專利名稱：用于激光硬標印的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于激光硬標印的方法和系統(tǒng)，尤其用于半導(dǎo)體晶片和器件。
2.
背景技術(shù)：
激光器用于激光標印半導(dǎo)體晶片已有幾十年?，F(xiàn)提供一列通常有關(guān)激 光標印的有代表性的專利和申請。美國專利號5,329,090涉及晶片的點標 印。
下列有代表性的專利參考文獻涉及晶片和電子組件的激光標印、照明 和檢查/讀取標印的多個方面美國專利序列號4,522,656、 4,945,204、 6,309,943、 6,262,388、 5,929,997、 5,690,846、 5,894,530、 5,737,122;和日 本專利摘要11135390。
下列代表性的參考文獻提供有關(guān)多種激光標印方法和系統(tǒng)配置和元 件的通常信息"電流計式和諧振式低慣性掃描儀"，Montagu,在《激光
束掃描》中，Marcd-Dekker, 1985, 214-216頁("Galvanometric and Resonant Low Inertia Scanners" , Montagu, in Lader Beam Scanning, Marcel隱Dekker, 1985,pp.214-216;);"標印應(yīng)用目前包括多種材料，，，Hayes ，在《激光聚 焦世界》中，1997年2月，153-160頁，("Marking Application now Encompass Many Materials" ，Hayes, in Laser Focus World, February 1997, pp. 153-160 );
"商業(yè)光纖激光器在工業(yè)市場流行"，《激光聚焦世界》，1997年5月， 143-150頁("Commercial Fiber Laser Take on Industrial Markets", Laser Focus World, May 1997, pp. 143-150)。專利公布WO 96/16767, WO 98/53949,美國專利序列號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、 4,737,558、 4,856,053、 4,323,755、 4,220,842、 4，156，124。
公布的專利申請WO 0154854,公布日期為2001年8月2號，名稱為
"用于標印物品如印刷電路板、集成電路以及諸如此類的激光掃描方法和 系統(tǒng)"，和W00161275， 2001年8月23日公布，名稱為"用于在三維檢 查系統(tǒng)中使用的自動產(chǎn)生參考高度數(shù)據(jù)的方法和系統(tǒng)，，，都轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明 的受讓人。兩個申請通過引用全部合并與此。
如由視覺系統(tǒng)所(或由操作者視覺檢查所)看到的激光標印的可見度 取決于包括標印深度、碎片等的幾個因素，這幾個因素又取決于激光材料 的交互作用。對于某些晶片標印應(yīng)用，普通的知識可得到相對深的標印深 度，所述相對深的標印深度可提供良好的可讀性，但增加對次表面破壞的 敏感度。
晶片標印系統(tǒng)長期由本發(fā)明的受讓人提供。本發(fā)明受讓人已生產(chǎn)若干
年的WaferMark.TM.系統(tǒng)被認為是第一個硅晶片的工業(yè)激光標印系統(tǒng)。說 明書包括300nm晶片的120 ni m標印點直徑硬標印。這滿足SEMI標準規(guī) 范M1.15。"軟標印說明書"用于晶片背面軟標印，包括標印最高達200mm 的晶片的粗糙表面背面晶片。在"SigmaClean"系統(tǒng)中，給最高達200mm 的晶片的正面和背面標印提供背面標印選項。
大約有兩種現(xiàn)在工業(yè)上所使用的激光標印，即軟標印和硬標印。本發(fā) 明的受讓人已生產(chǎn)多種用于產(chǎn)生"硬標印，，和"軟標印"的標印系統(tǒng)。
目前，用于在晶片上產(chǎn)生硬標印的激光標印系統(tǒng)裝配有激光器，該激 光器具有下述特性激光脈沖寬度(t)隨著激光脈沖能量(E)和重復(fù)率 (f)而變化，如圖2所示。這種關(guān)系是傳統(tǒng)q開關(guān)和其他脈沖激光器的特 點。
申請人所做的實驗顯示用這種傳統(tǒng)激光系統(tǒng)標印硅晶片產(chǎn)生下述標 印處理特性
,標印深度(z)取決于脈沖數(shù)(# )，但不取決于脈沖能量(E),
且?guī)缀醪蝗Q于光束擴展(n)(見圖3),以及 *標印點直徑(D)取決于#、 E和n (見圖4)。 相互沖突的參數(shù)限制標印性能，并引入標印的可獲得的深度、直徑和 質(zhì)量之間的折衷。小直徑、相對深、高質(zhì)量的標印提出了挑戰(zhàn)和出現(xiàn)的要 求。
