JP2012024823A - レーザ加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】貫通孔を精度よく形成すると共に加工容易化が可能なレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】加工対象物1にレーザ光を集光させることにより、加工対象物1内において貫通孔24に対応する部分に改質領域72を形成すると共に、加工対象物1内において異方性エッチング処理による除去部分1pにZ方向に平行に延在し且つ改質領域72に繋がる改質領域71,73を形成する。そして、異方性エッチング処理を施すことにより、加工対象物1を薄化させながら、改質領域71,73に沿ってエッチングを選択的に進展させた後に改質領域72に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物1が目標厚さMのときに貫通孔24の形成を完了させる。
【選択図】図12
【解決手段】加工対象物1にレーザ光を集光させることにより、加工対象物1内において貫通孔24に対応する部分に改質領域72を形成すると共に、加工対象物1内において異方性エッチング処理による除去部分1pにZ方向に平行に延在し且つ改質領域72に繋がる改質領域71,73を形成する。そして、異方性エッチング処理を施すことにより、加工対象物1を薄化させながら、改質領域71,73に沿ってエッチングを選択的に進展させた後に改質領域72に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物1が目標厚さMのときに貫通孔24の形成を完了させる。
【選択図】図12
Description
本発明は、レーザ加工方法に関し、特に、加工対象物に貫通孔を形成するレーザ加工方法に関する。
従来のレーザ加工方法としては、板状の加工対象物にレーザ光を集光させて加工対象物の内部に改質領域を形成した後、この加工対象物にエッチング処理を施して改質領域を除去することにより、厚さ方向に沿った貫通孔を加工対象物に形成するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記レーザ加工方法では、加工対象物にエッチング処理を施した際、エッチングの進行に伴って加工対象物における貫通孔の開口側が除去され、貫通孔の開口側の孔径が拡大してしまうおそれがある。そのため、上記レーザ加工方法においては、かかる孔径の拡大を抑制し、貫通孔を精度よく形成することが望まれている。また、近年のレーザ加工方法では、種々の分野への適用が進む中、その加工容易化が求められている。
そこで、本発明は、貫通孔を精度よく形成すると共に加工容易化が可能なレーザ加工方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工方法は、シリコンで形成された板状の加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ光集光工程と、レーザ光集光工程の後、加工対象物に異方性エッチング処理を施すことにより、加工対象物を目標厚さまで薄化すると共に、改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物の厚さ方向に対し傾斜する貫通孔を加工対象物に形成するエッチング処理工程と、を含み、レーザ光集光工程では、加工対象物における貫通孔に対応する部分に改質領域としての第1改質領域を形成すると共に、加工対象物において異方性エッチング処理による薄化で除去される部分に厚さ方向に平行に延在し且つ第1改質領域に繋がる改質領域としての第2改質領域を形成し、エッチング処理工程では、加工対象物を薄化させながら、第2改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させた後に第1改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物が目標厚さのときに貫通孔の形成を完了させることを特徴とするレーザ加工方法。
本発明のレーザ加工方法では、加工対象物が目標厚さのときに第1改質領域のエッチングが進展開始されるのではなく、異方性エッチング処理によって加工対象物が目標厚さまで薄化される際、かかる薄化で除去される部分に形成された第2改質領域によって第1改質領域のエッチングの進展開始が導かれ、そして、加工対象物が目標厚さに薄化されたときに、貫通孔の形成が完了される。よって、加工対象物における貫通孔の開口側が除去されて貫通孔の開口側の孔径が拡大するのを抑制することができ、貫通孔を精度よく形成することが可能となる。さらに、第2改質領域は、厚さ方向に平行に延在することから、この第2改質領域を形成する際にレーザ光の集光点の指定及び管理が容易となり、レーザ加工の容易化が可能となる。
