JPWO2012014720A1 - 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）にレーザ光（Ｌ）を集光することにより、加工対象物（１）の厚さ方向に対して一の側方側に傾斜する改質領域形成予定ライン（５ｂ）に沿って、加工対象物（１）の内部に改質スポット（１０）を複数形成し、これら複数の改質スポット（１０）によって改質領域（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、厚さ方向に対し傾斜して延びる空間を加工対象物（１）に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、隣接する改質スポット（１０）の少なくとも一部が一の側方方向から見て互いに重なるように、複数の改質スポット（１０）を形成する。

Description

本発明は、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して材料変質部を除去することにより、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としては、様々な分野への適用が進む中、例えば設計自由度の向上等のため、加工対象物の厚さ方向に対し傾斜する方向（以下、単に「斜め方向」ともいう）に延びる孔等の空間を、加工対象物に精度よく形成できるもの求められている。
そこで、本発明は、加工対象物の厚さ方向に対し傾斜する方向に延びる空間（孔）を、加工対象物に精度よく形成す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。
上記課題を解決するために、本発明の一側面に係るレーザ加工方法は、シリコンで形成された板状の加工対象物にレーザ光を集光することにより、加工対象物の厚さ方向に対して一の側方側に傾斜する改質領域形成予定ラインに沿って、加工対象物の内部に改質スポットを複数形成し、これら複数の改質スポットによ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、厚さ方向に対し傾斜して延びる空間を加工対象物に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、隣接する改質スポットの少なくとも一部が一の側方方向から見て互いに重なるように、複数の改質スポットを形成することを特徴とする。
このレーザ加工方法では、異方性エッチング処理を行うことから、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特徴を利用し、エッチングの進展を制御することができる。また、改質領域では、隣接する改質スポットの少なくとも一部が一の側方方向から見て互いに重なることから、改質領域形成予定ラインに沿って複数の改質スポット又は該改質スポットから延びる亀裂を好適に繋げることが可能となる。よって、改質領域の選択的なエッチングを、厚さ方向に対し傾斜する方向に沿って進展させる場合でも途切れることなく好適に進展させることができる。その結果、加工対象物において空間に対応する部分を精度よく除去し、空間を加工対象物に精度よく形成することができる。
また、上記作用効果を好適に奏するため、具体的には、改質領域形成工程は、隣接する改質スポットの一部が一の側方方向から見て互いに重なるように、複数の改質スポットを厚さ方向にずらしながら改質領域形成予定ラインに沿って形成する工程を含んでもよい。このとき、改質領域形成工程では、加工対象物に対し、一の側方方向と直交する他の側方方向に沿ってレーザ光の集光点を移動させつつ該レーザ光を照射する場合がある。
また、上記作用効果を好適に奏するため、具体的には、改質領域形成工程は、一の側方方向に沿って連続するように並ぶ２以上の改質スポットを改質スポット群として複数形成すると共に、隣接する一対の改質スポット群の一部が厚さ方向から見て互いに重なるように、複数の改質スポット群を一の側方方向にずらしながら改質領域形成予定ラインに沿って形成する工程を含んでもよい。このとき、改質領域形成工程では、加工対象物に対し、一の側方方向に沿ってレーザ光の集光点を移動させつつ該レーザ光を照射する場合がある。
