JP2009525183A - 真空排出システムと放出された有害物質の堆積を封じ込める少なくとも第一の封じ込めゾーンとを備えたレーザ加工装置および方法 - Google Patents

Abstract

加工の際に有害物質を放出する材料（１５）を加工するように構成されたレーザ加工装置であって、放出された有害物質の少なくとも幾らかを装置の加工領域から排出するための真空排出システム（２４，２５）を有している。放出された有害物質で排出されなかったものの堆積を加工領域に封じ込めるために、少なくとも第一の封じ込めゾーン（３６）が加工領域を包囲している。第二の封じ込めゾーン（３７）が第一の封じ込めゾーン（３６）を取り囲んでもよく、また、有害物質の堆積を第一の封じ込めゾーン（３６）に封じ込めるのを助けるために二つの封じ込めゾーン（３６，３７）の間に圧力差を設けてもよい。加工された材料（１５）上に堆積した放出有害物質が移送の際にレーザ加工装置から放出されるのを防止するために、加工された材料（１５）を洗浄ステーションに移送するための移送チャンバ（４０）を設けてもよい。

Description

本発明はレーザ加工に関し、特に、レーザ加工時の有害な放出物の排出および封じ込めに関する。

伝統的にウェハおよびその他の半導体のダイシングは機械的なダイシングソーによって行われてきた。機械的なソーを用いることの不利な点は、ソーによってウェハに生じる機械的な応力のために歩留まりが低下することがあること、またソーによって比較的大きなカーフ（切り溝）が形成されることである。レーザを用いることにより、歩留まりを高めることができ、ウェハ上のデバイス間のカーフ（切り溝）あるいはストリートの幅を小さくしてウェハあたりのデバイスの数を増やすことができる。そのようなストリート幅の減少という利点は、デバイスのサイズに比較してカーフ（切り溝）が大きいデバイスの場合は、特に重要である。

ガリウムヒ素などのウェハにおけるビア形成は、伝統的には、化学的に、すなわちエッチング工程を用いて、行われてきた。レーザによるビア加工はスループットが高くまた柔軟性が大きいため、汎用性ならびに所有コストの点で非常に有利である。

しかし、レーザを、ある物質のレーザダイシングやレーザを用いたビア穿孔などのマイクロマシニングの応用分野に用いると、加工工程の際に発生する放出物のために、有害な場合がある。

レーザ加工の際に有害な物質を放出する場合があるガリウムヒ素などの物質のレーザダイシングについて提案がなされてきたが、既知の工程の工作機械類を生産ベースで安全に用いることができなかったのは明らかである。なぜなら、既知のレーザ加工装置の場合、発生した粒子を加工作業中どこに堆積できるかに関して全く注意が向けられてこなかったからである。

本発明の目的は、先行技術における上記の問題を少なくとも改善することである。

本発明の第一の側面によれば、レーザ加工の際に有害物質を放出する基板を加工するように構成されたレーザ加工装置であって、前記装置の加工領域を取り囲むハウジングを含む真空排出システムであって、放出された前記有害物質の少なくとも幾らかを前記加工領域から排出するための真空排出システムと、前記加工領域を包囲する前記ハウジング内の第一の封じ込めゾーンであって、排出されなかった放出有害物質の堆積をこの第一の封じ込めゾーンに実質的に封じ込めるように構成された少なくとも第一の封じ込めゾーンと、を有するレーザ加工装置が提供される。

前記レーザ加工装置が、更に、前記第一の封じ込めゾーンを実質的に取り囲む第二の封じ込めゾーンであって、排出されなかった有害物質で前記第一の封じ込めゾーンに堆積されなかった有害物質の堆積を封じ込めるように構成された第二の封じ込めゾーンを有するのは好ましい。

前記第一の封じ込めゾーンにおける雰囲気ガス圧力が前記第二の封じ込めゾーンにおける雰囲気ガス圧力より小さいのは有利である。

前記レーザ加工装置が、レーザ加工された材料を前記加工領域から、前記加工された材料から放出有害物質を洗い落とすように構成された洗浄ステーションへと、前記有害物質を前記レーザ加工装置の周囲に放つことなく移送するための移送チャンバを更に有するのは好都合である。

前記レーザ加工装置が、半導体ウェハを加工するように構成されるのは好都合である。

前記レーザ加工装置が、半導体ウェハのダイシングおよびビア加工の少なくともどちらかを行うように構成されるのは好都合である。

前記レーザ加工装置が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を加工するように構成されるのは好都合である。

