專利名稱：激光加工方法
技術領域：
本發明涉及一種激光加工方法，特別涉及一種在加工對象物形成貫通孔的激光加工方法。
背景技術：
作為現有的激光加工方法，已知的有如下的激光加工方法使激光聚光于板狀加工對象物而在加工對象物的內部形成改質區域后，對該加工對象物實施蝕刻處理來除去改質區域，由此將沿著厚度方向的貫通孔形成于加工對象物(例如參照專利文獻I)。現有技術文獻 專利文獻專利文獻1:日本特開2004-351494號公報
發明內容
發明所要解決的技術問題這里，在上述的激光加工方法中，會有在進行蝕刻處理之前，將對蝕刻具有耐性的耐蝕刻膜圖案化在加工對象物的外表面的情況。即，以覆蓋加工對象物的外表面全區域的方式生成耐蝕刻膜。其后，會有對耐蝕刻膜實施曝光等，在與耐蝕刻膜的變質層對應的區域形成使蝕刻劑侵入到改質區域的開口的情況。由此，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，并精度良好地形成貫通孔。然而，在這種情況下，如前述那樣，由于另外需要實施曝光等來進行圖案化的工序，因此會有加工復雜化及繁雜化的擔憂。因此，本發明的技術問題在于提供一種能夠精度良好地形成貫通孔且可達到加工容易化的激光加工方法。解決技術問題的手段本發明的一方面涉及激光加工方法。該激光加工方法是使激光聚光于通過由硅形成的加工對象物的內部而形成改質區域，沿著該改質區域進行蝕刻，由此在加工對象物形成貫通孔的激光加工方法，其包含通過使激光聚光于加工對象物，沿著加工對象物的與貫通孔對應的部分，形成改質區域的激光聚光工序；在激光聚光工序之后，在加工對象物的外表面生成對蝕刻具有耐性的耐蝕刻膜的耐蝕刻膜產生工序；以及在耐蝕刻膜產生工序之后，對加工對象物實施蝕刻處理，沿著改質區域使蝕刻選擇性地進展而形成貫通孔的蝕刻處理工序，在激光聚光工序中，使改質區域露出于加工對象物的外表面。在該激光加工方法中，當生成耐蝕刻膜時，在加工對象物的外表面露出的改質區域上，耐蝕刻膜的成長被阻礙。因此，在所涉及的改質區域上，例如實質上不會生成耐蝕刻膜，或所生成的耐蝕刻膜的致密度與周圍相比更粗而在耐蝕刻膜產生缺陷。因此，在其后的蝕刻處理工序中，蝕刻劑從耐蝕刻膜的缺陷侵入到改質區域，沿著改質區域使蝕刻選擇性地進展。因此，在該激光加工方法中，在加工對象物的外表面生成耐蝕刻膜的情況下，不需要實施實施曝光等而進行圖案化的工序，其結果，可以精度良好地形成貫通孔且可達到加工容易化。另外，加工對象物呈具有成為(100)面的主面的板狀，貫通孔相對于加工對象物的厚度方向傾斜，在蝕刻處理工序中，作為蝕刻處理，可以實施各向異性蝕刻。在這種情況下，能夠將向厚度方向傾斜的貫通孔適當地形成于加工對象物。另外，在耐蝕刻膜產生工序之后且蝕刻處理工序之前，還包含通過對耐蝕刻膜實施蝕刻處理，除去在露出的改質區域上所生成的耐蝕刻膜的工序。在這種情況下，通過除去耐蝕刻膜的缺陷，能夠在蝕刻處理工序中使蝕刻劑切實地侵入到改質區域。另外，是加工對象物形成多個貫通孔的激光加工方法，還包含在蝕刻處理工序之后，在加工對象物的貫通孔的內面產生絕緣膜的絕緣膜產生工序。由此，在例如對各個貫通孔分別埋入導體以形成多個貫通電極的情況下，可以確保鄰接的貫通電極間絕緣性。
發明的效果根據本發明的激光加工方法，能夠精度良好地形成貫通孔且可達到加工容易化。
