JP3242632B2

JP3242632B2 - レーザビームによる微小ドットマーク形態、そのマーキング方法

Info

Publication number: JP3242632B2
Application number: JP33382499A
Authority: JP
Inventors: 貞一郎千葉; 隆輔小村
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-12-25
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: JP2000223382A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は半導体ウェハ表面の
規格位置、スクライブラインやウェハ裏面、或いはウェ
ハ周面又はＶノッチ内面などの微小領域、液晶基板など
のガラス基板、ベアチップなどの電極（パッド）、ＩＣ
表面、ＩＣ裏面、各種セラミック製品、さらにはＩＣの
リード部などの被マーキング物品の表面などにマーキン
グされる製品管理用あるいは各種セキュリティ用のドッ
トマーク形態と、そのマーキング方法に関し、更に具体
的には微小領域に形成可能であると共に、その光学的な
視認性が確保される特異な形態をもつ微小寸法からなる
ドットマーク形態と、そのマーキング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造工程にあっては、各
工程ごとに多様で且つ厳密な製造条件を設定する必要が
あり、これらを管理するために、半導体ウェハの一部表
面に数字、文字或いはバーコードなどからなるマークが
ドット表示される。しかして、半導体の製造工程数は１
００工程以上にもおよび、しかも各工程において多数の
素子形成処理や平坦化処理がなされる。これらの処理に
は、例えばレジスト塗布、レジスト上へのパターンの縮
小投影やレジスト現像、或いは銅配線などにより発生す
るギャップの埋め込みのために絶縁膜や金属膜などの各
種の成膜による平坦化がある。

【０００３】一方、上記ドット形態のマークは、通常、
連続パルスレーザビームを光学系を介して半導体ウェハ
の一部表面に照射することにより形成される。しかも、
そのためのマーキングは一回に限らず、各製造工程の履
歴特性を知るためにも、各製造工程にて必要最小限の履
歴データをマーキングすることが多い。しかしながら、
半導体ウェハにおけるマーキング領域は極めて狭い領域
に限られているため、マーキングされるドットの大きさ
及び数にも制限があり、そのマーキング領域、ドットの
大きさ、ドット数がＳＥＭＩ規格などにより規定されて
いる。

【０００４】ドットマーキングがなされた半導体ウェハ
は、例えば特開平２−２９９２１６号公報に開示されて
いる如く、Ｈｅ−Ｎｅレーザのレーザビームの照射によ
る反射率の変化、或いは通常のレーザビームの熱波の振
動の変化として読み取られ、その読み取られた情報に基
づき、以降の製造工程における各種の製造条件が設定さ
れる。従って、前述の読み取りが正確になされず、誤っ
た情報として読み取る場合には、偶然を除くと全てが不
良品となる。その読み取り不良の原因の大半はドットマ
ーキングによるマークの不鮮明さに基づいている。この
不鮮明さの１つの要因としては、マークを形成するドッ
トの形態がある。

【０００５】一般的には、ドットの深さによる影響が大
きいとされ、所要のドット深さを得ようとして、例えば
特開昭６０−３７７１６号公報に開示されているよう
に、通常は１回の大エネルギーのレーザビーム照射によ
り半導体ウェハの一部をスポット状に溶融除去してドッ
トを形成しているが、この場合に溶融除去された溶融物
がドット周辺に高く堆積し、或いは飛散してその飛散物
がドットの周辺部に付着し、素子形成を不可能にしたり
して品質に大きな影響を与える。更には、ＹＡＧレーザ
によるドットマーキングの場合には、ＹＡＧレーザの特
殊性により、或いはそのＱスイッチ操作のためレーザ出
力に変動が生じやすく、ドットの深さや大きさにバラツ
キが生じる。

【０００６】かかる不具合を解消すべく、例えば特開昭
５９−８４５１５号公報、特開平２−２０５２８１号公
報によると、比較的小さいエネルギーのパルスレーザビ
ームを同一ポイントに重複して照射するものがある。前
者にあっては、１個のドットマークを形成するにあたり
各パルスごとに順次ドット径を小さくして、同一ポイン
トに複数回重複して照射し、ドットの穴径を順次小さく
しながら深いドットを形成しており、後者にあっては、
１回目のレーザパルス照射を１ＫＨ_Z以下の周波数と
し、続いて照射されるレーザパルスの周波数を２〜５Ｋ
Ｈ_Zの高繰り返し周波数として、０．５〜１．０μｍ或
いは１．０〜１．５μｍの深さのドットを形成してい
る。

【０００７】一方、前述のごときマーキング法による
と、塵芥の発生を阻止し得ないとして、視認性に優れ、
且つ塵芥の発生の少ないレーザマーキング方法が、例え
ば特開平１０−４０４０号公報により提案されている。
この公報の開示によれば、パルスレーザビームを照射し
て液晶マスクパターンを半導体材料表面に投影し、ドッ
トマークを刻印するレーザマーキング方法にあって、エ
ネルギー密度を１８〜４０Ｊ／ｃｍ²とすると共に、パ
ルス幅を０．０５〜０．４０ｍｓに選定して、パルスレ
ーザビームを半導体材料表面に照射し、半導体材料表面
が溶融、再結晶化する過程でレーザ照射領域に多数の微
小突起部を発生させている。

