TWI539505B - Substrate processing method - Google Patents

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TWI539505B TW100126370A TW100126370A TWI539505B TW I539505 B TWI539505 B TW I539505B TW 100126370 A TW100126370 A TW 100126370A TW 100126370 A TW100126370 A TW 100126370A TW I539505 B TWI539505 B TW I539505B
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Keisuke Araki
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

基板加工方法
本發明，是關於用以將貫通孔等之空間形成於矽基板的基板加工方法。
作為上述技術領域之基板加工方法，例如於專利文獻1中，記載有藉由將雷射光聚光於矽基板來形成改質區域，然後，藉由對矽基板實施蝕刻處理，使蝕刻選擇性地沿著改質區域進展，而於矽基板形成貫通孔等的空間。
[先前技術文獻]
專利文獻1：日本特開2005-74663號公報
然而，於上所述的基板加工方法，在推進應用到各種領域之中，被期望著例如，可精度良好地將相對於矽基板的厚度方向呈傾斜方向(以下，僅稱「斜方向」)延伸的貫通孔等之具有各種形狀的空間形成於矽基板中來更加提升設計自由度。
因而在此，本發明，其目的是在於提供一種可將具有各種形狀的空間，精度良好地形成於矽基板的基板加工方法。
本發明之一樣態的基板加工方法，是用以將沿著預定路線的空間形成於矽基板之基板加工方法，係具備有：藉由將具有橢圓率為1以外之橢圓偏光的雷射光聚光於矽基板，使複數個改質點沿著路線形成於矽基板的內部，而形成包含複數個改質點的改質區域之第1製程、以及在第1製程之後，藉由對矽基板施以異方性蝕刻處理，使蝕刻沿著改質區域選擇性地進展，而於矽基板形成空間的第2製程，於第1製程中，是以使相對於矽基板之雷射光的移動方向與雷射光的偏光方向所夾的角度為45°以上之方式將雷射光聚光於矽基板，並以沿著路線排成一列之方式來形成複數個改質點。
在此基板加工方法中，於形成改質點時，是使雷射光的移動方向與雷射光的偏光方向所夾的角度為45°以上之方式來將雷射光聚光於矽基板。本發明者們，經過反覆研究檢討之後的結果，得知該角度以45°以上之方式來聚光雷射光時，相較於該角度以未滿45°之方式來聚光雷射光之情形，阻止了龜裂從改質點更加延伸於：雷射光的入射方向、以及與雷射光的入射方向及雷射光的移動方向呈垂直的方向(以下，僅稱為「側面方向」)。依據此結果，在以沿著預定路線排成一列之方式來形成複數個改質點時，即使路線是延伸於斜向方向，雷射光的聚光也不易受到：從鄰接之既成的改質點延伸來的龜裂所阻礙，而可以確實地形成複數個改質點。再者，可使龜裂易於在斜向方向所鄰接之改質點之間接連。藉此，當對矽基板施以異方性蝕刻處理時，便可使蝕刻確實地沿著改質區域進展。因此，根據此基板加工方法，可以精度良好地將具備有各式各樣形狀的空間形成於矽基板。
又，所謂橢圓偏光的橢圓率，是指表示橢圓偏光之橢圓中的「短軸長度的一半」/「長軸長度的一半」。因此，橢圓率為1時，其橢圓偏光相當於圓偏光，橢圓率為零時，其橢圓偏光相當於直線偏光。又，所謂雷射光的偏光方向，是指表示橢圓偏光之橢圓的長軸的方向。因此，橢圓率為零時，雷射光的偏光方向，是表示直線偏光之直線的方向。
在此，亦可以在第1製程中，當從與雷射光相對於矽基板的入射方向呈垂直的預定方向來觀看時，以使相鄰接之改質點的一部分為相互重疊之方式來形成複數個改質點。據此，於鄰接的改質點之間，中介直接地形成或是從改質點所延伸的龜裂，可以使改質點彼此更確實地接連。
又，亦可以在第1製程中，以使雷射光的移動方向與雷射光的偏光方向所夾之角度為90°之方式來將雷射光聚光於矽基板。由於雷射光的移動方向與雷射光的偏光方向所夾之角度愈接近90°，愈可以使朝向雷射光的入射方向以及側面方向以外之龜裂的延伸受到抑制，據此，可以精度良好地使龜裂從改質點朝向雷射光的入射方向與側面方向延伸。
又，橢圓偏光，亦可以是橢圓率為零的直線偏光。由於橢圓偏光的橢圓率愈小，愈可以使朝向雷射光的入射方向以及側面方向以外之龜裂的延伸受到抑制，據此，可以精度良好地使龜裂從改質點朝向雷射光的入射方向與側面方向延伸。
又，空間，可以是於矽基板的表面及背面呈開口的貫通孔。於此情形時，即使預定路線是朝向斜向方向延伸，根據上所述，可以將沿著如此之路線的貫通孔予以精度良好地形成在矽基板。
根據本發明，可以將具有各式各樣形狀的空間精度良好地形成於矽基板。
