JP2872792B2 - レーザマーキング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、連続パルスレーザ光をマーキングパターン
に対応して走査させ、マーキング対象物に照射すること
により該マーキング対象物にマーキングを施すレーザマ
ーキング装置に関する。

［従来の技術］ 例えば、半導体製造工程においては、シリコンその他
の半導体ウエハー表面に製造ロット番号等を付すマーキ
ングが行われる。

従来は、このマーキング作業をダイヤモンドペン等を
用いて作業者が行っていたが、この作業は煩雑であると
ともに、付された文字が読み取りにくい。しかも、マー
キングは、ウエハ表面をマーキングパターンに沿って削
っていくものであるから、この削り屑が発生する。半導
体製造工程では、粉塵の存在が製品の歩留まりに直接悪
影響を及ぼすから、極めて好ましくない。

そのため、現在においては、レーザ光をウエハ表面に
照射し、該表面をマーキングパターンに沿って変質、蒸
発あるいは溶融させることによりマーキングを施すスキ
ャンニングマーキング方式のレーザマーキング装置が用
いられるようになった。

ところで、LSI等のように高密度の配線パターンが施
されるウエハーにマーキングを施す場合には、このレー
ザマーキングによっても、レーザマーキング時に発生す
るシリコン等の飛散物（スプラッシュ、デブリス）が、
得られるデバイスの性能や歩留まりに著しい悪影響を及
ぼすことがわかってきた。

このため、最近、シリコン等の表面を蒸発させること
なく、溶融させることによって飛散物のないマーキング
が得られるソフトマーキング方式が提案された。このソ
フトマーキングは、基本的には、照射するレーザ光の強
度を適切なものに設定すればよいが、具体的には、レー
ザパルスのパルスエネルギー、ビーム断面の強度分布や
パルス幅、あるいは、マーキング対象物のレーザ光に対
する吸収率等の要因が複雑に作用するので、例えば、Ga
Asその他の材質によっては、現在のところ、実験的に最
適条件を求めているのが実状である。

現在、LSI用のシリコン等のウエハーに対するソフト
マーキングは、パルス尖頭値の安定度が高く、パルス周
波数の制御等を比較的容易に行えるＱスイッチYAGレー
ザ装置（基本波の波長;1.064μｍ）を用いることで成功
している。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、特に最近、高速演算化の要請にともなって
シリコン等のウエハーの代わりに例えばGaAs等のウエハ
ーが用いられるようになってきている。当然、このGaAs
のウエハーにもソフトマーキングを施す必要がある。

ところが、このGaAsウエハーに上述のＱスイッチYAG
レーザ装置を用いてソフトマーキングを施す実験をした
ところ、良好なソフトマーキングが得られないことがわ
かった。すなわち、レーザパワーを徐々に強くして最適
強度を求めようとしたところ、ある強度から突然アブレ
ーション（照射面の物質が蒸発したり飛び散ったりする
現象）を起こし、ソフトマーキングに適した溶融がおこ
る場合がほとんどないことがわかった。このアブレーシ
ョンが起こると、イオン、原子、分子のほかに、微粒子
状の飛翔物が飛び散り、この微粒子状の飛翔物が後の工
程で回路欠陥等を起こす原因となる。

そこで、他のレーザ装置を検討し、パワー、安定度等
の要因を総合的に勘案して種々の実験を行ったが、結
局、従来の考え方の延長ではＱスイッチYAGレーザ装置
に比較してより有利になるものがないことがわかった。

このような事情は、他の材質のウエハーと、それにソ
フトマーキングを施すのに適したレーザ装置との組み合
わせを選定する場合にも生ずる。

本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、
限られた種類のレーザ装置を用いて種々の材質のマーキ
ング対象物に適切なレーザマーキングを施すことを可能
にしたレーザマーキング装置を提供することを目的とし
たものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、以下の各構成とすることにより上述の課題
を解決している。

