专利名称：利用激光加工被加工物的方法
技术领域：
本发明是有关一种对硅基板等基体材料利用激光加工加工被加工物的方法，特别是有关加工通孔等的孔或加工沟。
背景技术：
以往，一直进行对硅基板等的基体材料照射激光施行开孔等的加工。例如，一直进行向半导体晶片照射激光形成通孔的加工。可是，在照射激光施行加工形成通孔时，加工孔的内壁表面上因激光加工时发生的热而引起渣滓残留或附着熔解物，因此加工孔的质量不佳。另外，发生加工飞散物(称之为渣滓或碎屑)就附着于基体材料的周边，存在可靠性降低这样的问题。
此外，当仅仅用激光扩大孔宽时，需要增加激光功率或延长加工时间。另外，在利用激光形成通孔时，存在着其通孔弯曲变形，加工精度变坏之类的问题。进而，如果只用蚀刻形成通孔，则因硅的晶体方向性也存在不能形成高长度直径比的孔的问题。
发明的公开本发明的目的在于提供一种能够使用激光加工，形成高长度直径比的加工孔的加工被加工物的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种能够除去利用激光加工而在加工孔内部残留的热变形和熔融物的被加工物的加工方法。
本发明的又一个目的在于提供一种很容易扩大使用激光加工所得加工孔的加工被加工物的方法。
本发明的再一个目的在于提供一种能够很容易除去激光加工时发生的渣滓的加工被加工物的方法。
本发明的还有另一个目的在于提供一种在不发生使用激光加工生成的通孔弯曲变形这样的情况下，能够使加工精度提高的加工被加工物的方法。
(1)根据本发明一个形态的加工被加工物的方法，就是照射激光形成引导孔，进行各向异性蚀刻扩大引导孔的方法。作为使用硅基板作为基体材料时的各向异性蚀刻，最好是对硅的晶体方位蚀刻速度大大不同的湿式蚀刻(各向异性蚀刻)。因而，在本发明中取得如下的效果。
①由于照射激光形成引导孔后进行各向异性蚀刻来扩大引导孔，所以对于厚度没有难以开出细孔的限制，并可获得高长度直径比的孔等。
②并且，在只用激光加工进行孔加工时，必须延长加工时间或增加激光功率，但由于使用各向异性蚀刻法将引导孔扩大，所以可以进行批处理而能够缩短加工时间。另外，加工过的孔形状的直径均等偏差少。
③并且，扩大孔形状的孔径(孔宽)可以通过调整各向异性蚀刻的时间任意进行调整。
④进而，在各向异性蚀刻之时，可以自动除去因照射激光而发生的渣滓和残存于内壁的加工屑。
⑤用各向异性蚀刻法除去随激光加工而来的内壁面粗糙，当基体材料是硅时露出硅的平滑晶体表面。因此，例如当形成通孔用作流体通路时不会成为流体的障碍。此外，当对半导体晶片形成通孔使表里电导通时，必须在内壁表面上形成绝缘膜、导电膜等各种薄膜，然而通过获得平滑的内壁表面能够制成又匀又薄的各种薄膜。
⑥用激光照射可使希望进行蚀刻的部位露出，因而有时也省去用光刻法使保护膜开口的工序，可降低制造成本。
(2)根据本发明另一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(1)的加工方法中，在基体材料上形成保护膜，经保护膜对基体材料照射激光。在照射激光施行加工时发生渣滓。其渣滓附着于基体材料和保护膜上，用蚀刻法扩大加工孔时容易被除去，可靠性就提高。
(3)根据本发明又一个形态的加工被加工物的方法，是在上述加工方法中，在保护膜上形成开口部，对开口部露出了的基体材料的部分照射激光。
(4)根据本发明再一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(2)或(3)的加工方法中，对基体材料照射圆偏振的激光。通过照射圆偏振的激光，因加工孔成为真正垂直的孔，故可使蚀刻后的孔宽更小，并提高加工精度。
(5)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(2)或(3)的加工方法中，对基体材料照射随机偏振的激光。通过照射变换成随机偏振的激光，因加工孔成为真正垂直的孔，故可使蚀刻后的孔宽更小，并提高加工精度。
