WO2012014721A1 - レーザ加工方法 - Google Patents

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WO2012014721A1
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workpiece
etching
hole
laser
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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.
  • the opening side of the through hole in the workpiece is removed as the etching progresses, and the hole diameter on the opening side of the through hole may increase. There is. Therefore, in the above laser processing method, it is desired to suppress the expansion of the hole diameter and form the through hole with high accuracy. Also, recent laser processing methods are required to be easily processed while being applied to various fields.
  • 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.
  • a laser processing method condenses a laser beam on a plate-like processing object formed of silicon, so that a modified region is formed inside the processing object.
  • the workpiece is thinned to the target thickness by performing an anisotropic etching process along the modified region.
  • An etching process that selectively advances etching and forms a through-hole that is inclined with respect to the thickness direction of the workpiece in the workpiece.
  • the through-hole in the workpiece is A first modified region as a modified region is formed in the corresponding portion, and the portion to be removed by thinning by the anisotropic etching process in the workpiece is extended in parallel with the thickness direction and the first modified region is formed. Modifications that lead to quality areas A second modified region is formed as a region, and in the etching process, etching is selectively progressed along the second modified region while the workpiece is thinned, and then along the first modified region. Etching is selectively advanced to complete the formation of the through hole when the object to be processed has a target thickness.
  • the etching of the first modified region does not start when the processing target has the target thickness, but when the processing target is thinned to the target thickness by the anisotropic etching process.
  • the second modified region formed in the portion removed by the thinning leads to the start of etching of the first modified region, and when the workpiece is thinned to the target thickness, The formation of the through hole is completed. Therefore, it can suppress that the opening side of the through-hole in a process target object is removed and the hole diameter of the opening side of a through-hole expands, and it becomes possible to form a through-hole accurately.
  • the second modified region extends in parallel with the thickness direction, it is easy to specify and manage the condensing point of the laser beam when forming the second modified region, and to facilitate laser processing. Can be realized.
  • the workpiece may have a main surface that is a (100) plane.
  • the through hole inclined in the thickness direction can be suitably formed in the workpiece.
  • the step of irradiating the laser beam while relatively moving the condensing point of the laser beam along one direction orthogonal to the irradiation direction of the laser beam is performed by changing the depth of the condensing point in the irradiation direction.
  • the tact time of the laser beam condensing process can be shortened.
  • the laser processing method of the present invention it is possible to form the through holes with high accuracy and facilitate processing.
  • FIG. 10A It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus used for formation of a modification area
  • 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.
  • FIG. 10A is a flowchart showing this embodiment, and FIG.
  • FIG. 10B is a flowchart showing a continuation of FIG.
  • FIG. 11A is a flowchart showing a continuation of FIG. 9B
  • FIG. 10B is a flowchart showing a continuation of FIG.
  • FIG. 12A is a flowchart showing the continuation of FIG. 10B
  • FIG. 11B is a flowchart showing the continuation of FIG. (a) is a flowchart showing the continuation of FIG. 11 (b)
  • (b) is a flowchart showing the continuation of FIG. 12 (a)
  • (c) is a flowchart showing the continuation of FIG. 12 (b).
  • FIG. 13 is a cross-sectional view corresponding to a cross section taken along line XIII-XIII in FIG. 12C showing a through hole formed according to the present embodiment.
  • (A) is an expanded sectional view which shows a part of processed object after forming a modified area
  • (b) is an expanded sectional view which shows a part of processed object after forming a through-hole.
  • (A) is sectional drawing corresponding to FIG. 13 which shows the other example of a through-hole
  • (b) is sectional drawing corresponding to FIG. 13 which shows another example of a through-hole.
  • 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).
  • the modified region 7 is formed inside the workpiece 1 along the modified region formation scheduled portion 5, and this modified region 7 is etched (described later).
  • the removal region 8 is formed by the step.
  • 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.
  • the modified workpiece 7 is etched along the modified region 7 (that is, the modified region 7,
  • the etching is selectively advanced (along the crack included in the modified region 7 or the crack extending from the modified region 7), and the portion along the modified region 7 in the workpiece 1 is removed.
  • This crack is also referred to as a crack, a microcrack, a crack or the like (hereinafter simply referred to as “crack”).
  • etching process of the present embodiment for example, by using capillary phenomenon or the like, 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. Thereby, in the processing target object 1, etching progresses and is removed at a selective and high etching rate along the crack. At the same time, utilizing the feature that the modified region 7 itself has a high etching rate, etching is selectively advanced along the modified region 7 and removed.
  • Etching treatment includes, for example, a case where the workpiece 1 is immersed in an etchant (dipping method: Dipping) and a case where the etchant is applied while rotating the workpiece 1 (spin etching method: SpinEtching).
  • etching agent for example, KOH (potassium hydroxide), TMAH (tetramethylammonium hydroxide aqueous solution), EDP (ethylenediamine pyrocatechol), NaOH (sodium hydroxide), CsOH (cesium hydroxide), NH 4 OH (water) Ammonium oxide), hydrazine and the like.
  • this etching agent not only a liquid form but a gel form (jelly form, semi-solid form) can be used.
  • the etching agent here 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. For example, when Si is etched with KOH, the temperature is preferably about 60 ° C.
  • an anisotropic etching process is performed in which the etching rate in a specific direction is fast (or slow).
  • This anisotropic etching process can be applied not only to a relatively thin workpiece but also to a thick object (for example, a thickness of 800 ⁇ m to 100 ⁇ m).