前記レーザ加工装置が、ヒ化物を加工するように構成されるのは好都合である。

本発明の第二の側面によれば、レーザ加工の際に有害物質を放出する基板のレーザ加工方法であって、放出された前記有害物質の少なくとも幾らかを、材料の加工される領域を取り囲むハウジングから排出するステップと、前記ハウジング内で前記加工される領域を包囲する第一の封じ込めゾーンを少なくとも設け、排出されなかった放出有害物質の堆積を前記第一の封じ込めゾーンに実質的に封じ込めるステップと、を有するレーザ加工方法が提供される。

前記レーザ加工方法が、前記第一の封じ込めゾーンを実質的に取り囲む第二の封じ込めゾーンを設け、排出されなかった有害物質で前記第一の封じ込めゾーンに堆積されなかった有害物質の堆積を前記第二の封じ込めゾーンに封じ込めるステップ、を更に有するのは好ましい。

前記レーザ加工方法が、有害物質が前記第一の封じ込めゾーンから前記第二の封じ込めゾーンへ移送されるのを阻止するために、前記第一の封じ込めゾーンと前記第二の封じ込めゾーンとの間に雰囲気ガス圧力の差を設けるステップ、を更に有するのは有利である。

前記レーザ加工方法が、移送チャンバを設け、前記有害物質をレーザ加工装置の周囲に放つことなく、加工領域から洗浄ステーションへとレーザ加工された材料を移送し、放出有害物質を前記加工された材料から洗い落とすステップ、を更に有するのは好都合である。

前記レーザ加工方法が、半導体ウェハを加工するように構成されるのは好都合である。

前記レーザ加工方法が、半導体ウェハのダイシングおよびビア加工の少なくともどちらかを行うように構成されるのは有利である。

前記レーザ加工方法が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を加工するように構成されるのは好都合である。

前記レーザ加工方法が、ヒ化物を加工するように構成されるのは好都合である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を例によって説明する。

図中、同じ参照番号は同じ部品を示す。

半導体ウェハを加工するためのレーザ加工機械は、半導体あるいは他の物質のウェハや基板における、ダイシングや穿孔バイア形成のために用いることができる。加工工程は少なくとも加工対象の物質によるレーザ光の吸収を伴い、それによって光アブレーション、光イオン化、あるいは他の光解離現象が引き起こされ、その結果、ガスが発生し固体粒子が放出される。それらは機械に損傷をもたらしたり、オペレータにとって危険となったりすることがあり、あるいは、局所的な環境にある物質と反応して、危険となり得る化合物を生成し、機械とオペレータに脅威となることがある。

そのような工程の一つとして、Ｑスイッチパルスレーザを用いたガリウムヒ素のレーザ加工がある。この工程において、ガリウムヒ素は解離して、有害元素であるヒ素を発生する。したがって、レーザ加工装置の加工領域あるいは切断領域からヒ素が放出されるのを防ぐ必要がある。

図１を参照すると、本発明によるレーザ加工システム１０は、ビームデリバリー経路を備えたレーザ（図示されていない）と、ビームステアリングシステムすなわちビーム位置決めシステム１１とを有している。ビーム位置決めシステムは、ビーム１４（図３を参照）を加工面１５に届けるガルバノメータ方式のあるいは他のスキャニングシステムとすることができる。あるいは、固定ビームを用い、ウェハ１５をビーム１４に対して移動させることにより、ウェハ上の特定位置にビームを位置決めできるようにしてもよい。一般的に、ビーム位置決めシステムにはＸＹテーブル１２が含まれており、また、図２に示されているように、ガスあるいは液体を加工領域に供給するためのガスあるいは液体アシストノズル２３が含まれていてもよい。

可動レーザビームすなわち位置決め可能なレーザビームを用いるとしても、固定レーザビーム１４を用いるとしても、レーザ加工工程は結果として一般に粒子とガスの両方を放出する。通常、何の予防措置も講じないと、これら粒子およびガスの幾らかは空中浮遊し、機械内で加工領域よりかなり離れた場所へ運ばれることがある。

図２は、レーザ加工工程の際の加工領域からの局地的な放出をかなり削減するようにしたガルバノメータ方式のビーム供給システム用に設計されたシステムの一部断面図を示したものである。このシステムは、空気が加工領域の外から通って入るエアフロー入力ウィンドウ２４と、加工工程の際に粒子、ガス、デブリ（破片）を加工領域から除去し、安全に廃棄あるいはリサイクルするために空気を加工領域から排出するためのエアフロー出力ウィンドウ２５とを有している。この排出システムによって、有害物質が周囲環境へ放出されるのを防止するための、また、有害物質が当座の加工領域の外の一般の機械領域に堆積するのを防止するための第一の機構が提供される。

