JPH11145108A - 微細加工方法および微細加工装置 - Google Patents
微細加工方法および微細加工装置Info
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- JPH11145108A JPH11145108A JP9302695A JP30269597A JPH11145108A JP H11145108 A JPH11145108 A JP H11145108A JP 9302695 A JP9302695 A JP 9302695A JP 30269597 A JP30269597 A JP 30269597A JP H11145108 A JPH11145108 A JP H11145108A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高アスペクト比を有する微細な穴加工を行うこ
とができ、かつ、穴内壁に酸化膜を形成する工程を同時
に達成することができる微細加工方法および微細加工装
置を提供する。 【解決手段】装置構造として、加工槽１と過酸化水素水
４とレーザ光源１０とを備え、シリコン基板２を過酸化
水素水４の中に浸漬した状態で、レーザ光Ｌｂを被加工
物に照射する。すると、過酸化水素水４中でのレーザ光
Ｌｂの照射により過酸化水素水４の気化現象により加工
箇所から気泡が発生し、加工先端部の溶融物を、気泡に
付着させる形で加工穴の外部に排出させるとともに、気
泡の中にガスにて加工穴の側面に酸化膜が形成されてい
く。このようにして、穴が形成されるとともに当該穴の
内壁に酸化膜が形成される。
とができ、かつ、穴内壁に酸化膜を形成する工程を同時
に達成することができる微細加工方法および微細加工装
置を提供する。 【解決手段】装置構造として、加工槽１と過酸化水素水
４とレーザ光源１０とを備え、シリコン基板２を過酸化
水素水４の中に浸漬した状態で、レーザ光Ｌｂを被加工
物に照射する。すると、過酸化水素水４中でのレーザ光
Ｌｂの照射により過酸化水素水４の気化現象により加工
箇所から気泡が発生し、加工先端部の溶融物を、気泡に
付着させる形で加工穴の外部に排出させるとともに、気
泡の中にガスにて加工穴の側面に酸化膜が形成されてい
く。このようにして、穴が形成されるとともに当該穴の
内壁に酸化膜が形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、微細加工方法お
よび微細加工装置に係り、詳しくは例えばシリコン基板
等の被加工物に微細な穴加工を行うための方法および装
置に関するものである。
よび微細加工装置に係り、詳しくは例えばシリコン基板
等の被加工物に微細な穴加工を行うための方法および装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６に示すように、デバイス（図６では
ＭＯＳトランジスタを示す）Ｑ１，Ｑ２が形成されたシ
リコン基板３０に対して任意の場所にＡｌまたはＣｕ製
貫通電極３１を形成する場合、高アスペクト比の穴形成
が必要であり、なおかつ周辺部との電気的絶縁性を確保
するために、穴内壁が酸化膜（ＳｉＯ2 ）３２で覆われ
ていることが必要になる。そこで、マイクロドリル等を
用いて貫通穴３３を形成した後、その側壁部分に熱酸化
膜３２を形成しようとすると、デバイス全体を電気炉内
に投入する必要があり、他の部分への熱的影響が避けら
れないのは明らかである。また、加工穴３３の側面部分
に樹脂材料を塗布しようとすると、工程が非常に困難に
なる。
ＭＯＳトランジスタを示す）Ｑ１，Ｑ２が形成されたシ
リコン基板３０に対して任意の場所にＡｌまたはＣｕ製
貫通電極３１を形成する場合、高アスペクト比の穴形成
が必要であり、なおかつ周辺部との電気的絶縁性を確保
するために、穴内壁が酸化膜（ＳｉＯ2 ）３２で覆われ
ていることが必要になる。そこで、マイクロドリル等を
用いて貫通穴３３を形成した後、その側壁部分に熱酸化
膜３２を形成しようとすると、デバイス全体を電気炉内
に投入する必要があり、他の部分への熱的影響が避けら
れないのは明らかである。また、加工穴３３の側面部分
に樹脂材料を塗布しようとすると、工程が非常に困難に
なる。
【０００３】一方、特開平５−１４４９７８号公報に
は、レーザによってビアホール等の穴あけ加工をする際
において、レーザ照射部分に酸素ガスを吹き付けながら
加工することで、加工穴周辺を酸化させる手法が開示さ
れている。しかし、大気中でこの手法により穴あけを行
っても、加工穴周辺へ溶融のような熱的なダメージを与
えることがある。これを回避すべくダメージを与えない
程度にレーザの出力を小さくすると、穴あけ加工自体が
ほとんど進まなくなり、基板上の所定の場所に貫通穴を
形成できなくなってしまう。
は、レーザによってビアホール等の穴あけ加工をする際
において、レーザ照射部分に酸素ガスを吹き付けながら
加工することで、加工穴周辺を酸化させる手法が開示さ
れている。しかし、大気中でこの手法により穴あけを行
っても、加工穴周辺へ溶融のような熱的なダメージを与
えることがある。これを回避すべくダメージを与えない
程度にレーザの出力を小さくすると、穴あけ加工自体が
ほとんど進まなくなり、基板上の所定の場所に貫通穴を
形成できなくなってしまう。
【０００４】また、加工後の残渣を被加工物から効率よ
く除去して熱的なダメージを低減する手法として、特開
