JP7355970B1 - 半導体装置及びレーザマーキング方法 - Google Patents

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Abstract

フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置（１）であって、半導体基板（１１）と、半導体基板（１１）に形成され、外部に露出する金属層（２０）とを有し、金属層（２０）の露出面には、１つ以上のマークが形成されており、マークは、レーザの輪郭を成す輪郭部（２２ｂ）と、輪郭部（２２ｂ）の内側に位置する中央部（２２ａ）と、を含み、金属層（２０）の露出面を平面視したとき、輪郭部（２２ｂ）の色は、金属層（２０）の露出面におけるマークが形成されていない部分である素地部（２２ｃ）の色又は中央部（２２ａ）の色と異なる。

Description

本開示は、レーザマークが形成された金属層を有する半導体装置、及び、金属層にレーザマークを形成するレーザマーキング方法に関する。
半導体装置の露出面にレーザ光を照射することで文字や数字等のレーザマークを形成するレーザマーキング方法が提案されている（例えば特許文献１）。
この種のレーザマーキング方法として、半導体装置における金属層（電極等）又は半導体基板にレーザ光を照射して金属層又は半導体基板の露出面を部分的に削ることで、文字や数字等のレーザマークを金属層又は半導体基板に印字する技術が知られている。このようにして印字されたレーザマークは、レーザ光の照射によって削られた部分（文字部分）とレーザ光が照射されずに削られなかった部分との凹凸差によるコントラストによって、ユーザに認識させることができる。
この場合、レーザマークを印字する対象物（マーキング対象物）が銅や銀等の比較的に融点が低い金属材料からなる金属層であったりシリコン基板からなる半導体基板であったりすれば、金属層の厚さ又は半導体基板の厚さにかかわらず、レーザ光によってマーキング対象物の表面層を削って凹凸を形成することができる。つまり、認識できるレーザマークをマーキング対象物に印字することができる。
一方、マーキング対象物である金属層がニッケル等の高融点の金属材料で構成されている場合には、レーザ光では金属層が削られにくくなるものの、金属層の厚さが薄ければ、レーザ光によって金属層を削って金属層の下に形成された下地層を露出させることができる。これにより、金属層とその下地層とで表面反射率が異なるので、そのコントラストによって、レーザマークをユーザに認識させることができる。
特開平１１－１５６５６５号公報
しかしながら、マーキング対象物となる金属層が高融点の金属材料で構成されている場合に、金属層の厚さが厚くなると、レーザ光を照射しても金属層の下に形成された下地層を露出させるまで金属層を削ることができず、認識可能なレーザマークを金属層に形成することができないことがある。
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、レーザ光で削りにくい金属層であっても認識可能なレーザマークを金属層に形成することができるレーザマーキング方法及びそのレーザマークが形成された金属層を有する半導体装置等を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体装置の一態様は、フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置であって、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、外部に露出する金属層とを有し、前記金属層の露出面には、１つ以上のマークが形成されており、前記マークは、前記マークの輪郭を成す輪郭部と、前記輪郭部の内側に位置する中央部と、を含み、前記金属層の露出面を平面視したとき、前記輪郭部の色は、前記金属層の露出面における前記マークが形成されていない部分である素地部の色又は前記中央部の色と異なる。
また、本開示に係るレーザマーキング方法の一態様は、金属層の露出面にマークを形成するレーザマーキング方法であって、所定の条件で前記金属層の露出面に連続してレーザ光をパルス照射することで、（ｉ）前記金属層の露出面における前記レーザ光の照射の影響を受けない素地部に比べて前記マークの輪郭を成す輪郭部の酸化の程度を高める第１作用と、（ｉｉ）前記金属層の露出面における前記素地部に比べて前記マークにおける前記輪郭部の内側に位置する中央部の酸化の程度を低める第２作用とを並行して生じさせて、前記輪郭部と前記中央部とを含む前記マークを形成する。
レーザ光で削りにくい金属層であっても認識可能なレーザマークを金属層に形成することができる。
実施の形態に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態に係る半導体装置の上面図である。 実施の形態に係る半導体装置の背面図である。 実施の形態に係る半導体装置の金属層におけるコードが付された部分の拡大図である。 図４に示されるコードを構成する１つのレーザマークの拡大図である。 図５のＶＩ－ＶＩ線に沿って切断したときの断面図である。 実施の形態に係るレーザマーキング方法を説明するための図である。 パルス照射されるレーザ光の１つのレーザ照射スポットごとの第１作用と第２作用とを示す図である。 実施の形態に係るレーザマーキング方法を用いて実際に半導体装置の金属層に形成したレーザマークを示す図である。 図９のレーザマークの一部を拡大して模式的に示す断面図及びその部分の平面像である。 図１０のＸＩ－ＸＩ線における断面ＳＥＭ像である。 従来工法Ａを説明するための図である。 従来工法Ａを用いて金属層の露出面にレーザマークを形成したときの顕微鏡写真及び自動認識画像である。 従来工法Ａによって金属層に形成したレーザマークの一部を示す電子顕微鏡像と、そのレーザマーク周辺の金属層における酸素質量濃度をＥＤＸ分析により測定した結果を示す図である。 従来工法Ｂを説明するための図である。 従来工法Ｂを用いて金属層の露出面にレーザマークを形成したときの顕微鏡写真及び自動認識画像である。 従来工法Ｂによって金属層に形成したレーザマークの一部を示す電子顕微鏡像と、そのレーザマーク周辺の金属層のＥＤＸマッピングを示す図である。 実施の形態に係るレーザマーキング方法を用いて金属層の露出面にレーザマークを形成したときの顕微鏡写真及び自動認識画像である。 実施の形態に係るレーザマーキング方法によって第２金属層に形成したレーザマークの一部を示す電子顕微鏡像と、そのレーザマーク周辺の第２金属層における酸素質量濃度をＥＤＸ分析により測定した結果を示す図である（大気中１ヶ月放置後）。 実施の形態に係るレーザマーキング方法によって第２金属層に形成したレーザマークの一部を示す電子顕微鏡像と、そのレーザマーク周辺の第２金属層における酸素質量濃度をＥＤＸ分析により測定した結果を示す図である（大気中６ヶ月放置後）。 金属層の素地部の表面粗さが小さい場合と大きい場合とにおいて、従来工法Ａによって形成したレーザマークの一例とそのレーザマークの一部を拡大して示す顕微鏡写真である。 金属層の素地部の表面粗さが小さい場合と大きい場合とにおいて、本工法によって形成したレーザマークの一例とそのレーザマークの一部を拡大して示す顕微鏡写真である。 実施の形態に係るレーザマーキング方法によってレーザマークを印字する際のレーザ光の１印字ライン及び一文字のサイズを説明するための図である。 実施の形態に係るレーザマーキング方法において、隣り合う２つのレーザ照射スポットが連続して複数重なり合った状態を示す図である。 実施の形態に係るレーザマーキング方法において、レーザ照射スポットの半径ｒと、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔ｄと、複数のレーザ照射スポットが重なり合う個数ｎと、図７の角度θとの関係を示す図である。 実施の形態に係るレーザマーキング方法において、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔ｄと、レーザ光の周波数ａと、レーザ光のスキャンスピードｂとの関係を示す図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。また、本明細書において、「上」及び「下」という用語は、必ずしも、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではない。
（実施の形態）
［半導体装置］
まず、実施の形態に係る半導体装置１の構成について、図１、図２及び図３を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る半導体装置１の断面図である。図２は、実施の形態に係る半導体装置１の上面図である。図３は、実施の形態に係る半導体装置１の背面図である。なお、図１は、図２のＩ－Ｉ線における断面を示している。
図１に示される半導体装置１は、フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ：ＣＳＰ）型の半導体デバイスである。本実施の形態において、半導体装置１は、２つの縦型ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタが形成されたＤｕａｌタイプの半導体デバイスである。この２つの縦型ＭＯＳトランジスタは、パワートランジスタであり、いわゆるトレンチＭＯＳ型ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
図１及び図２に示すように、半導体装置１は、半導体層１０と、半導体層１０に積層された金属層２０とを備える。
半導体層１０は、半導体材料によって構成された半導体素子である。具体的には、半導体層１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１の上方に形成された低濃度不純物層１２とを含む。
半導体基板１１は、例えば、シリコンからなるシリコン基板である。具体的には、半導体基板１１は、第１導電型の不純物を含むシリコン基板である。なお、半導体基板１１は、シリコン基板に限るものではない。
低濃度不純物層１２は、半導体基板１１の上面に形成されている。低濃度不純物層１２は、半導体基板１１の第１導電型の不純物の濃度よりも低い濃度の第１導電型の不純物を含む。低濃度不純物層１２は、例えば、エピタキシャル成長により形成される。
