CN103025473B - 基板加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种用来将沿着规定的线(12)的空间形成于硅基板(11)的基板加工方法,其具备:通过将作为椭圆率为1以外的椭圆偏振光的激光(L)聚光于硅基板(11),沿着线(12)在硅基板(11)的内部形成多个改质点(S),从而形成包含多个改质点(S)的改质区域(7)的第1工序;以及在第1工序之后,通过对硅基板(11)实施各向异性蚀刻处理,沿着改质区域(7)使蚀刻选择性地进展,从而在硅基板(11)形成空间的第2工序,在第1工序中,以激光(L)相对于硅基板(11)的移动方向与激光(L)的偏振光方向所成的角度为45°以上的方式将激光(L)聚光于硅基板(11),并以沿着线(12)排成一列的方式来形成多个改质点(S)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用来将贯通孔等的空间形成于硅基板的基板加工方法。
背景技术
作为上述技术领域的基板加工方法,例如在专利文献1中,记载有通过将激光聚光于硅基板来形成改质区域,其后,通过对硅基板实施蚀刻处理,沿着改质区域使蚀刻选择性地进展,从而在硅基板形成贯通孔等的空间。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2005-74663号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而,在上述那样的基板加工方法中,在对于各种领域的应用推进中,例如为了谋求设计自由度的提升,要求将在相对于硅基板的厚度方向倾斜的方向(以下,也仅称“斜方向”)上延伸的贯通孔等、具有各种各样的形状的空间高精度地形成于硅基板。
因此,本发明目的在于提供一种能够将具有各种各样的形状的空间高精度地形成于硅基板的基板加工方法。
解决技术问题的手段
本发明的一方面的基板加工方法,是用来将沿着规定的线的空间形成于硅基板的基板加工方法,其具备:通过将作为具有椭圆率为1以外的椭圆偏振光的激光聚光于硅基板,沿着线在硅基板的内部形成多个改质点,从而形成包含多个改质点的改质区域的第1工序;以及在第1工序之后,通过对硅基板实施各向异性蚀刻处理,沿着改质区域使蚀刻选择性地进展,从而在硅基板形成空间的第2工序,在第1工序中,以使激光相对于硅基板的移动方向与激光的偏振光方向所成的角度为45°以上的方式将激光聚光于硅基板,并以沿着线排成一列的方式形成多个改质点。
在该基板加工方法中,在形成改质点时,以激光的移动方向与激光的偏振光方向所成的角度为45°以上的方式将激光聚光于硅基板。本发明人们经过反复研究检讨后的结果,得知当该角度以45°以上的方式将激光聚光时,与该角度以不到45°的方式将激光聚光的情况相比,能够使龟裂从改质点向激光的入射方向、以及与激光的入射方向及激光的移动方向垂直的方向(以下,仅称为“侧方方向”)更加伸展。由此结果,在以沿着规定的线排成一列的方式形成多个改质点时,即使线在倾斜方向上延伸,激光的聚光也难以受到从邻接的既成的改质点伸展来的龟裂所阻碍,从而可以切实地形成多个改质点。此外,在倾斜方向上邻接的改质点之间龟裂的接连变得容易。由此,当对硅基板实施各向异性蚀刻处理时,沿着改质区域使蚀刻切实地进展。因此,根据该基板加工方法,能够将具备有各式各样形状的空间精度良好地形成于硅基板。
另外,椭圆偏振光的椭圆率是指表示椭圆偏振光的椭圆中的“短轴长度的一半”/“长轴长度的一半”。因此,椭圆率为1时,该椭圆偏振光相当于圆偏振光;椭圆率为零时,该椭圆偏振光相当于直线偏振光。另外,激光的偏振光方向是指表示椭圆偏振光的椭圆的长轴的方向。因此,椭圆率为零时,激光的偏振光方向是表示直线偏振光的直线的方向。
这里,在第1工序中,可以在从与激光相对于硅基板的入射方向垂直的规定的方向看的情况下,以邻接的改质点的一部分相互重叠的方式形成多个改质点。由此,在邻接的改质点之间,直接地或经由从改质点伸展的龟裂,能够将改质点彼此更切实地接连。
另外,在第1工序中,可以以激光的移动方向与激光的偏振光方向所成的角度为90°的方式将激光聚光于硅基板。由于激光的移动方向与激光的偏振光方向所成的角度愈接近90°,向激光的入射方向以及侧面方向以外的龟裂的延伸愈被抑制,由此,能够精度良好地使龟裂从改质点向激光的入射方向与侧面方向伸展。
另外,椭圆偏振光也可以是椭圆率为零的直线偏振光。由于椭圆偏振光的椭圆率愈小,向激光的入射方向以及侧面方向以外的龟裂的延伸愈被抑制,由此,能够精度良好地使龟裂从改质点向激光的入射方向与侧面方向伸展。
