(57)【要約】  ターゲット表面材料を加工するレーザ式方法およびシステム並びにこれにより作成された製品が提供される。このシステムは、ワークピースのある領域のターゲット表面材料を、近接するターゲットでない材料部分の望まない変化を避けつつ加工する。このシステムは、ある波長と１ｎｓより短いパルス幅を有する１以上のパルスを含むパルスレーザ出力を生成する第１のレーザ源を有する第１のレーザサブシステムを具える。供給サブシステムが、前記ワークピースのターゲット表面材料に、当該ターゲット表面材料をテクスチャリングする１以上のパルスを有するパルスレーザ出力を照射する。このパルスレーザ出力は、前記ターゲット表面材料の少なくとも一部を除去し始めるのに十分な合計フルエンスを有し、前記パルス幅は、前記領域とその材料を取り巻くターゲットでない材料のスラグを実質的に除去するのに十分に短い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースのある領域のターゲット表面材料を、近隣のターゲットでない材料部分の望まない変化を避けつつ加工する方法であって、この方法が：
ある波長とパルス幅を有する１以上のパルスを含むパルスレーザ出力を生成するステップと；
前記ワークピースのターゲット表面材料に、当該ターゲット表面材料をテクスチャリングする１以上のパルスを含むパルスレーザ出力を照射するステップとを含み、このパルスレーザ出力は、前記ターゲット表面材料の少なくとも一部を除去し始めるのに十分な合計フルエンスと、この領域とこの領域周辺のターゲットでない材料のスラグを実質的に除去するのに十分に短いパルス幅を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、前記テクスチャリングされる表面材料は、刻印（indicia）を含み、当該刻印が少なくとも半永久的か、除去可能であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１の方法において、前記ターゲット表面材料は、半導体基板、薄膜、金属層、誘電層の少なくとも１つであることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１の方法において、前記ワークピースは、ＭＥＭデバイス、光電子工学デバイス、生物医学チップのいずれか１であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２の方法において、前記刻印は機械読み取り可能であり、当該刻印のフォントサイズが０．３ｍｍより小さいことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１の方法がさらに、第２のレーザ出力を生成し、前記テクスチャリングされた表面材料を前記第２のレーザ出力で照射し、前記テクスチャリングされた表面材料を加工するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６の方法において、前記テクスチャリングされた表面材料が刻印を含んでおり、前記第２のレーザ出力を照射するステップにおいて前記刻印が消去されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１の方法において、前記テクスチャリングされた表面材料が、マイクロテクスチャリングされた（microtextured）パターンを含み、このパターンは、バーパターン、マトリクスパターン、文字や数字の列、ロゴタイプのいずれかであることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１の方法において、前記１以上のパルスのパルス幅が約１ｎｓより小さいことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９の方法において、前記パルス幅が約１００ｐｓ以下であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１の方法において、前記合計フルエンスが、前記出力のスポットの空間範囲で可測であることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１の方法において、前記テクスチャリングされた表面材料が刻印を含み、前記照射するステップが、前記刻印の少なくとも一部の第１の箇所を指示する少なくとも１の制御信号に応答して前記レーザ出力を前記第１の箇所に当たるよう方向付けるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１の方法において、前記照射するステップは、前記領域の少なくとも一部におけるターゲット表面材料の粗さを実質的に増進させることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１の方法において、前記領域周辺のターゲットでない表面材料は、強度の鏡面反射成分を有する面を具えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項２の方法において、前記刻印の拡散反射率が０．５％−５％の範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１の方法において、  前記合計フルエンスが約０．１Ｊ／ｃｍ２より大きいことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１の方法において、前記波長は、前記ターゲット表面材料の吸収限界より小さいことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１の方法において、前記波長は、紫外であることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１の方法において、前記ターゲット表面材料はシリコンであることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１の方法において、前記ターゲット表面材料が金属または誘電体であることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１の方法において、前記ターゲット表面材料が、誘電体不活性化層の一部であり、この層の誘電体は、無機物、有機物、あるいはｌｏｗ−ｋ誘電体であることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１の方法において、前記ターゲット表面材料が、ＭＥＭデバイスであることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２の方法において、前記刻印の一部は、約０．２５ミクロン−約１ミクロンの範囲内の表面高度差（surface variation）を有することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２の方法において、前記刻印の高さ寸法（feature dimension）は、数ミクロンから数十ミクロンの範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２の方法において、前記刻印の高さ寸法は、前記１以上のパルスの数波長分であることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１の方法において、前記照射するステップは、前記パルスレーザ出力の偏光を制御して前記テクスチャリングされた表面材料の特性を向上または制御するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項１１の方法において、前記照射するステップは、前記スポットを形成して形成済みスポットを得るステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２７の方法において、前記形成済みスポットが、トップハット照射プロファイル（top-hat irradiance profile）を有することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２７の方法において、前記形成済みスポットが、当該形成済みスポットの中心が弱く周辺部にエネルギが集中していることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項６の方法において、前記パルスレーザ出力は前記ターゲット表面材料を精密にテクスチャリングするとともに、前記第２のレーザ出力は前記テクスチャリングされた表面材料を粗く加工することを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項６の方法において、前記パルスレーザ出力は前記ターゲット表面材料を粗くテクスチャリングするとともに、前記第２のレーザ出力は前記テクスチャリングされた表面材料を精密に加工することを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項６の方法において、前記テクスチャリングされた表面材料が刻印を含み、前記第２のレーザ出力で照射するステップにおいて負のウィンドウマーク（negative window mark）が形成されることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項６の方法において、前記テクスチャリングされた表面材料がパターンを含み、前記第２のレーザ出力で照射するステップが、前記パターンを微細加工することを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項６の方法において、前記第２のレーザ出力で照射するステップは、前記テクスチャリングされた表面材料の電気的または機械的なパラメータを刻む（trim）ことを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項６の方法において、前記第２のレーザ出力は、前記テクスチャリングされた表面材料に吸収される波長を有する１以上のパルスを含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５の方法において、前記第２のビームの１以上のパルスの波長が、前記領域周辺のターゲットでない材料に吸収されるものであることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３５の方法において、前記第２のビームの１以上のパルスの波長が、前記領域周辺のターゲットでない材料に吸収されないものであることを特徴とする方法。
【請求項３８】
ワークピースのある領域のターゲット表面材料を、近隣のターゲットでない材料部分の望まない変化を避けつつ加工するシステムであって、このシステムが：
ある波長とパルス幅を有する１以上のパルスを含むパルスレーザ出力を生成する第１のレーザ源を有する第１のレーザサブシステムと；
前記ワークピースのターゲット表面材料に、当該ターゲット表面材料をテクスチャリングする１以上のパルスレーザ出力を照射する供給サブシステムとを具え、前記パルスレーザ出力が、前記ターゲット表面材料の少なくとも一部を除去し始めるのに十分な合計フルエンスと、前記領域とこの材料周辺のターゲットでない材料のスラグを実質的に除去するのに十分に短いパルス幅を有することを特徴とするシステム。
【請求項３９】
請求項３８のシステムにおいて、前記第１のレーザ源は、超高速レーザを具えることを特徴とするシステム。
【請求項４０】
