JPWO2012014709A1 - レーザ加工方法 - Google Patents
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Abstract
シリコンで形成された板状の加工対象物(1)に孔(24)を形成するためのレーザ加工方法であって、加工対象物(1)のレーザ光入射面側において該レーザ光入射面(3)に開口する凹部(10)を孔(24)に対応する部分に形成する凹部形成工程と、凹部形成工程の後、加工対象物(1)にレーザ光(L)を集光させることにより、加工対象物(1)における孔(24)に対応する部分に沿って改質領域(7)を形成する改質領域形成工程と、改質領域形成工程の後、加工対象物(1)に異方性エッチング処理を施すことにより、改質領域(7)に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物(1)に孔(24)を形成するエッチング処理工程と、を備え、改質領域形成工程では、改質領域(7)又は該改質領域(7)から延びる亀裂(C)を凹部の内面に露出させることを特徴とするレーザ加工方法。
Description
本発明は、シリコンで形成された板状の加工対象物に孔を形成するための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、例えば特許文献1に記載されているように、シリコン単結晶基板(加工対象物)にレーザ光を集光させて材料変質部(改質領域)を形成した後、このシリコン単結晶基板にエッチング処理を施すことにより、材料変質部に沿ってエッチングを進展させて該材料変質部を除去し、シリコン単結晶基板に非貫通孔又は貫通孔を形成するものが知られている。
ここで、上述したようなレーザ加工方法では、加工対象物のレーザ光入射面側において、形成された改質領域から延びる亀裂の直進性が例えばレーザ光Lの影響(熱衝撃)等に起因し低くなる場合があり、当該亀裂が蛇行したり意図しない方向へと延びたりしてしまうことがある。よってこの場合、異方性エッチング処理により加工対象物に孔を形成する際、加工対象物のレーザ光入射面側では、直進性の低い亀裂に沿ってエッチングが進展され、孔の開口部の大きさや形状がばらつくおそれがあり、孔の開口幅を制御するのが困難となる。
そこで、本発明は、レーザ光入射面側における孔の開口幅の制御性を高めることができるレーザ加工方法を提供することを課題とする。
本発明の一側面は、レーザ加工方法に関する。このレーザ加工方法は、シリコンで形成された板状の加工対象物に孔を形成するためのレーザ加工方法であって、加工対象物のレーザ光入射面側において該レーザ光入射面に開口する凹部を孔に対応する部分に形成する凹部形成工程と、凹部形成工程の後、加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物における孔に対応する部分に沿って改質領域を形成する改質領域形成工程と、改質領域形成工程の後、加工対象物に異方性エッチング処理を施すことにより、改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物に孔を形成するエッチング処理工程と、を備え、改質領域形成工程では、改質領域又は該改質領域から延びる亀裂を凹部の内面に露出させる。
このレーザ加工方法では、加工対象物のレーザ光入射面側に凹部が形成され、この凹部の内面に改質領域又は該改質領域から延びる亀裂が露出される。そのため、異方性エッチング処理の際、レーザ光入射面側では、凹部の形状に沿うように孔の開口部が形成され、直進性の低い亀裂に沿ってエッチングが進展されて孔の開口部が形成されるのが抑制される。よって、かかる亀裂の悪影響が孔の開口幅に及ぶのを抑制することができ、レーザ光入射面側における孔の開口幅の制御性を高めることが可能となる。
また、凹部形成工程では、加工対象物の厚さ方向に対して傾斜する傾斜面を凹部の内面として形成し、改質領域形成工程では、傾斜面からレーザ光を照射することにより、レーザ光を傾斜面で屈折させて、加工対象物における孔に対応する部分にレーザ光を集光させることができる。この場合、傾斜面によるレーザ光の屈折を利用してレーザ光が加工対象物に集光されることから、レーザ光の集光点位置を傾斜面によって一義的に設定することができる。よって、レーザ光の位置制御の必要性を低減し、例えばレーザ光源の位置ずれ等に起因した集光点位置のずれを抑制することが可能となる。すなわち、レーザ光の集光点位置を傾斜面によって制御し、改質領域を加工対象物に精度よく形成することが可能となる。