另外,空间存在是在硅基板的表面及背面开口的贯通孔的情况。在这种情况下,即使规定的线在倾斜方向上延伸,从上述的内容可知,也能够将这样的沿着线的贯通孔精度良好地形成在硅基板。
发明效果
根据本发明,能够将具有各种各样形状的空间精度良好地形成于硅基板。
附图说明
图1是改质区域的形成所使用的激光加工装置的概略结构图。
图2是成为改质区域的形成对象的加工对象物的平面图。
图3是沿着图2的加工对象物的III-III线的截面图。
图4是激光加工后的加工对象物的平面图。
图5是沿着图4的加工对象物的V-V线的截面图。
图6是沿着图4的加工对象物的VI-VI线的截面图。
图7是用来说明本发明的一个实施方式的基板加工方法的硅基板的立体图。
图8是用来说明本发明的一个实施方式的基板加工方法的硅基板的立体图。
图9是表示以沿着规定的线排成多列的方式所形成的多个改质点的图。
图10是用来说明本发明的一个实施方式的基板加工方法的硅基板的立体图。
图11是表示以沿着规定的线排成多列的方式所形成的多个改质点的图。
图12是用来说明本发明的一个实施方式的基板加工方法的硅基板的立体图。
图13是用来说明本发明的一个实施方式的基板加工方法的硅基板的立体图。
图14是用来说明本发明的一个实施方式的基板加工方法的硅基板的立体图。
图15是表示激光的偏振光方向与龟裂的伸展方向的关系的图。
图16是以沿着规定的线排成一列或多列的方式形成多个改质点的情况下的硅基板的截面图及平面图。
图17是表示加工宽度与蚀刻速率的关系的图表。
图18是表示加工列数与蚀刻速率的关系的图表。
图19是表示加工列数与蚀刻速率的关系的图表。
图20是表示偏振光角度与蚀刻速率的关系的图表。
图21是表示改质点的形成间距和脉冲宽度与蚀刻速率的关系的图表。
图22是以沿着与激光的入射方向垂直的规定的方向排成一列的方式形成多个改质点的情况下的硅基板的截面图。
图23是以沿着激光的入射方向排成一列的方式来形成多个改质点的情况下的硅基板的截面图。
图24是以沿着倾斜方向排成一列的方式来形成多个改质点的情况下的硅基板的截面图。
图25是表示激光的移动方向与激光的偏振光方向的关系的图。
图26是表示1/4波长板的原理的图。
符号说明:
7,7a,7b,7c,7d,7e…改质区域、11…硅基板、12,12a,12b,12c,12d,12e…线、13…贯通孔(空间)、L…激光、S…改质点。
具体实施方式
以下,参照图面详细地说明本发明优选的实施方式。另外,在各图中,对于相同或相当部分用相同符号标示,省略重复的说明。
在本发明的一个实施方式的基板加工方法中,使激光聚光于加工对象物的内部而形成改质区域。因此,首先,对于改质区域的形成,参照图1~图6在以下进行说明。
如图1所示,激光加工装置100具备:使激光L脉冲振荡的激光光源101、配置成用来将激光L的光轴(光路)的方向改变90°的分光镜103、以及用来将激光L聚光的聚光用透镜105。另外,激光加工装置100具备:用来支承由聚光用透镜105聚光后的激光L所照射的加工对象物1的支承台107、用来使支承台107移动的载台111、为了调节激光L的输出或脉冲宽度等而控制激光光源101的激光光源控制部102、以及控制载台111的移动的载台控制部115。
在该激光加工装置100中,从激光源101所射出的激光L,通过分光镜103而将其光轴的方向改变90°,由聚光用透镜105聚光于支承台107上所载置的板状的加工对象物1的内部。与此同时,让载台111移动,使加工对象物1相对于激光L为沿着改质区域形成预定线5相对移动。由此,在加工对象物1形成沿着改质区域形成预定线5的改质区域。
作为加工对象物1,可以使用半导体材料或压电材料等,如图2所示,在加工对象物1,设定有改质区域形成预定线5。这里的改质区域形成预定线5是直线状延伸的假想线。在加工对象物1的内部形成改质区域的情况下,如图3所示,在使聚光点P对准于加工对象物1的内部的状态下,使激光L沿着改质区域形成预定线5(即,在图2的箭头A方向上)相对地移动。由此,如图4~图6所示,改质区域7沿着改质区域形成预定线5形成在加工对象物1的内部,该改质区域7成为后述的由蚀刻(etching)所形成的除去区域8。
