JPH1150274A

JPH1150274A - 切断加工方法および装置

Info

Publication number: JPH1150274A
Application number: JP9207864A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Miyano; 好徳宮野
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 1999-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】被加工物の切断面が平滑でかつその平滑度が
切断面内で一定となる、反応性ガスによるエッチング反
応と光照射を用いた切断加工方法および装置を提供する
ことを目的とする。【解決手段】被加工物（１）の表面に前記被加工物と
エッチング反応を生じる反応性ガス（２）を供給すると
ともに、前記被加工物（１）の表面を化学的に活性化す
る帯状の光（３）を、被加工物（１）を切断する方向に
沿って被加工物（１）の表面の切断箇所に照射すること
により、光照射部をエッチング除去しながら前記被加工
物を切断することを特徴とする切断加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光照射により被加
工物表面を活性化し、この活性化された被加工物をプラ
ズマ等の反応性ガスと反応させてエッチングして被加工
物を切断するための方法および装置に係り、特には、半
導体基板、光学素子、難削材料部品等を切断加工するた
めの方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板、光学素子、難削材料部品等
を切断加工するために、光励起反応によるエッチング技
術が用いられている。このうち、被加工物を光照射によ
り活性化させて、この活性化された被加工物表面をプラ
ズマ等の反応性ガスと接触させエッチングを行う方法が
知られている。活性化された被加工物表面は、反応性ガ
スと反応して気化性反応生成物を生成し、順次エッチン
グ除去される。この方法においては、通常、被加工物表
面に対してその切断方向と直交する方向にビーム状の光
を照射し、これを切断方向に、すなわちビームの照射方
法と直行する方向に沿って走査させて連続的にエッチン
グを行わせ、最終的に被加工物を切断するものである。
しかしながら、上記従来の方法により切断された被加工
物の切断面は必ずしも平滑でない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、光
照射により被加工物表面を活性化し、この活性化された
被加工物をプラズマ等の反応性ガスと反応させてエッチ
ングして被加工物を切断するための方法および装置であ
って、平滑な切断面をもって被加工物を切断し得る方法
および装置を提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記従来の
方法により切断された被加工物の切断面が平滑でない原
因について研究した結果、上記従来の方法では、ビーム
状の光を被加工物表面に対してその切断方向と直交する
方向に照射し、これを切断方向に沿って走査させている
ため、一度エッチングにより切断された被加工物の切断
面は、もはや光照射されず、従って、当該切断面におい
ては、反応性ガスによるエッチングに供されることがな
いことが原因であることを見い出した。すなわち、上記
従来の方法では、切断面の表面の平滑性は、ビーム状光
の走査精度によって規定されるのである。

【０００５】本発明者は、この点についてさらに検討し
た結果、帯状の光を被加工物の切断方向に沿って被加工
物の切断が完了するまで被加工物に照射することによっ
て上記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成
するに至った。

【０００６】すなわち、本発明によれば、被加工物の表
面に反応性ガスを供給し、被加工物を反応性ガスと反応
させるように前記被加工物を活性化する帯状の光を前記
被加工物の切断方向に沿って前記被加工物に照射し、こ
の被加工物の光照射部を前記反応性ガスとの反応により
エッチング除去しながら前記被加工物を切断するまで前
記帯状の光を照射することを特徴とする切断加工方法が
提供される。

【０００７】前記反応性ガスは、前記帯状の光の照射方
向と同一方向の速度成分を持つように前記被加工物の切
断箇所に供給されることが好ましい。前記帯状の光は、
前記被加工物表面を励起することにより活性化するか、
前記被加工物表面を加熱することにより活性化するもの
であり得る。

【０００８】前記帯状の光は、遮光板に設けられたスリ
ットを通過すさせることにより帯状に整形することがで
きる。本発明において、前記被加工物を貫通した前記帯
状の光を検知することにより、前記被加工物の切断の終
点を検知することが好ましい。