以下，對於本發明之適切的實施形態，參照圖面詳細說明之。又，在各圖中，對於相同或是相當部分則標示以相同符號，並省略重複的說明。
在本發明之一實施形態的基板加工方法中，是使雷射光聚光於加工對象物的內部而形成改質區域。在此，首先，對於改質區域的形成，參照第1圖～第6圖如以下所說明。
如第1圖所示，雷射加工裝置100，具備有：使雷射光L脈衝震盪的雷射光源101、及用以將雷射光L之光軸(光路)的方向改變90°而配置的分光反射鏡103、以及用來將雷射光L聚光的聚光用透鏡105。又，雷射加工裝置100，並具備有：用以支撐受到由聚光用透鏡105聚光後之雷射光L所照射的加工對象物1的支撐台107、及用以使支撐台107移動的工作台111、及用以調節雷射光L的輸出或是脈衝寬度等而控制雷射光源101的雷射光源控制部102、以及控制工作台111之移動的工作台控制部115。
於該雷射加工裝置100中，從雷射光源101所射出的雷射光L，藉由分光反射鏡103使該光軸之方向改變90°，然後藉由聚光用透鏡105聚光於：被載置於支撐台107上之板狀加工對象物1的內部。並且，令工作台111移動，使加工對象物1相對於雷射光L為沿著改質區域形成預定路線5進行相對移動。藉此，在加工對象物1形成：沿著改質區域形成預定路線5的改質區域。
作為加工對象物1者，係使用半導體材料或壓電材料等，如第2圖所示，於加工對象物1，設定出改質區域形成預定路線5。在此的改質區域形成預定路線5，為直線狀延伸的假想線。將改質區域形成於加工對象物1的內部之情形時，如第3圖所示，是在使聚光點P聚焦於加工對象物1的內部的狀態下，使雷射光L沿著改質區域形成預定路線5(亦即，朝向第2圖的箭頭A方向)相對性地移動。藉此，如第4圖～第6圖所示地，使改質區域7沿著改質區域形成預定路線5形成在加工對象物1的內部，然後使該改質區域7，成為後述之由蝕刻(etching)所形成的去除區域8。
又，所謂聚光點P，是雷射光L聚光之處所。又，改質區域形成預定路線5，並不限於直線狀，為曲線狀亦可、或是由此等所組合成的3次元狀亦可、或是指定座標者亦可。又，改質區域7，可以是連續性所形成者、亦可以是間歇性所形成者。又，改質區域7亦可以是行列狀或是點狀，總之，改質區域7只要其至少是形成在加工對象物1的內部即可。又，有時會以改質區域7為起點而形成龜裂，因此龜裂及改質區域7，亦可以是露出於加工對象物1的外表面(表面、背面、或是側面)。
換言之，在此，雷射光L，是射經加工對象物1並且特別是在加工對象物1之內部的聚光點附近被吸收，藉此而於加工對象物1形成改質區域7(亦即，是內部吸收型雷射加工)。一般而言，從表面3熔融並去除而形成孔穴或是溝槽等之去除部的情形(表面吸收型雷射加工)時，加工區域是從表面3側慢慢地往內面側進行。
然而，改質區域7，是指密度、屈折率、機械性強度或是其他的物理上的特性成為與周圍不同之狀態的區域。作為改質區域7者，例如有：熔融處理區域、裂痕區域、絕緣破壞區域、屈折率變化區域等、亦有此等區域混合存在的區域。再者，作為改質區域7者，是於加工對象物1的材料中，在密度上相較於非改質區域的密度有所變化的區域、或是形成有晶格缺陷的區域(亦有將此等統稱為密度高轉移區域)。
又，熔融處理區域或屈折率變化區域、改質區域7的密度相較於非改質區域的密度有所變化的區域、形成晶格缺陷的區域，有時會更進一步地在此等區域的內部或是改質區域7與非改質區域的界面，內包有於龜裂(裂縫、微裂痕)之情形。所內包的龜裂，是可能及於改質區域7全面之情形、或僅形成於一部分、或是複數部分。作為加工對象物1者，可舉出包含有矽、或是由矽所構成者。
在此，在本發明之一實施形態的基板加工方法中，是在加工對象物1形成了改質區域7之後，藉由對該加工對象物1實施蝕刻處理，使蝕刻選擇性地沿著改質區域7(亦即，沿著：改質區域7、或是改質區域7中所包含的龜裂、或是從改質區域7的龜裂)進展，而將位在加工對象物1中之沿著改質區域7的部分予以去除。又，此之龜裂，亦被稱之為裂痕、微小裂痕、裂縫等(以下，僅以「龜裂」稱之)。
在該蝕刻處理中，例如，是利用毛細管現象等，使蝕刻劑浸潤到在加工對象物1之改質區域7中所包含的龜裂中、或是從該改質區域7所形成的龜裂中，並沿著龜裂面使蝕刻進展。藉此，在加工對象物1中，為沿著龜裂以選擇性且快速的蝕刻率(蝕刻速度)使蝕刻進展而去除。並且，利用改質區域7本身的蝕刻率原本就較快的特性，使蝕刻沿著改質區域7選擇性地進展而去除。
作為蝕刻處理者，例如有：將加工對象物1浸漬於蝕刻劑的浸漬方式(Dipping)、以及使加工對象物1一邊旋轉同時塗佈蝕刻劑的旋轉蝕刻方式(Spin Etching)。