また、改質領域形成工程は、隣接する改質スポットの一部が一の側方方向から見て互いに重なるように、複数の改質スポットを厚さ方向にずらしながら改質領域形成予定ラインに沿って形成する第１の工程と、一の側方方向に沿って連続するように並ぶ２以上の改質スポットを改質スポット群として複数形成すると共に、隣接する一対の改質スポット群の一部が厚さ方向から見て互いに重なるように、複数の改質スポット群を一の側方方向にずらしながら改質領域形成予定ラインに沿って形成する第２の工程と、を含んでもよい。この場合、改質領域形成工程にて第１及び第２の工程を適宜実施することにより、エッチング処理工程でのエッチングの進展を制御し、形成される孔の径を調整することができる。これは、第１の工程により形成される改質領域に沿ってのエッチングと、第２の工程により形成される改質領域に沿ってのエッチングと、では、そのエッチングレートが互いに異なるという特徴が見出されるためである。
また、改質領域形成予定ラインは、加工対象物の（１１１）面に沿って延びていてもよい。この場合、厚さ方向に対して３５°の角度で孔の内面に鏡面（ミラー面）が形成されることとなる。また、空間は、加工対象物の表面及び裏面に開口する貫通孔である場合がある。
本発明によれば、加工対象物の厚さ方向に対し傾斜する空間を、加工対象物に精度よく形成す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断面斜視図、（ｂ）は図７（ａ）の続きを示す加工対象物の断面斜視図、（ｃ）は図７（ｂ）の続きを示す加工対象物の断面斜視図である。 (ａ)は図７（ｃ）の続きを示す加工対象物の断面図、(ｂ)は図８（ａ）の続きを示す加工対象物の断面図である。 （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断面斜視図、（ｂ）は図９（ａ）の続きを示す加工対象物の断面斜視図、（ｃ）は図９（ｂ）の続きを示す加工対象物の断面斜視図である。 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断面図である。 図１０の続きを示す加工対象物の断面図である。 図１１の続きを示す加工対象物の断面図である。
以下、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１を浸漬する場合（ディッピング方式：Dipping）と、加工対象物１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、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。なお、本実施形態では、レーザ光Ｌはパルスレーザ光としている。
本実施形態は、例えば光電子増倍素子やインターポーザ等を製造するために用いられる加工方法である。特に本実施形態では、図７，８に示すように、加工対象物１にレーザ光Ｌを集光することにより、加工対象物１の内部に改質スポットＳを複数形成し、これら複数の改質スポットＳにより改質領域７を形成する。そしてその後、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することにより、加工対象物１の厚さ方向に対して傾斜して延びる空間を含む斜め孔としての貫通孔２４を加工対象物１に形成する。
ここでの貫通孔２４は、図８（ｂ）に示すように、加工対象物１における表面３側の端部及び裏面２１側の端部に形成された直線部２４ａ，２４ａと、これら直線部２４ａ，２４ａ間に形成された傾斜部（空間）２４ｂと、を含んで構成されている。直線部２４ａは、厚さ方向に沿って延在している。傾斜部２４ｂは、直線部２４ａ，２４ａに連続し、加工対象物１の（１１１）面に沿うようにＺ方向に対しＸ方向に傾斜する方向（以下、「斜め方向」という）に延在している。例えば、傾斜部２４ｂの厚さ方向（Ｚ方向）に対する角度は、３５°となっている。
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）をＺ方向とし、厚さ方向に対し改質領域形成予定部５（貫通孔２４）が傾斜する側の側方方向をＸ方向（一の側方方向）とし、Ｘ，Ｚ方向に直交する方向をＹ方向（他の側方方向）として説明する。
図７（ａ）に示すように、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。ここでは、改質領域形成予定ライン５は、加工対象物１における表面３側及び裏面２１側にて厚さ方向に沿って延在する改質領域形成予定ライン５ａと、これらの間で加工対象物１の（１１１）面に沿うよう傾斜して延在する改質領域形成予定ライン５ｂと、を含んでいる。