  • the etching can proceed along the modified region 7 even when the surface on which the modified region 7 is formed differs from the plane orientation. That is, in the anisotropic etching treatment here, in addition to the etching of the plane orientation following the crystal orientation, the etching independent of the crystal orientation is also possible.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view showing the interposer manufactured in the present embodiment
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of the interposer shown in FIG.
  • the laser processing method of this embodiment manufactures an interposer as a relay substrate that electrically connects electronic components to each other.
  • the interposer 10 is a silicon interposer including a substrate 10x and a plurality of through electrodes 10y provided on the substrate 10x. As shown in FIG. 7, the interposer 10 constitutes connection wiring between a semiconductor device 11 such as an IC chip and a flexible cable (flexible printed circuit board) 12, and converts these wiring pitches.
  • a semiconductor device 11 such as an IC chip
  • a flexible cable flexible printed circuit board
  • the substrate 10x has a flat plate shape with a target thickness M of, for example, 200 ⁇ m, and is made of silicon.
  • the through-electrode 10y conducts the front surface side and the back surface side of the substrate 10x, and includes the conductor 13 and the pad 14.
  • a plurality of through electrodes 10 y are arranged in a staggered manner as viewed from the surface of the workpiece 1. That is, the plurality of through electrodes 10y are arranged such that a pair of through electrodes 10y adjacent in the Y direction are shifted from each other by, for example, a half pitch in the X direction.
  • FIGS. 9 to 12 are flowcharts showing the laser processing method according to this embodiment.
  • the laser beam L is focused on the workpiece 1, and the modified region 7 is formed inside the workpiece 1.
  • the target thickness M is reduced.
  • etching is selectively advanced along the modified region 7 to form a plurality of through holes 24.
  • the workpiece 1 is a plate-like silicon substrate that is transparent to the wavelength of the laser light L to be irradiated (for example, 1064 nm).
  • the processing object 1 has a plate thickness that is larger than the target thickness M, for example, 300 ⁇ m.
  • the workpiece 1 has the surface 3 used as a (100) surface, and the back surface 21 (main surface).
  • the modified region formation scheduled portion 5 is set in a programmable manner by three-dimensional coordinate designation.
  • the modified region formation scheduled portion 5 includes a first modified region formation scheduled portion 5x and a second modified region formation scheduled portion 5y.
  • the first modified region formation scheduled portion 5x is set along a portion corresponding to the through hole 24 (see FIG. 12C) inside the workpiece 1.
  • the first modified region formation planned portion 5x includes the first modified region formation planned portion 5x1 extending in the thickness direction of the workpiece 1 and the first modified region inclined with respect to the thickness direction.
  • forming scheduled portion 5x 2 includes a first modified region forming scheduled portion 5x 3 inclined in the same direction at a large inclination angle with respect to the first modified region forming scheduled portion 5x 2, a.
  • the first modified region formation scheduled portions 5x 2 and 5x 3 extend along the (111) plane of the workpiece 1.
  • the second modified region formation scheduled portion 5y is set in the removed portion 1p on the front surface 3 side and the back surface 21 side inside the workpiece 1.
  • a plurality of the second modified region formation scheduled portions 5y are set so as to be connected to both ends of each of the first modified region formation scheduled portions 5x, and extend in parallel with the thickness direction 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 perpendicular to the X direction and the Z direction is assumed to be the Y direction.
  • the workpiece 3 is first placed on the mounting table and held with the surface 3 side of the workpiece 1 facing upward. Then, as shown in FIG. 9B, the condensing point of the laser light L (hereinafter simply referred to as “condensing point”) is aligned with the removed portion 1 p on the back surface 21 side inside the workpiece 1. Then, while relatively moving the condensing point in the X direction, the laser beam L is irradiated on and off from the surface 3 side so as to form the modified region 7 in the modified region formation scheduled portion 5 (hereinafter simply referred to as “ Scan "). Thereby, the modified region 7 is formed at each position on the second modified region formation scheduled portion 5y in the removed portion 1p on the back surface 21 side.
  • 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 modified region 7 below).
  • the Z-direction position of the condensing point is moved by a predetermined amount to the front surface 3 side, and then the scan is performed again, so that the second portion is removed in the removal portion 1p on the back surface 21 side.
  • a modified region 7 that is connected to the surface 3 side with respect to the existing modified region 7 is newly formed at each position on the modified region formation planned portion 5y.
  • a modified region 71 extending in parallel with the Z direction (in other words, extending substantially linearly along the Z direction so as not to intersect the Z direction) is formed in the removal portion 1p on the back surface 21 side. .
  • the scan is repeated by changing the Z-direction position of the condensing point in order from the back surface 21 side to the front surface 3 side.
  • a modified region 72 connected to the existing modified region 71 is formed in a portion corresponding to the through hole 24 in the workpiece 1, and the modified material is formed in the removed portion 1p on the surface 3 side.
  • a modified region 73 is formed which is connected to the region 72 and extends in parallel with the Z direction (in other words, extends substantially linearly along the Z direction so as not to intersect the Z direction).
  • a modified region 72 as a first modified region extending corresponding to the through hole 24 is formed in a portion other than the removed portion 1p in the workpiece 1 and the end of the modified region 72 is formed.
  • Modified regions 71 and 73 as second modified regions that are connected to the respective portions and extend straight in the Z direction are formed in the removed portion 1p so as not to be exposed on the front surface 3 and the back surface 21.
  • a plurality of modified regions 72 are formed in the workpiece 1 corresponding to the plurality of through holes 24.
