JPH11260675A - 半導体ウエハのレーザマーキング方法 - Google Patents
半導体ウエハのレーザマーキング方法Info
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Abstract
ハ表面に付着することを防止すると共に、半導体装置の
製造工程において多様な処理と多段階で施されるマーキ
ングを経たのちにも、常にドットマークの形態を安定に
保持して視認性を確保するレーザ光による半導体ウエハ
のドットマーキング方法を提供するにある。 【解決手段】半導体ウエハ本体(w) の少なくともドット
マーク(M) の形成領域に透明薄膜(F) を形成し、予め選
定された波長を有するレーザ光(L) を前記透明薄膜(F)
の上から前記ドットマークの形成領域に照射して、前記
透明薄膜(F) を透過する前記レーザ光(L) により前記ウ
エハ本体を溶融変形させてドットマークを形成すると同
時に、前記ウエハ本体(w) の溶融時の発熱を利用して同
透明薄膜(F) の破壊を伴うことなく前記ドットマーク
(M) の変形に追随して同透明薄膜(F) を同様の形態に変
形させる。
Description
された半導体ウエハとそのマーキング方法に関し、詳し
くはレーザ光によるドットマーキング時に発生する半導
体ウエハ表面の汚染がなく、半導体の多様な製造工程を
経てもドットの形態が維持され、全工程において視認性
が確保されるドットマークが付された半導体ウエハとそ
のレーザ光によるドットマーキング方法に関する。
エハの蒸発による飛沫が半導体ウエハの表面に付着する
ことを避けるため、マーキング前に予め半導体ウエハ表
面に保護膜を形成し、同保護膜の表面にレーザ光を照射
して、同保護膜と共に半導体ウエハ表面にマークを刻印
することが、特開昭59−17235号公報、特開昭6
1−95990号公報などに開示されている。
報に開示されたレーザマーキング方法によれば、半導体
ウエハ表面の全体または一部に、シリコン酸化膜などの
透過保護膜を形成し、同保護膜の上から高エネルギー密
度のレーザ光を照射し、前記保護膜を損壊させつつ半導
体ウエハ表面に刻印などを形成し、次いで前記保護膜を
除去するものである。このマーキング法に従えば、加工
時の飛沫は保護膜の表面に付着し、保護膜の除去と共に
付着物も一緒に除去され、その後に簡単な洗浄を行えば
済むというものである。上記特開昭61−95990号
公報では、前記シリコン酸化膜に代えて有機質膜が使わ
れるものであり、このレーザマーキング方法でもマーキ
ング時に発生するウエハの溶融飛沫の全てが溶融状態に
ある樹脂膜に付着し、ウエハには直接飛沫が付着するこ
とはなく、以降の樹脂膜の除去と洗浄により高品質のド
ットマーク付き半導体ウエハが得られるというものであ
る。
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、半導体ウエハの一部表
面に数字、文字或いはバーコードなどからなるマークが
ドット表示される。しかして、半導体の製造工程数は1
00工程以上にもおよび、しかも各工程において多数の
素子形成処理や平坦化処理がなされる。これらの処理に
は、例えばレジスト塗布、レジスト上へのパターンの縮
小投影やレジスト現像、或いは銅配線などにより発生す
るギャップの埋め込みのための絶縁膜や金属膜などの各
種の成膜による平坦化がある。
常、一回のマーキングで終わらず、各製造工程の履歴特
性を知るために、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
ウエ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の広さ、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。通常、この種のマーキングは、例えば特開平6−3
01690号公報や特開平2−299216号公報にも
開示されているごとく、半導体ウエハのオリエンテーシ
ョンフラット部の近傍や各チップの集積回路加工面の周
辺部の余白領域に、製造された半導体装置の品種名、ロ
