(57)【要約】  優勢ガス流れ方向（25）に対して斜めでこれに相対するレーザスキャニング方向（20）を用いることにより、レーザスキャンにより形成された直交スクライブライン（26）の品質とうねり特性が均一化される。フィーチャのエッジの品質とうねり特性を向上するために、スクライブライン（26）の幅よりも広いフィーチャを形成するための複数のスキャンパスの位置決めと順序を制御することができる。
2018527190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを横断する横方向レーザスキャンによるレーザ誘起材料効果のエッジ特性を向上する方法であって、
レーザ処理システムの処理ステーションでレーザ処理フィールドと前記ワークピースとを相対的に方向付け、
ガス入力部から前記ワークピースの主面の少なくとも一部を横切るガス入力方向におけるガス入力流れを確立し、前記ガス入力流れにおけるガスは、前記ガス入力方向において正のガス入力速度を有しており、
真空源から前記ワークピースの前記主面の少なくとも前記一部を横切るガス排気方向におけるガス排気流れを確立し、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れは、前記ワークピースの前記主面の少なくとも前記一部を横切る優勢ガス流れ方向を確立し、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れが協働して前記ワークピースの前記主面の少なくとも前記一部を横切る累積的ガス流れ特性を提供し、
前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れを維持しつつ、前記ワークピースに対する前記レーザビームのレーザビーム処理軸の相対移動の第１のレーザスキャン方向に前記レーザビームをスキャンし、前記レーザビームは、前記第１のレーザスキャン方向に沿って前記ワークピースに当たり、前記優勢ガス流れ方向に対して斜めに反対側に方向付けられた前記第１のレーザスキャン方向に沿って材料に作用し、
前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れを維持しつつ、前記ワークピースに対するそれぞれのレーザビーム処理軸の相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンし、前記レーザビームは、前記第２のレーザスキャン方向に沿って前記ワークピースに当たり、前記優勢ガス流れ方向に対して斜めに反対側に方向付けられた前記第２のレーザスキャン方向に沿って材料に作用し、前記第２のレーザスキャン方向は、前記第１のレーザスキャン方向を横切る、
方法。
【請求項２】
前記第２のスキャン方向は、前記第１のスキャン方向に直交する、請求項１の方法。
【請求項３】
前記第１のスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向に対して135°±22.5°の角度である、請求項１の方法。
【請求項４】
前記第１のスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向に対して135°±11.25°の角度である、請求項１の方法。
【請求項５】
前記第１のスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向に対して135°±5.125°の角度である、請求項１の方法。
【請求項６】
前記第２のスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向に対して225°±22.5°の角度である、請求項３の方法。
【請求項７】
前記第２のスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向に対して225°±11.25°の角度である、請求項３の方法。
【請求項８】
前記第２のスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向に対して225°±5.125°の角度である、請求項３の方法。
【請求項９】
前記優勢ガス流れ方向は、前記第１のレーザスキャン方向及び前記第２のレーザスキャン方向に沿ったスキャン中、概して同一のままである、請求項１の方法。
【請求項１０】
前記レーザ誘起材料効果は、切溝、マーク、貫通孔ビア、非貫通ビア、トレンチ、又はスカイブを含む、請求項１の方法。
【請求項１１】
前記レーザ誘起材料効果は、レーザアブレーションを含む、請求項１の方法。
【請求項１２】
前記優勢ガス流れ方向は、前記第１の処理ステーション軸に対して平行であるか、同一線上にあり、前記ワークピースは、前記ワークピースのフィーチャ間、デバイス間、ダイ間に１組のストリートを含み、前記１組のストリートは、前記第１の処理ステーション軸に対して斜めに揃えられる、請求項１の方法。
【請求項１３】
前記ガスは空気を含む、請求項１の方法。
【請求項１４】
前記レーザビームは、２μJ以上のパルスエネルギーを有するレーザパルスを含む、請求項１の方法。
【請求項１５】
前記レーザビームをスキャンする際に、５μm以下のバイトサイズで前記ワークピースにレーザパルスに照射する、請求項１の方法。
【請求項１６】
前記レーザビームをスキャンする際に、前記ワークピースの前記主面でスポットサイズを有するレーザパルスを照射し、連続するレーザパルス間のスポット重なりは、前記スポットサイズの50％以下である、請求項１の方法。
【請求項１７】
前記第１のスキャン方向に前記レーザビームをスキャンしてから0.5秒以下の間に、前記第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンする、請求項１の方法。
【請求項１８】
前記エッジ特性は、真直度、深さ、及び光学濃度のうち１つ以上を含む、請求項１の方法。
【請求項１９】
前記レーザ誘起材料効果は、前記第１のレーザスキャン方向及び前記第２のレーザスキャン方向に沿って細長いスキャンフィーチャを形成し、前記細長いスキャンフィーチャは、0.5ミクロン未満の標準偏差を有する垂直幅を呈する、請求項１の方法。
【請求項２０】
前記レーザ誘起材料効果は、前記第１のレーザスキャン方向に沿って第１のスキャンフィーチャを形成し、前記第１のスキャンフィーチャは、対向する第１のプライマリエッジと第１のセカンダリエッジとを有し、前記レーザ誘起材料効果は、前記第２のレーザスキャン方向に沿って第２のスキャンフィーチャを形成し、前記第２のスキャンフィーチャは、対向する第２のプライマリエッジと第２のセカンダリエッジとを有し、前記エッジのそれぞれは、それぞれ平均適合直線として表現でき、それぞれのエッジの水平方向のピークと谷は、前記それぞれの平均適合直線に対する絶対値として表現でき、そのそれぞれの平均適合直線に対するそれぞれのエッジの前記絶対値の標準偏差は、0.3ミクロン未満である、請求項１の方法。
【請求項２１】
前記第１のレーザスキャン方向に前記レーザビームをスキャンする際に、ガルバノメータ駆動ミラー、ファーストステアリングミラー、回転多面スキャナ、及び音響光学デバイスのうち１つ以上を用いる、請求項１の方法。
【請求項２２】
前記第１のレーザスキャン方向に前記レーザビームにスキャンする際に、１以上のガルバノメータ駆動ミラーを用いる、請求項１の方法。
【請求項２３】
前記優勢ガス流れ方向に沿った前記累積的ガス流れは、相対運動の第１のレーザスキャン方向にレーザビームをスキャンするステップ及び第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンするステップ中及びこれらの間において連続している、請求項１の方法。
【請求項２４】
前記レーザビームは、フィーチャ長さ及びフィーチャ幅を有する細長いフィーチャを形成するように複数のパスからなるスキャンセットに対してスキャンされ、前記細長いフィーチャを形成するためのレーザスキャニングのパスのそれぞれは、前記第１のスキャン方向に前記レーザビームをスキャンし、前記スキャンセットのそれぞれのパスの前記レーザ誘起材料効果は、前記スキャンセットの他のパスの少なくとも１つと重なり合う、請求項１の方法。
【請求項２５】
前記複数のパスは、少なくとも最初のパスと最後のパスとを含み、前記細長いスキャンフィーチャは、対向する細長いプライマリエッジ及び細長いセカンダリエッジと、前記細長いプライマリエッジと前記細長いセカンダリエッジとから等距離にある中線とを有し、前記スキャンセットの前記最初のパスは、前記細長いプライマリエッジと前記細長いセカンダリエッジのいずれかよりも前記中線の近くに位置し、前記最後のパスは、前記細長いプライマリエッジと前記細長いセカンダリエッジのいずれかの上に位置する、請求項24の方法。
【請求項２６】
前記複数のパスは、少なくとも最初のパスと最後のパスとを含み、前記細長いスキャンフィーチャは、対向する細長いプライマリエッジ及び細長いセカンダリエッジと、前記細長いプライマリエッジと前記細長いセカンダリエッジとから等距離にある中線とを有し、前記最初のパスは、前記細長いプライマリエッジと前記細長いセカンダリエッジのいずれかの上に位置し、前記スキャンセットの前記最後のパスは、前記細長いプライマリエッジと前記細長いセカンダリエッジのいずれかよりも前記中線の近くに位置する、請求項24の方法。
【請求項２７】
前記スキャンセットのそれぞれのパスによりスクライブラインが形成され、前記スキャンセットの前記パスの過半数は、一時的に連続的に生成されたスクライブラインに対して重なり合わないスクライブラインを生成する、請求項24の方法。
【請求項２８】
前記複数のパスは、少なくとも第１のパス及び第２のパスを含み、前記第１のパス及び前記第２のパスは、異なるレーザパラメータレシピを用いる、請求項24の方法。
【請求項２９】
前記ビーム軸は、前記第１の方向における前記第１のレーザスキャン中に運動する、請求項１の方法。
【請求項３０】
前記レーザビーム処理軸は、スキャンフィールド内で移動し、前記スキャンフィールドは、前記スキャンフィールドの面積以下の面積のレーザ処理フィールドを含み、前記優勢ガス流れ方向に沿った前記累積的ガス流れは、前記処理フィールドを包含する流れ力学に関して最大化され、前記第１のスキャン方向に前記レーザビームをスキャンする速度は、前記レーザ誘起効果の望ましい品質を達成するパラメータレシピに関して最大化される、請求項１の方法。
【請求項３１】
前記レーザビーム処理軸は、スキャンフィールド内で移動し、前記スキャンフィールドは、前記スキャンフィールドの面積以下の面積のレーザ処理フィールドを含み、前記優勢ガス流れ方向に沿った前記累積的ガス流れは、前記処理フィールドの長軸寸法の半分よりも長い距離を前記ワークピース上で移動する、請求項１の方法。
【請求項３２】
前記レーザビーム処理軸は、レーザ処理中の前記ワークピースに対するビーム位置を有し、前記優勢ガス流れ方向に沿った前記累積的ガス流れは、前記ワークピースに対する前記ビーム位置とは独立した距離を前記ワークピース上で移動する、請求項１の方法。
【請求項３３】
相対移動の前記第１のレーザスキャン方向に前記レーザビームをスキャンするステップでは、相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンするステップの前に、複数の平行なスキャン経路に沿って前記第１のレーザスキャン方向に前記レーザビームをスキャンする、請求項１の方法。
【請求項３４】
前記レーザビーム処理軸は、スキャンフィールド内で移動し、前記スキャンフィールドは、前記スキャンフィールドの面積以下の面積のレーザ処理フィールドを含み、前記処理フィールドは、矩形状の周囲を有し、前記第１のスキャン方向は、前記処理フィールドの対角軸に平行である、請求項１の方法。
【請求項３５】
前記レーザビーム処理軸は、スキャンフィールド内で移動し、前記スキャンフィールドは、前記スキャンフィールドの面積以下の面積のレーザ処理フィールドを含み、前記処理フィールドは、前記処理フィールドを二分する長軸の長軸寸法を有し、前記ガス入力方向は、前記処理フィールドの前記長軸に略垂直であり、前記ガス入力方向に沿って移動するガス流れ体積は、前記ガス入力方向に垂直な流れ幅寸法を有し、前記流れ幅寸法は、前記長軸寸法よりも大きい、請求項１の方法。
【請求項３６】
前記長軸寸法は、の直径に等しく、前記レーザビーム処理軸は、スキャンフィールド内で移動し、前記スキャンフィールドは、前記スキャンフィールドの面積以下の面積のレーザ処理フィールドを含み、あるいは、前記長軸は、前記処理フィールドの対角軸に等しい、請求項35の方法。
【請求項３７】
前記レーザビーム処理軸は、相対運動の第１のレーザスキャン方向にレーザビームをスキャンするステップ及び第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンするステップ中及びこれらの間において連続運動を行う、請求項１の方法。
【請求項３８】
前記レーザビーム処理軸は、スキャンフィールド内で移動し、相対運動の第１のレーザスキャン方向にレーザビームをスキャンするステップ及び第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンするステップは、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れの前記優勢ガス流れ方向を維持しつつ、それぞれ前記ワークピース上の複数の隣り合うスキャンフィールドにわたって行われる、請求項１の方法。
【請求項３９】
前記ワークピースのレーザビームの衝突は、前記第１のレーザスキャン方向に沿った前記レーザビーム処理軸の照射位置に対して正確に前記ワークピースに当てる前記レーザビームの能力に干渉し得、前記レーザ誘起材料効果のエッジ特性の変動を生じ得る１以上のガスの局所的な悪い特性を生じ、前記優勢ガス流れ方向に対する前記第１のレーザスキャン方向及び第２のレーザスキャン方向は、前記１以上のガスの局所的な悪い特性を阻害する、請求項１の方法。
【請求項４０】
前記ワークピースは、フィーチャ方位を有する１以上のフィーチャを含み、前記処理ステーションは、第１の処理ステーション軸と前記第１の処理ステーション軸に直交する第２の処理ステーション軸とを有する第１の処理ステーション方位を有し、前記レーザビーム処理軸は、第１のスキャンフィールド軸と前記第１のスキャンフィールド軸に直交する第２のスキャンフィールド軸とを有するスキャンフィールド方位を有するスキャンフィールド内で移動し、前記フィーチャ方位は、前記処理ステーション方位又は前記スキャンフィールド方位に対して方向付けられる、請求項１の方法。
【請求項４１】
前記ワークピースは、フィーチャ方位を有する１以上のフィーチャを含み、前記処理ステーションは、第１の処理ステーション軸と前記第１の処理ステーション軸に直交する第２の処理ステーション軸とを有する第１の処理ステーション方位を有し、前記レーザビーム処理軸は、第１のスキャンフィールド軸と前記第１のスキャンフィールド軸に直交する第２のスキャンフィールド軸とを有するスキャンフィールド方位を有するスキャンフィールド内で移動し、前記フィーチャ方位は、前記処理ステーション方位又は前記スキャンフィールド方位に対して方向付けられ、前記第２のスキャン方向は、前記第１のスキャン方向に直交し、前記第１のスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向に対して135°±11.25°の角度をなし、前記第２のスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向に対して225°±11.25°の角度をなし、前記優勢ガス流れ方向は、前記第１のレーザスキャン方向及び前記第２のレーザスキャン方向に沿ったスキャン中、概して同一のままであり、相対移動の前記第１のレーザスキャン方向に前記レーザビームをスキャンするステップでは、相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンするステップの前に、複数の平行なスキャン経路に沿って前記第１のレーザスキャン方向に前記レーザビームをスキャンし、前記レーザビーム処理軸は、相対運動の第１のレーザスキャン方向にレーザビームをスキャンするステップ及び第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンするステップ中及びこれらの間において連続運動を行い、前記レーザ誘起材料効果は、前記第１のレーザスキャン方向に沿って第１のスキャンフィーチャを形成し、前記第１のスキャンフィーチャは、対向する第１のプライマリエッジと第１のセカンダリエッジとを有し、前記レーザ誘起材料効果は、前記第２のレーザスキャン方向に沿って第２のスキャンフィーチャを形成し、前記第２のスキャンフィーチャは、対向する第２のプライマリエッジと第２のセカンダリエッジとを有し、前記エッジのそれぞれは、それぞれ平均適合直線として表現でき、それぞれのエッジの水平方向のピークと谷は、前記それぞれの平均適合直線に対する絶対値として表現でき、そのそれぞれの平均適合直線に対するそれぞれのエッジの前記絶対値の標準偏差は、0.3ミクロン未満である、請求項１の方法。
【請求項４２】
記載されている主題が互いに排他的でない、請求項２〜41のいずれか一項に従属する、請求項２〜41のいずれか一項の方法。
【請求項４３】
主面と該主面上に形成された１以上のフィーチャを有するワークピースを処理するためのレーザ処理システムであって、前記主面は、表面領域を有し、前記レーザ処理システムは、第１の処理フィールド軸と前記第１の処理フィールド軸に直交する第２の処理フィールド軸とを有する処理フィールド方位を有する処理フィールドを提供し、前記レーザ処理システムは、
第１の処理ステーション軸と前記第１の処理ステーション軸に直交する第２の処理ステーション軸とを有する処理ステーション方位を有する処理ステーションと、
前記フィーチャの少なくとも１つが前記処理ステーション方位又は前記処理フィールド方位に対して方向付けられるように前記ワークピースを配置することができる前記処理ステーション内に前記ワークピースを置くように適合されたチャックと、