また、加工対象物は、(100)面となる主面を有することが好ましい。この場合、厚さ方向に傾斜する貫通孔を加工対象物に好適に形成することができる。
また、レーザ光集光工程では、レーザ光の照射方向と直交する一方向に沿ってレーザ光の集光点を相対移動させながらレーザ光を照射する工程を、照射方向における集光点の深さ位置を変えて繰り返し実施する第1工程と、第1工程を、照射方向及び一方向と直交する他方向における集光点の位置を変えて繰り返し実施する第2工程と、を含むことが好ましい。この場合、レーザ光集光工程のタクトタイムを短縮することができる。
本発明のレーザ加工方法によれば、貫通孔を精度よく形成すると共に加工容易化が可能となる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態に係るレーザ加工方法では、加工対象物の内部にレーザ光を集光させて改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図1〜図6を参照して以下に説明する。
図1に示すように、レーザ加工装置100は、レーザ光Lをパルス発振するレーザ光源101と、レーザ光Lの光軸(光路)の向きを90°変えるように配置されたダイクロイックミラー103と、レーザ光Lを集光するための集光用レンズ105と、を備えている。また、レーザ加工装置100は、集光用レンズ105で集光されたレーザ光Lが照射される加工対象物1を支持するための支持台107と、支持台107を移動させるためのステージ111と、レーザ光Lの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源101を制御するレーザ光源制御部102と、ステージ111の移動を制御するステージ制御部115と、を備えている。
このレーザ加工装置100においては、レーザ光源101から出射されたレーザ光Lは、ダイクロイックミラー103によってその光軸の向きを90°変えられ、支持台107上に載置された板状の加工対象物1の内部に集光用レンズ105によって集光される。これと共に、ステージ111が移動させられ、加工対象物1がレーザ光Lに対して改質領域形成予定部5に沿って相対移動させられる。これにより、改質領域形成予定部5に沿った改質領域が加工対象物1に形成されることとなる。
加工対象物1としては、半導体材料や圧電材料等が用いられ、図2に示すように、加工対象物1には、改質領域形成予定部5が設定されている。ここでの改質領域形成予定部5は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物1の内部に改質領域を形成する場合、図3に示すように、加工対象物1の内部に集光点Pを合わせた状態で、レーザ光Lを改質領域形成予定部5に沿って(すなわち、図2の矢印A方向に)相対的に移動させる。これにより、図4〜図6に示すように、改質領域7が改質領域形成予定部5に沿って加工対象物1の内部に形成され、この改質領域7が、後述のエッチング(食刻)による除去領域8となる。
なお、集光点Pとは、レーザ光Lが集光する箇所のことである。また、改質領域形成予定部5は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、曲面状や平面状の3次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。また、改質領域7は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。また、改質領域7は列状でも点状でもよく、要は、改質領域7は少なくとも加工対象物1の内部に形成されていればよい。また、改質領域7を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域7は、加工対象物1の外表面(表面、裏面、若しくは外周面)に露出していてもよい。
ちなみに、ここでは、レーザ光Lが、加工対象物1を透過すると共に加工対象物1の内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物1に改質領域7が形成される(すなわち、内部吸収型レーザ加工)。一般的に、表面3から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される(表面吸収型レーザ加工)場合、加工領域は表面3側から徐々に裏面側に進行する。