  • a plurality of modified regions 71 and 73 connected to each of the modified regions 72 and extending in parallel with the Z direction are formed in the removal portion 1p.
  • the modified region 72 is formed along each of the first modified region formation scheduled portions 5x 1 to 5x 3 , so that the modified region 72 1 extending in the Z direction and the X direction with respect to the Z direction a modified region 72 2 inclined in a direction, and a large inclination angle with respect to the reformed region 72 2 is configured to include a modified region 72 3 inclined in the same direction.
  • the sizes and lengths of the modified regions 71 and 73 here are the same as the “etching time during which the workpiece 1 is thinned to the target thickness M” in the subsequent anisotropic etching process, Each of the quality regions 71 to 73 is formed so as to be equal to each other.
  • the workpiece 1 is etched for 60 minutes using, for example, 85 ° C. KOH as an etchant. Thereby, the removal part 1p in the workpiece 1 is gradually removed from the front surface 3 side and the back surface 21 side, and the workpiece 1 is gradually thinned. Then, as shown in FIG. 12A, when the workpiece 1 is thinned until the modified regions 71 and 73 are exposed, the etching agent is infiltrated into the modified regions 71 and 73, and the modified region Etching along 71 and 73 is started. Subsequently, while the workpiece 1 is thinned, the inside of the workpiece 1 is selectively etched along the modified regions 71 and 73 and removed.
  • 85 ° C. KOH 85 ° C. KOH
  • the removal of the removal portion 1p is advanced and the workpiece 1 is continuously thinned, and the etching agent is infiltrated from the modified regions 71 and 73 into the modified region 72. Then, the progress of etching along the modified region 72 is started. Then, while the workpiece 1 is thinned, the inside of the workpiece 1 is selectively etched along the modified region 72 and removed.
  • the removal of the removal portion 1p is advanced, and the etching in the modified region 72 is advanced while the workpiece 1 is further thinned. Then, as shown in FIG. 12C, when the thickness of the workpiece 1 reaches the target thickness M, the workpiece 1 is penetrated along the modified region 72, and the plurality of through holes 24 are formed. Formation is complete.
  • the plurality of through holes 24 are arranged so as to correspond to the through electrodes 10y. Specifically, the plurality of through holes 24 are arranged in a staggered manner as viewed from the surface 3 of the workpiece 1. That is, in the plurality of through-holes 24, the through-holes 24 arranged in the X direction, which is the inclination direction, are alternately arranged in the Y direction, which is the vertical direction of the inclination direction, when viewed from the surface 3. . In other words, the group of through holes 24 arranged in parallel in the X direction are arranged in parallel in the Y direction while shifting in the X direction when viewed from the front surface 3.
  • one through hole 24 is disposed so as to be surrounded by four through holes 24 that are adjacent in the X and Y directions.
  • the plurality of through-holes 24 are arranged such that a pair of through-holes 24 and 24 adjacent in the Y direction are shifted from each other by, for example, a half pitch in the X direction.
  • the through hole 24 has a substantially rectangular (diamond) cross-sectional shape and a small variation in inner diameter along the axis.
  • the through-hole 24 2 inclined in X direction with respect to the Z direction, at a large inclination angle with respect to the through-hole 24 2 is configured to include a through-hole 24 3 inclined in the same direction.
  • the workpiece 1 is oxidized by a wet oxidation method or the like, and an electrically insulating oxide film is formed on the inner surface of the through hole 24 as an insulating film.
  • the inner surface of the through hole 24 is a smooth surface and the cross-sectional shape thereof is a substantially rectangular shape. Therefore, a uniform insulating film 15 can be formed and defects in the insulating film 15 can be suppressed.
  • the conductor 13 is embedded in each through hole 24, and the pad 14 is formed on the front surface 3 and the back surface 21 so as to be electrically connected to the conductor 13.
  • the to-be-processed object 1 is comprised as the board
  • the through-hole 24 is comprised as the through-electrode 10y, As a result, the interposer 10 will be obtained.
  • the etching of the modified region 72 does not start when the workpiece 1 has the target thickness M, but the workpiece 1 reaches the target thickness M by anisotropic etching.
  • the progress of etching of the modified region 72 is guided by the modified regions 71 and 73 formed in the removed portion 1p, and when the workpiece 1 is thinned to the target thickness M Then, the formation of the through hole 24 is completed. Therefore, the opening side (front surface 3 side and back surface 21 side) of the through hole 24 in the workpiece 1 is excessively removed, and the hole diameter (opening size) of the through hole 24 and the inner diameter width of the through hole 24 are increased. Therefore, the through hole 24 can be accurately formed in the workpiece 1 having the target thickness M.
  • a desired through hole 24 can be formed while adjusting the plate thickness of the workpiece 1.
  • the anisotropic etching process in the subsequent stage The formation of the through hole 24 can be completed when the thickness is reduced to the target thickness M. Therefore, the thickness of the workpiece 1 and the hole diameter of the through hole 24 can be simultaneously controlled with high accuracy. For example, by appropriately forming the modified regions 71 and 73, the time required to penetrate the modified region 72 And the final thickness of the substrate 10x can be set.
  • the modified regions 71 and 73 extend in parallel with the Z direction, it is easy to specify and manage the condensing point of the laser beam L when forming the modified regions 71 and 73. Laser processing can be facilitated.
  • FIG. 14A is an enlarged cross-sectional view showing a part of the workpiece after forming the modified region
  • FIG. 14B is an enlarged view showing a part of the workpiece after forming the through hole. It is sectional drawing.
