JPH10211593A - 加工物への刻印方法 - Google Patents

加工物への刻印方法

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JPH10211593A
JPH10211593A JP9015020A JP1502097A JPH10211593A JP H10211593 A JPH10211593 A JP H10211593A JP 9015020 A JP9015020 A JP 9015020A JP 1502097 A JP1502097 A JP 1502097A JP H10211593 A JPH10211593 A JP H10211593A
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JP
Japan
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laser beam
pattern
liquid crystal
mask
pulse laser
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Pending
Application number
JP9015020A
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English (en)
Inventor
Koji Kuwabara
皓二 桑原
Hiroharu Sasaki
弘治 佐々木
Toshimitsu Yoshikawa
利満 吉川
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】照射エネルギーが弱いレーザビームをSiウエ
ハ8に照射すると、塵埃を生じたり、パターンを鮮明に
刻印できなかったりする恐れがある。 【解決手段】本発明では、パルスレーザビーム2AをS
iウエハ8のパターン9Aに照射する照射温度より低い
温度でパターン9Aとその周囲の背景部9Bを溶融しな
い程度に加熱する。 【効果】この結果、Siウエハ8のパターン9Aにレー
ザビーム2Aを照射時の熱は、背景部9Bに拡散しにく
くなり、刻印時の溶融温度が高くなり、塵埃を防止する
と共に、Siウエハにパターンを鮮明に刻印できるよう
になった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコン(以後Si
と記載する)ウエハあるいはシリコンチップへの刻印に
あたり、パターンとその周辺部の背景部への加熱方法に
係る加工物への刻印方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザビームによってSiウエハ表面に
文字あるいは数字を刻印する方法は、公知である。公知
の方法には、1)Siウエハ表面の刻印すべき箇所にレ
ーザビームを移動しながら照射し、照射部のSiを溶融
し、蒸発させて連続した凹状の痕跡を形成する方法と、
特公平1−41245号公報にみられるように、レーザビーム
の照射部に円形の凹みを形成する方法がある。Siウエ
ハへの刻印においては、1)刻印作業によって塵埃を発
生しないこと、2)視認性に優れること、特に光学系読
み取り装置により簡単に読み取れること、が求められ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この要求は相
反したものとなっており、両方を同時に満足させること
は難しい。即ち、鮮明な刻印を得るには、レーザ発振器
から出射されたレーザビームの照射エネルギーを増し、
加工物の刻印個所が溶融し易くする必要があるが、これ
により、塵埃が発生し易くなり、レーザ発振器の出力の
増大を伴う。
【0004】本発明の目的は、レーザビームを照射時の
溶融部材の蒸発による塵埃の発生を抑制しつつ、視認性
に優れた加工物への刻印方法を提供することにある。
【0005】本発明の他の目的は、小出力のパルスレー
ザ発振器を使用して鮮明な刻印を得ることができる刻印
方法を使用した液晶マーキング装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の加工物への刻印
方法は、パターンマスクを透過したパルスレーザビーム
を被加工物表面に照射してパターン刻印を得る方法にお
いて、パルスレーザビームの照射によるパターン刻印部
の到達温度より低い温度にパターン刻印部周辺の背景部
を加熱することにある。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明者らの実験によれば、Si
ウエハ表面はパルスレーザビームの照射によって瞬時に
溶融状態となるが、レーザ照射の終了と共に再結晶化が
始まり、この際に概略高さ1μm以下の多数の突起が形
成される現象が観測された。そして、この現象の発生に
はパルスレーザビームの強度分布,照射エネルギー密
度,パルス幅が重要な因子であることも分かった。即