平６−３３３９１０号公報には、純水中に被加工物を設
置し、加工用レーザと共に気泡発泡用レーザを照射して
加工を行う方法も開示されている。しかし、純水中の加
工では、シリコン基板に対して穴あけ加工を行うことは
できても、その内壁を十分な厚みを持つ酸化膜で覆うこ
とはできない。
く除去して熱的なダメージを低減する手法として、特開
平６−３３３９１０号公報には、純水中に被加工物を設
置し、加工用レーザと共に気泡発泡用レーザを照射して
加工を行う方法も開示されている。しかし、純水中の加
工では、シリコン基板に対して穴あけ加工を行うことは
できても、その内壁を十分な厚みを持つ酸化膜で覆うこ
とはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記事情
に鑑みなされたもので、その目的は、高アスペクト比を
有する微細な穴加工を行うことができ、かつ、穴内壁に
酸化膜を形成する工程を同時に達成することができる微
細加工方法および微細加工装置を提供することにある。
に鑑みなされたもので、その目的は、高アスペクト比を
有する微細な穴加工を行うことができ、かつ、穴内壁に
酸化膜を形成する工程を同時に達成することができる微
細加工方法および微細加工装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の微細加
工方法によれば、被加工物を、酸化作用を有するレーザ
光透過性液体の中に浸漬した状態で、レーザ光が被加工
物に照射されて穴加工が行われると同時に当該穴の内壁
に酸化膜が形成される。
工方法によれば、被加工物を、酸化作用を有するレーザ
光透過性液体の中に浸漬した状態で、レーザ光が被加工
物に照射されて穴加工が行われると同時に当該穴の内壁
に酸化膜が形成される。
【０００７】また、そのために、請求項５に記載のよう
に、装置構造として、加工槽と、加工槽の中に配置さ
れ、酸化作用を有するレーザ光透過性液体と、被加工物
を、加工槽のレーザ光透過性液体の中に浸漬した状態
で、レーザ光を被加工物に照射して穴加工を行うと同時
に当該穴の内壁に酸化膜を形成するためのレーザ光源
と、を備えたものを用いる。
に、装置構造として、加工槽と、加工槽の中に配置さ
れ、酸化作用を有するレーザ光透過性液体と、被加工物
を、加工槽のレーザ光透過性液体の中に浸漬した状態
で、レーザ光を被加工物に照射して穴加工を行うと同時
に当該穴の内壁に酸化膜を形成するためのレーザ光源
と、を備えたものを用いる。
【０００８】このようにすると、酸化作用を有する液体
（例えば、過酸化水素水；Ｈ2 Ｏ2）中でレーザ光を用
いて穴加工を行うときに、図２に示す如く、液体の気化
現象により加工箇所から気泡（１３）が発生し、上方に
向かって移動していく。この発泡現象は、レーザ照射に
よって生じた加工先端部（Ｚ１）の溶融物を、気泡（１
３）に付着させる形で加工穴（１１）の外部に排出させ
る効果がある。この効果は物理的な効果であり、液体の
化学的な作用とは関係なく生ずることを発明者らは確認
している。この効果によって溶融物が加工先端部（Ｚ
１）から効率的に排出され、レーザ光が加工先端部（Ｚ
１）に効率よく到達することで高アスペクト比の穴加工
が可能になる。
（例えば、過酸化水素水；Ｈ2 Ｏ2）中でレーザ光を用
いて穴加工を行うときに、図２に示す如く、液体の気化
現象により加工箇所から気泡（１３）が発生し、上方に
向かって移動していく。この発泡現象は、レーザ照射に
よって生じた加工先端部（Ｚ１）の溶融物を、気泡（１
３）に付着させる形で加工穴（１１）の外部に排出させ
る効果がある。この効果は物理的な効果であり、液体の
化学的な作用とは関係なく生ずることを発明者らは確認
している。この効果によって溶融物が加工先端部（Ｚ
１）から効率的に排出され、レーザ光が加工先端部（Ｚ
１）に効率よく到達することで高アスペクト比の穴加工
が可能になる。
【０００９】一方、液体の化学的な酸化作用がレーザ光
の照射によって加工先端部周辺（加工穴底面および底面
近傍の側面）に誘起される。具体的には、上記の発泡現
象によって生じた気泡（１３）の中に酸化作用を有する
ガス雰囲気が内在され、加工先端部周辺はレーザ光の照
射によって常に局所的に高温状態にあるため、気泡（１
３）がこの領域で発生する際に被加工物（例えばシリコ
ン）を酸化する。加工先端部周辺のうち、加工穴（１
１）の底面は加工の進行方向であり、貫通穴を形成した
際には消滅するが、側面方向に形成された酸化領域はそ
のまま残り、加工の進行と共に側壁全面に酸化膜（１
２）が形成されていく。
の照射によって加工先端部周辺（加工穴底面および底面
近傍の側面）に誘起される。具体的には、上記の発泡現
象によって生じた気泡（１３）の中に酸化作用を有する
ガス雰囲気が内在され、加工先端部周辺はレーザ光の照
射によって常に局所的に高温状態にあるため、気泡（１
３）がこの領域で発生する際に被加工物（例えばシリコ
ン）を酸化する。加工先端部周辺のうち、加工穴（１
１）の底面は加工の進行方向であり、貫通穴を形成した
際には消滅するが、側面方向に形成された酸化領域はそ
のまま残り、加工の進行と共に側壁全面に酸化膜（１
２）が形成されていく。
【００１０】このように、レーザ加工における加工雰囲
気に着目し、酸化作用を有する液体中で加工すること
で、高アスペクト比を有する微細な穴加工を行うことが
できると同時に、穴内壁に酸化膜を形成する工程を同時
