(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に個別識別情報や加工履歴情報などの各種の情報が書き込まれる領域を有する半導体ダイであって、
前記各種の情報が、パルス幅が１０〜５００ｎｓで、エネルギー密度が１．０〜３．７Ｊ／ｃｍ2 であるレーザビーム照射により前記領域内に形成される凹部及び凸部からなるドットマークにより構成され、
各ドットマークの最大幅が平面視で１〜６μｍである、
ことを特徴とする半導体ダイ。
【請求項２】
前記領域が１０4 μｍ2 以下の面積からなる請求項１記載の半導体ダイ。
【請求項３】
前記ドットマークが半導体材料である単結晶の表面に直接形成されてなる請求項１又は２に記載の半導体ダイ。
【請求項４】
前記ドットマークが半導体ダイの表面に形成される多結晶膜の表面に直接形成されてなる１又は２に記載の半導体ダイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面に個別識別コードや加工履歴コードなどの各種の情報が書き込まれた半導体ダイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路はその個別のアイデンティティーを確立するためにパッケージにマークを刻印しているが、この刻印されるマークの内容は型番であるデバイスのタイプ、製造日、製造国、メーカーの名称又はロゴ程度の情報であるのが普通である。しかし、この程度の情報では個々の半導体ダイを特定するには有効な情報としては少なすぎる。しかも、これらのマークは容易に消去することが可能である。
【０００３】
半導体装置の製造工程にあって、個々の半導体デバイスに最も微妙な影響を与えるのはスーパークリーンルーム内でなされるウェハに対する前処理工程、いわゆる拡散工程などの通常ウェハファブと呼ばれる工場内における多様な処理工程の製造条件であり、しかもそれらの製造条件は克明に記録して保管されている。
【０００４】
ところが、これらの詳細な製造条件に関する情報も半導体デバイス単位の個別情報としては各デバイスごとに書き込まれていないため、故障集積回路などが発生したときの因果関係を究明するための情報としては直接利用できないのが現状である。このことは故障解析に限らず、不良解析上の大きなネックともなっている。
【０００５】
また、半導体デバイス単位の個別情報が得られないことにより、故障解析や不良解析以外にも、次の様な問題も生じている。高度なパーソナルコンピュータは、例えば６００メガヘルツの高周波で動作するＣＰ∪を用いる。一方では、経済的理由から遅い周波数でしか作動しない廉価なＣＰＵも市販されている。この廉価なＣＰＵを誤って６００メガヘルツ動作のＣＰ∪としてパーソナルコンピュータに搭載すると、使用環境によってはパーソナルコンピュータが誤動作をしたり、或いは故障したりする。これらの故障原因は、ＣＰＵのパッケージを開いて上記マークを読み取ることで、初めて解明されることになる。
【０００６】
一方、コスト低減の要求があり、３００ｍｍの大型ウェハが実用化されつつある。このような大型ウェハには２種類以上の異なる種類のデバイスを混載して製造されることも多く、同一ウェハ上の半導体ダイは個別に個体で販売の対象となる。
【０００７】
以上のような様々な観点から、原則的には各デバイス単位ごとに異る内容からなる個体識別コードを半導体表面に書き込み、これを読み込むことができれば、保管された上記個別情報と故障デバイスなどとの因果関係も究明しやすくなる。
【０００８】
ところで、個々の半導体ダイに識別コード等の各種の情報を書き込むには、半導体ダイの表面にそれらの情報を書き込むことができるに十分な領域を必要とする。従来から行われているマーキング技術、特に一般的なレーザビーム照射によるマーキング技術によって所望の量の情報を書き込もうとすると、例えば特開昭６０−３７７１６号公報にも開示されているような直径が５０〜１５０μｍという大きな寸法のドットマークであると、必然的に前記領域の面積を広げざるを得なくなる。
【０００９】
一方、既述したとおり近年の回路の大規模な集積化によって、半導体ダイの表面に形成される不使用領域の面積は益々縮小化されている。そのため、従来も半導体ダイごとに各種の情報を書き込む必要性を痛感しながらも、半導体ダイに対する情報の書き込み技術が前述の要求に応えるには十分な段階に至っていなかったがため、特にレーザビームの照射によるマーキング技術では半導体ダイ表面への多数の個別情報を書き込むことは不可能な状況にあった。
【００１０】
半導体ダイの表面に対するこうした個別情報の書き込みに関して、レーザビームの照射によるマーキングではないが、例えば特開平１０−１４４５７９号公報には、半導体ダイの表面に個別の識別コードを付そうとするマーキング技術が開示されている。同公報によれば、多様なパターンが駆動表示できる液晶マスクを透過した光により、半導体ダイ表面に個別識別コードを付すというものである。
【００１１】
