(57)【要約】レーザハードマーキング方法およびシステムが提供される。このレーザマーキングシステムは、半導体ウェハ上にハードマークを形成する。このシステムは、ウェハ上の位置にマーキングするパルスレーザ出力を生成するパルスレーザサブシステムを具える。前記パルスレーザサブシステムは、出力パルス幅をほぼ一定に維持しつつパルス反復レートと出力エネルギがある範囲で変化するよう制御される。ビーム供給システムが、前記パルスレーザ出力を前記ウェハ上の位置に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある直径のハードマークをウェハに形成すべく半導体ウェハにマーキングするレーザマーキング方法であって、
パルスレーザ出力を制御して、出力パルス幅をほぼ一定に維持しつつ、出力反復レートと出力エネルギのいずれか１以上を変化させるステップを含み、前記ハードマークの深度は出力エネルギの変化に作用され、一方でビームサイズに依存するハードマークの直径はマーク深度が変わってもほぼ変わらず維持されることを特徴とする方法。
【請求項２】
半導体ウェハにマーキングしてウェハにハードマークを形成するレーザマーキング方法であって、
パルスレーザ出力を制御して、前記レーザ出力で形成されるハードマークの深度に作用する前記パルスレーザ出力の少なくとも一部の時間特性をほぼ一定に維持しつつ、出力反復レートと出力エネルギのいずれか１以上を変化させるステップを含み、前記ハードマークの深度は出力エネルギの変化に作用され、ビームサイズに依存するハードマークの直径はマーク深度が変わってもほぼ変わらず維持されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記時間特性と出力エネルギは、ウェハのバッチにマーキングする前に設定され、バッチ全体をマーキングする間設定が維持されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法において、前記時間特性と出力エネルギは、ウェハをマーキングステーションに配置した後であって１のウェハをマーキングする前に設定されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、前記時間特性と出力エネルギは、ウェハをマーキングステーションに配置した後であって１のウェハをマーキングする前に設定され、前記方法がさらに、前記時間特性と出力エネルギを変化させて、所定の異なる深度のマークをウェハに形成するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法において、前記時間特性と出力エネルギは、レーザマーキングシステムの製造現場で設定され、あるいは前記レーザマーキングシステムが設置される現場で設定されることを特徴とする方法。
【請求項７】
半導体ウェハにハードマークを形成するレーザマーキングシステムにおいて、
ウェハ上の位置をマーキングするパルスレーザ出力を供給するパルスレーザサブシステムであって、出力パルス幅をほぼ一定に維持しつつパルス反復レートと出力エネルギがある範囲で変化するよう制御されるパルスレーザサブシステムと、
前記パルスレーザ出力を前記ウェハ上の位置に供給するビーム供給システムを具えることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記パルスレーザ出力により形成されるハードマークが、当該ハードマークの深度とは実質的に無関係の直径を有することを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項７に記載のシステムにおいて、さらに、ビーム拡大器と、制御プログラムを有し所定のマーク直径を形成すべく操作可能に前記ビーム拡大器に接続された制御部とを具えることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項７に記載のシステムにおいて、減衰器と、制御プログラムを有し前記パルスレーザ出力のパルスエネルギを制御すべく操作可能に前記減衰器に接続された制御部とを具えることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項７に記載のシステムにおいて、パルス幅が、約１ナノ秒乃至約１５０ナノ秒の範囲内に設定されることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記範囲が約１０ナノ秒乃至約１００ナノ秒であることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項７に記載のシステムにおいて、一般のハードマークの深度は、１０ミクロンから１５０ミクロンの範囲内であることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記範囲は、２０ミクロン乃至１２０ミクロンであることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項７に記載のシステムにおいて、さらに、電子部品のサブシステムと、一般にマーキングシステム制御に用いられる制御プログラムとを有する制御部を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項７に記載のシステムにおいて、さらに、電子部品のサブシステムと、前記レーザサブシステムの制御用の制御プログラムとを有する制御部を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項７に記載のシステムにおいて、サブシステムが、内部に可飽和吸収体を有する空洞を有するレーザを具えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００４年１１月１１日提出の米国暫定出願整理番号６０／６２７，７８１の利益を主張する。本出願は、参照としてここに組み込まれている２００３年５月１５日提出の米国特許出願整理番号１０／４３８，５０１に関連する。
