KR101940333B1 - 기판 가공 방법 - Google Patents

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KR101940333B1
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게이스케 아라키
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

소정의 라인(12)을 따른 공간을 실리콘 기판(11)에 형성하기 위한 기판 가공 방법으로서, 타원율(楕圓率)이 1 이외의 타원 편광인 레이저광(L)을 실리콘 기판(11)에 집광(集光)하는 것에 의해, 라인(12)을 따라서 실리콘 기판(11)의 내부에 개질 스포트를 복수 형성하고, 복수의 개질 스포트(S)를 포함하는 개질 영역(7)을 형성하는 제1 공정과, 제1 공정 후, 실리콘 기판(11)에 이방성 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 개질 영역(7)을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 실리콘 기판(11)에 공간을 형성하는 제2 공정을 구비하며, 제1 공정에서는, 실리콘 기판(11)에 대한 레이저광(L)의 이동 방향과 레이저광(L)의 편광 방향이 이루는 각도가 45°미만이 되도록 실리콘 기판(11)에 레이저광(L)을 집광하여, 라인(12)을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성한다.

Description

기판 가공 방법{SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 관통공 등의 공간을 실리콘 기판에 형성하기 위한 기판 가공 방법에 관한 것이다.
상기 기술 분야의 기판 가공 방법으로서, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 실리콘 기판에 레이저광을 집광하는 것에 의해 개질 영역을 형성하고, 그 후, 실리콘 기판에 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 개질 영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 실리콘 기판에 관통공 등의 공간을 형성하는 것이 기재되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본특허공개 2005－74663호 공보
그런데, 상술한 바와 같은 기판 가공 방법에는, 여러 가지 분야로의 적용이 진행하는 중, 예를 들면 설계 자유도의 향상을 도모하기 위해, 실리콘 기판의 두께 방향에 대해서 경사지는 방향(이하, 단지「경사 방향」이라고도 함)으로 연장하는 관통공 등, 여러 가지 형상을 가지는 공간을 실리콘 기판에 정밀도 좋게 형성하는 것이 요구되고 있다.
이에, 본 발명은, 여러 가지 형상을 가지는 공간을 실리콘 기판에 정밀도 좋게 형성할 수 있는 기판 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면의 기판 가공 방법은, 소정의 라인을 따른 공간을 실리콘 기판에 형성하기 위한 기판 가공 방법으로서, 타원율(楕圓率)이 1 이외의 타원 편광인 레이저광을 실리콘 기판에 집광(集光)하는 것에 의해, 라인을 따라서 실리콘 기판의 내부에 개질 스포트(spot)를 복수 형성하고, 복수의 개질 스포트를 포함하는 개질 영역을 형성하는 제1 공정과, 제1 공정 후, 실리콘 기판에 이방성 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 개질 영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 실리콘 기판에 공간을 형성하는 제2 공정을 구비하며, 제1 공정에서는, 실리콘 기판에 대한 레이저광의 이동 방향과 레이저광의 편광 방향이 이루는 각도가 45°미만이 되도록 실리콘 기판에 레이저광을 집광하여, 라인을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성한다.
이 기판 가공 방법에서는, 개질 스포트를 형성할 때에, 레이저광의 이동 방향과 레이저광의 편광 방향이 이루는 각도가 45°미만이 되도록 실리콘 기판에 레이저광을 집광한다. 본 발명자들은, 예의(銳意) 검토를 거듭한 결과, 해당 각도가 45°미만이 되도록 레이저광을 집광하면, 해당 각도가 45°이상이 되도록 레이저광을 집광하는 경우에 비해, 개질 스포트로부터 레이저광의 이동 방향으로 균열을 보다 신장시킬 수 있는 것을 밝혀냈다. 이 때문에, 소정의 라인을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성하는 경우에서, 인접하는 일방의 열(列)에 이어서 타방의 열(列)에 복수의 개질 스포트를 형성할 때에, 해당 라인이 경사 방향으로 연장하고 있어도, 일방의 열에 기성(旣成, 이미 형성된)의 개질 스포트로부터 신장한 균열에 레이저광의 집광이 저해되기 어려워져, 복수의 개질 스포트가 확실히 형성된다. 이것에 의해, 실리콘 기판에 이방성 에칭 처리를 시행하면, 개질 영역을 따라서 에칭이 확실히 진전하게 된다. 따라서, 이 기판 가공 방법에 의하면, 여러 가지 형상을 가지는 공간을 실리콘 기판에 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
또한, 타원 편광의 타원율(楕圓率)은, 타원 편광을 나타내는 타원에서의「단축의 길이의 반(半)」／「장축의 길이의 반(半)」이다. 따라서, 타원율이 1일 때, 그 타원 편광은 원편광(圓偏光)에 상당하고, 타원율이 0일 때, 그 타원 편광은 직선 편광에 상당한다. 또, 레이저광의 편광 방향은, 타원 편광을 나타내는 타원의 장축 방향이다. 따라서, 타원율이 0일 때, 레이저광의 편광 방향은, 직선 편광을 나타내는 직선 방향이다.
여기서, 제1 공정에서는, 실리콘 기판에 대한 레이저 광의 입사 방향에 수직인 소정의 방향으로부터 보았을 경우에, 라인을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성해도 좋다. 이것에 의하면, 해당 소정의 방향으로부터 보았을 경우의 단면 형상이 원하는 형상이 되도록 공간을 형성할 수 있다.
혹은, 제1 공정에서는, 실리콘 기판에 대한 레이저 광의 입사 방향으로부터 보았을 경우에, 라인을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성해도 좋다. 이것에 의하면, 해당 입사 방향으로부터 보았을 경우의 단면 형상이 원하는 형상이 되도록 공간을 형성할 수 있다.
또, 제1 공정에서는, 레이저 광의 이동 방향과 레이저 광의 편광 방향이 이루는 각도가 0°가 되도록 실리콘 기판에 레이저 광을 집광해도 괜찮다. 레이저 광의 이동 방향과 레이저 광의 편광 방향이 이루는 각도가 0°에 가까울수록, 레이저 광의 이동 방향 이외로의 균열의 신장이 억제되므로, 이것에 의하면, 개질 스포트로부터 레이저 광의 이동 방향으로 정밀도 좋게 균열을 신장시킬 수 있다.
또, 타원 편광은, 타원율이 0인 직선 편광이라도 괜찮다. 타원 편광의 타원율이 작을수록, 레이저 광의 이동 방향 이외로의 균열의 신장이 억제되므로, 이것에 의하면, 개질 스포트로부터 레이저 광의 이동 방향으로 정밀도 좋게 균열을 신장시킬 수 있다.
또, 공간은, 실리콘 기판의 표면 및 이면에 개구하는 관통공인 경우가 있다. 이 경우, 소정의 라인이 경사 방향으로 연장하고 있어도, 상술한 것으로부터, 그와 같은 라인을 따른 관통공을 실리콘 기판에 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 여러 가지 형상을 가지는 공간을 실리콘 기판에 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
도 1은 개질 영역의 형성에 이용되는 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다
도 2는 개질 영역의 형성의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이다.
