KR101942110B1 - 레이저 가공방법 - Google Patents

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KR101942110B1
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게이스케 아라키
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

실리콘에 의해 형성된 가공대상물의 내부에 레이저광을 집광시켜 개질영역을 형성하고, 이 개질영역을 따라서 에칭함으로써, 가공대상물에 관통구멍을 형성하는 레이저 가공방법으로서, 에칭에 내성을 가지는 내에칭막을 가공대상물의 외표면에 생성하는 내에칭막 생성공정과, 내에칭막 생성공정 후에, 가공대상물에 레이저광을 집광시킴으로써, 가공대상물에서의 관통구멍에 대응하는 부분을 따라서 개질영역을 형성함과 아울러, 내에칭막에 레이저광을 집광시킴으로써, 내에칭막에서의 관통구멍에 대응하는 부분을 따라서 결함영역을 형성하는 레이저광 집광공정과, 레이저광 집광공정 후에, 가공대상물에 에칭처리를 시행함으로써, 개질영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜 관통구멍을 형성하는 에칭처리공정을 포함하는 레이저 가공방법.

Description

레이저 가공방법 {LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은 레이저 가공방법에 관한 것이고, 특히, 가공대상물에 관통구멍을 형성하는 레이저 가공방법에 관한 것이다.
종래의 레이저 가공방법으로서는, 판 모양의 가공대상물에 레이저광을 집광(集光)시켜 가공대상물의 내부에 개질(改質)영역을 형성한 후, 이 가공대상물에 에칭처리를 시행하여 개질영역을 제거함으로써, 두께방향을 따른 관통구멍을 가공대상물에 형성하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본국 특개2004-351494호 공보
여기서, 상기의 레이저 가공방법에서는, 에칭처리 전에, 에칭에 내성을 가지는 내(耐)에칭막을 가공대상물의 외표면에 패터닝하는 경우가 있다. 즉, 가공대상물의 외표면 전역을 덮도록 내에칭막을 생성한다. 그 후, 내에칭막에 노광 등을 시행하고, 에칭제를 개질영역에 침입시키는 개구를 내에칭막의 변질층에 대응하는 영역에 형성하는 경우가 있다. 이것에 의해, 예를 들면 형성된 관통구멍의 개구 측이 너무 에칭되어 넓어진다고 하는 것 등을 억제하고, 관통구멍을 정밀도 좋게 형성하는 것이 도모되고 있다. 그러나 이 경우, 상술한 것과 같이, 노광 등을 시행하여 패터닝하는 공정이 별도로 필요하기 때문에, 가공이 복잡화 및 번잡화할 우려가 있다.
그래서, 본 발명은 관통구멍을 정밀도 좋게 형성할 수 있고 또한 가공 용이화가 가능한 레이저 가공방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일측면은, 레이저 가공방법에 관한 것이다. 이 레이저 가공방법은, 실리콘에 의해 형성된 가공대상물의 내부에 레이저광을 집광시켜 개질영역을 형성하고, 이 개질영역을 따라서 에칭함으로써, 가공대상물에 관통구멍을 형성하는 레이저 가공방법으로서, 에칭에 내성을 가지는 내(耐)에칭막을 가공대상물의 외표면에 생성하는 내에칭막 생성공정과, 내에칭막 생성공정 후에, 가공대상물에 레이저광을 집광시킴으로써, 가공대상물에서의 관통구멍에 대응하는 부분을 따라서 개질영역을 형성함과 아울러, 내에칭막에 레이저광을 집광시킴으로써, 내에칭막에서의 관통구멍에 대응하는 부분을 따라서 결함영역을 형성하는 레이저광 집광공정과, 레이저광 집광공정 후에, 가공대상물에 에칭처리를 시행함으로써, 개질영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전(進展)시켜 관통구멍을 형성하는 에칭처리공정을 포함한다.