【０００２】
本発明はレーザハードマーキング方法およびシステムに関し、特に半導体ウェハおよびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザは、数十年来半導体ウェハのレーザマーキングに用いられている。以下に一般にレーザマーキングに関する特許や公開特許のリストを示す。米国特許５，３２９，０９０は、ウェハのドットマーキングに関する。
【０００４】
以下の代表的な特許文献は、ウェハおよび電子アセンブリ、照射、マークの検査／読み取りに関する：米国特許４，５２２，６５６；４，９４５，２０４；６，３０９，９４３；６，２６２，３８８；５，９２９，９９７；５，６９０，８４６；５，８９４，５３０；５，７３７，１２２、および日本特許抄録１１−１３５３９０。
【０００５】
以下の代表的な文献は、レーザマーキング方法およびシステムの構成や要素の一般的な情報を提供するものである：「Galvanometric and Resonant Low Inertia Scanners」、Montagu、Laser Beam Scanning、Marcel-Dekker、１９８５、pp.214-216；「Marking Applications nowEncompass Many Materials」、Hayes、Laser Focus World、１９９７年２月、pp. 153-160；「Commercial Fiber Lasers Take on Industrial Markets」、Laser Focus World、１９９７年５月、pp.143-150。特許公開公報：ＷＯ９６／１６７６７、ＷＯ９８／５３９４９、米国特許５，９６５，０４２；５，９４２，１３７；５，９３２，１１９；５，７１９，３７２；５，６３５，９７６；５，６００，４７８；５，５２１，６２８；５，３５７，０７７；４，９８５，７８０；４，９４５，２０４，；４，９２２，０７７；４，７５８，８４８；４，７３４，５５８；４，８５６，０５３；４，３２３，７５５；４，２２０，８４２；４，１５６，１２４。
【０００６】
２００１年８月２日公開の特許公開ＷＯ０１５４８５４、名称「Laser Scanning Method and System for Marking Articles such as Printed Circuit Boards, Integrated Circuits, and the Like」と、２００１年８月２３日公開の特許公開ＷＯ０１６１２７５、名称「Method and System for Automatically Generating Reference Height Data for use in a Three-Dimensional Inspection System」は、ともに本発明の譲受人に譲渡されている。この出願はともに全体が参照としてここに組み込まれている。
【０００７】
映像システムで見られるレーザマークの視認（またはオペレータの視認による検査）は、マークの深さやデブリ等の複数の要素に左右され、さらにこれらはレーザの材料干渉（material-interaction）に依存する。特定のウェハマーキングの応用において、従来の知恵は読みやすくするため比較的大きなマーキング深さに導かれていたが、磁化率が増大して表面化のダメージがある。
【０００８】
本発明の譲受人は長いことウェハマーキングシステムを提供してきた。本願譲受人が数年来供給しているＷｅｆｅｒＭａｒｋ（商標）システムは、シリコンウェハの最初の工業的なレーザマーキングシステムである。仕様は、３００ｎｍウェハに１２０μｍのマーキングドット直径のハードマーキングである。これは、ＳＥＭＩ規格仕様Ｍ１．１５に適合する。ウェハの裏側のソフトマーキング用の「ソフトマーキング仕様」があり、これは２００ｎｍまでのウェハ裏側の粗い面を含む。「ＳｉｇｍａＣｌｅａｎ」システムでは、２００ｎｍまでのウェハの表裏両面用の裏側マーキングオプションが提供されている。
【０００９】
おおまかに２種類のレーザマークが現在工業的に用いられており、これらはソフトマークとハードマークと称される。「ハードマーク」および「ソフトマーク」の双方を形成する様々なマーキングシステムが、本発明の譲受人により提供されている。
【００１０】
現在、ウェハにハードマークを形成するのに用いられるレーザマーキングシステムは、以下の特性のレーザにより実現される：図２に示すようにレーザーパルス幅（ｔ）がレーザパルスエネルギ（Ｅ）および反復レート（ｆ）に伴い変化する。この関係は、従来のｑスイッチ型や他のパルスレーザにとって典型的である。
【００１１】
出願人による試みにより、このような従来のレーザシステムによるシリコンウェハのマーキングは、以下のマーキングプロセス特性を提供していた：
