JPH11156563A - Laser beam micro marking device and marking method - Google Patents

Laser beam micro marking device and marking method

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Publication number
JPH11156563A
JPH11156563A JP9323080A JP32308097A JPH11156563A JP H11156563 A JPH11156563 A JP H11156563A JP 9323080 A JP9323080 A JP 9323080A JP 32308097 A JP32308097 A JP 32308097A JP H11156563 A JPH11156563 A JP H11156563A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dot
liquid crystal
laser beam
marking
crystal mask
Prior art date
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Pending
Application number
JP9323080A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Teiichiro Chiba
貞一郎 千葉
Akira Mori
彰 森
Takasuke Komura
隆輔 小村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP9323080A priority Critical patent/JPH11156563A/en
Publication of JPH11156563A publication Critical patent/JPH11156563A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dot marking device and a marking method therefor which enables to obtain a down mark shape which is minute but excellent in its visibility and correctly forms such a minute dot. SOLUTION: This device is equipped with a laser oscillator (10), a beam homonizer (20) to smoothen an energy distribution of a laser beam irradiated from the laser oscillator (10), a liquid crystal mask (30) to make the laser beam into a transmittal/non-transmittal status by a control driving of the laser beam compliance with a displayed pattern, a beam profile changing means (40) to transform an energy density distribution of the laser beam into a given distribution shape form corresponding to one dot of the liquid crystal mask (30), and a lens unit (50) to form an image of a beam transmitted through the crystal mark (30) onto a semi-conductor wafer surface by a dot unit. The maximum length of one liquid crystal mask dot is 50-2,000 μm and the maximum length of one dot by the lens unit is 1-10 μm. A peripheral wall of a hole opening of the dot mark formed by the device is cut in a sharply slanted shape like, for example, a barnacle shape and a difference of contrast between inside and outside of the hole is made extremely large.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の技術分野】本発明は半導体ウェハ表面の規格
位置、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のリード部などの被マーキング物品の表面にマー
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
ドットマークのドット形状を微小化するとともに、その
光学的な視認性を向上させたドットマーキング装置と同
マーキング方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a standard position on a semiconductor wafer surface, a glass substrate such as a liquid crystal substrate, an electrode (pad) such as a bare chip, an IC surface, various ceramic products, and an article to be marked such as a lead portion of an IC. The present invention relates to a dot marking device and a marking method for minimizing the dot shape of a dot mark for product management or various security markings on the surface of the device and improving the optical visibility thereof.

【0002】[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キン
グがドット表示される。しかして、半導体の製造工程数
は100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。
2. Description of the Related Art For example, in a semiconductor manufacturing process, it is necessary to set various and strict manufacturing conditions for each process. Alternatively, a marking made of a bar code or the like is displayed as dots. Thus, the number of semiconductor manufacturing steps is over 100, and many element forming processes and flattening processes are performed in each process. These treatments include, for example, resist coating, flattening of various patterns such as an insulating film and a metal film to fill gaps generated by copper wiring and the like, or to reduce and project a pattern onto the resist and develop the resist. is there.

【0003】一方、上記ドットによるマーキングは、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なされる。しか
も、こ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
にも限界があり、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。
[0003] On the other hand, the marking by dots is usually performed by irradiating a continuous pulse laser beam to a partial surface of a semiconductor wafer via an optical system. In addition, this marking is not limited to one time, and in order to know the history characteristics of each manufacturing process, the minimum necessary history data is often marked in each manufacturing process. However, since marking on a semiconductor wafer is limited to an extremely narrow area, the size and number of dots to be marked are also limited, and the marking area, dot size, and number of dots are defined by SEMI standards and the like. ing.

【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レーザのレーザ光の照射による反
射率の変化、或いは通常のレーザ光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深さ
が少ない場合に、上述の成膜によりドットが埋められて
しまうためであり、そのためドットの深さをある程度深
くする必要がある。
[0004] A semiconductor wafer on which dot marking has been performed, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-299216, changes in reflectivity due to irradiation of a laser beam of a He-Ne laser, or heat waves of a normal laser beam. Is read as a change in the vibration, and various manufacturing conditions in subsequent manufacturing steps are set based on the read information. Therefore, when the above-mentioned reading is not accurately performed and the information is read as erroneous information, all of them are defective unless accidental. Most of the causes of the reading failure are based on unclear marks due to dot marking. One cause of this blur is that when the depth of the dots forming the mark is small, the dots are buried by the above-described film formation. Therefore, it is necessary to increase the depth of the dots to some extent. .

【0005】そこで、所要のドット深さを得ようとし
て、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。
Therefore, in order to obtain a required dot depth, a portion of the semiconductor wafer is usually melted and removed in a spot shape by one irradiation of a high-energy laser beam to form dots. The molten material that has been melted and removed is highly deposited or scattered around the dot, and the scattered material adheres to the peripheral portion of the dot, making it impossible to form an element, which greatly affects the quality. Furthermore, in the case of dot marking with a YAG laser, the laser output is likely to fluctuate due to the special characteristics of the YAG laser or the Q switch operation thereof, causing variations in dot depth and size.

【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光
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、ドットの孔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1KHZ 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2〜5KHZ 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。
In order to solve this problem, for example, JP-A-59-84515 and JP-A-2-205281 disclose a method in which a pulsed laser beam having relatively small energy is applied to the same point repeatedly. . In the former, when forming one dot, the dot diameter is reduced sequentially for each pulse, and the same point is irradiated several times repeatedly to form a deep dot while sequentially reducing the hole diameter of the dot. and, in the latter, the laser pulse irradiation of the first and frequencies below 1 kH Z, the frequency of the subsequently irradiated laser pulse as a high repetition frequency 2~5KH Z, 0.5~1.0μm Or 1.0-
Dots having a depth of 1.5 μm are formed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかして、上記ドット
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上述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
なレーザ光を照射する場合に、そのエネルギー密度は一
般にガウシアン分布であるため、全体としては滑らかな
曲面となってしまい、上述の如き読み取り手段では周辺
との差を判断しがたい場合が生じる。
However, the unclear reading of the dots (hereinafter referred to as "visibility").
It is certain that one of the causes is the above-mentioned depth, but even if the depth of the dot is deep, if the diameter of the opening is large, for example, it is difficult to obtain the required depth. When irradiating a sufficient laser beam, the energy density is generally a Gaussian distribution, so that the surface becomes a smooth curved surface as a whole, and there is a case where it is difficult for the reading means as described above to determine the difference from the surroundings. .

【0008】一方、上記特開平2−205281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。
On the other hand, JP-A-2-205281 discloses a dot depth of 0.5 to 1.0 μm as described above.
Alternatively, it is specifically described that the diameter is 1.0 to 1.5 μm, but there is no description about the diameter, and the dot shape is merely introduced as a Gaussian shape.

【0009】また、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回のレーザ光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3〜4μm
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。
According to the disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. S59-84515, the opening diameter of the first dot is 100 to 100.
Since the depth is 200 μm and the depth is 1 μm or less, specifically, four laser light irradiations are described, the dot depth in this case is 3 to 4 μm at most.
It is. Further, from the drawings in the publication, the dot shape formed at one time is also close to the Gaussian shape.

【0010】従って、これらの公報に開示されたマーキ
ング方法によれば、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、従って、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格別
の開示がなされていないことから、従来の寸法を変更す
るものではなく、従って現時点における、例えばSEM
I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。
[0010] Therefore, according to the marking method disclosed in these publications, it is considered that a dot having a required dot depth and a certain uniform size is formed, but the formed dot shape is a conventional dot shape. It must be said that the shape is close to the shape, and thus the visibility is still lacking in certainty. Also, regarding the size (diameter) of the formed dots, since no particular disclosure has been made regarding miniaturization, the conventional size is not changed.
It merely follows the values specified by the I standard, and a substantial increase in the number of dots and the dot formation area cannot be expected substantially.

【0011】本発明は、かかる従来の課題を解消すべく
なされたものであり、その具体的な目的は、微小である
にも関わらず視認性に優れたドット形成を可能にする被
マーキング物品に対するドットマーキング装置とその方
法を提供することにある。
The present invention has been made to solve such a conventional problem, and a specific object of the present invention is to provide an article to be marked which enables formation of dots having excellent visibility even though they are minute. An object of the present invention is to provide a dot marking device and a method thereof.

【0012】[0012]

【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1〜19に記載された各発明により達成され
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状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状にあり、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。
The above objects are achieved by the inventions set forth in claims 1 to 19 of the present application. The present inventors have conducted a detailed study and analysis of this kind of conventional dot marking apparatus, method and formed dot shape anew, and the factors that ensure visibility despite being minute are mainly dot It has been found that it is impossible to achieve the ideal shape by using the conventional marking device and method.

