JP2004090534A - 基板の加工装置および加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い信頼性で、表面に微細構造を有する基板を加工可能な、基板の加工装置および加工方法を提供する。
【解決手段】ＳＦ６とＯ２とを含むプロセスガスを容器１７内に供給した状態で、容器１７の外部に配置したレーザ光照射装置３４を用い、半導体基板２１にレーザ光を照射する。半導体基板２１のレーザ光照射部分では、シリコンが励起され、プロセスガスと反応してガス状物質に転換される。ステージ１８上の半導体基板２１は、冷媒流路２４にチラーを通流させることにより所定温度に保持される。
【選択図】 図２
【解決手段】ＳＦ６とＯ２とを含むプロセスガスを容器１７内に供給した状態で、容器１７の外部に配置したレーザ光照射装置３４を用い、半導体基板２１にレーザ光を照射する。半導体基板２１のレーザ光照射部分では、シリコンが励起され、プロセスガスと反応してガス状物質に転換される。ステージ１８上の半導体基板２１は、冷媒流路２４にチラーを通流させることにより所定温度に保持される。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板等の基板の加工装置および加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板等の基板に分割等の加工を施す方法として、高速で回転するダイシングソーを用いる方法が広く用いられている。この方法では、基板を粘着シートに貼り付けた状態で、ダイヤモンド刃等からなるダイシングソーで切削して、所定の加工を施す。また、切削加工の他に、レーザ光を照射して照射部分を溶解させる方法が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体素子の１種に、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子と呼ばれるものがある。ＭＥＭＳ素子は、内部に回路素子等が形成された半導体基板の表面に形成された機械的構造体を備える。このようなＭＥＭＳ素子は多くの電子システムおよび電子光学システムに必要とされる合成電子機能部品、および機械部品で用いられている。ＭＥＭＳ素子としては、例えば、可動なカンチレバーを備える光スイッチ素子が挙げられる。
【０００４】
ＭＥＭＳ素子を備える部品の製造工程において、ＭＥＭＳ素子チップ（ダイ）は、通常の素子基板と同様に、基板から上述した基板加工方法で切り出される。しかし、ＭＥＭＳ素子基板は、表面に機械的構造体が露出しており、上記のような従来の加工方法を用いた場合、以下のような問題が発生する。
【０００５】
まず、ダイシングソーを用いて切削加工する場合、発生する微細な切削粉が機械的構造体に付着し、その機能を損なわせるおそれがある。例えば、カンチレバーと基板表面との間の隙間に微細な切削粉が入り込み、スイッチ機能を損なわせるおそれがある。
【０００６】
また、切削粉の付着および基板の過熱を防ぐため、切削加工時にはダイシングブレードとの接触部分およびその近傍には純水が流される。このため、基板表面に露出する機械的構造体が水の流れによってダメージを受けるおそれがある。
【０００７】
さらに、水が蒸発する際の表面張力により、機械的構造体の機能が損なわれるおそれがある。すなわち、例えば、カンチレバーが基板表面に貼り付き、スイッチ機能が失われるおそれがある。
【０００８】
このように、ＭＥＭＳ素子が形成された基板を、上記した従来の方法を用いて加工する場合には、基板表面に露出する機械的構造体およびその機能がダメージを受けるおそれがあった。このため、基板加工の信頼性および製造歩留まりが低下するおそれがあった。
【０００９】
上記と同様の問題は、ＭＥＭＳ素子基板に限らず、表面に微細構造が形成された基板に、切断等の加工を施す場合にも発生する。
【００１０】
上記事情を鑑みて、本発明は、高い信頼性で、表面に微細構造を有する基板を加工可能な、基板の加工装置および加工方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、表面に微細構造を有する基板を、その微細構造およびその機能へのダメージを低減しつつ加工可能な、基板の加工装置および加工方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る基板の加工装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板が載置されるステージと、
前記基板の材料と反応して、前記材料をガス状の物質に転換可能なプロセスガスを前記チャンバ内に供給するプロセスガス供給手段と、
照射部分の前記材料が励起し、前記プロセスガスと反応して前記ガス状物質に転換されるように、前記基板に所定波長のレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１２】
上記構成の装置は、さらに、前記ガス状物質が気体として存在する圧力に前記チャンバ内を調整する圧力調整手段を備えてもよい。
【００１３】
上記構成の装置において、前記ステージは、前記基板を所定温度に調節するための温度調節手段を備えることが好ましい。
【００１４】
上記構成の装置において、前記プロセスガスは、前記所定波長のレーザ光を吸収しない物質から構成されていることが好ましい。
【００１５】
上記構成の装置は、さらに、前記チャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備えてもよい。
【００１６】
上記構成の装置において、前記ステージは、前記基板の載置面を構成し、光を透過可能な光透過層を備えてもよい。
【００１７】
上記構成の装置において、前記ステージの前記光透過層が設けられた部分には、レーザ光を乱反射可能な光乱反射手段が設けられていてもよい。
【００１８】
上記構成の装置は、前記チャンバはレーザ光を透過可能な窓部材が設けられた窓を備えてもよく、
前記レーザ光照射手段は、前記チャンバの外部から前記窓を介して前記基板にレーザ光を照射してもよい。
上記構成の装置は、さらに、前記窓部材を所定温度に調節する温度調節手段を備えてもよい。
【００１９】
上記構成の装置において、前記レーザ光照射手段は、
所定波長のレーザ光を発振する光源と、
前記光源に接続され、レーザ光を出射するレーザ光照射端と、
前記レーザ光照射端を所定パターンで駆動させる駆動手段と、
を備えてもよい。
【００２０】
上記構成の装置において、前記レーザ光照射手段は、例えば、スポット状レーザ光を照射する。
前記レーザ光照射手段は、さらに、スポット状レーザ光のスポット形状を整形可能な整形手段を備えてもよい。
前記整形手段は、例えば、スポット状レーザ光を楕円状または長方形状に整形する。
【００２１】
上記構成の装置において、前記基板は、その前記ステージと対向する面においてシート状部材に貼着支持されていてもよい。
【００２２】
上記構成の装置において、例えば、前記基板は半導体材料を含んで構成されている。
【００２３】
上記構成の装置は、さらに、前記チャンバに気密に開閉可能なゲート部材を介して接続され、前記チャンバとの間で前記基板の搬入出を行う搬送装置が設けられる搬送チャンバと、
前記搬送チャンバに接続され、前記チャンバから搬送される前記基板を所定温度まで加熱するための加熱チャンバと、
を備えてもよい。
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る基板の加工方法は、
基板をチャンバ内に配置する工程と、
前記基板の材料と反応して、前記材料をガス状の物質に転換可能なプロセスガスを前記チャンバ内に供給するプロセスガス供給工程と、
照射部分の前記材料が励起し、前記プロセスガスと反応して前記ガス状物質に転換されるように、前記基板に所定波長のレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
を備える、ことを特徴とする。
【００２５】
上記構成の方法は、さらに、前記ガス状物質が気体として存在する圧力に前記チャンバ内を調整する圧力調整工程を備えてもよい。
【００２６】
上記構成の方法は、さらに、前記基板を所定温度に調節する工程を備えてもよい。
【００２７】
上記構成の方法において、前記レーザ光照射工程では、前記チャンバの外部からレーザ光を照射してもよい。
【００２８】
上記構成の方法において、前記レーザ光照射工程では、レーザ光の照射位置を所定パターンで移動させてもよい。
【００２９】
上記構成の方法において、前記レーザ光照射工程は、例えば、楕円形状または長方形状のスポット状レーザ光を照射する。
【００３０】
上記構成の方法は、さらに、前記チャンバ内に不活性ガスを供給する工程を備えてもよい。
【００３１】
上記構成の方法において、前記レーザ光照射工程では、例えば、少なくとも前記基板の表面領域を複数の領域に分割する。
【００３２】
上記構成の方法において、前記レーザ光照射工程では、例えば、前記基板を複数の断片に分割する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本実施の形態にかかる基板の加工装置および加工方法について、以下、図面を参照して説明する。本実施の形態では、半導体基板に分割加工を施すダイシング装置およびダイシング方法について適用した場合を例として説明する。
