WO2012014711A1 - レーザ加工方法 - Google Patents

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hole
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英樹 下井
佳祐 荒木
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing method, and more particularly to a laser processing method for forming a through hole in a processing object.
  • an etching resistant film having resistance to etching may be patterned on the outer surface of the object to be processed before the etching process. That is, the etching resistant film is generated so as to cover the entire outer surface of the workpiece. Thereafter, the etching resistant film is exposed to light and the like, and an opening for allowing the etching agent to enter the modified region may be formed in a region corresponding to the altered layer of the etching resistant film.
  • the opening side of the formed through hole is prevented from being excessively etched and expanded, and the through hole is formed with high accuracy.
  • the processing since a patterning process by performing exposure or the like is required separately, the processing may be complicated and complicated.
  • an object of the present invention is to provide a laser processing method capable of forming a through hole with high accuracy and facilitating processing.
  • One aspect of the present invention relates to a laser processing method.
  • a laser beam is condensed inside a processing object formed of silicon, a modified region is formed, and etching is performed along the modified region, thereby forming a through hole in the processing target.
  • an etching resistant film generating step for generating an etching resistant film having resistance to etching on the outer surface of the workpiece
  • the etching target is subjected to an etching process
  • the modified region is exposed on the outer surface of the workpiece. .
  • the etching resistant film when the etching resistant film is generated, the growth of the etching resistant film is inhibited on the modified region exposed on the outer surface of the workpiece. For this reason, on the modified region, for example, an etching resistant film is not substantially generated, or the density of the generated etching resistant film becomes rough as compared with the surroundings, and a defect occurs in the etching resistant film. Therefore, in the subsequent etching process, the etchant enters the modified region from the defect of the etching resistant film, and the etching is selectively advanced along the modified region. Therefore, in this laser processing method, when an etching resistant film is formed on the outer surface of the workpiece, there is no need for a patterning process by exposure or the like. As a result, the through hole can be formed with high accuracy and the processing is facilitated. It becomes possible.
  • the object to be processed has a plate shape having a main surface which is a (100) plane, and the through hole is inclined with respect to the thickness direction of the object to be processed.
  • anisotropic etching is performed as an etching process. Can be applied.
  • the through hole inclined in the thickness direction can be suitably formed in the workpiece.
  • the method may further include a step of removing the etching resistant film generated on the exposed modified region by performing an etching process on the etching resistant film after the etching resistant film generating process and before the etching treatment process. It can. In this case, defects in the etching resistant film are removed, and the etching agent can surely enter the modified region in the etching process.
  • the laser processing method for forming a plurality of through holes in the processing object may further include an insulating film generation step for generating an insulating film on the inner surface of the through hole of the processing object after the etching process.
  • an insulating film generation step for generating an insulating film on the inner surface of the through hole of the processing object after the etching process.
  • the through hole can be formed with high accuracy and the processing can be facilitated.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the workpiece in FIG. 2. It is a top view of the processing target after laser processing.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of the workpiece in FIG. 4.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VI-VI of the workpiece in FIG. 4. It is a chart which shows an example of an etching agent.
  • (A) is a flowchart explaining the laser processing method of this embodiment
  • (b) is a flowchart which shows the back
  • (A) is a flowchart which shows the back
  • (b) is a flowchart which shows the back
  • (A) is a flowchart which shows the back
  • (b) is a flowchart which shows the back
  • (A) is a flowchart which shows the back
  • the modified region is formed by condensing the laser beam inside the object to be processed. First, the formation of the modified region will be described below with reference to FIGS.
  • a laser processing apparatus 100 includes a laser light source 101 that oscillates a laser beam L, a dichroic mirror 103 that is arranged so as to change the direction of the optical axis (optical path) of the laser beam L, and A condensing lens 105 for condensing the laser light L. Further, the laser processing apparatus 100 includes a support base 107 for supporting the workpiece 1 irradiated with the laser light L condensed by the condensing lens 105, and a stage 111 for moving the support base 107. And a laser light source control unit 102 for controlling the laser light source 101 to adjust the output of the laser light L, the pulse width, and the like, and a stage control unit 115 for controlling the movement of the stage 111.
  • the laser beam L emitted from the laser light source 101 has its optical axis changed by 90 ° by the dichroic mirror 103, and is a plate-like processing object placed on the support base 107. 1 is condensed by the condensing lens 105. At the same time, the stage 111 is moved, and the workpiece 1 is moved relative to the laser beam L along the modified region formation scheduled portion 5. As a result, a modified region along the modified region formation scheduled portion 5 is formed on the workpiece 1.
  • a modified region formation scheduled portion 5 is set in the processing object 1.
  • the modified region formation scheduled portion 5 here is a virtual line extending linearly.
