JP4182841B2 - Single crystal substrate processing method - Google Patents
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Description
本発明は、単結晶からなる材料で構成される基板に微小な貫通孔又は非貫通孔を形成する方法に関する。 The present invention relates to a method of forming minute through holes or non-through holes in a substrate made of a material made of a single crystal.
従来から、シリコン単結晶基板の一方の面から非貫通孔を形成した後、異方性エッチングすることによりシリコンの結晶方位の影響を受けずに高アスペクト比の貫通孔を形成する技術がある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, after forming a non-through hole from one side of a silicon single crystal substrate, anisotropic etching is performed to form a through hole with a high aspect ratio without being affected by the crystal orientation of silicon ( For example, see Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の技術では、レーザ光を利用して貫通孔又は非貫通孔を形成する際に、貫通孔又は非貫通孔が深くなるのに従って、孔壁面でのエネルギ吸収などにより、レーザ光のエネルギ損失が大きくなるため、より大きなパワーを投入する必要がある。そして、大きなパワーを投入する結果、開口のエッジ部がダメージを受け、精度よくエッジ部を形成することが困難であり、さらなる微細化に対して限界があるなどの未解決の課題がある。 However, in the conventional technique, when the through hole or the non-through hole is formed using the laser beam, the laser beam is absorbed by energy absorption at the hole wall surface as the through hole or the non-through hole becomes deeper. Since energy loss becomes large, it is necessary to input a larger power. As a result of applying a large amount of power, the edge portion of the opening is damaged, it is difficult to form the edge portion with high accuracy, and there are unsolved problems such as a limit to further miniaturization.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、単結晶からなる材料で構成される基板に、微細で高アスペクト比の貫通孔又は非貫通孔を形成するための単結晶基板の加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. A single crystal substrate for forming fine and high aspect ratio through-holes or non-through-holes on a substrate made of a material made of a single crystal. An object is to provide a processing method.
上記課題を解決するために、本発明は、単結晶からなる材料で構成される基板に非貫通孔又は貫通孔を所定の経路で形成する加工方法であって、前記基板にレーザ光を照射して、前記所定の経路に沿って前記材料を変質させて材料変質部を形成するレーザ光照射工程と、前記材料変質部をエッチングして、前記所定の経路で前記非貫通孔又は前記貫通孔を形成する異方性エッチング工程と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a processing method for forming a non-through hole or a through hole in a predetermined path in a substrate made of a material made of a single crystal, and irradiating the substrate with laser light. A laser beam irradiation step of forming a material-modified part by modifying the material along the predetermined path, and etching the material-modified part to form the non-through hole or the through-hole in the predetermined path. And an anisotropic etching step to be formed.
ここで、材料変質部とは、レーザ光を照射することにより、単結晶中の一部の原子同士間の結合を切断したり、微小なクラックを無数に発生させたり、結晶性を破壊したりして材料を変質させた部分のことである。 Here, the material altered portion means that by irradiating a laser beam, a bond between some atoms in a single crystal is broken, an infinite number of minute cracks are generated, or crystallinity is destroyed. This is the part where the material has been altered.
上記によれば、レーザ光照射工程では、単結晶基板に、材料変質部を形成するだけであり、所望する貫通孔又は非貫通孔を形成するのに障害となる損傷を及ぼすことはない。 According to the above, in the laser light irradiation step, only the material-modified portion is formed on the single crystal substrate, and no damage that hinders formation of a desired through-hole or non-through-hole is caused.
また、本発明では、前記レーザ光照射工程では、前記材料変質部の端部が前記基板の板厚内の所定の位置にあるように、当該材料変質部を形成することを特徴とする。 In the present invention, in the laser beam irradiation step, the material-modified part is formed so that the end of the material-modified part is at a predetermined position within the thickness of the substrate.
上記によれば、レーザ光照射工程では、材料変質部の端部が基板の板厚内の所定の位置にあるように、材料変質部を形成するため、基板表面には材料変質部が形成されない。従って、基板表面にはレーザ光照射による損傷が発生しない。 According to the above, in the laser light irradiation step, the material-modified portion is formed so that the end portion of the material-modified portion is at a predetermined position within the thickness of the substrate, and thus the material-modified portion is not formed on the substrate surface. . Therefore, the substrate surface is not damaged by the laser beam irradiation.
また、本発明では、前記非貫通孔又は前記貫通孔の開口部の形状に対応するパターン形状の孔を有するエッチングマスク膜を形成するエッチングマスク膜形成工程をさらに有し、前記所定の位置は、前記基板の面のうち前記パターン形状の孔から露出している範囲とその範囲をエッチングすることにより出現するエッチング速度の遅い結晶面とで囲まれる領域内であることを特徴とする。 The present invention further includes an etching mask film forming step of forming an etching mask film having a pattern-shaped hole corresponding to the shape of the non-through hole or the opening of the through hole, and the predetermined position is It is characterized in that it is in a region surrounded by a region exposed from the pattern-shaped hole in the surface of the substrate and a crystal surface having a low etching rate that appears by etching the region.
なお、エッチングマスク膜形成工程とレーザ光照射工程との順序は、限定されるものではなく、どちらが先でもよい。これにより、エッチングマスク膜形成工程とレーザ光照射工程との順序の選択自由度が高まる。 Note that the order of the etching mask film forming step and the laser light irradiation step is not limited, and either may be first. This increases the degree of freedom in selecting the order of the etching mask film forming process and the laser light irradiation process.