半導体層１０の上には、絶縁膜として酸化膜３０が形成されている。具体的には、酸化膜３０は、低濃度不純物層１２の上に形成されている。また、酸化膜３０の上には、ポリイミド等の樹脂材料からなる保護層４０が形成されている。
金属層２０は、半導体層１０に形成されている。具体的には、金属層２０は、半導体基板１１に形成されている。本実施の形態において、金属層２０は、裏面電極であり、半導体基板１１の下面（裏面）に形成されている。
金属層２０は、複数の金属層によって構成されている。本実施の形態において、金属層２０は、第１金属層２１と第２金属層２２との２層構造である。したがって、半導体基板１１には、第１金属層２１及び第２金属層２２が形成されている。
第１金属層２１は、半導体基板１１側に位置し、第２金属層２２は、半導体基板１１側とは反対側に位置している。つまり、半導体基板１１の下面に第１金属層２１が形成され、第１金属層２１の下面に第２金属層２２が形成されている。本実施の形態では、第２金属層２２が金属層２０の最表面層（最外層）であるので、金属層２０の下面は、第２金属層２２の下面となる。
また、金属層２０は外部に露出している。具体的には、金属層２０の下面が外部に露出する露出面である。本実施の形態では、第２金属層２２が金属層２０の最外層であるので、第２金属層２２が外部に露出している。したがって、第２金属層２２の下面が外部に露出する露出面になっている。なお、第１金属層２１の側面及び第２金属層２２の側面も金属層２０の露出面の一部である。
第１金属層２１は、半導体基板１１の下面に形成されている。第１金属層２１を構成する金属材料は、例えば、銀又は銅である。第１金属層２１の厚さは、一例として、３０μｍ以上６０μｍ以下である。なお、第１金属層２１を構成する金属材料は、銀又は銅に限るものではない。
第２金属層２２は、第１金属層２１の上に形成されている。つまり、第１金属層２１は、第２金属層２２の下に形成される下地層である。第２金属層２２を構成する金属材料の融点は、第１金属層２１を構成する金属材料の融点よりも高い。また、第２金属層２２を構成する金属材料のヤング率は、第１金属層２１を構成する金属材料のヤング率よりも高い。第２金属層２２を構成する金属材料は、例えば、ニッケルである。第２金属層２２の厚さは、一例として、２μｍ以上である。本実施の形態において、第２金属層２２の厚さは、１０μｍ以上３５μｍ以下である。なお、第２金属層２２の厚さは、第１金属層２１の厚さよりも薄くなっているが、これに限るものではない。また、第２金属層２２を構成する金属材料は、ニッケルに限るものではない。
本実施の形態において、第１金属層２１及び第２金属層２２は、いずれもメッキ法により形成されたメッキ膜である。ただし、第１金属層２１及び第２金属層２２は、メッキ膜に限るものではない。この場合、第１金属層２１及び第２金属層２２は、蒸着法により形成された蒸着膜であってもよいし、スパッタ法により形成されたスパッタ膜であってもよい。また、第２金属層２２がメッキ膜である場合、第２金属層２２が蒸着膜である場合に比べて、第２金属層２２の露出面が平滑ではなくなることが多い。なお、第１金属層２１及び第２金属層２２には、主成分となる金属材料以外の金属材料等が含まれていてもよい。例えば、第１金属層２１及び第２金属層２２には、製造工程中に混入する不純物が微量に含まれていてもよい。
図１に示すように、半導体装置１には、第１縦型ＭＯＳトランジスタ５０ａと、第２縦型ＭＯＳトランジスタ５０ｂとの２つのトランジスタが形成されている。図２に示すように、第１縦型ＭＯＳトランジスタ５０ａは、第１領域Ａ１に形成され、第２縦型ＭＯＳトランジスタ５０ｂは、第２領域Ａ２に形成されている。第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２は、半導体装置１の上面視において、互いに隣接し、かつ、半導体装置１を二等分する一方と他方である。
低濃度不純物層１２における第１領域Ａ１には、第１縦型ＭＯＳトランジスタ５０ａにおける第１ボディ領域１２ａが形成されている。第１ボディ領域１２ａは、第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含む。
また、低濃度不純物層１２における第２領域Ａ２には、第２縦型ＭＯＳトランジスタ５０ｂにおける第２ボディ領域１２ｂが形成されている。第２ボディ領域１２ｂは、第２導電型の不純物を含む。つまり、第１ボディ領域１２ａ及び第２ボディ領域１２ｂは、いずれも第２導電型の不純物を含む。
第１縦型ＭＯＳトランジスタ５０ａは、第１ゲート電極（第１ゲート導体）５１ａと、第１ゲート絶縁膜５２ａと、第１ソース電極５３ａとを有する。
第１ゲート電極５１ａは、第１ボディ領域１２ａに形成されている。第１ゲート電極５１ａは、図２に示される第１ゲートパッド５４ａと電気的に接続されている。また、第１ボディ領域１２ａには、さらに、第１ゲート絶縁膜５２ａと、第１導電型の不純物を含む第１ソース領域５５ａとが形成されている。
第１ソース電極５３ａは、酸化膜３０に形成された開口部を介して第１ボディ領域１２ａに接触している。第１ソース電極５３ａは、例えば、アルミニウム、銅、金及び銀のうちのいずれか１つ以上を含む金属材料で構成されている。
第１ソース電極５３ａの上には、第１ソースパッド５６ａが形成されている。第１ソースパッド５６ａは、第１ソース電極５３ａを介して第１ソース領域５５ａ及び第１ボディ領域１２ａに接続されている。第１ソースパッド５６ａは、保護層４０の開口部から露出している。図２に示すように、本実施の形態において、第１ソースパッド５６ａは、複数（図２では６つ）形成されている。
第１ソースパッド５６ａは、半導体装置１をフェイスダウン実装により実装基板に実装する際に、半田等の接合材を介して実装基板に接合される。例えば、第１ソースパッド５６ａは、フェイスダウン実装におけるリフロー時に半田等の接合材に接合される。一例として、第１ソースパッド５６ａは、ニッケル、チタン、タングステン、銅、及びパラジウムのうちのいずれか１つ以上を含む金属材料によって構成されている。なお、第１ソースパッド５６ａの上面には、金等のメッキ膜が形成されていてもよい。また、第１ソースパッド５６ａの上面又は上面に形成されたメッキ膜には、半田バンプ又は半田ボールが接続されていてもよい。また、本実施の形態では、フェイスダウン実装で半導体装置１を実装したが、フェイスアップ実装で半導体装置１を実装してもよい。例えば、半導体装置１を回路基板等内に実装する基板内蔵部品として使用する場合、回路基板内で下方のビアと第１ソースパッド５６ａ等を接続する場合はフェイスダウン実装とし、回路基板内で上部のビアと第１ソースパッド５６ａ等を接続する場合はフェイスアップ実装とすることができる。なお、フェイスダウン実装であってもフェイスアップ実装であっても、半導体装置１の裏面（背面）は、後述するレーザマーク６１が形成されたマーク面である。
第２縦型ＭＯＳトランジスタ５０ｂは、基本的には第１縦型ＭＯＳトランジスタ５０ａと同じ構造になっている。具体的には、第２縦型ＭＯＳトランジスタ５０ｂは、第２ゲート電極（第２ゲート導体）５１ｂと、第２ゲート絶縁膜５２ｂと、第２ソース電極５３ｂとを有する。
第２ゲート電極５１ｂは、第２ボディ領域１２ｂに形成されている。第２ゲート電極５１ｂは、図２に示される第２ゲートパッド５４ｂと電気的に接続されている。また、第２ボディ領域１２ｂには、さらに、第２ゲート絶縁膜５２ｂと、第１導電型の不純物を含む第２ソース領域５５ｂとが形成されている。
第２ソース電極５３ｂは、酸化膜３０に形成された開口部を介して第２ボディ領域１２ｂに接触している。第２ソース電極５３ｂは、第１ソース電極５３ａと同じ金属材料で構成されている。
第２ソース電極５３ｂの上には、第２ソースパッド５６ｂが形成されている。第２ソースパッド５６ｂは、第２ソース電極５３ｂを介して第２ソース領域５５ｂ及び第２ボディ領域１２ｂに接続されている。第２ソースパッド５６ｂは、保護層４０の開口部から露出している。図２に示すように、本実施の形態において、第２ソースパッド５６ｂは、複数（図２では６つ）形成されている。
第２ソースパッド５６ｂは、第１ソースパッド５６ａと同様に、半導体装置１をフェイスダウン実装する際に、半田等の接合材を介して実装基板に接合される。第２ソースパッド５６ｂは、第１ソースパッド５６ａと同じ金属材料によって構成されている。なお、第２ソースパッド５６ｂの上面には、金等のメッキ膜が形成されていてもよい。また、第２ソースパッド５６ｂの上面又は上面に形成されたメッキ膜には、半田バンプ又は半田ボールが接続されていてもよい。また、上記同様に、半導体装置１をフェイスアップ実装で実装してもよい。例えば、半導体装置１を回路基板等内に実装する基板内蔵部品として使用する場合、回路基板内で下方のビアと第２ソースパッド５６ｂ等を接続する場合はフェイスダウン実装とし、回路基板内で上部のビアと第２ソースパッド５６ｂ等を接続する場合はフェイスアップ実装とすることができ、いずれの場合も半導体装置１の裏面（背面）はマーク面である。
このように形成された第１縦型ＭＯＳトランジスタ５０ａ及び第２縦型ＭＯＳトランジスタ５０ｂでは、第１縦型ＭＯＳトランジスタ５０ａの第１ドレイン領域が半導体基板１１及び低濃度不純物層１２であり、第２縦型ＭＯＳトランジスタ５０ｂの第２ドレイン領域が半導体基板１１及び低濃度不純物層１２である。つまり、１つの半導体装置１に形成された第１縦型ＭＯＳトランジスタ５０ａ及び第２縦型ＭＯＳトランジスタ５０ｂについては、ドレイン領域が共通化されており、半導体装置１における半導体基板１１と低濃度不純物層１２は、第１縦型ＭＯＳトランジスタ５０ａ及び第２縦型ＭＯＳトランジスタ５０ｂの共通のドレイン領域として機能している。
また、本実施の形態のように、半導体装置１が２つの縦型ＭＯＳトランジスタを有するＤｕａｌタイプの半導体デバイスである場合、双方向通電用の電流は、金属層２０を経由することになる。したがって、金属層２０の厚さは、厚い方がよい。金属層２０の厚さを厚くすることで、オン抵抗を低くすることができる。また、オン抵抗をより低くするには、半導体基板１１を薄くし、金属層２０を厚くするとよいが、このようにすると、半導体装置１に反りが生じるおそれがある。そこで、この反りを抑制するために、金属層２０のうちニッケル層である第２金属層２２の厚さを厚くするとよい。なお、オン抵抗を低くし且つ半導体装置１の反りを抑制するとの観点では、第２金属層２２の厚さは、２μｍ以上であるとよい。
図３に示すように、半導体装置１の裏面（背面）には、コード６０が付されている。本実施の形態において、コード６０は、金属層２０の露出面である金属層２０の下面に付されている。具体的には、コード６０は、第２金属層２２の露出面である第２金属層２２の下面に付されている。