  • the laser beam L is applied to the modified region formation scheduled portion 5 in a state where the focusing point P is aligned with the inside of the workpiece 1. (Ie, in the direction of arrow A in FIG. 2).
  • a modified region 7 is formed inside the workpiece 1 along the modified region formation scheduled portion 5, and this modified region 7 is removed by etching described later. Region 8 is formed.
  • the condensing point P is a location where the laser light L is condensed.
  • the modified region formation scheduled portion 5 is not limited to a linear shape but may be a curved shape, a curved surface shape or a planar three-dimensional shape, or a coordinate-designated portion. Good.
  • the modified region 7 may be formed continuously or intermittently. Further, the modified region 7 may be in the form of a line or a dot. In short, the modified region 7 only needs to be formed at least inside the workpiece 1.
  • a crack may be formed starting from the modified region 7, and the crack and modified region 7 may be exposed on the outer surface (front surface, back surface, or outer peripheral surface) of the workpiece 1.
  • the laser beam L passes through the workpiece 1 and is particularly absorbed in the vicinity of the condensing point inside the workpiece 1, whereby a modified region 7 is formed in the workpiece 1.
  • a modified region 7 is formed in the workpiece 1.
  • surface absorption laser processing when a removed portion such as a hole or a groove is formed by being melted and removed from the front surface 3 (surface absorption laser processing), the processing region gradually proceeds from the front surface 3 side to the back surface side.
  • the modified region 7 refers to a region in which the density, refractive index, mechanical strength, and other physical characteristics are different from the surroundings.
  • the modified region 7 include a melt processing region, a crack region, a dielectric breakdown region, a refractive index change region, and the like, and there is a region where these are mixed.
  • the modified region 7 includes a region where the density of the material of the workpiece 1 is changed compared to the density of the non-modified region, and a region where lattice defects are formed (collectively, a high-density transition region). Also called).
  • the melt treatment region, the refractive index changing region, the region where the density of the modified region 7 is changed compared with the density of the non-modified region, and the region where lattice defects are formed are further included in these regions and the modified region.
  • cracks are included in the interface between the non-modified region 7 and the non-modified region.
  • the cracks included may be formed over the entire surface of the modified region 7, or may be formed in only a part or a plurality of parts.
  • Examples of the processing object 1 include those containing silicon or made of silicon.
  • a crack included in the modified region 7 or extending from the modified region 7 is performed by etching the workpiece 1. Etching is selectively advanced along (also referred to as cracks, microcracks, cracks, etc., hereinafter simply referred to as “cracks”), and the portion along the modified region 7 in the workpiece 1 is removed.
  • an etchant is infiltrated into a crack included in or extending from the modified region 7 of the workpiece 1 and along the crack surface.
  • Etching progress.
  • etching progresses and is removed at a selective and high etching rate along the crack.
  • etching is selectively advanced along the modified region 7 and removed.
  • the etching process of this embodiment includes, for example, a case where a workpiece is immersed in an etchant (dipping method: Dipping) and a case where an etchant is applied while rotating the workpiece (spin etching method: SpinEtching). is there. Further, the etching here includes isotropic etching and anisotropic etching.
  • FIG. 7 is a chart showing an example of the etching agent used.
  • the etching agent is used at a temperature from room temperature to around 100 ° C., and is set to an appropriate temperature according to the required etching rate.
  • the temperature is preferably about 60 ° C.
  • the etching agent can be not only liquid but also gel (jelly or semi-solid).
  • isotropic etching it can be applied to a relatively thin workpiece (for example, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m in thickness), and the etching can proceed in the same direction without depending on the crystal orientation and the modified region. Can do. Also, in this case, if a crack is exposed on the surface, the etching solution is transmitted through the crack and infiltrated inside, and the entire surface in the thickness direction in the modified region is the starting point of the modified region. It is possible to take out the chip etched so that the surface is recessed in a semicircular shape. On the other hand, anisotropic etching can be applied not only to a relatively thin workpiece but also to a thick one (for example, a thickness of 800 ⁇ m to 100 ⁇ m).
  • the etching can proceed along the modified region even when the surface on which the modified region is formed is different from the plane orientation. That is, in the anisotropic etching here, in addition to the etching of the plane orientation following the crystal orientation, the etching independent of the crystal orientation is also possible.
  • 8 to 12 are flowcharts showing the laser processing method of this embodiment.
  • the present embodiment is a processing method for manufacturing a component (such as an interposer) that electrically connects a semiconductor device and a printed wiring board or a flexible substrate, for example.
  • a component such as an interposer
  • a plurality of through-holes 24 are formed, and a conductor is embedded in the through-holes 24 to form a plurality of through-electrodes 30 (see FIG. 12).