도 3은 도 2의 가공 대상물의 III－III선을 따른 단면도이다.
도 4는 레이저 가공 후의 가공 대상물의 평면도이다.
도 5는 도 4의 가공 대상물의 V－V선을 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 가공 대상물의 VI－VI선을 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법을 설명하기 위한 실리콘 기판의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법을 설명하기 위한 실리콘 기판의 사시도이다.
도 9는 소정의 라인을 따라서 복수열로 늘어서도록 형성된 복수의 개질 스포트를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법을 설명하기 위한 실리콘 기판의 사시도이다.
도 11은 소정의 라인을 따라서 복수열로 늘어서도록 형성된 복수의 개질 스포트를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법을 설명하기 위한 실리콘 기판의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법을 설명하기 위한 실리콘 기판의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법을 설명하기 위한 실리콘 기판의 사시도이다.
도 15는 레이저광의 편광 방향과 균열의 신장 방향과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 소정의 라인을 따라서 일렬 또는 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성한 경우의 실리콘 기판의 단면도 및 평면도이다.
도 17은 가공폭(加工幅)과 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 가공열수(加工列數)와 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19는 가공열수와 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20은 편광 각도와 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21은 개질 스포트의 형성 피치 및 펄스폭과 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22는 레이저광의 입사 방향에 수직인 소정의 방향을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성한 경우의 실리콘 기판의 단면도이다.
도 23은 레이저광의 입사 방향을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성한 경우의 실리콘 기판의 단면도이다.
도 24는 경사 방향을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성한 경우의 실리콘 기판의 단면도이다.
도 25는 레이저광의 이동 방향과 레이저광의 편광 방향과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26은 1／4 파장판(波長板)의 원리를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법에서는, 가공 대상물의 내부에 레이저광을 집광시켜 개질 영역을 형성한다. 이에, 우선, 개질 영역의 형성에 대해서, 도 1 ~ 도 6을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치(100)는, 레이저 광(L)을 펄스 발진(發振)하는 레이저 광원(101)과, 레이저 광(L)의 광축(광로)의 방향을 90°바꾸도록 배치된 다이크로익 미러(103)와, 레이저 광(L)을 집광(集光)하기 위한 집광용 렌즈(105)를 구비하고 있다. 또, 레이저 가공 장치(100)는, 집광용 렌즈(105)에서 집광된 레이저 광(L)이 조사되는 가공 대상물(1)을 지지하기 위한 지지대(107)와, 지지대(107)를 이동시키기 위한 스테이지(111)와, 레이저 광(L)의 출력이나 펄스폭 등을 조절하기 위해서 레이저 광원(101)을 제어하는 레이저 광원 제어부(102)와, 스테이지(111)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비하고 있다.
이 레이저 가공 장치(100)에서는, 레이저 광원(101)으로부터 출사된 레이저 광(L)은, 다이크로익 미러(103)에 의해서 그 광축의 방향이 90°바뀌어, 지지대(107) 상에 재치(載置)된 판상(板狀)의 가공 대상물(1)의 내부에 집광용 렌즈(105)에 의해서 집광된다. 이것과 아울러, 스테이지(111)가 이동시켜져, 가공 대상물(1)이 레이저 광(L)에 대해서 개질 영역 형성 예정 라인(5)을 따라서 상대 이동시켜진다. 이것에 의해, 개질 영역 형성 예정 라인(5)을 따른 개질 영역이 가공 대상물(1)에 형성되게 된다.
가공 대상물(1)로서는, 반도체 재료나 압전(壓電) 재료 등이 이용되며, 도 2에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)에는, 개질 영역 형성 예정 라인(5)이 설정되어 있다. 여기서의 개질 영역 형성 예정 라인(5)은, 직선상(狀)으로 신장된 가상선이다. 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역을 형성하는 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(集光点, P)을 맞춘 상태에서, 레이저 광(L)을 개질 영역 형성 예정 라인(5)을 따라서(즉, 도 2의 화살표(A) 방향으로) 상대적으로 이동시킨다. 이것에 의해, 도 4 ~ 도 6에 나타내는 바와 같이, 개질 영역(7)이 개질 영역 형성 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 형성되고, 이 개질 영역(7)이, 후술할 에칭(식각(蝕刻))에 의한 제거 영역(8)이 된다.
또한, 집광점(P)은, 레이저 광(L)이 집광하는 개소이다. 또, 개질 영역 형성 예정 라인(5)은, 직선상(狀)에 한정하지 않고 곡선상(狀)이라도 괜찮고, 이들이 조합된 3차원상(狀)이라도 괜찮으며, 좌표 지정된 것이라도 괜찮다. 또, 개질 영역(7)은, 연속적으로 형성되는 경우도 있고, 단속적으로 형성되는 경우도 있다. 또, 개질 영역(7)은 열상(列狀)이라도 점상(点狀)이라도 좋고, 요점은, 개질 영역(7)은 적어도 가공 대상물(1)의 내부에 형성되어 있으면 괜찮다. 또, 개질 영역(7)을 기점(起点)으로 균열이 형성되는 경우가 있으며, 균열 및 개질 영역(7)은, 가공 대상물(1)의 외표면(표면, 이면, 혹은 측면)으로 노출하고 있어도 괜찮다.
덧붙여서 말하면, 여기에서는, 레이저 광(L)이, 가공 대상물(1)을 투과함과 아울러 가공 대상물(1)의 내부의 집광점 근방에서 특히 흡수되고, 이것에 의해, 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)이 형성된다(즉, 내부 흡수형 레이저 가공). 일반적으로, 표면(3)으로부터 용융되고 제거되어 구멍이나 홈 등의 제거부가 형성되는(표면 흡수형 레이저 가공) 경우, 가공 영역은 표면(3)측으로부터 서서히 이면측으로 진행한다.
그런데, 개질 영역(7)은, 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와는 다른 상태로 된 영역을 말한다. 개질 영역(7)으로서는, 예를 들면, 용융 처리 영역, 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역 등이 있으며, 이들이 혼재한 영역도 있다. 게다가, 개질 영역(7)으로서는, 가공 대상물(1)의 재료에서 밀도가 비(非)개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역이나, 격자 결함이 형성된 영역이 있다(이들을 종합하여 고밀도 전이 영역이라고도 한다).