上記によれば、レーザ光照射工程では、材料変質部の端部が基板の板厚内の所定の位置にあるように、材料変質部を形成させるようになっているため、基板表面には材料変質部が形成されない。従って、基板表面にはレーザ光照射による損傷が発生しないため、エッチングマスク膜を形成した後にレーザ光を照射する場合は、エッチングマスク膜に損傷を発生させることがなく、基板表面とエッチングマスク膜との間に安定した密着性を維持することが可能である。また、レーザ光照射工程後にエッチングマスク膜を形成する場合は、基板表面には損傷が発生せず平坦性を維持しているため微細なパターン形状のエッチングマスク膜を形成することが可能となる。 According to the above, in the laser light irradiation step, the material-modified portion is formed so that the end portion of the material-modified portion is at a predetermined position within the thickness of the substrate. The altered part is not formed. Accordingly, since damage to the substrate surface due to the laser beam irradiation does not occur, when the laser beam is irradiated after the etching mask film is formed, the etching mask film is not damaged, and the substrate surface, the etching mask film, It is possible to maintain stable adhesion during the period. In the case where an etching mask film is formed after the laser light irradiation step, the substrate surface is not damaged and the flatness is maintained, so that an etching mask film having a fine pattern shape can be formed.
また、異方性エッチング工程では、基板の面のパターン形状の孔から露出している範囲がエッチングされてエッチング速度の遅い結晶面によりエッチングの進行が阻止されてしまう前に、エッチングが材料変質部に到達することが可能となる。 Also, in the anisotropic etching process, etching is performed on the material-modified portion before the area exposed from the pattern-shaped hole on the surface of the substrate is etched and the progress of the etching is prevented by the crystal surface having a low etching rate. Can be reached.
また、本発明では、前記基板は、シリコン単結晶からなる材料で構成され、前記レーザ光照射工程では、前記基板に赤外レーザ光を集光素子で集光して照射することを特徴とする。 In the present invention, the substrate is made of a material made of silicon single crystal, and in the laser light irradiation step, infrared laser light is condensed onto the substrate by a condensing element and irradiated. .
上記によれば、シリコン単結晶からなる材料で構成される基板に、赤外レーザ光を集光素子で集光して照射することで、材料変質部を形成することが可能となる。 According to the above, it is possible to form the material-modified part by condensing the infrared laser beam with the condensing element and irradiating the substrate made of the material made of silicon single crystal.
また、本発明では、前記レーザ光照射工程では、前記基板にYAGレーザ、YVO4レーザ又はYLFレーザの基本波長光を照射することを特徴とする。 In the present invention, in the laser light irradiation step, the substrate is irradiated with a fundamental wavelength light of a YAG laser, a YVO 4 laser, or a YLF laser.
また、本発明では、前記レーザ光照射工程では、ベッセルビーム発生光学系により発生させたベッセルビームを照射することを特徴とする。 In the present invention, the laser beam irradiation step irradiates a Bessel beam generated by a Bessel beam generation optical system.
また、本発明では、前記レーザ光照射工程では、発散角の異なる複数のレーザ光を集光素子により集光して照射することを特徴とする。 In the present invention, in the laser beam irradiation step, a plurality of laser beams having different divergence angles are condensed by a condensing element and irradiated.
また、本発明では、前記レーザ光照射工程では、レーザ光を回折光学素子により複数のビームに分岐して照射することを特徴とする。 In the present invention, in the laser beam irradiation step, the laser beam is split into a plurality of beams and irradiated by a diffractive optical element.
また、本発明では、前記レーザ光照射工程では、前記材料変質部の深さに従って前記レーザ光のエネルギを制御することを特徴とする。 In the present invention, in the laser beam irradiation step, the energy of the laser beam is controlled in accordance with the depth of the material altered portion.
また、本発明では、前記レーザ光照射工程では、前記基板を前記レーザ光の光源に対して相対的に移動させながら前記レーザ光を照射することを特徴とする。 In the present invention, the laser light irradiation step irradiates the laser light while moving the substrate relative to the light source of the laser light.
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態を、図1〜図7を用いて説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、第1の実施形態に係る単結晶基板の加工方法の各工程を示す模式断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing each step of the method for processing a single crystal substrate according to the first embodiment.