このとき、孔は、厚さ方向に対し所定角度で傾斜して延在するものであって、凹部形成工程では、加工対象物のレーザ光に対する屈折率及び所定角度に応じた角度で傾斜面を傾斜させて形成する場合がある。
また、改質領域形成工程では、傾斜面からレーザ光を照射してレーザ光を集光させる工程を、厚さ方向における集光用レンズの位置を変えて繰り返し実施することにより、改質領域を構成する改質スポットを傾斜面からの距離が互いに異なるように複数形成することができる。このように、厚さ方向における集光用レンズの位置を変えてレーザ光を傾斜面から繰り返し照射し集光させると、傾斜面からの距離が異なる複数の改質スポットを加工対象物に好適に形成することが可能となる。
また、改質領域形成工程では、改質領域形成工程では、傾斜面に沿って集光用レンズを移動させながら傾斜面からレーザ光を照射することにより、改質領域を構成する改質スポットを、傾斜面からの距離が互いに等しく且つ傾斜面に沿って並ぶように複数形成することができる。このように、集光用レンズを傾斜面に沿って移動させながらレーザ光を傾斜面から照射すると、傾斜面からの距離が互いに等しく且つ傾斜面に沿って並ぶ複数の改質スポットを加工対象物に好適に形成することが可能となる。
また、凹部形成工程では、加工対象物に異方性エッチング処理を施すことにより凹部を形成することができる。この場合、加工対象物に凹部を形成する際、エッチングレートが加工対象物の結晶方位に依存するという異方性エッチングの特徴を利用し、所望の凹部を加工対象物に精度よく形成することができる。
本発明によれば、レーザ光入射面側における孔の開口幅の制御性を高めることが可能となる。
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ライン5に沿って相対移動させられる。これにより、改質領域形成予定ライン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、改質領域形成予定ライン5が設定されている。ここでの改質領域形成予定ライン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ライン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ライン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、改質領域形成予定ライン5は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた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、若しくは側面)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、さら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からの亀裂に沿って)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からの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速いエッチングレート(エッチング速度)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速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、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、シリコンで形成された加工対象物1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、結晶方位に基づく特定方向のエッチングレートが速い(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。
[第1実施形態]
[第1実施形態]
次に、本発明の第1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7,8は、本実施形態を説明するためのフロー図である。図7,8に示すように、本実施形態では、加工対象物1の表面3側及び裏面21側にピット(凹部)10,10を形成し、加工対象物1にレーザ光Lを集光させて改質領域7を形成し、異方性エッチングによって加工対象物1における改質領域7に沿った部分を除去して貫通孔24を形成する。