이 레이저 가공방법에서는, 내에칭막에 레이저광이 집광됨으로써, 내에칭막에서의 관통구멍에 대응하는 부분을 따라서 어블레이션(ablation)하도록 가공되고, 이러한 부분에 결함영역(데미지 영역)이 형성되게 된다. 따라서, 그 후의 에칭처리공정에서는, 내에칭막의 결함영역으로부터 개질영역으로 에칭제가 침입되고, 개질영역을 따라서 에칭이 선택적으로 진전된다. 따라서, 가공대상물의 외표면에 내에칭막을 생성하는 경우, 노광 등을 시행하여 패터닝하는 공정이 불필요하게 되고, 그 결과, 관통구멍을 정밀도 좋게 형성할 수 있으며 또한 가공 용이화가 가능하게 된다.
또, 가공대상물은 (100)면이 되는 주면(主面)을 가지는 판 모양을 나타내고, 관통구멍은 가공대상물의 두께방향에 대해 경사지며, 에칭처리공정에서는 에칭처리로서 이방성 에칭을 시행할 수 있다. 이 경우, 두께방향에 대해 경사지는 관통구멍을 가공대상물에 바람직하게 형성할 수 있다.
또, 레이저광 집광공정 후이며 에칭처리공정 전에, 내에칭막에 에칭처리를 시행함으로써, 내에칭막의 결함영역을 제거하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 에칭처리공정에 있어서, 에칭제를 개질영역으로 확실히 침입시킬 수 있다.
또, 가공대상물에 복수의 관통구멍을 형성하는 레이저 가공방법으로서, 에칭처리공정 후에, 가공대상물의 관통구멍의 내면에 절연막을 생성하는 절연막 생성공정을 더 포함할 수 있다. 이것에 의해, 예를 들면 복수의 관통구멍 각각에 도체를 매립하여 복수의 관통전극을 형성하는 경우, 인접하는 관통전극 사이에서의 절연성을 확보하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 레이저 가공방법에 의하면, 관통구멍을 정밀도 좋게 형성할 수 있고 또한 가공 용이화가 가능하게 된다.
도 1은 개질영역의 형성에 이용되는 레이저 가공장치의 개략 구성도이다.
도 2는 개질영역의 형성의 대상이 되는 가공대상물의 평면도이다.
도 3은 도 2의 가공대상물의 III-III선에 따른 단면도이다.
도 4는 레이저가공 후의 가공대상물의 평면도이다.
도 5는 도 4의 가공대상물의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 가공대상물의 VI-VI선에 따른 단면도이다.
도 7은 에칭제의 일례를 나타내는 도표이다.
도 8의 (a)는 본 실시형태의 레이저 가공방법을 설명하는 플로우도이며, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 후단을 나타내는 플로우도이다.
도 9의 (a)는 도 8의 (b)의 후단을 나타내는 플로우도이며, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 후단을 나타내는 플로우도이다.
도 10은 도 9의 (b)의 가공대상물의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 11의 (a)는 도 9의 (b)의 후단을 나타내는 플로우도이며, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 후단을 나타내는 플로우도이다.
도 12의 (a)는 도 11의 (b)의 후단을 나타내는 플로우도이며, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)의 후단을 나타내는 플로우도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
본 실시형태에 관한 레이저 가공방법에서는, 가공대상물의 내부에 레이저광을 집광시켜 개질영역을 형성한다. 그래서, 우선, 개질영역의 형성에 대해서, 도 1 ~ 도 6을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공장치(100)는 레이저광(L)을 펄스 발진하는 레이저광원(101)과, 레이저광(L)의 광축(광로)의 방향을 90° 변경하도록 배치된 다이클로익 미러(dichroic mirror)(103)와, 레이저광(L)을 집광하기 위한 집광용 렌즈(105)를 구비하고 있다. 또, 레이저 가공장치(100)는 집광용 렌즈(105)에서 집광된 레이저광(L)이 조사되는 가공대상물(1)을 지지하기 위한 지지대(107)와, 지지대(107)를 이동시키기 위한 스테이지(111)와, 레이저광(L)의 출력이나 펄스폭 등을 조절하기 위해서 레이저광원(101)을 제어하는 레이저광원 제어부(102)와, 스테이지(111)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비하고 있다.
