(57)【要約】【課題】基本波の波長が赤外域の超短パルスレーザ光でレーザ加工を行う際に、被加工物上に堆積するデブリがより少ないレーザ加工を実現すること。【解決手段】レーザ発振器１から出射されるパルスレーザ光を、シリコンを主成分とする被加工物１５に照射することでレーザ加工を行う際に、パルスレーザ光は、パルス幅が３０フェムト秒以上１００ピコ秒以下、かつ基本波の波長が赤外域のものとする。加工する際には、パルスレーザ光を透過する窓４ａを有するチャンバ４に被加工物１５を収納し、チャンバ４に六フッ化硫黄の反応性ガスを導入する。次いで、チャンバ４に導入した反応性ガスの分圧を１０ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下に保ちながら窓４ａを介して被加工物１５にパルスレーザ光を照射することでレーザ加工を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から出射されるパルスレーザ光を、シリコンを主成分とする被加工物に照射することでレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
前記パルスレーザ光は、パルス幅が３０フェムト秒以上１００ピコ秒以下、かつ基本波の波長が赤外域であり、
前記パルスレーザ光が透過する窓を有する加工容器に前記被加工物を収納し、前記加工容器に六フッ化硫黄の反応性ガスを導入するガス導入ステップと、
前記加工容器に導入した反応性ガスの分圧を１０ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下に保ちながら前記窓を介して前記被加工物に前記パルスレーザ光を照射することで前記レーザ加工を行う加工ステップと、を備えたことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記加工ステップでは、前記加工容器に導入した反応性ガスの分圧を３０ｋＰａ以上３５０ｋＰａ以下に保つことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記加工ステップでは、前記加工容器に導入した反応性ガスの分圧を２００ｋＰａ以上３５０ｋＰａ以下に保つことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記加工ステップでは、前記加工容器に導入した反応性ガスの分圧を１００ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下に保つことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記加工ステップでは、前記加工容器に導入した反応性ガスの分圧を２００ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下に保つことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ加工方法によって吐出口を加工することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項６記載のインクジェットヘッドの製造方法により製造されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザ光を照射することにより被加工物を除去加工するレーザ加工方法、インクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物に対して反応性を有するガス雰囲気中でレーザ照射を行うことは良く知られている。たとえば、シリコンを主成分とする被加工物であれば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）などに代表されるフッ素化合物ガスのフッ素をラジカル化した状態においてレーザ加工することでこの加工を実現できる。
【０００３】
従来、波長０．５５μｍ以下のレーザ光によりＳＦ６を光解離するとともに、被加工物であるシリコンのＳＦ６中での加工閾値を超える出力密度にてレーザ照射を行って、レーザ加工を行う方法が知られている（特許文献１参照）。ＳＦ６ガスが吸収可能な０．５５μｍ以下の波長のレーザ光をＳＦ６に照射することにより、フッ素ラジカルが生成される。ＳＦ６中での加工閾値を超える出力密度にてレーザ光が照射されているので、同じレーザ光によってシリコン材料の除去作用が発生する。さらにフッ素ラジカルによるエッチング作用で、シリコンがエッチングされる。さらには副生成物（デブリ）もフッ素ラジカルによるエッチング作用によって、被加工物表面へのデブリの堆積を抑制しようとしている。