  • hole diameter H of the through holes 24 2 on the opening side formed by the anisotropic etching process has a relatively small corresponding to the magnitude of the modified region 73.
  • the modified region 73 ' which is inclined in the Z direction to the reforming region 72 2 (i.e., the modified region 73', by shifting the X direction to be inclined with respect to the Z direction
  • the hole diameter H ′ on the opening side of the formed through hole 24 2 ′ is wider than the hole diameter H. Therefore, when the hole diameter H on the opening side of the through hole 24 is reduced, the modified region 73 (71) formed in the removed portion 1p is preferably extended in parallel with the Z direction.
  • the modified regions 71 and 73 are not exposed on the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1 as described above, the modification is performed when the workpiece 1 reaches the target thickness M. It can be suppressed that the etching of the material region 72 proceeds excessively and the hole diameter and inner diameter width on the opening side of the through hole 24 are increased.
  • scanning along the X direction is repeatedly performed by changing the focal point depth position in the Z direction (see FIGS. 9B to 11B, the first Step), and this is repeated by changing the condensing point position in the Y direction (second step), thereby forming a plurality of through holes 24. Accordingly, it is possible to perform a rapid processing while suppressing wasteful movement of the focusing point, and it is possible to realize a reduction in tact time (processing time) and a reduction in cost.
  • the through holes 24 arranged in the X direction in the surface 3 view are alternately arranged in the Y direction. Therefore, the plurality of through-holes 24 and the plurality of through-electrodes 10y can be arranged densely as compared with the case where the plurality of through-holes 24 and the through-electrodes 10y are arranged in a lattice shape when viewed from the surface 3. Further, the number of through holes 24 and the number of through electrodes 10y that can be formed in the workpiece 1 are increased, and the wiring density in the interposer 10 can be increased.
  • the interposer 10 since the interposer 10 according to the present embodiment has the through electrodes 10y that are inclined with respect to the Z direction, it is not necessary to stack a plurality of substrates 10x in order to change the wiring pitch. Can be realized. In addition, the wiring can be simplified and the wiring pitch can be reduced, the design can be facilitated, and the electrical resistance of the wiring can be reduced.
  • the substrate 10x is made of silicon
  • the semiconductor device 11 is made of silicon, it is possible to suppress the disconnection of the wiring due to the influence of the thermal expansion difference, and to eliminate the waste. It becomes possible to improve thermal property.
  • the modified region 7 and the cracks included in the modified region 7 can be removed from the processed object 1 after processing by anisotropic etching treatment. And quality can be improved. Moreover, since cutting dust is not generated during processing, an environment-friendly processing method can be realized.
  • the laser light incident surface when forming the modified region 7 is not limited to the front surface 3 of the workpiece 1 and may be the back surface 21 of the workpiece 1.
  • the modified region 71 connected to the rear surface 21 side of the modified region 72 and the modified region 73 connected to the front surface 3 side are formed in the removal portion 1p, as etching is guided to the modified region 72.
  • only at least one of these may be formed.
  • the through-hole 24 which comprises the through-electrode 10y of the interposer 10 was formed, the application range of this invention is not limited to this, For example, a through-hole as space, a mesh, a flow path etc. is formed There is also a case.
  • the scan direction and the scan order in the above embodiment are not limited.
  • the scan along the X direction is repeatedly performed by changing the position of the condensing point in the Y direction, and this is the condensing point in the Z direction.
  • a plurality of through holes 24 may be formed by repeatedly performing the process at different depth positions.
  • the modified region 7 is formed by irradiating the laser beam L while moving the condensing point along one through-hole 24, and this is repeated for the number of the through-holes 24.
  • the through hole 24 may be formed.
  • 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.
  • a threshold processing threshold
  • parallel includes those that are substantially parallel and those that are intended to be parallel.
  • the etching rate of a specific crystal orientation is changed by adjusting the etching agent (for example, by adding additives such as alcohols and surfactants), and a desired rectangular cross-sectional shape ( Through-holes having an inner wall shape) can be formed.
  • the etching agent for example, by adding additives such as alcohols and surfactants
  • a desired rectangular cross-sectional shape Through-holes having an inner wall shape
  • the cross-sectional shape of the through hole 24 can be made rectangular as shown in FIG.
  • the cross-sectional shape of the through hole 24 can be made square as shown in FIG. .
  • the laser processing method of the present invention it is possible to form the through hole with high accuracy and facilitate processing.

