JP2000252176A - 半導体ダイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザビームの照射による新たなマーキング技
術の開発に伴う微細なドットマークの付与の可能性を追
求すると共に、必要とする個別情報の全てを書き込んだ
半導体ダイを提供する。 【解決手段】半導体基板の表面に個別識別情報や加工履
歴情報などの各種の情報が書き込まれる領域を有する半
導体ダイであって、前記領域が１０⁴ μｍ² 以下の面積
であって、各ドットマークの最大幅が平面視で１〜６μ
ｍであるような微小なドットマークからなり、同ドット
マークの形態がレーザ照射により刻印される凹部及び凸
部を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面に個別識別コー
ドや加工履歴コードなどの各種の情報が書き込まれた半
導体ダイに関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路はその個別のアイデンティティ
ーを確立するためにパッケージにマークを刻印している
が、この刻印されるマークの内容は型番であるデバイス
のタイプ、製造日、製造国、メーカーの名称又はロゴ程
度の情報であるのが普通である。しかし、この程度の情
報では個々の半導体ダイを特定するには有効な情報とし
ては少なすぎる。しかも、これらのマークは容易に消去
することが可能である。

【０００３】半導体装置の製造工程にあって、個々の半
導体デバイスに最も微妙な影響を与えるのはスーパーク
リーンルーム内でなされるウェハに対する前処理工程、
いわゆる拡散工程などの通常ウェハファブと呼ばれる工
場内における多様な処理工程の製造条件であり、しかも
それらの製造条件は克明に記録して保管されている。

【０００４】ところが、これらの詳細な製造条件に関す
る情報も半導体デバイス単位の個別情報としては各デバ
イスごとに書き込まれていないため、故障集積回路など
が発生したときの因果関係を究明するための情報として
は直接利用できないのが現状である。このことは故障解
析に限らず、不良解析上の大きなネックともなってい
る。

【０００５】また、半導体デバイス単位の個別情報が得
られないことにより、故障解析や不良解析以外にも、次
の様な問題も生じている。高度なパーソナルコンピュー
タは、例えば６００メガヘルツの高周波で動作するＣＰ
∪を用いる。一方では、経済的理由から遅い周波数でし
か作動しない廉価なＣＰＵも市販されている。この廉価
なＣＰＵを誤って６００メガヘルツ動作のＣＰ∪として
パーソナルコンピュータに搭載すると、使用環境によっ
てはパーソナルコンピュータが誤動作をしたり、或いは
故障したりする。これらの故障原因は、ＣＰＵのパッケ
ージを開いて上記マークを読み取ることで、初めて解明
されることになる。

【０００６】一方、コスト低減の要求があり、３００ｍ
ｍの大型ウェハが実用化されつつある。このような大型
ウェハには２種類以上の異なる種類のデバイスを混載し
て製造されることも多く、同一ウェハ上の半導体ダイは
個別に個体で販売の対象となる。

【０００７】以上のような様々な観点から、原則的には
各デバイス単位ごとに異る内容からなる個体識別コード
を半導体表面に書き込み、これを読み込むことができれ
ば、保管された上記個別情報と故障デバイスなどとの因
果関係も究明しやすくなる。

【０００８】ところで、個々の半導体ダイに識別コード
等の各種の情報を書き込むには、半導体ダイの表面にそ
れらの情報を書き込むことができるに十分な領域を必要
とする。従来から行われているマーキング技術、特に一
般的なレーザビーム照射によるマーキング技術によって
所望の量の情報を書き込もうとすると、例えば特開昭６
０−３７７１６号公報にも開示されているような直径が
５０〜１５０μｍという大きな寸法のドットマークであ
ると、必然的に前記領域の面積を広げざるを得なくな
る。

【０００９】一方、既述したとおり近年の回路の大規模
な集積化によって、半導体ダイの表面に形成される不使
用領域の面積は益々縮小化されている。そのため、従来
も半導体ダイごとに各種の情報を書き込む必要性を痛感
しながらも、半導体ダイに対する情報の書き込み技術が
前述の要求に応えるには十分な段階に至っていなかった
がため、特にレーザビームの照射によるマーキング技術
では半導体ダイ表面への多数の個別情報を書き込むこと
は不可能な状況にあった。

【００１０】半導体ダイの表面に対するこうした個別情
報の書き込みに関して、レーザビームの照射によるマー
キングではないが、例えば特開平１０−１４４５７９号
公報には、半導体ダイの表面に個別の識別コードを付そ
うとするマーキング技術が開示されている。同公報によ
れば、多様なパターンが駆動表示できる液晶マスクを透
過した光により、半導体ダイ表面に個別識別コードを付
すというものである。

【００１１】同公報の具体的な説明によれば、ウェハ表
面上の配線金属膜の上にホトレジストを被着し、配線パ
ターン露光工程において配線パターン感光部を形成した
のち、照射装置から照射されてて液晶マスクを透過した
光を縮小レンズで縮小し、各半導体ダイ表面の識別コー
ド書き込み領域に所要のパターンを投影し、所望の識別
コードをホトレジストに転写する。次いで、現像処理及
びエッチング処理が施されて、金属配線及び金属配線膜
による個別識別コードを形成するというものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】つまり、前述の公報に
開示されたマーキング技術はエッチングによるものであ
るが、一般にエンチング工程において前記ホトレジスト
上に照射される光は紫外光であることから、上記マーキ
ング工程における液晶マスクを透過させる光も当然に紫
外光であると考えられる。ところで、液晶マスクは、そ
の製作過程において紫外光により樹脂を固化するため、
完成後の液晶マスクに赤外光よりもフォトンエネルギー
が遙に高い紫外光を照射すると、当該樹脂が溶解して液
晶が流動化して、もはやマスクとしての機能が失われて
しまう。従って、上記公報に開示されたマーキング技術
も、液晶マスクの損壊防止策を講じないかぎりは実施化
が困難な状況にある。