・マーキング深さ（ｚ）は、パルスエネルギ（Ｅ）ではなく、パルス数（＃）と、僅かにビームの拡大（ｎ）に依存し（図３参照）；
・マーキングドットの直径（Ｄ）は、＃とＥとｎに依存する（図４参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
これらの相互に矛盾するパラメータによりマーキング性能が制限され、マークの到達深度、直径、および品質のトレードオフが生じていた。小径で、比較的深く、高品質なマークの試みや要求があった。
【００１３】
このことから、マークの深さｚとマークの直径Ｄとを同時に顧客の仕様に収めるのは困難であった。これは、第１に要求されたマーク深度ｚを得るにはパルス数＃を変化させるしかないからである。特定のパルス数でマークの品質が許容し難くなる場合には、このパルス数でその深度を得るのは不可能か非常に困難となる。品質を向上するためパルス数＃を変えようとすると、マーク深度Ｄも同時に変化する。このため、現在のハードマークレーザマーキングシステムで用いられるレーザは、特定の深さと直径の組合せでマーク品質を改良する柔軟性がまったくないか僅かであった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、特に半導体ウェハおよびデバイス用の改良したレーザハードマーキング方法およびシステムを提供することである。
【００１５】
本発明の上記目的や他の目的を達成するために、ある直径のハードマークをウェハに形成すべく半導体ウェハにマーキングするレーザマーキング方法が提供される。この方法は、出力パルス幅がほぼ一定に維持されるようパルスレーザ出力を制御し、出力反復レートと出力エネルギのいずれか１以上を変化させるステップを含む。ハードマークの深度は出力エネルギの変化に作用され、一方でビームサイズに依存するハードマークの直径はマーク深度が変わってもほぼ変わらず維持される。
【００１６】
さらに、本発明の上記目的および他の目的を達成するために、半導体ウェハにマーキングしてウェハにハードマークを形成するレーザマーキング方法が提供される。この方法は、パルスレーザ出力を制御して、前記レーザ出力で形成されるハードマークの深度に作用する前記パルスレーザ出力の少なくとも一部の時間特性をほぼ一定に維持しつつ出力反復レートと出力エネルギのいずれか１以上を変化させるステップを含む。前記ハードマークの深度は出力エネルギの変化に作用され、ビームサイズに依存するハードマークの直径はマーク深度が変わってもほぼ変わらず維持される。
【００１７】
前記時間特性と出力エネルギは、ウェハのバッチにマーキングする前に設定され、バッチ全体をマーキングする間設定が維持されてもよい。
【００１８】
前記時間特性と出力エネルギは、ウェハをマーキングステーションに配置した後であって１のウェハをマーキングする前に設定されてもよい。
【００１９】
前記時間特性と出力エネルギは、ウェハをマーキングステーションに配置した後であって１のウェハをマーキングする前に設定されてもよい。前記方法はさらに、前記時間特性と出力エネルギを変化させて、所定の異なる深度のマークをウェハに形成するステップを具えてもよい。
【００２０】
前記時間特性と出力エネルギは、レーザマーキングシステムの製造現場で設定され、あるいは前記レーザマーキングシステムが設置される現場で設定されてもよい。
【００２１】
本発明の上記目的および他の目的を達成するために、半導体ウェハにハードマークを形成するレーザマーキングシステムが提供される。このシステムは、ウェハ上のある位置をマーキングするパルスレーザ出力を供給するパルスレーザサブシステムを具える。前記パルスレーザサブシステムは、出力パルス幅をほぼ一定に維持しつつパルス反復レートと出力エネルギがある範囲で変化するよう制御される。前記システムはさらに、前記パルスレーザ出力を前記ウェハのある位置に供給するビーム供給システムを具える。
【００２２】
前記パルスレーザ出力により、ハードマークの深度とは実質的に無関係の直径を有するハードマークが形成される。
【００２３】
前記システムはさらに、ビーム拡大器と、制御プログラムを有し所定のマーク直径を形成すべく操作可能に前記ビーム拡大器に接続された制御部とを具えてもよい。
【００２４】
パルス幅は、約１ナノ秒乃至約１５０ナノ秒の範囲内であって、典型的には約１０ナノ秒乃至約１００ナノ秒の範囲内に設定されてもよい。
【００２５】
典型的なハードマークの深度は、１０ミクロンから１５０ミクロンの範囲内であってもよい。
【００２６】
前記範囲は、２０ミクロン乃至１２０ミクロンでもよい。
【００２７】
前記システムはさらに、電子部品のサブシステムと、一般にマーキングシステム制御に用いられる制御プログラムとを有する制御部を具えてもよい。
【００２８】
前記システムはさらに、電子部品のサブシステムと、前記レーザサブシステムの制御用の制御プログラムとを有する制御部を具えてもよい。
【００２９】
前記サブシステムは、内部に可飽和吸収体を有する空洞を有してもよい。
【００３０】
本発明の上記目的および他の目的、特徴、利点は、添付の図面とともに以下の本発明を実現するベストモードの詳細な説明を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】
【００３１】