另外,所谓聚光点P是指激光L聚光的部位。另外,改质区域形成预定线5并不限于直线状,可以是曲线状、也可以是这些组合而成的3维状、还可以是指定坐标的形状。另外,改质区域7有连续形成的情况、也有断续形成的情况。另外,改质区域7可以是列状、也可以是点状,总之,只要改质区域7至少形成在加工对象物1的内部即可。另外,存在以改质区域7为起点而形成龟裂的情况,龟裂及改质区域7也可以露出加工对象物1的外表面(表面、背面、或侧面)。
换言之,这里,激光L透过加工对象物1并且特别在加工对象物1的内部的聚光点附近被吸收,由此,在加工对象物1形成改质区域7(即,内部吸收型激光加工)。一般而言,在从表面3熔融除去而形成孔穴或沟槽等的除去部的情形(表面吸收型激光加工)情况下,加工区域从表面3侧缓慢地往背面侧进行。
再者,改质区域7是指密度、折射率、机械强度或其他物理特性成为与周围不同的状态的区域。作为改质区域7,例如有熔融处理区域、裂痕区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等,也有这些区域混合存在的区域。此外,作为改质区域7,有在加工对象物1的材料中密度与非改质区域的密度相比较变化的区域、或形成有晶格缺陷的区域(将这些也统称为密度高转移区域)。
另外,熔融处理区域或折射率变化区域、改质区域7的密度与非改质区域的密度相比较变化的区域、形成晶格缺陷的区域,存在进一步在这些区域的内部或改质区域7与非改质区域的界面包含龟裂(裂纹、微裂痕(micro-crack))的情况。所包含的龟裂存在遍及改质区域7的全面的情况、或形成于仅一部分或多部分的情况。作为加工对象物1,可以举出包含硅、或由硅构成的加工对象物。
这里,在本发明的一个实施方式的基板加工方法中,在加工对象物1形成了改质区域7后,对该加工对象物1实施蚀刻处理,由此沿着改质区域7(即,沿着改质区域7、或改质区域7所包含的龟裂、或来自改质区域7的龟裂)使蚀刻选择性地进展,从而将位于加工对象物1中的沿着改质区域7的部分予以除去。另外,该龟裂也被称为裂痕(crack)、微小裂痕、裂纹等(以下,仅称为“龟裂”)。
在该蚀刻处理中,例如利用毛细管现象等,使蚀刻剂浸润于加工对象物1的改质区域7所包含的或来自该改质区域7的龟裂,沿着龟裂面使蚀刻进展。由此,在加工对象物1中,沿着龟裂选择性且以快的蚀刻速率(蚀刻速度)使蚀刻进展而除去。与此同时,利用改质区域7自身的蚀刻速率快这个特征,沿着改质区域7使蚀刻选择性地进展而除去。
作为蚀刻处理,例如有在蚀刻剂浸渍加工对象物1的情况(浸渍方式:Dipping)、以及一边使加工对象物1旋转一边涂布蚀刻剂的情况(旋转蚀刻方式:SpinEtching)。
作为蚀刻剂,例如可以举出KOH(氢氧化钾)、TMAH(氢氧化四甲铵水溶液)、EDP(乙二胺邻苯二酚)、NaOH(氢氧化钠)、CsOH(氢氧化铯)、NH4OH(氢氧化铵)、联氨等。此外,作为蚀刻剂,不仅可以使用液体状的,也可以使用凝胶状(果冻状,半固形状)的。这里的蚀刻剂在常温~100℃左右的温度下使用,根据所需要的蚀刻速率等来设定适当的温度。例如,在用KOH(氢氧化钾)来对由硅形成的加工对象物1蚀刻处理的情况下,优选地,为约60℃。
另外,在本发明的一个实施方式的基板加工方法中,作为蚀刻处理,进行基于结晶方位的特定方向的蚀刻速率快(或慢)的蚀刻即各向异性蚀刻处理。在该各向异性蚀刻处理的情况下,不仅可以适用于比较薄的加工对象物,也可以适用于厚的加工对象物(例如,厚度为800μm~100μm)。另外,在这种情况下,即使形成改质区域7的面与面方位不同时,也能够沿着该改质区域7使蚀刻进行。即,在这里的各向异性蚀刻处理中,除了依照结晶方位的面方位的蚀刻之外,也可以进行不依赖于结晶方位的蚀刻。
其次,详细地说明本发明的一个实施方式的基板加工方法。这里,如图7所示,通过将激光L聚光于硅基板11(对应于上述的加工对象物1),沿着规定的线12(对应于上述的改质区域形成预定线5)在硅基板11的内部形成多个改质点(spot)S,形成包含多个改质点S的改质区域7。其后,通过对硅基板11实施各向异性蚀刻处理,沿着改质区域7使蚀刻选择性地进展,在硅基板11形成贯通孔13。这样的硅基板11,例如可以应用在光电子倍增元件或内插器(interposer)等。另外,以硅基板11的厚度方向作为Z轴方向,以与Z轴方向垂直的规定方向作为X轴方向,以与Z轴方向和X轴方向垂直的方向作为Y轴方向。
激光L是脉冲振荡的直线偏振光(即,椭圆率为零的椭圆偏振光),并具有以规定的透过率透过硅基板11的波长。激光L在形成改质点S时,沿着Z轴方向从表面11a入射于硅基板11,并且沿着X轴方向相对地移动。改质点S由脉冲激光即激光L的1个脉冲的照射(shot)所形成,改质区域7通过集合多个改质点S而形成。作为改质点S,可以举出裂痕点(crackspot)、熔融处理点或折射率变化点、或这些区域的至少一种混合存在的区域等。