(6)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(1)到(5)的任何一种的加工方法中，使激光进行扫描形成连续的引导孔。可以通过进行这样的处理，将被加工物加工成沟状。
(7)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(1)到(6)的任何一种的加工方法中，用各向异性蚀刻法扩大引导孔来形成通孔。因此，在本发明中获得如下效果。
①在照射激光形成引导孔后，进行各向异性蚀刻扩大引导孔来形成通孔，所以对于厚度没有难以开出细孔的限制，并可获得高长度直径比的通孔。
②并且，在只用激光加工生成通孔时，必须延长加工时间或增加激光功率，但由于要使用各向异性蚀刻法扩大引导孔形成通孔，所以可以进行批处理就能缩短加工时间。另外，通孔的直径均等偏差少。
③并且，扩大通孔的孔径(孔宽)可以通过调整各向异性蚀刻的时间任意进行调整。
(8)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(1)到(7)的任何一种的加工方法中，基体材料是硅基板。因此，可以在基体材料的表面上简单地生成保护膜。
(9)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(8)的加工方法中，硅基板的表面是(110)面。当使用这种表面的基体材料时，可以采用湿式晶体各向异性蚀刻法得到高精度高长度直径比的垂直孔。
(10)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(8)的加工方法中，硅基板的表面为(100)面。使用这种表面的基体材料时，采用湿式晶体各向异性蚀刻法可以高精度获得高长度直径比的孔。
(11)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(10)的加工方法中，对衬底倾斜地照射激光。例如在对具有(100)面的硅基板倾斜照射激光时，4个内壁面全都为(111)面，可在内部获得不宽的直线的形状。因此，可使孔间间距更小。另外，由于孔宽可与氧化膜的尺寸相同，故在蚀刻期间不必控制孔宽。此外，在施行蚀刻时，孔的剖面形状可由面方位(111)面决定，因此没有形状的误差。
(12)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(2)到(11)的任何一种的加工方法中，分别从在表面侧和背面侧上分别形成保护膜的基体材料的两面照射激光。因此，可用相同功率形成更深(从单面来的照射时的2倍)的引导孔，所以能获得高长度直径比的通孔等。
(13)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(1)到(12)的任何一种的加工方法中，使用相位栅使激光分支照射到基体材料上。由于能同时开出多处的引导孔，所以能够大幅度地缩短加工时间。
(14)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(13)的加工方法中，用相位栅使激光分支成一个方向照射基体材料。
(15)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(13)的加工方法中，用相位栅使激光分别分支成垂直的两个方向照射基体材料。使激光分支成两个方向(X方向、Y方向)同时进行照射，因而更加缩短了加工时间。
(16)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(2)到(15)的任何一种的加工方法中，用超声波清洗除去覆盖孔的周边而形成褶皱状的保护膜。因此，在表面上残留氧化膜也行时，可以省略(氢)氟酸这种危险的工序。