【0013】すなわち、例えば図18に示し、上記特開
平2−205281号公報にも開示されているように、
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18
で設定される。マーカーコントローラ16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15にマーキングするため、超音波Qスイッチ素
子2、内部シャッタ5、外部シャッタ7、アッテネータ
(光減衰器)12及びガルバノミラー13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1は全反射鏡、3は内部ア
パーチャ(モードセレクタ)、4はランプハウス、6は
出力鏡、8はアパーチャ、9はレベリングミラー、10
はガリレオ式エキスパンダ、11はアパーチャ、14は
f−θレンズ、17はYAGレーザ発振器である。
That is, for example, as shown in FIG. 18 and disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-205281,
According to the conventional marking device, first, a character input and a marking mode for printing on a semiconductor wafer are set in the input unit 18.
Is set by The marker controller 16 marks the dots having a predetermined depth on the wafer 15 in accordance with the set marking mode, so that the ultrasonic Q switch element 2, the internal shutter 5, the external shutter 7, the attenuator (optical attenuator) 12, and the galvanometer Controls the mirror 13 and
Marking is performed on one dot by one Q switch pulse. 1, reference numeral 1 denotes a total reflection mirror, 3 denotes an internal aperture (mode selector), 4 denotes a lamp house, 6 denotes an output mirror, 8 denotes an aperture, 9 denotes a leveling mirror, 10
Is a Galileo expander, 11 is an aperture, 14 is an f-θ lens, and 17 is a YAG laser oscillator.

【0014】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光
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なだらかな曲面をな
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
ーザ光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。つま
り、レーザ光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相
変わらず非効率的であるばかりでなく、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。
According to such a general marking method,
As described above, since the energy density distribution of the laser beam applied to the semiconductor wafer surface has a Gaussian shape, the dots formed on the wafer surface are also affected by the energy density distribution, and the dot inner surface has a gentle curved surface. . These marking methods are disclosed in U.S. Pat. No. 4,522,522.
656. The feature of this patent is that the surface of the wafer is irradiated with a laser beam diameter that is 1.5 to 6.5 times the diameter of the dot to be marked, thereby preventing heat conduction to the surroundings and effectively using energy. Then, the central part of the irradiation point is melted to form a hole. In other words, this is a method of effectively utilizing the energy density distributed in the Gaussian shape of the laser light, by irradiating the energy of the low laser intensity portion corresponding to the foot of the energy density distribution shape to the periphery of the hole processing portion. The purpose of the present invention is to warm the periphery of the hole, prevent loss of heat energy due to heat conduction from the center of the hole, and effectively realize the drilling of the center. However, part of the laser energy is not directly used for drilling, but is consumed, which is not only inefficient, but also irradiates the laser around the hole, leaving a thermal history around the hole, which results in product It can have a bad effect.

【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、具体的には微小なドット
マークであっても視認性に優れたドット形状を得ること
を第1の目的とし、かかる微小なドットを正確に形成し
得るためのドットマーキング装置とそのマーキング方法
を提供することを第2の目的としている。他の目的は、
以下に説明により更に明らかにされる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and more specifically, a first object of the present invention is to obtain a dot shape having excellent visibility even for a fine dot mark. A second object is to provide a dot marking device and a marking method for accurately forming such minute dots. The other purpose is
This will be further clarified by the following description.

【0016】[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に係る発明の構成をなすレーザを光源
として被マーキング物品の表面に文字、バーコードなど
をマーキングするマーキング装置であって、レーザ発振
器と、前記レーザ発振器から照射されるレーザビームの
エネルギー分布を平滑化するビームホモジナイザと、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と、前記液晶マスクの1ドット
に対応して、前記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
手段と、前記液晶マスク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とを備えて
なり、前記液晶マスクの1ドットの最大長さが50〜2
000μmであり、前記レンズユニットによる1ドット
の最大長さが1〜15μmであ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装置により達成される。
The object of the present invention is to provide a marking device for marking characters, barcodes, etc. on the surface of an article to be marked by using a laser as a light source, which constitutes the invention according to claim 1 of the present invention. A laser oscillator, a beam homogenizer for smoothing an energy distribution of a laser beam emitted from the laser oscillator, a liquid crystal mask for transmitting / non-transmitting the laser beam in accordance with a pattern display, and a liquid crystal mask for the liquid crystal mask. Beam profile conversion means for forming and converting the energy density distribution of the laser beam into a required distribution shape corresponding to one dot, and a lens unit for forming an image of the transmission beam of the liquid crystal mask on a semiconductor wafer surface in dot units. The maximum length of one dot of the liquid crystal mask is 50 to 2
000 μm, and the maximum length of one dot by the lens unit is 1 to 15 μm.

【0017】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。
Here, the articles to be marked as objects to be processed in the present invention include semiconductor wafers, glass substrates such as liquid crystal substrates, electrodes (pads) such as bare chips, IC surfaces, various ceramic products, and IC leads. There is. The semiconductor wafer is typically a silicon wafer itself, but in addition, a wafer having an oxide film (SiO 2 ) or a nitride film (SiN) formed on the wafer surface, and furthermore, an epitaxial growth. It also includes a wafer, a wafer having a gallium arsenide or indium phosphide compound formed on its surface.

【0018】穴に対する上記視認性に関しては、穴とそ
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ことは理解できよう。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。
Regarding the visibility with respect to the hole, it can be understood that the visibility increases when there is a large difference between the light reflection direction and the amount of reflection in the hole and its periphery. Therefore, as described above, when the hole is relatively deep in relation to the opening diameter, the visibility becomes high, because the reflected light inside the hole incident at a fixed incident angle is not uniform in the reflection direction. Due to the irregular reflection, the amount of reflected light coming out from the opening of the hole is reduced, while the reflected light in the periphery is reflected in a certain direction, assuming that the periphery of the hole is a smooth surface. Increases the brightness. It can be said that the visibility is high when the difference between the light and dark is large.

【0019】図16(a)は穴径に対する深さが相対的
に浅く、同時に既述したように穴周辺部に溶融して堆積
した部分を有するドット形状をもつ従来の穴の反射光の
方向と穴の視認性を示している。この図からも理解でき
るように、前記堆積部分及び穴底面において穴周辺部と
同一方向に反射する反射光が存在する。そのため穴の反
射光とその周辺部における反射光との間に余り明暗の差
が発生せず、視認性が低くなる。これに対して、図16
(b)からも明らかなように、穴径に対する深さが相対
的に深く、同時に既述したように穴周辺部に溶融堆積物
が存在しない平滑面からなるドット形状の穴では、その
周辺部の反射光は方向性が得られるにも関わらず、穴内
部からの反射光が殆どなくなるため、穴とその周辺との
間の明暗差は大きくなり、視認性も高くなって、ドット
の読み込みが確実になされるようになる。
FIG. 16A shows the direction of light reflected from a conventional hole having a dot shape having a relatively shallow depth with respect to the hole diameter and having a portion deposited by melting and surrounding the hole as described above. And the visibility of the hole. As can be understood from this drawing, there is reflected light reflected in the same direction as the hole peripheral portion on the deposition portion and the hole bottom surface. For this reason, there is not much difference in brightness between the reflected light from the hole and the reflected light in the peripheral portion, and the visibility is reduced. On the other hand, FIG.
As is clear from (b), in the case of a dot-shaped hole having a relatively large depth with respect to the hole diameter, and at the same time, as described above, in the dot-shaped hole formed of a smooth surface having no molten deposit around the hole, Despite the fact that the reflected light from the hole has almost no reflected light from the inside of the hole, the difference in brightness between the hole and the surrounding area is large, the visibility is high, and the reading of dots is difficult. It will surely be done.

【0020】視認性を高くする穴形状について、更に詳
しく検討を加えたところ、穴の縦断面において開口部に
おける内壁面が急峻な角度で傾斜するほど、穴とその周
辺部との明暗差が大きくなることが判明した。最も、典
型的な穴形状としては藤壺型で深い形状をもつことが望
ましい。
A more detailed study of the shape of the hole that enhances visibility has been made in detail. As the inner wall surface at the opening in the vertical cross section of the hole is inclined at a steep angle, the difference in brightness between the hole and its peripheral portion increases. It turned out to be. Most preferably, a typical hole shape is a wisteria pot-shaped and has a deep shape.

【0021】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光の質及び量
に対する高精度な制御が必要である。大きなビーム径の
レーザ光から本発明でいう微小径のレーザ光を得るに
は、高品質で高出力のレーザ光が必要であるが、高出力
レーザによる回析現象のため、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。
In order to form a minute dot having such a shape, it is necessary to control the quality and quantity of the laser beam irradiated for each dot with high precision. In order to obtain a laser beam having a small diameter as referred to in the present invention from a laser beam having a large beam diameter, a high-quality and high-output laser beam is required. Is difficult, and even if the aperture is narrowed down, it is difficult to imagine that the actual processing can be performed because the exit angle of the lens becomes large and the depth of focus becomes extremely small. Also, an ultra-precision lens system is required in terms of resolution and the like. When such a lens system is provided, the equipment cost is further increased, and it is impossible to apply the system from the viewpoint of economy.

【0022】そこで、本発明者等は更に検討を進めた結
果、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、レーザ発振器から出射されるレーザ光自体
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
もつ小径のレーザ光に分割変換するとともに、各ドット
単位のレーザ光のエネルギー密度分布を前述の穴形状に
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
であることを知った。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光におけるエネルギ
ー密度分布を平滑化しておく必要のあることも分かっ
た。
Therefore, as a result of further studies, the present inventors have found that in order to realize the miniaturization of dot marks with an ordinary lens system, the laser light itself emitted from the laser oscillator is required for marking one dot. It has been found that it is necessary to divide and convert the laser beam into a small diameter laser beam having sufficient energy and to convert the energy density distribution of the laser beam for each dot into a profile suitable for processing into the aforementioned hole shape. It has also been found that in order to form such a suitable and uniform profile, it is necessary to smooth the energy density distribution in the laser beam of each dot before the conversion in the previous stage.