硅基板11由硅的单晶构成,并具有成为(100)面的表面11a和背面11b。规定的线12是用来形成在硅基板11的表面11a和背面11b开口的贯通孔13的基准线。线12例如是贯通孔13的中心线(通过与线12垂直的贯通孔13的截面形状的重心点的线),并在贯通孔13的贯通方向(延伸方向)上延伸。
以下,对于本发明的一个实施方式的基板加工方法的各工序,更加具体地进行说明。首先,如图8所示,通过将激光L聚光于硅基板11,沿着线12a在硅基板11的内部形成多个改质点S,从而形成包含这些改质点S的改质区域7a。线12a是位于硅基板11的背面11b侧的线12的一部分,在ZX平面内在倾斜方向上延伸。对于线12a,以相对于硅基板11的激光L的移动方向(以下,仅称为“激光L的移动方向”)及激光L的偏振光方向作为X轴方向,以使激光L的移动方向与激光L的偏振光方向所成的角度(以下,称为“偏振光角度”)成为0°的方式将激光L聚光于硅基板11。
这里,如图8(a)所示,使激光L的聚光点(以下,仅称为“聚光点”)对准于硅基板11内部的线12a上的背面11b侧,一边使聚光点在X轴方向上移动,一边以在线12a上形成多个改质点S的方式进行激光L的ON·OFF照射(沿着线12a的X轴方向扫描)。其后,如图8(b)所示,一边使聚光点朝向Z轴方向的表面11a侧每次移动规定距离,一边沿着线12a的X轴方向扫描加以实施多次。通过这样做,如图9所示,从Y轴方向(与激光L的入射方向垂直的规定方向)看的情况下,沿着线12a排成多列的方式形成多个改质点S。
另外,在线12a上的背面11b侧形成改质点S时,让改质点S的端部露出于背面11b。另外,在沿着线12a形成改质点S时,以在邻接的改质点S、S之间,直接地或经由从改质点S延伸的龟裂使改质点S、S彼此接连的方式调节激光L的照射条件(激光L相对于硅基板11的移动速度、激光L的反复频率、使聚光点移动的规定的距离等)。
接着,如图10所示,通过将激光L聚光于硅基板11,沿着线12b在硅基板11的内部形成多个改质点S,从而形成包含这些改质点S的改质区域7b。线12b是从线12a的端部延伸的线12的一部分,在X轴方向上延伸。对于线12b,以激光L的移动方向及激光L的偏振光方向作为X轴方向,以偏振光角度成为0°的方式将激光L聚光于硅基板11。
这里,如图10(a)所示,将聚光点对准于硅基板11内部的线12b的一侧,一边使聚光点在X轴方向上移动,一边以沿着线12b形成多个改质点S的方式进行激光L的ON·OFF照射(沿着线12b的X轴方向扫描)。其后,如图10(b)所示,一边使聚光点朝向Y轴方向的另一侧每次移动规定距离,一边沿着线12b的X轴方向扫描加以实施多次。通过这样做,如图11所示,在从Z轴方向(激光L的入射方向)看的情况下,以沿着线12b排成多列的方式形成多个改质点S。另外,在沿着线12b形成改质点S时,以在邻接的改质点S、S之间,直接地或经由从改质点S延伸的龟裂使改质点S、S彼此接连的方式调节激光L的照射条件。
接着,如图12所示,通过将激光L聚光于硅基板11,沿着线12c在硅基板11的内部形成多个改质点S,从而形成包含这些改质点S的改质区域7c。线12c是从线12b的端部延伸的线12的一部分,并在ZX平面内在倾斜方向上延伸。对于线12c,以激光L的移动方向作为X轴方向,以激光L的偏振光方向作为Y轴方向,并使偏振光角度成为90°的方式将激光L聚光于硅基板11。
这里,如图12(a)所示,使聚光点对准于硅基板11内部的线12c上的背面11b侧,一边使聚光点在X轴方向上移动,一边以在线12c上形成多个改质点S的方式进行激光L的ON·OFF照射(沿着线12c的X轴方向扫描)。其后,如图12(b)所示,一边使聚光点朝向Z轴方向的表面11a侧每次移动规定距离,一边沿着线12c的X轴方向扫描加以实施多次。通过这样做,以沿线12c排成一列的方式(以改质区域7c所包含的改质点S全部位于线12c上的方式),且在从X轴方向(与激光L的入射方向垂直的规定方向)看的情况下,以邻接的改质点S的一部分相互重叠的方式形成多个上述改质点S。另外,沿着线12c形成改质点S时,以在邻接的改质点S、S之间,直接地或经由从改质点S延伸的龟裂使改质点S、S彼此接连的方式来调节激光L的照射条件。