ところで、本実施形態に係る改質領域7は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域7としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。さらに、改質領域7としては、加工対象物1の材料において密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある(これらをまとめて高密転移領域ともいう)。
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域7の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、更にそれら領域の内部や改質領域7と非改質領域との界面に亀裂(割れ、マイクロクラック)を内包している場合がある。内包される亀裂は改質領域7の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物1としては、シリコンを含む、又はシリコンからなるものが挙げられる。
ここで、本実施形態では、加工対象物1に改質領域7を形成した後、この加工対象物1にエッチング処理を施すことにより、改質領域7に沿って(すなわち、改質領域7、改質領域7に含まれる亀裂、又は改質領域7から延びる亀裂に沿って)エッチングを選択的に進展させ、加工対象物1における改質領域7に沿った部分を除去する。なお、この亀裂は、クラック、微小クラック、割れ等とも称される(以下、単に「亀裂」という)。
本実施形態のエッチング処理では、例えば、毛細管現象等を利用して、加工対象物1の改質領域7に含まれる又は該改質領域7から延びる亀裂にエッチング剤を浸潤させ、亀裂面に沿ってエッチングを進展させる。これにより、加工対象物1では、亀裂に沿って選択的且つ高いエッチングレートでエッチングを進展させ除去する。これと共に、改質領域7自体のエッチングレートが高いという特徴を利用して、改質領域7に沿って選択的にエッチングを進展させ除去する。
エッチング処理としては、例えばエッチング剤に加工対象物を浸漬する場合(ディッピング方式:Dipping)と、加工対象物を回転させつつエッチング剤を塗布する場合(スピンエッチング方式:SpinEtching)とがある。
エッチング剤としては、例えば、KOH(水酸化カリウム)、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液)、EDP(エチレンジアミンピロカテコール)、NaOH(水酸化ナトリウム)、CsOH(水酸化セシウム)、NH4OH(水酸化アンモニウム)、ヒドラジン等が挙げられる。また、このエッチング剤としては、液体状のものだけでなく、ゲル状(ゼリー状,半固形状)のものを用いることができる。ここでのエッチング剤は、常温〜100℃前後の温度で用いられ、必要とされるエッチングレート等に応じて適宜の温度に設定される。例えば、SiをKOHでエッチング処理する場合には、好ましいとして、約60℃とされる。
また、本実施形態では、エッチング処理として、特定方向のエッチング速度が速い(若しくは遅い)エッチングである異方性エッチング処理を行っている。この異方性エッチング処理の場合には、比較的薄い加工対象物だけでなく厚いもの(例えば、厚さ800μm〜100μm)にも適用できる。また、この場合、改質領域7を形成する面が面方位と異なるときにも、この改質領域7に沿ってエッチングを進行させることができる。つまり、ここでの異方性エッチング処理では、結晶方位に倣った面方位のエッチングに加えて、結晶方位に依存しないエッチングも可能である。
次に、本発明の一実施形態に係るレーザ加工方法ついて詳細に説明する。図7は本実施形態で製造されるインターポーザを示す概略断面図、図8は図7のインターポーザの概略斜視図である。本実施形態のレーザ加工方法は、電子部品間を互いに電気的に接続する中継用基板としてのインターポーザを製造する。
図7,8に示すように、インターポーザ10は、基板10xと、この基板10xに設けられた複数の貫通電極10yと、を具備するシリコンインターポーザである。このインターポーザ10は、図7に示すように、ICチップ等の半導体デバイス11とフレキシブルケーブル(フレキシブルプリント基板)12との接続配線を構成すると共に、これらの配線ピッチを変換する。
基板10xは、その板厚が例えば200μm等の目標厚さMとされた平板状を呈しており、シリコンで形成されている。貫通電極10yは、基板10xの表面側と裏面側とを互いに導通するものであり、導体13及びパッド14を含んで構成されている。図8に示すように、貫通電極10yは、加工対象物1の表面から見て千鳥状に複数配置されている。つまり、複数の貫通電極10yは、Y方向において近接する一対の貫通電極10yが互いにX方向に例えば半ピッチずれるよう配列されている。