【0023】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
の各液晶単位で任意に光の透過・非透過を駆動制御でき
る液晶がマトリックス状に配列された液晶マスクを採用
することが合理的である。
In order to obtain a light source for miniaturization, a liquid crystal capable of driving and controlling light transmission / non-transmission arbitrarily in each liquid crystal unit of the liquid crystal mask based on various data written in the central control unit is formed in a matrix. It is rational to employ a liquid crystal mask arranged in a matrix.

【0024】また、エネルギー密度分布がガウシアン形
状をもつレーザ発振器から出射されるレーザ光のエネル
ギー密度分布を、例えばトップハット形状に類似した平
滑化された形状に変換するには、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を備え
たビームホモジナイザを採用することができる。
In order to convert the energy density distribution of laser light emitted from a laser oscillator having a Gaussian energy density distribution into a smoothed shape similar to, for example, a top hat shape, a fly-eye lens, Use a beam homogenizer equipped with a method that collectively illuminates the mask surface using binary optics and cylindrical lenses, and a method that operates a mirror on the mask surface by driving a mirror with an actuator such as a polygon mirror or mirror scanner. Can be.

【0025】更に、前述のビームホモジナイザによりエ
ネルギー密度分布が平滑化されたレーザ光を、上述の好
適な穴形状が得られるエネルギー密度分布のプロファイ
ルに再変換するビームプロファイル変換器としては、例
えば後述するように回析光学素子、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。
Further, a beam profile converter for re-converting the laser beam whose energy density distribution has been smoothed by the above-mentioned beam homogenizer into an energy density distribution profile capable of obtaining the above-mentioned preferred hole shape will be described later, for example. As described above, a diffraction optical element, a holographic optical element, an aperture mask or a liquid crystal mask having an absorption / transmission region, a concave or convex microlens array, and the like can be given.

【0026】すなわち、本発明にあって、図3は前述の
ごときレーザ発振器から出射され、ビームホモジナイザ
によりエネルギー密度分布が平滑化されたビームのエネ
ルギー密度分布を、上記ビームプロファイル変換器によ
り更に様々な形状の穴加工に対応するエネルギー密度分
布のプロファイルに変換したときに得られる各種の穴の
形成過程を模式的に示している。
That is, in the present invention, FIG. 3 shows the energy density distribution of a beam emitted from a laser oscillator as described above and whose energy density distribution has been smoothed by a beam homogenizer. 4 schematically illustrates a process of forming various holes obtained when the profile is converted into a profile of an energy density distribution corresponding to hole processing of a shape.

【0027】この図において注目すべき点は、レーザ光
の光軸付近のエネルギー密度を少なくし、或いは無くす
ことにより内壁面が急峻な傾斜角度をもつ穴形状が得ら
れることである。勿論、これらの図は模式的なものであ
るから、極端に描かれてはいるが、前述のエネルギー密
度分布形状を適当に選択すれば、多様な形状の穴が得ら
れることは、その後の実験により立証されている。
The point to be noted in this figure is that a hole shape having a steep inclination angle on the inner wall surface can be obtained by reducing or eliminating the energy density near the optical axis of the laser beam. Of course, since these figures are schematic, they are drawn to the extreme, but if the above-mentioned energy density distribution shape is selected appropriately, holes of various shapes can be obtained. Proven by

【0028】半導体ウェハ表面に形成される本発明にお
ける微小ドットとは、1ドットの最大長さが50〜20
00μmである液晶マスクを透過するレーザ光がレンズ
系を通して得られる縮小結像、すなわち液晶マスクを透
過するレーザ光の1ドットの一辺長さがレンズユニット
を通して1/50〜1/200に縮小され、ウェハ表面
に1ドットの最大長さが1〜15μmとされて照射され
ることより形成されるドットマーク寸法である。
The minute dots of the present invention formed on the surface of a semiconductor wafer are defined as having a maximum length of one dot of 50 to 20.
A reduced image in which a laser beam transmitted through a liquid crystal mask of 00 μm is obtained through a lens system, that is, one side length of one dot of laser light transmitted through the liquid crystal mask is reduced to 1/50 to 1/200 through a lens unit, This is the size of a dot mark formed by irradiating the wafer surface with the maximum length of one dot being 1 to 15 μm.

【0029】これらの値は、例えば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理解できよう。
These values are, for example, 100 μm, which is the maximum value of the dot mark size allowed by the SEMI standard.
Compared with, it is 3/20 to 1/100, and it can be understood how small the size is.

【0030】一方で、既述したように半導体基板の複数
の製造工程にあっては、その各工程でマーキング部分に
成膜やエッチングなどが繰り返されるため、徐々にその
表面が荒れてきたり、或いはマーク穴が浅くなる可能性
が高い。特に、前述のごとき微小な径をもつドットマー
クでは、その影響を受けやすく上述の視認性を著しく低
下させる。
On the other hand, as described above, in a plurality of manufacturing steps of a semiconductor substrate, film formation and etching are repeated on a marking portion in each of the steps, so that the surface is gradually roughened or There is a high possibility that the mark hole becomes shallow. In particular, dot marks having a small diameter as described above are susceptible to the influence and significantly reduce the visibility described above.

【0031】そこで、本件請求項2に係る発明にあって
は、上記構成に加えて前記1ドットごとの加工深さを
0.5〜10μmと規定している。上述の穴形状に加え
てその加工深さを0.5〜10μmと規定することによ
り、たとえマーキング部分に成膜やエッチングなどが加
工が繰り返しなされても、ドットマークと周辺との間に
明暗差が維持され、視認性が確保される。
Therefore, in the invention according to claim 2 of the present application, in addition to the above configuration, the processing depth for each dot is defined as 0.5 to 10 μm. By defining the processing depth in the range of 0.5 to 10 μm in addition to the hole shape described above, even if processing such as film formation or etching is repeatedly performed on the marking portion, the difference in brightness between the dot mark and the periphery is obtained. Is maintained, and visibility is ensured.

【0032】一般に、この種のレーザ光によるドットマ
ーキングは、ウェハ表面にパーティクルが飛散して付着
することを防止するため、主にソフトマークと呼ばれる
溶融現象を利用した穴加工がなされており、穴周辺に盛
り上がり部が形成され、レーザ光のエネルギー密度分布
形状と異なったものとなる。図4(a)は従来のガウシ
アン形状のエネルギー密度分布をもつ一般的なレーザ光
により形成される穴形状を示しており、同図(b)は本
発明により形成される穴形状を示している。また、図5
(a)(b)は前記穴形状をもつ各ドットマークを光学
的読み取り装置により読み取ったときの、穴とその周辺
部との明暗差を示している。
Generally, in this type of dot marking using a laser beam, in order to prevent particles from scattering and adhering to the wafer surface, a hole is formed mainly using a melting phenomenon called a soft mark. A raised portion is formed in the periphery, and the shape becomes different from the energy density distribution shape of the laser beam. FIG. 4A shows a hole shape formed by a general laser beam having a conventional Gaussian energy density distribution, and FIG. 4B shows a hole shape formed by the present invention. . FIG.
(A) and (b) show the difference in brightness between the hole and its peripheral portion when each dot mark having the hole shape is read by an optical reading device.

【0033】これらの図から理解できるように、従来の
ソフトマークでは、穴が浅いことと、その縦断面形状が
なだらかな曲面をなすに過ぎないため、元々が穴と周辺
部との明暗差が少なく、しかも、例えば化学機械的研磨
(Chemical Mechanical Polishing 、以下CMPとい
う。) などの処理により穴表面が削られ、或いは穴に厚
い膜が形成されるなどして、更に穴深さが浅くなり、穴
とその周辺部との明暗差が更に低下することになる。
As can be understood from these figures, in the conventional soft mark, since the hole is shallow and the vertical cross-sectional shape merely forms a gentle curved surface, the difference in brightness between the hole and the periphery is originally small. In addition, the surface of the hole is shaved by a process such as chemical mechanical polishing (hereinafter, referred to as CMP) or a thick film is formed in the hole, and the depth of the hole is further reduced. The difference in lightness and darkness between the hole and the periphery thereof is further reduced.

【0034】これに対して、本発明のごとくビームプロ
ファイル変換器によりレーザ光のエネルギー密度分布形
状を、急峻な傾斜角度を有し、且つ深い穴形状を得るに
適した形状に変換して形成される穴形状によれば、マー
キング後に複数の成膜処理やエッチングなどがなされて
も、上記明暗差の低下が少なく、視認性が永く維持され
る。
On the other hand, according to the present invention, the laser beam is formed by converting the energy density distribution shape of the laser beam into a shape having a steep inclination angle and a shape suitable for obtaining a deep hole shape by the beam profile converter. According to the hole shape, even if a plurality of film forming processes, etching, and the like are performed after the marking, the decrease in the brightness difference is small, and the visibility is maintained for a long time.

