JP2006303080A

JP2006303080A - レーザマーキング装置

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Publication number: JP2006303080A
Application number: JP2005120838A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Koyama; 山博隆小
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-19
Also published as: JP4972289B2

Abstract

【課題】ウエハ等の被加工物に対して文字やパターン等のマーキングを行うレーザマーキング装置を提供する。
【解決手段】レーザマーキング装置１０で、載置台２７上のウエハ３１を位置付し、反射ミラー１６及び角度制御機構２３により撮像カメラ２５の撮像エリアＣをウエハ３１の全面又は全外周を走査し、画像処理装置２６により画像認識処理を行い、ウエハ３１の全体の位置情報を検出し、レーザ発振器１１のレーザ光Ｌを、反射ミラー１２，１３、集光レンズ１４、ビームスプリッタ１５及び反射ミラー１６を介して伝送し、ウエハ３１上に照射し、反射ミラー１２，１３，１６を、制御装置２８による制御の下で角度制御機構２１，２２，２３によりその反射角度を制御し、検出されたウエハ３１の全体の位置情報に基づいて、ウエハ３１の表面内の特定の箇所にてレーザ光Ｌを二次元的に走査し、特定の箇所に文字やパターン等のマーキングを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被加工物上の特定の箇所にレーザ光を照射して文字やパターン等のマーキングを行うレーザマーキング装置に関する。

従来、この種のレーザマーキング装置においては、アライナ等の位置決め機構によって被加工物である半導体ウエハをマーキングの基準位置に正確に位置決めした上で、当該半導体ウエハ上の特定の箇所にレーザ光を照射して文字やパターン等のマーキングを行っている（特許文献１）。このようなレーザマーキング装置は一般に、半導体ウエハの位置決めを行うための位置決め機構として、半導体ウエハの外周縁部に形成された切り欠き（ノッチ）等の位置を検出するための検出機構の他、半導体ウエハの回転及び搬送等を行うための回転機構及びＸＹＺステージ等を備えており、半導体ウエハの外周縁部に形成されたノッチ等の位置に基づいて半導体ウエハの回転及び搬送等を行うことにより、半導体ウエハをマーキングの基準位置に正確に位置決めするようになっている。
特開平６−２０４３０８号公報

しかしながら、上述した従来のレーザマーキング装置では、半導体ウエハの位置決めを行うための位置決め機構の構成や制御方法等が複雑ないし煩雑となり、その価格も高価になるという問題があった。また、半導体ウエハの位置の検出や位置決め等にも多大な時間を要し、タクトタイムが下がってしまうという問題もあった。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、半導体ウエハ等の被加工物に対して文字やパターン等のマーキングを効率的に行うことができる、簡易かつ安価なレーザマーキング装置を提供することを目的とする。

本発明は、レーザ光を発生するレーザ発振器と、マーキング対象となる被加工物を支持する支持機構と、前記レーザ発振器により発生された前記レーザ光の光軸を変化させて、前記支持機構により支持された前記被加工物の表面内で当該レーザ光を二次元的に走査するレーザ走査機構と、前記支持機構により支持された前記被加工物の全面又は全外周を撮像してその全体の位置情報を検出する位置検出機構と、前記支持機構により支持された前記被加工物上の特定の箇所に前記レーザ光を照射してマーキングを行うよう、前記位置検出機構により検出された前記被加工物の全体の位置情報に基づいて前記レーザ走査機構を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするレーザマーキング装置を提供する。

なお、本発明において、前記位置検出機構は、前記支持機構により支持された前記被加工物の一部のエリアに対応する所定の撮像エリアを撮像する撮像機構と、前記撮像機構の前記撮像エリアを前記被加工物の全面又は全外周に亘って走査する検出走査機構とを有することが好ましい。ここで、前記位置検出機構の前記検出走査機構は、前記レーザ走査機構の構成の少なくとも一部を兼用していることが好ましい。

また、本発明において、前記レーザ走査機構は、前記レーザ発振器により発生された前記レーザ光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーによる前記レーザ光の反射角度を制御する角度制御機構とを有することが好ましい。