이 레이저 가공장치(100)에서는, 레이저광원(101)으로부터 출사된 레이저광(L)은 다이클로익 미러(103)에 의해서 그 광축의 방향이 90° 변경되고, 지지대(107)상에 얹어 놓인 판 모양의 가공대상물(1)의 내부에 집광용 렌즈(105)에 의해서 집광된다. 이것과 함께, 스테이지(111)가 이동하게 되며, 가공대상물(1)이 레이저광(L)에 대해서 개질영역 형성예정부(5)를 따라서 상대이동하게 된다. 이것에 의해, 개질영역 형성예정부(5)를 따른 개질영역이 가공대상물(1)에 형성되게 된다.
가공대상물(1)로서는 반도체재료나 압전재료 등이 이용되며, 도 2에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)에는 개질영역 형성예정부(5)가 설정되어 있다. 여기서의 개질영역 형성예정부(5)는 직선 모양으로 연장한 가상선이다. 가공대상물(1)의 내부에 개질영역을 형성하는 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)의 내부에 집광점(P)을 맞춘 상태에서, 레이저광(L)을 개질영역 형성예정부(5)를 따라서(즉, 도 2의 화살표 A방향으로) 상대적으로 이동시킨다. 이것에 의해, 도 4 ~ 도 6에 나타내는 바와 같이, 개질영역(7)이 개질영역 형성예정부(5)를 따라서 가공대상물(1)의 내부에 형성되고, 이 개질영역(7)이 후술의 에칭에 의한 제거영역(8)이 된다.
또한, 집광점(P)은 레이저광(L)이 집광하는 개소이다. 또, 개질영역 형성예정부(5)는 직선 모양에 한정하지 않고 곡선 모양이라도 되고, 곡면 모양이나 평면 모양의 3차원 모양이라도 되며, 좌표 지정된 것이라도 된다. 또, 개질영역(7)은 연속적으로 형성되는 경우도 있고, 단속적으로 형성되는 경우도 있다. 또, 개질영역(7)은 열(列) 모양이라도 점 모양이라도 되고, 요점은, 개질영역(7)은 적어도 가공대상물(1)의 내부에 형성되어 있으면 된다. 또, 개질영역(7)을 기점(起点)으로 균열이 형성되는 경우가 있으며, 균열 및 개질영역(7)은 가공대상물(1)의 외표면(표면, 이면 혹은 외주면)으로 노출하고 있어도 된다.
덧붙여서, 여기에서는, 레이저광(L)이 가공대상물(1)을 투과함과 아울러 가공대상물(1)의 내부의 집광점 근방에서 특히 흡수되며, 이것에 의해, 가공대상물(1)에 개질영역(7)이 형성된다(즉, 내부흡수형 레이저가공). 일반적으로, 표면(3)으로부터 용융되고 제거되어 구멍이나 홈 등의 제거부가 형성되는(표면흡수형 레이저가공) 경우, 가공영역은 표면(3) 측으로부터 서서히 이면 측으로 진행한다.
그런데, 본 실시형태에 관한 개질영역(7)은 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와는 다른 상태가 된 영역을 말한다. 개질영역(7)으로서는, 예를 들면, 용융처리영역, 크랙영역, 절연파괴영역, 굴절률 변화영역 등이 있고, 이들이 혼재한 영역도 있다. 또한, 개질영역(7)으로서는 가공대상물(1)의 재료에서 밀도가 비개질영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역이나, 격자(格子) 결함이 형성된 영역이 있다(이들을 합쳐서 고밀전이(高密轉移)영역이라고도 함).
또, 용융처리영역이나 굴절률 변화영역, 개질영역(7)의 밀도가 비개질영역의 밀도와 비교해 변화한 영역, 격자 결함이 형성된 영역은, 또한 그들 영역의 내부나 개질영역(7)과 비개질영역과의 계면(界面)에 균열(갈라짐, 마이크로 크랙)을 내포하고 있는 경우가 있다. 내포되는 균열은 개질영역(7)의 전체 면에 걸치는 경우나 일부분만이나 복수 부분에 형성되는 경우가 있다. 가공대상물(1)로서는 유리를 포함하거나, 또는 유리로 이루어지는 것을 들 수 있다(상세하게는 후술).
