JP2005279659A - レーザマーキング方法、レーザマーキング装置、マーク読取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マークを加工すべき被加工物に対する汚染（飛散物）がなく、また、該被加工物の平坦度を損ねない視認性の高いレーザマーキング装置を得ること。
【解決手段】マークを加工すべき被加工物の加工点に対して、レーザ光源からのレーザ光を照射することにより、前記マークを加工するレーザマーキング装置であって、レーザ光強度分布を得るためのレーザ光強度分布作成手段を備え、レーザ光強度分布作成手段は、前記レーザ光を複数のレーザ光束に分割するレーザ光分割器と、前記複数のレーザ光束を前記被加工物の加工点で重ねる光学部材とからなるレーザマーキング装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体ウェハに文字、数字、記号などのマークを施すレーザマーキング方法及びレーザマーキング装置、前記マークを読み取るマーク読取方法に関する。

従来、液晶用ガラス基板のような光学材料に対して、マーキングを行うのに適したレーザによる光学材料のマーキング方法として、レーザによる光学材料へのマーキングを視認性良く、しかもクラックを生ずることなく行うことができるという目的を達成するため、次のように構成したものがある。

紫外域の波長を持ち、３０〜１００μｍの幅のパルス状のレーザを出力するレーザ発振を用い、前記パルス状のレーザをポリゴンミラーにより振らせてガラス基板の被加工領域に照射することにより、前記ガラス基板の表面にアブレーションによる凹部を形成してマーキングを行う方法である（特許文献１参照）。

また、従来、半導体ウェハのレーザマーキング方法として、レーザマーキング時に発生する溶融飛沫がウェハ表面に付着することを防止すると共に、半導体装置の製造工程において多様な処理と多段階で施されるマーキングを経た後にも、ドットマークの形態を安定に保持して視認性を確保するという目的を達成するため、次のように構成したものがある。

これは、半導体ウェハ本体の少なくともドットマークの形成領域に透明薄膜を形成し、予め選定された波長を有するレーザ光を前記透明薄膜の上から前記ドットマークの形成領域に照射して、前記透明薄膜を透過するレーザ光により前記ウェハ本体を溶融変形させてドットマークを形成するとと同時に、前記ウェハ本体の溶融時の発熱を利用して透明薄膜の破壊を伴うことなく前記ドットマークの変形に追随して透明薄膜を同様の形態に変形させる方法である。その結果、透明薄膜は破壊せず薄膜下に残るため、以降の半導体製造工程における多様な成膜と徐膜の繰り返しによっても、ドットマークの形態が変形しないため、その読み取りが常に正確にされるばかりでなく、従来と同様の保護装置として機能するウェハ本体に飛沫などによる汚染をも防止できる（特許文献２参照）。
特開平１１−３３７５２号公報 特開平１１−２６０６７５号公報

以上述べた従来例のマーキング方法以外に、ガウス型の強度分布をもつレーザ光を用いて、マークを施す被加工物例えば半導体ウエハに照射して、マーキングを行う方法がある。このマーキング方法は、図５に示すようにレーザ光源１からのレーザ光を入射瞳を構成するガルバノミラー２により反射させて集光レンズ（ｆθレンズ）３に透過させてウェハ４の一方の面例えば裏面に照射させ、これにより裏面に複数のドットからなるマークを刻印する方法である。この場合のマークの深さは、例えば５μｍと深彫り（いわゆるハードマーク）であり、ダメージが小さくなるようにドットが繋がらないようにするとしてもレーザビームで彫り込むので、ウェハ４にはクラックが発生したり、ウェハ４の機械的強度を弱めることは避けられない。このハードマーキングと呼ばれるエネルギー領域では、基板材料がアブレーションし、マーキング部周囲を汚染したり、ウェハの平坦度を損ねて、トランジスタを作成する各工程（特にリソグラフィ）に悪影響を与えていた。なお、ガルバノミラー２は、図示しない磁界中の可動コイルに電流を流すと、電磁力が発生し電流に比例したトルクが得られるものである。具体的には、可動コイルの軸に小型反射ミラーを取付け、電流により該小型反射ミラーの傾きを制御できるように構成されている。なお、ウェハ４の一方の面すなわち裏面には、図５の円部分に示すようなガウス型強度分布となる。

このような問題を解決するため、レーザのエネルギー密度を下げた浅彫り加工いわゆるソフトマ−キングが行われていた。このソフトマーキングと呼ばれるエネルギー領域でも、上記の問題の影響は緩和されるものの、溶融痕がサブミクロンとなり視認性が悪化していた。