【００１３】本発明の目的は、レーザビームの照射によ
る新たなマーキング技術の開発に伴う微細なドットマー
クの付与の可能性を追求すると共に、必要とする個別情
報の全てを書き込んだ半導体ダイを提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用効果】本発明者等
は、前記目的を達成すべく様々な検討と実験を重ねた。
その結果、得られたのが本件請求項１〜５に記載された
構成を備える発明である。すなわち、請求項１に係る発
明は、半導体の表面に個別識別情報や加工履歴情報など
の各種の情報が書き込まれる領域を有する半導体ダイで
あって、前記各種の情報が前記領域内に形成される凹部
及び凸部からなるドットマークにより構成されているこ
とを特徴としている。

【００１５】ここの半導体ダイの表面に形成される個別
識別コードは消去しにくいマークから構成されることが
重要である。そのためには、半導体の単結晶や多結晶の
表面を局所的に溶融させ、そこに直接微小なドットを形
成することが好ましい。

【００１６】また前記ドットの形態も、読み取りの容易
さを確保しなければならない。つまり、ドットの画像が
鮮明に光学カメラ等の光学機器によって捕捉されなくて
はならない。そのためには、「各ドットが半導体表面と
一体となった凹部及び凸部から形成される」ことが好ま
しい。一例としては、図１に示すようなドット形態が好
ましく、その凹部と凸部によって入射光が乱反射し、そ
の周辺の平坦面と比較すると極めて際立った信号が得ら
れる。

【００１７】半導体ダイにあって許容されるマーキング
領域の合理的な面積を設定するには、上述したとおりコ
ード全体の占有面積が大き過ぎてはいけない。この個体
識別コードの存在のためにダイの面積が著しく増加する
ようでは高価なものになってしまって不都合である。半
導体ダイには、その周辺にワイヤ結線、即ちボンディン
グのためのボンディングパッドと呼ばれる金属膜の領域
がある。このボンディングパッドは、通常１００μｍ角
（正方形）であり、その設置間隔も１００μｍである。
最近は技術が進歩して１００μｍ角が８０μｍ角にまで
小さくされた例もある。従って、マーキング領域として
は前記ボンディングパッド間の間隙が適当であり、その
面積も１００μｍ角以下が好ましい。

【００１８】即ち、本件請求項２に係る発明に規定する
ごとく、マーキング領域の面積を１００００μｍ² 以下
として、そこに２次元コードマトリックスで必要な情報
を含むドットマークを付す。個体識別に必要とされる文
字数は１２文字とされている。

【００１９】図１３は２次元コードマトリックスを構成
するドットマークの大きさを変えたときのマーキング領
域内に付すことができる情報量（文字数）を示してい
る。この図から理解できるように、１００μｍ角以下の
マーキング領域内にあって、１２文字数がカバーされる
ドットマークの大きさは６μｍ以下に限られる。そのた
め、マーキング領域の面積が１０⁴ μｍ² 以下に限定す
る場合には、１つのドットサイズが平面視で６μｍ以下
であることが好ましい。また、前述のごとき微小なドッ
トマークにあって、重要なことは上述したとおり断面が
凹部及び凸部を併せもつ形態であることが望ましい。

【００２０】ただし、本件は請求項１からも理解できる
ように本件発明がドットマークの平面視の大きさについ
て前述のサイズに限定されるものではない。ドットマー
キング領域を、例えば後述するようにスクライブライン
上に求める場合には、同領域の面積を１０⁴ μｍ² 以下
に限定する必要がない。しかしながら、その場合にもド
ットマークの平面視における大きさは、後述するごとく
１〜１５μｍであることが望ましい。

【００２１】かかる形態を有するドットマークは、本件
請求項３に係る発明のようにレーザ照射によるマーキン
グが適している。このレーザマーキングは、例えば本発
明者等が先に特願平１０−３３４００９号として提案し
たマーキング方法により実施が可能である。このマーキ
ング方法によれば、そのマーキング条件としてレーザビ
ームのパルス幅及びエネルギー密度を所定の範囲に設定
すると共に、エネルギー密度分布を制御することによ
り、従来とは比較にならない程の微小な大きさをもつド
ットマークが得られる。しかし、本発明は上記提案によ
るレーザマーキング方法に限定されるものではない。

【００２２】以下、同提案に基づくレーザマーキング方
法について概略を説明する。先ず、上記ドットマークの
形態を形成するために使用されるレーザマーキング装置
の好適な例としては、例えば本発明者等が先に提案した
特願平９−３２３０８０号に開示されたレーザマーキン
グ装置を挙げることができる。その詳細な構成は同出願
の明細書に説明されているため、ここでは簡単な説明に
止める。