本実施形態において加工対象物１を加工する場合、まず、加工対象物１の表面３側を上方にして該加工対象物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５ａに沿って改質スポットＳ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（Ｙ方向のスキャン）。これにより、加工対象物１の裏面２１側にレーザ光Ｌを集光させ、裏面２１に露出する改質スポットＳを形成する。
なお、ここでは、Ｘ方向幅が１０μｍの改質スポットＳを形成している。また、改質スポットＳには、該改質スポットＳから発生した亀裂が内包されて形成されている（以下の改質スポットＳについて同じ）。また、集光点のピッチ（改質スポットＳのピッチ）が約０．２５μｍでＹ方向にスキャンされており（要は、０．２５μｍ間隔でレーザ照射され、レーザ照射の回数分改質スポットＳが形成され）、１回のレーザ照射で形成される改質スポットＳの一部がＹ方向で互いに重なるように改質スポットＳが複数形成されている。
続いて、集光点をＺ方向における表面３側に所定量移動させ、改質領域形成予定ライン５ａに沿って改質スポットＳが形成されるように上記Ｙ方向のスキャンを実施する。これにより、貫通孔２４の裏面２１側の直線部２４ａに対応する部分に沿って、既成の改質スポットＳの表面３側に改質スポットＳを新たに形成し、改質スポットＳ又は該改質スポットＳからの亀裂を改質領域形成予定ライン５に沿って互いに繋げる。
続いて、図７（ｂ）に示すように、集光点をＺ方向の表面３側に所定量移動させると共に、Ｘ方向に所定量移動させた後、上記Ｙ方向のスキャンを実施する。具体的には、下式（１）に基づいて、集光点をＺ方向に所定量ΔＺに移動させると共にＸ方向に所定量ΔＸ移動させた後、改質領域形成予定ライン５ｂに沿って改質スポットＳが形成されるように上記Ｙ方向のスキャンを実施する。そして、当該集光点の移動及びＹ方向のスキャンを、下式（２）に基づき加工対象物１において裏面２１側から表面３側の順にスキャン数Ｎｓだけ繰り返し実施する。
ΔＺ＝ΔＸ／ｔａｎθ …（１）
Ｎｓ＝Ｔ／ΔＺ …（２）
但し、ΔＸ＝所定値（例えば３μｍ）
θ ＝改質領域形成予定ライン５のＺ方向に対する角度
Ｔ ＝傾斜部２４ｂのＺ方向厚さ
これにより、複数の改質スポットＳを、隣接する改質スポットＳの一部がＸ方向から見て互いに重なるように連続的に形成する。具体的には、複数の改質スポットＳを、隣接する改質スポットＳの一部がＸ方向から見て互いに重なるように厚さ方向にずらしながら加工対象物形成ライン５ｂに沿って階段状に形成し、改質スポットＳ又は該改質スポットＳからの亀裂を改質領域形成予定ライン５に沿って互いに繋げる。
続いて、図７（ｃ）に示すように、集光点をＺ方向における表面３側に所定量移動させ、改質領域形成予定ライン５ａに沿って改質スポットＳが形成されるように上記Ｙ方向のスキャンを実施する。これにより、貫通孔２４の表面３側の直線部２４ａに対応する部分に沿って、既成の改質スポットＳの表面３側に連続し且つ該表面３に露出するする改質スポットＳを新たに形成し、改質スポットＳ又は該改質スポットＳからの亀裂を改質領域形成予定ライン５に沿って互いに繋げる。以上により、加工対象物１の貫通孔２４に対応する部分にて、改質スポットＳが連続するように複数形成され、改質領域７Ａが形成される。
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において表面３及び裏面２１から改質領域７へとエッチング剤を進入させて浸潤させ、そして、表面３側及び裏面２１側から内部へ向けて、改質領域７に沿ってのエッチングを選択的に進展（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、貫通孔２４の形成が完了される。
