TWI539511B - Laser processing method - Google Patents

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Description

雷射加工方法
本發明係關於雷射加工方法，特別是關於在加工對象物形成貫通孔之雷射加工方法。
作為以往的雷射加工方法，使雷射光聚光於板狀加工對象物，來在加工對象物的內部形成改質區域後，對此加工對象物實施蝕刻處理，除去改質區域，藉此，將沿著厚度方向之貫通孔形成於加工對象物者為眾所皆知(例如參照專利文獻1)。
[先行技術文献]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-351494號公報
在此，在前述的雷射加工方法，會有於進行蝕刻處理前，將對蝕刻具有耐性之耐蝕刻膜圖像化於加工對象物的外表面之情況。即，產生耐蝕刻膜，以覆蓋加工對象物的外表面全區域。然後，對耐蝕刻膜實施曝光等，來在與耐蝕刻膜的變質層對應之區域形成讓蝕刻劑侵入到改質區域之開口的情況。藉此，可謀求抑制例如所形成的貫通孔的開口側被過度蝕刻而擴大等之情況，能夠精度良好地形成貫通孔。但，在此情況，如前述，由於需要另外設置實施曝光等予以圖案化之製程，故，會有加工複雜化及繁雜化之虞。
因此，本發明的課題係在於提供可精度良好地形成貫通孔且可達到加工容易化之雷射加工方法。
本發明的一形態係關於雷射加工方法。此雷射加工方法係使雷射光聚光於藉由矽所形成的加工對象物的內部，形成改質區域，藉由沿著該改質區域進行蝕刻，來在加工對象物形成貫通孔之雷射加工方法，其特徵為，包含有：在加工對象物的外表面產生對蝕刻具有耐性的耐蝕刻膜之耐蝕刻膜產生製程；在耐蝕刻膜產生製程後，藉由使雷射光聚光於加工對象物，沿著加工對象物之與貫通孔對應的部分，形成改質區域，並且使雷射光聚光於耐蝕刻膜，藉此，沿著耐蝕刻膜之與貫通孔對應的部分，形成缺陷區域之雷射光聚光製程；及在進行了雷射光聚光製程後，對加工對象物實施蝕刻處理，沿著改質區域，選擇性地使蝕刻進展，以形成貫通孔之蝕刻處理製程。
在此雷射加工方法，藉由將雷射光聚光於耐蝕刻膜，以沿著耐蝕刻膜之與貫通孔對應的部分進行剝蝕的方式加工，在該部分形成缺陷區域(損傷區域)。因此，在之後的蝕刻處理製程，蝕刻劑從耐蝕刻膜的缺陷區域侵入到改質區域，沿著改質區域，蝕刻選擇性地進展。因此，當在加工對象物的外表面產生耐蝕刻膜之情況時，不需要實施實施曝光等予以圖案化之製程，其結果，可精度良好地形成貫通孔且可達到加工容易化。
又，加工對象物係呈具有成為(100)面的主面之板狀，貫通孔係對加工對象物的厚度方向傾斜，在蝕刻處理製程，作為蝕刻處理，可實施異向性蝕刻。在此情況，可將朝厚度方向傾斜之貫通孔理想地形成於加工對象物。
又，在雷射光聚光製程後、蝕刻處理製程前，可進一步含有：藉由對耐蝕刻膜實施蝕刻處理，用以除去耐蝕刻膜的缺陷區域的製程。在此情況，藉由除去耐蝕刻膜的缺陷，在蝕刻處理製程，可使蝕刻劑確實地侵入到改質區域。
又，該雷射加工方法為在加工對象物形成複數個貫通孔之雷射加工方法，在蝕刻處理製程後，進一步包含：在加工對象物的貫通孔的內面產生絕緣膜之絕緣膜產生製程。藉此，在例如對複數個貫通孔分別埋入導體以形成複數個貫通電極之情況，可在鄰接的貫通電極間確保絕緣性。
若依據本發明的雷射加工方法，可精度良好地形成貫通孔且可達到加工容易化。
以下，針對本發明的理想實施形態，參照圖面進行詳細說明。再者，在以下的說明中，針對相同或相當要素賦予相同符號，並省略重複說明。