【００２３】図２の符号１はレーザを光源として被マー
キング物品の表面に２次元コードなどをドットマーキン
グするレーザマーキング装置を示し、同マーキング装置
１は、レーザ発振器２と、前記レーザ発振器２から照射
されるレーザビームのエネルギー分布を平滑化するビー
ムホモジナイザ３と、パターンの表示に合わせて前記レ
ーザビームを透過／非透過駆動される液晶マスク４と、
前記液晶マスク４の１画素に対応レーザビームのエネル
ギー密度分布を所要の分布形状に成形変換するビームプ
ロファイル変換手段５と、前記液晶マスク４の透過ビー
ムをドット単位で半導体ウェハ表面に結像させるレンズ
ユニット６とを備えており、前記液晶マスク４の１ドッ
トの最大長さが５０〜２０００μｍであり、前記レンズ
ユニット６による１ドットマークの平面視による最大長
さが１〜１５μｍである。

【００２４】そして、かかる形状の微小ドットを形成す
るには、１ドット単位に照射されるレーザビームの質及
び量に対する高精度な制御が必要である。大きなビーム
径のレーザビームから本発明でいう微小径のレーザビー
ムを得るには、高品質で高出力のレーザビームが必要で
あるが、高出力レーザによる回析現象のため、これ以上
小さく絞ることは困難であり、また仮に小さく絞れたと
しても、レンズの射出角が大きくなり、焦点深度が極め
て小さくなって、実加工ができるとは考えがたい。ま
た、解像度などの点からも超精密のレンズ系が要求され
る。かかるレンズ系を装備させる場合には、その設備費
が一段と高騰し、経済性の観点からも適用は不可能であ
る。

【００２５】そこで、通常のレンズ系をもってドットマ
ークの微小化を実現するには、レーザ発振器２から出射
されるレーザビーム自体を１ドットのマーキングに必要
且つ十分なエネルギーをもつ小径のレーザビームに分割
変換するとともに、各ドット単位のレーザビームのエネ
ルギー密度分布を上述のドット形態に加工するに相応し
いプロファイルに変換することが必要である。そして、
かかる好適で且つ均整なプロファイルを成形するには、
その前段階にて前記変換される以前の各ドット単位のレ
ーザビームにおけるエネルギー密度分布を平滑化してお
く必要がある。

【００２６】前記微小化のための光源を得るには、中央
制御部に書き込まれた各種データに基づいて液晶マスク
４の各液晶単位で任意に光の透過・非透過を駆動制御で
きる液晶がマトリックス状に配列された液晶マスク４を
採用することが合理的である。

【００２７】また、前述のごとくガウシアン形状のエネ
ルギー密度分布をもつレーザ発振器から出射されるレー
ザビームを、ビームホモジナイザ３を用いて、例えばト
ップハット形状に類似する平滑化された形状に変換する
ことが必要である。このビームホモジナイザ３として
は、例えばフライアイレンズを使用したマスク面上を一
括して照射する方式やポリゴンミラーなどのアクチュエ
ータによりミラー駆動してマスク面上をビーム操作する
方式がある。

【００２８】前述のビームホモジナイザ３によりエネル
ギー密度分布が平滑化されたレーザビームを、上述の好
適なドット形態を得るために好適なエネルギー密度分布
のプロファイルに再変換する必要があるときは、更にビ
ームプロファイル変換器５が使われる。このビームプロ
ファイル変換器５としては、例えば回析光学素子を備え
た開口マスクや液晶マスクなどがる。なお、本発明のド
ットマーク形態を得るには、このビームプロファイル変
換手段は必ずしも必要としない。

【００２９】ここで、本発明における直接の加工対象と
しての被マーキング物品Ｗは半導体ウェハに配された半
導体ダイの表面であり、そのマーキング工程は半導体装
置の製造工程の前工程を経て各種試験や分類を終了し、
ダイシング工程に回される全段階である。ここで半導体
とは、請求項４〜５に記載したとおり、シリコンウェハ
それ自体である単結晶の表面である場合が代表的ではあ
るが、その他にウェハ表面に酸化膜（SiO₂) や窒化膜(S
iN) が形成されたもの、更にはエピタキシャル成長させ
たウェハ、ガリウム砒素、インジウムリン化合物が表面
に形成されたウェハをも含むものである。

【００３０】前述のマーキング装置１を使っても、次に
挙げるようなマーキング条件を満たさないかぎり、上述
のごとく微小な形態をもつ本発明のドットマークは得に
くい。すなわち、上記レーザ発振器２から照射されるレ
ーザビームのエネルギー分布を、既述したごとくビーム
ホモジナイザ３により平滑化すること、１画素単位の最
大長さが５０〜２０００μｍである液晶マスク４を駆動
制御して所望のパターンを形成し、前記ビームホモジナ
イザ３により均整化されたレーザビームを前記液晶マス
ク４に照射すること、このとき同液晶マスク４を通過す
るレーザビームのエネルギー密度を１．０〜３．７Ｊ／
ｃｍ² に設定すること、及び前記液晶マスクを透過した
１ドットごとの各レーザビームを、レンズユニット６に
より１ドットの最大長さが１〜１５μｍとなるように縮
小して前記被マーキング物品の表面に結像させることを
含んでいる。かかる条件下でマーキングを行うと、単な
る微小寸法に止まらず、視認性に優れた特異な形態を有
するドットマークが形成される。