作為蝕刻劑者，例如可舉出：KOH(氫氧化鉀)、TMAH(氫氧化四甲氨水溶液體)、EDP(Ethylenedamine pyrocatochol)、NaOH(氫氧化鈉)、CsOH(氫氧化銫)、NH4OH(氫氧化氨)、聯氨等。又，作為蝕刻劑者，不僅只有液體狀者，也可以使用凝膠狀(果凍狀，半固體狀)者。在此之蝕刻劑，是以在常溫～100℃前後的溫度來使用，因應所必要的蝕刻率等來設定適當的溫度。例如，以KOH(氫氧化鉀)來蝕刻處理由矽所形成的加工對象物1之情形時，較為理想是以大約60℃來進行。
又，在本發明之一實施形態的基板加工方法中，作為蝕刻處理者，是進行異方性蝕刻處理，其為依據結晶方位之特定方向的蝕刻率會較快(或是會較慢)的蝕刻方式。在此異方性蝕刻處理的情形時，不僅可適用於較薄的加工對象物，也可以適用在較厚的加工對象物(例如，厚度為800μm～100μm)。又，於此情形時，即使形成改質區域7的面與面方位不同時，仍可以使蝕刻沿著該改質區域7進行。亦即，在此之異方性蝕刻處理中，除了按照結晶方位的面方位進行蝕刻之外，亦可以進行不依賴結晶方位的蝕刻。
其次，詳細於說明本發明之一實施形態的基板加工方法。在此，如第7圖所示，藉由將雷射光L聚光於矽基板11(對應上述的加工對象物1)，沿著預定的路線12(對應上述的改質區域形成預定路線5)於矽基板11的內部形成複數個改質點(spot)S，而形成包含複數個改質點S的改質區域7。然後，藉由對矽基板11實施異方性蝕刻處理，使蝕刻沿著改質區域7選擇性地進展，而於矽基板11形成貫通孔13。如此之矽基板11，例如可應用在光電子倍增元件或是中介片(interposer)等。又，是以矽基板11的厚度方向作為Z軸方向，以垂直於Z軸方向的預定方向作為X軸方向，以垂直於Z軸方向與X軸方向的方向作為Y軸方向。
雷射光L，為脈衝震盪的直線偏光(亦即，橢圓率為零的橢圓偏光)，並具有以預定的透過率透過矽基板11的波長。雷射光L，在形成改質點S時，是沿著Z軸方向從表面11a入射於矽基板11，並且沿著X軸方向相對性地移動。改質點S，是由脈衝雷射光之雷射光L的一個脈衝之照射(shot)所形成，改質區域7，是藉由集合複數個改質點S所形成。作為改質點S者，可舉出有：裂痕點(crack spot)、熔融處理點或屈折率變化點、或是混合存在有此等之至少一種者等。
矽基板11，是由矽的單結晶所組成，並具有成為面的表面11a及背面11b。預定路線12，是用以形成於矽基板11之表面11a及背面11b呈開口之貫通孔13的基準線。路線12，例如是貫通孔13的中心線(通過與路線12垂直之貫通孔13其斷面形狀之重心點的線)，並延伸於貫通孔13的貫通方向(延伸方向)。
以下，對於本發明之一實施形態的基板加工方法其各製程，更加具體地說明。首先，如第8圖所示，藉由將雷射光L聚光於矽基板11，沿著路線12a在矽基板11的內部形成複數個改質點S，而形成包含此等改質點S的改質區域7a。路線12a，是位在矽基板11的背面11b側之路線12的一部分，並在ZX平面內延伸於斜向方向。對於路線12a，是以相對於矽基板11之雷射光L的移動方向(以下，僅稱為「雷射光L的移動方向」)及雷射光L的偏光方向作為X軸方向，並使雷射光L之移動方向與雷射光L之偏光方向所夾的角度(以下，稱為「偏光角度」)以成為0°之方式將雷射光L聚光於矽基板11。
在此，如第8圖(a)所示，是使雷射光L的聚光點(以下，僅稱為「聚光點」)聚焦於位在矽基板11內部中之路線12a上的背面11b側，一邊使聚光點移動於X軸方向，一邊ON/OFF照射雷射光L(沿著路線12a之X軸方向掃描)以使複數個改質點S形成在路線12a上。其後，如第8圖(b)所示，使聚光點一邊朝向位在Z軸方向之表面11a側逐次性地每次移動一預定距離，一邊沿著路線12a之X軸方向掃描實施複數次。如此進行，如第9圖所示，從Y軸方向(與雷射光L之入射方向垂直的預定方向)觀察時，為以沿著路線12a排成複數列之方式形成複數個改質點S。
又，在路線12a上的背面11b側形成改質點S時，係使改質點S的端部露出於背面11b。又，在沿著路線12a形成改質點S時，於鄰接的改質點S、S之間，是中介直接地形成或是從改質點S所延伸的龜裂，以使改質點S、S彼此能接連之方式來調節雷射光L的照射條件(諸如雷射光L相對於矽基板11的移動速度、雷射光L的反覆周波數、使聚光點移動的預定距離等)。
接著，如第10圖所示，藉由將雷射光L聚光於矽基板11，沿著路線12b在矽基板11的內部形成複數個改質點S，而形成包含此等改質點S的改質區域7b。路線12b，是從路線12a之端部所延伸之路線12的一部分，且是朝X軸方向延伸。對於路線12b，是以雷射光L的移動方向及雷射光L的偏光方向作為X軸方向，並以使偏光角度成為0°之方式將雷射光L聚光於矽基板11。