図1(e)に示すように、第1の実施形態は、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位(110)の基板1に貫通孔2を形成する加工方法である。
As shown in FIG. 1E, the first embodiment is a processing method for forming a through
まず、エッチングマスク膜形成工程では、図1(a)に示すように、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位(110)の基板1の表面に、SiO2からなるエッチングマスク膜3を、貫通孔2の開口部の形状に対応するパターン形状の孔4a及び4bを基板1の表裏面に有するように形成する。
First, in the etching mask film forming step, as shown in FIG. 1A, an
このエッチングマスク膜3は、以下の方法により形成することができる。
The
まず、SiO2膜を熱酸化法により形成し、その上からレジストをスピンコート法によって塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いてパターン形状の孔4a及び4bを形成するためのレジストパターンを形成する。
First, a SiO 2 film is formed by a thermal oxidation method, a resist is applied thereon by a spin coating method, and a resist pattern for forming pattern-
この後、フッ酸溶液などを用いてSiO2膜をレジストパターン形状に従って除去し、不要になったレジストパターンを剥離してエッチングマスク膜3を形成する。なお、エッチングマスク膜としては、SiO2に限定されるものではなく、窒化シリコン膜や金属膜等の異方性エッチング液に対して耐蝕性を有する物質の膜であればよい。
Thereafter, the SiO 2 film is removed in accordance with the resist pattern shape using a hydrofluoric acid solution or the like, and the unnecessary resist pattern is peeled off to form the
次に、レーザ光照射工程では、図1(b)に示すように、YAGレーザ、YVO4レーザ又はYLFレーザの基本波長光5をレンズ6で集光し、その集光点が基板1の板厚内にある所定の位置P1に一致するように、レーザ光を照射して材料変質部7の形成を開始する。なお、YAGレーザ、YVO4レーザ又はYLFレーザのレーザ光は、シリコン単結晶からなる材料で構成される基板に対して透過性のある赤外レーザ光である。
Next, in the laser light irradiation step, as shown in FIG. 1B, the
そして、図1(c)に示すように、集光点を、貫通孔2を形成する経路8に沿って、移動させながら、材料変質部7(同図では黒色で示す)を徐々に増加形成してレーザ光照射工程を終了する(図1(d))。なお、本発明の実施形態では、単結晶基板の材料によるレーザ光の吸収によりレーザ光のエネルギ損失が生じるため、材料変質部7の深さに従ってレーザ光のエネルギを強くしていくように制御しながらレーザ光照射を行うようにすることが好ましい。
Then, as shown in FIG. 1 (c), the material altered portion 7 (shown in black in the figure) is gradually formed while the condensing point is moved along the
次に、異方性エッチング工程では、基板1を水酸化カリウムの水溶液に浸漬して、図1(e)に示すように、エッチングマスク膜3のパターン形状の孔4a及び4bに従って、エッチングを進行させて貫通孔2を形成する。
Next, in the anisotropic etching step, the
ここで、上記所定の位置P1について説明する。 Here, the predetermined position P1 will be described.
図2は、図1(d)のK部の詳細を示す図である。同図に示すように、面方位(110)の基板1においては、基板1の表面におけるパターン形状の孔4aにより露出している領域11aを異方性エッチングしていくと、パターン形状の孔4aと基板1の表面との交点部12a及び12bから、基板1の表面と所定の角度をなして互いに向い合う方向に、結晶面である(111)面14a及び14bが出現する。これら(111)面14a及び14bはエッチング速度が極端に遅く、これらの(111)面14a及び14bが出現した段階で異方性エッチングは停止してしまう。
FIG. 2 is a diagram showing details of the K portion in FIG. As shown in the figure, in the
本実施形態に係るレーザ光照射工程における上記所定の位置P1は、基板1の表面におけるパターン形状の孔4aにより露出している領域11a並びに(111)面14a及び14bにより囲まれる領域内の任意の位置である。つまり、レーザ光照射工程では、材料変質部7の一方の端部7aが前記領域内に位置するように、材料変質部7を形成する。この位置P1の基板1の表面におけるパターン形状の孔4aにより露出している領域11aからの垂直深さは、面14aと面14bとのなす交点の領域11aからの垂直深さよりも浅くなっている。
The predetermined position P1 in the laser beam irradiation process according to the present embodiment is an arbitrary region in the
また、図3は、材料変質部7の他方の端部7bの位置の詳細を示す図である。図3に示すように、材料変質部7の他方の端部7bについても上記と同様に、基板1の表面におけるパターン形状の孔4bにより露出している領域11b並びに(111)面15a及び15bで囲まれる領域内に位置するように、材料変質部7を形成する。
FIG. 3 is a diagram showing details of the position of the
材料変質部7が形成された基板1が異方性エッチング工程において、そのエッチングがどのように進行していくかを図4を用いて説明する。
A description will be given of how the
図4は、本実施形態に係る異方性エッチング工程を示す模式断面図である。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the anisotropic etching process according to the present embodiment.