そこで、本発明は被加工物に対する汚染（飛散物）がなく、また、該被加工物の平坦度を損ねない視認性の高いマークを形成するレーザマーキング方法及びレーザマーキング装置と、前記マークを読取るマーク読取方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため請求項１に対応する発明は、被加工物の所定領域において、複数のレーザ光束を重ねてレーザ光の干渉縞を作り、この干渉縞によるレーザ光の強度分布に基きマークを形成することを特徴とするレーザマーキング方法である。

前記目的を達成するため請求項２に対応する発明は、被加工物の所定領域に、レーザ光を光学部材において透過させることで得られるレーザ光の強度分布に基きマークを形成することを特徴とするレーザマーキング方法である。

前記目的を達成するため請求項３に対応する発明は、被加工物の所定領域において、レーザ光源からのレーザ光を照射することにより、マークを加工するレーザマーキング装置において、前記レーザの光強度分布を得るレーザ光強度分布作成手段を備えたことを特徴とするレーザマーキング装置である。

前記目的を達成するため請求項４に対応する発明は、次のようにしたものである。前記レーザ光強度分布作成手段は、前記レーザ光を複数のレーザ光束に分割するレーザ光分割器と、前記複数のレーザ光束を前記被加工物の所定領域において、重ねる光学部材とからなるものであることを特徴とする請求項３記載のレーザマーキング装置である。

前記目的を達成するため請求項５に対応する発明は、次のようにしたものである。前記レーザ光強度分布作成手段は、レーザ光を透過させることでレーザ光強度分布が得られる光透過部材であることを特徴とする請求項３記載のレーザマーキング装置である。

前記目的を達成するため請求項６に対応する発明は、被加工物の所定領域において、レーザ光強度分布に基き形成されたマークに対して、光を照射し、前記所定領域からの散乱光を検出することで前記マークを読み取ることを特徴とするマーク読取方法である。

本発明によれば、被加工物に対する汚染（飛散物）がなく、また、該被加工物の平坦度を損ねない視認性の高いマークを形成するレーザマーキング方法及びレーザマーキング装置、前記マークを読み取るマーク読取方法を提供できる。

以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、第１の実施形態は、従来のレーザマーキング装置であって、レーザ光源１と入射瞳を構成するガルバノミラー２との間に、次に述べるレーザ光強度分布作成手段２０を、新たに設けたものである。

レーザ光強度分布作成手段２０は、図１では、レーザ光源１からのレーザ光を複数のレーザ光束に分割するレーザ光分割器、例えば、フライアイレンズ５と、フライアイレンズ５で分割されたレーザ光束を被加工物、例えば、半導体ウェハ４の加工点で重ねる光学部材例えば結像レンズ６及び集光レンズ７とからなる。

フライアイレンズ５は、図２に示すように、例えば、４個の凸レンズ５１、５２、５３、５４を同一円周上であって、等間隔に配設したものである。

これ以外の構成は、図５の従来例と同一で、ガルバノミラー２と半導体ウェハ４との間の光路にｆθレンズ３が配設されている。ここで、ガルバノミラー２は、機械式光走査器の一種であり、機械式光走査器は鏡の振動（傾け）や連続回転により、レーザ光を偏向・走査する機械的な方法の総称である。このうちのガルバノミラー２は、磁界中の可動コイルに電流を流すと電磁力が発生し、電流に比例したトルクが得られる。この場合、可動コイルの軸に小型反射ミラーを取付け電流により、ミラーの傾きを制御するものである。

以上述べた第１の実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。すなわち、レーザ光源１からのレーザ光は、フライアイレンズ５により複数(ここでは４つ)のレーザ光束に分割される。この分割された複数のレーザ光束は、結像レンズ６により結像されると共に集光レンズ７により重ね合わされ（多光束干渉）、ガルバノミラー２、集光レンズ３を通して半導体ウェハ４に、一例として、表面に照射される。この場合、半導体ウェハ４の裏面には、円形内の部分に示すようにレーザ光の干渉縞が形成され、この干渉縞によってレーザ光の強度分布が得られることから、ウェハ４に対する汚染（飛散物）がなく、ウェハ４の平坦度を損ねず、視認性の高いマークを形成するレーザマーキング装置を得ることが可能となる。

なお、ここで光学的干渉とは、２つの波が重ね合わされると、それぞれ位相が一致している場合は振幅は強めあい、逆位相の場合は消しあう現象のことである。光波の強度にはそれぞれの強度の和に加えて正弦的に変動する干渉縞が現れる。多光束干渉とは、レーザ光源から出たレーザ光を複数部分に分け、異なった光路を通った後に再び重ねると干渉を生ずることを言う。

