ein tiefer Punkt gebildet wird. Bei der letztgenannten Veröffentlichung ist die Frequenz des Laserpulses zunächst auf 1 kHz oder darunter eingestellt und die Frequenz eines daraufhin abgestrahlten Laserpulses auf eine hohe Wiederholungsfrequenz von 2 bis 5 kHz eingestellt, um dadurch einen Punkt mit einer Tiefe von 0,5 bis 1,0 μm oder 1,0 bis 1,5 μm zu bilden.
Da andererseits bei den oben beschriebenen Markierungsverfahren die Erzeugung von Staub bzw. Partikeln nicht vermieden werden kann, ist ein Lasermarkierungsverfahren, das eine hervorragende Sichtbarkeit bietet und die Partikelerzeugung unterdrückt, beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungschrift Nr. 10-4040 vorgeschlagen worden. Diese Veröffentlichung bezieht sich auf ein Lasermarkierungsverfahren zur Herstellung von punktförmigen Markierungen durch Projektion eines Flüssigkristallmaskenmusters auf die Oberfläche eines Halbleitermaterials mit Hilfe eines Pulslaserstrahls, wobei die Energiedichte auf 18 bis 40 J/cm² eingestellt ist, die Pulsweite in einem Bereich zwischen 0,05 bis 0,40 ms gewählt wird, die Oberfläche des Halbleitermaterials mit einem Pulslaserstrahl bestrahlt wird und eine Anzahl kleiner Vorsprünge in dem laserbestrahlten Bereich durch einen Prozeß des Aufschmelzens und Rekristallisierens der Oberfläche des Halbleitermaterials erzeugt wird.
Mit dem Markierungsverfahren kann durch die Einstrahlung des Laserstrahls, der auf einer Pixeleinheitbasis abgestrahlt wird, eine Anzahl von kleinen Vorsprüngen mit jeweils einer Höhe von ungefähr 1 μm oder weniger und einem Durchmesser von 0,5 bis 1,0 μm auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers gebildet werden. Der Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen liegt zwischen 1,5 und 2,5 μm und die Dichte der Vorsprünge zwischen 1,6 und 4,5 × 10⁷ Einheiten/cm². Wegen unregelmäßiger Lichtreflexionen durch die Anzahl kleiner Vorsprünge kann eine sehr klare Punktmarkierungsform erzielt werden und ferner die Partikelerzeugung bei der Herstellung unterdrückt werden.
Klar ist, daß eine der Ursachen der Unklarheit der Punktmarkierung (im Folgenden wird die Klarheit der Punktmarkierung "Sichtbarkeit" (visibility) genannt) mit der Tiefe der Punktmarkierung zusammenhängt. Auch wenn der Punkt tief genug hergestellt wird, hat zum Beispiel bei einem großen Öffnungsdurchmesser, wenn ein ausreichend starker Laserstrahl zur Erzielung einer gewünschten Tiefe verwendet wird, die Energiedichte im allgemeinen jedoch eine Gaußverteilung. Die Punktmarkierung hat daher eine gleichmäßig gekrümmte Oberfläche, die insgesamt eine mäßige Steigung hat, so daß der Unterschied zwischen der Punktmarkierung und dem Randbereich durch die oben beschriebenen Ausleseeinrichtungen nicht immer leicht zu unterscheiden ist. Bei der obigen japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2-205281 wird, obwohl die Punkttiefe genau als zwischen 0,5 und 1,0 μm oder zwischen 1,0 und 1,5 μm beschrieben wird, der Durchmesser des Punktes gar nicht beschrieben und die Punktform lediglich als Gaußform beschrieben.
Da bei der Beschreibung durch die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 59-84515 der Durchmesser der Punktöffnung beim ersten Mal 100 bis 200 μm und die Tiefe 1 μm oder weniger beträgt und der Laserstrahl viermal ausgestrahlt wird, beträgt die Punkttiefe in diesem Fall höchstens 3 bis 4 μm. In den Zeichnungen der Veröffentlichung ähnelt die Form des zu einer Zeit hergestellten Punkts der Gaußform.
Es kann daher festgestellt werden, daß Punktmarkierungen mit jeweils erforderlicher Tiefe und in gewissem Umfang gleichmäßiger Größe durch alle in den oben erwähnten Veröffentlichungen beschriebenen Markierungsverfahren hergestellt werden. Die Form der Punktmarkierungen ist jedoch eine konventionelle Form, deren Durchmesser in Bezug auf die Tiefe groß ist. Damit ist die Sichtbarkeit noch immer unzureichend. Da keine Verringerung der Größe (des Durchmessers) der Punktmarkierung beschrieben ist, gibt es keinen Hinweis auf eine Verringerung der konventionellen Abmessungen von 50 bis 150 μm. Es werden einfach die gegenwärtig zum Beispiel durch den SEMI-Standard vorgegebenen numerischen Werte verwendet. Daher ist kei ne wesentliche Vergrößerung der Markierungszahl oder der Markierungsherstellungsfläche zu erwarten, und darüber hinaus ist es schwierig, eine größere Zahl von Informationen anzubringen.
Die Sichtbarkeit der Punktmarkierung ist hoch, wenn es bezüglich der Lichtreflexionsrichtung und der Reflexionsstärke zwischen der Markierung und dem Rand einen großen Unterschied gibt. Wenn die Tiefe in Bezug auf den Durchmesser der Öffnung relativ groß ist, gibt es daher aus folgendem Grund eine gute Sichtbarkeit. Da die Reflexionsrichtung des mit einem vorbestimmten Einfallswinkel auftreffenden Reflexionslichts insgesamt nicht regelmäßig, sondern unregelmäßig ist, wird die Menge des von der Öffnung des Lochs nach außen ausgehenden Reflexionslichts verringert. Unter der Annahme einer glatten Randfläche des Lochs wird das Reflexionslicht in dem Randbereich in der gleichen Richtung reflektiert, so daß die Helligkeit hoch ist. Die Sichtbarkeit ist hoch, wenn der Unterschied zwischen Helligkeit und Dunkelheit groß ist.
Die durch das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-4040 beschriebene Markierungsverfahren hergestellten kleinen Vorsprünge sind zu klein, um einzeln beobachtet zu werden. Der Unterschied zwischen der Menge des unregelmäßig reflektierten Lichts der unregelmäßigen Reflexionsoberfläche als Oberfläche des Kollektivs von Vorsprüngen und der Menge des reflektierten Lichts von der glatten Oberfläche ist gering, so daß eine Unterscheidung der unregelmäßigen Reflexionsoberfläche von der glatten Randoberfläche schwierig ist. Damit ist die Sichtbarkeit unvermeidlicherweise schlecht. Da die Größe einer Punktmarkierung als Kollektiv kleiner Vorsprünge nicht beschrieben ist, wird angenommen, daß die Größe des Punkts die gleiche wie die eines konventionellen Punkts ist und die Punktmarkierungsherstellungsfläche begrenzt ist. Selbst bei kleiner Größe des Punktes sind in einem Punkt eine Vielzahl kleiner Vorsprünge verteilt, so daß die Sichtbarkeit jedes Punkts schlecht ist.
US 5,463,200 offenbart eine Markierungstechnik mittels Laserstrahlen. US 5,768,076 offenbart die Gestaltung einer Datenspeicherscheibe mittels Laserlicht.
Die Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme gemacht. Eine erste Aufgabe der Erfindung ist dabei, eine Punktmarkierungs form mit hervorragender Sichtbarkeit auch dann zu erzielen, wenn die Markierung klein ist, und eine zweite Aufgabe ist, ein Punktmarkierungsverfahren zur akkuraten Herstellung einer solchen Mikropunktmarkierung zu geben. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß wirksam gelöst.
Die Erfinder haben aufs Neue und genau konventionelle Punktmarkierungsvorrichtungen und solche Verfahren und die hergestellten Markierungsformen untersucht und analysiert und festgestellt, daß der Hauptfaktor für eine gute und sichere Sichtbarkeit einer Mikromarkierung trotz kleiner Größe die Markierungsform ist, und daß die ideale Form mit den konventionellen Markiervorrichtungen und -verfahren nicht erzielt werden kann.
Zum Beispiel wird, wie in 2 und in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2-205281 dargestellt, bei konventionellen Markiervorrichtungen zunächst ein auf einen Halbleiter-Wafer aufzudruckender Buchstabe und ein Markiermodus mit einer Eingabe 121 eingestellt. Eine Markiersteuerung 22 steuert ein gütegeschaltetes Ultraschallelement 23, einen inneren Verschluß 24, einen äußeren Verschluß 25, einen Abschwächer (optischen Abschwächer) 26, und einen Galvanometerspiegel 27, um eine Punktmarkierung mit einer vorbestimmten Tiefe auf einem Wafer W entsprechend dem eingestellten Markierungsmodus anzubringen, und durch den gütegeschalteten Puls wird ein Punkt markiert. In 2 bezeichnet die Bezugsziffer 11 einen Totalreflexionsspiegel; 12 eine innere Blendenöffnung (Modenauswahleinrichtung); 13 ein Lampengehäuse; 14 einen Ausgangsspiegel; 15 eine Blendenöffnung; 16 einen Nivellierspiegel; 17 einen Galileischen Aufweiter (Galilean expander); 18 eine Blendenöffnung; 19 eine f-θ-Linse; und 20 einen YAG-Laser.