또, 용융 처리 영역이나 굴절률 변화 영역, 개질 영역(7)의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역, 격자 결함이 형성된 영역은, 그들 영역의 내부나 개질 영역(7)과 비개질 영역과의 계면(界面)에 균열(갈라짐, 마이크로 크랙)을 더 내포하고 있는 경우가 있다. 내포되는 균열은 개질 영역(7)의 전면(全面)에 걸치는 경우나 일부분만이나 복수 부분에 형성되는 경우가 있다. 가공 대상물(1)로서는, 실리콘을 포함하는, 또는 실리콘으로 이루어진 것을 들 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법에서는, 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)을 형성한 후, 이 가공 대상물(1)에 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 개질 영역(7)을 따라서(즉, 개질 영역(7), 개질 영역(7)에 포함되는 균열, 또는 개질 영역(7)으로부터의 균열을 따라서) 에칭을 선택적으로 진전시켜, 가공 대상물(1)에서의 개질 영역(7)을 따른 부분을 제거한다. 또한, 이 균열은, 크랙, 미소(微小) 크랙, 갈라짐 등이라고도 칭해진다(이하, 단지「균열」이라고 한다).
이 에칭 처리에서는, 예를 들면, 모세관 현상 등을 이용하여, 가공 대상물(1)의 개질 영역(7)에 포함되는 균열 또는 해당 개질 영역(7)으로부터의 균열에 에칭제를 침윤(浸潤)시켜, 균열면을 따라서 에칭을 진전시킨다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)에서는, 균열을 따라서 선택적 또한 빠른 에칭 레이트(에칭 속도)로 에칭을 진전시켜 제거한다. 이것과 아울러, 개질 영역(7) 자체의 에칭 레이트가 빠르다고 하는 특징을 이용하여, 개질 영역(7)을 따라서 선택적으로 에칭을 진전시켜 제거한다.
에칭 처리로서는, 예를 들면 에칭제에 가공 대상물(1)을 침지(浸漬)하는 경우(디핑 방식：Dipping)와, 가공 대상물(1)을 회전시키면서 에칭제를 도포하는 경우(스핀 에칭 방식：SpinEtching)가 있다.
에칭제로서는, 예를 들면, KOH(수산화 칼륨), TMAH(수산화 테트라 메틸 암모늄 수용액), EDP(에틸렌디아민 피로카테콜(ethylenediamine pyrocatechol)), NaOH(수산화 나트륨), CsOH(수산화 세슘), NH4OH(수산화 암모늄), 히드라진(hydrazine) 등을 들 수 있다. 또, 에칭제로서는, 액체상(狀) 뿐만 아니라, 겔상(젤리상, 반고형상)을 이용할 수 있다. 여기서의 에칭제는, 상온 ~ 100℃ 전후의 온도에서 이용되며, 요구되는 에칭 레이트 등에 따라 적절한 온도로 설정된다. 예를 들면, 실리콘으로 형성된 가공 대상물(1)을 KOH로 에칭 처리하는 경우에는, 바람직한 것으로서, 약 60℃가 된다.
또, 본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법에서는, 에칭 처리로서, 결정방위에 근거한 특정 방향의 에칭 레이트가 빠른(혹은 느린) 에칭인 이방성 에칭 처리를 행하고 있다. 이 이방성 에칭 처리의 경우에는, 비교적 얇은 가공 대상물 뿐만 아니라 두꺼운 것(예를 들면, 두께 800㎛ ~ 100㎛)에도 적용할 수 있다. 또, 이 경우, 개질 영역(7)을 형성하는 면이 면방위와 다를 때에도, 이 개질 영역(7)을 따라서 에칭을 진행시킬 수 있다. 즉, 여기서의 이방성 에칭 처리에서는, 결정방위에 따른 면방위의 에칭에 더하여, 결정방위에 의존하지 않은 에칭도 가능하다.
다음에, 본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 여기에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)을 실리콘 기판(11, 상술한 가공 대상물(1)에 대응함)에 집광하는 것에 의해, 소정의 라인(12, 상술한 개질 영역 형성 예정 라인(5)에 대응함)을 따라서 실리콘 기판(11)의 내부에 개질 스포트(S)를 복수 형성하고, 복수의 개질 스포트(S)를 포함하는 개질 영역(7)을 형성한다. 그 후, 실리콘 기판(11)에 이방성 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 개질 영역(7)을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 실리콘 기판(11)에 관통공(13)을 형성한다. 이와 같은 실리콘 기판(11)은, 예를 들면 광전자증배소자(光電子增倍素子)나 인터포저(interposer) 등에 적용된다. 또한, 실리콘 기판(11)의 두께 방향을 Z축 방향으로 하고, Z축 방향에 수직인 소정의 방향을 X축 방향으로 하며, Z축 방향 및 X축 방향에 수직인 방향을 Y축 방향으로 한다.
레이저광(L)은, 펄스 발진(發振)된 직선 편광(즉, 타원율이 0인 타원 편광)이며, 실리콘 기판(11)을 소정의 투과율로 투과하는 파장을 가지고 있다. 레이저광(L)은, 개질 스포트(S)를 형성할 때에는, Z축 방향을 따라서 표면(11a)으로부터 실리콘 기판(11)으로 입사시켜짐과 아울러, X축 방향을 따라서 상대적으로 이동시켜진다. 개질 스포트(S)는, 펄스 레이저광인 레이저광(L)의 1 펄스의 쇼트(shot, 조사(照射))로 형성되고, 개질 영역(7)은, 복수의 개질 스포트(S)가 집합하는 것에 의해 형성된다. 개질 스포트(S)로서는, 크랙 스포트, 용융 처리 스포트 혹은 굴절률 변화 스포트, 또는 이들 중 적어도 하나가 혼재하는 것 등을 들 수 있다.
실리콘 기판(11)은, 실리콘 단결정으로 이루어지며, (100)면이 되는 표면(11a) 및 이면(11b)을 가지고 있다. 소정의 라인(12)은, 실리콘 기판(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)에 개구하는 관통공(13)을 형성하기 위한 기준선이다. 라인(12)은, 예를 들면 관통공(13)의 중심선(라인(12)에 수직인 관통공(13)의 단면 형상의 중심점을 통과하는 선)이며, 관통공(13)의 관통 방향(연장 방향)으로 연장하고 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태의 기판 가공 방법의 각 공정에 대해서, 보다 구체적으로 설명한다. 우선, 도 8에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)을 실리콘 기판(11)에 집광하는 것에 의해, 라인(12a)을 따라서 실리콘 기판(11)의 내부에 개질 스포트(S)를 복수 형성하고, 이들 개질 스포트(S)를 포함하는 개질 영역(7a)을 형성한다. 라인(12a)은, 실리콘 기판(11)의 이면(11b)측에 위치하는 라인(12)의 일부분으로서, ZX평면 내에서 경사 방향으로 연장하고 있다. 라인(12a)에 대해서는, 실리콘 기판(11)에 대한 레이저광(L)의 이동 방향(이하, 단지「레이저광(L)의 이동 방향」이라고 함) 및 레이저광(L)의 편광 방향을 X축 방향으로 하여, 레이저광(L)의 이동 방향과 레이저광(L)의 편광 방향이 이루는 각도(이하,「편광 각도」라고 함)가 0°가 되도록 실리콘 기판(11)에 레이저광(L)을 집광한다.