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という特徴を利用し、改質領域７に沿う選択的なエッチングの進展を好適に制御することができる。すなわち、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（etch stop）する。よって、（１１１）面に沿った改質領域７（つまり、傾斜部２４ｂに対応する改質領域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、形成される傾斜部２４ｂの内面はその角部が除去されて滑らかになり、該内面に鏡面が形成される。
また、このとき、改質領域形成予定ライン５ｂに沿う改質領域７では、上述したように、隣接する改質スポットＳ，Ｓの少なくとも一部がＸ方向から見て互いに重なることから、改質スポットＳ又は該改質スポットＳからの亀裂を改質領域形成予定ライン５ｂに沿って好適に繋げることが可能となる。よって、改質領域７の選択的なエッチングを、斜め方向に進展させる場合でも途切れることなく好適に進展させることができる。
特に、本実施形態における改質領域形成予定ライン５ｂに沿う改質領域７では、上述したように、隣接する改質スポットＳの一部がＸ方向から見て互いに重なるように複数の改質スポットＳが厚さ方向にずれて形成されることから、例えば改質スポットＳ又は該改質スポットＳからの亀裂が改質領域形成予定ライン５ｂに沿って密に繋がり、改質スポットＳ，Ｓ間でエッチング剤が停留されることなく浸潤・進行され、エッチングが斜め方向に途切れることなく確実且つ高速に進展される。
従って、本実施形態によれば、加工対象物１において貫通孔２４に対応する部分を精度よく除去することが可能となり、貫通孔２４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、所望な角度及び長さの貫通孔２４を容易に形成することができ、加工対象物１を加工する際の設計自由度を向上させることが可能となる。
また、上述したように、改質領域形成予定ライン５ｂが加工対象物の（１１１）面に沿って延びており、加工対象物１における貫通孔２４の傾斜部２４ｂに対応する部分に形成される改質スポットＳが加工対象物の（１１１）面に沿って形成されている。よって、傾斜部２４ｂの内面に、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、傾斜部２４ｂの断面形状を矩形（ひし形）形状とすることができる。
なお、本実施形態では、改質スポットＳを表面３及び裏面２１に露出させているが、改質スポットＳを露出させずに改質スポットＳからの亀裂を露出させていてもよい。改質スポットＳを表面３及び裏面２１に露出させると、形成される貫通孔２４の開口率を大きくでき、例えば本実施形態を電子増倍素子に適用する場合、電子の収集効率を高めることが可能となる。一方、改質スポットＳを露出させずに亀裂を露出させると、貫通孔２４の開口側が拡径するのを抑制でき、貫通孔２４における開口側の孔径を内部の孔径と同サイズにすることができる。
ちなみに、加工対象物１に形成する改質スポットＳの数、つまり、レーザ光Ｌの照射回数（ショット回数）は、本実施形態のものに限定されるものではなく、貫通孔２４の形状（孔径、長さ、及びＺ方向に対する角度等）に応じて適宜設定することが可能である。
［第２実施形態］
次に、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。また、上記第１実施形態と同様に、レーザ光Ｌはパルスレーザ光としている。
図９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では、図９（ａ）に示すように、まず、加工対象物１の裏面２１側に集光点を合わせ、該集光点をＸ方向に移動させながら、改質領域形成予定ライン５ａ上に改質スポットＳが形成されるようレーザ光Ｌを表面３側からＯＮ・ＯＦＦ照射する（Ｘ方向のスキャン）。これにより、Ｘ方向に沿って連続するように並ぶ２以上の改質スポットＳを、改質スポット群１０として、加工対象物１の裏面２１側に該裏面２１に露出するよう形成する。
ここでの改質スポット群１０においては、並設される改質スポットＳの間隔が０．２５μｍとされており、Ｘ方向における改質スポットＳの一部が互いに重なっている（以下、同じ）。具体的には、集光点のピッチ（改質スポットＳのピッチ）が約０．２５μｍでＸ方向にスキャンされており（要は、０．２５μｍ間隔でレーザ照射され、レーザ照射の回数分改質スポットＳが形成され）、１回のレーザ照射で形成される改質スポットＳの一部がＸ方向で互いに重なるように改質スポット群１０が形成されている。