【００３１】前記、レーザビームのパルス幅に関して
は、エネルギー密度の許容範囲を適当に大きく取ること
ができ、同時にレーザの出力も極力抑えることができる
範囲を模索したところ、本発明のドットマークを形成す
るには１０〜５００ｎｓの範囲が効果的である。特に好
ましくは、５０〜１２０ｎｓである。なお、５００ｎｓ
以上の場合にはエネルギー密度が大きくなりすぎて、所
望のドットマークの形態が得にくく、レーザ発振器自体
も大型下せざるを得ない。また、ｐｓの領域のレーザに
よる加工では、蒸散が著しく発生し、許容できるエネル
ギー密度範囲が極端に狭くなる。

【００３２】また、エネルギー密度に関しては、エネル
ギー密度がレーザ波長、パルス幅及び加工材料の光特性
に依存するところが多い。このため、レーザ波長とその
パルス幅の両者を勘案して決めることが好ましいが、レ
ーザ波長とパルス幅の値を規定する場合には、上述のご
とく１．０〜３．７Ｊ／ｃｍ² が適当である。前記エネ
ルギー密度の更に好適な範囲としては、前記液晶マスク
を通過して分割されたレーザビームのエネルギー密度が
１．５〜３．５Ｊ／ｃｍ² である。

【００３３】また、前記マーキング条件に加えて、更に
前記液晶マスク４の画素マトリックスに対応する同一サ
イズのドットマトリックスにて構成され、レーザビーム
のエネルギー密度分布を所要の分布形状に成形変換する
ビームプロファイル変換手段５を、前記液晶マスク４の
前後いずれかに配するとよい。このビームプロファイル
変換手段は、照射パターンドット内の熱分布を調整する
ことで、ドットマークの隆起部高さが調整される。

【００３４】ここで、液晶マスクの１画素単位の最大長
さを５０〜２０００μｍに規定しているのは、液晶マス
ク４を透過したレーザビームがレンズ系により１ドット
の最大長さを１〜１５μｍとなるように縮小して前記被
マーキング物品の表面に結像させると、現状のレンズ系
における解像度に限界があって確実に読み込めない場合
もあるがためである。また、１ドットの最大長さ（径）
が１μｍより小さい場合には、現在の光学系のセンサで
は１ドットごとに読み取ることが困難であり、５μｍを
超えると充分な量の情報を上記マーキング領域にマーキ
ングすることができない。しかし、このマーキング領域
として、例えばスクライブラインの領域を使用すれば大
量の情報が書き込めるため、５μｍ以上であってもよい
が１５μｍ以下であることが好ましい。これらの値は、
例えば現在のＳＥＭＩ規格で許容されるドットマーク寸
法の最大限の値である１００μｍと比較すると、３／２
０〜１／１００であって、如何に微小な寸法であるかが
理解できる。

【００３５】

【発明の実施形態】以下、本発明の好適な実施の形態を
シリコン基板を例として添付図面に基づいて具体的に説
明する。本発明の個別識別コードが付された半導体ダイ
を製造するには、先ずシリコンウェハの個々の半導体ダ
イごとの個別識別コードの書き込み領域にコード書き込
み面（以下、ノートパッドという。）を形成する必要が
ある。このノートパッドとしては、シリコン基板の単結
晶からなるベア表面、同多結晶シリコン表面、或いはシ
リコン酸化膜の表面に画定することができる。ノートパ
ッドを形成したのちに、レーザマーカーをセットアップ
してドットマークの書き込み、即ち２次元コードにて個
体識別コードを各半導体ダイに書き込む。

【００３６】図３は、ダイナミックＲＡＭに多用される
ＮＭＯＳデバイスのセル構造例を示している。同図にお
いて、符号１１はシリコン基板（Ｓｉ）、１２はフィー
ルド酸化膜（ＳｉＯ₂ ）、１３はゲート電極（Ｐｏｌｙ
−Ｓｉ）、１４は金属配線（Ａｌ）、１５はゲート酸化
膜（ＳｉＯ₂ ）、１６はソース及びドレイン（Ｓｉ）、
１７は層間絶縁膜（ＰＳＧ）、１８は保護膜（ＰＳＧ）
を示す。この図に示す例では、多結晶シリコン膜（Ｐｏ
ｌｙ−Ｓｉ）をノートパッド１９として形成している。
集積回路の製造過程において、ウェーハファブとも呼ば
れるスーパークリーンルーム内で６０００オングストロ
ームのポリシリコン膜を厚さ１μｍのフィールド酸化膜
１２の表面に積層して形成し、リソグラフ工程を経て１
００ミクロンの正方形からなるノートパッド１９を形成
している。

【００３７】また、同図に符号１３で示すように前記ノ
ートパッド１９とは別に既に１層の多結晶膜が存在して
ゲートを構成している。従って、このゲート１３を形成
するときの多結晶シリコン膜を利用してもノートパッド
を形成することができる。かかる多結晶シリコン膜は、
多い場合には２、３層が形成されていることもある。こ
のような場合に、最も表層側の多結晶シリコン膜の形成
と同時に上記のノートパッドをパターン形成し、その
後、同多結晶シリコン膜上に形成される膜の全てを抜き
パターンとして、最終的にノートパッドが外部に表出す
る構造とする。

【００３８】本発明にあって代表的なノートパッドの形
成対象としては、集積回路の原料素材であるシリコン単
結晶ウェーハのベア表面がある。当該ノートパッドは、
前述の多結晶シリコンの場合とほぼ同様に取り扱うこと
ができる。異なる点は、当咳ノートパッドを最終的に表
出させるために、全てのマスク工程において、抜きパタ
ーンとすることである。或いは、ＣＶＤ法やエピタキシ
ー法でシリコン単結晶ウェーハの上に絶縁膜を介して或
いは介せずに形成するシリコン単結晶膜を成長させてこ
れをノートパッドとして用いることも可能である。すな
わち、単結晶膜を部分的にエッチングし、当該単結晶表
面を露出してノートパッドを形成する。