レーザビームを生成するように適合されたレーザと、
前記チャック又は前記ワークピースを支持するための１以上のステージを含むビーム位置決めシステムであって、前記ワークピースよりも小さなスキャンフィールドを有するファーストポジショナも含むビーム位置決めシステムとを備え、前記レーザ処理フィールドの面積が前記スキャンフィールドの面積以下となるように前記レーザ処理フィールドは前記スキャンフィールド内にあり、前記ビーム位置決めシステムは、前記ワークピース上の複数の隣り合う位置に前記処理フィールドを位置決めするように適合され、前記ビーム位置決めシステムは、前記ワークピースに当たるようにレーザビーム処理軸に沿って前記レーザビームをスキャンするように適合され、
前記レーザ処理システムは、前記ワークピースの前記主面の一部上に位置する少なくとも前記処理フィールドを横切るガス入力方向において正のガス入力速度を有するガス入力流れを確立するように適合されたガス入力流れデバイスを含むガス流れアセンブリを備え、前記ガス流れアセンブリは、前記ワークピースの前記主面の前記一部上に位置する少なくとも前記処理フィールドを横切るガス排気方向においてガス排気流れを確立するように適合されたガス排気ポートも含み、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れは、前記ワークピースの前記主面の前記一部上に位置する少なくとも前記処理フィールドを横切る優勢ガス流れ方向を確立するように適合され、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れは、前記ワークピースの前記主面の前記一部上に位置する少なくとも前記処理フィールドを横切る累積的ガス流れ特性を提供するように協働するように適合され、
前記レーザ処理システムは、前記処理フィールド内で、かつ、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れを維持しつつ、前記ワークピースに対する前記レーザビームのレーザビーム処理軸の相対移動の第１のレーザスキャン方向に前記レーザビームをスキャンすることを制御して、前記第１のレーザスキャン方向が前記優勢ガス流れ方向に対して反対側に斜めに向き、前記レーザビームが前記第１のレーザスキャン方向に沿って前記ワークピースに当たって前記第１のレーザスキャン方向に沿って材料に作用するように適合されたコントローラを備え、前記コントローラは、前記処理フィールド内で、かつ、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れを維持しつつ、前記ワークピースに対するそれぞれのレーザビーム処理軸の相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンすることを制御して、前記第２のレーザスキャン方向が前記優勢ガス流れ方向に対して反対側に斜めに向き、前記レーザビームが前記第２のレーザスキャン方向に沿って前記ワークピースに当たって前記第２のレーザスキャン方向に沿って前記材料に作用するようにも適合され、前記第２のレーザスキャン方向は、前記第１のレーザスキャン方向を横切る、
レーザ処理システム。
【請求項４４】
前記優勢ガス流れ方向が前記ワークピース上の複数のスキャンフィールドにわたって維持されるように、前記ガス流れアセンブリは、前記スキャンフィールドの移動に関連して移動されるように適合される、請求項43のレーザ処理システム。
【請求項４５】
請求項１に代えて請求項43に従属する請求項２〜42のいずれか一項のシステム。
【請求項４６】
ワークピースを横断する横方向レーザスキャンによるレーザ誘起材料効果のエッジ特性を向上する方法であって、
レーザ処理システムの処理ステーションでレーザ処理フィールドと前記ワークピースとを相対的に方向付け、
ガス入力部から前記ワークピースの主面の少なくとも一部を横切るガス入力方向におけるガス入力流れを確立し、前記ガス入力流れにおけるガスは、前記ガス入力方向において正のガス入力速度を有しており、
真空源から前記ワークピースの前記主面の少なくとも前記一部を横切るガス排気方向におけるガス排気流れを確立し、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れは、前記ワークピースの前記主面の少なくとも前記一部を横切る優勢ガス流れ方向を確立し、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れが協働して前記ワークピースの前記主面の少なくとも前記一部を横切る累積的ガス流れ特性を提供し、
前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れを維持しつつ、前記ワークピースに対する前記レーザビームのレーザビーム処理軸の相対移動の第１のレーザスキャン方向に前記レーザビームをスキャンし、前記レーザビームは、前記第１のレーザスキャン方向に沿って前記ワークピースに当たり、前記優勢ガス流れ方向に対して斜めに反対側に方向付けられた前記第１のレーザスキャン方向に沿って材料に作用して、第１のうねり値を有する第１のスクライブラインを生成し、
前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れを維持しつつ、前記ワークピースに対するそれぞれのレーザビーム処理軸の相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンし、前記レーザビームは、前記第２のレーザスキャン方向に沿って前記ワークピースに当たり、前記優勢ガス流れ方向に対して斜めに反対側に方向付けられた前記第２のレーザスキャン方向に沿って材料に作用して、第２のうねり値を有する第２のスクライブラインを生成し、前記第２のスクライブラインは、前記第１のスクライブラインに直交し、前記第２のうねり値は、前記第１のうねり値の0.3ミクロン以内である、
方法。
【請求項４７】
請求項１に代えて請求項46に従属する請求項２〜42のいずれか一項の方法。
【請求項４８】
ワークピースを横断する横方向レーザスキャンによるレーザ誘起材料効果のエッジ特性を向上する方法であって、
レーザ処理システムの処理ステーションでレーザ処理フィールドと前記ワークピースとを相対的に方向付け、
ガス入力部から前記ワークピースの主面の少なくとも一部を横切るガス入力方向におけるガス入力流れを確立し、前記ガス入力流れにおけるガスは、前記ガス入力方向において正のガス入力速度を有しており、
真空源から前記ワークピースの前記主面の少なくとも前記一部を横切るガス排気方向におけるガス排気流れを確立し、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れは、前記ワークピースの前記主面の少なくとも前記一部を横切る優勢ガス流れ方向を確立し、前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れが協働して前記ワークピースの少なくとも前記一部を横切るガス流れ速度を有する累積的ガス流れを提供し、
前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れを維持しつつ、前記ワークピースに対する前記レーザビームのレーザビーム処理軸の相対移動の第１のレーザスキャン方向に前記レーザビームをスキャンし、前記レーザビームは、前記第１のレーザスキャン方向に沿って前記ワークピースに当たり、前記第１のレーザスキャン方向に沿って材料に作用し、前記第１のレーザスキャン方向に沿った前記レーザビーム処理軸の照射位置に対して正確に前記ワークピースに当てる前記レーザビームの能力に干渉し得、前記レーザ誘起材料効果のエッジ特性の変動を生じ得る１以上のガスの局所的な悪い特性を生じ、前記第１のレーザスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向を横切り、前記第１のレーザスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向に対して平行かつ反対の第１のレーザスキャン方向成分を含み、前記優勢ガス流れ方向に対する前記第１のレーザスキャン方向は、前記１以上のガスの局所的な悪い特性を阻害し、
前記ガス入力流れ及び前記ガス排気流れを維持しつつ、前記ワークピースに対するそれぞれのレーザビーム処理軸の相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンし、前記レーザビームは、前記第２のレーザスキャン方向に沿って前記ワークピースに当たり、前記第２のレーザスキャン方向に沿って材料に作用し、前記第２のレーザスキャン方向に沿った前記レーザビーム処理軸の照射位置に対して正確に前記ワークピースに当てる前記レーザビームの能力に干渉し得、前記レーザ誘起材料効果のエッジ特性の変動を生じ得る１以上のガスの局所的な悪い特性を生じ、前記第２のレーザスキャン方向は、前記第１のレーザスキャン方向を横切り、前記第２のレーザスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向を横切り、前記第２のレーザスキャン方向は、前記優勢ガス流れ方向に対して平行かつ反対の第２のレーザスキャン方向成分を含み、前記優勢ガス流れ方向に対する前記第２のレーザスキャン方向は、前記１以上のガスの局所的な悪い特性を阻害する、
方法。
【請求項４９】
請求項１に代えて請求項48に従属する請求項２〜42のいずれか一項の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本件出願は、2015年８月26日に提出された米国仮特許出願第62/210,193号の本出願であり、その内容は、参照によりその全体がすべての目的のために本明細書に組み込まれる。
【著作権表示】
【０００２】
（c） 2016 Electro Scientific Industries社。この特許文書の開示の一部には、著作権保護を受ける構成要素が含まれている。この特許文書又は特許開示は米国特許商標庁の特許ファイル又は記録に記載されているので、著作権者は、いかなる者による特許文書又は特許開示のファクシミリによる複製に対して異議を唱えることはないが、それ以外についてはどのようなものであってもすべての著作権を留保する。米国連邦規則集第37巻第1.71条（d）。
【技術分野】
【０００３】
本件出願は、レーザスキャニングのためのシステム及び方法に関し、特に、ガス流れの方向に対する又はスキャン順序に対するレーザスキャン方向の制御のためのシステム及び方法に関するものである。
【背景】
【０００４】
トランジスタ、ダイオード、発光ダイオード、MEMSデバイス、平面導波路構造、及び集積回路など多くの半導体やこれに関連する製品は、ウェハのような大きなワークピース上に同時に製造される数多くの素子の形態で製造されている。このウェハは、典型的には、Si、GaAs、GaP、InP、サファイヤ、又は他の材料、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから構成されている。フォトリソグラフィ、酸化、注入、蒸着、エッチング、エピタキシャル成長、及び／又はスピンコーティングなどの従来の製造手法を用いてデバイスの作製がなされることが最も多い。これらのデバイス搭載ウェハの完成時には、個々のデバイスを個片化しなければならず、このプロセスは典型的には「ダイシング」と呼ばれている。個々のデバイスは「ダイ」又は「ダイス」と呼ばれる。隣接するダイの活性部の間にあるウェハ上の領域は「ストリート」又は「ダイスレーン」と呼ばれる。ストリートは、ダイシングプロセス中に除去又は破壊されるウェハ材料によって、最小ストリート幅に制限される。ダイシングプロセスによって完全に除去されるウェハ領域は「カット領域」又は「切溝」と呼ぶことができ、ストリートの残りによって、カット領域の周囲のダメージゾーンやカットの真直度からのずれ又は偏位を調整しなければならない。
【０００５】
歴史的に、ダイシングは、ウェハソーを用いることにより、あるいは、多くの場合ダイヤモンドポイントによりウェハに切欠きが形成された後、このスクライブラインに沿って切り裂かれる「スクライブアンドブレイク」の手法により行われてきた。歩留まりが低いなどといったスクライブアンドブレイクにおける問題のために、ダイシングソーはウェハをダイシングするための主要な工具となった。従来のスライス用ブレードは、典型的には、切断軸に沿って約50から200μmの狭い寸法を有しており、ブレードよりも幅の広い切り口を形成する。現在、スライス用ブレードは、例えば、従来のウェハの強度及び厚さにまっすぐな切り口を形成する応力に耐え得るためにこのように広くする必要がある。機械的カッティングブレードにより形成される切り口の幅が広いため、それぞれのウェハに形成できるダイの行数及び列数が少なくなる。
【０００６】
カット領域を減少したいという要望から、ダイシングプロセスにおいてレーザを使用することが検討された。レーザは、潜在的に非常に小さな切溝幅とワークピースに対するレーザの正確な位置合わせの可能性によって、ストリート幅を最も小さくできる可能性を提供した。このため、レーザソーは、ダイシングするための従来の手法に対して魅力的な代替手段であった。しかしながら、ウェハ材料のレーザ分離は、ブレードによる分離よりもずっと低速であったため、ストリートのサイズは、概して、ダイシングブレードの幅に相当するほど大きいままであり、レーザスクライブラインが形成された後の第２の工程としてダイシングブレードを用いることができた。これらのレーザ・ダイスブレードハイブリッドプロセスが数多く開発された。しかしながら、ストリート幅は比較的大きなままであった。米国再発行特許第RE 43,400号は、レーザを用いてデバイス搭載ワークピースを分離することの利点について述べている。
【０００７】
レーザパラメータ及び処理技術における進歩により、ダイスブレードのような機械的ソーを用いることなくウェハ材料を分離するためのスループット時間及びコストが低減されている。それでもなお、レーザ-ダイシングプロセスをさらに改善することが可能である。
【概要】
【０００８】
本概要は、後でさらに詳しく述べられる概念を厳選したものを簡略化した形態で紹介するために提供されるものである。本概要は、特許請求の範囲に記載された主題の重要な又は必須の創作的な概念を特定すること意図しているものでも、あるいは、特許請求の範囲に記載された主題の範囲を決定することを意図しているものでもない。
【０００９】
ある実施形態においては、ワークピースを横断する横方向レーザスキャンによるレーザ誘起材料効果のエッジ特性を向上する方法は、レーザ処理システムの処理ステーションでレーザ処理フィールドと上記ワークピースとを相対的に方向付け、ガス入力部から上記ワークピースの主面の少なくとも一部を横切るガス入力方向におけるガス入力流れを確立し、上記ガス入力流れにおけるガスは、上記ガス入力方向において正のガス入力速度を有しており、真空源から上記ワークピースの上記主面の少なくとも上記一部を横切るガス排気方向におけるガス排気流れを確立し、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れは、上記ワークピースの上記主面を横切る累積的又は優勢ガス流れ方向を確立し、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れが協働して上記ワークピースの上記主面を横切る累積的ガス流れ特性を提供し、上記ワークピースに対する上記レーザビームのレーザビーム処理軸の相対移動の第１のレーザスキャン方向に上記レーザビームをスキャンし、上記レーザビームは、上記第１のレーザスキャン方向に沿って上記ワークピースに当たり、上記累積的又は優勢ガス流れ方向に対して斜めに反対側に方向付けられた上記第１のレーザスキャン方向に沿って材料に作用し、上記ワークピースに対するそれぞれのレーザビーム処理軸の相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンし、上記レーザビームは、上記第２のレーザスキャン方向に沿って上記ワークピースに当たり、上記累積的又は優勢ガス流れ方向に対して斜めに反対側に方向付けられた上記第２のレーザスキャン方向に沿って材料に作用し、上記第２のレーザスキャン方向は、上記第１のレーザスキャン方向を横切る。
【００１０】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、ワークピースを横断する横方向レーザスキャンによるレーザ誘起材料効果のエッジ特性を向上する方法は、レーザ処理システムの処理ステーションでレーザ処理フィールドと上記ワークピースとを相対的に方向付け、ガス入力部から上記ワークピースの主面の少なくとも一部を横切るガス入力方向におけるガス入力流れを確立し、上記ガス入力流れにおけるガスは、上記ガス入力方向において正のガス入力速度を有しており、真空源から上記ワークピースの上記主面の少なくとも上記一部を横切るガス排気方向におけるガス排気流れを確立し、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れは、上記ワークピースの上記主面の少なくとも上記一部を横切る累積的又は優勢ガス流れ方向を確立し、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れが協働して上記ワークピースの上記主面の少なくとも上記一部を横切る累積的ガス流れ特性を提供し、上記ワークピースに対する上記レーザビームのレーザビーム処理軸の相対移動の第１のレーザスキャン方向に上記レーザビームをスキャンし、上記レーザビームは、上記第１のレーザスキャン方向に沿って上記ワークピースに当たり、上記累積的又は優勢ガス流れ方向に対して斜めに反対側に方向付けられた上記第１のレーザスキャン方向に沿って材料に作用して、第１のうねり値を有する第１のスクライブラインを生成し、上記ワークピースに対するそれぞれのレーザビーム処理軸の相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンし、上記レーザビームは、上記第２のレーザスキャン方向に沿って上記ワークピースに当たり、上記累積的又は優勢ガス流れ方向に対して斜めに反対側に方向付けられた上記第２のレーザスキャン方向に沿って材料に作用して、第２のうねり値を有する第２のスクライブラインを生成し、上記第２のスクライブラインは、上記第１のスクライブラインに直交し、上記第２のうねり値は、上記第１のうねり値の0.3ミクロン以内である。