在本實施形態之雷射加工方法，使雷射光聚光於加工對象物的內部，形成改質區域。因此，首先，針對改質區域的形成，參照圖1～圖6進行以下的說明。
如圖1所示，雷射加工裝置100具備有：將雷射光L進行脈衝振盪之雷射光源101；配置成將雷射光L的光軸(光路)的方向改變90°之分光鏡103；及用來將雷射光L予以聚光之聚光用透鏡105。又，雷射加工裝置100具備有：用來支承欲照射以聚光用透鏡105進行了聚光之雷射光L的加工對象物1之支承台107；用來使支承台107移動之載置台111；為了調節雷射光L的輸出、脈衝寬度等，而控制雷射光源101之雷射光源控制部102；及用來控制載置台111的移動之載置台控制部115。
在此雷射加工裝置100，自雷射光源101所射出的雷射光L，藉由分光鏡103，將其光軸的方向改變90°，被載置於支承台107上之板狀加工對象物1的內部再藉由聚光用透鏡105聚光於。與此同時，載置台111移動，加工對象物1對雷射光L沿著改質區域形成預定部5被相對移動。藉此，沿著改質區域形成預定部5之改質區域形成於加工對象物1。
作為加工對象物1，使用半導體材料、壓電材料等，如圖2所示，在加工對象物1，設定有改質區域形成預定部5。在此的改質區域形成預定部5係為呈直線狀延伸之假想線。當要在加工對象物1的內部形成改質區域之情況時，如圖3所示，在使聚光點P對齊於加工對象物1的內部之狀態下，使雷射光L沿著改質區域形成預定部5(即，圖2的箭號A方向)，相對地移動。藉此，如圖4～圖6所示，改質區域7沿著改質區域形成預定部5形成於加工對象物1的內部，此改質區域7成為藉由後述的蝕刻所除去之除去區域8。
再者，聚光點P係指雷射光L聚光的部位。又，改質區域形成預定部5不限於直線狀，亦可為曲線狀，亦可為曲面狀、平面狀等之3次元狀，亦可為指定座標者。又，在改質區域7，亦有連續地形成之情況，亦有斷續地形成之情況。又，改質區域7亦可為列狀、點狀，即，改質區域7至少形成於加工對象物1的內部即可。又，以改質區域7作為起點而形成龜裂之情況，龜裂及改質區域7亦可露出於加工對象物1的外表面(表面、裏面、或外周面)。
順便一提，在此，雷射光L透過加工對象物1，並且特別是在加工對象物1的內部的聚光點附近被吸收，藉此，在加工對象物1形成改質區域7(即，內部吸收型雷射加工)。一般，在自表面3進行熔融除去而形成孔、溝等的除去部(表面吸收型雷射加工)之情況時，加工區域係自表面3側逐漸朝裏面側進行。
又，本實施形態之改質區域7係指密度、屈折率、機械性強度、其他的物理特性等成為與周圍不同的狀態之區域。作為改質區域7，具有例如，熔融處理區域、裂痕區域、絕緣破壞區域、屈折率變化區域等，亦有這些區域混合存在之區域。且，作為改質區域7，在加工對象物1的材料上密度與非改質區域的密度相比，產生變化之區域，形成有格子缺陷之區域(將這些總稱為高密轉移區域)。
又，熔融處理區域、屈折率變化區域、改質區域7的密度與非改質區域的密度相比，產生變化之區域、形成有格子缺陷之區域，進一步在這些區域的內部、改質區域7與非改質區域之界面內包有龜裂(破裂、微裂痕)之情況。內包的龜裂，會有形成於改質區域7的全面範圍之情況、僅形成於一部分、或形成於複數部分之情況。作為加工對象物1，可舉出包含矽者、或由矽所構成者。
在此，在本實施形態，當在加工對象物1形成改質區域7後，對此加工對象物1實施蝕刻處理，藉此，沿著含於改質區域7或自改質區域7延伸的龜裂(亦稱為裂痕、微小裂痕、裂縫等。以下僅稱為「龜裂」)，使蝕刻選擇性地進展，在加工對象物1除去沿著改質區域7之部分。