接着,如图13(a)所示,通过将激光L聚光于硅基板11,沿着线12d在硅基板11的内部形成多个改质点S,从而形成包含这些改质点S的改质区域7d。线12d是从线12c的端部延伸的线12的一部分,并在X轴方向上延伸。对于线12d,以激光L的移动方向作为X轴方向,以激光L的偏振光方向作为Y轴方向,并以偏振光角度成为90°的方式将激光L聚光于硅基板11。
这里,将聚光点对准于硅基板11内部的线12d上的端部,一边使聚光点在X轴方向上移动,一边以多个改质点S形成在线12d上的方式进行激光L的ON·OFF照射(沿着线12d的X轴方向扫描)。通过这样做,以沿着线12d排成一列的方式(以改质区域7d所包含的改质点S全部位于线12d上的方式),形成多个上述改质点S。另外,在沿着线12d形成改质点S时,以在邻接的改质点S、S之间,直接地或经由从改质点S延伸的龟裂使改质点S、S彼此接连的方式调节激光L的照射条件。
接着,如图13(b)所示,通过将激光L聚光于硅基板11,沿着线12e在硅基板11的内部形成多个改质点S,从而形成包含这些改质点S的改质区域7e。线12e是从线12d的端部延伸且是位于硅基板11的表面11a侧的线12的一部分,并在ZX平面内在倾斜方向延伸。对于线12e,以激光L的移动方向作为X轴方向,以激光L的偏振光方向作为Y轴方向,并以偏振光角度成为90°的方式将激光L聚光于硅基板11。
这里,使聚光点对准于硅基板11内部的线12e上的背面11b侧,一边使聚光点在X轴方向上移动,一边以在线12e上形成多个改质点S的方式进行激光L的ON·OFF照射(沿着线12e的X轴方向扫描)。其后,一边使聚光点朝向Z轴方向的表面11a侧每次移动规定距离,一边沿着线12e的X轴方向扫描加以实施多次。通过这样做,以沿着线12e排成一列的方式(以改质区域7e所包含的改质点S全部位于线12e上的方式),且在从X轴方向(与激光L的入射方向垂直的规定方向)看时,以邻接的改质点S的一部分相互重叠的方式形成多个上述改质点S。
另外,在线12e上的表面11a侧形成改质点S时,使改质点S的端部露出于表面11a。另外,在沿着线12e形成改质点S时,以在邻接的改质点S、S之间,直接地或经由从改质点S延伸的龟裂使改质点S、S彼此接连的方式调节激光L的照射条件。
如上述那样在硅基板11形成了改质区域7之后,对硅基板11,以例如85℃的KOH作为蚀刻剂使用来实施各向异性蚀刻处理。由此,如图14(a)所示,在硅基板11中,使蚀刻剂从表面11a及背面11b向改质区域7进入并浸润,然后,从表面11a侧及背面11b侧朝向内部,沿着改质区域7使蚀刻选择性地进展(进行)。其结果是,如图14(b)所示,沿着硅基板11的改质区域7的部分被除去,从而完成贯通孔13的形成。
如以上说明的那样,在上述的基板加工方法中,在沿着线12c、12d、12e形成改质点S时,以偏振光角度成为90°的方式将激光L聚光于硅基板11。如图15(b)所示,以激光L的移动方向SD与激光L的偏振光方向PD所成的偏振光角度为90°的方式将激光L聚光,与以该偏振光角度为0°的方式将激光L聚光的情况(参照图15(a))相比,能够使龟裂14从改质点S向激光L的入射方向ID、以及侧方方向(与激光L的入射方向ID及激光L的移动方向SD垂直的方向)更加伸展。因此,如图13(b)所示,在以沿着线12c、12d、12e排成一列的方式形成多个改质点S时,例如即使线12像线12c、12e那样在倾斜方向延伸,激光L的聚光也难以受到从邻接的既有的改质点S伸展的龟裂阻碍,从而切实地形成多个改质点S。再者,在倾斜方向上邻接的改质点S、S之间,龟裂易于接连。由此,当对硅基板11实施各向异性蚀刻处理时,蚀刻切实地沿着改质区域7进展。因此,根据上述的基板加工方法,能够将具有各式各样形状的贯通孔13精度良好地形成于硅基板11。
另外,对于线12c、12e,在从与激光L的入射方向垂直的规定方向(在上述的基板加工方法中,为X轴方向)看的情况下,以在邻接的改质点S、S之间使改质点S的一部分为相互重叠的方式,形成多个改质点S。由此,在邻接的改质点S、S之间,能够直接地或经由从改质点S延伸的龟裂使改质点S、S彼此更切实地接连。因此,即使在使改质区域7的选择性的蚀刻在倾斜方向上进展的情况下,也能够不中断地使该蚀刻很好地进展。