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）を集光させることにより、加工対象物（１）の内部に改質領域（７１－７３）を形成するレーザ光集光工程と、レーザ光集光工程の後、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、加工対象物（１）を目標厚さまで薄化すると共に、改質領域（７１－７３）に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物（１）の厚さ方向に対し傾斜する貫通孔（２４）を加工対象物（１）に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）における貫通孔（２４）に対応する部分に改質領域（７１－７３）としての第１改質領域（７２）を形成すると共に、加工対象物（１）において異方性エッチング処理による薄化で除去される部分に厚さ方向に平行に延在し且つ第１改質領域（７２）に繋がる改質領域としての第２改質領域（７１，７３）を形成し、エッチング処理工程では、加工対象物（１）を薄化させながら、第２改質領域（７１，７３）に沿ってエッチングを選択的に進展させた後に第１改質領域（７２）に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物（１）が目標厚さのときに貫通孔（１）の形成を完了させる。

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２００５－７４６６３号公報
　しかしながら、上記レーザ加工方法では、加工対象物にエッチング処理を施した際、エッチングの進行に伴って加工対象物における貫通孔の開口側が除去され、貫通孔の開口側の孔径が拡大してしまうおそれがある。そのため、上記レーザ加工方法においては、かかる孔径の拡大を抑制し、貫通孔を精度よく形成することが望まれている。また、近年のレーザ加工方法では、種々の分野への適用が進む中、その加工容易化が求められている。
　そこで、本発明は、貫通孔を精度よく形成すると共に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。
　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させることにより、加工対象物の内部に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、加工対象物に異方性エッチング処理を施すことにより、加工対象物を目標厚さまで薄化すると共に、改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物の厚さ方向に対し傾斜する貫通孔を加工対象物に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、加工対象物における貫通孔に対応する部分に改質領域としての第１改質領域を形成すると共に、加工対象物において異方性エッチング処理による薄化で除去される部分に厚さ方向に平行に延在し且つ第１改質領域に繋がる改質領域としての第２改質領域を形成し、エッチング処理工程では、加工対象物を薄化させながら、第２改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させた後に第１改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物が目標厚さのときに貫通孔の形成を完了させることを特徴とするレーザ加工方法。
　このレーザ加工方法では、加工対象物が目標厚さのときに第１改質領域のエッチングが進展開始されるのではなく、異方性エッチング処理によって加工対象物が目標厚さまで薄化される際、かかる薄化で除去される部分に形成された第２改質領域によって第１改質領域のエッチングの進展開始が導かれ、そして、加工対象物が目標厚さに薄化されたときに、貫通孔の形成が完了される。よって、加工対象物における貫通孔の開口側が除去されて貫通孔の開口側の孔径が拡大するのを抑制することができ、貫通孔を精度よく形成することが可能となる。さらに、第２改質領域は、厚さ方向に平行に延在することから、この第２改質領域を形成する際にレーザ光の集光点の指定及び管理が容易となり、レーザ加工の容易化が可能となる。
　また、加工対象物は、（１００）面となる主面を有していてもよい。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、レーザ光集光工程では、レーザ光の照射方向と直交する一方向に沿ってレーザ光の集光点を相対移動させながらレーザ光を照射する工程を、照射方向における集光点の深さ位置を変えて繰り返し実施する第１工程と、第１工程を、照射方向及び一方向と直交する他方向における集光点の位置を変えて繰り返し実施する第２工程と、を含んでいてもよい。この場合、レーザ光集光工程のタクトタイムを短縮することができる。
　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すると共に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。 本実施形態により製造されるインターポーザを示す概略断面図である。 図７のインターポーザの概略斜視図である。 (ａ)は本実施形態を示すフロー図、（ｂ）は図９（ａ）の続きを示すフロー図である。 (ａ)は図９（ｂ）の続きを示すフロー図、（ｂ）は図１０（ａ）の続きを示すフロー図である。 (ａ)は図１０（ｂ）の続きを示すフロー図、（ｂ）は図１１（ａ）の続きを示すフロー図である。 (ａ)は図１１（ｂ）の続きを示すフロー図、（ｂ）は図１２（ａ）の続きを示すフロー図、（ｃ）は図１２（ｂ）の続きを示すフロー図である。 本実施形態により形成された貫通孔を示す図１２（ｃ）のXIII－XIII線に沿う断面に対応する断面図である。 （ａ）は改質領域を形成した後の加工対象物の一部を示す拡大断面図、（ｂ）は貫通孔を形成した後の加工対象物の一部を示す拡大断面図である。 （ａ）は貫通孔の他の例を示す図１３に対応する断面図、（ｂ）は貫通孔のさらに他の例を示す図１３に対応する断面図である。
　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（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から延びる亀裂に沿って）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。