図4(a)に示すように、エッチングの初期段階では、基板1の表面及び裏面におけるパターン形状の孔4a及び4bにより露出している領域11a及び11bが、(111)面14a及び14b並びに15a及び15bに沿ってエッチングを受ける。なお、上記(111)面14a、14b、15a及び15bがエッチング速度の遅い結晶面に対応している。
As shown in FIG. 4A, in the initial stage of etching, the
続いて、エッチングが材料変質部7に到達すると、図4(b)示すように、エッチングを受けやすい材料変質部7が先にエッチングされてエッチングの進行を誘導する孔となるエッチング誘導孔20が形成される。
Subsequently, when the etching reaches the material-affected
ここで、材料変質部7というのは、シリコン単結晶にレーザ光を照射することにより、単結晶中の原子の結合が切断されたり、微小なクラックが発生したり、結晶性が破壊されたりして形成されるものであり、この材料変質部7のエッチング速度は、変質されていない材料の領域と比較すると格段に高速となるため、前述のエッチング誘導孔20の形成が可能となるのである。
Here, the material altered
エッチング誘導孔20からのエッチングが進行していくと、図4(c)に示すように、(111)面からなる基板1に略鉛直な面21及び22が出現し、それらの面21及び22が連続した段階でエッチングが停止し、パターン形状の孔4a及び4bに一致する貫通孔2が形成される(図4(d))。
As the etching from the
つまり、本第1の実施形態に係る単結晶基板の加工方法によれば、エッチングは、(111)面14a及び14b並びに15a及び15bに到達して停止してしまう前に、材料変質部7の端部7a及び7bに到達することができ、以後材料変質部7に沿ってエッチングが進行して貫通孔2を形成することが可能となる。
That is, according to the method for processing a single crystal substrate according to the first embodiment, the etching of the material-affected
また、材料変質部7の端部7aを基板1の表面に到達させていないのは、表面への材料変質部7形成による損傷を防止するためである。
Further, the reason why the
そして、材料変質部7の端部7aは、表面へ到達していなくても前述したように、基板1の表面におけるパターン形状の孔4aにより露出している領域11a並びに(111)面14a及び14bにより囲まれる領域内に位置していれば、エッチングが材料変質部7に到達可能であり、貫通孔2を形成することができる。
As described above, the
上記により、レーザ光照射工程では、基板1の表面に損傷が発生しないように材料変質部7を形成することができるため、微細なエッチングマスク膜3を形成しておいてもパターン形状の微細な孔4a及び4bがその後のレーザ光照射工程において損傷することがなくなる。従って、高アスペクト比の貫通孔2を形成することが可能となる。
As described above, in the laser light irradiation process, the material-affected
なお、第1の実施形態では、レーザ光照射工程において、レンズ6によるレーザ光5の集光点が基板1の板厚内にある所定の位置P1に一致するように、レーザ光を照射して材料変質部7の形成を開始するようにしたが、これに限定されるものではない。つまり、レーザ光照射工程を経た基板1の材料変質部7の端部7aが所定の位置P1に一致するようになっていれば、貫通孔2の経路上のいずれの場所からでもレーザ光照射を開始してよい。
In the first embodiment, in the laser beam irradiation step, the laser beam is irradiated so that the condensing point of the
また、第1の実施形態では、エッチングマスク膜形成工程を有しているが、エッチングマスク膜形成工程は必ずしも必要ではない。貫通孔2の開口部形状及び基板1の表面粗さの高い精度を求めなければ、エッチングマスク膜3を形成することなくエッチングしても貫通孔を形成することができる。
In the first embodiment, the etching mask film forming step is included, but the etching mask film forming step is not necessarily required. If high accuracy is not required for the shape of the opening of the through
また、レーザ光照射工程におけるレーザ光の集光方法の変形例として、図5にベッセルビーム発生光学系によるベッセルビームでのレーザ光照射の例を、図6に発散角の異なる複数のレーザ光を集光素子により集光して照射する例を、図7にレーザ光を回折光学素子により複数のビームに分岐して多点同時に照射する例を示す。 As a modification of the laser beam focusing method in the laser beam irradiation step, FIG. 5 shows an example of laser beam irradiation with a Bessel beam generating optical system, and FIG. 6 shows a plurality of laser beams having different divergence angles. FIG. 7 shows an example in which laser light is condensed and irradiated by a condensing element, and FIG.
これらの変形例によれば、レーザ光照射工程での材料変質部7の形成にかかる時間を短縮することができ、加工効率を向上することが可能となる。
According to these modified examples, it is possible to shorten the time required for forming the material altered
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態を、図8を用いて説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
なお、第2の実施形態では、第1の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 In the second embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.
図8は、第2の実施形態に係る単結晶基板の加工方法の各工程を示す模式断面図である。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing each step of the method for processing a single crystal substrate according to the second embodiment.
図8(e)に示すように、第2の実施形態は、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位(110)の基板1に深さd1の非貫通孔35を形成する加工方法である。
As shown in FIG. 8E, the second embodiment is a processing method for forming a
まず、エッチングマスク膜形成工程では、図8(a)に示すように、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位(110)の基板1の表面に、SiO2からなるエッチングマスク膜3を、非貫通孔35の開口部の形状に対応するパターン形状の孔36を基板1の一方の面31にのみ有するように、第1の実施形態と同様の方法により形成する。なお、エッチングマスク膜としては、SiO2に限定されるものではなく、窒化シリコン膜や金属膜等の異方性エッチング液に対して耐蝕性を有する物質の膜であればよい。
First, in the etching mask film forming step, as shown in FIG. 8A, an
次に、レーザ光照射工程では、図8(b)に示すように、第1の実施形態における工程と同様にレーザ光を照射して材料変質部7の形成を開始する。
Next, in the laser beam irradiation step, as shown in FIG. 8B, the formation of the material-affected
そして、図8(c)に示すように、集光点を、非貫通孔35を形成する経路37に沿って、深さd1まで移動させながら、材料変質部7を徐々に増加形成してレーザ光照射工程を終了する(図8(d))。