同公報の具体的な説明によれば、ウェハ表面上の配線金属膜の上にホトレジストを被着し、配線パターン露光工程において配線パターン感光部を形成したのち、照射装置から照射されてて液晶マスクを透過した光を縮小レンズで縮小し、各半導体ダイ表面の識別コード書き込み領域に所要のパターンを投影し、所望の識別コードをホトレジストに転写する。次いで、現像処理及びエッチング処理が施されて、金属配線及び金属配線膜による個別識別コードを形成するというものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
つまり、前述の公報に開示されたマーキング技術はエッチングによるものであるが、一般にエンチング工程において前記ホトレジスト上に照射される光は紫外光であることから、上記マーキング工程における液晶マスクを透過させる光も当然に紫外光であると考えられる。ところで、液晶マスクは、その製作過程において紫外光により樹脂を固化するため、完成後の液晶マスクに赤外光よりもフォトンエネルギーが遙に高い紫外光を照射すると、当該樹脂が溶解して液晶が流動化して、もはやマスクとしての機能が失われてしまう。従って、上記公報に開示されたマーキング技術も、液晶マスクの損壊防止策を講じないかぎりは実施化が困難な状況にある。
【００１３】
本発明の目的は、レーザビームの照射による新たなマーキング技術の開発に伴う微細なドットマークの付与の可能性を追求すると共に、必要とする個別情報の全てを書き込んだ半導体ダイを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
本発明者等は、前記目的を達成すべく様々な検討と実験を重ねた。その結果、得られたのが本件請求項１〜４に記載された構成を備える発明である。
すなわち、請求項１に係る発明は、半導体基板の表面に個別識別情報や加工履歴情報などの各種の情報が書き込まれる領域を有する半導体ダイであって、前記各種の情報が、パルス幅が１０〜５００ｎｓで、エネルギー密度が１．０〜３．７Ｊ／ｃｍ2 であるレーザビーム照射により前記領域内に形成される凹部及び凸部からなるドットマークにより構成され、各ドットマークの最大幅が平面視で１〜６μｍである、ことを特徴としている。
【００１５】
ここの半導体ダイの表面に形成される個別識別コードは消去しにくいマークから構成されることが重要である。そのためには、半導体の単結晶や多結晶の表面を局所的に溶融させ、そこに直接微小なドットを形成することが好ましい。
【００１６】
また前記ドットの形態も、読み取りの容易さを確保しなければならない。つまり、ドットの画像が鮮明に光学カメラ等の光学機器によって捕捉されなくてはならない。そのためには、「各ドットが半導体表面と一体となった凹部及び凸部から形成される」ことが好ましい。一例としては、図１に示すようなドット形態が好ましく、その凹部と凸部によって入射光が乱反射し、その周辺の平坦面と比較すると極めて際立った信号が得られる。
【００１７】
半導体ダイにあって許容されるマーキング領域の合理的な面積を設定するには、上述したとおりコード全体の占有面積が大き過ぎてはいけない。この個体識別コードの存在のためにダイの面積が著しく増加するようでは高価なものになってしまって不都合である。半導体ダイには、その周辺にワイヤ結線、即ちボンディングのためのボンディングパッドと呼ばれる金属膜の領域がある。このボンディングパッドは、通常１００μｍ角（正方形）であり、その設置間隔も１００μｍである。最近は技術が進歩して１００μｍ角が８０μｍ角にまで小さくされた例もある。従って、マーキング領域としては前記ボンディングパッド間の間隙が適当であり、その面積も１００μｍ角以下が好ましい。
【００１８】
即ち、本件請求項２に係る発明に規定するごとく、マーキング領域の面積を１００００μｍ2 以下として、そこに２次元コードマトリックスで必要な情報を含むドットマークを付す。個体識別に必要とされる文字数は１２文字とされている。
【００１９】
図１３は２次元コードマトリックスを構成するドットマークの大きさを変えたときのマーキング領域内に付すことができる情報量（文字数）を示している。この図から理解できるように、１００μｍ角以下のマーキング領域内にあって、１２文字数がカバーされるドットマークの大きさは６μｍ以下に限られる。そのため、マーキング領域の面積が１０4 μｍ2 以下に限定する場合には、１つのドットサイズが平面視で６μｍ以下であることが好ましい。また、前述のごとき微小なドットマークにあって、重要なことは上述したとおり断面が凹部及び凸部を併せもつ形態であることが望ましい。
【００２０】
ただし、ドットマーキング領域を、例えば後述するようにスクライブライン上に求める場合には、同領域の面積を１０4 μｍ2 以下に限定する必要がない。しかしながら、その場合にもドットマークの平面視における大きさは、後述するごとく１〜６μｍであることが望ましい。
【００２１】
かかる形態を有するドットマークは、レーザ照射によるマーキングが適している。このレーザマーキングは、例えば本発明者等が先に特願平１０−３３４００９号として提案したマーキング方法により実施が可能である。このマーキング方法によれば、そのマーキング条件としてレーザビームのパルス幅及びエネルギー密度を所定の範囲に設定すると共に、エネルギー密度分布を制御することにより、従来とは比較にならない程の微小な大きさをもつドットマークが得られる。しかし、本発明は上記提案によるレーザマーキング方法に限定されるものではない。