図9〜12は、本実施形態に係るレーザ加工方法を示す各フロー図である。図9〜12に示すように、本実施形態では、加工対象物1にレーザ光Lを集光させ、加工対象物1の内部に改質領域7を形成する。そして、異方性エッチング処理を施すことにより、加工対象物1における表面3側及び裏面21側の所定部分を除去部分1pとして除去し、目標厚さMまで薄化させる。これと共に、改質領域7に沿ってエッチングを選択的に進展させて複数の貫通孔24を複数形成する。
図9(a)に示すように、加工対象物1は、照射するレーザ光Lの波長(例えば1064nm)に対して透明な板状のシリコン基板である。加工対象物1は、その板厚が目標厚さMよりも厚くされており、例えば300μmとされている。また、加工対象物1は、(100)面となる表面3及び裏面21(主面)を有している。この加工対象物1には、改質領域形成予定部5が3次元的な座標指定によりプログラマブルに設定されている。改質領域形成予定部5は、第1改質領域形成予定部5xと、第2改質領域形成予定部5yと、を有している。
第1改質領域形成予定部5xは、加工対象物1の内部において貫通孔24(図12(c)参照)に対応する部分に沿って設定されている。ここでの第1改質領域形成予定部5xは、加工対象物1の厚さ方向に延在する第1改質領域形成予定部5x1と、厚さ方向に対し傾斜する第1改質領域形成予定部5x2と、第1改質領域形成予定部5x2に対して大きい傾斜角度で同方向に傾斜する第1改質領域形成予定部5x3と、を含んでいる。第1改質領域形成予定部5x2,5x3は、加工対象物1の(111)面に倣って延在している。
第2改質領域形成予定部5yは、加工対象物1の内部における表面3側及び裏面21側の除去部分1pに設定されている。この第2改質領域形成予定部5yは、第1改質領域形成予定部5xそれぞれの両端に繋がるよう複数設定され、加工対象物1の厚さ方向に平行に延在している。
なお、以下の説明においては、加工対象物1の厚さ方向(レーザ光Lの照射方向)をZ方向とし、厚さ方向に対し改質領域形成予定部5(貫通孔24)が傾斜する方向をX方向とし、X方向及びZ方向に直交する方向をY方向として説明する。
本実施形態において加工対象物1を加工する場合、まず、加工対象物1の表面3側を上方にして載置台に載置して保持する。そして、図9(b)に示すように、加工対象物1の内部において裏面21側の除去部分1pに、レーザ光Lの集光点(以下、単に「集光点」という)を合わせる。そして、この集光点をX方向に相対移動させながら、改質領域形成予定部5に改質領域7が形成されるようレーザ光Lを表面3側からON・OFF照射する(以下、単に「スキャン」という)。これにより、裏面21側の除去部分1pにおいて第2改質領域形成予定部5y上の各位置に、改質領域7を形成する。
なお、ここでは、パルスレーザ光をレーザ光Lとしてスポット照射することから、形成される改質領域7は改質スポットで構成されている。また、改質領域7には、該改質領域7から発生した亀裂が内包されて形成されている(以下の改質領域7について同じ)。
続いて、図10(a)に示すように、集光点のZ方向位置を表面3側に所定量移動した後、上記スキャンを再び実施することにより、裏面21側の除去部分1pにおいて第2改質領域形成予定部5y上の各位置に、既成の改質領域7に対して表面3側に繋がる改質領域7を新たに形成する。その結果、裏面21側の除去部分1p内に、Z方向に平行に延在する(換言すると、Z方向と交差しないようZ方向に沿って略直線状に延びる)改質領域71が形成される。
続いて、図10(b)〜図11(b)に示すように、上記スキャンを、裏面21側から表面3側の順に集光点のZ方向位置を変えて繰り返し実施する。その結果、加工対象物1内における貫通孔24に対応する部分に、既成の改質領域71に繋がる改質領域72が形成され、そして、表面3側の除去部分1p内に、既成の改質領域72に繋がり且つZ方向に平行に延在する(換言すると、Z方向と交差しないようZ方向に沿って略直線状に延びる)改質領域73が形成される。つまり、貫通孔24に対応して延在する第1改質領域としての改質領域72が、加工対象物1内の除去部分1p以外の部分に形成されると共に、この改質領域72の端部のそれぞれに繋がり且つZ方向に真っ直ぐ延びる第2改質領域としての改質領域71,73が、表面3及び裏面21に露出しないよう除去部分1pに形成される。
続いて、上述した図9(b)〜図11(b)に示す工程を、Y方向におけるレーザ光Lの集光点位置を変えて繰り返し実施する。以上により、複数の貫通孔24に対応して複数の改質領域72が加工対象物1内に形成される。これと共に、これら改質領域72のそれぞれに繋がり且つZ方向に平行に延在する複数の改質領域71,73が除去部分1p内に形成されることとなる。