【００３４】
本実施の形態に係る加工装置１１の構成を、図１に示す。
図１に示すように、加工装置１１は、カセットチャンバ１２と、搬送室１３と、プロセスチャンバ１４と、加熱チャンバ１５と、を備える。
【００３５】
カセットチャンバ１２は、加工装置１１のカセットの搬入出ポートとして機能する。カセットチャンバ１２はカセット台等を備え、内部に所定数のカセットを配置可能に構成されている。カセットには、粘着シートによってフレームに貼り付けられた半導体基板（以下、被処理体）が収容されている。カセットには、所定枚数の被処理体が収容されている。また、カセットチャンバ１２は、その内部雰囲気を真空引き可能に構成されている。
【００３６】
ここで、半導体基板はシリコン単結晶基板から構成されている。半導体基板には、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子、例えば、光スイッチ素子が形成されており、その表面には微細な機械的構造体、例えば、可動なカンチレバーが露出状態で形成されている。
【００３７】
搬送室１３は、カセットチャンバ１２と、プロセスチャンバ１４と、加熱チャンバ１５と、にそれぞれ接続されている。搬送室１３には、図示しないアーム等を備えた搬送機構１６が配置されている。搬送室１３を介して、上記各チャンバとの間で被処理体の搬送が行われる。搬送室１３は、その内部雰囲気を真空引き可能に構成されている。
【００３８】
プロセスチャンバ１４は、後述するように、半導体基板に所定の加工処理、本例では、その全厚を切断して所定数の部分（ダイ）に分割する、分割処理を施すための空間を構成する。
【００３９】
図２にプロセスチャンバ１４の構成を示す。図２に示すように、プロセスチャンバ１４は、例えば、略円筒状に形成された容器１７を備える。容器１７は、ステンレス鋼、アルミニウム等から構成されている。
【００４０】
容器１７は、その底部から略垂直に起立するステージ１８を備える。ステージ１８の上には、被処理体１９が載置される。ステージ１８は、その周囲に図示しない昇降機構によって昇降可能に構成されたクランプ２０を備え、クランプ２０により、ステージ１８上の被処理体１９は固定される。
【００４１】
上述したように、被処理体１９は、半導体基板２１が粘着シート２２によってフレーム２３に貼り付けられて構成されており、被処理体１９は、粘着シート２２とステージ１８とが対向するようにステージ１８上に配置される。
ステージ１８上の被処理体１９は、図示しないリフトピン等のリフト機構によって昇降可能となっている。
【００４２】
ステージ１８の内部には、冷媒流路２４が形成されている。冷媒流路２４には、一般的なチラーが通流され、ステージ１８およびこれに載置される被処理体１９（半導体基板２１）を所定の温度に維持する。冷媒流路２４により、加工処理の間、ステージ１８は、例えば、−５０℃程度に維持される。
【００４３】
ステージ１８の上部には、被処理体１９の載置面を構成する、光透過層２５が設けられている。光透過層２５は、石英ガラス等の光透過性材料から構成されている。光透過層２５は、例えば、１０ｍｍ程度で形成され、ステージ１８の上部に固定されている。光透過層２５の上面は平坦に形成され、これに被処理体１９が載置される。
ステージ１８には、光透過層２５の上面に通じる熱伝導ガスライン５０が設けられており、被処理体１９と光透過層２５との間に、ヘリウム等の不活性ガスを供給する。熱伝導ガスライン５０から供給されるガスにより、真空の容器１７中でも被処理体１９と光透過層２５との間の熱伝導が効率よく行われる。
【００４４】
光透過層２５の下には、光乱反射部２６が設けられている。光乱反射部２６は、例えば、図３に示すような、所定角を有する多数の円錐状突起２６ａを表面に備える反射材料層から構成されている。光乱反射部２６は、光透過層２５を透過してその表面に入射した光を乱反射する。円錐状突起２６ａは、例えば、レーザ光の入射方向に対して±８０°程度の角度を形成するように設けられている。
【００４５】
光透過層２５は、後述するように、レーザ光照射時の被処理体１９の載置面における発熱を防ぐ機能を有する。レーザ光が半導体基板２１の全厚を切断した場合、レーザ光を吸収しない粘着シート２２を通過して載置面にレーザ光が照射される。このとき、レーザ光は光透過層２５を透過するため、載置面付近では吸収されない。このため、載置面付近における温度上昇は避けられ、粘着シート２２の熱変性等は避けられる。
【００４６】
また、光透過層２５に入射したレーザ光は、光乱反射部２６により乱反射される。レーザ光が散乱されることにより、光透過層２５を通過したレーザ光によるステージ１８の局所的な加熱は防止される。照射部分の、散乱されて弱められた熱エネルギーは、冷媒流路２４に吸収される。
【００４７】
容器１７の底部には、排気ポート２７が設けられている。排気ポート２７は、排気装置２８に接続されており、容器１７内を所定の減圧雰囲気まで排気減圧する。ここで、容器１７内は、後述するように、半導体基板２１とプロセスガスとの反応により生成する物質が気体として存在する圧力、真空圧力に設定される。
【００４８】
容器１７には、プロセスガス源２９に接続されるプロセスガス供給ノズル３０が設けられている。プロセスガス供給ノズル３０は、例えば、容器１７の側壁に設けられている。なお、プロセスガス供給ノズル３０は、容器１７の天井部に設けられていても良い。
【００４９】
プロセスガス源２９からは、半導体基板２１を構成するシリコンと反応性を有するプロセスガスが供給される。プロセスガスとしては、加熱励起されたシリコンと反応して、所定の圧力下で気相の物質を生成する物質から構成されている。本例では、プロセスガスは、６フッ化硫黄（ＳＦ６）と酸素（Ｏ２）とを含んで構成されている。
【００５０】
プロセスガスは、事前に混合して１本のプロセスガス供給ノズル３０から容器１７内に供給され、あるいは、２本のプロセスガス供給ノズルから別々に供給される。
【００５１】
また、容器１７には、不活性ガス源３１に接続された不活性ガス供給ノズル３２が設けられている。不活性ガス供給ノズル３２は、例えば、容器１７の側壁に設けられている。なお、不活性ガス供給ノズル３２は、容器１７の天井部に設けられていても良い。
【００５２】
不活性ガス源３１からは、Ｈｅ、Ｎｅ、窒素等の不活性ガスが供給される。使用される不活性ガスは、少なくとも、シリコンおよび反応ガスに不活性であるものが用いられる。不活性ガスは、後述するように、加工処理後の容器１７内をパージする。
【００５３】
容器１７の天井部には開口１７ａが設けられ、開口１７ａには石英ガラス等の光透過性材料からなる天板３３が嵌め込まれている。天板３３と開口１７ａとの接続部分は気密に封止されている。天板３３は、ステージ１８の平坦面と対向するように、その直下に設けられている。天板３３は、少なくとも、半導体基板２１の径よりも大径に形成されている。
また、天板３３の周囲には、温度調節機構５１が設けられている。温度調節機構５１は、例えば、所定の温度に維持された温調媒体が通流される流路から構成される。温度調節機構５１により、天板３３は所定温度に維持され、後述するレーザ光照射装置３４より天板３３を介して容器１７内に照射されるレーザ光の光軸のずれは防止される。
【００５４】
容器１７の外部には、レーザ光照射装置３４が配設されている。レーザ光照射装置３４は、光源３５と、レーザ光照射部３６と、スキャン駆動部３７と、を備える。
【００５５】
光源３５は、レーザ発振機等から構成され、所定波長のレーザ光を発振する。レーザ光は、半導体基板２１の構成材料であるシリコンが吸収可能な波長を有するものが用いられ、例えば、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等が用いられる。
【００５６】
光源３５からは、シリコンをプロセスガスと反応可能な程度まで励起可能なパワーのスポット状レーザ光が発振される。なお、レーザ光は、連続光でもパルス光であってもよい。光源３５から、レーザ光は、例えば、３００Ｗ程度のパワーで発振される。
【００５７】
レーザ光照射部３６は、光ファイバ３８によって光源３５に接続されており、レーザ光の出射口として機能する。レーザ光照射部３６は、レンズおよび遮光部を有する整形部３６ａを備え、所定のスポット形状に整形してレーザ光を出射する。スポット形状は、例えば、５０μｍ×１５０μｍの長方形、楕円形、円形等である。ここで、切断面を線状とするため、特に、長方形および楕円形が好ましい。
【００５８】
なお、光ファイバ３８およびレーザ光照射部３６は、図示しない温調部により温度調整されており、これらの部分を通過する際の損失に基づく温度上昇による、レーザ光特性の時間変動は防止されている。
【００５９】
スキャン駆動部３７は、容器１７の外壁の開口１７ａの周囲に設けられている。スキャン駆動部３７は、いわゆるＸＹθステージから構成されている。スキャン駆動部３７は、ステージ１８の載置面を基準面としてレーザ光照射部３６をＸＹ方向に駆動可能に構成され、かつ、載置面に平行に回転駆動可能に構成されている。
【００６０】