【0035】請求項3に係る発明は、上記ビームプロフ
ァイル変換手段を前記液晶マスクの前後のいずれに配し
てもよいことを規定している。すなわち、レーザ発振器
から出射されるレーザ光を、一旦ビームホモジナイザを
通して尖頭値が均整に揃ったエネルギー密度分布をもつ
プロファイルに成形したのち、これを液晶マスク又はビ
ームプロファイル変換器を通して各ドット単位に分割
し、各ドットごとに上述のごとく所望の形状で且つ同一
形状のプロファイルをもつエネルギー密度分布に変換す
る。
The invention according to claim 3 specifies that the beam profile conversion means may be arranged before or after the liquid crystal mask. That is, a laser beam emitted from a laser oscillator is once formed into a profile having an energy density distribution with a uniform peak value through a beam homogenizer, and then divided into each dot unit through a liquid crystal mask or a beam profile converter. Then, as described above, each dot is converted into an energy density distribution having a desired shape and a profile of the same shape.

【0036】しかして、請求項4に係る発明は前記液晶
マスクとビームプロファイル変換器との配置間隔を規定
している。これはウェハ表面に照射される結像に崩れを
生じさせない点で重要な要素をなすものである。つま
り、前記液晶マスクの1ドットの最大長さを、前記ビー
ムプロファイル変換手段と前記液晶マスクとの配置間隔
の0.1〜10倍に設定する。かかる範囲に前記配置間
隔を規定することにより、ウェハ表面に照射される結像
に崩れが生じない。
Thus, the invention according to claim 4 defines the arrangement interval between the liquid crystal mask and the beam profile converter. This is an important factor in that the image formed on the wafer surface does not collapse. That is, the maximum length of one dot of the liquid crystal mask is set to 0.1 to 10 times the arrangement interval between the beam profile conversion means and the liquid crystal mask. By defining the arrangement interval in such a range, the image formed on the wafer surface does not collapse.

【0037】更に請求項5に係る発明にあっては、ウェ
ハ表面にドットマーキングのための穴加工を施すに必要
十分なレーザ光エネルギーを付与するため、例えば液晶
マスクの駆動電圧を制御して前記液晶マスクの透過率を
制御し、或いは同時に前記ビームプロファイル変換手段
によるエネルギー密度分布形状を変更させて、レーザ光
のエネルギー及び/又はその尖頭値の形状を制御する。
Further, in the invention according to claim 5, in order to apply laser light energy necessary and sufficient to perform hole processing for dot marking on the wafer surface, for example, the driving voltage of a liquid crystal mask is controlled to control the driving voltage. The energy of the laser beam and / or the shape of its peak value is controlled by controlling the transmittance of the liquid crystal mask or changing the energy density distribution shape by the beam profile conversion means at the same time.

【0038】そして、前記ビームプロファイル変換手段
としては、通常、請求項6〜8に記載するごとく、回折
現象を利用する光学部材、反射現象を利用する光学部
材、或いは屈折現象を利用する光学部材などを採用でき
る。また、最も望ましいドット形状は藤壺型であり、こ
の場合のレーザ光のエネルギー密度分布形状は、図3
(b)に示すごとくガウシアン形状の尖頭部分を凹状に
陥没する形状に設計する。勿論、本発明にあって、ドッ
ト形状は前述の藤壺型に限定されるものではなく、例え
ば同図(c)に示すごとく穴底面を凹凸にするため1ド
ット単位のレーザ光を更に複数に分割したエネルギー密
度分布形状を採用する場合もある。
As the beam profile converting means, an optical member utilizing a diffraction phenomenon, an optical member utilizing a reflection phenomenon, an optical member utilizing a refraction phenomenon, etc. Can be adopted. The most desirable dot shape is a wisteria pot type, and the energy density distribution shape of the laser beam in this case is shown in FIG.
As shown in (b), the point of the Gaussian shape is designed to have a concave shape. Needless to say, in the present invention, the dot shape is not limited to the above-mentioned wisteria pot type. For example, as shown in FIG. In some cases, a divided energy density distribution shape is adopted.

【0039】本発明の微小マーキング方法は、以上の微
小マーキング装置を使って実施される。その代表的な方
法が、請求項9に係る発明であり、前記ビームホモジナ
イザにより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均整化すること、1ドットの最大
長さが50〜2000μmである前記液晶マスクを駆動
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、前記ビームプロファイル変換手段を前
記液晶マスクのドット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すること、前記ビーム
プロファイル変換手段を通過するレーザビームのエネル
ギー密度分布をドット単位で所望の形状に成形するこ
と、及び前記ビームプロファイル変換手段により所望の
形状に成形された1ドットごとの各レーザビームを、前
記レンズユニットにより1ドットの最大長さが1〜10
μmとなるように縮小して前記半導体ウェハ表面に結像
させることを特徴としている。更に、請求項13の発明
のごとく、前記1ドットごとの加工深さを1.5〜10
μmとすることが既述した理由から望ましい。
The minute marking method of the present invention is carried out using the above minute marking device. A typical method is the invention according to claim 9, wherein the beam homogenizer equalizes the energy distribution of the laser beam emitted from the laser oscillator, and the maximum length of one dot is 50 to 2000 μm. Driving and controlling the liquid crystal mask to form a desired pattern, and irradiating the liquid crystal mask with a laser beam equalized by the beam homogenizer; A dot matrix having a size, forming an energy density distribution of a laser beam passing through the beam profile conversion unit into a desired shape in dot units, and forming the laser beam into a desired shape by the beam profile conversion unit. Each laser beam for each dot is applied to the laser The's unit maximum length of one dot to 10
It is characterized in that it is reduced to a size of μm and is imaged on the surface of the semiconductor wafer. Further, as in the invention of claim 13, the processing depth of each dot is 1.5 to 10
μm is desirable for the reasons described above.

【0040】そして、前記液晶マスクに対するレーザビ
ームの照射は、請求項11及び12に記載しているとお
り、一括照射又は液晶マスクに対してレーザビームを走
査させて照射する方法が採用される。一括照射による場
合には、マークを分割して液晶マスク上にパターン表示
させることが望ましく、全てのマークを一括して照射す
る場合には装置の大型化につながりやすく、コストアッ
プと設備の専有空間の増加を招き、格別の事情がないか
ぎり採用しがたいが、走査方式を採用する場合には、こ
れらの課題はほぼ解消されるため、この走査方式の採用
が一般的である。前記分割方式又は走査方式を採用する
場合に、1回の照射範囲は、本発明にあって上記ホモジ
ナイザを通して変換されたトップハット型のエネルギー
密度分布形状のレーザ光にあって液晶マスクの100前
後のドット数の範囲を1回で捉えることができるもので
ある。勿論、レーザ出力とその断面形状により前記数値
範囲は異なることになる。
The method of irradiating the liquid crystal mask with a laser beam employs a method of irradiating the liquid crystal mask by batch irradiation or by scanning the liquid crystal mask with a laser beam. In the case of batch irradiation, it is desirable to divide the marks and display the pattern on the liquid crystal mask. In the case of irradiating all the marks collectively, it is easy to increase the size of the device, which increases the cost and the space occupied by equipment. However, it is difficult to employ the scanning method unless there is a special situation. However, when the scanning method is adopted, these problems are almost eliminated, and thus the scanning method is generally employed. In the case of employing the division method or the scanning method, one irradiation range is about 100 pixels of the liquid crystal mask in the top hat type energy density distribution laser beam converted through the homogenizer in the present invention. The range of the number of dots can be grasped at one time. Of course, the above numerical range varies depending on the laser output and its cross-sectional shape.

【0041】前記ビームプロファイル変換手段によるレ
ーザビームのエネルギー密度分布の変換は、請求項14
の発明のごとく前記液晶マスクの透過前又は透過後に変
換させればよく、この場合に請求項15の発明のごとく
前記ビームプロファイル変換手段と前記液晶マスクとの
配置間隔を前記液晶マスクの1ドットの最大長さの0〜
10倍に設定することが望ましい。更に、望ましくは請
求項16の発明のごとく前記液晶マスクの透過率などを
駆動電圧を制御するなどして制御し、その透過ビームの
エネルギー及び/又は尖頭形状を制御する。
[0041] The conversion of the energy density distribution of the laser beam by the beam profile conversion means may be performed as follows.
In this case, the conversion may be performed before or after the transmission of the liquid crystal mask. In this case, the arrangement interval between the beam profile conversion unit and the liquid crystal mask is set to one dot of the liquid crystal mask. Maximum length of 0
It is desirable to set it to 10 times. Further, preferably, the transmittance of the liquid crystal mask is controlled by controlling a driving voltage, and the energy and / or the peak shape of the transmitted beam is controlled.

【0042】[0042]

【発明の実施形態】以下、本発明の好適な実施の形態を
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マーキング装置
と、そのマーキング原理とを模式的に示した説明図であ
り、図2は液晶パターンに従った微小マーキングの形成
原理を同じく模式的に示す説明図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a marking device for forming fine dot markings of the present invention and the marking principle, and FIG. 2 is a schematic diagram showing the principle of forming fine markings according to a liquid crystal pattern. FIG.