さらに、本発明において、前記制御装置は、前記レーザ走査機構により前記被加工物の表面内で前記レーザ光が走査される範囲に対応するマーキング可能エリア内の任意の箇所にて前記マーキングが行われるよう、前記位置検出機構により検出された前記被加工物の全体の位置情報に基づいて前記レーザ走査機構を制御することが好ましい。また、前記支持機構は、前記被加工物を所定の位置に位置決めする位置決め機構を有し、前記制御装置は、前記マーキング可能エリア内の任意の箇所にて前記マーキングが行われるよう、前記位置検出機構により検出された前記被加工物の全体の位置情報に基づいて前記レーザ走査機構とともに前記位置決め機構を制御してもよい。ここで、前記マーキング可能エリアは、前記被加工物の全面又は全外周であることが好ましい。

なお、本発明において、前記被加工物は半導体ウエハであることが好ましい。

本発明によれば、位置検出機構により、支持機構により支持された被加工物の全面又は全外周を撮像してその全体の位置情報を検出した後、この検出された被加工物の全体の位置情報に基づいてレーザ走査機構を制御して、支持機構により支持された被加工物上の特定の箇所にレーザ光を照射してマーキングを行うようにしている。このため、所定の位置検出エリア内の基準位置等に正確に位置決めしなくとも、被加工物の全体の位置情報を検出することができる。また、所定の位置検出エリアから被加工物を移動させたり所定の位置検出エリア内の基準位置等に正確に位置決めしなくとも、被加工物の全面内の任意の箇所にてマーキングを行うことができる。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るレーザマーキング装置１０は、レーザ光Ｌを発生するレーザ発振器１１と、マーキング対象となる半導体ウエハ（被加工物）３１を支持する載置台（支持機構）２７とを備えている。なお、載置台２７にはＸＹステージ等の搬送機構（図示せず）が組み込まれており、半導体ウエハ３１が位置検出のための所定の位置に位置付けられるようになっている。

また、レーザマーキング装置１０は、レーザ発振器１１により発生されたレーザ光Ｌを半導体ウエハ３１上に照射するための光学部材として、レーザ発振器１１により発生されたレーザ光Ｌを反射する反射ミラー１２，１３，１６と、レーザ発振器１１により発生されたレーザ光Ｌを集光する集光レンズ１４とを備えている。

このうち、反射ミラー１２，１３にはそれぞれ角度制御機構２１，２２が取り付けられており、反射ミラー１２，１３を所定の一軸回りに回転させることによりレーザ光Ｌの反射角度を制御することができるようになっている。また、反射ミラー１６には角度制御機構２３が取り付けられており、反射ミラー１６を所定の二軸回りに回転させることによりレーザ光Ｌの反射角度を制御することができるようになっている。なお、反射ミラー１２，１３，１６及び角度制御機構２１，２２，２３により、レーザ発振器１１により発生されたレーザ光Ｌの光軸を変化させて、載置台２７により支持された半導体ウエハ３１の表面内で当該レーザ光Ｌを二次元的に走査するレーザ走査機構が構成されている。なお、本実施形態においては、レーザ走査機構である反射ミラー１２，１３，１６及び角度制御機構２１，２２，２３により、半導体ウエハ３１の全面に対応するマーキング可能エリア内でレーザ光Ｌを二次元的に走査することができるようになっている。

また、集光レンズ１４は、反射ミラー１３と反射ミラー１６との間に配置され、半導体ウエハ３１上に照射されるレーザ光Ｌの照射エリアを調整することができるようになっている。ここで、集光レンズ１４としては、半導体ウエハ３１上に照射されるレーザ光Ｌの照射エリアが半導体ウエハ３１の全面内の任意の箇所に位置付けられるよう、長焦点でかつ広エリアの単一のレンズを用いることが好ましい。また、このような単一のレンズを用いることなく、複数の加工レンズを適宜切り替えて用いるようにしてもよい。

さらに、集光レンズ１４と反射ミラー１６との間にはビームスプリッタ１５が配置されており、レーザ発振器１１により発生されたレーザ光Ｌを透過させる一方で、半導体ウエハ３１から発せられた光を撮像カメラ２５へ向けて反射させることができるようになっている。なお、撮像カメラ２５には画像処理装置２６が接続されており、撮像カメラ２５により撮像された画像に対して画像認識処理を行うことができるようになっている。ここで、撮像カメラ２５は、載置台２７により支持された半導体ウエハ３１の一部のエリアに対応する所定の撮像エリアＣを撮像する適当な倍率を持った検出精度の高い撮像機構であり、検出走査機構を兼ねる反射ミラー１６及び角度制御機構２３により撮像カメラ２５の撮像エリアＣを半導体ウエハ３１の全面又は全外周に亘って二次元的に走査することにより、半導体ウエハ３１の全体の位置情報を検出することができるようになっている（図２参照）。なお、撮像カメラ２５、画像処理装置２６、及び検出走査機構を兼ねる反射ミラー１６及び角度制御機構２３により、載置台２７により支持された半導体ウエハ３１の全面又は全外周を撮像してその全体の位置情報を検出する位置検出機構が構成されている。