スキャン駆動部３７は、レーザ光照射部３６を、半導体基板２１の表面に略垂直にレーザ光を照射する状態で、所定のパターン、かつ、所定の速度で駆動する。スキャン速度は、レーザ光の照射により、半導体基板２１がその全厚にわたって切断される速度に設定される。
【００６１】
上述したように、レーザ光の波長は、シリコンが吸収可能なものが用いられている。このため、レーザ光が照射された半導体基板２１の表面のシリコンは、レーザ光を吸収して、励起される。後述するように、加工処理の際、容器１７内はシリコンに対して反応性を有するプロセスガス（ＳＦ６等）に曝されており、励起したシリコンはこれらのプロセスガスと反応して所定のガス状物質に転換され、半導体基板２１の表面から消失する。
【００６２】
すなわち、励起されたシリコン（Ｓｉ）は、ＳＦ６と反応してＳｉＦ４を生成する。また、ＳＦ６より分離した硫黄成分（Ｓ）は、Ｏ２と反応してＳＯ２を生成する。容器１７内の圧力は、高真空状態に設定されており、ＳｉＦ４、ＳＯ２等は、気体として生成する。従って、レーザ光が照射された半導体基板２１の表面領域は、ガス状物質に転換され、よって、表面領域には消失部分が形成される。反応によって生成した上記ガス状物質は、半導体基板２１の表面への付着、堆積は防止され、容器１７の外部に排出される。
【００６３】
また、レーザ光の波長は、プロセスガス（ＳＦ６およびＯ２）が吸収しないものが選択されている。このため、半導体基板２１の表面への到達前にレーザ光がプロセスガスにより減衰する事は防がれ、レーザ光の特性変化は防止される。また、励起したプロセスガスによる容器１７内部のダメージは防がれる。
【００６４】
上記のように、レーザ光の照射に応じて、半導体基板２１の表面には消失部分が形成される。従って、レーザ光のパワー、照射時間、照射パルス数等を調節することにより、半導体基板２１の表面およびその近傍に、所定の加工、特に、分割処理を施すことができる。
【００６５】
また、容器１７の側壁には、ゲート３９が設けられ、その周囲にはゲート３９を気密に開閉可能なゲートバルブ４０が取り付けられている。ゲートバルブ４０は搬送室１３と隔てるように設けられている。
【００６６】
加熱チャンバ１５は、プロセスチャンバ１４において、例えば、−５０℃程度まで冷却された被処理体１９を室温程度まで加熱するために設けられている。
【００６７】
加熱チャンバ１５の構成を、図４に示す。図４に示すように、加熱チャンバ１５は、内部にステージ４１が設けられた容器４２を備える。容器４２の底部には、排気装置４３に接続された排気ポート４４が設けられている。排気装置４３により、容器４２内は、所定の真空度に設定される。
【００６８】
容器４２の側壁には、ゲート４５が設けられ、その周囲にはゲート４５を気密に開閉可能なゲートバルブ４６が取り付けられている。ゲートバルブ４６は搬送室１３と隔てるように設けられている。
【００６９】
ステージ４１には、抵抗体４７が埋設され、ステージ４１を加熱可能に構成されている。抵抗体４７により、ステージ４１は、例えば、５０℃程度に設定される。被処理体１９はクランプ４９によりステージ４１上に固定されて加熱され、大気雰囲気下に曝露したときに大気中の水分が凝集しない温度、例えば、室温程度、あるいは、室温以上の温度まで加熱される。
なお、加熱チャンバ１５における加熱方法は、抵抗体加熱に限らず、ランプ加熱等であってもよい。
【００７０】
ステージ４１は、図示しないリフトピン等のリフト機構を備え、ステージ４１上の被処理体１９を昇降可能に構成されている。
なお、加熱中、熱伝導を向上させるため、被処理体１９とステージ４１との間、あるいは、容器内に乾燥窒素を流すようにしてもよい。
【００７１】
以下、上記構成の加工装置１１を用いた基板の加工方法について図面を参照して説明する。
まず、カセットチャンバ１２に、未処理の被処理体１９（半導体基板２１等）が収容されたカセットが搬入される。搬送機構１６は、カセットチャンバ１２のカセットから被処理体１９を取り出す。
【００７２】
搬送機構１６がカセットから被処理体１９を取り出した後、搬送室１３とカセットチャンバ１２とを接続するゲートバルブ４８が閉鎖される。その後、搬送室１３内は所定の真空度まで減圧される。
【００７３】
減圧後、搬送室１３とプロセスチャンバ１４との間のゲートバルブ４０が開放され、搬送機構１６は、保持した被処理体１９をプロセスチャンバ１４内に搬入し、図示しないリフトピンに受け渡す。リフトピンの下降により、被処理体１９はステージ１８上に載置される。勿論、被処理体１９は、半導体基板２１が露出し、粘着シート２２がステージ１８と対向するように載置される。
【００７４】
搬送機構１６の退出後、ゲートバルブ４０は閉鎖され、プロセスチャンバ１４内は、プロセス圧力とされる。また、ステージ１８は、冷媒流路２４により予め−５０℃に温度調節されている。載置された被処理体１９は、クランプ２０によって固定される。
【００７５】
ステージ１８の光透過層２５上に被処理体１９が載置された後、スキャン駆動部３７の位置決めが行われる。位置決めは、例えば、被処理体１９に設けられたアラインメントマークを参照して行われ、スキャン駆動部３７の位置が調整される。
【００７６】
次いで、容器１７内へのＳＦ６とＯ２とを含むプロセスガスの供給を開始する。これにより、半導体基板２１の表面は、図５（ａ）に示すように、プロセスガス雰囲気に曝される。このとき、ガスは、少なくとも被処理体１９の近傍で反応に十分な濃度となるように供給される。
【００７７】
容器１７内のガス濃度がほぼ一定となった後、レーザ光照射部３６からレーザ光の照射を開始する。一方で、スキャン駆動部３７はレーザ光照射部３６を所定パターン、所定速度で移動させる。
【００７８】
このとき、レーザ光の波長はＳＦ６とＯ２とが吸収しない波長が選択されているため、これらのガスの存在による損失はほとんど発生しない。この事は、レーザ光が通過する経路で励起されたガスが拡散する事により、半導体基板２１の非処理部分（非照射部分）や容器１７内部にダメージを与える事が防止される事でもある。
【００７９】
レーザ光が照射された半導体基板２１の表面領域のシリコンは励起される。励起された表面領域の原子やクラスタ状のシリコンは、プロセスガスと反応してガス状物質に転換される。
【００８０】
すなわち、シリコン（Ｓｉ）は、ＳＦ６と反応して気体のＳｉＦ４を生成する。また、ＳＦ６より分離した硫黄成分（Ｓ）は、Ｏ２と反応してＳＯ２等を生成する。チャンバ内の圧力は、高真空状態に設定されており、ＳｉＦ４、ＳＯ２等は気体として生成する。このようにして、半導体基板２１のレーザ光照射部分はガス状物質に転換され、よって、消失部分が形成される（図５（ｂ））。
【００８１】
上記のように、除去されたシリコンがガス状物質に転換されるため、加工残さの半導体基板２１の表面への付着、堆積は防止される。このため、ダイシングソーによって基板に切削加工を施す場合等と異なり、切削粉等の加工残さが半導体基板２１の表面に露出した機械的構造体およびその機能にダメージを与えることは避けられる。
【００８２】
また、表面に加工残さが付着等しないため、被処理体１９を洗浄する必要が実質的にない。このため、洗浄の際の純水フローによる機械的構造体のダメージや、純水の表面張力によるくっつき等の機械的構造体の機能のダメージは回避される。
【００８３】
さらに、レーザ光が照射される加工部分の熱は、ステージ１８内部に設けた冷媒流路２４によって吸収している。発熱部分を純水等で直接冷却する構成ではないことから、上述したような機械的構造体およびその機能のダメージは避けられる。
【００８４】
上記のようにして、半導体基板２１のレーザ光照射部分は消失し、除去される。レーザ光の特性から、消失部分は半導体基板２１の厚み方向に線状に形成され、表面に略垂直な方向に延びる孔が形成される。スキャン駆動部３７により、レーザ光照射部３６は半導体基板２１の全厚にわたって孔が形成される速度で駆動される。好ましくは、レーザ光のスキャン速度は、半導体基板２１の厚みばらつきに対するマージンを考慮して、オーバーカットとなるように設定されている。
【００８５】
ここで、オーバーカットとなるようにレーザ光を照射する場合、図６に示すように、シリコンが完全に除去された部分にもレーザ光が照射される。粘着シート２２はレーザ光を吸収せず、切断等されることなくこれを通過させる。
【００８６】
粘着シート２２を通過したレーザ光は、その下方の光透過層２５に入射する。このように光透過層２５が光を吸収せずに透過させることにより、半導体基板２１およびステージ１８の高温部分（図中網掛け部）によって挟まれることによる、粘着シート２２の熱変性等は避けられる。
【００８７】
また、ステージ１８の上部の、光透過層２５の下には、光乱反射部２６が設けられており、光透過層２５を透過したレーザ光は乱反射されて被処理体１９およびステージ１８の本体部分に照射される。このため、ステージ１８のレーザ光照射部分の過熱は防止される。
【００８８】
スキャン駆動部３７は、レーザ光照射部３６を所定パターンで駆動し、半導体基板２１の表面には所定パターンでレーザ光が照射される。照射部分で上記のようなシリコン転換（分解）反応が進行し、半導体基板２１は多数の部分からなる所定のパターンに分割される。半導体基板２１の全体にわたる分割が終了した後、レーザ光の照射を停止し、プロセスガスの供給を止める。以上のようにして、図５（ｃ）に示すような、所定パターンに分割された半導体基板２１が粘着シート２２に貼着された状態の被処理体１９が得られる。