  • the workpiece 1 is a plate-shaped silicon substrate transparent with respect to the wavelength (for example, 1064 nm) of the laser beam L to irradiate, and the surface 3 and back surface used as a (100) surface 21 (main surface).
  • the modified region formation scheduled portion 5 is set by three-dimensional coordinate designation along a portion corresponding to the through hole 24.
  • the modified region formation scheduled portion 5 is set so as to extend along a direction inclined with respect to the thickness direction of the workpiece 1.
  • the modified region formation scheduled portion 5 here is set so as to extend along the (111) plane of the workpiece 1.
  • the thickness direction of the workpiece 1 is the Z direction
  • the modified region formation scheduled portion 5 is inclined with respect to the thickness direction. Is assumed to be the X direction, and the direction orthogonal to the X and Z directions is assumed to be the Y direction.
  • the workpiece 3 When processing the workpiece 1 in this embodiment, first, as shown in FIG. 8 (a), the workpiece 3 is placed and held on the mounting table with the surface 3 side of the workpiece 1 facing upward. Then, a laser light L condensing point (hereinafter simply referred to as “condensing point”) is aligned with the Z-direction position in the vicinity of the back surface 21 side of the workpiece 1, and this condensing point is relatively moved in the X direction. Laser light L is irradiated ON / OFF from the surface 3 so as to form the modified region 7 in the modified region formation scheduled portion 5 (scanning).
  • condensing point a laser light L condensing point
  • the modified region 7 exposed to the back surface 21 is formed in a portion corresponding to the through hole 24 in the vicinity of the back surface 21 side of the workpiece 1.
  • the modified region 7 is formed on the back surface 21 side so that the back surface 21 of the workpiece 1 is damaged.
  • the pulsed laser beam is spot-irradiated as the laser beam L
  • the modified region 7 to be formed is composed of a modified spot.
  • a crack generated from the modified region 7 is included (the same applies to the following modified regions).
  • the Z-direction position of the condensing point is changed to the surface 3 side, and then the above-described X-direction scan is performed.
  • a modified region 7 connected to the existing modified region 7 is newly formed in a portion corresponding to the through hole 24 at a position in the Z direction on the surface 3 side of the existing modified region 7.
  • the scan in the X direction described above is repeatedly performed by changing the Z direction position of the condensing point in the order from the back surface 21 side to the front surface 3 side in the workpiece 1.
  • the modified region 7 connected to each other along the portion corresponding to the through hole 24 is formed in the workpiece 1. That is, the modified region 7 that is inclined in the Z direction along the (111) plane of the workpiece 1 is formed inside the workpiece 1.
  • a condensing point is matched with the Z direction position of the surface 3 side vicinity of the workpiece 1, and the X direction scan mentioned above is implemented.
  • the modified region 7 connected to the existing modified region 7 and exposed to the surface 3 is formed in a portion corresponding to the through hole 24 in the vicinity of the surface 3 side of the workpiece 1.
  • the modified region 7 that is continuous with the existing modified region 7 is formed on the surface 3 side so that the surface 3 of the workpiece 1 is damaged.
  • the workpiece 1 is put in a furnace having an internal temperature of, for example, 1000 ° C., and the whole surface is oxidized by a wet oxidation method.
  • an oxide film 22 as an etching resistant film having resistance to etching is generated on the outer surface (at least the front surface 3 and the back surface 21) of the workpiece.
  • the oxide film 22 here is a thermal oxide film having a high resistance to an alkaline etching solution as an etching agent.
  • the surface of the modified region 7 exposed on the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1 is not smooth but rough due to its characteristics, and cracks included in the modified region 7 are present. Many (cracks) are exposed and are in a standing state. Therefore, when the oxide film 22 is generated (see FIG. 9B), the growth of the oxide film 22 is inhibited on the modified region 7, and an error occurs in the formation of the oxide film 22. Therefore, on the modified region 7, the oxide film 22 is not substantially generated, or the density of the generated oxide film 22 becomes coarse as compared with the surroundings, and a defect 22 b is generated in the oxide film 22. .
  • the workpiece 1 is etched for 60 minutes using, for example, 85 ° C. KOH as an etching agent.
  • an etchant is infiltrated from the defect 22 b of the oxide film 22 into the modified region 7, and etching is selectively advanced along the modified region 7 and the crack included in the modified region 7.
  • the inside of the workpiece 1 is selectively removed along the modified region 7, and the through hole 24 inclined with respect to the Z direction is formed in the workpiece 1 along the (111) plane.
  • the defects 22b of the oxide film 22 are peeled off and removed during the progress of etching.