Da bei dem oben beschriebenen allgemeinen Markierverfahren die Energiedichteverteilung des auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers gestrahlten Laserstrahls eine Gaußform hat, ist die innere Oberfläche der auf der Ober fläche des Wafers gebildeten Punktmarkierung durch die Energiedichteverteilung weich gekrümmt. Die Markierungsverfahren basieren auf der Erfindung gemäß dem U.S. Patent Nr. 4,522,656 . Die Erfindung in diesem U.S. Patent zeichnet sich dadurch aus, daß durch Bestrahlen der Oberfläche eines Wafers mit einem Laserstrahl mit einem 1,5 bis 6,5fachen Durchmesser im Vergleich zu dem Durchmesser eines zu markierenden Punktes eine thermische Leitung in den Randbereich vermieden wird, die Energie effektiv ausgenutzt wird und der Zentralabschnitt des Bestrahlungspunkts zu einem Loch aufgeschmolzen wird.
In anderen Worten verwendet das Verfahren in effektiver Weise die in Gaußform verteilte Energiedichte des Laserstrahls. Die Energie in einem dem Boden der Energiedichteverteilung entsprechenden Teil mit niedriger Energiedichte wird auf den Rand des Lochöffnungsabschnitts gerichtet, um dadurch den Rand zu wärmen, einen Verlust der thermischen Energie durch die Wärmeleitung von dem Zentralbereich des Lochs zu vermeiden und die Lochausbildung in dem Zentralbereich effektiv durchzuführen. Da jedoch ein Teil der Laserenergie nicht direkt für die Lochbildung verwendet wird, aber verbraucht wird, ist die Effizienz gering. Ferner verbleibt für den Randabschnitt des Lochs eine Wärmevorgeschichte durch die Bestrahlung des Rands des Lochs mit einem Laserstrahl, so daß auf das Produkt ein nachteiliger Einfluß ausgeübt werden kann. Darüber hinaus kann das Markierverfahren nur eine flache Punktmarkierung mit großem Punktdurchmesser bilden, wie oben beschrieben, und ist der Randabschnitt des Loch vorgewölbt. Auch damit verschlechtert sich die Sichtbarkeit.
Die Erfinder haben ferner die Form einer Punktmarkierung mit hervorragender Sichtbarkeit untersucht und im Ergebnis herausgefunden, daß durch Einstellen sowohl der Pulsbreite als auch der Energiedichte des Laserstrahls innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, wie im Folgenden beschrieben, und Steuern der Energiedichteverteilung eine durch jeden auf die Oberfläche eines Halbleiter-Wafers gestrahlten Laserstrahl gebildete Punktmarkierung eine besondere Form hat, die konventionell nicht bekannt ist, und obwohl es sich um eine einzelne Mikropunktmarkierung handelt, zeigt sie eine höhere Sichtbarkeit als bei einer Punktmarkierungsform mit einer Ausnehmung, die durch die konventionelle Lasermarkierung gebildet wird.
Es wird also nach einem ersten Aspekt der Erfindung auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers eine Punktmarkierung gebildet unter Verwendung eines Laserstrahls als Energiequelle. Obwohl es sich um eine Mikropunktmarkierung mit einer Länge entlang der Oberfläche des Halbleiter-Wafers von 1 bis 15 μm handelt, hat die Punktmarkierung eine sehr gut sichtbare Form und ist aufgebaut aus jeweils durch einen Lasereinstrahlpunkt gebildeten Punkten (dots). Der Zentralabschnitt jeder Punktmarkierung hat einen Vorsprung, der von der Oberfläche des Halbleiter-Wafers nach oben vorsteht, und die Höhe des Vorsprungs beträgt 0,01 bis 5 μm.
Um den Mechanismus der Ausbildung einer solchen Punktmarkierungsform zu klären, haben die Erfinder eine Anzahl Experimente unter verschiedenen Gesichtspunkten durchgeführt und sind dabei zu folgender Beurteilung gelangt.
Wenn nämlich eine jede der Punktausbildungsflächen mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, wird die Oberfläche des bestrahlten Abschnitts des Halbleiter-Wafers aufgeschmolzen und ein Becken mit einer Menge des geschmolzenen Materials (pool of the melted material, im Folgenden als Schmelzenbecken bezeichnet) erzeugt. Dabei nimmt die Temperatur des geschmolzenen Materials auf den Rand bzw. die Wand des schmelzenden Beckens hin ab und zur Mitte hin zu. Wegen des Temperaturgradienten tritt in der Oberflächenspannung eine Verteilung auf und eine Bewegung im geschmolzenen Material. Gleichzeitig mit dem Stop der Pulsbestrahlung beginnt das Abkühlen und verfestigt sich das Material. In dem Zustand, in dem das Material geschmolzen ist, ist der Zentralabschnitt des Schmelzenbeckens eine freie Grenzfläche und die Wand des Schmelzenbeckens entspricht einem festen Ende, so daß der Zustand dem eines Films mit festgelegtem Rand ähnlich ist. In diesem Zustand wirkt die Oberflächenspannung und tritt in dem Zentralabschnitt des Schmelzenbeckens eine einer Filmschwingung ähnliche dynamische Bewegung auf.
Die Größe der Amplitude in dem Filmschwingungsmodus wird im wesentlichen bestimmt durch die dem Material eigene Viskosität und die Oberflächenspannung. Daher steigt die Zahl vom Schwingungen mit zunehmendem Durchmesser des Schmelzenbeckens. Da zum Beispiel im Fall von Silizium die Amplitude ungefähr zwischen 3 und 5 μm liegt, kann eine Mikromarkierungsform mit einem wirksamen Kontrast in einer kleinen Fläche erzielt werden. Durch die Experimente bestätigte sich auch, daß in der kleinen Fläche eine punktförmige Markierung mit kleinem Schwerkrafteinfluß gebildet werden kann.
Wenn das Laserbestrahlungsmuster quadratisch ist, ist das Schmelzenbecken dementsprechend quadratisch. Wenn es kreisförmig ist, ist das Schmelzenbecken dementsprechend kreisförmig. Ferner tritt auch bei der Quadrat- oder Kreisform entsprechenden Verhältnissen eine filmähnliche Schwingung auf. Die 21 bis 30 zeigen schematisch Quadrat- und Kreisfilmschwingungsmoden. Wenn die Schwingungsmoden höher werden, nimmt die Zahl der Schwingungswellen zu und verändert sich die Schwingungsmode zwischen einem zurücklaufenden Muster und einem vorspringenden Muster. Es ergibt sich auch durch experimentelle Ergebnisse, die später beschrieben werden, daß die Bewegung des Schmelzenbeckens eine starke Korrelation mit der Filmschwingung hat.
21 zeigt einen Kreisfilmschwingungsmodus in einem Zustand, in dem die Oberfläche eines Halbleiter-Wafers als nach oben gekrümmte Oberfläche ausgedehnt ist. 22 zeigt einen Kreisfilmschwingungsmodus in einem Zustand, in dem die Oberfläche eines Halbleiter-Wafers im Gegenteil als nach unten gekrümmte Oberfläche zurückspringt. 23 zeigt einen Kreisfilmschwingungsmodus in einem Zustand, in dem eine ringförmige Ausnehmung gebildet ist und die Oberfläche in einer ungefähr konischen Form in der Mitte der ringförmigen Ausnehmung auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers nach oben vorspringt. 24 zeigt einen Kreisfilmschwingungsmodus mit einem ringförmigen ausgedehnten Abschitt und einer nach unten gekrümmten, eine Ausnehmung bildenden Oberfläche in der Mitte des ausgedehnten Abschnitts. 25 zeigt einen Kreisfilmschwingungsmodus mit einem ringförmigen ausgedehnten Abschnitt, der in der Mitte des ausgedehnten Abschnitts konisch nach oben vorspringt. 26 zeigt einen Kreisfilmschwingungsmodus, der konzentrisch einen ringförmigen Ausnehmungsabschnitt als äußersten Bereich, einen ausgedehnten Abschnitt und einen eine Ausnehmung bildenden Abschnitt auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers aufweist.
Die 27 bis 30 zeigen quadratische Filmschwingungsmoden, die jeweils den 21 bis 24 entsprechen. 30 ist dabei dadurch besonders, daß ein ausgedehnter Abschnitt nicht eine einfache Ringform, sondern eine Wellenform aufweist, wobei die Ecken des Quadrats stark ausgedehnt sind.
Als Ergebnis einer Zahl von Experimenten stellte sich heraus, daß die Punktmarkierungsform bei einem beliebigen der Filmschwingungsmoden unvergleichlich kleiner als die konventionelle ist und durch Einstellen der Pulsbreite und der Energiedichte des Laserstrahls als Markierungsparameter innerhalb ihrer vorbestimmten Bereiche und Steuern der Energiedichteverteilung erzielt werden kann.
Die von den Erfindern zuvor vorgeschlagene und in der japanischen Patentveröffentlichung JP11-156563A beschriebene Lasermarkierungsvorrichtung ist ein bevorzugtes Beispiel für eine zur Herstellung der dem ersten erfindungsgemäßen Gesichtspunkt entsprechenden Punktmarkierungsform zu verwendende Lasermarkierungsvorrichtung. Da der detaillierte Aufbau in der Beschreibung dieser Anmeldung dargestellt ist, wird hier nur eine vereinfachte Darstellung gegeben.