請求項３８のシステムにおいて、前記供給サブシステムが、前記テクスチャリングすべきターゲット表面材料の位置を示すデータを受け取って１以上の制御信号を生成する制御部を具えることを特徴とするシステム。
【請求項４１】
請求項４０のシステムにおいて、前記供給サブシステムが、１以上の位置制御信号に応答して前記ターゲット表面材料をテクスチャリングすべく前記レーザ出力を前記ターゲット表面材料の位置に導く位置決めサブシステムを具えることを特徴とするシステム。
【請求項４２】
請求項３８のシステムがさらに、前記テクスチャリングされた表面材料に照射される第２のレーザ出力を生成する第２のレーザ源を有する第２のレーザサブシステムを具えることを特徴とするシステム。
【請求項４３】
請求項４２のシステムにおいて、前記第２のレーザ出力は少なくとも、前記テクスチャリングされた表面材料の領域を消去、微細加工、溶接、あるいはアクチュエート（actuate）することを特徴とするシステム。
【請求項４４】
請求項４２のシステムにおいて、前記第２のレーザ源は、パルス、変調、あるいはＣＷソースのいずれかを含むことを特徴とするシステム。
【請求項４５】
請求項４２のシステムにおいて、前記第２のレーザ出力の照射は、前記領域を加熱する前記ターゲット表面材料のフルエンス崩壊閾値（fluence breakdown threshold）以下であることを特徴とするシステム。
【請求項４６】
請求項４２のシステムにおいて、前記第２のレーザ出力の照射は、前記ターゲット表面材料の１以上の特性を変化させる前記ターゲット表面材料のフルエンス崩壊閾値（fluence breakdown threshold）以下であることを特徴とするシステム。
【請求項４７】
請求項４２のシステムにおいて、前記第２のレーザ出力は、前記ワークピースの材料の吸収限界（absorption edge）の近傍またはこれを越える波長を有する１以上のパルスを含むことを特徴とするシステム。
【請求項４８】
請求項４２のシステムにおいて、前記第１のレーザ源が、前記第２のレーザ源を含むことを特徴とするシステム。
【請求項４９】
請求項４２のシステムにおいて、前記第１のレーザ源が、前記第２のレーザ源とは分離されていることを特徴とするシステム。
【請求項５０】
請求項３８のシステムにおいて、前記供給サブシステムが、前記レーザ出力の偏光を制御する偏光制御部を具えることを特徴とするシステム。
【請求項５１】
請求項３８のシステムにおいて、  前記第１のレーザ源が、ダイオード励起（diode-pumped）、固体ＵＶレーザを具え、前記パルス幅がおよそ２０ｎｓより小さいことを特徴とするシステム。
【請求項５２】
請求項５１のシステムにおいて、  前記パルス幅が１ｎｓより小さいことを特徴とするシステム。
【請求項５３】
請求項４１のシステムにおいて、前記位置決めサブシステムが、前記ワークピースを前記レーザ出力に対して移動させる１以上の移動ステージを具えることを特徴とするシステム。
【請求項５４】
請求項３８のシステムにおいて、前記第１のレーザ源は、モードロック発振器とダイオード励起、固体レーザ増幅器を具えることを特徴とするシステム。
【請求項５５】
請求項３８のシステムにおいて、前記レーザ出力の平均レーザ出力が、０．１Ｗ−２Ｗの範囲内であることを特徴とするシステム。
【請求項５６】
請求項３８のシステムにおいて、前記テクスチャリングされた表面材料が刻印を含み、前記システムがさらに前記刻印を読み取る読み取りサブシステムを具え、この読み取りサブシステムは、照明具と、電子画像サブシステムとを具える。
【請求項５７】
請求項５６のシステムにおいて、前記照明具は、明視野、暗視野、明視野と暗視野の組合せ、のいずれかであることを特徴とする。
【請求項５８】
製造品であって：
この製品の少なくとも１の製造ステップにおいて識別可能な刻印が形成された１以上の表面材料を具え、前記刻印は、ワークピースのある領域内のターゲット表面材料を選択的にパルスレーザ出力で照射する方法により形成され、前記刻印は、少なくとも半永久的で、前記製品の以降の製造工程に利用可能であり；
前記領域と、この領域周辺のターゲットでない材料は実質的にスラグが除去され；
１以上の製造ステップにおいて、前記領域の少なくとも一部における表面の粗さが増進され、これにより前記刻印の読み取りに用いられるエネルギー反射が減少することを特徴とする製造品。
【請求項５９】
請求項５８の製造品において、前記領域と当該領域の背景との間で、広い範囲の視野角で高い反射コントラストが得られていることを特徴とする製造品。
【請求項６０】
請求項５８の製造品において、前記領域の背景面は、強度の鏡面反射成分を有することを特徴とする製造品。
【請求項６１】
請求項５８の製造品において、前記識別可能な刻印と前記領域の背景間の反射コントラストは、２０度以上の視野角範囲で３０：１を越えることを特徴とする製造品。
【請求項６２】
請求項５８の製造品において、前記刻印が、フォントの寸法が０．３ｍｍ以下の文字や数字を含むことを特徴とする製造品。
【請求項６３】
請求項５８の製造品において、前記刻印が、２次元マトリクスコードを含むことを特徴とする製造品。
【請求項６４】
請求項５８の製造品において、前記刻印が、１またはそれ以上の製造工程において識別性の他に利用可能であることを特徴とする製造品。
【請求項６５】
請求項５８の製造品において、前記刻印は、ＳＥＭ（scanning electron microscope：走査型電子顕微鏡 ）データまたはＡＦＭ（atomic force microscope：原子間力顕微鏡）データのいずれかで得られる粗さの測定値で前記領域の背景から識別可能であることを特徴とする製品。
【請求項６６】
請求項５８の製造品において、前記刻印部分と前記領域の背景間の粗さの比較に、粗さ測定規格ＤＩＮ４７６８（DIN 4768 roufhness measurement standards）が用いられることを特徴とする製造品。
【請求項６７】
請求項５８の製造品において、前記刻印は、画像のコントラスト測定値で前記領域の背景から識別可能であることを特徴とする製造品。
【請求項６８】
請求項５８の製造品において、前記刻印が機械読み取り可能であることを特徴とする製造品。
【請求項６９】
請求項５８の製造品において、前記刻印は、ドットマトリックスコードを構成する複数の重ならないドットの列であることを特徴とする製造品。
【請求項７０】
請求項５８の製造品において、前記刻印が、トレーサビリティ、部品識別、分類の少なくともいずれか１に利用されることを特徴とする製造品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本発明は、２００４年６月３０日に出願された米国暫定出願番号６０／５４８，２６８の優先権を主張する。
【０００２】
技術分野
本発明はレーザによるマーキングおよびテクスチャリングに関し、特に、少なくとも半永久的な、あるいは除去可能な刻印を１またはそれ以上のマイクロエレクトロニクス製品に形成する技術に関する。この材料は、半導体基板、薄膜、金属皮膜、絶縁層を含む。１以上の実施例は、ＭＥＭ、光電子光学装置、生物医学マイクロチップにも適用しうる。様々な実施例を様々なマイクロテクスチャリングまたはミクロ製造に利用可能である。
【背景技術】
【０００３】
１９９９年より以前、シリコンウェハにマーキングを行ってウェハレベルを識別していた。当所は公知の良好なダイで行われ、より最近はトレーサビリティや部品識別により、ダイレベルのウェハ裏面へのレーザマーキングがトレンドとなり、ＭＣＭ、フリップチップ、ＤＣＡ、ＣＳＰを含む様々なパッケージング技術に適用されている。ここ数年では、製品へのマーキングツールの研究開発努力がなされている。
【０００４】
ダイマーキングの新たな挑戦の１つに、近年の超薄型ウェハの導入がある。以前は、ウェハの厚さの仕様は３００−７００ミクロン（μｍ）が通常であった。今日の小型ダイの規格では、面積と厚さの双方の意味において、ウェハが１５０μｍの厚さとなっている。ウェハの厚みに対する長期の照射は可能な限り少なくなっている。
【０００５】
別の挑戦は、ダイサイズの継続的減少がある。例えば、ＤＣＡ（Direct Chip Attach）に用いられるダイは、３ｍｍ−８ｍｍの寸法である。しかしながら、ＲＦＩＤタグのような製品は、０．３ｍｍと小さいが、大きなダイマーキングで含められるのと同じ程度の情報を必要とする。このトレンドにより、ダイマーキングをさらに進化させて実際の英数字の文字サイズを縮小する必要が生じた。
【０００６】
従来のウェハ製造システムは、今日の新たな規格には最適ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
価値の高い進歩がいくつか表出しており、例えば本願出願人に譲渡され２００４年４月１日に米国特許出願公開番号２００３／００６０９１０「ワークピースに機械読み取り可能なマーキングを作成する、高速のレーザベースマーキング方法およびシステム並びにこれにより製造される基板ダメージを低減させた半導体装置」に開示されている。しかしながら、高さ寸法を小さくしながらコントラストの高い刻印を設ける必要があり、またマイクロエレクトロニクス材料の刻印は、光学特性を幅広く変化させることが知られている。
【０００８】
精密レーザマーキングシステムの望ましい改良は、マーキング密度を高め（すなわち、有効ドットサイズまたは線幅を小さくし）、マーキング深度を制御し、熱作用範囲を制御あるいは実質的に除去しつつマーキングの反復性を向上させることを含む。これには読み取り性（すなわち、背景に対するマークのコントラスト）、好ましくは角度によらないコントラストの改良が必要であった。
【０００９】
理想のマークは、材料をほんの僅かに除去するだけで形成され、かつ以降の１またはそれ以上の製造工程に耐えるコントラストを提供するものである。さらに、例えばフォントサイズが０．３ｍｍ以下でフォント間隔が狭まっているなど密度の要求を満たすべく縮小したサイズが望ましい。
【００１０】
本発明の１以上の実施例の目的は、少なくとも１のマイクロエレクトロニクス製品材料に刻印／テクスチャを形成する方法を提供することである。この方法は、パルスレーザ出力を材料の局地的範囲に照射するステップを具え、この出力が前記範囲の少なくとも一部を除去し始めるのに十分なフルエンスと、前記範囲およびこの範囲の周囲の近い材料のスラグを除去するのに十分に短いパルス幅を有する。
【００１１】
本発明の１以上の実施例の別の目的は、上記方法で製造された製品を提供することである。
【００１２】
本発明の１以上の実施例のさらなる別の目的は、上記方法を実現するレーザマーキング／テクスチャリングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的および本発明の他の目的を達成すべく、ワークピースのある領域のターゲット面の材料を、近接するターゲットでない材料部分の望ましくない変化を避けつつ加工する方法が提供される。この方法は、ある波長とパルス幅を有する１以上のパルスを含むパルスレーザ出力を生成するステップを具える。この方法はさらに、前記ワークピースのターゲット表面材料に、当該ターゲット表面材料をテクスチャリングする１以上のパルスレーザ出力を照射するステップを含む。このパルスレーザ出力は、前記ターゲット表面材料の少なくとも一部を除去し始めるのに十分な合計フルエンスと、この範囲とこの範囲を取り巻くターゲットでない材料のスラグを実質的に除去するのに十分に短いパルス幅を有することを特徴とする。
【００１４】
前記テクスチャリングされる表面材料は、刻印（indicia）を含むことを特徴とする。
【００１５】