  • the etching process of this embodiment anisotropic etching is performed, and the (111) plane of the workpiece 1 is difficult to be etched (the etching rate is slow). Therefore, when the modified region 7 extends along the (111) plane as in this embodiment, the etching is suitably advanced along the modified region 7. At the same time, the inner surface of the through-hole 24 becomes a smooth surface with little unevenness, and the cross-sectional shape of the through-hole 24 becomes a rectangular (diamond) shape.
  • the workpiece 1 is reoxidized by a wet oxidation method.
  • an oxide film 26 as an insulating film having electrical insulation is generated on the inner surface of the through hole 24.
  • a conductor 28 is embedded in the through hole 24, and as shown in FIG. 12B, an electrode pad is formed on the outer surface 22a of the oxide film 22 on the surface 3 side. 29 is formed so as to be electrically connected to the conductor 28, and the electrode pad 29 is formed so as to be electrically connected to the conductor 28 on the outer surface 22 a of the oxide film 22 on the back surface 21 side to constitute the through electrode 30.
  • laser processing is performed to form the modified region 7 exposed on the back surface 21, the modified region 7 in the workpiece 1, and the modified region 7 exposed on the front surface 3.
  • an oxide film 22 is formed on the front surface 3 and the back surface 21 by oxidizing the entire surface.
  • the growth of the oxide film 22 is inhibited on the exposed modified region 7, and a defect 22b is generated. Therefore, in the subsequent etching process, the etchant surely enters from the defect 22 b of the oxide film 22 and the etching is selectively advanced along the modified region 7.
  • the oxide film 22 when forming the oxide film 22 on the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1, a conventional process of performing exposure and patterning is unnecessary, and as a result, the through hole 24 is formed with high accuracy. Can be processed easily. Furthermore, according to the oxide film 22, it is possible to prevent the opening side of the through hole 24 from expanding or the modified region 7 from being etched too much and the cross-sectional area of the through hole 24 from expanding. The shape / dimension can be suitably controlled. At the same time, the oxide film 22 can suppress a reduction in the thickness of the workpiece 1 due to the etching process, and can maintain the surface accuracy of the front surface 3 and the back surface 21.
  • the patterned oxide film 22 can be generated only by the process of oxidizing the entire surface of the workpiece 1, the alignment accuracy between the oxide film 22 and the workpiece 1 is high.
  • the workpiece 1 has a plate shape having the front surface 3 and the back surface 21 that are the (100) plane, and the through holes 24 are inclined by anisotropic etching. Etching is easy in the direction (that is, the direction following the (111) plane). Therefore, in the present embodiment, the inclined through hole 24 can be suitably formed in the workpiece 1.
  • the oxide film 26 as an insulating film is formed on the inner surface of the through hole 24. Therefore, it is possible to sufficiently ensure insulation between the adjacent through electrodes 30.
  • the oxide film 22 is generated after the modified region 7 is formed, it is possible to prevent the laser light L from passing through the oxide film 22 and reducing its energy.
  • the energy of the laser light L is lowered by the device, and this effect becomes remarkable.
  • the present embodiment in which the through electrode 30 inclined in the Z direction can be formed has the following effects. That is, in the case of a fine wiring pitch, the electrode pad 29 on the front surface 3 side and the electrode pad 29 on the back surface 21 side are directly wired to ensure a sufficient wiring width and prevent an increase in electrical resistance.
  • the X-direction scan is repeatedly performed by changing the condensing point position in the Y direction (laser processing on the XY plane), and this is repeated by changing the condensing point position in the Z direction.
  • the modified region 7 corresponding to the plurality of through holes 24 can be formed.
  • the X-direction scan may be repeated by changing the condensing point position in the Z direction (laser processing on the XZ plane), and this may be repeated by changing the condensing point position in the Y direction.
  • the modified region 7 corresponding to one through hole 24 is formed by irradiating the laser beam L while appropriately moving the condensing point in the X, Y, and Z directions, and this is repeated for the number of the through holes 24. May be.
  • the laser light incident surface when forming the modified region is not limited to the front surface 3 of the workpiece 1 but may be the back surface 21 of the workpiece 1.
  • the oxide film 22 was produced
  • the oxide film 22 may be separately etched to remove the defect 22b.
  • the etching agent can surely enter the modified region 7 in the etching process for the workpiece 1 in the subsequent stage, and the through hole 24 can be formed with high accuracy.
  • the ON / OFF irradiation of the laser beam L in the above embodiment controls the ON / OFF of the emission of the laser beam L, opens and closes a shutter provided on the optical path of the laser beam L,
  • the surface 3 of the object 1 may be masked or the like.
  • the intensity of the laser light L may be controlled between an intensity that is equal to or greater than a threshold (processing threshold) at which the modified region 7 is formed and an intensity that is less than the processing threshold.