【００２２】
以下、同提案に基づくレーザマーキング方法について概略を説明する。
先ず、上記ドットマークの形態を形成するために使用されるレーザマーキング装置の好適な例としては、例えば本発明者等が先に提案した特願平９−３２３０８０号に開示されたレーザマーキング装置を挙げることができる。その詳細な構成は同出願の明細書に説明されているため、ここでは簡単な説明に止める。
【００２３】
図２の符号１はレーザを光源として被マーキング物品の表面に２次元コードなどをドットマーキングするレーザマーキング装置を示し、同マーキング装置１は、レーザ発振器２と、前記レーザ発振器２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３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４と、前記液晶マスク４の１画素に対応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５と、前記液晶マスク４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６とを備えており、前記液晶マスク４の１ドットの最大長さが５０〜２０００μｍであり、前記レンズユニット６による１ドットマークの平面視による最大長さを１〜６μｍとする。
【００２４】
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ビーム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ビームから本発明でいう微小径のレーザビームを得るには、高品質で高出力のレーザビームが必要であるが、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。
【００２５】
そこで、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２から出射されるレーザビーム自体を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ビームに分割変換するとともに、各ドット単位のレーザビームのエネルギー密度分布を上述のドット形態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。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ビームにおけるエネルギー密度分布を平滑化しておく必要がある。
【００２６】
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４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４を採用することが合理的である。
【００２７】
また、前述のごとくガウシアン形状のエネルギー密度分布をもつレーザ発振器から出射されるレーザビームを、ビームホモジナイザ３を用いて、例えばトップハット形状に類似する平滑化された形状に変換することが必要である。このビームホモジナイザ３としては、例えばフライアイ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がある。
【００２８】
前述のビームホモジナイザ３によりエネルギー密度分布が平滑化されたレーザビームを、上述の好適なドット形態を得るために好適なエネルギー密度分布のプロファイルに再変換する必要があるときは、更にビームプロファイル変換器５が使われる。このビームプロファイル変換器５としては、例えば回析光学素子を備えた開口マスクや液晶マスクなどがる。なお、本発明のドットマーク形態を得るには、このビームプロファイル変換手段は必ずしも必要としない。
【００２９】
ここで、本発明における直接の加工対象としての被マーキング物品Ｗは半導体ウェハに配された半導体ダイの表面であり、そのマーキング工程は半導体装置の製造工程の前工程を経て各種試験や分類を終了し、ダイシング工程に回される全段階である。ここで半導体とは、請求項３〜４に記載したとおり、シリコンウェハそれ自体である単結晶の表面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。
【００３０】
前述のマーキング装置１を使っても、次に挙げるようなマーキング条件を満たさないかぎり、上述のごとく微小な形態をもつ本発明のドットマークは得にくい。