【００１１】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、ワークピースを横断する横方向レーザスキャンによるレーザ誘起材料効果のエッジ特性を向上する方法は、レーザ処理システムの処理ステーションでレーザ処理フィールドと上記ワークピースとを相対的に方向付け、ガス入力部から上記ワークピースの主面の少なくとも一部を横切るガス入力方向におけるガス入力流れを確立し、上記ガス入力流れにおけるガスは、上記ガス入力方向において正のガス入力速度を有しており、真空源から上記ワークピースの上記主面の少なくとも上記一部を横切るガス排気方向におけるガス排気流れを確立し、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れは、上記ワークピースの上記主面の少なくとも上記一部を横切る累積的又は優勢ガス流れ方向を確立し、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れが協働して上記ワークピースの少なくとも上記一部を横切るガス流れ速度を有する累積的ガス流れを提供し、上記ワークピースに対する上記レーザビームのレーザビーム処理軸の相対移動の第１のレーザスキャン方向に上記レーザビームをスキャンし、上記レーザビームは、上記第１のレーザスキャン方向に沿って上記ワークピースに当たり、上記第１のレーザスキャン方向に沿って材料に作用し、上記第１のレーザスキャン方向に沿った上記レーザビーム処理軸の照射位置に対して正確に上記ワークピースに当てる上記レーザビームの能力に干渉し得、上記レーザ誘起材料効果のエッジ特性の変動を生じ得る１以上のガスの局所的な悪い特性を生じ、上記第１のレーザスキャン方向は、上記累積的又は優勢ガス流れ方向を横切り、上記第１のレーザスキャン方向は、上記累積的又は優勢ガス流れ方向に対して平行かつ反対の第１のレーザスキャン方向成分を含み、上記累積的又は優勢ガス流れ方向に対する上記第１のレーザスキャン方向は、上記１以上のガスの局所的な悪い特性を阻害し、上記ワークピースに対するそれぞれのレーザビーム処理軸の相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンし、上記レーザビームは、上記第２のレーザスキャン方向に沿って上記ワークピースに当たり、上記第２のレーザスキャン方向に沿って材料に作用し、上記第２のレーザスキャン方向に沿った上記レーザビーム処理軸の照射位置に対して正確に上記ワークピースに当てる上記レーザビームの能力に干渉し得、上記レーザ誘起材料効果のエッジ特性の変動を生じ得るガスの局所的な悪い特性を生じ、上記第２のレーザスキャン方向は、上記第１のレーザスキャン方向を横切り、上記第２のレーザスキャン方向は、上記累積的又は優勢ガス流れ方向を横切り、上記第２のレーザスキャン方向は、上記累積的又は優勢ガス流れ方向に対して平行かつ反対の第２のレーザスキャン方向成分を含み、上記累積的又は優勢ガス流れ方向に対する上記第２のレーザスキャン方向は、上記１以上のガスの局所的な悪い特性を阻害する。
【００１２】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、主面と該主面上に形成された１以上のフィーチャを有するワークピースを処理するためのレーザ処理システムであって、上記主面は、表面領域を有し、上記レーザ処理システムは、第１の処理フィールド軸と上記第１の処理フィールド軸に直交する第２の処理フィールド軸とを有する処理フィールド方位を有する処理フィールドを提供し、上記レーザ処理システムは、第１の処理ステーション軸と上記第１の処理ステーション軸に直交する第２の処理ステーション軸とを有する処理ステーション方位を有する処理ステーションと、上記フィーチャの少なくとも１つが上記処理ステーション方位又は上記処理フィールド方位に対して方向付けられるように上記ワークピースを配置することができる上記処理ステーション内に上記ワークピースを置くように適合されたチャックと、レーザビームを生成するように適合されたレーザと、上記チャック又は上記ワークピースを支持するための１以上のステージを含むビーム位置決めシステムであって、上記ワークピースよりも小さなスキャンフィールドを有するファーストポジショナも含むビーム位置決めシステムとを備え、上記レーザ処理フィールドの面積が上記スキャンフィールドの面積以下となるように上記レーザ処理フィールドは上記スキャンフィールド内にあり、上記ビーム位置決めシステムは、上記ワークピース上の複数の隣り合う位置に上記処理フィールドを位置決めするように適合され、上記ビーム位置決めシステムは、上記ワークピースに当たるようにレーザビーム処理軸に沿って上記レーザビームをスキャンするように適合され、上記レーザ処理システムは、上記ワークピースの上記主面の一部上に位置する少なくとも上記処理フィールドを横切るガス入力方向において正のガス入力速度を有するガス入力流れを確立するように適合されたガス入力流れデバイスを含むガス流れアセンブリを備え、上記ガス流れアセンブリは、上記ワークピースの上記主面の上記一部上に位置する少なくとも上記処理フィールドを横切るガス排気方向においてガス排気流れを確立するように適合されたガス排気ポートも含み、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れは、上記ワークピースの上記主面の上記一部上に位置する少なくとも上記処理フィールドを横切る優勢ガス流れ方向を確立するように適合され、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れは、上記ワークピースの上記主面の上記一部上に位置する少なくとも上記処理フィールドを横切る累積的ガス流れ特性を提供するように協働するように適合され、上記レーザ処理システムは、上記処理フィールド内で、かつ、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れを維持しつつ、上記ワークピースに対する上記レーザビームのレーザビーム処理軸の相対移動の第１のレーザスキャン方向に上記レーザビームをスキャンすることを制御して、上記第１のレーザスキャン方向が上記優勢ガス流れ方向に対して反対側に斜めに向き、上記レーザビームが上記第１のレーザスキャン方向に沿って上記ワークピースに当たって上記第１のレーザスキャン方向に沿って材料に作用するように適合されたコントローラを備え、上記コントローラは、上記処理フィールド内で、かつ、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れを維持しつつ、上記ワークピースに対するそれぞれのレーザビーム処理軸の相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンすることを制御して、上記第２のレーザスキャン方向が上記優勢ガス流れ方向に対して反対側に斜めに向き、上記レーザビームが上記第２のレーザスキャン方向に沿って上記ワークピースに当たって上記第２のレーザスキャン方向に沿って上記材料に作用するようにも適合され、上記第２のレーザスキャン方向は、上記第１のレーザスキャン方向を横切る。
【００１３】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記第２のスキャン方向は、上記第１のスキャン方向に直交する。
【００１４】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記第１のスキャン方向は、上記優勢ガス流れ方向に対して135°±22.5°の角度である。
【００１５】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記第１のスキャン方向は、上記優勢ガス流れ方向に対して135°±11.25°の角度である。
【００１６】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記第１のスキャン方向は、上記優勢ガス流れ方向に対して135°±5.125°の角度である。
【００１７】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記第２のスキャン方向は、上記優勢ガス流れ方向に対して225°±22.5°の角度である。
【００１８】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記第２のスキャン方向は、上記優勢ガス流れ方向に対して225°±11.25°の角度である。
【００１９】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記第２のスキャン方向は、上記優勢ガス流れ方向に対して225°±5.125°の角度である。
【００２０】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記優勢ガス流れ方向は、上記第１のレーザスキャン方向及び上記第２のレーザスキャン方向に沿ったスキャン中、概して同一のままである。
【００２１】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザ誘起材料効果は、切溝、マーク、貫通孔ビア、非貫通ビア、トレンチ、又はスカイブを含む。
【００２２】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザ誘起材料効果は、レーザアブレーションを含む。
【００２３】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記１以上のガスの局所的な悪い特性は、空気伝達デブリ、煙、屈折率変化、空気圧変化、温度変化、及び空気乱流のうち１つ以上を含む。
【００２４】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記優勢ガス流れ方向は、上記第１の処理ステーション軸に対して平行であるか、同一線上にあり、上記ワークピースは、上記ワークピースのフィーチャ間、デバイス間、ダイ間に１組のストリートを含み、上記１組のストリートは、上記第１の処理ステーション軸に対して斜めに揃えられる。
【００２５】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記ガスは空気を含む。
【００２６】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザビームは、２μJ以上のパルスエネルギーを有するレーザパルスを含む。
【００２７】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザビームは、６μJ以上のパルスエネルギーを有するレーザパルスを含む。
【００２８】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザビームをスキャンする際に、５μm以下のバイトサイズで上記ワークピースにレーザパルスに照射する。
【００２９】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザビームをスキャンする際に、上記ワークピースの上記主面でスポットサイズを有するレーザパルスを照射し、連続するレーザパルス間のスポット重なりは、上記スポットサイズの50％以下である。
【００３０】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記第１のスキャン方向に上記レーザビームをスキャンしてから0.5秒以下の間に、上記第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンする。
【００３１】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記エッジ特性は、真直度、深さ、及び光学濃度のうち１つ以上を含む。
【００３２】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザ誘起材料効果は、上記第１のレーザスキャン方向及び上記第２のレーザスキャン方向に沿って細長いスキャンフィーチャを形成し、上記細長いスキャンフィーチャは、0.5ミクロン未満の標準偏差を有する垂直幅を呈する。
【００３３】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザ誘起材料効果は、上記第１のレーザスキャン方向に沿って第１のスキャンフィーチャを形成し、上記第１のスキャンフィーチャは、対向する第１のプライマリエッジと第１のセカンダリエッジとを有し、上記レーザ誘起材料効果は、上記第２のレーザスキャン方向に沿って第２のスキャンフィーチャを形成し、上記第２のスキャンフィーチャは、対向する第２のプライマリエッジと第２のセカンダリエッジとを有し、上記エッジのそれぞれは、それぞれ平均適合直線として表現でき、それぞれのエッジのピークと谷は、上記それぞれの平均適合直線に対する絶対値として表現でき、そのそれぞれの平均適合直線に対するそれぞれのエッジの上記絶対値の標準偏差は、0.3ミクロン未満である。
【００３４】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記第１のレーザスキャン方向に上記レーザビームをスキャンする際に、ガルバノメータ駆動ミラー、ファーストステアリングミラー、回転多面スキャナ、及び音響光学デバイスのうち１つ以上を用いる。
【００３５】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記第１のレーザスキャン方向に上記レーザビームにスキャンする際に、１以上のガルバノメータ駆動ミラーを用いる。
【００３６】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記優勢ガス流れ方向に沿った上記累積的ガス流れは連続している。
【００３７】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザビームは、フィーチャ長さ及びフィーチャ幅を有する細長いフィーチャを形成するように複数のパスからなるスキャンセットに対してスキャンされ、上記細長いフィーチャを形成するためのレーザスキャニングのパスのそれぞれは、上記第１のスキャン方向に上記レーザビームをスキャンし、上記スキャンセットのそれぞれのパスの上記レーザ誘起材料効果は、上記スキャンセットの他のパスの少なくとも１つと重なり合う。
【００３８】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記複数のパスは、少なくとも最初のパスと最後のパスとを含み、上記細長いスキャンフィーチャは、対向する細長いプライマリエッジ及び細長いセカンダリエッジと、上記細長いプライマリエッジと上記細長いセカンダリエッジとから等距離にある中線とを有し、上記スキャンセットの上記最初のパスは、上記細長いプライマリエッジと上記細長いセカンダリエッジのいずれかよりも上記中線の近くに位置し、上記最後のパスは、上記細長いプライマリエッジと上記細長いセカンダリエッジのいずれかの上に位置する。
【００３９】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記複数のパスは、少なくとも最初のパスと最後のパスとを含み、上記細長いスキャンフィーチャは、対向する細長いプライマリエッジ及び細長いセカンダリエッジと、上記細長いプライマリエッジと上記細長いセカンダリエッジとから等距離にある中線とを有し、上記最初のパスは、上記細長いプライマリエッジと上記細長いセカンダリエッジのいずれかの上に位置し、上記スキャンセットの上記最後のパスは、上記細長いプライマリエッジと上記細長いセカンダリエッジのいずれかよりも上記中線の近くに位置する。
【００４０】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記スキャンセットのそれぞれのパスによりスクライブラインが形成され、上記スキャンセットの上記パスの過半数は、一時的に連続的に生成されたスクライブラインに対して重なり合わないスクライブラインを生成する。
【００４１】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記複数のパスは、少なくとも第１のパス及び第２のパスを含み、上記第１のパス及び上記第２のパスは、異なるレーザパラメータレシピを用いる。
【００４２】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記ビーム軸は、上記第１の方向における上記第１のレーザスキャン中に運動する。
【００４３】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記優勢ガス流れ方向に沿った上記累積的ガス流れは、上記スキャンフィールドを包含する流れ力学に関して最大化され、上記第１のスキャン方向に上記レーザビームをスキャンする速度は、上記レーザ誘起効果の望ましい品質を達成するパラメータレシピに関して最大化される。
【００４４】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記優勢ガス流れ方向に沿った上記累積的ガス流れは、上記スキャンフィールドの長軸寸法の半分よりも長い距離を上記ワークピース上で移動する。
【００４５】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザビーム処理軸は、レーザ処理中の上記ワークピースに対するビーム位置を有し、上記優勢ガス流れ方向に沿った上記累積的ガス流れは、上記ワークピースに対する上記ビーム位置とは独立した距離を上記ワークピース上で移動する。