여기서, 본 실시형태에서는 가공대상물(1)에 개질영역(7)을 형성한 후, 이 가공대상물(1)에 에칭처리를 시행함으로써, 개질영역(7)에 포함되는 또는 개질영역(7)으로부터 연장하는 균열(크랙, 미소 크랙, 균열 등으로도 칭해진다. 이하, 간단히 「균열」이라고 함)을 따라서 에칭을 선택적으로 진전(進展)시키고, 가공대상물(1)에서 개질영역(7)을 따른 부분을 제거한다.
예를 들면, 본 실시형태의 에칭처리에서는 모세관 현상 등을 이용하여, 가공대상물(1)의 개질영역(7)에 포함되거나 또는 이 개질영역(7)으로부터 연장하는 균열에 에칭제를 침윤시켜, 균열면을 따라서 에칭을 진전시킨다. 이것에 의해, 가공대상물(1)에서는 균열을 따라서 선택적이고 또한 높은 에칭 레이트로 에칭을 진전시켜 제거한다. 이것과 함께, 개질영역(7) 자체의 에칭 레이트가 높다고 하는 특징을 이용하여, 개질영역(7)을 따라서 선택적으로 에칭을 진전시켜 제거한다.
본 실시형태의 에칭처리로서는, 예를 들면 에칭제에 가공대상물을 침지하는 경우(디핑 방식 : Dipping)와, 가공대상물을 회전시키면서 에칭제를 도포하는 경우(스핀 에칭 방식 : Spin Etching)가 있다. 또, 여기서의 에칭은 등방성 에칭이다. 또, 여기서의 에칭에는 등방성 에칭 및 이방성 에칭을 포함하고 있다.
도 7은 이용되는 에칭제의 일례를 기판의 재질별로 나타내는 도표이다. 에칭제는 상온 ~ 100℃ 전후의 온도에서 이용되며, 필요하게 되는 에칭 레이트 등에 따라 적당의 온도로 설정된다. 예를 들면, Si(이방성)를 KOH로 에칭처리하는 경우에는, 바람직한 것으로서, 약 60℃로 된다. 또, 에칭제는 액체 상태인 것뿐만이 아니라, 겔 상태(젤리 상태, 반고형 상태)인 것을 이용할 수 있다.
또한, 등방성 에칭의 경우에는, 비교적 얇은 가공대상물(예를 들면, 두께 10㎛ ~ 100㎛)에 적용할 수 있으며, 결정 방위나 개질영역에 의존하지 않고, 등방향으로 에칭을 진행시킬 수 있다. 또, 이 경우, 표면에 균열이 노출하고 있으면, 에칭액이 당해 균열을 전하여 내부에 침윤(浸潤)되며, 개질영역에서 두께방향의 전체 면이 개질영역의 기점이 되기 때문에, 절단면이 반원형으로 오목하도록 에칭된 칩을 취출하는 것이 가능하게 된다. 한편, 이방성 에칭의 경우에는, 비교적 얇은 가공대상물뿐만이 아니라 두꺼운 것(예를 들면, 두께 800㎛ ~ 100㎛)에도 적용할 수 있다. 또, 이 경우, 개질영역을 형성하는 면이 면방위와 다를 때도, 이 개질영역을 따라서 에칭을 진행시킬 수 있다. 즉, 여기서의 이방성 에칭에서는, 결정 방위을 따른 면방위의 에칭에 더하여, 결정 방위에 의존하지 않는 에칭도 가능하다.
다음으로, 본 발명의 일실시형태에 관한 레이저 가공방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 8 ~ 12는 본 실시형태의 레이저 가공방법을 나타내는 각 플로우도이다.
도 8 ~ 12에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태는, 예를 들면 반도체 디바이스와 프린트 배선기판이나 플렉서블 기판을 서로 전기적으로 접속하는 부품(인터포저(interposer) 등)을 제조하는 가공방법이며, 가공대상물(1)에 복수의 관통구멍(24)(도 11 참조)를 형성하고, 관통구멍(24)에 도체를 매립함으로써 복수의 관통전극(30)(도 12 참조)을 형성한다.