在此，如第10圖(a)所示，是將聚光點聚焦於位在矽基板11內部中之路線12b之一方側，一邊使聚光點移動於X軸方向，一邊ON/OFF照射雷射光L(沿著路線12b之X軸方向掃描)以使複數個改質點S沿著路線12b形成。其後，如第10圖(b)所示，使聚光點一邊朝向位在Y軸方向之另一方側逐次性地每次移動一預定距離，一邊沿著路線12a之X軸方向掃描實施複數次。如此進行，如第11圖所示，從Z軸方向(雷射光L之入射方向)觀察時，為以沿著路線12b排成複數列之方式形成複數個改質點S。又，在沿著路線12b形成改質點S時，於鄰接的改質點S、S之間，是中介直接地形成或是從改質點S所延伸的龜裂，以使改質點S、S彼此能接連之方式來調節雷射光L的照射條件。
接著，如第12圖所示，藉由將雷射光L聚光於矽基板11，沿著路線12c在矽基板11的內部形成複數個改質點S，而形成包含此等改質點S的改質區域7c。路線12c，是從路線12b之端部所延伸之路線12的一部分，並在ZX平面內延伸於斜向方向。對於路線12c，是以雷射光L的移動方向作為X軸方向，以雷射光L的偏光方向作為Y軸方向，並使偏光角度成為90°之方式將雷射光L聚光於矽基板11。
在此，如第12圖(a)所示，是使聚光點聚焦於位在矽基板11內部中之路線12c上的背面11b側，一邊使聚光點移動於X軸方向，一邊ON/OFF照射雷射光L(沿著路線12c之X軸方向掃描)以使複數個改質點S形成在路線12c上。其後，如第12圖(b)所示，使聚光點一邊朝向位在Z軸方向之表面11a側逐次性地每次移動一預定距離，一邊沿著路線12c之X軸方向掃描實施複數次。如此進行，以沿著路線12c排成一列之方式(於改質區域7c所包含的改質點S全部都位在路線12c上之方式)，而且，從X軸方向(與雷射光L之入射方向垂直的預定方向)觀察時，是使鄰接之改質點S的一部分以相互重疊的方式來形成複數個上述改質點S。又，沿著路線12c形成改質點S時，於鄰接的改質點S、S之間，是中介直接地形成或是從改質點S所延伸的龜裂，以使改質點S、S彼此能接連之方式來調節雷射光L的照射條件。
接著，如第13(a)圖所示，藉由將雷射光L聚光於矽基板11，沿著路線12d在矽基板11的內部形成複數個改質點S，而形成包含此等改質點S的改質區域7d。路線12d，是從路線12c之端部所延伸之路線12的一部分，且是朝X軸方向延伸。對於路線12d，是以雷射光L的移動方向作為X軸方向，以雷射光L的偏光方向作為Y軸方向，並以使偏光角度成為90°之方式將雷射光L聚光於矽基板11。
在此，是將聚光點聚焦於位在矽基板11內部中之路線12d上的端部，一邊使聚光點移動於X軸方向，一邊ON/OFF照射雷射光L(沿著路線12b之X軸方向掃描)以使複數個改質點S形成在路線12d上。如此進行，以沿著路線12d排成一列之方式(於改質區域7d所包含的改質點S全部都位在路線12d上之方式)，來形成複數個改質點S。又，在沿著路線12d形成改質點S時，於鄰接的改質點S、S之間，是中介直接地形成或是從改質點S所延伸的龜裂，以使改質點S、S彼此能接連之方式來調節雷射光L的照射條件。
接著，如第13(b)圖所示，藉由將雷射光L聚光於矽基板11，沿著路線12e在矽基板11的內部形成複數個改質點S，而形成包含此等改質點S的改質區域7e。路線12e，是從路線12d之端部延伸，且是位在矽基板11的表面11a側之路線12的一部分，並在ZX平面內延伸於斜向方向。對於路線12e，是以雷射光L的移動方向作為X軸方向，以雷射光L的偏光方向作為Y軸方向，並使偏光角度成為90°之方式將雷射光L聚光於矽基板11。
在此，是使聚光點聚焦於位在矽基板11內部中之路線12e上的背面11b側，一邊使聚光點移動於X軸方向，一邊ON/OFF照射雷射光L(沿著路線12e之X軸方向掃描)以使複數個改質點S形成在路線12e上。其後，使聚光點一邊朝向位在Z軸方向之表面11a側逐次性地每次移動一預定距離，一邊沿著路線12e之X軸方向掃描實施複數次。如此進行，以沿著路線12e排成一列之方式(於改質區域7e所包含的改質點S全部都位在路線12e上之方式)，而且，從X軸方向(與雷射光L之入射方向垂直的預定方向)觀察時，是使鄰接之改質點S的一部分以相互重疊的方式來形成複數個上述改質點S。
又，在路線12e上的表面11a側形成改質點S時，係使改質點S的端部露出於表面11a。又，在沿著路線12e形成改質點S時，於鄰接的改質點S、S之間，是中介直接地形成或是從改質點S所延伸的龜裂，以使改質點S、S彼此能接連之方式來調節雷射光L的照射條件。
如上述般地於矽基板11形成了改質區域7之後，對矽基板11，以例如85℃的氫氧化鉀(KOH)作為蝕刻劑使用來實施異方性蝕刻處理。藉此，如第14圖(a)所示，於矽基板11中，使蝕刻劑從表面11a及背面11b朝向改質區域7進入並浸潤，而且，使蝕刻處理從表面11a側及背面11b側朝向內部，沿著改質區域7選擇性地進展(進行)。其結果，如第14圖(b)所示，沿著矽基板11之改質區域7的部分被去除，而完成貫通孔13的形成。