【０００４】
ところで、近年、超短パルスレーザ光と呼ばれるパルスレーザ光を出射するレーザ発振器が出現してきている。従来のレーザ光による除去作用は被加工物を加熱し、材料を蒸発させる作用が支配的な熱的プロセスであった。
【０００５】
これに対して非特許文献１には、１００ピコ秒以下のパルス幅を有する超短パルスレーザ光によるレーザ加工では非熱的な加工プロセスとなることが記載されている。また非特許文献２には、超短パルスレーザ加工では、クーロン爆発と呼ばれる過程によって材料がイオン化された状態での放出、あるいは蒸発過程によって気体状態での材料の噴出によって除去作用が進行することが記載されている。
【０００６】
従来のレーザ光では溶融が支配的であり、液相での噴出による除去作用が支配的であり、被加工物の加工面には溶融層が残り、加工領域端部には液相が盛り上がって固化したバリ、加工領域周辺部に溶融飛散物の落下又は固着があった。
【０００７】
これに対して超短パルスレーザ光での除去作用はイオンや気相での噴出が支配的であるため、溶融層がごく薄く、バリや溶融飛散物の落下又は固着を低減できるとしている。これにより、超短パルスレーザ加工は高精度かつ高品位な加工ができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００６−５２０５３４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｅ．Ｇ．Ｇａｍａｌｙら、Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍｓ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ（Ｖｏｌ．２３、ｐ．１６７〜１７６、２００５）
【非特許文献２】Ｆ．Ｄａｕｓｉｎｇｅｒら、ＲＩＫＥＮ  Ｒｅｖｉｅｗ（Ｎｏ．５０、ｐ．７７〜８２、２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記非特許文献１，２に記載の超短パルスレーザ光を用いたレーザ加工方法では、イオンや気相での噴出が支配的であったとしても、被加工物から飛散されるシリコン粒子がなくなったわけではない。したがって、更なる高精度かつ高品位なレーザ加工を実現するには、この飛散粒子がデブリとなって被加工物に堆積し固着してしまうのを抑制する必要があった。
【００１１】
また、上記特許文献１には、レーザ光を０．５５μｍ以下の波長とすることで、反応性ガスをレーザ光で直接的に解離させてラジカルを含むプラズマを生成させることが開示されている。反応性ガスがレーザ光を吸収し、かつ、レーザ光の光子エネルギが反応性ガス分子の解離に必要なエネルギをもつことが波長選択の制約条件となっている。ところで、産業用に用いられるレーザ発振器の中で、加工に用いられるレーザ光の基本波の波長は赤外域であることが非常に多い。基本波とは、レーザ発振器が用いるレーザ媒質から出る波長のことを指している。高い出力が得やすく、また、レーザ媒質の励起源に半導体レーザを用いることで高い安定性とメンテナンス性を確保することができることなどから、赤外域が基本波のレーザ光が非常に多い。基本波が赤外域のレーザ光に対して非線形光学結晶を用いた高調波変換を行うことで、可視域あるいは紫外域などのより短い波長を得ることができる。しかしながら、高調波変換では、２次高調波変換で２０〜５０％程度の損失を伴う。さらに高次の高調波変換ではさらに損失が大きくなる。
【００１２】
ところで、産業的に用いられる超短パルスレーザ光の発振方式は複数あるが、基本波は赤外域であることがほとんどである。例示すればチタンサファイアを媒質としたレーザ発振器は０．７〜０．９μｍであるし、Ｎｄ：ＹＶＯ４を媒質としたレーザ発振器は１．０６４μｍ前後である。したがって、高調波変換せずに、基本波が赤外域のレーザ光を用いて反応性ガスをラジカル化できた方がコストの面で望ましい。
【００１３】