図３および図４を参照すると、望ましくない物質の堆積を防止するための第二の機構は、一次封じ込めゾーン３６と二次封じ込めゾーン３７とを有している。一次封じ込めゾーン３６は、ウェハ１５を直接に囲む容積のことである。このエリアは垂直バリア３６１によって一次封じ込めゾーン外のエリアから分離されているが、その上面は開放されている。バリアは、ウェハ１５を直接に囲んでいる一次封じ込めゾーン３６の外部に物質が顕著に堆積するのを防止し、粒子の堆積を一次封じ込めゾーン３６とウェハ１５に閉じ込めている。バリア３６１はＸＹテーブル１２に搭載されており、ＸＹテーブル１２にはウェハ１５が載せられるので、加工の際には、一次封じ込めゾーン３６がウェハ１５と共にＸＹテーブル上で動くことになる。ウェハ１５を一次封じ込めゾーン３６内の加工領域に装填するため、また加工されたウェハ１５を加工領域から抜き取るために、実質的に長方形の断面を有する通路３６２が垂直バリア３６１を貫いて設けられている。

二次封じ込めゾーン３７は一次封じ込めゾーン３６を取り囲んでおり、包み込んでいるチャンバ壁３７１により境界が定められ、その上面は閉鎖されているが、レーザビーム１４に対しては透過性を有している。実質的に長方形の断面の通路３７２が、チャンバ壁３７１を貫いて設けられており、一次封じ込めゾーンがＸＹテーブルと共に適切に動くことによって、一次封じ込めゾーンの壁３６１の通路３６２が二次封じ込めゾーンの壁３７１を貫く通路３７２と整列することができる。

図３および図５（図５では、明確に図示するために一次封じ込めゾーン３６の壁３６１が省略されている）を参照すると、ウェハ１５をこの加工領域から取って、チャンバ壁３７１の通路３７２に整列された閉じ込めトンネル４０を通して洗浄ステーションへ移送するために、ウェハハンドリングシステムが設けられている。洗浄ステーションではウェハから有害物質が十分に除去され、洗浄されたウェハが安全に取り扱えるようになる。

有害粒子が一次閉じ込めゾーン３６の外に運ばれるのを防止するために、一次閉じ込めゾーン３６内における空気圧（雰囲気ガスが空気でない場合は、雰囲気ガス圧力）は、二次閉じ込めゾーン３７よりも低く保たれるほうが好ましい。たまたま二次封じ込めゾーン３７に入る粒子があるとしても、二次閉じ込めゾーン３７内に封じ込められる。

このように、図２に示されているように粒子状およびガス状の放出物の大部分を加工領域から排出することにより、また図４に示されているように特に粒子状放出物を一次および二次封じ込めゾーン（チャンバ）３６、３７においてウェハ領域に閉じ込めることにより、加工領域からの有害物質の放出が実質的に防止される。

粒子状およびガス状の放出物の大部分は、図２に示されている排出システムにより加工領域から除去される。封じ込めゾーン（チャンバ）３６、３７を上記のように用いることにより、二次封じ込めゾーン３７の外部に有害物質が堆積するのを効果的に解消する。加工領域そのものの外における堆積の大部分は、一次封じ込めゾーン３６において発生する。ウェハは、移送チャンバ４０内において動作するハンドリングシステムによってこの加工領域へと装填される。加工の後、ウェハは逆の仕方で除去され、洗浄システムへと移送される。

本発明によれば、一般的な機械エリアにおける有害物質の蓄積を防ぐことにより機械を安全に保つために必要とされる保守時間が減少されるので、機械の不稼動時間を減少させ得る。

半導体ウェハあるいは他の基板をレーザ加工するための機械について説明したが、加工工程の際に有害物質が放出される可能性があっても、放出物を排出しあるいは閉じ込めるように機械が設計されているため、機械の近くにいる人員の健康に危険となることがない。

このように、有害物質を加工するための上記レーザ加工システムは、有害粒子および有害ガスを除去するための局所的真空排気システムと、有害物質の堆積が加工されている基板のエリアに限定されるように設計された一次封じ込めゾーン３６と、機械の大気に露出されている部分に有害物質が到達するのを更に防止する二次封じ込めゾーン３７とを有する。加工されたウェハ１５を次の処理の前に洗浄ステーションへ運ぶために、閉じ込め通路４０が設けられている。

本発明によるレーザ加工装置の一部の斜視図である。 図１のレーザ加工装置の加工部を通る空気流を説明する切り欠き図である。 本発明によるレーザ加工装置の概略断面図である。 図１のレーザ加工装置の一部の斜視図であり、一次封じ込めチャンバおよび二次封じ込めチャンバを示した図である。 図１のレーザ加工装置の一部の斜視図であり、加工されたウェハを装置の加工部から洗浄ステーションへ移送するための移送封じ込めチャンバを示した図である。