加工対象物1は、照射するレーザ光Lの波長(例えば1064nm)に対して透明なシリコン基板であり、(100)面となる表面3及び裏面21を有している。この加工対象物1には、貫通孔24に対応する位置に、改質領域形成予定ライン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。貫通孔24は、加工対象物1の厚さ方向に対し傾斜して延在している。ここでの貫通孔24は、加工対象物1の(111)面に沿って延びており、例えば貫通孔24の厚さ方向に対する角度は、35°とされている。
ちなみに、以下の説明においては、図示するように、加工対象物1の厚さ方向(レーザ光Lの照射方向,紙面上下方向)をZ方向とし、厚さ方向に対し貫通孔24が傾斜する側の側方方向(紙面左右方向)をX方向とし、X,Z方向に直交する方向をY方向(紙面垂直方向)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、図7(a)に示すように、エッチングに耐性を有するSiN(窒化珪素)等の耐エッチング膜22を、加工対象物の表面3及び裏面21に形成する。これと共に、耐エッチング膜22をパターニングし、該耐エッチング膜22の貫通孔24に対応する部分に開口を形成する。そして、図7(b)に示すように、加工対象物1に異方性エッチング処理を施すことにより、加工対象物1の表面3側及び裏面21側それぞれにおける貫通孔24に対応部分に、開口部としてのピット10を形成する。
ピット10,10は、表面3及び裏面21に開口するようそれぞれ設けられている。ここでのピット10は、加工対象物1の内部に向けて四角錐状に窪むように形成されており、加工対象物1の(111)面に沿う傾斜面10aを内面として有している。
次に、加工対象物1の表面3側を上方にして加工対象物1を載置台に載置して保持する。そして、加工対象物1の内部における裏面21側にレーザ光Lの集光点(以下、単に「集光点」という)を合わせ、集光点をY方向に移動させながら、改質領域形成予定ライン5に沿って改質領域7が形成されるようにレーザ光Lを表面3側からON・OFF照射する(スキャン)。具体的には、所定ピッチの集光点(改質領域7)でY方向にスキャンされる(要は、所定ピッチ間隔でレーザ照射され、レーザ照射の回数分改質領域7が形成される)。このとき、1回のレーザ照射で形成される改質領域7の一部がY方向で互いに重なるように改質領域7を形成することが望ましい。なお、本実施形態ではレーザ光Lはパルスレーザ光である。そして、このスキャンを、加工対象物1において裏面21側から表面3側の順で集光点のZ方向位置を変えて繰り返し実施する。
これにより、貫通孔24に対応する部分に沿って互いに繋がる改質領域7を、ピット10の内面に露出するように加工対象物1に形成する。換言すると、表面3側及び裏面21側のピット10,10を連結するよう加工対象物1の(111)面に沿って連続的に延びる改質領域7を、ピット10の傾斜面10aに露出させて形成する。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及び改質スポットには、該改質領域7及び改質スポットから発生した亀裂が内包されて形成されている(以下、同じ)。
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異方性エッチング処理を施す。これにより、図8(a)に示すように、加工対象物1においてピット10近傍をエッチングすると共に、改質領域7へとエッチング剤を進入させて浸潤させ、表面3側及び裏面21側から内部へ向けて、エッチングを改質領域7に沿って選択的に進展(進行)させる。その結果、図8(b)に示すように、加工対象物1の改質領域7に沿った部分が除去されると共に当該除去部分が拡がるよう侵食され、ピット10,10を繋ぐように表面3及び裏面21を貫いて成る貫通孔24が形成される。
このとき、加工対象物1に対する異方性エッチングでは、エッチングレートが加工対象物1の結晶方位に依存することから、加工対象物1における(111)面では、その他の部分に比べてエッチングレートが極めて遅くなり、エッチストップする。よって、(111)面に沿った改質領域7においては、その延在方向に沿ってエッチングが特に選択的且つ高速に進展されると共に、形成される貫通孔24の内面24aはその凹凸が除去されて滑らかになり、内面24aに鏡面が形成される。例えば、内面24aの表面粗さは、算術平均粗さRa=10μm(十点平均粗さRz=2.36μm)とされる。