本発明の実施例は、一般にベアウェハの第１の側の「ドット」形式に用いるが、これに限定されない。ウェハはある粗度基準まで研磨してもよい。
【００３２】
本発明の実施例で用いられるレーザは一般に、図５に示すように、パルス幅ｔが加工範囲にわたりＥやｆから独立となるよう具備または構成されている。
【００３３】
パルス幅をＥやｆから独立とすると、以下が確認された：
・マーキング直径（Ｄ）はパルスエネルギＥに依存しないが、光学的拡大度ｎと僅かにパルス数＃に依存する（図６参照）。
・マーキング深度（ｚ）はパルス数＃とパルスエネルギＥに依存する（ｚは特定のＥで飽和する）（図７参照）。
【００３４】
本発明の一実施例によると、所望のマーク深度と直径の様々な組合せを実現することができる。第１に、必要なマーク直径Ｄは適切なビーム拡大度ｎとレーザパルス数＃を（最高のマーキング品質となるよう）選択し、次に所望のマーク深度（ｚ）を得るべくレーザパルスエネルギＥを変化させるが、その直径ＤはＥにより変化しない。
【００３５】
好適には、マーキングはマーキング領域の各マーキング位置における最大焦点（best focus）の位置で生じる。しかしながら、マーキングは最大焦点以外の場所で生じてもよく、オフノーマルの入射マーキングビームで生じてもよい。典型的なマーク深度は約２０−１２０ミクロンである。
【００３６】
図５に示されるレーザ特性を得るにはいくつかの方法がある。
【００３７】
本発明のシステムの例示的な実施例（例えば図１）では、レーザの空洞に、レーザ放射により飽和する吸収率を有する飽和材を入れてもよく、このような成分は「可飽和吸収体」として知られている。通常、共振放射（resonant radiation）が増大するに伴い吸収率は減少する。レーザ利得の適用範囲にわたり同じような出力性能の吸収体と、対応するポンプエネルギ（および従って出力エネルギ範囲）により、ｑスイッチシステムにおいてほぼ一定のパルス幅が提供される。有効な出力パルス幅は、ｑスイッチパルスのピークと平均パワーの関係（function）である。平均パルスパワーとピークパワーが対応するポンプレーザパワーまたはレーザ利得に応じて調整されるようにｑスイッチを設計すると、一定のパルス幅に設定することができる。
【００３８】
別の実施例では、空洞の形状と空洞の光学特性を精密に調整して、予め選択されたエネルギ範囲にわたり一定のパルス長を得る。
【００３９】
多くの米国特許がレーザパルス特性の制御を教示している。例えば、米国特許５，１２８，６０９；５，２２６，０５１；５，８１２，５６９；６，３３９，６０４はいずれも、エネルギおよび／またはパルス幅などのレーザパルス特性の制御に関する。’５６９と’６０４特許は、本発明の譲受人に譲渡されている。’６０９特許の教示および’６０４特許に開示された微細加工とレーザトリミングに関する特定の実施例は、本発明にかかるハードマークの形成に適合させることができる。
【００４０】
実施に際し、例えばパルス幅などパルスの時間特性は、ウェハのロットまたはバッチで一定であり、さらなる調整を必要としない。さらなる要求は、１の領域内で異なる深度のハードマーキングを得るパルス特性の設定を要する場合がある。ウェハの表面粗さ（surface variation）により、レーザ出力エネルギ要求を決定する「工程研究」が必要となり、このような変量は通常このような測定値の周波数を特定する。好適には、レーザマーキングシステムは、オペレータの介入を最小限で様々な必要な工程研究を実行するハードウェアとソフトウェアの検出および較正を含む。
【００４１】
商業的に利用可能なシステムを本発明の様々な実施例に組み込むことができ、これには本発明の譲受人が製造するＷａｆｅｒｍａｒｋ（登録商標）ＳｉｇｍａＤＳＣ（商標）マーキング製品が含まれる。
【００４２】
本発明の実施例を図示し説明したが、これらの実施例は本発明のすべての可能な形態を図示し説明すると理解されるべきではない。むしろ、明細書中の文言は説明のためであり限定のためではなく、本発明の意図および範囲を逸脱することなく様々な変更を加えることができると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の一実施例にかかるレーザマーキングシステムを用いて半導体ウェハのある領域内に形成される第１および第２のハードマークの概略図である（図示のために縮尺通りではない）。
【図２】図２は、従来のレーザにおけるパルス幅対パルスエネルギのグラフである。
【図３】図３は、従来のレーザにおける、異なるパルス数とビーム拡大度でのマーク深度対パルスエネルギのグラフである。
【図４】図４は、従来のレーザにおける、小尾となるパルス数とビーム拡大度でのマーク直径対パルスエネルギのグラフである。
【図５】図５は、本発明の一実施例におけるレーザのパルス幅対パルスエネルギのグラフである。
【図６】図６は、本発明の一実施例における、異なるパルス数のレーザのマーク直径対パルスエネルギのグラフである。
【図７】図７は、本発明の一実施例における、異なるパルス数のレーザのマーク深度対パルスエネルギのグラフである。
【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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【国際調査報告】
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