コード６０は、例えば、半導体装置１の個体識別用の識別コードである。本実施の形態において、コード６０は、英字（英語アルファベット）等の言語を構成する文字、アラビア数字やローマ数字等の数字、丸や四角等の図形をはじめとして種々の記号が複数個組み合わさることで構成されている。図３に示されるコード６０は、「Ｕ９２０」という１つの英字及び３つの数字からなる文字列と、「Ｍ１２」という１つの英字及び２つの数字からなる文字列と、「〇」の図形とで構成されている。より具体的には、「Ｕ９２０」の文字列と「Ｍ１２」の文字列とが２段で配置され、「Ｍ１２」の文字列の左下端に「〇」の図形が配置されている。なお、「〇」は、製品仕様書に記載される１番ピンのある位置を表す円形痕（ピンマーク）を示している。
コード６０を構成する１つ１つの文字又は数字等は、レーザマーク６１によって構成されている。つまり、１つのレーザマーク６１は、１つの文字、１つの数字又は１つの図形等に対応しており、コード６０は、１つ又は複数のレーザマーク６１によって構成されている。したがって、金属層２０の露出面（本実施の形態では第２金属層２２の露出面）には、１つ以上のレーザマーク６１が形成されている。
なお、レーザマーク６１は、文字、数字、図形に限るものではなく、模様、図柄、符号等のその他の記号であってもよい。本明細書において、文字、数字、図形、模様、図柄、符号等の記号は、まとめて文字類と記載する。このように、レーザマーク６１は、文字類によって構成された文字状の構造物である。
レーザマーク６１は、コード６０を構成する１つの文字類を示すマークの一例である。本実施の形態において、レーザマーク６１は、レーザ光によって形成された文字類を示すマークである。レーザマーク６１は、レーザ光によって金属層２０の露出面に形成されている。具体的には、レーザマーク６１は、レーザマーク６１が印字される対象物（マーキング対象物）である金属層２０の露出面にレーザ光を照射することで、金属層２０の露出面に印字される。
ここで、レーザマーク６１の詳細について、図４～図６を用いて説明する。図４は、半導体装置１の金属層２０におけるコード６０が付された部分の拡大図である。図５は、図４に示されるコード６０における「Ｍ」を示すレーザマーク６１の拡大図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線の断面図である。
レーザマーク６１は、金属層２０の露出面の一部をレーザ光で加工することによって形成される。本実施の形態において、レーザマーク６１は、第２金属層２２の露出面の一部が加工されたものである。所定の文字類のレーザマーク６１を第２金属層２２の露出面に形成する場合、第２金属層２２に照射したレーザ光を所定の文字類を描くようにスキャンすることで、所定の文字類のレーザマーク６１を第２金属層２２の露出面に形成することができる。
図４～図６に示すように、レーザマーク６１は、当該レーザマーク６１の内部を成す中央部２２ａと、当該レーザマーク６１の輪郭を成す輪郭部２２ｂとを含む。第２金属層２２において、中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂは、レーザマーク６１が表す文字類として認識される文字部分である。レーザマーク６１を構成する中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂは、いずれもレーザ光により第２金属層２２が加工された部分である。中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂは、レーザマーク６１を形成する際のレーザ光のスキャン方向に延在するように直線及び／又は曲線等の線状に形成される。詳細は後述するが、中央部２２ａは、レーザ光が照射された部分（レーザ照射スポット）そのものの領域に対応し、輪郭部２２ｂは、レーザ光が照射された部分（レーザ照射スポット）の周辺領域に対応している。
図５及び図６に示すように、第２金属層２２の平面視及び断面視において、中央部２２ａは、輪郭部２２ｂの内側に位置している。具体的には、中央部２２ａは、レーザ光のスキャン方向と直交する方向において、輪郭部２２ｂの内側に位置している。
また、第２金属層２２の平面視及び断面視において、輪郭部２２ｂは、中央部２２ａの両側に位置している。具体的には、輪郭部２２ｂは、レーザ光のスキャン方向と直交する方向において、中央部２２ａの外側に位置している。輪郭部２２ｂは、中央部２２ａの両側を縁取るように形成されている。したがって、中央部２２ａは、一対の輪郭部２２ｂで挟まれている。
なお、第２金属層２２の露出面におけるレーザマーク６１が形成されていない部分は、第２金属層２２の素地部２２ｃである。つまり、素地部２２ｃは、第２金属層２２の露出面におけるレーザ光によって加工されなかった部分である。素地部２２ｃは、第２金属層２２の露出面のうちレーザマーキングされない背景部分である。
そして、第２金属層２２の露出面を平面視したときに、輪郭部２２ｂの色は、中央部２２ａの色又は素地部２２ｃの色と異なっている。本実施の形態において、輪郭部２２ｂの色は、中央部２２ａ及び素地部２２ｃのいずれの色とも異なっている。
中央部２２ａの色と素地部２２ｃの色とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態において、中央部２２ａの色は、素地部２２ｃの色と異なっているが、輪郭部２２ｂの色よりも素地部２２ｃの色に近い。具体的には、中央部２２ａの色と素地部２２ｃの色とは、同程度の色又は同系色である。つまり、本実施の形態におけるレーザマーク６１については、中央部２２ａと素地部２２ｃとが同程度の色又は同系色であるが、輪郭部２２ｂの色は、中央部２２ａの色及び素地部２２ｃの色と異なっている。
なお、輪郭部２２ｂにおける第２金属層２２の表面の組成は、素地部２２ｃにおける第２金属層２２の表面の組成及び／又は中央部２２ａにおける第２金属層２２の表面の組成と異なっている。本実施の形態において、輪郭部２２ｂにおける第２金属層２２の表面の組成は、素地部２２ｃにおける第２金属層２２の表面の組成及び中央部２２ａにおける第２金属層２２の表面の組成のいずれとも異なっている。なお、第２金属層２２の表面の組成とは、第２金属層２２の表面における元素の種類と割合のことである。第２金属層２２では、第２金属層２２を構成する金属と酸素が主要な元素になる。
第２金属層２２を構成する金属がニッケル（Ｎｉ）である場合、レーザ光が照射することでニッケルが酸化して黒くなる。このため、レーザ光の照射によって第２金属層２２が酸化して組成が変化することで、輪郭部２２ｂの色は、素地部２２ｃ及び中央部２２ａと比較して黒く変化する。つまり、第２金属層２２の一部が黒化して（酸化して）輪郭部２２ｂとなる。なお、酸化による金属の色の変化は、酸化の程度（酸素含有量）により決まるので、色の変化の程度も、輪郭部≫素地部≒中央部の関係になる。
このように、レーザマーク６１を第２金属層２２に形成する際、レーザ光を照射することで第２金属層２２が酸化して組成が変化するので、第２金属層２２における酸素含有量が部分的に変化する。具体的には、輪郭部２２ｂにおける第２金属層２２の表面の酸素含有量は、中央部２２ａにおける第２金属層２２の表面の酸素含有量よりも大きくなっている。また、輪郭部２２ｂにおける第２金属層２２の表面の酸素含有量は、素地部２２ｃにおける第２金属層２２の表面の酸素含有量よりも大きくなっている。本実施の形態では、第２金属層２２の表面の酸素含有量は、輪郭部２２ｂにおいて最大になっている。
具体的には、輪郭部２２ｂにおける第２金属層２２の表面の酸素含有量をＡとし、素地部２２ｃにおける第２金属層２２の表面の酸素含有量をＢとし、中央部２２ａにおける第２金属層２２の表面の酸素含有量をＣとすると、Ａ＞Ｂ≧Ｃの関係を満たしている。酸素含有量は、例えば、酸素質量濃度［％］によって表すことができる。
このような第２金属層２２における酸素含有量の変化は、第２金属層２２の酸化作用によるものである。この場合、第２金属層２２が酸化することで第２金属層２２の光吸収係数が変化し、この結果、酸化の程度により第２金属層２２の色が部分的に異なって見える。
なお、本実施の形態では、第２金属層２２を構成する金属をニッケルとしたが、これに限らない。例えば、第２金属層２２を構成する金属は、マグネシウム、アルミニウム、クロム又は銅等であってもよい。第２金属層２２を構成する金属がマグネシウム又はアルミニウムである場合は、酸化により形成される輪郭部２２ｂは白色になる。また、第２金属層２２を構成する金属がクロムである場合は、クロムの酸化の状態によって第２金属層２２の色が変化する。
［レーザマーキング方法］
次に、金属層２０の露出面にレーザマーク６１を形成するレーザマーキング方法について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態に係るレーザマーキング方法を説明するための図である。なお、本実施の形態では、金属層２０における第２金属層２２の露出面にレーザマーク６１を形成している。
本実施の形態に係るレーザマーキング方法では、パルスレーザを用いて第２金属層２２の露出面に所定の条件でレーザ光をパルス照射することで、第２金属層２２の露出面に所定の文字類のレーザマーク６１を印字している。
図７の（ａ）は、第２金属層２２の露出面に、パルスの１ショット目のレーザ光を照射した状態を示している。図７の（ｂ）は、そのレーザ光をパルス照射してスキャンしたときの様子を示している。図７の（ｂ）に示すように、第２金属層２２の露出面に連続してレーザ光をパルス照射している。これにより、第２金属層２２の露出面に、中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂで構成されたレーザマーク６１を印字することができる。
本実施の形態では、所定の条件で第２金属層２２の露出面にレーザ光をパルス照射することで、第２金属層２２の露出面に第１作用と第２作用とを並行して生じさせている。