  • the through hole can be formed with high accuracy and the processing can be facilitated.
  • SYMBOLS 1 Processing target object, 3 ... Surface (outer surface, main surface), 7 ... Modified area

Abstract

　シリコンにより形成された加工対象物（１）の内部にレーザ光（Ｌ）を集光させて改質領域（７）を形成し、該改質領域（７）に沿ってエッチングすることにより、加工対象物（１）に貫通孔（１）を形成するレーザ加工方法であって、加工対象物（１）にレーザ光（Ｌ）を集光させることにより、加工対象物（１）における貫通孔（２４）に対応する部分に沿って改質領域（７）を形成するレーザ光集光工程と、レーザ光集光工程の後、エッチングに耐性を有する耐エッチング膜（２２）を加工対象物（１）の外表面に生成する耐エッチング膜生成工程と、耐エッチング膜生成工程の後、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）に沿ってエッチングを選択的に進展させて貫通孔（１）を形成するエッチング処理工程と、を含み、レーザ光集光工程では、加工対象物（１）の外表面に改質領域（７）を露出させるレーザ加工方法。

Description

レーザ加工方法
　本発明は、レーザ加工方法に関し、特に、加工対象物に貫通孔を形成する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、板状の加工対象物にレーザ光を集光させて加工対象物の内部に改質領域を形成した後、この加工対象物にエッチング処理を施して改質領域を除去することにより、厚さ方向に沿った貫通孔を加工対象物に形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－３５１４９４号公報
　ここで、上記のレーザ加工方法では、エッチング処理の前に、エッチングに耐性を有する耐エッチング膜を加工対象物の外表面にパターニングする場合がある。すなわち、加工対象物の外表面全域を覆うよう耐エッチング膜を生成する。その後、耐エッチング膜に露光等を施し、エッチング剤を改質領域へ侵入させる開口を耐エッチング膜の変質層に対応する領域に形成する場合がある。これにより、例えば形成された貫通孔の開口側がエッチングされ過ぎて拡がるということ等を抑制し、貫通孔を精度よく形成することが図られている。しかしこの場合、前述のように、露光等を施してパターニングする工程が別途に必要であることから、加工が複雑化及び煩雑化するおそれがある。
　そこで、本発明は、貫通孔を精度よく形成でき且つ加工容易化が可能な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、シリコンにより形成された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し、該改質領域に沿ってエッチングすることにより、加工対象物に貫通孔を形成するレーザ加工方法であって、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貫通孔に対応する部分に沿って改質領域を形成するレーザ光集光工程と、レーザ光集光工程の後、エッチングに耐性を有する耐エッチング膜を加工対象物の外表面に生成する耐エッチング膜生成工程と、耐エッチング膜生成工程の後、加工対象物に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て貫通孔を形成するエッチング処理工程と、を含み、レーザ光集光工程では、加工対象物の外表面に改質領域を露出させる。
　このレーザ加工方法では、耐エッチング膜を生成する際、加工対象物の外表面において露出した改質領域上では耐エッチング膜の成長が阻害される。そのため、かかる改質領域上においては、例えば耐エッチング膜が実質的に生成されない、又は生成された耐エッチング膜の緻密度が周囲と比べて粗となり、耐エッチング膜に欠陥が生じる。よって、その後のエッチング処理工程では、耐エッチング膜の欠陥から改質領域へとエッチング剤が侵入され、改質領域に沿ってエッチングが選択的に進展されることとなる。従って、このレーザ加工方法では、加工対象物の外表面に耐エッチング膜を生成する場合、露光等を施してパターニングする工程が不要となり、その結果、貫通孔を精度よく形成でき且つ加工容易化が可能となる。
　また、加工対象物は、（１００）面となる主面を有する板状を呈し、貫通孔は、加工対象物の厚さ方向に対し傾斜し、エッチング処理工程では、エッチング処理として異方性エッチングを施すことができる。この場合、厚さ方向に傾斜する貫通孔を加工対象物に好適に形成することができる。
　また、耐エッチング膜生成工程の後でエッチング処理工程の前に、耐エッチング膜にエッチング処理を施すことにより、露出した改質領域上に生成された耐エッチング膜を除去する工程をさらに含むことができる。この場合、耐エッチング膜の欠陥が除去されることになり、エッチング処理工程においてエッチング剤を改質領域へ確実に侵入させることができる。
　また、加工対象物に複数の貫通孔を形成するレーザ加工方法であって、エッチング処理工程の後、加工対象物の貫通孔の内面に絶縁膜を生成する絶縁膜生成工程をさらに含むことができる。これにより、例えば複数の貫通孔それぞれに導体を埋め込んで複数の貫通電極を形成する場合、隣接する貫通電極間での絶縁性を確保することが可能となる。
　本発明のレーザ加工方法によれば、貫通孔を精度よく形成でき且つ加工容易化が可能となる。