【００８９】
その後、不活性ガス、例えば、窒素ガスの供給を開始し、容器１７内のプロセス雰囲気をパージする。パージは容器１７内のプロセスガスおよび反応生成物ガスを排除するのに十分な時間行われる。
【００９０】
パージの終了後、クランプ２０は上昇し、図示しないリフトピンが被処理体１９をステージ１８より持ち上げる。一方で、ゲートバルブ４０が開放され、搬送機構１６が被処理体１９をプロセスチャンバ１４から搬送室１３に搬出する。搬出後、ゲートバルブ４０は閉鎖される。
【００９１】
次いで、加熱チャンバ１５と搬送室１３との間のゲートバルブ４６が開放される。搬送機構１６は被処理体１９を加熱チャンバ１５に搬入し、図示しないリフト機構の駆動により、被処理体１９はステージ４１上に載置される。
【００９２】
加熱室のステージ４１は抵抗体４７により、例えば、５０℃程度の温度に調整されている。ここで、熱伝導を向上させるため、加熱チャンバ１５内に乾燥窒素を流しても良い。半導体基板２１が十分に加熱され、大気雰囲気に曝されても水分などの凝集が生じない温度（室温以上）まで加熱される時点で加熱処理は終了する。加熱処理された被処理体１９は、図示しないリフト機構および搬送機構１６の駆動により、搬送室１３に搬出される。
【００９３】
次に、搬送室１３内には、乾燥空気などが流されて大気圧まで昇圧され、その後、カセットチャンバ１２との間のゲートバルブ４８が開かれる。搬送機構１６は、被処理体１９をカセットに収容する。以上で、１つの被処理体１９の処理が終了する。
【００９４】
本発明は、上記実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記実施の形態の変形態様について、説明する。
【００９５】
上記実施の形態では、半導体基板２１の全厚にわたって切断する場合について説明した。しかし、これに限らず、基板の表面を所定領域に分割する場合など、所定厚さの溝を形成する場合にも本発明を好適に適用することができる。
【００９６】
上記実施の形態では、プロセスガスとして、ＳＦ６とＯ２とを用いるものとした。しかし、使用するガスは、これに限られない。例えば、ＳＦ６の代わりに、ＮＦ３、Ｆ２、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６等のフッ素系ガス、または、Ｃｌ２、ＢＣｌ４等の塩素系ガスを使用することができる。また、Ｏ２の代わりに、Ｏ３、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、ＣＯ等の酸素系ガスを用いることができる。すなわち、シリコンと反応性が高く、反応によりガス状物質を生成可能な物質であればいかなるものであってもよい。
【００９７】
上記実施の形態では、単数のレーザ光照射部３６を配置するものとした。しかし、これに限らず、光源３５からのレーザ光を分岐して、複数のレーザ光照射部から複数の表面部分にレーザ光を照射するようにしてもよい。
【００９８】
上記例において、さらに、光透過層２５の周囲を光不透過性材料で覆うようにしてもよい。これにより、光乱反射部２６によって乱反射された光の容器１７内への無秩序な散乱は防止される。
【００９９】
また、上記例において、プロセスチャンバ１４のステージ１８の載置面付近に熱伝導ガスを供給して、被処理体１９とステージ１８との間の熱伝導効率を向上させるようにしてもよい。
【０１００】
また、光透過層２５を設けない構成としてもよい。しかし、この場合、ステージ１８上面が直接加熱されるため、好ましくない。
また、光透過層２５の下に、光吸収部材や熱伝導性弾性体等を設けても良い。
【０１０１】
上記実施の形態では、プロセス時、プロセスガスのみを供給するものとした。しかし、これに限らず、ガス状反応生成物の排出が容易となるよう、容器１７内、特に、ステージ１８の周囲に不活性ガスのダウンフローを形成するようにしてもよい。
【０１０２】
上記実施の形態では、ＭＥＭＳ素子を備えたシリコン半導体基板の加工処理を行う場合について説明した。しかし、本発明は、ＭＥＭＳ素子以外の素子が形成された基板に適用することができ、特に、表面に微細構造が形成された基板の加工に好適に適用可能である。
【０１０３】
また、シリコンの他に、ＳｉＧｅ等の他のシリコン系材料から構成される半導体基板２１に適用することができる。また、シリコン系材料に限らず、ＧａＰ、ＩｎＰ等の他の材料から構成される化合物材料を用いても良い。また、上記半導体材料と、絶縁材料と、を積層した、いわゆるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を用いることもできる。
【０１０４】
さらに、半導体基板に限らず、ガラス基板等の他の基板の加工にも、本発明は好適に適用可能である。
【０１０５】
上記した種々の材料から構成される基板を用いる場合には、各材料が吸収可能な波長域のレーザ光を用いる。さらに、励起した材料と反応性を有し、プロセス雰囲気下でガス状物質を生成可能な物質をプロセスガスとして用いればよい。
【０１０６】
また、上記のように、基板が複数種の材料から構成されている場合には、複数波長、複数種のレーザ光を用いるようにしてもよい。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば、高い信頼性で、表面に微細構造を有する基板を加工可能な、基板の加工装置および加工方法が提供される。
また、本発明によれば、表面に微細構造を有する基板を、その微細構造およびその機能へのダメージを低減しつつ加工可能な、基板の加工装置および加工方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる加工装置の構成を示す図である。
【図２】プロセスチャンバの構成を示す図である。
【図３】乱反射部の構成を示す図である。
【図４】加熱チャンバの構成を示す図である。
【図５】基板の加工工程を示す図である。
【図６】基板分割時のレーザ光の様子を示す図である。
【符号の説明】
１１ 加工装置
１４ プロセスチャンバ
１５ 加熱チャンバ
１８ ステージ
１９ 被処理体
２１ 半導体基板
２２ 粘着シート
２４ 冷媒流路
２５ 光透過層
２６ 光乱反射部
２９ プロセスガス源
３１ 不活性ガス源
３３ 天板
３４ レーザ光照射装置
３５ 光源
３６ レーザ光照射部
３７ スキャン駆動部
３８ 光ファイバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板等の基板の加工装置および加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板等の基板に分割等の加工を施す方法として、高速で回転するダイシングソーを用いる方法が広く用いられている。この方法では、基板を粘着シートに貼り付けた状態で、ダイヤモンド刃等からなるダイシングソーで切削して、所定の加工を施す。また、切削加工の他に、レーザ光を照射して照射部分を溶解させる方法が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体素子の１種に、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子と呼ばれるものがある。ＭＥＭＳ素子は、内部に回路素子等が形成された半導体基板の表面に形成された機械的構造体を備える。このようなＭＥＭＳ素子は多くの電子システムおよび電子光学システムに必要とされる合成電子機能部品、および機械部品で用いられている。ＭＥＭＳ素子としては、例えば、可動なカンチレバーを備える光スイッチ素子が挙げられる。
【０００４】
ＭＥＭＳ素子を備える部品の製造工程において、ＭＥＭＳ素子チップ（ダイ）は、通常の素子基板と同様に、基板から上述した基板加工方法で切り出される。しかし、ＭＥＭＳ素子基板は、表面に機械的構造体が露出しており、上記のような従来の加工方法を用いた場合、以下のような問題が発生する。
【０００５】
まず、ダイシングソーを用いて切削加工する場合、発生する微細な切削粉が機械的構造体に付着し、その機能を損なわせるおそれがある。例えば、カンチレバーと基板表面との間の隙間に微細な切削粉が入り込み、スイッチ機能を損なわせるおそれがある。
【０００６】
また、切削粉の付着および基板の過熱を防ぐため、切削加工時にはダイシングブレードとの接触部分およびその近傍には純水が流される。このため、基板表面に露出する機械的構造体が水の流れによってダメージを受けるおそれがある。
【０００７】
さらに、水が蒸発する際の表面張力により、機械的構造体の機能が損なわれるおそれがある。すなわち、例えば、カンチレバーが基板表面に貼り付き、スイッチ機能が失われるおそれがある。
【０００８】
このように、ＭＥＭＳ素子が形成された基板を、上記した従来の方法を用いて加工する場合には、基板表面に露出する機械的構造体およびその機能がダメージを受けるおそれがあった。このため、基板加工の信頼性および製造歩留まりが低下するおそれがあった。
【０００９】