例如，在本實施形態的蝕刻處理，利用毛細管現象等，讓蝕刻劑浸潤於加工對象物1的含於改質區域7或該自改質區域7延伸的龜裂，沿著龜裂面使蝕刻進展。藉此，在加工對象物1，沿著龜裂選擇性且以高蝕刻速率讓蝕刻進展並加以除去。與此同時，利用改質區域7本身的蝕刻速率高之特徵，沿著改質區域7選擇性地讓蝕刻進展並加以除去。
本實施形態的作為蝕刻處理，有例如將加工對象物浸漬於蝕刻劑之情況(浸漬方式：Dipping)、與一邊使加工對象物一邊塗佈蝕刻劑之情況(旋轉蝕刻方式：Spin Etching)。又，在此的蝕刻，含有等向性蝕刻及異向性蝕刻。
圖7係顯示針對基板的材質所使用的蝕刻劑的一例之圖表。蝕刻劑係在常溫～100℃前後的溫度下被使用，因應所需要之蝕刻速率等，設定成適宜的溫度。例如，在以KOH將Si(異向性)進行蝕刻處理之情況，理想為作成大約60℃。又，蝕刻劑不限於液體狀者，亦可使用凝膠狀(果凍狀，半固形狀)者。
再者，在為等向性蝕刻的情況，能夠適用於較薄的加工對象物(例如，厚度10μm～100μm)，不會依存結晶方位、改質區域等，可等向地使蝕刻進行。又，在此情況，當龜裂露出於表面時，蝕刻液會在該龜裂傳達而浸潤到內部，在改質區域上，厚度方向的全面被做成為改質區域的起點，因此，能夠取出被蝕刻成切斷面呈半圓形凹陷之晶片。另外，在為異向性蝕刻的情況，不僅較薄的加工對象物，亦適用於厚度厚者(例如，厚度800μm～100μm)。又，在此情況，當形成為改質區域之面成為與面方位不同時，亦可沿著此改質區域，使蝕刻進行。即，在此的異向性蝕刻，不僅可進行仿效結晶方位之面方位的蝕刻，亦可進行不依存結晶方位之蝕刻。
其次，詳細地說明關於本發明的一實施形態之雷射加工方法。圖8～12係顯示本實施形態的雷射加工方法之各流程圖。
如圖8～12所示，本實施形態係用來製造將例如半導體裝置與印刷配線基板、可撓性基板相互地電性連接的零件(內插器等)之加工方法，在加工對象物1形成複數個貫通孔24(參照圖11)，對貫通孔24埋入導體，藉此形成複數個貫通電極30(參照圖12)。
如圖8(a)所示，加工對象物1為對照射之雷射光L的波長(例如1064nm)呈透明的板狀矽基板，具有成為(100)面之表面3及裏面21(主面)。在加工對象物1，沿著與貫通孔24對應之部分，改質區域形成預定部5依據3次元的座標指定被設定。此改質區域形成預定部5係設定成沿著對加工對象物1的厚度方向傾斜的方向延伸。在此的改質區域形成預定部5係設定成仿效加工對象物1的(111)面延伸。
順便一提，在以下的說明中，將加工對象物1的厚度方向(雷射光L的照射方向)作為Z方向，將改質區域形成預定部5(貫通孔24)對厚度方向傾斜之方向作為X方向，將與X，Z方向正交的向作為Y方向進行說明。
在本實施形態，對加工對象物1進行加工之情況，首先，將加工對象物1置入到內部溫度例如1000℃的爐內，再藉由濕式氧化法予以全面氧化。藉此，如圖8(b)所示，作為對蝕刻具有耐性之耐蝕刻膜的氧化膜22產生於加工對象物的外表面(至少表面3及裏面21)。此氧化膜22為對雷射光L呈透明性高者。又，在此的氧化膜22被做成為對蝕刻劑之鹼蝕刻液呈耐性高之熱氧化膜。
接著，將加工對象物1的表面3側作為上方後載置於載置台並予以保持。然後，如圖9(a)所示，使雷射光L的聚光點(以下僅稱為「聚光點」)對齊加工對象物1的裏面21側的氧化膜22，一邊使此聚光點朝X方向相對移動，一邊將雷射光L自表面3進行ON、OFF照射(掃瞄)。藉此，雷射光L透過表面3側的氧化膜22與加工對象物1，在裏面21側的氧化膜22中沿著改質區域形成預定部5之位置，產生作為損傷區域之缺陷區域22b。
