KR100698858B1 - 레이저 표지 방법, 레이저 표지 장치, 및 표지 검출 방법 및 장치 - Google Patents

레이저 표지 방법, 레이저 표지 장치, 및 표지 검출 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 레이저 표지 방법 및 장치에서는, 표지되어야 할 물체 상에 레이저 빔을 이용해서 간섭 무늬를 형성하여 표지를 만든다.

Description

레이저 표지 방법, 레이저 표지 장치, 및 표지 검출 방법 및 장치{METHOD OF LASER MARKING, LASER MARKING APPARATUS AND METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING A MARK}
도 1은 본 발명에 의한 레이저 표지 장치의 제1 실시예를 보여주는 개략도.
도 2는 광축의 관점에서 본 플라이 아이 렌즈(fly-eye lens, 곤충의 복안 모양의 렌즈)의 개략적인 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 의한 레이저 표지 장치의 제2 실시예를 보여주는 개략도.
도 4는 본 발명에 의한, 물체 상에 만들어진 표지를 검출하는 예시적인 장치를 보여주는 도면.
도 5는 종래의 레이저 표지 장치를 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: (레이저) 광원
2: 갈바노 거울
3: 집광 렌즈
4: 반도체 웨이퍼
5: 플라이 아이 렌즈
6: 이미징 렌즈
7: 집광 렌즈
9: 마스크
10: 조명기
11: 집광 렌즈
12: 광 검출기
13: 확대 원
51, 52, 53, 54: 오목 렌즈
100, 200: 레이저 표지 장치
관련 출원에 대한 참고 자료
이 출원은 일본 특허 출원 2004-93414호(출원일: 2004년 3월 26일)에 기초한 것이며, 이를 우선권 주장하고, 이것의 전체 내용은 이 명세서에 참고로 합체되어 있다.
본 발명은 레이저 표지 방법 및 장치와 표지 검출 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 반도체 웨이퍼와 같은 물체를 레이저로 표지시키는 방법 및 장치와, 반도체 웨이퍼와 같은 물체 상에 만들어진 표지를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일본 특허 공개 11-33752호 공보는 광학 재료에 균열이 생기게 하는 일이 없 이 액정 디스플레이용 유리와 같은 광학 재료 상에 양호한 가시도(good visibility)의 표지를 만드는 레이저 표지 방법을 보여주고 있다.
이 공개 공보에 보여주는 레이저 표지기는 30 내지 100 ㎛의 폭을 갖는 펄스 레이저 빔을 발광하는 레이저 장치를 구비한다. 다각형 거울은 펄스 레이저 빔을 규칙적으로 흔들면서 광학 재료의 표면을 조사한다. 따라서, 육안상 표지로서 인식되는 오목부가 광학 재료 상에 형성되어 있다.
일본 특허 공개 11-260675호 공보는 반도체 웨이퍼 상에 도트 표지를 만드는 다른 종래의 레이저 표지 방법을 보여주고 있다. 이 방법은 레이저 표지 공정 중에 용해된 비산 입자가 반도체 웨이퍼 상에 접착되는 것을 방지하고, 반도체 소자의 제조 프로세스에 있어서의 다수의 공정에 걸쳐서 다수의 처리를 한 후에도 도트 표지의 모양을 항상 안정하게 유지함으로써 가시도를 보장하는 것이다.
이 방법에서는 반도체 웨이퍼의 표면 영역의 적어도 도트 표지 형성 영역에 투명 박막이 형성된다. 이 도트 표지 형성 영역에는 소정의 파장을 갖는 레이저 빔이 투명 박막을 거쳐서 조사(照射)된다. 투명 박막을 투과한 레이저 빔은 도트 표지 형성 영역을 용해시키고 변형시켜 도트 표지를 만든다. 동시에, 표지 형성 영역이 용해될 때 발생하는 열은 투명 박막을 파괴시키는 일 없이 투명 박막을 도트 표지와 동일한 모양으로 변화시키는데 이용된다. 투명 박막은 용해된 비산 입자가 접착하지 않도록 도트 표지를 보호하고, 도트 표지의 가시도를 보장해 준다.