上記と同様の問題は、ＭＥＭＳ素子基板に限らず、表面に微細構造が形成された基板に、切断等の加工を施す場合にも発生する。
【００１０】
上記事情を鑑みて、本発明は、高い信頼性で、表面に微細構造を有する基板を加工可能な、基板の加工装置および加工方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、表面に微細構造を有する基板を、その微細構造およびその機能へのダメージを低減しつつ加工可能な、基板の加工装置および加工方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る基板の加工装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板が載置されるステージと、
前記基板の材料と反応して、前記材料をガス状の物質に転換可能なプロセスガスを前記チャンバ内に供給するプロセスガス供給手段と、
照射部分の前記材料が励起し、前記プロセスガスと反応して前記ガス状物質に転換されるように、前記基板に所定波長のレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１２】
上記構成の装置は、さらに、前記ガス状物質が気体として存在する圧力に前記チャンバ内を調整する圧力調整手段を備えてもよい。
【００１３】
上記構成の装置において、前記ステージは、前記基板を所定温度に調節するための温度調節手段を備えることが好ましい。
【００１４】
上記構成の装置において、前記プロセスガスは、前記所定波長のレーザ光を吸収しない物質から構成されていることが好ましい。
【００１５】
上記構成の装置は、さらに、前記チャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備えてもよい。
【００１６】
上記構成の装置において、前記ステージは、前記基板の載置面を構成し、光を透過可能な光透過層を備えてもよい。
【００１７】
上記構成の装置において、前記ステージの前記光透過層が設けられた部分には、レーザ光を乱反射可能な光乱反射手段が設けられていてもよい。
【００１８】
上記構成の装置は、前記チャンバはレーザ光を透過可能な窓部材が設けられた窓を備えてもよく、
前記レーザ光照射手段は、前記チャンバの外部から前記窓を介して前記基板にレーザ光を照射してもよい。
上記構成の装置は、さらに、前記窓部材を所定温度に調節する温度調節手段を備えてもよい。
【００１９】
上記構成の装置において、前記レーザ光照射手段は、
所定波長のレーザ光を発振する光源と、
前記光源に接続され、レーザ光を出射するレーザ光照射端と、
前記レーザ光照射端を所定パターンで駆動させる駆動手段と、
を備えてもよい。
【００２０】
上記構成の装置において、前記レーザ光照射手段は、例えば、スポット状レーザ光を照射する。
前記レーザ光照射手段は、さらに、スポット状レーザ光のスポット形状を整形可能な整形手段を備えてもよい。
前記整形手段は、例えば、スポット状レーザ光を楕円状または長方形状に整形する。
【００２１】
上記構成の装置において、前記基板は、その前記ステージと対向する面においてシート状部材に貼着支持されていてもよい。
【００２２】
上記構成の装置において、例えば、前記基板は半導体材料を含んで構成されている。
【００２３】
上記構成の装置は、さらに、前記チャンバに気密に開閉可能なゲート部材を介して接続され、前記チャンバとの間で前記基板の搬入出を行う搬送装置が設けられる搬送チャンバと、
前記搬送チャンバに接続され、前記チャンバから搬送される前記基板を所定温度まで加熱するための加熱チャンバと、
を備えてもよい。
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る基板の加工方法は、
基板をチャンバ内に配置する工程と、
前記基板の材料と反応して、前記材料をガス状の物質に転換可能なプロセスガスを前記チャンバ内に供給するプロセスガス供給工程と、
照射部分の前記材料が励起し、前記プロセスガスと反応して前記ガス状物質に転換されるように、前記基板に所定波長のレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
を備える、ことを特徴とする。
【００２５】
上記構成の方法は、さらに、前記ガス状物質が気体として存在する圧力に前記チャンバ内を調整する圧力調整工程を備えてもよい。
【００２６】
上記構成の方法は、さらに、前記基板を所定温度に調節する工程を備えてもよい。
【００２７】
上記構成の方法において、前記レーザ光照射工程では、前記チャンバの外部からレーザ光を照射してもよい。
【００２８】
上記構成の方法において、前記レーザ光照射工程では、レーザ光の照射位置を所定パターンで移動させてもよい。
【００２９】
上記構成の方法において、前記レーザ光照射工程は、例えば、楕円形状または長方形状のスポット状レーザ光を照射する。
【００３０】
上記構成の方法は、さらに、前記チャンバ内に不活性ガスを供給する工程を備えてもよい。
【００３１】
上記構成の方法において、前記レーザ光照射工程では、例えば、少なくとも前記基板の表面領域を複数の領域に分割する。
【００３２】
上記構成の方法において、前記レーザ光照射工程では、例えば、前記基板を複数の断片に分割する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本実施の形態にかかる基板の加工装置および加工方法について、以下、図面を参照して説明する。本実施の形態では、半導体基板に分割加工を施すダイシング装置およびダイシング方法について適用した場合を例として説明する。
【００３４】
本実施の形態に係る加工装置１１の構成を、図１に示す。
図１に示すように、加工装置１１は、カセットチャンバ１２と、搬送室１３と、プロセスチャンバ１４と、加熱チャンバ１５と、を備える。
【００３５】
カセットチャンバ１２は、加工装置１１のカセットの搬入出ポートとして機能する。カセットチャンバ１２はカセット台等を備え、内部に所定数のカセットを配置可能に構成されている。カセットには、粘着シートによってフレームに貼り付けられた半導体基板（以下、被処理体）が収容されている。カセットには、所定枚数の被処理体が収容されている。また、カセットチャンバ１２は、その内部雰囲気を真空引き可能に構成されている。
【００３６】
ここで、半導体基板はシリコン単結晶基板から構成されている。半導体基板には、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子、例えば、光スイッチ素子が形成されており、その表面には微細な機械的構造体、例えば、可動なカンチレバーが露出状態で形成されている。
【００３７】
搬送室１３は、カセットチャンバ１２と、プロセスチャンバ１４と、加熱チャンバ１５と、にそれぞれ接続されている。搬送室１３には、図示しないアーム等を備えた搬送機構１６が配置されている。搬送室１３を介して、上記各チャンバとの間で被処理体の搬送が行われる。搬送室１３は、その内部雰囲気を真空引き可能に構成されている。
【００３８】
プロセスチャンバ１４は、後述するように、半導体基板に所定の加工処理、本例では、その全厚を切断して所定数の部分（ダイ）に分割する、分割処理を施すための空間を構成する。
【００３９】
図２にプロセスチャンバ１４の構成を示す。図２に示すように、プロセスチャンバ１４は、例えば、略円筒状に形成された容器１７を備える。容器１７は、ステンレス鋼、アルミニウム等から構成されている。
【００４０】
容器１７は、その底部から略垂直に起立するステージ１８を備える。ステージ１８の上には、被処理体１９が載置される。ステージ１８は、その周囲に図示しない昇降機構によって昇降可能に構成されたクランプ２０を備え、クランプ２０により、ステージ１８上の被処理体１９は固定される。
【００４１】
上述したように、被処理体１９は、半導体基板２１が粘着シート２２によってフレーム２３に貼り付けられて構成されており、被処理体１９は、粘着シート２２とステージ１８とが対向するようにステージ１８上に配置される。
ステージ１８上の被処理体１９は、図示しないリフトピン等のリフト機構によって昇降可能となっている。
【００４２】
ステージ１８の内部には、冷媒流路２４が形成されている。冷媒流路２４には、一般的なチラーが通流され、ステージ１８およびこれに載置される被処理体１９（半導体基板２１）を所定の温度に維持する。冷媒流路２４により、加工処理の間、ステージ１８は、例えば、−５０℃程度に維持される。
【００４３】
ステージ１８の上部には、被処理体１９の載置面を構成する、光透過層２５が設けられている。光透過層２５は、石英ガラス等の光透過性材料から構成されている。光透過層２５は、例えば、１０ｍｍ程度で形成され、ステージ１８の上部に固定されている。光透過層２５の上面は平坦に形成され、これに被処理体１９が載置される。
ステージ１８には、光透過層２５の上面に通じる熱伝導ガスライン５０が設けられており、被処理体１９と光透過層２５との間に、ヘリウム等の不活性ガスを供給する。熱伝導ガスライン５０から供給されるガスにより、真空の容器１７中でも被処理体１９と光透過層２５との間の熱伝導が効率よく行われる。
【００４４】