同樣地，很難同時獲得消費者技術(shù)說明范圍內(nèi)的標印深度z和標印直 徑D。這是因為人們只能主要改變脈沖數(shù)#以獲得所需的標印深度z。 如果在一定數(shù)量的脈沖下的標印質(zhì)量是不可接受的，如果不是不可能，那么也很難獲得與這些數(shù)量的脈沖相關(guān)聯(lián)的深度。如果人們盡力去改變脈沖
數(shù)#以獲得更好的質(zhì)量，標印直徑D將同時改變。因此，在目前硬標印激 光標印系統(tǒng)中所使用的激光器，提供少量或沒有提供針對一定深度和直徑 的組合來提高標印質(zhì)量的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于激光石更標印的改進的方法和系統(tǒng)，尤其用于 半導(dǎo)體晶片和裝置。
為實現(xiàn)上述目的和本發(fā)明的其他目的，提供一種標印半導(dǎo)體晶片以在 晶片上形成具有一直徑的硬標印的激光標印方法。所述方法包括控制脈沖 激光輸出，以使輸出脈沖寬度隨著輸出重復(fù)率和輸出能量中至少一個的變 化而實質(zhì)上保持恒定。所述硬標印的深度受輸出能量中的變化影響，而取變。
進一步為實現(xiàn)上述目的和本發(fā)明的其他目的，提供一種標印半導(dǎo)體晶 片以在晶片上形成硬標印的激光標印方法。所述方法包括控制脈沖激光輸 出，以使至少一部分所述脈沖激光輸出的時間特性隨著輸出重復(fù)率和輸出 能量中至少一個的變化而實質(zhì)上保持恒定，所述時間特性影響將要利用所 述激光輸出形成的所述硬標印的深度。所述硬標印的深度受輸出能量中的
實質(zhì)上保持不變。
所述時間特性和所述輸出能量可在標印一批晶片前設(shè)定，并在標印整
批晶片期間保持設(shè)定。
可在將晶片放置于標印臺后，以及在標印單個晶片前，設(shè)定所述時間 特性和所述輸出能量。
可在將晶片放置于標印臺后，以及在標印單個晶片前，設(shè)定所述時間 特性和所述輸出能量。所述方法可進一步包括改變所述時間特性和所述輸 出能量，以在晶片上產(chǎn)生具有不同預(yù)定深度的標印。
所述時間特性和所述輸出能量可在激光標印系統(tǒng)的制造場所設(shè)定，或 者在安裝所述激光標印系統(tǒng)的場所設(shè)定。
仍進一步為實現(xiàn)上述目的和本發(fā)明的其他目的，提供一種用于在半導(dǎo) 體晶片上產(chǎn)生硬標印的激光標印系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括脈沖激光器子系統(tǒng)， 所述脈沖激光器子系統(tǒng)產(chǎn)生用于在晶片上的一個位置進行標印的脈沖激 光輸出。所述脈沖激光器子系統(tǒng)被控制，以使輸出脈沖寬度隨著脈沖重復(fù) 率和輸出能量中至少一個在一個范圍內(nèi)的變化而實質(zhì)上保持恒定。所述系 統(tǒng)進一步包括光束傳遞系統(tǒng)，其用于將所述脈沖激光輸出傳遞到所述晶片 上的所述位置。
硬標印可用所述脈沖激光輸出形成，并可具有實質(zhì)上獨立于所迷硬標 印的深度的直徑。
所述系統(tǒng)可進一步包括光束擴展器和控制器，所述控制器具有控制程 序，并可操作地連接到所述光束擴展器以產(chǎn)生預(yù)定的標印直徑。
所述系統(tǒng)可進一步包括衰減器和控制器，所述控制器具有控制程序， 并可才喿作地連接到衰減器以控制^C沖激光輸出的脈沖的能量。
脈沖寬度可設(shè)定在約1納秒至約150納秒的范圍內(nèi)，典型范圍為約10
納秒至約100納秒。
典型的硬標印可具有IO微米至150微米范圍內(nèi)的深度。 所述范圍可為20微米至120微米，
所述系統(tǒng)可進一步包括控制器，所述控制器包括具有電子組件的子系 統(tǒng)和通?？捎糜谶M行標印系統(tǒng)控制的控制程序。
所述系統(tǒng)可進一步包括控制器，所述控制器包括具有電子組件的子系 統(tǒng)和專用于控制所述激光器子系統(tǒng)的控制程序。
所述子系統(tǒng)可包括具有腔的激光器，在所述腔中放置可飽和吸收體。
參見附圖根據(jù)下面實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的詳細描述，上述目的和其 他目的、特征和本發(fā)明的優(yōu)點是顯而易見的。


圖1簡要示出使用本發(fā)明的一個具體實施例的激光標印系統(tǒng)，在半導(dǎo) 體晶片區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的第一和第二硬標印(為簡化描述，不按比例)； 圖2是傳統(tǒng)激光器的脈沖寬度與脈沖能量的關(guān)系曲線； 圖3是傳統(tǒng)激光器對不同數(shù)量的脈沖和光束擴展的標印深度與脈沖能 量的關(guān)系曲線；
圖4是傳統(tǒng)激光器對不同數(shù)量的脈沖和光束擴展的標印直徑與脈沖能 量的關(guān)系曲線；