【0043】図1において、符号10はレーザ発振器、
20はビームホモジナイザ、30は液晶マスク、40は
ビームプロファイル変換器、50は結像レンズユニッ
ト、Wは半導体ウェハである。ここで、本実施例では被
マーキング物品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。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a laser oscillator,
20 is a beam homogenizer, 30 is a liquid crystal mask, 40 is a beam profile converter, 50 is an imaging lens unit, and W is a semiconductor wafer. Here, in this embodiment, a semiconductor wafer is illustrated as the article to be marked. In the present embodiment, the semiconductor wafer is not only a silicon wafer but also a wafer having an oxide film or a nitride film formed on the surface of the wafer, or a semiconductor wafer grown epitaxially, gallium arsenide, indium phosphide compound, etc. Is a generic name for general semiconductor wafers formed by the above method.

【0044】本実施例にあっては、レーザ発振器10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
するレーザ光を、まずビームホモジナイザ20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(B)に成形する。
In the present embodiment, a laser beam having a Gaussian-shaped energy density distribution emitted from the laser oscillator 10 is first passed through a beam homogenizer 20 to form a top-hat type energy density distribution having a substantially uniform peak value. Form into shape (B).

【0045】こうしてエネルギー密度分布が均一に成形
されたレーザ光は、次いで液晶マスク30の表面に照射
される。このとき、液晶マスク30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、図2に示すごとく前記レーザ光
は同パターン表示領域内の光透過可能な状態にあるドッ
ト部分を透過する。この各ドット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20により成形された形状(B)と同一
であって均一に分布されている。
The laser beam having a uniform energy density distribution is applied to the surface of the liquid crystal mask 30. At this time, the liquid crystal mask 30 can drive and display a required marking pattern on the mask as is widely known, and as shown in FIG. 2, the laser light can transmit light in the pattern display area. The dot portion in the state is transmitted. The energy density distribution of each transmitted light after being divided for each dot and transmitted is the same as the shape (B) formed by the beam homogenizer 20, and is uniformly distributed.

【0046】本実施例にあって、前記液晶マスク30に
1回で照射する領域は、ドット数で5×10〜10×1
0個であり、これをレーザ光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
に形成するようにしている。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。
In this embodiment, the area irradiated to the liquid crystal mask 30 at one time is 5 × 10 to 10 × 1 in terms of the number of dots.
It is 0, and this is irradiated collectively with laser light.
In many cases, the required number of dot marks cannot be satisfied with such a number of dots. Therefore, the mark pattern is divided into several sections, sequentially displayed on a liquid crystal mask, and the entire mark pattern is combined by switching the patterns to the wafer. It is formed on the surface. In this case, when an image is formed on the wafer surface, the wafer or the irradiation position must be controlled and moved. As such a control method, various methods known in the art can be adopted.

【0047】本実施例にあっては、上記液晶マスク30
を通過したドット単位のレーザ光を、続いてビームプロ
ファイル変換器40に照射する。このビームプロファイ
ル変換器40は前記液晶マスク30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30を透過したレ
ーザ光は、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40を通過して、ビームホモジナイザ
20によりそれぞれに平滑化されたエネルギー密度分布
のレーザ光が本発明特有の微小な穴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30を通過した後のレーザ
光を、ビームプロファイル変換器40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、液晶マス
ク30を通過させる前にビームプロファイル変換器40
を通過させて、そのプロファイルを変換させるようにし
てもよい。
In this embodiment, the liquid crystal mask 30
Then, the laser light of the dot unit that has passed through is irradiated on the beam profile converter 40. The beam profile converters 40 are similarly arranged in a matrix corresponding to the individual liquid crystals arranged in a matrix of the liquid crystal mask 30. Therefore, the laser light transmitted through the liquid crystal mask 30 passes through the beam profile converter 40 for each dot in a one-to-one correspondence, and the laser light having the energy density distribution smoothed by the beam homogenizer 20 is obtained. This is converted into an energy density distribution shape necessary for forming a minute hole shape unique to the present invention. In this embodiment, the laser beam after passing through the liquid crystal mask 30 is passed through the beam profile converter 40 to convert the energy density distribution shape as described above. Profile converter 40
And the profile may be converted.

【0048】ビームプロファイル変換器40を通過した
レーザ光はレンズユニット50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。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。
The laser beam that has passed through the beam profile converter 40 is converged by the lens unit 50 and is applied to a predetermined position on the surface of the semiconductor wafer W, and required dot marking is performed on the surface. Here, when it is intended to form micron-level markings uniformly on a plurality of wafer surfaces, it is necessary to adjust the distance between the marking surface and the condenser lens and the optical axis alignment in micron units.
According to the present embodiment, focus detection measures height by a confocal method generally used in laser microscopes and the like, and feeds back this value to a fine positioning mechanism in the vertical direction of the lens to automatically focus. Positioning is performed. Also,
For the alignment of the optical axis and the positioning and adjustment of the optical components, generally known methods are employed. For example, a screw adjustment mechanism or the like is used to adapt to a preset reference spot through guide light such as a He-Ne laser. Adjust by This adjustment need only be performed once during assembly.

【0049】上記ビームホモジナイザ20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。
The beam homogenizer 20 emits a laser beam having, for example, a Gaussian energy density distribution.
Optical components for shaping into a smoothed energy density distribution shape. As the optical component, for example, a fly-eye lens, binary optics, or a cylindrical lens is used to irradiate the mask surface at once, or scan the mask surface by driving a mirror such as a polygon mirror or a mirror scanner. There is.

【0050】上記ビームプロファイル変換器40は、前
記ビームホモジナイザ20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、回析現象、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。
The beam profile converter 40 is an optical component for converting the energy density distribution smoothed by the beam homogenizer 20 into an optimum energy density distribution shape to obtain a dot shape unique to the present invention. In addition, the profile of the energy density distribution of incident laser light is converted into an arbitrary shape by arbitrarily changing the light transmittance at a laser irradiation point, such as a diffraction phenomenon, a refraction phenomenon, or the like.

【0051】図3(a)〜(c)は、本発明によるビー
ムプロファイル変換器40で変換されるエネルギー密度
分布の形状に基づき形成されるドットマークの典型的な
形状例を示している。なお、同図はレーザ光による1ド
ット単位のドットマーキングの形成にあたっての過程を
示しており、同図に示すごとくビームホモジナイザ20
により平滑化されたエネルギー密度分布をもつレーザ光
は、ビームプロファイル変換器40により同図(a−
1)〜(c−1)に示すエネルギー分布形状(B)に変
換する。同図(a)では、尖頭値の大きいガウシアン形
状をなしており、これを結像レンズユニット50を通過
させて、縮小された像を半導体ウェハWの照射ポイント
に照射すると、ウェハ表面にはドット深さの大きいドッ
トマークが形成される。
FIGS. 3A to 3C show typical examples of the shape of a dot mark formed based on the shape of the energy density distribution converted by the beam profile converter 40 according to the present invention. FIG. 4 shows a process for forming dot marking in units of one dot by using a laser beam, and as shown in FIG.
The laser beam having the energy density distribution smoothed by the beam profile converter 40 shown in FIG.
1) to the energy distribution shape (B) shown in (c-1). In FIG. 7A, the light beam has a Gaussian shape having a large peak value. When the light beam passes through the imaging lens unit 50 and irradiates the reduced image to the irradiation point of the semiconductor wafer W, the wafer surface becomes A dot mark having a large dot depth is formed.

【0052】同図(b)では、ビームホモジナイザ20
により平滑化されたエネルギー密度分布をもつレーザ光
が、ガウシアン形状の頂上付近が凹状に陥没したエネル
ギー密度分布形状(B)に変換されている。これを結像
レンズユニット50により縮小させて、半導体ウェハW
の照射ポイントに照射すると、同図(b−1)に示すご
とくウェハ表面にはドット深さが深く、且つその内壁面
が底面に向けて急峻な傾斜角度で落ち込む形状に形成さ
れる。また、同図(c−1)に示すごとくビームホモジ
ナイザ20により平滑化されたエネルギー密度分布をも
つレーザ光をビームプロファイル変換器40により複数
のガウシアン形状のエネルギー密度分布に変換すると、
前述のようにして形成されるドット形状は同図(c−
2)に示すごとくドット内周壁面が急峻に落ち込むとと
もに、底部が凹凸面となったドット形状が得られる。
In FIG. 5B, the beam homogenizer 20
Is converted into an energy density distribution shape (B) in which the vicinity of the top of the Gaussian shape is concavely depressed. This is reduced by the imaging lens unit 50 and the semiconductor wafer W
(B-1), the dot depth is deep on the wafer surface, and the inner wall surface is formed into a shape that falls at a steep inclination angle toward the bottom surface. When the laser light having the energy density distribution smoothed by the beam homogenizer 20 is converted into a plurality of Gaussian energy densities by the beam profile converter 40 as shown in FIG.
The dot shape formed as described above is shown in FIG.
As shown in 2), a dot shape is obtained in which the inner peripheral wall surface of the dot drops sharply and the bottom has an uneven surface.