そこで、本発明は、基本波の波長が赤外域の超短パルスレーザ光でレーザ加工を行う際に、被加工物上に堆積するデブリがより少ないレーザ加工を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のレーザ加工方法は、レーザ発振器から出射されるパルスレーザ光を、シリコンを主成分とする被加工物に照射することでレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、前記パルスレーザ光は、パルス幅が３０フェムト秒以上１００ピコ秒以下、かつ基本波の波長が赤外域であり、前記パルスレーザ光が透過する窓を有する加工容器に前記被加工物を収納し、前記加工容器に六フッ化硫黄の反応性ガスを導入するガス導入ステップと、前記加工容器に導入した反応性ガスの分圧を１０ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下に保ちながら前記窓を介して前記被加工物に前記パルスレーザ光を照射することで前記レーザ加工を行う加工ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記レーザ加工方法によって吐出口を加工することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記インクジェットの製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、パルス幅が３０フェムト秒以上１００ピコ秒以下と非常に短いため、ピークパワーが高い。このため、基本波の波長が赤外域であっても六フッ化硫黄の反応性ガスからフッ素ラジカルが得られる。したがって、フッ素ラジカルを発生させるためにパルスレーザ光の高調波変換などを行う必要がない。
【００１８】
さらに、加工容器に導入した反応性ガスの分圧を１０ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下に保つことで、被加工物から飛散した粒子の大半が気中でパルスレーザ光及びフッ素ラジカルにより効率よくガス化され、被加工物表面へのデブリの堆積量が削減される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例における、ＳＦ６のガス圧力に対する除去体積と相対デブリ堆積量の関係を示すグラフである。
【図３】インクジェットヘッドの概略構成を示す説明図である。（ａ）はインクジェットヘッドの平面図、（ｂ）はインクジェットヘッドの正面図、（ｃ）はインクジェットヘッドの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す説明図である。本実施形態の被加工物１５は、シリコンを主成分とするシリコンウェハである。レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１と、ビームエキスパンダ２と、ｆθレンズを有する２軸ガルバノスキャナ３と、窓４ａを有する加工容器（密閉容器）であるチャンバ４と、を備えている。チャンバ４には、ガス供給管５が接続され、ガス供給管５には、ガス管８とガス管１０とが分岐して接続されている。ガス管８には、反応性ガスである六フッ化硫黄（ＳＦ６）のガスが導かれ、ガス管８及びガス供給管５を通じてチャンバ４の内部にＳＦ６ガスを導入することができる。また、ガス管１０には、置換用ガスである窒素（Ｎ２）のガスが導かれ、ガス管１０及びガス供給管５を通じてチャンバ４の内部に窒素ガスを導入することができる。このようにガス管８，１０が２系統に分岐しているのは、加工終了後チャンバ開放前に窒素ガス等の置換用ガスを導入するためである。なおガス管の分岐は適宜設ければよく、必須のものではない。
【００２１】
ガス供給管５の途中には、圧力計６と、圧力計６の上流側に流路を開閉可能な弁７とが設けられている。この弁７により、チャンバ４へのガスの供給の開始・停止をすることができる。また、ガス管８には流路を開閉可能な弁９が設けられ、ガス管１０には流路を開閉可能な弁１１が設けられている。また、チャンバ４には、排気管１２を介して真空ポンプ１４が接続され、排気管１２には、流路を開閉可能な弁１３が設けられている。
【００２２】
レーザ発振器１は、基本波の波長が赤外域であるパルスレーザ光を出射する。レーザ発振器１から出射されたパルスレーザ光は、ビームエキスパンダ２によってビーム径が拡大され、２軸ガルバノスキャナ３に導かれる。この２軸ガルバノスキャナ３によりレーザ発振器１から出射されたパルスレーザ光を被加工物１５の表面上で加工に適切なエネルギ密度、加工形状に適したスポット形状となるように集光・整形を行う。レーザ発振器１から出射されるパルスレーザ光を被加工物１５の表面に照射することで被加工物１５の表面のレーザ加工が行われる。なお、このほかにたとえば、被加工物１５を載置したステージによって移動させてもよいし、ポリゴンミラーによってレーザ光を走査させながら、その走査方向に対して直交する方向に被加工物１５をステージで移動させるようにしてもよい。