ット名、ウエハ番号などの識別コードがマーキングされ
る。
体ウエハは、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
ークの不鮮明さに基づいている。
キングがなされる部位が上述の如く集積回路の加工面で
あるかぎり、たとえその余白領域ではあっても、上述の
ドットマークに対する読み取りやすさが維持される保障
はない。特に、ドットマークの形成領域が半導体ウエハ
の周縁部分である場合には、上述のごとく多様な成膜工
程とその部分的な除膜工程が繰り返されること、またウ
エハ周辺部が特に把持と開放の繰り返される領域である
ことから表面管理が他の部分よりもしにくいこと、その
ため前記成膜時、或いは同膜の除去時に、前記成膜のた
めドットマークが埋め込まれ、或いは除膜が過剰に過ぎ
てマーク深さが浅くなりやすいことから、複数の処理を
経るたびにその読み取りやすさが低下する。
方法によれば、そのいずれもマーキング時に保護膜をレ
ーザ光により破壊し、その下にある半導体ウエハにドッ
トマークを施すものであり、マーキング時に発生する飛
沫がウエハ表面に付着することは防止できるものの、前
記保護膜はマーキングの都度ウエハから除去され、次回
のマーキング時には改めて保護膜を形成しなければなら
ず、これが何回かにわたり繰り返されることになる。そ
のため、前回までにマーキングされたマークにもその都
度同様の新たに保護膜が形成されることになり、同マー
クがその保護膜により埋没したり、各種の成膜の除去時
にドットマークが削られたりしてマーク形態が大きく変
化し、後半の処理工程になればなるほど先に形成された
マークの読み取りがしにくくなる。
なされたものであり、その第1の目的はレーザマーキン
グ時に発生する溶融飛沫がウエハ表面に付着することを
防止することにあり、第2の目的は半導体装置の製造工
程において多様な処理と多段で施されるマーキングを経
てのちにも、常にドットマークの形態を安定して保持し
視認性を確保する半導体ウエハとそのドットマーキング
方法にある。その他の目的は、以降の説明から更に明ら
かになろう。
〜8のドットマーキング方法ににより解決される。本件
請求項1に係る発明は、レーザ光を照射することにより
半導体ウエハにドットマークを付与する方法であって、
前記半導体ウエハ本体の少なくともドットマークの形成
領域に透明薄膜を形成すること、予め選定された波長を
有するレーザ光を前記透明薄膜の上から前記ドットマー
クの形成領域に照射すること、前記透明薄膜を透過する
前記レーザ光により前記ウエハ本体を溶融変形させてド
ットマークを形成すること、及び前記ウエハ本体の溶融
時の発熱を利用し、同透明薄膜の破壊を伴うことなく前
記ドットマークの変形に追随して同透明薄膜を同様の形
態に変形させることを含んでなることを特徴としてい
る。
に半導体ウエハ本体の表面に形成する保護膜を、レーザ
マーカによるドットマークの刻印と同時に破壊してから
同保護膜を除去して、マーキング時に発生するウエハ本
体の溶融飛沫によるウエハ本体の汚染を防止する方法と
は異なり、レーザマーキング時にウエハ本体の溶融変形
と共に透明薄膜を破壊することなく、ウエハ本体の発熱
を利用して軟化或いは溶融させて同様のマーク形態に変
形させるものである。
たのちは、同透明薄膜は破壊せず同薄膜下に残るため、
以降の半導体製造工程における多様な成膜と除膜の繰り
返しによっても、ドットマークの形態が変形しないた
め、その読み取りが常に正確になされるばかりでなく、
従来と同様の保護膜としても機能するためウエハ本体に
飛沫などによる汚染をも防止できる。
明にあって前記透明薄膜の膜厚を数10〜20000Å
の範囲に規定するものであり、かかる膜厚の範囲を外れ
ると膜厚を破壊することなくドットマークを形成するこ
とが不可能になる。
マーク表面の前記透明薄膜による被膜を残して前記透明
薄膜表面を平滑に加工することを含んでいる。これは前
記透明薄膜の上からレーザマーキングが施されたのちに
形成される各種の成膜をエッチングなどにより除去する
とき、同成膜を完全に除去するために透明薄膜の突出部
分をも除去する場合があるが、そのときにも同薄膜を所