【０００８】このマーキング方法によれば、１画素単位
を通過するレーザビームの照射により、被マーキング物
品の表面には高さが略１μｍ以下で、直径が０．５〜
１．０μｍ、相互の間隔が略１．５〜２．５μｍ、密度
が１．６〜４．５×１０⁷個／ｃｍ²の多数の微小突起
部が形成され、この多数の微小突起部の集合体を単一の
ドットマークとして扱い、これを光の乱反射を利用して
光学的に読み取るものであり、これらの微小突起部であ
れば刻印による塵芥の発生が抑えられるというものであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかして、上述の穴形
態をもつドットマークに対する読み取りの不鮮明さ（以
下、視認性という。）の原因の一つとしてはその深さに
あることも確かではあるが、ドットの深さが深くされて
いても、その開口部の径が大きい場合には、例えば所要
の深さを得るに十分なレーザビームを照射する場合に、
そのエネルギー密度は一般にガウシアン分布であるがた
め、全体としては緩かな斜面からなる滑らかな曲面とな
ってしまい、上述の如き読み取り手段では周辺との差が
判別しがたい場合が生じる。上記特開平２−２０５２８
１号公報にはドット深さについて上述の如く０．５〜
１．０μｍ或いは１．０〜１．５μｍである旨が具体的
に記載されているが、その径については何ら記載がな
く、またそのドット形状についてもガウシアン形状であ
ると紹介されているに過ぎない。

【００１０】一方、上記特開昭５９−８４５１５号公報
の開示によれば、第１回目のドットの開口径が１００〜
２００μｍに対して深さが１μｍ以下とあり、具体的に
は４回のレーザビーム照射がなされることが記載されて
いることから、この場合のドット深さはせいぜい３〜４
μｍである。また同公報の図面から、１回に形成される
ドット形状もガウシアン形状に近似している。

【００１１】従って、これらの公報に開示されたマーキ
ング方法によっても、所要のドット深さ及びある程度の
均整な大きさのドットが形成されるとは考えられるが、
形成されたドット形状は従来の形状に近く、深さに対す
る径が極めて大きくなり、上記視認性の点では相変わら
ず確実性に欠けているといわざるを得ない。また、形成
されるドットの大きさ（径）についてみても、これを微
小にするという点については何ら格別の開示がなされて
いないことから、従来の寸法である５０〜１５０μｍを
変更するものではなく、従って現時点における、例えば
ＳＥＭＩ規格で規定された数値を踏襲しているに過ぎ
ず、ドット数及びドット形成領域についても実質的には
大幅な増加が期待できないばかりでなく、多様な情報を
マーキングすることが難しい。

【００１２】ところで、上述のごときドットマークに対
する視認性に関しては、マークとその周辺における光の
反射方向及びその反射量に大きな差がある場合に視認性
が高くなる。従って、既述したとおり穴が開口径との関
係において相対的に深い場合には視認性が高くなること
は、一定の入射角度で入射された穴内部における反射光
はその反射方向が一律ではなく乱反射するため、穴の開
口から外部に出射して来る反射光が少なくなり、一方で
穴周辺部が平滑面であることを前提とすれば、その周辺
部における反射光は一定方向に反射することから明度が
高くなる。その明暗の差が大きい場合に視認性は高くな
るといえる。

【００１３】しかるに、特開平１０−４０４０号公報に
開示されたマーキング方法により形成される微小突起部
は余りにも微小過ぎて個々の突起部を観察することがで
きず、またそれらの突起部の集合面である乱反射面の乱
反射光量と平滑面の反射光量との差が少なく、乱反射面
と周辺の平滑面との区別がしにくく、相変わらず視認性
の点では劣るといわざるを得ない。更に、同公報によれ
ば照射エネルギー密度が１８Ｊ／ｃｍ²以下では表面に
溶融が起こらないため微小突起部は形成されないとして
いるが、これはパルス幅が極めて大きいことや使用マー
キング装置に格別の工夫がなされていないことによる。

【００１４】また、単一のドットマークが微小突起部の
集合体から構成され、１ドットマークの大きさも格別の
記載がないところから、従来のドットの大きさと同等で
あり、ドットマークの刻印領域が限られてしまう。ま
た、仮に得られる微小突起部の集合体である１ドットの
大きさが微小である場合を含むとしても、１ドット中に
分散する複数の極めて微小な突起部の形態や寸法を均一
に制御し得ないため、益々、周辺との明暗差が得られ
ず、１ドットごとの視認性は一層低下することになる。

【００１５】本発明は、上述の課題を解消することを目
的としてなされたものであり、具体的には形態や寸法が
微小で且つ均一であり、単一のドットマークであっても
視認性にも優れたドットマーク形態を得ることを第１の
目的とし、かかる微小なドットマークを正確に形成し得
るためのドットマーキング方法を提供することを第２の
目的としている。他の目的は、以下の説明により更に明
らかにされる。

【００１６】

【課題を解決するための手段及び作用効果】前記目的は
本件請求項１〜８に記載された第１〜第８の各発明によ
り効果的に達成される。本発明者等は従来のこの種のド
ットマーキング装置、方法及び形成されるドット形態に
ついて改めて詳しい検討及び分析を行ったところ、微小
であるにも関わらず視認性を確実にする要因は主にドッ
ト形態にあり、その理想的な形状を得るためには従来の
マーキング装置及び方法では実現が不可能であることを
知った。