光透過層２５の下には、光乱反射部２６が設けられている。光乱反射部２６は、例えば、図３に示すような、所定角を有する多数の円錐状突起２６ａを表面に備える反射材料層から構成されている。光乱反射部２６は、光透過層２５を透過してその表面に入射した光を乱反射する。円錐状突起２６ａは、例えば、レーザ光の入射方向に対して±８０°程度の角度を形成するように設けられている。
【００４５】
光透過層２５は、後述するように、レーザ光照射時の被処理体１９の載置面における発熱を防ぐ機能を有する。レーザ光が半導体基板２１の全厚を切断した場合、レーザ光を吸収しない粘着シート２２を通過して載置面にレーザ光が照射される。このとき、レーザ光は光透過層２５を透過するため、載置面付近では吸収されない。このため、載置面付近における温度上昇は避けられ、粘着シート２２の熱変性等は避けられる。
【００４６】
また、光透過層２５に入射したレーザ光は、光乱反射部２６により乱反射される。レーザ光が散乱されることにより、光透過層２５を通過したレーザ光によるステージ１８の局所的な加熱は防止される。照射部分の、散乱されて弱められた熱エネルギーは、冷媒流路２４に吸収される。
【００４７】
容器１７の底部には、排気ポート２７が設けられている。排気ポート２７は、排気装置２８に接続されており、容器１７内を所定の減圧雰囲気まで排気減圧する。ここで、容器１７内は、後述するように、半導体基板２１とプロセスガスとの反応により生成する物質が気体として存在する圧力、真空圧力に設定される。
【００４８】
容器１７には、プロセスガス源２９に接続されるプロセスガス供給ノズル３０が設けられている。プロセスガス供給ノズル３０は、例えば、容器１７の側壁に設けられている。なお、プロセスガス供給ノズル３０は、容器１７の天井部に設けられていても良い。
【００４９】
プロセスガス源２９からは、半導体基板２１を構成するシリコンと反応性を有するプロセスガスが供給される。プロセスガスとしては、加熱励起されたシリコンと反応して、所定の圧力下で気相の物質を生成する物質から構成されている。本例では、プロセスガスは、６フッ化硫黄（ＳＦ６）と酸素（Ｏ２）とを含んで構成されている。
【００５０】
プロセスガスは、事前に混合して１本のプロセスガス供給ノズル３０から容器１７内に供給され、あるいは、２本のプロセスガス供給ノズルから別々に供給される。
【００５１】
また、容器１７には、不活性ガス源３１に接続された不活性ガス供給ノズル３２が設けられている。不活性ガス供給ノズル３２は、例えば、容器１７の側壁に設けられている。なお、不活性ガス供給ノズル３２は、容器１７の天井部に設けられていても良い。
【００５２】
不活性ガス源３１からは、Ｈｅ、Ｎｅ、窒素等の不活性ガスが供給される。使用される不活性ガスは、少なくとも、シリコンおよび反応ガスに不活性であるものが用いられる。不活性ガスは、後述するように、加工処理後の容器１７内をパージする。
【００５３】
容器１７の天井部には開口１７ａが設けられ、開口１７ａには石英ガラス等の光透過性材料からなる天板３３が嵌め込まれている。天板３３と開口１７ａとの接続部分は気密に封止されている。天板３３は、ステージ１８の平坦面と対向するように、その直下に設けられている。天板３３は、少なくとも、半導体基板２１の径よりも大径に形成されている。
また、天板３３の周囲には、温度調節機構５１が設けられている。温度調節機構５１は、例えば、所定の温度に維持された温調媒体が通流される流路から構成される。温度調節機構５１により、天板３３は所定温度に維持され、後述するレーザ光照射装置３４より天板３３を介して容器１７内に照射されるレーザ光の光軸のずれは防止される。
【００５４】
容器１７の外部には、レーザ光照射装置３４が配設されている。レーザ光照射装置３４は、光源３５と、レーザ光照射部３６と、スキャン駆動部３７と、を備える。
【００５５】
光源３５は、レーザ発振機等から構成され、所定波長のレーザ光を発振する。レーザ光は、半導体基板２１の構成材料であるシリコンが吸収可能な波長を有するものが用いられ、例えば、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等が用いられる。
【００５６】
光源３５からは、シリコンをプロセスガスと反応可能な程度まで励起可能なパワーのスポット状レーザ光が発振される。なお、レーザ光は、連続光でもパルス光であってもよい。光源３５から、レーザ光は、例えば、３００Ｗ程度のパワーで発振される。
【００５７】
レーザ光照射部３６は、光ファイバ３８によって光源３５に接続されており、レーザ光の出射口として機能する。レーザ光照射部３６は、レンズおよび遮光部を有する整形部３６ａを備え、所定のスポット形状に整形してレーザ光を出射する。スポット形状は、例えば、５０μｍ×１５０μｍの長方形、楕円形、円形等である。ここで、切断面を線状とするため、特に、長方形および楕円形が好ましい。
【００５８】
なお、光ファイバ３８およびレーザ光照射部３６は、図示しない温調部により温度調整されており、これらの部分を通過する際の損失に基づく温度上昇による、レーザ光特性の時間変動は防止されている。
【００５９】
スキャン駆動部３７は、容器１７の外壁の開口１７ａの周囲に設けられている。スキャン駆動部３７は、いわゆるＸＹθステージから構成されている。スキャン駆動部３７は、ステージ１８の載置面を基準面としてレーザ光照射部３６をＸＹ方向に駆動可能に構成され、かつ、載置面に平行に回転駆動可能に構成されている。
【００６０】
スキャン駆動部３７は、レーザ光照射部３６を、半導体基板２１の表面に略垂直にレーザ光を照射する状態で、所定のパターン、かつ、所定の速度で駆動する。スキャン速度は、レーザ光の照射により、半導体基板２１がその全厚にわたって切断される速度に設定される。
【００６１】
上述したように、レーザ光の波長は、シリコンが吸収可能なものが用いられている。このため、レーザ光が照射された半導体基板２１の表面のシリコンは、レーザ光を吸収して、励起される。後述するように、加工処理の際、容器１７内はシリコンに対して反応性を有するプロセスガス（ＳＦ６等）に曝されており、励起したシリコンはこれらのプロセスガスと反応して所定のガス状物質に転換され、半導体基板２１の表面から消失する。
【００６２】
すなわち、励起されたシリコン（Ｓｉ）は、ＳＦ６と反応してＳｉＦ４を生成する。また、ＳＦ６より分離した硫黄成分（Ｓ）は、Ｏ２と反応してＳＯ２を生成する。容器１７内の圧力は、高真空状態に設定されており、ＳｉＦ４、ＳＯ２等は、気体として生成する。従って、レーザ光が照射された半導体基板２１の表面領域は、ガス状物質に転換され、よって、表面領域には消失部分が形成される。反応によって生成した上記ガス状物質は、半導体基板２１の表面への付着、堆積は防止され、容器１７の外部に排出される。
【００６３】
また、レーザ光の波長は、プロセスガス（ＳＦ６およびＯ２）が吸収しないものが選択されている。このため、半導体基板２１の表面への到達前にレーザ光がプロセスガスにより減衰する事は防がれ、レーザ光の特性変化は防止される。また、励起したプロセスガスによる容器１７内部のダメージは防がれる。
【００６４】
上記のように、レーザ光の照射に応じて、半導体基板２１の表面には消失部分が形成される。従って、レーザ光のパワー、照射時間、照射パルス数等を調節することにより、半導体基板２１の表面およびその近傍に、所定の加工、特に、分割処理を施すことができる。
【００６５】
また、容器１７の側壁には、ゲート３９が設けられ、その周囲にはゲート３９を気密に開閉可能なゲートバルブ４０が取り付けられている。ゲートバルブ４０は搬送室１３と隔てるように設けられている。
【００６６】
加熱チャンバ１５は、プロセスチャンバ１４において、例えば、−５０℃程度まで冷却された被処理体１９を室温程度まで加熱するために設けられている。
【００６７】
加熱チャンバ１５の構成を、図４に示す。図４に示すように、加熱チャンバ１５は、内部にステージ４１が設けられた容器４２を備える。容器４２の底部には、排気装置４３に接続された排気ポート４４が設けられている。排気装置４３により、容器４２内は、所定の真空度に設定される。
【００６８】
容器４２の側壁には、ゲート４５が設けられ、その周囲にはゲート４５を気密に開閉可能なゲートバルブ４６が取り付けられている。ゲートバルブ４６は搬送室１３と隔てるように設けられている。
【００６９】
ステージ４１には、抵抗体４７が埋設され、ステージ４１を加熱可能に構成されている。抵抗体４７により、ステージ４１は、例えば、５０℃程度に設定される。被処理体１９はクランプ４９によりステージ４１上に固定されて加熱され、大気雰囲気下に曝露したときに大気中の水分が凝集しない温度、例えば、室温程度、あるいは、室温以上の温度まで加熱される。
なお、加熱チャンバ１５における加熱方法は、抵抗体加熱に限らず、ランプ加熱等であってもよい。
【００７０】
ステージ４１は、図示しないリフトピン等のリフト機構を備え、ステージ４１上の被処理体１９を昇降可能に構成されている。
なお、加熱中、熱伝導を向上させるため、被処理体１９とステージ４１との間、あるいは、容器内に乾燥窒素を流すようにしてもよい。
【００７１】
以下、上記構成の加工装置１１を用いた基板の加工方法について図面を参照して説明する。
