JPH02205281A - レーザマーキング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はウェハー上にドツトマーキングする際のドツト
形状の真円度の向上、大きさ、深さのバラツキの減少を
実現し、さらに０．５〜１．０μｍ深さのソフトマーキ
ングするための技術に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種のマーキング装置において、ドツトの深さ
をコントロールするとき、ＹＡＧレーザ光の出力をラン
プ電流を可変させることにより調整していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のランプ電流を可変する方法では、ランプ
電流を変えたとき、レーザヘッド内に発生する熱量が変
わるため、レーザ共振器を構成している各部における熱
的平衝状態が変化し、光共振器を最も安定に維持してい
る最適の７ライメントがくずれる結果となり、レーザパ
ルスの安定度が悪化する。特に、ＹＡＧレーザロッドに
おける熱レンズ効果の度合は、微弱なランプ電流の変化
（〜０．５Ａ）に対しても微妙な光共振器のアライメン
トの変化を引き起こす。このため、レーザパワーを変え
ようとして、ランプ電流を変えることにより、レーザ出
力光の不安定さを引き起こしマーキングしたときのドツ
トの大きさ、深さ等がバラツクという欠点があった。

この他に、従来のマーキング装置においては、レーザ発
振器のレーザ０Ｎ１０ＦＦが超音波Ｑスイッチ素子を０
ＦＦ１０Ｎさせることによって行っているが、この結果
、ランプ電流を変えなくとも文字の書き出しのドツトが
不安定になる要因があった。

即ち、第１の要因としては、ＹＡＧレーザ等のＱスイッ
チ動作させているレーザ特有の現象で、活性媒質である
Ｎｄ”＋のレーザ上準位の緩和時間以上にレーザ発振を
一旦止めると、その休止以降に発振させた最初の一発目
のＱスイッチパルスは、連続発振させているときのパル
ス先頭値と比べて大きくなる。これとは逆に２発目のＱ
スイッチパルスの先頭値は小さくなる。この様に散発の
パルスは非常に不安定となる。

第２ｖＡの要因として、何枚かのウェハーに文字をマー
キングした後、ウェハーロットの交換あるいはその他の
理由により長い時間マーキングせずにいた場合、その後
にマーキングを開始したときに数秒〜数分の間レーザ出
力が不安定になることがある。これは超音波Ｑスイッチ
素子の石英の結晶や出力ミラー等の温度がレーザ発振器
を止めていた時間に比例して下ってしまったために、実
際の共振器長が若干変化したために生じたアライメント
ずれに依るものである。一般にウェハーのレーザマーキ
ングに要求されるＱスイッチパルスの先頭値の安定度は
±０．５％以下であることが必要であり、この程度の若
干の温度の変化でもこれを防げる要因としては十分なも
のになっていた。

次にウェハーマーキング装置として最近増々要求されて
いる能力として、ソフトマーキングと呼ばれるドツトマ
ーキング時にウェハー材質を飛び散らせない加工法があ
る。これは、ドツトの深さカ０．５μｍ〜１．０μｍ程
度の非常に浅いマーキングをすることで可能になる。と
ころが、このマーキングを可能にするためにはＱスイッ
チパルスの先頭値並びにパルスのエネルギーを±０．１
％程度に安定にコントロールすることが必要とされる。

パルスのエネルギーが少しでも小さいと０．１〜０．２
μｍの所謂熱歪的な深さにしかならないのに対し、反対
に少しでも大きいと１．０μｍ以上の深いドツトになっ
てしまう。このあたりの現象には複雑な非線形的な物理
現象がからんでおり、たとえば、ウェハー表面での反射
率のレーザ出力強度依存性が大変大きなこと、さらにＹ
ＡＧレーザのＱスイッチパルス幅７５ｎｓ〜１００ｎｓ
に対する熱拡散長が１μｍを超えることなどが相まって
生じていると考えられる。