ところで、通常、加工対象物1のレーザ光入射面である表面3側では、例えばレーザ光Lの影響(熱衝撃)等に起因して、改質領域7から延びる亀裂の直進性が裏面21側の改質領域7から延びる亀裂の直進性よりも低くなる場合がある。そのため、表面3側の改質領域7からの亀裂は、蛇行したり意図しない方向へと延びたり等してしまうことがある。よってこの場合、異方性エッチング処理の際、表面3側では直進性の低い亀裂に沿ってエッチングが進展されて、貫通孔24における表面3側の開口部24bの大きさや形状がばらつくおそれがあり、貫通孔24の開口幅(開口部24bのサイズ)を制御するのが困難となる。
この点、本実施形態においては、上述したように、加工対象物1の表面3側にピット10が形成されており、このピット10の傾斜面10aに改質領域7が露出されてピット10内に改質領域7が収まっている。そのため、異方性エッチング処理の際、加工対象物1の表面3側では、直進性の低い亀裂に沿ってエッチングが進展されて貫通孔24の開口部24bが形成されるのではなく、ピット10の形状に沿うように開口部24bが形成される。従って、本実施形態によれば、直進性の低い亀裂の悪影響が貫通孔24の開口幅に及ぶのを抑制することができ、表面3側における貫通孔24の開口幅の制御性を高めることが可能となる。
また、本実施形態では、上述したように、改質領域7が加工対象物1の(111)面に沿って形成されている。よって、異方性エッチング処理により改質領域7に沿ってエッチングを選択的に進展させると、貫通孔24の内面24aに凹凸の少ない平滑面である鏡面を形成することができ、また、貫通孔24の断面形状を矩形(ひし形)形状とすることができる。
また、本実施形態では、上述したように、加工対象物1に異方性エッチング処理を施してピット10を形成している。よって、ピット10を形成するに際し、エッチングレートが加工対象物1の結晶方位に依存するという異方性エッチングの特徴を利用し、所望のピット10を加工対象物1に容易且つ精度よく形成することができる。
なお、本実施形態では、改質領域7自体をピット10の傾斜面10aに露出させているが、改質領域7を露出させずに該改質領域7からの亀裂を露出させていてもよく、要は、改質領域7又は改質領域7から延びる亀裂を露出させればよい。これについては、以下の実施形態も同様である。
[第2実施形態]
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明においては、上記第1実施形態と異なる点について主に説明する。
図9は、本実施形態を説明するためのフロー図であり、図10は、本実施形態における改質領域の形成を説明するための図である。本実施形態のレーザ加工方法は、図9に示すように、加工対象物1に分岐孔24を形成するものである。分岐孔24は、表面3側に設けられたV溝状の開口部24bと、開口部24bの底部からZ方向に延びる鉛直部241と、開口部24bの互いに対向する傾斜面それぞれからZ方向に対し傾斜する方向に延びる傾斜部242,243と、を含んでいる。
本実施形態では、まず、図9(a)に示すように、加工対象物1の表面3側の開口部24bに対応する位置に、表面3に開口するV溝状のピット10を形成する。そして、鉛直部241及び傾斜部242,243に対応する部分に沿って改質スポットSを複数形成し、これらの改質スポットSにより改質領域71〜73を形成する。
具体的には、鉛直部241に対応する部分に改質スポットS1が形成されるよう上記スキャンを実施する。そして、改質スポットS1を形成する当該スキャンを、集光用レンズ105をZ方向に所定量移動することによりZ方向における集光点位置を変えて繰り返し実施する。このとき、集光用レンズ105は、Z方向の集光点位置が裏面21側から表面3側の順で変わるように、裏面21から表面3側へ移動させる。これにより、加工対象物1の鉛直部241に対応する部分に沿って、複数の改質スポットS1から成る改質領域71を形成する。ここでの改質領域71では、表面3側の改質スポットS1がピット10の底部に露出されている。
また、傾斜部242に対応する部分に改質スポットS2が形成されるよう上記スキャンを実施する。詳言すると、図10(a)に示すように、ピット10の傾斜面10aからレーザ光LをON・OFF照射することにより、レーザ光Lを傾斜面10aで屈折させて、加工対象物1における傾斜部242に対応する部分にレーザ光Lを集光させ、改質スポットS2を形成する。
ここでは、傾斜面10aのZ方向に対する傾斜角度を35°とすることにより、下記の屈折率の関係に基づいて、傾斜面10aにZ方向に沿って入射し屈折したレーザ光Lの集光角度を43.3°に設定している。つまり、ピット10を形成する際、加工対象物1のレーザ光Lに対する屈折率及び傾斜部242のZ方向に対する傾斜角度(所定角度)に応じた角度で、傾斜面10aを傾斜させている。なお、集光角度は、X方向に対するレーザ光Lの光軸の角度を意味している。