如以上所說明，在上述的基板加工方法中，於沿著路線12c、12d、12e形成改質點S時，是使偏光角度成為90°之方式來將雷射光L聚光於矽基板11。如第15圖(b)所示，以使雷射光L之移動方向SD與雷射光L之偏光方向PD所夾的偏光角度為90°之方式來聚光雷射光L時，相較於以使該偏光角度為0°之方式來聚光雷射光L時(參照第15圖(a))，可以使龜裂14更延伸於：從改質點S朝向雷射光L的入射方向ID以及側面方向(與雷射光L的入射方向ID及雷射光L的移動方向SD呈垂直的方向)。因此，如第13圖(b)所示，以沿著路線12c、12d、12e排成一列之方式來形成複數個改質點S時，例如，即使路線12如路線12c、12e般地延伸於斜向方向，雷射光L的聚光也不易受到：從鄰接之既成的改質點S延伸來的龜裂所阻礙，而可以確實地形成複數個改質點S。再者，可使龜裂易於在斜向方向所鄰接之改質點S、S之間接連。藉由此等實施方式，當對矽基板11施以異方性蝕刻處理時，便可使蝕刻確實地沿著改質區域7進展。因此，根據上述的基板加工方法，可以精度良好地將具備有各式各樣形狀的貫通孔13形成於矽基板11。
又，對於路線12c、12e，若從與雷射光L的入射方向呈垂直的預定方向(在上述的基板加工方法中，為X軸方向)觀察時，是於鄰接的改質點S、S之間，以使改質點S之一部分為相互重疊之方式，來形成複數個改質點S。據此，於鄰接的改質點S、S之間，中介直接地形成或是從改質點S所延伸的龜裂，可以使改質點S、S彼此更確實地接連。因此，即使使改質區域7之選擇性的蝕刻朝向斜向方向進展時，也能夠不中斷地使該蝕刻適切地進展。
亦即，在上述的基板加工方法中，於沿著路線12a、12b形成改質點S時，是使偏光角度成為0°之方式來將雷射光L聚光於矽基板11。如第15圖(a)所示，以使雷射光L之移動方向SD與雷射光L之偏光方向PD所夾的偏光角度為0°之方式來聚光雷射光L時，相較於以使該偏光角度為90°之方式來聚光雷射光L時(參照第15圖(b))，可以使龜裂14更延伸於：從改質點S朝向雷射光L的移動方向SD。因此，如第9圖及第11圖所示，以沿著路線12a、12b排成複數列之方式來形成複數個改質點S時，在完成鄰接之一方的列而接著於另一方的列形成複數個改質點S時，例如，即使路線12如路線12a般地延伸於斜向方向，雷射光L的聚光也不易受到：從既成於一方之列的改質點S延伸來的龜裂所阻礙，而可以確實地形成複數個改質點S。藉此，當對矽基板11施以異方性蝕刻處理時，便可使蝕刻確實地沿著改質區域7進展。因此，根據上述的基板加工方法，可以精度良好地將具備有各式各樣形狀的貫通孔13形成於矽基板11。
又，如第8圖(b)所示，對於路線12a，當從與雷射光L的入射方向呈垂直的預定方向(在上述的基板加工方法中，為Y軸方向)觀看時，是以沿著路線12a排成複數列之方式形成複數個改質點S。據此，如第14圖(b)所示，能夠使得從該預定方向觀看時之斷面形狀以成為所期望的形狀(如寬度廣闊的形狀、複雜的形狀等)來形成貫通孔13。
又，如第10圖(b)所示，對於路線12b，當從雷射光L的入射方向(在上述的基板加工方法中，為Z軸方向)觀看時，是以沿著路線12b排成複數列之方式形成複數個改質點S。據此，如第14圖(b)所示，能夠使得從該入射方向觀看時之斷面形狀以成為所期望的形狀(如寬度廣闊的形狀、複雜的形狀等)來形成貫通孔13。
以下，對於實驗結果進行說明。第16圖，是以沿著預定路線排成一列或是複數列之方式來形成複數個改質點之情形時之矽基板的斷面圖及平面圖。如第16圖(a)所示，是藉由將雷射光L聚光於矽基板11，以沿著路線12排成一列或是複數列之方式來將複數個改質點形成於矽基板11的內部。矽基板11的厚度為300μm(只要沒有特別的記載，在以下實驗中皆相同)。又，雷射光L的照射條件，為波長：1064nm，反覆周波數：400kHz，脈衝寬度：106ns，輸出：0.6W，雷射光L相對於矽基板11的移動速度100mm/s，脈衝間距：0.25μm(100mm/s÷400kHz)(只要沒有特別的記載，在以下實驗中皆相同)。又，將沿著路線12的改質點S的列，形成複數列的情形時，是使各列位在與矽基板11的表面11a平行的面上。
然後，如第16圖(b)所示，以85℃的氫氧化鉀(KOH)48%作為蝕刻劑使用(只要沒有特別的記載，在以下實驗中皆相同)對矽基板11施以異方性蝕刻處理，並使蝕刻從路線12上的兩端面進行。將該實驗的結果顯示於第17圖～第19圖。又，在以下的說明中，將沿著路線12的改質點S的列，形成有複數列的情形時，將相鄰接的列之間的間隔PP稱為加工間距(請參照第16圖(a))，將其列數稱為加工列數。
第17圖，是顯示加工寬度(加工間距×加工列數)與蝕刻率之關係的圖(又，在第17圖(a)、(b)的圖面中，橫軸的加工寬度為0時，其意是指味加工列數為1列之情形)。於第17圖中，(a)是以使偏光角度為0°之方式來將雷射光L聚光的情形(以下，稱為「0°偏光時」)；(b)是以使偏光角度為90°之方式來將雷射光L聚光的情形(以下，稱為「90°偏光時」)。如第17圖(a)所示，於0°偏光時，加工間距愈窄，還有加工列數愈增加，則蝕刻率就愈加增大。相對於此，如第17圖(b)所示，於90°偏光時，即使加工間距變窄，則蝕刻率也不會增大多少。由此結果可以說，以沿著預定路線12排成複數列之方式來形成複數個改質點S之情形時，0°偏光要比90°偏光更為有利。