第１作用は、レーザ光が照射された領域（半径ｒの円形のレーザ照射スポット）とその周辺領域とにおける第２金属層２２の露出面を物理的加工することなく化学的加工する作用である。本実施の形態において、第２金属層２２に施される化学的加工は、酸化である。つまり、第２金属層２２の露出面にレーザ光を照射することで、レーザ光が照射された半径ｒの円形の領域とその円形の領域の周辺領域である半径ｒから＋Δｒまでの円環状の領域とが酸化される。これにより、レーザ光が照射された領域とその周辺領域とにおいては、第２金属層２２の色が変化して酸化領域になる。例えば、第２金属層２２がニッケルの場合、レーザ光を照射することで第２金属層２２が酸化して黒化する。このレーザ光が照射された領域とその周辺領域とは、それぞれレーザマーク６１における中央部２２ａと輪郭部２２ｂとに対応することになる。つまり、中央部２２ａと輪郭部２２ｂとで構成されるレーザマーク６１の文字部分は、第１作用により酸化領域となって素地部２２ｃとは異なる色になる。
なお、第２金属層２２の露出面における素地部２２ｃは、レーザ光の照射の影響を受けない部分であるので、レーザ光によっては酸化されない。ただし、素地部２２ｃは、自然酸化によって酸化する可能性がある。
このように、第１作用は、第２金属層２２の露出面における素地部２２ｃに比べて中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂの酸化の程度を高める作用である。
一方、第２作用は、中央部２２ａに対応するレーザ光が照射された領域のみについて、酸化の程度を低める作用である。具体的には、第２作用は、第１作用によって第２金属層２２が酸化した酸化領域のうちレーザ光が照射された領域のみをレーザ光によって削る作用である。つまり、第２作用は、第２金属層２２の酸化領域のうちレーザ光が照射された領域のみを物理的加工する作用である。この第２作用によって、第２金属層２２の酸化領域のうちレーザ光が照射された部分のみが削られて除去されることになる。酸化領域が削られることで、酸化領域の下層に存在する第２金属層２２の酸化されていない層が露出する。
このように、第２作用は、第２金属層２２の露出面における素地部２２ｃに比べて中央部２２ａの酸化の程度を低める作用である。具体的には、第２作用は、第２金属層２２の酸化領域を削る作用である。
そして、本実施の形態におけるレーザマーキング方法では、第２金属層２２の露出面に対して第１作用と第２作用とが並行して生じるようにレーザ光の照射条件を制御している。この結果、レーザ光が照射された領域（半径ｒの円形のレーザ照射スポット）は、酸化領域となった直後に削られて、レーザマーク６１の中央部２２ａになる。一方、レーザ光が照射された領域の周辺領域（半径ｒから＋Δｒまでの円環状の領域）は、削られずに酸化領域のまま残り、レーザマーク６１の輪郭部２２ｂになる。つまり、中央部２２ａは、物理的加工により形成された領域であり、輪郭部２２ｂは、ほぼ物理的加工されることなく化学的加工による変化のみが生じて形成された領域である。このように、レーザ光の照射条件を調整することで、１回のレーザ光の照射によって中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂを並行して同時に形成することができる。
本実施の形態におけるレーザマーキング方法では、図７の（ｂ）に示すように、パルス状のレーザ光をスキャンすることで、所定の文字類のレーザマーク６１を描画している。この場合、レーザ光のパルス照射によって、半径ｒの円形のレーザ照射スポットが間隔ｄで順次連なっていく。つまり、連なった複数のレーザ照射スポットは、隣り合う２つのレーザ照射スポット同士が互いに重なるようになっている。
これにより、レーザマーク６１における中央部２２ａは、第２金属層２２の露出面におけるレーザ光のレーザ照射スポットによって、レーザ照射スポットごとに第１作用による酸化領域が第２作用により連続して削られていくことで形成される。この結果、所定の文字類で印字されたレーザマーク６１の中央部２２ａは、蛇腹状に形成される。つまり、中央部２２ａには、蛇腹状の痕跡が残ることになる。なお、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔ｄは、２つのレーザ照射スポットの中心同士を結ぶ直線（中心線）における蛇腹の距離を複数測定し、その平均値を求めることで算出することができる。
一方、レーザマーク６１における輪郭部２２ｂは、第２金属層２２の露出面におけるレーザ光のレーザ照射スポットの周辺領域における第１作用による酸化領域を複数回重ねることで形成される。
このように形成される中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂについて、図８を用いて詳細に説明する。図８は、パルス照射されるレーザ光の１つのレーザ照射スポットごと（１ショットごと）の第１作用と第２作用とを示す図である。図８の（ａ）は、連続する４つのレーザ光を示しており、図８の（ｂ）は、連続する２つのレーザ光を示している。なお、図８の（ａ）において、黒丸は、連続するレーザ照射スポットの中心同士を結ぶ直線（中心線）において、１つのレーザ照射スポットのレーザ光により酸化される領域を示しており、白丸は、その中心線において、１つのレーザ照射スポットのレーザ光により削られる領域を示している。また、図８の（ｂ）において、「ｄ」は、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔を示しており、「ｒ」は、レーザ光が照射された領域でのレーザ光の照射スポット（レーザ照射スポット）の半径を示しており、「Δｒ」は、レーザ光が照射された領域の周辺領域の範囲を示しており、「θ」は、レーザ照射スポットの中心と隣り合う２つのレーザ照射スポットの交点とを結ぶ直線と、隣り合う２つのレーザ照射スポットの中心同士を結ぶ中心線とのなす角を示している。
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、中央部２２ａに対応する第２金属層２２の露出面では、物理的加工によって削られた後、その削られた領域は、次のレーザ照射スポットによりｒ＋Δｒの範囲が後追いするので再度酸化されるものの、輪郭部の２２ｂが酸化される程度よりは抑えられる。このため、中央部２２ａは、輪郭部２２ｂに対して高い輝度が得られる。また、中央部２２ａでは、再度酸化しても、その酸化領域は、酸化した直後にレーザ光によって削り取られる。
一方、輪郭部２２ｂに対応する第２金属層２２の露出面では、半径ｒから＋Δｒまでの円環状の範囲がレーザ照射スポットの中心から離れていて照射強度が小さいため、化学的加工（具体的には熱的作用）によって酸化のみが生じる。したがって、輪郭部２２ｂに対応する第２金属層２２の露出面では、レーザ照射スポットごとに酸化された領域が重複しながら連続して繰り返されることになる。この結果、第２金属層２２がニッケルの場合、輪郭部２２ｂは、重なっていくことで黒味が増していくことになる。これにより、輪郭部２２ｂの色が濃くなるので、レーザマーク６１の視認性を高めることができる。
なお、中央部２２ａでは、第２金属層２２の露出面をレーザ光によって半径ｒの範囲で薄く削り取ることで形成されるので、第２金属層２２の表面の自然酸化部分は、レーザ光によって除去される。このため、中央部２２ａの酸化の程度は、輪郭部２２ｂの酸化の程度よりも一旦低くなる。また、第２金属層２２において酸化領域の層の厚さは、後述するように、第２金属層２２の露出面からおよそ１００ｎｍ以下の深さの極薄い厚さであるので、第２金属層２２において酸化領域は、レーザ光により簡単に除去される。このため、第２金属層２２における酸化の程度は、レーザマーク６１の形成直後は、一旦、輪郭部２２ｂの酸化の程度≫素地部２２ｃの酸化の程度（自然酸化）≧中央部２２ａの酸化の程度、という関係となるが、長時間経過すれば、輪郭部２２ｂの酸化の程度≫素地部２２ｃの酸化の程度（自然酸化）≒中央部２２ａの酸化の程度（自然酸化）、という関係に至ることになる。
このように、本実施の形態におけるレーザマーキング方法によれば、レーザマーク６１における中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂは、レーザ光のスキャン方向に沿ってレーザ照射スポットが連続して重なって形成されたものである。
ここで、レーザマーク６１の視認性を確保するためには、中央部２２ａの幅はある程度の大きさで確保することが望ましい。このためには、半径ｒ＋Δｒの円形領域のうち中央部２２ａ（半径ｒの円形のレーザ照射スポット）の幅についてはできるだけ大きくするとともに酸化作用の重なりで黒化していく輪郭部２２ｂについてはなるべく外側に寄せることが望ましい。つまり、中央部２２ａの幅（２ｒ）は、輪郭部２２ｂの幅（Δｒ）よりも大きくてもよい。
このため、半径ｒから＋Δｒまでの円環状の領域においては、レーザ照射スポットが隣接して重複する部分の最低点（つまり隣り合う２つのレーザ照射スポットの交点）を、中心線から一定程度離して上部又は下部に寄せるとよい（図８の（ｂ）参照）。この場合、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔ｄが広すぎると、最低点が中心線に近づいてしまうため、間隔ｄはある程度狭くする方がよい。間隔ｄは、レーザ光のスキャンスピード［ｍｍ／ｓ］とパルスの周波数［ｋＨｚ］とを適宜設定することで制御することができる。なお、１つのレーザ照射スポットの半径ｒとその周辺領域（半径ｒから＋Δｒの領域）とについては、レーザ光の照射強度及びレーザ光の焦点距離等の条件を調整することで制御できる。
また、隣り合う２つのレーザ照射スポットの交点は、ｄ／２の位置になる。したがって、図８の（ｂ）に示すように、半径ｒの円形のレーザ照射スポットの中心と隣り合う２つのレーザ照射スポットの交点とを結ぶ直線と、隣り合う２つのレーザ照射スポットの中心同士を結ぶ中心線とのなす角をθとすると、半径ｒと間隔ｄと角度θとは、以下の関係式が成立する。
ｄ＝２ｒ・ｃｏｓθ
このとき、角度θは、６６°≦θ≦８７°であるとよい。つまり、角度θの下限（つまり間隔ｄの上限）は６６°であり、角度θの上限（つまり間隔ｄの下限）は８７°であるとよい。
θ＜６６°になると、輪郭部２２ｂが最小でもレーザ照射スポットの半径ｒの１０％分だけ中心線に近づくため、中央部２２ａの幅が狭くなってしまい、輪郭部２２ｂと中央部２２ａとの差異が不明瞭になってレーザマーク６１の視認性が低下するおそれがある。
一方、θ＞８７°になると、輪郭部２２ｂと中央部２２ａとの差異が不明瞭にならないものの、レーザ光のスキャンスピードを大きく低下させることになるか、レーザ光のパルスの周波数を過剰に大きくしなければならなくなる。スキャンスピードを大きく低下させると、レーザマーク６１を形成する時間が長くなってしまう。また、周波数を過剰に大きくすると、レーザ光がパワー不足となって１つのレーザ照射スポットでは第２金属層２２が酸化しにくくなり、輪郭部２２ｂの黒化が低下し（つまり黒味が増さなくなる）、レーザマーク６１の視認性がかえって低下するおそれがある。