空気の屈折率:1.0,加工対象物1の屈折率:3.5
空気の屈折率:1.0,加工対象物1の屈折率:3.5
そして、図10(b)に示すように、改質スポットS2を形成する当該スキャンを、集光用レンズ105をZ方向に所定量移動することにより傾斜部242に沿った方向の集光点位置(つまり、傾斜面10aの深さ方向の集光点位置)を変えて繰り返し実施する。このとき、集光用レンズ105は、集光点位置が傾斜面10aの深さ方向奥側から手前側の順で変わるように、裏面21から表面3側へ移動される。これにより、傾斜部242に対応する部分に沿って、複数の改質スポットS2から成る改質領域72を形成する。ここでの改質領域72では、表面3側の改質スポットS2から延びる亀裂Cがピット10の傾斜面10aに露出されている。
また、上述した改質スポットS2及び改質領域72の形成と同様に、傾斜部243に対応する部分に沿って、上記スキャンを集光点位置変えて繰り返し実施して複数の改質スポットS3から成る改質領域73を形成する。その後、加工対象物1に対し異方性エッチング処理を施すことにより。図9(b)に示すように、エッチングを改質領域7に沿って選択的に進展させる。その結果、加工対象物1の改質領域7に沿った部分が除去され、分岐孔24が形成されることとなる。
以上、本実施形態においても、上記効果と同様の効果、すなわち、直進性の低い亀裂の悪影響が分岐孔24の開口幅に及ぶのを抑制し、分岐孔24の開口幅の制御性を高めるという効果が奏される。また、本実施形態では、上述したように、ピット10の傾斜面10aに亀裂Cを露出させているため、表面3に亀裂を露出させる場合に対し、亀裂Cの直進性を向上することができる。
また、本実施形態では、上述したように、傾斜面10aからレーザ光Lを照射することにより、レーザ光Lを傾斜面10aで屈折させて集光させている。これにより、傾斜面10aによるレーザ光Lの屈折を利用してレーザ光Lを加工対象物1内に集光させることができ、よって、レーザ光Lの集光点位置を傾斜面10aで一義的に設定することが可能となる。その結果、レーザ光Lの位置制御の必要性を低減し、例えばレーザ光源101(図1参照)の位置ずれ等に起因した集光点位置のずれを抑制することが可能となる。すなわち、レーザ光Lの集光点位置を傾斜面10aにより制御することで、改質領域7を加工対象物1に精度よく形成することが可能となる。
また、特に本実施形態では、上述したように、Z方向のみに集光用レンズ105を移動することで、改質スポットSを傾斜面10aからの距離が互いに異なるように複数形成しているため、Z方向及びX方向の双方に集光用レンズ105を移動して集光点を移動させる必要性を低減することができる。よって、改質領域7を加工対象物1に容易に形成することが可能となる。
[第3実施形態]
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明においては、上記第2実施形態と異なる点について主に説明する。
図11,12は、本実施形態を説明するためのフロー図である。本実施形態のレーザ加工方法は、図12に示すように、ブリーダ回路基板51を形成するためのものであり、加工対象物1に複数(ここでは、2つ)の分岐貫通孔24を形成する。各分岐貫通孔24は、V溝状の開口部24bと、開口部24bの互いに対向する傾斜面のそれぞれからZ方向に対し傾斜する方向に延びる傾斜部244,245と、を含んでいる。
本実施形態では、まず、図11(a)に示すように、加工対象物1の表面3に耐エッチング膜22を形成すると共に耐エッチング膜22をパターニングし、そして、図11(b)に示すように、加工対象物1に異方性エッチング処理を施すことにより、加工対象物1の表面3側に複数のピット10,10を形成する。続いて、耐エッチング膜22を除去した後、図11(c)に示すように、分岐貫通孔24の傾斜部244,245に対応する部分に沿って改質スポットSを複数形成し、これらの改質スポットSにより改質領域7を形成する。
具体的には、ピット10の傾斜面10aからレーザ光Lを照射することにより、レーザ光Lを傾斜面10aで屈折させて、加工対象物1における傾斜部244に対応する部分にレーザ光Lを集光させ、改質スポットSを形成する。これを、集光用レンズ105をZ方向に所定量移動することにより集光点位置を変えて繰り返し実施し、傾斜部244に対応する部分に沿って、複数の改質スポットSから成る改質領域74を形成する。また、同様に、加工対象物1における傾斜部245に対応する部分に沿って、複数の改質スポットSから成る改質領域75を形成する。ここでの改質領域74,75では、表面3側の改質スポットSがピット10の傾斜面10aに露出するように形成されている。