この様に従来のウェハーマーキング装置のＱスイッチレ
ーザパルスの安定度、使い方では、この０．５μｍ〜１
．０μｍ深さのドツトマーキングを安定に行なうことは
不可能であった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のウェハーマーキング装置は、レーザ発振器とし
て最も安定な領域で発振させておき、その出力光の調整
をするために光学系中に連続に可変できる光減衰器を有
している。さらにマーキングしていないときにもレーザ
発振させられる様にするために光共振器の外に外部シャ
ッタを具備しており、このシャッタはマーキング終了と
同時に作動し、マーキング開始と同時に解除される様に
制御されている。

前述した従来のウェハーマーキング装置に対し、本発明
では、レーザ出力を可変する目的でランプ電流を変えな
い様にし、さらにマーキングしない時でも、レーザ共振
器中では、実際のマーキング時の繰り返し周波数と同じ
周波数で発振させているという相違点を有する。さらに
ソフトマーキングにおいてはＱスイッチパルスを１パル
スでなく、予めショツト数を設定し、安定されたＱスイ
ッチパルスを同じドツトに重ね打ちする方法をとるとい
う相違点を有する。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明のウェハーマーキング装置のシステムを
示す第１の実施例のブロック図である。

図において、１は全反射鏡、２は超音波Ｑスイッチ素子
、３は内部アパーチャ（モードセレクタ）、４はランプ
ハウス、５は内部シャッタ、６は出力鏡で、これらは同
一軸上に配置されＹＡＧレーザ発振器１７を成す。また
７は外部シャッタ、８はアパーチャ、９はレベリングミ
ラー　１０はエキスパンダ（ガリレオ式）、１１はアパ
ーチャ、１２はアッテネータ（光減衰器）、１３はガル
バ／ミラー１４はｆ−θレンズ、１５はウェハー（加工
物）、１６はマーカーコントローラである。

ＱスイッチＹＡＧレーザ発振器１７は、Ｑスイッチパル
スの最も安定となる様なランプ電流において予めアライ
メント等の調整をしておき、ランプ電流は固定する。

マーカーコントローラ１６は、各素子（参照番号２，５
，７，１２．１３）に対して第２図の様な制御を行なう
。

次に第２図にそって第１図を併用して本発明の詳細な説
明する。最初、ウェハーに印字するための文字入力、マ
ーキングモードを入力部１８より設定をする。設定され
たマーキングモードが通常モードの場合、マーカーコン
トローラ１６は１．５〜２．５μｍ程度の深さのドツト
をウェハー１５にマーキングするよう各素子２．５．７
．１２．１３を制御し１つのドツトに対して１つのＱス
イッチパルスでマーキングする。深さの調整は、予めア
ッテネータ１２において手動あるいはマーカーコントロ
ーラ１６からの制御信号によって決められる。

マーキングモードがディープマークモードの場合、２．
５μｍ以上の深いマーキングをする。このモードではマ
ーカーコントローラ１６が通常モードにおいて予めＱス
イッチパルス数を深さに応じたパルス数Ａに設定し、１
つのドツトに対してＡ発のＱスイッチパルスを重ねて打
つ。

マーキングモードがソフトマークモードの場合、１．０
μｍ以下の浅い深さのドツトマーキングを行なう、この
モードでは手動あるいはマーカーコントローラ１６から
の制御信号によってアッテネータ１２をソフトマーキン
グ用の低いパワーに応じて設定する。ここでソフトマー
キングとして要求さｈる０、５μｍ〜１．０μｍの深さ
を可変するために、予めその深さに応じたパルス数Ｂを
設定し、１つのドツトに対してＢ発のＱスイッチパルス
を重ねて打つ。ここでディープマークモードとソフトマ
ークモードにおけるＡ、Ｂの値はコンピュータ制御され
ている。Ｙ−カコントローラ１６にてソフトウェアによ
って自由に可変できる。