【００４６】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザビーム処理軸は、レーザ処理中の上記ワークピースに対するビーム軸位置を有し、上記優勢ガス流れ方向に沿った上記累積的ガス流れは、上記ワークピースに対する上記ビーム軸位置とは独立した距離を上記ワークピース上で移動する。
【００４７】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、相対移動の上記第１のレーザスキャン方向に上記レーザビームをスキャンするステップでは、相対移動の第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンするステップの前に、複数の平行なスキャン経路に沿って上記第１のレーザスキャン方向に上記レーザビームをスキャンする。
【００４８】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記スキャンフィールドは、矩形状の周囲を有し、上記第１のスキャン方向は、上記スキャンフィールドの対角軸に平行である。
【００４９】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記スキャンフィールドは、上記スキャンフィールドを二分する長軸の長軸寸法を有し、上記ガス入力方向は、上記スキャンフィールドの上記長軸に略垂直であり、上記ガス入力方向に沿って移動するガス流れ体積は、上記ガス入力方向に垂直な流れ幅寸法を有し、上記流れ幅寸法は、上記長軸寸法よりも大きい。
【００５０】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記長軸寸法は、上記スキャンフィールドの直径に等しいか、上記長軸は、上記スキャンフィールドの対角軸に等しい。
【００５１】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記ワークピースのレーザビームの衝突は、上記第１のレーザスキャン方向に沿った上記レーザビーム処理軸の照射位置に対して正確に上記ワークピースに当てる上記レーザビームの能力に干渉し得、上記レーザ誘起材料効果のエッジ特性の変動を生じ得る１以上のガスの局所的な悪い特性を生じ、上記優勢ガス流れ方向に対する上記第１のレーザスキャン方向及び第２のレーザスキャン方向は、上記１以上のガスの局所的な悪い特性を阻害する。
【００５２】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記レーザビーム処理軸は、相対運動の第１のレーザスキャン方向にレーザビームをスキャンするステップ及び第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンするステップ中及びこれらの間において連続運動を行う。
【００５３】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、相対運動の第１のレーザスキャン方向にレーザビームをスキャンするステップ及び第２のレーザスキャン方向に同一のレーザビーム又は異なるレーザビームをスキャンするステップは、上記ガス入力流れ及び上記ガス排気流れの上記優勢ガス流れ方向を維持しつつ、それぞれ上記ワークピース上の複数の隣り合うスキャンフィールドにわたって行われる。
【００５４】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記優勢ガス流れ方向が上記ワークピース上の複数のスキャンフィールドにわたって維持されるように、上記ガス流れアセンブリは、上記スキャンフィールドの移動に関連して移動されるように適合される。
【００５５】
付加的な、累積的な、あるいは代替的な実施形態では、上記ワークピースは、フィーチャ方位を有する１以上のフィーチャを含み、上記処理ステーションは、第１の処理ステーション軸と上記第１の処理ステーション軸に直交する第２の処理ステーション軸とを有する第１の処理ステーション方位を有し、上記レーザビーム処理軸は、第１のスキャンフィールド軸と上記第１のスキャンフィールド軸に直交する第２のスキャンフィールド軸とを有するスキャンフィールド方位を有するスキャンフィールド内で移動し、上記フィーチャ方位は、上記処理ステーション方位又は上記スキャンフィールド方位に対して方向付けられる。
【００５６】
これらの実施形態の多くの利点のうちの１つは、ガス流れ方向に対して斜行及び相対する２つの直交スキャン方向に沿って形成されるスクライブラインが、高品質の同様のうねり特性を呈することである。全体のプロセス品質は改善され、スクライブエッジがよりまっすぐになり、エッジのうねりが少なくなり、ゆらぎが少なくなり、直交スクライブラインのスクライブ品質が均一又は等しくなり、側壁又はテーパ角がより急峻になり、切溝幅がより均一になり（標準偏差が小さくなり）、位置精度性能が改善され、ノイズが少なくなり、異常値が少なくなることが促進される。切溝幅がより均一になり、位置精度が改善され、ノイズが少なくなり、異常値が少なくなることにより、切溝幅のスパンがより小さくなることが予測され、これにより、ワークピース上の回路密度を高めることができる。
【００５７】
更なる態様及び利点は、添付図面を参照して以下に述べられる例示的な実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、ワークピース上の簡略化された従来のカッティングルートを示す図である。
【図２】図２は、ガス流れ方向に垂直なレーザ処理方向で生成された２つの隣接するスクライブラインを示す顕微鏡写真である。
【図３Ａ】図3Aは、うねりの測定基準を示すためにスクライブラインのスクライブされたエッジのエッジ輪郭を描いた重ね合わせ曲線である重ね合わせ適合曲線を示す顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】図3Bは、例示的なスクライブラインのスクライブされたエッジに適合される算術平均（平均）適合線を重ね合わせたもの（破線により延長された直線）及び粗さの測定基準を示すためにスクライブされたエッジのエッジ輪郭を描いた重ね合わせ曲線を示す顕微鏡写真である。
【図３Ｃ】図3Cは、粗さに対する算術平均を決定するための例と式を図で示すものである。
【図４】図４は、他の一定の制御条件の下におけるいくつかの変数に対してスクライビングのうねりの程度を決定するために用いた実験の結果を示すグラフである。
【図５】図５は、ガス流れ方向に対するデフォルトの処理方位を示す図である。
【図６Ａ】図6A、図6B、及び6Cは、異なるエネルギーで従来のカット方向に生成された平行なスクライブラインの組を示す顕微鏡写真である。
【図６Ｂ】図6A、図6B、及び6Cは、異なるエネルギーで従来のカット方向に生成された平行なスクライブラインの組を示す顕微鏡写真である。
【図６Ｃ】図6A、図6B、及び6Cは、異なるエネルギーで従来のカット方向に生成された平行なスクライブラインの組を示す顕微鏡写真である。
【図７】図７は、ガス流れ方向に対するカット方向を定義する図である。
【図８】図８は、他の一定制御レシピ条件下のいくつかの変数に対して行ったスクライブのゆらぎの最小量を示す表である。
【図９Ａ】図9A及び図9Bは、異なるエネルギーで別のスキャン方向で生成された平行なスクライブラインの組を示す顕微鏡写真である。
【図９Ｂ】図9A及び図9Bは、異なるエネルギーで別のスキャン方向で生成された平行なスクライブラインの組を示す顕微鏡写真である。
【図１０Ａ】図10Aは、ガス流れ方向に対して斜めの処理方位を示す図である。
【図１０Ｂ】図10Bは、ガス流れ方向に対して斜めの別の処理方位を示す図である。
【図１１Ａ】図11Aは、ワークピース上の簡略化した一方向スクライビングシーケンスを示す図である。
【図１１Ｂ】図11B、図11C、及び図11Dは、図11Aに示される簡略した一方向のスクライビングシーケンスに対応する、時間に対する加速度、速度、及び位置のそれぞれ例示的な運動プロファイルを示すグラフである。
【図１１Ｃ】図11B、図11C、及び図11Dは、図11Aに示される簡略した一方向のスクライビングシーケンスに対応する、時間に対する加速度、速度、及び位置のそれぞれ例示的な運動プロファイルを示すグラフである。
【図１１Ｄ】図11B、図11C、及び図11Dは、図11Aに示される簡略した一方向のスクライビングシーケンスに対応する、時間に対する加速度、速度、及び位置のそれぞれ例示的な運動プロファイルを示すグラフである。
【図１１Ｅ】図11Eは、ワークピース上の簡略化した別の一方向スクライビングシーケンスを示す図である
【図１２】図12は、図10Bに示されるガス流れ方向及び処理方位と連係するスキャンフィールドシーケンス制御の実施形態を示す図である。
【図１３Ａ】図13Aは、ガス流れ方向に対する処理方位案を示す図である。
【図１３Ｂ】図13Bは、図13Aに示される処理方位案及びガス流れ方向に連係するスキャンフィールドシーケンス制御アプローチ案を示す図である。
【図１４】図14は、ワークピース上に切溝のようなフィーチャを形成するための複数の重なったスクライブラインの照射を示す図である。
【図１５】図15は、フィーチャを形成するために使用されるスクライブラインを重ねるための異なるパラメータレシピの例示的な適用例を示す図である。
【図１６Ａ】図16A及び図16Bは、フィーチャを形成するための複数の重なったスクライブラインの別のスキャンパスシーケンスを示す図である。
【図１６Ｂ】図16A及び図16Bは、フィーチャを形成するための複数の重なったスクライブラインの別のスキャンパスシーケンスを示す図である。
【図１７】図17は、連動ガス流れとスキャンニング手法を実施することができるガス流れアセンブリを用いた簡略化レーザ微細加工システムの模式図である。
【図１８Ａ】図18Aは、累積的ガス流れが意図されたスキャン経路に対して斜めに方向付けられるようにスキャンフィールド上に方向付けられたガス流れアセンブリの例示的な実施形態の簡略化平面図である
【図１８Ｂ】図18Bは、図18Aに示されるガス流れアセンブリの右側上部背面等角図である。
【図１８Ｃ】図18Cは、図18Aに示されるガス流れアセンブリの左側底部前面等角図である。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００５９】
以下、添付図面を参照しつつ実施形態の例を説明する。本開示の精神及び教示を逸脱することのない多くの異なる形態及び実施形態が考えられ、本開示を本明細書で述べた実施形態に限定して解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態の例は、本開示が完全かつすべてを含むものであって、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。図面においては、理解しやすいように、構成要素のサイズや相対的なサイズが不釣り合いになっていたり、さらに／あるいは誇張されたりしている場合がある。明細書において使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、限定を意図しているものではない。本明細書で使用される場合には、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、本明細書で使用されている場合には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことも理解されよう。特に示している場合を除き、値の範囲が記載されているときは、その範囲は、その範囲の上限と下限の間にあるサブレンジだけではなく、その上限及び下限を含むものである。
【００６０】
図１は、レーザ微細加工システム60（図17）のスキャンフィールド14（又はスキャン領域14）に対して方向付けられたストリートを有する回路搭載ウェハのようなワークピース12上の簡略化された従来の蛇行処理ルート10を示す図である。ワークピース12は固定レーザビーム軸に対して移動させることができるか、あるいはレーザビーム軸は固定ワークピース12に対して移動させることができるか、あるいはレーザビーム軸とワークピース12の両方を互いに相対的に移動させることができる。集積回路（IC）デバイスは、直交するストリート（及びスキャン経路16）によって分離されるように構成されているので、従来の知識によれば、スキャン経路16が、スキャンフィールド14（及び処理フィールド15）のＸ軸及びＹ軸に対して軸方向に正確に位置合わせされるといった、レーザ微細加工システム60の意図するスキャンフィールド14に対して特定の方位を有するようにワークピース12を方向付ける。
【００６１】
図１を参照すると、ワークピース12上のスキャンフィールド14上のビーム軸経路は、（16a，16b，16c，16dのような太線で表される）スキャン経路16と、（破線で表される）非衝突（割込要求（IRQ））経路17とを含んでいてもよい。スキャン経路16においてレーザビームがワークピース12に衝突する。非衝突経路17においてレーザビームはワークピース12に衝突することが妨げられる（レーザがオフにされ得るか、レーザビームが逸らされるかブロックされ得る）。典型的には、スキャン経路16は、非衝突経路17によって接続されている。ビーム軸経路は、スキャンフィールド14にわたって１つのパス又は複数のパスによりスキャンされてもよく、あるいは、単一のパス又は複数のパスに対してスキャン経路16のうち１以上のスキャン経路を選択してもよい。
【００６２】
従来の順次スキャンは、離間スクライブ経路16a1及び16b1に沿って反対のスキャン方向又は処理方向20a及び20bにＹ軸に沿って行われる。（16a2，16b2，16a3，16b3のような）Ｙ軸に沿ったスキャン経路16のすべてが処理されるまで、付加的なスキャンが反対のスキャン方向20に順次行われる。Ｙ軸に沿ったスキャン経路16のすべてが処理された後、離間スクライブ経路16c1及び16d1に沿って反対のスキャン方向又は処理方向20c及び20dにＸ軸に沿って順次スキャンがなされる。そして、（16c2，16d2，16c3，16d3のような）Ｘ軸に沿ったスキャン経路16のすべてが処理されるまで、付加的なスキャンが反対のスキャン方向20に順次行われる。これらのスキャンは、１以上のガルバノメータ駆動ミラー96（例えば、１対のガルバノメータ（図17））のようなビーム位置決めシステムの１以上の要素によって行われてもよい。
【００６３】
「スクライブ」という用語は、特定のレーザ誘起材料効果を表現するために使用され得るが、本明細書においては、「スクライブ」という用語及び（スクライブラインのような）その派生語は、レーザビーム処理軸とワークピース12との間の相対移動により生じる任意のレーザ誘起材料効果（任意の種類のレーザ処理）を包括的に意味するために使用される。例えば、スクライビングは、（ワークピース表面に又はワークピース表面の下方に）切溝、トレンチ、スカイブ（skive）、貫通孔ビア、非貫通ビア、又はマークを形成すること、トレパン穿孔すること、螺旋処理すること、カッティングすること、ダイシングすること、スライスすること、マーキングすること、アブレートすること、及びアニールすることを含み得るが、これに限られるものではない。また、レーザマーキング又はデバイス分離の用途に加えて、本明細書に開示される手法は、抵抗器トリミングや金属配線充填など、良好な切溝縁部特性が望まれる用途に対して用いることができる。
【００６４】
同様に、「スキャン」という用語は、レーザビーム処理軸とワークピース12との間の相対移動を表現するために使用される。しかしながら、「スキャン」という用語は、レーザビーム軸の移動を表現するために使用されることも多い。レーザビーム軸の移動は、ガルバノメータ駆動ミラー96（図17）、ファーストステアリングミラー、回転多面スキャナ、及び音響光学デバイスのうちの１つ以上を用いてもよい。これに代えて、あるいはこれに加えて、ビーム軸の移動のための他のシステムを用いてもよい。簡略化のため、本説明は、（排他的ではないが）主に処理ビーム軸を移動させるビーム位置決めシステム82（図17）、特にガルバノメータに基づいた位置決めシステムを例としてのみ説明する。
【００６５】
レーザ処理パラメータが変わらないにもかかわらず、また、レーザ材料相互作用により生じるデブリのプルームを処理するためのガス流れ方向22における従来の加圧ガス流れ及び排気捕捉方向24における真空引きにもかかわらず、出願人は、レーザスキャンにより生成されるスクライブライン26のうねりが異なるスキャン経路16に沿って変化し得ることを実証した。
【００６６】
従来においては、ワークピース12上のデバイス間のストリート幅が、レーザビームによって得られる切溝幅に比べて比較的大きいままであったため、この変化は問題とならなかった。しかしながら、回路要素のサイズが縮小し続けており、デバイス密度及び歩留まりを上げるためにワークピース領域のより効率的な利用がより好ましいものとなり続けている。このため、出願人により特定されるうねりと粗さの問題は、最小の確実な切溝幅をこの変化を受け入れるのに十分大きなサイズに制限し得るとともに、ワークピース12上のストリートの幅をさらに小さくする又は最小限にするための努力を妨げ得る。
【００６７】
図２は、ワークピース12の一部における２つの隣接するスクライブライン26a及び26bを示す顕微鏡写真である。これらのスクライブライン26は、切溝又はスクライブ幅30に差があり、エッジ32a及び32bの粗さに差があることを示している。
【００６８】
図3Aは、うねりの測定基準を示すためにスクライブライン26のスクライブされたエッジ32a及び32bのエッジ輪郭を描いた重ね合わせ曲線である重ね合わせ適合曲線40aとともに例示的なスクライブライン26を示す顕微鏡写真である。一部の基準においては、（ビーム位置決めシステムにより規定されるものやワークピース12上のフィーチャ境界により規定されるものなどの）単一のプロセスフィールド領域にわたって又はウェハのようなワークピース12全体にわたって、うねりを測定することができる。一部の基準においては、うねりは、スクライブ幅42において、スクライブライン26のスクライブされたエッジ32a及び32bに適合された２つの適合曲線40a及び40bの間の平行距離として測定した場合の指定されたスキャンフィールド14又はワークピース領域にわたる標準偏差（ミクロン（μm））として定義することができる。