도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)은 조사하는 레이저광(L)의 파장(예를 들면 1064㎚)에 대해서 투명한 판 모양의 실리콘 기판이며, (100)면이 되는 표면(3) 및 이면(21)(주면)을 가지고 있다. 가공대상물(1)에는 관통구멍(24)에 대응하는 부분을 따라서, 개질영역 형성예정부(5)가 3차원적인 좌표 지정에 의해 설정되어 있다. 이 개질영역 형성예정부(5)는 가공대상물(1)의 두께방향에 대해 경사지는 방향을 따라서 연장하도록 설정되어 있다. 여기서의 개질영역 형성예정부(5)는 가공대상물(1)의 (111)면을 따라 연장하도록 설정되어 있다.
덧붙여서, 이하의 설명에서는, 가공대상물(1)의 두께방향(레이저광(L)의 조사방향)을 Z방향으로 하고, 두께방향에 대해 개질영역 형성예정부(5)(관통구멍(24))가 경사지는 방향을 X방향으로 하며, X, Z방향에 직교하는 방향을 Y방향으로 하여 설명한다.
본 실시형태에서 가공대상물(1)을 가공하는 경우, 우선, 내부 온도가 예를 들면 1000℃의 노(爐)에 가공대상물(1)을 넣어 ?(wet) 산화법에 의해 전면(全面) 산화한다. 이것에 의해, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 에칭에 내성을 가지는 내에칭막으로서의 산화막(22)이 가공대상물의 외표면(적어도 표면(3) 및 이면(21))에 생성된다. 이 산화막(22)은 레이저광(L)에 대해서 투명성이 높은 것으로 되어 있다. 또, 여기서의 산화막(22)은 에칭제인 알칼리 에칭액에 대해 내성이 높은 열산화막으로 되어 있다.
이어서, 가공대상물(1)의 표면(3) 측을 위쪽으로 하여 재치대에 얹어 놓고 유지한다. 그리고, 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 이면(21) 측의 산화막(22)에 레이저광(L)의 집광점(이하, 간단히 「집광점」이라고 함)을 맞추고, 이 집광점을 X방향으로 상대이동시키면서 레이저광(L)을 표면(3) 측으로부터 ON·OFF 조사한다(스캔). 이것에 의해, 레이저광(L)은 표면(3) 측의 산화막(22)과 가공대상물(1)을 투과하며, 이면(21) 측의 산화막(22)에서 개질영역 형성예정부(5)를 따른 위치에 데미지 영역으로서의 결함영역(22b)을 발생시킨다.
이어서, 집광점의 Z방향 위치를 표면(3) 측으로 이동시키고, 가공대상물(1)의 이면(21) 측 근방의 Z방향 위치로 집광점을 변경한 후, 상술한 X방향의 스캔을 실시한다. 이것에 의해, 레이저광(L)이 표면(3) 측의 산화막(22)을 투과하면서 가공대상물(1)에 집광되고, 기성(旣成, 이미 형성된)의 결함영역(22b)에 연결되는 개질영역(7)이 가공대상물(1)의 이면(21) 측에 형성된다. 또한, 여기에서는 펄스 레이저광을 레이저광(L)으로서 스팟 조사하기 때문에, 형성되는 개질영역(7)은 개질 스팟으로 구성되어 있다. 또, 개질영역(7)에는 이 개질영역(7)으로부터 발생한 균열이 내포되어 형성되어 있다(이하의 개질영역에 대해서 동일함).
이어서, 상술한 X방향의 스캔을 가공대상물(1)에서 이면(21) 측으로부터 표면(3) 측의 순서로 집광점의 Z방향 위치를 변경하여 반복 실시한다. 이것에 의해, 관통구멍(24)에 대응하는 부분을 따라서 서로 연결되는 개질영역(7)이 가공대상물(1) 내에 형성된다. 즉, 가공대상물(1)의 (111)면에 따르도록 Z방향으로 경사지는 개질영역(7)이 가공대상물(1)의 내부에 형성된다.