【００２３】
チャンバ４の内部には、被加工物１５が収納され、被加工物１５が窓４ａに相対する位置に配置される。チャンバ４の窓４ａは、レーザ光の入射方向にはレーザ光を透過可能な透光部材で構成されており、チャンバ４の内部を気密状態に保持することができるようになっている。被加工物１５の表面のレーザ光照射位置付近にはＳＦ６ガスが供給され、適切な分圧でＳＦ６ガスを保持することができる。
【００２４】
ところで、本実施形態では、レーザ発振器１はパルス幅が３０フェムト秒以上１００ピコ秒以下であるパルスレーザ光を出射するよう構成されており、被加工物１５にはパルス幅が３０フェムト秒以上１００ピコ秒以下であるパルスレーザ光が照射される。このパルスレーザ光が被加工物１５に照射されて除去加工がなされる。
【００２５】
パルスレーザ光のパルス幅とスペクトル幅は相反する関係にあり、パルス幅が短くなるほどスペクトル幅は広くなる。３０フェムト秒では、スペクトル幅は５０ｎｍ程度となる。これ以上スペクトル幅が広いと、ビームを集光照射するためのレンズでの収差が拡大する。また、レンズ透過の際に発生するパルス幅が伸長する現象も無視できなくなってくる。これらの原因により加工精度が低下する。したがって、パルス幅は３０フェムト秒以上が好ましい。
【００２６】
また、パルス幅１００ピコ秒以下のパルスレーザ光による加工では非熱的な加工プロセスとなる。このためレーザ光によるエッチング作用において、被加工物１５から噴出する粒子（以下、噴出粒子）、気体あるいはイオンが支配的となる。我々は、このパルス幅領域のレーザ光による加工における噴出粒子の粒径に着目した。大気中で加工を行った場合、その粒径は数十〜数百ｎｍ程度と非常に微小である。一方、パルス幅が１００ピコ秒以上のレーザによる加工では噴出粒子の粒径は数十〜数百μｍに達する。これは材料が主として液体の状態で噴出するためと考えられる。噴出粒子の粒径が微小であるということは、反応性ガスによるエッチング効果が噴出粒子に作用する場合、粒子１個の反応時間も非常に短くなることが期待できる。フッ素化合物ガスのフッ素をラジカル化して反応性を得る場合などは、このラジカル化したフッ素の発生領域はごく限られた領域となる。噴出粒子１個のエッチング反応時間が短くなるほど、噴出粒子総量に対するエッチング反応率を高めることができる。したがって、パルス幅は１００ピコ秒以下が好ましい。
【００２７】
次に、上述したレーザ加工装置１００を用いたレーザ加工方法について図１を参照しながら説明する。まず、チャンバ４に被加工物１５を収納し、密閉状態とする。そして、弁１３を開く。弁７，９，１１は閉鎖状態である。この状態で真空ポンプ１４を動作させてチャンバ４内の空気を排出した後、弁１３を閉じ、弁７，９を開けて、ガス管８，５を通じてチャンバ４の内部に六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスである反応性ガスを導入する（ガス導入ステップ）。このとき、圧力計６をモニタして、チャンバ４に導入した反応性ガスの分圧が所定圧力に達するまで、チャンバ４に反応性ガスを導入する。所定圧力は、本実施形態では、１０ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下の範囲内の圧力である。次いで、チャンバ４内の反応性ガスの分圧が所定圧力となったら弁７，９を閉じる。そして、この所定圧力を保ちながら窓４ａを介して被加工物１５にパルスレーザ光を照射することでレーザ加工を行う（加工ステップ）。なお、真空排気の工程は必須ではないが、短時間高効率なガス導入のために望ましい。フッ素化合物ガスの適切な分圧が保たれるようにして、加工中適宜ガスを循環あるいは置換をさせてもよい。
【００２８】
ここで、特許文献１では、光子エネルギの高い短波長領域のレーザ光を用いることで、レーザ光によるフッ素化合物ガス分子の直接励起によってラジカル化を行っていた。これに対し、本実施形態では、パルスレーザ光のパルス幅が非常に短いためピークパワーが高い。このため、パルスレーザ光の照射により、絶縁破壊過程によってフッ素ラジカルが得られると考えられる。これにより、赤外域のパルスレーザ光によってもＳＦ６ガスに反応性が生じ、エッチング作用が発現する。つまり、パルスレーザ光がＳＦ６ガスに照射されると、フッ素ラジカルが発生し、シリコンを主成分とする被加工物１５に対してエッチング作用を発現する。
【００２９】