Then, as shown in FIG. 8C, the material altered
次に、異方性エッチング工程では、図8(e)に示すように、第1の実施の形態における工程と同様に、基板1をエッチングして深さd1の非貫通孔35を形成する。
Next, in the anisotropic etching step, as shown in FIG. 8E, the
ここで、所定の位置P1及び材料変質部7における異方性エッチングの進行の様子については、非貫通孔と貫通孔との違いはあるものの基本的に第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
Here, the progress of anisotropic etching at the predetermined position P1 and the material altered
上記により、レーザ光照射工程では、基板1の表面に損傷が発生しないように材料変質部7を形成することができるため、微細なエッチングマスク膜3を形成しておいてもパターン形状の微細な孔36がその後のレーザ光照射工程において損傷することがなくなる。従って、高アスペクト比の非貫通孔35を形成することが可能となる。また、レーザ光照射工程で、基板1内における集光点の位置をコントロールすることで容易に材料変質部7の深さをコントロールすることができ、異方性エッチングにおける非貫通孔35の深さを容易にコントロールすることができる。従って、単結晶基板ごとの非貫通孔35の深さのばらつきを容易にコントロールすることができる。
As described above, in the laser light irradiation process, the material-affected
第2の実施の形態では、レーザ光照射工程において、レンズ6によるレーザ光5の集光点が基板1の板厚内にある所定の位置P1に一致するように、レーザ光を照射して材料変質部7の形成を開始するようにしたが、これに限定されるものではない。つまり、レーザ光照射工程を経た基板1の材料変質部7の端部7aが所定の位置P1に一致するようになっていれば、非貫通孔35の経路上のいずれの場所からでもレーザ光照射を開始してよい。
In the second embodiment, in the laser beam irradiation step, the laser beam is irradiated so that the condensing point of the
また、第2の実施の形態では、パターン形状の孔36を有する面側からレーザ光を照射するようにしたが、これに限定されるものではなく、パターン形状の孔36を有さない面側から照射するようにしてもよい。
In the second embodiment, the laser beam is irradiated from the surface side having the pattern-shaped
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態を、図9を用いて説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
なお、第3の実施形態では、第1及び第2の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 In the third embodiment, only parts different from the first and second embodiments will be described.
図9は、第3の実施形態に係る単結晶基板の加工方法の各工程を示す模式断面図である。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing each step of the method for processing a single crystal substrate according to the third embodiment.
図9(e)に示すように、第3の実施形態は、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位(110)の基板1に貫通孔41を、所望の経路で形成する加工方法である。
As shown in FIG. 9E, the third embodiment is a processing method in which a through
まず、エッチングマスク膜形成工程では、図9(a)に示すように、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位(110)の基板1の表面に、SiO2からなるエッチングマスク膜3を、貫通孔41の一方の開口部42の形状に対応するパターン形状の孔44及び他方の開口部43の形状に対応するパターン形状の孔45を基板1の一方の面31に有するように、第1の実施形態と同様の方法により形成する。なお、エッチングマスク膜としては、SiO2に限定されるものではなく、窒化シリコン膜や金属膜等の異方性エッチング液に対して耐蝕性を有する物質の膜であればよい。
First, in the etching mask film forming step, as shown in FIG. 9A, an
次に、レーザ光照射工程では、図9(b)に示すように、第1又は第2の実施形態における工程と同様にレーザ光を照射して材料変質部7の形成を開始する。
Next, in the laser beam irradiation step, as shown in FIG. 9B, the formation of the material altered
そして、図9(c)に示すように、集光点を、貫通孔41を形成する経路46に沿って、移動させながら、材料変質部7を徐々に増加形成してレーザ光照射工程を終了する(図9(d))。
Then, as shown in FIG. 9 (c), the
次に、異方性エッチング工程では、図9(e)に示すように、第1又は第2の実施の形態における工程と同様に、基板1をエッチングして所望の経路を有する貫通孔41を形成する。
Next, in the anisotropic etching step, as shown in FIG. 9E, the
ここで、所定の位置P1及び材料変質部7における異方性エッチングの進行の様子については、異方性エッチングされる経路が異なるものの基本的に第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
Here, the progress of the anisotropic etching at the predetermined position P1 and the material altered
上記により、レーザ光照射工程では、基板1の表面に損傷が発生しないように材料変質部を形成することができるため、微細なエッチングマスク膜3を形成しておいてもパターン形状の孔44及び45がその後のレーザ光照射工程において損傷することがなくなる。従って、高アスペクト比の貫通孔41を所望する経路で形成することが可能となる。
As described above, in the laser light irradiation step, the material-modified portion can be formed so that the surface of the
なお、第3の実施形態では、一方の開口部42及び他方の開口部43が基板1の一方の面31にあるように貫通孔41を形成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。一方の開口部42が基板1の一方の面31にあり、他方の開口部43が基板1の他方の面にあるように貫通孔41を形成する場合にも適用することができる。
In the third embodiment, the case where the through
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態を、図10を用いて説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
なお、第4の実施形態では、第1、第2及び第3の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 In the fourth embodiment, only parts different from the first, second, and third embodiments will be described.
図10は、第4の実施形態に係る単結晶基板の加工方法の各工程を示す模式断面図である。 FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing each step of the method for processing a single crystal substrate according to the fourth embodiment.