도 5는 가우시안 강도 분포를 갖는 레이저 빔을 이용해서 반도체 웨이퍼와 같은 물체 상에 표지를 만드는 다른 종래의 표지 장치를 보여주고 있다. 레이저 광원(1)은 입사 동공으로서의 기능을 하는 갈바노 거울(2)을 향해서 레이저 빔을 발광시킨다. 갈바노 거울(2)은 자계 안에 배치된 가동형 코일(도시하지 않음)을 포함한다. 전류가 흐르면, 전류량에 따라서 전자기력이 발생되어, 소형 반사 거울이 축상에 부착된 가동형 코일이 회전하게 된다. 이 반사 거울의 각도는 전류량을 제어함으로써 조정될 수 있다. 갈바노 거울(2)에서 반사되어 나가는 레이저 빔은 집광 렌즈(3)(f-θ 렌즈)에 의해서 반도체 웨이퍼(4)의 뒷면에 집광되어, 도트 표지가 만들어진다. 도트 표지의 깊이는, 예컨대 약 5 ㎛으로, 매우 깊다. 따라서, 이러한 도트 표지를 하드 표지라고 부른다. 도트 표지에 손상을 입히지 않고, 또 도트 표지들이 서로 연결되지 않도록, 레이저 빔의 강도는 가능한 한 최소로 유지되어야 하지만, 반도체 웨이퍼(4)는 레이저 빔 때문에 균열이 생기거나 약화되는 경우가 간혹 있다. 더욱이, 하드 표지를 만들려면, 반도체 웨이퍼(4)가 제거를 도울 수 없을 정도의 고강도 레이저 빔이 필요(이것은 하드 표지의 주변 영역을 오염시킨다)하고, 및/또는 특히 반도체 웨이퍼(4) 상에서의 사진 식각 공정 시에 반도체 웨이퍼의 평평도를 악화(이것은 트랜지스터 형성 공정 시에 부정적인 영향을 미친다)시킨다.
이러한 문제들을 피하기 위해서, 저강도의 레이저 빔을 이용하는 소프트 표지 방법도 알려져 있다. 그러나, 이 소프트 표지 방법은 서브미크론 규모의 용해 표지를 만들게 되어, 소프트 표지의 가시도를 악화시킨다.
따라서, 반도체 제조 공정에서의 정교한 사진 식각 기술은 평평한 웨이퍼를 필요로 하기 때문에, 양호한 가시도를 갖는 얕은 표지를 만드는 레이저 표지 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 레이저 표지 방법을 제공한다. 본 발명의 레이저 표지 방법은 표지되어야 할 물체 상에 간섭 무늬를 형성하는 단계와, 레이저 빔을 이용해서 표지를 만드는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 형태는 레이저 표지 장치를 제공한다. 본 발명의 레이저 표지 장치는 레이저 빔을 발광하는 레이저 광원과, 표지되어야 할 물체 상에 레이저 빔을 이용해서 간섭 무늬를 형성하는 광학 요소를 포함한다.
본 발명의 또 다른 형태는 표지를 검출하는 방법을 제공한다. 본 발명의 표지 검출 방법은 간섭 무늬로 형성된 표지를 조사하는 조사 단계와, 이 표지로부터 산란된 광을 검출하는 검출 단계를 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 실시예들을 설명한다. 도 1에서 보여주는 바와 같이, 레이저 표지 장치(100)는 간섭 무늬를 형성하는 강도 분배기(20)(적어도 하나의 광학 요소를 포함함)를 갖는다. 강도 분배기(20)는 레이저 광원(1)과, 입사 동공으로서의 기능을 하는 갈바노 거울(2) 사이에 배치된다. 도 1의 제1 실시예의 경우, 강도 분배기(20)는 레이저 빔을 다수의 레이저 선속으로 분광시키는 플라이 아이 렌즈(5)와 이미징 렌즈(6) 및 집광 렌즈(7)를 구비한다. 이미징 렌즈(6)와 집광 렌즈(7)는 분광된 레이저 선속을 중첩시키고 집광하여, 반도체 웨이퍼(4)의 표면에 간섭 무늬를 형성한다.
도 2에 나타낸 실시예의 경우, 플라이 아이 렌즈(5)는 동심의 외주 상에 등간격으로 배치된 4개의 오목 렌즈(51, 52, 53, 54)로 이루어져 있다.