ちなみに、改質領域72は、上記第1改質領域形成予定部5x1〜5x2に沿ってそれぞれ形成されることから、Z方向に延在する改質領域721と、Z方向に対しX方向に傾斜する改質領域722と、改質領域722に対し大きい傾斜角度で同方向に傾斜する改質領域733と、を含んで構成されている。また、ここでの改質領域71,73の大きさ及び長さ等は、後段の異方性エッチング処理において、「加工対象物1が目標厚さMまで薄化されるエッチング時間」と「改質領域71〜73がエッチングされる各エッチング時間の合計」とが互いに等しくなるように、それぞれ形成されている。
次に、加工対象物1に対し、例えば85℃のKOHをエッチング剤として用いて60分間エッチング処理を施す。これにより、加工対象物1における除去部分1pが表面3側及び裏面21側から徐々に除去され、加工対象物1が徐々に薄化される。そして、図12(a)に示すように、改質領域71,73が露出するまで加工対象物1が薄化されたとき、改質領域71,73へとエッチング剤が浸潤され、改質領域71,73に沿ったエッチングが開始される。続いて、加工対象物1が薄化されながら、加工対象物1の内部が改質領域71,73に沿って選択的にエッチングされて除去される。
その後、図12(b)に示すように、除去部分1pの除去が進展されて加工対象物1が引き続き薄化されながら、改質領域71,73から改質領域72へとエッチング剤が浸潤され、改質領域72に沿ったエッチングの進展が開始される。そして、加工対象物1が薄化されながら、加工対象物1の内部が改質領域72に沿って選択的にエッチングされて除去される。
さらにその後、除去部分1pの除去が進展されて加工対象物1がさらに引き続き薄化されながら、改質領域72におけるエッチングが進行される。そして、図12(c)に示すように、加工対象物1の厚さが目標厚さMに達したとき、加工対象物1が改質領域72に沿って貫通され、複数の貫通孔24の形成が完了する。
ここでの複数の貫通孔24は、上記貫通電極10yに対応するように配設されている。具体的には、複数の貫通孔24は、加工対象物1の表面3から見て、千鳥状に複数配置されている。すなわち、複数の貫通孔24にあっては、表面3から見て、その傾斜方向であるX方向に並ぶ貫通孔24が、傾斜方向の垂直方向であるY方向において互い違いになるように配置される。換言すると、表面3視において、X方向に並列された一群の貫通孔24が、X方向にずれながらY方向に並列されている。つまり、表面3から見たとき、X,Y方向にて近接する4つの貫通孔24によって1つの貫通孔24が囲まれるように配置されている。なお、ここでは、複数の貫通孔24は、Y方向にて近接する一対の貫通孔24,24が、互いにX方向に例えば半ピッチずれるよう配列されている。
このとき、本実施形態においては、上記のように異方性エッチングを行っていることから、加工対象物1では、その(111)面はエッチングがされ難く(エッチングレートが遅く)なる。よって、(111)面に倣って延びる改質領域72では、エッチングが好適に進展され、形成される貫通孔24の内面が凹凸の少ない平滑面となる。また、図13に示すように、貫通孔24は、その断面形状が略矩形(ひし形)形状とされると共に、その軸線に沿った内径のばらつきが小さくされる。
ちなみに、図12(c)に示すように、貫通孔24にあっては、上記改質領域721〜722に沿ってそれぞれ形成されることから、Z方向に延在する貫通孔241と、Z方向に対しX方向に傾斜する貫通孔242と、貫通孔242に対し大きい傾斜角度で同方向に傾斜する貫通孔243と、を含んで構成されている。
次に、ウェット酸化法等により加工対象物1を酸化し、電気的絶縁性を有する酸化膜を絶縁膜として貫通孔24の内面に生成する。このとき、図13に示すように、貫通孔24の内面が平滑面とされ且つその断面形状が略矩形形状とされていることから、貫通孔24の内面には絶縁膜が成長し難い凸部が存在しないため、均一な絶縁膜15を形成することが可能となり、絶縁膜15の欠陥を抑制することができる。
その後、各貫通孔24内に導体13を埋入し、この導体13と電気的に接続するようパッド14を表面3及び裏面21上に形成する。これにより、加工対象物1が基板10xとして、貫通孔24が貫通電極10yとして構成され、その結果、インターポーザ10が得られることとなる。
以上、本実施形態では、加工対象物1が目標厚さMのときに改質領域72のエッチングが進展開始されるのではなく、異方性エッチング処理によって加工対象物1が目標厚さMまで薄化される際、除去部分1pに形成された改質領域71,73により改質領域72のエッチングの進展開始が導かれ、そして、加工対象物1が目標厚さMに薄化されたときに、貫通孔24の形成が完了される。よって、加工対象物1における貫通孔24の開口側(表面3側及び裏面21側)が除去され過ぎ、貫通孔24の開口側の孔径(開口サイズ)及び貫通孔24の内径幅が拡大するというのを抑制することができ、目標厚さMの加工対象物1に貫通孔24を精度よく形成することが可能となる。
