(57)【要約】ケイ素体Ｗを紫外または緑色レーザー光線により冷却液体ハロゲン化合物環境下で機械加工する。該ケイ素体の機械加工位置近傍における局所加熱はケイ素体と液体ハロゲン化合物との化学反応を起こさせるに充分であり、機械加工を促進し、機械加工品質を高め、レーザー機械加工由来の破片を減少させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素体（Ｗ）をレーザー光線（６）で機械加工する方法であって、
ａ．前記ケイ素体の少なくとも機械加工位置を液体ハロゲン化合物環境にする工程、
ｂ．前記液体ハロゲン化合物環境下にある前記ケイ素体の前記機械加工位置にレーザー光線を指向させる工程、
ｃ．  前記ケイ素体と前記液体ハロゲン化合物との化学反応を前記機械加工位置において充分に起こさせるために該ケイ素体の機械加工位置近傍において該液体ハロゲン化合物をレーザー光線で局所的に加熱する工程、および
ｄ．  前記ケイ素体を前記機械加工位置でレーザー光線により機械加工することにより前記化学反応を該機械加工位置において起こさせる工程
からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
液体ハロゲン化合物環境にする前記工程は、液体ハロカーボン環境にすることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
レーザー光線を指向させる前記工程は、紫外線波長レーザー光線を指向させることを含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
レーザー光線を指向させる前記工程は、緑色可視光波長レーザー光線を指向させることを含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
液体ハロゲン化合物環境にする前記工程は、液体ハロゲン化合物を収容するための環境チャンバ（２）下に置くことからなる請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
液体ハロゲン化合物環境にする前記工程は、冷却液体ハロゲン化合物を供給することを含む請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
冷却液体ハロゲン化合物を供給する前記工程は、該冷却液体ハロゲン化合物の温度を機械加工前、機械加工中および機械加工後において制御することからなる請求項５に記載の方法。
【請求項８】
液体ハロゲン化合物環境にする前記工程は、該液体ハロゲン化合物を少なくとも前記機械加工位置に送るためのエアゾールノズル手段を準備することを含む請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
液体ハロゲン化合物環境にする前記工程は、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素の群から選ばれるハロゲンを含有するハロカーボンを供給することを含む請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
ケイ素体を機械加工する前記工程は、該ケイ素体の温度を制御することにより、ケイ素体の熱負荷を制御することによってケイ素体への熱的損傷を実質的に防止することを含む請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
レーザー、該レーザーからのレーザー光線（６）を機械加工位置に指向させる手段（１０）、および少なくとも前記機械加工位置の周囲を液体ハロゲン化合物管理環境にする手段（２）を含むレーザー機械加工装置（１）。
【請求項１２】
液体ハロゲン化合物管理環境にする前記手段は、液体ハロカーボン管理環境にするようにアレンジされることを含む請求項１１に記載のレーザー機械加工装置。
【請求項１３】
液体ハロゲン化合物管理環境にする前記手段は、環境チャンバ手段を含む請求項１１または１２に記載のレーザー機械加工装置。
【請求項１４】
前記環境チャンバ手段は冷却液体ハロゲン化合物の浴手段からなる請求項１３に記載のレーザー機械加工装置。
【請求項１５】
前記環境チャンバ手段は前記液体ハロゲン化合物の流入口（３）並びに流出口（４）、および気体排出口（５）を備える請求項１３または１４に記載のレーザー機械加工装置。