に達成することができる。
気に着目し、酸化作用を有する液体中で加工すること
で、高アスペクト比を有する微細な穴加工を行うことが
できると同時に、穴内壁に酸化膜を形成する工程を同時
に達成することができる。
【００１１】ここで、請求項３に記載の微細加工方法の
ように、酸化作用を有するレーザ光透過性液体を、循環
させながらレーザ光を照射するとよい。そのために、請
求項７に記載のように、装置構造として、酸化作用を有
するレーザ光透過性液体を満たしたリザーバタンクと、
リザーバタンク内のレーザ光透過性液体を加工槽へ供給
するとともに加工槽内のレーザ光透過性液体をリザーバ
タンクに戻すための液循環用ポンプとを備えたものを用
いる。
ように、酸化作用を有するレーザ光透過性液体を、循環
させながらレーザ光を照射するとよい。そのために、請
求項７に記載のように、装置構造として、酸化作用を有
するレーザ光透過性液体を満たしたリザーバタンクと、
リザーバタンク内のレーザ光透過性液体を加工槽へ供給
するとともに加工槽内のレーザ光透過性液体をリザーバ
タンクに戻すための液循環用ポンプとを備えたものを用
いる。
【００１２】このようにすると、長時間の加工を行った
ときにおいて液の特性劣化を回避することができる。そ
の結果、安定した加工を実現できる。また、請求項４に
記載の微細加工方法のように、循環させたレーザ光透過
性液体の液面に配置したレーザ光透過材を通してレーザ
光を被加工物に照射するとよい。つまり、請求項８に記
載のように、装置構造として、レーザの光路上における
循環させたレーザ光透過性液体の液面にレーザ光透過材
を配置する。
ときにおいて液の特性劣化を回避することができる。そ
の結果、安定した加工を実現できる。また、請求項４に
記載の微細加工方法のように、循環させたレーザ光透過
性液体の液面に配置したレーザ光透過材を通してレーザ
光を被加工物に照射するとよい。つまり、請求項８に記
載のように、装置構造として、レーザの光路上における
循環させたレーザ光透過性液体の液面にレーザ光透過材
を配置する。
【００１３】このようにすると、レーザ光透過性液体を
循環させた時に液面が揺れてレーザ光が被加工物の表面
で振れることが回避できる。その結果、安定した加工を
実現できる。
循環させた時に液面が揺れてレーザ光が被加工物の表面
で振れることが回避できる。その結果、安定した加工を
実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に従って説明する。図１には、本実施形態
における微細加工装置の全体図を示す。
の形態を図面に従って説明する。図１には、本実施形態
における微細加工装置の全体図を示す。
【００１５】微細加工装置は、シリコン基板２に穴加工
を行うための加工槽１を備えており、この加工槽１の中
に、半導体よりなる被加工物としてのシリコン基板２が
セットできるようになっている。セットされたシリコン
基板２は水平状態で保持され、加工を施す面（加工面）
が上向きとなる。また、加工槽１の中には、酸化作用を
有するレーザ光透過性液体としての過酸化水素水４が満
たされ、シリコン基板２が過酸化水素水４の中に浸漬さ
れるようになっている。
を行うための加工槽１を備えており、この加工槽１の中
に、半導体よりなる被加工物としてのシリコン基板２が
セットできるようになっている。セットされたシリコン
基板２は水平状態で保持され、加工を施す面（加工面）
が上向きとなる。また、加工槽１の中には、酸化作用を
有するレーザ光透過性液体としての過酸化水素水４が満
たされ、シリコン基板２が過酸化水素水４の中に浸漬さ
れるようになっている。
【００１６】一方、加工槽１とは離間した位置にリザー
バタンク３が配置され、加工槽１とリザーバタンク３と
は液供給パイプ５およびリターンパイプ６により接続さ
れている。液供給パイプ５の途中には液循環用ポンプ７
が配置されている。そして、液循環用ポンプ７の駆動に
よりリザーバタンク３内に満たされた過酸化水素水４が
汲み上げられて液供給パイプ５を経て加工槽１に供給さ
れ、さらに、加工槽１の過酸化水素水４がリターンパイ
プ６を経由してリザーバタンク３内に戻される。より詳
しくは、図１において加工槽１の右側から過酸化水素水
４が供給されるとともに加工槽１の左側から過酸化水素
水４が排出され、加工槽１の中のシリコン基板２の上面
（加工面）を過酸化水素水４が通過していく。つまり、
加工槽１の天井面より１ｍｍ程度の下方にシリコン基板
２の上面が位置し、このシリコン基板２の上面と加工槽
１の天井面との間を過酸化水素水４が流れていく。
バタンク３が配置され、加工槽１とリザーバタンク３と
は液供給パイプ５およびリターンパイプ６により接続さ
れている。液供給パイプ５の途中には液循環用ポンプ７
が配置されている。そして、液循環用ポンプ７の駆動に
よりリザーバタンク３内に満たされた過酸化水素水４が
汲み上げられて液供給パイプ５を経て加工槽１に供給さ
れ、さらに、加工槽１の過酸化水素水４がリターンパイ
プ６を経由してリザーバタンク３内に戻される。より詳
しくは、図１において加工槽１の右側から過酸化水素水
４が供給されるとともに加工槽１の左側から過酸化水素
水４が排出され、加工槽１の中のシリコン基板２の上面
（加工面）を過酸化水素水４が通過していく。つまり、
加工槽１の天井面より１ｍｍ程度の下方にシリコン基板
２の上面が位置し、このシリコン基板２の上面と加工槽