Die Bezugsziffer 1 in 1 beschreibt eine Markierungsvorrichtung zum Anbringen von Markierungen mit Buchstaben, Strichcodes, 2D-Codes oder dergleichen auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Lasers als Lichtquelle. Die Markierungsvorrichtung 1 weist auf einen Laser 2, einen Strahlhomogenisierer 3 zum Homogenisieren der Energiever teilung eines von dem Laser 2 abgestrahlten Laserstrahls, eine Flüssigkristallmaske 4, die dazu ausgelegt ist, den Laserstrahl entsprechend der Anzeige eines Musters hindurchzulassen/zu absorbieren, eine Strahlprofilwandlereinrichtung 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 hindurchgetretenen Lichts auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers auf einer Punkteinheitsbasis. Die maximale Länge eines Punkts in der Flüssigkristallmaske 4 liegt zwischen 50 und 2000 μm, und die maximale Länge eines Punkts in der Linseneinheit 6 zwischen 1 und 15 μm.
Um einen Mikropunkt mit einer solchen Form zu bilden, ist es notwendig, die Qualität und Stärke des auf Punkteinheitsbasis eingestrahlten Laserstrahls sehr genau zu steuern. Um erfindungsgemäß einen Laserstrahl mit sehr kleinem Durchmesser aus einem Laserstrahl mit einem sehr großen Durchmesser zu gewinnen, ist ein Laserstrahl mit hoher Qualität und hoher Leistung notwendig. Es ist jedoch wegen des Beugungsphänomens bei Hochleistungslasern schwierig, den Laserstrahl noch weiter zu bündeln. Auch wenn der Laserstrahl noch stärker gebündelt werden kann, wird der Winkel der aus der Linse austretenden Strahlung groß und die Schärfentiefe extrem kurz, so daß die Durchführung eines wirklichen technischen Prozesses schwer vorstellbar ist. Ferner ist im Hinblick auf die Auflösung und dergleichen ein ultrapräzises Linsensystem notwendig. Bei Ausstattung mit einem solchen Linsensystem steigen die Kosten der Anlage weiter an, so daß das Linsensystem vom ökonomischen Standpunkt aus nicht in Frage kommt.
Um mit einem gewöhnlichen Linsensystem eine Mikropunktmarkierung zu realisieren, wird der von dem Laser 2 ausgestrahlte Laserstrahl selbst aufgeteilt und in Laserstrahlen mit jeweils kleinerem Durchmesser und der für eine Punktmarkierung notwendigen und ausreichenden Energie aufgeteilt, wobei die Energiedichteverteilung des Laserstrahls auf der Punkteinheitsbasis in ein zur Ausbildung der Punktform geeignetes Profil umgewandelt werden muß. Um ein geeignetes und ausgeglichenes Profil zu bilden, ist es erforder lich, die Energiedichteverteilung des Laserstrahls, der noch nicht umgewandelt ist, vor der Ausbildung zu homogenisieren.
Um für die Mikropunktmarkierung eine Lichtquelle zu erhalten, ist es sinnvoll, die Flüssigkristallmaske 4 zu verwenden, wobei Flüssigkristalle der Flüsigkristallmaske 4 in einer Matrix angeordnet sind, die jeweils Licht entsprechend verschiedener in die zentrale Steuereinheit eingeschriebener Daten durchlassen/absorbieren können.
Es ist ferner notwendig, den von dem Laser ausgestrahlten Laserstrahl mit der Gauß'schen Energiedichteverteilung unter Verwendung des Strahlhomogenisierers 3 in einen mit einer homogenisierten Form umzuwandeln, zum Beispiel in einen mit einer Hutform. Die Typen des Strahlhomogenisierers 3 sind wie folgt: ein Typ, bei dem die Oberfläche der Maske auf einmal bestrahlt wird, zum Beispiel eine Fliegenaugenlinse, Binäroptiken oder zylindrische Linsen, und ein Typ, bei dem die Oberfläche der Maske mit dem Strahl unter Verwendung eines Betätigungselements bestrahlt wird, etwa mit einem Polygonspiegel oder einem Spiegelscanner.
Wenn der Laserstrahl, dessen Energiedichteverteilung durch den Strahlhomogenisierer 3 homogenisiert worden ist, wieder in ein Profil mit einer zum Erzielen der bevorzugten Punktform geeigneten Energiedichteverteilung umgewandelt werden soll, wird ferner der Strahlprofilwandler 5 verwendet. Als Strahlprofilwandler 5 können zum Beispiel verwendet werden ein optisches Beugungselement, ein holografisches optisches Element, eine Maskenöffnung oder eine Flüssigkristallmaske mit Absorptions/Transmissionsbereichen, eine konvexe oder konkave Mikrolinsenanordnung (array) und dergleichen. Die Strahlprofilwandlereinrichtung ist zum Erhalten der erfindungsgemäßen Punktmarkierungsform nicht immer notwendig.
Der Gegenstand der erfindungsgemäßen Prozessschritte ist ein Halbleiter-Wafer. Der Halbleiter-Wafer wird hier als eigentlicher Silizium-Wafer dargestellt. Es kommt ferner aber auch ein Wafer in Frage, auf dem ein Oxydfilm (SiO₂) oder ein Nitridfilm (SiN) gebildet ist, ein epitaktischer Wafer und ein Wafer, auf dem Galliumarsenid- oder Indiumphosphidverbindungen gebildet sind.
Der zweite Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein zur Herstellung der Mikropunktmarkierung mit besonderer Form auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W geeignetes Markierungsverfahren.
Auch wenn die Markiervorrichtung 1 verwendet wird, kann die erfindungsgemäße Punktmarkierung mit der oben beschriebenen besonderen Form nicht erzielt werden, solange nicht die durch den zweiten Erfindungsgesichtspunkt gegebenen Markierungsparameter beachtet werden.
Konkret beinhaltet das Verfahren gemäß dem zweiten Erfindungsgesichtspunkt die Schritte: Homogenisieren der Energieverteilung des von dem Laser 2 abgestrahlten Laserstrahls mit dem Strahlhomogenisierer 3 wie oben beschrieben; Herstellen eines gewünschten Musters durch Steuern der Flüssigkristallmaske 4, in der die maximale Pixellänge 50 bis 2000 μm beträgt, und Bestrahlen der Flüssigkristallmaske mit dem durch den Strahlhomogenisierer 3 homogenisierten Laserstrahl; Einstellen der Engergiedichte des Laserstrahls, der durch die Flüssigkristallmaske 4 hindurchgetreten ist, auf 1,0 bis 3,7 J/cm²; und Bündeln des durch die Flüssigkristallmaske hindurchgetretenen Laserstrahls für jeden Punkt mit der Linseneinheit 6 auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers, so daß die maximale Länge jedes Punktes eingestellt ist auf 1 bis 15 μm.
Um die Punktmarkierung mit der erfindungsgemäßen besonderen Form zu bilden, haben die Erfinder eine Anzahl von Experimenten durchgeführt, um herauszufinden, wie die Wellenlänge, die Energiedichte und die Pulsbreite eines Laserstrahls Einfluß nehmen. Im Ergebnis verändert die Wellenlänge nur den Absorptionsanteil des Halbleiter-Wafers, jedoch nichts Anderes. Wenn zum Beispiel Silizium als Material des Halbleiter-Wafers verwendet wird, ist es, um die erfindungsgemäße Punktmarkierungsform zu erhalten, notwendig, das Eindringen in das Silizium mit kleiner werdender Punktform moderat zu verringern. Folglich wird das bevorzugte Ergebnis bei ungefähr 532 nm erzielt. Die Wellenlänge kann jedoch nicht frei von anderen Bedingungen angegeben werden, weil sie sich entsprechend dem Material des Halbleiter-Wafers verändert.
Andererseits wurde im Hinblick auf die Pulsbreite ein Bereich untersucht, in dem ein zulässiger Bereich für die Energiedichte ausreichend breit eingestellt werden kann und die Ausgangsleistung des Lasers möglichst weit abgesenkt werden kann. Als Ergebnis wurde der Bereich zwischen 10 und 500 ns als zur Herstellung der Punktmarkierungen gemäß der Erfindungen geeignet aufgefunden. Bevorzugt ist der Bereich zwischen 50 und 120 ns. Im Fall von 500 ns und darüber wird die Energiedichte zu hoch, so daß die gewünschte Punktmarkierungsform nicht leicht erzielt werden kann und der Laser selbst unvermeidlicherweise groß wird. Bei einem im ps-Bereich durchgeführten Laserprozeß tritt in erheblichem Umfang Verdampfung auf und ist der zulässige Energiedichtebereich sehr schmal.
Die Energiedichte hängt stark von der Laserwellenlänge, Pulsbreite und den optischen Eigenschaften des zu verarbeitenden Materials ab. Folglich ist es bevorzugt, die Energiedichte sowohl in Abhängigkeit von der Laserwellenlänge als auch der Pulsbreite zu bestimmen. Im Fall der oben spezifizierten Werte der Laserwellenlänge und der Pulsbreite sind 1,0 bis 3,7 J/m² geeignet. Ein stärker bevorzugter Bereich der Energiedichte eines durch die Flüssigkristallmaske hindurchgetretenen und aufgeteilten Laserstrahls liegt zwischen 1,5 und 3,5 J/cm².
Genau genommen bildet sich auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers, insbesondere auf Silizium, ein dünner Film aus Eigenoxyd. Bei der Erfindung wird der Oxydfilm gleichzeitig mit verformt. Im Bezug auf eine günstige Verformung des Oxydfilms sind daher die folgenden Punkte wichtig:

1) Der Schmelzpunkt des Oxydfilms (SiO₂) liegt höher als der eines Silizium-Wafers (Si).
2) Der Oxydfilm ist amorph und zeigt keinen klaren Umwandlungspunkt zur flüssigen Phase. Er erweicht in der Umgebung des Schmelzpunkts des Siliziums.
3) Der Oxydfilm ist vom sichtbaren Bereich bis in den nahen Infrarotbereich transparent und absorbiert Silizium.

Aus den obigen Punkten ergibt sich, daß bei einer Pulsbestrahlung der Silizium-Wafer durch den Oxydfilm direkt geheizt und geschmolzen wird. Der Oxydfilm wird durch thermische Leitungen vom Silizium aus erreicht und entsprechend der Oberflächenform des Siliziums durch elastische Verformung zu Punktmarkierungen verformt. Wenn der Oxydfilm dicker wird, ist jedoch der Temperaturanstieg in dem Oxydfilm durch die thermische Leitung an der Grenzfläche des Oxydfilms, der mit der Außenseite in Kontakt steht, nicht ausreichend. Folglich entspricht der Temperaturanstieg nicht dem Umfang der Deformation des Siliziums, und es tritt eine plastische Verformung (Risse) auf.
Die Dicke des Oxydfilms auf der Oberfläche, der bei der Punktmarkierungsherstellung ähnlich wie bei einem vollständig freiliegenden Wafer im Filmschwingungsmodus ist, hat sich experimentell als zwischen 1500 und 2000 Ångström liegend herausgestellt. Wenn der Oxydfilm auf der Oberfläche eine Dicke von ungefähr 1500 Ångström oder weniger hat, können in dem Filmschwingungsmodus ähnlich wie bei einem freiliegenden Wafer Punktmarkierungen gebildet werden.
Zusätzlich zu den Markierungsparametern wird vorzugsweise der Parameter mitbetrachtet, ob die Strahlprofilwandlereinrichtung 5 in Bezug auf die Flüssigkristallmaske 4 in einer vorgeschalteten oder nachgeschalteten Stufe angeordnet ist. Die Strahlprofilwandlereinrichtung 5 hat die Form einer Punktmatrix der gleichen Größe wie die Pixelmatrix der Flüssigkristallmaske 4 und wandelt die Energiedichteverteilung eines Laserstrahls in die gewünschte Verteilung um. Die Strahlprofilwandlereinrichtung stellt die thermische Verteilung in den Bestrahlungsmusterpunkten ein und stellt damit die Höhe des Vorsprungs der Punktmarkierung ein.
Die maximale Länge jedes Pixels in der Flüssigkristallmaske 4 ist spezifiziert auf 50 bis 2000 μm, und zwar wegen der Auflösungsgrenze bestehender Linsensysteme, wenn der durch die Flüssigkristallmaske 4 hindurchgelassene Laserstrahl auf den Halbleiter-Wafer gebündelt wird, so daß die maximale Länge eines Punkts durch das Linsensystem vorgegeben ist auf 1 bis 15 μm. Wenn die maximale Länge (Durchmesser) eines Punkts kleiner als 1 μm ist, ist es schwierig, jeden Punkt durch einen Sensor eines existierenden optischen Systems auszulesen. Wenn die maximale Länge 15 μm überschreitet, ist nicht nur die Markierung mit einer ausreichenden Informationsmenge unmöglich, ferner ist die Markierungsfläche eingeschränkt. Die Werte bilden 3/20 bis 1/100 von 100 μm, welches die maximale Größe der durch den gegenwärtigen SEMI-Standard zugelassenen Punktmarkierung ist. Daraus ist klar, wie klein diese Größen sind.
1 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung einer Mikropunktmarkierungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
2 ist ein Diagramm des Gesamtaufbaus einer allgemeinen einen Laserstrahl verwendenden Punktmarkierungsvorrichtung.
3 ist eine mit einem AFM (atomic force microscop, vergleiche Rasterkraftmikroskop) aufgenommene stereoskopische Ansicht der Formen von mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten Punktmarkierungen und ihres Anordnungszustands.
4 ist ein Querschnitt durch die Punktmarkierungen in 3.
5A und 5B sind mit dem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
6A und 6B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
7A und 7B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
8A und 8B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem ersten Vergleichsbeispiel.
9A und 9B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem vierten Ausführungsbeispiel.
10A und 10B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem fünften Ausführungsbeispiel.
11A und 11B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem sechsten Ausführungsbeispiel.
12A und 12B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem siebten Ausführungsbeispiel.
13A und 13B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem zweiten Vergleichsbeispiel.
14A und 14B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem dritten Vergleichsbeispiel.
15A und 15B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem vierten Vergleichsbeispiel.
16A und 16B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem fünften Vergleichsbeispiel.
17A und 17B sind mit einem AFM aufgenommene Querschnitts- und stereoskopische Ansichten einer Punktmarkierungsform nach einem sechsten Vergleichsbeispiel.
18 ist ein Diagramm 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.
19 ist eine Draufsicht, die durch erfindungsgemäße Punktmarkierungen angezeigte Buchstaben zeigt.
20 ist eine Draufsicht, die durch konventionelle Punktmarkierungen angezeigte Buchstaben zeigt.
21 ist eine stereoskopische Ansicht eines ersten Beispiels für die Punktmarkierungsform auf der Basis einer Schwingungsmode der Oberfläche eines Schmelzenbeckens bei einem Punktmarkierungsherstellungsprozeß.
22 ist eine stereoskopische Ansicht eines zweiten Beispiels der Punktmarkierungsform.
23 ist eine stereoskopische Ansicht eines dritten Beispiels der Punktmarkierungsform.
24 ist eine stereoskopische Ansicht eines vierten Beispiels der Punktmarkierungsform.
25 ist eine stereoskopische Ansicht eines fünften Beispiels der Punktmarkierungsform.
26 ist eine stereoskopische Ansicht eines sechsten Beispiels der Punktmarkierungsform.
27 ist eine stereoskopische Ansicht eines siebten Beispiels der Punktmarkierungsform.
28 ist eine stereoskopische Ansicht eines achten Beispiels der Punktmarkierungsform.
29 ist eine stereoskopische Ansicht eines neunten Beispiels der Punktmarkierungsform.
30 ist eine stereoskopische Ansicht eines zehnten Beispiels der Punktmarkierungsform.
Im Folgenden werden bevorzugte Beispiele für die Erfindung zusammen mit Vergleichsformen anhand der beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben.
1 ist ein Diagramm, das schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Lasermarkierungsvorrichtung zur Herstellung einer Mikropunktmarkierung gemäß der Erfindung zeigt.
In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 2 einen Laseroszillator; 3 einen Strahlhomogenisierer; 4 eine Flüssigkristallmaske; 5 einen Strahlprofilwandler; und 6 eine Kondensorlinseneinheit, und das Bezugszeichen W bezeichnet einen Halbleiter-Wafer. Der Halbleiter-Wafer W gemäß dem Ausfüh rungsbeispiel stellt nicht nur einen Silizium-Wafer dar, sondern allgemein einen Wafer, etwa einen Wafer, auf dem ein Oxydfilm oder ein Nitritfilm gebildet ist, einen Epitaxiehalbleiter-Wafer, und ferner einen Halbleiter-Wafer, der unter Verwendung von Galliumarsenid oder Indiumphosphid oder einer entsprechender Verbindung hergestellt worden ist.
In der Lasermarkiervorrichtung 1 wird ein von dem Laseroszillator 2 abgestrahlter Laserstrahl mit einer Gauß'schen Energiedichteverteilung von dem Strahlhomogenisierer 3 zu einem mit einer hutförmigen Energiedichteverteilung und ungefähr gleichen Spitzenwerten homogenisiert. Die Oberfläche der Flüssigkristallmaske 4 wird mit dem Laserstrahl mit der 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 in einem lichtdurchlässigen Zustand. Die Energiedichteverteilung der auf der Pixeleinheitsbasis aufgeteilten jeweiligen transmittierten Lichtmengen hat die gleiche Form wie die durch den Strahlhomogenisierer 3 homogenisierte und ist gleichmäßig.
Als Strahlhomogenisierer 3 wird allgemein eine optische Systemkomponente bezeichnet, die einen Laserstrahl mit zum Beispiel einer Gauß'schen Energiedichteverteilung eine homogenisierte Energiedichteverteilungsform annehmen läßt. Beispielsweise gibt es optische Komponenten eines Systems zur Bestrahlung der Oberfläche einer gesamten Maske unter Verwendung einer Fliegenaugenlinse, binärer Optiken oder einer zylindrischen Linse oder zum Abrastern der Oberfläche einer Maske mit einer Spiegelbetätigung durch ein Betätigungselement, etwa mit einem Polygonspiegel oder einem Spiegelscanner.