여기에서는, 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(11)의 내부에서의 라인(12a) 상의 이면(11b)측에 레이저광(L)의 집광점(이하, 단지「집광점」이라고 함)을 맞추어, 집광점을 X축 방향으로 이동시키면서, 라인(12a) 상에 복수의 개질 스포트(S)가 형성되도록 레이저광(L)을 ON·OFF 조사한다(라인(12a)을 따른 X축 방향 스캔). 이후, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 집광점을 Z축 방향에서의 표면(11a)측으로 소정의 거리씩 이동시키면서, 라인(12a)을 따른 X축 방향 스캔을 복수회 실행한다. 이와 같이 하여, 도 9에 나타내는 바와 같이, Y축 방향(레이저광(L)의 입사 방향에 수직인 소정의 방향)으로부터 보았을 경우에, 라인(12a)을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성한다.
또한, 라인(12a) 상의 이면(11b)측에 개질 스포트(S)를 형성할 때에는, 개질 스포트(S)의 단부를 이면(11b)으로 노출시킨다. 또, 라인(12a)을 따라서 개질 스포트(S)를 형성할 때에는, 인접하는 개질 스포트(S, S) 사이에서, 직접적으로 또는 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열을 통하여, 개질 스포트(S, S)끼리를 연결하도록, 레이저광(L)의 조사 조건(실리콘 기판(11)에 대한 레이저광(L)의 이동 속도, 레이저광(L)의 반복 주파수, 집광점을 이동시키는 소정의 거리 등)을 조절한다.
이어서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)을 실리콘 기판(11)에 집광하는 것에 의해, 라인(12b)을 따라서 실리콘 기판(11)의 내부에 개질 스포트(S)를 복수 형성하고, 이들 개질 스포트(S)를 포함하는 개질 영역(7b)을 형성한다. 라인(12b)은, 라인(12a)의 단부로부터 연장하는 라인(12)의 일부분으로서, X축 방향으로 연장하고 있다. 라인(12b)에 대해서는, 레이저광(L)의 이동 방향 및 레이저광(L)의 편광 방향을 X축 방향으로 하여, 편광 각도가 0°가 되도록 실리콘 기판(11)에 레이저광(L)을 집광한다.
여기에서는, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(11)의 내부에서의 라인(12b)의 일방측에 집광점을 맞추어, 집광점을 X축 방향으로 이동시키면서, 라인(12b)을 따라서 복수의 개질 스포트(S)가 형성되도록 레이저광(L)을 ON·OFF 조사한다(라인(12b)을 따른 X축 방향 스캔). 이후, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 집광점을 Y축 방향에서의 타방측으로 소정의 거리씩 이동시키면서, 라인(12b)을 따라 X축 방향 스캔을 복수회 실행한다. 이와 같이 하여, 도 11에 나타내는 바와 같이, Z축 방향(레이저광(L)의 입사 방향)으로부터 보았을 경우에, 라인(12b)을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성한다. 또한, 라인(12b)을 따라서 개질 스포트(S)를 형성할 때에는, 인접하는 개질 스포트(S, S) 사이에서, 직접적으로 또는 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열을 통하여, 개질 스포트(S, S)끼리를 연결하도록, 레이저광(L)의 조사 조건을 조절한다.
이어서, 도 12에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)을 실리콘 기판(11)에 집광하는 것에 의해, 라인(12c)을 따라서 실리콘 기판(11)의 내부에 개질 스포트(S)를 복수 형성하고, 이들 개질 스포트(S)를 포함하는 개질 영역(7c)을 형성한다. 라인(12c)은, 라인(12b)의 단부로부터 연장하는 라인(12)의 일부분으로서, ZX평면 내에서 경사 방향으로 연장하고 있다. 라인(12c)에 대해서는, 레이저광(L)의 이동 방향을 X축 방향으로 하고, 레이저광(L)의 편광 방향을 Y축 방향으로 하여, 편광 각도가 90°가 되도록 실리콘 기판(11)에 레이저광(L)을 집광한다.
여기에서는, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(11)의 내부에서의 라인(12c) 상의 이면(11b)측에 집광점을 맞추어, 집광점을 X축 방향으로 이동시키면서, 라인(12c) 상에 복수의 개질 스포트(S)가 형성되도록 레이저광(L)을 ON·OFF 조사한다(라인(12c)을 따른 X축 방향 스캔). 이후, 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 집광점을 Z축 방향에서의 표면(11a)측으로 소정의 거리씩 이동시키면서, 라인(12c)을 따른 X축 방향 스캔을 복수회 실행한다. 이와 같이 하여, 라인(12c)을 따라서 일렬로 늘어서도록(개질 영역(7c)에 포함되는 개질 스포트(S)의 전부가 라인(12c) 상에 위치하도록), 또한, X축 방향(레이저광(L)의 입사 방향에 수직인 소정의 방향)으로부터 보았을 경우에, 인접하는 개질 스포트(S)의 일부가 서로 겹치도록, 복수의 상기 개질 스포트(S)를 형성한다. 또한, 라인(12c)을 따라서 개질 스포트(S)를 형성할 때에는, 인접하는 개질 스포트(S, S) 사이에서, 직접적으로 또는 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열을 통하여, 개질 스포트(S, S)끼리를 연결하도록, 레이저광(L)의 조사 조건을 조절한다.
이어서, 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)을 실리콘 기판(11)에 집광하는 것에 의해, 라인(12d)을 따라서 실리콘 기판(11)의 내부에 개질 스포트(S)를 복수 형성하고, 이들 개질 스포트(S)를 포함하는 개질 영역(7d)을 형성한다. 라인(12d)은, 라인(12c)의 단부로부터 연장하는 라인(12)의 일부분으로서, X축 방향으로 연장하고 있다. 라인(12d)에 대해서는, 레이저광(L)의 이동 방향을 X축 방향으로 하고, 레이저광(L)의 편광 방향을 Y축 방향으로 하여, 편광 각도가 90°가 되도록 실리콘 기판(11)에 레이저광(L)을 집광한다.
여기에서는, 실리콘 기판(11)의 내부에서의 라인(12d) 상의 단부에 집광점을 맞추어, 집광점을 X축 방향으로 이동시키면서, 라인(12d) 상에 복수의 개질 스포트(S)가 형성되도록 레이저광(L)을 ON·OFF 조사한다(라인(12d)을 따른 X축 방향 스캔). 이와 같이 하여, 라인(12d)을 따라서 일렬로 늘어서도록(개질 영역(7d)에 포함되는 개질 스포트(S)의 전부가 라인(12d) 상에 위치하도록), 복수의 상기 개질 스포트(S)를 형성한다. 또한, 라인(12d)을 따라서 개질 스포트(S)를 형성할 때에는, 인접하는 개질 스포트(S, S) 사이에서, 직접적으로 또는 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열을 통하여, 개질 스포트(S, S)끼리를 연결하도록, 레이저광(L)의 조사 조건을 조절한다.