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。 エッチング剤の一例を示す図表である。 （ａ）は本実施形態のレーザ加工方法を説明するフロー図であり、（ｂ）は図８（ａ）の後段を示すフロー図である。 （ａ）は図８（ｂ）の後段を示すフロー図であり、（ｂ）は図９（ａ）の後段を示すフロー図である。 図９（ｂ）の加工対象物の一部を拡大して示す図である。 （ａ）は図９（ｂ）の後段を示すフロー図であり、（ｂ）は図１１（ａ）の後段を示すフロー図である。 （ａ）は図１１（ｂ）の後段を示すフロー図であり、（ｂ）は図１２（ａ）の後段を示すフロー図である。
　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部５に沿って相対移動させられる。これにより、改質領域形成予定部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、改質領域形成予定部５が設定されている。ここでの改質領域形成予定部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部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部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、改質領域形成予定部５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、曲面状や平面状の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、若しくは外周面）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、更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に含まれる又は改質領域７から延びる亀裂（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）に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物１において改質領域７に沿った部分を除去する。
　例えば、本実施形態のエッチング処理では、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から延びる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高いエッチングレート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高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。
　本実施形態の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。また、ここでのエッチングには、等方性エッチング及び異方性エッチングを含んでいる。
　図７は、用いられるエッチング剤の一例を示す図表である。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、Ｓｉ（異方性）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、エッチング剤は、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。
　なお、等方性エッチングの場合には、比較的薄い加工対象物（例えば、厚さ１０μｍ～１００μｍ）に適用でき、結晶方位や改質領域に依存せずに、等方向にエッチングを進行させることができる。また、この場合、表面に亀裂が露出していると、エッチング液が当該亀裂を伝わって内部に浸潤され、改質領域において厚さ方向の全面が改質領域の起点とされることから、切断面が半円形に窪むようにエッチングされたチップを取り出すことが可能となる。他方、異方性エッチングの場合には、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、改質領域を形成する面が面方位と異なるときにも、この改質領域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。
　次に、本発明の一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８～１２は本実施形態のレーザ加工方法を示す各フロー図である。
　図８～１２に示すように、本実施形態は、例えば半導体デバイスとプリント配線基板やフレキシブル基板とを互いに電気的に接続する部品（インターポーザ等）を製造する加工方法であり、加工対象物１に複数の貫通孔２４（図１１参照）を形成し、貫通孔２４に導体を埋め込むことによって複数の貫通電極３０（図１２参照）を形成する。
　図８（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）に対して透明な板状のシリコン基板であり、（１００）面となる表面３及び裏面２１（主面）を有している。この加工対象物１には、貫通孔２４に対応する部分に沿って、改質領域形成予定部５が３次元的な座標指定により設定されている。改質領域形成予定部５は、加工対象物１の厚さ方向に対し傾斜する方向に沿って延びるように設定されている。ここでの改質領域形成予定部５は、加工対象物１の（１１１）面に倣って延びるように設定されている。