続いて、集光点をＺ方向における表面３側に所定量移動させ、改質領域形成予定ライン５ａに沿って改質スポット群１０が形成されるように上記Ｘ方向のスキャンを実施する。これにより、貫通孔２４の裏面２１側の直線部２４ａに対応する部分に沿って、既成の改質スポット群１０の表面３側に改質スポット群１０を新たに形成し、改質スポットＳ又は該改質スポットＳからの亀裂を改質領域形成予定ライン５に沿って互いに繋げる。
続いて、図９（ｂ）に示すように、集光点をＺ方向の表面３側に移動させ、改質領域形成予定ライン５ｂに沿って改質スポット群１０が形成されるように上記Ｘ方向のスキャンを実施する。そして、当該集光点のＺ方向移動及びＸ方向のスキャンを、加工対象物１において裏面２１側から表面３側の順に複数回繰り返し実施する。これにより、貫通孔２４の傾斜部２４ｂに対応する部分に沿って、複数の改質スポット群１０を加工対象物１内に複数形成する。具体的には、複数の改質スポット群１０を、隣接する一対の改質スポット群１０，１０の一部がＺ方向から見て互いに重なるようにＸ方向にずらしながら改質領域形成予定ライン５ｂに沿って形成し、改質スポットＳ又は該改質スポットＳからの亀裂を改質領域形成予定ライン５に沿って互いに繋げる。
このとき、後段の異方性エッチングを好適に実施するため、隣接する改質スポット群１０のＺ方向視における重なりは、形成しようとする傾斜部２４ｂの孔径及び傾斜部２４ｂ（改質領域形成予定ライン５ｂ）のＺ方向に対する角度に基づいて設定される。ここでは、隣接する改質スポット群１０が、Ｘ方向に８〜１０μｍ程度重なるように形成されている。
続いて、図９（ｃ）に示すように、集光点をＺ方向における表面３側に移動させ、改質領域形成予定ライン５ａに沿って改質スポットＳが形成されるように上記Ｘ方向のスキャンを実施する。これにより、貫通孔２４の表面３側の直線部２４ａに対応する部分に沿って、表面３に露出する改質スポット群１０を既成の改質スポット群１０の表面側に新たに形成し、改質スポットＳ又は該改質スポットＳからの亀裂を改質領域形成予定ライン５に沿って互いに繋げる。以上により、加工対象物１の貫通孔２４に対応する部分にて、複数の改質スポットＳから成る改質スポット群１０が連続するよう形成され、改質領域７Ｂが形成される。
以上、本実施形態においても、加工対象物１において貫通孔２４に対応する部分を精度よく除去し、貫通孔２４を加工対象物１に精度よく形成するという上記効果と同様な効果が奏される。
また、本実施形態では、上述したように、複数の改質スポット群１０を、隣接する一対の改質スポット群１０の一部がＺ方向から見て互いに重なるようにＸ方向にずらしながら改質領域形成予定ライン５ｂに沿って形成している。そのため、例えば、改質領域形成予定ライン５ｂに沿う改質領域７においては、改質スポットＳ及び亀裂が改質領域形成予定ライン５ｂに沿って密に繋がり、選択的エッチングが斜め方向に進展されても、エッチング剤が停留されることなく浸潤・進行される。よって、当該選択的エッチングが途切れることなる斜め方向に確実且つ高速に進展されることになる。その結果、貫通孔２４の傾斜部２４ｂに対応する部分を精度よく除去することができ、貫通孔２４を精度よく形成す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、Ｘ方向に沿ってレーザ光Ｌの集光点を移動させつつ該レーザ光Ｌを照射するＸ方向のスキャンを行って改質領域７Ｂを形成することから、レーザ光Ｌの集光点の移動無駄（スキャン数）を抑制して迅速な加工が可能となり、タクトタイムを向上させることが可能となる。また、貫通孔２４の長さや厚さ方向に対する角度によらず、同じスキャン数で改質領域７Ｂを形成することができる。
なお、改質スポット群１０それぞれにおけるＸ方向の幅及び改質スポットＳの数（つまり、レーザ光Ｌの照射回数）は、限定されるものではなく、貫通孔２４の形状に応じて適宜設定することが可能である。これについては、以下の実施形態においても同様である。
［第３実施形態］
次に、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１実施形態と異なる点について主に説明する。また、上記第１実施形態と同様に、レーザ光Ｌはパルスレーザ光としている。