圖1是改質區域的形成所使用的激光加工裝置的概略結構圖。圖2是成為改質區域的形成的對象的加工對象物的平面圖。圖3是沿著圖2的加工對象物的II1-1II線的截面圖。圖4是激光加工后的加工對象物的平面圖。圖5是沿著圖4的加工對象物的V-V線的截面圖。圖6是沿著圖4的加工對象物的V1-VI線的截面圖。圖7是表示蝕刻劑的一個例子的圖表。圖8 (a)是說明本實施方式的激光加工方法的流程圖，圖8 (b)是表不圖8 (a)的后段的流程圖。圖9 Ca)是表示圖8 (b)的后段的流程圖，圖9 (b)是表示圖9 Ca)的后段的流程圖。圖10是將圖9 (b)的加工對象物的一部分放大來表示的圖。圖11 (a)是表示圖9 (b)的后段的流程圖，圖11 (b)是表示圖11 (a)的后段的流程圖。圖12 Ca)是表示圖11 (b)的后段的流程圖，圖11 (b)是表示圖12 Ca)的后段的流程圖。符號說明I…加工對象物、3…表面(外表面,主面)、7…改質區域、21…背面(外表面,主面)、22…氧化膜(耐蝕刻膜)、24…貫通孔、26…氧化膜(絕緣膜)、L…激光、P…聚光點。
具體實施例方式以下，針對本發明的理想實施方式，參照圖面進行詳細說明。再者，在以下的說明中，對相同或相當的要素賦予相同符號，并省略重復說明。在本實施方式的激光加工方法中，使激光聚光于加工對象物的內部，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在以下進行說明。
如圖1所示，激光加工裝置100具備將激光L進行脈沖振蕩的激光光源101 ;配置成將激光L的光軸(光路)的方向改變90°的分光鏡103 ；以及用來將激光L聚光的聚光用透鏡105。另外，激光加工裝置100具備用來支承由聚光用透鏡105聚光的激光L所照射的加工對象物I的支承臺107 ;用來使支承臺107移動的載臺111 ;為了調節激光L的輸出、脈沖寬度等而控制激光光源101的激光光源控制部102 ;及用來控制載臺111的移動的載臺控制部115。在該激光加工裝置100中，從激光光源101出射的激光L，經由分光鏡103而將其光軸的方向改變90°，由聚光用透鏡105聚光于被載置于支承臺107上的板狀加工對象物I的內部。與此同時，載臺111進行移動，使加工對象物I相對于激光L沿著改質區域形成 預定部5相對移動。由此，沿著改質區域形成預定部5的改質區域形成于加工對象物I。作為加工對象物1，可以使用半導體材料、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。這里的改質區域形成預定部5是直線狀延伸的假想線。在要在加工對象物I的內部形成改質區域的情況下，如圖3所示，在使聚光點P對準于加工對象物I的內部的狀態下，使激光L沿著改質區域形成預定部5 (S卩，在圖2的箭頭A方向上)相對地移動。由此，如圖4 圖6所示，改質區域7沿著改質區域形成預定部5形成于加工對象物I的內部，該改質區域7成為由后述的蝕刻所得到的除去區域8。再者，聚光點P是指激光L聚光的部位。另外，改質區域形成預定部5不限于直線狀，可以是曲線狀，也可以是曲面狀、平面狀等的3維狀，還可以是指定坐標的形狀。另外，改質區域7，亦有連續地形成的情況，亦有斷續地形成的情況。另外，改質區域7可以是列狀、也可以是點狀，總之，只要改質區域7至少形成于加工對象物I的內部即可。另外，會有以改質區域7作為起點而形成龜裂的情況，龜裂及改質區域7也可以露出于加工對象物I的外表面(表面、背面、或外周面)。順便一提，這里，激光L透過加工對象物I并且特別在加工對象物I的內部的聚光點附近被吸收，由此，在加工對象物I形成改質區域7 (即，內部吸收型激光加工)。一般而言，在從表面3熔融除去而形成孔、槽等的除去部(表面吸收型激光加工)的情況下，加工區域從表面3側逐漸向背面側進行。