１の天井面との間を過酸化水素水４が流れていく。
【００１７】このように、過酸化水素水４が液循環用ポ
ンプ７の駆動により循環しており、これによりシリコン
基板１に対し長時間の加工を行った際の液特性の劣化を
防いでいる。
ンプ７の駆動により循環しており、これによりシリコン
基板１に対し長時間の加工を行った際の液特性の劣化を
防いでいる。
【００１８】また、加工槽１の天井面には、レーザ光Ｌ
ｂを加工槽１の中に取り入れるための窓（透孔）８が形
成され、この窓８にはレーザ光透過材１５が嵌め込まれ
ている。加工槽１における窓８の上方には集光レンズ９
が配置され、この集光レンズ９がレーザ光源（発振器）
１０と光学的に接続されている。そして、レーザ光源
（発振器）１０からのレーザ光Ｌｂが集光レンズ９にて
集光され、窓８から加工槽１内のシリコン基板２に向か
って照射されるようになっている。
ｂを加工槽１の中に取り入れるための窓（透孔）８が形
成され、この窓８にはレーザ光透過材１５が嵌め込まれ
ている。加工槽１における窓８の上方には集光レンズ９
が配置され、この集光レンズ９がレーザ光源（発振器）
１０と光学的に接続されている。そして、レーザ光源
（発振器）１０からのレーザ光Ｌｂが集光レンズ９にて
集光され、窓８から加工槽１内のシリコン基板２に向か
って照射されるようになっている。
【００１９】ここで、窓８に設けたレーザ光透過材１５
は、レーザ光Ｌｂの光路上において過酸化水素水４の液
面に密着して配置されている。これにより、液循環用ポ
ンプ７の駆動により過酸化水素水４を循環させた際に、
加工槽１の中において過酸化水素水４の液面が揺れるこ
とによるレーザ光Ｌｂのビーム集光点のシリコン基板２
の表面での振れが抑制される。
は、レーザ光Ｌｂの光路上において過酸化水素水４の液
面に密着して配置されている。これにより、液循環用ポ
ンプ７の駆動により過酸化水素水４を循環させた際に、
加工槽１の中において過酸化水素水４の液面が揺れるこ
とによるレーザ光Ｌｂのビーム集光点のシリコン基板２
の表面での振れが抑制される。
【００２０】なお、レーザ光透過材１５の材質および板
厚は、レーザ光透過材１５の設置箇所においてレーザ光
Ｌｂの吸収が無視できる程度になるようにする。例え
ば、レーザ光透過材１５の材質をガラスとし、板厚を薄
くしてレーザ光透過性に優れたものとする。
厚は、レーザ光透過材１５の設置箇所においてレーザ光
Ｌｂの吸収が無視できる程度になるようにする。例え
ば、レーザ光透過材１５の材質をガラスとし、板厚を薄
くしてレーザ光透過性に優れたものとする。
【００２１】また、前述のレーザ光源１０として、本例
では、赤外域のＹＡＧレーザ発振器を用いている。これ
は、過酸化水素水４はＹＡＧレーザに対し透過性があ
り、液面から１ｍｍ程度の深さにシリコン基板２を設置
する場合、液体中でのレーザ光の減衰を考慮しなくても
よいからである。
では、赤外域のＹＡＧレーザ発振器を用いている。これ
は、過酸化水素水４はＹＡＧレーザに対し透過性があ
り、液面から１ｍｍ程度の深さにシリコン基板２を設置
する場合、液体中でのレーザ光の減衰を考慮しなくても
よいからである。
【００２２】一方、加工槽１の中のシリコン基板２とレ
ーザ光Ｌｂの集光点とは、図示しない３軸走査装置によ
り、前後・左右・上下方向（図中、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向）に
相対的に移動できるようになっている。つまり、レーザ
光Ｌｂの集光点とシリコン基板２（加工対象物）は、相
対的にＸ−Ｙ−Ｚ軸方向に移動できるようになってお
り、シリコン基板２の表面の任意の場所に任意の形状の
穴を形成できるようになっている。
ーザ光Ｌｂの集光点とは、図示しない３軸走査装置によ
り、前後・左右・上下方向（図中、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向）に
相対的に移動できるようになっている。つまり、レーザ
光Ｌｂの集光点とシリコン基板２（加工対象物）は、相
対的にＸ−Ｙ−Ｚ軸方向に移動できるようになってお
り、シリコン基板２の表面の任意の場所に任意の形状の
穴を形成できるようになっている。
【００２３】次に、このように構成した微細加工装置を
用いたシリコン基板の加工方法を説明する。まず、被加
工物としてのシリコン基板２を加工槽１の中にセット
し、液循環用ポンプ７を駆動して過酸化水素水４を循環
させる。このようにして、循環する過酸化水素水（Ｈ2
Ｏ2 ）４中にシリコン基板２を浸漬した状態となる。
用いたシリコン基板の加工方法を説明する。まず、被加
工物としてのシリコン基板２を加工槽１の中にセット
し、液循環用ポンプ７を駆動して過酸化水素水４を循環
させる。このようにして、循環する過酸化水素水（Ｈ2
Ｏ2 ）４中にシリコン基板２を浸漬した状態となる。
【００２４】この状態で、レーザ光源（発振器）１０か
らレーザ光Ｌｂを発射させる。このレーザ光Ｌｂは集光
レンズ９にて集光され、集光されたレーザ光Ｌｂは加工
槽１の窓８からレーザ光透過材１５を通して加工槽１内
のシリコン基板２に照射される。このようにレーザ光Ｌ
ｂがシリコン基板２（被加工物）の表面における所望の
加工位置に照射される。このレーザ光の照射により、図
２に示すように、シリコン基板２の表面に所定形状およ
び所定深さの穴１１が形成される。
らレーザ光Ｌｂを発射させる。このレーザ光Ｌｂは集光