図３は、本発明の第２の実施形態を説明するための図であり、レーザ光強度分布作成手段は、レーザ光を透過させることで半導体ウェハ４の裏面における空間的なレーザ光強度分布が得られる光透過部材、例えば、マスク９を、結像レンズ６と集光レンズ７との間に配設したものである。この場合、マスク９には円形内の部分に示すように回折パターンが形成され、空間的なレーザ光強度分布が得られるように構成されている。

このように第２の実施形態によれば、半導体ウェハ４上にマスク９に形成されている回折パタンに応じた強度分布（図３の右側の円形内の部分に示している）を作ることで、視認性の高いマークを得ることができる。

図４は、以上述べた第１及び第２の実施形態のマーキング装置により、半導体ウェハ４上に施したマークを読み取るマーク読取方法を説明するための図である。これは、前記半導体ウェハ４の加工点に対して、光照射器、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１０からの光を照射し、半導体ウェハ４の加工点からの散乱光をレンズ１１を介して光検出器１２で検出することで、前記マークを読み取るようにしたマーク読取方法である。

本発明は、前述した実施形態に限定されず種々変形して実施できる。レーザマーキング方法としては、次に述べる第１及び第２の方法のいずれかであればよい。すなわち、第１のレーザマーキング方法は、被加工物、例えば、半導体ウェハ４において、その所定領域に、複数のレーザ光束を重ねてレーザ光の干渉縞を作り、この干渉縞によるレーザ光の強度分布に基き、前記被加工物にマーキングを施す方法である。第２のレーザマーキング方法は、被加工物、例えば、半導体ウェハ４において、その所定領域に光学的マスク等に形成されるパターンにおいて透過させたレーザ光を照射する。このようにして得られるレーザ光の強度分布に基き前記被加工物にマーキングを施す方法である。

また、本発明のマーキングを行う被加工物は、半導体ウェハに限らず、携帯電話の文字板、フラッシュメモリ、デジタルカメラの基板等の製品であって製品毎の識別が必要なものなら何でもよい。

なお、前述した浅彫りで視認性の高いマーキング装置のニーズは、今後例えば半導体製造工程のリソグラフィのウェハ平坦化の要求から必然的に生じてくる。本発明は、これに対応可能な発明であり、ここでは、本発明に関する実施の形態について説明した。

前述の実施形態において、複数のレーザ光束のうち、少なくともその一つのパワーが異なるように調整して、被加工物例えばウェハの所定の領域に照射することも可能である。

また、前述の実施形態において、一例として、各々、干渉縞、回折パターンのピッチ間隔が１μｍ以上となっているが、これに限るものではない。

本発明のレーザマーキング装置の第１の実施形態を説明するための概略構成図。 図１のフライアイレンズを説明するための図。 本発明のレーザマーキング装置の第２の実施形態を説明するための概略構成図。 本発明のレーザマーキング装置により施されたマークを読み取る読取方法を説明するための図。 従来のレーザマーキング装置の１例を説明するための概略構成図。

符号の説明

１…レーザ光源、２…ガルバノミラー、３…集光レンズ（ｆθレンズ）、４…半導体ウェハ、５…フライアイレンズ、５１、５２、５３、５４…凸レンズ、６…結像レンズ、７…集光レンズ、９…マスク、１０…レーザ光源、１１…レンズ、１２…光検出器、２０…レーザ光強度分布作成手段。

Claims (6)

1. 被加工物の所定領域において、複数のレーザ光束を重ねてレーザ光の干渉縞を作り、“この干渉縞によるレーザ光の強度分布に基き”マークを形成することを特徴とするレーザマーキング方法。
2. 被加工物の所定領域に、レーザ光を光学部材において透過させることで得られるレーザ光の強度分布に基きマークを形成することを特徴とするレーザマーキング方法。
3. 被加工物の所定領域において、レーザ光源からのレーザ光を照射することにより、マークを加工するレーザマーキング装置において、
   前記レーザの光強度分布を得るレーザ光強度分布作成手段を備えたことを特徴とするレーザマーキング装置。
4. 前記レーザ光強度分布作成手段は、前記レーザ光を複数のレーザ光束に分割するレーザ光分割器と、前記複数のレーザ光束を前記被加工物の所定領域において、重ねる光学部材とからなるものであることを特徴とする請求項３記載のレーザマーキング装置。
5. 前記レーザ光強度分布作成手段は、レーザ光を透過させることでレーザ光強度分布が得られる光透過部材であることを特徴とする請求項３記載のレーザマーキング装置。
6. 被加工物の所定領域において、レーザ光強度分布に基き形成されたマークに対して、光を照射し、前記所定領域からの散乱光を検出することで前記マークを読み取ることを特徴とするマーク読取方法。

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