まず、カセットチャンバ１２に、未処理の被処理体１９（半導体基板２１等）が収容されたカセットが搬入される。搬送機構１６は、カセットチャンバ１２のカセットから被処理体１９を取り出す。
【００７２】
搬送機構１６がカセットから被処理体１９を取り出した後、搬送室１３とカセットチャンバ１２とを接続するゲートバルブ４８が閉鎖される。その後、搬送室１３内は所定の真空度まで減圧される。
【００７３】
減圧後、搬送室１３とプロセスチャンバ１４との間のゲートバルブ４０が開放され、搬送機構１６は、保持した被処理体１９をプロセスチャンバ１４内に搬入し、図示しないリフトピンに受け渡す。リフトピンの下降により、被処理体１９はステージ１８上に載置される。勿論、被処理体１９は、半導体基板２１が露出し、粘着シート２２がステージ１８と対向するように載置される。
【００７４】
搬送機構１６の退出後、ゲートバルブ４０は閉鎖され、プロセスチャンバ１４内は、プロセス圧力とされる。また、ステージ１８は、冷媒流路２４により予め−５０℃に温度調節されている。載置された被処理体１９は、クランプ２０によって固定される。
【００７５】
ステージ１８の光透過層２５上に被処理体１９が載置された後、スキャン駆動部３７の位置決めが行われる。位置決めは、例えば、被処理体１９に設けられたアラインメントマークを参照して行われ、スキャン駆動部３７の位置が調整される。
【００７６】
次いで、容器１７内へのＳＦ６とＯ２とを含むプロセスガスの供給を開始する。これにより、半導体基板２１の表面は、図５（ａ）に示すように、プロセスガス雰囲気に曝される。このとき、ガスは、少なくとも被処理体１９の近傍で反応に十分な濃度となるように供給される。
【００７７】
容器１７内のガス濃度がほぼ一定となった後、レーザ光照射部３６からレーザ光の照射を開始する。一方で、スキャン駆動部３７はレーザ光照射部３６を所定パターン、所定速度で移動させる。
【００７８】
このとき、レーザ光の波長はＳＦ６とＯ２とが吸収しない波長が選択されているため、これらのガスの存在による損失はほとんど発生しない。この事は、レーザ光が通過する経路で励起されたガスが拡散する事により、半導体基板２１の非処理部分（非照射部分）や容器１７内部にダメージを与える事が防止される事でもある。
【００７９】
レーザ光が照射された半導体基板２１の表面領域のシリコンは励起される。励起された表面領域の原子やクラスタ状のシリコンは、プロセスガスと反応してガス状物質に転換される。
【００８０】
すなわち、シリコン（Ｓｉ）は、ＳＦ６と反応して気体のＳｉＦ４を生成する。また、ＳＦ６より分離した硫黄成分（Ｓ）は、Ｏ２と反応してＳＯ２等を生成する。チャンバ内の圧力は、高真空状態に設定されており、ＳｉＦ４、ＳＯ２等は気体として生成する。このようにして、半導体基板２１のレーザ光照射部分はガス状物質に転換され、よって、消失部分が形成される（図５（ｂ））。
【００８１】
上記のように、除去されたシリコンがガス状物質に転換されるため、加工残さの半導体基板２１の表面への付着、堆積は防止される。このため、ダイシングソーによって基板に切削加工を施す場合等と異なり、切削粉等の加工残さが半導体基板２１の表面に露出した機械的構造体およびその機能にダメージを与えることは避けられる。
【００８２】
また、表面に加工残さが付着等しないため、被処理体１９を洗浄する必要が実質的にない。このため、洗浄の際の純水フローによる機械的構造体のダメージや、純水の表面張力によるくっつき等の機械的構造体の機能のダメージは回避される。
【００８３】
さらに、レーザ光が照射される加工部分の熱は、ステージ１８内部に設けた冷媒流路２４によって吸収している。発熱部分を純水等で直接冷却する構成ではないことから、上述したような機械的構造体およびその機能のダメージは避けられる。
【００８４】
上記のようにして、半導体基板２１のレーザ光照射部分は消失し、除去される。レーザ光の特性から、消失部分は半導体基板２１の厚み方向に線状に形成され、表面に略垂直な方向に延びる孔が形成される。スキャン駆動部３７により、レーザ光照射部３６は半導体基板２１の全厚にわたって孔が形成される速度で駆動される。好ましくは、レーザ光のスキャン速度は、半導体基板２１の厚みばらつきに対するマージンを考慮して、オーバーカットとなるように設定されている。
【００８５】
ここで、オーバーカットとなるようにレーザ光を照射する場合、図６に示すように、シリコンが完全に除去された部分にもレーザ光が照射される。粘着シート２２はレーザ光を吸収せず、切断等されることなくこれを通過させる。
【００８６】
粘着シート２２を通過したレーザ光は、その下方の光透過層２５に入射する。このように光透過層２５が光を吸収せずに透過させることにより、半導体基板２１およびステージ１８の高温部分（図中網掛け部）によって挟まれることによる、粘着シート２２の熱変性等は避けられる。
【００８７】
また、ステージ１８の上部の、光透過層２５の下には、光乱反射部２６が設けられており、光透過層２５を透過したレーザ光は乱反射されて被処理体１９およびステージ１８の本体部分に照射される。このため、ステージ１８のレーザ光照射部分の過熱は防止される。
【００８８】
スキャン駆動部３７は、レーザ光照射部３６を所定パターンで駆動し、半導体基板２１の表面には所定パターンでレーザ光が照射される。照射部分で上記のようなシリコン転換（分解）反応が進行し、半導体基板２１は多数の部分からなる所定のパターンに分割される。半導体基板２１の全体にわたる分割が終了した後、レーザ光の照射を停止し、プロセスガスの供給を止める。以上のようにして、図５（ｃ）に示すような、所定パターンに分割された半導体基板２１が粘着シート２２に貼着された状態の被処理体１９が得られる。
【００８９】
その後、不活性ガス、例えば、窒素ガスの供給を開始し、容器１７内のプロセス雰囲気をパージする。パージは容器１７内のプロセスガスおよび反応生成物ガスを排除するのに十分な時間行われる。
【００９０】
パージの終了後、クランプ２０は上昇し、図示しないリフトピンが被処理体１９をステージ１８より持ち上げる。一方で、ゲートバルブ４０が開放され、搬送機構１６が被処理体１９をプロセスチャンバ１４から搬送室１３に搬出する。搬出後、ゲートバルブ４０は閉鎖される。
【００９１】
次いで、加熱チャンバ１５と搬送室１３との間のゲートバルブ４６が開放される。搬送機構１６は被処理体１９を加熱チャンバ１５に搬入し、図示しないリフト機構の駆動により、被処理体１９はステージ４１上に載置される。
【００９２】
加熱室のステージ４１は抵抗体４７により、例えば、５０℃程度の温度に調整されている。ここで、熱伝導を向上させるため、加熱チャンバ１５内に乾燥窒素を流しても良い。半導体基板２１が十分に加熱され、大気雰囲気に曝されても水分などの凝集が生じない温度（室温以上）まで加熱される時点で加熱処理は終了する。加熱処理された被処理体１９は、図示しないリフト機構および搬送機構１６の駆動により、搬送室１３に搬出される。
【００９３】
次に、搬送室１３内には、乾燥空気などが流されて大気圧まで昇圧され、その後、カセットチャンバ１２との間のゲートバルブ４８が開かれる。搬送機構１６は、被処理体１９をカセットに収容する。以上で、１つの被処理体１９の処理が終了する。
【００９４】
本発明は、上記実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記実施の形態の変形態様について、説明する。
【００９５】
上記実施の形態では、半導体基板２１の全厚にわたって切断する場合について説明した。しかし、これに限らず、基板の表面を所定領域に分割する場合など、所定厚さの溝を形成する場合にも本発明を好適に適用することができる。
【００９６】
上記実施の形態では、プロセスガスとして、ＳＦ６とＯ２とを用いるものとした。しかし、使用するガスは、これに限られない。例えば、ＳＦ６の代わりに、ＮＦ３、Ｆ２、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６等のフッ素系ガス、または、Ｃｌ２、ＢＣｌ４等の塩素系ガスを使用することができる。また、Ｏ２の代わりに、Ｏ３、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、ＣＯ等の酸素系ガスを用いることができる。すなわち、シリコンと反応性が高く、反応によりガス状物質を生成可能な物質であればいかなるものであってもよい。
【００９７】
上記実施の形態では、単数のレーザ光照射部３６を配置するものとした。しかし、これに限らず、光源３５からのレーザ光を分岐して、複数のレーザ光照射部から複数の表面部分にレーザ光を照射するようにしてもよい。
【００９８】
上記例において、さらに、光透過層２５の周囲を光不透過性材料で覆うようにしてもよい。これにより、光乱反射部２６によって乱反射された光の容器１７内への無秩序な散乱は防止される。
【００９９】
また、上記例において、プロセスチャンバ１４のステージ１８の載置面付近に熱伝導ガスを供給して、被処理体１９とステージ１８との間の熱伝導効率を向上させるようにしてもよい。
【０１００】
また、光透過層２５を設けない構成としてもよい。しかし、この場合、ステージ１８上面が直接加熱されるため、好ましくない。
また、光透過層２５の下に、光吸収部材や熱伝導性弾性体等を設けても良い。