Bei der Erfindung wird, wie oben beschrieben, die Pulsbreite des Laserstrahls 10 bis 500 ns und die Energiedichte innerhalb eines Bereichs von 0,15 bis 3,5 J/cm² gesteuert. Wenn der Laserstrahl innerhalb dieser numerischen Wertebereiche gesteuert wird, können die Punktmarkierungen mit der besonderen erfindungsgemäßen Form hergestellt werden.
Die pro Zeiteinheit in der Flüssigkristallmaske 4 bestrahlte Fläche entspricht der Punktzahl 10 × 11. All diese Punkte werden mit dem Laserstrahl auf einmal bestrahlt. Da diese Punktzahl häufig genügt, kann das Markierungsmuster in eine Mehrzahl von Abschnitte aufgeteilt werden, und die Flüssigkristallmaske kann die Abschnitte sequenziell anzeigen. Durch Umschalten und Kombinieren der Abschnitte kann das gesamte Markierungsmuster auf der Wafer-Oberfläche hergestellt werden. Um ein Bild auf der Oberfläche des Wafers herzustellen, ist es in diesem Fall natürlich notwendig, den Wafer oder die Bestrahlungsposition zu bewegen. Zu dieser Bewegung sind verschiedene konventionell bekannte Verfahren geeignet.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird der Strahlprofilwandler 5 mit einem Laserstrahl auf Punkteinheitsbasis bestrahlt, der durch die Flüssigkristallmaske 4 hindurchgetreten ist. In dem Strahlprofilwandler 5 sind optische Komponenten einer Matrix ähnlich angeordnet, und zwar entsprechend den in einer Matrix der Flüssigkristallmaske 4 angeordneten Flüssigkristallen. Daher läuft der durch die Flüssigkristallmaske 4 hindurchgegangene Laserstrahl durch den Strahlprofilwandler 5 auf Punkteinheitsbasis in einer 1:1-Entsprechung und ein Laserstrahl mit der durch den Strahlhomogenisierer 3 homogenisierten Energiedichte wird in einen Laserstrahl mit einer zur Herstellung eines erfindungsgemäß besonderen Mikrolochmusters notwendigen 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 durch den Strahlprofilwandler 5 hindurchlaufen läßt, gibt es auch den Fall, daß der Laserstrahl ohne Umwandlung des Profils der Energiedichteverteilung durch den Strahlprofilwandler 5 direkt zu der Linseneinheit 6 geführt wird.
Der durch den Strahlprofilwandler 5 hindurchgetretene Laserstrahl wird mit der Linseneinheit 6 auf eine vorbestimmte Position auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W gebündelt, wodurch die gewünschte Punktmarkierung auf der Oberfläche durchgeführt wird. Bei der Erfindung ist die maximale Länge jedes Pixels in dem Flüssigkristall von 50 bis 2000 μm durch die Linseneinheit 6 auf 1 bis 15 μm auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W verringert. Bei einer gleichförmigen Herstellung einer Markierung auf Mikrometer-Skala auf den Oberflächen einer Mehrzahl von Wafern ist es notwendig, den Abstand zwischen der Markierungsoberfläche und einer Kondensatorlinse und die optische Achse auf Mikrometerskala einzustellen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Brennpunkt durch Messen der Höhe mit einem Konfokalverfahren erfaßt, das allgemein bei Lasermikroskopen oder dergleichen verwendet wird, der erhaltene Wert zu einem Feinpositionierungsmechanismus in vertikaler Richtung der Linse zurückgeführt und der Brennpunkt automatisch eingestellt. Zur Einstellung der optischen Achse und Positionierung und Einstellung der optischen Komponenten wird ein allgemein bekanntes Verfahren verwendet. Zum Beispiel wird die Einstellung mit einem Schraubeneinstellmechanismus so durchgeführt, daß ein Objekt mit Führungslicht von einem He-Ne-Laser oder dergleichen auf einen vorgegebenen Referenzpunkt eingestellt wird. Die Einstellung muß nur einmal beim Zusammenbau vorgenommen werden.
Die maximale Länge der Mikropunktmarkierung liegt erfindungsgemäß daher in dem Bereich von 1 bis 15 μm. Die Abmessung des Vorsprungs/der Ausnehmung beträgt bei einem Fall, bei dem der Randabschnitt des Vorsprungs leicht zurückspringt, zwischen 0,01 und 5 μm. Um eine Punktmarkierung mit solchen Abmessungen herzustellen, muß die Länge einer Seite jedes Punkts in der Flüssigkristallmaske 4 50 bis 2000 μm betragen, um die Markierungsherstellung auf dem Bestrahlungspunkt auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W durch die Begrenzung der Auflösung der Kondensatorlinseneinheit oder dergleichen nicht zu stören. Wenn ferner der Abstand zwischen dem Strahlprofilwandler 5 und der Flüssigkristallmaske 4 zu groß oder zu klein wird, kann aufgrund des Einflusses von Randstrahlen oder von Instabilitäten der optischen Achse eine auf der Oberfläche des Wafers gebildete Markierung gestört sein. Daher ist es bei dem Ausführungsbeispiel notwendig, den Abstand X zwischen dem Strahlprofilwandler 5 und der Flüssigkristallmaske 4 auf einen Wert einzustellen, der 0 bis 10 mal so lang wie die maximale Länge Y jedes Pixels in der Flüssigkristallmaske 4 ist. Durch Ein stellen des Abstands innerhalb eines solchen Bereichs wird das auf der Wafer-Oberfläche hergestellte Bild klarer.
Der Strahlprofilwandler 5 ist eine optische Komponente zum Umwandeln der durch den Strahlhomogenisierer 3 homogenisierten Energiedichteverteilung in eine optimale Energiedichteverteilung, um die erfindungsgemäße besondere Punktform zu erzielen. Zum Beispiel kann durch optionales Beeinflussen eines Beugungsphänomens, eines Brechungsphänomens oder der Lichtdurchlässigkeit das Profil der Energiedichteverteilung eines auftreffenden Laserstrahls am laserbestrahlten Punkt in ein beliebiges Profil umgewandelt werden. Als optische Komponente können zum Beispiel ein optisches Beugungselement, ein holographisches optisches Element, eine konvexe Mikrolinsenanordnung (array) oder ein Flüssigkristall selbst verwendet werden. Solche Elemente oder dergleichen sind in einer Matrix angeordnet und werden als Strahlprofilwandler 5 verwendet.
Die 3 und 4 illustrieren eine typische Form und Anordnung der durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildeten Punktmarkierungen. 3 (DOT steht darin für Punkt) ist eine mit einem AFM aufgenommene stereoskopische Ansicht, und 4 ist ein mit dem AFM aufgenommener Querschnitt. Erfindungsgemäß ist die Form jeder auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W gebildeteten Punktmarkierung ein Quadrat von 3,6 μm, und der Abstand zwischen benachbarten Punkten beträgt 4,5 μm. Wie sich aus diesen Diagrammen ergibt, werden auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W jeweils fast konische Punktmarkierungen gebildet durch einen entsprechend den jeweiligen Pixeln der Flüssigkristallmaske aufgeteilten Laserstrahl. Ferner sind die Punktmarkierungen als 11 × 10-Muster regelmäßig angeordnet und sind ihre Höhen fast die gleichen, weil die Energieverteilung des auf die Flüssigkristallmaske 4 gestrahlten Laserstrahls durch den Strahlhomogenisierer 3 homogenisiert ist.
Die Abmessung der erfindungsgemäßen Mikropunktmarkierung ist wie oben beschrieben. Das heißt, daß die maximale Länge entlang der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W 1 bis 15 μm und die Höhe des Vorsprungs 0,01 bis 5 μm beträgt. Die Werte wurden durch verschiedene Experimente ermittelt und liegen in dem Bereich zwischen dem Minimum und dem Maximum, die zur Sicherstellung der Sichtbarkeit mit einem bestehenden optischen Sensor und ausreichender Freiheit hinsichtlich der Markierungsfläche notwendig sind.
Die 5A, 5B bis 17A, 17B illustrieren die besonderen erfindungsgemäßen Formen von Punktmarkierungen, die mit den Parametern des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die bei dem Ausführungsbeispiel verwendete Lasermarkierungsvorrichtung 1 hergestellt wurden, und die Formen von mit anderen Parametern mit der Vorrichtung 1 gebildeten Punktmarkierungen. Die Lasermarkierungsvorrichtung 1 ist wie folgt spezifiziert.