　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、この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、Ｓｉ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、特定方向のエッチング速度が速い（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。
　次に、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７は本実施形態で製造されるインターポーザを示す概略断面図、図８は図７のインターポーザの概略斜視図である。本実施形態のレーザ加工方法は、電子部品間を互いに電気的に接続する中継用基板としてのインターポーザを製造する。
　図７，８に示すように、インターポーザ１０は、基板１０ｘと、この基板１０ｘに設けられた複数の貫通電極１０ｙと、を具備するシリコンインターポーザである。このインターポーザ１０は、図７に示すように、ＩＣチップ等の半導体デバイス１１とフレキシブルケーブル（フレキシブルプリント基板）１２との接続配線を構成すると共に、これらの配線ピッチを変換する。
　基板１０ｘは、その板厚が例えば２００μｍ等の目標厚さＭとされた平板状を呈しており、シリコンで形成されている。貫通電極１０ｙは、基板１０ｘの表面側と裏面側とを互いに導通するものであり、導体１３及びパッド１４を含んで構成されている。図８に示すように、貫通電極１０ｙは、加工対象物１の表面から見て千鳥状に複数配置されている。つまり、複数の貫通電極１０ｙは、Ｙ方向において近接する一対の貫通電極１０ｙが互いにＸ方向に例えば半ピッチずれるよう配列されている。
　図９～１２は、本実施形態に係るレーザ加工方法を示す各フロー図である。図９～１２に示すように、本実施形態では、加工対象物１にレーザ光Ｌを集光させ、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する。そして、異方性エッチング処理を施すことにより、加工対象物１における表面３側及び裏面２１側の所定部分を除去部分１ｐとして除去し、目標厚さＭまで薄化させる。これと共に、改質領域７に沿ってエッチングを選択的に進展させて複数の貫通孔２４を複数形成する。
　図９（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る。加工対象物１は、その板厚が目標厚さＭよりも厚くされており、例えば３００μｍとされている。また、加工対象物１は、（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、改質領域形成予定部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。改質領域形成予定部５は、第１改質領域形成予定部５ｘと、第２改質領域形成予定部５ｙと、を有している。
　第１改質領域形成予定部５ｘは、加工対象物１の内部において貫通孔２４（図１２（ｃ）参照）に対応する部分に沿って設定されている。ここでの第１改質領域形成予定部５ｘは、加工対象物１の厚さ方向に延在する第１改質領域形成予定部５ｘ１と、厚さ方向に対し傾斜する第１改質領域形成予定部５ｘ２と、第１改質領域形成予定部５ｘ２に対して大きい傾斜角度で同方向に傾斜する第１改質領域形成予定部５ｘ３と、を含んでいる。第１改質領域形成予定部５ｘ２，５ｘ３は、加工対象物１の（１１１）面に倣って延在している。
　第２改質領域形成予定部５ｙは、加工対象物１の内部における表面３側及び裏面２１側の除去部分１ｐに設定されている。この第２改質領域形成予定部５ｙは、第１改質領域形成予定部５ｘそれぞれの両端に繋がるよう複数設定され、加工対象物１の厚さ方向に平行に延在している。
　なお、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方向及び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、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、図９（ｂ）に示すように、加工対象物１の内部において裏面２１側の除去部分１ｐに、レーザ光Ｌの集光点（以下、単に「集光点」という）を合わせる。そして、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側からＯＮ・ＯＦＦ照射する（以下、単に「スキャン」という）。これにより、裏面２１側の除去部分１ｐにおいて第２改質領域形成予定部５ｙ上の各位置に、改質領域７を形成する。
　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７について同じ）。
　続いて、図１０（ａ）に示すように、集光点のＺ方向位置を表面３側に所定量移動した後、上記スキャンを再び実施することにより、裏面２１側の除去部分１ｐにおいて第２改質領域形成予定部５ｙ上の各位置に、既成の改質領域７に対して表面３側に繋がる改質領域７を新たに形成する。その結果、裏面２１側の除去部分１ｐ内に、Ｚ方向に平行に延在する（換言すると、Ｚ方向と交差しないようＺ方向に沿って略直線状に延びる）改質領域７１が形成される。
　続いて、図１０（ｂ）～図１１（ｂ）に示すように、上記スキャンを、裏面２１側から表面３側の順に集光点のＺ方向位置を変えて繰り返し実施する。その結果、加工対象物１内における貫通孔２４に対応する部分に、既成の改質領域７１に繋がる改質領域７２が形成され、そして、表面３側の除去部分１ｐ内に、既成の改質領域７２に繋がり且つＺ方向に平行に延在する（換言すると、Ｚ方向と交差しないようＺ方向に沿って略直線状に延びる）改質領域７３が形成される。つまり、貫通孔２４に対応して延在する第１改質領域としての改質領域７２が、加工対象物１内の除去部分１ｐ以外の部分に形成されると共に、この改質領域７２の端部のそれぞれに繋がり且つＺ方向に真っ直ぐ延びる第２改質領域としての改質領域７１，７３が、表面３及び裏面２１に露出しないよう除去部分１ｐに形成される。
　続いて、上述した図９（ｂ）～図１１（ｂ）に示す工程を、Ｙ方向におけるレーザ光Ｌの集光点位置を変えて繰り返し実施する。以上により、複数の貫通孔２４に対応して複数の改質領域７２が加工対象物１内に形成される。これと共に、これら改質領域７２のそれぞれに繋がり且つＺ方向に平行に延在する複数の改質領域７１，７３が除去部分１ｐ内に形成されることとなる。
　ちなみに、改質領域７２は、上記第１改質領域形成予定部５ｘ１～５ｘ３に沿ってそれぞれ形成されることから、Ｚ方向に延在する改質領域７２１と、Ｚ方向に対しＸ方向に傾斜する改質領域７２２と、改質領域７２２に対し大きい傾斜角度で同方向に傾斜する改質領域７２３と、を含んで構成されている。また、ここでの改質領域７１，７３の大きさ及び長さ等は、後段の異方性エッチング処理において、「加工対象物１が目標厚さＭまで薄化されるエッチング時間」と「改質領域７１～７３がエッチングされる各エッチング時間の合計」とが互いに等しくなるように、それぞれ形成されている。