ち、均一な強度分布を有するパルスレーザビームを照射
して、照射面を溶融状態に維持する(蒸発させない)こ
とにより、塵埃の発生を抑えつつ、微小な高さの多数の
突起の形成が可能となる。
【0008】そして、文字あるいはパターンの形成にあ
たっては、刻印部の周辺の背景部にウエハ加熱用のパル
スレーザビームを照射して、刻印部に注入されたエネル
ギーが周辺に拡散するのを抑制すれば、鮮明な輪郭を持
つ文字或いはパターンが実現できることが分かった。
【0009】この現象を利用してSiウエハ表面に形成
された文字あるいはパターンは、上述のように多数の微
小な突起による光の乱反射により、視認性に優れた鮮明
な刻印となる。このような、現象に基づくマーキング方
法は従来知られていなかった。
【0010】以下、本発明の具体的な実施例を図1〜図
4により説明する。図1は液晶レーザマーキング装置の
概略図である。
【0011】図1において、制御装置10からはNd:
YAGレーザ発振器1(以後、パルスレーザ発振器と称
す)へのレーザ光発振指令と液晶マスクコントローラ1
1によりパターン表示信号が送られる。パルスレーザ発
振器1からはほぼ均一な強度分布を有する直線偏光のレ
ーザビーム2を出射する。レーザビーム2は拡大光学系
3を経て液晶マスク4に入射する。液晶マスク4の詳細
は図2に示すように構成されている。
【0012】図2はマトリクス方式により液晶マスク4
を駆動する方法を示すものである。マトリクス方式で
は、走査電極と信号電極が交差するように配置され、そ
れぞれ走査電極駆動用IC18,信号電極用IC19に
接続される。そして、両電極の交差するドット20,2
1毎に表示パターンに対応した電圧が印加される。尚、
図2ではパターン4Aとして文字の「H」が表示してお
り、斜線を施した部分に電圧が印加されている。背景部
4Bに相当する個所のドットに電圧が印加されている
が、この表示方法はノーマリーオープンモードによる表
示と呼ばれている。液晶マスク4を透過したレーザビー
ム2′は、ビームスプリッタ6により分離された後、結
像レンズ7によりSiウエハ8上に照射されパターン9
Aが刻印される。
【0013】図3はノーマリーオープンモードで表示さ
れた液晶マスク4の電気光学特性図の一例を示すもの
で、横軸は駆動電圧、縦軸はレーザビーム透過率で、液
晶マスク4に照射されるレーザビームの内、Siウエハ
8上に照射されるレーザビーム2の割合を示す。液晶マ
スク4としてはツイストネマテイック型液晶を使用し
た。駆動電圧V1とした時の刻印部の透過率T1と背景
部の透過率T2の比は、コントラスト(K)と呼ばれ、
K=T1/T2であり、液晶マスクでは有限の値とな
る。つまり、刻印用パターン形成手段として液晶マスク
を使用したマーカでは、背景部にもレーザビームが照射
されることになるが、この点が金属マスクを用いたマー
カと根本的に異なっている。即ち、金属マスクでは背景
部の透過率は0であり、K=∞である。
【0014】そして、本発明者等の実験によれば、Si
ウエハ8への刻印において鮮明な刻印が実現できるコン
トラストの範囲は1.5<K<10 であることが分かっ
た。このことは、図3において駆動電圧V1,V2に対
するコントラスト(K)がそれぞれT1/T2=1.5
,t1/t2=10とすると、刻印時には駆動電圧を
V1〜V2の間で制御すれば良いことになる。即ち、S
iウエハ8への刻印においては、刻印部へのレーザ照射
に加えて背景部9Bへのレーザ照射(加熱用エネルギー
の注入)が重要であることがわかった。
【0015】これは図4に示すように、背景部9Bの加
熱により、パターン9Aの刻印部に注入されたエネルギ
ーの周辺部への拡散が抑制されるため、パターン9Aの
刻印部の均一な温度上昇が実現される結果、刻印部全面
に亘って図5の微小突起14〜16(後述する)が形成
されるものと推定された。なお、K<1.5 では、刻印
部と背景部の区別不能となり、10<Kでは刻印部の温
度上昇は不均一なものとなり、均一な微小突起の形成が
不可能になるため、鮮明な刻印を実現できない。ところ
で、ICチップのようにプラスチック樹脂でモールドさ
れた電子部品の刻印ではSiウエハと比較して、熱伝導
率が極端に低いので、コントラストが高くなければ、鮮
明な刻印が得られず、通常は6〜7<Kとなるように駆
動電圧が選定される。
【0016】本発明の刻印方法においては、発振器から
の出射レーザビームの強度分布の均一性は重要で、液晶
マスク面上で±5%程度の均一性が要求され、レーザ発
振器としてはスラブレーザが適している。この点におい
て、従来よりSiウエハ表面への刻印に使用されている
基本モードあるいは低次モードの発振器は使用できな
い。
【0017】図5はSiウエハ8上に形成された刻印の
拡大模式図を示すもので、レーザビームが照射された刻
印部には多数の微小突起14〜16が形成されている。
顕微鏡での観察によると、突起は円形あるいは帯状を呈
しており、概略高さ1μm以下で直径は0.5〜1.0μ
m、相互の間隔はおよそ1.5〜2.5μm、密度は1.