要の膜厚分を残して除去することにより、ドットマーク
の形態を変化させることなく、以降の工程におけるマー
クの読み取りが保証できる。
破壊することなくドットマークの形成と同時に透明薄膜
を軟化或いは溶融変形させる具体的な手法を規定するも
のであり、第1の手法は前記レーザ光の波長を、前記透
明薄膜に吸収されることなく、且つ前記ウエハ本体に吸
収される値に選定して透明薄膜の上からレーザマーキン
グを施すものであり、その第2の手法は、前記手法をな
すにあたって、更に、前記レーザ光の照射に先立って前
記薄膜を前記ウエハ本体と共に適当な加熱手段により予
め加熱するものである。前記第2の手法によれば、透明
薄膜の膜厚が大きい場合に特に適しており、レーザ光の
エネルギーの投入が効率的になされる。
薄膜を破壊することなくドットマークの形成と同時に透
明薄膜を軟化或いは溶融変形させる具体的な第3の手法
を規定するものであり、その第3の手法によれば前記レ
ーザ光が前記透明薄膜に吸収されるがウエハ本体には吸
収されない波長を有する第1レーザ光の照射手段と前記
ウエハ本体に吸収されるが透明薄膜には吸収されない波
長を有する第2レーザ光の照射手段とを備え、第1レー
ザ光を前記ドットマークの形成領域に照射し、前記透明
薄膜を発熱させて予め軟化させること、次いで第2レー
ザ光を前記第1レーザ光の照射領域に照射し、前記ウエ
ハ本体を溶融変形させること、及び予め軟化状態にある
前記透明薄膜を前記ウエハ本体の溶融時の発熱により変
形させるものであって、前記透明薄膜の膜厚が特に大き
いときのマーキングに適している。
請求項1に係る発明を実施するにあたり、好適な半導体
ウエハ本体と前記透明薄膜の材質を規定するものであ
り、前記ウエハ本体がシリコンウエハであり、前記透明
薄膜がシリコン酸化膜、PSG膜又はBSG膜である場
合と、前記透明薄膜がシリコン窒化膜又はアルミナ膜で
ある場合とを挙げている。
はBSG膜はシリコン系ガラスであるため、液状にまで
溶融させずに軟化状態となるまで加熱してウエハ本体の
ドットマークと同様の形態に変形させる。一方、前記シ
リコン窒化膜又はアルミナ膜は結晶体からなるため、透
明薄膜の融点まで加熱して溶融状態として変形させるの
に適している。
図面を参照しつつ具体的に説明する。図2は、従来の表
面にドットマークM′を有する半導体ウエハW′の成膜
形成時のドットマーク形態と、その成膜の除去時の前記
ドットマークM′の形態変化とを示している。
のドットマーク形成領域には、その本体表面に、例えば
レーザ光の照射により孔周辺に盛り上がり部をもつ藤壺
型の孔形状からなるドットマークM′が直接形成され
る。かかる形状のドットマークM′が形成された半導体
ウエハW′の表面に、例えば同図(B)に示すように絶
縁膜や金属膜などの各種の成膜Sが形成されてから、ウ
エハ表面に半導体装置の製造に必要な所要の加工がなさ
れ、その後に前記成膜Sがエッチングなどにより除去さ
れる。
ば半導体ウエハW′の最も管理状態がよくない周辺部に
形成されている場合には、同図(C)に示すようにドッ
トマークM′の孔内に成膜Fの一部が残されたり、或い
はドットマークの周辺盛り上がり部が削り取られたりし
て、ドットマークM′の形態が大きく変化してしまう。
かかる形態変化はドットマークM′を読み取りにくく
し、場合によってはその読み取りを不可能にしてしま
う。
り透明薄膜Fの上からレーザ光を照射してドットマーク
が付された半導体ウエハWの断面構造を示しており、透
明薄膜Fはウエハ本体に形成されたマーク形状に倣った
形状を有している。同図(B)はドットマーク付きの同
半導体ウエハに更に他の成膜Sが形成された断面図、同
図(C)は前記成膜Sが除去された同ウエハWの断面図
である。
例方法により得られるドットマーク付き半導体ウエハW
は、ウエハ本体wの表面にレーザマーカによりドットマ
ークが形成されるとき、上記透明薄膜Fにも同薄膜が破
壊されずに同様の形状のマークが付される。この透明薄
膜Fには多様な材質が採用でき、例えばシリコン酸化
膜、PSG膜、BSG膜、シリコン窒化膜、アルミナ
膜、ポリイミド膜などを挙げることができる。
り形成される代表的なドットマーク形状例を挙げてい