【００１７】すなわち、例えば図２に示し、上記特開平
２−２０５２８１号公報にも開示されているような従来
のマーキング装置によれば、先ず半導体ウェハに印字す
るための文字入力、マーキングモードが入力部２１で設
定される。マーカーコントローラ２２は、設定されたマ
ーキングモードに従って所定の深さをもつドットをウェ
ハＷにマーキングするため、超音波Ｑスイッチ素子２
３、内部シャッタ２４、外部シャッタ２５、アッテネー
タ（光減衰器）２６及びガルバノミラー２７を制御し、
１個のドットに対して１回のＱスイッチパルスでマーキ
ングする。なお、同図中の符号１１は全反射鏡、１２は
内部アパーチャ（モードセレクタ）、１３はランプハウ
ス、１４は出力鏡、１５はアパーチャ、１６はレベリン
グミラー、１７はガリレオ式エキスパンダ、１８はアパ
ーチャ、１９はｆ−θレンズ、２０はＹＡＧレーザ発振
器である。

【００１８】かかる一般的なマーキング方式によると、
既述したとおり半導体ウェハ表面に照射されるレーザビ
ームのエネルギー密度分布はガウシアン形状を呈してい
るため、ウェハ表面に形成されるドットもそのエネルギ
ー密度分布に影響されてドット内面が緩かな曲面をな
す。これらのマーキング方式は米国特許第４，５２２，
６５６号の発明に基づいている。この特許の特徴は、マ
ーキングするドット径の１．５〜６．５倍の径をもつレ
ーザビーム径をウェハ表面に照射することで、周囲への
熱伝導を防止し、エネルギーを効果的に利用して、照射
ポイントの中央部を溶融して穴を形成することにある。

【００１９】つまり、レーザビームが有するガウシアン
形状に分布されたエネルギー密度を有効に利用する方法
であって、前記エネルギー密度分布形状の裾野にあたる
レーザ強度の低い部分のエネルギーを穴加工部の周辺に
照射することによって穴周辺部を暖め、穴中央部からの
熱伝導による熱エネルギーの損失を防ぎ、中央部に効果
的に穴加工を実現しようとするものである。しかしなが
ら、レーザエネルギーの一部が直接穴加工に使われず消
費されることになり効率が低いばかりでなく、穴の周囲
へのレーザ照射により穴周辺部に熱履歴が残り、そのた
め製品に悪い影響を与えかねない。しかも、既述したと
おりこの方式によるマーキングではドット径が大きく深
さの小さいドットマークしか形成できない上に、穴の周
辺が盛り上がり、更に視認性を低下させている。

【００２０】本発明者等は、視認性に優れたドットマー
クの形態につき、更に検討を重ねた結果、後述するごと
く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、被マーキング物品の表面に照射されるレー
ザビーム単位ごとに形成されるドットマークの形態が、
従来では知られていない特異な形態を呈し、その視認性
も従来のレーザマーキングにより形成される凹陥状のド
ットマーク形態と比較すると、単一の微小なドットマー
クであるにも関わらず、より優れたものとなることを知
った。

【００２１】すなわち、本件請求項１に係る発明によれ
ば、レーザビームをエネルギー源として被マーキング物
品の表面にマーキングされるドットマークにあって、個
々のマークは被マーキング物品の表面に沿った長さが
１．０〜１５．０μｍの微小なドットマークであるにも
関わらず、視認性に優れたドットマーク形態を有し、レ
ーザ照射点ごとの単一のドットマークから形成されるも
のである。その形態は各ドットマークの中央部が被マー
キング物品の表面から上方に隆起する隆起部を有してお
り、前記隆起部の高さは、請求項６に係る発明に規定す
るように、０．０１〜５μｍであるとしている。視認性
の点から見ると、本発明によるドットマークが隆起形態
を有していることから、そのドットマークの正反射光で
なく散乱光を検出することにより高さに関しては前述の
範囲でも十分であることが判明している。かかる微小で
且つ視認性に優れるドットマークを利用して、請求項２
に係る第２発明のごとく、ドットマークを被マーキング
物品の製品管理用或いは各種セキュリティ用として使用
できるものである。

【００２２】かかるドットマーク形態の形成機構を解明
すべく、本発明者等は多様な観点から数多くの実験を重
ねた。その結果、次のような一つの推論に達した。勿
論、これは推論であり、他にも多くの推論が成り立つ。

【００２３】すなわち、１つ１つのドットマーク形成位
置にレーザビームが照射されると、その照射された個所
の被マーキング物品表面が溶融し、溶融した同物品材料
の池（以下、溶融池という。）ができる。このとき、溶
融した材料は、溶融池の岸に近いほど温度が低く、中央
部の方の温度が高くなる。この温度勾配により表面張力
に分布が生じ、溶融材料に移動が起こる。そして、パル
ス照射の停止と同時に冷却が始まり、凝固に到る。な
お、材料が溶融した状態では、溶融池の中央部は自由界
面であり、溶融池の岸は固定端に相当し、周縁を固定し
た膜と同様の状態にある。この状態で、表面張力が働
き、溶融池の中央部において膜振動と同様の動的な運動
をする。

【００２４】膜振動モードにおける１振幅長さは、材料
に特有の粘性や表面張力によりほぼ決定される。そのた
め、溶融池の径が大きいほど振動数が多くなり、例えば
シリコンの場合には１振幅長さが３〜５μｍ程度である
ため、微小領域で効果的な高低差をもつ微小なドット形
態が得られる。また、重力の影響を殆ど受けることなし
に微小領域においてドットマークを形成することが可能
であることも実験により確認されている。