另外，本實施方式的改質區域7是指密度、折射率、機械強度、或其他的物理特性等成為與周圍不同的狀態的區域。作為改質區域7，例如有熔融處理區域、裂痕區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等，也有這些區域混合存在的區域。此外，作為改質區域7，有在加工對象物I的材料上密度與非改質區域的密度相比較產生變化的區域，形成有晶格缺陷的區域(將這些統稱為高密轉移區域)。另外，熔融處理區域或折射率變化區域、改質區域7的密度與非改質區域的密度相比較產生變化的區域、形成有晶格缺陷的區域，進一步在這些區域的內部或改質區域7與非改質區域的界面包含龜裂(裂紋、微裂痕)的情況。包含的龜裂有形成于改質區域7的全面的情況、僅形成于一部分或多個部分的情況。作為加工對象物1，可舉出包含硅或由硅構成的加工對象物。這里，在本實施方式中，在加工對象物I形成改質區域7后，對該加工對象物I實施蝕刻處理，由此沿著改質區域7所包含的或從改質區域7延伸的龜裂(也稱為裂痕、微小裂痕、裂紋等。以下僅稱為“龜裂”)，使蝕刻選擇性地進展，除去加工對象物I中沿著改質區域7的部分。例如，在本實施方式的蝕刻處理中，利用毛細管現象等，使蝕刻劑浸潤于加工對象物I的改質區域7所包含的或從該改質區域7延伸的龜裂，沿著龜裂面使蝕刻進展。由此，在加工對象物1，沿著龜裂選擇性且以快的蝕刻速率使蝕刻進展而進行除去。與此同時，利用改質區域7本身的蝕刻速率快的這個特征，沿著改質區域7選擇性地使蝕刻進展而進行除去。作為本實施方式的蝕刻處理，有例如將加工對象物浸潰于蝕刻劑的情況(浸潰方式Dipping)、以及一邊使加工對象物旋轉一邊涂布蝕刻劑的情況(旋轉蝕刻方式SpinEtching)。另外，在這里的蝕刻，包含各向同性蝕刻及各向異性蝕刻。圖7是表示所使用的蝕刻劑的一個例子的圖表。蝕刻劑在常溫 100°C前后的溫度下使用，根據所需要的蝕刻速率等而設定成適宜的溫度。例如，在用KOH對Si(各向異性) 進行蝕刻處理的情況下，優選為約60°C。另外，蝕刻劑不僅可以使用液體狀的，也可以使用凝膠狀(膠狀，半固形狀)的。再者，在各向同性蝕刻的情況下，能夠適用于比較薄的加工對象物(例如，厚度IOiim 100 ii m),不依賴于結晶方位、改質區域等,能夠等向地使蝕刻進行。另外,在這種情況下，當龜裂露出于表面時，蝕刻液會在該龜裂傳遞而浸潤到內部，改質區域的厚度方向的全面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的芯片。另外，在各向異性蝕刻的情況下，不僅能夠適用于比較薄的加工對象物，而且也適用于厚的(例如，厚度800ii m 100 iim)。另外,在這種情況下，即使在形成改質區域的面與面方位不同時，也能夠沿著該改質區域使蝕刻進行。即，這里的各向異性蝕刻，除了進行依照結晶方位的面方位的蝕刻以外，還可以進行不依賴于結晶方位的蝕刻。其次，詳細地說明關于本發明的一個實施方式所涉及的激光加工方法。圖8 12是表示本實施方式的激光加工方法的各流程圖。如圖8 12所示，本實施方式是用來制造將例如半導體裝置與印刷配線基板或柔軟性基板相互電連接的部件(內插器(interposer)等)的加工方法,在加工對象物I形成多個貫通孔24 (參照圖11)，在貫通孔24埋入導體，由此形成多個貫通電極30 (參照圖12)。如圖8 (a)所示，加工對象物I是對照射的激光L的波長(例如1064nm)透明的板狀的硅基板，具有成為(100)面的表面3及背面21 (主面)。在該加工對象物1，沿著與貫通孔24對應的部分，改質區域形成預定部5由3維的坐標指定設定。