る。同図(A)は上記図2(A)に示したマーク形態と
おなじであり、そのウエハ本体wに形成されるマーク形
態は従来のそれと変わるところがない。本実施例による
かかる形態のドットマークMの大きさは、加工径が10
〜25μmである。
図からも明らかなように、ほぼ半球状にウエハ本体wの
表面から外部に突出した形態を呈している。かかる形態
は、レーザ光の投入エネルギーを適当な値に制御するこ
とにより、形成することができるものであり、その形成
機構は明らかではないが、水滴を水面に落としたときに
できる瞬間的な水面の滴下中心部の盛り上がり現象と同
様であると考えられ、レーザ光の照射中心部がシリコン
の瞬時の溶融により、一旦下方に凹んだのち盛り上がり
固化すると考えられる。本実施例によるかかる形態のド
ットマークMの大きさは、加工径が15μm以下の極め
て微小なものである。
たときに形成されるマーク形態を示しており、同心を中
心としてリング状の凹凸マークが複数形成される。その
形成機構も明らかではないが、例えば光の解析現象によ
る影響ではないかと考えられる。本実施例によるかかる
形態のドットマークMの大きさは、加工径が15μm以
上となる。
マーキング方法が適用された半導体ウエハWにも、図1
(B)に示すごとく様々な種類の成膜Sが形成され、半
導体製造のために所定の加工がなされたのち、それらの
成膜Sがエッチングなどにより除去される。このときの
本発明による半導体ウエハWの断面構造を同図(C)に
示している。
が除去されたのちにおいてもウエハ本体wに形成された
ドットマーク形態はマーキング時の形態を保持すること
ができるため、成膜Sが除去されたのちにおいてもドッ
トマークMを常に正確に読み取ることができる。更に、
かかる構造からなるドットマークMは、以降の多段の製
造工程において成膜・除膜が繰り返されても、透明薄膜
Fを残存させることにより、そのマーク形態が変化しな
いため正確な読み取りが保障される。
の積層構造からなる半導体ウエハWに対するレーザ光の
照射によるドットマークの代表的な形成機構を、シリコ
ンの単結晶体からなるウエハ本体wの表面に各種の透明
薄膜Fを形成した半導体ウエハWについて具体的に説明
する。
る半導体ウエハWに対するドットマークの第1形成機構
例を模式的に示す説明図である。このドットマーク形成
機構例によれば、先ずウエハ本体wのドット形成側表面
に、同図(A)に示すように透明薄膜Fを形成する。こ
の透明薄膜Fとしては既述したように多様な材質を採用
できるが、本発明がドットマーキング時に前記透明薄膜
Fを破壊せずにドットマークを形成することが肝要であ
る。因みに、シリコンウエハの融点が1410℃であっ
て、合成樹脂としては高融点であるポリイミドの分解温
度が800℃であることから、本発明では高分子材料を
上記透明薄膜Fとして採用することは不可能である。
たのちに、同薄膜Fの上からレーザ光を照射して透明薄
膜Fを破壊することなく、同透明薄膜Fと共にウエハ本
体wにドットマークMを形成するのに適した透過薄膜と
して、既述したシリコン酸化膜、PSG膜、BSG膜、
シリコン窒化膜、或いはアルミナ膜を採用することが望
ましい。特に、CVD法による成膜が容易であり且つ高
温による破壊が少ないシリコン酸化膜やアルミナ膜が好
ましい。因みに、シリコン酸化膜の軟化点は1600
℃、PSG膜及びBSG膜の軟化点は900℃付近、ア
ルミナ膜の融点は2055℃である。
PSG膜、BSG膜はガラスであるため、それらの軟化
点で液化することなく粘性の大きな組成変形が可能な状
態となり、ウエハ本体wの表面にこれらの透明薄膜Fを
形成した半導体ウエハWに、適当なエネルギーと波長を
もつレーザ光を前記透明薄膜Fを通してウエハ本体wに
照射すると、前記軟化点を越えても粘性を示し、特にシ
リコン酸化膜にあっては1600〜2600℃付近まで
は、水の100万倍以上の粘性を有しており、シリコン
ウエハ本体の溶融物が飛散するときのエネルギーにも十
分耐え得るため、膜自体が飛散することが抑制され、既
に溶融しているシリコンと共に加工が可能となる。
結晶質であるため、その融点にて溶融液化する。従っ
て、例えばアルミナの融点2055℃にてアルミナ膜は