前記刻印は、少なくとも半永久的か、除去可能であることを特徴とする。
【００１６】
前記ワークピースはマイクロエレクトロニクス装置であり、前記テクスチャリングされる表面材料は、マイクロエレクトロニクス材料であることを特徴とする。
【００１７】
前記ターゲット表面材料は、半導体基板、薄膜、金属層、誘電層の少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１８】
前記ワークピースは、ＭＥＭデバイス、光電子工学デバイス、生物医学チップのいずれか１であることを特徴とする。
【００１９】
前記ターゲットでない表面材料は、刻印を含むことを特徴とする。
【００２０】
前記刻印は、機械読み取り可能であることを特徴とする。
【００２１】
前記刻印は、フォントサイズが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２２】
前記テクスチャリングされた表面材料は、前記ワークピースに形成されたマイクロテクスチャリングパターン（microtextured pattern）を含むことを特徴とする。
【００２３】
前記ワークピースが半導体ウェハであり、前記マイクロテクスチャリングパターンが前記ウェハに刻印を形成することを特徴とする。
【００２４】
この方法はさらに、第２のレーザ出力を生成し、前記テクスチャリングされた表面材料を前記第２のレーザ出力で照射し、このテクスチャリングされた表面材料を加工するステップを具えることを特徴とする。
【００２５】
前記テクスチャリングされた表面材料が刻印を含み、当該刻印が前記第２のレーザ出力を照射するステップにおいて消去されることを特徴とする。
【００２６】
前記テクスチャリングされた表面材料が、前記ワークピースの少なくとも一方の側に形成されることを特徴とする。
【００２７】
前記ワークピースは、半導体ウェハであることを特徴とする。
【００２８】
前記生成するステップは、少なくとも一部がフェムト秒あるいはピコ秒レーザで行われることを特徴とする。
【００２９】
前記パターンは、バーパターン、数字や文字列、あるいはロゴタイプであることを特徴とする。
【００３０】
前記１以上のパルスのパルス幅は、約１ｎｓより小さいことを特徴とする。
【００３１】
前記パルス幅が約１００ｐｓ以下、あるいは約１０ｐｓ未満であることを特徴とする。
【００３２】
前記テクスチャリングされた表面材料は、マイクロテクスチャリングされた（microtextured）表面材料を含むことを特徴とする。
【００３３】
前記マイクロテクスチャリングされた表面材料は、ナノテクスチャリングされた（nanotextured）表面材料を含むことを特徴とする。
【００３４】
前記テクスチャリングされた表面材料が刻印を含み、前記照射するステップが、前記刻印の少なくとも一部の第１の箇所を指示する少なくとも１の制御信号に応答して前記レーザ出力を前記第１の箇所に当たるよう導出するステップを含むことを特徴とする。
【００３５】
前記範囲は、スポットの空間寸法内であることを特徴とする。
【００３６】
前記照射するステップは、前記範囲の少なくとも一部におけるターゲット表面材料の粗さを実質的に増進させることを特徴とする。
【００３７】
前記範囲を取り巻くターゲットでない表面材料は、強度の鏡面反射要素を有する面を具えることを特徴とする。
【００３８】
前記刻印の拡散反射度が０．５％−５％の範囲内であることを特徴とする。
【００３９】
前記合計フルエンスが０．１Ｊ／ｃｍ２より大きいことを特徴とする。
【００４０】
前記波長は、前記ターゲット表面材料の吸収限界以下であることを特徴とする。
【００４１】
前記波長は、紫外線であることを特徴とする。
【００４２】
前記１以上のパルスのパルス幅は、およそ１５ｆｓ−５００ｐｓの範囲内であることを特徴とする。
【００４３】
前記１以上のパルスのパルス幅は、およそ１００ｆｓ−５０ｐｓの範囲内、あるいはおよそ３００ｆｓ−１５ｐｓの範囲内であることを特徴とする。
【００４４】
前記ターゲット表面材料は、シリコン、金属または誘電体であることを特徴とする。
【００４５】
前記ターゲット表面材料は、誘電体不活性化層の一部であることを特徴とする。この層の誘電体は、無機物、有機物、あるいはｌｏｗ−ｋ誘電体であることを特徴とする。
【００４６】
前記ターゲット表面材料は、ＭＥＭデバイスであることを特徴とする。
【００４７】
前記刻印の一部は、約０．２５ミクロン−約１ミクロンの範囲内の表面変度（surface variation）を有することを特徴とする。
【００４８】
前記刻印の高さ寸法は、数ミクロンから数十ミクロンの範囲内、あるいは前記１以上のパルスの数波長分であることを特徴とする。
【００４９】
前記照射するステップは、前記パルスレーザ出力の偏光を制御して前記テクスチャリングされた表面材料の特性を向上または制御するステップを具えることを特徴とする。
【００５０】
前記パルスレーザ出力が収束レーザ加工ビームを含むとともに、前記照射するステップが前記ワークピースと前記収束レーザ加工ビームとを相対的に動かすステップを含むことを特徴とする。
【００５１】
前記テクスチャリングされた表面材料がマイクロテクスチャリングパターンを含み、前記相対的に動かすステップにより前記ワークピースにこのマイクロテクスチャリングぱたーんが生成されることを特徴とする。
【００５２】
前記照射するステップは、前記スポットを形成して形成済みスポットを得るステップを含むことを特徴とする。
【００５３】
前記形成済みスポットが、トップハット照射プロファイル（top-hat irradiance profile）を有することを特徴とする。
【００５４】
前記形成済みスポットが、当該形成済みスポットの周囲に集中するエネルギーを有する窪んだ中央部を具えることを特徴とする。
【００５５】
前記照射するステップは、前記スポットの相を制御するステップを含むことを特徴とする。
【００５６】
前記波長は、前記ワークピースの材料の吸収限界以下であることを特徴とする。
【００５７】
前記パルスレーザ出力は前記ターゲット表面材料を精細にテクスチャリングするとともに、前記第２のレーザ出力は前記テクスチャリングされた表面材料を粗く加工することを特徴とする。
【００５８】
前記パルスレーザ出力は前記ターゲット表面材料を粗くテクスチャリングするとともに、前記第２のレーザ出力は前記テクスチャリングされた表面材料を精細に加工してもよい。
【００５９】
前記テクスチャリングされた表面材料が刻印を含み、前記第２のレーザ出力で照射するステップにおいて凹のウィンドウマーク（negative window mark）が形成されることを特徴とする。
【００６０】
前記テクスチャリングされた表面材料があるパターンを含み、前記第２のレーザ出力で照射するステップが前記パターンをマイクロ加工することを特徴とする。
【００６１】
前記第２のレーザ出力で照射するステップは、前記テクスチャリングされた表面材料の電気的または機械的なパラメータを刻む（trim）ことを特徴とする。
【００６２】
前記第２のレーザ出力は、前記テクスチャリングされた表面材料に吸収される波長を有する１以上のパルスを含むことを特徴とする。
【００６３】
前記第２のビームの１以上のパルスの波長が、前記範囲の周囲のターゲットでない材料に吸収されないものであることを特徴とする。
【００６４】
さらに、上記の目標および本発明の他の目標を達成するために、ワークピースのある領域のターゲット表面材料を、近接するターゲットでない材料部分の望まない変化を避けつつ加工するシステムが提供される。このシステムは、ある波長とパルス幅を有する１以上のパルスを含むパルスレーザ出力を生成する第１のレーザ源を有する第１のレーザサブシステムを具える。このシステムはさらに、前記ワークピースのターゲット表面材料に、当該ターゲット表面材料をテクスチャリングする１以上のパルスレーザ出力を照射する供給サブシステムを具える。このパルスレーザ出力は、前記ターゲット表面材料の少なくとも一部を除去し始めるのに十分な合計フルエンスを具える。前記パルス幅は、前記領域とその材料を取り巻くターゲットでない材料のスラグを実質的に除去するのに十分に短いパルス幅を有する。
【００６５】
前記第１のレーザ源は、超高速レーザを具えることを特徴とする。
【００６６】
前記超高速レーザは、ピコ秒レーザあるいはフェムト秒レーザであることを特徴とする。
【００６７】
前記供給システムが、前記テクスチャリングすべきターゲット表面材料の位置を示すデータを受け取って１以上の制御信号を生成する制御部を具えることを特徴とする。
【００６８】
前記供給システムが、１以上の位置制御信号に応答して前記ターゲット表面材料をテクスチャリングすべく前記レーザ出力を前記ターゲット表面材料の位置に導く位置決めサブシステムを具えることを特徴とする。
【００６９】
前記システムがさらに、前記テクスチャリングされた表面材料に照射される第２のレーザ出力を生成する第２のレーザ源を有する第２のレーザサブシステムを具えることを特徴とする。
【００７０】
前記第２のレーザ出力は少なくとも、前記テクスチャリングされた表面材料の領域を消去、微細加工、溶接、あるいはアクチュエート（actuate）することを特徴とする。
【００７１】
前記第２のレーザ源は、パルス、変調、あるいはＣＷソースのいずれかを含むことを特徴とする。
【００７２】
前記第２のレーザ出力の照射は、前記領域を加熱する前記ターゲット表面材料のフルエンス崩壊閾値（fluence breakdown threshold）以下であることを特徴とする。
【００７３】
前記第２のレーザ出力の照射は、前記ターゲット表面材料の１以上の特性を変化させる前記ターゲット表面材料のフルエンス崩壊閾値（fluence breakdown threshold）以下であることを特徴とする。
【００７４】
前記第２のレーザ出力は、前記ワークピースの材料の吸収限界の近傍またはこれを越える波長を有する１以上のパルスを含むことを特徴とする。
【００７５】
前記第１のレーザ源が、前記第２のレーザ源を含むか、前記第２のレーザ源から分離されていることを特徴とする。
【００７６】
前記供給システムが、前記レーザ出力の偏光を制御する偏光制御部を具えることを特徴とする。
【００７７】
前記第１のレーザ源が、ダイオード励起（diode-pumped）、固体ＵＶレーザ、およそ２０ｎｓより小さなパルス幅を有することを特徴とする。
【００７８】
前記パルス幅は１ｎｓより小さいことを特徴とする。
【００７９】
前記位置決めサブシステムが、前記ワークピースを前記レーザ出力に相対的に移動させる１以上の移動ステージを具えることを特徴とする。
【００８０】
前記位置決めサブシステムが、精密なポジショナと粗略なポジショナを具えることを特徴とする。
【００８１】
前記位置決めサブシステムが、前記ワークピースを前記レーザ出力に相対的に移動させる移動ステージと回転ステージを具えることを特徴とする。
【００８２】
前記位置決めサブシステムが、前記レーザ出力を前記ワークピースに相対的に移動させる光学スキャナを具えることを特徴とする。
【００８３】
前記位置決めサブシステムが、前記レーザ出力を前記ワークピースに対して移動させる２以上のステージとスキャナとを具えることを特徴とする。
【００８４】
前記レーザ出力が、ビームウェストを有するレーザビームであることを特徴とする。前記位置決めサブシステムは、前記ビームウェストを前記ワークピースに対して移動させる少なくとも１の要素を具えることを特徴とする。
【００８５】
前記供給サブシステムが、焦点調節サブシステムを具えることを特徴とする。
【００８６】
前記焦点調節サブシステムが、屈折光学サブシステムであることを特徴とする。