6〜4.5×107 個のオーダであった。このように刻
印部の微小突起は非常に緻密に分布しており、光が乱反
射されるので、背景部とは容易に識別可能となる。この
場合パルスレーザビームの照射条件は、照射エネルギー
密度=40J/cm2,パルス幅=0.15msで、Siウ
エハは結晶方位(100)の研磨品を使用した。また照射
エネルギー密度の下限はパルス幅によって異なるが、パ
ルス幅=0.05msの時20J/cm2、パルス幅0.1
5msの時30J/cm2、パルス幅0.4msの時35J
/cm2、であり、この値以下では表面に溶融が起こらな
いので、微小突起が形成されない。多数の微小突起14
〜16に光が照射されると、光の乱反射により、パター
ン9Aは視認性に優れた鮮明な刻印となる。
【0018】一方、パルス幅=0.05msの時30J
/cm2 、パルス幅0.15msの時48J/cm2 、パル
ス幅0.4ms の時50J/cm2 、を越えるエネルギー
密度では表面で部分的に蒸発が起きるため塵埃が発生
し、刻印不良となる。なお、表面にSiO2 膜が形成さ
れたSiウエハの場合には、レーザビーム照射部には微
小突起ではなくて、概略高さ1μm程度の山脈状の皺が
多数本観測され、照射エネルギー密度の下限は上記値よ
り20%程度低くなる。
【0019】次に、本発明の別の実施例を図6及び図7
により説明する。
【0020】図6は図1の実施例において加工物として
Siウエハ8の保持方法を変更したもので、真空容器2
2(真空排気装置は省略した)内にSiウエハを垂直に
保持した状態でレーザビーム5が照射される。この構成
によれば、レーザビーム5照射時にわずかに発生する1
μm以下の塵埃がSiウエハ表面に付着するのを防止で
きる。それはSiウエハにレーザビーム5を照射下時に
生じる塵埃は真空容器内面に飛び散るからである。23
はガラス製の透過窓、24は反射鏡である。
【0021】図7はパターン形成用マスクとして金属マ
スク29を使用している。上述したように金属マスクの
場合コントラストK=∞であり、レーザビーム照射時に
背景部へのエネルギー注入は0である。それで、本実施
例では、金属マスク29のパターン穴を通過したパター
ンを有するレーザビーム28は、反射鏡30で反射され
Siウエハを照射する。Siウエハ8は加熱用ヒータ2
6により、Siウエハ8を予熱した状態でレーザビーム
28を照射するよう構成して、パターンの刻印部に注入
されたエネルギーの背景部への拡散を抑制して、パター
ン溶融時間を速くすると共に、均一な微小突起の形成を
確保するようにした。
【0022】又、半導体製造工程においてSiウエハの
加熱工程が含まれる場合には、その工程内で刻印作業を
実施することにより、単独での予熱作業を省略できる。
Nd:YAGレーザビームの波長1.064nm はガラ
ス窓を損失無く通過できるので、加熱炉外からのレーザ
ビーム照射も可能である。尚、金属マスク使用時にはレ
ーザ発振器27からのレーザビーム28は直線偏光でな
くても良い。金属マスク以外の液晶マスクを使用して
も、この液晶マスクが上述の液晶マスクと異なり、パタ
ーン以外の背景部が加熱されない場合には、加工物を加
熱用ヒータ26で暖めても良い。又レーザビーム照射時
の発生熱が背景部に拡散しない程度に周囲温度を高くし
ても良い。
【0023】なお、実施例としてSiウエハに刻印する
場合を説明したがSiチップ(配線パターンが形成され
たもの)等の電子部品への刻印にも本発明は適用でき
る。
【0024】
【発明の効果】本発明では、パターンの周囲の背景部を
溶融しない程度に加熱した状態でパルスレーザビームを
加工物のパターンに照射するので、加工物のパターン刻
印部に注入されたエネルギーが背景部に拡散するのを抑
制して、少ないレーザエネルギーで鮮明な刻印を実現す
る。又レーザビームを照射時の溶融部材の蒸発による塵
埃の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この図は本発明の実施例として示した液晶レー
ザマーキング装置の概略説明図である。
【図2】図1に使用した液晶マスクの概略図である。