　ちなみに、以下の説明においては、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）が傾斜する方向をＸ方向とし、Ｘ，Ｚ方向に直交する方向をＹ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８（ａ）に示すように、加工対象物１の表面３側を上方にして載置台に載置して保持する。そして、加工対象物１の裏面２１側近傍のＺ方向位置にレーザ光Ｌの集光点（以下、単に「集光点」という）を合わせ、この集光点をＸ方向に相対移動させながら、改質領域形成予定部５に改質領域７が形成されるようレーザ光Ｌを表面３からＯＮ・ＯＦＦ照射する（スキャン）。
　これにより、加工対象物１の裏面２１側近傍における貫通孔２４に対応する部分に、裏面２１に露出する改質領域７が形成される。換言すると、加工対象物１の裏面２１にダメージが生じるように、改質領域７が裏面２１側に形成される。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には、該改質領域７から発生した亀裂が内包されて形成されている（以下の改質領域について同じ）。
　続いて、図８（ｂ）に示すように、集光点のＺ方向位置を表面３側に変更した後、上述したＸ方向のスキャンを実施する。これにより、既成の改質領域７よりも表面３側のＺ方向位置において貫通孔２４に対応する部分に、該既成の改質領域７に繋がる改質領域７が新たに形成される。
　続いて、上述した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が、加工対象物１内に形成される。つまり、加工対象物１の（１１１）面に沿うようＺ方向に傾斜する改質領域７が、加工対象物１の内部に形成される。
　そして、図９（ａ）に示すように、加工対象物１の表面３側近傍のＺ方向位置に集光点を合わせ、上述したＸ方向のスキャンを実施する。これにより、加工対象物１の表面３側近傍の貫通孔２４に対応する部分に、既成の改質領域７に繋がり且つ、表面３に露出する改質領域７が形成される。換言すると、加工対象物１の表面３にダメージが生じるように、既成の改質領域７に連続する改質領域７が表面３側に形成される。
　次に、図９（ｂ）に示すように、内部温度が例えば１０００℃の炉に加工対象物１を入れてウェット酸化法により全面酸化する。これにより、エッチングに耐性を有する耐エッチング膜としての酸化膜２２が加工対象物の外表面（少なくとも表面３及び裏面２１）に生成される。ここでの酸化膜２２は、エッチング剤であるアルカリエッチング液に対し耐性が高い熱酸化膜とされている。
　ここで、図１０に示すように、加工対象物１の表面３及び裏面２１にて露出した改質領域７の面は、その特性から平滑でなく荒れており、改質領域７に含まれる亀裂（クラック）が多く露出し、けば立った状態となっている。よって、酸化膜２２を生成する際（図９（ｂ）参照）、改質領域７上では、酸化膜２２の成長が阻害され、酸化膜２２の形成にエラーが生じる。そのため、かかる改質領域７上においては、酸化膜２２が実質的に生成されない、或いは生成された酸化膜２２の緻密度が周囲と比べて粗となり、酸化膜２２に欠陥２２ｂが生じることとなる。
　続いて、図１１（ａ）に示すように、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６０分間エッチング処理を施す。具体的には、酸化膜２２の欠陥２２ｂから改質領域７へとエッチング剤を浸潤させ、改質領域７及び該改質領域７に内包された亀裂に沿ってエッチングを選択的に進展させる。これにより、加工対象物１の内部が改質領域７に沿って選択的に除去され、（１１１）面に沿うようＺ方向に対し傾斜する貫通孔２４が加工対象物１に形成されることとなる。このとき、酸化膜２２の欠陥２２ｂについては、エッチングの進展の際に剥離され除去される。
　なお、本実施形態のエッチング処理では、異方性エッチングを行っており、加工対象物１の（１１１）面はエッチングがされ難く（エッチングレートが遅く）なっている。よって、本実施形態のように改質領域７が（１１１）面に倣って延びていると、エッチングが好適に改質領域７に沿って進展される。これと共に、貫通孔２４の内面が凹凸の少ない平滑面となり、また、貫通孔２４の断面形状が矩形（ひし形）形状となる。
　続いて、図１１（ｂ）に示すように、ウェット酸化法により加工対象物１を再酸化する。これにより、電気的絶縁性を有する絶縁膜としての酸化膜２６が、貫通孔２４の内面に生成される。その後、図１２（ａ）に示すように、貫通孔２４内に導体２８を埋入し、そして、図１２（ｂ）に示すように、表面３側の酸化膜２２の外表面２２ａに電極パッド２９を導体２８と電気的に接続するよう形成すると共に、裏面２１側の酸化膜２２の外表面２２ａに電極パッド２９を導体２８と電気的に接続するよう形成し、貫通電極３０を構成する。
　以上、本実施形態では、裏面２１に露出させた改質領域７、加工対象物１内の改質領域７、及び、表面３に露出させた改質領域７を形成するレーザ加工を行う。このとき、全面酸化させることにより、表面３及び裏面２１に酸化膜２２を形成する。その際、露出した改質領域７上では、酸化膜２２の成長が阻害され、欠陥２２ｂが生じる。よって、その後のエッチング処理においては、酸化膜２２の欠陥２２ｂを基点にエッチング剤が確実に侵入されると共に、改質領域７に沿ってエッチングが選択的に進展されることとなる。
　従って、本実施形態では、加工対象物１の表面３及び裏面２１に酸化膜２２を生成する上で、露光等を施してパターニングする従来工程が不要となり、その結果、貫通孔２４を精度よく形成でき且つ加工容易化が可能となる。さらに、酸化膜２２によれば、貫通孔２４の開口側が拡がったり、改質領域７がエッチングされ過ぎて貫通孔２４の断面積が拡がったり等するのを抑制することができ、貫通孔２４の形状・寸法を好適に制御することが可能となる。これと共に、酸化膜２２によれば、エッチング処理による加工対象物１の厚さ低減を抑制でき、また、表面３及び裏面２１の面精度の維持が可能となる。