顺带一提,在上述的基板加工方法中,在沿着线12a、12b形成改质点S时,以偏振光角度成为0°的方式将激光L聚光于硅基板11。如图15(a)所示,以激光L的移动方向SD与激光L的偏振光方向PD所成的偏振光角度为0°的方式将激光L聚光,与以该偏振光角度为90°的方式将激光L聚光的情况(参照图15(b))相比较,能够使龟裂14从改质点S向激光L的移动方向SD更加伸展。因此,如图9及图11所示,在以沿着线12a、12b排成多列的方式形成多个改质点S的情况下,在邻接的一列接着另一列形成多个改质点S时,例如即使线12像线12a那样在倾斜方向上延伸,激光L的聚光也不易受到从在一列既有的改质点S伸展的龟裂的阻碍,从而切实地形成多个改质点S。由此,当对硅基板11实施各向异性蚀刻处理时,蚀刻切实地沿着改质区域7进展。因此,根据上述的基板加工方法,可以将具有各式各样形状的贯通孔13精度良好地形成于硅基板11。
另外,如图8(b)所示,对于线12a,在从与激光L的入射方向垂直的规定的方向(在上述的基板加工方法中,为Y轴方向)看时,以沿着线12a排成多列的方式形成多个改质点S。由此,如图14(b)所示,能够以从该规定的方向看时的截面形状成为所期望的形状(宽度广的形状、复杂的形状等)的方式形成贯通孔13。
另外,如图10(b)所示,对于线12b,在从激光L的入射方向(在上述的基板加工方法中,为Z轴方向)看的情况下,以沿着线12b排成多列的方式形成多个改质点S。由此,如图14(b)所示,能够以从该入射方向看时的截面形状成为所期望的形状(宽度广的形状、复杂的形状等)的方式形成贯通孔13。
以下,说明实验结果。图16是以沿着规定的线排成一列或多列的方式形成了多个改质点的时的硅基板的截面图及平面图。如图16(a)所示,通过将激光L聚光于硅基板11,以沿着线12排成一列或多列的方式来在硅基板11的内部形成多个改质点S。硅基板11的厚度为300μm(只要没有特别的记载,在以下实验中皆相同)。另外,激光L的照射条件为,波长:1064nm;反复频率:400kHz;脉冲宽度:106ns:输出:0.6W;激光L相对于硅基板11的移动速度100mm/s;脉冲间距:0.25μm(100mm/s÷400kHz)(只要没有特别的记载,在以下实验中皆相同)。另外,在将形成多列沿着线12的改质点S的列的情况下,使各列位于与硅基板11的表面11a平行的面上。
然后,如图16(b)所示,以85℃的KOH48%作为蚀刻剂使用(只要没有特别的记载,在以下实验中皆相同)对硅基板11实施各向异性蚀刻处理,并使蚀刻从线12上的两端面进行。将该实验的结果表示在图17~图19。另外,在以下的说明中,在形成多列沿着线12的改质点S的列情况下,将邻接的列之间的间隔PP称为加工间距(参照图16(a)),将其列数称为加工列数。
图17是表示加工宽度(加工间距×加工列数)与蚀刻速率的关系的图(另外,在图17(a)、(b)的图表中,横轴的加工宽度为0的情况是指加工列数为1列的情形)。在图17中,(a)是以偏振光角度成为0°的方式将激光L聚光的情况(以下,称为“0°偏振光的情况”),(b)是以偏振光角度成为90°的方式将激光L聚光的情况(以下,称为“90°偏振光的情况”)。如图17(a)所示,在0°偏振光的情况下,加工间距愈窄而且加工列数愈增加,则蚀刻速率就愈加增大。相对于此,如图17(b)所示,在90°偏振光的情况下,即使加工间距变窄,则蚀刻速率也不会增加多少。由此结果,可以说在以沿着规定的线12排成多列的方式形成多个改质点S的情况下,0°偏振光要比90°偏振光更为有利。
图18及图19是表示加工列数与蚀刻速率的关系的图表。这里,将加工间距固定为2μm,然后使加工列数变化。其结果,如图18及图19所示,在0°偏振光的情况下,加工列数愈增加,则蚀刻速率就愈更大地增加。相对于此,在90°偏振光的情况下,则与圆偏振光的情形同样地,即使加工列数增加,蚀刻速率也不会增加多少。由此结果,可以说在以沿着规定的线12排成多列的方式形成多个改质点S的情况下,0°偏振光要比90°偏振光更为有利。
图20是表示偏振光角度与蚀刻速率的关系的图表。这里,将加工间距固定为1μm,并且将加工列数固定为9列,使偏振光角度变化。另外,上述的激光L的照射条件中,变更激光L相对于硅基板11的移动速度。另外,以85℃的TMAH22%使用作为蚀刻剂使用来对硅基板11实施各向异性蚀刻处理。其结果,如图20所示,与偏振光角度为45°以上(-90deg≦偏振光角度≦-45deg,45deg≦偏振光角度≦90deg)的情况相比,偏振光角度不到45°(-45deg<偏振光角度<45deg)的情况蚀刻速率更高,在0°偏振光的情况下蚀刻速率最高。由此结果,可以说在以沿着规定的线12排成多列的方式形成多个改质点S的情况下,与偏振光角度45°以上的情况相比,偏振光角度不到45°的情形更为有利。