【0053】こうした形状を有する本発明装置により形
成されるドットマークは、例えば図4(a)に示す従来
のドットマークの形状と異なり、図5に示すごとくドッ
トとその周辺との明暗に大きなコントラストが得られ、
以降に多様な処理がなされてもマーク読み取りに誤りが
生じない。つまり、既述したとおりドット径に対する深
さが相対的に深く、同時にドット周辺部に溶融堆積物が
存在しない平滑面からなる形状のドットマークでは、そ
の穴周辺部の反射光には方向性が得られ、穴内部からの
反射光は内部で散乱して殆どなくなるため、穴とその周
辺との間の明暗差が大きくなり、視認性も高くなって、
ドットの読み込みが確実になされるようになる。更に、
前記ドットの縦断面における開口部分の内壁面が急峻な
角度で下方に傾斜するほど、微小な寸法からなるドット
マークであっても穴とその周辺部との明暗差が大きくな
り視認性が更に確保される。
The dot mark formed by the apparatus of the present invention having such a shape is different from the shape of the conventional dot mark shown in FIG. 4A, for example, and has a large contrast between the dot and its surroundings as shown in FIG. Is obtained,
No error occurs in mark reading even if various processing is performed thereafter. In other words, as described above, in a dot mark having a relatively large depth relative to the dot diameter, and at the same time, in a dot mark having a smooth surface in which no molten deposit exists around the dot, the reflected light around the hole has a directionality. Obtained, the reflected light from the inside of the hole is scattered inside and almost disappears, so the difference in brightness between the hole and its surroundings increases, and the visibility increases,
Dots can be read reliably. Furthermore,
As the inner wall surface of the opening in the vertical cross section of the dot inclines downward at a steep angle, the difference in brightness between the hole and its peripheral portion increases even for a dot mark having a minute dimension, further securing visibility. Is done.

【0054】本発明にあって、微小なドットマークとは
最大長さが1〜15μmの寸法範囲にあり、穴深さが
0.5〜10μmにある。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
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
変換手段と前記液晶マスク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
結像に乱れを生じやすい。そこで、本発明にあっては、
図17において前記ビームプロファイル変換手段40と
前記液晶マスク30との配置間隔Xを前記液晶マスク3
0の1ドットの最大長さYの0〜10倍に設定する必要
がある。かかる範囲に前記配置間隔を規定することによ
り、ウェハ表面に照射される結像が鮮明なものとなる。
In the present invention, the minute dot mark has a maximum length in a size range of 1 to 15 μm and a hole depth of 0.5 to 10 μm. In order to form dot marks of such dimensions, one dot per dot of the liquid crystal mask is used in order to prevent image formation at an irradiation point on the surface of the semiconductor wafer W due to the resolution of the reduction lens unit or the like. The side length needs to be 50 to 2000 μm. Furthermore, even if the arrangement interval between the beam profile conversion means and the liquid crystal mask is too large or too small, the semiconductor wafer is affected by peripheral light rays or by the instability of the optical axis. Disturbance is likely to occur in surface imaging. Therefore, in the present invention,
In FIG. 17, the arrangement interval X between the beam profile converting means 40 and the liquid crystal mask 30 is set to
It is necessary to set the maximum length Y of one dot of 0 to 0 to 10 times. By defining the arrangement interval in such a range, the image formed on the wafer surface becomes clear.

【0055】次に、本発明の上記ビームプロファイル変
換器40によるレーザ光のエネルギー密度分布の変換方
法を具体例に基づいて説明する。図6及び図7は回析現
象を利用したビームプロファイル変換器によるエネルギ
ー密度分布の変換説明図である。本実施例では、回析光
学素子(Diffractive O-ptical Element) を使用してい
る。図6(b)は5×5ドットの液晶マスク30と、こ
れに対応して配された同じく5×5ドットの回析光学素
子からなるビームプロファイル変換マスク40−1とを
平行に配設した模式図である。図6(a)は前記液晶マ
スク30を介して前記ビームプロファイル変換マスク4
0−1を透過したときのレーザ光のエネルギー密度分布
の変換状態を示している。図7は前記回析光学素子の構
造を模式的に示した平面図であり、同図に示すごとく回
析光学素子を透過するレーザ光中の矩形外周部はそのま
ま透過し、中央部に入射されるレーザ光は外周方向に回
析される。
Next, a method of converting the energy density distribution of the laser beam by the beam profile converter 40 of the present invention will be described based on a specific example. FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining the conversion of the energy density distribution by the beam profile converter utilizing the diffraction phenomenon. In this embodiment, a diffractive optical element (Diffractive O-ptical Element) is used. In FIG. 6B, a 5 × 5 dot liquid crystal mask 30 and a corresponding 5 × 5 dot beam profile conversion mask 40-1 made of a diffraction optical element are arranged in parallel. It is a schematic diagram. FIG. 6A shows the beam profile conversion mask 4 via the liquid crystal mask 30.
It shows a conversion state of the energy density distribution of the laser beam when passing through 0-1. FIG. 7 is a plan view schematically showing the structure of the diffraction optical element. As shown in FIG. 7, a rectangular outer peripheral portion of the laser beam transmitted through the diffraction optical element is transmitted as it is, and is incident on the central portion. Laser light is diffracted in the outer peripheral direction.

【0056】すなわち、前記ビームホモジナイザ10に
より尖頭値が平滑化されたレーザ光は、前記ビームプロ
ファイル変換マスク40−1の1素子に入射されると、
外周部の入射光は直線的に透過し、中央部の入射光は外
周側に回析して、図6(a)に示すごとく外周部に向か
うにつれてエネルギー密度が高くなり、中心部に向けて
エネルギー密度が漸減する密度分布形状となる。そし
て、前記回析の角度及び間隔はレーザ光の回析条件を決
定することにより算出される。かかるエネルギー密度分
布に変換されたレーザ光の縮小像が半導体ウェハ表面の
照射ポイントに照射されると、形成されるドットマーク
は周辺部に大きなエネルギーをもっているため穴周壁部
がエネルギー損失なく速やかに溶融加工されるとともに
穴中央部では周辺の強力な熱伝導により同様に溶融し、
図4(b)に示すごとく深く且つ縦断面が略矩形に近い
穴形状に形成される。
That is, the laser beam whose peak value has been smoothed by the beam homogenizer 10 is incident on one element of the beam profile conversion mask 40-1.
The incident light at the outer peripheral portion is transmitted linearly, the incident light at the central portion is diffracted toward the outer peripheral side, and the energy density increases toward the outer peripheral portion as shown in FIG. A density distribution shape in which the energy density gradually decreases. The angle and interval of the diffraction are calculated by determining the diffraction conditions of the laser beam. When a reduced image of the laser light converted into such an energy density distribution is applied to an irradiation point on the surface of the semiconductor wafer, the dot mark formed has a large amount of energy in the peripheral portion, so that the peripheral wall of the hole is quickly melted without energy loss. As well as being processed, it melts similarly in the center of the hole due to the strong heat conduction around,
As shown in FIG. 4B, the hole is formed in a deep shape with a vertical cross section that is almost rectangular.

【0057】図8は前記実施例と同様に回析現象を利用
したビームプロファイル変換器の他の実施例の製作法を
示しており、同図によるビームプロファイル変換器とし
てはホログラフィック光学素子が用いられている。その
製作方法は、同図に示すごとく後述する開口マスク41
からのプロファイルをリレーレンズ42及びハーフミラ
ー43を介してフィルムタイプの透過型ホログラム44
上に結像させ、これを物体光として均一な参照光と干渉
させることにより、前記ホログラム44上に干渉縞を記
録する。このホログラム44に前記参照光と同様の一様
なプロファイルの再生光(例えば、液晶マスク30を透
過したレーザ光)を入射させることにより、ホログラム
44上に開口マスク41に存在したビームプロファイル
が再生される。こうして製作されるホログラフィク光学
素子は、上記実施例におけるビームプロファイル変換マ
スク40−1と類似の光学素子として取り扱うことがで
きる。
FIG. 8 shows a manufacturing method of another embodiment of the beam profile converter utilizing the diffraction phenomenon as in the above embodiment. A holographic optical element is used as the beam profile converter shown in FIG. Have been. The manufacturing method is as shown in FIG.
Through a relay lens 42 and a half mirror 43 to transmit a film type transmission hologram 44
An interference fringe is recorded on the hologram 44 by forming an image on the hologram 44 and making it interfere with a uniform reference light as object light. By causing reproduction light (for example, laser light transmitted through the liquid crystal mask 30) having the same uniform profile as the reference light to enter the hologram 44, the beam profile existing on the aperture mask 41 on the hologram 44 is reproduced. You. The holographic optical element thus manufactured can be handled as an optical element similar to the beam profile conversion mask 40-1 in the above embodiment.

【0058】なお、前記開口マスク41は、例えば図7
に模式的に示すごとく矩形外周領域を遮光部41aと
し、中央領域を矩形の回析格子状の半透過部41bと
し、その中間領域を透過部41cとして構成する。本発
明にあっては、図10に示すように前記開口マスク41
の半透過部41bを単なる半透過部として構成し、これ
をそのままビームプロファイル変換器として利用するこ
とも可能である。
The opening mask 41 is formed, for example, as shown in FIG.
As schematically shown, a rectangular outer peripheral region is configured as a light shielding portion 41a, a central region is configured as a rectangular diffraction grating semi-transmitting portion 41b, and an intermediate region is configured as a transmitting portion 41c. According to the present invention, as shown in FIG.
It is also possible to configure the semi-transmissive portion 41b as a simple semi-transmissive portion and to use this as it is as a beam profile converter.