接著，使聚光點的Z方向位置朝表面3側移動，將聚光點變更成加工對象物1的裏面21側附近的Z方向位置後，實施上述的X方向的掃瞄。藉此，雷射光L一邊透過表面3側的氧化膜22一邊被聚光於加工對象物1，讓與既成的缺陷區域22b相連之改質區域7形成於加工對象物1的裏面21側。再者，在此，由於將脈衝雷射光作為雷射光L進行點照射，故，所形成之改質區域7會以改質點構成。又，在改質區域7，內包形成有自該改質區域7所產生之龜裂(關於以下之改質區域相同)。
接著，在加工對象物1，以裏面21側朝表面3側的順序改變聚光點的Z方向位置，反覆實施上述的X方向的掃瞄。藉此，沿著與貫通孔24相對應的部分相互地相連之改質區域7會形成於加工對象物1內。即，朝Z方向傾斜成沿著加工對象物1的(111)面之改質區域7形成於加工對象物1的內部。
然後，如圖9(b)所示，使聚光點對齊表面3側的氧化膜22，實施上述的X方向的掃瞄。藉此，在表面3側的氧化膜22上沿著改質區域形成預定部5之位置，產生作為損傷部之缺陷區域22b。
在此，如圖10所示，當以聚光於氧化膜22的方式照射雷射光L時，藉由該雷射光L的照射，加工成氧化膜22剝蝕，而氧化膜22飛散並大致被除去，或，其緻密度作成為比周圍粗糙。其結果，在氧化膜22，露出於外表面22a且沿著改質區域形成預定部5之上述缺陷區域22b形成為作為侵入到蝕刻劑的改質區域7之侵入部。
接著，如圖11(a)所示，對加工對象物1，使用例如85℃的KOH作為蝕刻劑，實施60分鐘的蝕刻處理。具體而言，從氧化膜22的缺陷區域22b朝改質區域7讓蝕刻劑浸潤，沿著改質區域7及內包於該改質區域7之龜裂，使蝕刻選擇性地進展。藉此，加工對象物1的內部沿著改質區域7選擇性地除去，以沿著(111)面的方式對Z方向傾斜之貫通孔24形成於加工對象物1。此時，關於氧化膜22的缺陷區域22b，當蝕刻進展時，會被剝離並除去。
再者，在本實施形態的蝕刻處理，進行異向性蝕刻，加工對象物1的(111)面作成為不易蝕刻(蝕刻速率慢)。因此，如本實施形態，當改質區域7仿效(111)面而延伸時，蝕刻可理想地沿著改質區域7進展。與此同時，貫通孔24的內面成為凹凸少的平滑面，又，貫通孔24的斷面形狀成為矩形(菱形)形狀。
接著，如圖11(b)所示，藉由濕式氧化法，將加工對象物1予以再氧化。藉此，具有電氣絕緣性的絕緣膜之氧化膜26產生於貫通孔24的內面。然後，圖12(a)所示，將導體28埋入到貫通孔24內，然後如圖12(b)所示，在表面3側的氧化膜22的外表面22a將電極墊29以與導體28電性連接的方式形成，並且在裏面21側的氧化膜22的外表面22a將電極墊29以與導體28電性連接的方式形成，構成貫通電極30。
以上，在本實施形態，藉由將加工對象物1予以全面氧化，來在表面3及裏面21形成氧化膜22。然後，進行形成裏面21側的氧化膜22的缺陷區域22b、加工對象物1內的改質區域7、及表面3側的氧化膜22的缺陷區域22b之雷射加工。因此，在之後的蝕刻處理，以氧化膜22的缺陷區域22b作為基點，蝕刻劑可確實地侵入，並且，蝕刻可沿著改質區域7選擇性地進展。
因此，在本實施形態，由於在加工對象物1的表面3及裏面21產生氧化膜22，故，不需要實施實施曝光等予以圖案化之以往製程，其結果，可精度良好地形成貫通孔24可達到加工容易化。且，若藉由氧化膜22，可抑制貫通孔24的開口側擴大、或改質區域7被過度蝕刻造成貫通孔24的斷面積擴大等，可理想地控制貫通孔24的形狀、尺寸。與此同時，若藉由氧化膜22，能夠抑制因蝕刻處理所引起之加工對象物1的厚度減低，又，能夠維持表面3及裏面21的面精度。