すなわち、上記レーザ発振器２から照射されるレーザビームのエネルギー分布を、既述したごとくビームホモジナイザ３により平滑化すること、１画素単位の最大長さが５０〜２０００μｍである液晶マスク４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３により均整化されたレーザビームを前記液晶マスク４に照射すること、このとき同液晶マスク４を通過するレーザビームのエネルギー密度を１．０〜３．７Ｊ／ｃｍ2 に設定すること、及び前記液晶マスクを透過した１ドットごとの各レーザビームを、レンズユニット６により１ドットの最大長さが１〜６μｍ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含んでいる。かかる条件下でマーキングを行うと、単なる微小寸法に止まらず、視認性に優れた特異な形態を有するドットマークが形成される。
【００３１】
前記、レーザビームのパルス幅に関しては、エネルギー密度の許容範囲を適当に大きく取ることができ、同時にレーザの出力も極力抑えることができる範囲を模索したところ、本発明のドットマークを形成するには１０〜５００ｎｓの範囲が効果的である。特に好ましくは、５０〜１２０ｎｓである。なお、５００ｎｓ以上の場合にはエネルギー密度が大きくなりすぎて、所望のドットマークの形態が得にくく、レーザ発振器自体も大型化せざるを得ない。また、ｐｓの領域のレーザによる加工では、蒸散が著しく発生し、許容できるエネルギー密度範囲が極端に狭くなる。
【００３２】
また、エネルギー密度に関しては、エネルギー密度がレーザ波長、パルス幅及び加工材料の光特性に依存するところが多い。このため、レーザ波長とそのパルス幅の両者を勘案して決めることが好ましいが、レーザ波長とパルス幅の値を規定する場合には、上述のごとく１．０〜３．７Ｊ／ｃｍ2 が適当である。前記エネルギー密度の更に好適な範囲としては、前記液晶マスクを通過して分割されたレーザビームのエネルギー密度が１．５〜３．５Ｊ／ｃｍ2 である。
【００３３】
また、前記マーキング条件に加えて、更に前記液晶マスク４の画素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され、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５を、前記液晶マスク４の前後いずれかに配するとよい。このビームプロファイル変換手段は、照射パターンドット内の熱分布を調整することで、ドットマークの隆起部高さが調整される。
【００３４】
ここで、液晶マスクの１画素単位の最大長さを５０〜２０００μｍに規定しているのは、液晶マスク４を透過したレーザビームがレンズ系により１ドットの最大長さを１〜１５μｍ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と、現状のレンズ系における解像度に限界があって確実に読み込めない場合もあるがためである。また、１ドットの最大長さ（径）が１μｍより小さい場合には、現在の光学系のセンサでは１ドットごとに読み取ることが困難であり、５μｍを超えると充分な量の情報を上記マーキング領域にマーキングすることができない。しかし、このマーキング領域として、例えばスクライブラインの領域を使用すれば大量の情報が書き込めるため、５μｍ以上であってもよいが、図１３に示すとおり６μｍ以下であることが好ましい。これらの値は、例えば現在の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、３／５０〜１／１００であって、如何に微小な寸法であるかが理解できる。
【００３５】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好適な実施の形態をシリコン基板を例として添付図面に基づいて具体的に説明する。本発明の個別識別コードが付された半導体ダイを製造するには、先ずシリコンウェハの個々の半導体ダイごとの個別識別コードの書き込み領域にコード書き込み面（以下、ノートパッドという。）を形成する必要がある。このノートパッドとしては、シリコン基板の単結晶からなるベア表面、同多結晶シリコン表面、或いはシリコン酸化膜の表面に画定することができる。ノートパッドを形成したのちに、レーザマーカーをセットアップしてドットマークの書き込み、即ち２次元コードにて個体識別コードを各半導体ダイに書き込む。
【００３６】
図３は、ダイナミックＲＡＭに多用されるＮＭＯＳデバイスのセル構造例を示している。同図において、符号１１はシリコン基板（Ｓｉ）、１２はフィールド酸化膜（ＳｉＯ2 ）、１３はゲート電極（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、１４は金属配線（Ａｌ）、１５はゲート酸化膜（ＳｉＯ2 ）、１６はソース及びドレイン（Ｓｉ）、１７は層間絶縁膜（ＰＳＧ）、１８は保護膜（ＰＳＧ）を示す。この図に示す例では、多結晶シリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）をノートパッド１９として形成している。集積回路の製造過程において、ウェーハファブとも呼ばれるスーパークリーンルーム内で６０００オングストロームのポリシリコン膜を厚さ１μｍのフィールド酸化膜１２の表面に積層して形成し、リソグラフ工程を経て１００ミクロンの正方形からなるノートパッド１９を形成している。
【００３７】