図10(e)に示すように、第4の実施形態は、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位(110)の基板1に非貫通孔51を、所望の経路で形成する加工方法である。
As shown in FIG. 10E, in the fourth embodiment, a processing method of forming a
まず、エッチングマスク膜形成工程では、図10(a)に示すように、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位(110)の基板1に、SiO2からなるエッチングマスク膜3を、非貫通孔51の開口部52の形状に対応するパターン形状の孔53を基板1の一方の面31に有するように、第1の実施形態と同様の方法により形成する。なお、エッチングマスク膜としては、SiO2に限定されるものではなく、窒化シリコン膜や金属膜等の異方性エッチング液に対して耐蝕性を有する物質の膜であればよい。
First, in the etching mask film forming step, as shown in FIG. 10A, an
次に、レーザ光照射工程では、図10(b)に示すように、第1〜第3の実施形態における工程と同様にレーザ光を照射して材料変質部7の形成を開始する。
Next, in the laser beam irradiation step, as shown in FIG. 10B, the formation of the material-affected
そして、図10(c)に示すように、集光点を、非貫通孔51を形成する経路54に沿って、移動させながら、材料変質部7を徐々に増加形成してレーザ光照射工程を終了する(図10(d))。
Then, as shown in FIG. 10C, the
次に、異方性エッチング工程では、図10(e)に示すように、第1〜第3の実施形態における工程と同様に、基板1をエッチングして所望の経路を有する非貫通孔51を形成する。
Next, in the anisotropic etching step, as shown in FIG. 10E, the
ここで、所定の位置P1及び材料変質部7における異方性エッチングの進行の様子については、基本的に第1の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
Here, the progress of anisotropic etching at the predetermined position P1 and the material-affected
上記により、レーザ光照射工程では、基板1の表面に損傷が発生しないように材料変質部を形成することができるため、微細なエッチングマスク膜3を形成しておいてもパターン形状の微細な孔53がその後のレーザ光照射工程において損傷することがなくなる。従って、高アスペクト比の非貫通孔51を所望する経路で形成することが可能となる。
As described above, in the laser light irradiation step, the material-modified portion can be formed so that the surface of the
なお、第3及び第4の実施形態では、レーザ光照射工程において、レンズ6によるレーザ光5の集光点が基板1の板厚内にある所定の位置P1に一致するように、レーザ光を照射して材料変質部7の形成を開始するようにしたが、これに限定されるものではない。つまり、レーザ光照射工程を経た基板1の材料変質部7の端部7aが所定の位置P1に一致するようになっていれば、貫通孔41又は非貫通孔51の経路上のいずれの場所からでもレーザ光照射を開始してよい。
In the third and fourth embodiments, in the laser light irradiation step, the laser light is emitted so that the condensing point of the
また、第3及び第4の実施形態では、パターン形状の孔44、45及び53を有する面側からレーザ光を照射するようにしたが、パターン形状の孔44、45及び53を有さない面側から照射するようにしてもよい。
In the third and fourth embodiments, the laser light is irradiated from the surface side having the pattern-shaped
また、第3及び第4の実施形態では、貫通孔41及び非貫通孔51の経路46及び54が基板1の表面に対して鉛直方向及び水平方向である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。図11は、貫通孔又は非貫通孔の経路の変形例をし、例えば、図11(a)に示すように、基板1の表面に対して傾斜している経路58でもよく、また、図11(b)に示すように、曲線状である経路59でも適用可能である。
In the third and fourth embodiments, the case where the
また、レーザ光照射工程におけるレーザ光の集光方法の変形例である図5、図6又は図7の例は、第2〜第4のいずれの実施形態にも適用することが可能であり、これらの変形例によれば、第2〜第4のいずれの実施形態においても、レーザ光照射工程での材料変質部形成にかかる時間を短縮することができ、加工効率を向上することが可能となる。 Moreover, the example of FIG.5, FIG.6 or FIG.7 which is a modification of the condensing method of the laser beam in a laser beam irradiation process can be applied to any of 2nd-4th embodiment, According to these modified examples, in any of the second to fourth embodiments, it is possible to shorten the time required for forming the material altered portion in the laser light irradiation step, and to improve the processing efficiency. Become.
また、第1〜第4の実施形態では、レーザ光照射工程における光源としてYAGレーザ、YVO4レーザ又はYLFレーザの基本波長光を用いたが、赤外光領域の波長のレーザ光であれば、これらに限定されるものではない。 In the first to fourth embodiments, the fundamental wavelength light of the YAG laser, YVO 4 laser, or YLF laser is used as the light source in the laser light irradiation step. However, if the laser light has a wavelength in the infrared region, It is not limited to these.
また、第1〜第4の実施形態では、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位(110)の基板に貫通孔又は非貫通孔を形成する加工方法を示したが、これらに限定されるものではない。例えば、シリコン単結晶からなる材料で構成される面方位(100)の基板にも適用できる。つまり、本発明は、エッチング速度が遅い結晶面が目的とする加工の障害として発生するような面方位に適用することができ、単結晶からなる材料であればシリコン以外の材料であっても適用することができるものである。 In the first to fourth embodiments, the processing method for forming a through hole or a non-through hole in a substrate having a plane orientation (110) made of a material made of a silicon single crystal has been described. However, the present invention is not limited thereto. It is not something. For example, the present invention can be applied to a substrate having a plane orientation (100) made of a material made of silicon single crystal. That is, the present invention can be applied to a plane orientation in which a crystal plane with a low etching rate occurs as an obstacle to the intended processing, and can be applied to a material other than silicon as long as it is made of a single crystal. Is something that can be done.