圖5是本發(fā)明一個具體實施例的激光器的脈沖寬度與脈沖能量的關(guān)系 曲線；
圖6是本發(fā)明一個具體實施例的激光器對不同數(shù)量的脈沖的標印直徑 與脈沖能量的關(guān)系曲線；以及
圖7是本發(fā)明一個具體實施例的激光器對不同數(shù)量的脈沖的標印深度 與脈沖能量的關(guān)系曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體實施例通常用于在無遮蔽晶片的第一個面上的"點"格 式，雖然沒有如此限制。晶片可被拋光至粗糙度標準。
本發(fā)明具體實施例中所使用的激光器通常包括或被配置，以使脈沖寬
度t在處理范圍內(nèi)獨立于E和f，如圖5所示。 由于脈沖寬度獨立于E和f,發(fā)現(xiàn)
fr標印直徑(D)不依賴于脈沖能量E,但依賴于光擴展n，及稍稍依 賴于脈沖數(shù)#，(見圖6);以及
,標印深度(z)取決于脈沖數(shù)#和脈沖能量E,(在一定的E后，z 將飽和)(見圖7)。
現(xiàn)在，采用本發(fā)明的具體實施例，可容易獲得任何需要的標印深度 和直徑的組合。首先，通過選擇合適的光束擴展n和激光務(wù)P中的數(shù)量弁(對 最佳的標印質(zhì)量)，獲得所需的標印直徑D，然后改變激光脈沖能量E以 獲得所需的標印深度(z),因為直徑D不隨E而改變。
優(yōu)選地，標印出現(xiàn)在標印區(qū)域上的每個標印位置處的最佳聚焦的位置 處。然而，標印也可出現(xiàn)在除最佳聚焦處外的位置，以及可與偏離的入射 標印束一起出現(xiàn)。典型的標印可為約20-120微米深。
有幾種獲得如圖5所示的激光特性的方法。
在本發(fā)明系統(tǒng)的一個作為例證的具體實施例(即圖1)中，可將飽和 的元件放入激光腔中，所述元件具有隨激光輻射可達到飽和的吸收系數(shù)，
這樣的元件被稱為"可飽和吸收體(saturable absorber)"。通常吸收系凄t隨 諧振輻射的增強而降低。在激光增益和相應(yīng)的泵浦能量(及因而輸出能量 范圍)的適用范圍內(nèi)，具有相似的輸出性能的吸收體將在q開關(guān)系統(tǒng)中提 供實質(zhì)上恒定的脈沖寬度。有效輸出脈沖寬度是q開關(guān)脈沖的峰值和平均 功率的函數(shù)。如果設(shè)計q開關(guān)，以便根據(jù)相應(yīng)的泵浦激光功率或激光增益 調(diào)整平均脈沖功率和峰值功率，則可設(shè)定恒定的脈沖寬度。
在另一個具體實施例中，可精確調(diào)整腔結(jié)構(gòu)和腔光學(xué)系統(tǒng)，以在預(yù)先 選擇的能量范圍內(nèi)獲得恒定的脈沖持續(xù)時間。
多個美國專利講授對激光脈沖特性的控制。通過例子，各個美國專利 5,128,609、 5,226,051、 5，812，569和6,339,604的講授涉及控制激光脈沖特 性，例如能量和/或脈沖寬度。'569和'604專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。 根據(jù)本發(fā)明，'609專利的講授以及在'604專利中所公開的有關(guān)微加工和 激光微調(diào)的特定具體實施例可適于形成硬標印。
實際土，脈沖時間特性例如脈沖寬度對一組或-^批晶片可為恒定的， 不需要進一步的調(diào)整。進一步的需要可引起在區(qū)域內(nèi)硬標印不同深度的脈 沖特性的設(shè)定。晶片的表面變化引起對"工藝研究"的需要以確定激光輸 出能量需要，且這樣的變化通常確定這樣測量的頻率。優(yōu)選地，激光標印 系統(tǒng)包括檢測和校準硬件和軟件，以實現(xiàn)任何所需的最小化操作者干擾的 工藝研咒。
本發(fā)明的多種具體實施例可與在商業(yè)上可用的系統(tǒng)集成，包括本發(fā)明
受讓人所生產(chǎn)的Wafermark SigmaDSCTM標印產(chǎn)品。
雖然舉例說明和描述了本發(fā)明的具體實施例，但意圖不是這些具體實 施例說明和描述本發(fā)明的所有可能形式。更確切地，i兌明書中所4吏用的詞 語是描述的而不是限制的詞語，而且應(yīng)理解，可做出多種改變，而不背離 本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種標印半導(dǎo)體晶片以在所述晶片上形成具有一直徑的硬標印的激光標印方法，所述方法包括控制脈沖激光輸出，以使輸出脈沖寬度隨著輸出重復(fù)率和輸出能量中至少一個的變化而實質(zhì)上保持恒定，其中所述硬標印的深度受輸出能量中的變化影響，而取決于光束尺寸的所述硬標印的直徑在所述標印深度變化時實質(zhì)上保持不變。
