(57)【要約】ＵＶレーザビームは、半導体を加工するために利用される。ビーム強度（ＩＢ）は、ＩＢの増大につれて材料除去速度が増大（好ましくは線形）するような値の範囲内にあるように選択される。溝またはスロットのような細長い形状が、ｚ方向のｚ＿ｉｎｔｅｇｅｒの各値について、横方向にオフセットした（Ｏ＿ｃｅｎｔｒｅ）ｎ回のスキャンで加工される。
2004512690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを用いて半導体材料を加工する方法であって、
強度ＩＢのレーザビームを用いて材料に幅Ｓの構造が加工され、かつ、
カーフＫの材料を加工するためにビームが制御される方法において、
ビームは、ｎ回（ｎ≧１）走査するように制御され、ｎ＞１であるとき、各連続スキャンは、先行スキャンに対して平行でかつ横方向にオフセットされ、ｎ≧Ｓ／Ｋであることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記強度ＩＢは、
ＩＢの増大につれて材料除去速度が増大する、ＩＢ値の範囲にあるように選択される方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法であって、
前記強度ＩＢは、
ＩＢの増大につれて材料除去速度が少なくとも３０％増大する、ＩＢ値の範囲にあるように選択される方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、
前記スキャン間の横方向オフセットは、
１ミクロンからカーフＫまでの範囲にある方法。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の方法であって、
前記スキャン間の横方向オフセットは、
正味加工速度が最適化されるまで、工程における横方向オフセットを１ミクロンからカーフＫまで変化させることにより選択される方法。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の方法であって、
加工は、
前記材料が連続工程で表面から下方へと除去されるように、多数の工程（ｚ）の各々においてｎ≧１でスキャンを繰り返すことにより達成される方法。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の方法であって、
ビーム強度ＩＢが、必要な形状を形成するのに要する合計スキャン数を最小にするように、焦点におけるビーム寸法を制御する方法。
【請求項８】
請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の方法であって、
前記レーザビームは、パルス化されており、パルス反復周波数およびスキャン速度は、３０〜９８％の範囲でパルスオーバーラップが得られるように選択される方法。
【請求項９】
請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の方法であって、
前記レーザビームは、パルス化されており、
パルスオーバーラップが３０〜８５％の範囲で選択されて、加工されたチャネルまたは壁と、加工されたトラフの底部とのきめおよび粗さを制御しかつ精緻にし、残留屑を浄化する方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の方法であって、
前記チャネル幅（Ｓ）は、
正味加工速度が、当該特定チャネル幅について、最適数の平行レーザラインで加工されたより大きいまたはより小さいチャネル幅の加工速度と比較した場合最も速くなるように選択される方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、
前記レーザビームの波長は、３５０〜５５０ｎｍの範囲にあり、
前記反復周波数は、５ｋＨｚより高く、
平均レーザビームパワーは、３Ｗより大きい方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、
前記レーザビームの波長は、２５０〜３００ｎｍの範囲にあり、
前記反復周波数は、１ｋＨｚより高く、
平均パワー出力は、１Ｗより大きい方法。
【請求項１３】
請求項６〜１２のいずれか１項に記載の方法であって、
前記スキャン速度、レーザ出力およびパルスオーバーラップは、任意の１スキャンにおける材料除去深さを制御するように選択される方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法であって、
前記加工後に最終レーザスキャンを遂行する工程を更に有し、
ビーム直径は幅Ｓより大きく、
ビーム強度は加工強度閾値より低く、
これにより、加工された構造が浄化される方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法であって、
貫通孔を加工してダイを分離すべく遂行される方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法であって、
前記半導体材料は、マイクロ流体用基板である方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、
前記基板の表面に溝が形成され、当該溝は、マイクロ流体デバイスの流体供給チャネルとして機能するのに適している方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法であって、
スキャンの数およびスキャンの横方向オフセットは、材料にテーパ付き構造が形成されるように変化される方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法であって、
前記テーパ付き構造は、円形または細長い開口内に形成される方法。
【請求項２０】
請求項１８または１９記載の方法であって、
複数のテーパ付き構造が加工され、マイクロ流体デバイスの、ウェル、ファンネルおよび貫通孔チャネルを形成する方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法であって、
前記材料は、上面から、次に底面から加工され、両面からの構造を連結して単一の貫通構造を形成する方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法であって、
上部カメラおよび底部カメラは、
底部カメラの座標に上部カメラの座標をマッピングする変換がわかるようにアライメントおよびキャリブレーションがなされ、
上部側および底部側の材料座標は、両面における切削加工の位置合わせのために、互いに位置合わせされる方法。
【請求項２３】
請求項２１または２２記載の方法であって、
両面からの材料の切削加工により、湾曲状で、テーパ付きで細長く、円形の壁構造を形成できる方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法であって、
ガス排出ヘッドは、前記材料の上方および下方からガスおよび固形屑を排出させるために利用され、
アシストガスを材料に供給して、屑の堆積を制御しかつ加工プロセスを補助する方法。
【請求項２５】
レーザ光源と、光源からのレーザビームを半導体材料に導き、カーフＫ／幅Ｓの比で加工する手段と、レーザビームのパラメータを制御するためのコントローラと、を有するレーザ加工装置において、
前記コントローラは、
レーザビームをｎ回の平行パスで導く手段を有し、
前記パスは、横方向にオフセットされ、
