JP2008264858A - レーザー印字装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザー印字時に異物が被印刷物に付着することを抑えつつ、印刷性能の低下が抑えられたレーザー印刷装置を提供すること。
【解決手段】 本発明のレーザー印刷装置１は、被印刷物６の表面にレーザービーム２５を照射することで印字を行うレーザー印字装置であって、レーザービーム２５を照射するレーザー照射手段２と、被印刷物６の表面であって少なくともレーザービームが照射される部分６０に除電エアーを吹き付けるエアー吹き付け手段３と、除電エアーの流れ方向の下流側に配置され、被印刷物に吹き付けられた除電エアーを回収するエアー回収手段４と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被印刷物にレーザービームを照射して、文字やコード等を印字するレーザー印字装置に関する。

半導体装置の製造においては、半導体ウェハ表面にレーザービームを照射することで文字やコードを印字している。この印字により、目視あるいは自動認識による半導体ウェハの判別が可能となっている。

従来のレーザー印字において、半導体ウェハにレーザービームが照射されると照射されている部分では半導体ウェハを構成するシリコンが熱せられ、溶融する。溶融したシリコンは膨張するために周囲に広がり、その結果レーザービームが照射された部分は中央が窪み、周囲が盛り上がった形状となり、その凹凸により印字ドットが形成される。

そして、照射されるレーザービームの強度が弱い場合には、印字ドットの凹凸は浅くなり、その結果、視認性の悪い印字となる。印字ドットの視認性が悪い場合、半導体装置の製造工程における印字文字やコードの自動認識の工程における認識が困難になるという問題が生じ、半導体装置の製造効率の低下を引き起こしてしまう。

印字ドットの視認性を上げるためにレーザービームの強度を強くすることが考えられる。レーザービームの強度が強い場合には、印字ドットの凹凸は深くなり、視認性の良好な印字ドットが得られる。

しかしながら、レーザービームの強度が強い場合には、レーザービームの照射によって溶融したシリコンが飛び散り、印字異物が発生する。この印字異物が半導体ウェハの製品チップが形成される領域にまで飛散すると、その製品チップに欠陥が生じ、半導体装置の歩留まりが低下してしまう。また、印字異物が、製品チップが形成される領域にまで飛散せず、印字ドットの周囲だけに飛散したとしても、その後の例えば表面研磨等の工程で、印字異物が移動して、製品チップが形成される領域にまで到達し、同様の問題を引き起こす恐れがある。このことは、デバイスの高密度化、微細化が進んでいる現在、特に大きな問題となっている。

そこで、印字異物を除去するために気体を吸引する排気部を有するレーザー印字装置が提案されている。レーザービームの照射によって発生する印字異物は排気部によって回収されるため、印字異物の半導体ウェハへの付着を抑えることができる。

たとえば、特許文献１には、半導体ウェハの表面近傍に、レーザービームを囲むリング状の気体を吸引する排気手段を備え、リング状の排気手段が、リング状の排気手段の内側の気体を吸引するレーザー印字装置が開示されています。また、リング状の気体を吹き出す吹き出し手段を有することも示されています。

しかしながら、このレーザー印字装置では、吹き出し手段及び排気手段がリング状に形成されており、異物の除去性能がこれらの手段の大きさに限定されるという問題があった。特に、広範囲での異物の除去を可能するように、リング状の手段の径を大きくすると、中央部の気体の流れが不十分となり、異物の除去性能が低下していた。

さらに、リング状の手段を備えたレーザー印刷装置においては、煙状の異物が発生していたが、リング状の手段では、リングの中央部近傍で発生した煙状の異物の除去性能が十分に得られなかった。煙状の異物は、照射されるレーザービームの光線量を減少させ、この結果、レーザー印刷装置の印刷性能が低下していた。この煙状の異物による被印刷物に照射されるレーザービームの光量の減少を防止するために、照射される光線量を多くすると、コストが増大する。
特開２００２−３６７８７２号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、レーザー印字時に異物が被印刷物に付着することを抑えつつ、印刷性能の低下が抑えられたレーザー印刷装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための本発明者はレーザー印刷装置の構成について検討を重ねた結果本発明をなすに至った。