【００６９】
うねり又は粗さは、種々異なる方法で特徴付けることができる。例えば、うねり又は粗さは、次の特性のうち１つ以上によって特徴付けることができる。粗さプロファイルの最大高さ（それぞれの適合曲線44からスクライブされたエッジ32の最も大きな高さ及び谷の偏差の合計）、粗さプロファイルの最大プロファイルピーク高さ（それぞれの適合曲線44からスクライブされたエッジ32の最も大きな高さ偏差）、粗さプロファイルの最大プロファイル谷深さ（それぞれの適合曲線44からスクライブされたエッジ32の最も大きな谷偏差）、粗さプロファイル要素の平均高さ、粗さプロファイルの合計高さ、粗さプロファイルの算術平均偏差、粗さプロファイルの根二乗平均偏差、粗さプロファイルの歪度、粗さプロファイルの尖度、粗さプロファイルの平均幅、及び粗さプロファイルの根二乗平均傾き。
【００７０】
一部の基準においては、うねりは、スクライブライン26のスクライブされたエッジ32aと32bに適合される２つの適合曲線40aと40bとの間の平行距離として測定されるうねりスクライブ幅スパン（μm）としても定義され得る。うねりスクライブ幅スパンは、指定されたスキャンフィールド14又はワークピース領域にわたって最大幅から最小幅を引いたものとして定義され得る。
【００７１】
図3Bは、例示的なスクライブライン26のスクライブされたエッジ32a及び32bに適合される算術平均（平均）適合線を重ね合わせたもの（破線により延長された直線）及び粗さの測定基準を示すためにスクライブされたエッジ32aのエッジ輪郭を描いた重ね合わせ曲線40aを示す顕微鏡写真である。一部の基準においては、粗さは、単一のプロセスフィールド領域にわたり、あるいは、ワークピース12全体にわたり測定され得る。
【００７２】
一部の基準においては、粗さは、算術平均（平均）適合直線44a及び44bからのスクライブされたエッジ32a及び32bのピーク及び谷の絶対偏差振幅として測定され得る。例えば、図3Bを参照すると、スクライブされたエッジ32aのエッジ輪郭を描いた重ね合わされた曲線40aのピークと谷の絶対偏差振幅は、適合直線44aから得ることができる。スクライブ粗さは、ミクロンを単位とする算術平均又は標準偏差として表現してもよい。図3Cは、基準長さにおける粗さの絶対値に対する算術平均を決定するためのより詳細な例と式を示している。図3Cを参照すると、例示的な式は、
【数１】
2018527190.tif 000003
であり、Zaは算術平均粗さ、
2018527190.tif 000004
は基準長さ、Znは基準長さ
2018527190.tif 000005
に沿った位置ｎでのそれぞれの適合曲線44a及び44bからのスクライブされたエッジ32a又は32bの偏差である。
【００７３】
出願人は、うねりとスクライブ粗さを生じさせる要因を理解しようし、様々な実験を行った。図４は、他の一定の制御条件の下におけるいくつかの変数に対してスクライビングのうねりの程度を決定するために用いた実験の結果を示すグラフである。図４を参照すると、ガルバノメータ駆動ミラー96（図17）とともにフェムト秒（fs）パルス幅のパルスを生成する緑色波長レーザを使用して、他の条件は一定にしつつ異なる変数条件下で作られたスクライブラインのうねりをテストした。これらの変数は、１）排気捕捉方向24における真空引きの量、２）ガス流れ方向22におけるガス流れにおけるガス流れ量、３）レーザシステムにより伝搬されるパルスエネルギー、４）Ｙ軸スクライブ用の風に相対し、Ｘ軸スクライブ用の風に垂直なスキャン方向20にスクライブする「デフォルト」や、Ｙ軸スクライブ用の風の方向と同じで、Ｘ軸スクライブ用の風に垂直なスキャン方向20にスクライブする「反対」のような、排気捕捉方向24及びガス流れ方向22に対するレーザスキャニング方向（図４のグラフは、これらの条件に対するＸ軸ストリートのうねりのみを示している）、及びガス流れ方向22に対するワークピース12のＸ軸ストリートの回転方位を含んでいた。
【００７４】
再び図４を参照すると、破線は、モデル結果に対する公称条件又は設定の交点を表している。特に、破線の垂直線は、図４のグラフに描かれた５つの変数にわたるモデル条件又は設定を表しており、破線の水平線は、与えられた変数に対するモデルうねり値を表している。
【００７５】
特定の理論にとらわれることなく、出願人は、デブリ及び排気方向がうねり及び粗さに貢献しているのではないかと推測した。半導体工業用ワークピース12のレーザ処理は、ワークピース12の材料やワークピース12に照射されたレーザエネルギーによって、ガス状物や溶融物のような様々な状態の種々の成分からなる好ましくないデブリのプルームを生じることが知られている。
【００７６】
レーザにより生じるデブリがワークピース上に堆積することを防止、あるいは補償しようとする研究が数多くなされている。例えば、米国特許第5,925,024号、第6,507,000号、第6,586,707号、第6,649,866号、第6,710,294号、第7,022,941号、第7,038,164号、第7,692,115号、第7,947,919号、第8,344,285号、第8,383,984号、及び第8,809,732号、並びに中国特許公開第103978308号を参照。
【００７７】
図５は、デフォルトの処理方位を示す図であり、ストリート又は意図したスクライブライン26のようなワークピースフィーチャが、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24に対して一直線上に、あるいは垂直に位置合わせされるようにワークピース12がスキャンフィールド14に対して位置合わせされる。したがって、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24に対して一直線上に、あるいは垂直に位置合わせされ、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24は、ワークピース12の表面88（図17）に平行であり得る。このガス流れ方向成分及び排気捕捉方向成分は、典型的には、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の水平方向成分である。また、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24が、ワークピース12の表面88に向かう又はワークピース12の表面88から遠ざかる方向成分（典型的にはガス流れ方向22の垂直方向成分）を含み得ることは理解されよう。
【００７８】
排気捕捉方向24における真空引きの量はうねりに著しい影響を与えた。真空引きが弱いとうねりが大きくなった。テストした範囲内では、ガス流れ方向22におけるガス流れの量は、真空引きがある場合には、うねりにほとんど影響を与えなかった。ガス流れ方向22におけるガス流れが比較的低いレベルと比較的高いレベルでうねりにわずかな変化が認められた。しかしながら、真空引きをしない場合には、ガス流れの量はうねりに著しい影響を与える。
【００７９】
また、パルスエネルギーが低いとうねりはそれほどでもないが、パルスエネルギーが高いとパルスエネルギーもうねりに著しい影響を与えた。パルスエネルギーが増加すると、うねりは概して増加した。著しいうねりが観察されなかった最高パルスエネルギー（3.75マイクロジュール（μJ））での制御レシピに対してパルスエネルギーのスイートポイント（sweet point）が確立された。この値は、レーザパラメータの異なるレシピに対して（及び異なるワークピース材料に対して）異なることに留意されたい。
【００８０】
図6A、図6B、及び図6Cは、異なるレーザパルスエネルギーでガス流れ方向22に直交するスクライブ方向20c又は20dに生成された平行なスクライブライン26の組を示す顕微鏡写真である。図6A及び図6Bを参照すると、1.5μJ及び３μJで生成されたスクライブライン26には、著しいうねりが生じなかった。しかしながら、図6Cを参照すると、６μJで生成されたスクライブライン26には、著しいうねりがはっきりと表れる。
【００８１】
図７は、ワークピース12の表面88に平行であり得るガス流れ方向22に対するスキャン方向20を定義する例示的な図である（このガス流れ方向成分は、典型的にはガス流れ方向22の水平方向成分である）。ガス流れ方向22に対してスキャン方向20aのレーザ処理は０°で表され、ガス流れ方向22に相対するスキャン方向20bのレーザ処理は180°で表され、ガス流れ方向22に垂直な処理方向20c及び20dのレーザ処理はそれぞれ90°及び270°で表され、ガス流れ方向22に対して斜めの処理方向20e及び20fのレーザ処理はそれぞれ45°及び315°で表され、ガス流れ方向22に対向して斜めに相対する処理方向20g及び20hのレーザ処理はそれぞれ135°及び225°で表される。ガス流れ方向22が、ワークピース12の表面88に向かう又はワークピース12の表面88から遠ざかるガス流れ方向成分（典型的にはガス流れ方向22の垂直方向成分）を含み得ることが思い出されよう。
【００８２】
図４及び図７を参照すると、スキャン方向20の方位は、90°のスキャン方向20cからそれぞれ45°及び135°のスキャン方向20e及び20gのように、また、270°のスキャン方向20dからそれぞれ315°及び225°のスキャン方向20f及び20hのように、ガス流れ方向22に対して変化させた。図４は、スキャン方向20が90°の直交スキャン方向20c及び270°の直交スキャン方向20dに対して0°から45°に変化したときにうねりが減少したことを示している。
【００８３】
うねりを改善した他の要因としては、ガス入力ノズルの高さがあった。ガス入力ノズルの位置が高いと概して良くなった（うねりが少なくなった）。ガス入力ノズルの形状もスクライブ品質に影響を与える。一部の実験においては、１以上の平坦ファンエアナイフ型ガス入力ノズルが用いられた。また、重なり率の高いプロセス又はスキャン速度の遅いプロセスではうねりの影響が悪くなるようであった。
【００８４】
米国再発行特許第RE 43,400号は、スクライブ品質がスキャン方向に対する偏光方向により変化することを開示しており、方向付けられた偏光をスクライブ方向と相関させてスクライブ品質を改善できることを教示している。米国再発行特許第RE 43,400号は、本件出願の譲受人に譲受されており、参照により本明細書に組み込まれる。
【００８５】
先に述べたように、レーザ加工業界は、レーザアブレーションのようなレーザ材料相互作用を生じるデブリのプルームを処理する努力を行ってきた。デブリを処理するために従来のガス流れシステム及び従来の真空引き排気システムを用いるにもかかわらず、出願人により確認された効果は有効である。特定の理論に拘束されることなく、出願人は、レーザ処理により生じるデブリ、プルーム、又は煙からのガスの局所的な悪い特性により、レンズ後の偶発的なビームの方向転換（例えば、屈折や反射）が生じ得ると考えている。さらに、出願人は、特定の理論に拘束されることなく、そのようなレンズ後の偶発的なビームの方向転換により、レーザプロセスに対する正確性や品質の問題が生じることがあると推測している。特に、ガス流れ方向22に対して垂直（90°又は270°）な処理経路のスクライブライン26は、１〜10μmの不正確性のような著しいビームの方向転換を呈することがあり、スクライブライン26の長さに沿ってうねり、粗さ、ゆらぎ、及び／又は波形の外観を生じることがある。
【００８６】
図８は、他の一定制御レシピ条件下のいくつかの変数に対してシリコンワークピース12上に行ったスクライブのゆらぎの最小量を示す表である。変数は、パルスエネルギー（μJ）、ガス流れ方向22に対する方向（デフォルト−ガス流れ方向に反対又は相対する、反対−ガス流れ方向と同じ又は一致する）、カット方位（ガス流れ方向22に対するストリートの角度方位。この表における０°は、相対的なエア方向に応じて90°又は180°のスキャン方向20a又は20bに等しく、この表における45°は、相対的なエア方向に応じて135°（又は225°）又は45°又は（315°）のスキャン方向20g又は20hに等しい）、エア（20又はオフ）、排気（オン又はオフ）を含んでいた。ゆらぎは、１〜５の範囲で表され、１はゆらぎが少量又はわずかな量（最良）であることを示し、５はゆらぎが多い（最悪）ことを示している。
【００８７】
続けて図８を参照すると、ガス流れ方向22又はストリート方位にかかわらず、低いパルスエネルギー（1.5μJ）によるスクライブはすべてゆらぎが少なかった。中程度のパルスエネルギー（３μJ）では、風の中に直接スクライビングした場合においても、低いパルスエネルギーのパルスよりも多くのゆらぎが生じた。驚くべき発見は、高いパルスエネルギー（６μJ）でかつ真空排気がオフであっても、スキャン方向20g及び20hに等しいガス流れ方向22に相対する（デフォルト）斜めのカット方位（表では45°と示されている）を用いた様々なレシピに対して比較的ゆらぎの少ない高品質なスクライブが得られたことである。高いパルスエネルギー（６μJ）では、０°のカット方位（ガス流れ方向22に対する180°のスキャン方向20b）で風の中にスクライブすることを含む他のレシピの変形例のすべてが、高いパルスエネルギー（６μJ）でかつ真空排気がオンで、スキャン方向20e及び20fに等しいガス流れ方向22に一致する（デフォルト）斜めのカット方位を（表では45°と示されている）用いたレシピよりも顕著に悪いゆらぎの影響が生じた。また、実験結果は、うねりに関して大まかな予想を示す表を提供し、特定のパラメータレシピからどの程度のうねりが予測されるのかを得ることができ、うねりの量が特定の用途に対して許容範囲にあるか否かの基準を提供する。
【００８８】
図9A及び図9Bは、1.5μJ及び６μJの異なるパルスエネルギーでガス流れ方向22に対してスキャン方向20g及び20hで（風に対して斜めに）スクライブすることにより形成された平行なスクライブライン26の組を示す顕微鏡写真である。図9A及び図9Bを参照すると、スクライブライン26に生じたうねり及び粗さの量は、高エネルギーレーザパルスを含むパラメータレシピに対しても、従来のレーザ処理用途のすべてに対して許容範囲にあった。また、直交方向に形成されたスクライブライン26は、概略同じようなうねりを生じ、これは、ガス流れ方向22に直接反対して形成されたものとガス流れ方向22に垂直に形成されたものとからなる直交するスクライブライン26とは非常に異なっている。
【００８９】
典型的には、従来の固定ビームレーザシステム及びビーム軸スキャニングレーザシステムは、処理デブリを集めるために、固定ガス流れ方向22を提供する抽出又は排気システムを利用している。半導体ウェハ上の直交するストリートにより、例えば、１組のストリートは、従来から、ガス流れ方向22に反対又は相対するビームスキャン方向20により処理されており、従来から、直交するストリートの組がガス流れ方向22に対して垂直に処理されている。本明細書で開示された実験結果は、なぜうねりが、従来のレーザシステムにより形成された直交スクライブラインに対して大きく異なり得るのかについて光を当てるものである。
【００９０】
従来のレーザシステムは、それぞれの優勢流れ方向が、固定されたワークピース12上で２つの直交するスクラビング方向に直接向けられ、それぞれ加圧流入口及び真空排気口を含む２組のガス流れシステムを備え得ることに留意されたい。適切なガス流れ方向上方においてＸ方向及びＹ方向のスクライブライン26を処理するために、空気圧値を用いてガス流れシステムのオンとオフを切り替えることができる。これを行う場合には、デュアルガス流れシステムを含むことによるコストと複雑さの増大が生じる。必要とされる大気圧制御変化は、スキャニングスループットに悪影響を与え、異なるレーザパラメータの処理レシピに適用する際の柔軟性に制限を課すことになる。
【００９１】
あるいは、従来のレーザシステムは、優勢流れ方向が、ワークピース12上で２つの直交するスクライビング方向のうち１つに直接向けられ、加圧流入口及び真空排気口を含む単一のガス流れシステムを備え得る。そして、ワークピース12は、Ｙ方向ストリートが回転前に風に相対して完成まで処理され、Ｘ方向ストリートが回転後に風に相対して処理されるように、回転され得る。これを行う場合は、ワークピースの回転システムを含むことによるコストと複雑さの増大が生じる。必要とされる回転制御変化は、スキャニングスループットに悪影響を与え、異なるレーザパラメータの処理レシピに適用する際の柔軟性に制限を課すことになる。
【００９２】
図10Aは、ガス流れ方向22に対して斜めの処理方位の一実施形態を示す図である。この実施形態は、ワークピース表面88に平行なガス流れ方向成分及び／又はワークピース表面88に平行な真空排気口方向成分を含む優勢ガス流れ方向25に対するレーザビームスキャン方向の相対的な方向の体系的な制御を通じてレーザビームステアリング機構を操作するための数多くの実施形態の１つである。
【００９３】
優勢ガス流れ方向25は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の双方のうち単一の方向であってもよいことは理解されよう。あるいは、優勢ガス流れ方向25は、ガス流れ方向22と排気捕捉方向24とを平均した方向であってもよい。さらに、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24が意図的に異なる実施形態においては、平均した方向は、ガス流れ方向22と排気捕捉方向24とにおけるガス流れの量の差及び／又はガス流れ方向22と排気捕捉方向24との速度の差を考慮する。多くの実施形態においては、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の双方のうち単一の方向が好ましい。しかしながら、ある実施形態においては、ガス流れ方向22と排気捕捉方向24との間の偏差は20°以下であり得る。ある実施形態においては、ガス流れ方向22と排気捕捉方向24との間の偏差は10°以下であり得る。ある実施形態においては、ガス流れ方向22と排気捕捉方向24との間の偏差は５°以下であり得る