ｎはＳ／Ｋ以上であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２６】
請求項２５記載のレーザ加工装置であって、
前記コントローラは、
レーザビーム強度（ＩＢ）を、強度の増大につれて材料除去速度が増大する、強度値の範囲にあるように制御する手段を有するレーザ加工装置。
【請求項２７】
請求項２５または２６記載のレーザ加工装置であって、
材料支持手段の上下に吸引口を備えたガス排出システムを更に有するレーザ加工装置。
【請求項２８】
請求項２５〜２７のいずれか１項に記載のレーザ加工装置であって、
加工されている材料上にアシストガスを導くノズルを備えたガス吹出しシステムを更に有するレーザ加工装置。
【請求項２９】
請求項２５〜２８のいずれか１項に記載のレーザ加工装置であって、
互いに位置合わせされた上部および底部カメラシステムを備えた映像システムと、
両カメラからの画像を用いて、裏返し後の材料を確実に位置合わせする手段を備えたコントローラと、
を有するレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、レーザ加工（ｌａｓｅｒ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）の制御、特に、シリコンウェハ、ガリウムヒ素、シリコンゲルマニウム、リン化インジウム等の半導体材料のレーザ加工の制御に関する。
（背景技術）
半導体ウェハの切削加工は、慣習的に、ソーでウェハをダイシングすることにより行なわれている。例えば、ＥＰ０２０２６３０には、シリコンウェハにストリートを切削加工するためのダイシングソーの使用が開示されている。機械的な切削加工には、歩留まりが低いこと、チッピングおよびクラック等の欠点がある。薄いウェハは機械加工ができず、湾曲構造、内部スルーホール等の加工のような、特殊な用途は不可能である。
【０００２】
また、半導体基板の切削加工にレーザビームを使用することも知られている。ＵＳ５２１４２６１には、遠紫外エキシマレーザビームを使用して半導体基板をダイスする方法が開示されている。しかし、エキシマレーザは、多くの用途について充分な速度で切削できない。
【０００３】
半導体基板のマイクロマシニングには、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（１０６４ｎｍ）およびＣＯ２レーザ等の他のレーザも使用されている。これらのレーザは、屑および大きな熱影響部を発生する。ＵＳ４２２４１０１には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用して半導体に溝を形成する技術が開示されている。この工程の後には、溝に沿う分断工程（ｃｌｅａｖｅ ａｎｄ ｂｒｅａｋ ｓｔｅｐ）が続く。化学的エッチングを要する他の工程を使用して、ウェハに付着しかつ切削加工中に表面に融着する屑および熱微粒子を除去する。
【０００４】
これらのレーザは、高精度用途には成功裏に適用されていない。その理由は、形成されるエッジの品質が許容できるものではないからである。また、切断面に熱が発生し、これが、部品が製造される目的の電気的機能に損傷を与えることがある。基板材料の加熱は、ミクロ割れの原因となる、ウェハ内の熱応力を誘起し、このため、寿命および機能に有害な効果を及ぼす。
【０００５】
ＵＳ５９１６４６０には、ミクロ割れの発生を抑制するため、焦点ずれビームおよび高圧アシストガス流を使用することが開示されている。ウェハの表面に入射された焦点ずれビームはクラックを発生させ、それは、ダイシング方向に沿って伝播する。このような加工を制御することは困難である。
【０００６】
従って、本発明は、半導体材料の、改善された切削加工を提供することに向けられる。より詳しくは、本発明の改善は、プロセススループットおよび品質のおかげで、マイクロ流体デバイス（ｍｉｃｒｏ−ｆｌｕｉｄｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）のような精密微細加工構造を製造できるようになるだけでなく、十分、部品を低コストで製造できることである。
（発明の開示）
本発明によれば、
レーザビームを用いて半導体材料を切削加工する方法であって、強度ＩＢのレーザビームを用いて材料に幅Ｓの形状を切削加工し、かつ、ビームを制御してカーフＫの材料を切削加工する方法において、
ビームは、ｎ回（ｎ≧１）走査するように制御され、ｎ＞１であるとき、各連続スキャンが先行スキャンに対して平行でかつ横方向にオフセットされ、ｎ≧Ｓ／Ｋであることを特徴とする方法が提供される。
【０００７】
一実施形態では、ＩＢのための値は、ＩＢの増大につれて材料除去速度が増大するようなＩＢ値の範囲内にあるように選択される。
【０００８】
他の実施形態では、ＩＢは、強度の増大につれて材料除去速度が少なくとも３０％の割合で増大するようなＩＢ値の範囲内にあるように選択される。
【０００９】
一実施形態では、スキャン同士の横方向オフセットは、１ミクロンからカーフＫまでの範囲内にある。
【００１０】
他の実施形態では、スキャン間の横方向オフセットは、正味加工速度が最適化されるまで、工程における横方向オフセットを１ミクロンからカーフまで変化させることにより選択される。
【００１１】
一実施形態では、連続工程で材料が表面から下方へと除去されるように、切削加工は、多数の工程（ｚ）の各々において、ｎ≧１でスキャンを反復させることにより達成される。
【００１２】
一実施形態では、ビーム強度、ＩＢが、要求形状を形成するのに要する合計スキャン数を最小にするように、焦点でのビーム寸法が制御される。
【００１３】
一実施形態では、レーザビームは、パルス化され、パルス反復周波数およびスキャン速度は、３０〜９８％の範囲内でパルスオーバーラップが得られるように選択される。
【００１４】
他の実施形態では、レーザビームはパルス化され、パルスオーバーラップは３０〜８５％のあたりで選択されて、切削加工されたチャネルの壁または切削加工されたトラフの壁および底部のきめおよび粗さを制御しかつ精緻にし、かつ残留屑を浄化する。
【００１５】
一実施形態では、正味加工速度が、その特定チャネル幅についての平行レーザライン数の最適値で切削加工されたより大きいまたはより小さいチャネル幅の加工速度と比較して最も速くなるように、チャネル幅（Ｓ）が選択される。
【００１６】
一実施形態では、レーザビームの波長は、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内にあり、反復周波数は、５ｋＨｚより高く、平均レーザビームパワーは、３Ｗより大きい。
【００１７】
他の実施形態では、レーザビームの波長は、２５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にあり、反復周波数は、１ｋＨｚより高く、平均パワー出力は、１Ｗより大きい。
【００１８】
一実施形態では、スキャン速度、レーザパワーおよびパルスオーバーラップは、任意の１スキャンでの材料除去深さを制御するように選択される。
【００１９】
他の実施形態では、方法は、切削加工後に最終レーザスキャンを遂行する工程を更に有する。ここで、
ビーム直径は幅Ｓより大きく、
ビーム強度は加工強度閾値より低く、
これにより、切削加工された構造が浄化される。
【００２０】
一実施形態では、本発明の方法は、貫通孔を加工してダイを分離すべく遂行される。
【００２１】
他の実施形態では、半導体材料はマイクロ流体用基板である。