図１０〜１２は、本実施形態を説明するためのフロー図である。本実施形態では、図１２に示すように、Ｚ方向に対して傾斜して延びる複数の貫通孔（空間）２４１〜２４４を加工対象物１に形成する。貫通孔２４１〜２４４は、Ｚ方向に対してこの順に大きく傾斜しており、延在長さがこの順に長くされている。
本実施形態においては、図１０に示すように、上記第１実施形態における上記Ｙ方向のスキャンと、上記第２実施形態における上記Ｘ方向のスキャンと、を、貫通孔２４１〜２４４の延在長さに基づき次のように適宜実施し、改質領域７を形成する。すなわち、図１０，１２に示すように、集光点のＺ方向移動及び上記Ｙ方向のスキャンを複数回繰り返し実施することにより、貫通孔２４１に対応する部分に沿った改質領域７１と、貫通孔２４２の表面３側端部及び裏面２１側端部に対応する部分に沿った改質領域７２Ａ，７２Ａと、貫通孔２４３の表面３側近傍及び裏面２１側近傍に対応する部分に沿った改質領域７３Ａ，７３Ａと、を形成する。
改質領域７１，７２Ａ，７３Ａでは、隣接する改質スポットＳの一部がＸ方向から見て互いに重なるように、複数の改質スポットＳが厚さ方向にずれて形成されている。ここでは、改質領域７２Ａの延在長さが改質領域７３Ａの延在長さよりも長くされている。
これと共に、集光点のＺ方向移動及び上記Ｘ方向のスキャンを複数回繰り返し実施することにより、貫通孔２４２のＺ方向中央部に対応する部分に沿った改質領域７２Ｂと、貫通孔２４３において表面３側近傍と裏面２１側近傍と間に対応する部分に沿った改質領域７３Ｂと、貫通孔２４４に対応する部分に沿った改質領域７４と、を形成する。
改質領域７２Ｂ，７３Ｂ，７４では、隣接する一対の改質スポット群１０，１０の一部がＺ方向から見て互いに重なるように、複数の改質スポット群１０がＸ方向にずれて形成されている。ここでは、改質領域７３Ｂの延在長さが改質領域７２Ｂの延在長さよりも長くされている。
次に、図１１，１２に示すように、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、加工対象物１において表面３及び裏面２１から改質領域７へとエッチング剤を進入させて浸潤させ、改質領域７に沿ってエッチングを選択的に進展させる。
ここで、上記Ｙ方向のスキャンにより形成される改質領域７１，７２Ａ，７３Ａに沿ってのエッチングと、上記Ｘ方向のスキャンにより形成される改質領域７２Ｂ，７３Ｂ，７４に沿ってのエッチングとでは、そのエッチングレートが互いに異なるという特徴が見出される。具体的には、例えば改質スポットＳ又は亀裂の繋がり方等に依存して、改質領域７２Ｂ，７３Ｂ，７４に沿ってのエッチングは、そのエッチングレートが改質領域７１，７２Ａ，７３Ａに沿ってのエッチングのエッチングレートよりも速いという特徴が見出される。
よって、本実施形態における異方性エッチング処理では、図１１に示すように、改質領域７２Ｂ，７３Ｂ，７４に沿ってのエッチングが、改質領域７１，７２Ａ，７３Ａに沿ってのエッチングよりも速く進展する。つまり、貫通孔２４１〜２４４のうち延在長さが長いもの程速いエッチングレートで形成されるように、エッチングが進展される。その結果、図１２に示すように、エッチングの完了（貫通孔２４１〜２４４の貫通）に要する時間が調整されて、孔径が互いに揃うように貫通孔２４１〜２４４の形成が略同時に完了される。
以上、本実施形態においても、加工対象物１において貫通孔２４１〜２４４に対応する部分を精度よく除去し、貫通孔２４１〜２４４を加工対象物１に精度よく形成するという上記効果と同様な効果が奏される。
ところで、延在長さが異なる複数の貫通孔２４１〜２４４では、通常、エッチングの完了に要する時間が互いに異なるため、その孔径を等しくするのが困難である。この点、本実施形態では、上述したように、Ｘ方向のスキャンとＹ方向のスキャンとを組み合わせたレーザ加工が施され、貫通孔２４１〜２４４のそれぞれについて、エッチングレートの速い改質領域７２Ｂ，７３Ｂ，７４と遅い改質領域７１，７２Ａ，７３Ａとが適宜形成されている。これにより、貫通孔２４１〜２４４におけるエッチングの完了に要する時間を調整し、その孔径を所望に制御することができる。
特に、本実施形態では、上述したように、貫通孔２４１〜２４４のうち長いもの程、その対応する部分に速いエッチングレートの改質領域７を多く（遅いエッチングレートの改質領域７を少なく）形成し、エッチングの完了に要する時間が等しくしている。これにより、貫通孔２４１〜２４４の孔径を、互いに等しくすることが可能となる。