また、同図に符号１３で示すように前記ノートパッド１９とは別に既に１層の多結晶膜が存在してゲートを構成している。従って、このゲート１３を形成するときの多結晶シリコン膜を利用してもノートパッドを形成することができる。かかる多結晶シリコン膜は、多い場合には２、３層が形成されていることもある。このような場合に、最も表層側の多結晶シリコン膜の形成と同時に上記のノートパッドをパターン形成し、その後、同多結晶シリコン膜上に形成される膜の全てを抜きパターンとして、最終的にノートパッドが外部に表出する構造とする。
【００３８】
本発明にあって代表的なノートパッドの形成対象としては、集積回路の原料素材であるシリコン単結晶ウェーハのベア表面がある。当該ノートパッドは、前述の多結晶シリコンの場合とほぼ同様に取り扱うことができる。異なる点は、当咳ノートパッドを最終的に表出させるために、全てのマスク工程において、抜きパターンとすることである。或いは、ＣＶＤ法やエピタキシー法でシリコン単結晶ウェーハの上に絶縁膜を介して或いは介せずに形成するシリコン単結晶膜を成長させてこれをノートパッドとして用いることも可能である。すなわち、単結晶膜を部分的にエッチングし、当該単結晶表面を露出してノートパッドを形成する。
【００３９】
また、一般的にシリコンからなる半導体ウエハの表面には、極く薄い自然酸化膜が形成されているが、本発明ではその酸化膜もノートパッドの対象となる。この酸化膜を良好に変形させるには、次の点を考慮に入れる必要がある。
▲１▼  酸化膜（ＳｉＯ2 ）の融点が、シリコンウエハ（Ｓｉ）よりも高いこと。
▲２▼  酸化膜は非晶質で明確に液相へ変化する点は存在せず、シリコンの融点付近で軟化していること。
▲３▼  酸化膜は可視から近赤外領域にかけての領域において透明であり、且つシリコンを吸収すること。
【００４０】
これらの点から、パルス照射時は、酸化膜を通過して直接シリコンウエハを加熱溶融する。酸化膜は、加熱されたシリコンからの熱伝導により軟化し、弾性変形でシリコンの表面形状にならった形でドットが形成される。しかし、酸化膜が厚くなっていくと、熱伝導による酸化膜の温度上昇が酸化膜が外界と接している界面まで充分に到達せず、その結果としてシリコンの変形量についていけず、塑性変形（割れてしまう。）する。このシリコン単結晶に追随して変形する表面酸化膜の厚さは、実験によると２０００オングストローム以下であることが判明している。このため、およそ２０００オングストローム以下の表面酸化膜であれば、シリコン単結晶の表面と同様にドットマークが形成できる。
【００４１】
次に、半導体ダイに個別識別コードを付すために好適なノートバッドの形成領域について説明する。図４は半導体ウェハ上に形成される有効な半導体ダイの配置例と単一の半導体ダイの構造を模式的に示す上面図である。
金属配線と同時に形成される引出し電極（ボンディングパッド）２０を、ダイ外周部に配置し、個々のボンディングパッド２０を通じてボンディングワイヤでもってリードフレームと結線し、このリードフレームを介して外部回路と接続する。このボンディングパッドは、既述したとおり通常は１００μｍ角（正方形）であり、その設置間隔が１００μｍである。従って、上記ノートパッド１９の形成領域としては前記ボンディングパッド間の間隙領域が好適であり、その面積も１００μｍ角以下とする。
【００４２】
これらノートパッド１９は、必要に応じて複数形成してもよい。例えば、ノートパッド１９が、１００μｍ角の場合、１ドットが５ミクロンピッチでドットを形成すると、１８×１８ドットからなる２次元コードのドットマトリックスを付すことができる。その結果、１つのノートパッド領域には２５〜４０文字の情報が記録可能となる。
【００４３】
こうしたノートパッド１９の形成領域としては、前述のボンディングパッド間の間隙に代えて、スクライブラインを選択することができる。このスクライブラインの多くは、集積回路の原料素材であるシリコン単結晶ウェーハが露出した状態にある。しかし、スクライブラインにノートパッドを形成するにあたっては、第一回目の酸化後には、全てのマスク工程において抜きパターンとして、可能な限り膜を積まない状態に保つようにする。
【００４４】
以上のようにして半導体ダイごとに形成されたノートパッド１９に個別識別コードを書き込む。本実施例によれば、この個別識別コードはレーザマーカによりノートパッドに刻印されるドットマークから構成される２次元コードである。このマーキング時期は、半導体集積回路の製造の最終段階である個別ダイの機能テストを行うダイソート工程の直後が好ましい。
【００４５】
そのマーキング内容は、ウエハ識別番号、ウェーハメーカコード、ウエハ抵抗率分類識別、不純物ドーパントの種類、ウエハ結晶成長方位など、ＳＥＭＩ標準で規定されているウエハＩＤに加え、半導体ウェハのダイ位置により決まる最も重要な個別の個体識別番号、主なウエハテスト結果、そのテスト結果に基づく性能グレードコードなどを含んでいる。
【００４６】