なお、以上において、角度制御機構２１，２２，２３、画像処理装置２６及び載置台２７の搬送機構（図示せず）には制御装置２８が接続されており、載置台２７により支持された半導体ウエハ３１上の特定の箇所にレーザ光Ｌを照射して文字やパターン等のマーキングを行うことができるようになっている。具体的には、制御装置２８は、レーザ走査機構である反射ミラー１２，１３，１６及び角度制御機構２１，２２，２３によりマーキング可能エリア（半導体ウエハ３１の全面）内の任意の箇所にてマーキングが行われるよう、位置検出機構である撮像カメラ２５、画像処理装置２６、反射ミラー１６及び角度制御機構２３により検出された半導体ウエハ３１の全体の位置情報に基づいて角度制御機構２１，２２，２３を制御するようになっている。

次に、このような構成からなる本実施形態の作用について説明する。

図１に示すレーザマーキング装置１０において、まず、制御装置２８による制御の下で、載置台２７により支持された半導体ウエハ３１が、ＸＹステージ等の搬送機構（図示せず）により位置検出のための所定の位置に位置付けられる。なおこのとき、半導体ウエハ３１は、位置検出が可能となる所定の位置検出エリアに入る程度に位置決めされていればよく、位置検出エリア内の基準位置等に正確に位置決めされる必要はない。

次いで、半導体ウエハ３１から発せられた光がビームスプリッタ１５を介して撮像カメラ２５へ向けて反射されている状態で、制御装置２８による制御の下で、反射ミラー１６及び角度制御機構２３により撮像カメラ２５の撮像エリアＣが半導体ウエハ３１の全面又は全外周に亘って二次元的に走査される。そして、このようにして撮像カメラ２５により撮像された画像に対して画像処理装置２６により画像認識処理が行われることにより、半導体ウエハ３１の全体の位置情報が検出される。具体的には、半導体ウエハ３１の外周の少なくとも一点を検出して半導体ウエハ３１の基本位置情報（中心位置や直径等）を取得した後、取得された基本位置情報に基づいて半導体ウエハ３１の外周に沿ってその外周縁部や当該外周縁部に形成されたノッチ３１ａ等を検出する。

その後、このようにして半導体ウエハ３１の全体の位置情報が検出された後、レーザ発振器１１によりレーザ光Ｌを発生する。レーザ発振器１１により発生されたレーザ光Ｌは、反射ミラー１２，１３、集光レンズ１４、ビームスプリッタ１５及び反射ミラー１６を介して伝送され、載置台２７により支持された半導体ウエハ３１上に照射される。

このとき、反射ミラー１２，１３，１６は、制御装置２８による制御の下で角度制御機構２１，２２，２３によりその反射角度が制御されており、以上のようにして検出された半導体ウエハ３１の全体の位置情報に基づいて、載置台２７により支持された半導体ウエハ３１の表面内の特定の箇所にてレーザ光Ｌが二次元的に走査されることにより、半導体ウエハ３１上の特定の箇所にレーザ光Ｌが照射されて所望の文字やパターン等のマーキングが行われる。なお、レーザ走査機構である反射ミラー１２，１３，１６及び角度制御機構２１，２２，２３により半導体ウエハ３１の表面内でレーザ光Ｌが走査される範囲（マーキング可能エリア）として、半導体ウエハ３１の全面がカバーされているので、以上のようにして検出された全体の位置情報に基づいてレーザ走査機構である角度制御機構２１，２２，２３を制御してレーザ光Ｌの照射エリアを調整すれば、所定の位置検出エリアから半導体ウエハ３１を移動させなくとも、半導体ウエハ３１の全面内の任意の箇所にてマーキングを行うことができる。