【００２５】レーザ照射パターンが、方形状の場合には
溶融池も方形状となり、円形状の場合には溶融池も円形
状を呈する。また、膜と同様の振動についても方形状、
円形状に相当するモードで運動するようになる。図２２
〜図３１は方形状と円形状の膜振動モードを模式的に示
している。各振動モードは高次になるほど振動波数が増
加し、凹パターンと凸パターンとの間を往復動する。こ
の溶融池の運動形態は膜振動と強い相関のあることは、
後述する実験結果によっても理解できる。

【００２６】図２２は被マーキング物品の表面から上方
に湾曲面をもって膨出している状態にある円形状の膜振
動モードを示している。図２３は図２２とは逆に被マー
キング物品の表面から下方に湾曲面をもって凹陥してい
る状態にある円形状の膜振動モードを示している。図２
４は、請求項３に係る第３発明で規定する被マーキング
物品の表面にリング状の凹陥部とその中央から上方に略
円錐状に突出している状態にある円形状の膜振動モード
を示している。図２５は被マーキング物品の表面にリン
グ状の膨出部とその中央から下方に湾曲面をもって凹ん
でいる状態にある円形状の膜振動モードを示している。
図２６は被マーキング物品の表面にリング状の膨出部と
その中央から上方に略円錐状に突出している状態にある
円形状の膜振動モードを示している。図２７は被マーキ
ング物品の表面にリング状の凹陥部を最外縁部として同
心円上に膨出部と凹陥部とを交互に配した状態にある円
形状の膜振動モードを示している。

【００２７】また、図２８〜図３１は、それぞれ上記図
２２〜図２５に対応する方形状の膜振動モードを示して
いる。この場合の図３１は単純なリング状の膨出部では
なく方形状の角部において膨出が大きい波打ち状の膨出
部となっている点が特異点である。

【００２８】しかして、かかる膜振動モードの態様によ
るドットマーク形態は、数多くの実験の結果、従来とは
比較にならない程の微小な大きさをもち、上述のごとく
そのマーキング条件が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得られることが判明し
た。

【００２９】先ず、本件請求項１に係る第１発明のドッ
トマーク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。

【００３０】図１において、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文字、バーコード、２Ｄコ
ードなどをマーキングする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ドットの最大長さが
１〜１５μｍである。

【００３１】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折現象のため、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。

【００３２】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。

【００３３】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・非透過を駆動制御す
ることのできる液晶をマトリックス状に配列した液晶マ
スク４を採用することが合理的である。

【００３４】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、先ず、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
換することが重要である。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、ミラースキャ
ナ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。

【００３５】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、次いで上
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、例えば回折光学素
子、ホログラフィック光学素子、吸収／透過領域を備え
た開口マスク或いは液晶マスク、凹型又は凸型のマイク
ロレンズアレイなどが挙げられる。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。

【００３６】ここで、本発明における加工対象としての
被マーキング物品Ｗは、半導体ウェハ、液晶基板などの
ガラス基板、ベアチップなどの電極（パッド）、ＩＣ表
面、各種セラミック製品、さらにはＩＣのリード部など
がある。また、前記半導体ウェハとは、シリコンウェハ
それ自体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(SiN) 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。請求項５に係る第５発明では、上
述の微小なドットマークをＩＣ表面又は裏面に形成する
ことを規定している。

【００３７】請求項４に係る第４発明は、微小で特異な
形態をもつ上記ドットマークの特に好適なマーキング位
置を規定している。すなわち、この発明ではドットマー
キングがなされる上記被マーキング物品の表面を、ウェ
ハ外周の面取り部であるとしている。従来もウェハ外周
面にマーキングを施すことが提案されてはいるが、その
マークは、いわゆるバーコードであり、通常のドットマ
ークを同表面に形成しようとすれば、ドットマークは寸
法が大きいため微小領域には形成することは困難であ
り、或いは形態的に微小な場合にも正反射光による光学
的な読み取りが難しかったが、上述のごとく本発明のド
ットマークは微小で且つ特異な形態を有していることか
ら、隆起部表面からの散乱光を利用すれば光学的にも十
分な視認性が確保できることが分かった。

【００３８】請求項７に係る第７発明は、上記第１発明
による微小で且つ特異な形態を有するドットマークを被
マーキング物品Ｗの表面に形成するに好適なマーキング
方法を規定している。なお、上述のマーキング装置１を
使っても、請求項３に規定するマーキング条件を満たさ
ないかぎり、上述のごとく特異な形態をもつ本発明のド
ットマークは得られない。

【００３９】すなわち、本件の第３発明によれば、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、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５０〜２００
０μｍ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、そのドットマーキング面において１．０
〜１５．０Ｊ／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１．０〜１
５．０μｍ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。

【００４０】本発明者等は、本発明の特異な形態を有す
る上記ドットマークを形成するには、レーザビームの波
長、同エネルギー密度及び同パルス幅が如何に影響する
かについて具体的に実験を繰り返した。その結果、波長
については半導体ウエハに対する吸収率に差異が生じる
だけで、その値による他の形態に関して同様の傾向を示
した。しかるに、半導体ウエハの材料としてシリコンを
例にとると、本発明のドットマーク形態を得るには、ド
ット形態が小さくなるほどシリコンへの浸透深さも適度
に小さくする必要があるため、５３２ｎｍ程度が最も良
好な結果が得られる。ただし、波長については被マーキ
ング物品の材質により異なるため、一概には規定できな
いが、可視領域である３００ｎｍ〜７００ｎｍが好まし
い。