Lasermedium: Nd:YAG-Laser

Laserwellenlänge: 532 nm

Mode: TEM00

Durchschnittsausgangsleistung: 4 W bei 1 kHz

Pulsbreite: 100 ns bei 1 kHz
Es wurde ein Vorabexperiment durchgeführt im Hinblick auf die Laserstrahlwellenlänge für die Erfindung. Verschiedene Vorabexperimente wurden durchgeführt, indem die Wellenlänge des Laserstrahls auf die drei Werte 355 nm, 532 nm und 1064 nm und die Energiedichte auf 0,14 bis 3,1 J/cm² eingestellt wurden, entsprechend den Ausführungsbeispielen der Erfindung und Vergleichsbeispielen, die im Folgenden beschrieben werden, und die Pulsbreite in dem Bereich von 10 bis 700 nm (richtig: ns) und 20 ps eingestellt wurde. Obwohl sich der Absorptionsanteil von Silizium abhängig davon unterscheidet, ob die Wellenlänge des Laserstrahls 532 nm oder 1064 nm beträgt, wurde im wesentlichen die gleiche Tendenz beobachtet. Das Eindringen in das Silizium war im Fall der Wellenlänge 532 nm jedoch geringer. Bessere Ergebnisse wurden mit kleinerer Punktgröße erzielt. Wenn andererseits die Wellenlänge des Laserstrahls auf 355 nm eingestellt wird, ist das Eindringen in das Silizium zu gering und tritt auf der Siliziumoberfläche zu leicht ein Verdampfen auf. Die Wellenlänge des Laserstrahls wird daher bei dem Ausführungsbeispiel auf 532 nm eingestellt. Die Wellenlänge des Laserstrahls ist jedoch bei der Erfindung nicht allgemein festgelegt.
Für das Ausführungsbeispiel können als Laserstrahl erwähnt werden ein durch eine YAG-Laseroszillationsvorrichtung erzeugter, eine zweite Harmonische einer YV04-Laseroszillationsvorrichtung, ein von einer Titan-Saphir-Laseroszillationsvorrichtung erzeugter Laserstrahl und dergleichen.