【0059】図11は同開口マスク41をマトリックス
状に配したビームプロファイル変換器と同開口マスク4
1を透過したレーザ光のエネルギー密度分布を示してい
る。同図から理解できるように、平滑化されたレーザ光
は開口マスク41を透過すると半透過部を透過する光量
が最も大きく且つ均一であり、中央部を透過する半透過
光は矩形状の光量が半減化されたエネルギー密度を有し
ている。このように変換されたエネルギー密度分布をも
つレーザ光を半導体ウェハWの表面に照射すると、上記
実施例と同様に熱の逸散がなく効率的に且つ初期の穴形
状をもつドットマーキングがなされる。
FIG. 11 shows a beam profile converter in which the aperture masks 41 are arranged in a matrix and the aperture mask 4.
1 shows an energy density distribution of a laser beam transmitted through No. 1. As can be understood from the figure, when the smoothed laser light passes through the aperture mask 41, the amount of light transmitted through the semi-transmissive portion is the largest and uniform, and the amount of semi-transmitted light transmitted through the central portion is rectangular. It has a reduced energy density by half. When the surface of the semiconductor wafer W is irradiated with the laser beam having the energy density distribution thus converted, dot marking having an initial hole shape is efficiently performed without heat dissipation as in the above embodiment. .

【0060】図12は光透過型の液晶マスクを利用した
ビームプロファイル変換器の実施例を示している。同図
によれば1ドットのマーキングに対して3×3ドットの
液晶マスク45を使用する。そして、この液晶マスク4
5の中央の液晶を非駆動状態におき非透過状態とする。
一方、その他の液晶を駆動して透過状態とする。かかる
構成により、前記液晶マスク45に平滑化されたレーザ
光を入射すると、図11(a)に示したエネルギー密度
分布のレーザ光に変換されることになる。液晶マスク4
5のドット数を増加させれは、任意の透過部及び非透過
部からなるパターンが形成できる。
FIG. 12 shows an embodiment of a beam profile converter using a light transmission type liquid crystal mask. According to the drawing, a 3 × 3 dot liquid crystal mask 45 is used for 1 dot marking. And this liquid crystal mask 4
The liquid crystal at the center of No. 5 is set in a non-driving state to be a non-transmitting state.
On the other hand, the other liquid crystal is driven to be in the transmission state. With this configuration, when a smoothed laser beam is incident on the liquid crystal mask 45, it is converted into a laser beam having an energy density distribution shown in FIG. Liquid crystal mask 4
By increasing the number of dots of 5, a pattern consisting of an arbitrary transparent portion and a non-transparent portion can be formed.

【0061】図13は屈折現象を利用したビームプロフ
ァイル変換器とそのエネルギー密度分布の変換状態の実
施例を示している。同図に示す例は、ビームプロファイ
ル変換器47として凸型のマイクロレンズアレイをマト
リックス状に配置しており、同ビームプロファイル変換
器47をドット単位で通過したレーザ光のエネルギー密
度分布は、同図(a)に示すごとく細長いガウシアン形
状を呈し、その形状を任意に絞れば開口寸法と比較して
穴深さの大きいドットマーキングが形成される。
FIG. 13 shows an embodiment of a beam profile converter utilizing the refraction phenomenon and a conversion state of its energy density distribution. In the example shown in the figure, a convex microlens array is arranged in a matrix as a beam profile converter 47, and the energy density distribution of laser light passing through the beam profile converter 47 in dot units is shown in FIG. As shown in FIG. 7A, a dot marking having an elongated Gaussian shape is formed. If the shape is arbitrarily reduced, dot marking having a larger hole depth than the opening size is formed.

【0062】図14は単にマトリックス状に多数の開口
を形成した開口マスクをビームプロファイル変換器48
として利用する例を示している。この例によれば、回析
現象を利用して開口の大きさや形状を変更することによ
り、ビームプロファイル、すなわちビームの形状そのも
ののを任意に制御できる。例えば、前記開口の形状を図
15(a)のごとく方形とする場合には、その方形の開
口を通過するビームホモジナイザ10によりエネルギー
密度分布が平滑化されたレーザ光は略円形に近いレーザ
光に変換され、同図(b)に示すごとく方形の各辺を内
側に括った開口形状を採用する場合には、同開口を通過
後のレーザ光は略方形断面を有することになる。
FIG. 14 shows a beam profile converter 48 in which an aperture mask in which a large number of apertures are simply formed in a matrix is used.
An example is shown in which the information is used as "." According to this example, the beam profile, that is, the beam shape itself can be arbitrarily controlled by changing the size and shape of the aperture using the diffraction phenomenon. For example, when the shape of the opening is rectangular as shown in FIG. 15A, the laser light whose energy density distribution has been smoothed by the beam homogenizer 10 passing through the rectangular opening is converted into a substantially circular laser light. In the case where the laser beam is converted and adopts an opening shape in which each side of the square is confined inside as shown in FIG. 7B, the laser beam after passing through the opening has a substantially square cross section.

【0063】以上の説明からも明らかなように、本発明
に係るドットマーキング装置及びマーキング方法によれ
ば、半導体ウェハ表面に従来の3/20 〜1/100
の大きさの微小なドットマーキングを形成することがで
きる上に、そのドット形状が穴径に比して深さが大き
く、しかも穴の周壁が急峻な角度をもって下方に傾斜し
た本発明特有の形状が任意に得られるため、マーキング
後にウェハ表面に多様な成膜処理などがなされて各ドッ
トに被膜が形成されても、その穴内部と周辺との明暗差
が確保され、以降の読み込みが正確になされる。なお、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、それら
の実施例から当業者が容易に変更可能な技術的な範囲を
も当然に包含するものである。
As is clear from the above description, according to the dot marking apparatus and the marking method according to the present invention, the conventional semiconductor wafer surface has a thickness of 3/20 to 1/100 of the conventional size.
In addition to being able to form minute dot markings of a size, the dot shape is deeper than the hole diameter, and the peripheral wall of the hole is inclined downward at a steep angle. Even if various coating processes are performed on the wafer surface after marking and a coating is formed on each dot after marking, the difference in brightness between the inside of the hole and the periphery is ensured, and the subsequent reading is accurate. Done. In addition,
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but naturally includes technical ranges that can be easily changed by those skilled in the art from those embodiments.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の微小ドットマーキング装置とレーザ光
のエネルギー密度分布(ビームプロファイル)の変換過
程を模式的に示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a process of converting a small dot marking apparatus of the present invention and an energy density distribution (beam profile) of a laser beam.

【図2】本発明装置における液晶マスクの表示パターン
に従って形成されるドットマークとレーザ光のエネルギ
ー密度分布の変換過程を模式的に示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a process of converting an energy density distribution of a dot mark and a laser beam formed according to a display pattern of a liquid crystal mask in the device of the present invention.

【図3】本発明装置におけるビームプロファイル変換器
によるビームプロファイルの変換形状に基づき形成され
るドット形状例の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a dot shape example formed based on a beam profile conversion shape by a beam profile converter in the apparatus of the present invention.

【図4】従来のドットマークと本発明によるドットマー
クとその反射光の進路比較図である。
FIG. 4 is a comparison diagram of a conventional dot mark, a dot mark according to the present invention, and the reflected light path.

【図5】従来のドットマークと本発明によるドットマー
クの明暗差を模式的に示す比較図である。
FIG. 5 is a comparison diagram schematically showing a difference in brightness between a conventional dot mark and a dot mark according to the present invention.

【図6】回析現象を利用した上記ビームプロファイル変
換器を採用したときのビームプロファイルの変換形状の
一例を模式的に示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing an example of a beam profile conversion shape when the beam profile converter utilizing the diffraction phenomenon is employed.

【図7】前記ビームプロファイル変換器に使用される回
析光学素子の平面図である。
FIG. 7 is a plan view of a diffraction optical element used in the beam profile converter.

【図8】回析現象を利用したホログラフィック光学素子
の製作法を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view showing a method of manufacturing a holographic optical element utilizing a diffraction phenomenon.

【図9】同ホログラフィック光学素子によるビームプロ
ファイル変換器と同変換器によるビームプロファイルの
変換形状の一例を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a beam profile converter using the holographic optical element and a beam profile conversion shape using the converter.

【図10】吸収/透過領域を有する開口マスクの平面図
である。
FIG. 10 is a plan view of an aperture mask having an absorption / transmission region.

【図11】同開口マスクからなるビームプロファイル変
換器によるビームプロファイルの変換形状の一例を模式
的に示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram schematically illustrating an example of a beam profile conversion shape by a beam profile converter including the aperture mask.

【図12】液晶マスクを利用したビームプロファイル変
換器の一例を示す平面図である。
FIG. 12 is a plan view showing an example of a beam profile converter using a liquid crystal mask.

【図13】屈折現象を利用した凸型レンズアレイによる
ビームプロファイル変換器とビームプロファイルの変換
形状例の説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a beam profile converter using a convex lens array utilizing a refraction phenomenon and an example of a converted shape of a beam profile.

【図14】単純な開口マスクによるビームプロファイル
変換器を採用したドットマーキング装置の概略構成図で
ある。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a dot marking device employing a beam profile converter using a simple aperture mask.

【図15】単純な開口マスクの開口形状とその形状に対
応するドットマークの比較図である。
FIG. 15 is a comparison diagram of an opening shape of a simple opening mask and a dot mark corresponding to the shape.