일 실시예에서, 레이저 선속을 반사하는데 이용되는 갈바노 거울(2)은 기계적 스캐너이다. 기계적 스캐너는 내부에 설치된 거울을 진동시키고 경사시킴으로써 레이저 빔을 반사시키고 스캔하는 스캐너의 일반적인 용어이다. 갈바노 거울(2)은 자계 내에 배치된 가동형 코일(도시하지 않음)을 포함한다. 전류가 흐르면, 전류량에 따라서 전자기력(토크)이 발생되어, 소형 반사 거울(도시하지 않음)의 축상에 부착된 가동형 코일이 회전하게 된다. 이 반사 거울의 각도는 전류량을 제어함으로써 조정될 수 있다.
f-θ 렌즈(3)는 갈바노 거울(2)과 반도체 웨이퍼(4) 사이에 광경로를 따라 배치되어, 반도체 웨이퍼(4)의 표면에 레이저 선속을 집광시킨다.
이하, 레이저 표지 장치(100)의 동작을 설명한다. 도 1의 실시예의 경우, 레이저 광원(1)은 플라이 아이 렌즈(5)에 의해서 4개의 레이저 선속으로 분광된다. 이어서, 이 분광된 선속은 이미징 렌즈(6), 집광 렌즈(7), 갈바노 거울(2) 및 f-θ 렌즈(3)를 통과하여, 반도체 웨이퍼(4)의 표면에 무아레 무늬(Moire fringe)를 형성한다. 즉, 다수의 빔 간섭이 생성된다. 다시 말하면, 과잉 강도를 갖는 레이저 빔을 이용하는 일 없이 의도적으로 강도 분배기(20)를 이용하여 강도를 분산(분배)시킴으로써, 용해된 비산 입자가 접착하거나 반도체 웨이퍼(4)의 평평도를 악화시키는 일 없이 양호한 가시도를 갖는 표지가 만들어질 수 있다.
이 실시예에서, 간섭 무늬는, 상(phase)이 같은 전자기파들이 상호작용에 의 해서 증폭되거나, 상이 다른 전자기파들이 상호작용에 의해서 약화되는 광학적 현상이다.
이 실시예의 경우, 다수 빔 간섭은, 광원으로부터 발광된 광 빔을 1개 이상의 광 선속으로 분광시키고, 서로 다른 광경로를 통과하는 광 선속들을 중첩시킴으로써 발생되는 간섭이다.
일 실시예에서, 다수 빔 간섭은 정현파형의 강도 분포를 발생시킨다. 일 실시예에서, 하나의 레이저 선속은 다른 레이저 선속들과는 다른 강도를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 제2 실시예를 보여주고 있다. 회절 격자를 가지며 도 3의 확대 원(13)으로 표시된 마스크(9)는 이미징 렌즈(6)와 집광 렌즈(7) 사이에 배치된다. 마스크(9)를 투과하는 레이저 빔은 공간적으로 강도가 분산된다. 알려진 바와 같이, 마스크(9) 외에, 다른 광학 요소를 이용하여 공간적 강도 분포를 만들어 내어도 좋다. 일 실시예에서는 마스크(9)의 회절 격자의 피치가 1 ㎛ 이하일 수 있다. 다른 실시예에서는 피치가 1 ㎛보다 크거나 같을 수 있다.
도 3의 실시예의 경우, 마스크(9)의 회절 격자에 대응하는 강도 분산이 반도체 웨이퍼(4)의 표면 상에 맺히게 되므로, 양호한 가시도를 갖는 표지가 만들어질 수 있다.
도 4는 표지, 예컨대 예시적인 제1 및 제2 실시예에서 나타내는 장치(100 또는 200)에 의해서 만들어진 표지를 검출하는 표지 판독 장치를 보여주고 있다. 도시한 바와 같이, He-Ne 레이저 광원과 같은 조명기(10)는 반도체 웨이퍼(4)의 영역 을 향해서 광 빔을 발광하여 표지를 조사한다. 표지로부터 산란되는 광은 집광 렌즈(11)를 거쳐서 광 검출기(12)에 의해서 검출된다.
요약하면, 제1 실시예는 다수의 레이저 선속을 결속 또는 병합하고 중첩시킴으로써 규격화되어야 할 또는 표지되어야 할 물체, 예컨대 반도체 웨이퍼의 영역에 간섭 무늬를 생성하는 레이저 표지 방법 및 장치를 보여주고 있다. 표지는 간섭 무늬에 대응하는 강도 분포에 의해서 만들어진다.
제2 실시예는 회절 격자를 갖는 마스크를 이용함으로써 규격화되어야 할 또는 표지되어야 할 물체, 예컨대 반도체 웨이퍼의 영역에 간섭 무늬를 생성하는 레이저 표지 방법 및 장치를 보여주고 있다.