图21是表示改质点的形成间距(脉冲间距)和脉冲宽度与蚀刻速率的关系的图表。这里,将加工列数固定为9列,使改质点S的形成间距及脉冲宽度变化。再有,以85℃的TMAH22%作为蚀刻剂使用来对硅基板11实施各向异性蚀刻处理。其结果,如图21所示,即使在0°偏振光的情况下,以及在90°偏振光的情况下,均是改质点S的形成间距愈窄,蚀刻速率就愈增加。此外,在0°偏振光的情况下,以及在90°偏振光的情况下,均是脉冲宽度愈长,蚀刻速率就愈增加。这些现象,在0°偏振光时要比90°偏振光时来得显著。
另外,改质点S的形成间距相当于脉冲激光L的聚光点的形成间距即激光L的每1个脉冲的照射间距。在该形成间距为1μm的情况下,可以使改质点S与前1个由激光照射所形成的改质点S以得以区别的程度(即,以相邻的改质点S、S彼此得以区别的程度)被分开。相对于此,在该形成间距为0.25μm的情况下,以改质点S与前1个由激光照射所形成的改质点S相互重叠的方式形成改质区域。从图21也可以知道,在加工列数为多列的情况下,改质点S的形成间距为1μm时,蚀刻速率在90°偏振光比0°偏振光更高。另一方面,在加工列数为多列的情况下,改质点S的形成间距为0.25μm时,蚀刻速率在0°偏振光比90°偏振光更高。如此,利用改质点S的形成间距,可以消除(毋宁说逆转)蚀刻速率与偏振光角度的关系上大的差异。由此结果,只要是以改质点S与前1个由激光照射所形成的改质点S相互重叠的方式形成改质区域的间距(约0.8μm以下),则0°偏振光(即,偏振光角度不到45°)的蚀刻速率更高。
图22是以沿着与激光的入射方向垂直的规定方向排成一列的方式形成多个改质点的情况下的硅基板的截面图,图23是以沿着激光的入射方向排成一列的方式形成多个改质点的情况下的硅基板的截面图。如图22所示,当以沿着与激光L的入射方向垂直的规定方向排成一列的方式形成多个改质点S时,蚀刻速率在90°偏振光的情况(为(a)的情况),要比在0°偏振光的情况(为(b)的情况)稍微更高。另外,如图23所示,当以沿着激光L的入射方向排成一列的方式形成多个改质点S时,蚀刻速率在90°偏振光的情况(为(a)的情况),要比在0°偏振光的情况(为(b)的情况)高出很多。由此结果,可以说在以沿着规定的线12排成一列的方式形成多个改质点S的情况下,90°偏振光要比0°偏振光更为有利。
图24是以沿着倾斜方向排成一列的方式来形成多个改质点的情况下的硅基板的截面图。这里,使激光L相对于图面垂直的方向移动。其结果,如图24(a)所示,在90°偏振光的情况下,由于龟裂14在激光L的入射方向易于伸展,因此,从表面11a侧的改质点S伸展的龟裂14到达表面11a,从背面11b侧的改质点S伸展的龟裂14到达背面11b。此外,在邻接的改质点S、S间龟裂14也接连。相对于此,如图24(b)所示,在0°偏振光的情况下,由于龟裂14在激光L的入射方向难以伸展,因此,从表面11a侧的改质点S伸展的龟裂14不会到达表面11a,从背面11b侧的改质点S伸展的龟裂14不会到达背面11b。此外,在邻接的改质点S、S间龟裂14也不会接连。由此结果,可以说在以沿着规定的线12排成一列的方式形成多个改质点S的情况下,即使线12在倾斜方向上延伸,90°偏振光也要比0°偏振光更为有利。
以上,针对本发明的一个实施方式进行了说明,但本发明并不限于上述实施方式。例如,形成改质区域7时的激光L的入射面,并不限定于硅基板11的表面11a,也可以是硅基板11的背面11b。另外,在上述实施方式中,在硅基板11形成了贯通孔13,但替代贯通孔13,也可以将具有各式各样形状的空间(例如,只在表面11a或背面11b开口的凹部(非贯通孔)、沟槽、通道(channel)、或缝隙等)形成于硅基板11。即使在这种情况下,也能够精度良好地将沿着规定的线12的空间形成在硅基板11。
另外,在上述实施方式中,使改质点S露出于硅基板11的表面11a及背面11b,但替代改质点S,也可以使从改质点S伸展的龟裂露出于硅基板11的表面11a及背面11b。亦即,只要改质点S或从改质点S延伸的龟裂中的至少一方露出于硅基板11的表面11a及背面11b即可。另外,若使改质点S露出于表面11a及背面11b,则能够增大所形成的贯通孔13的开口率,例如在将本实施方式应用在电子倍增元件的制造的情况下,可以提高电子的收集效率。另一方面,若不使改质点S露出而使龟裂露出,则能够抑制贯通孔13的开口侧扩大口径,能够将位于贯通孔13的开口侧的孔径制成与内部的孔径相同的尺寸。