Die 5A, 5B bis 17A, 17B zeigen die Formen und Abmessungen von Punktmarkierungen entsprechend den Ausführungsbeispielen 1 bis 7 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6, wobei die obigen Markierungsparameter verwendet wurden und ferner der Durchmesser des auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W gebildeten Punkts, die Energiedichte des Laserstrahls und die Pulsbreite des Laserstrahls verändert wurden. (Tabelle 1)

	Punktdurchmesser (μm)	Energiedichte (J/cm²)	Form der Punktmarkierung

Ausführungsbeispiel 1	7,2	1,19	Vorsprung im Zentrum
Ausführungsbeispiel 2	7,2	1,42	dito
Ausführungsbeispiel 3	7,2	1,67	dito
Vergleichsbeispiel 1	7,2	0,96	Ausnehmung im Zentrum
Ausführungsbeispiel 4	3,6	1,50	Geteilter Vorsprung
Ausführungsbeispiel 5	3,6	2,00	Vorsprung im Zentrum
Ausführungsbeispiel 6	3,6	2,50	dito
Ausführungsbeispiel 7	3,6	3,10	dito
Vergleichsbeispiel 2	30	0,29	Ausnehmung im Zentrum
Vergleichsbeispiel 3	30	0,43	dito
Vergleichsbeispiel 4	20	0,14	dito
Vergleichsbeispiel 5	20	0,29	Ringförmige Ausnehmung
Vergleichsbeispiel 6	20	0,43	Vulkanform

Die 5A und 5B zeigen Form und Abmessung einer auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W mit den Markierungsparametern des Ausführungsbeispiels 1 gebildeten Punktmarkierung. Obwohl es in den Diagrammen um die Punktmarkierung herum eine ringförmige Ausnehmung gibt, weist die Punktmarkierung einen fast konischen Vorsprung auf, der sich im Zentralbereich hoch nach oben aufwölbt. Der Kontrast zwischen dem Vorsprung und dem Randbereich ist hoch, und eine ausreichende Sichtbarkeit ist sichergestellt.
Die 6A, 6B, 7A und 7B illustrieren Formen und Abmessungen von auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W mit den Markierungsparametern der Ausführungsbeispiele 2 bzw. 3 gebildeten Punktmarkierungen. In allen Diagrammen ist der Randbereich der Punktmarkierung fast flach und weist die Punktmarkierung einen fast konischen Vorsprung auf, der sich nach oben hoch aufwölbt. Der Kontrast zwischen den jeweiligen Punkten und ihrem Randbereich ist hoch, und eine ausreichende Sichtbarkeit ist sichergestellt.
Bei dem in den 8A und 8B gezeigten Vergleichsbeispiel 1 beträgt die Energiedichte 0,96 (< 10) J/cm², obwohl 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 eine große Ausnehmung im Zentralbereich, ist der Kontrast viel kleiner als im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen und die Sichtbarkeit niedrig.
Die 9A und 9B illustrieren Form und Abmessung einer auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W mit den Markierungsparametern des Ausführungsbeispiels 4 gebildeten Punktmarkierung. Obwohl beim Ausführungsbeispiel 4 die Länge des Punkts (Länge einer Seite des Quadrats) 3,6 μm beträgt, nämlich die gleiche wie bei den Ausführungsbeispielen 5 bis 7, ist der bergförmige Vorsprung vertikal aufgeteilt in zwei Abschnitte und in dem Randbereich eine kleine Ausnehmung gebildet. Da der Vorsprung insgesamt groß ist, ist der Kontrast zwischen dem Punkt und dem Randbereich hoch und die Sichtbarkeit hoch.
Die 10A und 10B und die 11A und 11B zeigen Formen und Abmessungen von auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W mit den Markierungsparametern des Ausführungsbeispiels 5 bzw. 6 gebildeten Punktmarkierungen. In den Diagrammen hat die Punktmarkierung, obwohl es im Randbereich der Punktmarkierung in ähnlicher Weise wie beim Aus führungsbeispiel 1 eine ringförmige Ausnehmung gibt, einen fast konisch geformten Vorsprung, der sich im Zentrum hoch aufwölbt. Der Kontrast zwischen der Punktmarkierung und dem Randbereich ist hoch und eine ausreichende Sichtbarkeit sichergestellt.
Die 12A und 12B zeigen Form und Abmessung der auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W mit den Markierungsparametern des Ausführungsbeispiels 7 gebildeten Punktmarkierungen. In dem Diagramm ist der Rand der Punktmarkierung fast flach in ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel 3 und weist die Punktmarkierung einen sich hoch nach oben aufwölbenden, fast konisch geformten Vorsprung auf. Obwohl die Länge des Punkts gering ist, ist die Punktmarkierung im Hinblick auf die Sichtbarkeit die Beste. Diese Form des Punktes ist erfindungsgemäß ideal.
Die Vergleichsbeispiele 2 bis 6 in den 13A, 13B bis 17A, 17B können unabhängig von den Formen nicht als Ausführungsbeispiele der Erfindung betrachtet werden, obwohl sie in Tabelle 1 auch gezeigt sind, weil die Länge der Punktmarkierung (die maximale Länge entlang der Oberfläche des Halbleiter-Wafers W) den Bereich von 1 bis 15 μm gemäß der Erfindung überschreitet. Insbesondere hat jedes der Vergleichsbeispiele 3 bis 5 aus den 13A, 13B bis 16A, 16B eine große Ausnehmung im Zentralbereich. In beiden Vergleichsbeispielen 2 und 3 in den 13A, 13B und 14A, 14B sind um den Zentralbereich herum ringförmige flache Ausnehmungen gebildet und ist der Kontrast zwischen der Punktmarkierung und dem flachen Randbereich gering. Wenn die Punktmarkierung nicht groß ist, ist die Sichtbarkeit gering.
Bei dem in den 17A, 17B gezeigten Vergleichsbeispiel 6 ist der Rand flach und weist die Punktmarkierung einen vulkanförmigen Vorsprung mit einer Ausnehmung in der Mitte auf. Da der Kontrast hoch ist, ist eine ausreichende Sichtbarkeit sichergestellt. Die Form des Vergleichsbeispiels 6 ist als gewöhnliche Punktmarkierung äußerst wirksam.
18 ist ein durch Auftragen der Energiedichte und der Höhe des Vorsprungs bei jeder der Punktmarkierungen aus den Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenes Diagramm. Die Punktmarkierung mit der erfindungsgemäßen besonderen Form weist einen Vorsprung auf. Wie sich aus dem Diagramm erklärt, muß bei allen Ausführungsbeispielen mit einer Mikropunktmarkierung mit der Länge (der Länge einer Seite eines quadratischen Punkts ist 3,6 μm oder 7,2 μm) unter der maximalen Länge der erfindungsgemäßen Mikropunktmarkierung die Energiedichte mindestens 1 J/cm² betragen.
Das Folgende erklärt sich aus den 13A, 13B bis 18, Ausführungsbeispielen 1 bis 6 und Vergleichsbeispielen 1 bis 7.

1) Um so kleiner der Durchmesser (maximale Länge) der Punktmarkierung ist, um so leichter läßt sich ein Vorsprung bilden. Um so kleiner der Durchmesser der Punktmarkierung ist, um so kürzer ist die Länge der freien Grenzfläche. Da die Viskosität von Siliziumlösung bzw. Siliziumschmelze bei konstanter Temperatur konstant ist, kann man sagen, das im Ergebnis eine niedrigere Vibrationsmode dominant wird.
2) Bei der Herstellung eines Vorsprungs mit der gleichen Höhe ist mit kleinerem Durchmesser der Punktmarkierung eine höhere Energiedichte erforderlich. Konkret entspricht dies dem Fall, bei dem der Abstand zwischen festen Enden verkürzt wird, während eine Filmschwingungsamplitude auf gleichem Wert gehalten wird. Mit kürzerem Abstand zwischen den festen Enden ist eine größere äußere Kraft (Temperaturverteilung der Pulsbestrahlung = Oberflächenspannung) erforderlich.
3) Eine Punktmarkierung mit einer bestimmten Größe liegt bei einer niedrigeren Schwingungsmode, die sicher einen Vorsprung hat. Wenn in der obigen Tabelle 1 der Durchmesser der Punktmarkierung 3,6 μm beträgt, zeigen alle Ausführungsbeispiele unabhängig von ihren Formen Vorsprünge.
4) Eine Punktmarkierung mit einer bestimmten Größe oder darüber liegt immer in der Schwingungsmode mit einer Ausnehmungsform. Das bedeutet, daß zwischen dem Fall mit dominanter Vorsprungform und dem Fall mit dominanter Ausnehmungsform im Bereich von Durchmessern zwischen 20 und 30 μm der Punktmarkierung ein Übergangspunkt existiert. Der Wert bestimmt sich allgemein aus der Viskosität von Siliziumlösung bzw. Siliziumschmelze, der Tiefe des Schmelzenbeckens und der Größe des Schmelzenbeckens (Durchmesser der Punktmarkierung).