次に、加工対象物1に対し異方性エッチング処理を施すことにより。図12(a)に示すように、エッチングを改質領域7に沿って選択的に進展させる。その結果、加工対象物1の改質領域7に沿った部分が除去され、複数の分岐貫通孔24,24が形成される。その後、図12(b)に示すように、熱酸化処理により分岐貫通孔24,24の内面に酸化膜(不図示)を形成し、分岐貫通孔24,24内に導体13を埋入し、この導体13に電気的に接続するようパッド14を開口部24b内と裏面21上とに形成する。これにより、1対N(Nは2以上の整数)の電気的接続が可能なブリーダ回路基板51が形成されることとなる。
以上、本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、直進性の低い亀裂の悪影響が分岐貫通孔24の開口幅に及ぶのを抑制し、分岐貫通孔24の開口幅の制御性を高めるという効果が奏される。
また、本実施形態では、上記実施形態と同様に、傾斜面10aからレーザ光Lを照射し、レーザ光Lを傾斜面10aで屈折させて集光させているため、レーザ光Lの集光点位置を傾斜面10aで制御することができ、改質領域7を加工対象物1に精度よく形成することが可能となる。
[第4実施形態]
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明においては、上記第2実施形態と異なる点について主に説明する。
図13は、本実施形態を説明するためのフロー図であり、図14は、本実施形態における改質領域の形成を説明するための図である。本実施形態のレーザ加工方法では、図13に示すように、加工対象物1に分岐孔24を形成するものである。分岐孔24は、V溝状の開口部24bと、開口部24bの底部からZ方向に延びる鉛直部246と、開口部24bにおいて互いに対向する傾斜面それぞれからZ方向に対し傾斜する方向に延び且つ鉛直部246に対し幅広の傾斜部247,248と、を含んでいる。
本実施形態では、まず、図13(a)に示すように、加工対象物1の表面3側の開口部24bに対応する位置に、表面3に開口するV溝状のピット10を形成する。そして、鉛直部246及び傾斜部247,248(図13(b)参照)に対応する部分に沿って改質スポットSを複数形成し、これらの改質スポットSにより改質領域76〜78を形成する。
ここで、本実施形態では、図14に示すように、集光用レンズ105をX方向に沿って移動すると共に集光用レンズ105を傾斜面10aに追従するよう(つまり、集効用レンズ105と傾斜面10aとの距離が一定となるよう)Z方向に移動させながら、レーザ光LをON・OFF照射する(スキャン)。その結果、レーザ光Lは傾斜面10aに沿って移動されながら傾斜面10aから照射され、レーザ光Lが傾斜面10aで屈折されて加工対象物1内に集光され、傾斜面10aからの距離が互いに等しい複数(ここでは、4つ)の改質スポットSが傾斜面10aに沿って並ぶように形成される。なお、この「等しい」は、略等しいを含み、その差が小さいことを意味している。
そして、当該スキャンを、集光用レンズ105をZ方向に所定量移動することにより集光点位置を変えて繰り返し実施する。これにより、図13(a)に示すように、鉛直部246及び傾斜部247,248に対応する部分に沿って、複数の改質スポットSから成る改質領域76〜78を形成する。その後、加工対象物1に対し異方性エッチング処理を施すことにより。図13(b)に示すように、改質領域7に沿ってエッチングを選択的に進展させる。その結果、加工対象物1の改質領域7に沿った部分が除去され、分岐孔24が形成されることとなる。
以上、本実施形態においても、上記効果と同様の効果、すなわち、直進性が低い亀裂の悪影響が分岐孔24の開口幅に及ぶのを抑制し、分岐孔24の開口幅の制御性を高めるという効果が奏される。
また、本実施形態では、上記実施形態と同様に、傾斜面10aからレーザ光Lを照射し、レーザ光Lを傾斜面10aで屈折させて集光させているため、レーザ光Lの集光点位置を傾斜面10aで制御することができ、改質領域7を加工対象物1に精度よく形成することが可能となる。
また、特に本実施形態では、上述したように、傾斜面10aに沿って追従するように集光用レンズ105を移動させながら傾斜面10aからレーザ光Lを照射している。よって、傾斜面10aからの距離が互いに等しく且つ傾斜面10aに沿って並ぶ複数の改質スポットSを、加工対象物1に好適に形成することができる。