(17)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(2)到(15)的任何一种的加工方法中，通过调整各向异性蚀刻的处理时间除去覆盖引导孔周边而形成褶皱状的保护膜。因此，在表面上残留氧化膜也行时，可以省略氟酸这种危险的工序。
(18)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(7)到(17)的任何一种的加工方法中，通孔是用于形成半导体芯片表面及背面的电极焊区的。用于形成电极焊区的通孔的加工就成为高可靠性的加工方法。
(19)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(7)到(17)的任何一种的加工方法中，通孔是用于形成喷墨打印头的墨喷出孔。墨喷出孔的加工就成为高可靠性的加工方法。
(20)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(6)、(8)到(17)的任何一种的加工方法中，连续的引导孔是用于形成喷墨打印头的墨室。墨室能以高长度直径比来形成，因而获得高性能的喷墨打印头。
(21)根据本发明还有一个形态的加工被加工物的方法，是在上述(7)到(17)的任何一种的加工方法中，通孔是微泵吸入阀的贯通孔。微泵吸入阀的贯通孔的加工就成为高可靠性的加工方法。
附图简单说明
图1A和图1B是表示本发明实施形态1的加工被加工物的方法(之一)及其比较例的工序图。
图2A和图2B是表示本发明实施形态1的加工被加工物的方法(之二)及其比较例的工序图。
图3是应用本发明的加工被加工物的方法制造的半导体装置的正视图。
图4A～4C是在表面上形成了各种元件的硅基板的说明图。
图5是图3的半导体装置制造方法的工序图(之一)。
图6是图3的半导体装置制造方法的工序图(之二)。
图7是图3的半导体装置制造方法的工序图(之三)。
图8是本发明的实施形态2的工序说明图。
图9是本发明的实施形态3的工序说明图。
图10是本发明的实施形态4的工序说明图。
图11是应用本发明实施形态5的加工被加工物的方法制造的喷墨打印头的剖面图。
图12是图11的喷嘴板的立体图。
图13是表示图11的喷嘴板制造过程的工序图。
图14A和图14B是应用本发明实施形态6的加工被加工物的方法制造的微泵的平面图和剖面图。
图15是表示图14的硅基板制造工序的工序图。
图16是表示在上述的各实施形态中用激光在硅基板上开出引导孔时的装置结构例的图。
图17A和图17B是表示图16的装置的加工状态的说明图。
图18是表示在上述的各实施形态中用激光在硅基板上开出引导孔时的装置另一个结构例的图。
图19A～19D是表示用图18的装置使激光变换成圆偏振时、使激光变换成随机偏振时、及使激光成为线偏振(S偏振)时的引导孔状态图。
图20A和图20B是表示偏振与硅的激光吸收率之间的关系图。
图21是激光加工与面方位(100)面的硅基板倾斜45度的孔并进行蚀刻时的平面图。
图22A和图22B是图21的A-A剖面图和B-B剖面图。
图23是激光加工与面方位(100)面的硅基板表面垂直的孔并进行蚀刻时的平面图。
图24A、图24B和图24C的图23是A-A剖面图、B-B剖面图和C-C剖面图。
图25是激光加工与面方位(110)面的硅基板表面垂直的孔并进行蚀刻时的平面图。
图26A、图26B和图26C是图25的A-A剖面图、B-B剖面图和C-C剖面图。
图27A、图27B是表示超声波清洗前后的状态的说明图。
图28A和图28B是表示蚀刻前后的状态的说明图。
图29到图31是形成深沟时的说明图。
图32应用本发明实施形态12的加工被加工物的方法来制造的喷墨打印头的工序图。
图33是组装了与上述实施形态有关的半导体装置的电路基板的说明图。