【００８７】
前記システムがさらに、前記テクスチャリングされた表面材料を検査する検査サブシステムを具えることを特徴とする。
【００８８】
前記検査サブシステムは、機械視覚サブシステムを具えることを特徴とする。
【００８９】
前記第１のレーザ源は、モードロック発振器とダイオード励起、固体レーザ増幅器を含むことを特徴とする。
【００９０】
前記光学スキャナが、二次元の検流計式スキャナ（two-dimensional, galvanometer-based scanner）であることを特徴とする。
【００９１】
前記１以上の位置制御信号が、前記ワークピースから製品を製造する少なくとも１のステップ中に生成されることを特徴とする。
【００９２】
前記第１のレーザサブシステムが、シードレーザと光ファイバ増幅器とを含むことを特徴とする。
【００９３】
前記第１のレーザサブシステムがさらに、周波数逓倍、ダイオード励起、固体レーザ増幅器と、波長シフタとを具えることを特徴とする。
【００９４】
前記レーザ出力が、１０ＫＨｚより大きい反復レートを有することを特徴とする。
【００９５】
前記レーザ出力の平均レーザ出力が、０．０１Ｗ−２Ｗの範囲内であることを特徴とする。
【００９６】
前記テクスチャリングされた表面材料が刻印を含むことを特徴とする。このシステムはさらに、前記刻印を読み取る読み取りサブシステムを具える。この読み取りサブシステムは、照明具と、電子画像サブシステムとを具える。
【００９７】
前記照明具は、明視野、暗視野、明視野と暗視野の組合せ、のいずれかであることを特徴とする。
【００９８】
さらに、上記目的および本発明の他の目的を実現すべく、製造品が提供される。この製品の少なくとも１の製造ステップにおいて、１以上の表面材料に識別可能な刻印が形成される。前記刻印は、ワークピースのある領域内のターゲット表面材料を選択的にパルスレーザ出力で照射する方法により形成される。前記刻印は、少なくとも半永久的で、前記製品の以降の製造工程に利用可能である。この領域と、この領域を取り巻くターゲットでない材料は実質的にスラグが除去される。１以上の製造ステップにおいて、前記領域の少なくとも一部における表面の粗さが増進され、これにより前記刻印の読み取りに用いられるエネルギー反射が減少する。
【００９９】
前記領域と当該領域の背景との間で、広い範囲の視野角で高い反射コントラストが得られる。
【０１００】
前記領域の背景面は、強度の鏡面反射要素を有することを特徴とする。
【０１０１】
前記識別可能な刻印と前記領域の背景間の反射コントラストは、２０度以上の視野角範囲で３０：１を越えることを特徴とする。
【０１０２】
前記刻印が、フォントの寸法が０．３ｍｍ以下の文字や数字を含むことを特徴とする。
【０１０３】
前記刻印が、２次元マトリックスコードを含むことを特徴とする。
【０１０４】
前記刻印が、１またはそれ以上の製造工程において識別性の他に利用可能であることを特徴とする。
【０１０５】
前記刻印は、ＳＥＭ（scanning electron microscope：走査型電子顕微鏡 ）データまたはＡＦＭ（atomic force microscope：原子間力顕微鏡）データのいずれかで得られる粗さの測定値で前記領域の背景から識別可能であることを特徴とする。
【０１０６】
前記刻印部分と前記領域の背景間の粗さの比較に、粗さ測定規格ＤＩＮ４７６８（DIN 4768 roufhness measurement standards）が用いられることを特徴とする。
【０１０７】
前記刻印は、画像のコントラスト測定値で前記領域の背景から識別可能であることを特徴とする。
【０１０８】
前記刻印が機械読み取り可能で、ドットマトリックスコードを構成する複数の重ならないドットの列であることを特徴とする。
【０１０９】
前記刻印が、トレーサビリティ、部品識別、分類（sorting）の少なくともいずれか１に利用されることを特徴とする。
【０１１０】
本発明の上述したおよび他の目的、特徴、利点は、以下に述べる本発明を実現する最良の形態の詳細な説明と添付の図面を関連して参照することにより明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１１】
本発明の様々な実施例に関する以降の説明のために、以下の限定的でないガイドラインを用いる。
「超高速レーザ」または「極短レーザ」は、通常１またはそれ以上のパルスを生成するパルスレーザであり、各パルスの持続時間が１ｎｓ以下、例えば１００ｐｓ以下、あるいは典型例では１０ｐｓ以下をいう。
「マイクロテクスチャ」は、通常は表面変化（surface variation）の寸法が１ミクロン以下をいう。
【０１１２】
概要
新たなレーザマーキング技術が、現在のレーザマーキングシステムの制限を克服すべく開発された。ウェハ後部に永続的で高コントラストの浅いマーク（１ミクロン以下）が得られ、この新規なレーザ技術を用いると材料の除去が極端に少ないか全くない。これらのマークの外観は視野角に拘わらず強く、重大な進歩である。このマイクロマーキングと呼ばれる技術により、マークのフォントサイズが０．３ｍｍより随分小さくできる。
【０１１３】
以下のセクションで明らかとなるように、マークの消去、マイクロ接合、レーザ溶接、マイクロアクチュエーションの様々な実施例を適用可能である。
【０１１４】
本発明の１以上の実施例は、精密なレーザマーキングパターンの微細加工に用いることができる。
【０１１５】
本発明の１またはそれ以上の実施例は、マイクロ装置部材のレーザ溶接やレーザアクチュエーションを含むシリコン素材のレーザマイクロアセンブリ技術に適用可能である。
【０１１６】
レーザマーキング／テクスチャリング方法
本発明の一態様は、パルスレーザ出力でマイクロエレクトロニクス装置の部品にマーキングする方法であって、この部品に高密度で識別可能な刻印を形成する。この方法は、パルス継続時間がおよそ１ｎｓ以下、合計フルエンスが前記材料の一部の除去が始まるのに足りる１以上のパルスを有するパルスレーザ出力を生成するステップを具える。この方法はさらに、前記レーザ出力を、１以上の制御信号に応答して、前記材料において刻印を形成すべき部分の少なくとも一部の第１の箇所に供給し、この第１の箇所の材料の局地的範囲を除去（impinge）するステップを具え、前記局地的範囲はスポットの空間寸法内にある。前記レーザ出力は、材料の少なくとも一部の除去を開始し、その領域の少なくとも一部の表面粗さを増大させる。この領域と当該領域を取り巻く近接した背景材料は、実質的にスラグが除去される。
【０１１７】
前記背景面は強度の鏡面反射要素を有してもよい。
【０１１８】
前記刻印の拡散反射度は０．５％−５％であってもよい。
【０１１９】
前記合計フルエンスは０．１Ｊ／ｃｍ２を越えてもよい。
【０１２０】
前記レーザ出力の波長が前記材料の吸収限界以下であってもよい。
【０１２１】
前記レーザ波長が紫外線でもよい。
【０１２２】
前記パルスの持続時間がおよそ１５ｆｓ−５００ｐｓの範囲内でもよい。
【０１２３】
前記パルスの持続時間がおよそ１００ｆｓ−５０ｐｓの範囲内でもよい。
【０１２４】
前記パルスの持続時間がおよそ３００ｆｓ−５０ｐｓの範囲内でもよい。
【０１２５】
前記材料がシリコンでもよい。
【０１２６】
前記材料は金属や誘電体でもよい。
【０１２７】
前記材料は、誘電体不活性化層の一部であり、この誘電体は、無機物、有機物、あるいはｌｏｗ−ｋ誘電体であってもよい。
【０１２８】
前記材料は、ＭＥＭデバイスであってもよい。
【０１２９】
前記刻印の一部は、約０．２５ミクロン−約１ミクロンの範囲内の表面高度の変化を有してもよい。
【０１３０】
前記刻印の高さ寸法は、数ミクロンから数十ミクロンの範囲内でもよい。
【０１３１】
前記刻印の高さ寸法は、前記１以上のパルスの数波長分でもよい。
【０１３２】
レーザマーキング／テクスチャリングシステム
本発明の別の態様は、レーザマーキングシステムである。このマーキングシステムは：パルス継続時間がおよそ１ｎｓ以下、出力の空間領域にわたる合計フルエンスが前記材料の一部の除去が始まるのに足りる１以上のパルスを有するパルスレーザ出力を生成する手段と；マイクロエレクトロニクス部品の材料に形成すべき刻印を規定するデータを受け取り、１以上の位置制御信号を生成して材料におけるマークへレーザ出力を案内し、これにより刻印が形成される制御部と；マーキングされる材料の表面箇所へレーザ出力を案内して、識別可能な、高コントラスト、高密度の刻印を前記材料表面に形成する手段とを具える。
【０１３３】
前記案内手段は光学スキャナを備えてもよい。
【０１３４】
前記案内手段が、前記材料のレーザビームに対する三次元的な位置決めを行う位置決めサブシステムを具えてもよい。
【０１３５】
前記位置決めサブシステムは３またはそれ以上の角度の自由度を有してもよい。
【０１３６】
前記光学スキャナは二次元の検流計式スキャナでもよい。
【０１３７】
前記案内手段がＸ−Ｙステージと、前記制御部に接続されたデフレクタを具えてもよい。
【０１３８】
前記位置制御信号は、前記製品を製造する少なくとも１のステップ中に生成されてもよい。
【０１３９】
前記生成手段は、シードレーザと光ファイバ増幅器とを含んでもよい。
【０１４０】
前記生成手段は、周波数逓倍、ダイオード励起、固体レーザ増幅器を具えてもよい。
【０１４１】
前記生成手段は、モードロック発振器とダイオード励起、固体レーザ増幅器と、波長シフタとを具えてもよい。
【０１４２】
前記生成手段は、周波数２倍器、周波数３倍器、周波数４倍器を具えてもよい。
【０１４３】
前記レーザ出力は、１０ＫＨｚより大きな反復レートを有してもよい。
【０１４４】
平均レーザ出力は、０．０１Ｗ−２Ｗの範囲内でもよい。
【０１４５】
このシステムはさらに、照明具と電子画像システムを有し前記刻印を読み取る読み取りシステムを具えてもよい。
【０１４６】
前記照明具は、明視野でもよい。
【０１４７】
前記照明具は、暗視野でもよい。
【０１４８】
前記照明具は、明視野と暗視野の組合せでもよい。
【０１４９】
製造品
本発明の一態様は、電子製品である。この製品は、当該製品の製造工程においてその材料に形成される識別可能な刻印を有する少なくとも１の材料を具える。前記刻印は、少なくとも１の局地的な材料領域に選択的にパルスレーザ出力で照射する方法により形成される。前記刻印は、少なくとも半永久的で、前記製品の以降の製造工程に利用可能である。このマーキングされた領域と、この領域を取り巻く背景材料はともに実質的にスラグが除去される。前記領域の少なくとも一部における表面の粗さが増進され、これにより前記刻印の読み取りに用いられるエネルギー反射が減少する。
【０１５０】
好適には、パルスレーザ出力で１以上の局地的材料領域を選択的に照射するステップが、上記の「レーザマーキング／テクスチャリング方法」セクションである。
【０１５１】
前記領域と背景との間で、広い範囲の視野角で高い反射コントラストが得られてもよい。
【０１５２】
前記背景面は、強度の鏡面反射要素を有してもよい。
【０１５３】
前記識別可能な刻印と背景間の反射コントラストは、２０度以上の視野角範囲で３０：１を越えてもよい。
【０１５４】
前記刻印が、フォントの寸法が０．３ｍｍ以下の文字や数字を含んでもよい。
【０１５５】
前記刻印が、２次元マトリックスコードを含んでもよい。
【０１５６】
前記刻印が、１またはそれ以上の製造工程において識別性の他に利用可能でもよい。
【０１５７】
前記刻印が、ＳＥＭ（scanning electron microscope：走査型電子顕微鏡 ）データまたはＡＦＭ（atomic force microscope：原子間力顕微鏡）データのいずれかで得られる粗さの測定値で前記領域の背景から識別可能でもよい。