このように本実施形態によれば、位置検出機構である撮像カメラ２５、画像処理装置２６、反射ミラー１６及び角度制御機構２３により、載置台２７により支持された半導体ウエハ３１の全面又は全外周を撮像してその全体の位置情報を検出した後、この検出された半導体ウエハ３１の全体の位置情報に基づいてレーザ走査機構である角度制御機構２１，２２，２３を制御して、載置台２７により支持された半導体ウエハ３１上の特定の箇所にレーザ光Ｌを照射してマーキングを行うようにしている。このため、所定の位置検出エリア内の基準位置等に正確に位置決めしなくとも、半導体ウエハ３１の全体の位置情報を検出することができる。また、所定の位置検出エリアから半導体ウエハ３１を移動させたり所定の位置検出エリア内の基準位置等に正確に位置決めしなくとも、半導体ウエハ３１の全面内の任意の箇所にてマーキングを行うことができる。

なお、上述した実施形態においては、マーキング対象となる被加工物として、半導体ウエハ３１を用いる場合を例に挙げて説明しているが、その外周縁部や外周縁部に形成されたノッチ等により全体の位置情報を検出することができれば、これに限らず、他の任意の被加工物を用いることができる。

また、上述した実施形態においては、撮像カメラ２５として、半導体ウエハ３１の一部のエリアに対応する撮像エリアＣのみを撮像するものを用いる場合を例に挙げて説明しているが（図２参照）、これに限らず、撮像カメラ２５として、図３に示すように、半導体ウエハ３１の全面又は全外周に対応する撮像エリアＣを同一の画面にて撮像することができるものを用いてもよい。この場合には、撮像カメラ２５の撮像エリアＣを半導体ウエハ３１の全面又は全外周に亘って二次元的に走査する必要がなくなるので、上述したような検出走査機構を兼ねる反射ミラー１６及び角度制御機構２３を省略することができる。

さらに、上述した実施形態においては、レーザ走査機構である反射ミラー１２，１３，１６及び角度制御機構２１，２２，２３により半導体ウエハ３１の全面に亘ってレーザ光Ｌが走査される（カバーされる）場合を例に挙げて説明しているが、必ずしも一系統のレーザ走査機構により半導体ウエハ３１の全面をカバーする必要はなく、例えば複数系統のレーザ走査機構を適宜切り替えて用いることにより、全体として半導体ウエハ３１の全面をカバーするようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、半導体ウエハ３１の表面内でレーザ光Ｌが走査される範囲（マーキング可能エリア）が半導体ウエハ３１の全面である場合を例に挙げて説明したが、マーキング可能エリアは必ずしも半導体ウエハ３１の全面である必要はなく、例えば半導体ウエハ３１の外周部近傍にしかマーキングを行わないような場合には、マーキング可能エリアは外周部近傍の全エリア（全外周）であってもよい。

さらに、上述した実施形態においては、ビームスプリッタ１５が集光レンズ１４と反射ミラー１６との間に常時配置される場合を例に挙げて説明したが、位置検出のときにのみ光軸上にハーフミラーが挿入されるようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、位置検出機構の検出走査機構として、レーザ走査機構である反射ミラー１６及び角度制御機構２３を用いる場合を例に挙げて説明したが、位置検出機構の検出走査機構をレーザ走査機構とは別の機構として設けることももちろん可能である。なお、半導体ウエハ３１の表面内でレーザ光Ｌが走査される範囲（マーキング可能エリア）が、半導体ウエハ３１の全面又は全外周をカバーしていない場合には、半導体ウエハ３１の全体の位置情報を検出することができなくなるので、図４に示すレーザマーキング装置１０′のように、位置検出機構の検出走査機構である反射ミラー１７及び角度制御機構２３を、レーザ走査機構２０とは別の機構として設けることが好ましい。