又，在本實施形態，如前述，加工對象物1呈具有成為(100)面之表面3及裏面21的板狀，藉由異向性蝕刻，容易朝貫通孔24的傾斜方向(即，仿效(111)面之方向)進行蝕刻。因此，在本實施形態，可將傾斜之貫通孔24理想地形成於加工對象物1。
又，在本實施形態，如前述，在貫通孔24的內面產生作為絕緣膜之氧化膜26。因此，可充分地確保在鄰接之貫通電極30間的絕緣性。
又，在本實施形態，如前述，由於藉由使雷射光L聚光於氧化膜22，能夠讓作為侵入到改質區域7之蝕刻劑的侵入口之缺陷區域22b產生於氧化膜22並予以圖案化，故，亦容易對應於形成厚氧化膜22之情況。
又，近年，在高積體化行進中，被強力地要求具有細微配線間距之內插器的開發。關於這一點，在能夠形成朝Z方向傾斜的貫通電極30之本實施形態，具有以下的作用效果。即，在作成為微細配線間距之情況時，可直接將表面3側的電極墊29與裏面21側的電極墊29進行配線，可充分地確保配線寬度，可防止電阻增加。
再者，在本實施形態，改變Y方向之聚光點位置並反覆進行X方向的掃瞄(XY面上的雷射加工)、又將該動作予以改變Z方向之聚光點位置並反覆進行，藉此，能夠形成與複數個貫通孔24相對應之改質區域7。或，亦可改變Z方向之聚光點位置並反覆進行X方向的掃瞄(XZ面上的雷射加工)，又將該動作予以改變Y方向之聚光點位置並反覆進行。或，亦可一邊使聚光點朝X，Y，Z方向適宜移動一邊照射雷射光L，形成與1個貫通孔24相對應之改質區域7，將此動作反覆進行貫通孔24的數量之次數。
以上，說明了關於本發明的理想實施形態，但，本發明之雷射加工方法不限於上述實施形態，能夠在不超出各請求項所記載的範圍下進行變形，或適用其他者。
例如，形成改質區域時的雷射光入射面，不限於加工對象物1的表面3，亦可為加工對象物1的裏面21。又，在上述實施形態，產生作為耐蝕刻膜之氧化膜22，但，亦可產生氮化膜，耐蝕刻膜為對蝕刻處理下被使用之蝕刻劑具有耐性者即可。
又，亦可在形成缺陷區域22b後、進行蝕刻處理前，另外對氧化膜22進行蝕刻處理以除去缺陷區域22b。在此情況，在對後段的加工對象物1之蝕刻處理，可使蝕刻劑確實地侵入到改質區域7，能夠精度良好地形成貫通孔24。。又，在上述實施形態，對氧化膜22實施1次掃瞄而形成缺陷區域22b，但，亦可因應氧化膜22的厚度實施複數次掃瞄。
又，在上述實施形形態的雷射光L的ON、OFF照射，除了控制雷射光L的射出之ON、OFF外，亦可開閉設置於雷射光L的光路上之快門，或將加工對象物1的表面3予以遮蔽等來實施。且，在形成改質區域7之閾值(加工閾值)以上的強度與未滿加工閾值之強度之間，控制雷射光L的強度。
[產業上的利用可能性]
若依據本發明的雷射加工方法，可精度良好地形成貫通孔且可達到加工容易化。
1．．．加工對象物
3．．．表面(外表面，主面)
7．．．改質區域
21．．．裏面(外表面，主面)
22．．．氧化膜(耐蝕刻膜)
22b．．．缺陷區域
24．．．貫通孔
26．．．氧化膜(絕緣膜)
L．．．雷射光
P．．．聚光點
圖1係使用於形成改質區域之雷射加工裝置的概略構成圖。
圖2係成為改質區域的形成之對象的加工對象物的平面圖。
圖3係沿著圖2的加工對象物的III-III線之斷面圖。
圖4係雷射加工後的加工對象物的平面圖。