另外,由于通过在蚀刻剂中添加添加物而能够使特定的结晶方位的蚀刻速率变化,因此,为了以所期望的蚀刻速率进行各向异性蚀刻处理,也可以将与硅基板11的结晶方位对应的添加物添加于蚀刻剂。
另外,在以沿着规定的线12排成一列的方式形成多个改质点S的情况下,激光L并不限定于椭圆率为零的直线偏振光,只要是椭圆率为1以外的椭圆偏振光即可。另外,如图25(a)所示,将激光L聚光于硅基板11时的偏振光角度并不限定于90°,只要是45°以上即可。即使通过这样的激光L的照射,与以偏振光角度不到45°的方式将激光L聚光的情况相比,也能够使龟裂14从改质点S向激光L的入射方向、以及侧面方向(与激光L的入射方向及激光L的移动方向SD垂直的方向)更为伸展。其中,椭圆偏振光的椭圆率愈小,而且偏振光角度愈接近于90°,则从改质点S向激光L的入射方向及侧面方向以外的龟裂的伸展就愈被抑制。
顺带一提,在以沿着规定的线12排成多列的方式来形成多个改质点S的情况下,激光L并不限定于椭圆率为零的直线偏振光,只要是椭圆率为1以外的椭圆偏振光即可。另外,如图25(b)所示,将激光L聚光于硅基板11时的偏振光角度并不限定于0°,只要是不到45°即可。即使通过这样的激光L的照射,与以偏振光角度为45°以上的方式将激光L聚光的情况相比,也能够使龟裂14从改质点S向激光L的移动方向SD更为伸展。其中,椭圆偏振光的椭圆率愈小,而且偏振光角度愈接近于0°,则从改质点S向激光L的移动方向以外的龟裂的伸展就愈被抑制。
这里,偏振光角度45°以上是指,如图25(a)所示,在激光L的移动方向SD与激光L的偏振光方向PD所成的角度范围即的-90°≦偏振光角度≦90°的范围内,为-90°≦偏振光角度≦-45°、45°≦偏振光角度≦90°的范围。另外,偏振光角度不到45°是指,如图25(b)所示,在激光L的移动方向SD与激光L的偏振光方向PD所成的角度范围即-90°≦偏振光角度≦90°的范围内,为-45°<偏振光角度<45°的范围。
另外,若将如图26所示的1/4波长板217搭载于激光加工装置100,则通过改变1/4波长板217的方位角θ,能够调节椭圆偏振光的椭圆率。即,当例如使直线偏振光LP的入射光入射于1/4波长板217时,透过光成为规定的椭圆率(表示椭圆偏振光的椭圆中的“短轴长度b的一半”/“长轴长度a的一半”)的椭圆偏振光EP。这里,在将直线偏振光LP的激光L照射于硅基板11的情形下,从激光光源101射出的激光L是直线偏振光LP,因而只要以激光L维持为直线偏振光LP而通过1/4波长板217的方式调节方位角θ即可。
产业上的可利用性
根据本发明,可以将具有各式各样形状的空间精度良好地形成于硅基板。
Claims (8)
1.一种基板加工方法,其特征在于,
是用来将沿着规定的线的空间形成于硅基板的基板加工方法,
其具备:
第1工序,通过将作为椭圆率为1以外的椭圆偏振光的激光聚光于所述硅基板,从而沿着所述线在所述硅基板的内部形成多个改质点,形成包含多个所述改质点的改质区域;以及
第2工序,在所述第1工序之后,通过对所述硅基板实施各向异性蚀刻处理,沿着所述改质区域使蚀刻选择性地进展,从而在所述硅基板形成所述空间,
在所述第1工序中,以所述激光相对于所述硅基板的移动方向与所述激光的偏振光方向所成的角度为45°以上的方式将所述激光聚光于所述硅基板,并以沿着所述线排成一列的方式形成多个所述改质点,
所述线在相对于所述硅基板的厚度方向倾斜的方向上延伸,
在所述第1工序中,在从与所述激光相对于所述硅基板的入射方向垂直的规定的方向看的情况下,以邻接的改质点的一部分相互重叠的方式,形成多个所述改质点。
2.如权利要求1所述的基板加工方法,其特征在于,
在所述第1工序中,以所述移动方向与所述偏振光方向所成的角度为90°的方式将所述激光聚光于所述硅基板。
3.如权利要求1所述的基板加工方法,其特征在于,
所述椭圆偏振光是椭圆率为零的直线偏振光。
4.如权利要求2所述的基板加工方法,其特征在于,
所述椭圆偏振光是椭圆率为零的直线偏振光。
5.如权利要求1所述的基板加工方法,其特征在于,
所述空间是在所述硅基板的表面和背面开口的贯通孔。
6.如权利要求2所述的基板加工方法,其特征在于,
所述空间是在所述硅基板的表面和背面开口的贯通孔。
7.如权利要求3所述的基板加工方法,其特征在于,
所述空间是在所述硅基板的表面和背面开口的贯通孔。
8.如权利要求4所述的基板加工方法,其特征在于,
所述空间是在所述硅基板的表面和背面开口的贯通孔。
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