すなわち、本実施形態では、マスクレスのレーザ加工において、加工対象物1の板厚の調整を行いながら所望の貫通孔24を形成することができる。具体的には、エッチングを改質領域72へと導く(改質領域72のエッチングを制御する)ための改質領域71,73を除去部分1pに形成することで、後段の異方性エッチング処理において目標厚さMまで薄化されるときに貫通孔24の形成を完了させることができる。よって、加工対象物1の厚さと貫通孔24の孔径とを同時に精度よく制御することが可能となり、例えば改質領域71,73を適宜に形成することで、改質領域72の貫通に要する時間を調整でき、最終的な基板10xの厚さを設定することができる。
さらに、上述したように、改質領域71,73がZ方向に平行に延在することから、改質領域71,73を形成する際におけるレーザ光Lの集光点の指定及び管理が容易となり、レーザ加工の容易化が可能となる。
図14(a)は改質領域を形成した後の加工対象物の一部を示す拡大断面図であり、図14(b)は貫通孔を形成した後の加工対象物の一部を示す拡大断面図である。図14に示すように、Z方向に平行に延びる改質領域73を改質領域722に繋がるように除去部分1pに形成した場合(すなわち、改質領域73を、Z方向に平行な直線的に積層し形成した場合)、異方性エッチング処理により形成された貫通孔242の開口側の孔径Hは、改質領域73の大きさに対応した比較的小さなものとなっている。
これに対し、Z方向に傾斜する改質領域73´を改質領域722に繋がるように形成した場合(すなわち、改質領域73´を、Z方向に対し傾斜するようX方向にずらして積層し形成した場合)、形成された貫通孔242´の開口側の孔径H´は、孔径Hよりも拡がっている。従って、貫通孔24の開口側の孔径Hを小さくする場合においては、除去部分1pに形成する改質領域73(71)は、Z方向に平行に延在させることが好ましい。
また、本実施形態では、上述したように改質領域71,73が加工対象物1の表面3及び裏面21に露出していないことから、加工対象物1が目標厚さMになったときには改質領域72のエッチングが余分に進んでしまって貫通孔24の開口側の孔径及び内径幅が大きくなるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上述したように、X方向に沿ったスキャンをZ方向の集光点深さ位置を変えて繰り返し実施し(図9(b)〜図11(b)参照,第1工程)、これをY方向の集光点位置を変えて繰り返し実施し(第2工程)、これにより、複数の貫通孔24を形成している。従って、集光点の移動の無駄を抑制して迅速な加工が可能となり、タクトタイム(加工時間)の短縮化ひいては低コスト化を実現することができる。
また、本実施形態では、上述したように、表面3視においてX方向に並ぶ貫通孔24がY方向において互い違いになるように配置される。よって、表面3視で複数の貫通孔24及び貫通電極10yを格子状に配置した場合に比べ、複数の貫通孔24及び複数の貫通電極10yを密に配置することができる。また、加工対象物1において形成できる貫通孔24の数及び貫通電極10yの数を増え、インターポーザ10における配線の高密度化も可能となる。
さらに、本実施形態によるインターポーザ10では、Z方向に対し傾斜する貫通電極10yを有していることから、配線ピッチを変換する上で基板10xを複数積層させる必要がなくなり、その軽薄化及び低コスト化が可能となる。加えて、配線をシンプル化、及び配線ピッチを微細化することができ、設計容易化し、且つ配線の電気抵抗を低減することができる。
また、本実施形態では、基板10xがシリコンで形成されているため、半導体デバイス11がシリコンで形成されている場合、熱膨張差の影響で配線が断線するのを抑制することができると共に、排熱性を高めることが可能となる。
なお、本実施形態では、貫通孔24の形成に際し、改質領域7及び該改質領域7に内包された亀裂を異方性エッチング処理によって加工後の加工対象物1から除去できるため、その強度及び品質を向上可能となる。また、加工時に切削粉塵が発生しないため、環境に配慮した加工方法を実現できる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