第３図は、本発明の第２の実施例の一部の正面図である
。本実施例は第１図の実施例のエキスパンダ１０と７ツ
テネータ１２のみの変更なのでこの部分のみを表わした
。

同図において、１８はエキスパンダ（ケブラー方式）、
１９は空間フィルタとしての７パーチヤ、２０はアッテ
ネータ〔可変式のニュートラルデンシティ−フィルタ（
ＮＤフィルター）〕である。エキスパンダ１８はケブラ
一方式のエキスパンダであり、空間フィルター１９を７
バーチヤとして挿入することにより、アパーチャー８か
ら生じる回折光、レーザビーム自身に存在する雑音光と
してのスペクトル成分等を７パーチヤー１９でカットで
きるため、集光レンズとしてのｆ−θレンズ１４（第１
図）に大変きれいなガウシアン分布のレーザ光をデリバ
リ−できる。このため、集光時のスポット径の真円度が
大変改善され、且つ、より小さなスポット径に絞り込む
ことが可能になるという利点をもつ。第１図に示す実施
例のアッテネ、−夕１２はＱスイッチＹＡＧレーザ発振
器１７から出るレーザ光がその超音波Ｑスイッチ素子の
石英結晶に依って決まる偏光成分を利用し偏光板を回転
させることにより偏光板を通るレーザ光を可変している
ことに対し、第２の実施例の７ツテネータ２０では円板
上に透過率が連続的に徐々に変わるＮＤフィルターにニ
ュートラル・デンシティ・フィルタ）を有している。偏
光板を７ツテネータとして用いると光路が偏光板の厚み
に比例する分だけずれるため、マーキングしながら光量
を調整しようとするとウェハー上でのマーキング位置が
若干づれるという欠点があったがＮＤフィルターを用い
ることにこの欠点は克服される。

以上説明したように本発明の各実施例は、レーザ発振器
の外部に連続的に減衰されることのできるアッテネータ
を具備することにより、レーザ発振器の最高の安定度を
広いレーザパワー範囲にわたって維持することができる
。特に従来大変不安定であった低いパワー時の安定度の
改善により浅いマーキング時のドツトのバラツキを非常
に小さくすることを可能にした。さらに０．５μｍ〜１
．０μｍの深さの所謂ソフトマーキングに関しては、レ
ーザの出力安定度をどんなに改善しても物理的要因のた
めに安定に行なうことは困難であったが、これを１発の
Ｑスイッチパルスでなく、アッテネータにて１１５〜１
／１０に弱められた２発以上の連続のＱスイッチパルス
を用いて、これを同じドツトに重ねて照射することによ
り、全く基板の飛び散りのないソフトマーキングするこ
とを可能にした。

尚、ソフトマーキングにおける各ドツトのバラツキを少
なくするために、マーカーコントローラ１６の制御によ
って１ＫＨｚ以下の繰り返し周波数のレーザ光にてドツ
トをマーキングする。これは１ＫＨｚ以下に周波数を抑
えることにより、−旦マーキングを停止したとき、並び
にドツトのマーキング周波数が変化したあとに打つ最初
のドツト、所謂ファーストパルスが同じ先頭値を有する
ためにドツトのバラツキが少なくなるためである。さら
に前述したファーストパルスの後にｎ発のＱスイッチパ
ルスを２〜５ＫＨｚの繰り返し周波数で同じドツトに重
畳してマーキングすることにより、ドツトの断面形状が
大変滑らかで且ドツトの真円度も大変良いソフトマーキ
ングができるようにする。これは、第４図に示す如く、
第１発註のＱスイッチパルスに対し、第２発註以降のパ
ルスは、先頭値的に約６割の大きさしか有していないパ
ルスで重ねて照射することにより、第１発註のパルスで
０．２μｍ程度の深さを加工した後２発目以降のパルス
で１パルス当り０．０２５μｍ〜０．０５ずつドツトを
掘っていくことにより、徐々にドツトの表面を溶融して
いくため、集光時のレーザビーム形が完全な真円でなく
とも加工されたドツトの真円度は良くなる。即ち、この
方法をとることによりレーザビームをガウシアンビーム
に近づけるために資される光学系の負担が大変軽減され
る。さらにドツトの深さ、言い換えればドツトの径の大
きさのバラツキに対しても２発目以降のパルス数はドツ
トの深さを０．８μｍ程度（ベアシリコン基板の場合）
にするのに、約２０全稈度必要であるが、この２０発の
レーザパルスの先頭値がある程度バラツクにしても２０
発で平均化された結果としてのバラツキは大変少なくな
る。