改質區域形成預定部5設定成沿著相對于加工對象物I的厚度方向傾斜的方向延伸。這里的改質區域形成預定部5設定成仿效加工對象物I的(111)面延伸。順便一提，在以下的說明中，將加工對象物I的厚度方向(激光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)相對于厚度方向傾斜的方向作為X方向，將與X，Z方向正交的方向作為Y方向進行說明。在本實施方式中對加工對象物I加工的情況下，首先，如圖8 Ca)所示，將加工對象物I的表面3側作為上方而載置并保持于載置臺。然后，使激光L的聚光點(以下僅稱為“聚光點”)對準于加工對象物I的背面21側附近的Z方向位置，一邊使該聚光點在X方向上相對移動，一邊以在改質區域形成預定部5形成改質區域7的方式，將從表面3進行激光L的ON、OFF照射(掃描)。
由此，在加工對象物I的背面21側附近的與貫通孔24對應部分，形成露出于背面21的改質區域7。換言之，以在加工對象物I的背面21產生損傷的方式，使改質區域7形成于背面21側。再者，這里，由于將脈沖激光作為激光L進行點照射，因此所形成的改質區域7由改質點構成。另外，在改質區域7，包含并形成有從該改質區域7產生的龜裂(對于以下的改質區域也相同)。接著,如圖8 (b)所示,將聚光點的Z方向位置變更到表面3側后，實施上述的X方向的掃描。由此，在比既有的改質區域7更向表面3側的Z方向位置上與貫通孔24相對應的部分，新形成與該既有的改質區域7相連接的改質區域7。接著，將上述的X方向的掃描，在加工對象物I中從背面21側往表面3側的依次改變聚光點的Z方向位置而反復實施。由此，沿著與貫通孔24相對應的部分相互地連接的改質區域7形成于加工對象物I內。即，沿著加工對象物I的(111)面的方式向Z方向傾斜的改質區域7形成于加工對象物I的內部。然后，如圖9 (a)所示，使聚光點對準于加工對象物I的表面3側附近的Z方向位 置，實施上述的X方向的掃描。由此，在加工對象物I的表面3側附近的與貫通孔24對應的部分，形成與既有的改質區域7相連且露出于表面3的改質區域7。換言之，以在加工對象物I的表面3產生損傷的方式，使連續于既有的改質區域7的改質區域7形成于表面3側。其次，如圖9 (b)所示，將加工對象物I置入到內部溫度例如為1000°C的爐內，通過濕式氧化法進行全面氧化。由此，作為對蝕刻具有耐性的耐蝕刻膜的氧化膜22生成在加工對象物的外表面(至少表面3及背面21)。這里的氧化膜22被制作成對蝕刻劑即堿性蝕刻液耐性高的熱氧化膜。這里，如圖10所示，在加工對象物I的表面3及背面21所露出的改質區域7的面從特性看不是平滑的而是粗糙的，改質區域7所包含的龜裂(裂痕)大多露出，成為起毛的狀態。因此，在生成氧化膜22時(參照圖9 (b))，在改質區域7上，氧化膜22的成長被阻礙，在氧化膜22的形成產生錯誤。因此，在所涉及的改質區域7，實質上不生成氧化膜22、或所生成的氧化膜22的致密度較周圍更粗，使得在氧化膜22產生缺陷22b。接著，如圖11 Ca)所示，對加工對象物1，使用例如85°C的KOH作為蝕刻劑，實施60分鐘的蝕刻處理。具體而言，使蝕刻劑從氧化膜22的缺陷22b浸潤到改質區域7，沿著改質區域7及該改質區域7所包含的龜裂，使蝕刻選擇性地進展。由此，加工對象物I的內部沿著改質區域7被選擇性地除去，以沿著(111)面的方式相對于Z方向傾斜的貫通孔24會形成于加工對象物I。此時，對于氧化膜22的缺陷22b而言，在蝕刻進展時會被剝離而除去。再者，在本實施方式的蝕刻處理中，進行各向異性蝕刻，加工對象物I的(111)面難以進行蝕刻(蝕刻速率慢)。