レンズ９にて集光され、集光されたレーザ光Ｌｂは加工
槽１の窓８からレーザ光透過材１５を通して加工槽１内
のシリコン基板２に照射される。このようにレーザ光Ｌ
ｂがシリコン基板２（被加工物）の表面における所望の
加工位置に照射される。このレーザ光の照射により、図
２に示すように、シリコン基板２の表面に所定形状およ
び所定深さの穴１１が形成される。
【００２５】この穴加工時において、以下のメカニズム
にて加工穴１１の側壁に表面酸化膜１２が形成される。
図２に示すように、シリコン基板２での加工先端部Ｚ１
において、過酸化水素水４の気化により気泡１３が発生
する。発生した気泡１３は、加工が行われている部位
（穴１１の底部）から浮上していく。このとき、レーザ
照射によって生じた加工先端部Ｚ１での溶融物が気泡１
３に付着して搬出されて加工穴１１の外部へと排出され
る。この溶融物の効率的な排出にてレーザ光Ｌｂが加工
先端部Ｚ１に効率よく到達して高アスペクト比の穴加工
を行うことができる。同時に、過酸化水素水４は常温、
常圧で比較的不安定な状態にあり、気化する際に容易
に、次の反応、 Ｈ2 Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ＋ １／２Ｏ2 を生じ、気泡１３の内部に酸素（酸化に寄与するガス）
が存在する。
にて加工穴１１の側壁に表面酸化膜１２が形成される。
図２に示すように、シリコン基板２での加工先端部Ｚ１
において、過酸化水素水４の気化により気泡１３が発生
する。発生した気泡１３は、加工が行われている部位
（穴１１の底部）から浮上していく。このとき、レーザ
照射によって生じた加工先端部Ｚ１での溶融物が気泡１
３に付着して搬出されて加工穴１１の外部へと排出され
る。この溶融物の効率的な排出にてレーザ光Ｌｂが加工
先端部Ｚ１に効率よく到達して高アスペクト比の穴加工
を行うことができる。同時に、過酸化水素水４は常温、
常圧で比較的不安定な状態にあり、気化する際に容易
に、次の反応、 Ｈ2 Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ＋ １／２Ｏ2 を生じ、気泡１３の内部に酸素（酸化に寄与するガス）
が存在する。
【００２６】一方、シリコン基板２での加工先端部Ｚ１
はレーザ光Ｌｂが照射され続けることによって、常に高
温状態にある。この部分で気泡１３が発生するとき、上
記の反応によって酸素が供給され、次の酸化反応、 Ｓｉ＋Ｏ2 →ＳｉＯ2 が生じて、加工先端部Ｚ１において、加工穴１１の底面
および底面近くの側面のシリコンが酸化されて酸化膜１
２が生成される。穴加工においては底面方向（深さ方
向）にシリコン除去が進行していくので、この領域Ｚ１
の中で側面に形成された酸化膜１２はそのまま残り、最
終的に穴１１の側壁全体に酸化膜１２が形成される。
はレーザ光Ｌｂが照射され続けることによって、常に高
温状態にある。この部分で気泡１３が発生するとき、上
記の反応によって酸素が供給され、次の酸化反応、 Ｓｉ＋Ｏ2 →ＳｉＯ2 が生じて、加工先端部Ｚ１において、加工穴１１の底面
および底面近くの側面のシリコンが酸化されて酸化膜１
２が生成される。穴加工においては底面方向（深さ方
向）にシリコン除去が進行していくので、この領域Ｚ１
の中で側面に形成された酸化膜１２はそのまま残り、最
終的に穴１１の側壁全体に酸化膜１２が形成される。
【００２７】このように、レーザ光Ｌｂの照射により、
穴１１の形成と穴１１の内壁での酸化膜１２の形成とが
同時に行われる。図３に、過酸化水素水（Ｈ2 Ｏ2 ）４
中での加工法によってシリコン基板２に形成した微細穴
１１の内壁表面の組成をオージェ電子分光によって調べ
た結果を示す。
穴１１の形成と穴１１の内壁での酸化膜１２の形成とが
同時に行われる。図３に、過酸化水素水（Ｈ2 Ｏ2 ）４
中での加工法によってシリコン基板２に形成した微細穴
１１の内壁表面の組成をオージェ電子分光によって調べ
た結果を示す。
【００２８】また、比較のために図４に、化学的に不活
性で、レーザ光Ｌｂに対して透過性のあるパーフルオロ
エチレン（住友スリーエム社製、商品名；「フロリナー
ト」）中で同様の加工を行った場合の、穴１１の内壁表
面の組成をオージェ電子分光によって調べた結果を示
す。
性で、レーザ光Ｌｂに対して透過性のあるパーフルオロ
エチレン（住友スリーエム社製、商品名；「フロリナー
ト」）中で同様の加工を行った場合の、穴１１の内壁表
面の組成をオージェ電子分光によって調べた結果を示
す。
【００２９】図３と図４を比較すると、シリコン（Ｓ
ｉ）の信号強度に対する酸素（Ｏ）の信号強度が図４よ
りも図３の方が相対的に大きいことが分かる。このよう
に、過酸化水素水４中での加工では、パーフルオロエチ
レン中の加工に比べて有意に多い酸素量が内壁表面上で
確認された。これは、過酸化水素水４中で加工を行うこ
とにより積極的に内壁表面を酸化させることができたか
らである。
ｉ）の信号強度に対する酸素（Ｏ）の信号強度が図４よ
りも図３の方が相対的に大きいことが分かる。このよう
に、過酸化水素水４中での加工では、パーフルオロエチ
レン中の加工に比べて有意に多い酸素量が内壁表面上で
確認された。これは、過酸化水素水４中で加工を行うこ
とにより積極的に内壁表面を酸化させることができたか
らである。
【００３０】なお、図４のデータ中においても自然酸化
膜によるとみられる酸素（Ｏ）の存在が確認できるが、