すなわち、請求項１に記載の本発明のレーザー印刷装置は、被印刷物の表面にレーザービームを照射することで印字を行うレーザー印字装置であって、レーザービームを照射するレーザー照射手段と、被印刷物の表面であって少なくともレーザービームが照射される部分に除電エアーを吹き付けるエアー吹き付け手段と、除電エアーの流れ方向の下流側に配置され、被印刷物に吹き付けられた除電エアーを回収するエアー回収手段と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の本発明のレーザー印刷装置は、請求項１に記載の本発明のレーザー印刷装置において、レーザー照射手段は、前記被印刷物との対向面に前記レーザービームを照射するときにのみ開くシャッターを有することを特徴とする。

請求項３に記載の本発明のレーザー印刷装置は、請求項１〜２のいずれかに記載の本発明のレーザー印刷装置において、複数のエアー吹き付け手段を有することを特徴とする。

本発明のレーザー印刷装置は、エアー吹き付け手段とエアー回収手段とを有することで、レーザービームの照射により発生した個体状および煙状の異物を除去することができる。さらに、本発明においては、除電エアーを吹き付けており、吹き付けられたエアーが異物の電荷を中和して、異物が被印刷物の表面に付着することが抑えられる。この結果、エアー吹き付け手段からのエアーで異物が除去される。

さらに、本発明のレーザー印刷装置は、異物が確実に除去されることで、レーザービームの光線量を増加する必要がなくなっており、この結果、コストの上昇が抑えられる。

請求項２に記載の本発明のレーザー印刷装置によれば、レーザービームを照射して煙状の異物が照射された部分から立ち上って、レーザー照射手段に付着することが抑えられる。特に、レーザー照射手段のレーザー光が発せられるレンズに異物が付着することが抑えられる。

請求項３に記載の本発明のレーザー印刷装置によれば、複数方向から除電エアーを吹き付けることとなり、発生した異物の除去をより確実に行うことができる。このとき、吹き付けられた除電エアーを回収するエアー回収手段は、除電エアーを回収できるのであればその数が限定されない。

以下、具体的な実施の形態を用いて本発明を説明する。

（第一実施形態）
本実施形態のレーザー印刷装置１は、半導体ウェハにレーザービーム２５を照射して印刷するレーザー印刷装置であり、その構成を図１〜２に示した。図に示したように、本実施形態のレーザー印刷装置１は、レーザートーチ２、エアー吹き付け装置３、エアー回収装置４および半導体ウェハ６が載置されるウェハステージ５と、を有する。

レーザートーチ２は、レーザービーム２５を照射する装置である。本実施形態例においてレーザートーチ２は、上方から鉛直下方に向かってレーザービーム２５を照射する。レーザートーチ２は、レーザービーム２５を照射するトーチ本体２０と、トーチ本体２０のレーザービーム２５を照射するレンズ２１の前方に配置されたシャッター２２と、を有する。

トーチ本体２０は、従来のレーザー印刷装置などにおいてレーザービーム２５を照射するために用いられるレーザートーチを用いることができる。本実施形態のトーチ本体２０は、照射されるレーザービーム２５がレンズ２１から発せられる。本実施形態において照射されるレーザービーム２５の出力や波長は限定されるものではない。また、レーザートーチ２０は、固定レーザー、液体レーザー、ガスレーザー、半導体レーザー、自由電子レーザーのいずれのレーザービーム２５を発してもよい。

そして、レーザートーチ2は、レンズ２１の前面に、レンズ２１を被覆可能な状態でシャッター２２が配置されている。シャッター２２は、開閉可能な状態でレンズ２１の前面に配置され、レーザービーム２５が照射されるときにはレンズ２１が露出した開状態となり、レーザービーム２５が照射されない時にはレンズ２１を被覆した閉状態となる。シャッター２２は、開閉可能に形成されていれば、具体的な構成は限定されるものではない。本実施形態においては、板状を有し、水平方向に変移することで開閉する。

エアー吹き付け装置３は、ウェハステージ５に載置された半導体ウェハ６の表面であって、レーザービーム２５が照射される部分６０に除電エアーを吹き付ける装置である。本実施形態において吹き付けられる除電エアーは、従来公知の除電エアーである。そして、吹き付けられる除電エアーの流速やエアーの圧力などは、特に限定されるものではない。