图34是组装了与图33的电路基板的笔记本型个人计算机的立体图。
图35是组装了与图33的电路基板的移动电话的立体图。
图36和图37是照射激光生成引导孔时的特性图。
图38A、图38B和图38C是作为实施例2，照射激光形成引导孔时的激光入射面、激光射出面和孔侧剖面(剖开观察面)的放大图。
图39A和图39B是表示作为实施例3，照射激光已生成渣滓的蚀刻前状态和蚀刻后状态的图。
图40A、图40B和图40C是分别表示作为实施例4，表示蚀刻处理后的加工孔的状态的入射面(剖开成一半)、剖面(剖开观察面)和射出面(剖开成一半)的图。
图41A、图41B和图41C是分别表示作为实施例5，表示施行蚀刻处理15分钟时的各引导孔状态的剖面(剖开观察面)的图。
图42A、图42B和图42C是分别表示作为实施例5，表示施行蚀刻处理30分钟时的各引导孔状态的剖面(剖开观察面)的图。
图43A、图43B和图43C是分别表示作为实施例5，表示施行蚀刻处理60分钟时的各引导孔状态的剖面(剖开观察面)的图。
图44A、图44B和图44C是分别表示作为实施例5，表示施行蚀刻处理90分钟时的各引导孔状态的剖面(剖开观察面)的图。
图45A、图45B和图45C是分别表示作为实施例5，表示施行蚀刻处理120分钟时的各引导孔状态的剖面(剖开观察面)的图。
图46A、图46B和图46C是分别表示作为实施例5，表示施行蚀刻处理240分钟时的各引导孔状态的剖面(剖开观察面)的图。
图47A和图47B是表示在面方位(110)面的硅基板上形成氧化膜后照射激光，然后施行蚀刻处理时的剖面(剖开观察面)的图。
图48和图49是表示在面方位(100)面的硅基板上形成氧化膜后以倾斜45度照射激光，然后施行蚀刻处理时的贯通孔和中止孔(未贯通孔)的剖面(剖开观察面)的图。
图50A和图50B是对硅基板施行激光照射和各向异性蚀刻的状态和而后施行超声波清洗的状态的平面图。
图51是设定各向异性蚀刻的处理时间长久时的加工状态的平面图。
图52A到图52E是表示沟加工的结果的图。
发明的最佳实施形态实施形态1图1A是表示本发明实施形态1的加工被加工物的方法(之一)的工序图。在该加工被加工物的方法中，如图1A所示，在面方位具有(110)面的硅基板1上对氧化膜2制作构图并形成开口部，利用激光开出贯通孔(引导孔)3。而且，施行各向异性蚀刻时，进行蚀刻直到面方位(111)面出现而中止，形成如图所示的高长度直径比的通孔4。
可是，如作为比较例举出的图1B中所示，在仅仅施行各向异性蚀刻时，则以面方位(111)面中止蚀刻(与表面成角度35．4度)。因此，片厚t与开口宽度(孔宽)L之间的关系如t＞约0．7L时，就不能生成通孔。
图2A表示本发明实施形态1的加工被加工物的方法(之二)的工序图。在该加工被加工物的方法中，如图2A中所示，在面方位具有(100)面的硅基板5上对氧化膜2进行构图形成开口部，利用激光开出贯通孔3。而且，施行各向异性蚀刻时，进行蚀刻直到面方位(111)面出现而中止，形成如图所示的高长度直径比的通孔6。
可是，如作为比较例举出的图2B中所示，在仅仅施行各向异性蚀刻时，则以面方位(111)面中止蚀刻(与表面成角度54．7度)。因此，片厚t与开口宽度(孔宽)L之间的关系如t＞约1．4L时，就不能生成通孔。
另外，在图1A和图2A中，在晶面蚀刻完全中止，而且显示出该中止蚀刻并未因激光照射而破坏了晶体性。换句话说，表明在通孔之外的部分(例如用氧化膜保护的部分)没有破坏晶体结构的情况。
图3是应用本发明的加工被加工物的方法来制造的半导体装置40的正视图。该半导体装置40的半导体芯片29如图所示以叠层构成。另外，该半导体装置40的半导体芯片29互相通过金属凸点30电连接而叠层起来，在这一点上，与在一枚引线架的两面上配置半导体芯片的器件不同。而且，该半导体芯片29由例如DRAM、SRAM、快闪存储器等的存储装置、逻辑电路等构成，也可以通过分别或相互叠层而构成例如系统LSI。