以上、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、上記実施形態では、加工対象物１に貫通孔２４を形成したが、これに代えて、表面３又は裏面２１にのみ開口する非貫通孔を形成してもよく、また、チャネルやスリットを形成してもよい。要は、Ｚ方向に対し傾斜する方向に延びる空間を形成すればよい。また、上記実施形態では、断面円形形状、断面楕円形状、又は断面多角形形状等の種々の断面形状の貫通孔２４を形成することができる。
また、上記実施形態では、貫通孔の傾斜部２４ｂをＺ方向に対し３５°（（１１１）面の方位角度）で傾斜させているが、傾斜角度は限定されるものではなく、Ｚ方向に対し１０°又は４５°で傾斜させてもよい。この場合、傾斜部２４ｂの内面にマルチステップ（階段構造）を形成することができる。
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、加工対象物の厚さ方向に対し傾斜する空間を、加工対象物に精度よく形成することが可能となる。
１…加工対象物、３…表面、５ｂ…改質領域形成予定ライン、７，７Ａ，７Ｂ，７１，７２Ａ，７２Ｂ，７３Ａ，７３Ｂ，７４…改質領域、１０…改質スポット群、２１…裏面、２４ｂ…貫通孔の傾斜部（空間）、２４１〜２４４貫通孔（空間）、Ｌ…レーザ光、Ｓ…改質スポット。

Claims (8)

  1. シリコンで形成された板状の加工対象物にレーザ光を集光することにより、前記加工対象物の厚さ方向に対して一の側方側に傾斜する改質領域形成予定ラインに沿って、前記加工対象物の内部に改質スポットを複数形成し、これら複数の前記改質スポットによ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、前記厚さ方向に対し傾斜して延びる空間を前記加工対象物に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、隣接する前記改質スポットの少なくとも一部が前記一の側方方向から見て互いに重なるように、複数の前記改質スポットを形成するレーザ加工方法。
  2. 前記改質領域形成工程は、
    隣接する前記改質スポットの一部が前記一の側方方向から見て互いに重なるように、複数の前記改質スポットを前記厚さ方向にずらしながら前記改質領域形成予定ラインに沿って形成する工程を含む請求項１記載のレーザ加工方法。
  3. 前記改質領域形成工程では、前記加工対象物に対し、前記一の側方方向と直交する他の側方方向に沿って前記レーザ光の集光点を移動させつつ該レーザ光を照射する請求項２記載のレーザ加工方法。
  4. 前記改質領域形成工程は、
    前記一の側方方向に沿って連続するように並ぶ２以上の前記改質スポットを改質スポット群として複数形成すると共に、隣接する一対の前記改質スポット群の一部が前記厚さ方向から見て互いに重なるように、複数の前記改質スポット群を前記一の側方方向にずらしながら前記改質領域形成予定ラインに沿って形成する工程を含む請求項１記載のレーザ加工方法。
  5. 前記改質領域形成工程では、前記加工対象物に対し、前記一の側方方向に沿って前記レーザ光の集光点を移動させつつ該レーザ光を照射する請求項４記載のレーザ加工方法。
  6. 前記改質領域形成工程は、
    隣接する前記改質スポットの一部が前記一の側方方向から見て互いに重なるように、複数の前記改質スポットを前記厚さ方向にずらしながら前記改質領域形成予定ラインに沿って形成する第１の工程と、
    前記一の側方方向に沿って連続するように並ぶ２以上の前記改質スポットを改質スポット群として複数形成すると共に、隣接する一対の前記改質スポット群の一部が前記厚さ方向から見て互いに重なるように、複数の前記改質スポット群を前記一の側方方向にずらしながら前記改質領域形成予定ラインに沿って形成する第２の工程と、を含む請求項１記載のレーザ加工方法。
  7. 前記改質領域形成予定ラインは、前記加工対象物の（１１１）面に沿って延びる請求項１〜６の何れか一項記載のレーザ加工方法。
  8. 前記空間は、前記加工対象物の表面及び裏面に開口する貫通孔である請求項１〜７の何れか一項記載のレーザ加工方法。
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