【００３９】また、一般的にシリコンからなる半導体ウ
エハの表面には、極く薄い自然酸化膜が形成されている
が、本発明ではその酸化膜もノートパッドの対象とな
る。この酸化膜を良好に変形させるには、次の点を考慮
に入れる必要がある。 酸化膜（ＳｉＯ₂ ）の融点が、シリコンウエハ（Ｓ
ｉ）よりも高いこと。 酸化膜は非晶質で明確に液相へ変化する点は存在せ
ず、シリコンの融点付近で軟化していること。 酸化膜は可視から近赤外領域にかけての領域におい
て透明であり、且つシリコンを吸収すること。

【００４０】これらの点から、パルス照射時は、酸化膜
を通過して直接シリコンウエハを加熱溶融する。酸化膜
は、加熱されたシリコンからの熱伝導により軟化し、弾
性変形でシリコンの表面形状にならった形でドットが形
成される。しかし、酸化膜が厚くなっていくと、熱伝導
による酸化膜の温度上昇が酸化膜が外界と接している界
面まで充分に到達せず、その結果としてシリコンの変形
量についていけず、塑性変形（割れてしまう。）する。
このシリコン単結晶に追随して変形する表面酸化膜の厚
さは、実験によると２０００オングストローム以下であ
ることが判明している。このため、およそ２０００オン
グストローム以下の表面酸化膜であれば、シリコン単結
晶の表面と同様にドットマークが形成できる。

【００４１】次に、半導体ダイに個別識別コードを付す
ために好適なノートバッドの形成領域について説明す
る。図４は半導体ウェハ上に形成される有効な半導体ダ
イの配置例と単一の半導体ダイの構造を模式的に示す上
面図である。金属配線と同時に形成される引出し電極
（ボンディングパッド）２０を、ダイ外周部に配置し、
個々のボンディングパッド２０を通じてボンディングワ
イヤでもってリードフレームと結線し、このリードフレ
ームを介して外部回路と接続する。このボンディングパ
ッドは、既述したとおり通常は１００μｍ角（正方形）
であり、その設置間隔が１００μｍである。従って、上
記ノートパッド１９の形成領域としては前記ボンディン
グパッド間の間隙領域が好適であり、その面積も１００
μｍ角以下とする。

【００４２】これらノートパッド１９は、必要に応じて
複数形成してもよい。例えば、ノートパッド１９が、１
００μｍ角の場合、１ドットが５ミクロンピッチでドッ
トを形成すると、１８×１８ドットからなる２次元コー
ドのドットマトリックスを付すことができる。その結
果、１つのノートパッド領域には２５〜４０文字の情報
が記録可能となる。

【００４３】こうしたノートパッド１９の形成領域とし
ては、前述のボンディングパッド間の間隙に代えて、ス
クライブラインを選択することができる。このスクライ
ブラインの多くは、集積回路の原料素材であるシリコン
単結晶ウェーハが露出した状態にある。しかし、スクラ
イブラインにノートパッドを形成するにあたっては、第
一回目の酸化後には、全てのマスク工程において抜きパ
ターンとして、可能な限り膜を積まない状態に保つよう
にする。

【００４４】以上のようにして半導体ダイごとに形成さ
れたノートパッド１９に個別識別コードを書き込む。本
実施例によれば、この個別識別コードはレーザマーカに
よりノートパッドに刻印されるドットマークから構成さ
れる２次元コードである。このマーキング時期は、半導
体集積回路の製造の最終段階である個別ダイの機能テス
トを行うダイソート工程の直後が好ましい。

【００４５】そのマーキング内容は、ウエハ識別番号、
ウェーハメーカコード、ウエハ抵抗率分類識別、不純物
ドーパントの種類、ウエハ結晶成長方位など、ＳＥＭＩ
標準で規定されているウエハＩＤに加え、半導体ウェハ
のダイ位置により決まる最も重要な個別の個体識別番
号、主なウエハテスト結果、そのテスト結果に基づく性
能グレードコードなどを含んでいる。

【００４６】さて、上述のごとき大きさのノートパッド
にドットマークからなる前記識別コードを刻印するに
は、既述したとおり平面視で６μｍ以下の大きさのドッ
トマークである必要がある。かかる微小なドットマーク
をレーザマーカによりノートパッド上に刻印するには、
単に従来のレーザマーカを使っては不可能である。本発
明者等が先に開発した特願平９−３２３０８０号に開示
されたレーザマーキング装置を使い、同じく先に開発し
た特願平１０−３３４００９号に開示されているような
特定の条件下でレーザマーキングを施すことにより実現
できる。なお、以下の説明は典型的なレーザマーキング
方法の一例に基づくものであり、本発明の実施はこれら
の説明に限定されるものではない。