エアー回収装置４は、エアー吹き付け装置３から吹き出した除電エアーの流れ方向の下流側に配置され、半導体ウェハ６に吹き付けられた除電エアーを回収する装置である。エアー回収装置４は、吹き付けられた除電エアーを回収することができる装置であればその構成が特に限定されるものではなく、従来公知の排気装置を用いることができる。

本実施形態のレーザー印字装置１においては、エアー吹き付け装置３の除電エアーが吹き出す吹き出し口３０、半導体ウェハ６のレーザービーム２５が照射される部位６０、エアー回収装置４の除電エアーを回収する排気口４０が、除電エアーの流れ方向に沿って並んだ状態で配置されている。

本実施形態のレーザー印刷装置１を用いて半導体ウェハ６に印字ドットをレーザー印刷する時の動作を以下に説明する。

まず、半導体ウェハ６をウェハステージ５の所定の位置に載置し、保持する。

続いて、レーザートーチ２のシャッター２２を開く。これにより、レンズ２１が露出し、レンズ２１と半導体ウェハ６とが対向する。

そして、エアー吹き付け装置３およびエアー回収装置４を作動して、エアー吹き付け装置３から除電エアーを半導体ウェハ６に吹き付けるとともに、半導体ウェハ６に吹き付けられた除電エアーをエアー回収装置４で回収する。

つづいて、レーザートーチ２のトーチ本体２０を作動してレーザービーム２５を半導体ウェハ６に照射する。レーザービーム２５が照射された半導体ウェハ６は、レーザービーム２５が照射された部分では半導体ウェハ６を構成するシリコンが熱せられ、溶融する。溶融したシリコンは膨張するために周囲に広がり、その結果、図３に示したように、レーザー光線が照射された部分は中央が窪み、周囲が盛り上がった形状となり、その凹凸により印字ドットが形成される。

そして、印字ドットが形成されたことでレーザー印刷が終了したら、レーザービーム２５の照射を停止する。レーザービーム２５の照射が終了したら、直ちにシャッター２２を閉じる。

これにより、本実施形態のレーザー印刷装置１によるレーザー印刷が終了する。

本実施形態においては、レーザービームの照射によって溶融したシリコンが飛び散って異物６５が発生したときには、吹き付けられている除電エアーにより異物が半導体ウェハ６上から吹き飛ばされ、エアー回収装置４で回収される。

さらに、本実施形態においては、除電エアーを吹き付けているため、異物６５が電荷を有していても（帯電していても）、異物６５の電荷が除電エアーにより中和される。異物６５が電荷を有している場合には半導体ウェハ６にクーロン力で異物６５が付着するが、除電エアーで電荷を中和したことで異物６５が半導体ウェハ６にクーロン力で付着することが抑えられる。異物６５が半導体ウェハ６にクーロン力で付着していないため、吹き付けられた除電エアーで異物６５を半導体ウェハ６上から除去することができる。

さらに、レーザービーム２５が照射されたことにより、溶融したシリコンの一部は蒸発する。本実施形態においては、半導体ウェハ６のレーザービーム２５が照射される場所には、除電エアーがムラなく吹き付けられており、舞い上がって煙状をなす微細な粒子状の異物もエアー回収装置４で回収される。

煙状をなす微細な粒子状の異物が舞い上がったときには、照射されているレーザービーム２５に当たると、再び溶融し、沈降する。これにより、レーザービーム２５を照射している時には、微細な粒子状の異物がレンズ２１に付着しない。また、本実施形態においては、レーザービーム２５の照射が終了したら直ちにシャッター２２を閉じているため、レーザービーム２５を照射していない時には、微細な粒子状の異物がシャッター２２に付着することとなる。このように、本実施形態のレーザー印刷装置１は、微細な粒子状の異物がレンズ２１に付着することによる、照射されるレーザービーム２５の光量の低下が抑えられている。

（第二実施形態）
本実施形態のレーザー印刷装置１は、エアー吹き付け装置３およびエアー回収装置４をそれぞれ二つもうけた以外は、第一実施形態と同様なレーザー印刷装置である。本実施形態のエアー吹き付け装置３およびエアー回収装置４の配置を図４に示した。