さて、上述のごとき大きさのノートパッドにドットマークからなる前記識別コードを刻印するには、既述したとおり平面視で６μｍ以下の大きさのドットマークである必要がある。かかる微小なドットマークをレーザマーカによりノートパッド上に刻印するには、単に従来のレーザマーカを使っては不可能である。本発明者等が先に開発した特願平９−３２３０８０号に開示されたレーザマーキング装置を使い、同じく先に開発した特願平１０−３３４００９号に開示されているような特定の条件下でレーザマーキングを施すことにより実現できる。なお、以下の説明は典型的なレーザマーキング方法の一例に基づくものであり、本発明の実施はこれらの説明に限定されるものではない。
【００４７】
図２は半導体ダイの上記ノートパッドに微小ドットマーキングを形成するためのレーザマーキング装置を模式的に示した説明図である。
本実施例におけるレーザマーキング装置１にあって、レーザ発振器２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ビームを、まずビームホモジナイザ３を通して、尖頭値がほぼ均一となったトップハット型のエネルギー密度分布形状に成形する。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ビームは、次いで液晶マスク４の表面に照射される。このとき、液晶マスク４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、前記レーザビームは同パターン表示領域内の光透過可能な状態にある画素部分を透過する。この各画素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３により成形された形状と同一であって均一に分布されている。
【００４８】
上記ビームホモジナイザ３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。
【００４９】
ここで、本実施例にあっては、レーザビームのエネルギー密度が０．１５〜３．５Ｊ／ｃｍ2 の範囲に制御される。レーザビームが、かかる数値範囲内に制御されると、本実施例に基づく微小で且つ特異な形態をもつドットマークを形成することができる。
【００５０】
本実施例にあって、前記液晶マスク４に１回で照射する領域は、ドット数で１０×１１個であり、これをレーザビーム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半導体ダイの表面に形成するようにする。
【００５１】
上記液晶マスク４を通過したドット単位のレーザビームを、続いてビームプロファイル変換器５に照射する。このビームプロファイル変換器５は前記液晶マスク４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４を透過したレーザビームは、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５を通過して、ビームホモジナイザ３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ビーム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４を通過した後のレーザビームを、ビームプロファイル変換器５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、ビームプロファイル変換器５によるエネルギー密度分布のプロファイルを変換させることなく、次のレンズユニット６に直接導入することもある。
【００５２】
ビームプロファイル変換器５を通過したレーザビームはレンズユニット６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。本発明にあっては、前記液晶の画素単位の最大長さを５０〜２０００μｍとして、これを前記レンズユニット６により半導体ウエハＷの表面に１〜６μｍにまで絞られる。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。
【００５３】
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。
【００５４】
従って、本発明に係る微小なドットマークとは平面視の最大長さが１〜６μｍの寸法範囲にある。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４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器５と前記液晶マスク４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が生じやすい。そこで、本実施例にあっては、前記ビームプロファイル変換器５と前記液晶マスク４との配置間隔Ｘを前記液晶マスク４の１画素単位の最大長さＹの０〜１０倍に設定している。かかる範囲で前記配置間隔を設定することにより、ウェハ表面に照射される結像が鮮明なものとなる。
【００５５】
上記ビームプロファイル変換器５は、前記ビームホモジナイザ３により平滑化されたエネルギー密度分布を本実施例に特有な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。その光学部品としては、例えば回析光学素子、ホログラフィック光学素子、凸型のマイクロレンズアレイ、或いは液晶自体が挙げられ、それらをマトリックス状に配置してビームプロファイル変換器５として使用する。