例えば、改質領域7を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物1の表面3に限定されるものではなく、加工対象物1の裏面21であってもよい。また、上記実施形態では、エッチングを改質領域72へと導くものとして、改質領域72の裏面21側に繋がる改質領域71と表面3側に繋がる改質領域73とを除去部分1pに形成したが、これらの少なくとも一方のみを形成する場合もある。また、上記実施形態では、インターポーザ10の貫通電極10yを構成する貫通孔24を形成したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、例えば空間、メッシュ、流路等としての貫通孔を形成する場合もある。
また、上記実施形態におけるスキャン方向やスキャン順序は限定されるものではなく、例えば、X方向に沿ったスキャンをY方向の集光点位置を変えて繰り返し実施し、これをZ方向の集光点深さ位置を変えて繰り返し実施することで、複数の貫通孔24を形成してもよい。さらに、例えば、1つの貫通孔24に沿って集光点を移動させながらレーザ光Lを照射して改質領域7を形成し、これを貫通孔24の数だけ繰り返し実施することで、複数の貫通孔24を形成してもよい。
また、上記実施形態でのレーザ光LのON・OFF照射は、レーザ光Lの出射のON・OFFを制御する他に、レーザ光Lの光路上に設けられたシャッタを開閉したり、加工対象物1の表面3をマスキングしたり等して実施してもよい。さらに、レーザ光Lの強度を、改質領域7が形成される閾値(加工閾値)以上の強度と加工閾値未満の強度との間で制御してもよい。また、上記「平行」には、略平行なもの、平行を意図するものが含まれている。
なお、本発明では、エッチング剤を調整(例えば、アルコール類や界面活性剤等の添加物を添加)することで、特定の結晶方位のエッチングレートが変化させ、所望な矩形形状の断面形状(内壁形状)を有する貫通孔を形成することができる。例えば、エッチング剤にIPA(イソプロピルアルコール)を添加して異方性エッチング処理を行うことで、図15(a)に示すように、貫通孔24の断面形状を長方形形状とすることが可能となる。また、例えば、エッチング剤に界面活性剤を添加して異方性エッチング処理を行うことで、図15(b)に示すように、貫通孔24の断面形状を正方形形状とすることが可能となる。
1…加工対象物、1p…除去部分(除去される部分)、3…表面(主面)、7…改質領域、21…裏面(主面)、24…貫通孔、71,73…改質領域(第2改質領域)、72…改質領域(第1改質領域)、L…レーザ光、M…目標厚さ。
Claims (3)
- シリコンで形成された板状の加工対象物にレーザ光を集光させることにより、前記加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ光集光工程と、
前記レーザ光集光工程の後、前記加工対象物に異方性エッチング処理を施すことにより、前記加工対象物を目標厚さまで薄化すると共に、前記改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させ、前記加工対象物の厚さ方向に対し傾斜する貫通孔を前記加工対象物に形成するエッチング処理工程と、を含み、
前記レーザ光集光工程では、
前記加工対象物における前記貫通孔に対応する部分に前記改質領域としての第1改質領域を形成すると共に、前記加工対象物において前記異方性エッチング処理による薄化で除去される部分に前記厚さ方向に平行に延在し且つ前記第1改質領域に繋がる前記改質領域としての第2改質領域を形成し、
前記エッチング処理工程では、
前記加工対象物を薄化させながら、前記第2改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させた後に前記第1改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させ、前記加工対象物が前記目標厚さのときに前記貫通孔の形成を完了させることを特徴とするレーザ加工方法。 - 前記加工対象物は、(100)面となる主面を有することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工方法。
- 前記レーザ光集光工程では、
前記レーザ光の照射方向と直交する一方向に沿って前記レーザ光の集光点を相対移動させながら前記レーザ光を照射する工程を、前記照射方向における前記集光点の深さ位置を変えて繰り返し実施する第1工程と、
前記第1工程を、前記照射方向及び前記一方向と直交する他方向における前記集光点の位置を変えて繰り返し実施する第2工程と、を含むことを特徴とする請求項1又は2記載のレーザ加工方法。
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