溶融し、既に溶融しているシリコンと共に加工すること
ができる。
形成された半導体ウエハWのドットマーキング領域にレ
ーザ光を照射してドットマークMを刻印する。このと
き、本実施例にあっては、照射するレーザ光の波長をシ
リコンウエハには吸収されるが、透明薄膜Fに吸収され
ない波長を選択することが肝要である。
酸化膜、PSG膜・BSG膜である場合の各種レーザと
その波長による前記透明薄膜のレーザ光吸収性能を示す
と次のとおりである。 波長 SiO 2 PSG ・BSG CO 2 レーザ 10.6μm 吸収 吸収 YAGレーザ 1.06μm 透過 透過 YAGレーザ(2ω) 532 nm 透過 透過 YAGレーザ(3ω) 335 nm 透過 透過 YAGレーザ(4ω) 251 nm 透過 吸収 Kr F エキシマレーサ゛ 248 nm 透過 吸収 YAGレーザ(5ω) 201 nm 吸収 吸収 Kr F エキシマレーサ゛ 192 nm 吸収 吸収 従って、本実施例にあっては、透明薄膜Fとしてはシリ
コン酸化膜が使用され、波長が1.06μm のYAGレーザ
又は2次高調波に制御されたYAGレーザ、或いは半導
体レーザなどが使われる。
ング装置を使って、透明薄膜Fが形成された半導体ウエ
ハWのドットマーキング領域の所定箇所に、図4(B)
に示すように透明薄膜Fの上からパルスレーザ光を照射
する。この照射により、レーザ光は単に透過薄膜Fを透
過して、シリコンウエハ本体wの表面で吸収され、その
エネルギーにより発熱して溶融する。この溶融と同時
に、同図(C)に示すように前記発熱が透明薄膜Fに伝
達され、透明薄膜Fを軟化させる。前記ウエハ本体wが
溶融により変形して、既述したような周囲に盛り上がり
部を有する藤壺型の微小な孔形状が形成される。このウ
エハ本体wの変形時に、前記透明薄膜Fは軟化している
ため、同図(D)に示すようにウエハ本体wの変形に追
随して破壊することなく前記孔形状に類似する形態に変
形する。
ルギー、レーザ照射時間、レーザ照射面積、透明薄膜F
の膜厚、透明薄膜Fの粘度などの様々な要因により多様
に変化させることができる。従って、図示例では前記ド
ットマークMの形状を藤壺型に孔形状としているが、例
えばウエハ面から外部にほぼ半球状に突出させることも
できる。しかして、レーザ光による投入エネルギーが大
きすぎると、シリコンウエハ本体の蒸気圧が高くなりす
ぎて、透明薄膜Fを突き破ってしまい、溶融シリコンが
外部に飛散することになる。また、レーザ光による投入
エネルギーが小さい場合には全くマーキング加工がなさ
れない。そして、これらのレーザ光の投入エネルギーは
レーザ光のパルス幅と相関のあることが判明した。しか
し、透明薄膜Mが形成された半導体ウエハWに対する本
発明のドットマーキング方法を実施するにあたり、前記
投入エネルギーをパルス幅により一義的に決めることは
できず、透明薄膜Fの材質や膜厚にも影響される。
ットマーキングの加工条件は、主に照射するレーザ光の
パルス幅と透明薄膜Fの膜厚により決定される。図5は
透明薄膜Fとしてシリコン酸化膜を使った場合の、同酸
化膜を破壊させることなくシリコンウエハ本体wの表面
に所望のドットマークが形成できるエネルギーの上下限
界値を示すとともに、同エネルギーとレーザのパルス幅
との相関を示している。前記上限値は、その値以上のエ
ネルギーを投入すると、透明薄膜Fが破壊してしまう値
であり、下限値はその値以下であるとシリコンウエハ本
体wにマーキングMが形成することができない値であ
る。
の半導体ウエハWに対する投入エネルギーはレーザ光の
パルス幅を大きくすると比例的に増加しているが、上下
限値はパルス幅を増加させると、その開きが大きくなっ
ている。これはパルス幅が伸びることにより、シリコン
の温度変化が緩やかになり、シリコンとシリコン酸化膜
の溶融・変形の過程がゆっくりと進行するようになるた
め、衝撃的な力がかかりにくくなり、他界エネルギーの
レーザ光に対してもシリコン酸化膜が耐えられるためと
考えられる。本実施例にあっては、透明薄膜の破壊を確
実に阻止して安定してマーキングが行えるように、パル
ス幅を90〜400nsecの範囲でマーキングする。