【００９４】
ある実施形態においては、ウェハワークピース12のＸ軸方向ストリート及びＹ軸方向ストリートは、ガス流れ方向22及び／又は排気捕捉方向24に対してそれぞれ135°及び225°に向いており、それぞれのレーザスクライブの相対運動は、ガス流れ方向22及び／又は排気捕捉方向24に相対する方向になされる。特定の理論に拘束されることなく、出願人は、ガス流れ方向22に相対するスキャン方向20にレーザビーム軸をスキャンすることにより、レーザプロセスから（デブリ、プルーム、煙、屈折率変化、空気圧変化、温度変化、又は空気乱流から）生じたガスの局所的な悪い特性に関して、ビーム軸の相対速度が増加し、そのガスの局所的な悪い特性によって後続のレーザパルスが影響を受けないようになる（例えば屈折しなかったり、反射しなかったりする）と推測している。そのような実施形態は、レンズ後のビームステアリング効果の量を低減し、２つの直交する軸のスクライブライン26間で実際のレンズ後のビームステアリング効果をバランスさせる。ワークピース12のフィーチャ又は意図したフィーチャのいずれかは、ガス流れ方向22及び／又は排気捕捉方向24に対して方向付けることができ、あるいは、ガス流れ方向22及び／又は排気捕捉方向24は、ワークピース12のフィーチャ又は意図したフィーチャに対して方向付けることができる。
【００９５】
図10Aを参照すると、ワークピース12は、（既存のソフトウェア及びレシピパラメータを改変することなく、あるいはオプションである改変を行うだけで利用できるように）従来のワークピース方位においてスキャンフィールド14に位置合わせすることができる。しかしながら、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24は、スキャンフィールド14内でワークピース方位に対して斜めに方向付けられる。特に、図10Aに示されるスキャン方向20が、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24に対して図７のスキャン方向20g及び20hと等価になるように、図10Aに関して、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24は、スキャンフィールド14の同一の対角軸に沿って方向付けられている。また、図10Aは、直交する方向の両方にスキャンを行う、すなわち、それぞれのスクライブライン26が、（風の中に向かって）ガス流れ方向22に相対して斜めに（反対に斜めに）スキャンされる一方向のプロセスのみを示している。一方向のスキャンについては、図11に関してより詳細に説明する。図10Bは、ガス流れ方向に対して斜めの別の処理方位を示す図である。
【００９６】
ある実施形態においては、ガス流れは、エアノズル又はエアナイフにより導入され、さらに／あるいは、真空引きは、プロセスにより生成されるデブリのプルームも集める排気ベント又は排気箔を通じて確立される。この構成により、スキャンフィールド14にわたってガスを押し出し、さらに／あるいは、スキャンフィールド14にわたってガスを引き出すことができる。多くの実施形態においては、スクライビング品質とうねりを最小限にするために要望され得る、スキャンフィールド14にわたる均一なガス流れを確立するためには、押し出しと引き出しの両方を行うことが望ましい。
【００９７】
ある実施形態においては、ワークピース12にわたる高さに関して、さらに／あるいは、ワークピース12に向かう傾斜に関してエアノズル又はエアナイフを調整可能にすることができる。同様に、ワークピース12にわたる高さに関して、さらに／あるいは、ワークピース12から離れる傾斜に関して排気ベント又は排気箔を調整可能にすることができる。さらに、スキャンフィールドの中心への位置決めに関して、さらに／あるいは、ワークピース12のウェハストリート軸、アライメントマーク、又は他の基準マークに関して、エアノズル、エアナイフ、排気ベント、又は排気箔を調整可能にすることができる。空気導入・収集ノズルは、様々な形状、サイズ、及び構成で作製される。例えば、米国特許第9,259,802号は、ガスノズルの実施形態を開示している。米国特許第9,259,802号は、本件出願の譲受人に譲受されており、参照により本明細書に組み込まれる。
【００９８】
ある実施形態において、エアノズル又はエアナイフを通じたガス流れは、調整可能なロトメータ又はフローメータにより制御することができる。ある実施形態においては、排気ベント又は排気箔を通じた真空引きは、圧力センサを介したフィードバックを用いたバルブにより制御することができる。ガス流れの方向と量を制御するための調整可能なポートは、典型的には、複数のワークピース12を含む処理運転の前に設定される。しかしながら、直交パスの間で必要とされる場合に、又は、他に必要とされる場合に、ガス流れの方向と量を調整することができる。ある実施形態においては、それぞれのスキャンの間にガス流れの方向と量を調整することができる。しかしながら、一般的に、直交スキャンの間でガス流れ方向及び量が一定であれば、直交ストリートに沿ってスクライブ品質を等しくすることが最も簡単に達成される。
【００９９】
再び図10A及び図10Bを参照すると、ある実施形態においては、スキャンフィールド14は、スキャンフィールド14を二分する長軸の長軸寸法50を有しており、ガス流れ方向22及び／又は排気捕捉方向24は、一般的に、スキャンフィールド14を二分する長軸に対して垂直である。ガス流れは、ガス流れ方向22に沿って移動するガス流れ体積を有し得るが、このガス流れ体積は、ガス流れ方向22に垂直な流れ幅寸法52を有しており、この流れ幅寸法52は長軸寸法50よりも大きい。うねりを制御する用途に加えて、真空排気捕捉システムは、ワークピースや光学系に堆積し得るデブリを低減することができ、これにより、作製品の品質を向上し、レーザシステムの寿命を延ばすことができ、故障やレーザパワー伝送の劣化に至るまでの平均時間を短くすることができる。
【０１００】
ある実施形態においては、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の優勢又は累積ガス流れ方向25に対して135°±22.5°の角度をなしている。排気捕捉方向24に向けられたガス流れ方向22は、約０°の方位を有している。（ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25は、水平に向けられた又はワークピース12に平行な優勢ガス流れの成分であってもよい。）ある実施形態においては、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の優勢又は累積ガス流れ方向25に対して135°±11.25°の角度をなしている。ある実施形態においては、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の優勢又は累積ガス流れ方向25に対して135°±5.125°の角度をなしている。ある実施形態においては、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の優勢又は累積ガス流れ方向25に対して135°±2.563°の角度をなしている。ある実施形態においては、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の優勢又は累積ガス流れ方向25に対して135°±1.281°の角度をなしている。
【０１０１】
ある実施形態においては、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の（例えば、水平に向けられた又はワークピース12に平行な）優勢ガス流れ方向25に対して225°±22.5°の角度をなしており、排気捕捉方向24に向けられたガス流れ方向22は、約０°の方位を有している。
【０１０２】
ある実施形態においては、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の優勢ガス流れ方向25に対して225°±11.25°の角度をなしている。ある実施形態においては、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の優勢ガス流れ方向25に対して225°±5.125°の角度をなしている。ある実施形態においては、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の優勢ガス流れ方向25に対して225°±2.563°の角度をなしている。ある実施形態においては、スキャン方向20は、ガス流れ方向22及び排気捕捉方向24の優勢ガス流れ方向25に対して225°±1.281°の角度をなしている。
【０１０３】
ガス流れ方向22に反対に実質的に＋45°及び−45°の角度で行うレーザ走査は、空気圧値でエア流れ方向を切り替えたり、回転機構にワークピース12を回転させたりする時間的不利益がないプロセスであるため、スループットが向上するという利点を有する。
【０１０４】
ガス流れ方向22に対して斜行及び相対する２つの直交スキャン方向20に沿ったスクライブライン26は、高品質の同様のうねり特性を呈した。全体のプロセス品質は改善され、スクライブエッジがよりまっすぐになり、エッジのうねりが少なくなり、ゆらぎが少なくなり、直交スクライブライン26のスクライブ品質が均一又は等しくなり、側壁又はテーパ角がより急峻になり、切溝幅がより均一になり（標準偏差が小さくなり）、位置精度性能が改善され、ノイズが少なくなり、異常値が少なくなることが促進される。切溝幅がより均一になり、位置精度が改善され、ノイズが少なくなり、異常値が少なくなることにより、切溝幅のスパンがより小さくなることが予測され、これにより、ワークピース12上の回路密度を高めることができる。エッジ32の特性が改善されると、衝撃に対してクラックが伝搬することが少なくなる傾向にある。反対に、エッジが粗くなると、より影響を受けやすくクラックが伝搬しやすい突起が生じ得る。
【０１０５】
ガス流れシステムの方位の二次的な利点は、再堆積した材料からワークピース12を保護できるだけではなく、他のレーザシステム構成要素の光学的劣化及び汚染を防止するためにデブリや粒子を収集できることである。デブリ管理を改善することにより、環境汚染を低減することができ、レーザシステムの光学系の長寿命化、洗浄頻度の減少、サイクル当たりの洗浄時間の短縮を促進することができる。
【０１０６】
ある実施形態においては、ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.5μm未満のうねり標準偏差を呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.3μm未満のうねり標準偏差を呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.1μm未満のうねり標準偏差を呈する。
【０１０７】
ある実施形態においては、ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.5μm未満のうねり標準偏差を呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.3μm未満のうねり標準偏差を呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.1μm未満のうねり標準偏差を呈する。
【０１０８】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねり標準偏差に0.5μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねり標準偏差に0.3μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねり標準偏差に0.1μm未満の差が生じる。
【０１０９】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねり標準偏差に0.5μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねり標準偏差に0.3μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねり標準偏差に0.1μm未満の差が生じる。
【０１１０】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.5μm未満のうねりスクライブ幅スパンを呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.3μm未満のうねりスクライブ幅スパンを呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.1μm未満のうねりスクライブ幅スパンを呈する。
【０１１１】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.5μm未満のうねりスクライブ幅スパンを呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.3μm未満のうねりスクライブ幅スパンを呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26は、0.1μm未満のうねりスクライブ幅スパンを呈する。
【０１１２】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねりスクライブ幅スパンに0.5μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねりスクライブ幅スパンに0.3μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねりスクライブ幅スパンに0.1μm未満の差が生じる。
【０１１３】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねりスクライブ幅スパンに0.5μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねりスクライブ幅スパンに0.3μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26では、うねりスクライブ幅スパンに0.1μm未満の差が生じる。
【０１１４】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジは、0.3μm未満の粗さ標準偏差を呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジは、0.1μm未満の粗さ標準偏差を呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジは、0.05μm未満の粗さ標準偏差を呈する。
【０１１５】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジは、0.3μm未満の粗さ標準偏差を呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジは、0.1μm未満の粗さ標準偏差を呈する。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジは、0.05μm未満の粗さ標準偏差を呈する。
【０１１６】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジでは、粗さ標準偏差に0.3μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジでは、粗さ標準偏差に0.1μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、５mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジでは、粗さ標準偏差に0.05μm未満の差が生じる。
【０１１７】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジでは、粗さ標準偏差に0.3μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジでは、粗さ標準偏差に0.1μm未満の差が生じる。ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25の下で直交スキャン方向20により形成され、25mm以上の長さを有するスクライブライン26のエッジでは、粗さ標準偏差に0.05μm未満の差が生じる。
【０１１８】
図11Aは、ワークピース12上の簡略化した一方向スクライビングシーケンスを示す図である。図11B、図11C、及び図11Dは、図11Aに示される簡略した一方向のスクライビングシーケンスに対応する、時間に対する加速度、速度、及び位置のそれぞれ例示的な運動プロファイルを示すグラフである。
【０１１９】
図11A〜図11D（まとめて図11とする）を参照すると、一方向スキャニングスキームの下で、それぞれのワークピース12に対するスキャン時間を最小にするようにレーザスキャンのシーケンスを制御することができる。ある実施形態においては、従来の方法でスキャンフィールド14又はステージのようなワークピース支持構造に対してワークピース12を位置決めして位置合わせすることができる。ある実施形態においては、レーザビーム軸は、最初に、ワークピース12の中心又はスキャンフィールド14の中心に（典型的には垂直に）位置合わせされる。図11Aにおいて、優勢ガス流れ方向25は、スキャンフィールド14に対して（45°の角度で）斜行しており、左下から右上に向かって流れる。意図されたスクライブライン26は、スキャンフィールド14の周囲に対して平行又は垂直である。