图4A是制造过程中的半导体芯片的部分平面图、图4B是图4A的B-B剖面图、图4C是图4A的C-C剖面图。在面方位为(100)面的硅基板10上形成包含晶体管、电阻元件、布线等的器件区9和用作电极焊区的铝膜12。该铝膜12经氧化膜11等在硅基板10上形成，并且，与器件区9电连接起来。
图5～图7是图3的半导体装置的制造方法的工序图，边参照该工序图边说明其制造方法。
(a)图4A～图4C中所示的状态是，用CVD法(或PVD法等)在面方位为(100)面的硅基板10上形成的铝膜12上形成作为耐Si蚀刻膜的氧化硅膜13。这里，示出了用氧化硅膜13的例子，但是具有用作耐Si蚀刻膜(保护硅以外的地方不受蚀刻的膜)的特性的氧化膜，不限于此。例如可以使用氮化硅膜。这种情况在下面的(b)中也同样。
(b)对硅基板10的背面也同样，用CVD法(或PVD法等)形成氧化硅膜14。另外，在此以前的工序中，也可以进行背面研磨加工等，将衬度本体减薄。
(c)照射激光在硅基板10上形成贯通铝膜12的引导孔15。这时，在激光入射部和出射部的周围发生渣滓16。但是，该渣滓16附着于氧化硅膜13、14上，而不附着于硅基板10上，因此变成了容易除去的状态。另外，在后述的实施例中记载这时的激光的条件等。
(d)进行各向异性蚀刻，进一步扩大引导孔15的直径。这时，在上述(c)中利用激光照射形成的铝膜12的孔，而其直径也因蚀刻增大(使其后退)。并且，渣滓16也利用蚀刻法除去。在后述的实施例中记载了该各向异性蚀刻的条件。
(e)利用CVD法(或PVD法等)在用各向异性蚀刻法形成的孔17的内壁上形成氧化硅膜18。这时，铝膜12的孔的内壁上也就形成氧化膜12a。若考虑到覆盖这一点，最好从两侧表面形成氧化硅膜。还有，在本实施形态1中，因为该氧化膜12a，就需要图6(i)以后的处理。只要有绝缘性即可，氧化膜12a也可以用氮化硅等无机膜，或者聚酰亚胺、聚四氟乙烯、环氧树脂等的有机膜，而不用氧化膜12a。但是，若考虑到传输延迟特性，则最好用低介电常数材料。
(f)施加镀铜(例如，无电场)在硅基板10的表面和背面分别形成铜镀层19和20，同时在内壁上形成氧化硅膜18的孔17内填充镀铜材料20a。
(g)利用光刻技术，分别在铜镀层19和20上形成抗蚀剂膜21和22。
(h)进行铜蚀刻，除去铜镀层19和铜镀层20内由抗蚀剂膜21和22覆盖处以外的其他部分。
(i)利用光刻技术形成抗蚀剂膜23和24。就抗蚀剂膜23来说要形成使位于铝膜12的上面的氧化硅膜13的一部分露出外部。
(j)进行干式蚀刻法除去露出于外部的氧化硅膜13。就是说用该干式蚀刻法使氧化硅膜13的一部分残留在铝膜12上边(为此标上符号12a)。
(k)剥离抗蚀剂膜23和24。
(l)全面施加镀铜(例如，无电解)，形成铜镀层25、26。
(m)在铜镀层25、26上分别形成抗蚀剂膜27、28。
(n)利用铜蚀刻法除去位于抗蚀剂膜27、28内侧的铜镀层25、26，再除去这些铜镀层25和26。通过以上的处理半导体芯片(IC芯片)29就完成了。
(o)而且，在由铜镀层19、25，镀铜材料20a和铜镀层20、26构成的金属凸点30上附着焊锡31或金。还有，也可以使用各向异性导电膜(ACF)、球凸点、导电性胶合剂等，而不用焊锡31。
(p)在焊锡31上，装上与上述同样形成的半导体芯片29进行焊接。通过重复以上的处理，得到图3的多层结构的半导体装置40。
另外，上述的说明是对面方位为(100)面的硅基板10作出的，但对面方位为(110)面的硅基板也同样适用。并且，在生成引导孔时，说明了从硅基板10的表面照射激光的例子，但也可以从背面一侧照射。此时，可以缩小表面一侧的孔径，使金属凸点的尺寸小。并且，也可以从表面侧和背面侧的双方照射激光进行加工。