【０００９】また、本発明によれば、被加工物を収容す
るエッチング室と、前記被加工物の表面に前記被加工物
とエッチング反応を起こす反応性ガスを供給する反応性
ガス供給手段と、前記被加工物表面を活性化してエッチ
ング除去する帯状の光を、前記被加工物を切断する方向
と平行に前記被加工物表面の切断箇所に照射する光照射
手段とを備えたことを特徴とする切断加工装置が提供さ
れる。

【００１０】前記反応性ガス供給手段は、前記帯状の光
の照射方向と同一方向の速度成分を持つ前記反応性ガス
を被加工物表面の切断箇所に供給するものであることが
好ましい。

【００１１】前記光照射手段は、前記被加工物表面を励
起することにより活性化する帯状の光化、または前記被
加工物表面を加熱することにより活性化する帯状の光を
照射するものとすることができる。

【００１２】また、前記光照射手段は、光源と前記光源
から発光された光を通過させる光を帯状に整形するスリ
ットを有する遮光板とを備えることができる。前記光照
射手段は、前記帯状の光の前記被加工物表面での照射位
置を、帯状の光の照射方向と垂直な方向に調整できる位
置調整手段とを備えていることが好ましい。

【００１３】また、前記被加工物に対して、前記帯状の
光が照射される側と反対側に、前記被加工物を貫通した
前記帯状の光を検知するための光検知手段を配置するこ
とが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る切断加工方法の原理を説明するた
めの図である。被加工物１は、反応性ガス２の雰囲気中
に配置されている。被加工物１の側方から被加工物１表
面を活性化する帯状の光３を、被加工物１を切断する方
向Ａに沿って、光源４から被加工物１側面の切断箇所に
照射する。この帯状の光の照射は、被加工物１が完全に
切断されるまで続ける。帯状の光３が照射された光照射
部５は逐次活性化し、逐次反応性ガス２と反応してエッ
チング除去される。

【００１５】こうして被加工物１が切断される間には、
エッチング除去された後の切断面６は常に帯状の光３に
さらされることとなる。すなわち、光照射により一度エ
ッチング除去された箇所にも、光３が絶えず照射され続
けるので、エッチング直後に切断面６に生じ得る微小な
凸部は絶えず光３により活性化され、雰囲気中の反応性
ガスと反応してエッチング除去される。かくして、切断
終了時における切断面６は極めて平滑となる。

【００１６】いいかえると、本発明においては、帯状の
光３を被加工物の側方から加工面５に対して垂直に、か
つ加工済面６に平行に光を照射するものである。たとえ
ば板状の被加工物１をこの板の主面に平行に切断する場
合、板状の被加工物１の厚みをなす側面へ向けて、板状
の被加工物が切断された切断面６と平行に、帯状の光３
を照射する。

【００１７】反応性ガス２は、帯状の光３の照射により
活性化された被加工物１とエッチング反応して揮発性の
高い反応生成物を生成させるものであって、被加工物１
の材質に応じて適宜選択することができる。例えば、反
応性ガス２は、イオン化されていない中性のガスを使用
するか、または中性ガスを放電させて形成した、ラジカ
ルを含むプラズマを使用する。プラズマは、前記中性ガ
スを高周波電界中で放電させて形成するか、または中性
ガスに応じた特定の波長の光（紫外線等）を照射するこ
とにより、中性ガスを解離させて形成する。このような
反応性ガス２としては、たとえば炭化硅素（ＳｉＣ）に
対しては三弗化窒素（ＮＦ₃ ）を使用することができ
る。

【００１８】また、反応性ガス２は、帯状の光３の照射
方向と同一方向の速度成分を持つように、被加工物１表
面の光照射部５に供給されることが好ましい。それによ
り、帯状の光３の入射方向に対して直角な方向において
被加工物１表面で不必要なエッチング反応が起こること
を防止することができる。また、被加工物１に効率良く
反応性ガス２を到達させることができるとともに、光照
射部５での反応性ガス２の濃度を高くすることが可能と
なる。さらに、エッチング反応生成物を被加工物１の表
面近傍から速やかに排出することができるため、被加工
物１表面へ反応生成物が吸着することを防止することが
できる。