　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６０分間エッチング処理を施す。これにより、加工対象物１における除去部分１ｐが表面３側及び裏面２１側から徐々に除去され、加工対象物１が徐々に薄化される。そして、図１２（ａ）に示すように、改質領域７１，７３が露出するまで加工対象物１が薄化されたとき、改質領域７１，７３へとエッチング剤が浸潤され、改質領域７１，７３に沿ったエッチングが開始される。続いて、加工対象物１が薄化されながら、加工対象物１の内部が改質領域７１，７３に沿って選択的にエッチングされて除去される。
　その後、図１２（ｂ）に示すように、除去部分１ｐの除去が進展されて加工対象物１が引き続き薄化されながら、改質領域７１，７３から改質領域７２へとエッチング剤が浸潤され、改質領域７２に沿ったエッチングの進展が開始される。そして、加工対象物１が薄化されながら、加工対象物１の内部が改質領域７２に沿って選択的にエッチングされて除去される。
　さらにその後、除去部分１ｐの除去が進展されて加工対象物１がさらに引き続き薄化されながら、改質領域７２におけるエッチングが進行される。そして、図１２（ｃ）に示すように、加工対象物１の厚さが目標厚さＭに達したとき、加工対象物１が改質領域７２に沿って貫通され、複数の貫通孔２４の形成が完了する。
　ここでの複数の貫通孔２４は、上記貫通電極１０ｙに対応するように配設されている。具体的には、複数の貫通孔２４は、加工対象物１の表面３から見て、千鳥状に複数配置されている。すなわち、複数の貫通孔２４にあっては、表面３から見て、その傾斜方向であるＸ方向に並ぶ貫通孔２４が、傾斜方向の垂直方向であるＹ方向において互い違いになるように配置される。換言すると、表面３視において、Ｘ方向に並列された一群の貫通孔２４が、Ｘ方向にずれながらＹ方向に並列されている。つまり、表面３から見たとき、Ｘ，Ｙ方向にて近接する４つの貫通孔２４によって１つの貫通孔２４が囲まれるように配置されている。なお、ここでは、複数の貫通孔２４は、Ｙ方向にて近接する一対の貫通孔２４，２４が、互いにＸ方向に例えば半ピッチずれるよう配列されている。
　このとき、本実施形態においては、上記のように異方性エッチングを行っていることから、加工対象物１では、その（１１１）面はエッチングがされ難く（エッチングレートが遅く）なる。よって、（１１１）面に倣って延びる改質領域７２では、エッチングが好適に進展され、形成される貫通孔２４の内面が凹凸の少ない平滑面となる。また、図１３に示すように、貫通孔２４は、その断面形状が略矩形（ひし形）形状とされると共に、その軸線に沿った内径のばらつきが小さくされる。
　ちなみに、図１２（ｃ）に示すように、貫通孔２４にあっては、上記改質領域７２１～７２２に沿ってそれぞれ形成されることから、Ｚ方向に延在する貫通孔２４１と、Ｚ方向に対しＸ方向に傾斜する貫通孔２４２と、貫通孔２４２に対し大きい傾斜角度で同方向に傾斜する貫通孔２４３と、を含んで構成されている。
　次に、ウェット酸化法等により加工対象物１を酸化し、電気的絶縁性を有する酸化膜を絶縁膜として貫通孔２４の内面に生成する。このとき、図１３に示すように、貫通孔２４の内面が平滑面とされ且つその断面形状が略矩形形状とされていることから、貫通孔２４の内面には絶縁膜が成長し難い凸部が存在しないため、均一な絶縁膜１５を形成することが可能となり、絶縁膜１５の欠陥を抑制することができる。
　その後、各貫通孔２４内に導体１３を埋入し、この導体１３と電気的に接続するようパッド１４を表面３及び裏面２１上に形成する。これにより、加工対象物１が基板１０ｘとして、貫通孔２４が貫通電極１０ｙとして構成され、その結果、インターポーザ１０が得られることとなる。
　以上、本実施形態では、加工対象物１が目標厚さＭのときに改質領域７２のエッチングが進展開始されるのではなく、異方性エッチング処理によって加工対象物１が目標厚さＭまで薄化される際、除去部分１ｐに形成された改質領域７１，７３により改質領域７２のエッチングの進展開始が導かれ、そして、加工対象物１が目標厚さＭに薄化されたときに、貫通孔２４の形成が完了される。よって、加工対象物１における貫通孔２４の開口側（表面３側及び裏面２１側）が除去され過ぎ、貫通孔２４の開口側の孔径（開口サイズ）及び貫通孔２４の内径幅が拡大するというのを抑制することができ、目標厚さＭの加工対象物１に貫通孔２４を精度よく形成することが可能となる。
　すなわち、本実施形態では、マスクレスのレーザ加工において、加工対象物１の板厚の調整を行いながら所望の貫通孔２４を形成することができる。具体的には、エッチングを改質領域７２へと導く（改質領域７２のエッチングを制御する）ための改質領域７１，７３を除去部分１ｐに形成することで、後段の異方性エッチング処理において目標厚さＭまで薄化されるときに貫通孔２４の形成を完了させることができる。よって、加工対象物１の厚さと貫通孔２４の孔径とを同時に精度よく制御することが可能となり、例えば改質領域７１，７３を適宜に形成することで、改質領域７２の貫通に要する時間を調整でき、最終的な基板１０ｘの厚さを設定することができる。
　さらに、上述したように、改質領域７１，７３がＺ方向に平行に延在することから、改質領域７１，７３を形成する際におけるレーザ光Ｌの集光点の指定及び管理が容易となり、レーザ加工の容易化が可能となる。
　図１４（ａ）は改質領域を形成した後の加工対象物の一部を示す拡大断面図であり、図１４（ｂ）は貫通孔を形成した後の加工対象物の一部を示す拡大断面図である。図１４に示すように、Ｚ方向に平行に延びる改質領域７３を改質領域７２２に繋がるように除去部分１ｐに形成した場合（すなわち、改質領域７３を、Ｚ方向に平行な直線的に積層し形成した場合）、異方性エッチング処理により形成された貫通孔２４２の開口側の孔径Ｈは、改質領域７３の大きさに対応した比較的小さなものとなっている。
　これに対し、Ｚ方向に傾斜する改質領域７３´を改質領域７２２に繋がるように形成した場合（すなわち、改質領域７３´を、Ｚ方向に対し傾斜するようＸ方向にずらして積層し形成した場合）、形成された貫通孔２４２´の開口側の孔径Ｈ´は、孔径Ｈよりも拡がっている。従って、貫通孔２４の開口側の孔径Ｈを小さくする場合においては、除去部分１ｐに形成する改質領域７３（７１）は、Ｚ方向に平行に延在させることが好ましい。
　また、本実施形態では、上述したように改質領域７１，７３が加工対象物１の表面３及び裏面２１に露出していないことから、加工対象物１が目標厚さＭになったときには改質領域７２のエッチングが余分に進んでしまって貫通孔２４の開口側の孔径及び内径幅が大きくなるのを抑制することができる。