【請求項１６】
前記環境チャンバ手段は前記レーザー光線（６）を該環境チャンバ手段に導入するための、該レーザー光線を透過する窓（１５）を備える請求項１３〜１５のいずれかに記載のレーザー機械加工装置。
【請求項１７】
前記窓は反射防止被覆されている請求項１６に記載のレーザー機械加工装置。
【請求項１８】
冷却液体ハロゲン化合物を前記環境チャンバ手段に供給するための冷却手段を備える請求項１３〜１７のいずれかに記載のレーザー機械加工システム。
【請求項１９】
前記冷却手段は、前記液体ハロゲン化合物の温度を機械加工前、機械加工中および機械加工後において制御するようアレンジされている請求項１８に記載のレーザー機械加工システム。
【請求項２０】
液体ハロゲン化合物管理環境にする前記手段は、該液体ハロゲン化合物を少なくとも機械加工位置に送るためのエアゾールノズル手段を備える請求項１１〜１９のいずれかに記載のレーザー機械加工装置。
【請求項２１】
前記レーザーは紫外線波長で発光する請求項１１〜２０のいずれかに記載のレーザー機械加工装置。
【請求項２２】
前記レーザーは緑色可視光波長で発光する請求項１１〜２０のいずれかに記載のレーザー機械加工装置。
【請求項２３】
前記機械加工位置で機械加工される物体（Ｗ）の温度を制御するための温度制御手段であって、該物体の熱負荷を制御することによって該物体への熱的損傷を実質的に防止するようにアレンジされた手段を備える請求項１１〜２２のいずれかに記載のレーザー機械加工システム。
【請求項２４】
レーザー光線を指向させるためのテレセントリックレンズ手段をさらに備え、
前記テレセントリックレンズ手段の視野を前記冷却液体ハロゲン化合物の流れが実質的に満たす請求項１８または１９に記載のレーザー機械加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特に、ケイ素を少なくとも有効な割合で含有する物体のレーザー機械加工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケイ素は全てのハロゲン類と激しく反応して四ハロゲン化ケイ素類を生成する。したがって、シリコンはフッ素Ｆ２、塩素Ｃｌ２、臭素Ｂｒ２およびヨウ素Ｉ２と反応して、それぞれ、フッ化ケイ素ＳｉＦ４、塩化ケイ素ＳｉＣｌ４、臭化ケイ素ＳｉＢｒ４およびヨウ化ケイ素ＳｉＩ４を生成する。フッ素との反応は室温で生じるが、その他のものとの反応は３００℃を超える加熱を必要とする。
【０００３】
Ｓｉ＋Ｆ２＝ＳｉＦ４  （気体）
Ｓｉ＋Ｃｌ２＝ＳｉＣｌ４  （気体）
米国特許第５，２６６，５３２Ａ号および第５，３２２，９８８Ａ号から知られてもいるように、ハロカーボンの存在はケイ素のアブレーション（融触）を促進する。ハロカーボンとケイ素との反応の１例は
Ｓｉ＋ＣＦ４＝ＳｉＦ４  （気体）  ＋  Ｃ（固体）
である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ハロカーボンとケイ素との反応は自然発生的ではない。その反応はシリコンの融解閾値を越えたエネルギーでのみ生じ、したがって非常に局在化されており、かつ、ウエハダイシングやビア形成や表面パターン形成の如き、１段法によるケイ素体の微細機械加工への応用に適している。
【０００５】
本発明の目的は、従来技術のものと比較して高度化されたケイ素体機械加工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様によれば、ケイ素体をレーザー光線で機械加工するレーザー機械加工装置であって、ケイ素体の少なくとも機械加工位置を液体ハロゲン化合物環境にする工程、レーザー光線を該液体ハロゲン化合物環境下にあるケイ素体機械加工位置に指向させる工程、ケイ素体と液体ハロゲン化合物との化学反応を該機械加工位置において充分に起こさせるために該ケイ素体の機械加工位置近傍において該液体ハロゲン化合物をレーザー光線で局所的に加熱する工程、および該ケイ素体を該機械加工位置でレーザー光線により機械加工することで該化学反応を該機械加工位置において起こさせる工程を備える方法が提供される。
【０００７】
液体ハロゲン化合物環境にする前記工程は、液体ハロカーボン環境にすることを備えることが有利である。
【０００８】