【００２２】
他の実施形態では、基板の表面に溝が形成され、溝はマイクロ流体デバイスの流体供給チャネルとして機能するのに適している。
【００２３】
一実施形態では、スキャンの数およびスキャンの横方向オフセットは、材料にテーパ付き構造が形成されるように変えられる。
【００２４】
他の実施形態では、テーパ付き構造は、円形または細長い開口内に形成される。
【００２５】
他の実施形態では、複数のテーパ付き構造が切削加工され、マイクロ流体デバイスのウェル、ファンネルおよびスルーホールチャネルを形成する。
【００２６】
一実施形態では、材料は、上部側から、次に底部側から切削加工され、両側からの形状が結合し、単一の貫通形状を形成する。
【００２７】
一実施形態では、上部側カメラおよび底部側カメラは、底部側カメラの座標に上部側カメラの座標をマッピングする変換がわかるように、整列および較正され、上部側および底部側の材料座標は、両側での切削加工の位置合わせのために互いに位置合わせされる。
【００２８】
一実施形態では、材料を両側から切削加工することにより、湾曲状、テーパ付きで細長い、円形の壁構造を形成できる。
【００２９】
他の実施形態では、ガス排出ヘッドを使用して、材料の上方および下方からガスおよび固形屑を排出させ、アシストガスを材料に供給して、屑の堆積を制御しかつ加工プロセスを補助する。
【００３０】
他の見地によれば、本発明は、レーザ光源と、光源からのレーザビームを半導体材料に導いてカーフＫ／幅Ｓの比で切削加工する手段と、レーザビームのパラメータを制御するためのコントローラと、を有するレーザ加工装置において、
コントローラは、レーザビームをｎ回の平行パスで導く手段を有し、パスは横方向にオフセットされ、そこにおいて、ｎはＳ／Ｋ以上であることを特徴とするレーザ加工装置を提供する。
【００３１】
一実施形態において、コントローラは、レーザビームの強度（ＩＢ）を、強度の増大につれて材料除去速度が増大するような強度値範囲内にあるように制御する手段を有する。
【００３２】
一実施形態において、レーザ加工装置は、材料支持手段の上下に吸入口を備えたガス排出システムをさらに有する。
【００３３】
一実施形態において、レーザ加工装置は、加工されている材料全面にアシストガスを導くノズルを備えたガス吹出しシステムをさらに有する。
【００３４】
他の実施形態では、レーザ加工装置は、互いに位置合わせされた上部および底部カメラシステムを備えた映像システムと、
カメラからの画像を用いて、裏返し後の材料を確実に位置合わせする手段を備えたコントローラと、
を有する。
（発明の詳細な説明）
（図面の簡単な説明）
本発明は、添付図面を参照して例示する幾つかの実施形態についての以下の説明から、より明瞭に理解されよう。ここにおいて、
図１は、カットパターンを示す、シリコンウェハの平面図であり、
図２は、ウィンドウストラテジーおよびラスタストラテジーを用いた加工方向を説明する図であり、
図３は、一定量の材料を除去する５工程の加工プロセスを示し、カーフＫの寸法と、幅ｗ（ここで、ｗは、レーザビームの直径幅を「１／ｅ２」倍したものである）のレーザビームにより形成される溝の幅Ｓとを示し、
図４は、図３に示したのと同様な量を３工程で除去するために必要な、代わりの一組の変数を示し、
図５は、レーザパルスの空間位置の一般的マップを示し、
図６は、種々のオーバーラップで固定ビーム直径のビームエネルギーに対する材料除去速度の１組の図表であり、
図７は、本発明にしたがって加工された、貫通孔とウェルとファンネルとをつなぐ表面溝付きのマイクロ流体デバイスの斜視図であり、
図８〜図１３は、種々のマイクロ流体デバイスの特徴／構造の加工を説明する図であり、
図１４は、レーザ加工に使用されるガス排出／ガスアシスト装置の、一部を破断した斜視図であり、図１５は、装置のガスアシスト部分のより詳細な図であり、
図１６は、チャネル加工ストラテジーを示す図式の側面図であり、図１７は、チャネルの一工程（上面工程１）でのウィンドウ加工パスを説明する図であり、図１８は、〜７００ミクロンの厚さのシリコンウェハにおける、このチャネルのＳＥＭ画像であり、
図１９は、加工ストラテジーを説明する、他のチャネルの図式の側面図であり、図２０及び図２１は、このチャネルの加工レーザパスを説明する図である。
（実施の形態の説明）
本発明は、ＵＶ／可視光誘起形光アブレーション（ＵＶ ａｎｄ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｈｏｔｏ−ａｂｌａｔｉｏｎ）および他の基礎物理的方法により半導体ウェハを微細加工するシステムおよび方法を提供する。レーザシステムは、第二（５３２ｎｍ）、第三（３５５ｎｍ）または第四（２６６ｎｍ）高調波を放射するダイオードポンプ形ソリッドステートレーザシステム、例えば、（Ｎｄ：ＹＶＯ４＠１０６４ｎｍ）である。特に、５３２ｎｍレーザおよび３５５ｎｍレーザは、満足な速度に、許容できる品質を与え、２６６ｎｍシステムは、良好なレーザ加工品質を与える。発光の正確な波長によっては、高調波の波長が非常に僅かなこともある（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ）。このシステムは、複雑な形状、ブラインドおよびカットアウトを、半導体ウェハの両面に高速で加工できる。この方法は、レーザ光源と、高解像度ｘｙステージおよび２軸ガルバノメータを備えた正確なスキャニング／位置決めシステムと、を用いている。高解像度２カメラ撮像システムは、ウェハの正確な位置決めおよび微細加工された構造の検査のために利用される。上側の映像システムを使用して、位置情報を中央処理装置に供給する。この映像システムは、ウェハが「アートワーク上向き」位置にあるときに作動する。上側の映像システムは、レーザビーム位置決めシステムに対して一定のオフセット位置にあってもよいし、映像システムは、ビーム伝送パスおよび合焦レンズを通って作動してもよい。材料ハンドリングシステムは、アートワークを上向きまたは下向きにして、ウェハをｘｙテーブルチャックに置くことができるように設計されている。底部側の映像システムは、アートワークが下向きの状態でウェハの位置情報を供給するために使用される。
【００３５】
システムは、また、高性能なガス吹出し及び屑排出システムを有する。屑排出装置は、正確な観察及びアライメントが可能となるように、屑が基準位置に落ちないことを保証する。ガスアシスト装置は、屑が加工面から及びウェハの上部から離れて屑排出システムに向かうことを保証する。また、ガスアシスト装置は、噴出したガスが切り口にそって導かれるときに加工速度を改善する。
【００３６】
一実施形態では、平均パワーが４ワットより大きいパルス形ＵＶレーザ光源は、レーザ加工に利用される。ビームは、適当な波長、レーザパワー、極性および入射角が得られるように設計された誘電体ミラーを用いてウェハに伝送される。ガルバノメータへの入力におけるビームの直径を設定するために、ビームエキスパンダを使用できる。次に、ビームは、２軸ガルバノメータに向けられる。ガルバノメータには、合焦したビームを１００ｍｍ×１００ｍｍまでの領域に均一に伝達するテレセントリック・ｆシータ・フラットフィールドレンズが取付けられている。ウェハの全領域を加工するには、ｘ−ｙステージが使用される。ｘ−ｙステージにはウェハホルダが組込まれている。ｘ−ｙステージは、ガルボ（ｇａｌｖｏ）視野の外側の領域をつなぎ、ウェハ全体を横切って、長いチャネルを切削加工できるように制御される。ｘｙテーブル内に、ウェハを、アートワークが所望に応じて上向きまたは下向きになるように位置決めするために、ハンドリングロボットが使用される。これにより、ウェハの両面を加工することができる。ウェハホルダは、特定直径のウェハ用として設計されている。しかし、２００ｍｍおよび３００ｍｍウェハを含む、より小さい直径またはより大きい直径を有するウェハに適合するように容易に変更できる。ウェハのアライメント及び加工された構造の検査のために、２台の高解像度カメラ、ウェハの各側にあるものが使用される。ガス吹付けシステムおよび屑除去システムは、レーザ切削加工プロセスを補助する。