그리고, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 표면(3) 측의 산화막(22)에 집광점을 맞추고, 상술한 X방향의 스캔을 실시한다. 이것에 의해, 표면(3) 측의 산화막(22)에서 개질영역 형성예정부(5)를 따른 위치에 데미지부로서의 결함영역(22b)을 발생시킨다.
여기서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 산화막(22)에 집광하도록 레이저광(L)을 조사하면, 이러한 레이저광(L)의 조사에 의해서 산화막(22)이 어블레이션하도록 가공되며, 산화막(22)이 비산되어 대략 제거되거나, 혹은, 그 치밀도가 주위와 비교하여 거칠게 된다. 그 결과, 산화막(22)에서는 외표면(22a)에 노출하고 또한 개질영역 형성예정부(5)를 따르는 상기 결함영역(22b)이 에칭제의 개질영역(7)으로의 침입부로서 형성되게 된다.
이어서, 도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 가공대상물(1)에 대해, 예를 들면 85℃의 KOH를 에칭제로서 이용하여 60분간 에칭처리를 시행한다. 구체적으로는, 산화막(22)의 결함영역(22b)으로부터 개질영역(7)으로 에칭제를 침윤시키고, 개질영역(7) 및 이 개질영역(7)에 내포된 균열에 따라서 에칭을 선택적으로 진전시킨다. 이것에 의해, 가공대상물(1)의 내부가 개질영역(7)을 따라서 선택적으로 제거되며, (111)면에 따르도록 Z방향에 대해 경사지는 관통구멍(24)이 가공대상물(1)에 형성되게 된다. 이 때, 산화막(22)의 결함영역(22b)에 대해서는, 에칭의 진전시에 박리되어 제거된다.
또한, 본 실시형태의 에칭처리에서는 이방성 에칭을 행하고 있고, 가공대상물(1)의 (111)면은 에칭이 되기 어렵게(에칭 레이트가 늦게) 되어 있다. 따라서, 본 실시형태와 같이 개질영역(7)이 (111)면을 따라 연장하고 있으면, 에칭이 바람직하게 개질영역(7)을 따라서 진전된다. 이것과 함께, 관통구멍(24)의 내면이 요철이 적은 평활면이 되며, 또, 관통구멍(24)의 단면 형상이 직사각형(마름모) 형상이 된다.
이어서, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, ? 산화법에 의해 가공대상물(1)을 재산화시킨다. 이것에 의해, 전기적 절연성을 가지는 절연막으로서의 산화막(26)이 관통구멍(24)의 내면에 생성된다. 그 후, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 관통구멍(24) 내에 도체(28)를 매립하고, 그리고, 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 표면(3) 측의 산화막(22)의 외표면(22a)에 전극패드(29)를 도체(28)와 전기적으로 접속하도록 형성함과 아울러, 이면(21) 측의 산화막(22)의 외표면(22a)에 전극패드(29)를 도체(28)와 전기적으로 접속하도록 형성하여, 관통전극(30)을 구성한다.
이상, 본 실시형태에서는, 가공대상물(1)을 전면 산화시킴으로써, 표면(3) 및 이면(21)에 산화막(22)을 형성한다. 그리고, 이면(21) 측의 산화막(22)의 결함영역(22b), 가공대상물(1) 내의 개질영역(7) 및 표면(3) 측의 산화막(22)의 결함영역(22b)을 형성하는 레이저가공을 행한다. 따라서, 그 후의 에칭처리에 대해서는 산화막(22)의 결함영역(22b)을 기점으로 에칭제가 확실히 침입됨과 아울러, 개질영역(7)을 따라서 에칭이 선택적으로 진전되게 된다.