이어서, 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)을 실리콘 기판(11)에 집광하는 것에 의해, 라인(12e)을 따라서 실리콘 기판(11)의 내부에 개질 스포트(S)를 복수 형성하고, 이들 개질 스포트(S)를 포함하는 개질 영역(7e)을 형성한다. 라인(12e)은, 라인(12d)의 단부로부터 연장하고, 또한 실리콘 기판(11)의 표면(11a)측에 위치하는 라인(12)의 일부분으로서, ZX평면 내에서 경사 방향으로 연장하고 있다. 라인(12e)에 대해서는, 레이저광(L)의 이동 방향을 X축 방향으로 하고, 레이저광(L)의 편광 방향을 Y축 방향으로 하여, 편광 각도가 90°가 되도록 실리콘 기판(11)에 레이저광(L)을 집광한다.
여기에서는, 실리콘 기판(11)의 내부에서의 라인(12e) 상의 이면(11b)측에 집광점을 맞추어, 집광점을 X축 방향으로 이동시키면서, 라인(12e) 상에 복수의 개질 스포트(S)가 형성되도록 레이저광(L)을 ON·OFF 조사한다(라인(12e)을 따른 X축 방향 스캔). 이후, 집광점을 Z축 방향에서의 표면(11a)측으로 소정의 거리씩 이동시키면서, 라인(12e)을 따른 X축 방향 스캔을 복수회 실행한다. 이와 같이 하여, 라인(12e)을 따라서 일렬로 늘어서도록(개질 영역(7e)에 포함되는 개질 스포트(S)의 전부가 라인(12e) 상에 위치하도록), 또한, X축 방향(레이저광(L)의 입사 방향에 수직인 소정의 방향)으로부터 보았을 경우에, 인접하는 개질 스포트(S)의 일부가 서로 겹치도록, 복수의 상기 개질 스포트(S)를 형성한다.
또한, 라인(12e) 상의 표면(11a)측에 개질 스포트(S)를 형성할 때에는, 개질 스포트(S)의 단부를 표면(11a)으로 노출시킨다. 또, 라인(12e)을 따라서 개질 스포트(S)를 형성할 때에는, 인접하는 개질 스포트(S, S) 사이에서, 직접적으로 또는 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열을 통하여, 개질 스포트(S, S)끼리를 연결하도록, 레이저광(L)의 조사 조건을 조절한다.
이상과 같이 하여 실리콘 기판(11)에 개질 영역(7)을 형성한 후, 실리콘 기판(11)에 대해, 예를 들면 85℃의 KOH를 에칭제로서 이용하여 이방성 에칭 처리를 시행한다. 이것에 의해, 도 14의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(11)에서 표면(11a) 및 이면(11b)으로부터 개질 영역(7)으로 에칭제를 진입시켜 침윤(浸潤)시키고, 그리고, 표면(11a)측 및 이면(11b)측으로부터 내부로 향하여, 개질 영역(7)을 따른 에칭을 선택적으로 진전(진행)시킨다. 그 결과, 도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(11)의 개질 영역(7)을 따른 부분이 제거되어, 관통공(13)의 형성이 완료된다.
이상 설명한 바와 같이, 상술한 기판 가공 방법에서는, 라인(12a, 12b)을 따라서 개질 스포트(S)를 형성할 때에, 편광 각도가 0°가 되도록 실리콘 기판(11)에 레이저광(L)을 집광한다. 도 15의 (a)에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)의 이동 방향(SD)과 레이저광(L)의 편광 방향(PD)이 이루는 편광 각도가 0°가 되도록 레이저광(L)을 집광하면, 해당 편광 각도가 90°가 되도록 레이저광(L)을 집광하는 경우(도 15의 (b) 참조)에 비해, 개질 스포트(S)로부터 레이저광(L)의 이동 방향(SD)으로 균열(14)을 보다 신장시킬 수 있다. 따라서, 도 9 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 라인(12a, 12b)을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성하는 경우에서, 인접하는 일방의 열(列)에 이어 타방의 열(列)에 복수의 개질 스포트(S)를 형성할 때에, 예를 들면 라인(12a)과 같이 라인(12)이 경사 방향으로 연장하고 있어도, 일방의 열에 기성의 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열에 레이저광(L)의 집광이 저해되기 어려워져, 복수의 개질 스포트(S)가 확실히 형성된다. 이것에 의해, 실리콘 기판(11)에 이방성 에칭 처리를 시행하면, 개질 영역(7)을 따라서 에칭이 확실히 진전하게 된다. 따라서, 상술한 기판 가공 방법에 의하면, 여러 가지 형상을 가지는 관통공(13)을 실리콘 기판(11)에 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
또, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 라인(12a)에 대해서는, 레이저광(L)의 입사 방향에 수직인 소정의 방향(상술한 기판 가공 방법에서는, Y축 방향)으로부터 보았을 경우에, 라인(12a)을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성한다. 이것에 의하면, 도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이, 해당 소정의 방향으로부터 보았을 경우의 단면 형상이 원하는 형상(폭넓은 형상, 복잡한 형상 등)이 되도록 관통공(13)을 형성할 수 있다.
또, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 라인(12b)에 대해서는, 레이저광(L)의 입사 방향(상술한 기판 가공 방법에서는, Z축 방향)으로부터 보았을 경우에, 라인(12b)을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성한다. 이것에 의하면, 도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이, 해당 입사 방향으로부터 보았을 경우의 단면 형상이 원하는 형상(폭넓은 형상, 복잡한 형상 등)이 되도록 관통공(13)을 형성할 수 있다.