なお、第1〜第4の実施の形態において、レンズ6が集光素子に対応している。
In the first to fourth embodiments, the
また、第1〜第4の実施の形態では、一つの単結晶基板に貫通孔又は非貫通孔を形成する加工方法について示したが、複数の単結晶基板同士を重ねてレーザ光を照射するようにしてもよい。 In the first to fourth embodiments, a processing method for forming a through hole or a non-through hole in one single crystal substrate has been described. However, a plurality of single crystal substrates are overlapped with each other and irradiated with laser light. It may be.
図12は、複数の単結晶基板同士を重ねてレーザ光を照射する一例を示す図である。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which a plurality of single crystal substrates are stacked and irradiated with laser light.
図12に示すように、第1の単結晶基板61及び第2の単結晶基板62を、それぞれの単結晶基板表面にエッチングマスク膜3を形成した後、重ねてレーザ光を照射する場合を説明する。
As shown in FIG. 12, the case where the first
第1の単結晶基板61内部に第1の材料変質部63を所定の経路で形成した後、続けて、第2の単結晶基板62内部の所定の経路64に沿って第2の材料変質部65を形成するようにする。
After the first material altered
また、図13は、複数の単結晶基板同士を重ねてレーザ光を照射する他の例を示す図である。 FIG. 13 is a diagram illustrating another example in which a plurality of single crystal substrates are stacked and irradiated with laser light.
図13に示すように、第1の単結晶基板67の第1の材料変質部69を形成した後、次に、第2の単結晶基板68内部の所定の経路70に沿って第2の材料変質部71を形成し、さらに続けて、第1の単結晶基板67の第2の経路72に沿って第3の材料変質部(図示しない)を形成するようにする。
As shown in FIG. 13, after forming the first material altered
上述のような複数の単結晶基板同士を重ねてレーザ光を照射する例によれば、レーザ光照射工程における単結晶基板の並べ替えに要する時間を短縮することができ、また、複数の単結晶基板を同一平面上に並べて加工する場合よりもレーザ光を照射する装置の投影面積を小型化することができる。 According to the example in which a plurality of single crystal substrates are overlapped with each other and irradiated with laser light as described above, the time required for rearrangement of the single crystal substrates in the laser light irradiation step can be reduced, and the plurality of single crystals can be reduced. The projection area of the apparatus that irradiates the laser beam can be made smaller than when the substrates are processed on the same plane.
上記の第1〜第4の実施形態及びそれらの変形例によれば、複数の単結晶基板を搬送テーブル、ベルトコンベア、トランスファマシンなどの搬送装置によってレーザ光の光源に対して相対的に移動させながらレーザ光照射を行う流れ加工を構成することが可能となり、さらなる加工効率の向上を図ることが可能となる。なお、この場合、単結晶基板のレーザ光の光源に対する相対的な移動は、平面移動、鉛直移動又は平面移動と鉛直移動との組合せ移動のいずれでもよく、その移動は、連続移動又は間欠移動のいずれでもよい。特に、レーザ光の特徴から連続移動とするのが加工効率の向上という点で好ましい。 According to said 1st-4th embodiment and those modifications, a several single crystal board | substrate is moved relatively with respect to the light source of a laser beam with conveyance apparatuses, such as a conveyance table, a belt conveyor, and a transfer machine. However, it is possible to configure the flow processing for performing laser light irradiation, and further improve the processing efficiency. In this case, the relative movement of the single crystal substrate with respect to the light source of the single crystal substrate may be any one of a plane movement, a vertical movement, or a combination movement of the plane movement and the vertical movement, and the movement may be a continuous movement or an intermittent movement. Either is acceptable. In particular, the continuous movement is preferable in terms of improvement in processing efficiency due to the characteristics of laser light.
本発明では、材料変質部を貫通孔又は非貫通孔の中心線に沿って形成することに限定されない。貫通孔又は非貫通孔の断面を通る所定の経路であれば中心線から外れた経路でも構わない。このように、貫通孔又は非貫通孔の中心線から外れていてもエッチングマスク膜3の孔から決まる所望の経路に貫通孔又は非貫通孔を形成することはできる。
In this invention, it is not limited to forming a material alteration part along the centerline of a through-hole or a non-through-hole. A route deviating from the center line may be used as long as it is a predetermined route passing through the cross section of the through hole or the non-through hole. As described above, the through hole or the non-through hole can be formed in a desired path determined from the hole of the
上記実施形態及び変形例から把握される技術的思想を以下に記載する。
(1)単結晶からなる材料で構成される基板に非貫通孔又は貫通孔を所定の経路で形成する加工方法であって、前記基板にレーザ光を照射して、前記所定の経路に沿って前記材料を変質させて材料変質部を形成するレーザ光照射工程と、前記材料変質部をエッチングして、前記所定の経路で前記非貫通孔又は前記貫通孔を形成する異方性エッチング工程と、を有し、前記レーザ光照射工程では、前記基板の一方の面又は他方の面から所定の深さに前記材料変質部の端部が位置するように、当該材料変質部を形成することを特徴とする。
The technical idea grasped from the embodiment and the modified examples will be described below.