【０１２０】
ガス流れ方向22及びワークピース12上の意図されたスクライブラインの方位により、一方向ルーティングスキームに対するスループットを最大化するワークピースのストリートをスクライブする所定のシーケンスが促進される。ある実施形態においては、スクライブライン26は、第１の方位開始軸に沿った第１の垂直開始点から第１の垂直ストリート軸に沿って所定のプロセス速度でスキャンされ、レーザビーム軸は、第１の方位開始軸に沿っているが、第２の垂直ストリート軸に位置合わせされた異なるクロス軸位置にある近接する第２の垂直開始点に巻き戻される。図11Aに描かれた実施形態においては、太線は、スキャン経路16に沿ったスクライブライン26を表しており、細線は、レーザをオフにするか、レーザパルスをブロックした状態でレーザビーム軸が移動する巻戻経路17（又はIRQ経路17）を表している。図11Aにおいて、レーザスクライビングは、スキャンフィールド14の左上隅に向かって開始され、垂直ストリートはすべて流れ方向22の風に相対して斜めに上から下に向かってスクライブされる。
【０１２１】
一番左の垂直ストリートがスキャンされた後、ビーム軸は、（レーザをオフにするか、レーザパルスをブロックした状態で）遷移経路に沿って第１の水平開始点に移動する。その後、スクライブライン26は、第２の方位開始軸に沿った第１の水平開始点から第１の水平ストリート軸に沿って所定のプロセス速度でスキャンされ、レーザビーム軸は、第２の方位開始軸に沿っているが、第２の水平ストリート軸に位置合わせされた異なるクロス軸位置にある近接する第２の水平開始点に巻き戻される。水平ストリートはすべて流れ方向22の風に相対して斜めに上から下に向かってスクライブされる。本明細書において、垂直及び水平は、相対的な用語として便宜上使用されており、ワークピース12は、最も一般的には、ストリートが床に平行となるような方位で支持されることは理解できよう。
【０１２２】
（30mm×30mmのような）大きなスキャンフィールド14全体におけるＸ軸方向ストリート及びＹ軸方向ストリートは、１つの連続動作により処理することができ、レーザビーム軸が巻戻経路又は遷移経路を通過している間は、レーザビームパルスがブロックされる。
【０１２３】
移動ビーム軸を用いる数多くの種類のビーム位置決めシステムは、非常に速くビーム軸を加速でき、移動できることに留意されたい。例えば、ガルバノメータを用いたシステムについての典型的な最高速度は、毎秒約４〜５メートル（m/s）であり、ビーム軸は、20ミリメートル（mm）のスキャンフィールド14を必要に応じて約４〜５ミリ秒（ms）で横断することができる。したがって、一方向ルーティングに対して追加される時間的不利益は少なく、そのような不利益は、ガス流れ方向22に対して大気圧変化を行うために必要とされる時間やワークピース12の方位を変更するために必要とされる時間に比べて無視できるものである。
【０１２４】
多くの実施形態においては、レーザ処理動作が完了するまで、レーザビーム軸は、いくつかのパスに対してスキャン経路にわたって方向付けられる。これらの繰り返されるスキャンパスは、前のスキャンパスと完全に重なるように、あるいは前のスキャンパスと部分的に重なるように、あるいは前のスキャンパスからずれて前のスキャンパスと重ならないように位置合わせされ、スクライブライン26がそれぞれ前のスクライブライン26と完全に重なる、部分的に重なる、あるいは前のスクライブライン26からずれて前のスクライブライン26と重ならないようにすることができる。
【０１２５】
さらに、それぞれのスキャンパスに対するレーザパラメータレシピを独立して選択してもよく、任意の２つのスキャンパスが、１以上の異なるレーザパラメータに対して１以上の異なる値を用いてもよい。さらに、レーザパラメータレシピは、スキャンパス内で変化してもよく、異なる直交スキャンパスセグメント間で変化してもよく、個々のスキャンパスセグメントで変化してもよい。例えば、平行ストリートの第１のセットを第１のレーザパラメータレシピで処理してもよく、平行ストリートの第２のセット（これらは第１のセットの平行ストリートと直交する）を、レーザビーム軸のスキャンが平行ストリートの第１のセットに沿って形成されたスクライブライン26を横切る際は常に（ストリートの２つのセットの交点が二重に処理されないように）レーザビームのパルスをブロック又は修正するレーザパラメータレシピで処理してもよい。
【０１２６】
図11Eは、ワークピース12上の簡略化した別の一方向スクライビングシーケンスを示す図である。図11Eを参照すると、移動パターン18は、より小さなスキャンフィールド14aのようなより小さな領域に適応可能である。より小さな移動パターン18又はスキャンフィールド14aは、個々のフィーチャ又はデバイスをワークピース12から分離するような、あるいは、（AOMのような）ビームステアリング構成要素の視野又は帯域幅制限を受け入れるような、あるいは、スループットを最大化するような、あるいは、レーザパラメータレシピを受け入れる又は利用するような、あるいは、過渡的レーザ材料相互作用を受け入れる又は利用するような寸法にすることができる。図11Eのスキャンフィールド14aは、直交ストリートの２つのペアの間に位置する個別回路を分離するような寸法とされている。
【０１２７】
スキャン経路は、コンポーネントスキャンフィールド14aにわたって連続的である。すべてのスクライブスキャンは、ガス流れ方向22に相対して斜めに方向付けられている。レーザビーム軸が、太線で表されている巻戻経路及び遷移経路に沿って移動している間は、ビームパルスがブロックされ、レーザビーム軸が、ワークピース12のストリートサブセグメントをスキャンしている間は、ビームパルスはブロックされない。
【０１２８】
コンポーネントスキャンフィールド14a内のそれぞれのスクライブスキャンの第１のパルスがすべて、前にスクライブされた領域（以前にスクライブされた隣接するコンポーネントスキャンフィールド14aに近接するスクライブセグメントの端部）上で開始するように位置決めされるようにコンポーネントスキャンフィールド14aをシーケンスで処理することができる。米国特許公開第2014/0312013公報は、隣接して重なり合うスキャンフィールド14を処理するためのビーム軸移動、コマンド制御、及びレーザパラメータレシピを含むレーザ処理方法をより詳細に開示している。米国特許公開第2014/0312013公報は、本件出願の譲受人に譲受され、参照により本明細書に組み込まれる。スキャン14自体が、ずっと大きなワークピース12上の数多くの隣接するスキャンフィールド14のうちの１つであってもよく、複数のコンポーネントスキャンフィールド14aを含んでいてもよいことに留意されたい。ある実施形態においては、スキャンフィールド14は、１対のガルバノメータ駆動ミラー96により処理される領域を表していてもよい。ある実施形態においては、スキャンフィールド14aは、AOM又は１対のAOMのような高速ステアリングデバイスにより処理される領域を表していてもよい。
【０１２９】
図12は、図10Bに示されるガス流れ方向及び処理方位と連係するスキャンフィールドシーケンス制御の実施形態を示す図である。図12に描かれているスキャンフィールドシーケンス制御スキームは、図11Aに関連して述べられたスキャンフィールドシーケンス制御にある程度類似している。しかしながら、図12に描かれているスキャンフィールドシーケンス制御スキームは、ワークピース12の右下部から開始し、垂直ストリートを下から上に向かってスクライブし、水平ストリートを右から左に向かってスクライブし、スキャン方向をガス流れ方向22に相対して斜めに方向付けている。ワークピース12のストリートは、支持ステージ及びビーム位置決めシステムに対して従来の方位に向けられており、ガス流れ方向22は、従来のＸ軸方向及びＹ軸方向スキャニングプロファイルに対して斜めに設定されることに留意されたい。このアプローチの利点は、ワークピースのストリートに沿ったビーム軸の位置決めと移動に関して、既存のソフトウェアを節約して使えることにある。
【０１３０】
図13Aは、ガス流れ方向22に対する斜め処理方位の別の実施形態を示す図である。図13Bは、図13Aに示される処理方位及びガス流れ方向の候補に連係するスキャンフィールドシーケンス制御の別の実施形態を示す図である。図13A及び図13Bを参照すると、標準的なガス流れ方向22により従来のガス流れシステムを節約して使うことができるが、ワークピース12は、そのストリートに対して45°の角度で支持ステージ及びビーム位置決めシステムに対する標準的な方位に従来のビーム位置決めソフトウェア命令を用いて搭載される。
【０１３１】
図13Bに描かれているスキャンフィールドシーケンス制御スキームは、図11A及び図12に関連して述べられたスキャンフィールドシーケンス制御スキームにある程度類似している。図13Bに描かれているスキャンフィールドシーケンス制御スキームは、ワークピース12の左下部から開始し、斜め左側ストリートを下から上に向かってスクライブし、斜め右側ストリートを下から上に向かってスクライブし、スキャン方向をガス流れ方向22に相対して斜めに方向付けている。
【０１３２】
図14は、複数の重なったスクライブライン26（261，262，263）の照射を示す図であり、それぞれのスクライブラインにおいてレーザスポットが重なっており、ワークピース12上に切溝のようなフィーチャを形成している。図14に関して、加工される切溝又はマークのようなワークピースフィーチャは、レーザビーム軸の単一のスキャンパスにより形成されるスクライブライン26の幅よりも広い幅を有していてもよい。隣接するスクライブライン26の中心のクロス軸間隔56は、所望の切溝幅、スポットサイズ、及び隣接するスクライブライン26間の所望の重なりの関数であってもよい。これらのパラメータは、ストリートを処理するため又はワークピースフィーチャを生成するために用いられるパスの数に直接影響を与え得る。レーザスポットのオン軸間隔は、所望のオン軸スポット重なり、レーザビームスポットサイズ、及びバイトサイズにより制御されてもよい。これらのパラメータは、ワークピース12に対するビーム軸の速度に直接影響を与え得る。これらのトピックの一部は、本件出願の譲受人に譲受されている米国特許第6,586,707号及び再発行特許第RE 43,400号に述べられており、これらは参照により本明細書に組み込まれる。
【０１３３】
図15は、フィーチャを形成するために使用されるスクライブライン26を重ねるための異なるパラメータレシピの例示的な適用例を示す図である。スキャンパスごとにレーザパラメータレシピを制御して、偶発的なレンズ後のビームステアリングやうねりを生じるレーザ材料相互作用を最小限にすることができる。すなわち、重なっているスクライブライン26のそれぞれに対するレシピを個別に作成されたレシピにより生成することができる（あるいはレシピを共有することができる）。例えば、切溝の中心のスクライブライン26は、切溝のエッジのスクライブライン26よりも高い線量又はエネルギーで形成することができ、切溝のエッジうねりが少なくなり、プロセス品質が改善される。先に述べたように、ストリートのそれぞれのスキャンパスの部分的セグメントが、異なるレシピコンポーネントを利用してもよい。同様に、Ｘ方向ストリート及びＹ方向ストリートは、レーザパラメータレシピを共有してもよいし、あるいは異なるレシピを有していてもよい。さらに、Ｘ方向スクライブライン26とＹ方向スクライブライン26との交点を、Ｘ方向スクライブライン26とＹ方向スクライブライン26の交差していない部分とは異なるパラメータで処理してもよい。また、パスが実行される順序はレシピの一部となり得る。特に、切溝の中央のスクライブライン262をスクライブライン261及び263のいずれかの前、あるいは261及び263の双方の後、あるいは261と263との間に処理することができる。繰り返し及びパスは同義的に用いられる場合があるが、繰り返しは、全く同一のレシピステップを２回以上行うことを示唆していることに留意されたい。その同一のレシピの繰り返しは、ダイシング用途において用いられることが多い。
【０１３４】
図16A及び図16Bは、フィーチャを形成するための複数の重なったスクライブライン26の別のスキャンパスシーケンスを示す図である。特に、重なったスクライブライン26がストリートセグメント内でスキャンされる順序を制御することができる。うねり効果は、使用されるパルスエネルギーと除去される材料の体積と相関関係がある。順序及び／又は重なるスクライブライン26の相対位置を変えることにより、「内側から外側への」スクライブ順序とすることでうねりを切溝の内部に効果的に隠すことができる。第１のスクライブライン26はストリートの中央近傍となり、後続のスクライブラインは、所望の切溝幅が得られるまでストリート中央からより離れたところに位置決めされる。
【０１３５】
図16Bを参照すると、ある実施形態については「内側から外側への」スクライブ順序を実施することができる。特に、切溝の中線に対して行われるスキャンよりも低いパルスエネルギーで、図示された実施形態の第１のスキャン及び第２のスキャンを行ってもよい。
【０１３６】
また、数多くの他のスクライブ順序が考えられることは理解されよう。例えば、特に、切溝のエッジのスクライブライン26がより低いパルスエネルギーで形成される場合には、連続的に隣接するスクライブ順序を用いることができる。同様に、ランダムな順序を用いることができる。
【０１３７】
レシピプロセスステップは、単一のスクライブライン26を含み得る。典型的には、エネルギー、速度、バイトサイズ、及びクロス軸位置において異なり得る複数のレシピプロセスステップを用いて所望の幅の切溝を生成することができる。デフォルトのシーケンスレシピ処理は「最初に幅」であり、この処理では、それぞれのレシピプロセスステップが、第２のレシピステップに進む前に、Ｘ方向ストリートセグメント及びＹ方向ストリートセグメントにわたって配分される。また、この最初に幅のレシピ処理シーケンスは、典型的には、第２のレシピステップに進む前に、同一のレシピを用いたパスをすべて繰り返すことを含んでいる。しかしながら、ある実施形態については、「最初に深さ」タイプのレシピを用いることができ、次のストリートセグメントに移動する前に、すべてのレシピステップが単一のストリートセグメントに行われる。
【０１３８】
典型的なレシピパラメータは、0.1〜20μJのパルスエネルギーレベル、100KHz〜100MHzのパルス繰り返し率、0.1psから500ns、特に0.1psから１μsのパルス幅、208nmから1700nm（好ましくはUV、緑色、又はIR）の波長、10〜50μmのスポットサイズ（長軸、直径、又はスポットウェスト）、0.1〜20μmのバイトサイズ、約４〜５m/sまでのスキャン速度、ガウス形、「トップハット」又は「椅子形」のうちいずれか１つを含む時間的パルス形状、丸形、円形、正方形、楕円形、矩形、ベゼル形、又はドーナツ形のうちいずれか１つを含む空間的パルス形状、連続モード、パルスモード、又はバーストモードのうちいずれか１つを含むレーザモードを含んでいる。
【０１３９】
優勢ガス流れ方向25とは反対側で斜めの方向にスキャンすることにより、風に垂直な方向にスキャンするために使用されるときよりも高いパルスエネルギー又はフルエンスを利用することができる。風に垂直な方向にスキャンする際には、高いパルスエネルギー及びフルエンスでうねり特性が比較的悪くなる。ある実施形態においては、パルスエネルギーは２μJ以上である。ある実施形態においては、パルスエネルギーは６μJ以上である。ある実施形態においては、バイトサイズは５μm以下である。ある実施形態においては、スポット重なりは50％以上である。ある実施形態においては、横スキャン制限時間は0.5秒以下である。ある実施形態においては、繰り返し率は１MHz以上である。
【０１４０】
図17は、本明細書で述べられた連動ガス流れとスキャンニング手法を実施することができるガス流れアセンブリ62を用いた簡略化レーザ微細加工システム60の模式図である。再び図17を参照すると、例示的なレーザ微細加工システム60のレーザ64は、レーザパルスビームを種々の光学要素68、パルス選定デバイス74、１以上の折り畳みミラー78を通って、ビーム位置決めシステム82のファーストポジショナ80に至る光路66に沿って出射し、最終的に光路66のビーム軸84をスキャンレンズ85を通してワークピース12の表面88上のスポット位置86に照射する。ある実施形態においては、ファーストポジショナ80及びスキャンレンズは、例えばガントリーシステムのレールに沿って、ユニットとして移動可能なレーザスキャニングヘッドを形成するように構成されていてもよい。光学要素68は、光路66に沿った様々な位置に配置される、ビームエキスパンダレンズ要素のような種々の公知の光学系、音響光学デバイスや電気光学デバイスのような光学減衰器、及び／又は例えばエネルギー、タイミング、又は位置用のフィードバックセンサを含み得る。
【０１４１】
パルス選定デバイス74は、レーザパルスが光路66に沿ってさらに伝搬することを阻止又は許容して、どのレーザパルスがワークピース12に当たることが許容されているかを決定する高速シャッタとして動作する。パルス選定デバイス74は、電気光学デバイス又は音響光学変調器（AOM）90を含み得る。AOM90は、コントローラ94からAOM信号経路92に沿って伝達されるAOMコマンド信号に反応する。AOMコマンド信号は、AOM90上で変換器を形成し、光路66をファーストポジショナ80に合わせるか、合わせない所定の出口角度に沿ってAOM90を伝搬するビームを逸らす音波をAOM内で開始する。あるいは、移動パターン18の非衝突部分17の間にレーザ64がビームを生成するのを防止するために内部共振器Ｑスイッチ106を用いることができる。
【０１４２】