【００３７】
全制御システム、データシステム、移動システム、映像システムおよびビーム搬送は、プロセッサ制御される。
【００３８】
図１には、半導体ウェハ５０の一例が示されており、ここでは、ウェハパターンが矩形に分割されている。アレー導波路格子シンギュレーション等の他の用途は、湾曲構造の加工を必要とする。図２には、カッティングパターンの一例として、長いスルーホールチャネルが示されている。このチャネルが、ラスタリング１０及びウィンドウ１１のカッティングの組合せを用いて加工されることが理解できる。
【００３９】
シリコンおよび他の半導体材料からの材料除去速度の制限は、材料除去の基本速度が基板内への深さの関数として低下することである。従って、基板の表面を横切って高出力レーザを走査すると、特定の材料除去速度が得られる。同じ位置で更に下方に走査すると、材料除去速度が低下する。
【００４０】
この材料除去速度の低下は、幾つかのファクタによる。空気中の飛散物によるビームの減衰、形状修正時に生じるチャネルの側壁上における屑の凝縮、および、凝縮された飛散物によるビームの減衰すべてが、加工速度の低下の一因となる。
【００４１】
全体的な加工速度を増大させるため、本発明は、これらの効果を低減させる。このための有効な手段は、上部から底部までの穴あけ工程の間じゅうチャネルを幅広にすること、アシストガスを使用すること、および、各チャネルの縦横比が小さくなるようにウェハを各側面から穴あけすることである。
【００４２】
切削加工の目的は、エッジの滑らかさについての要求仕様を満たす間、ウェハまたは基板材料の機械的強度を低下させずに、可能な限りの速い速度で、ウェハを貫通して切削加工することである。損傷の原因は、ウェハの過度の熱負荷が含む。高速微細加工およびプロファイリングを行なうためには、レーザ及びスキャンのパラメータの基本設定を制御すること、および、ウェハに熱負荷を与えずかつウェハに欠けおよびクラックを生じさせずに加工速度の実増加を生じる、制御された切削加工ストラテジーを提供することが必要である。このため、真直な壁または湾曲した壁構造が、上部から下部まで反復して加工することにより形成される。より一般的には、完全３Ｄ形状（ｆｕｌｌ ３Ｄ ｐｒｏｆｉｌｅｄ）微細加工およびこのような構造を得る方法は、加工プロセスおよび速度の向上に寄与する、ウェハパラメータ、レーザパラメータ、ハードウェアおよびレーザスキャンパラメータに関連して説明されている。
【００４３】
最後に、レーザパワーで加工する速度の測定可能性を得るため、本発明は、利用可能な最高パワーでのパラメータを最適化して、この付加パワーが、得られるウェハ品質に影響を与えずに速度増大のために利用できるようにする。
【００４４】
これらの原理を説明するためには、最初にパラメータを定義しておくことが有効である。
ウェハパラメータ
カーフ幅（ｋｅｒｆ，Ｋ）
カーフは、ウェハ表面を横切るシングルスキャン中にレーザにより形成される溝の幅（ミクロン）である。この値は、レーザパワー、ビーム直径および他のパラメータにより変化する。これは、ユーザによって測定される。それは、図３および図４に示されている。
【００４５】
チャネル幅（Ｓ）
これは、チャネル（すなわち溝）の目標幅（ミクロン）であり、同じく図３および図４に示されている。チャネル幅は、ＣＡＤ入力から得られ、レーザラインの数（ｎ＿ｌａｓｅｒ ｌｉｎｅｓ）、これらのライン間の横方向オフセット（Ｏ＿ｃｅｎｔｒｅ）およびカーフにより定められる。オフセット（Ｏ＿ｃｅｎｔｒｅ）がカーフ幅（Ｋ）に等しい場合、これは、Ｓ＝ｋｅｒｆ＊ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓに減少する。
【００４６】
パスの数（ｚ‐ｉｎｔｅｇｅｒ）
同じ位置を横切り、その位置における加工深さの増大を生じさせるレーザラインのスキャンの合計数。この合計数は、エッチングされるチャネルの深さおよびプロファイルを決定する。図３は、ｚ‐Ｉｎｔｅｇｅｒ＝５の加工プロセスが示されている。
【００４７】
レーザラインの数（ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ）
チャネルの幅（Ｓ）を横切るレーザのスキャン数。図５に示すように、ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓは、５つの層について、上から順に、６、６、６、５、５の値を有している。図３の場合にはｚ＿ｉｎｔｅｇｅｒは５であり、図４の場合にはｚ＿ｉｎｔｅｇｅｒは３である。
【００４８】
ライン間のオフセット（Ｏ＿ｃｅｎｔｒｅ）
チャネルに沿ってエッチングされた連続レーザライン間の中心間距離。これは図３および図４に示されている。表示において、Ｏ＿ｃｅｎｔｒｅは、ほぼカーフ幅であるが、任意の値にすることができる。横方向オフセット（Ｏ＿ｃｅｎｔｒｅ）、平行なレーザラインの数（ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ）およびカーフ（Ｋ）は、チャネル幅（Ｓ）を定める。これらの値は、ファンネル、ウェル、スルーホールおよびチャネル等のテーパ付き構造を生成するために、加工プロセス中に、各層について変えられてもよい。
【００４９】
スキャン速度（ｖ＿ｇａｌｖｏ）
ガルボのスキャニング運動による、基板上のビーム速度。
光学的パラメータ
ビーム直径
ビーム直径は、レーザの空間強度プロファイルの１／ｅ２直径幅（１／ｅ ｓｑｕａｒｅｄ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｗｉｄｔｈ）をいう。シリコンでは、Ｋは、焦点におけるビーム直径の関数である。ビーム直径は、合焦レンズ、スキャンレンズの選択によりまたはビームテレスコープの使用により制御される変数である。ビーム直径の修正効果は、焦点におけるパワー密度レベルを修正することである。
【００５０】
ピーク出力密度（強度ＩＢ）
単位面積当りのピークパワー。ピークパワーは、１秒当りのエネルギーにより決定される。したがって、ピークパワー密度は、次式により定義される。
【００５１】
【数１】
2004512690.tif 000003
【００５２】
ここで、Ｅは、エネルギー（ジュール）、□ｔは、パルス幅（秒）、Ａは、面積（ｃｍ２）、ピークパワー密度の単位は、ワット／ｃｍ２である。本明細書では、ビームのピークパワー密度（強度）は「ＩＢ」で表わされる。
【００５３】
エネルギー密度単位面積当りのエネルギ（フルーエンス）
【００５４】
【数２】
2004512690.tif 000004
【００５５】
ここで、Ｅはエネルギー（ジュール）、Ａは面積（ｃｍ２）である。エネルギ密度の単位は、ジュール／ｃｍ２である。
【００５６】
レーザエネルギーおよびパワー出力