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß durch Einstellen der verschiedenen durch die Erfindung spezifizierten Markierungsparameter die kleine Größe der erfindungsgemäßen besonderen Punktmarkierung sicher und genau festgelegt werden kann.
19 zeigt eine Anordnung von Punktmarkierungen zur Anzeige von Buchstaben, die durch eine Punktmarkierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt wurde. 20 zeigt eine Anordnung von Punktmarkierungen zur Anzeige von Buchstaben, die durch konventionelle Punktmarkierungen erzielt wurde. Im Falle eines 2D-Codes ist die Relativposition der Punkte auf 20% oder weniger spezifiziert. Wenn zum Beispiel eine Punktmarkierung von einem ∅ von 5 μm vorliegt, tritt statistisch bei einer Positioniergenauigkeit einer Stufe bei +/–1 μm eine Positionsabweichung von 20% auf.
Bei dem konventionellen Markierverfahren sind die durch die Punkte gebildeten Buchstaben gestört, wie 20 zeigt, und zwar in Bezug auf die Position (richtig: Genauigkeit) der Punkte. Folglich lassen sie sich nicht als 2D-Code auslesen. Andererseits ist die Relativposition benachbarter Punkte wie bei der Punktmarkierung der Erfindung aus 19 im Prinzip 0, wenn die Linsenaberration nicht berücksichtigt wird. Da die Aberration einer Linse im Außenrandbereich der Linse ansteigt, kann bei Verwendung des Zentralbereichs (effektives Gesichtsfeld) der Linse die Aberration als praktisch 0 angesehen werden. Folglich können regelmäßige und genaue Punkte gebildet werden, wie in 19 gezeigt.
Wie sich aus der obigen Beschreibung erklärt, können mit der erfindungsgemäßen Punktmarkierungsform und dem erfindungsgemäßen Punktmarkierungsverfahren Mikropunktmarkierungen mit gleichmäßigen Formen von jeweils 3/20 bis 1/100 im Vergleich zur konventionellen Form in den Flächen regelmäßig und genau auf der Punkteinheitsbasis auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers gebildet werden. Da die Punktmarkierung eine besondere Form hat, deren Zentralbereich vorspringt, was konventionell nicht erzielt wird, ist darüber hinaus die Sichtbarkeit der Punktmarkierung hervorragend und funktioniert die Markierungsform in ausreichender Weise als 2D-Code.
Da die Größe der erfindungsgemäßen Punktmarkierung im Vergleich zu der Größe einer konventionellen Punktmarkierung sehr verringert ist, wie oben erklärt, und die Grenze zwischen den benachbarten Punktmarkierungen deutlich zu sehen ist, kann eine Anzahl von Punktmarkierungen in der gleichen Fläche vorgenommen werden. Damit steigt nicht nur die Markierungsfläche an, sondern auch der Freiheitsgrad bei der Auswahl der Markierungsfläche.
Insbesondere können die folgenden Wirkungen erzielt werden.

1) Auf der Oberfläche eines Wafers kann zu einer beliebigen Zeit eine Markierung gebildet werden. Zum Beispiel können Auslieferungstestdaten eines Wafers oder dergleichen beim Ausliefern des Wafers durch einen Siliziumhersteller ohne Einflußnahme durch die Anwendung durch den Bauelementehersteller, dem der Wafer geliefert wird, als Markierung vorgenommen werden. In gleicher Weise können nicht nur Testdaten während eines beliebigen Prozesses, sondern auch Wafer-ID-Markierungen des Bauelementherstellers durch den Bauelementhersteller vorgenommen werden. Wenn die Auslieferung auf Wafer-Einheitsbasis durchgeführt wird, können ferner in der Fläche die Testdaten für jeden Chip, die Wafer-ID und die Chip-ID markiert werden. Ferner können durch Herstellen einer Markierung an einer Kerbe oder einer Ecke einer Orientierungsflachstelle (orientation flat) Befürchtungen, daß die Markierung zu klein ist, um wiedergefunden zu werden, beseitigt werden.
2. Aus einem Wafer lassen sich mehr Chips erhalten. Konventionell ist es erforderlich, einen Chip durch kreisförmiges Aufteilen eines Wafers auszulegen, um die Markierungsfläche auch für eine Kerbe sicherzustellen. Mit dem erfindungsgemäßen Punktmarkierungsverfahren kann jedoch die effektive Chipfläche vergrößert werden, da die für die Markierung vorgesehene Fläche weggelassen werden kann. Damit kann die Erfindung direkt zu einer verbesserten Ausbeute aus dem Wafer beitragen.
3. Der Auslegungs- bzw. Designaufwand wird verringert. Da es nicht notwendig ist, die Markierungsfläche bei der Auslegung bzw. dem Design der Chips vorzusehen, kann der Designer den Chip frei auslegen. Für die Erfindung ist es von Vorteil, daß im Allgemeinen im äußersten Wafer-Bereich von 2 mm, insbesondere an der Außenseite von 1 mm, keine Filmherstellung erfolgt und diese Fläche in einem praktisch unbedeckten Wafer-Zustand ist. Daher kann in dieser Fläche in stabiler Weise markiert werden.

Claims

Mikropunktmarkierung gebildet durch einen Laserstrahl auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Lasers als Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß – die Mikropunktmarkierung durch jeweils an einem Laserbestrahlungpunkt gebildete Punktmarkierungen aufgebaut ist, – die Markierung einen Vorsprung aufweist, der im Zentralbereich von der Oberfläche des Halbleiter-Wafers nach oben gewölbt ist, und – die Länge jeder Punktmarkierung entlang der Oberfläche des Halbleiter-Wafers 1 bis 15 μm und die Höhe des Vorsprungs 0,01 bis 5 μm beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Markierung aus Punkten auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers mit von einem Pulslaseroszillator (2) ausgestrahlten Laserstrahlen, gekennzeichnet durch die Schritte: – Homogenisieren der Energieverteilung des von dem Laseroszillator (2) ausgestrahlten Laserstrahls mit einem Strahlhomogenisierer (3); – Herstellen eines gewünschten Musters durch Steuern einer Flüssigkristallmaske (4), in der die maximale Länge jedes Pixels 50 bis 2000 μm beträgt, und Bestrahlen der Flüssigkristallmaske (4) mit dem durch den Strahlhomogenisierer (3) homogenisierten Laserstrahl; – Einstellen der Energiedichte eines Teil-Laserstrahls, der durch die Flüssigkristallmaske (4) hindurchgetreten ist, auf 1,0 bis 3,7 J/cm²; und – Bündeln des Laserstrahls, der durch die Flüssigkristallmaske (4) hindurchgetreten ist, auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers für jeden Punkt mit einer Linseneinheit (6), so daß die Maximallänge jedes Punktes eingestellt ist auf 1 bis 15 μm.
Mikropunktmarkierungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiedichte des Teil-Laserstrahls, der durch die Flüssigkristallmaske (4) hindurchgetreten ist, 1,5 bis 3,5 J/cm² beträgt.
Mikropunktmarkierungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Flüssigkristallmaske (4) vorgeschalteten oder nachgeschalteten Position eine Strahlprofilwandlereinrichtung (5) vorgesehen ist, die die Form einer Punktmatrix des gleichen Formats wie die Pixelmatrix der Flüssigkristallmaske (4) aufweist und eine Energiedichteverteilung des Laserstrahls in eine gewünschte Verteilung umwandelt.