【００１９】被加工物１表面を活性化する帯状の光３
は、被加工物１表面を励起して活性化する光か、または
被加工物１表面を加熱して活性化する光等からなる。被
加工物１表面を励起する光としては、被加工物１の種類
に応じて、被加工物１表面を励起するのに必要な波長の
光を選択して使用する。このような光としては、例えば
紫外線光、Ｘ線光、もしくはレーザー光などが挙げられ
る。一例としては、炭化硅素（ＳｉＣ）に対しては波長
２４８ｎｍの弗化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ
ー等を使用する。

【００２０】被加工物１表面を加熱する光としては、加
熱するのに必要なエネルギーを有する光を使用する。こ
のような光としては、例えば加熱効果の大きい赤外領域
の光、もしくはレーザー光などを使用する。赤外領域の
光の例としては、たとえば二酸化炭素（ＣＯ₂ ）レーザ
ーから発振された波長９．６μｍのレーザー光等が挙げ
られる。

【００２１】また、被加工物１表面を加熱する光を使用
する場合、光照射部５のみにおいて精度良くエッチング
を行うことができるように、光照射部５以外の被加工物
１の温度を一定温度以下に維持して、エッチング反応が
起こることを抑制することが好ましい。

【００２２】さらに、被加工物１をより一層精度良く切
断することができるように、帯状の光３は平行光である
ことが好ましい。そのような平行光を得るように、光を
帯状に整形する方法としては、光源４からの光を遮光板
に設けた所定形状のスリットを通過させる方法を採用す
ることができる。いうまでもなく、光源４として帯状の
光を発光する光源例えばレーザ光源を用いることもでき
る。あるいは、両者の方法を併用することもできる。

【００２３】また、帯状の光３を照射する位置を、帯状
の光３の照射方向と垂直な方向に移動して調整できるこ
とが好ましい。そうすると、被加工物１の切断面６を、
切断面６と垂直な方向に調整できるため、所望する切断
箇所にて被加工物１を切断することができる。

【００２４】また、被加工物の切断の完了を検知するた
めに、被加工物１の光源４とは反対側に受光素子を配置
することが好ましい。切断が終了すると、光３は、被加
工物を貫通して受光素子により検知され、この検知信号
により自動的に光源４をオフすることができ、被加工物
１への不必要な光照射を防ぐことができる。

【００２５】図２は、上記本発明の方法を実施するため
に好適な切断加工装置の一例を示す概略断面図である。
図２に示すように、エッチング室７には、反応性ガス供
給手段８と光照射手段９、および反応性ガス排気手段１
０が接続されている。

【００２６】エッチング室７の床部には、被加工物１を
載置する載置台１１が配置されている。載置台１１には
温度調整手段（図示せず）が接続され、この温度調整手
段（図示せず）を作動することにより、載置台１１上の
被加工物１を一定温度以下に維持できる。

【００２７】反応性ガス供給手段８は、エッチング室７
の天井部に配置された反応性ガス供給管１２を介して、
エッチング室７に接続されている。反応性ガス供給管１
２の先端部１３は、ノズル状をなし、被加工物１の光照
射部５に向けられている。

【００２８】反応性ガス供給手段８から、反応性ガス供
給管１２および先端部１３を通じて光照射部５へ供給さ
れる反応性ガス２は、被加工物１へ照射される帯状の光
３の照射方向と同一方向の速度成分を持つ。

【００２９】反応性ガス供給手段８としては、イオン化
されていない中性ガスからなる反応性ガス２を供給する
手段か、または中性ガスを放電させて形成した、ラジカ
ルを含むプラズマからなる反応性ガス２を供給する手段
から構成される。プラズマを形成する手段としては、高
周波電界を印加した一対の平行平板電極の間に中性ガス
を通して放電させる手段か、または中性ガスに応じた特
定の波長の光（紫外線等）を照射して中性ガスを解離さ
せる手段などから構成される。