被加工物１５自体、そしてレーザ光によるエッチング作用によって生成された噴出粒子の双方に対して、このフッ素ラジカルによるエッチング効果が作用する。被加工物１５自体へのフッ素ラジカルによるエッチング効果はレーザ加工によるエッチング作用に相乗するため、これによって加工速度は高速化される。さらに、レーザ光によるエッチング作用によって生成された噴出粒子がフッ素ラジカルによってエッチングされ、ガス化する。このため被加工物１５へ向かうレーザ光が噴出粒子によって散乱されなくなるため、被加工物１５表面に到達するレーザ光のエネルギが増加することで、さらに加工が高速に進む。
【００３０】
チャンバ４の窓越しにパルスレーザ光の照射を開始し、ガルバノスキャナ３によってレーザ光を被加工物１５表面上で走査させてレーザ加工を進めていく。終了後、弁１３を開いて真空ポンプ１４によってチャンバ４内部のガス排気を行ったのち、ガス管１０より窒素ガスを大気圧まで導入する。そしてチャンバ４を開いて被加工物１５を取り出して加工が完了する。
【００３１】
以上、本実施形態によれば、パルス幅が３０フェムト秒以上１００ピコ秒以下と非常に短いため、ピークパワーが高い。このため、パルスレーザ光の基本波の波長が赤外域であっても六フッ化硫黄の反応性ガスからフッ素ラジカルが得られる。したがって、フッ素ラジカルを発生させるためにパルスレーザ光の高調波変換などを行う必要がない。
【００３２】
さらに、チャンバ４に導入した反応性ガスの分圧を所定圧力に保つことで、被加工物１５から飛散した粒子の大半が気中でパルスレーザ光及びフッ素ラジカルにより効率よくガス化され、被加工物１５表面へのデブリの堆積量が削減される。
【００３３】
本実施形態で説明したレーザ加工方法は、シリコンを主成分とする被加工物の様々な加工に適用することができる。例えば、インクジェットヘッドの吐出口を製造する時に必要な穴あけ加工や、基板上に形成する冷却流路等を製造する時に必要な溝加工など、インクジェットヘッドの製造に好適に用いることができる。また、ウエハから半導体チップを切り出すためのダイシング加工、貫通電極の穴あけ加工など、半導体装置の製造にも用いることができる。
【００３４】
図３は、インクジェットヘッドの概略構成を示す説明図であり、図３を参照しながら、上述のレーザ加工方法が適用されるインクジェットヘッド２３について説明する。図３（ａ）はインクジェットヘッドの平面図、図３（ｂ）はインクジェットヘッドの正面図、図３（ｃ）はインクジェットヘッドの側面図である。
【００３５】
図３において、３３は基板であり、この基板３３上にはインクを吐出するための電気熱変換素子や電気機械変換素子等のインク吐出圧発生素子（ヒータ）３４が設けられている。このインク吐出圧発生素子３４は吐出口２１に連通するインク流路３１内に配されており、個々のインク流路３１は共通液室３２に連通している。この共通液室３２にはインク供給管（不図示）が接続され、インクタンクよりインク供給管を介してインクが供給される。また、３５はインク流路３１および共通液室３２を形成するための凹部を有する天板であり、基板３３と接合されることでインク流路３１、共通液室３２を形成している。さらに、基板３３と天板３５との接合体のインク流路端部側には吐出口２１が形成されたプレート２２が設けられている。このプレート２２は、シリコンで形成されている。
【００３６】
このようなインクジェットヘッド２３は、以下のように作成することができる。まず、ヒータ３４と不図示のシフトレジスタ等の集積回路及び電気配線とをシリコン基板にパターニングして基板３３を作成する。これとともに、インク流路３１及び共通液室３２となる凹部と不図示のインク供給口をシリコンプレートにケミカルエッチングすることにより形成して天板３５を作成する。
【００３７】
その後、インク吐出側端面およびインク流路３１とヒータ３４の配列が一致するように基板３３と天板３５とをアライメント接合する。プレート２２には、本実施形態のレーザ加工方法でノズル（吐出口）２１を形成する。この吐出口２１が形成されたプレート２２を、接合された天板３５とベースプレートのインク吐出側端面に接着する。
【００３８】
以後、不図示のヒータ駆動用の端子をパターニングした電気基板を結合するとともに、アルミ製のベースプレートを基板３３に接合し、次いで、各部材を保持するホルダおよびインク供給のためのインクタンクを結合することでインクジェットヘッドを組み立てる。
【００３９】
本実施形態のレーザ加工方法を、インクジェットヘッド２３の吐出口２１の加工に用いることによって、直接シリコン基板に穴をあけることができるため、加工工程を削減することができる。また、加工中の堆積物を削減することができるため、洗浄等の後工程を行なう必要がなく、製造コストを削減することが可能になる。