符号の説明

１０・・・レーザ加工システム、１１・・・ビーム位置決めシステム、１２・・・ＸＹテーブル、１４・・・ビーム、１５・・・ウェハ、２３・・・アシストノズル、２４・・・エアフロー入力ウィンドウ、２５・・・エアフロー出力ウィンドウ、３６・・・一次封じ込めゾーン、３７・・・二次封じ込めゾーン、４０・・・移送チャンバ、３６１・・・垂直バリア、３６２・・・垂直バリアの通路、３７１・・・チャンバ壁、３７２・・・チャンバ壁の通路。

Claims (16)

1. レーザ加工の際に有害物質を放出する基板を加工するように構成されたレーザ加工装置であって、前記装置の加工領域を取り囲むハウジングを含む真空排出システムであって、放出された前記有害物質の少なくとも幾らかを前記加工領域から排出するための真空排出システムと、
   前記加工領域を包囲する前記ハウジング内の第一の封じ込めチャンバであって、排出されなかった放出有害物質の堆積を第一の封じ込めチャンバ内に実質的に封じ込めるように構成された少なくとも第一の封じ込めチャンバと、
   を有するレーザ加工装置。
2. 請求項１に記載のレーザ加工装置であって、前記第一の封じ込めチャンバを実質的に取り囲む前記ハウジングにより画定される第二の封じ込めチャンバであって、排出されなかった有害物質で前記第一の封じ込めチャンバに堆積されなかった有害物質の堆積を封じ込めるように構成された第二の封じ込めチャンバを有する、レーザ加工装置。
3. 請求項２に記載のレーザ加工装置であって、前記第一の封じ込めチャンバにおける雰囲気ガス圧力が前記第二の封じ込めチャンバにおける雰囲気ガス圧力より小さいことを特徴とする、レーザ加工装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置であって、レーザ加工された材料を、前記加工領域から、前記加工された材料から放出有害物質を洗い落とすように構成された洗浄ステーションへと、前記有害物質を前記レーザ加工装置の周囲に放つことなく移送するための移送チャンバを更に有することを特徴とする、レーザ加工装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置であって、半導体ウェハを加工するように構成されたレーザ加工装置。
6. 請求項５に記載のレーザ加工装置であって、半導体ウェハのダイシングおよびビア加工の少なくともどちらかを行うように構成されたレーザ加工装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置であって、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を加工するように構成されたレーザ加工装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレーザ加工装置であって、ヒ化物を加工するように構成されたレーザ加工装置。
9. レーザ加工の際に有害物質を放出する基板のレーザ加工方法であって、
   ａ．放出された前記有害物質の少なくとも幾らかを、材料の加工される領域を取り囲むハウジングから排出するステップと、
   ｂ．前記ハウジング内で前記加工される領域を包囲する第一の封じ込めチャンバを少なくとも設け、排出されなかった放出有害物質の堆積を前記第一の封じ込めチャンバに実質的に封じ込めるステップと、
   を有するレーザ加工方法。
10. 請求項９に記載のレーザ加工方法であって、前記第一の封じ込めチャンバを実質的に取り囲む前記ハウジングにより画定される第二の封じ込めチャンバを設け、排出されなかった有害物質で前記第一の封じ込めチャンバに堆積されなかった有害物質の堆積を前記第二の封じ込めチャンバに封じ込めるステップを有する、レーザ加工方法。
11. 請求項１０に記載のレーザ加工方法であって、有害物質が前記第一の封じ込めチャンバから前記第二の封じ込めチャンバへ移送されるのを阻止するために、前記第一の封じ込めチャンバと前記第二の封じ込めチャンバとの間に雰囲気ガス圧力の差を設けるステップを有する、レーザ加工方法。
12. 請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のレーザ加工方法であって、更に、移送チャンバを設け、前記有害物質をレーザ加工装置の周囲に放つことなく、加工領域から洗浄ステーションへレーザ加工された材料を移送し、放出された有害物質を加工された材料から洗い落とすステップを有する、レーザ加工方法。
13. 請求項９ないし１２のいずれか１項に記載のレーザ加工方法であって、半導体ウェハを加工するように構成されたレーザ加工方法。
14. 請求項１３に記載のレーザ加工方法であって、半導体ウェハのダイシングおよびビア加工の少なくともどちらかを行うように構成されたレーザ加工方法。
15. 請求項９ないし１４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法であって、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を加工するように構成されたレーザ加工方法。
16. 請求項９ないし１５のいずれか１項に記載のレーザ加工方法であって、ヒ化物を加工するように構成されたレーザ加工方法。

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