ファーストポジショナ80は、比較的大きなスキャンフィールド14にわたってビーム軸84の方向を素早く変更できる任意のビーム位置決めデバイスを含み得る。ある実施形態においては、ファーストポジショナ80は、１対のガルバノメータ駆動Ｘ軸及びＹ軸ミラー96ワークピース12を含み得る。ある実施形態においては、スキャンフィールド14は、10mmから100mmの直径（又は長軸）を有する。ある実施形態においては、スキャンフィールド14は、15mmを超える直径を有する。ある実施形態においては、スキャンフィールド14は、25mmから50mmの直径を有する。ある実施形態においては、スキャンフィールド14は、75mmよりも小さい直径を有する。ある実施形態においては、スキャンフィールド14は、スキャニングレンズのエッジ効果によりレーザ処理には使用できないガルバノメータ移動領域を含んでいてもよく、このため、利用可能な処理フィールド15（例えば図１、図５、図10A、図11A、及び図11E）がスキャンフィールド14よりも小さくてもよい。
【０１４３】
望ましいスキャンフィールド14のサイズによっては、ファーストポジショナ80は、ガルバノメータミラー96よりもビーム偏向範囲が小さい傾向があるものの、音響光学デバイスや変形可能ミラー（又は他のファーストステアリングミラー）のような高速ポジショナを代替的に用いてもよい。あるいは、ガルバノメータミラー96に加えて高速ポジショナを用いてもよく、高速ポジショナをガルバノメータミラー96により提供されるビーム軸84の制御と移動に統合することができ、あるいは、例えば誤差訂正のためにガルバノメータミラー96により提供されるビーム軸84の移動に高速ポジショナを重ねることができる。ある実施形態においては、ファーストポジショナ80は固定位置に支持されている。他の実施形態においては、ファーストポジショナ80は、例えば分割軸システム内のワークピース12に対して移動可能なステージにより支持される。例示的なファーストポジショナ80は、数百キロヘルツの帯域幅を有し、約２又は３m/sから約10m/sの線形速度及び約1000から2000Gの加速度を実現できる。これらの範囲よりも下の線形速度でもよいことは言うまでもない。
【０１４４】
ある実施形態においては、ビーム位置決めシステム82は、ワークピース12を支持するチャック98を支持し得る上側ステージ102と上側ステージ82を支持する下側ステージ104のような少なくとも２つのプラットフォームを好ましくは制御するワークピース位置決めステージ100を利用する。チャック又はワークピース12は、典型的には、ビーム位置決めシステム82の動作能力の範囲により規定することができ、必要に応じてステージの移動の範囲を含み得る処理ステーション内に置かれるか、方向付けられる。ある実施形態においては、処理ステーションに対して、あるいはスキャンフィールド14又は処理フィールド15に対してワークピース12又はチャック98を方向付けてもよい。ある実施形態においては、方向付けのために１以上のフィーチャを用いてもよい。ある実施形態においては、これらのフィーチャは基準マーク、ストリート、又は特定のアライメントマークなどであり得る。他のアライメント方向付けの手法を用いることができる。（例えばソフトウェア又は処理レシピにより予め決められた）特定のスキャンフィールド14又は処理フィールド15の方位に対してワークピースを位置合わせすることができ、あるいは、ワークピース12上のフィーチャに対してスキャンフィールド14又は処理フィールド15を位置合わせすることができることに留意されたい。
【０１４５】
これらの上側ステージ102及び下側ステージ104は、典型的には、リニアモータによって移動され、一般的にＸＹステージと呼ばれ、上側ステージ102はある軸に沿って移動可能で下側ステージ104の他の軸に沿って移動可能となっている。典型的なワークピース位置決めステージ100は、数十キロヘルツの帯域幅を有し、２又は３m/secの速度及び1.5G以上の加速度を実現可能である。現在の費用対効果の良い並進ステージは、約400mm/sから約１m/sの範囲で動作する。それらのステージは、ずっとゆっくり移動可能であってもよいことは言うまでもない。ワークピース位置決めステージ100の動作包絡面は、典型的には、ガルバノメータミラー96のスキャンフィールド14よりもずっと大きい。
【０１４６】
ある実施形態においては、レーザ微細加工システム60は、レーザダイシングをステップ状に繰り返して行う。ワークピース位置決めステージ100は、ファーストポジショナ80により行われるダイシング動作中にワークピースの位置が維持されるような位置にワークピース12をファーストポジショナ80及びビーム軸84に対して移動させる。特に、ワークピース位置決めステージ100は、ガルバノメータミラー96のスキャンフィールド14内にワークピース12の特定の領域を位置決めしてもよい。スキャンフィールド14にわたってワークピース位置決めステージ100を完全に停止させつつ、ガルバノメータミラー96は、ワークピース12にわたるスキャンフィールド14内に１以上のカッティングスキャン経路16を含む１以上のレシピ又は移動パターン18を実現するようにビーム軸84を方向付けてもよい。ある実施形態においては、望ましいスループットのために、与えられたスキャンフィールド14にわたる移動パターン18のパスのすべてが完了するまで、ビーム軸84は停止することがない。
【０１４７】
移動パターン18におけるビーム軸84の１以上のパスの後、ワークピース位置決めステージ100は、スキャンフィールド14の隣接領域など、ワークピース12の異なる領域上にガルバノメータミラー96のスキャンフィールド14を位置決めするように移動してもよい。ある実施形態については、ビーム軸84が加速している間はレーザ処理が行われない。一定速度の移動と一定の繰り返し率のパルスとともにビーム軸を利用する利点としては、レーザパルス特性が安定し予測可能になることが挙げられる。
【０１４８】
本明細書に開示された手法は、オレゴン州ポートランドの例えばElectro Scientific Industries社（ESI）により販売されているESIモデル9900及び9970の装置上で実現できる。これらの装置は、ガルバノメータを用いたビーム位置決めシステムを利用している。さらに、本明細書に開示された手法は、任意のESIのガルバノメータを用いたスクライビングシステム、ダイシングシステム、又はマーキングレーザシステム上で実現できる。また、本明細書に開示された手法は、可動ビームステアリング軸を利用する任意のESIのレーザシステム上で実現できる。
【０１４９】
一方向レーザスキャニングに対して互いに排他的ではない、米国特許第6,586,707号、米国特許第6,841,482号、米国特許第7,947,575号、米国特許公開第2011/0029124号公報、及び米国特許公開第2014/0312013号に開示されている、ビーム軸の移動、コマンド制御、及びレーザパラメータレシピをはじめとするレーザシステム及びレーザ処理手法のいずれも、レーザスキャニング方向が本明細書に開示されている優勢ガス流れ方向25に相対して斜めに方向付けられるように実現することができる。米国特許第6,586,707号、米国特許第6,841,482号、米国特許第7,947,575号、米国特許公開第2011/0029124号、及び米国特許公開第2014/0312013は、本件出願の譲受人に譲受されており、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１５０】
加えて、一方向レーザスキャニングに対して互いに排他的ではない、米国再発行特許第RE 43,400号に開示されている、ビーム軸の移動、コマンド制御、及びレーザパラメータレシピをはじめとするレーザシステム及びレーザ処理手法のいずれも、レーザスキャニング方向が本明細書に開示されている優勢ガス流れ方向25に対向して斜めに方向付けられるように実現することができる。米国再発行特許第RE 43,400号は、本件出願の譲受人に譲受されており、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１５１】
また、ガス流れ方向に対するスキャン方向の手法は、同時に又は順次にレーザスキャンを行うために複数のビームを用いるレーザシステム上で実現することができる。ある実施形態においては、直交する方向にスキャンを行うために２つのビームを用いてもよい。
【０１５２】
図18Aは、累積的ガス流れが意図されたスキャン経路16に対して斜めに方向付けられるようにスキャンフィールド14上に方向付けられたガス流れアセンブリ62の例示的な実施形態の簡略化平面図である。図18Bは、図18Aに示されるガス流れアセンブリ62の右側上部背面等角図である。図18Cは、図18Aに示されるガス流れアセンブリ62の左側底部前面等角図である。図17、図18A、図18B、及び図18Cを参照すると、ガス流れアセンブリ62は、排気管116の排気入口ポート114からスキャンフィールドフレーム112を横切って配置され得るエアナイフのような１以上のガス注入デバイス110を含み得る。
【０１５３】
ガス注入デバイス110は、単一のノズル120又は複数のノズル120を用いてもよく、複数のノズル120は、同様の方向に向いていてもよく、異なる方向に向いていてもよい。さらに、それぞれのノズル120は、同一のガス圧力又は速度及び空気流形状を提供してもよく、あるいは、ノズル120は、異なる圧力又は速度及びガス流形状を提供してもよい。これらの特性を有するノズル120を予め設けてもよく、あるいは、ノズル120の圧力、速度、及び形状を個々に調整可能としてもよい。また、そのような個々に制御可能なノズル120は、コントローラ94により直接又は間接的に制御することができる。ある実施形態においては、ノズル120は、ワークピース12の表面88に対して比較的平行となるように平均ガス流れを供給するように方向付けられる。ある実施形態においては、ノズル120は、ワークピース12の表面88に少なくとも部分的に向けられるようにガス流れを提供するように方向付けられる。ある実施形態においては、ノズルは、ワークピース12の表面88に送り出されるガス流れ成分と、ワークピース12の表面88から遠ざかる方向に送り出されるガス流れ成分とを提供するように適応される。送り出す角度は、同じである必要はなく、コントローラにより直接又は間接的に制御される。ノズル120に組み込まれる変動性又は位置的融通性は、コントローラ94により直接又は間接的に制御することができる。
【０１５４】
ガス注入デバイス110は、貫通ガス入力ポート122により加圧ガス源（図示せず）からホース又は他の管を介して供給され得る。ガス入力ポート122を流れる空気の圧力は、コントローラ94により直接又は間接的に制御することができる。また、ノズル120により供給されるガスの速度は、うねりに影響を与え得る。概して、ガス入力速度が非ゼロ値まで低いほど良い。換言すれば、一般的に、ガス入力速度が低くなるとうねりが減る。ある実施形態においては、用いられるガスは、ガス入力ポート122を介して供給される前の窒素、酸素、又は空気（濾過されていてもよい）のいずれかである。そのガスは他の組成を含んでいてもよく、液体や気体など任意のタイプの流体を用いることができることは理解されよう。
【０１５５】
スキャンフィールドフレーム112は、ガス注入デバイスs110を支持するガス注入支持構造124を排気管116の排気入口ポート114に物理的に接続してもよい。一般的に、スキャンフィールドフレーム112は、スキャンフィールド14の面積よりも大きな、あるいは処理フィールド15の面積よりも大きな、遮られていないガス流れフィールド123を規定する。ある実施形態においては、スキャンフィールドフレーム14（又はガス流れフィールド123）の長さ及び幅の寸法のうち１つ以上は、処理フィールド15の対角寸法よりも大きいか、あるいはスキャンフィールド14の直径又は長軸よりも大きい。
【０１５６】
ある実施形態においては、スキャンフィールドフレーム112は、スキャンフィールドフレーム112のガス流れフィールド123上で、エッジ124aと124bとの間に付加上面を有しておらず、エッジ124cと124dとの間で付加底面を有していない。しかしながら、ある実施形態においては、スキャンフィールドフレーム112は、レーザビームの波長に対して透明であれば上部カバー面をエッジ124aと124bとの間で用いることができる。ある実施形態においては、スキャンフィールドフレーム112は、エッジ124aと124cとの間の側壁126a及び／又はエッジ124bと124dとの間の側壁126bを用いる。
【０１５７】
ある実施形態においては、優勢ガス流れ方向25は、側壁126a及び126bの一方又は双方に対して平行であり、ワークピース12のストリートが優勢ガス流れ方向25に対して斜めに方向付けられるように、スキャンフィールドフレーム112がワークピース12の表面88の上方に配置される。先に述べたように、相対的な方向付けは、ワークピース12のストリートを処理フィールド15及びレーザ微細加工システム60に対する標準方位に向けることにより、また、ワークピース12のストリートの方向に対して斜めになるようにガス流れアセンブリ62（又は特にスキャンフィールドフレーム112）を方向付けることにより実現することができる。あるいは、ワークピースストリートの標準方位に揃うようにガス流れアセンブリ62（又は特にスキャンフィールドフレーム112）を方向付けることができるが、そのストリートが処理フィールド15の標準方位に対して斜めに向くようにワークピース12を方向付けることができる。
【０１５８】
ある実施形態においては、排気管116は、優勢ガス流れ方向25に対して概して平行な長軸を有していてもよい。しかしながら、ある実施形態においては、排気管116は、排気入口ポート114と真空源（図示せず）に直接又は間接的に接続され得る排気出口ポート130との間に１以上の角度を有していてもよい。真空源により提供される真空吸引量は、コントローラ94により直接又は間接的に制御され得る。また、ガス流れアセンブリ62は、ガス流れを方向付けてデブリ除去の補助とするためにノズル近傍又は排気管116の近傍でオプションのブレードバルブ又はバッフル134を用いてもよい。
【０１５９】
ワークピース12に対して独立した移動をするようにガス流れアセンブリ62を設けることができる。ある実施形態においては、ガス流れアセンブリ62は、レーザスキャニングヘッドの移動及び任意の与えられた処理フィールド15に対するレーザビーム軸84の開始位置と連係してガス流れフィールド123を簡単に移動できるように、取付ブラケット132により、レーザスキャニングヘッド（又はファーストポジショナヘッド）又は（スキャンレンズ85のような）仕上げ光学系を支持する光学ベンチに直接又は（押さえネジ138のような任意のタイプのコネクタにより接触プレート136を介して）間接的に取り付けることができる。取付ブラケット132は、スキャンフィールド14とスキャンフィールドフレーム112との間の位置調整を可能にし、さらに／あるいは、ワークピース12の表面88に対するガス流れアセンブリ62の先端調整又は傾き調整を可能にすることは理解できよう。スキャンフィールド14とガス流れアセンブリ62とが（ワークピース12全体の処理動作中に）独立して移動可能であれば、それらの相対的な移動又は協調した移動をコントローラ94により直接又は間接的に制御することができることも理解できよう。
【０１６０】
先に述べたように、ワークピース12の表面88に対する排気入口ポート114の高さ又は高度もうねりに影響を与え得る。概して、より高いと、真空引き、導入されるガスの力、角度、及び高さ、及びデブリの組成及び化学的状態によって影響を受ける限界までより良くなる。換言すれば、排気ポート114の高さがワークピース12の表面88に対して増えると、観察されるうねりを減らすことができる。ある実施形態においては、ガス流れアセンブリ62（又は排気入口ポート114）の底部は、ワークピース12の表面88に対して高さが１mmから20mmの範囲にあり得る。ある実施形態においては、ガス流れアセンブリ62（又は排気入口ポート114）の底部は、ワークピース12の表面88に対して高さが２mmから10mmの範囲にあり得る。ある実施形態においては、ガス流れアセンブリ62（又は排気入口ポート114）の底部は、ワークピース12の表面88に対して高さが３mmから７mmの範囲にあり得る。ある実施形態においては、ガス流れアセンブリ62（又は排気入口ポート114）の底部は、ワークピース12の表面88に対して高さが４mmから６mmの範囲にあり得る。もちろん、ワークピース12の表面88に対する高さが１mm未満であってもよく、20mmよりも大きくてもよい。ある実施形態においては、エアノズル120は、ガス流れアセンブリ162の底部に向けて配置され、排気入口ポート114の断面領域の主要部よりも低い位置にある。
【０１６１】
上記は、本発明のほんのいくつかの実施形態を説明したものであって、これに限定するものとして解釈されるものではない。いくつかの特定の例示的実施形態が述べられたが、当業者は、本発明の新規な教示や利点から大きく逸脱することなく、開示された例示的実施形態及び考えられる他の実施形態に対して多くの改良が可能であることを容易に認識するであろう。
【０１６２】
したがって、そのような改良はすべて、特許請求の範囲において規定される本発明の範囲に含まれることを意図している。例えば、当業者は、そのような組み合わせが互いに排他的になる場合を除いて、いずれかの文や段落の主題を他の文や段落の一部又は全部の主題と組み合わせることができることを理解するであろう。
【０１６３】
当業者には、本発明の根底にある原理を逸脱することなく、上述した実施形態の詳細に対して多くの変更を行うことができることは自明である。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲とこれに含まれるべき請求項の均等物とによって決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【国際調査報告】
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