（１）連続パルスレーザ光を発生するレーザ光発生手段
と、 このレーザ光発生手段から射出されたレーザ光を入射
してこのレーザ光の第２高調波を発生する第２高調波発
生手段と、 この第２高調波発生手段から射出された第２高調波ビ
ームをマーキングパターンに対応して走査させる走査手
段と、 前記第２高調波ビームをマーキング対象物上に集光さ
せる集光レンズ手段とを有する構成。

（２）構成（１）において、 前記レーザ光発生手段がＱスイッチYAGレーザ装置で
あり、 前記マーキング対象物がGaAsウエハーであることを特
徴とした構成。

［作用］ 上述の構成（１）によれば、マーキングを行う光とし
てレーザ光発生手段から射出されたレーザ光の第２高調
波を用いていることから、限られた種類のレーザ装置の
波長選定範囲が２倍に広げられ、限られた種類のレーザ
装置を用いてより多種類の材質のマーキング対象物に適
切なレーザマーキングを施すことが可能になる。ここ
で、レーザ発生手段を連続パルス発振を行うものに限定
しているのは、パルス光の場合に、第２高調波発生手段
で発生される第２高調波のパルスエネルギー（尖頭値を
含めて）がマーキングを施すのに必要な強度として取り
出せるからである。また、構成（２）によれば、GaAsウ
エハーに適切なマーキングを施すことができる装置が得
られる。

なお、第２高調波を利用するという思想は、本発明の
技術分野における従来の考え方をそのまま延長しただけ
では想起することが困難な思想であるので、その点の事
情について若干の説明を加える。

この技術分野は、マーキング対象物の表面を蒸発ある
いは溶融させるものであって、使用するレーザ光にはそ
れに必要なパワーが要求される。したがって、まず、使
用するレーザ装置として十分な発振パワーを備えたもの
が選ばれる。そして、このレーザパワーをできるだけ減
衰させずに対象物に照射する配慮がなされるのが普通で
ある。

これに対し、第２高調波発生装置は、基本波光に対し
て著しく弱い（例えば、基本波の1/5程度）第２高調波
が得られるに過ぎないから、その第２高調波をこの分野
で利用することは通常は考えられない。

これに対し、本発明者は、まず、マークを構成する小
さな溶融ドットを形成するために必要な最少限のエネル
ギーに着目した。これによれば、照射された光のエネル
ギーが全部吸収されるものとすれば、比較的小さなエネ
ルギーでよいことがわかった。そこで、次に、マーキン
グ対象物に対して吸収率の高い波長のレーザ装置を調べ
た。その結果、基本波では吸収率が極めて低いが、第２
高調波では極めて高い吸収率を示すものがあることがわ
かった。このため、このような組み合わせについて、第
２高調波発生手段で減衰される効果と、吸収率の上昇に
よる吸収エネルギーの増大効果とを試算した。その結
果、基本波を用いるよりも、第２高調波を用いるほうが
溶融という点では遥かに有利であろうと思われる組み合
わせのあることが見出だされた。この考察にもとづいて
実験したところ、基本波では適切なマーキングができな
いが、第２高調波では適切なマーキングができる組み合
わせのあることが確認されたものである。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例にかかるレーザマーキング
装置の構成を示す図である。以下、これらの図面を参照
しながら一実施例を詳述する。なお、この実施例は、Ga
Asウエハーにソフトマーキングを施す場合の例である。

第１図において、符号１はレーザ装置、符号２は第２
高調波発生装置、符号３は波長分離器、符号41,42は光
軸調整ミラー、符号51,52は走査ミラー、符号６は集光
レンズ、符号７はマーキング対象物である。

レーザ装置１は、連続ＱスイッチモードYAGレーザで
構成されており、このレーザ装置１からは、基本波レー
ザ光として、波長1.064μｍ、パルス幅５μｓ、パルス
間隔1msの連続パルスレーザ光L1が射出される。