　また、本実施形態では、上述したように、Ｘ方向に沿ったスキャンをＺ方向の集光点深さ位置を変えて繰り返し実施し（図９（ｂ）～図１１（ｂ）参照，第１工程）、これをＹ方向の集光点位置を変えて繰り返し実施し（第２工程）、これにより、複数の貫通孔２４を形成している。従って、集光点の移動の無駄を抑制して迅速な加工が可能となり、タクトタイム（加工時間）の短縮化ひいては低コスト化を実現することができる。
　また、本実施形態では、上述したように、表面３視においてＸ方向に並ぶ貫通孔２４がＹ方向において互い違いになるように配置される。よって、表面３視で複数の貫通孔２４及び貫通電極１０ｙを格子状に配置した場合に比べ、複数の貫通孔２４及び複数の貫通電極１０ｙを密に配置することができる。また、加工対象物１において形成できる貫通孔２４の数及び貫通電極１０ｙの数を増え、インターポーザ１０における配線の高密度化も可能となる。
　さらに、本実施形態によるインターポーザ１０では、Ｚ方向に対し傾斜する貫通電極１０ｙを有していることから、配線ピッチを変換する上で基板１０ｘを複数積層させる必要がなくなり、その軽薄化及び低コスト化が可能となる。加えて、配線をシンプル化、及び配線ピッチを微細化することができ、設計容易化し、且つ配線の電気抵抗を低減することができる。
　また、本実施形態では、基板１０ｘがシリコンで形成されているため、半導体デバイス１１がシリコンで形成されている場合、熱膨張差の影響で配線が断線するのを抑制することができると共に、排熱性を高めることが可能となる。
　なお、本実施形態では、貫通孔２４の形成に際し、改質領域７及び該改質領域７に内包された亀裂を異方性エッチング処理によって加工後の加工対象物１から除去できるため、その強度及び品質を向上可能となる。また、加工時に切削粉塵が発生しないため、環境に配慮した加工方法を実現できる。
　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、エッチングを改質領域７２へと導くものとして、改質領域７２の裏面２１側に繋がる改質領域７１と表面３側に繋がる改質領域７３とを除去部分１ｐに形成したが、これらの少なくとも一方のみを形成する場合もある。また、上記実施形態では、インターポーザ１０の貫通電極１０ｙを構成する貫通孔２４を形成したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、例えば空間、メッシュ、流路等としての貫通孔を形成する場合もある。
　また、上記実施形態におけるスキャン方向やスキャン順序は限定されるものではなく、例えば、Ｘ方向に沿ったスキャンをＹ方向の集光点位置を変えて繰り返し実施し、これをＺ方向の集光点深さ位置を変えて繰り返し実施することで、複数の貫通孔２４を形成してもよい。さらに、例えば、１つの貫通孔２４に沿って集光点を移動させながらレーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成し、これを貫通孔２４の数だけ繰り返し実施することで、複数の貫通孔２４を形成してもよい。
　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。また、上記「平行」には、略平行なもの、平行を意図するものが含まれている。
　なお、上記実施形態では、エッチング剤を調整（例えば、アルコール類や界面活性剤等の添加物を添加）することで、特定の結晶方位のエッチングレートが変化させ、所望な矩形形状の断面形状（内壁形状）を有する貫通孔を形成することができる。例えば、エッチング剤にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を添加して異方性エッチング処理を行うことで、図１５（ａ）に示すように、貫通孔２４の断面形状を長方形形状とすることが可能となる。また、例えば、エッチング剤に界面活性剤を添加して異方性エッチング処理を行うことで、図１５（ｂ）に示すように、貫通孔２４の断面形状を正方形形状と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すると共に加工容易化が可能となる。
　１…加工対象物、１ｐ…除去部分（除去される部分）、３…表面（主面）、７…改質領域、２１…裏面（主面）、２４…貫通孔、７１，７３…改質領域（第２改質領域）、７２…改質領域（第１改質領域）、Ｌ…レーザ光、Ｍ…目標厚さ。

Claims (3)

  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させることにより、前記加工対象物の内部に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、前記加工対象物を目標厚さまで薄化すると共に、前記改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させ、前記加工対象物の厚さ方向に対し傾斜する貫通孔を前記加工対象物に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、
    　前記加工対象物における前記貫通孔に対応する部分に前記改質領域としての第１改質領域を形成すると共に、前記加工対象物において前記異方性エッチング処理による薄化で除去される部分に前記厚さ方向に平行に延在し且つ前記第１改質領域に繋がる前記改質領域としての第２改質領域を形成し、
    　前記エッチング処理工程では、
    　前記加工対象物を薄化させながら、前記第２改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させた後に前記第１改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させ、前記加工対象物が前記目標厚さのときに前記貫通孔の形成を完了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請求項１記載のレーザ加工方法。
  3. 　前記レーザ光集光工程では、
    　前記レーザ光の照射方向と直交する一方向に沿って前記レーザ光の集光点を相対移動させながら前記レーザ光を照射する工程を、前記照射方向における前記集光点の深さ位置を変えて繰り返し実施する第１工程と、
    　前記第１工程を、前記照射方向及び前記一方向と直交する他方向における前記集光点の位置を変えて繰り返し実施する第２工程と、を含む請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
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