この範囲外であっても、少なくとも10nsecまでの
範囲では同様の考え方が適用できる。
使い、レーザ光のパルス幅を90nmで本発明によるド
ットマーキングを行ったときの、破壊を伴わない透明薄
膜Fの上限膜厚とレーザ光の投入エネルギーとの相関を
示している。なお、本実施例において、レーザ光の前記
投入エネルギーは、レーザ発振器から出射されるレーザ
光を図示せぬ減光フィルターを介して増減光調整するこ
とにより制御しており、図5におけるレーザパルス幅が
90〜100nsecのときの透明薄膜Fの膜厚が、図
6ではほぼ2500Åであって、レーザエネルギー(J/
cm2 ) がほぼ1の値に相当している。
法に従ってマーキングを行うにあたり、レーザパルス幅
を90nsecに設定したとき、本実施例によれば少な
くともレーザエネルギーが1.2〜0.7(J/cm2 ) の
範囲内では、シリコン酸化膜(透明膜F)の膜厚が14
00〜4100Åの範囲内で破壊されずに加工が可能で
あり、しかもその膜厚はレーザエネルギーの減少に伴っ
てマイナスの勾配で直線的に減少することが理解でき
る。なお、これらの破壊されない状態で加工が可能であ
る膜厚の変化に対するレーザエネルギーの変化は、前記
膜厚が1400Å以下、或いは4100Å以上にあって
も同様な勾配もって直線的に変化するものではなく、前
記1400〜4100Åの範囲外ではレーザエネルギー
は1.2(J/cm2 ) 、或いは0.7(J/cm2 ) の値で加
工が可能となる。
ーザエネルギーとの関係は、膜厚が薄いほどシリコンウ
エハ本体wからの透明薄膜Fに対する熱量の伝達が速や
かになされ、同薄膜Fの熱量分布の均一化速度が速いた
め、同透明薄膜Fの肉厚方向に全体が溶融あるいは軟化
しやすいため、大きなレーザエネルギーによっても破壊
されず、一方、透明薄膜Fの肉厚が大きくなると前記熱
量の伝達が肉厚方向にに速やかになされないため、ウエ
ハ本体側と外気側とでは熱量分布が異なり、その膨張差
により脆性の高い透明薄膜Fでは瞬時に破裂しやすくな
るためであると考えられる。
ウエハWの表面には多段階で各種の成膜と除膜とが繰り
返され、同様にレーザ光による各種の管理用ドットマー
キングが多段階でなされる。かかる場合には、前記透明
薄膜Fの膜厚変化を検出し、そのマーキング時における
膜厚に応じてレーザ光の投入エネルギーを制御すれば、
一旦成膜された透明薄膜Fを破壊することなく最終のド
ットマーキングが行える。そのため、半導体製造工程
中、過去に付されたドットマークMの形状が維持される
ことになり、その検出の正確さも最後まで失われること
がない。
成機構例を示している。このドットマーク形成機構例は
特に透明薄膜Fの膜厚が大きい場合に適する手法であ
り、先ず同図(A)に示すようにレーザ光をウエハ本体
wには吸収させずに、透明薄膜Fだけにレーザ光を吸収
させるようなレーザ光Laを選択し、同薄膜Fの上から
同第1のレーザ光Laを照射して、同薄膜Fのみ予め加
熱し軟化させる。次いで、同図(B)に示すようにウエ
ハ本体wには吸収されるが透明薄膜Fには吸収されない
第2のレーザ光Lbを選択し、その第2レーザ光Lbを
透明薄膜Fの上から照射し、ウエハ本体wにだけ同レー
ザ光Lbを吸収させて発熱させる。
Lbとの2段階照射により、同図(C)に示すように第
1レーザ光Laによる透明薄膜F自体の軟化と、第2レ
ーザ光Lbによるウエハ本体wの発熱により、透明薄膜
Fを一様に軟化させ、同透明薄膜の変形をしやすくす
る。その結果、同図(D)に示すようにウエハ本体wの
変形に伴って透明薄膜Fも速やかに変形し、透明薄膜F
により被覆されたドットマークMが形成される。この例
では、前記ドットマークMは半導体ウエハWの表面から
半球状に外部に突出した形態を有している例である。
るに適したレーザマーキング装置の一例を示している。
この例によれば、上記第1及び第2のレーザ光を独立す
る2基のレーザ光源から別個に出射させている。すなわ
ち、第1レーザ光源1からのレーザ光Laを反射鏡4に
より反射させて、マーキング領域のマーク形成点を含む
周辺を照射する。このときのレーザ光Laの波長と照射
タイミングはコントローラ3により制御される。透明薄