ここで、図４に示すレーザマーキング装置１０′においては、レーザ走査機構２０を介して照射されたレーザ光Ｌが集光レンズ１８を介して半導体ウエハ３１上に照射されるようになっている。また、載置台２７には、半導体ウエハ３１を所定の位置に位置決めする位置決め機構（図示せず）が設けられており、制御装置２８により、マーキング可能エリアＭ内の任意の箇所にてマーキングが行われるよう、位置検出機構である反射ミラー１７、角度制御機構２３、撮像カメラ２５及び画像処理装置２６により検出された半導体ウエハ３１の全体の位置情報に基づいてレーザ走査機構２０とともに載置台２７の位置決め機構（図示せず）を制御することができるようになっている。なお、図４に示すように、レーザマーキング装置１０′は、制御装置２８により載置台２７の位置決め機構（図示せず）を制御することにより、載置台２７により支持された半導体ウエハ３１を、半導体ウエハ３１の全体の位置情報の検出を行う位置と、半導体ウエハ３１に対してマーキングを行う位置との間で移動させることができるようになっている。また、半導体ウエハ３１に対してマーキングを行う位置において、半導体ウエハ３１の全体の位置情報の検出結果に基づいて、半導体ウエハ３１の所望のマーキング箇所がマーキング可能エリアＭ内に入るように位置決めすることができるようになっている。なおこのとき、制御装置２８は、位置検出機構である反射ミラー１７、角度制御機構２３、撮像カメラ２５及び画像処理装置２６により検出された半導体ウエハ３１の全体の位置情報に基づいてレーザ走査機構２０を制御するので、半導体ウエハ３１の所望のマーキング箇所がマーキング可能エリアＭ内に入る程度に位置決めすればよく、半導体ウエハ３１をマーキング可能エリアＭの基準位置に正確に位置決めする必要はない。ただし、この場合でも、導体ウエハ３１をマーキング可能エリアＭの基準位置に正確に位置決めして、レーザ走査機構２０を介して照射されるレーザ光Ｌにより常に半導体ウエハ３１上の同一の箇所にマーキングを行うようにすることももちろん可能である。

本発明の一実施形態に係るレーザマーキング装置の全体構成を示す図。図１に示すレーザマーキング装置における半導体ウエハの位置検出態様の一例を示す図。図１に示すレーザマーキング装置における半導体ウエハの位置検出態様の他の例を示す図。本発明の他の実施形態に係るレーザマーキング装置の全体構成を示す図。

符号の説明

１０，１０′ レーザマーキング装置
１１レーザ発振器
１２，１３反射ミラー
１４，１８集光レンズ
１５ビームスプリッタ
１６，１７反射ミラー
２０レーザ走査機構
２１，２２，２３角度制御機構
２５撮像カメラ
２６画像処理装置
２７載置台
２８制御装置
３１半導体ウエハ
３１ａノッチ
Ｌレーザ光
Ｃ撮像エリア
Ｍマーキング可能エリア

Claims

レーザ光を発生するレーザ発振器と、
マーキング対象となる被加工物を支持する支持機構と、
前記レーザ発振器により発生された前記レーザ光の光軸を変化させて、前記支持機構により支持された前記被加工物の表面内で当該レーザ光を二次元的に走査するレーザ走査機構と、
前記支持機構により支持された前記被加工物の全面又は全外周を撮像してその全体の位置情報を検出する位置検出機構と、
前記支持機構により支持された前記被加工物上の特定の箇所に前記レーザ光を照射してマーキングを行うよう、前記位置検出機構により検出された前記被加工物の全体の位置情報に基づいて前記レーザ走査機構を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするレーザマーキング装置。
前記位置検出機構は、前記支持機構により支持された前記被加工物の一部のエリアに対応する所定の撮像エリアを撮像する撮像機構と、前記撮像機構の前記撮像エリアを前記被加工物の全面又は全外周に亘って走査する検出走査機構とを有することを特徴とする、請求項１に記載のレーザマーキング装置。
前記位置検出機構の前記検出走査機構は、前記レーザ走査機構の構成の少なくとも一部を兼用していることを特徴とする、請求項２に記載のレーザマーキング装置。
前記レーザ走査機構は、前記レーザ発振器により発生された前記レーザ光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーによる前記レーザ光の反射角度を制御する角度制御機構とを有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。
前記制御装置は、前記レーザ走査機構により前記被加工物の表面内で前記レーザ光が走査される範囲に対応するマーキング可能エリア内の任意の箇所にて前記マーキングが行われるよう、前記位置検出機構により検出された前記被加工物の全体の位置情報に基づいて前記レーザ走査機構を制御することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。
前記支持機構は、前記被加工物を所定の位置に位置決めする位置決め機構を有し、
前記制御装置は、前記マーキング可能エリア内の任意の箇所にて前記マーキングが行われるよう、前記位置検出機構により検出された前記被加工物の全体の位置情報に基づいて前記レーザ走査機構とともに前記位置決め機構を制御することを特徴とする、請求項５に記載のレーザマーキング装置。
前記マーキング可能エリアは、前記被加工物の全面又は全外周であることを特徴とする、請求項５又は６に記載のレーザマーキング装置。
前記被加工物は半導体ウエハであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。