本実施の形態において、角度θは、θ＝８１°程度にしている。θ＝８１°にすることで、中央部２２ａの幅の減少を上下で半径ｒの２％分に収めることができる。これにより、レーザマーク６１を形成する時間が長くなることを抑制しつつ、中央部２２ａの幅を確保してレーザマーク６１の視認性を容易に得ることができる。
図９は、実施の形態に係るレーザマーキング方法を用いて実際に半導体装置１の金属層２０に形成したレーザマーク６１を示している。レーザ光によるマーキング対象物は、銀からなる第１金属層２１とニッケルからなる第２金属層２２との２層構造の金属層２０における第２金属層２２の露出面である。レーザ光のレーザ照射スポットの半径ｒは１０μｍであり、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔ｄは３μｍであり、酸化領域（輪郭部２２ｂ）の幅（Δｒ）は１５μｍである。なお、中央部２２ａを挟む一対の輪郭部２２ｂの幅（Δｒ）は、互いに同じであるが、異なっていてもよい。
図９の外観写真に示すように、中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂからなるレーザマーク６１が形成されていることが分かる。
また、図１０は、図９のレーザマーク６１の一部を拡大して模式的に示す断面図及びその部分の平面像である。図１０の平面光学顕微鏡像及び平面ＳＥＭ像に示すように、レーザマーク６１には、蛇腹状の痕跡が残った中央部２２ａと輪郭部２２ｂとが明確に形成されていることが分かる。具体的には、平面光学顕微鏡像では、輪郭部２２ｂとして、酸化の程度が大きい酸化領域を確認することができる。ただし、輪郭部２２ｂのみが酸化されているわけではない。また、平面ＳＥＭ像では、酸化領域が不明瞭ではあるものの、中央部２２ａが蛇腹状に形成されていることが確認できる。なお、レーザ照射スポットの半径（ｒ）及び輪郭部２２ｂの酸化領域（Δｒ）の測定には、平面光学顕微鏡像を用いることが望ましい。また、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔（ｄ）の測定には、平面ＳＥＭ像を用いることが望ましい。また、中央部２２ａと輪郭部２２ｂとの境界については、中央部２２ａとは蛇腹状の間隔を持つ領域であると捉えて、この蛇腹状の間隔がゼロになって蛇腹同士が接続するところをもって輪郭部２２ｂになったと考えることができる。
図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩ線における断面ＳＥＭ像を示している。また、図１１では、ニッケルからなる第２金属層２２の酸素（Ｏ）及びニッケル（Ｎｉ）の濃度プロファイルをＥＤＸ分析によって測定した結果を示している。
図１１の濃度プロファイルに示すように、第２金属層２２の最表面から１００ｎｍまでの深さの領域には、酸化層が形成されていることが分かる。つまり、酸化領域である輪郭部２２ｂの厚さは、１００μｍ以下である。
次に、本実施の形態におけるレーザマーキング方法（以下、「本工法」とも記載する）について、従来工法Ａ及び従来工法Ｂの２つの従来のレーザマーキング方法と比較して説明する。
図１２は、従来工法Ａを説明するための図である。図１２では、半導体装置における銀からなる金属層２０Ｘの露出面にレーザマークを形成している。
図１２に示すように、従来工法Ａでは、半導体装置における金属層２０Ｘにレーザ光をパルス照射することで、銀からなる金属層２０Ｘの表面層を部分的に削っている。従来工法Ａにより印字されたレーザマークは、レーザ光の照射により削られた部分（文字部分）とレーザ光が照射されずに削られなかった部分との凹凸差によるコントラストによって、ユーザに認識される。
図１３は、実際に従来工法Ａを用いて銀からなる金属層２０Ｘの露出面にレーザマークを形成したときの顕微鏡写真及び自動外観検査カメラ画像を示している。図１３に示すように、従来工法Ａにより形成されたレーザマークを認識することができる。
このとき、銀からなる金属層２０Ｘの厚みを３μｍとし、レーザ光のレーザパワーを２２％とし、レーザ光の周波数を４０ｋＨｚとし、レーザ光のスキャンスピードを４００ｍｍ／ｓとし、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔ｄを１０μｍとした。この場合、レーザ照射スポット１つあたりのエネルギーの大きさを表す目安として、レーザパワー［％］／周波数［ｋＨｚ］の値を用いると、その値は、小さいものであり、０．５５であった。なお、レーザパワーとは、最大出力を１００％としたときの割合のことである。
図１４は、従来工法Ａによって金属層２０Ｘに形成したレーザマークの一部を示す電子顕微鏡像と、そのレーザマーク周辺の金属層２０Ｘにおける酸素質量濃度をＥＤＸ分析により測定した結果を示している。図１４のＥＤＸ分析の結果に示すように、従来工法Ａでは、金属層２０Ｘの露出面には酸化領域が形成されていない。つまり、金属層２０Ｘにおけるレーザ加工部と素地部とにおいて酸素含有量が変化していない。また、レーザ加工後に金属層２０Ｘの露出面が自然酸化したとしても、金属層２０Ｘの露出面の全面が一様に自然酸化することにとどまり、色の差は生じない。つまり、従来工法Ａでは、本工法により形成される輪郭部２２ｂに相当する高酸素濃度領域（色変化領域）が存在しない。
このような従来工法Ａは、レーザマークを形成するマーキング対象物である金属層２０Ｘが銀等の比較的に融点が低い金属材料によって構成されている場合、金属層２０Ｘの厚さにかかわらず、レーザ光によって金属層２０Ｘの表面層を削って凹凸を形成することができる。
ただし、マーキング対象物である金属層２０Ｘがニッケル等の高融点の金属材料で構成されている場合、レーザ光のパワー不足により金属層２０Ｘに物理的加工を施すことが難しくなる。つまり、レーザ光によって金属層２０Ｘが削られにくくなる。また、仮に高融点の金属材料で構成された金属層２０Ｘに物理的加工を施すことができたとしても、その加工によって生じる金属層２０Ｘの露出面の凹凸が金属層２０Ｘの表面粗さに埋もれてしまうことがある。つまり、金属層２０Ｘの露出面に凹凸を形成できたとしても、その凹凸差が小さいため、凹凸差によるコントラストではレーザマークが見えにくく、所定の文字類のレーザマークとして認識することが難しい。このように、従来工法Ａでは、認識できるレーザマークを形成することが難しくなる。
図１５は、従来工法Ｂを説明するための図である。図１５では、銀からなる第１金属層２１とニッケルからなる第２金属層２２Ｙとの２層構造の金属層２０Ｙの露出面にレーザ光をパルス照射することでレーザマークを形成している。具体的には、ニッケルからなる第２金属層２２Ｙの露出面にレーザマークを形成している。
図１５に示すように、第２金属層２２Ｙが高融点のニッケルによって構成されていても、最表面層となる第２金属層２２Ｙの厚さが薄ければ（例えば０．５μｍ未満の厚さ）、レーザ光によって第２金属層２２Ｙを削り取って第２金属層２２Ｙの下に形成された下地層である第１金属層２１を露出させることができる。これにより、第２金属層２２Ｙと第１金属層２１とで表面反射率が異なるので、レーザマークは、そのコントラストによって認識される。
図１６は、実際に従来工法Ｂを用いて金属層２０Ｙの露出面にレーザマークを形成したときの顕微鏡写真及び自動外観検査カメラ画像を示している。図１６に示すように、従来工法Ｂにより形成されたレーザマークを認識することができる。なお、第２金属層２２Ｙが削り取られたレーザマークの文字部分は、銀からなる第１金属層２１の表面、又は、銀とニッケルとの合金層の表面である。
このとき、銀からなる第１金属層２１の厚みを１０μｍとし、ニッケルからなる第２金属層２２Ｙの厚みを０．４μｍとし、レーザ光のレーザパワーを４５％とし、レーザ光の周波数を１００ｋＨｚとし、レーザ光のスキャンスピードを６００ｍｍ／ｓとし、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔ｄを６μｍとした。この場合、レーザ照射スポット１つあたりのエネルギーの大きさの目安として、従来工法Ａと同様にしてレーザパワー［％］／周波数［ｋＨｚ］の値を用いると、その値は、小さいものであり、０．４５であった。
図１７は、従来工法Ｂによって金属層２０Ｙに形成したレーザマークの一部を示す電子顕微鏡像と、そのレーザマーク周辺（加工部周辺）の金属層２０Ｙの銀及びニッケルのＥＤＸマッピングを示している。銀のＥＤＸマッピングに示すように、レーザ加工部からはＡｇが多く検出されている。これは、第２金属層２２Ｙの下地層である第１金属層２１が露出して第１金属層２１の主成分である銀そのものが露出したか、あるいは、第１金属層２１を構成する銀が合金化したからであると考えられる。また、ニッケルのＥＤＸマッピングに示すように、第２金属層２２Ｙの全面でニッケルが検出されている。
このような従来工法Ｂは、マーキング対象物となる第２金属層２２Ｙが高融点の金属材料で構成されていても、第２金属層２２Ｙの厚さが薄ければ、レーザ光によって第２金属層２２Ｙを部分的に除去して第２金属層２２Ｙの下に形成された第１金属層２１を露出させることができる。
ただし、第２金属層２２Ｙの厚さが厚いと、レーザ光を照射しても第１金属層２１を露出させるまで第２金属層２２Ｙを削ることができず、認識可能なレーザマークを金属層２０Ｙに形成することができないことがある。例えば、第２金属層２２Ｙがニッケルである場合、第２金属層２２Ｙの厚さが２μｍ以上になると、レーザ光を照射しても下地層である第１金属層２１を露出させることができなくなる。
これに対して、本実施の形態におけるレーザマーキング方法（本工法）では、レーザマーキング対象物である第２金属層２２が厚くて下地層である第１金属層２１を露出させることができなくても、第２金属層２２が高融点の金属材料によって構成されていてレーザ光では削りにくいものであっても、上記のように、第２金属層２２の露出面に第１作用と第２作用とを並行して生じさせているので、認識可能なレーザマークを形成することができる。
図１８は、実際に本工法を用いて金属層２０の露出面にレーザマークを形成したときの顕微鏡写真及び自動認識画像を示している。具体的には、第２金属層２２の露出面にレーザマークを形成している。本工法では、酸化という化学的加工によって第２金属層２２の露出面を酸化して色を変えて輪郭部２２ｂを中央部２２ａの両側に形成しているので、図１８に示すように、レーザマークを高い視認性で認識することができる。