膜Fの軟化がなされた時点を見計らって、第1レーザ光
源1からの照射を停止させると同時に、第2レーザ光源
2からの照射を開始し、反射鏡5a,5b及び集光レン
ズ6を介してウエハ本体wを溶融変形させると共に透明
薄膜Fをも変形させる。
2段階のレーザ光La,Lbを照射するレーザマーキン
グ装置の例を示している。この装置例によれば、単基の
レーザ光源7からのレーザ光をハーフミラー8を介して
2つの光路に分岐させ、一方の光路のレーザ光を波長変
換素子9を介して、ウエハ本体wには吸収されないが、
透明薄膜Fに吸収される波長に変換して上述の例と同様
に反射鏡を使ってマーキング領域のマーク形成点を含む
周辺を照射させる。また、前記ハーフミラー8により分
岐された他方のレーザ光はそもそもがウエハ本体wには
吸収されるが透明薄膜Fには吸収されない波長をもって
おり、上述の例と同様にハーフミラー8を透過した同レ
ーザ光Lbは反射鏡5a,5b及び集光レンズ6を介し
てウエハ本体wに照射され、同ウエハ本体wを溶融変形
させると共に透明薄膜Fをも変形させる。
同様に2段階加熱によりドットマークを形成する例であ
るが、この機構例では同図(A)に示すように先ず透明
薄膜Fと共にウエハ本体wをも同時に加熱昇温させてお
くものである。すなわち、本機構例では先ず半導体ウエ
ハWの全体を例えば加熱炉などで予熱しておき、次いで
同図(B)に示すように上記第1のドットマーク形成例
と同様に透明薄膜Fには吸収されないが、ウエハ本体w
に吸収される波長に選定されたレーザ光を透明薄膜Fの
上から照射し、同図(C)に示すようにウエハ本体wに
だけレーザ光を吸収させて、そのときの発熱を利用して
透明薄膜Fを軟化させると同時にウエハ本体w自体も溶
融変形して、透明薄膜Fを変形させ、同図(D)に示す
ような形態をもつドットマークMを形成する。
方法の典型的な実施の形態を述べたものであり、本発明
が特許請求の範囲に記載した範囲内で多様な変更が可能
であることは容易に理解されよう。
体ウエハの以降になされる成膜とその除去によるドット
マークの形態変化説明図である。
なされる成膜とその除去によるドットマークの形態変化
説明図である。
態例を示す説明図である。
模式的に示す説明図である。
可能なレーザエネルギー及びレーザパルス幅の相関とを
示す説明図である。
の膜厚とレーザエネルギーとの相関を示す説明図であ
る。
模式的に示す説明図である。
レーザドットマーキング装置例を示す模式図である。
他のレーザドットマーキング装置例を示す模式図であ
る。
を模式的に示す説明図である。
したときに形成されるマーク形態を示しており、同心を
中心としてリング状の凹凸マークが複数形成される。そ
の形成機構も明らかではないが、例えば光の回析現象に
よる影響ではないかと考えられる。本実施例によるかか
る形態のドットマークMの大きさは、加工径が15μm
以上となる。
したのちに、同薄膜Fの上からレーザ光を照射して透明
薄膜Fを破壊することなく、同透明薄膜Fと共にウエハ
本体wにドットマークMを形成するのに適した透明薄膜
として、既述したシリコン酸化膜、PSG膜、BSG
膜、シリコン窒化膜、或いはアルミナ膜を採用すること
が望ましい。特に、CVD法による成膜が容易であり且
つ高温による破壊が少ないシリコン酸化膜やアルミナ膜
が好ましい。因みに、シリコン酸化膜の軟化点は160
0℃、PSG膜及びBSG膜の軟化点は900℃付近、
アルミナ膜の融点は2055℃である。
膜、PSG膜、BSG膜はガラスであるため、それらの
軟化点で液化することなく粘性の大きな塑性変形が可能
な状態となり、ウエハ本体wの表面にこれらの透明薄膜
Fを形成した半導体ウエハWに、適当なエネルギーと波
長をもつレーザ光を前記透明薄膜Fを通してウエハ本体
wに照射すると、前記軟化点を越えても粘性を示し、特
にシリコン酸化膜にあっては1600〜2600℃付近
までは、水の100万倍以上の粘性を有しており、シリ
コンウエハ本体の溶融物が飛散するときのエネルギーに
も十分耐え得るため、膜自体が飛散することが抑制さ
れ、既に溶融しているシリコンと共に加工が可能とな
る。
キング装置を使って、透明薄膜Fが形成された半導体ウ