【００４１】一方、パルス幅に関しては、エネルギー密
度の許容範囲が適当に大きく取れ、レーザの出力自身も
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
が効果的であることを知った。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化せざるを
得ない。これらの値は、上記特開平１０−４０４０号公
報に開示されたマーキング方法によるパルス幅と比較す
ると極めて小さいことが理解できる。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。

【００４２】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、前
述のごとくレーザ波長とパルス幅の値を予め規定する場
合には、請求項２にて規定するように前記液晶マスクを
通過して分割されたレーザビームのエネルギー密度を、
被マーキング物品のドットマーク形成表面において１．
０〜１５．０Ｊ／ｃｍ²とすることが適当である。更に
好ましくは、１．５〜１１．０Ｊ／ｃｍ²である。

【００４３】なお、厳密にいえば、特にシリコンからな
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同時に変形させ
ることになる。そのため、前記酸化膜を良好に変形させ
るには、次の点を考慮する必要がある。すなわち、酸化膜（ＳｉＯ₂）の融点は、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。

【００４４】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に形
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。

【００４５】全くのベアウエハと同様なドット形成時の
膜振動モードが現出する表面酸化膜の厚さは、実験によ
ると１５００〜２０００オングストロームであることが
判明している。このため、およそ１５００オングストロ
ーム以下の表面酸化膜であれば、ベアウエハと同様な膜
振動モードでドットが形成できる。

【００４６】請求項８に係る第８発明にあっては、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こ
とを含んでいる。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。

【００４７】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１．０〜１５．０μｍ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ためには、
現状のレンズ系における解像度の限界であるがためであ
る。また、１ドットの最大長さ（径）が１．０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、１５．０μｍを超えると所
定の領域に充分な量の情報をマーキングすることができ
ないばかりでなく、そのマーキング領域も制限される。
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、３／２０〜１／１００であって、如何に微小な
寸法であるかが理解できる。

【００４８】

【発明の実施形態】以下、本発明の好適な実施形態を、
その比較形態と共に添付図面に基づいて具体的に説明す
る。図１は本発明の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。

【００４９】同図において、符号２はレーザ発振器、３
はビームホモジナイザ、４は液晶マスク、５はビームプ
ロファイル変換器、６は結像レンズユニット、Ｗは被マ
ーキング物品である。ここで、本実施例では被マーキン
グ物品Ｗとして半導体ウェハを例示している。なお、本
実施例にあって前記半導体ウェハＷとは、シリコンウェ
ハのみならず、同ウェハ表面に酸化膜や窒化膜が形成さ
れたもの、更にはエピタキシャル成長させた半導体ウェ
ハ、ガリウム砒素、インジウムリン化合物などにより成
膜された半導体ウェハ一般を総称するものである。

【００５０】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、尖頭値がほぼ均一なト
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。

【００５１】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。

【００５２】ここで、本発明にあっては、既述したとお
り前記レーザビームのパルス幅が１０〜５００ｎｓであ
り、そのドットマーク形成面におけるエネルギー密度は
１．０〜１５．０Ｊ／ｃｍ²の範囲に制御される。好ま
しくは、１．５〜１１．０Ｊ／ｃｍ²である。レーザビ
ームが、かかる数値範囲内に制御されると、本発明の特
異な形態をもつ上述の微小なドットマークを形成するこ
とができる。

【００５３】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
ないことが多いため、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ウェハ表面に形成す
るようにすることもできる。この場合、ウェハ表面に結
像させるときはウェハ又は照射位置を当然に制御移動さ
せる必要がある。かかる制御手法としては従来から公知
とされている様々な手法が採用できる。

【００５４】本実施例にあっては、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、先に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
レーザビームを本発明特有の微小なドットマーク形状を
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、更に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。

【００５５】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。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。

【００５６】従って、本発明に係る微小なドットマーク
とはマーキング表面に沿った最大長さが１．０〜１５．
０μｍの寸法範囲にあり、その隆起部の周辺が僅かに凹
んでいる場合をも考慮して、その凹凸寸法を０．０１〜
５μｍとしている。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０〜１０倍に設定する必要がある。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。

【００５７】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
度分布を本発明に特有の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、回折現象、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
ば回折光学素子、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。

【００５８】図３及び図４は、本発明方法により形成さ
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、同図はＡＦＭにより観察した立体図であ
り、図４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の方形であり、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個が整然と並んでおり、それぞれの
高さもほぼ揃っている。これは、既述した個々の高さが
異なり、ランダムに分散する多数の微小突起部の集合体
を１ドットマークとして取り扱う上記特開平１０−４０
４０号公報により提案されたドットマークとは根本的に
異なるところであり、前述の整列した同一の形態のドッ
トマークが形成される要因は、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。

【００５９】本発明に係る微小なドットマーク形態寸法
は、既述したとおり、その被マーキング物品Ｗの表面に
沿った最大長さが１〜１５μｍであり、隆起部の高さが
０．０１〜５μｍ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。