(1) A processing method for forming a non-through hole or a through hole in a predetermined path on a substrate made of a material made of a single crystal, and irradiating the substrate with laser light along the predetermined path A laser beam irradiation step of altering the material to form a material alteration portion; an anisotropic etching step of etching the material alteration portion to form the non-through hole or the through hole in the predetermined path; In the laser light irradiation step, the material-modified portion is formed so that the end portion of the material-modified portion is located at a predetermined depth from one surface or the other surface of the substrate. And
上記により、微細で高アスペクト比の貫通孔又は非貫通孔を所望する経路で形成するのに際し、単結晶からなる材料で構成される基板の表面に、所望する貫通孔又は非貫通孔を形成するのに障害となるほどの損傷を発生させないようにすることができる。 As described above, when forming a through hole or non-through hole having a fine and high aspect ratio in a desired path, the desired through hole or non-through hole is formed on the surface of the substrate made of a material made of a single crystal. However, it is possible to prevent the occurrence of damage that is an obstacle.
1…基板
3…エッチングマスク膜
5…レーザ光
7…材料変質部
2,41…貫通孔
35,51…非貫通孔
8,37,46,54,58,59…経路
4a,4b,36,44,45,53…パターン形状の孔
14a,14b,15a,15b…エッチング速度の遅い結晶面としての(111)面
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基板に、前記非貫通孔又は前記貫通孔の開口部の形状に対応するパターン形状の孔を有するエッチングマスク膜を形成するエッチングマスク膜形成工程と、
前記基板にレーザ光を照射して、前記所定の経路に沿って前記材料を変質させて材料変質部を形成するレーザ光照射工程と、
前記材料変質部を異方性エッチングして、前記所定の経路で前記非貫通孔又は前記貫通孔を形成する異方性エッチング工程と、を有し、
前記レーザ光照射工程では、前記材料変質部の端部が、前記基板の一面から所定の深さに位置し、かつ前記エッチングマスク膜の前記孔から露出している範囲とその範囲をエッチングすることにより出現するエッチング速度の遅い結晶面とで囲まれる領域内に位置するように、前記材料変質部を形成することを特徴とする単結晶基板の加工方法。 A processing method of forming a non-through hole or a through hole in a predetermined path on a substrate made of a material made of a single crystal,
An etching mask film forming step of forming, on the substrate, an etching mask film having a pattern-shaped hole corresponding to the shape of the non-through hole or the opening of the through hole;
A laser beam irradiation step of irradiating the substrate with a laser beam to alter the material along the predetermined path to form a material altered portion;
And anisotropically etching the material altered portions, have a, an anisotropic etching process for forming the non-through hole or the through hole in the predetermined path,
In the laser light irradiation step, etching is performed on a range in which an end portion of the material-modified portion is located at a predetermined depth from one surface of the substrate and exposed from the hole of the etching mask film. The material altered portion is formed so as to be located in a region surrounded by a crystal plane having a low etching rate that appears due to the above .
前記レーザ光照射工程では、前記材料変質部の一端部が、前記基板の表面から所定の深さに位置し、かつ前記エッチングマスク膜の前記孔から露出している範囲とその範囲をエッチングすることにより出現するエッチング速度の遅い結晶面とで囲まれる領域内に位置するとともに、前記材料変質部の他端部が、前記基板の裏面から所定の深さに位置し、かつ前記エッチングマスク膜の前記孔から露出している範囲とその範囲をエッチングすることにより出現するエッチング速度の遅い結晶面とで囲まれる領域内に位置するように、前記材料変質部を形成することを特徴とする請求項1に記載の単結晶基板の加工方法。 In the etching mask film forming step, the etching mask film is formed on the front surface and the back surface of the substrate,
In the laser light irradiation step, etching is performed on a range in which one end portion of the material-modified portion is located at a predetermined depth from the surface of the substrate and is exposed from the hole of the etching mask film. And the other end portion of the material-affected portion is located at a predetermined depth from the back surface of the substrate, and the etching mask film has the other end portion. The material-altered portion is formed so as to be located in a region surrounded by a range exposed from the hole and a crystal plane having a low etching rate that appears by etching the range. A method for processing a single crystal substrate as described in 1. above.
前記レーザ光照射工程では、前記基板に赤外レーザ光を集光素子で集光して照射することを特徴とする請求項1または2に記載の単結晶基板の加工方法。 The substrate is made of a material made of silicon single crystal,
3. The method for processing a single crystal substrate according to claim 1, wherein in the laser light irradiation step, the substrate is irradiated with infrared laser light condensed by a condensing element. 4.
前記レーザ光照射工程では、前記赤外レーザ光の集光点を、前記基板の板厚方向に移動させ、前記異なる位置の孔のうち一方の孔の下方にあたる位置から他方の孔の下方にあたる位置まで前記基板の内部で横方向に移動させた後、前記基板の板厚方向に移動させるように、前記赤外レーザ光を照射することを特徴とする請求項4に記載の単結晶基板の加工方法。 In the etching mask film forming step, an etching mask film having the holes at different positions on the substrate is formed,
In the laser beam irradiation step, the condensing point of the infrared laser beam is moved in the plate thickness direction of the substrate, and a position corresponding to a position below one of the holes at the different position is below the other hole. 5. The single crystal substrate processing according to claim 4 , wherein the infrared laser light is irradiated so that the substrate is moved laterally within the substrate until the substrate is moved in the plate thickness direction of the substrate. Method.
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