【０１５８】
前記刻印部分と背景間の粗さの比較に、粗さ測定規格ＤＩＮ４７６８（DIN 4768 roufhness measurement standards）を用いてもよい。
【０１５９】
前記刻印は、画像のコントラスト測定値で前記領域の背景から識別可能でもよい。
【０１６０】
前記刻印は、機械読み取り可能でもよい。
【０１６１】
前記刻印は、ドットマトリックスコードを構成する複数の重ならないドットの列として見えてもよい。
【０１６２】
前記刻印が、トレーサビリティ、部品識別、分類（sorting）の少なくともいずれか１に利用されてもよい。
【０１６３】
レーザ加工
本発明の実施例は、特定の要求に基づいて、ぎざぎざした、研磨された、あるいは滑らかな材料表面に刻印を形成するのに用いられる。この表面はコートされていてもよい。例えば、この表面は半導体ウェハのいずれかの側、あるいはマイクロエレクトロニクス装置の製造工程で用いられる別の材料である。
【０１６４】
図１を参照すると、レーザ加工システムの超高速レーザ源１０２が、全体として１００で示されており、１以上のパルスを含むレーザ出力１０４を生成する。このレーザ出力１０４は、加工チャンバ１１０内に出力を収束させビームを生成する供給光学部１０６を通って伝搬し、このチャンバ１１０はレーザ加工を行す際にガス雰囲気中で用いられる。加工チャンバ１１０は、マイクロテクスチャリングシリコンの製造におけるレーザ物質の相互作用の分野で知られている、ある気圧、部分真空、あるいは温度のガス処理環境を具える。この環境での加工には、チャンバの大気状況は要求されない。収束されたビーム１０８は、シリコン半導体ウェハ１１４の一部であるターゲット材料に入射する作用スポット１１２を生成し、マーキングされた材料１１６を作成する（縮尺通りではない）。
【０１６５】
図３、４を参照すると、ウェハ１１４はむき出しの（パターン形成されていない）裏面１１７を有し、これは被膜され、研磨され、あるいは粗いままである。複数の基準点１１８が整列のため用いられる。図３に示す反対側は、多数のダイ１１９と対応する密集した回路パターンとを具える。
【０１６６】
任意で、第２のレーザ加工システムを用いてさらなる加工が行われる。図２を参照すると、マーキング領域を消去、微細加工、溶接、あるいはアクチュエートすべく、第２のレーザ源１２０が第２のビーム１２２を生成する。マーキング領域内の高い吸収作用により、このようなさらなる加工が助成される。例えば、材料と背景の熱膨張が異なる結果、第２の加工ビームで材料を熱したときにアクチュエーションが生じる場合がある。ビーム１２２は、ビームを収束する第２の供給光学１２４を通って伝搬する。前記第２のレーザ源１２０は、応用例によるが、パルス、変調、あるいはＣＷ源である。収束されたビーム１２６は、ウェハ１１４に入射する第２の作用スポット１３０を生成し、マーキングされた材料１１６を照射する。この照射は、マーキングされた材料が領域を熱でアクチュエートするアブレーション限界以下であるか、あるいはこの限界を越えて材料の性質を変化させる。
【０１６７】
多くの実施例において、ビームパス１０４，１２２を具える２つのレーザシステム１００，１２９は、別のシステムに組み込まれてもよいし、これらの光学システムは様々な公知の方法により単一のレーザシステムとして組み上げられてもよい。各ビームパス用に２つの光軸があり、あるいはこれらのビームパスは共軸ビームパスとして組み合わせられていてもよい。  単一のレーザヘッドでレーザ源１０２、１２０のビームを生成してもよく、あるいは２つのレーザ源があってもよい。例えば、第２のレーザ１２０の波長はシリコンの吸収限界の近傍または越えるものであることが望ましい。単一のシステムに一体化するには、特定の設計条件に基づく必要があり、例えば、ワークピースの寸法、レーザ波長および出力、光学設計条件、材料コスト、利用可能な場所のフロアスペース、Ｘ−Ｙ位置規格、などである。
【０１６８】
各々テクスチャリングシステム１００と第２の加工システム１２９に対応する供給システム１０６，１２４は、往々にして線１０７，１２７でそれぞれ示されるコンピュータ制御された要素を含む。例えば、フォーカシング、スポットサイズ調整、偏光制御、エネルギ制御機能が管理される。電気光学装置、変調器、機械光学装置の適切な組合せを位置決めに利用することができる。例えば、各供給システム１０６，１２４は偏光制御部を有しマークの特性を向上あるいは制御してもよい。
【０１６９】
超高速レーザ１０２は、１またはそれ以上のフェムト秒パルスを生成する。ただし、ピコ秒レーザでもフェムト秒レーザの利点の多くを得られ、かつコストと複雑さが低減する。超高速スケールにおける制御されたレーザ材料の相互作用を、広い幅でマークのコントラスト制御に用いて、特定アプリケーションの規格に合わせてもよい。さらに重要なことは、デブリス、スラグ、クラック、その他従来のマーキングレーザに通常伴う望ましくない作用を低減または除去することである。
【０１７０】
レーザパターンやマイクロテクスチャリングされた材料の不連続領域は、シリコン、特にシリコンウェハや、チタンやスチールなどの他の材料へのマーキングにおいて高いコントラストを得るのに用いられる。例えば、図５は、「とげとげの」テクスチャリングされた領域１３５を、表面高さ１３６を象徴的なとげで示す。このような断続的で粗さの形状変化が同じようなものはフェムト秒レーザパルスで作成できる。これらのとげの高さの差は、数ミクロンから数十ミクロンと僅かである。この表面プロファイルは、パルス持続時間（すなわち幅）、ピークエネルギ、スポット面積、スポット照射形状を含むレーザのパラメータに強く依存する。研究者は、このようなとげの形成は、レーザのアブレーションとレーザ誘発化学エッチングの双方を含むと仮定している。
【０１７１】
本発明の実施例は、上の段落で例示したものより表面高さの差の幅が小さく（すなわち、サブミクロン）、かつ高コントラストとスラグフリーのマークを作成するのに十分なマイクロテクスチャリング領域の作成に利用可能である。さらに、コントラストの向上とデブリスの不在により、従来のマーキングアプローチと比較した場合のマークの密度が向上する。図１０、１１は、例えばむき出しのシリコンなど、鏡面に形成された従来技術のレーザマークと対応する表面形状であり、デブリスやクラッキングを有する深く「ハードな」マークを示す。図１２、１３は、本発明のシステムを用いて図１０に示す鏡面に形成されたマークを示す図である。このパルスレーザはピコ秒レーザであり、（１またはそれ以上のパルスの）合計エネルギ密度が基板表面のスポットエリアの一部内のアブレーションを開始するのに十分なパルス出力を生成する。表面高さの差は数十−数百ナノメータであり、マーキング領域は通常有意な粗さを示し、少なくとも強い反射要素を除去している。
【０１７２】
図６、７はそれぞれ、従来技術のマークと本発明により形成されたマークを比較する図であり、ドットマトリクスパターンの密度の改善を示している。図８、９はそれぞれ、従来技術のマークと本発明により形成されたマークを比較する図であり、バーパターンの密度の改善を示している。
【０１７３】
図２１、２２は、従来および近年のレーザマーキングシステムによる様々なレーザマークを、本発明により製造されるマーキング基板と比較するための図である。図２１、２２はそれぞれ、本発明の譲受人がパルス幅が５３２ｎｍで約１５ｎｓのＮｄＹＶＯ４レーザを用いて形成したマーク２５０の側面図と平面図である。このレーザシステムが作成した浅いマークは深さ約１．５−４ミクロンで基板のクラックがない。図２２は、マーク２５０の平面図であり、マーク２５０の横に押しやられた材料２５２が存在している。この新しい例は、本願出願人の譲受人に譲渡され２００４年４月１日に公開された米国特許公開番号２００４／００６０９１０名称「High Speed, Lase-based Marking Method and System for Producing Machine Readable Marks on Workpieces and Semiconductor Devices with Reduced Subsurface Damage Produced Thereby」に対応している。図２１は比較的深い従来の「ハードな」マーク２５４の側面図を示し、深さが約１０ミクロンあり、シリコンのクラックが比較的深いレーザ浸透２５６部分で見られる。
【０１７４】
特定のアプリケーションでは、前に形成されたレーザマークを除去または消去したい場合もある。この機能のためには、高吸収性の、マイクロテクスチャリング領域の形成が、適切なレーザパラメータの第２のレーザシステムを用いて制御可能に変更できる。赤外線照明の近くの明るく見える領域では、本発明によるこれらのテクスチャリング（マーキング）された領域は、ウェハ背景の反射面１１５に対して高いコントラストを示す。例えば、ウェハ表面１１５は、可視波長に比較して滑らかであり、強度の反射材において拡散反射を無視できる。テクスチャリングされた領域は不透明で、画像システムを校正するのに用いる「グレースケールチャート」の最も暗い影に相当する拡散反射を有することが望ましい。
【０１７５】
一例では、反射拡散は約０．５％−５％の範囲内であり、これは約６のグレーシェードに対応する。このコントラストにより、文字や数字、バーコード、マトリクスコード等の機械読み取りマークの検出能が改善される。例えば、それぞれ図１、２に示すマーキングレーザシステム１００と第２のレーザ加工システム１２９を含み、図１４に示すように完全なレーザ処理システムの一要素であるマーク検査システム２０１でこのような刻印は検出可能である。このシステム１２９はマークを消去するのに用いることができる。あるいは、システムは１のみのレーザマーキングと光学マーク検出システム２０１を具え、第２の加工装置を有さなくてもよい。超高速（または紫外線）源により、浅いマークで高度に制御可能な深さを実現可能であり、これは例えば現在の利用可能なシステムよりマーキング面積が実質的に細かい非常に薄いウェハへのマーキングやコーディングに有用である。
【０１７６】
以下の「マーキング例」のセクションとその参照図面は、ラフ面、擦過面、平滑面を有するシリコン基板にピコ秒レーザを用いてレーザマークを形成する例である。従来のレーザマークに対してマークの読み取り性能が向上している。マークはほぼ不透明であり、照明と視野角の関係において背景とのコントラストが高く、例えば照明源と看者の角度は３０度を越えて変更可能である。この不変性により機械の視認アルゴリズムの信頼性が向上する。
【０１７７】
レーザマーキングシステム
高コントラストのマークをシリコンのウェハや他のマイクロエレクトロニクス部品または装置に形成する本発明の様々な実施例が提供される。さらに、ＭＥＭＳやＭＯＥＭＳ装置にも応用され、チタンやスチールなどの材料にマークや他のパターンを形成する。
【０１７８】
このマーキングは第１に識別に用いられ、あるいは別の現場の機能や以降のプロセスの理由において材料の光学特性を偏光するのに用いられる。
【０１７９】
完全対のマーキングシステムでは、図１４，１５に図示するように、加工されるウェハはロボットウェハハンドリングシステム２０５によりウェハキャリアから取り出される。ウェハの向きは、プレアライナ２０６や、例えばリーダ２０７でウェハ種類を特定する他の必要なステップの実行を含む光学アライメントにより決定される。
【０１８０】
レーザ１０２は加工ビームを生成する。図１６を参照すると、ビーム位置決めシステム１０６が、例えばシリコン基板であるワークピースに超高速加工ビームを供給し収束させる。大気中または周囲環境内における収束された加工ビームとワークピースの材料との相互作用により、ワークピースの表面にマイクロテクスチャが生成される。