レーザー光線を指向させる前記工程は、紫外線波長レーザー光線を指向させることを含むことが好ましい。
【０００９】
または、レーザー光線を指向させる前記工程は、緑色可視光波長レーザー光線を指向させることを含んでも良い。
【００１０】
液体ハロゲン化合物環境にする前記工程は、液体ハロゲン化合物を収容するための環境チャンバを準備することを含むことが便利である。
【００１１】
液体ハロゲン化合物環境にする前記工程は、冷却液体ハロゲン化合物を供給することを含むことが好ましい。
【００１２】
冷却液体ハロゲン化合物下に置く前記工程は、冷却液体ハロゲン化合物の温度を機械加工前、機械加工中および機械加工後において制御することを含むことが好ましい。
【００１３】
または、液体ハロゲン化合物環境にする前記工程は、該液体ハロゲン化合物を少なくとも機械加工位置に送るためのエアゾールノズル手段を準備することを含んでも良い。
【００１４】
液体ハロゲン化合物環境にする前記工程は、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素の群から選ばれるハロゲンを含有するハロカーボンを供給することを含むことが便利である。
【００１５】
ケイ素体を機械加工する前記工程は、ケイ素体の熱負荷を制御することによってケイ素体への熱的損傷を実質的に防止するために該ケイ素体の温度を制御することを含むことが有利である。
【００１６】
本発明の第２態様によれば、レーザー、該レーザーからのレーザー光線を機械加工位置に指向させる手段、および少なくとも該機械加工位置の周囲を液体ハロゲン化合物管理環境にする手段を備えるレーザー機械加工装置が提供される。
【００１７】
液体ハロゲン化合物管理環境にする前記手段は、液体ハロカーボンが管理された環境にするようにアレンジ（配置）されることが有利である。
【００１８】
液体ハロゲン化合物管理環境にする前記手段は、環境チャンバ手段を備えることが便利である。
【００１９】
前記環境チャンバ手段は冷却液体ハロゲン化合物の浴手段を備えることが好ましい。
【００２０】
前記環境チャンバ手段は液体ハロゲン化合物の流入口並びに流出口、および気体排出口を備えることが好ましい。
【００２１】
前記環境チャンバ手段はレーザー光線を環境チャンバ手段に導入するための、該レーザー光線を透過する窓を備えることが好ましい。
【００２２】
前記窓は反射防止被覆されていることが好ましい。
【００２３】
前記レーザー機械加工装置は、環境チャンバ手段に冷却液体ハロゲン化合物を供給するための冷却手段をさらに備えることが好ましい。
【００２４】
前記冷却手段は、機械加工前、機械加工中および機械加工後に液体ハロゲン化合物の温度を制御するためにアレンジされていることが有利である。
【００２５】
液体ハロゲン化合物管理環境にする前記手段は、液体ハロゲン化合物を少なくとも機械加工位置に送るためのエアゾールノズル手段を備えることが好ましい。
【００２６】
レーザーは紫外線波長で発光することが好ましい。
【００２７】
または、レーザーは緑色可視光波長で発光してもよい。
【００２８】
レーザー機械加工装置はさらに、機械加工位置で機械加工される物体の温度を制御するための温度制御手段であって、該物体の熱負荷を制御することによって該物体への熱的損傷を実質的に防止するようにアレンジされた手段を備えることが好ましい。
【００２９】
レーザー機械加工装置は、レーザー光線を指向させるための、視野が冷却液体ハロゲン化合物の流れにより実質的に満たされているテレセントリック（遠隔中心）レンズ手段をさらに備えることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、その態様について添付図面を参照して例示的になされる以下の説明からより明確に理解されるであろう。ここで、図１は、本発明に係るレーザー機械加工装置の斜視図であり、図２は、図１のレーザー機械加工装置の平面図である。これら図面において、同じ符号は同じ部分を示す。
【００３１】
図１および図２に示すように、レーザー機械加工装置１は、液体流入口３を有するステンレス鋼製閉鎖容器２、液体流出口４、および気体排出口５を備える。光学系１０は閉鎖容器の上方に設置されている。密閉液浴が、紫外線レーザー光線をその浴中のシリコンウエハＷに到達させるための、レーザー光線を透過する反射防止被覆窓１５によって完成されている。または、レーザー発光の緑色可視光を用いてもよい。