圖5係沿著圖4的加工對象物的V-V線之斷面圖。
圖6係沿著圖4的加工對象物的VI-VI線之斷面圖。
圖7係顯示蝕刻劑的一例之圖表。
圖8(a)係用來說明本實施形態的雷射加工方法之流程圖，(b)係顯示圖8(a)的後段之流程圖。
圖9(a)係顯示圖8(b)的後段之流程圖，(b)係顯示圖9(a)的後段之流程圖。
圖10係將圖9(b)的加工對象物的一部分放大顯示之圖。
圖11(a)係顯示圖9(b)的後段之流程圖，(b)係顯示圖11(a)的後段之流程圖。
圖12(a)係顯示圖11(b)的後段之流程圖，(b)係顯示圖12(a)的後段之流程圖。
1．．．加工對象物
3．．．表面(外表面，主面)
7．．．改質區域
22．．．氧化膜(耐蝕刻膜)
22b．．．缺陷

Claims (8)

  1. 一種雷射加工方法，係使雷射光聚光於藉由矽所形成的加工對象物的內部，形成改質區域，藉由沿著該改質區域進行蝕刻，以在前述加工對象物形成貫通孔，其包含有：耐蝕刻膜產生製程在前述加工對象物的外表面，生成對前述蝕刻具有耐性的耐蝕刻膜；雷射光聚光製程在前述耐蝕刻膜產生製程後，藉由使前述雷射光透過前述耐蝕刻膜而聚光於前述加工對象物，沿著前述加工對象物之與前述貫通孔對應的部分，形成前述改質區域，並且使前述雷射光聚光於前述耐蝕刻膜，藉此，沿著前述耐蝕刻膜之與前述貫通孔對應的部分，形成以蝕刻加以除去的缺陷區域；及蝕刻處理製程在前述進行了雷射光聚光製程後，對前述加工對象物實施蝕刻處理，除去前述耐蝕刻膜的前述缺陷區域，並且沿著前述改質區域，使前述蝕刻選擇性地進展，以形成前述貫通孔。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中，前述加工對象物係呈具有成為(100)面的主面之板狀，前述貫通孔係對前述加工對象物的厚度方向傾斜，在前述蝕刻處理製程，作為前述蝕刻處理，實施異向性蝕刻。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工方法，其中， 在前述雷射光聚光製程後、前述蝕刻處理製程前，進一步含有：前述藉由對耐蝕刻膜實施蝕刻處理，用以除去前述耐蝕刻膜的前述缺陷區域之製程。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工方法，其中，該雷射加工方法為在前述加工對象物形成複數個前述貫通孔者，在前述蝕刻處理製程後，進一步含有：在前述加工對象物的前述貫通孔的內面產生絕緣膜之絕緣膜產生製程。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工方法，其中，在前述雷射光聚光製程，沿著與前述貫通孔對應的部分形成前述改質區域。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工方法，其中，在前述雷射光聚光製程，藉由照射前述雷射光，不會除去前述耐蝕刻膜。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工方法，其中，在前述雷射光聚光製程，不會伴隨形成前述貫通孔地形成前述改質區域。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工方法，其中，在前述雷射光聚光製程，於前述雷射光的聚光點，來將前述改質區域形成於前述加工對象物的內部。
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