【０１８１】
超短パルスレーザ１０２で生成されたレーザパルス１０４（図１）は、光学パス１０４に沿って伝搬し、拡散するかビームポジショナ２２０（図１６）で位置決めされる。このビームの位置決めは通常、典型例ではＸ−Ｙステージ２０８に搭載されたウェハ１１４上に出力を収束させる走査レンズを用いて一般に広い角度で拡散する２つの検流計走査ミラーを用いて実現する。各レーザパルス（またはパルス列）はマイクロテクスチャリングされたスポットをウェハ１１４の材料上に形成する。ビームの位置決めは制御部により決定され、レーザパルスのシーケンスは文字や他の刻印をウェハ１１４に形成する。マークが完成したら、ウェハ１１４は加工エリアから取り外されウェハキャリアにリロードされる。代替例では、ウェハ１１４を搬送する前にシステム１２９で第２の加工ステップを行ってもよい。
【０１８２】
ワークピースと収束加工ビームの関連する制御された動きにより、ワークピース上に識別可能なパターンを形成するマイクロテクスチャが選択的に作成される。
【０１８３】
Fillionによる米国特許６，３４１，０２９と６，４９６，２９２のディザリングによる形成などの様々なスポット形成および配列方法や、Ehrmannによる米国特許６，６３９，１７７その他の態様や位置づけの偏光を、レーザマイクロテクスチャリングに適用することができる。例えば、トップハット照射プロファイル（top-hat irradiance profile）スポットにより、マイクロテクスチャリングがより均一となり、吸収限界の遷移帯における熔解が減少する。トップハットプロファイルによると、パルスエネルギを増大させることなく吸収限界およびその上のスポットの範囲が増大し、効果的なマイクロテクスチャリングが達成される。さらに切り口の縁における熔解を防止しマイクロテクスチャ基板遷移のシャープさを向上させるには、中心が弱く周辺部にエネルギが集中しているスポットを用いるのが好ましい。
【０１８４】
様々な配向において、円形のスポットは線要素の確実な照射を提供する。しかしながら、四角や矩形のスポットでは、整列された切り口の幅に渡って均一な照射量を供給し照射が必要な範囲を増大することにより、さらに有効性と均一性が向上する。スポットの向きを制御すると照射やスポットの重なり制御に用いることができる。例えば、最大パルスエネルギを選択し、軌道沿いのスポット長さを伸長または短縮し、吸収限界またはそれを越えて露光される範囲の形状を変更してもよい。このスポットは、切り口の幅を増大させることなく吸収限界またはそれを越えて広い範囲を露光すべく広げてもよく、あるいは照射量を増大させることなく切り口の幅を減少させてもよい。このスポットは、増大させた数のレーザパルスを当該スポットの少なくとも一部に露光すべく広げてもよい。反対に、切り口に沿ってスポットを縮めて、切り口を縮小することなく吸収限界またはそれを越えて露光を増大させるか、照射量を減少させることなく切り口の幅を増大させてもよい。また、スポットの少なくとも一部を少ない数のパルスに露光すべくスポットを縮小してもよい。
【０１８５】
レーザは、超高速レーザであってよい。通常、レーザのパラメータはマークの線幅、光学特性、様々なシステムの考慮事項および特性（すなわち、このレーザ加工システムの総合的な光学効率）に依存する。超高速レーザは、基板の吸収限界以下の波長、例えば５３２ｎｍである。要求される限界フルエンスと反復レートに関連する平均出力は、本発明の多様な実施例で用いるシリコンウェハのマーキングの場合におよそ０．１Ｗ−２Ｗの範囲内である。パルス幅（持続時間）は１ｎｓより小さい。好適には、このレーザパルス幅は約１００ｆｓ−約５０ｐｓの範囲内であり、より好適には約３００ｆｓ−約１０ｐｓの範囲内である。
【０１８６】
いくつかの実施例では、パルス幅が約２０ｎｓより小さく、好ましくは１ｎｓより小さいダイオード励起、固定ＵＶレーザを用いる。所望のマイクロテクスチャを形成するには、図１に示すように、ＵＶ処理の最良結果を得るべく、チャンバ１１０内をガスアシストまたはガス環境とする。
【０１８７】
図１６−１９は、基板のレーザマーキングに用いられるレーザ加工システムのさらなる詳細を示す図であり、例えばシリコンウェハの製造を示す（正面および背面）。位置決めサブシステムは、１またはそれ以上の移動ステージ２０８を具え、ワークピースを加工ビーム１０８に対して２軸に沿って移動させる。レーザ材料加工の当業者には多数の関連する基板やビーム位置決め装置が知られており、例えば、半導体加工、光造形、半導体レーザ修復、レーザドリル、半導体ウェハトリミングなどがある。
【０１８８】
図７、９の構成（それぞれドットとバー）は、商業的に入手可能なマーキングシステムにおいて典型的には数十ミクロンである。本発明のレーザマーキングシステムは実質的により小さなサイズを提供し、例えば５−１０ミクロンのドットである。図７、図９の構成は、パターンの要素間の最小分解距離に特徴がある。この最小分解距離はパルスレーザ出力の波長で例えば０．２５ミクロンのオーダーである。
【０１８９】
例として、ＭＥＭの限定された範囲に刻印を形成するのが望ましい。回折制限スポットのみの閾値より上のエネルギ部分を制御することにより、サブミクロンの構成が形成され、例えば０．２５ミクロン構成、またはマージンが作成される場合は０．５−２ミクロン構成である。このように、位置決めシステムは細かいのと粗いポジショナを含み、パターン解像度と合致あるいはこれを越えて、超精密派ターニングを提供する。精密ステージは、移動幅がミリメータのオーダで、位置決め精度は実質的に１ミクロンより細かく、例えば０．０５ミクロンである。このシステムは、他の補助的な精密ポジショナ、例えば精密小角度ビームデフレクタ（例えば、音響光学偏光器）を閉ループ制御とともに具えてもよい。このような位置決めシステムは、本発明の実施例のレーザマーキング、パターニング、接合、または他のアプリケーションに利用可能である。
【０１９０】
図１７を参照すると、レーザシステム１００、１２９でレーザマーキングおよび他の応用を実施するための本発明の実施例は、ワークピースの第１および第２の面を照射するステップを含む。例として、ウェハチャック２４９がＸ−Ｙステージに搭載され、レーザシステム１００、１２９がワークピースの反対側の面を照射できるように構成されている。このウェハチャック２４９は、Ｚ軸運動器を備え、ワークピースを傾かせる機能を有してもよい（Ｘ−Ｙ軸周りで回転）。このような精密な移動および回転ステージは、リソグラフィ、レーザトリミングおよび類似のアプリケーションで適用されている。
【０１９１】
図１６、１８、１９、２０を参照すると、ビーム位置決めシステム２２０、２２０’のいずれかまたは双方が、ビームをワークピースに対して動かす２軸の検流計式のビームスキャナ２４０、２４２を具える。ビーム位置決めシステム２２０、２２０’はいずれも、２以上のステージとスキャナとの組合せを具え、少なくとも２軸に関して加工ビームを移動させてもよい。さらに、第２のレーザシステムにおける１以上の光学部品のムーブメント２４６を介してビームウェストをワークピースに対し位置決めさせる部材を具えてもよい。同様に、例えば、電動式のウェハチャックアセンブリを用いたＺ軸移動を備える光学システム部品の多様なムーブメント２４６の組合せを用いてビームウェストをワークピースに対して少なくとも３軸で移動させる部品を含んでもよい。
【０１９２】
精密検流計スキャンヘッド２４０、２４２は、GSI Lumonics Corporation（本出願の譲受人）、Cambridge Technologies and Scan Labs LTDから入手可能である。この統合的な光学システムのオプション例が、図１８、図１９に示されており、以下を含む：（１）プログラム可能なスポットサイズ調整部２２２を具えるテレセントリック系またはｆ−θ修正レンズ２２１；（２）広視野のポストオブジェクティブシステム２２３や電気式動的焦点調整（図１６に図示せず）。
【０１９３】
この超高速システムにおける焦点システム１０６が、反射型工学システムとして記載されている。フェムト秒レーザシステムがレーザ出力を供給する実施例では、すべての反射システムが、分散保証の結果として改善された機能を提供する。例えば、超短パルスの波長は中心波長から約８ｎｍまたはそれ以上で分布している。FEmtooptics, Inc.社は、フェムト秒光学部品のサプライヤーである。
【０１９４】
処理チャンバ内で加工することにより、非常に高い吸収率のマイクロテクスチャが、非周辺大気（non-ambient atmosphere）内で提供される。この処理雰囲気は、マイクロストラクチャの形成を助成すべくガスを含有するか真空である。しかしながら、マイクロストラクチャは開かれたガス環境内で形成されてもよく、より好ましくはワークピースが大気中に配置されている。
【０１９５】
マイクロストラクチャにより、ワークピースの表面から出る反射エネルギが減少する。通常、作成されるマイクロストラクチャはスパイク状または円錐構造であり、光の波長より小さいオーダで、図１２および図１３に示す規則的な配列として図５に示す表面形状であり、高さのばらつき（ピーク幅）と規則性ｇ亜減少したマイクロストラクチャ領域である。非常に高い吸収構造が、加工チャンバ内で形成される。しかしながら、適度な吸収構造（例えば、図１２および図１３）が本発明の多様な実施例で重視されており、これによりマイクロストラクチャ領域の作成に要するシステム要求が低減する。
【０１９６】
マーキングのアプリケーションにおいて、形成されるパターンは文字や数字でもよい。この形成パターンはロゴタイプでもよい。この形成パターンは機械読み取り可能である。このパターンはまた人間が読み取り可能でもよい。０．３ｍｍ以下のフォントサイズが本発明の１以上の実施例を用いて実現される。
【０１９７】
このシステムは、パターンを識別する一体型のマーク検出システム２０１（図１４）を具え、あるいはこの検閲は製造プロセスにおける別のシステムやステーションに含められてもよい。市場で入手可能な機械読み取り技術として、例えばCognex, Inc.社のパターン認識システムをマーク識別に用いることができる。従来のウェハマーキング技術と比較すると、レーザ式マイクロテクスチャリングは広コントラストのマークで、広い範囲のカメラアングルや照明角度を含む照明環境に対して比較的変動がない。同様に、いくつかの実施例において、マークが少なくとも照明や視野角への依存度が低いイメージとなる場合、検出ヴィジョンシステム２０１は、例えば図１８や図１９に相当する設計の、検流計システム内に一体構成されたオプションの「レンズを通した」ヴィジョンシステム構成を組み込んでなる。
【０１９８】
基板の材料は、金属、シリコンウェハ（むき出しあるいは様々なコーティング）でもよい。他の材料の例は、無機あるいは有機の誘電体（Ｌｏｗ−ｋ材料、金属被覆、耐火金属、プラスチックなど）を含む。
【０１９９】
マーキングされる材料は、複合材料装置の一部であり、これは例えばシリコンの上に二酸化珪素の層を含む。この材料は無機あるいは有機の誘電体であり、例えば不活性化層である。マーキングされた領域は、この複合材料デバイスの製造プロセスで例えば多様な製造工程を制御または選択するのに利用できるよう、永続的、半永続的、あるいは消去可能である。実施例の装置は、複合材料の半導体メモリ、金属装飾（Damascene）構造体、プロセッサ、周辺チップ等、ＲＦＩＤタグ、ＭＣＭ等である。
【０２００】