【０１０１】
上記実施の形態では、プロセス時、プロセスガスのみを供給するものとした。しかし、これに限らず、ガス状反応生成物の排出が容易となるよう、容器１７内、特に、ステージ１８の周囲に不活性ガスのダウンフローを形成するようにしてもよい。
【０１０２】
上記実施の形態では、ＭＥＭＳ素子を備えたシリコン半導体基板の加工処理を行う場合について説明した。しかし、本発明は、ＭＥＭＳ素子以外の素子が形成された基板に適用することができ、特に、表面に微細構造が形成された基板の加工に好適に適用可能である。
【０１０３】
また、シリコンの他に、ＳｉＧｅ等の他のシリコン系材料から構成される半導体基板２１に適用することができる。また、シリコン系材料に限らず、ＧａＰ、ＩｎＰ等の他の材料から構成される化合物材料を用いても良い。また、上記半導体材料と、絶縁材料と、を積層した、いわゆるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を用いることもできる。
【０１０４】
さらに、半導体基板に限らず、ガラス基板等の他の基板の加工にも、本発明は好適に適用可能である。
【０１０５】
上記した種々の材料から構成される基板を用いる場合には、各材料が吸収可能な波長域のレーザ光を用いる。さらに、励起した材料と反応性を有し、プロセス雰囲気下でガス状物質を生成可能な物質をプロセスガスとして用いればよい。
【０１０６】
また、上記のように、基板が複数種の材料から構成されている場合には、複数波長、複数種のレーザ光を用いるようにしてもよい。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば、高い信頼性で、表面に微細構造を有する基板を加工可能な、基板の加工装置および加工方法が提供される。
また、本発明によれば、表面に微細構造を有する基板を、その微細構造およびその機能へのダメージを低減しつつ加工可能な、基板の加工装置および加工方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる加工装置の構成を示す図である。
【図２】プロセスチャンバの構成を示す図である。
【図３】乱反射部の構成を示す図である。
【図４】加熱チャンバの構成を示す図である。
【図５】基板の加工工程を示す図である。
【図６】基板分割時のレーザ光の様子を示す図である。
【符号の説明】
１１ 加工装置
１４ プロセスチャンバ
１５ 加熱チャンバ
１８ ステージ
１９ 被処理体
２１ 半導体基板
２２ 粘着シート
２４ 冷媒流路
２５ 光透過層
２６ 光乱反射部
２９ プロセスガス源
３１ 不活性ガス源
３３ 天板
３４ レーザ光照射装置
３５ 光源
３６ レーザ光照射部
３７ スキャン駆動部
３８ 光ファイバ
Claims (25)
- チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板が載置されるステージと、
前記基板の材料と反応して、前記材料をガス状の物質に転換可能なプロセスガスを前記チャンバ内に供給するプロセスガス供給手段と、
照射部分の前記材料が励起し、前記プロセスガスと反応して前記ガス状物質に転換されるように、前記基板に所定波長のレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
を備える、ことを特徴とする基板の加工装置。 - さらに、前記ガス状物質が気体として存在する圧力に前記チャンバ内を調整する圧力調整手段を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の基板の加工装置。
- 前記ステージは、前記基板を所定温度に調節するための温度調節手段を備える、ことを特徴とする請求項１または２に記載の基板の加工装置。
- 前記プロセスガスは、前記所定波長のレーザ光を吸収しない物質から構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板の加工装置。
- さらに、前記チャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備える、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板の加工装置。
- 前記ステージは、前記基板の載置面を構成し、光を透過可能な光透過層を備える、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板の加工装置。
- 前記ステージの前記光透過層が設けられた部分には、レーザ光を乱反射可能な光乱反射手段が設けられている、ことを特徴とする請求項６に記載の基板の加工装置。
- 前記チャンバはレーザ光を透過可能な窓部材が設けられた窓を備え、
前記レーザ光照射手段は、前記チャンバの外部から前記窓を介して前記基板にレーザ光を照射する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板の加工装置。 - さらに、前記窓部材を所定温度に調節する温度調節手段を備える、ことを特徴とする請求項８に記載の基板の加工装置。
- 前記レーザ光照射手段は、
所定波長のレーザ光を発振する光源と、
前記光源に接続され、レーザ光を出射するレーザ光照射端と、
前記レーザ光照射端を所定パターンで駆動させる駆動手段と、
を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板の加工装置。 - 前記レーザ光照射手段は、スポット状レーザ光を照射する、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の基板の加工装置。
- 前記レーザ光照射手段は、さらに、スポット状レーザ光のスポット形状を整形可能な整形手段を備える、ことを特徴とする請求項１１に記載の基板の加工装置。
- 前記整形手段は、スポット状レーザ光を楕円状または長方形状に整形する、ことを特徴とする請求項１２に記載の基板の加工装置。
- 前記基板は、その前記ステージと対向する面においてシート状部材に貼着支持されている、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の基板の加工装置。
- 前記基板は半導体材料を含んで構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の基板の加工装置。
- さらに、前記チャンバに気密に開閉可能なゲート部材を介して接続され、前記チャンバとの間で前記基板の搬入出を行う搬送装置が設けられる搬送チャンバと、
前記搬送チャンバに接続され、前記チャンバから搬送される前記基板を所定温度まで加熱するための加熱チャンバと、
を備える、ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の基板の加工装置。 - 基板をチャンバ内に配置する工程と、
前記基板の材料と反応して、前記材料をガス状の物質に転換可能なプロセスガスを前記チャンバ内に供給するプロセスガス供給工程と、
照射部分の前記材料が励起し、前記プロセスガスと反応して前記ガス状物質に転換されるように、前記基板に所定波長のレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
を備える、ことを特徴とする基板の加工方法。 - さらに、前記ガス状物質が気体として存在する圧力に前記チャンバ内を調整する圧力調整工程を備える、ことを特徴とする請求項１７に記載の基板の加工方法。
- さらに、前記基板を所定温度に調節する工程を備える、ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の基板の加工方法。
- 前記レーザ光照射工程では、前記チャンバの外部からレーザ光を照射する、ことを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の基板の加工方法。
- 前記レーザ光照射工程では、レーザ光の照射位置を所定パターンで移動させる、ことを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の基板の加工方法。
- 前記レーザ光照射工程は、楕円形状または長方形状のスポット状レーザ光を照射する、ことを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の基板の加工方法。
- さらに、前記チャンバ内に不活性ガスを供給する工程を備える、ことを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の基板の加工方法。
- 前記レーザ光照射工程では、少なくとも前記基板の表面領域を複数の領域に分割する、ことを特徴とする請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載の基板の加工方法。
- 前記レーザ光照射工程では、前記基板を複数の断片に分割する、ことを特徴とする請求項１７乃至２４のいずれか１項に記載の基板の加工方法。
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