【００４７】図２は半導体ダイの上記ノートパッドに微
小ドットマーキングを形成するためのレーザマーキング
装置を模式的に示した説明図である。本実施例における
レーザマーキング装置１にあって、レーザ発振器２から
出射されるガウシアン形状のエネルギー密度分布を有す
るレーザビームを、まずビームホモジナイザ３を通し
て、尖頭値がほぼ均一となったトップハット型のエネル
ギー密度分布形状に成形する。こうしてエネルギー密度
分布が均一に成形されたレーザビームは、次いで液晶マ
スク４の表面に照射される。このとき、液晶マスク４は
広く知られているように所要のマーキングパターンをマ
スク上に駆動表示することが可能であり、前記レーザビ
ームは同パターン表示領域内の光透過可能な状態にある
画素部分を透過する。この各画素ごとに分割されて透過
したのちの各透過光のエネルギー密度分布も、前記ビー
ムホモジナイザ３により成形された形状と同一であって
均一に分布されている。

【００４８】上記ビームホモジナイザ３は、例えばガウ
シアン形状のエネルギー密度分布をもつレーザ光を、平
滑化されたエネルギー密度分布の形状に成形するための
光学部品を総称する。この光学部品としては、例えばフ
ライアイレンズやバイナリーオプティクス、シリンドリ
カルレンズを使用して、そのマスク面上に一括照射する
か或いはポリゴンミラーやミラースキャナなどのアクチ
ュエータによるミラー駆動によってマスク面上を走査さ
せる方式がある。

【００４９】ここで、本実施例にあっては、レーザビー
ムのエネルギー密度が０．１５〜３．５Ｊ／ｃｍ² の範
囲に制御される。レーザビームが、かかる数値範囲内に
制御されると、本実施例に基づく微小で且つ特異な形態
をもつドットマークを形成することができる。

【００５０】本実施例にあって、前記液晶マスク４に１
回で照射する領域は、ドット数で１０×１１個であり、
これをレーザビームをもって一括照射するが、かかるド
ット数では必要とする全てのドットマーク数を満足し得
ないため、マークパターンを数区画に分割して順次液晶
マスクに表示させ、これを切り換えながら組み合わせて
全体のマークパターンを半導体ダイの表面に形成するよ
うにする。

【００５１】上記液晶マスク４を通過したドット単位の
レーザビームを、続いてビームプロファイル変換器５に
照射する。このビームプロファイル変換器５は前記液晶
マスク４のマトリックス状に配された個々の液晶に対応
して同じくマトリックス状に配列されている。従って、
液晶マスク４を透過したレーザビームは、１対１に対応
してドットごとに前記ビームプロファイル変換器５を通
過して、ビームホモジナイザ３によりそれぞれに平滑化
されたエネルギー密度分布のレーザビームが本発明特有
の微小な穴形状を形成するに必要なエネルギー密度分布
形状へと変換される。本実施例では前述のごとく液晶マ
スク４を通過した後のレーザビームを、ビームプロファ
イル変換器５を通過させて、そのエネルギー密度分布形
状を変換しているが、ビームプロファイル変換器５によ
るエネルギー密度分布のプロファイルを変換させること
なく、次のレンズユニット６に直接導入することもあ
る。

【００５２】ビームプロファイル変換器５を通過したレ
ーザビームはレンズユニット６により絞られ、半導体ウ
ェハＷの表面の所定の位置に照射され、同表面に必要な
ドットマーキングがなされる。本発明にあっては、前記
液晶の画素単位の最大長さを５０〜２０００μｍとし
て、これを前記レンズユニット６により半導体ウエハＷ
の表面に１〜１５μｍにまで絞られる。ここで、ミクロ
ン単位のマーキングを複数のウェハ表面に均一に形成し
ようとする場合には、そのマーキング面と集光レンズと
の間の距離や光軸合わせをミクロン単位で調節する必要
がある。

【００５３】本実施例によれば、焦点検出はレーザ顕微
鏡などで一般に使用されている共焦点方式で高さ計測を
行い、この値からレンズの縦方向の微小位置決め機構に
フィードバックさせて、自動的に焦点の位置決めがなさ
れる。また、光軸合わせや光学構成部品の位置決め及び
調整は、一般的に知られた方法が採用され、例えばＨｅ
−Ｎｅレーザなどのガイド光を通じて、予め設定されて
いる基準スポットに適合させるべくネジ調整機構などに
よって調整する。この調整は組立時に一回だけ行えばよ
い。

【００５４】従って、本発明に係る微小なドットマーク
とは平面視の最大長さが１〜１５μｍの寸法範囲にあ
る。このような寸法のドットマークを形成するには、縮
小レンズユニットの解像度などによる半導体ウェハＷの
表面の照射ポイントにおける結像に崩れを生じさせない
ようにするため、上記液晶マスク４の１ドット当たりの
１辺長さが５０〜２０００μｍであることが必要であ
る。更には、前記ビームプロファイル変換器５と前記液
晶マスク４との配置間隔が余り大き過ぎても或いは小さ
過ぎても、周辺の光線の影響を受け或いは光軸の不安定
さの影響を受けて、半導体ウェハ表面の結像に乱れが生
じやすい。そこで、本実施例にあっては、前記ビームプ
ロファイル変換器５と前記液晶マスク４との配置間隔Ｘ
を前記液晶マスク４の１画素単位の最大長さＹの０〜１
０倍に設定している。かかる範囲で前記配置間隔を設定
することにより、ウェハ表面に照射される結像が鮮明な
ものとなる。