このレーザ装置１から射出されたレーザ光L1は、第２
高調波発生器２に入射されるようになっている。この第
２高調波発生器２は、KTP（KTiOPO4）、CD^＊Ａ（CsD2As
O4）、KD^＊Ｐ（KD2PO4）等の結晶を温度コントロール装
置等に収納したもので、基本波パルスレーザ光L1を入射
して、この基本波L1の第２高調波L2を発生し、L1ととも
に射出する。

この第２高調波発生器２から射出された基本波L1と第
２高調波L2とは、波長分離器３に入射されるようになっ
ている。この波長分離器３は、基本波L1と第２高調波L2
とを入射して第２高調波L2のみを所定の光路上を進行す
る光として取り出すもので、例えば、プリズムやダイク
ロイックミラー等で構成される。

この波長分離器３から射出された第２高調波は、光軸
調整用ミラー41,42を通じて光軸を調整された後、走査
ミラー51,52に入射されるようになっている。

この走査ミラー51,52は、ガルバノメータスキャナ51a
および52aによって制御され、マーキングする文字・図
形等に対応して、第２高調波L2を走査（スキャン）す
る。

この走査された第２高調波L2は、集光レンズを構成す
るｆ−θレンズ７によってマーキング対象物たるGaAsウ
エハー７の表面に集光される。これにより、GaAsウエハ
ー７の表面に所定のマーク形状に沿って、多数の溶融ド
ット（ドット径が約30μｍ、ドット深さが約0.5〜1.5μ
ｍ）が形成され、マーキングが行われる。

第２図は、上述の一実施例の装置を用いてGaAsウエハ
ーに実際にマーキングを施した際の、マークを構成する
１つの溶融ドットを拡大して示した図である。この図に
示されるように、この実施例によれば、GaAsの表面が適
切に溶融されて、きれいなドットが形成され、周囲に全
く飛散物が生じていないことがわかる。

これに対し、第３図は比較のため、YAGレーザの基本
波（波長;1.064μｍ）を用いてGaAsウエハーにマークを
形成した場合のマークを構成するドットを拡大して示し
たものである。第３図に示されるように、この場合に
は、アブレーションが起こり、周囲に粒状飛散物をはじ
めとする各種の粉塵が生じていた。

なお、上述の一実施例では、YAGレーザの第２高調波
を用いてGaAsウエハーにマーキングを施す例を掲げた
が、この一実施例は、GaAsと同様の吸収特性を示すSe,A
s2S3,CdS等からなるウエハー等についても適用できる。

また、本発明は、他のレーザを用いて他の材質のマー
キング対象物にマーキングを施す場合にも適用できるこ
とはもちろんである。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明は、要するに、 レーザ光の第２高調波を用いてマーキングを行うこと
により、限られた種類のレーザ装置を用いて種々の材質
のマーキング対象物に適切なレーザマーキングを施すこ
とを可能にしたレーザマーキング装置を得ているもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるレーザマーキング装
置の構成を示す図、第２図は一実施例の装置で形成した
マークを構成する１つの溶融ドットの拡大図、第３図は
YAGレーザの基本波でGaAsウエハーに形成したマークを
構成するドットの拡大図である。 １……レーザ装置、２……第２高調発生器、３……波長
分離器、41,42……光軸調整用ミラー、51,52……ガルバ
ノミラー、６……ｆ−θレンズ、７……マーキング対象
物。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続パルスレーザ光を発生するレーザ光発
   生手段と、 このレーザ光発生手段から射出されたレーザ光を入射し
   てこのレーザ光の第２高調波を発生する第２高調波発生
   手段と、 この第２高調波発生手段から射出された第２高調波ビー
   ムをマーキングパターンに対応して走査させる走査手段
   と、 前記第２高調波ビームをマーキング対象物上に集光させ
   る集光レンズ手段とを有するレーザマーキング装置。
2. 【請求項２】請求項（１）に記載のレーザマーキング装
   置において、 前記レーザ光発生手段がＱスイッチYAGレーザ装置であ
   り、 前記マーキング対象物がGaAsウエハーであることを特徴
   としたレーザマーキング装置。