図３のデータは、それよりも多量の酸素が存在している
ことが確認でき、本実施形態による手法の優位性を示す
ものである。
膜によるとみられる酸素（Ｏ）の存在が確認できるが、
図３のデータは、それよりも多量の酸素が存在している
ことが確認でき、本実施形態による手法の優位性を示す
ものである。
【００３１】図５，６に、図１に示す装置を用いて微細
加工を行うと特に有益と思われる半導体装置の加工例を
示す。図５は、シリコン基板２０の表面に、酸化膜２１
で覆われた微細穴２２を高密度に形成する場合である。
この微細穴２２を形成するために前述した装置および方
法を用いる。そして、この微細穴２２を形成した後に、
微細穴２２の中に金属材料を埋め込んで、埋め込み電極
２３によるキャパシタとする。こうした形状にすること
で、平面上にキャパシタを形成する場合よりも表面積を
稼ぐことができ、同一のキャパシタ占有面積ならばキャ
パシタの容量を増やすことができる。しかも、局所的に
酸化作用を及ぼすので、基板２０上の任意の場所にマス
クを用いずにキャパシタを形成することができる。
加工を行うと特に有益と思われる半導体装置の加工例を
示す。図５は、シリコン基板２０の表面に、酸化膜２１
で覆われた微細穴２２を高密度に形成する場合である。
この微細穴２２を形成するために前述した装置および方
法を用いる。そして、この微細穴２２を形成した後に、
微細穴２２の中に金属材料を埋め込んで、埋め込み電極
２３によるキャパシタとする。こうした形状にすること
で、平面上にキャパシタを形成する場合よりも表面積を
稼ぐことができ、同一のキャパシタ占有面積ならばキャ
パシタの容量を増やすことができる。しかも、局所的に
酸化作用を及ぼすので、基板２０上の任意の場所にマス
クを用いずにキャパシタを形成することができる。
【００３２】図６は、ＡｌまたはＣｕ製貫通電極３１を
形成する場合である。シリコン基板３０にデバイスＱ
１，Ｑ２を形成した後に、デバイスＱ１，Ｑ２を保護膜
（例えば酸化膜）３４で覆う。この基板３０に対し、前
述した装置および方法により貫通穴３３を形成するとと
もにその内面に酸化膜３２を形成する。そして、金属材
料を埋め込んで貫通電極３１とする。この貫通電極３１
により基板３０の裏面方向へ配線を引き出すことができ
る。
形成する場合である。シリコン基板３０にデバイスＱ
１，Ｑ２を形成した後に、デバイスＱ１，Ｑ２を保護膜
（例えば酸化膜）３４で覆う。この基板３０に対し、前
述した装置および方法により貫通穴３３を形成するとと
もにその内面に酸化膜３２を形成する。そして、金属材
料を埋め込んで貫通電極３１とする。この貫通電極３１
により基板３０の裏面方向へ配線を引き出すことができ
る。
【００３３】このように、本実施の形態は、下記の特徴
を有する。 （イ）シリコン基板の微細加工方法として、シリコン基
板２を過酸化水素水４の中に浸漬した状態で、レーザ光
Ｌｂを被加工物に照射して穴１１を形成すると同時に当
該穴１１の内壁に酸化膜１２を形成した。このための装
置構造として、加工槽１と過酸化水素水４とレーザ光源
１０とを備えたものとした。
を有する。 （イ）シリコン基板の微細加工方法として、シリコン基
板２を過酸化水素水４の中に浸漬した状態で、レーザ光
Ｌｂを被加工物に照射して穴１１を形成すると同時に当
該穴１１の内壁に酸化膜１２を形成した。このための装
置構造として、加工槽１と過酸化水素水４とレーザ光源
１０とを備えたものとした。
【００３４】このようにすると、過酸化水素水４の気化
現象により加工箇所から気泡１３が発生し、この気泡１
３により加工先端部Ｚ１の溶融物を外部に排出させ、高
アスペクト比の穴加工が可能になる。また同時に、気泡
１３の中の酸素の働きにより穴１１の側壁全面に酸化膜
１２が形成できる。よって、高アスペクト比を有する微
細な穴加工を行うことができ、かつ、穴内壁に酸化膜を
形成する工程を同時に達成することができることとな
る。 （ロ）シリコン基板の微細加工方法として、過酸化水素
水４を循環させながらレーザ光Ｌｂを照射するようにし
た。このための装置構造として、過酸化水素水４を満た
したリザーバタンク３と、リザーバタンク３内の過酸化
水素水４を加工槽１へ供給するとともに加工槽１内の過
酸化水素水４をリザーバタンク３に戻すための液循環用
ポンプ７とを備えたものとした。
現象により加工箇所から気泡１３が発生し、この気泡１
３により加工先端部Ｚ１の溶融物を外部に排出させ、高
アスペクト比の穴加工が可能になる。また同時に、気泡
１３の中の酸素の働きにより穴１１の側壁全面に酸化膜
１２が形成できる。よって、高アスペクト比を有する微
細な穴加工を行うことができ、かつ、穴内壁に酸化膜を
形成する工程を同時に達成することができることとな
る。 （ロ）シリコン基板の微細加工方法として、過酸化水素
水４を循環させながらレーザ光Ｌｂを照射するようにし
た。このための装置構造として、過酸化水素水４を満た
したリザーバタンク３と、リザーバタンク３内の過酸化
水素水４を加工槽１へ供給するとともに加工槽１内の過
酸化水素水４をリザーバタンク３に戻すための液循環用
ポンプ７とを備えたものとした。
【００３５】このようにすると、長時間の加工を行った
ときにおいて過酸化水素水４の特性劣化を回避すること
ができる。その結果、安定した加工を実現できる。 （ハ）シリコン基板の微細加工方法として、循環させた
過酸化水素水４の液面に配置したレーザ光透過材１５を
通してレーザ光Ｌｂをシリコン基板（被加工物）２に照