【００５５】上記ビームプロファイル変換器５は、前記
ビームホモジナイザ３により平滑化されたエネルギー密
度分布を本実施例に特有なドット形状を得るために最適
なエネルギー密度分布の形状に変換させるための光学部
品であり、回析現象、屈折現象或いはレーザ照射ポイン
トにおける光透過率を任意に異ならせるなどして、入射
レーザ光のエネルギー密度分布のプロファイルを任意の
形状に変換するものである。その光学部品としては、例
えば回析光学素子、ホログラフィック光学素子、凸型の
マイクロレンズアレイ、或いは液晶自体が挙げられ、そ
れらをマトリックス状に配置してビームプロファイル変
換器５として使用する。

【００５６】図５及び図６は、本実施例方法により形成
されるドットマークの典型的な形状例と配列状況とを示
している。なお、図５はＡＦＭにより観察した立体図で
あり、図６は同じくＡＦＭにより観察した断面図であ
る。本実施例によれば、半導体ウエハＷの表面に結像さ
れる各ドットマークの大きさは３．６μｍであり、各ド
ット間隔は４．５μｍとした。これらの図からも理解で
きるように、半導体ウエハＷの表面には液晶マスク４の
各画素に対応して分割されたレーザビームごとの略円錐
状のドットマークが形成され、しかも、そのドットマー
クは１１個×１０個に整然と並んでおり、それぞれの高
さもほぼ揃っている。これは、液晶マスク４に照射され
るレーザビームのエネルギー分布をビームホモジナイザ
３により均一に平滑化されたがためである。

【００５７】本発明に係る微小なドットマークの寸法
は、既述したとおり、その被マーキング物品Ｗである半
導体ダイの表面に沿った最大長さが１〜１５μｍが好適
である。これは、各種の実験結果からもたらされた現在
の光学的センサによる視認性の限界とマーキング領域の
自由度とを確保するために必要な最小限と最大限の大き
さの範囲である。ただし、上述の面積（１０⁴ μｍ² ）
をもつノートパッド１９に個々の半導体ダイにとって必
要十分な情報量を刻印するには、既述したとおりドット
マーク寸法を１〜６μｍとすることが好ましい。

【００５８】図７〜図９は、本実施例により採用された
上記レーザマーキング装置１により、以下の条件下で形
成される本実施例に特有のドットマーク形態を示してい
る。前記レーザマーキング装置１の仕様は、 レーザ媒質：Ｎｄ，ＹＡＧレーザ レーザ波長：５３２ｎｍ モード ：ＴＥＭ００ 平均出力 ： ４Ｗ ＠ １ＫＨｚ パルス幅 ：１００ｎｓ ＠ １ＫＨｚ としている。

【００５９】また、本実施例において使用するレーザビ
ームとしては、ＹＡＧレーザ発振装置の他にも、ＹＶ０
４レーザ発振装置の第２高調波、チタンサファイヤレー
ザ発振装置等により発振されるレーザビームを挙げるこ
とができる。

【００６０】図７〜図９は上記マーキング条件に加え
て、表１に示す半導体ウエハＷの表面に照射される１ド
ットのドット径、レーザビームのエネルギー密度、及び
そのパルス幅を変更したときの実施例１〜３に対応する
ドット形態と各寸法を示している。

【００６１】

【表１】

【００６２】図７は、表１のマーキング条件にて半導体
ウエハＷの半導体ダイ表面にドットマーキングを施した
ときの実施例１によるドットマーク形態とその寸法を示
している。この実施例１によれば、上方に山形状に隆起
した隆起部が縦に２つに分割された形態となり、周辺に
僅かではあるが凹陥部が形成されている。しかし、全体
として隆起部が大きいため、周辺とのコントラストに優
れ視認性にも優れている。

【００６３】図８は、表１のマーキング条件にて半導体
ウエハＷの半導体ダイ表面にドットマーキングを施した
ときの実施例２のドットマーク形態とその寸法を示して
いる。同図によれば、上記実施例１と同様に周辺に環状
で凹凸状の凹陥部を有するものの、その中央は上方に高
く隆起した略円錐状の隆起部を備えており、その周辺と
の明暗差は大きく、充分な視認性が確保される。

【００６４】図９は、表１のマーキング条件にて半導体
ウエハＷの半導体ダイ表面にドットマーキングを施した
ときのドットマーク形態とその寸法を示している。同図
によれば、ドットマークの周辺は殆ど平坦であって、上
方に高く隆起した略円錐状の隆起部を備えており、ドッ
ト長さが微小であるとはいえ、視認性の点では最も優れ
ている。このドット形態が本発明の理想的な形態である
といえる。

【００６５】本発明にあって実際のマーキング時には、
ノートパッドヘの位置決めが極めて重要である。図１０
は、マーキング時における前記位置決めの確認手段を設
けたレーザマーキング装置の他の実施形態を示してい
る。同図によれば、光路の途中にダイクロイックミラー
（ハーフミラー）７を挿入して、その側方にＣＣＤカメ
ラ８を設置した。このカメラ８は、一度にマーキングす
る範囲と同じ視野で観察（同一視野観察）できるように
している。