【００６０】図５〜図１６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．本発明方法の条
件下で形成される本発明に特有のドットマーク形態と、
同装置１による他の条件下で形成されるドットマーク形
態とを示している。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：５０ｎｓ＠１ＫＨｚとした。

【００６１】ここで、本発明の実施にあたりレーザビー
ムの波長について次のような予備実験を行った。すなわ
ち、レーザビームの波長を、３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、
１０６４ｎｍの３通りとし、後述する本発明の実施例と
その比較例のごとく、エネルギー密度を０．１４〜３．
１Ｊ／ｃｍ²、パルス幅を１０〜７００ｎｍ及び２０ｐ
ｓの範囲で様々な予備実験を行ったところ、レーザビー
ムの波長については、５３２ｎｍと１０６４ｎｍとで
は、シリコンの吸収率に差異はあるものの、全体的には
同じ傾向が観測された。しかし、５３２ｎｍの波長の方
がシリコンへの浸透深さが小さく、特にドットが微小に
なるに従って良好な結果が得られた。一方、レーザビー
ムの波長を３５５ｎｍにすると、シリコンへの浸透深さ
が小さ過ぎ、シリコン表面での蒸散が生じやすい。そこ
で、本実施例ではレーザビームの波長を５３２ｎｍとし
ている。ただし、本発明においてレーザビームの波長は
一律に規定されるものではない。

【００６２】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、ＹＶ０４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。

【００６３】図５〜図１７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１〜７及び比較例
１〜６に対応するドット形態と各寸法を示している。

【００６４】

【表１】

【００６５】図５は、上記実施例１のマーキング条件に
て半導体ウエハＷの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、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
ている。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。

【００６６】図６及び図７は、上記実施例２及び３の各
マーキング条件にて半導体ウエハＷの表面にドットマー
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
えている。このドット形態にあっても、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。

【００６７】図８に示す比較例１では、上記実施例１〜
３と同一のドット長さ（方形の一辺長さが７．２μｍ）
であるにも関わらず、エネルギー密度が０．９６（＜
１．５）Ｊ／ｃｍ²であるため、中央部には大きな凹陥
部を有すると共に、その凹凸の高低差も上記実施例より
も大幅に少なくなり、視認性に劣る。

【００６８】図９に示す上記実施例４のマーキング条件
にて半導体ウエハＷの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。この
実施例４によれば、上記実施例５〜７と同一のドット長
さ（方形の一辺長さ）３．６μであるにも関わらず、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。

【００６９】図１０及び図１１は、上記実施例５及び６
の各マーキング条件にて半導体ウエハＷの表面にドット
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、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。

【００７０】図１２は上記実施例７のマーキング条件に
て半導体ウエハＷの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、上記実施例３以上にと同様にドットマークの周
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。

【００７１】図１３〜図１７に示す比較例２〜６は、表
１にも示したように、そもそもが本発明の対象とするド
ットマークの長さ（半導体ウエハＷの表面に沿った最大
長さ）１〜１５μｍを越えているため、その形態の如何
に関わらず本発明の実施例とはいえないが、特に図１３
〜図１６に示す比較例３〜５は、いずれも中央部に大き
な凹陥部を有し、特に図１３及び図１４に示す比較例２
及び３では前記中央部の周辺に多重の浅い環状凹陥部が
形成され、周辺の平坦部との間のコントラストが小さ
く、大きなドットマークである場合はともかくとして、
視認性に劣る。

【００７２】その点、図１７に示す比較例６は周辺が平
坦で中凹部に噴火山状の隆起部を有しておりその高低差
も大きいため、充分な視認性が確保される。従って、こ
の比較例６は通常のドットマークとしては極めて有効な
形態といえる。

【００７３】図１８は上記実施例及び比較例を、各ドッ
トマークごとに、そのエネルギー密度と凹凸寸法をグラ
フ上にプロットしたものである。本発明の特異な形態を
もつドットマークは隆起部を有していることにあり、こ
のグラフからも理解できるように、本発明の対象とする
微小なドットマークの最大長さ寸法に入る実施例（方形
ドットの一辺長さが３．６μｍ及び７．２μｍ）では、
エネルギー密度が１．０Ｊ／ｃｍ²以上であることが必
要である。

【００７４】また図１３〜図１８、上記実施例１〜７及
び比較例１〜６から以下のことが理解できる。ドットマークの径（最大長さ寸法）が小さくなるほ
ど隆起部が形成されやすい。またドットマークの径が小
さいほど自由界面長さが小さくなり、シリコン溶液の粘
性は温度が一定である場合には一定となるため、結果的
により低次の振動モードが支配的になるといえる。

【００７５】同一高さの隆起部を形成するには、ド
ットマークの径が小さいほど大きなエネルギー密度を必
要とする。つまり、膜振動振幅を同一に保ったまま、固
定端間の距離を小さくしていく場合に相当し、固定端間
の距離が短い程、大きな外力（パルス照射による温度分
布＝表面張力）を必要とする。

【００７６】ある大きさのドットマークでは、必ず
隆起部を有する低次の振動モードとなる。上記図１８に
よっても、ドットマークの径が３．６μｍの場合には、
その形態はともかくとして全てが隆起部を有している。

【００７７】ある大きさ以上のドットでは、必ず凹
形の振動モードになる。つまり、上記例では、凸形が支
配的な場合と凹形が支配的な場合との偏極点が、２０〜
３０μｍのドットマーク径の間に存在する。これはシリ
コン溶液の粘性と溶融池の深さ、溶融池の大きさ（ドッ
トマーク径）から一義的に決定される値である。