一般に、Ｑスイッチ形レーザシステムは、特定反復周波数で平均パワーの最大アウトプットを示す。この反復周波数以下では、個々のパルスエネルギーは、最大平均パワーにおけるパルスエネルギーより大きい。これより高い反復周波数では、個々のパルスエネルギーは低いが、１秒間当りに伝送されるパルス数は大きい。これらの事実は、加工に影響を与える。特に、材料除去速度のエネルギー密度依存度は、焦点における所与のビーム直径についての最適加工速度が、レーザ平均パワーが最大となる反復周波数より高い反復周波数で生じることを規定できる。したがって、最適加工条件は、最大値より低い平均パワー出力で生じる。
【００５７】
焦点深度
第二、第三および第四高調波ＹＡＧ，ＹＬＦおよびバナジウム酸塩レーザからの合焦ビームの焦点深度は、マルチモードレーザおよび大きいＭ２値をもつレーザより大きい。この理由は、主として、ＹＡＧ、ＹＬＦおよびバナジウム酸塩レーザからの空間出力がガウス曲線であることである。これは、厚いウェハの切削加工が総じて可能な点で有利であり、ウェハは、焦点ずれ効果を補償するために再位置決めせずに、加工レンズから一定距離に配置できるほどの厚さである。
【００５８】
また、焦点面に対する加工位置は、合焦ビームを通してサンプルを移動させることにより、または、合焦光学素子を手動またはオートフォーカスシステムで調節することにより制御できる。これには、小さい合焦ビーム直径が必要になる。
【００５９】
オーバーラップ
オーバーラップは、図５に示すように、ビームが特定方向に走査されるときに、連続して他のパルスの直径と空間的にオーバーラップするビーム直径の割合として定義される。
【００６０】
【数３】
2004512690.tif 000005
【００６１】
空間的オーバーラップは、切削加工速度の向上に寄与するパラメータである。
切削加工速度およびドリルストラテジー
ラスタリングビームの数および長さは、所望の微細構造の幅および長さよって定められる。ラスタリングビーム間の間隔は、合焦レーザビームの寸法によって定められる。ビームが走査される速度は、合焦ビームの寸法およびレーザの反復速度により定められる。なぜならば、各レーザ空間パルスプロファイル間の空間的オーバーラップを管理するのはこれらのファクタであるからである。
【００６２】
加工速度を向上できる基本的基準は、飛散物の脱出および強制除去ができるようにするために、チャネル幅をエッチングすることにより、全体的「切断速度」を増大させることである。切断速度は、スキャン速度を、切断の達成に要するパス数で除した値として定義される。これは、正式には、次式で表すことができる。
【００６３】
【数４】
2004512690.tif 000006
【００６４】
ここで、ｖ ｇａｌｖｏは、ガルボスキャン速度、ｚ＿ｉｎｔｅｇｅｒは、深さ方向のパス数、およびｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓは、上述のチャネル幅を形成するレーザライン幅の数である。
【００６５】
２つの隣接ダイ間のチャネルを半導体ウェハに切削加工するには、間にあるチャネル（ストリート）内の一定量の材料を除去しなければならない。この工程が行なわれる速度は、レーザのパラメータ、ビームの光学的特性、材料特性、および、材料の除去に使用される加工ストラテジーの関数である。加工ストラテジーは、レーザ、光学的またはスキャンパラメータに、全加工プロセスを通して変化するよう要求してもよい。
【００６６】
図６を参照すると、１組の図は、材料除去速度（カットの深さ）に対する、使用されるビームのエネルギを示している。０〜１４０μＪの範囲では、エネルギが増大すると、深さがほぼ線形関係をなして増大することが観察される。この線形関係の範囲が加工に利用される。これらの増大する、線形、ほぼ線形または超線形の関係は、より高いパルスエネールギーにも存在するかもしれない。
【００６７】
所与のビーム直径で加工された単一チャネルでは、チャネルの深さは、エネルギーの増大につれて増大する。パルスエネルギーの増大に関連する深さの増大量は、実エネルギー密度により定まる。止まり穴および貫通孔における最高加工速度に対しては、エネルギー密度依存加工速度が飽和されないビーム直径を用いることが重要である。
【００６８】
図６では、有効「非飽和」エネルギー密度範囲は、シリコンの１８ｎｓ切削加工のパルス幅をもつ３５５ｎｍのＱスイッチ形レーザ光源について、５．５×１０９Ｗ／ｃｍ２から３．４×１０９Ｗ／ｃｍ２までの範囲のピークパワー密度に一致する〜１０Ｊ／ｃｍ２から〜６２Ｊ／ｃｍ２の範囲である。これらの値を超えてパルスエネルギーを増大させると、加工深さ、従って正味加工速度の増大が最小になる。
【００６９】
同様な条件下で、切削加工を最適化するための、曲線形状、エネルギー密度およびピークパワー密度値は変化する。また、異なる各加工波長について、値の範囲は異なる。
【００７０】
最後に、エネルギー密度およびピーク出力密度の最適化をもたらすパラメータは、エネルギーおよび出力密度の増大に応じて、レーザ光源のパルスエネルギー、パルス反復速度による出力レーザの平均パワー及びパルスエネルギーにおける変化、パルス幅、ビーム直径、材料により定まる。
【００７１】
また、パルス間には、最適オーバーラップが存在し、その場合には、この関係は、より効率的な切削加工を行なう上で好ましい。図６において、この最適値は８７％である。一般に、貫通孔の切削加工についての、好ましいオーバーラップ領域は、７０〜９０％の領域内にある。これらのオーバーラップ値では、加工への熱的寄与が重大であるが、熱が局部的なものであるため、能動素子の機能には殆ど影響を与えない。熱的効果が影響を与える場所には溶融屑が発生する。貫通孔またはチャネルの切削加工の場合には、この屑は、高スキャン速度または低パワーあるいはこれらの両方で生じる「クリーニングパス」を使用して除去される。一般に、「クリーン」チャネルに関しては、高速が好ましく、８０％以下のオーバーラップがより均一なチャネルを形成する。
【００７２】
他の実施形態では、上述のようにして形成された、チャネル、貫通孔および微細加工された構造は、さらに浄化またはエッチング工程を必要とするであろう。一般に、エッチングメカニズムは、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＢＨＦ、ＳＦ６、ＣＦ４／Ｏ２等を用いたウエット及びドライエッチ法を含む。レーザおよび化学的／ドライエッチング技術の仕様により、レーザをベースとする技術の多用性、簡単性および高速性と、化学的エッチング技術の並外れた仕上げ品質とを組合せて、半導体の真の展望をもつ効果的な試作ツールおよびマイクロ流体デバイス製造技術を提供する。
【００７３】
図６に示した例では、好ましい作動領域は、３５５ｎｍで、１４０マイクロジュールまでである。焦点距離１００ｍｍのｆ・シータ・テレセントリックレンズ（理論ビーム直径：１７μｍ）で得られるビーム直径については、このエネルギー密度がシリコンの切削加工にとって効率的である。
【００７４】
最適加工をするために、ビームは、所与のＳ値について、ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ回走査される。ｎ＿ｌａｓｅｒ ｌｉｎｅｓ は１以上の整数である。ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓが１より大きい場合には、第二および続く全ラインは、先行スキャンに平行であり、横方向にオフセットしている。一般に、目標チャネル幅Ｓを得るため、ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ≧Ｓ／Ｋであることが要求される。横方向オフセットＯ＿ｃｅｎｔｒｅの度合いは、ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓを決定し、その結果、ビームのピークパワー密度（強度ＩＢ）および他のパラメータにより決定される。また、ＩＢは、特定の半導体材料の、増加する材料除去速度と線形関係をなす範囲の１つに入るように選択される。