ある構成において、半導体産業へ供給されている既存のシステムへ効率的に統合させるべく、GSI Lumonics WaferMark SigmaCleanといった商業的なソフトマークタイプのウェハマーキングシステムに、長短パルスレーザ源を含めるようにしてもよい。様々なレーザシステムの詳細の選択肢は、レーザシステムの項に含められている。この通常ウェハマーキングシステムで作成されるソフトマークは浅く、低反射で、角度依存の少ないマークとなる。長短パルスレーザ源の統合には、レーザエネルギを機械の光学パスへ接続しビームを光学パスに伝搬させこのビームを基板状に収束させるのに、機械的かつ工学的な変更を要する。この統合は、レーザビーム処理システムの設計分野における当業者によく知られた設計により実現することができる。
【０２０１】
材料除去／マーク消去
高吸収性のマーク領域は、本発明の多様な方法にかかる以降の処理のために照射される。第２の照射は、基板に比較的弱く吸収されるレーザが用いられ、例えばシリコンの吸収限界近傍またはこれを越えるレーザである。様々な研究により、可視光およびＮＩＲの双方におけるマイクロテクスチャ領域の吸収性が上がっている。シリコンの吸収限界近傍またはその上で、高出力加工レーザを用いて典型的な伝送基板へのダメージを最小限にする。最初の超高速ステップで精密パターニングを行い、これを粗い第２のビームで加工してもよく、あるいは逆に、  第１のステップで粗いマークを作成し、第２のステップで精密にパターニングしてもよい。吸収材料は、微細加工ステップで制御された深さに除去される。
【０２０２】
図２３を参照すると、この除去の目的は、マークの除去または消去４１０であり、除去範囲に負の「ウィンドウ」を作成し、または精密パターンを微細加工し、あるいは電気的または機械的なパラメータをトリムすることである。
【０２０３】
図２４は、第２の照射１２６により４２０の部分が変更されたマイクロテクスチャ領域を示す。このマイクロテクスチャ領域を作成する工程は、図１４に示すシステムにおいて、あるいは製造工程における他の箇所で達成される。
【０２０４】
図２および図２０は、第２の加工システムで用いられるいくつかの要素であり、これらのシステム要素は超高速システムで用いられたものと同一または類似である。レーザ１２０は、第２の加工ビームを生成する。光学的または機械的なビームポジショナの様々な適切な構成に関連するビーム位置決めシステムが、この第２の加工ビーム１２６を伝搬しワークピースのマイクロテクスチャ領域に収束させる。この第２のレーザエネルギは、マイクロテクスチャに吸収される。このマイクロテクスチャは熱せられ、この上昇した熱は材料の状態を変化させるのに十分である。
【０２０５】
第２の加工レーザ１２０は、ＹＡＧレーザまたはＣＯ２レーザである。好適には、レーザ１２０は、非マイクロテクスチャ領域へのダメージが最低限となるよう選択される。最も好適には、レーザビーム１２６は非マイクロテクスチャ材料を通って伝搬する。例えば、材料がシリコンの場合、シリコンの透過（transmission）が通常最大となる好適な波長は約１．２ミクロン（ラマンレーザ使用）である。あるいは、市場で入手可能な１．３２ミクロンレーザもまたほぼ最適であり、このようなレーザは幅広く入手可能である。
【０２０６】
ビーム位置決めシステムは、ワークピースを加工ビームに対して動かす１またはそれ以上のステージ２０８を、図２０と同様または類似の配置にて具える。このビーム位置決めシステムは、ワークピースおよび集束レンズに対してビームを移動させるビームスキャナ２４０，２４２を具える。これら要素の特定の選択や他の特徴（例えば、レンズコーティング）は、一般にレーザの波長、要求スポットサイズ、ダメージ閾値の考慮などに依存する。
【０２０７】
ビーム位置決めシステムは、加工ビームをワークピースに対して少なくとも２軸で動かす２またはそれ以上のステージおよびスキャナの組合せを具える。このビームポジショナは、第２のレーザシステム内の１またはそれ以上の光学要素のムーブメント２４６を介して、ビームウェストをワークピースに対し位置決めする。このビーム位置決めシステム亜ｈ、ビームウェストをワークピースに対し３軸以上で動かしてもよい。このビーム位置決めシステムは、ビームウェストをワークピースに対し、例えば電動ウェハチャックアセンブリを用いた光学システム要素をｚ軸移動２４６’により、様々な動きの組合せで３軸以上で駆動してもよい。
【０２０８】
このマイクロテクスチャ領域は、本発明の実施例により形成されるが、長短レーザ加工に限定されるものではない。通常、このマイクロストラクチャ領域はワークピース材料の反射率を下げるものである。
【０２０９】
照射された材料は、吸収構造体を取り除くべく表面から除去される。この照射された材料は溶融し、異なる特性の領域として再形成される。
【０２１０】
ある伝送帯で材料上に形成されたマイクロテクスチャには、そのマイクロテクスチャに吸収される伝送帯でレーザ波長を選択することが望ましい。この方法では、マイクロストラクチャ材料の特性が変更され、近隣の材料の特性はそのままとすることができる。第２のビームの波形は、非テクスチャ材料を通る最大透過に対応してもよい。例えば、非テクスチャ領域もシリコンである場合、第２のビームの波長はシリコンの吸収限界を超えてもよく、例えば１．２ミクロンより大きい。非テクスチャ材料がガラスである場合、この波長は可視または紫外領域である。いくつかの応用例において、マイクロテクスチャや隣接する材料に吸収されるレーザを用いることが望ましい。
【０２１１】
マーキング例
図２５−３６はそれぞれ、市場で入手可能なピコ秒レーザを用いて実際に得られた結果であり、ぎざぎざした、研磨された、あるいは滑らかな表面を有するシリコン基板上にマークを形成したものである。いくつかのマーキング領域におけるレーザおよびシステムのパラメータは以下の通りである：
【０２１２】
図２５  
−グラインドされたシリコンウェハ（マーク良好）
−マーキング条件：
−波長５３２ｎｍ；
−反復レート３０ＫＨｚ；
−平均パワー４６０ｍｗ；
−１５μｊパルスエネルギ
−線形マーク速度１００ｍｍ／秒；
−線幅１１５μｍ；
−エネルギ密度０．１５ｊ／ｃｍ２；
−ピークパワー密度１０１０Ｗ／ｃｍ２；
−オーバーラップ：３４
【０２１３】
図２６  
−グラインドされたシリコンウェハ
−マーキング条件：
−波長５３２ｎｍ；
−反復レート３０ＫＨｚ；
−平均パワー５００ｍｗ；
−１６．３μｊパルスエネルギ
−線形マーク速度１００ｍｍ／秒；
−線幅１４０μｍ；
−エネルギ密度０．１６ｊ／ｃｍ２
【０２１４】
図２７  
−グラインドされたシリコンウェハ
−マーキング条件：
−波長５３２ｎｍ；
−反復レート３０ＫＨｚ；
−平均パワー３００ｍｗ；
−９．８μｊパルスエネルギ
−線形マーク速度１６．６ｍｍ／秒；
−エネルギ密度０．１ｊ／ｃｍ２
【０２１５】
図２８  
−グラインドされたシリコンウェハ（マーク良好）
−マーキング条件：
−波長５３２ｎｍ；
−反復レート３０ＫＨｚ；
−平均パワー１００ｍｗ；
−３．３μｊパルスエネルギ
−線形マーク速度１００ｍｍ／秒；
−線幅４０μｍ；
−エネルギ密度０．２６ｊ／ｃｍ２；
−ピークパワー密度１．７×１０１０Ｗ／ｃｍ２
【０２１６】
図２９  
−研磨されたシリコンウェハ（マーク良好）
−マーキング条件：
−波長５３２ｎｍ；
−反復レート３０ＫＨｚ；
−平均パワー１００ｍｗ；
−３．３μｊパルスエネルギ
−線形マーク速度１００ｍｍ／秒；
−線幅４０μｍ；
−エネルギ密度０．２６ｊ／ｃｍ２；
−ピークパワー密度１．７×１０１０Ｗ／ｃｍ２
【０２１７】
図３０、３０ｂ  
−シリコンウェハ（鏡面にマーク）
−マーキング条件：
−波長５３２ｎｍ；
−反復レート３０ＫＨｚ；
−平均パワー７．２ｍｗ；
−０．２４μｊパルスエネルギ
−線形マーク速度１００ｍｍ／秒；
−線幅８μｍ；
−エネルギ密度０．１２ｊ／ｃｍ２；
−ピークパワー密度０．８×１０１０Ｗ／ｃｍ２
【０２１８】
図３１、３１ｂ  
−シリコンウェハ（ラフ面にマーク）
−マーキング条件：
−波長５３２ｎｍ；
−反復レート３０ＫＨｚ；
−平均パワー７．２ｍｗ；
−０．２４μｊパルスエネルギ
−線形マーク速度１００ｍｍ／秒；
−線幅８μｍ；
−エネルギ密度０．１２ｊ／ｃｍ２；
−ピークパワー密度０．８×１０１０Ｗ／ｃｍ２
【０２１９】
図３２ａ、３２ｂ、３２ｃ  
−シリコンウェハ（０．２８ｍｍ中に１５本の線）
−マーキング条件：
−波長５３２ｎｍ；
−反復レート３０ＫＨｚ；
−平均パワー７．２ｍｗ；
−０．２４μｊパルスエネルギ
−線形マーク速度１００ｍｍ／秒；
−線幅８μｍ；
−エネルギ密度０．１２ｊ／ｃｍ２；
−ピークパワー密度０．８×１０１０Ｗ／ｃｍ２
【０２２０】
これらのサンプルはＸ−Ｙステージに搭載され、マークの線幅は工学システムと入射レーザエネルギとの組合せを調整することにより変更され、この調整により材料に入射するエネルギ密度が制御される。
【０２２１】
マーキングされた材料サンプルの画像は、「レンズを通した」（明視野の）顕微鏡システムとＣＣＤカメラで取得する。多様な領域について、ＳＥＭ（scanning electron microscope）またはＡＦＭ（atomic force microscope）のいずれかを用いて撮像する。いくつかのマークはナノ秒レーザシステムを用いて形成されたマークと比較される。特定の線幅に対応するパルス数はパルス反復レート、線幅、およびテーブル速度から計算される。例えば、図２５は線幅１１５μｍに対応するステージ移動に３４のパルスが適用される。
【０２２２】
列挙されたレーザパラメータおよび結果は、例示であって限定するものではない。これらのレーザパラメータは、様々なプロセス条件、表面の外観の粗さ、コーティングの有無等に基づいて最適化または調整しうる。多様な改善または調整によりさらにコントラストや密度が改善する。
【０２２３】
一般に線幅は、フルエンスがシリコンのおよその吸収限界またはそれを越える表面の有効スポットのサイズに関連する。このため、スポットの大きい部分が吸収限界より大きな場合は線幅は増大する。例えば、スポット形状の回折が制限され、ガウスと閾値を越える領域がＦＷＨＭに対応する場合、通常の切り口の幅はＦＷＨＭに近いものとなる。
【０２２４】
また、特定材料、広い線幅、大きなスポットにおけるほぼ一定のフルエンス閾値の結果として、通常は小さな線幅よりも大きなレーザエネルギを必要とする。
【０２２５】
この実験に用いたレーザと通常のレーザシステムの仕様は以下の通りである：
−市販のLumera Laser, Model Staccatoピコ秒レーザ；
−初期仕様：
−パルス幅１５ｐｓ
−波長５３２ｎｍ
−反復レート３０ＫＨｚ
−平均出力（添付の結果参照）
−線形偏光
−１．２以下のＭ角形
【０２２６】
線形偏光を用いる場合でも、ステージ移動の方向は偏光方向に垂直であることに留意されたい。
【０２２７】
図２５、２６、２７は、グラインドされたシリコン基板に形成されたマークを示し、（均一な鏡面背景とは反対の）グラインド方向を示す。図２６、２７は、「プロセスエネルギウィンドウ」のラフテストを示し、良好なプロセスが得られたエネルギ範囲を示すものである。図２６の太い線幅（１４０ミクロン）は、アブレーション限界を超える収束スポットの直径の大きな部分に対応している。融解が発生した領域に熱影響部（ＨＡＺ）が見られるが、ほんの僅かである。
【０２２８】
図２８、２９は、４０ミクロンの潜伏がＸとＹ方向にそれぞれ形成されたパラメータと結果を示す。この偏光は移動方向に直角である。
【０２２９】