このとき、銀からなる第１金属層２１の厚みを４０μｍとし、ニッケルからなる第２金属層２２の厚みを３４μｍとし、レーザ光のレーザパワーを６０％とし、レーザ光の周波数を６５ｋＨｚとし、レーザ光のスキャンスピードを２００ｍｍ／ｓとし、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔ｄを３μｍとした。また、レーザ光の焦点位置は、レーザ照射スポットの半径ｒが１５μｍになる位置に設定した。この場合、レーザ照射スポット１つあたりのエネルギーの大きさの目安として、従来工法Ａ及び従来工法Ｂと同様にしてレーザパワー［％］／周波数［ｋＨｚ］の値を用いると、その値は、大きいものであり、０．９２であった。
このように、本工法では、レーザ照射スポット１つあたりのエネルギーが従来工法Ａ及び従来工法Ｂと比べて約２倍になっている。これにより、ニッケルからなる第２金属層２２の露出面を酸化させることができる。
ここで、この第２金属層２２の酸化は、レーザ光を照射することによる第２金属層２２の高温化によって生じる。本工法では、スキャンスピードを従来工法の半分以下にすることで、レーザ光の１照射あたりの高温化の効率を高めている。また、本工法では、レーザ光のスキャンにより連続するレーザ照射スポットは、隣り合う２つのレーザ照射スポットが重なり合う重なり部を一定程度有するように間隔ｄを短くして隣り合う２つのレーザ照射スポットの間を詰めている。これにより、重なり部の高温化を維持することができるので、第２金属層２２の酸化の程度を高めることができる。具体的には、本工法では、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔ｄを３μｍとし、従来工法Ａ及び従来工法Ｂの半分以下にしている。
なお、従来工法Ａでは、金属層の露出面に凹凸差が形成されていればよく、また、従来工法Ｂでは、金属層を除去又は合金化できていればよいことから、従来工法Ａ及び従来工法Ｂにおいては、隣り合う２つのレーザ照射スポットの重なり部は、連続するレーザ照射の痕跡を繋げて文字状にすることを除いては、重要な要素にはならない。このため、従来工法Ａ及び従来工法Ｂでは、マーキング工程の時間の短縮を優先すればよく、本工法とは異なり、隣り合う２つのレーザ照射スポットの間隔ｄを大きく設定することになる。
図１９及び図２０は、本工法によって第２金属層２２に形成したレーザマークの一部を示す電子顕微鏡像と、そのレーザマーク周辺の第２金属層２２における酸素質量濃度をＥＤＸ分析により測定した結果を示している。図１９は、大気中に１ヶ月放置したときの電子顕微鏡像と酸素質量濃度とを示しており、図２０は、大気中に６ヶ月放置したときの電子顕微鏡像と酸素質量濃度とを示している。
図１９のＥＤＸ分析の測定結果に示されるように、レーザマークの中央部２２ａでは、酸化領域が存在しない、あるいはＥＤＸ分析では検出できない程度に微量であると考えられることが分かる。これは、中央部２２ａでは、酸化されてもレーザ光によって酸化領域が除去されるからであると考えられる。一方、レーザマークの輪郭部２２ｂでは、酸化領域がそのまま残って存在していることが分かる。
なお、図２０のＥＤＸ分析の測定結果に示されるように、大気中に６ヶ月放置（長時間放置）することで、中央部２２ａ、輪郭部２２ｂ及び素地部２２ｃにおける酸素質量濃度が増加することが分かる。これは、中央部２２ａ、輪郭部２２ｂ及び素地部２２ｃの表面が待機中に晒され続けることで自然酸化したからであると考えられる。また、大気中に長時間放置することで、中央部２２ａの酸化の程度と素地部２２ｃの酸化の程度とがほぼ同じになることも分かる。ただし、大気中に１ヶ月放置した場合でも大気中に６ヵ月放置した場合でも輪郭部２２ｂの酸素含有量が最も多くなっている。
このように、大気中に１ヶ月放置した場合及び大気中に６ヵ月放置した場合のいずれの場合においても、輪郭部２２ｂの酸素質量濃度は、中央部２２ａ及び素地部２２ｃの酸素質量濃度よりも大きくなっており、第２金属層２２の露出面において輪郭部２２ｂの酸素質量濃度が最大になっている。なお、大気中に１ヶ月放置した場合における輪郭部２２ｂと素地部２２ｃと中央部２２ａとの各酸素質量濃度は、輪郭部２２ｂの酸素質量濃度＞素地部２２ｃの酸素質量濃度＞中央部２２ａの酸素質量濃度の関係を満たしている。
このように、第２金属層２２の表面の酸素質量濃度は、輪郭部２２ｂで最大になっている。これにより、中央部２２ａと素地部２２ｃとが同程度の色であっても、レーザマークにおける輪郭部２２ｂの色だけを黒く際立たせることができる。
本実施の形態において、輪郭部２２ｂの酸素質量濃度は、３％を超えている。つまり、中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂで構成されたレーザマークを形成する際、ＥＤＸ分析で測定される酸素質量濃度が３％を超えるように輪郭部２２ｂを形成している。これにより、長時間経過して自然酸化した後でも素地部２２ｃ及び中央部２２ａに対する輪郭部２２ｂの色の違い（黒さ）を維持することができる。つまり、長時間経過後においても輪郭部２２ｂの色が濃いままとなるので、レーザマークの視認性を高めることができる。なお、素地部２２ｃの酸素質量濃度は、１．７％程度である。なお、輪郭部２２ｂの酸素質量濃度は、レーザマーク形成直後においても長時間経過後においても３％を超えていてもよい。
また、図１９及び図２０の平面ＳＥＭ像に示すように、本工法によって形成されたレーザマークについては、輪郭部２２ｂがさらに第１領域２２ｂ１と第２領域２２ｂ２とに分けられることが分かる。
輪郭部２２ｂにおける第１領域２２ｂ１は、輪郭部２２ｂの内側の領域である。具体的には、第１領域２２ｂ１は、中央部２２ａに接している。第１領域２２ｂ１は、レーザ照射スポットの外側に形成される繋がりのある凹凸領域である。また、第１領域２２ｂ１の凹凸は、素地部２２ｃの凹凸よりも大きくなっている。したがって、第１領域２２ｂ１の表面粗さは、素地部２２ｃの表面粗さよりも大きい。
なお、第１領域２２ｂ１は、第２金属層２２の厚み方向において、素地部２２ｃよりも高い部分を有する。また、第１領域２２ｂ１は、各レーザ照射スポットの外縁構造物の連結体になっている。具体的には、第１領域２２ｂ１は、ミルク王冠の縁のような形状になっている。
輪郭部２２ｂにおける第２領域２２ｂ２は、輪郭部２２ｂの外側の領域である。具体的には、第２領域２２ｂ２は、第１領域２２ｂ１よりも中央部２２ａから離れた領域である。図１９及び図２０において、第２領域２２ｂ２の幅は、第１領域２２ｂ１の幅よりも大きくなっている。また、第２領域２２ｂ２の凹凸は、第１領域２２ｂ１の凹凸よりも小さくなっている。したがって、第２領域２２ｂ２の表面粗さは、第１領域２２ｂ１の表面粗さよりも小さい。一例として、第２領域２２ｂ２の表面粗さは、素地部２２ｃの表面粗さと同等である。
平面視において、第２領域２２ｂ２の色は、中央部２２ａの色及び／又は素地部２２ｃの色と異なる。具体的には、第２領域２２ｂ２は、中央部２２ａ及び／又は素地部２２ｃに対して酸化の程度が異なっている。この結果、第２領域２２ｂ２は、中央部２２ａ及び／又は素地部２２ｃに対して色が異なっている。なお、素地部２２ｃの酸化の程度と中央部２２ａの酸化の程度とは、同等であってもよいし、異なっていてもよい。
以上、従来工法Ａ、従来工法Ｂ及び本工法の特徴と、従来工法Ａ、従来工法Ｂ及び本工法によって形成されたレーザマークの特徴とをまとめると、以下の表１、表２、表３に示す結果になる。
表１は、従来工法Ａによって形成されたレーザマークの特徴を示しており、表２は、従来工法Ｂによって形成されたレーザマークの特徴を示しており、表３は、本工法によって形成されたレーザマークの特徴を示している。
なお、従来工法Ａの表１及び従来工法Ｂの表２の各々における中央部及び輪郭部は、本工法によって形成されたレーザマークの中央部及び輪郭部に対応する位置での特徴のことであり、従来工法Ａ及び従来工法Ｂによって中央部２２ａ及び輪郭部２２ｂが形成されることを示すものではない。
Figure 0007355970000001
Figure 0007355970000002
Figure 0007355970000003
また、従来工法Ａと本工法とを比べると、レーザマークを形成する金属層の露出面の表面粗さ（つまり素地部の表面粗さ）がレーザマークの視認性に影響を与えることが分かった。この点について、図２１及び図２２を用いて説明する。図２１は、金属層２０Ｘの素地部の表面粗さが小さい場合と大きい場合とにおいて、従来工法Ａによって形成したレーザマーク６１の一例とそのレーザマーク６１の一部を拡大して示す顕微鏡写真である。図２２は、金属層２０の素地部の表面粗さが小さい場合と大きい場合とにおいて、本工法によって形成したレーザマーク６１の一例とそのレーザマーク６１の一部を拡大して示す顕微鏡写真である。
図２１に示すように、従来工法Ａでは、金属層２０Ｘの素地部の粗さがレーザマーク６１の視認性に影響を与えることが分かる。具体的には、従来工法Ａでは、金属層２０Ｘの素地部の粗さが小さくなると、金属層２０Ｘとレーザマーク６１によって生じた粗さが同程度になるため、レーザマーク６１の視認性が悪くなる。
一方、図２２に示すように、本工法の場合、金属層２０の素地部の粗さはレーザマーク６１の視認性に影響を与えないことが分かる。これは、本工法は、輪郭部２２ｂと中央部２２ａ又は素地部２２ｃとの色の違いによってレーザマーク６１の良好な視認性を得るものだからである。つまり、本工法では、素地部２２ｃの粗さによらず、レーザマーク６１の良好な視認性を確保することができる。
次に、本工法によって形成されるレーザマーク６１の好ましいサイズについて、図２３を用いて説明する。図２３は、本工法によってレーザマーク６１を印字する際のレーザ光の１印字ライン及び一文字のサイズを説明するための図である。
図２３に示すように、レーザマーク６１を印字する際、レーザ光をスキャンする。この際、１つのレーザマーク６１における１印字ラインの線幅（Ｗ）は、中央部２２ａの線幅（２ｒ）と輪郭部２２ｂ（片側輪郭部）の線幅（Δｒ）の２倍（×２）との和として表される。つまり、Ｗ＝２×ｒ＋２×Δｒである。
このとき、１つのレーザマーク６１は、既定の矩形領域内に形成される。図２３では、既定の矩形領域内に、レーザマーク６１として、「ｍ」の文字を印字する場合を示している。