【実施例】
【００４０】
以下に、図１に示した構成のレーザ加工装置によりレーザ加工を行った実験結果を示す。レーザ発振器１にはＮｄ：ＹＶＯ４をレーザ媒質としたモードロックレーザでパルス幅が１０ピコ秒、中心波長が１．０６４μｍのパルスレーザを用いる。
【００４１】
レーザ発振器１より出射されたパルスレーザ光を、ビームエキスパンダ２によってビーム径を拡大し、ｆθレンズを備えた２軸ガルバノスキャナ３に導入する。ｆθレンズの焦点距離は８０ｍｍである。
【００４２】
被加工物１５は、長さ及び幅がそれぞれ３０ｍｍ、厚みが０．６２５ｍｍの単結晶シリコンウェハであり、被加工物１５をチャンバ４の内部に載置する。あらかじめ被加工物１５は重量を測定しておく。
【００４３】
まず弁１３を開いて真空ポンプ１４によりチャンバ４内部を真空にし、弁１３を閉じる。その後弁７および弁９を開いてガス管８からガス管５を通して圧力計６をモニタしながらチャンバ４にＳＦ６ガスを導入する。所定圧力に到達したところで弁７および弁９を閉じる。
【００４４】
パルスレーザ光の平均出力を５．３Ｗ、繰り返し周波数を３５０ｋＨｚとして、レーザ光を出射する。このときｆθレンズを通して集光した被加工物１５表面でのパワー密度は約２００ＧＷ／ｃｍ２である。被加工物１５表面での走査速度を５ｍ／ｓとしてガルバノスキャナ３によってスキャン加工を行う。
【００４５】
加工完了後、弁１３を再び開いて真空ポンプ１４によって排気を行い、チャンバ４を真空にする。弁７および弁１１を開いて、圧力計６をモニタしながら大気圧に到達するまで窒素ガスを導入する。弁７および弁１１を再び閉じた後、チャンバ４を開放し、被加工物１５を取り出して加工を完了する。
【００４６】
加工完了時の被加工物１５の重量を計測した後、さらに被加工材料を超音波洗浄機にて洗浄を行う。そして洗浄後の被加工材料の重量を測定する。被加工物１５の加工前の重量から洗浄後の重量を差し引いて得られた重量を除去重量とする。この除去重量をシリコンの比重によって体積に換算した値を除去体積とする。そして被加工物１５の洗浄後の重量から加工直後（洗浄前）の重量から差し引いた値をデブリ重量とする。デブリ重量を除去重量で除した値を相対デブリ堆積量とする。
【００４７】
以上の手順を、ＳＦ６の圧力を変えて繰り返し、得られた除去体積と相対デブリ堆積量をグラフにあらわしたものを図２に示す。除去体積はＳＦ６圧力が１０Ｐａから１０ｋＰａにいたるまで単調減少し、ＳＦ６圧力が１０ｋＰａでは除去体積は１．８５ｍｍ３となる。これは後述する比較例で示した、大気中でのレーザ加工での除去体積２．６６ｍｍ３を下回る。そして除去体積はＳＦ６の圧力が１０ｋＰａを超えると増加に転じる。除去体積は、ＳＦ６の圧力が３０ｋＰａで２．９３ｍｍ３に達し、大気中レーザ加工の除去体積２．６６ｍｍ３を上回る。除去体積は、このまま増加を続け、ＳＦ６圧力が１００ｋＰａで６．４４ｍｍ３、ＳＦ６圧力２００ｋＰａで最大値７．００ｍｍ３に到達する。ここをピークとして減少に転じる。除去体積は、ＳＦ６圧力３００ｋＰａで６．４４ｍｍ３、ＳＦ６圧力３５０ｋＰａで３．０９ｍｍ３となる。さらに、除去体積は、ＳＦ６圧力４００ｋＰａで２．５３ｍｍ３となり、大気中でのレーザ加工での除去体積２．６６ｍｍ３をわずかながら下回る。ここで除去体積の減少傾向が底を打ち、除去体積は、ＳＦ６圧力５００ｋＰａでも２．４９ｍｍ３とほとんど変わらなくなる。
【００４８】
これに対し、相対デブリ堆積量については、ＳＦ６ガスの圧力２００Ｐａから１０ｋＰａにかけて減少傾向を示す。具体的には、相対デブリ堆積量は、ＳＦ６ガスの圧力２００Ｐａで９１．０％となり、これは後述する比較例で示した大気中でのレーザ加工での相対デブリ堆積量７５．８％を上回っている。そして、ＳＦ６圧力が１０ｋＰａでは相対デブリ堆積量は７．０％〜１３．２％程度である。これは後述する比較例で示した大気中でのレーザ加工での相対デブリ堆積量７５．８％を大きく下回る結果となった。
【００４９】
相対デブリ堆積量は、ＳＦ６ガスの圧力１０ｋＰａから僅かに上昇するものの、比較例の相対デブリ堆積量７５．８％を大きく下回っており、ＳＦ６ガスの圧力８１ｋＰａにてピーク値（１７．３％）を迎えた後、更に減少に転じていく。そして相対デブリ堆積量は、ＳＦ６ガスの圧力２００ｋＰａにて０％に達してＳＦ６ガスの圧力５００ｋＰａまで０％が継続する。なお、被加工物１５の重量の計測には最小秤量０．１ｍｇの重量測定器を用いており、相対デブリ堆積量が０％というのはこの重量測定器の測定限界以下であることを指す。
【００５０】