図３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、マーク密度の改善および０．３ｍｍ（０．２８ｍｍ）領域内で明るく分解されたパターンと、現在の市場で入手可能なレーザマーキングシステムより精巧な刻印を形成する能力を示す結果とを示す。図３０ａ、３０ｂは、鏡面ウェハ背景（滑らか仕上げ）に関し、図３１ａ、３１ｂは粗い裏面ウェハ表面を示し、図３２ａ、３２ｂ、３２ｃは研磨されたウェハに関する。これらの拡大写真は局部の追加の詳細を示し、解像度やシャープネスの低減は構成に様々な制限の原因となると考えられ、例えばカメラのダイナミックレンジ、顕微鏡のさらなる拡散光の集中による高Ｎ．Ａ．、および他の要素である。コントラストが高い画像は、典型的なマークリーダ／検出システムに用いられる近似倍率に関連する。
【０２３０】
図３３ａ、３３ｂは、ピコ秒システム（図３３ａ）で得られる高コントラストマークと、典型的なナノ秒レーザ式マーキングシステム（図３３ｂ）で形成されるマークとの比較を示す。このナノ秒の「暗い」マークの表面粗さは有意に変更されず、したがってマイクロテクスチャはピコ秒マークでのみ形成される。
【０２３１】
図３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、さらなるマーキング領域のＳＥＭ画像を示し、以下のピコ秒システムにより作成されるマイクロテクスチャの出現を示す。
図３４ａ
ｐｓレーザによるマークのＳＥＭ
サブミクロン構造体が見られる
図３４ｂ
ｎｓレーザによる暗いマークのＳＥＭ
構造体は見られない
図３４ｃ
ｎｓレーザによる白いマークのＳＥＭ
大きな畝状の構造体が見られる
【０２３２】
ナノ秒の結果は、意味のない粗さのみを示し（「暗いマーク」のケース）、ピコ秒の結果で明らかな表面粗さのバリエーションは、ナノ秒データからは検出されなかった−「暗い」マークも「ハードな」マークもマイクロテクスチャを示さなかった。これらの深いマーク（従来の「ハードなマーク」）はまた、非常に望ましくない畝状の形態を示している。重要なのは、（「ハードなマーク」と比べると比較的浅い）「暗い」ナノ秒マークであっても、ナノ秒マーキングに関する画像ではマイクロテクスチャが検出されないことの観察である。
【０２３３】
図３５は、研磨ウェハのマーキング領域で得られるＳＥＭ画像を示す。表面領域が、１５０００倍、６０００倍、２５０００倍の３枚のＳＥＭ拡大図で示されている。マークと非マーク領域間のテクスチャの境界は明白であり、研磨された背景の多様性においてもである。さらに、このマーキング領域、その外郭、および研磨された背景は、すべてスラグが除去されており、畝や切り口の高さは無視できるほどである。
【０２３４】
図３６、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄは、ＡＦＭを用いた研磨ウェハのマーキング領域における表面高さの測定を示す。サブミクロンの構造体が見られ、ピーク高度が数十−数百ナノメートルの範囲内である。研磨された背景領域は、前の図面に示す半光沢で強度な方向反射率に相当する。鏡面ウェハ背景ではテクスチャリング領域と非マーク鏡面ウェハ領域との識別が明白で、非常に高いコントラストが得られる。このようなケースでは、ＡＦＭまたはＳＥＭ測定を用いて刻印を背景から明確に識別することができ、テクスチャの違いを例示する。
【０２３５】
これらの実施例は、マーキング領域が反射背景より粗い場合を示している。実施例として、マイクロテクスチャリングされた背景を形成することにより正のコントラストの刻印を形成することも可能であり、この刻印は高い反射率であり、光源となり、すなわちこの刻印は暗い背景に対して正のコントラストを有する。この例は例えば、この技術を用いてシステムのスループットが落ちない（あるいは上がる）場合に重要となる（すなわち、刻印の合計面積が背景より大きな場合など）。さらに、いくつかの応用例では、このような「逆のコントラスト」を顧客の仕様の一部として要求してもよい。他の同様の変更や選択を、本発明の目的や意図を越えない範囲で実現することができる。
【０２３６】
レーザ実施例
上述の加工例のような高コントラストの結果を得るのに用いる市場で入手可能なレーザは、モードロック発振器とダイオード励起固定レーザ増幅器を有する。パルスパラメータを所望の範囲としてピコ秒の出力が可能となる。レーザシステムの選択は通常、材料表面の空間的なスポットサイズ内でる除去（アブレーション）が始まるのに足りる合計エネルギ密度でマーキングすべき材料を照射するのに必要な、パルスエネルギ、反復レート、平均出力、パルス幅の要求に基づく。有用なレーザ波長は、赤外線近傍、可視（例えば５３２ｎｍ）、紫外線を含む。他の要素として、例えば、サイズ、コスト、信頼性、半導体製造環境で使用する場合の様々な実践上の考慮事項がある。「規格品」が入手可能であれば望ましい。好適には、レーザシステムは利用可能なマーキング装置、例えばGSI Lumonics WaferMark SigmaCleanといった市販のソフトマークタイプのウェハマーキングシステムと両立しうる。
【０２３７】
米国特許出願公開番号２００４／０１３４８９４、名称「Laser-based System for Memory Link Processing with Picosecond Lasers」は、本発明の譲受人に譲渡されており、ここに全体が組み込まれている。ここには、本発明の１またはそれ以上の実施例で用いられ、あるいは用いるために調整された、様々なピコ秒レーザシステムの実施例が含まれている。特に重要なのは、この公開出願におけるセクション「ピコ秒レーザの実施例」および図６ａ−８ｅおよびこれに関係する部分である。
【０２３８】
米国特許出願番号２００４／０２２６９２５、名称「Laser System and Method for Material Processing with Ultra Fast Lasers」は、本発明の譲受人に譲渡されており、ここに全体が組み込まれている。ここには、本発明の１またはそれ以上の実施例で用いられ、あるいは用いるために調整された、様々なピコ秒レーザシステムの実施例が含まれている。特に重要なのは、この公開出願におけるセクション「超短レーザの実施例」および図１−８およびこれに関係する部分である。
【０２３９】
実施例では、上に記載した関連する特許出願のレーザシステムの波長を切り替えて変更している（例えば、緑とＵＶ）。システムの出力、例えば平均パワーとピークエネルギは、要求されたエネルギ密度での加工に必要な低減または増大または増幅したゲインを有するエネルギ密度要求に合うよう調整される。
【０２４０】
市場での入手可能性を導き増大させる継続的な発展が望まれる。例えば、IMRA America により報告されたＦＣＰＡ（Fiber based Chirped Pulse Amplification）システムは、パルスエネルギが２マイクロジュールで反復レートが５００ＫＨｚであり、これはフェムト秒パルス幅の１Ｗ平均パワー運用に相当する。
【０２４１】
本発明の実施例を図示および説明してきたが、これらの実施例は本発明の可能な形態をすべて図示および説明するものではない。むしろ、本明細書で用いた語は、説明のための語であって限定のためのものではなく、本発明の目的や意図を越えないで様々な変更を施すことができると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０２４２】
本発明の上述のおよび他の特徴、態様、利点は、以下の説明と添付の図面でよく理解できるようになる。
【図１】図１は、本発明の一実施例にかかるレーザ加工システムのいくつかの要素を示す斜視図であり、マイクロテクスチャリングされたパターンがワークピースに形成されており、例えば、半導体ウェハの一部に刻印が形成されている。
【図２】図２は、本発明の一実施例にかかるレーザ加工システムのいくつかの要素を示すブロック図であり、図１ａのシステムで形成されるマイクロテクスチャリングされたパターンが、例えばマークを消すために、さらに第２のビームで加工される。
【図３】図３は、本発明の様々な実施例で加工しうるワークピースの例としての半導体ウェハの第１および第２の側面の詳細図である。
【図４】図４は、本発明の様々な実施例で加工しうるワークピースの例としての半導体ウェハの第１および第２の側面の詳細図である。
【図５】図５は、フェムト秒レーザシステムで形成しうるマイクロテクスチャリングされた領域の例を示す図である。
【図６】図６は、従来技術のマークと本発明により形成されるマークとの比較であり、ドットマトリクスパターン密度の向上を示す。
【図７】図７は、従来技術のマークと本発明により形成されるマークとの比較であり、ドットマトリクスパターン密度の向上を示す。
【図８】図８は、従来技術のマークと本発明により形成されるマークとの比較であり、バーパターンの密度の向上を示す。
【図９】図９は、従来技術のマークと本発明により形成されるマークとの比較であり、バーパターンの密度の向上を示す。
【図１０】図１０は、例えば露出したシリコンなど、鏡面に形成された従来技術のレーザマークの例であり、関連する表面輪郭が、例えばスラグや熔解ゾーン、デブリス、マイクロクラックなどの深い（固い）痕跡という具体的な欠点を有する。
【図１１】図１１は、例えば露出したシリコンなど、鏡面に形成された従来技術のレーザマークの例であり、関連する表面輪郭が、例えばスラグや熔解ゾーン、デブリス、マイクロクラックなどの深い（固い）痕跡という具体的な欠点を有する。
【図１２】図１２は、本発明のシステムを用いた図１０の鏡面に形成されたマークの例であり、図１０および図１１との比較例を示している。
【図１３】図１３は、本発明のシステムを用いた図１０の鏡面に形成されたマークの例であり、図１０および図１１との比較例を示している。
【図１４】図１４は、半導体ウェハ加工システムのいくつかの要素を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、半導体ウェハ加工システムのいくつかの要素を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、図１４および図１５に対応して半導体ウェハ加工システムのサブシステムの更なる詳細を示す図である。
【図１７】図１７は、図１４および図１５に対応して半導体ウェハ加工システムのサブシステムの更なる詳細を示す図である。
【図１８】図１８は、図１または図２に含まれる本発明の多様な実施例を実現するためのレーザビーム位置決めシステムの実施例のいくつかの要素を示す。
【図１９】図１９は、図１または図２に含まれる本発明の多様な実施例を実現するためのレーザビーム位置決めシステムの実施例のいくつかの要素を示す。
【図２０】図２０は、図１６と同じく、特に図２の第２の加工に関連する半導体ウェハ加工システムのいくつかの要素を示すブロック図である。
【図２１】図２１は、従来およびより最近のレーザマーキングシステムで作成した多様なレーザマークの構成を、さらに本発明により形成されるマークと比較するための図である。
【図２２】図２２は、従来およびより最近のレーザマーキングシステムで作成した多様なレーザマークの構成を、さらに本発明により形成されるマークと比較するための図である。
【図２３】図２３は、例えば、図２に示す第２の加工ビームを用いてマークを消去する除去マテリアルである。
【図２４】図２４は、例えば、図２に示す第２の加工ビームを用いてマイクロテクスチャリングパターンを修正する除去マテリアルである。
【図２５−３７】図２４−３７ｄは、本発明によりマーキングされたシリコンウェハのグラインドした、研磨した、滑らかな、あるいは粗い表面の多様な例と結果を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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