　なお、本実施形態では、加工対象物１を全面酸化させる工程のみによってパターニングされた酸化膜２２を生成できるため、酸化膜２２と加工対象物１とのアライメント精度が高いものとなる。
　また、本実施形態では、上述したように、加工対象物１が（１００）面となる表面３及び裏面２１を有する板状を呈しており、異方性エッチングされることによって貫通孔２４の傾斜方向（つまり、（１１１）面に倣う方向）にエッチングされ易くなっている。従って、本実施形態では、傾斜する貫通孔２４を加工対象物１に好適に形成することができる。
　また、本実施形態では、上述したように、貫通孔２４の内面に絶縁膜としての酸化膜２６を生成している。そのため、隣接する貫通電極３０間での絶縁性を充分に確保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、改質領域７の形成後に酸化膜２２を生成するため、レーザ光Ｌが酸化膜２２を透過するためにそのエネルギが低下するということを抑制できる。加工対象物１の表面３にデバイスが既に形成されている場合、該デバイスによってもレーザ光Ｌのエネルギが低下することから、かかる効果は顕著となる。
　ところで、近年、高集積化が進む中、微細な配線ピッチを有するインターポーザの開発が強く要求されている。この点、Ｚ方向に傾斜する貫通電極３０を形成できる本実施形態にあっては、次の作用効果を有する。すなわち、微細な配線ピッチとする場合、表面３側の電極パッド２９と裏面２１側の電極パッド２９をダイレクトに配線し、配線幅を充分に確保し、電気抵抗増加を防止することができる。
　なお、本実施形態では、Ｙ方向における集光点位置を変えてＸ方向のスキャンを繰り返し行い（ＸＹ面上のレーザ加工）、これを、Ｚ方向における集光点位置を変えて繰り返し行うことで、複数の貫通孔２４に対応する改質領域７を形成することができる。或いは、Ｚ方向における集光点位置を変えてＸ方向のスキャンを繰り返し行い（ＸＺ面上のレーザ加工）、これを、Ｙ方向における集光点位置を変えて繰り返し行ってもよい。また或いは、集光点をＸ，Ｙ，Ｚ方向に適宜移動させながらレーザ光Ｌを照射して１つの貫通孔２４に対応する改質領域７を形成し、これを貫通孔２４の数だけ繰り返してもよい。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係るレーザ加工方法は、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、耐エッチング膜として酸化膜２２を生成したが、窒化膜を生成してもよく、耐エッチング膜は、エッチング処理で用いられるエッチング剤に対し耐性を有するものであればよい。
　また、酸化膜２２を生成した後でエッチング処理を行う前に、酸化膜２２にエッチング処理を別途施して欠陥２２ｂを除去してもよい。この場合、後段の加工対象物１に対するエッチング処理において、エッチング剤を改質領域７へ確実に侵入させることができ、貫通孔２４を精度よく形成することができる。
　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７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。
　本発明のレーザ加工方法によれば、貫通孔を精度よく形成でき且つ加工容易化が可能となる。
　１…加工対象物、３…表面（外表面，主面）、７…改質領域、２１…裏面（外表面，主面）、２２…酸化膜（耐エッチング膜）、２４…貫通孔、２６…酸化膜（絶縁膜）、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。

Claims (4)

  1. 　シリコンにより形成された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し、該改質領域に沿ってエッチングすることにより、前記加工対象物に貫通孔を形成するレーザ加工方法であって、
    　前記加工対象物に前記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貫通孔に対応する部分に沿って前記改質領域を形成するレーザ光集光工程と、
    　前記レーザ光集光工程の後、前記エッチングに耐性を有する耐エッチング膜を前記加工対象物の外表面に生成する耐エッチング膜生成工程と、
    　前記耐エッチング膜生成工程の後、前記加工対象物に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前記エッチングを選択的に進展させて前記貫通孔を形成するエッチング処理工程と、を含み、
    　前記レーザ光集光工程では、前記加工対象物の前記外表面に前記改質領域を露出させるレーザ加工方法。
  2. 　前記加工対象物は、（１００）面となる主面を有する板状を呈し、
    　前記貫通孔は、前記加工対象物の厚さ方向に対し傾斜し、
    　前記エッチング処理工程では、前記エッチング処理として異方性エッチングを施す請求項１記載のレーザ加工方法。
  3. 　前記耐エッチング膜生成工程の後で前記エッチング処理工程の前に、前記耐エッチング膜にエッチング処理を施すことにより、露出した前記改質領域上に生成された前記耐エッチング膜を除去する工程をさらに含んでいる請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
  4. 　前記加工対象物に複数の前記貫通孔を形成するレーザ加工方法であって、
    　前記エッチング処理工程の後、前記加工対象物の前記貫通孔の内面に絶縁膜を生成する絶縁膜生成工程をさらに含んでいる請求項１～３の何れか一項記載のレーザ加工方法。
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