射するようにした。つまり、装置構造として、レーザの
光路上における循環させた過酸化水素水４の液面にレー
ザ光透過材１５を配置した。
ときにおいて過酸化水素水４の特性劣化を回避すること
ができる。その結果、安定した加工を実現できる。 （ハ）シリコン基板の微細加工方法として、循環させた
過酸化水素水４の液面に配置したレーザ光透過材１５を
通してレーザ光Ｌｂをシリコン基板（被加工物）２に照
射するようにした。つまり、装置構造として、レーザの
光路上における循環させた過酸化水素水４の液面にレー
ザ光透過材１５を配置した。
【００３６】このようにすると、過酸化水素水４を循環
させた時に液面が揺れてレーザ光が被加工物の表面で振
れることが回避できる。その結果、安定した加工を実現
できる。
させた時に液面が揺れてレーザ光が被加工物の表面で振
れることが回避できる。その結果、安定した加工を実現
できる。
【００３７】これまで説明したものの他にも下記のよう
に実施してもよい。酸化作用を有するレーザ光透過性液
体は、過酸化水素水以外にも、キャロス溶液（Ｈ2 Ｏ2
＋Ｈ2 ＳＯ4 ）を用いたり、水の中の溶存酸素量を増や
す添加剤を純水の中に添加して溶存酸素量を増やした液
を用いることもできる。要は、レーザ光が透過可能な液
体であって、レーザ光からの熱により少なくとも酸素を
含む気泡を生成しうるものであればよい。
に実施してもよい。酸化作用を有するレーザ光透過性液
体は、過酸化水素水以外にも、キャロス溶液（Ｈ2 Ｏ2
＋Ｈ2 ＳＯ4 ）を用いたり、水の中の溶存酸素量を増や
す添加剤を純水の中に添加して溶存酸素量を増やした液
を用いることもできる。要は、レーザ光が透過可能な液
体であって、レーザ光からの熱により少なくとも酸素を
含む気泡を生成しうるものであればよい。
【００３８】また、図１のレーザ光透過材１５はガラス
の他にも、樹脂製としてもよい。さらに、上述した実施
形態においては被加工物としてシリコン基板を想定した
が、半導体材料の他にも金属材料等を加工する場合に適
用することができる。具体的には、Ｃｕ板やアルミ板に
穴加工する場合に適用可能である。
の他にも、樹脂製としてもよい。さらに、上述した実施
形態においては被加工物としてシリコン基板を想定した
が、半導体材料の他にも金属材料等を加工する場合に適
用することができる。具体的には、Ｃｕ板やアルミ板に
穴加工する場合に適用可能である。
【図１】 実施形態における微細加工装置の全体構成
図。
図。
【図２】 加工部の詳細説明図。
【図３】 過酸化水素水を用いた場合の微細穴の内壁表
面のスペクトル分析結果を示す図。
面のスペクトル分析結果を示す図。
【図４】 パーフルオロエチレン中での加工による穴の
内壁表面のスペクトル分析結果を示す図。
内壁表面のスペクトル分析結果を示す図。
【図５】 微細穴を有する半導体装置の断面図。
【図６】 微細穴を有する半導体装置の断面図。
１…加工槽、２…シリコン基板（被加工物）、３…リザ
ーバタンク、４…過酸化水素水、７…液循環用ポンプ、
８ａ…レーザ光透過材、１０…レーザ光源、１１…穴、
１２…酸化膜、１５…レーザ光透過材、Ｌｂ…レーザ光
ーバタンク、４…過酸化水素水、７…液循環用ポンプ、
８ａ…レーザ光透過材、１０…レーザ光源、１１…穴、
１２…酸化膜、１５…レーザ光透過材、Ｌｂ…レーザ光
Claims (8)
- 【請求項１】 被加工物を、酸化作用を有するレーザ光
透過性液体の中に浸漬した状態で、レーザ光を前記被加
工物に照射して穴加工を行うと同時に当該穴の内壁に酸
化膜を形成するようにしたことを特徴とする微細加工方
法。 - 【請求項２】 前記酸化作用を有するレーザ光透過性液
体として、過酸化水素水を用いた請求項１に記載の微細
加工方法。 - 【請求項３】 前記酸化作用を有するレーザ光透過性液
体を、循環させながらレーザ光を照射するようにした請
求項１に記載の微細加工方法。 - 【請求項４】 前記循環させたレーザ光透過性液体の液
面に配置したレーザ光透過材を通してレーザ光を被加工
物に照射するようにした請求項３に記載の微細加工方
法。 - 【請求項５】 加工槽と、 前記加工槽の中に配置され、酸化作用を有するレーザ光
透過性液体と、 被加工物を、前記加工槽のレーザ光透過性液体の中に浸
漬した状態で、レーザ光を前記被加工物に照射して穴加
工を行うと同時に当該穴の内壁に酸化膜を形成するため
のレーザ光源と、を備えたことを特徴とする微細加工装
置。 - 【請求項６】 前記酸化作用を有するレーザ光透過性液
体として、過酸化水素水を用いた請求項５に記載の微細
加工装置。 - 【請求項７】 酸化作用を有するレーザ光透過性液体を
満たしたリザーバタンクと、 前記リザーバタンク内のレーザ光透過性液体を加工槽へ
供給するとともに加工槽内のレーザ光透過性液体をリザ
ーバタンクに戻すための液循環用ポンプと、を備えたこ
とを特徴とする請求項５に記載の微細加工装置。 - 【請求項８】 レーザの光路上における循環させた前記
レーザ光透過性液体の液面にレーザ光透過材を配置した