ＳＦ６圧力が２００Ｐａ以下の圧力となるに連れて、相対デブリ堆積量が減少しているが、これは雰囲気圧力が低いためにデブリの飛散距離が長くなり、被加工物の外へ飛んだものが多かったためと考えられる。
【００５１】
そして、ここから高圧側は概ね圧力に応じて減少傾向であるといえる。これは、圧力が高いほど、ＳＦ６分子の密度が高くなることがその要因であると考えられる。いったん１０ｋＰａから８１ｋＰａまで、僅かに上昇に転じているのは、除去体積の増大に伴ってのものであると考えられる。
【００５２】
ＳＦ６圧力が１０ｋＰａにいたるまではレーザ光焦点付近に被加工物１５からの飛散粒子が多量に存在し、これによる散乱の影響を受けているのではないかと考えられる。そして、ＳＦ６圧力が１０ｋＰａに達したところから、ほとんどの飛散粒子が反応性を有するガスによるエッチング作用によって即座にガス化されるため、散乱の影響が減少する。１０ｋＰａより高いＳＦ６圧力では、圧力による絶縁破壊閾値の変化に呼応して増減をしているものと考えられる。
【００５３】
［比較例］
実施例と同一の構成のレーザ加工装置により加工を行う。レーザの平均出力も実施例と同じく５．３Ｗ、繰り返し周波数を３５０ｋＨｚとする。単結晶シリコンウェハであり、長さ・幅それぞれ３０ｍｍ、厚み０．６２５ｍｍの被加工物１５をチャンバ４の内部に載置する。ここで、チャンバ４の排気やガス置換を行わず大気雰囲気のままレーザ加工を実施する。ガルバノスキャナ３によるレーザ光の操作手順も実施例と同一として加工を実施した。そしてチャンバ４を開放し、被加工物１５を取り出して加工を完了する。被加工物１５の重量測定手順も実施例に準じ、除去体積と相対デブリ堆積量を算出した。除去体積が２．６６ｍｍ３、相対デブリ堆積量が７５．８％であった。
【００５４】
以上の結果により、デブリ堆積量を抑制するには、ＳＦ６ガスの分圧を、１０ｋＰａ以上５００ｋＰａ以下の範囲に保つのがよいことがわかる。これにより、被加工物１５から飛散した粒子の大半が気中でパルスレーザ光及びフッ素ラジカルにより効率よくガス化され、被加工物１５表面へのデブリの堆積量が削減される。
【００５５】
更に、以上の結果から、デブリ堆積量を抑制しつつ、加工速度を向上させるには、ＳＦ６ガスの分圧を、３０ｋＰａ以上３５０ｋＰａ以下の範囲に保つのがよい。つまり、比較例よりも加工速度を向上させるには、以上の実験結果から、ＳＦ６ガスの分圧が３０ｋＰａ以上３５０ｋＰａ以下の範囲であるのがよいことがわかる。
【００５６】
更に、以上の結果から、ＳＦ６ガスの分圧を、２００ｋＰａ以上３５０ｋＰａ以下の範囲に保つことで、加工速度を向上させつつ、デブリ堆積量を極限まで抑制した加工が実現する。つまり、実験結果から、ＳＦ６ガスの分圧が２００ｋＰａ以上３５０ｋＰａ以下の範囲では、デブリ堆積量は、測定器の測定限界以下となるほど激減することがわかる。
【００５７】
また、以上の結果から、ＳＦ６ガスの分圧を、１００ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下の範囲に保つことで、デブリ堆積量を抑制しつつ、加工速度をより効果的に向上させることができる。つまり、実験結果から、デブリ堆積量を抑制しつつ、加工速度を優先的に向上させるには、ＳＦ６ガスの分圧を、除去体積がピーク及びその近傍となる範囲として、１００ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下の範囲とするのがよいことがわかる。
【００５８】
更に、以上の結果から、ＳＦ６ガスの分圧を、２００ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下の範囲に保つことで、加工速度をより効果的に向上させることができ、デブリ堆積量を極限まで抑制した加工が実現する。つまり、実験結果から、ＳＦ６ガスの分圧を、デブリ堆積量が激減し、かつ除去体積がピーク及びその近傍となるような範囲である２００ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下の範囲にするのがよいことがわかる。
【００５９】
なお、本発明は、以上説明した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１…レーザ発振器、４…チャンバ（加工容器）、６…圧力計、８…ガス管、１０…ガス管、１５…被加工物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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