第18圖及第19圖，是顯示加工列數與蝕刻率之關係的圖。在此，是將加工間距固定為2μm，然後使加工列數變化。其結果，如第18圖及第19圖所示，於0°偏光之情形時，加工列數愈是增加，則蝕刻率就大增。相對於此，於90°偏光之情形時，則與圓偏光之情形時相同樣地，即使加工列數增加，蝕刻率並不會增大多少。由此結果可以說，以沿著預定路線12排成複數列之方式來形成複數個改質點S之情形時，0°偏光要比90°偏光更為有利。
第20圖，是顯示偏光角度與蝕刻率之關係的圖。在此，是將加工間距固定為1μm，並且將加工列數固定為9列，然後使偏光角度變化。又，上述之雷射光L的照射條件之中，變更雷射光L相對於矽基板11的移動速度。又，是以85℃的TMAH22%使用作為蝕刻劑來對矽基板11施以異方性蝕刻處理。其結果，如第20圖所示，偏光角度為未滿45°(-45deg<偏光角度<45°deg)之情形時，要比偏光角度為45°以上(-90°deg≦偏光角度≦-45°deg，45deg≦偏光角度≦90deg)之情形時，蝕刻率較高，並於0°偏光時的蝕刻率為最高。由此結果可以說，以沿著預定路線12排成複數列之方式來形成複數個改質點S之情形時，偏光角度未滿45°之情形要比偏光角度45°以上之情形有利。
第21圖，是顯示改質點的形成間距(脈衝間距)及脈衝寬度與蝕刻率之關係的圖。在此，是將加工列數固定為9列，然後使改質點S的形成間距及脈衝寬度變化。是以85℃的TMAH22%使用作為蝕刻劑來對矽基板11施以異方性蝕刻處理。其結果，如第21圖所示，在0°偏光之情形時，以及在90°偏光之情形時，都是改質點S的形成間距愈窄，蝕刻率就愈增大。再者，在0°偏光之情形時，以及在90°偏光之情形時，都是脈衝寬度愈長，蝕刻率就愈增大。此等現象，在0°偏光時要比90°偏光時來得顯著。
又，改質點S的形成間距，是脈衝雷射光L之聚光點的形成間距，也就是相當於雷射光L之每一個脈衝的照射間距。該形成間距為1μm之情形時，則可以使改質點S與前一個由雷射照射所形成的改質點S被分開到得以區別的程度(也就是說，可以區別出彼此相鄰之改質點S、S的程度)。相對於此，該形成間距為0.25μm之情形時，則改質點S與前一個由雷射照射所形成的改質點S會以相互重疊的方式形成改質區域。從第21圖亦可以了解，在加工列數為複數列之情形時，改質點S的形成間距為1μm時，蝕刻率是90°偏光較高於0°偏光。另一方面，在加工列數為複數列之情形時，改質點S的形成間距為0.25μm時，蝕刻率是0°偏光較高於90°偏光。如此地，利用改質點S的形成間距，可以消弭(不如說是可以逆轉)蝕刻率與偏光角度之關係上很大的差異。由此結果可知，只要處於可使改質點S與前一個由雷射照射所形成的改質點S以相互重疊的方式形成改質區域之間距(約0.8μm以下)的話，0°偏光(亦即偏光角度未滿45°)其蝕刻率就會較高。
第22圖，是以沿著與雷射光的入射方向呈垂直之預定方向排成一列之方式來形成複數個改質點之情形時之矽基板的斷面圖；第23圖，是以沿著雷射光的入射方向排成一列之方式來形成複數個改質點之情形時之矽基板的斷面圖。如第22圖所示，當以沿著與雷射光L的入射方向呈垂直之預定方向排成一列之方式來形成複數個改質點S時，蝕刻率在90°偏光之情形時(為(a)之情形)，要比在0°偏光之情形時(為(b)之情形)稍微較高。又，如第23圖所示，以沿著雷射光L的入射方向排成一列之方式來形成複數個改質點時，蝕刻率在90°偏光之情形時(為(a)之情形)，要比在0°偏光之情形時(為(b)之情形)高出很多。由此結果可以說，在以沿著預定路線12排成一列之方式來形成複數個改質點S之情形時，90°偏光要比0°偏光有利。
第24圖，是以沿著斜向方向排成一列之方式來形成複數個改質點之情形時之矽基板的斷面圖。在此，使雷射光L相對於圖面為移動於垂直方向。其結果，如第24圖(a)所示，於90°偏光之情形時，由於龜裂14易於朝向雷射光L的入射方向延伸，因而會使得從表面11a側的改質點S所延伸的龜裂14到達表面11a，並使得從背面11b側的改質點S所延伸的龜裂14到達背面11b。再者更進一步地，於鄰接的改質點S、S之間亦使龜裂14接連。相對於此，如第24圖(b)所示，於0°偏光之情形時，由於龜裂14難以朝向雷射光L的入射方向延伸，因此從表面11a側的改質點S所延伸的龜裂14不會到達表面11a，從背面11b側的改質點S所延伸的龜裂14不會到達背面11b。再者，於鄰接的改質點S、S之間亦不能使龜裂14接連。由此結果可以說，在以沿著預定路線12排成一列之方式來形成複數個改質點S之情形時，即使路線12延伸於斜向方向，90°偏光要比0°偏光有利。