請求項７に記載の微細加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9302695A JPH11145108A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 微細加工方法および微細加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9302695A JPH11145108A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 微細加工方法および微細加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145108A true JPH11145108A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=17912088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9302695A Pending JPH11145108A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 微細加工方法および微細加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11145108A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6720522B2 (en) | 2000-10-26 | 2004-04-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Apparatus and method for laser beam machining, and method for manufacturing semiconductor devices using laser beam machining |
| US6730447B2 (en) | 2001-03-09 | 2004-05-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Manufacturing system in electronic devices |
| KR100649061B1 (ko) | 2006-01-10 | 2006-11-28 | 광주과학기술원 | 고세장비 마이크로채널 가공방법과 그 장치 및 이를 이용한마이크로 히트파이프 제조방법 |
| JP2008042017A (ja) * | 2006-08-08 | 2008-02-21 | Tomozumi Kamimura | レジストを回収可能なレジスト剥離除去方法及びそれを用いる半導体製造装置 |
| US8269136B2 (en) * | 2001-11-09 | 2012-09-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser beam treatment device and semiconductor device |
| JP2012240099A (ja) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | Shibaura Mechatronics Corp | レーザ処理装置及び方法 |
| JP2016026886A (ja) * | 2015-09-11 | 2016-02-18 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | レーザ処理装置 |
| KR20180136272A (ko) * | 2017-06-14 | 2018-12-24 | 주식회사 이오테크닉스 | 상향식 레이저 가공방법 |
| CN109967896A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-05 | 上海理工大学 | 短脉冲激光诱导超声水流等离子体超精细切割装置及方法 |
| CN114669884A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-06-28 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | 基于水平液面调控的激光加工金刚石平坦化的装置及方法 |
-
1997
- 1997-11-05 JP JP9302695A patent/JPH11145108A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109967896A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-05 | 上海理工大学 | 短脉冲激光诱导超声水流等离子体超精细切割装置及方法 |
| CN114669884A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-06-28 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | 基于水平液面调控的激光加工金刚石平坦化的装置及方法 |
| CN114669884B (zh) * | 2022-05-16 | 2024-02-02 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | 基于水平液面调控的激光加工金刚石平坦化的装置及方法 |
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