따라서, 본 실시형태에서는, 가공대상물(1)의 표면(3) 및 이면(21)에 산화막(22)을 생성한 후에, 노광 등을 시행하여 패터닝하는 종래 공정이 불필요하게 되고, 그 결과, 관통구멍(24)을 정밀도 좋게 형성할 수 있으며 또한 가공 용이화가 가능하게 된다. 또한, 산화막(22)에 의하면, 관통구멍(24)의 개구 측이 넓어지거나 개질영역(7)이 너무 에칭되어 관통구멍(24)의 단면적이 넓어지거나 등 하는 것을 억제할 수 있어, 관통구멍(24)의 형상·치수를 바람직하게 제어하는 것이 가능하게 된다. 이것과 함께, 산화막(22)에 의하면, 에칭처리에 의한 가공대상물(1)의 두께 저감을 억제할 수 있으며, 또, 표면(3) 및 이면(21)의 면 정밀도의 유지가 가능하게 된다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 가공대상물(1)이 (100)면이 되는 표면(3) 및 이면(21)을 가지는 판 모양을 나타내고 있고, 이방성 에칭에 의해서 관통구멍(24)의 경사방향(즉, (111) 면에 모방하는 방향)에 에칭되기 쉽게 되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 경사지는 관통구멍(24)을 가공대상물(1)에 바람직하게 형성할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 관통구멍(24)의 내면에 절연막으로서의 산화막(26)을 생성하고 있다. 이 때문에, 인접하는 관통전극(30) 사이에서의 절연성을 충분히 확보하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 실시형태에서는, 전술한 것과 같이, 산화막(22)에 레이저광(L)을 집광시킴으로써, 개질영역(7)으로의 에칭제의 침입구인 결함영역(22b)을 산화막(22)에 발생시켜 패터닝하기 때문에, 산화막(22)을 두껍게 형성하는 경우에도 용이하게 대응 가능하다.
그런데, 근년, 고집적화가 진행되는 중, 미세한 배선 피치를 가지는 인터포저의 개발이 강하게 요구되고 있다. 이 점, Z방향으로 경사지는 관통전극(30)을 형성할 수 있는 본 실시형태에서는 다음의 작용 효과를 가진다. 즉, 미세한 배선 피치로 하는 경우, 표면(3) 측의 전극패드(29)와 이면(21) 측의 전극패드(29)를 다이렉트로 배선하고, 배선폭을 충분히 확보하여, 전기저항 증가를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, Y방향에서의 집광점 위치를 변경하여 X방향의 스캔을 반복 행하고(XY면상의 레이저가공), 이것을 Z방향에서의 집광점 위치를 변경하여 반복 행함으로써, 복수의 관통구멍(24)에 대응하는 개질영역(7)을 형성할 수 있다. 혹은, Z방향에서의 집광점 위치를 변경하여 X방향의 스캔을 반복 행하고(XZ면상의 레이저가공), 이것을 Y방향에서의 집광점 위치를 변경하여 반복 행해도 된다. 혹은, 집광점을 X, Y, Z방향으로 적절히 이동시키면서 레이저광(L)을 조사하여 1개의 관통구멍(24)에 대응하는 개질영역(7)을 형성하며, 이것을 관통구멍(24)의 수만큼 반복해도 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명에 관한 레이저 가공방법은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 각 청구항에 기재한 요지를 변경하지 않는 범위에서 변형하거나, 또는 다른 것에 적용한 것이라도 된다.
예를 들면, 개질영역을 형성할 때의 레이저광 입사면은 가공대상물(1)의 표면(3)에 한정되는 것이 아니고, 가공대상물(1)의 이면(21)이라도 된다. 또, 상기 실시형태에서는, 내에칭막으로서, 산화막(22)을 생성했지만, 질화막을 생성해도 되며, 내에칭막은 에칭처리에서 이용되는 에칭제에 대해 내성을 가지는 것이면 된다.
또, 결함영역(22b)을 형성한 후이며 에칭처리를 행하기 전에, 산화막(22)에 에칭처리를 별도로 시행하여 결함영역(22b)을 제거해도 된다. 이 경우, 후단의 가공대상물(1)에 대한 에칭처리에 있어서, 에칭제를 개질영역(7)으로 확실히 침입시킬 수 있어, 관통구멍(24)을 정밀도 좋게 형성할 수 있다. 또, 상기 실시형태에서는, 산화막(22)에 스캔을 1회 행하여 결함영역(22b)을 형성했지만, 산화막(22)의 두께에 따라 스캔을 복수 회 행해도 된다.