【００３０】前記プラズマを形成する手段は、反応性ガ
ス供給管１２を介してエッチング室７外に配置されても
良いし、またはエッチング室７内に配置されても良い。
エッチング室７内に配置されたプラズマ形成手段として
は、エッチング室７内に配置された平行平板電極により
中性ガスを放電させる手段か、もしくはエッチング室７
内に特定の波長の光を照射して、中性ガスを解離する手
段などが挙げられる。

【００３１】反応性ガス排気手段１０は、エッチング室
７の側壁に配置された反応性ガス排気管１４を介して、
エッチング室７に接続されている。反応性ガス２は、反
応性ガス排気管１４を通じて反応性ガス排気手段１０へ
と排気される。

【００３２】光照射手段９は、光源４、および遮光板１
５から構成され、被加工物１の側方に配置されている。
光源４は、被加工物１表面を化学的に活性化する光１６
を発光する。遮光板１５は線状のスリット１７を有して
いる。エッチング室７の側壁に配置された光入射窓１８
をはさんで、光源４はエッチング室７の外側に配置さ
れ、また遮光板１５はエッチング室７内に配置されてい
る。なお、光照射手段９は、帯状の光３を発光する線状
の光源４から構成されていても良い。

【００３３】光検知手段１９が、被加工物１に対して光
照射側と反対側に、支持台２０に支持されて配置されて
いる。光検知手段１９を用いて被加工物１を貫通した帯
状の光３の強度もしくは強度分布を検知することによ
り、被加工物１の切断の終点を検知することができる。
光検知手段１９からの検知信号を光源４へフィードバッ
クすることにより、切断の終点時に自動的に光源４をオ
フすることができる。

【００３４】光源４から発光された光１６は、光入射窓
１８およびスリット１７を通過して帯状の光３に整形さ
れる。帯状の光３は、被加工物１を切断する方向（図中
Ａの方向）と平行に、被加工物１側面の切断箇所に照射
される。そして、光照射部分５のみが化学的に活性化
し、前記反応性ガス２と反応して選択的にエッチング除
去される。その結果、所望する切断箇所に沿って図中Ａ
の方向に被加工物１を切断することができる。被加工物
１が切断される間、エッチング除去された後の切断面６
は常に帯状の光３にさらされるため、前述したように、
平滑な切断面６が得られ、また切断面６の平滑度も切断
面６内で一定となる。

【００３５】なお、光照射手段９は、帯状の光３を照射
する位置を、帯状の光３の線状方向と垂直な方向に移動
して調整できる位置調整手段（図示せず）を備えている
ことが好ましい。その結果、被加工物１を所望する切断
箇所にて切断することができる。前記位置調整手段とし
ては、モーターのような駆動機構を用いて、光源４もし
くは遮光板１５を、線状方向と垂直な方向に移動して調
整する手段などが挙げられる。

【００３６】図３は、上記本発明の方法を実施するため
に好適な切断加工装置の他の例を示す概略断面図であ
る。なお、図２の切断加工装置と共通する部分について
は、同符号を付して説明を省略する。

【００３７】被加工物１の側方に配置された光照射手段
９は、例えばレーザー光発信器などからなる光源４、お
よび走査手段２１から構成され、それぞれエッチング室
７の大気側に配置されている。

【００３８】走査手段２１は、光源４から発光された例
えばレーザー光を線状に走査することにより帯状の光３
に整形するか、または光源４自体を水平に走査すること
により、光源４から発光された光を線状に走査して帯状
の光３に整形する。前者の手段としては、たとえば回転
するポリゴンミラーからなる走査手段、またはレーザー
光走査装置などが挙げられる。後者の手段としては、モ
ーターのような駆動機構を用いて、光源４をある軸を中
心として正逆に回転させる手段などが挙げられる。

【００３９】図３に示す切断加工装置においても、被加
工物１へ照射される帯状の光３によって被加工物１が切
断される際、平滑な切断面６が得られ、また切断面６の
平滑度も切断面６内で一定となる。