덧붙여서 말하면, 상술한 기판 가공 방법에서는, 라인(12c, 12d, 12e)을 따라서 개질 스포트(S)를 형성할 때에, 편광 각도가 90°가 되도록 실리콘 기판(11)에 레이저 광(L)을 집광한다. 도 15의 (b)에 나타내는 바와 같이, 레이저 광(L)의 이동 방향(SD)과 레이저 광(L)의 편광 방향(PD)이 이루는 편광 각도가 90°가 되도록 레이저 광(L)을 집광하면, 해당 편광 각도가 0°가 되도록 레이저 광(L)을 집광하는 경우(도 15의 (a) 참조)에 비해, 개질 스포트(S)로부터, 레이저 광(L)의 입사 방향(ID)과, 측방 방향(레이저 광(L)의 입사 방향(ID) 및 레이저 광(L)의 이동 방향(SD)에 수직인 방향)으로, 균열(14)을 보다 신장시킬 수 있다. 따라서, 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같이, 라인(12c, 12d, 12e)을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성할 때에, 예를 들면 라인(12c, 12e)과 같이 라인(12)이 경사 방향으로 연장하고 있어도, 인접하는 기성의 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열에 레이저 광(L)의 집광이 저해되기 어려워져, 복수의 개질 스포트(S)가 확실히 형성된다. 게다가, 경사 방향에서 인접하는 개질 스포트(S, S) 사이에서는, 균열이 연결되기 쉬워진다. 이들에 의해, 실리콘 기판(11)에 이방성 에칭 처리를 시행하면, 개질 영역(7)을 따라서 에칭이 확실히 진전하게 된다. 따라서, 상술한 기판 가공 방법에 의하면, 여러 가지 형상을 가지는 관통공(13)을 실리콘 기판(11)에 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
또, 라인(12c, 12e)에 대해서는, 레이저 광(L)의 입사 방향에 수직인 소정의 방향(상술한 기판 가공 방법에서는, X축 방향)으로부터 보았을 경우에, 인접하는 개질 스포트(S, S) 사이에서 개질 스포트(S)의 일부가 서로 겹치도록, 복수의 개질 스포트(S)를 형성한다. 이것에 의하면, 인접하는 개질 스포트(S, S) 사이에서, 직접적으로 또는 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열을 통하여, 개질 스포트(S, S)끼리를 보다 확실히 연결할 수 있다. 따라서, 개질 영역(7)의 선택적인 에칭을 경사 방향으로 진전시키는 경우에서도, 중단되지 않고 바람직하게 해당 에칭을 진전시키는 것이 가능해진다.　
이하, 실험 결과에 대해서 설명한다. 도 16은, 소정의 라인을 따라서 일렬 또는 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성한 경우의 실리콘 기판의 단면도 및 평면도이다. 도 16의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(11)에 레이저광(L)을 집광하는 것에 의해, 라인(12)을 따라서 일렬 또는 복수열로 늘어서도록 실리콘 기판(11)의 내부에 개질 스포트(S)를 복수 형성했다. 실리콘 기판(11)의 두께는 300㎛였다(특별히 기재가 없는 한, 이하의 실험에서 동일함). 또, 레이저광(L)의 조사 조건은, 파장：1064nm, 반복 주파수：400kHz, 펄스폭：106ns, 출력：0.6W, 실리콘 기판(11)에 대한 레이저광(L)의 이동 속도 100mm／s, 펄스 피치：0.25㎛(100 mm／s ÷ 400kHz)였다(특별히 기재가 없는 한, 이하의 실험에서 동일함). 또한, 라인(12)을 따른 개질 스포트(S)의 열을 복수열 형성하는 경우에는, 각 열을 실리콘 기판(11)의 표면(11a)에 평행한 면 상에 위치시켰다.
그리고, 도 16의 (b)에 나타내는 바와 같이, 85℃의 KOH 48％를 에칭제로서 이용하여(특별히 기재가 없는 한, 이하의 실험에서 동일함) 실리콘 기판(11)에 이방성 에칭 처리를 시행하여, 라인(12) 상의 양단면으로부터 에칭을 진행시켰다. 그 실험의 결과를 도 17 ~ 도 19에 나타낸다. 또한, 이하의 설명에서는, 라인(12)을 따른 개질 스포트(S)의 열을 복수열 형성한 경우, 인접하는 열 사이의 간격(PP)을 가공 피치라고 하고(도 16의 (a) 참조), 그 열수를 가공열수(加工列數)라고 한다.
도 17은, 가공폭(加工幅, 가공피치 × 가공열수)과 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다(또한, 도 17의 (a), (b)의 그래프에서, 횡축의 가공폭이 0인 경우는, 가공열수가 1열인 경우를 의미한다). 도 17에서, (a)는, 편광 각도가 0°가 되도록 레이저광(L)을 집광한 경우(이하,「0°편광인 경우」라고 함)이고, (b)는, 편광 각도가 90°가 되도록 레이저광(L)을 집광한 경우(이하,「90°편광인 경우」라고 함)이다. 도 17의 (a)에 나타내는 바와 같이, 0°편광인 경우에는, 가공 피치가 좁아질수록, 그리고, 가공열수가 증가할수록, 에칭 레이트가 크게 증가했다. 그것에 반해, 도 17의 (b)에 나타내는 바와 같이, 90°편광인 경우에는, 가공 피치가 좁아져도, 에칭 레이트는 그다지 증가하지 않았다. 이것으로부터, 소정의 라인(12)을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성하는 경우에는, 90°편광 보다도 0°편광의 쪽이 유리하다라고 말할 수 있다.
도 18 및 도 19는, 가공열수와 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기에서는, 가공 피치를 2㎛로 일정하게 하고, 가공열수를 변화시켰다. 그 결과, 도 18 및 도 19에 나타내는 바와 같이, 0°편광인 경우에는, 가공열수가 증가하는 만큼, 에칭 레이트가 크게 증가했다. 그것에 반해, 90°편광인 경우에는, 원편광(圓偏光)인 경우와 마찬가지로, 가공열수가 증가해도, 에칭 레이트는 그다지 증가하지 않았다. 이것으로부터도, 소정의 라인(12)을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성하는 경우에는, 90°편광 보다도 0°편광의 쪽이 유리하다라고 말할 수 있다.
도 20은, 편광 각도와 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기에서는, 가공 피치를 1㎛로 일정하게 함과 아울러 가공열수를 9열로 일정하게 하여, 편광 각도를 변화시켰다. 또한, 상술한 레이저광(L)의 조사 조건 중, 실리콘 기판(11)에 대한 레이저광(L)의 이동 속도를 변경했다. 또, 85℃의 TMAH 22％를 에칭제로서 이용하여 실리콘 기판(11)에 이방성 에칭 처리를 시행했다. 그 결과, 도 20에 나타내는 바와 같이, 편광 각도가 45°이상(－90deg ≤ 편광 각도 ≤ －45 deg, 45deg ≤ 편광 각도 ≤ 90deg)인 경우 보다도, 편광 각도가 45°미만(－45deg ＜ 편광 각도 ＜ 45deg)인 경우의 쪽이, 에칭 레이트가 높아지고, 0°편광인 경우에 에칭 레이트가 가장 높아졌다. 이것으로부터, 소정의 라인(12)을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성하는 경우에는, 편광 각도가 45°이상인 경우 보다도, 편광 각도가 45°미만인 경우의 쪽이 유리하다라고 말할 수 있다.
도 21은, 개질 스포트의 형성 피치(펄스 피치) 및 펄스폭과 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기에서는, 가공열수를 9열로 일정하게 하고, 개질 스포트(S)의 형성 피치 및 펄스폭을 변화시켰다. 또한, 85℃의 TMAH 22％를 에칭제로서 이용하여 실리콘 기판(11)에 이방성 에칭 처리를 시행했다. 그 결과, 도 21에 나타내는 바와 같이, 0°편광인 경우에서도, 90°편광인 경우에서도, 개질 스포트(S)의 형성 피치가 좁은 쪽이, 에칭 레이트가 증가했다. 게다가, 0°편광인 경우경우에서도, 90°편광인 경우에서도, 펄스폭이 긴 쪽이, 에칭 레이트가 증가했다. 이러한 것은, 90°편광 보다도 0°편광의 쪽이 현저했다.