【図3】図1及び図2の液晶マスクの電気光学特性を示
す説明図である。
【図4】図1及び図3の加工物の温度特性を示す特性図
である。
【図5】図1に使用したSiウエハの平面図である。
【図6】本発明の他の実施例である液晶レーザマーキン
グ装置の概略説明図である。
【図7】本発明の他の実施例であるレーザマーキング装
置の概略説明図である。
【符号の説明】
1…パルスレーザ発振器、4…液晶マスク、8…Siウ
エハ、9A…パターン、9B…背景部、14〜16…微
小突起、26…加熱用ヒータ、29…金属マスク。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パターンマスクを透過したパルスレーザビ
    ームを照射して加工物表面にパターン刻印部を得る方法
    において、前記パターン刻印部周囲の背景部を、パルス
    レーザビームが前記パターン刻印部を照射する時の到達
    温度より低い温度に加熱することを特徴とする加工物へ
    の刻印方法。
  2. 【請求項2】パターンを有する液晶マスクを透過したパ
    ルスレーザビームをシリコン,ゲルマニュウム,ガリュ
    ームひ素等の半導体ウエハあるいは、これら半導体から
    成る電子部品表面に照射し所望のパターンを刻印する方
    法において、前記液晶マスクのコントラストをKとする
    時、1.5<K<10となるように液晶マスクの駆動電
    圧を選定することを特徴とする加工物への刻印方法。
  3. 【請求項3】前記加工物又は半導体ウエハ又は電子部品
    を予熱することを特徴とする請求項1または2記載の加
    工物への刻印方法。
  4. 【請求項4】パルスレーザビームのパルス幅を0.05
    ms〜0.4msに選定した時に加工物上のパルスレー
    ザビームのエネルギー密度を20〜50J/cm2 に選定
    したことを特徴とする請求項1,2,3のいずれか1項
    記載の加工物への刻印方法。
  5. 【請求項5】パターンを有する液晶マスクを透過したパ
    ルスレーザビームをシリコン,ゲルマニュウム,ガリュ
    ームひ素等の半導体ウエハ又はこれら半導体から成る電
    子部品表面に照射し所望のパターンを刻印する方法にお
    いて、前記液晶マスクのコントラストKとする時、1.
    5<K<10となるように液晶マスクの電極に駆動電圧
    を印加すると共に、パルスレーザビームのパルス幅を
    0.05ms〜0.4msの範囲に選定し、パルスレーザ
    ビームのエネルギー密度を20〜50J/cm2 の範囲で
    半導体ウエハあるいはこれら半導体から成る電子部品に
    照射して、複数の突起部を形成したパターン刻印部を得
    ることを特徴とする加工物への刻印方法。
JP9015020A 1997-01-29 1997-01-29 加工物への刻印方法 Pending JPH10211593A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100431767C (zh) * 2005-08-31 2008-11-12 江苏大学 一种基于液晶掩模技术的激光表面冲击加工的方法和装置
CN102500923A (zh) * 2011-09-21 2012-06-20 长春理工大学 基于飞秒激光在硅表面制备功能微纳米材料的制备装置和方法
CN102699537A (zh) * 2012-05-18 2012-10-03 杭州士兰明芯科技有限公司 激光剥离led衬底的系统及方法
JP2015074562A (ja) * 2013-10-04 2015-04-20 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP2017087296A (ja) * 2011-09-27 2017-05-25 ハンゼン,ベルント 構造を生成するための方法および方法により生産される製品

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