因此，若像本實施方式那樣改質區域7依照(111)面延伸，則蝕刻可適當地沿著改質區域7進展。與此同時，貫通孔24的內面成為凹凸少的平滑面，另夕卜，貫通孔24的截面形狀成為矩形(菱形)形狀。接著，如圖11 (b)所示，通過濕式氧化法對加工對象物I進行再氧化。由此，作為具有電絕緣性的絕緣膜的氧化膜26生成在貫通孔24的內面。其后，如圖12 (a)所示，在貫通孔24內埋入導體28，然后如圖12 (b)所示，在表面3側的氧化膜22的外表面22a以與導體28電連接的方式形成電極焊盤29，并且在背面21側的氧化膜22的外表面22a以與導體28電連接的方式形成電極焊盤29，構成貫通電極30。以上，在本實施方式中，進行形成露出于背面21的改質區域7、加工對象物I內的改質區域7、以及露出于表面3的改質區域7的激光加工。此時，通過進行全面氧化，在表面3及背面21形成氧化膜22。此時，在所露出的改質區域7上，氧化膜22的生長被阻礙而產生缺陷22b。因此，在其后的蝕刻處理中，以氧化膜22的缺陷22b作為基點讓蝕刻劑切實地侵入，并且沿著改質區域7使蝕刻選擇性地進展。因此，在本實施方式中，由于在加工對象物I的表面3及背面21產生氧化膜22時，不需要實施曝光等而進行圖案化的現有工序，其結果，能夠精度良好地形成貫通孔24且可達到加工容易化。此外，若通過氧化膜22，則能夠抑制貫通孔24的開口側擴大、或改質區域7被過度蝕刻而造成貫通孔24的截面積擴大等，可以適當地控制貫通孔24的形狀 尺寸。 與此同時，若通過氧化膜22，則能夠抑制因蝕刻處理所引起的加工對象物I的厚度降低，另夕卜，可以維持表面3及背面21的面精度。再者，在本實施方式中，由于能夠僅通過使加工對象物I全面氧化的工序,來產生圖案化的氧化膜22，因此使得氧化膜22與加工對象物I的對準精度變高。另外，在本實施方式，如上述那樣，加工對象物I呈具有成為(100)面的表面3及背面21的板狀，通過進行各向異性蝕刻容易朝貫通孔24的傾斜方向(S卩，依照(111)面的方向)進行蝕刻。因此，在本實施方式中，能夠將傾斜的貫通孔24適當地形成于加工對象物
Io另外，在本實施方式中，如上述那樣，在貫通孔24的內面生成作為絕緣膜的氧化膜26。因此，可以充分地確保在鄰接的貫通電極30間的絕緣性。另外，在本實施方式中，如上述那樣，由于在形成改質區域7后生成氧化膜22，因此能夠抑制由于激光L透過氧化膜22而導致其能量降低。在加工對象物I的表面3已經形成有器件的情況下，由于因該器件會導致激光L的能量降低，因此所涉及的效果會更顯著。再者，近年，在高集成化進展中，強烈地要求開發具有微細配線間距的內插器。這點，在能夠形成向Z方向傾斜的貫通電極30的本實施方式，具有以下的作用效果。S卩，在制成微細配線間距的情況下，能夠直接對表面3側的電極焊盤29與背面21側的電極焊盤29進行配線，充分地確保配線寬度，并防止電阻增加。再者，在本實施方式中，改變Y方向的聚光點位置并反復進行X方向的掃描(XY面上的激光加工)，并將其改變Z方向的聚光點位置并反復進行，由此，能夠形成與多個貫通孔24相對應的改質區域7。或者,也可以改變Z方向的聚光點位置并反復進行X方向的掃描(XZ面上的激光加工)，并將其改變Y方向的聚光點位置并反復進行。又或者，也可以一邊使聚光點在X，Y，Z方向上適宜移動一邊照射激光L而形成與I個貫通孔24相對應的改質區域7，并將其反復進行對應于貫通孔24的數量的次數。以上，說明了本發明的優選實施方式，但本發明所涉及的激光加工方法不限于上述實施方式，可以在不變更各權利要求所記載的范圍下進行變形，或可以適用其他方式者。例如，形成改質區域時的激光入射面，不限定于加工對象物I的表面3，也可以是加工對象物I的背面21。另外，在上述實施方式中，生成氧化膜22作為耐蝕刻膜，但也可以產生氮化膜，耐蝕刻膜只要是對蝕刻處理下所使用的蝕刻劑具有耐性者即可。