전술한 교시 내용을 비추어 보면, 본 발명의 여러 가지 변형이 만들어질 수 있다. 따라서, 특허청구범위의 범주 내에서, 본 발명은 이 명세서에서 구체적으로 설명한 것과는 다른 방법으로 실시될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예컨대, 반도체 웨이퍼(4) 외에, 다른 규격화 또는 표지화 물체가 사용되어도 좋다. 예를 들면, 식별되어야 할 필요가 있는 제품, 예컨대 휴대 전화, 휴대 전화의 다이얼 윈도우, 소위 플래시 메모리, 디지털 카메라의 회로 기판 등이 사용되어도 좋다.
본 발명에 의한 레이저 표지 장치 및 방법은, 표지되어야 할 물체 상에 레이저 빔을 이용해서 간섭 무늬를 형성하여 표지를 만듦으로써, 양호한 가시도를 갖는 얕은 표지를 만들 수 있다.

Claims (17)

  1. 레이저 표지 방법으로서,
    표지되어야 할 물체 상에 레이저 빔을 이용하여, 레이저 선속들을 중첩하여 간섭 무늬를 형성하여 표지를 만드는 간섭 무늬 형성 단계
    를 포함하는 레이저 표지 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 간섭 무늬 형성 단계는 상기 레이저 빔을 발광시키는 발광 단계와, 상기 레이저 빔을 레이저 선속들로 분광시키는 분광 단계를 포함하는 것인 레이저 표지 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 분광 단계는 상기 레이저 빔을 플라이 아이 렌즈에 투과시키는 단계를 포함하는 것인 레이저 표지 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 분광 단계는 상기 레이저 빔을, 동심 원주 상에 등간격으로 배치된 오목 렌즈들을 갖는 플라이 아이 렌즈들에 투과시키는 단계를 포함하는 것인 레이저 표지 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔은 회절 격자를 갖는 마스크를 투과하는 것인 레이저 표지 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 물체는 웨이퍼이고,
    상기 간섭 무늬의 지점을 이동시키는 단계를 더 포함하는 레이저 표지 방법.
  8. 삭제
  9. 레이저 표지 장치로서,
    레이저 빔을 발광하는 레이저 광원과,
    표지되어야 할 물체 상에 상기 레이저 빔을 이용해서 간섭 무늬를 형성하는 광학 요소
    를 포함하고,
    상기 광학 요소는 상기 레이저 빔을 레이저 선속들로 분광시키는 플라이 아이 렌즈와, 상기 레이저 선속들을 중첩시키는 이미징 렌즈를 포함하는 것인 레이저 표지 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 플라이 아이 렌즈는 동심 원주 상에 등간격으로 배치되는 오목 렌즈들을 포함하는 것인 레이저 표지 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 이미징 렌즈를 투과한 레이저 선속들을 반사시키는 갈바노 거울과,
    상기 표지되어야 할 물체 상에 상기 레이저 선속들을 집광시키는 f-θ 렌즈를 더 포함하는 것인 레이저 표지 장치.
  12. 레이저 표지 장치로서,
    레이저 빔을 발광하는 레이저 광원과,
    표지되어야 할 물체 상에 상기 레이저 빔을 이용해서 간섭 무늬를 형성하는 광학 요소
    를 포함하고,
    상기 광학 요소는 회절 격자를 갖는 마스크를 포함하는 것인 레이저 표지 장치.
  13. 제12항에 있어서, 이미징 렌즈와 집광 렌즈를 더 포함하는 것인 레이저 표지 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 마스크는 상기 이미징 렌즈와 상기 집광 렌즈 사이에 상기 레이저 빔의 광경로 상에 배치되는 것인 레이저 표지 장치.
  15. 표지 검출 방법으로서,
    간섭 무늬로 형성된 표지를 조사하는 조사 단계와,
    상기 표지로부터 산란된 광을 검출하는 검출 단계
    를 포함하는 표지 검출 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 조사 단계는 상기 표지를 향해서 He-Ne 레이저 빔을 발광시키는 단계를 포함하는 것인 표지 검출 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 검출 단계는,
    상기 산란된 광을 집광 렌즈에 투과시키는 단계와,
    상기 집광 렌즈에 투과된 산란광을 광 검출기를 이용해서 검출하는 단계
    를 포함하는 것인 표지 검출 방법.
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