또한, 개질 스포트(S)의 형성 피치는, 펄스 레이저광(L)의 집광점의 형성 피치, 즉, 1 펄스마다의 레이저광(L)의 조사 피치에 상당한다. 해당 형성 피치가 1㎛인 경우, 개질 스포트(S)가 1개 전(前)의 레이저 조사로 형성된 개질 스포트(S)와 구별이 되는 정도로(즉, 서로 이웃하는 개질 스포트(S, S)끼리가 구별이 되는 정도로) 분리된다. 그것에 반해, 해당 형성 피치가 0.25㎛인 경우, 개질 스포트(S)가 1개 전의 레이저 조사로 형성된 개질 스포트(S)와 서로 겹치도록 개질 영역이 형성된다. 도 21로부터도 알 수 있듯이, 가공열수를 복수열로 하는 경우에서, 개질 스포트(S)의 형성 피치가 1㎛일 때에는, 에칭 레이트는 0°편광 보다도 90°편광의 쪽이 높아진다. 한편, 가공열수를 복수열로 하는 경우에서, 개질 스포트(S)의 형성 피치가 0.25㎛일 때에는, 에칭 레이트는 90°편광 보다도 0°편광의 쪽이 높아진다. 이와 같이, 개질 스포트(S)의 형성 피치에 의해, 에칭 레이트와 편광 각도와의 관계는 큰 차이가 없게 된다(오히려 역전하고 있다). 이것으로부터, 개질 스포트(S)가 1개 전의 레이저 조사로 형성된 개질 스포트(S)와 서로 겹치도록 개질 영역을 형성하는 피치(약 0.8㎛ 이하)이면, 0°편광(즉, 편광 각도가 45°미만)의 쪽이, 에칭 레이트가 높아진다.
도 22는, 레이저광의 입사 방향에 수직인 소정의 방향을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성한 경우의 실리콘 기판의 단면도이고, 도 23은, 레이저광의 입사 방향을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성한 경우의 실리콘 기판의 단면도이다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)의 입사 방향에 수직인 소정의 방향을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성하면, 0°편광인 경우((b)의 경우) 보다도, 90°편광인 경우((a)의 경우) 의 쪽이, 에칭 레이트가 약간 높아졌다. 또, 도 23에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)의 입사 방향을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성하면, 0°편광인 경우((b)의 경우) 보다도, 90°편광인 경우((a)의 경우)의 쪽이, 에칭 레이트가 상당히 높아졌다. 이것으로부터, 소정의 라인(12)을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성하는 경우에는, 0°편광 보다도 90°편광의 쪽이 유리하다라고 말할 수 있다.
도 24는, 경사 방향을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성한 경우의 실리콘 기판의 단면도이다. 여기에서는, 도면에 대해서 수직인 방향으로 레이저광(L)을 이동시켰다. 그 결과, 도 24의 (a)에 나타내는 바와 같이, 90°편광인 경우에는, 균열(14)이 레이저광(L)의 입사 방향으로 신장하기 쉬워지기 때문에, 표면(11a)측의 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열(14)이 표면(11a)에 도달하고, 이면(11b)측의 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열(14)이 이면(11b)에 도달했다. 게다가, 인접하는 개질 스포트(S, S) 사이에서도 균열(14)이 연결되었다. 그것에 반해, 도 24의 (b)에 나타내는 바와 같이, 0°편광인 경우에는, 균열(14)이 레이저광(L)의 입사 방향으로 신장하기 어려워지기 때문에, 표면(11a)측의 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열(14)이 표면(11a)에 도달하지 않고, 이면(11b)측의 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열(14)이 이면(11b)에 도달하지 않았다. 게다가, 인접하는 개질 스포트(S, S) 사이에서도 균열(14)이 연결되지 않았다. 이것으로부터, 소정의 라인(12)을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성하는 경우에는, 라인(12)이 경사 방향으로 연장하고 있어도, 0°편광 보다도 90°편광의 쪽이 유리하다라고 말할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 개질 영역(7)을 형성할 때의 레이저광(L)의 입사면은, 실리콘 기판(11)의 표면(11a)에 한정되지 않고, 실리콘 기판(11)의 이면(11b)이라도 괜찮다. 또, 상기 실시 형태에서는, 실리콘 기판(11)에 관통공(13)을 형성했지만, 관통공(13)을 대신하여, 여러 가지 형상을 가지는 공간(예를 들면, 표면(11a) 또는 이면(11b)에만 개구하는 오목부(비(非)관통공), 홈, 채널, 슬릿 등)을 실리콘 기판(11)에 형성해도 좋다. 이 경우에도, 소정의 라인(12)을 따른 공간을 실리콘 기판(11)에 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 개질 스포트(S)를 실리콘 기판(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)으로 노출시켰지만, 개질 스포트(S)를 대신하여, 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열을 실리콘 기판(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)으로 노출시키고 있어도 괜찮다. 즉, 개질 스포트(S) 및 개질 스포트(S)로부터 신장한 균열 중 적어도 일방을 실리콘 기판(11)의 표면(11a) 및 이면(11b)으로 노출시키면 좋다. 또한, 개질 스포트(S)를 표면(11a) 및 이면(11b)으로 노출시키면, 형성되는 관통공(13)의 개구율(開口率)을 크게 할 수 있어, 예를 들면 본 실시 형태를 전자증배소자의 제조에 적용하는 경우, 전자의 수집 효율을 높이는 것이 가능해진다. 한편, 개질 스포트(S)를 노출시키지 않고 균열을 노출시키면, 관통공(13)의 개구측이 확경(擴徑)하는 것을 억제할 수 있어, 관통공(13)에서의 개구측의 구멍 지름을 내부의 구멍 지름과 동일 사이즈로 할 수 있다.
또, 에칭제에 첨가물을 첨가함으로써 특정의 결정방위(結晶方位)의 에칭 레이트를 변화시킬 수 있기 때문에, 원하는 에칭 레이트로 이방성 에칭 처리를 행하도록, 실리콘 기판(11)의 결정방위에 따른 첨가물을 에칭제에 첨가해도 괜찮다.
또, 소정의 라인(12)을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성하는 경우, 레이저광(L)은, 타원율이 0인 직선 편광에 한정되지 않고, 타원율이 1 이외의 타원 편광이면 좋다. 또, 도 25의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(11)에 레이저광(L)을 집광할 때의 편광 각도는 0°에 한정되지 않고, 45°미만이면 좋다. 이와 같은 레이저광(L)의 조사에 의해서도, 편광 각도가 45°이상이 되도록 레이저광(L)을 집광하는 경우에 비해, 개질 스포트(S)로부터 레이저광(L)의 이동 방향(SD)으로 균열(14)을 보다 신장시킬 수 있다. 단, 타원 편광의 타원율이 작을수록, 그리고, 편광 각도가 0°에 가까울수록, 개질 스포트(S)로부터 레이저광(L)의 이동 이외로의 균열의 신장이 억제된다.