本実施形態のレーザー印字装置１においては、まず、エアー吹き付け装置３の除電エアーが吹き出す吹き出し口３０、半導体ウェハ６のレーザービーム２５が照射される部位、エアー回収装置４の除電エアーを回収する排気口４０が、エアー吹き付け装置３から吹き出す除電エアーの流れ方向に沿って並んだ状態で配置されている。さらに、エアー吹き付け装置３’の除電エアーが吹き出す吹き出し口３０’、半導体ウェハ６のレーザービーム２５が照射される部位、エアー回収装置４’の除電エアーを回収する排気口４０’が、エアー吹き付け装置３’から吹き出す除電エアーの流れ方向に沿って並んだ状態で配置されている。

そして、エアー吹き付け装置３から吹き出す除電エアーの流れ方向と、エアー吹き付け装置３’から吹き出す除電エアーの流れ方向とが直交する状態で、それぞれの装置が配置されている。

本実施形態は、除電エアーで異物を吹き飛ばす構成は第一実施形態と同様であり、第一実施形態と同様な効果を発揮する。そして、本実施形態は、除電エアーを複数方向から吹き付けるため、より確実に異物を除去できる効果を発揮した。

（第三実施形態）
本実施形態のレーザー印刷装置１は、エアー吹き付け装置３、３’から吹き出す除電エアーをひとつのエアー回収装置４で回収する構成とした以外は、第二実施形態と同様なレーザー印刷装置である。本実施形態のエアー吹き付け装置３およびエアー回収装置４の配置を図５に示した。

本実施形態のレーザー印字装置１においては、エアー吹き付け装置３から吹き出す除電エアーの流れ方向と、エアー吹き付け装置３’から吹き出す除電エアーの流れ方向とが、半導体ウェハ６のレーザービーム２５が照射される部位で直交する状態で、エアー吹き付け装置３、３’が配置されている。

そして、エアー吹き付け装置３、３’のそれぞれから吹き出す除電エアーの流れ方向の下流側にエアー回収装置４が配置されている。エアー回収装置４は、エアー吹き付け装置３、３’のそれぞれから吹き出す除電エアーを回収する回収口４０が、半導体ウェハ６の表面に沿ってのびた状態で開口している。

本実施形態は、除電エアーで異物を吹き飛ばす構成は第二実施形態と同様であり、第二実施形態と同様な効果を発揮する。そして、本実施形態は、吹き付けられた除電エアーを回収する回収装置４をひとつとしたことで、印刷装置１の構成を簡便化できた。

（変形形態）
上記の各実施形態においては、図１に示したように、半導体ウェハ６の表面に対して交差する方向（傾斜した方向）で除電エアーを吹き付けていたが、半導体ウェハ６の表面に沿って除電エアーを吹き付けてもよい。

第一実施形態のレーザー印刷装置の構成を示した図である。 第一実施形態のレーザー印刷装置の構成を示した図である。 印字ドットの断面図である。 第二実施形態のレーザー印刷装置の構成を示した図である。 第三実施形態のレーザー印刷装置の構成を示した図である。

符号の説明

１：レーザー印刷装置
２：レーザートーチ２ ２０：トーチ本体
２１：レンズ ２２：シャッター
２５：レーザービーム
３，３’：エアー吹き付け装置 ３０，３０’：吹き出し口
４，４’：エアー回収装置 ４０，４０’：回収口
５：ウェハステージ
６：半導体ウェハ ６５：異物

Claims (3)

1. 被印刷物の表面にレーザービームを照射することで印字を行うレーザー印字装置であって、
   該レーザービームを照射するレーザー照射手段と、
   該被印刷物の表面であって少なくとも該レーザービームが照射される部分に除電エアーを吹き付けるエアー吹き付け手段と、
   該除電エアーの流れ方向の下流側に配置され、該被印刷物に吹き付けられた該除電エアーを回収するエアー回収手段と、
   を有することを特徴とするレーザー印字装置。
2. 前記レーザー照射手段は、前記被印刷物との対向面に前記レーザービームを照射するときにのみ開くシャッターを有する請求項１記載のレーザー印字装置。
3. 複数の前記エアー吹き付け手段を有する請求項１〜２のいずれかに記載のレーザー印字装置。

Images