또, 상기 실시형태에서의 레이저광(L)의 ON·OFF 조사는 레이저광(L)의 출사의 ON·OFF를 제어하는 것 외에, 레이저광(L)의 광로상에 설치된 셔터를 개폐하거나 가공대상물(1)의 표면(3)을 마스킹하거나 하여 실시해도 된다. 또한, 레이저광(L)의 강도를 개질영역(7)이 형성되는 문턱값(가공 문턱값) 이상의 강도와 가공 문턱값 미만의 강도와의 사이에 제어해도 된다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 레이저 가공방법에 의하면, 관통구멍을 정밀도 좋게 형성할 수 있고 또한 가공 용이화가 가능하게 된다.
1 … 가공대상물, 3 … 표면(외표면, 주면),
7 … 개질영역, 21 … 이면(외표면, 주면),
22 … 산화막(내에칭막), 22b … 결함영역,
24 … 관통구멍, 26 … 산화막(절연막),
L … 레이저광, P … 집광점

Claims (5)

  1. 실리콘에 의해 형성된 가공대상물의 내부에 레이저광을 집광(集光)시켜 개질(改質)영역을 형성하고, 이 개질영역을 따라서 에칭함으로써, 상기 가공대상물에 관통구멍을 형성하는 레이저 가공방법으로서,
    상기 에칭에 내성을 가지는 내(耐)에칭막을 상기 가공대상물의 표면 및 이면에 생성하는 내에칭막 생성공정과,
    상기 내에칭막 생성공정 후에, 상기 이면 측의 상기 내에칭막에 상기 레이저광을 집광시킴으로써, 상기 이면 측의 상기 내에칭막에서의 상기 관통구멍에 대응하는 부분을 따라서 에칭처리에 의해 제거되는 결함영역을 형성하며, 이어서, 상기 가공대상물에 상기 레이저광을 집광시킴으로써, 상기 이면의 상기 내에칭막의 결함영역에 연결되는 상기 개질영역을 상기 이면 측에 형성함과 아울러, 상기 가공대상물에서의 상기 관통구멍에 대응하는 부분을 따라서 서로 연결되는 상기 개질영역을 형성하며, 이어서, 상기 표면측의 상기 내에칭막에 상기 레이저광을 집광시킴으로써, 상기 표면 측의 상기 내에칭막에서의 상기 관통구멍에 대응하는 부분을 따라서 에칭처리에 의해 제거되는 결함영역을 형성하는 레이저광 집광공정과,
    상기 레이저광 집광공정 후에, 상기 가공대상물에 에칭처리를 시행함으로써, 상기 개질영역을 따라서 상기 에칭을 선택적으로 진전(進展)시켜 상기 관통구멍을 형성하는 에칭처리공정을 포함하는 레이저 가공방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공대상물은 (100)면이 되는 주면을 가지는 판 모양을 나타내고,
    상기 관통구멍은 상기 가공대상물의 두께방향에 대해 경사지며,
    상기 에칭처리공정에서는 상기 에칭처리로서 이방성(異方性) 에칭을 시행하는 레이저 가공방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 레이저광 집광공정 후이며 상기 에칭처리공정 전에, 상기 내에칭막에 에칭처리를 시행함으로써, 상기 내에칭막의 상기 결함영역을 제거하는 공정을 더 포함하고 있는 레이저 가공방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 가공대상물에 복수의 상기 관통구멍을 형성하는 레이저 가공방법으로서,
    상기 에칭처리공정 후에, 상기 가공대상물의 상기 관통구멍의 내면에 절연막을 생성하는 절연막 생성공정을 더 포함하고 있는 레이저 가공방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 가공대상물에 복수의 상기 관통구멍을 형성하는 레이저 가공방법으로서,
    상기 에칭처리공정 후에, 상기 가공대상물의 상기 관통구멍의 내면에 절연막을 생성하는 절연막 생성공정을 더 포함하고 있는 레이저 가공방법.
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