JP5476476B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

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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。
特開２００５−７４６６３号公報
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。
改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。 図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 （ａ）は第１実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための加工対象物の端面図、（ｂ）は図７（ａ）の続きを示す加工対象物の端面図、（ｃ）は図７（ｂ）の続きを示す加工対象物の端面図である。 (ａ)は図７（ｃ）の続きを示す加工対象物の端面図、(ｂ)は図８（ａ）の続きを示す加工対象物の端面図である。 （ａ）は第２実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための加工対象物の端面図、（ｂ）は図９（ａ）の続きを示す加工対象物の端面図である。 （ａ）は第２実施形態における改質領域の形成を示す加工対象物の端面図、（ｂ）は図１０（ａ）の続きを示す加工対象物の端面図である。 （ａ）は第３実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための加工対象物の端面図、（ｂ）は図１１（ａ）の続きを示す加工対象物の端面図、（ｃ）は図１１（ｂ）の続きを示す加工対象物の端面図である。 (ａ)は図１１（ｃ）の続きを示す加工対象物の端面図、(ｂ)は図１２（ａ）の続きを示す加工対象物の端面図である。 （ａ）は第４実施形態に係るレーザ加工方法を説明するための加工対象物の端面図、（ｂ）は図１３（ａ）の続きを示す加工対象物の端面図である。 第４実施形態における改質領域の形成を示す加工対象物の端面図である。 （ａ）は第４実施形態の変形例を説明するための加工対象物の端面図、（ｂ）は図１５（ａ）の続きを示す加工対象物の端面図である。
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］
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］
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
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］
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］
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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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