2. —種標印半導(dǎo)體晶片以在所述晶片上形成硬標印的激光標印方法， 所述方法包括控制脈沖激光輸出，以使至少一部分所述脈沖激光輸出的時間特性隨 著輸出重復(fù)率和輸出能量中至少一個的變化而實質(zhì)上保持恒定，所述時間 特性影響將要利用所述激光輸出形成的所述硬標印的深度，其中所述硬標 印的深度受輸出能量中的變化影響，而取決于光束尺寸的所述硬標印的直 徑在所述標印深度變化時實質(zhì)上保持不變。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述時間特性和對述輸出能量 在標印 一批晶片前設(shè)定，并在標印整批晶片期間保持設(shè)定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在將晶片放置于標印臺后，以 及在標印單個晶片前，設(shè)定所述時間特性和所述輸出能量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在將晶片放置于標印臺后，以 及在標印單個基片前，設(shè)定所述時間特性和所述輸出能量，以及其中所述方法進一步包括改變所述時間特性和所述輸出能量，以在所述晶片上產(chǎn)生 具有不同預(yù)定深度的標印。
6. 才艮據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述時間特性和所述輸出能量 在激光標印系統(tǒng)的制造場所設(shè)定，或者在安裝所述激光標印系統(tǒng)的場所設(shè) 定。
7. —種用于在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生硬標印的激光標印系統(tǒng)，所述系統(tǒng) 包括脈沖激光器子系統(tǒng)，其產(chǎn)生用于在所述晶片上的一個位置進行標印的 脈沖激光輸出，所述脈沖激光器子系統(tǒng)被控制，以使輸出脈沖寬度隨著脈 沖重復(fù)率和輸出能量中至少一個在一個范圍內(nèi)的變化而實質(zhì)上保持恒定； 以及光束傳遞系統(tǒng)，其用于將所述脈沖激光輸出傳遞到所述晶片上的所述位置。
8. 才艮據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中用所述脈沖激光輸出形成的硬 標印具有實質(zhì)上獨立于所述硬標印深度的直徑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，進一步包括光束擴展器和控制器， 所述控制器具有控制程序，并可才喿作地連接到所述光束擴展器以產(chǎn)生預(yù)定 的標印直徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，進一步包括衰減器和控制器，所述 控制器具有控制程序，并可操作地連接到所述衰減器以控制所述脈沖激光 輸出的脈沖的能量。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中脈沖寬度設(shè)定在約1納秒至約 150納秒的范圍內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述范圍為約10納秒至約100 納秒。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中典型的硬標印具有在10微米 至150微米的范圍內(nèi)的深度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述范圍為20微米至120微米。
15. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，進一步包括控制器，所述控制器包 括具有電子組件的子系統(tǒng)和通常用于進^f亍標印系統(tǒng)控制的控制程序。
16. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，進一步包括控制器，所述控制器包 括具有電子組件的子系統(tǒng)和專用于控制所述激光器子系統(tǒng)的控制程序。
17. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括具有腔的激光 器，所述腔中放置可飽和吸收體。
全文摘要
提供了一種用于激光硬標印的方法和系統(tǒng)。所述激光標印系統(tǒng)在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生硬標印。所述系統(tǒng)包括脈沖激光器子系統(tǒng)，所述脈沖激光器子系統(tǒng)產(chǎn)生用于在所述晶片上的一個位置進行標印的脈沖激光輸出。所述脈沖激光器子系統(tǒng)被控制，以使輸出脈沖寬度隨著脈沖重復(fù)率和輸出能量中至少一個在一個范圍內(nèi)的變化而實質(zhì)上保持恒定。光束傳遞系統(tǒng)將所述脈沖激光輸出傳遞到所述晶片上的所述位置。
文檔編號B41J2/47GK101098770SQ200580046070
公開日2008年1月2日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者博 古 申請人:通明國際集團公司