【００３２】
使用に際し、ウエハＷを閉鎖容器２内に置き、テトラフルオロエタンといった冷却液体ハロゲン化合物を、流入口３を介して液浴中にポンプ注入する。または、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素の如きハロゲンを生成するその他の液体ハロゲン化合物、特に液体ハロカーボンを用いてもよい。流入口３および流出口４は冷却回路内にあって、液温が特定の液体ハロゲン化合物の気体転移温度より低く維持されるようになっている。液浴は少なくともこの液体で満たされている。
【００３３】
機械加工される基板Ｗの温度と活性流体の温度を、機械加工の効率を向上させ、かつ機械加工の質を向上させるために機械加工前、機械加工中および機械加工後において制御してもよい。
【００３４】
周囲環境内のウエハ基板Ｗの温度は、基板における熱負荷を減少させてそれにより基板への熱的損傷を防止することによってレーザー機械加工中の大半の熱制御を可能にするために変化させてもよい。
【００３５】
紫外光線６は、所望の機械加工操作のためにウエハＷ上の所望の機械加工部分に指向される。局所的に、その機械加工部分において、レーザー光線はケイ素体を加熱して、即周辺の液体が共にその気体転移温度より高く加熱され、かつケイ素体と気体の両者の温度が反応を起こすために充分であるようになっている。この状態では副生成物の大部分が気体であり、気体排出口５から放出される。固体粒子状のものは液体中に分散され、ウエハ表面上には堆積しない。
【００３６】
この装置の利点は、機械加工される基板の表面の比較的大面積にわたって液体ハロゲン化合物を分配させることができ、従って効率的で均一な機械加工を可能にすることである。ウエハ基板内のビア構造、ダイス列またはスクライブ列を、検流計を基にしたスキャナー（走査器）とテレセントリックレンズと線形ＸＹ電動テーブルとを用いてレーザー機械加工をするために、冷却ハロゲン化合物の流れを最適化してテレセントリックレンズの視野（例えば、典型的には５０ｍｍ×５０ｍｍの寸法）を完全に満たすようにすることができる。冷却ハロゲン化合物が視野全体にわたって存在し、かつＸＹテーブルを移動させる必要がないため、視野内の機械加工される全ての造作対象物を極めて効率的に機械加工することができる。また、視野内の機械加工される全ての造作対象物は、視野内に冷却ハロゲン化合物が均等に分配されることにより均一（即ち、それらは同様の深さと質）に機械加工される。
【００３７】
したがって、本発明によれば、極めて効率的で高品質のレーザー機械加工が提供されることは明らかであろう。
【００３８】
本発明は上述の態様に限定されず、構成と詳細において変更し得るものである。例えば、前記液体はハロカーボンと他の液体との混合物からなってもよい。また、前記環境チャンバは部分的に冷却ハロカーボンで満たされ、残余部分は気体で満たされていてもよい。また、紫外線レーザーのみならず、緑色レーザーも代わりに用いることができる。また、二以上の流入口があって他の液体や気体を環境チャンバに入れてもよい。
【００３９】
本発明をケイ素体の機械加工について説明してきたが、本発明は、少なくとも、ケイ素を有効割合で含有する如何なる物体のレーザー機械加工に適用される。そのような物体の一例は数層の半導体、金属、層間誘電体やセラミック材料を有する多層構造体である。この多層構造体を、個々の材料層を最も効果的に機械加工すべく液体の種類とレーザー波長を選択しながら、環境チャンバ内で部分的または全体的に機械加工することができる。複数の異なる層の機械加工に関しては、液体の種類を次の層の機械加工に最も適した代替液に置き換えることができる。
【００４０】
環境チャンバにおけるレーザー機械加工に引き続いて、基板を移動させ、必要に応じて回転・水洗・乾燥の超音波並びに極超音波洗浄といった従来の手法により清浄する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明に係るレーザー機械加工装置の斜視図である。
【図２】図２は、図１のレーザー機械加工装置の平面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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