【００５６】
図５及び図６は、本実施例方法により形成されるドットマークの典型的な形状例と配列状況とを示している。なお、図５はＡＦＭにより観察した立体図であり、図６は同じくＡＦＭにより観察した断面図である。本実施例によれば、半導体ウエハＷの表面に結像される各ドットマークの大きさは３．６μｍであり、各ドット間隔は４．５μｍとした。これらの図からも理解できるように、半導体ウエハＷの表面には液晶マスク４の各画素に対応して分割されたレーザビームごとの略円錐状のドットマークが形成され、しかも、そのドットマークは１１個×１０個に整然と並んでおり、それぞれの高さもほぼ揃っている。これは、液晶マスク４に照射されるレーザビームのエネルギー分布をビームホモジナイザ３により均一に平滑化されたがためである。
【００５７】
本発明に係る微小なドットマークの寸法は、既述したとおり、その被マーキング物品Ｗである半導体ダイの表面に沿った最大長さが１〜６μｍが好適である。これは、各種の実験結果からもたらされた現在の光学的センサによる視認性の限界とマーキング領域の自由度とを確保するために必要な最小限と最大限の大きさの範囲である。具体的には、上述の面積（１０4 μｍ2 ）をもつノートパッド１９に個々の半導体ダイにとって必要十分な情報量を刻印するには、既述したとおりドットマーク寸法を１〜６μｍとする必要がある。
【００５８】
図７〜図９は、本実施例により採用された上記レーザマーキング装置１により、以下の条件下で形成される本実施例に特有のドットマーク形態を示している。前記レーザマーキング装置１の仕様は、
レーザ媒質：Ｎｄ，ＹＡＧレーザ
レーザ波長：５３２ｎｍ
モード    ：ＴＥＭ００
平均出力  ：  ４Ｗ      ＠  １ＫＨｚ
パルス幅  ：１００ｎｓ  ＠  １ＫＨｚ
としている。
【００５９】
また、本実施例において使用するレーザビームとしては、ＹＡＧレーザ発振装置の他にも、ＹＶ０４レーザ発振装置の第２高調波、チタンサファイヤレーザ発振装置等により発振されるレーザビームを挙げることができる。
【００６０】
図７〜図９は上記マーキング条件に加えて、表１に示す半導体ウエハＷの表面に照射される１ドットのドット径、レーザビームのエネルギー密度、及びそのパルス幅を変更したときの実施例１〜３に対応するドット形態と各寸法を示している。
【００６１】
【表１】
0004321897.tif 000002
【００６２】
図７は、表１のマーキング条件にて半導体ウエハＷの半導体ダイ表面にドットマーキングを施したときの実施例１によるドットマーク形態とその寸法を示している。この実施例１によれば、上方に山形状に隆起した隆起部が縦に２つに分割された形態となり、周辺に僅かではあるが凹陥部が形成されている。しかし、全体として隆起部が大きいため、周辺とのコントラストに優れ視認性にも優れている。
【００６３】
図８は、表１のマーキング条件にて半導体ウエハＷの半導体ダイ表面にドットマーキングを施したときの実施例２のドットマーク形態とその寸法を示している。同図によれば、上記実施例１と同様に周辺に環状で凹凸状の凹陥部を有するものの、その中央は上方に高く隆起した略円錐状の隆起部を備えており、その周辺との明暗差は大きく、充分な視認性が確保される。
【００６４】
図９は、表１のマーキング条件にて半導体ウエハＷの半導体ダイ表面にドットマーキングを施したときのドットマーク形態とその寸法を示している。同図によれば、ドットマークの周辺は殆ど平坦であって、上方に高く隆起した略円錐状の隆起部を備えており、ドット長さが微小であるとはいえ、視認性の点では最も優れている。このドット形態が本発明の理想的な形態であるといえる。
【００６５】
本発明にあって実際のマーキング時には、ノートパッドヘの位置決めが極めて重要である。図１０は、マーキング時における前記位置決めの確認手段を設けたレーザマーキング装置の他の実施形態を示している。同図によれば、光路の途中にダイクロイックミラー（ハーフミラー）７を挿入して、その側方にＣＣＤカメラ８を設置した。このカメラ８は、一度にマーキングする範囲と同じ視野で観察（同一視野観察）できるようにしている。
【００６６】
この同一視野観察は、図１０に示すようにレンズユニット６が単一の場合には、液晶マスク４とレンズユニット５との間に前記ハーフミラー７を挿入する。また、結像レンズが複数のレンズユニット６から構成される場合には各レンズユニット６との中間にハーフミラー７を挿入する。ハーフミラー７は、液晶マスク４を通過したレーザ光のみを透過させ、他波長領域、特に可視領域の光波長を反射させるようにコーティングされている。更に、ＣＣＤカメラ８の結像面は液晶マスク面とマーキング対象Ｗと等距離となるように配置される。かかる構成によって、マーキングするためのレーザビームをハーフミラー７が障害となることなく、マーキングされた結果をＣＣＤカメラ８に結像させて観察することが可能になる。また、ハーフミラー７を複数のレンズユニットの中間に配する場合は、ハーフミラー７とＣＣＤカメラ８との間に、液晶マスク４とハーフミラー７との間の光路と同等の光路を形成するための機能を有するレンズユニットを挿入することが必要になり、これによりハーフミラー７による同一視野の観察が同様に可能となる。