このとき、レーザマーク６１の輪郭部２２ｂの線幅が広いと、レーザマーク６１（文字）を構成する線（印字ライン）同士が重なって視認性が低下する。具体的には、レーザマーク６１を示す文字がつぶれて文字として判別しにくくなる。このため、小サイズのレーザマーク６１ほど明瞭に印字することが難しくなるが、本工法で形成されるレーザマーク６１は、中央部２２ａとその両側に備わる輪郭部２２ｂとの組み合わせであるので、中央部２２ａが存在しないレーザマークと比べて、小サイズでも視認性に優位性がある。
ただし、本工法によって小サイズのレーザマーク６１を形成する場合であっても、十分な視認性を確保するには、以下の２点が重要になる。
一つ目は、隣接する印字ラインで輪郭部２２ｂが重ならないことである。例えば、印字するレーザマーク６１の文字類が「ｍ」、「Ｍ」、「Ｅ」、「Ｗ」、「５」、「６」等の場合であっても、文字サイズを示す１つの矩形領域内に最大で３つの印字ラインが並走できればよい。これは、英語アルファベット及び数字では、３つの印字ラインを超えるものがないからである。
二つ目は、輪郭部２２ｂが中央部２２ａによって相対的に侵食され過ぎないこと（つまり中央部２２ａの線幅が太くなり過ぎないこと）、また、逆に、輪郭部２２ｂだけが残らないこと（つまり中央部２２ａの線幅が細くなり過ぎないこと）である。
本発明者らの実験結果によれば、レーザ光によってレーザマーク６１を印字する際の１印字ラインについて、以下の表４に示される結果が得られた。
Figure 0007355970000004
具体的には、表４に示すように、まず、１印字ラインの線幅Ｗ（＝２ｒ＋２Δｒ）は、３８μｍ以上１００μｍ以下であればよい、ということが分かった。この場合、中央部２２ａの線幅（２ｒ）は、１４μｍ以上５０μｍ以下であるとよく、１印字ラインの片側輪郭部の線幅（Δｒ）は、１２μｍ以上２５μｍ以下であるとよい。一例として、１印字ラインの線幅Ｗは５０μｍで、中央部２２ａの線幅は２０μｍで、１印字ラインの片側輪郭部の線幅は１５μｍである。
また、上記の下限条件をもとに検討したところ、小さい文字サイズのレーザマーク６１を印字する場合、その文字サイズ（矩形領域）は、幅寸法及び高さ寸法が１１４μｍ以上３００μｍ以下であるとよいことが分かった。
典型的には、レーザマーク６１の文字サイズ（矩形領域）は、１５０μｍであり、好ましくは、レーザマーク６１の文字サイズは、１５０μｍ以上である。つまり、レーザマーク６１を印字する際の既定の矩形領域の幅寸法及び高さ寸法は、いずれも１５０μｍ以上であるとよい。これにより、レーザマーク６１の視認性を確保することができる。これは、その条件で実現できる１印字ラインの線幅の３倍が、印字可能なレーザマーク６１の文字サイズの下限になるからである。つまり、レーザマーク６１の文字サイズを１５０μｍ以上にすることで、隣接する印字ライン同士が重ならなくなり、レーザマーク６１の視認性の低下を抑制することができる。言い換えると、所定の文字サイズの文字類があって、その文字サイズに収まる（つまり視認できる）レーザマーク６１は、１印字ラインの線幅がその寸法の１／３になるようなレーザ照射条件が限度になるということである。
したがって、レーザマーク６１の１印字ラインの線幅は、当該レーザマーク６１が１つ印字される既定の矩形領域における幅寸法及び高さ寸法のうち小さい方の寸法の１／３未満であるとよい。これにより、小さいサイズのレーザマーク６１であっても、つぶれることなく明瞭なレーザマーク６１を印字することができる。
また、レーザマーク６１の１印字ラインの線幅Ｗが太くなると、ｒ及びΔｒがいずれも太くなるが、本工法で文字類の視認性を確保できることが確認されたレーザ照射条件のうち最も中央部２２ａの線幅が太くなる条件に基づくと、１印字ラインにおける相対的な輪郭部２２ｂだけの線幅（つまり、（１印字ラインの線幅－中央部２２ａの線幅）／１印字ラインの線幅）を０．５以上にすることで、輪郭部２２ｂだけの線幅が過剰に細くなってレーザマーク６１の視認性が低下することを抑制できる。逆に、レーザマーク６１の１印字ラインの線幅Ｗが細くなり過ぎると、中央部２２ａの線幅が細くなってレーザマーク６１の視認性が低下するおそれがある。したがって、本工法で文字類の視認性を確保できることが確認されたレーザ照射条件のうち最も中央部２２ａの線幅が細くなる条件に基づくと、「（１印字ラインの線幅－中央部２２ａの線幅）／１印字ラインの線幅」の上限は０．６３であるとよい。以上より、「（１印字ラインの線幅－中央部２２ａの線幅）／１印字ラインの線幅」は、０．５０以上０．６３以下（典型例としては０．６）であるとよい。
次に、レーザマーク６１における輪郭部２２ｂの黒化を制御することについて、図２４を用いて説明する。図２４は、本工法において、隣り合う２つのレーザ照射スポットが連続して複数重なり合った状態を示している。図２４の左図は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の複数のレーザ照射スポットが重なり合ったときの１個目とｎ個目のレーザ照射スポットを示している（途中は省略している）。また、図２４の右図は、５個（ｎ＝５）のレーザ照射スポットが重なり合ったときの状態を示している。
レーザマーク６１における輪郭部２２ｂの黒味（黒色の濃さ）は、重複するレーザ照射スポットの個数の増減で制御することができる。具体的には、重複するレーザ照射スポットの個数が多いほど、輪郭部２２ｂの黒味が増すことになる。
図２４に示すように、本工法で形成されるレーザマーク６１において、中央部２２ａは、半径ｒの円形のレーザ照射スポットが間隔ｄで連なることで形成され、輪郭部２２ｂは、そのレーザ照射スポットと同心円の半径ｒ＋Δｒの円形から半径ｒの円形を除いた幅Δｒの円環状の領域が連なることで形成される。このとき、平面視において、隣り合う２つのレーザ照射スポット同士は、互いに重なり合う重なり部があり、その重なり部は、半径ｒの円形よりも外側に位置している。
これを満たすには、１個目のレーザ照射スポットとｎ個目のレーザ照射スポットとが、半径ｒの円形よりも外側に重なり部を持てばよいので、半径ｒ、幅Δｒ及び間隔ｄは、幾何学的に以下の関係式が成立すればよい。
ｄ＝２・Δｒ／（ｎ－１）・（２ｒ／Δｒ＋１）１／２
このとき、本発明者らの実験結果によれば、レーザ照射スポットが重複する個数ｎについては、個数ｎの下限（つまり間隔ｄの上限）が７で、個数ｎの上限（つまり間隔ｄの下限）が４５であればよい、ということが分かった。
ｎ＜７になると、レーザ照射スポットの重なり部が不足して輪郭部２２ｂの黒味が薄くなる。具体的には、輪郭部２２ｂの輝度が～０．６５となり、輪郭部２２ｂの輝度と中央部２２ａの輝度とが同程度になった。この結果、輪郭部２２ｂと中央部２２ａとの色及び輝度の差異が不明瞭になり、レーザマーク６１の視認性が低下する。なお、輝度とは、２５６階調のモノクロで撮影した画像データを、黒を０とし白を１として数値化した明るさのことである。各画素ごとに数値があるが、本開示では４０５×４０５μｍの面積にあたる１８０画素の数値を平均したものを指標として用いており、平均輝度という場合もある。また、画像の撮影には１画素が１．５μｍとなる顕微鏡及びカメラを使用した。
一方、ｎ＞４５になると、輪郭部２２ｂの黒味が十分な出来栄えになるものの、重なり合う部分が過剰に連続することになり、レーザ光の物理的加工に影響を及ぼしたり高温化による構造破壊が発生したりするおそれが高まる。
このように、半径ｒ、幅Δｒ及び間隔ｄは、ｄ＝２・Δｒ／（ｎ－１）・（２ｒ／Δｒ＋１）１／２、７≦ｎ≦４５の関係を満たすとよい。これにより、輪郭部２２ｂを黒くすることができるとともに、一定の幅の中央部２２ａを確保し且つ中央部２２ａを白くすることができる。この結果、レーザマーク６１の不明瞭さを軽減することができ、レーザマーク６１の視認性を向上させることができる。
この場合、典型的には、ｎ＝１６であるとよい。これにより、輪郭部２２ｂの適切な黒味（例えば輝度が～０．４２）を維持しつつ、レーザ光の物理的加工に影響を及ぼしたり高温化による構造破壊が発生したりすることを抑制できる。
また、間隔ｄは、１μｍ≦ｄ≦８μｍであるとよい。これにより、輪郭部２２ｂを黒くし中央部２２ａを白くしてレーザマーク６１の視認性を向上させることができるだけでなく、レーザマーキング工程の時間の短縮を図ることができる。また、半径ｒは、７μｍ≦ｒ≦２５μｍであるとよく、幅Δｒは、１２μｍ≦Δｒ≦２５μｍであるとよい。一例として、ｄ＝３μｍ、ｒ＝１０μｍ、Δｒ＝１５μｍ、ｎ＝１６である。この場合、θ＝８１．４°となり、輪郭部２２ｂの輝度は０．４２となる。
また、間隔ｄと半径ｒとは、ｄ＝２・Δｒ／（ｎ－１）・（２ｒ／Δｒ＋１）１／２、７≦ｎ≦４５の関係を満たすとともに、上記のように、ｄ＝２ｒ・ｃｏｓθ、６６°≦θ≦８７°の関係も満たすとよい。
このとき、半径ｒは、上記のように、７μｍ≦ｒ≦２５μｍであるとよいので、間隔ｄと半径ｒとの好ましい範囲は、図２５の網掛け部分の範囲になる。例えば、半径ｒ＝１０μｍの場合、図２５に示すように、間隔ｄの好ましい範囲は、約１μｍ以上約８μｍ以下である。なお、半径ｒとΔｒとは、上記のように、レーザ光の照射強度及び焦点距離等を調整することで制御することができる。
また、間隔ｄ［μｍ］は、上記のように、レーザ光の周波数［ｋＨｚ］とレーザ光のスキャンスピード［ｍｍ／ｓ］とを適宜設定することによって制御することができる。ここで、レーザ光の周波数をａ［ｋＨｚ］とし、レーザ光のスキャンスピードをｂ［ｍｍ／ｓｅｃ］とすると、間隔ｄ［μｍ］は、ｄ＝ｂ／ａとなる。
図２６は、間隔ｄとレーザ光の周波数ａとレーザ光のスキャンスピードｂとの関係を示している。
スキャンスピードは、レーザ光を照射するレーザ照射機が移動する速さ又はレーザ光が照射される側の半導体装置１が移動する速さである。スキャンスピードが遅くなると、レーザマーキング工程に時間を要することになる。例えば、スキャンスピードが１００［ｍｍ／ｓｅｃ］未満になると、レーザマーキング工程の能率が低下する。
周波数は、パルスレーザによってレーザ光を照射する際の１秒あたりのレーザ光の照射回数である。周波数が高くなればなるほど、レーザ光の１ショット（照射）あたりの照射強度が低下するため、レーザ光によって中央部２２ａに対応する金属層を薄く削り取る加工が難しくなるとともに、金属層を酸化して輪郭部２２ｂ（酸化領域）を形成することが難しくなる。例えば、１３０［ｋＨｚ］～１５０［ｋＨｚ］の高い周波数でレーザ光を照射してレーザマーク６１を形成すると、レーザマーク６１の視認性が悪くなる。
以上より、本工法において、レーザ光をパルス照射してレーザマーク６１を形成する際のスキャンスピード及び周波数の所定の条件としては、ａ≦１３０［ｋＨｚ］、ｂ≧１００［ｍｍ／ｓ］、１．０≦ｂ／ａ≦８．０、であるとよい。これにより、輪郭部２２ｂを黒くし中央部２２ａを白くしてレーザマーク６１の視認性を一層向上させることができるとともに、レーザマーキング工程の時間の短縮を一層図ることができる。