【図16】穴形状による視認性の説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram of visibility by a hole shape.

【図17】液晶マスクとビームプロファイル変換器の配
置関係を示す説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship between a liquid crystal mask and a beam profile converter.

【図18】レーザ光による一般的なドットマーキング装
置の一例を示す全体構成図である。
FIG. 18 is an overall configuration diagram showing an example of a general dot marking device using a laser beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 レーザ発振器 20 ビームホモジナイザ 30 液晶マスク 40 ビームプロファイル変換器 40−1 ビームプロファイル変換マスク 41 開口マスク 41a 遮光部 41b 半透過部 41c 透過部 45 液晶マスク 46〜48 ビームプロファイル変換器 50 縮小レンズユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser oscillator 20 Beam homogenizer 30 Liquid crystal mask 40 Beam profile converter 40-1 Beam profile conversion mask 41 Opening mask 41a Shielding part 41b Semi-transmission part 41c Transmission part 45 Liquid crystal mask 46-48 Beam profile converter 50 Reduction lens unit

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザを光源として被マーキング物品の
表面に文字、バーコードなどをマーキングするマーキン
グ装置であって、 レーザ発振器と、 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
ギー分布を平滑化するビームホモジナイザと、 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と、 前記液晶マスクの1ドットに対応して、前記レーザビー
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と、 前記液晶マスク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とを備えてなり、 前記液晶マスクの1ドットの最大長さが50〜2000
μmであり、 前記レンズユニットによる1ドットの最大長さが1〜1
5μmである、ことを特徴とするレーザビームによる微
小マーキング装置。
1. A marking device for marking characters, bar codes, etc. on the surface of an article to be marked using a laser as a light source, comprising: a laser oscillator; and a beam for smoothing an energy distribution of a laser beam emitted from the laser oscillator. A homogenizer, a liquid crystal mask that transmits / non-transmits the laser beam in accordance with the pattern display, and a shape conversion of the energy density distribution of the laser beam into a required distribution shape corresponding to one dot of the liquid crystal mask. And a lens unit for imaging the transmitted beam of the liquid crystal mask in dot units on the surface of the semiconductor wafer, wherein the maximum length of one dot of the liquid crystal mask is 50 to 2,000.
μm, and the maximum length of one dot by the lens unit is 1-1.
A minute marking device using a laser beam, which is 5 μm.
【請求項2】 前記1ドットごとの加工深さが0.5〜
10μmである請求項1記載の微小マーキング装置。
2. The processing depth of each dot is 0.5 to 0.5.
2. The micro-marking device according to claim 1, which is 10 [mu] m.
【請求項3】 前記ビームプロファイル変換手段が前記
液晶マスクの前後のいずれかに配されてなる請求項1記
載の微小マーキング装置。
3. The micro-marking apparatus according to claim 1, wherein said beam profile conversion means is arranged before or after said liquid crystal mask.
【請求項4】 前記液晶マスクの1ドットの最大長さ
が、前記ビームプロファイル変換手段と前記液晶マスク
との配置間隔の0.1〜10倍である請求項3記載の微
小マーキング装置。
4. The micro-marking device according to claim 3, wherein the maximum length of one dot of the liquid crystal mask is 0.1 to 10 times the arrangement interval between the beam profile conversion means and the liquid crystal mask.
【請求項5】 前記液晶マスクの透過ビームのエネルギ
ー及び/又は尖頭値の制御手段を備えてなる請求項1記
載の微小マーキング装置。
5. The micro-marking apparatus according to claim 1, further comprising control means for controlling energy and / or peak value of a transmitted beam of the liquid crystal mask.
【請求項6】 前記ビームプロファイル変換手段が回折
現象を利用する光学部材からなる請求項1記載の微小マ
ーキング装置。
6. The micro-marking apparatus according to claim 1, wherein said beam profile converting means comprises an optical member utilizing a diffraction phenomenon.
【請求項7】 前記ビームプロファイル変換手段が反射
現象を利用する光学部材からなる請求項1記載の微小マ
ーキング装置。
7. The micro-marking apparatus according to claim 1, wherein said beam profile converting means comprises an optical member utilizing a reflection phenomenon.
【請求項8】 前記ビームプロファイル変換手段が屈折
現象を利用する光学部材からなる請求項1記載の微小マ
ーキング装置。
8. The micro-marking apparatus according to claim 1, wherein said beam profile conversion means comprises an optical member utilizing a refraction phenomenon.
【請求項9】 前記ビームプロファイル変換手段による
レーザビームの変換密度分布が、藤壺型のドット形状と
なる形状である請求項5〜8のいずれかに記載の微小マ
ーキング装置。
9. The micro-marking apparatus according to claim 5, wherein a conversion density distribution of the laser beam by the beam profile conversion means has a Fujitsubo-shaped dot shape.
【請求項10】請求項1記載の装置を用いてなる微小マ
ーキングの形成方法であって、 前記ビームホモジナイザにより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均整化するこ
と、 1ドットの最大長さが50〜2000μmである前記液
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、 前記ビームプロファイル変換手段を前記液晶マスクのド
ットマトリックスに対応する同一サイズのドットマトリ
ックスにて構成すること、 前記ビームプロファイル変換手段を通過するレーザビー
ムのエネルギー密度分布をドット単位で所望の形状に成
形すること、及び前記ビームプロファイル変換手段によ
り所望の形状に成形された1ドットごとの各レーザビー
ムを、前記レンズユニットにより1ドットの最大長さが
1〜10μm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。
10. A method for forming fine markings using the apparatus according to claim 1, wherein the beam homogenizer equalizes an energy distribution of a laser beam emitted from the laser oscillator. Driving and controlling the liquid crystal mask having a length of 50 to 2000 μm to form a desired pattern, and irradiating the liquid crystal mask with a laser beam uniformed by the beam homogenizer; Forming a dot matrix of the same size corresponding to the dot matrix of the mask, shaping the energy density distribution of the laser beam passing through the beam profile conversion unit into a desired shape in dot units, and the beam profile conversion unit 1 shaped into the desired shape Each laser beam for each laser beam is reduced by the lens unit so that the maximum length of one dot is 1 to 10 μm, and is imaged on the surface of the article to be marked. Method.
【請求項11】前記液晶マスクに対してレーザビームを
一括照射する請求項10記載の微小マーキング方法。
11. The method according to claim 10, wherein the liquid crystal mask is irradiated with a laser beam at a time.
【請求項12】前記液晶マスクに対してレーザビームを
走査させて照射する請求項10記載の微小マーキング方
法。
12. The micro-marking method according to claim 10, wherein the laser beam is scanned and irradiated on the liquid crystal mask.
【請求項13】前記1ドットごとの加工深さが0.5〜
10μmである請求項11又は12記載の微小マーキン
グ方法。
13. The processing depth of each dot is 0.5 to 0.5.
The fine marking method according to claim 11, wherein the thickness is 10 μm.
【請求項14】前記ビームプロファイル変換手段による
レーザビームのエネルギー密度分布の変換を、前記液晶
マスクの透過前又は透過後に変換させる請求項10記載
の微小マーキング方法。
14. The micro-marking method according to claim 10, wherein the conversion of the energy density distribution of the laser beam by the beam profile conversion means is performed before or after transmission through the liquid crystal mask.
【請求項15】前記ビームプロファイル変換手段と前記
液晶マスクとの配置間隔を前記液晶マスクの1ドットの
最大長さの0〜10倍に設定する請求項14記載の微小
マーキング方法。
15. The micro-marking method according to claim 14, wherein an arrangement interval between the beam profile conversion means and the liquid crystal mask is set to 0 to 10 times a maximum length of one dot of the liquid crystal mask.
【請求項16】前記液晶マスクの透過ビームのエネルギ
ー又は尖頭値を制御する請求項10記載の微小マーキン
グ方法。
16. The method according to claim 10, wherein energy or a peak value of a transmitted beam of the liquid crystal mask is controlled.
【請求項17】前記ビームプロファイル変換手段が回折
現象を利用する光学部材からなり、同回析現象を利用し
て前記レーザビームのエネルギー密度分布を変換する請
求項10記載の微小マーキング方法。
17. The micro-marking method according to claim 10, wherein said beam profile conversion means comprises an optical member utilizing a diffraction phenomenon, and converts the energy density distribution of said laser beam utilizing said diffraction phenomenon.
【請求項18】前記ビームプロファイル変換手段が反射
現象を利用する光学部材からなり、同反射現象を利用し
て前記レーザビームのエネルギー密度分布を変換する請
求項10記載の微小マーキング方法。
18. The micro-marking method according to claim 10, wherein said beam profile conversion means comprises an optical member utilizing a reflection phenomenon, and converts the energy density distribution of said laser beam utilizing said reflection phenomenon.
【請求項19】前記ビームプロファイル変換手段が屈折
現象を利用する光学部材からなり、同屈折現象を利用し
て前記レーザビームのエネルギー密度分布を変換する請
求項10記載の微小マーキング方法。
19. The micro-marking method according to claim 10, wherein said beam profile converting means comprises an optical member using a refraction phenomenon, and converts the energy density distribution of said laser beam using said refraction phenomenon.
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