【００６７】
この同一視野観察によって、マーキング前に行われる位置合せの微調整のみならず、マーキングが良好に行われたかどうかの結果も逐一モニターすることができる。すなわち、マーキング結果の検査を行うことも可能となる。この同一視野観察法を用いて、ダイ内のノートパッド位置をマーカーの主軸に対して予め決めておけば、プローバと同程度のステージの送り精度のみで、マーカー作業の粗位置決めが可能となる。これはプロ一バと本発明のマーキング機構を同一装置に組み込んで実施することをも可能にすることを示している。
【００６８】
なお、半導体の製造プロセスにおける上記個別識別コードのマーキング操作の時期は、具体的にはウェーハプローブ作業（ウエハテスト工程）の後が好ましいが、勿論これに限定されない。本実施例では、図１１及び図１２に示すようにウェーハプローブ作業の後に個別識別コードのマーキング操作を行っている。ノートパッドヘのマーキング工程が終了すると、数工程を経て、ダイシング工程において個々の半導体ダイに切り離す。この際に、各半導体ダイごとにそのマーキング内容を読取り、所定のグレード毎に分類することも可能となる。その結果、グレード別に最終的な組み立てを実行することできるようになる。
【００６９】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば各半導体ダイにＩＣ製造のほぼ全履歴を記録することが可能となるため、ＩＣの動作不良解析や盗難防止対策に有効に機能することにもなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体ダイ表面に形成されるドットマークの形態を模式的に示す断面図である。
【図２】前記ドットマークを形成するためのレーザマーキング装置の一例を概略的に示す構成図である。
【図３】ＮＭＯＳのセル構造例とその表面の一部に形成されるノートパッドの一例を示す説明図である。
【図４】半導体ウェハ上の半導体ダイ配列と同半導体ダイの表面に形成されるノートパッド領域を示す平面図である。
【図５】前記ノートパッド上に形成されるドットマークの典型的な形態と配列とを示すＡＦＭにより観察した立体図である。
【図６】同じくＡＦＭにより観察した断面図である。
【図７】本発明の実施例１に基づくドットマーク形態と寸法を示すＡＦＭ観察図と立体図である。
【図８】同実施例２に基づくドットマーク形態と寸法を示すＡＦＭ観察図と立体図である。
【図９】同実施例３に基づくドットマーク形態と寸法を示すＡＦＭ観察図と立体図である。
【図１０】同一視野観察を可能にしたレーザマーキング装置例の構造説明図である。
【図１１】本発明の半導体ダイを得るための個別識別マークのマーキング時期の一例を示す工程説明図である。
【図１２】同じく他の例を示す工程説明図である。
【図１３】２次元コードを構成するドットマークの大きさに基づく文字数と必要面積との相関図である。
【符号の説明】
１              レーザマーキング装置
２              レーザ発振器
３              ビームホモジナイザ
４              液晶マスク
５              ビームプロファイル変換器
６              縮小レンズユニット
７              ハーフミラー
８              ＣＣＤカメラ
１１              シリコン基板（Ｓｉ）
１２              フィールド酸化膜（ＳｉＯ2 ）
１３              ゲート電極（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）
１４              金属配線
１５              ゲート酸化膜（（ＳｉＯ2 ）
１６              ソース及びドレイン（Ｓｉ）
１７              層間絶縁膜（ＰＳＧ）
１８              保護膜（ＰＳＧ）
１９              ノートパッド
２０              ボンディングパッド
Ｗ              マーキング対象物（ウェハ、半導体ダイ）
【図１】
0004321897.tif 000003
【図２】
0004321897.tif 000004
【図３】
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【図４】
0004321897.tif 000006
【図５】
0004321897.tif 000007
【図６】
0004321897.tif 000008
【図７】
0004321897.tif 000009
【図８】
0004321897.tif 000010
【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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