なお、本実施形態においては、形成するピット10の大きさを適宜制御することで、傾斜面10aに沿って並設可能な改質スポットSの範囲を制御し、傾斜部247,248の幅(孔径)を制御することが可能となる。すなわち、例えば、図15(a)に示すように、本実施形態の上記ピット10(図13(a)参照)よりも小さいピット10´を加工対象物1に形成し、傾斜面10aに沿って並ぶ改質スポットSの数が改質領域77,78よりも少ない改質領域77´,78´を形成する。その結果、図15(b)に示すように、その後に異方性エッチング処理を施すことで、傾斜部247,248よりも幅が狭い傾斜部247´,248´を有する分岐孔24が形成されることとなる。
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、上記第1実施形態では、ピット10を表面3側と裏面21側とに形成したが、ピット10を表面3側にのみ形成する場合もある。
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、本発明により形成される孔は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の孔としてもよい。例えば、貫通孔又は非貫通孔の何れであってもよく、分岐孔又は非分岐孔の何れであってもよく、さらには、Z方向に対し傾斜して延びるものでもよいし、Z方向に沿って延びるものでもよい。また、孔は、円形状断面を有していてもよいし、多角形状断面を有していてもよい。
なお、エッチング剤に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を変化させることができるため、所望のエッチングレートで異方性エッチング処理を行うべく、加工対象物1の結晶方位に応じた添加物をエッチング剤に添加してもよい。
本発明によれば、レーザ光入射面側における孔の開口幅の制御性を高めることが可能となる。
1…加工対象物、3…表面(レーザ光入射面)、7,71〜78,77´,78´…改質領域、10,10´…ピット(凹部)、10a…傾斜面(内面)、24…貫通孔,分岐孔,分岐貫通孔(孔)、105…集光用レンズ、C…亀裂、L…レーザ光、S…改質スポット。
Claims (6)
- シリコンで形成された板状の加工対象物に孔を形成するためのレーザ加工方法であって、
前記加工対象物のレーザ光入射面側において該レーザ光入射面に開口する凹部を前記孔に対応する部分に形成する凹部形成工程と、
前記凹部形成工程の後、前記加工対象物にレーザ光を集光させることにより、前記加工対象物における前記孔に対応する部分に沿って改質領域を形成する改質領域形成工程と、
前記改質領域形成工程の後、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、前記加工対象物に前記孔を形成するエッチング処理工程と、を備え、
前記改質領域形成工程では、前記改質領域又は該改質領域から延びる亀裂を前記凹部の内面に露出させるレーザ加工方法。 - 前記凹部形成工程では、前記加工対象物の厚さ方向に対して傾斜する傾斜面を前記凹部の内面として形成し、
前記改質領域形成工程では、前記傾斜面から前記レーザ光を照射することにより、前記レーザ光を前記傾斜面で屈折させて、前記加工対象物における前記孔に対応する部分に前記レーザ光を集光させる請求項1記載のレーザ加工方法。 - 前記孔は、前記厚さ方向に対し所定角度で傾斜して延在するものであって、
前記凹部形成工程では、前記加工対象物の前記レーザ光に対する屈折率及び前記所定角度に応じた角度で前記傾斜面を傾斜させて形成する請求項2記載のレーザ加工方法。 - 前記改質領域形成工程では、前記傾斜面から前記レーザ光を照射して前記レーザ光を集光させる工程を、前記厚さ方向における集光用レンズの位置を変えて繰り返し実施することにより、前記改質領域を構成する改質スポットを前記傾斜面からの距離が互いに異なるように複数形成する請求項2又は3記載のレーザ加工方法。
- 前記改質領域形成工程では、前記傾斜面に沿って集光用レンズを移動させながら前記傾斜面から前記レーザ光を照射することにより、前記改質領域を構成する改質スポットを、前記傾斜面からの距離が互いに等しく且つ前記傾斜面に沿って並ぶように複数形成する請求項2〜4の何れか一項記載のレーザ加工方法。
- 前記凹部形成工程では、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凹部を形成する請求項1〜5の何れか一項記載のレーザ加工方法。
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