【００６６】この同一視野観察は、図１０に示すように
レンズユニット６が単一の場合には、液晶マスク４とレ
ンズユニット５との間に前記ハーフミラー７を挿入す
る。また、結像レンズが複数のレンズユニット６から構
成される場合には各レンズユニット６との中間にハーフ
ミラー７を挿入する。ハーフミラー７は、液晶マスク４
を通過したレーザ光のみを透過させ、他波長領域、特に
可視領域の光波長を反射させるようにコーティングされ
ている。更に、ＣＣＤカメラ８の結像面は液晶マスク面
とマーキング対象Ｗと等距離となるように配置される。
かかる構成によって、マーキングするためのレーザビー
ムをハーフミラー７が障害となることなく、マーキング
された結果をＣＣＤカメラ８に結像させて観察すること
が可能になる。また、ハーフミラー７を複数のレンズユ
ニットの中間に配する場合は、ハーフミラー７とＣＣＤ
カメラ８との間に、液晶マスク４とハーフミラー７との
間の光路と同等の光路を形成するための機能を有するレ
ンズユニットを挿入することが必要になり、これにより
ハーフミラー７による同一視野の観察が同様に可能とな
る。

【００６７】この同一視野観察によって、マーキング前
に行われる位置合せの微調整のみならず、マーキングが
良好に行われたかどうかの結果も逐一モニターすること
ができる。すなわち、マーキング結果の検査を行うこと
も可能となる。この同一視野観察法を用いて、ダイ内の
ノートパッド位置をマーカーの主軸に対して予め決めて
おけば、プローバと同程度のステージの送り精度のみ
で、マーカー作業の粗位置決めが可能となる。これはプ
ロ一バと本発明のマーキング機構を同一装置に組み込ん
で実施することをも可能にすることを示している。

【００６８】なお、半導体の製造プロセスにおてる上記
個別識別コードのマーキング操作の時期は、具体的には
ウェーハプローブ作業（ウエハテスト工程）の後が好ま
しいが、勿論これに限定されない。本実施例では、図１
１及び図１２に示すようにウェーハプローブ作業の後に
個別識別コードのマーキング操作を行っている。ノート
パッドヘのマーキング工程が終了すると、数工程を経
て、ダイシング工程において個々の半導体ダイに切り離
す。この際に、各半導体ダイごとにそのマーキング内容
を読取り、所定のグレード毎に分類することも可能とな
る。その結果、グレード別に最終的な組み立てを実行す
ることできるようになる。

【００６９】以上、詳細に説明したとおり、本発明によ
れば各半導体ダイにＩＣ製造のほぼ全履歴を記録するこ
とが可能となるため、ＩＣの動作不良解析や盗難防止対
策に有効に機能することにもなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体ダイ表面に形成されるドットマ
ークの形態を模式的に示す断面図である。

【図２】前記ドットマークを形成するためのレーザマー
キング装置の一例を概略的に示す構成図である。

【図３】ＮＭＯＳのセル構造例とその表面の一部に形成
されるノートパッドの一例を示す説明図である。

【図４】半導体ウェハ上の半導体ダイ配列と同半導体ダ
イの表面に形成されるノートパッド領域を示す平面図で
ある。

【図５】前記ノートパッド上に形成されるドットマーク
の典型的な形態と配列とを示すＡＦＭにより観察した立
体図である。

【図６】同じくＡＦＭにより観察した断面図である。

【図７】本発明の実施例１に基づくドットマーク形態と
寸法を示すＡＦＭ観察図と立体図である。

【図８】同実施例２に基づくドットマーク形態と寸法を
示すＡＦＭ観察図と立体図である。

【図９】同実施例３に基づくドットマーク形態と寸法を
示すＡＦＭ観察図と立体図である。

【図１０】同一視野観察を可能にしたレーザマーキング
装置例の構造説明図である。

【図１１】本発明の半導体ダイを得るための個別識別マ
ークのマーキング時期の一例を示す工程説明図である。

【図１２】同じく他の例を示す工程説明図である。

【図１３】２次元コードを構成するドットマークの大き
さに基づく文字数と必要面積との相関図である。

【符号の説明】

１ レーザマーキング装置 ２ レーザ発振器 ３ ビームホモジナイザ ４ 液晶マスク ５ ビームプロファイル変換器 ６ 縮小レンズユニット ７ ハーフミラー ８ ＣＣＤカメラ １１ シリコン基板（Ｓｉ） １２ フィールド酸化膜（ＳｉＯ₂ ） １３ ゲート電極（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ） １４ 金属配線 １５ ゲート酸化膜（（ＳｉＯ₂ ） １６ ソース及びドレイン（Ｓｉ） １７ 層間絶縁膜（ＰＳＧ） １８ 保護膜（ＰＳＧ） １９ ノートパッド ２０ ボンディングパッド Ｗ マーキング対象物（ウェハ、半導体ダ
イ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の表面に個別識別情報や加工
   履歴情報などの各種の情報が書き込まれる領域を有する
   半導体ダイであって、 前記各種の情報が前記領域内に形成される凹部及び凸部
   からなるドットマークにより構成されてなることを特徴
   とする半導体ダイ。
2. 【請求項２】 前記領域が１０⁴ μｍ² 以下の面積から
   なり、各ドットマークの最大幅が平面視で１〜６μｍで
   ある請求項１記載の半導体ダイ。
3. 【請求項３】 前記ドットマークがレーザビームの照射
   により形成されてなる請求項１又は２記載の半導体ダ
   イ。
4. 【請求項４】 前記ドットマークが半導体材料である単
   結晶の表面に直接形成されてなる請求項１〜３のいずれ
   かに記載の半導体ダイ。
5. 【請求項５】 前記ドットマークが半導体ダイの表面に
   形成される多結晶膜の表面に直接形成されてなる請求項
   １〜３のいずれかに記載の半導体ダイ。