エハWのドットマーキング領域の所定箇所に、図4
(B)に示すように透明薄膜Fの上からパルスレーザ光
を照射する。この照射により、レーザ光は単に透明薄膜
Fを透過して、シリコンウエハ本体wの表面で吸収さ
れ、そのエネルギーにより発熱して溶融する。この溶融
と同時に、同図(C)に示すように前記発熱が透明薄膜
Fに伝達され、透明薄膜Fを軟化させる。前記ウエハ本
体wが溶融により変形して、既述したような周囲に盛り
上がり部を有する藤壺型の微小な孔形状が形成される。
このウエハ本体wの変形時に、前記透明薄膜Fは軟化し
ているため、同図(D)に示すようにウエハ本体wの変
形に追随して破壊することなく前記孔形状に類似する形
態に変形する。
ネルギー、レーザ照射時間、レーザ照射面積、透明薄膜
Fの膜厚、透明薄膜Fの粘度などの様々な要因により多
様に変化させることができる。従って、図示例では前記
ドットマークMの形状を藤壺型に孔形状としているが、
例えばウエハ面から外部にほぼ半球状に突出させること
もできる。しかして、レーザ光による投入エネルギーが
大きすぎると、シリコンウエハ本体の蒸気圧が高くなり
すぎて、透明薄膜Fを突き破ってしまい、溶融シリコン
が外部に飛散することになる。また、レーザ光による投
入エネルギーが小さい場合には全くマーキング加工がな
されない。そして、これらのレーザ光の投入エネルギー
はレーザ光のパルス幅と相関のあることが判明した。し
かし、透明薄膜Fが形成された半導体ウエハWに対する
本発明のドットマーキング方法を実施するにあたり、前
記投入エネルギーをパルス幅により一義的に決めること
はできず、透明薄膜Fの材質や膜厚にも影響される。
Claims (8)
- 【請求項1】 レーザ光を照射することにより半導体ウ
エハにドットマークを付与する方法であって、 前記半導体ウエハ本体の少なくともドットマークの形成
領域に透明薄膜を形成すること、 予め選定された波長を有するレーザ光を前記透明薄膜の
上から前記ドットマークの形成領域に照射すること、 前記透明薄膜を透過する前記レーザ光により前記ウエハ
本体を溶融変形させてドットマークを形成すること、及
び前記ウエハ本体の溶融時の発熱を利用し、同透明薄膜
の破壊を伴うことなく前記ドットマークの変形に追随し
て同透明薄膜を同様の形態に変形させること、を含んで
なることを特徴とする半導体ウエハのレーザマーキング
方法。 - 【請求項2】 前記透明薄膜の膜厚が数10〜2000
0Åである請求項1記載のレーザマーキング方法。 - 【請求項3】 更に、前記ドットマーク表面の前記透明
薄膜による被膜を残して前記透明薄膜表面を平滑に加工
することを含んでなる請求項1記載のレーザマーキング
方法。 - 【請求項4】 前記レーザ光の波長を、前記透明薄膜に
吸収されることなく、且つ前記ウエハ本体に吸収される
値に選定する請求項1又は2記載のレーザマーキング方
法。 - 【請求項5】 更に、前記レーザ光の照射に先立って前
記薄膜を前記ウエハ本体と共に予め加熱することを含ん
でなる請求項4記載のレーザマーキング方法。 - 【請求項6】 前記レーザ光が前記透明薄膜に吸収され
るがウエハ本体には吸収されない波長を有する第1レー
ザ光の照射手段と前記ウエハ本体に吸収されるが透明薄
膜には吸収されない波長を有する第2レーザ光の照射手
段とを備え、第1レーザ光を前記ドットマークの形成領
域に照射し、前記透明薄膜を発熱させて予め軟化させる
こと、 次いで第2レーザ光を前記第1レーザ光の照射領域に照
射し、前記ウエハ本体を溶融変形させること、及び予め
軟化状態にある前記透明薄膜を前記ウエハ本体の溶融時
の発熱により変形させる請求項1又は2記載のレーザマ
ーキング方法。 - 【請求項7】 前記ウエハ本体がシリコンウエハであ
り、前記透明薄膜がシリコン酸化膜、PSG膜又はBS
G膜である請求項1又は2記載のレーザマーキング方
法。 - 【請求項8】 前記半導体ウエハがシリコンウエハであ
り、前記透明薄膜がシリコン窒化膜又はアルミナ膜であ
る請求項1又は2記載のレーザマーキング方法。
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