【００７８】かかる結論から、本発明に特有のドットマ
ークの上記微小形態は、特許請求の範囲に規定する各種
のマーキング条件を設定することにより、確実に且つ正
確に形成することが可能となる。

【００７９】図１９は、上記レーザマーキング装置１の
仕様のうち、他の仕様を変更せずパルス幅のみを９０ｎ
ｓに変更すると共に、そのマーキング条件であるエネル
ギー密度を変更したときに形成されるドットマークごと
のエネルギー密度と隆起高さ寸法をグラフ上にプロット
したものである。

【００８０】ここで、ドットマークのマーキング表面に
沿った長さ寸法を、２μｍ、４μｍ、６μｍ、８μｍ、
１０μｍ及び１４μｍの６種類に設定した。また、図中
におけるプロット◇は２μｍ、□は４μｍ、△は６μ
ｍ、×は８μｍ、○は１０μｍ、●は１４μｍのドット
マークを示している。

【００８１】同図より理解できるように、パルス幅を５
０ｎｓから９０ｎｓへと変更すると、２及び４μｍの微
小なドットマークに関しては、エネルギー密度が３．０
〜１１．０Ｊ／ｃｍ²の範囲でその隆起高さが増加する
ことが理解できる。また６〜１４μｍのドットマークに
関しては、エネルギー密度が６．０〜８．０Ｊ／ｃｍ ²
の範囲ではその隆起高さが漸増するが、あるエネルギー
密度を過ぎると隆起高さは急減し、ドットマークの形態
が「タイプＢ」に示す隆起形状から「タイプＣ」に示
す凹穴形状へと変化する。

【００８２】図１８及び図１９のグラフから、本発明に
よる所望の隆起高さを有するドットマークを形成するに
は、パルス幅、エネルギー密度及びマーキング表面に沿
った長さ寸法を適切に選定することが必要であり、それ
らの値が適当な値に選択できれば、本発明の特徴部をな
す所定の幅寸法（長さ）と高さ（凹凸）とを有する微小
で且つ特異な形態を有するドットマークを形成すること
ができることが理解できる。

【００８３】図２０は、本発明方法によるドットマーキ
ングにより得られたドットマークによる文字表示の配列
状態を示し、図２１は従来のドットマーキングにより得
られるドットマークによる文字表示の配列状態を示して
いる。２Ｄコードの場合には、ドット間の相対位置が２
０％以下と規定されており、例えばφ５μｍのドットマ
ークの場合、ステージにおける位置決め精度が±１μｍ
であれば、既に２０％の位置ずれがランダムに発生する
ことになる。

【００８４】従来のマーキング方法を採用する場合に
は、ドットの位置決め精度の関係で、図２１に示すよう
にドットにより形成される文字が歪んでしまう。その結
果、２Ｄコードとしては読み取りが不可能な状態とな
る。一方、図２０に示す本発明方法により形成されるド
ットマークによれば、隣接ドットの相対位置が、原理的
にはレンズの収差を除いてゼロとなる。一般に、レンズ
の収差はレンズの外周領域において大きくなるため、レ
ンズの中央領域（有効視野）内を使用すれば、ほぼゼロ
とみなせる。その結果、同図に示すように規則正しく、
精度よくドットを形成することができる。

【００８５】以上の説明からも明らかなように、本発明
に係るドットマーク形態及びドットマーキング方法によ
れば、半導体ウェハ表面の各ドット単位ごとの領域に正
確に且つ整然と従来の３／２０〜１／１００の大きさの
均一な形態をもつ単一の微小なドットマークを形成する
ことができる上に、そのドットマーク形態が従来にない
中央部が隆起した特異な形態を有しているため、その視
認性に優れ、２Ｄコードとしても充分に機能するマーク
形態となる。

【００８６】また、本発明のドットマークが前述のごと
く従来のドットマークの大きさよりも大幅に微小化さ
れ、しかも隣接するドットマークとの境界が判然と区別
できるため、同一領域に多数のドットマークが形成で
き、そのマーキング領域も大幅に増大するばかりでな
く、同時にマーキング領域の選定にも自由度が増す。

【００８７】すなわち、任意の時期にウエハ表面にマーキングを施すことが
できる。例えばシリコンメーカ出荷時に、納入先のデバ
イスメーカの用途に影響されることなく、ウエハの出荷
検査データなどをマーキングすることができる。また、
ウエハ単位で出荷する際には、各チップの検査データ、
独自のウエハＩＤ、チップＩＤをこの領域にマーキング
することができるし、しかもＶノッチやオリフラ部の角
にマーキングすることにより、マークが小さく探しにく
いといった懸念が一切不要となる。

【００８８】また同様に、デバイスメーカにおいては、
任意の工程中に検査データのみならず、デバイスメーカ
独自のウエハＩＤマークを刻印することができる。特
に、ドットマーク形態が特異なうえに極めて微小である
がため、デバイスメーカにおいてスクライビング以前
に、各チップごとの裏面にも所容量の各種データを工程
順に形成し得るため、各チップごとの履歴が容易に把握
できる。