以上，針對本發明之一實施形態進行了說明，但本發明，並非僅限於上述實施形態者。例如，形成改質區域7時之雷射光L的入射面，並不限定於矽基板11的表面11a，亦可以是矽基板11的背面11b。又，在上述實施形態中，是於矽基板11形成貫通孔13，但取代貫通孔13，也可以將具有各式各樣形狀的空間(例如，只在表面11a或是背面11b呈開口的凹部(非貫通孔)、溝槽、通道、或細縫等)形成於矽基板11。於此種情形時，也是可以精度良好地將沿著預定路線12的空間形成在矽基板11。
又，在上述實施形態中，雖是使改質點S露出於矽基板11的表面11a及背面11b，但取而代之，也可以使從改質點S所延伸的龜裂露出於矽基板11的表面11a及背面11b來取代改質點S。亦即，只要改質點S或是從改質點S所延伸之龜裂之至少一方露出於矽基板11的表面11a及背面11b即可。又，若是使改質點S露出於表面11a及背面11b時，則可以使所形成之貫通孔13的開口率較大，例如，將本實施形態應用在電子倍增元件的製造上時，可以提高電子的收集效率。另一方面，若是不使改質點S露出而使龜裂露出時，則可以抑制貫通孔13的開口側擴大口徑，而可以將位在貫通孔13之開口側的孔徑製成與內部的孔徑有相同的尺寸。
又，由於利用在蝕刻劑中添加添加物，可以使特定之結晶方位的蝕刻率產生變化，而可以以所期望的蝕刻率來進行異方性蝕刻處理，所以也可以將因應矽基板11之結晶方位的添加物添加於蝕刻劑中。
又，以沿著預定路線12排成一列之方式來形成複數個改質點S之情形時，雷射光L，並不限於橢圓率為零的直線偏光，只要橢圓率為1以外的橢圓偏光即可。又，如第25圖(a)所示，將雷射光L聚光於矽基板11時之偏光角度並不限定於90°，只要是45°以上即可。即使依據如此之雷射光L的照射，相較於以偏光角度未滿45°之方式來聚光雷射光L之情形，可以使龜裂14從改質點S，更朝向雷射光L的入射方向、以及側面方向(與雷射光L的入射方向及雷射光L的移動方向SD呈垂直的方向)延伸。不過在此，橢圓偏光的橢圓率愈小，且偏光角度愈接近於90°時，從改質點S朝向雷射光L的入射方向及側面方向以外之龜裂的延伸情形就愈被抑制。
同理也就是，以沿著預定路線12排成複數列之方式來形成複數個改質點S之情形時，雷射光L，並不限於橢圓率為零的直線偏光，只要橢圓率為1以外的橢圓偏光即可。又，如第25圖(b)所示，將雷射光L聚光於矽基板11時之偏光角度並不限定於0°，只要是未滿45°即可。即使依據如此之雷射光L的照射，相較於以偏光角度45°以上之方式來聚光雷射光L之情形，可以使龜裂14從改質點S更朝向雷射光L的移動方向SD延伸。不過在此，橢圓偏光的橢圓率愈小，且偏光角度愈接近於0°時，從改質點S朝向雷射光L的移動方向以外之龜裂的延伸情形就愈被抑制。
在此，所謂偏光角度45°以上，如第25圖(a)所示，是指在作為雷射光L之移動方向SD與雷射光L之偏光方向PD所夾角度範圍之-90°≦偏光角度≦-90°的範圍當中，為-90°≦偏光角度≦-45°，以及45°≦偏光角度≦90°的範圍。又，所謂偏光角度未滿45°，如第25圖(b)所示，是指在作為雷射光L之移動方向SD與雷射光L之偏光方向PD所夾角度範圍之-90°≦偏光角度≦-90°的範圍當中，為-45°＜偏光角度＜45°的範圍。
又，若將如第26圖所示之1/4波長板217裝設於雷射加工裝置100，則藉由改變1/4波長板217的方位角θ，可以調節橢圓偏光的橢圓率。亦即，對於1/4波長板217，例如使直線偏光LP的入射光入射時，則透過光，就會成為預定之橢圓率(表示橢圓偏光之橢圓中的「短軸長度b的一半」/「長軸長度a的一半」)的橢圓偏光EP。在此，以直線偏光LP的雷射光L照射於矽基板11之情形下，由於從雷射光源101所射出的雷射光L是直線偏光LP，所以雷射光L可直接維持直線偏光LP通過1/4波長板217而只要調節方位角θ即可。
[產業上之可利用性]
根據本發明，可以將具有各式各樣形狀的空間精度良好地形成於矽基板。
1．．．加工對象物
3．．．(加工對象物1的)表面
5．．．預定路線
7、7a、7b、7c、7d、7e．．．改質區域
8．．．去除區域
11．．．矽基板
11a．．．(矽基板11的)表面
11b．．．(矽基板11的)背面
12、12a、12b、12c、12d、12e．．．路線
13．．．貫通孔(空間)
14．．．龜裂
100．．．雷射加工裝置
101．．．雷射光源
102．．．雷射光源控制部
103．．．分光反射鏡
105．．．聚光用透鏡
107．．．支撐台
111．．．工作台
115．．．工作台控制部
217．．．1/4波長板
a．．．(橢圓的)長軸長度
b．．．(橢圓的)短軸長度
L．．．雷射光
P．．．聚光點
S．．．改質點
X．．．X軸方向
Y．．．Y軸方向
Z．．．Z軸方向