尚、２発目以降のパルスの繰り返し周波数を２〜５ＫＨ
２にするのは、ＹＡＧレーザ発振器１７でこの範囲の周
波数が最もＱスイッチパルスの先頭値の安定度が優れて
いるからである。又、第１発註のパルスと２発目以降の
パルスの先頭値の比は実験の結果０．６〜０．８程度が
最も良いが、これ以上前記周波数を上げるとこの比が０
．５以下におちる。０．５以下の比のパルストレイン（
Ｐｕｌｓｅｔｒａｉｎ）で重ね打ちをすると、重ね打ち
のためのパルス数が増え、１ドツトの加工に要する時間
が長くなり、全体のマーキングスピードが落ちる。

こればかりでなく、この比が小さくなるにつれパルス数
に比例したドツトの深さが得られないという非線型領域
に入り、パルス数でドツトの深さをコントロールしにく
くなる。このため第１発註のＱスイッチパルスのもつ先
頭値では１パルスで１μｍ以上の深さに入らない強度に
７ツテネータを調節し、２〜５ＫＨｚ程度の周波数でで
きるだけ少なめのパルスを重ね合わせてマーキングする
ことが最も良い。

実際の実験の結果得られたソフトマーキングにおける重
畳するパルス数とドツトの深さを示したものを第５図に
示す。

次に１発のＱスイッチパルスで１．５μｍ程度の深さが
入る先頭値を有するように７ツテネータに又は２０を調
整した後、このパルスの６〜８割の大きさを有する２発
目以降のパルスを同じドツトに重畳させることにより５
〜１０μｍの深さのデイ−ツマ−キングをすることも可
能である。特に第１売口のＱスイッチパルスが１．０〜
１．５μｍの間で飛び散りのないマーキングであるとき
５〜１０μｍ深さの飛び散りのないマーキングをするこ
とができる。発振器の外部に設けたシャッター７を閉じ
ている間、すなわちマーキングしていないときにも、常
時マーキングするＱスイッチ周波数にてレーザ光を発振
器１７から出力させておくことにより、一定時間の休止
した後のマーキングのドツトのバラツキも完全に無くす
ことができる。

本発明のウェハーマーキング装置は、アッテネータ１２
（２０）、超音波Ｑスイッチ素子２への信号等を全てマ
ーカコントローラ１６が制御し、そのソフトウェア化さ
れたプログラムにより、マーキングモードの選択２　ド
ツトの深さの指定等を自由に設定できるため、非常に融
通性の高いシステムとすることが可能であるところに優
れた特徴をするのは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図は本発明の第１の実施例の動作を示すフローチャート
、第３図は本発明の第２の実施例の一部を示す正面図、
第４図は本発明の実施例におけるレーザ出力パルス波形
を示す図、第５図は本発明の実施例におけるショット数
対マーキング深さの関係を示す図である。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 ２θアッテメ−７（町安人ＨＤ乃・す 第 回 茅 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＱスイッチＹＡＧレーザを光源とし、Ｓｉ等のウェハー
   表面上にドットから成る文字・記号等をマーキングする
   ウェハーマーキング装置において、レーザ発振器から出
   射された光を遮へいするためのシャッターと、さらにそ
   の光を連続的に減衰させるための減衰器を具備し、各ド
   ットを照射するＹＡＧレーザパルスの繰り返し周波数は
   １ＫＨｚ以下とし、さらに各ドットに対して前記の繰り
   返し周波数の範囲で照射した前記レーザパルスの後に続
   けて２〜５ＫＨｚの高繰り返し周波数で有限個のレーザ
   パルスを重畳させながらマーキングすることを特徴とし
   たウェハーマーキング装置。