【００７５】
パルスのオーバーラップは、ｖ＿ｇａｌｖｏ、レーザ反復周波数、および、ビーム直径の相関関係で定まる。それは、７０％〜９５％の範囲にあることが好ましい。
【００７６】
全体的な正味加工速度は、ｖ＿ｇａｌｖｏ／ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ＊ｚ＿ｉｎｔｅｇｅｒである。加工速度を最大にするためには、許容可能な特徴品質が得られるように、ガルボ速度（ｖ＿ｇａｌｖｏ）を最大化し、かつ、ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓおよびｚ＿ｉｎｔｅｇｅｒの値を最小化する必要がある。
【００７７】
所望のチャネルまたは溝の側壁プロファイルを得るため、加工ストラテジーの任意の工程のために、横方向オフセット（Ｏ＿ｃｅｎｔｒｅ）も選択される。したがって、側壁が内方および下方にテーパすることになっている場合には、各連続工程の間、Ｏ＿ｃｅｎｔｒｅ値は、このプロファイルに近づけるために減らされてもよい。図３の例において、そのようなテーパは、ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓを減少させることにより達成されるが、代わりに、Ｏ＿ｃｅｎｔｒｅを減少させることによっても達成される。この変化は、幾何学的レイアウトにおけるような段階に見えるかもしれないが、実際に得られる壁プロファイルは、パラメータを適当に選択することにより連続的なものとすることができる。
【００７８】
貫通チャネル（スロット）が加工されており、チャネルの上部および底部の両方に、湾曲しかつ内方にテーパした壁を設けることを望む場合には、基板を裏返して反対側から加工してもよい。上部および底部の両カメラを用いて、位置決めを確保する。
【００７９】
正確な位置合わせを確保するためには、キャリブレーションにより、カメラ間の、視野照明、倍率および露出の差異を補償する必要がある。カメラ間の相対オフセットおよびスキューのキャリブレーションも行なわれる。これは、位置較正された貫通孔といっしょに目標を撮像することにより、および、撮像平面間で写像するための適当な変換を用いることにより達成される。一般に、視野全体に分散した３つの孔の配列によって、正確な位置合わせを充分に確保できる。
【００８０】
一実施形態では、カメラは、ガルバノメータ、したがってビーム位置に対して一定の距離の位置にオフセットされる。この一定のオフセットは、熱的変動および振動の影響を受け易い。熱的変位に対して対抗するためには、フィードバックを行なう必要がある。これは、基準に関する、加工された貫通孔特徴の測定により達成される。期待位置に対する貫通孔位置のオフセットは、補正としてシステムに供給される。この位置は、１台のカメラにより得られた画像に作用する貫通孔映像アルゴリズムで測定される。
【００８１】
あいは、第二実施形態では、映像システムは、ビーム伝送ヘッドで観察するため整列する。このことは、光路が、センサスペクトル応答に適したチャネル波長の観察のために設計されることを必要とする。
【００８２】
図３および図４は、異なるカーフ値の、異なるビームが使用される場合に、異なる値のｎ＿ｌａｓｅｒ ｌｉｎｅｓおよびｚ＿ｉｎｔｅｇｅｒがどのようにほぼ同サイズの溝を達成するかを示す。
【００８３】
本発明に係る加工制御は、半導体基板にマイクロ流体形状（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ）を加工するために用いてもよい。図７を参照すると、マイクロ流体デバイス１００は、半導体基板１０３にスルーホール開口１０１及び微細溝ネットワーク１０２を有している。開口１０１は、フローネットワークを完成すべく、液体が基板を通って流れることを可能にしている。マイクロ流体回路は、また、ファンネル１０４およびウェル１０５を有している。一般に、溝および開口は、１〜２００ミクロンの範囲の幅を有し、より一般的には、０．１ミクロンから任意の最大値までの範囲であってもよい。溝の深さは、レーザおよびスキャンパラメータの制御により制御できる。溝の幅は、より大きいまたはより小さいカーフ幅を達成すべく、焦点面を通してサンプルを移動させることにより制御される。あるいは、ビーム焦点は、インラインビーム光学素子を用いて移動すなわち変化させることができる。
【００８４】
上下側位置（ｔｏｐ ｔｏ ｂｏｔｔｏｍｓｉｄｅ ｐｏｓｔｉｏｎｓ）の位置決めに結びつけられたウェハの両面を加工する能力は、ファンネルのような複雑なテーパおよび貫通孔構造の加工を可能とする。
【００８５】
これらの構造の製造に要求されるドリルストラテジーは、図８〜図１３の補助により理解されよう。図８には、凹形テーパ付き止まり穴すなわち「ウェル」構造１１０が示されている。凹構造は、一方の側から加工するときに、各下降工程で、一スキャンから次のスキャンまでの横方向オフセットＯ＿ｃｅｎｔｒｅの値と、平行レーザラインの数ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓとを変えることにより形成される。図９に示すような凸状ウェル１１２についても同様である。
【００８６】
ウェハの両面で加工を行なうならば、基板に対する損傷（チッピングの形態）のリスクは最小になる。
【００８７】
ファンネル形状は、ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓおよびＯ＿ｃｅｎｔｒｅを選択することにより規定され、凹状ファンネル１１３は、図１０に示されている。一方の面のみ加工をから行なう場合には、凸状ファンネル１１４が可能である（図１１）。
【００８８】
最後に、各側からｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓおよびＯ＿ｃｅｎｔｒｅの補正をしてウェハの両面から加工することにより、両側テーパ付きファンネル１１５が可能である。
【００８９】
図１３は、インゴット１２０が除去された簡単な場合を示す。半径が３００ミクロンよりもかなり大きい場合には、ウィンドウを用いてインゴットを除去する必要がある。これは、半導体ダイを除去することに相当し、合計加工速度は、周囲の長さおよびチャネルの切削加工速度により決定される。
【００９０】
プレートまたはウェハは、その後、基板上に接合または基板上へ作り上げられて、チャネルが内部に存在するようにチャネルを覆い、基板またはプレートの貫通孔またはファンネルによって流体出入りが行なわれ、これにより、完全なデバイス構造が形成される。
【００９１】
図１４および図１５を参照すると、システムのガス排出／ガスアシスト装置１５０が示されている。レーザ加工は、微粒子およびガス状の飛散物を発生する。特に、高ピークパワーＱスイッチ形レーザビームを用いるレーザ加工法は、種々のガス状化学排出物だけでなく、サブミクロンおよびミクロンサイズの多量の微粒子を発生する。この屑は、装置１５０を用いて廃棄するために、加工領域から除去される。
【００９２】