なお、本工法において、レーザマーク６１の輪郭部２２ｂを形成する際に重要となる要素は間隔ｄであるが、間隔ｄが同じであっても、周波数が低ければ低いほど、１つのレーザ照射スポットあたりの白黒の明瞭性がはっきりするので、レーザマーク６１の視認性は向上する。つまり、図２６において、同じｄの直線上の条件であっても、好ましい条件は、周波数が低くなる方向（左上に近づく方向）の条件になる。
以上説明したように、本実施の形態に係るレーザマーキング方法は、金属層２０（具体的には第２金属層２２）の露出面にレーザマーク６１を形成する方法であって、所定の条件で金属層２０（具体的には第２金属層２２）の露出面に連続してレーザ光をパルス照射することで、（ｉ）金属層２０の露出面におけるレーザ光の照射の影響を受けない素地部２２ｃに比べてレーザマーク６１の輪郭を成す輪郭部２２ｂの酸化の程度を高める第１作用と、（ｉｉ）金属層２０の露出面における素地部２２ｃに比べてレーザマーク６１における輪郭部２２ｂの内側に位置する中央部２２ａの酸化の程度を低める第２作用とを並行して生じさせて、輪郭部２２ｂと中央部２２ａとを含むレーザマーク６１を形成している。
これにより、高融点の金属材料で構成されていたり厚さが厚くなったりしてレーザ光で削りにくい金属層２０であったとしても、輪郭部２２ｂの色を素地部２２ｃの色又は中央部２２ａと異ならせることができるので、認識可能なレーザマーク６１を金属層２０に形成することができる。しかも、本実施の形態に係るレーザマーキング方法によれば、中央部２２ａと輪郭部２２ｂとを一度のレーザ光の照射によって同時に並行して形成することができるので、レーザマーキング工程の時間を短縮することができる。
また、本実施の形態に係る半導体装置１は、フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置であって、半導体基板１１と、半導体基板１１に形成され、外部に露出する金属層２０とを有し、金属層２０の露出面には、中央部２２ａと輪郭部２２ｂとを含む１つ以上のレーザマーク６１が形成されている。そして、金属層２０の露出面を平面視したとき、輪郭部２２ｂの色は、素地部２２ｃの色又は中央部２２ａの色と異なっている。
この構成により、レーザ光で削りにくい金属層２０であっても、認識可能なレーザマーク６１を金属層２０に形成することができる。
（変形例）
以上、本開示に係る半導体装置及びレーザマーキング方法等について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態において、半導体装置１の金属層２０に形成されたコード６０は、一つ一つが互いに分離されたレーザマーク６１の組み合わせであったが、これに限らない。例えば、コード６０は、複数のレーザマーク６１が互いに接触するように組み合わされていてもよい。一例として、コード６０は、複数の図形のレーザマーク６１の組み合わせからなる二次元バーコードであってもよい。
また、上記実施の形態において、レーザマーク６１が形成される半導体装置１の露出面は、第２金属層２２の下面（裏面）であったが、これに限らない。例えば、レーザマーク６１は、第２金属層２２の側面又は第１金属層２１の側面であってもよいし、第１ゲートパッド５４ａ、第１ソースパッド５６ａ、第２ゲートパッド５４ｂ又は第２ソースパッド５６ｂの露出面であってもよい。つまり、金属材料で構成された外部に露出する金属部材の露出面であれば、その金属部材の露出面にレーザマーク６１を形成することができる。
また、上記実施の形態において、半導体装置１は、２つの縦型ＭＯＳトランジスタが形成されたＤｕａｌタイプの半導体デバイスであったが、これに限らない。例えば、半導体装置１は、１つの縦型ＭＯＳトランジスタが形成されたＳｉｎｇｌｅタイプの半導体デバイスであってもよい。
また、上記実施の形態において、半導体装置１のトランジスタは、縦型ＭＯＳトランジスタであったが、これに限らない。例えば、半導体装置１のトランジスタは、横型（プレーナ型）ＭＯＳトランジスタであってもよい。また、半導体装置１のトランジスタは、ＦＥＴに限るものではないし、半導体装置１そのものもトランジスタを有するものに限らない。半導体装置１は、レーザマーク６１が形成される金属部材を有していればよい。
その他、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
本開示の技術は、レーザマークが印字された半導体装置等の種々のデバイスに有用である。
１ 半導体装置
１０ 半導体層
１１ 半導体基板
１２ 低濃度不純物層
１２ａ 第１ボディ領域
１２ｂ 第２ボディ領域
２０ 金属層
２１ 第１金属層
２２ 第２金属層
２２ａ 中央部
２２ｂ 輪郭部（片側輪郭部）
２２ｂ１ 第１領域
２２ｂ２ 第２領域
２２ｃ 素地部
３０ 酸化膜
４０ 保護層
５０ａ 第１縦型ＭＯＳトランジスタ
５１ａ 第１ゲート電極
５２ａ 第１ゲート絶縁膜
５３ａ 第１ソース電極
５４ａ 第１ゲートパッド
５５ａ 第１ソース領域
５６ａ 第１ソースパッド
５０ｂ 第２縦型ＭＯＳトランジスタ
５１ｂ 第２ゲート電極
５２ｂ 第２ゲート絶縁膜
５３ｂ 第２ソース電極
５４ｂ 第２ゲートパッド
５５ｂ 第２ソース領域
５６ｂ 第２ソースパッド
６０ コード
６１ レーザマーク

Claims (13)

  1. フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板に形成され、外部に露出する金属層とを有し、
    前記金属層の露出面には、１つ以上のマークが形成されており、
    前記マークは、前記マークの輪郭を成す輪郭部と、前記輪郭部の内側に位置する中央部と、を含み、
    前記輪郭部における前記金属層の表面の酸素含有量は、前記中央部における前記金属層の表面の酸素含有量よりも大きく、
    前記金属層の主成分は、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、クロム、又は、銅のいずれかであり、
    前記金属層の厚さは、２μｍ以上である、
    半導体装置。
  2. フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板に形成され、外部に露出する金属層とを有し、
    前記金属層の露出面には、１つ以上のマークが形成されており、
    前記マークは、前記マークの輪郭を成す輪郭部と、前記輪郭部の内側に位置する中央部と、を含み、
    前記輪郭部における前記金属層の表面の光吸収係数は、前記中央部における前記金属層の表面の光吸収係数と異なり、
    前記金属層の主成分は、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、クロム、又は、銅のいずれかであり、
    前記金属層の厚さは、２μｍ以上である、
    半導体装置。
  3. 前記金属層の表面の酸素含有量は、前記輪郭部で最大となる、
    請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 前記輪郭部における前記金属層の表面の酸素含有量をＡとし、前記金属層の露出面における前記マークが形成されていない部分である素地部における前記金属層の表面の酸素含有量をＢとし、前記中央部における前記金属層の表面の酸素含有量をＣとすると、
    Ａ＞Ｂ≧Ｃの関係を満たす、
    請求項１又は２に記載の半導体装置。
  5. 前記輪郭部における前記金属層の表面の組成は、前記金属層の露出面における前記マークが形成されていない部分である素地部における前記金属層の表面の組成又は前記中央部における前記金属層の表面の組成と異なる、
    請求項１又は２に記載の半導体装置。
  6. 前記マークの１印字ラインの線幅は、当該マークが１つ印字される既定の矩形領域における幅寸法及び高さ寸法のうち小さい方の寸法の１／３未満である、
    請求項１又は２に記載の半導体装置。
  7. 前記中央部は、半径ｒの円形のレーザ照射スポットが間隔ｄで連なることで形成され、
    前記半径ｒと前記間隔ｄとは、ｄ＝２ｒ・ｃｏｓθ，６６°≦θ≦８７°の関係を満たす、
    請求項１又は２に記載の半導体装置。
  8. 前記中央部は、半径ｒの円形のレーザ照射スポットが間隔ｄで連なることで形成され、
    前記輪郭部は、前記レーザ照射スポットと同心円の半径ｒ＋Δｒの円形から半径ｒの円形を除いた幅Δｒの円環状の領域が連なることで形成され、
    前記半径ｒ、前記幅Δｒ及び前記間隔ｄは、ｄ＝２・Δｒ／（ｎ－１）・（２ｒ／Δｒ＋１）１／２、７≦ｎ≦４５の関係を満たす、
    請求項１又は２に記載の半導体装置。
  9. 前記間隔ｄは、１μｍ≦ｄ≦８μｍである、
    請求項７に記載の半導体装置。
  10. ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、クロム、又は、銅のいずれかを主成分とする厚さが２μｍ以上の金属層の露出面にマークを形成するレーザマーキング方法であって、
    所定の条件で前記金属層の露出面に連続してレーザ光をパルス照射することで、（ｉ）前記金属層の露出面における前記レーザ光の照射の影響を受けない素地部に比べて前記マークの輪郭を成す輪郭部の酸化の程度を高める第１作用と、（ｉｉ）前記金属層の露出面における前記素地部に比べて前記マークにおける前記輪郭部の内側に位置する中央部の酸化の程度を低める第２作用とを並行して生じさせて、前記輪郭部と前記中央部とを含む前記マークを形成する、
    レーザマーキング方法。
  11. 前記輪郭部は、前記金属層の露出面における前記レーザ光のレーザ照射スポットの周辺領域における前記第１作用による酸化領域を複数回重ねることで形成される、
    請求項１０に記載のレーザマーキング方法。
  12. 前記輪郭部を、ＥＤＸ分析で測定される酸素質量濃度が３％を超えるように形成する、
    請求項１０に記載のレーザマーキング方法。
  13. 前記レーザ光の周波数をａ［ｋＨｚ］とし、前記レーザ光のスキャンスピードをｂ［ｍｍ／ｓｅｃ］とすると、
    前記所定の条件は、ａ≦１３０ｋＨｚ、ｂ≧１００ｍｍ／ｓ、１．０≦ｂ／ａ≦８．０、である、
    請求項１０に記載のレーザマーキング方法。
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