【００４０】なお、図３に示す切断加工装置において
も、光照射手段９は、帯状の光３を照射する位置を、帯
状の光３の線状方向と垂直な方向に移動して調整できる
位置調整手段（図示せず）を備えていることが好まし
い。前記位置調整手段としては、モーターのような駆動
機構を用いて、光源４もしくは走査手段２１を、線状方
向と垂直な方向に移動して調整する手段などが挙げられ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、被加工物の切断面が平滑でかつその平滑度が切断面
内で一定である、反応性ガスによるエッチング反応と光
照射を用いた切断加工方法および装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る切断加工方法の原理を説明するた
めの図。

【図２】本発明に係る切断加工装置の一例を示す断面
図。

【図３】本発明に係る切断加工装置の他の例を示す断面
図。

【符号の説明】

１…被加工物、２…反応性ガス、３…帯状の光、４…光源、５…光照射部、６…切断面、７…反応容器、８…反応性ガス供給手段、９…光照射手段、１５…遮光板、１７…スリット、１８…光入射窓、１９…光検知手段、２１…走査手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物の表面に反応性ガスを供給し、
被加工物を反応性ガスと反応させるように前記被加工物
を活性化する帯状の光を前記被加工物の切断方向に沿っ
て前記被加工物に照射し、この被加工物の光照射部を前
記反応性ガスとの反応によりエッチング除去しながら前
記被加工物を切断するまで前記帯状の光を照射すること
を特徴とする切断加工方法。
【請求項２】前記反応性ガスは、前記帯状の光の照射
方向と同一方向の速度成分を持つように前記被加工物の
切断箇所に供給されることを特徴とする請求項１記載の
切断加工方法。
【請求項３】前記帯状の光は、前記被加工物表面を励
起することにより活性化することを特徴とする請求項１
または２記載の切断加工方法。
【請求項４】前記帯状の光は、前記被加工物表面を加
熱することにより活性化することを特徴とする請求項１
または２記載の切断加工方法。
【請求項５】前記帯状の光は、遮光板に設けられたス
リットを通過すさせることにより帯状に整形ることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の切断加
工方法。
【請求項６】前記被加工物を貫通した前記帯状の光を
検知することにより、前記被加工物の切断の終点を検知
することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項
記載の切断加工方法。
【請求項７】被加工物を収容するエッチング室と、前
記被加工物の表面に前記被加工物とエッチング反応を起
こす反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、前記
被加工物表面を活性化してエッチング除去する帯状の光
を、前記被加工物を切断する方向と平行に前記被加工物
表面の切断箇所に照射する光照射手段とを備えたことを
特徴とする切断加工装置。
【請求項８】前記反応性ガス供給手段は、前記帯状の
光の照射方向と同一方向の速度成分を持つ前記反応性ガ
スを被加工物表面の切断箇所に供給することを特徴とす
る請求項７記載の切断加工装置。
【請求項９】前記光照射手段は、前記被加工物表面を
励起することにより活性化する帯状の光を照射すること
を特徴とする請求項７または９記載の切断加工装置。
【請求項１０】前記光照射手段は、前記被加工物表面
を加熱することにより活性化する帯状の光を照射するこ
とを特徴とする請求項７または８記載の切断加工装置。
【請求項１１】前記光照射手段は、光源と前記光源か
ら発光された光を通過させて光を帯状に整形するスリッ
トを有する遮光板とを備えていることを特徴とする請求
項７ないし１０のいずれか１項記載の切断加工装置。
【請求項１２】前記光照射手段は、前記帯状の光の前
記被加工物表面での照射位置を、線状方向と垂直な方向
に調整できる位置調整手段とを備えていることを特徴と
する請求項７ないし１１のいずれか１項記載の切断加工
装置。
【請求項１３】前記被加工物に対して、前記帯状の光
が照射される側と反対側に、前記被加工物を貫通した前
記帯状の光を検知するための光検知手段を配置したこと
を特徴とする請求項７ないし１２のいずれか１項記載の
切断加工装置。