装置１５０は、２つのアーム１５１を有している。ウェハは、図１４に示されるように、右側で、両アーム１５１の間に取付けられる。レーザビームは、上方アームの上部開口および他の開口を通って材料に到達する。屑の除去は、最初は、主として上部から行なわれ、ビームが材料をカットするときには、底部から行なわれる。下方アームは、屑およびガスをウェハの底部から出口１５３へと搬送する。上方アーム１５１は、屑およびガスを、下方アームとの交差部１５５に搬送し、両方とも出口１５３に送られる。ガスおよび屑は、ウェハの上下の吸入口１５７を通ってウェハの加工面から除去される。吸引は、下流側のガス排出ポンプにより、出口１５３から行なわれる。この装置１５０の特徴は、スキャン領域上に伝送されるときにビームを減衰させずに作動することである。したがって、入口１５４，１５７は、ウェハが特定高さにあるときに、排出システム１５０に正味空気が流入するように設計される。排出は、ウェハ表面上および光学素子上の、活性のあるすなわち敏感な材料上に屑が堆積することを防止するために必要である。これにより、損傷が防止され、かつ、屑が、アライメントのための基点の検査を妨げないことが確保される。最後に、この排出システムは、また、加工プロセス自体の補助手段を形成する。
【００９３】
装置１５０の他の特徴は、アシストガスを加工面に供給して、加工を補助できることである。装置１５０は、支持体１５６に取り付けられたガスアシストシステム１６０を有している。この位置は、加工されている半導体より上方の位置である。ガスアシストシステム１６０は、図１５に（反転状態で）示されている。加工方向がｎ１からｎ２に向かう方向に沿っている特定の場合には、ノズルｎ１，ｎ２がチャネルに平行に空気アシストを供給して、屑をレーザの焦点から遠ざけるように移動させる。これらのノズルは、別々に制御される空気ラインに設けられ、それぞれを通過する流量は、独立に制御できる。
【００９４】
ｎ１からｎ２に沿う方向の切断の例では、ｎ３で示す４つのノズルが、単一空気ラインから均等に分岐されている。これらは、切り口の周囲にエアカーテンを形成し、屑を閉じ込めるためのものである。また、これらは、屑を排出システムに追いやる上向き空気流を生じさせる。他の方向、例えばｎ１とｎ２との間の方向に対して垂直な方向に沿って切断するために、付加ノズルが付加され、切断を行なう方向におうじて切り替えられる空気流。
【００９５】
レーザビーム制御に戻って、以下は、制御パラメータおよびこの結果得られる加工形成パラメータの特定の例である。
例１：シリコンにおける、２００ミクロンのチャネルの加工
図１６は、３５５ｎｍレーザシステムを特定パワーレベルで使用して、２００ミクロン幅のチャネルをカットすべく適用される穴あけストラテジーを示すグラフィカル例である。チャネルは、主としてウェハの底面から切断することによりカットされ、次に、ウェハを反転させてチャネルの切断を仕上げることにより完成する。
【００９６】
これにより、最高速度および最高カット品質が確保される。ウェハは、２工程で底面からカットされる。底面工程１は、チャネルの大部分を穴あけするためのものであり、底面工程２は、あらゆる残留物質を浄化するための、チャネル回りの高速スキャンである。ウェハは、上部から３工程でカットされる。
【００９７】
上面工程１は、チャネルの大部分をドリルするためのものである。
【００９８】
上面工程２は、底面からの加工後にチャネル壁の内面上に留まっている残留物質を除去するために適用される。
【００９９】
上面工程３は、残留物質を浄化かつ除去するための、チャネル回りの高速スキャンである。
【０１００】
図１７に、底面および上面工程１でレーザビームがたどるパスが示されている。他の工程については、このパスは、対応して変えられる。
【０１０１】
理解されようが、特定２００ミクロンチャネルについては、レーザは、３０ミクロン工程で、チャネルの長さに沿って６回走査される。
【０１０２】
２００ミクロンチャネルの場合には、横方向オフセットＯｃｅｎｔｒｅ＝３０ミクロンを使用する。なぜならば、この値が、最高加工速度でこの場合に使用されるレーザパラメータの最適値であることが判明しているからである。
【０１０３】
異なる幅のチャネルをドリルするのに、平行レーザラインｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓの数を変えることができる。所与のチャネル幅Ｓおよび最適Ｏｃｅｎｔｒｅについて、ｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓは、次式で与えられる。
【０１０４】
【数５】
2004512690.tif 000007
【０１０５】
ここで、直線のカッコは、分数を表す大きい方の整数値（すなわち、切上げ値）を示し、ｋｅｒｆは、前に定義したように溝の幅（ミクロン）である。チャネル幅がｋｅｒｆに等しい場合、ｎ＿ｌａｓｅｒ ｌｉｎｅｓは１に等しい。
【０１０６】
殆どの場合、（Ｓ−ｋｅｒｆ）／Ｏｃｅｎｔｒｅは整数にはならない。この場合には、いずれか１つのＯｃｅｎｔｒｅ値をより小さくするか、すべてのＯｃｅｎｔｒｅ値を、レーザラインの必要数に適合するように小さくしなければならない。次に、新しいＯｃｅｎｔｒｅ値が次式により与えられる。
【０１０７】
【数６】
2004512690.tif 000008
【０１０８】
図１８は、シリコンの２００ミクロンチャネルの断面のＳＥＭ画像を示す。チャネルは、図１６のストラテジーを用いてドリルされた。
【０１０９】
このチャネルのドリリングパラメータは下記の通りである。
【０１１０】
パルスエネルギー＝１３８マイクロ−ジュール
底面工程１、上面工程１および２のガルバノメータスキャニング速度＝１１１ｍｍ／ｓ
底面工程２、上面工程３のガルバノメータスキャニング速度＝２２２ｍｍ／ｓ
Ｏｃｅｎｔｒｅ＝３０ミクロン
底面工程１のｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ＝６
底面工程１のｚｉｎｔｅｇｅｒ＝１９
底面工程２のｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ＝２
底面工程２のｚｉｎｔｅｇｅｒ＝１
上面工程１のｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ＝６
上面工程１でのｚｉｎｔｅｇｅｒ＝３
上面工程２でのｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ＝４
上面工程２でのｚｉｎｔｅｇｅｒ＝１
上面工程３でのｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ＝２
上面工程３でのｚｉｎｔｅｇｅｒ＝１
最後に、ストリートの長さは、光学的視野の面積により決定される。視野をスティッチング（ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ）しかつ位置を制御することによって工程を反復させると、長いストリートまたはチャネルの加工が可能となる。
【０１１１】
このチャネルの加工速度は、３５５ｎｍで作動するレーザを用いて、厚さ７００ミクロンのウェハについて０．８ｍｍ／ｓである。
例２：シリコンでの１２０ミクロンチャネル