EP．．．橢圓偏光
ID．．．入射方向
LP．．．直線偏光
PD．．．偏光方向
PP．．．(蝕刻列之間的)間隔
SD．．．(雷射光L的)移動方向
第1圖是用來形成改質區域所使用之雷射加工裝置的概略構成圖。
第2圖是作為改質區域之形成對象之加工對象物的平面圖。
第3圖是沿著第2圖之加工對象物之III-III線的斷面圖。
第4圖是雷射加工後之加工對象物的平面圖。
第5圖是沿著第4圖之加工對象物之V-V線的斷面圖。
第6圖是沿著第4圖之加工對象物之VI-VI線的斷面圖。
第7圖為矽基板的立體圖，是用來說明本發明之一實施形態的基板加工方法。
第8圖為矽基板的立體圖，是用來說明本發明之一實施形態的基板加工方法。
第9圖是顯示以沿著預定路線排成複數列之方式所形成之複數個改質點的圖。
第10圖為矽基板的立體圖，是用來說明本發明之一實施形態的基板加工方法。
第11圖是顯示以沿著預定路線排成複數列之方式所形成之複數個改質點的圖。
第12圖為矽基板的立體圖，是用來說明本發明之一實施形態的基板加工方法。
第13圖為矽基板的立體圖，是用來說明本發明之一實施形態的基板加工方法。
第14圖為矽基板的立體圖，是用來說明本發明之一實施形態的基板加工方法。
第15圖是雷射光的偏光方向與龜裂的延伸方向之關係的圖。
第16圖是以沿著預定路線排成一列或是複數列之方式來形成複數個改質點之情形時之矽基板的斷面圖及平面圖。
第17圖是顯示加工寬度與蝕刻率之關係的圖。
第18圖是顯示加工列數與蝕刻率之關係的圖。
第19圖是顯示加工列數與蝕刻率之關係的圖。
第20圖是顯示偏光角度與蝕刻率之關係的圖。
第21圖是顯示改質點的形成間距及脈衝寬度與蝕刻率之關係的圖。
第22圖是以沿著與雷射光之入射方向呈垂直的預定方向排成一列之方式來形成複數個改質點之情形時之矽基板的斷面圖。
第23圖是以沿著雷射光之入射方向排成一列之方式來形成複數個改質點之情形時之矽基板的斷面圖。
第24圖是以沿著斜向方向排成一列之方式來形成複數個改質點之情形時之矽基板的斷面圖。
第25圖是顯示雷射光的移動方向與雷射光的偏光方向之關係的圖。
第26圖顯示1/4波長板之原理的圖。
7a、7b、7c、7d、7e．．．改質區域
11．．．矽基板
11a．．．(矽基板11的)表面
11b．．．(矽基板11的)背面
12、12a、12b、12c、12d、12e．．．路線
L．．．雷射光
S．．．改質點
X．．．X軸方向
Y．．．Y軸方向
Z．．．Z軸方向

Claims (8)

  1. 一種基板加工方法，是用以將沿著預定路線的空間形成於矽基板之基板加工方法，其特徵為：具備有：藉由將具有橢圓率為1以外之橢圓偏光的雷射光聚光於上述矽基板，使複數個改質點沿著上述路線形成於上述矽基板的內部，而形成包含複數個上述改質點的改質區域之第1製程、以及於上述第1製程之後，藉由對上述矽基板施以異方性蝕刻處理，使蝕刻沿著上述改質區域選擇性地進展，而於上述矽基板形成上述空間的第2製程，於上述第1製程中，是以使相對於上述矽基板之上述雷射光的移動方向與上述雷射光的偏光方向所夾的角度為45°以上之方式將上述雷射光聚光於上述矽基板，並以沿著上述路線排成一列之方式來形成複數個上述改質點。
  2. 如申請專利範圍第1項的基板加工方法，其中，在上述第1製程中，從與上述雷射光相對於上述矽基板的入射方向呈垂直的預定方向來觀看時，以使相鄰接之改質點的一部分為相互重疊之方式，來形成複數個上述改質點。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的基板加工方法，其中，在上述第1製程中，以使上述移動方向與上述偏光方向所夾之角度為90°之方式來將上述雷射光聚光於上述矽基板。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的基板加工方法，其中，上述橢圓偏光，是橢圓率為零的直線偏光。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的基板加工方法，其中，上述橢圓偏光，是橢圓率為零的直線偏光。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述的基板加工方法，其中，上述空間，是於上述矽基板的表面及背面呈開口的貫通孔。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的基板加工方法，其中，上述空間，是於上述矽基板的表面及背面呈開口的貫通孔。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的基板加工方法，其中，上述空間，是於上述矽基板的表面及背面呈開口的貫通孔。
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