另外，在生成氧化膜22后而進行蝕刻處理之前，另外對氧化膜22實施蝕刻處理來除去缺陷22b。在這種情況下，在對后段的加工對象物I的蝕刻處理，能夠使蝕刻劑切實地侵入到改質區域7，能夠精度良好地形成貫通孔24。另外，在上述實施方式的激光L的ON -OFF照射，除了控制激光L的出射的ON、OFF以外，還可以開閉設置于激光L的光路上的遮光板，或將加工對象物I的表面3掩蔽等來實施。此外，可以將激光L的強度在形成改質區域7的閾值(加工閾值)以上的強度與不到加工閾值的強度之間進行控制。產業上的可利用性
根據本發明的激光加工方法，可以精度良好地形成貫通孔且可達到加工容易化。
權利要求
1.一種激光加工方法，其特征在于，是使激光聚光于由硅形成的加工對象物的內部而形成改質區域，沿著該改質區域進行蝕刻，由此在所述加工對象物形成貫通孔的激光加工方法，其包含激光聚光工序，通過使所述激光聚光于所述加工對象物，沿著所述加工對象物的與貫通孔對應的部分，形成所述改質區域；耐蝕刻膜生成工序，在所述激光聚光工序之后，在所述加工對象物的外表面生成對所述蝕刻具有耐性的耐蝕刻膜；以及蝕刻處理工序,在所述耐蝕刻膜生成工序之后,對所述加工對象物實施蝕刻處理，由此沿著所述改質區域使所述蝕刻選擇性地進展而形成所述貫通孔，在所述激光聚光工序中，使所述改質區域露出于所述加工對象物的所述外表面。
2.如權利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述加工對象物呈具有成為(100)面的主面的板狀，所述貫通孔相對于所述加工對象物的厚度方向傾斜，在所述蝕刻處理工序中，實施各向異性蝕刻作為所述蝕刻處理。
3.如權利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，還包含在所述耐蝕刻膜產生工序之后且所述蝕刻處理工序之前，對所述耐蝕刻膜實施蝕刻處理，由此將在露出的所述改質區域上所生成的所述耐蝕刻膜除去的工序。
4.如權利要求f3中的任一項所述的激光加工方法，其特征在于，是在所述加工對象物形成多個所述貫通孔的激光加工方法，還包含在所述蝕刻處理工序之后，在所述加工對象物的所述貫通孔的內面生成絕緣膜的絕緣膜產生工序。
全文摘要
一種激光加工方法，是使激光(L)聚光于由硅形成的加工對象物(1)的內部而形成改質區域(7)，沿著該改質區域(7)進行蝕刻，由此在加工對象物(1)形成貫通孔(1)的激光加工方法，其包含通過使激光(L)聚光于加工對象物(1)，沿著加工對象物(1)的與貫通孔(24)對應的部分形成改質區域(7)的激光聚光工序；在激光聚光工序之后，在加工對象物(1)的外表面生成對蝕刻具有耐性的耐蝕刻膜(22)的耐蝕刻膜產生工序；以及在耐蝕刻膜產生工序之后，對加工對象物(1)實施蝕刻處理，沿著改質區域(7)使蝕刻選擇性地進展而形成貫通孔(1)的蝕刻處理工序，在激光聚光工序中，使改質區域(7)露出于加工對象物(1)的外表面的激光加工方法。
文檔編號H01L21/306GK103026470SQ20118003652
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月19日 優先權日2010年7月26日
發明者下井英樹, 荒木佳祐 申請人:浜松光子學株式會社