図１９は、１２０ミクロンのチャネルの切断に適用される穴あけストラテジーを示すグラフィカル例である。チャネルは、ウェハの底面から１／２切断することによって切断され、次にウェハを反転してチャネルの切断を仕上げることにより完成する。これにより最高速度が確保される。ウェハは底面から２工程でカットされる。底面工程１は、チャネルの大部分をウェハの中心まで穴あけするためのものであり、底面工程２は、残留物質を浄化するための、チャネル回りの高速スキャンである。
【０１１２】
ウェハは上面から２工程でカットされる。上面工程１は、チャネルの大部分をドリルするためのものである。上面工程２は、あらゆる残留物質を浄化するための、チャネル回りの高速スキャンである。
【０１１３】
図２０に、底面および上面工程１でレーザビームがたどるパスが示されている。図２１には、底面および上面工程２でレーザビームがたどるパスが示されている。
【０１１４】
このチャネルのドリリングパラメータは下記の通りである。
【０１１５】
パルスエネルギー＝１３８マイクロ−ジュール
底面工程１、上面工程１のガルバノメータスキャニング速度＝１１１ｍｍ／ｓ
底面工程２、上面工程２のガルバノメータスキャニング速度＝２２２ｍｍ／ｓ
Ｏｃｅｎｔｒｅ＝３０ミクロン
底面工程１のｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ＝４
底面工程１のｚｉｎｔｅｇｅｒ＝１４
底面工程２のｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ＝２
底面工程２のｚｉｎｔｅｇｅｒ＝１
上面工程１のｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ＝４
上面工程１のｚｉｎｔｅｇｅｒ＝１４
上面工程２のｎｌａｓｅｒｌｉｎｅｓ＝２
上面工程２のｚｉｎｔｅｇｅｒ＝１
加工速度は１ｍｍ／ｓである。
【０１１６】
上述の例における加工速度は、レーザパワーにより定められる。レーザパワーを増大させるには、エネルギー密度が、図６に示すようにほぼ線形すなわちプラトー領域にあるように、焦点におけるビーム直径を選択することが重要である。
【０１１７】
貫通チャネルの加工速度を最適化するために、ビーム直径、パルス反復速度、したがって、レーザの平均パワー出力が、最高加工速度が得られるように選択される。これらのパラメータは、サンプルにより、ガルボスキャン速度、平行レーザラインの数ｎ＿ｌａｓｅｒｌｉｎｅｓおよび工程数ｚ＿ｉｎｔｅｇｅｒを規定する。
【０１１８】
本発明のこの特徴は、加工される基板の品質に影響を与えずに加工速度を増大させる高出力レーザシステムの開発を可能にする。１２０ミクロンチャネルの例は、７００ミクロンウェハにおいてである。１ｍｍ／ｓの速度は、特定レーザエネルギーで達成される。なぜかというと、この波長３ｍｍ／ｓで作動するレーザのレーザ出力を３倍に増大させることができるからである。
【０１１９】
薄いウェハに対しては、ｚ＿ｉｎｔｅｇｅｒおよびｎ＿ｌａｓｅｒが低減されるため、加工速度が増大する。したがって、５００ミクロンのウェハについては、１．４〜１．５ｍｍ／ｓの範囲の速度が可能である。パワーを３倍に増大した状態でのスケーリングは、４．５ｍｍ／ｓまでの速度を与える。
【０１２０】
最後に、これは５３２ｎｍレーザで達成されることも証明できる。特に、上面側および底面側からの加工法が用いられる場合には、チッピングを解消することができる。５３２ｎｍレーザ光源から得られるパワーレベルは、非常に高く、したがって、顕著な速度向上が可能である。
【０１２１】
本発明は、説明した実施形態に限定されるものではなく、構造および細部を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
カットパターンを示す、シリコンウェハの平面図である。
【図２】
ウィンドウストラテジーおよびラスタストラテジーを用いた加工方向を説明する図である。
【図３】
一定量の材料を除去する５工程の加工プロセスを示し、カーフＫの寸法と、幅ｗ（ここで、ｗは、レーザビームの直径幅を「１／ｅ２」倍したものである）のレーザビームにより形成される溝の幅Ｓとを示す図である。
【図４】
図３に示したのと同様な量を３工程で除去するのに必要な、代わりの一組の変数を示す図である。
【図５】
レーザパルスの空間位置を示す一般的マップを示す図である。
【図６】
種々のオーバーラップで固定ビーム直径のビームエネルギーに対する材料除去速度の１組の図表である。
【図７】
本発明にしたがって加工された、貫通孔とウェルとファンネルとをつなぐ表面溝付きのマイクロ流体デバイスの斜視図である。
【図８】
種々のマイクロ流体デバイスの特徴／構造の加工を説明する図である。
【図９】
種々のマイクロ流体デバイスの特徴／構造の加工を説明する図である。
【図１０】
種々のマイクロ流体デバイスの特徴／構造の加工を説明する図である。
【図１１】
種々のマイクロ流体デバイスの特徴／構造の加工を説明する図である。
【図１２】
種々のマイクロ流体デバイスの特徴／構造の加工を説明する図である。
【図１３】
種々のマイクロ流体デバイスの特徴／構造の加工を説明する図である。
【図１４】
レーザ加工に使用されるガス排出／ガスアシスト装置の、一部を破断した斜視図である。
【図１５】
図１４の装置のガスアシスト部分のより詳細な図である。
【図１６】
チャネル加工ストラテジーを示す図式の側面図である。
【図１７】
図１６のチャネルの一工程（上面工程１）でのウィンドウ加工パスを説明する図である。
【図１８】
〜７００ミクロンの厚さのシリコンウェハにおける、図１６のチャネルのＳＥＭ画像である。
【図１９】
加工ストラテジーを説明する、他のチャネルの図式の側面図である。
【図２０】
図１９のチャネルの加工レーザパスを説明する図である。
【図２１】
図１９のチャネルの加工レーザパスを説明する図である。
【図１】
2004512690.tif 000009
【図２】
2004512690.tif 000010
【図３】
2004512690.tif 000011
【図４】
2004512690.tif 000012
【図５】
2004512690.tif 000013
【図６】
2004512690.tif 000014
【図７】
2004512690.tif 000015
【図８】
2004512690.tif 000016
【図９】
2004512690.tif 000017
【図１０】
2004512690.tif 000018
【図１１】
2004512690.tif 000019
【図１２】
2004512690.tif 000020
【図１３】
2004512690.tif 000021
【図１４】
2004512690.tif 000022
【図１５】
2004512690.tif 000023
【図１６】
2004512690.tif 000024
【図１７】
2004512690.tif 000025
【図１８】
2004512690.tif 000026
【図１９】
2004512690.tif 000027
【図２０】
2004512690.tif 000028
【図２１】
2004512690.tif 000029
【国際公開パンフレット】
2004512690.tif 000030
2004512690.tif 000031
2004512690.tif 000032
2004512690.tif 000033
2004512690.tif 000034
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【国際調査報告】
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