【００８９】一枚のウエハからより多くのチップが
得られる。本発明のドットマーキング法によれば、ドッ
トマークが極めて微小であるがため、マーキングのため
の専用領域を省略でき、例えばウェハの周面や裏面は言
うに及ばず、スクライブラインの表面やＶノッチの内
面、オリエンテーションフラットの隅部など、チップの
作成有効領域を拡大することができる。この結果、ウエ
ハの歩留りの向上に直接寄与することができる。

【００９０】設計負担を軽減する。チップの設計段
階からマーキング領域を一切考慮する必要がないため、
設計者が自由にチップをレイアウトできる。

【００９１】本発明にとって好都合であることは、ウエ
ハ最外円周部の２ｍｍのうち、特に外側の１ｍｍについ
ては、一般の成膜がほとんど行われておらず、ほぼベア
ウエハの状態にある。このため、この領域にも安定した
ドットマーキングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微小ドットマーキング装置を模式的に
示す説明図である。

【図２】一般のレーザビームによるドットマーキング装
置を示す全体構成図である。

【図３】本発明方法により形成されるドットマークの形
態とその配列状態を示すＡＦＭ観察立体図である。

【図４】同断面図である。

【図５】実施例１によるドットマーク形態のＡＦＭ観察
断面図と立体図である。

【図６】実施例２によるドットマーク形態のＡＦＭ観察
断面図と立体図である。

【図７】実施例３によるドットマーク形態のＡＦＭ観察
断面図と立体図である。

【図８】比較例１によるドットマーク形態のＡＦＭ観察
断面図と立体図である。

【図９】実施例４によるドットマーク形態のＡＦＭ観察
断面図と立体図である。

【図１０】実施例５によるドットマーク形態のＡＦＭ観
察断面図と立体図である。

【図１１】実施例６によるドットマーク形態のＡＦＭ観
察断面図と立体図である。

【図１２】実施例７によるドットマーク形態のＡＦＭ観
察断面図と立体図である。

【図１３】比較例２によるドットマーク形態のＡＦＭ観
察断面図と立体図である。

【図１４】比較例３によるドットマーク形態のＡＦＭ観
察断面図と立体図である。

【図１５】比較例４によるドットマーク形態のＡＦＭ観
察断面図と立体図である。

【図１６】比較例５によるドットマーク形態のＡＦＭ観
察断面図と立体図である。

【図１７】比較例６によるドットマーク形態のＡＦＭ観
察断面図と立体図である。

【図１８】実施例１〜７及び比較例１〜６のドットマー
キングにおけるエネルギー密度と隆起部の高さとの相関
を示すグラフである。

【図１９】実施例１〜７及び比較例１〜６におけるレー
ザマーキング条件のうちパルス幅及びマーク幅寸法を変
更したときのエネルギー密度と隆起部の高さとの相関を
示すグラフである。

【図２０】本発明のドットマークによる文字表示を示す
平面図である。

【図２１】従来のドットマークによる文字表示を示す平
面図である。

【図２２】ドットマーク形成過程における溶融池表面の
振動モードに基づく第１のドットマーク形態例を示す立
体図である。

【図２３】同第２のドットマーク形態例を示す立体図で
ある。

【図２４】同第３のドットマーク形態例を示す立体図で
ある。

【図２５】同第４のドットマーク形態例を示す立体図で
ある。

【図２６】同第５のドットマーク形態例を示す立体図で
ある。

【図２７】同第６のドットマーク形態例を示す立体図で
ある。

【図２８】同第７のドットマーク形態例を示す立体図で
ある。

【図２９】同第８のドットマーク形態例を示す立体図で
ある。

【図３０】同第９のドットマーク形態例を示す立体図で
ある。

【図３１】同第１０のドットマーク形態例を示す立体図
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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザを光源として被マーキング物品の
表面にマーキングされるドットマーク形態であって、レーザ照射点ごとの単一のドットマークからなり、同マークの中央部が被マーキング物品の表面から上方に
隆起する隆起部を有しており、各ドットマークの被マーキング物品の表面に沿った長さ
が１．０〜１５．０μｍである、ことを特徴とするレーザビームによる微小ドットマーク
形態。
【請求項２】前記ドットマークが、製品管理用或いは
各種セキュリティ用である請求項１記載の微小ドットマ
ーク形態。
【請求項３】前記ドットマークが、周囲が凹んで前記
隆起部を有してなる請求項１記載の微小ドットマーク形
態。
【請求項４】前記被マーキング物品の表面が、ウェハ
外周の面取り部である請求項１記載の微小ドットマーク
形態。
【請求項５】前記被マーキング部品の表面が、ＩＣの
表面又は裏面である請求項１記載の微小ドットマーク形
態。
【請求項６】前記隆起部の高さが０．０１〜５．０μ
ｍである請求項１記載の微小ドットマーク形態。
【請求項７】パルスレーザ発振器から照射されるレー
ザビームにより被マーキング物品の表面にドット状のマ
ークを形成するマーキング方法であって、前記レーザ発振器から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
ームホモジナイザにより均整化されたレーザビームを前
記液晶マスクに照射すること、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
ネルギー密度を、そのマーキング面において１．０〜１
５．０Ｊ／ｃｍ ² 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
ニットにより１ドットの最大長さが１．０〜１５．０μ
ｍ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、を特徴とするレーザビームによる微小マーキング方法。
【請求項８】前記液晶マスク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を、前記液晶
マスクの前後いずれかに配することを含んでなることを
特徴とする請求項７記載の微小マーキング方法。