덧붙여서 말하면, 소정의 라인(12)을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트(S)를 형성하는 경우, 레이저광(L)은, 타원율이 0인 직선 편광에 한정되지 않고, 타원율이 1 이외의 타원 편광이면 좋다. 또, 도 25의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(11)에 레이저광(L)을 집광할 때의 편광 각도는 90°에 한정되지 않고, 45°이상이면 좋다. 이와 같은 레이저광(L)의 조사에 의해서도, 편광 각도가 45°미만이 되도록 레이저광(L)을 집광하는 경우에 비해, 개질 스포트(S)로부터, 레이저광(L)의 입사 방향과, 측방 방향(레이저광(L)의 입사 방향 및 레이저광(L)의 이동 방향(SD)에 수직인 방향)으로, 균열(14)을 보다 신장시킬 수 있다. 단, 타원 편광의 타원율이 작을수록, 그리고, 편광 각도가 90°에 가까울수록, 개질 스포트(S)로부터 레이저광(L)의 입사 방향 및 측방 방향 이외로의 균열의 신장이 억제된다.
여기서, 편광 각도가 45°이상이란, 도 25의 (a)에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)의 이동 방향(SD)과 레이저광(L)의 편광 방향(PD)이 이루는 각도의 범위인 -90°≤ 편광각도 ≤ 90°범위에서, －90°≤ 편광각도 ≤ －45°, 45°≤ 편광각도 ≤ 90°의 범위를 의미한다. 또, 편광 각도가 45°미만이란, 도 25의 (b)에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)의 이동 방향(SD)과 레이저광(L)의 편광 방향(PD)이 이루는 각도의 범위인 -90°≤ 편광각도 ≤ 90°범위에서, －45°＜ 편광각도 ＜ 45°의 범위를 의미한다.
또한, 도 26에 나타내는 1／4 파장판(波長板, 217)을 레이저 가공 장치(100)에 탑재하면, 1／4 파장판(217)의 방위각(θ)을 바꾸는 것에 의해, 타원 편광의 타원율을 조절할 수 있다. 즉, 1／4 파장판(217)에, 예를 들면 직선 편광(LP)의 입사광을 입사시키면, 투과광은, 소정의 타원율(타원 편광을 나타내는 타원에서의「단축의 길이(b)의 반」／「장축의 길이(a)의 반」)의 타원 편광(EP)이 된다. 여기서, 직선 편광(LP)의 레이저광(L)을 실리콘 기판(11)에 조사하는 경우에는, 레이저광원(101)으로부터 출사되는 레이저광(L)은 직선 편광(LP)이므로, 레이저광(L)이 직선 편광(LP)인대로 1／4 파장판(217)을 통과하도록 방위각(θ)을 조절하면 좋다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 여러 가지 형상을 가지는 공간을 실리콘 기판에 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e … 개질 영역 11 … 실리콘 기판
12, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e … 라인 13 … 관통공(공간)
L … 레이저광 S … 개질 스포트

Claims (11)

  1. 소정의 라인을 따른 공간을 실리콘 기판에 형성하기 위한 기판 가공 방법으로서,
    타원율(楕圓率)이 1 이외의 타원 편광인 레이저광을 상기 실리콘 기판에 집광(集光)하는 것에 의해, 상기 라인을 따라서 상기 실리콘 기판의 내부에 개질 스포트(spot)를 복수 형성하고, 복수의 상기 개질 스포트를 포함하는 개질 영역을 형성하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정 후, 상기 실리콘 기판에 이방성 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 상기 개질 영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 상기 실리콘 기판에 상기 공간을 형성하는 제2 공정을 구비하며,
    상기 제1 공정에서는,
    상기 라인을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 상기 개질 스포트를 형성하는 경우에는, 상기 실리콘 기판에 대한 상기 레이저광의 이동 방향과 상기 레이저광의 편광 방향이 이루는 각도가 45°미만이 되도록 상기 실리콘 기판에 상기 레이저광을 집광하고,
    상기 라인을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 상기 개질 스포트를 형성하는 경우에는, 상기 실리콘 기판에 대한 상기 레이저광의 이동 방향과 상기 레이저광의 편광 방향이 이루는 각도가 45°이상이 되도록 상기 실리콘 기판에 상기 레이저광을 집광하는 기판 가공 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 실리콘 기판에 대한 상기 레이저 광의 입사 방향에 수직인 소정의 방향으로부터 보았을 경우에, 상기 라인을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 상기 개질 스포트를 형성하는 기판 가공 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 실리콘 기판에 대한 상기 레이저 광의 입사 방향으로부터 보았을 경우에, 상기 라인을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 상기 개질 스포트를 형성하는 기판 가공 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 이동 방향과 상기 편광 방향이 이루는 각도가 0°가 되도록 상기 실리콘 기판에 상기 레이저 광을 집광하는 기판 가공 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 타원 편광은, 타원율이 0인 직선 편광인 기판 가공 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 타원 편광은, 타원율이 0인 직선 편광인 기판 가공 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 공간은, 상기 실리콘 기판의 표면 및 이면에 개구하는 관통공인 기판 가공 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 공간은, 상기 실리콘 기판의 표면 및 이면에 개구하는 관통공인 기판 가공 방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 공간은, 상기 실리콘 기판의 표면 및 이면에 개구하는 관통공인 기판 가공 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 공간은, 상기 실리콘 기판의 표면 및 이면에 개구하는 관통공인 기판 가공 방법.
  11. 소정의 라인을 따른 공간을 실리콘 기판에 형성하기 위한 기판 가공 방법으로서,
    타원율(楕圓率)이 1 이외의 타원 편광인 레이저광을 이용하여, 상기 실리콘 기판에 대한 상기 레이저광의 이동 방향과 상기 레이저광의 편광 방향이 이루는 각도가 45°미만이 되도록 상기 실리콘 기판에 상기 레이저광을 집광하여, 상기 라인을 따라서 복수열로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성하는 공정과,
    타원율(楕圓率)이 1 이외의 타원 편광인 레이저광을 이용하여, 상기 실리콘 기판에 대한 상기 레이저광의 이동 방향과 상기 레이저광의 편광 방향이 이루는 각도가 45°이상이 되도록 상기 실리콘 기판에 상기 레이저광을 집광하여, 상기 라인을 따라서 일렬로 늘어서도록 복수의 개질 스포트를 형성하는 공정과,
    상기 실리콘 기판에 이방성 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 복수의 개질을 포함하는 개질 영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 상기 실리콘 기판에 상기 공간을 형성하는 제2 공정을 구비하는 기판 가공 방법.
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