实施形态2图8是本发明的实施形态2的工序说明图，该图与图5(a)对应。在本实施形态2中，使用金膜41作为电极焊区。由于在金膜41上不形成实施形态1图5(d)中的氧化膜12a，故在本实施形态2中也不需要图6(i)～图7(n)的处理。
实施形态3图9是本发明的实施形态3的工序说明图，该图与图5(b)、(c)对应。在本实施形态3中，在铝膜12的中央部分预先设置孔12b。这样，在铝膜12上设置孔12b，因而在照射激光时不会后退。而且，利用氧化硅膜11、13覆盖铝膜12，因此在各向异性蚀刻时未被蚀刻(没有后退)，并且，在形成氧化硅膜18时不产生氧化膜12a。因此，在本实施形态3中，也不需要图6(i)～图7(n)的处理。实施形态4图10是本发明的实施形态4的工序说明图，该图与图5(a)对应。在本实施形态4中，与图9的例子同样在铝膜12的中央部分预先设置孔12b，同时对氧化硅膜11进行构图，使硅基板10的一部分露出。通过这样作，避免铝膜12的后退，同时使各向异性蚀刻时的蚀刻图形(通孔的开口尺寸)标准化。实施形态5图11是应用本发明实施形态5的加工被加工物的方法来制造喷墨打印头的中央剖面图，图12是其喷嘴板的立体图。该喷墨打印头50由叠层喷嘴板51和玻璃振动板52，在玻璃振动板52上安装墨管53，同时设置压电元件54而构成。喷嘴板51由硅基板(面方位为(100)面或(110)面)构成。在该喷嘴板51上形成墨室55。浸入到该墨室55内的墨水通过墨流路56进入腔室57。在腔室57上面，张贴玻璃振动板52。此玻璃振动板52随压电元件54而振动。因该振动板52的振动，腔室57的墨水从喷墨孔58喷出粘附于记录纸上成为印刷的结构。
图13是示出图11的喷墨板制造过程的工序图，边参照该图边说明其工序。
(a)在硅基板61上形成热氧化膜62。
(b)用光刻和氟酸蚀刻，对热氧化膜62进行构图加工成为与墨室55、墨流路56和腔室57相当的形状的图形。
(c)用碱性液将硅基板61蚀刻成规定深度，形成墨室55、墨流路56和腔室57。
(d)通过热氧化，全面形成热氧化膜63。
(e)从热氧化膜63之上照射激光42，形成用于形成喷墨孔58的引导孔64。
(f)用碱性液进行各向异性蚀刻形成喷墨孔58。在形成引导孔64时发生渣滓，但该渣滓由该各向异性蚀刻除去。实施形态6图14A和图14B是应用本发明实施形态6的加工被加工物的方法来制造的微泵的平面图和剖面图。该微泵70是以72和73这2枚玻璃板夹着硅基板71的结构。从设置于玻璃基板73上的吸入侧管711吸取流体，向喷出侧管712喷出流体。其工作原理如下。
对形成于硅基板71的中央部的膜片75上贴着的压电元件74施加电压，随使膜片75弯曲而使压力室710内的压力变化。而且，通过使之该压力室710在空间上连接的吸入侧阀膜76和喷出侧阀膜78发生位移，来开闭吸入阀77和喷出阀79，从吸入侧管711向喷出侧管712压送流体。另外，压力室710与吸入侧阀膜76上侧的空间和喷出侧阀膜78下侧的空间连接在一起。
图15是表示图14A和图14B的硅基板71的制造工序的工序图，现在边参照该图边说明其工序。
(a)在两面抛光的厚度280μm的硅基板81上形成厚度1μm的氧化硅膜84和85。
(b)在该氧化硅膜84和85上，涂覆正型抗蚀剂86和87。涂覆抗蚀剂膜的条件详细说明如下。首先，用旋涂法在氧化硅膜84上涂覆抗蚀剂后，进行前烘，形成抗蚀剂膜86。其次，在氧化硅膜85上同样旋涂抗蚀剂，在摄氏100度下进行前烘30分钟形成抗蚀剂膜87。该抗蚀剂膜86总计就是进行了40分钟的前烘。
(c)其次，对抗蚀剂膜87进行与连接贯通孔714和压力室710与吸入侧阀膜76上侧空间的贯通孔(图未示出)相当的图形曝光和显影，形成抗蚀剂图形88，但不进行后烘。其理由是因为以后将在抗蚀剂膜86及87上形成(曝光、显影)其它图形。
(d)接着，用氟酸系列蚀刻液对氧化硅膜85进行选择性蚀刻。因用作氟酸蚀刻的蚀刻掩模的抗蚀剂膜86和85没有经过高温烧结(后烘)，故剩余膜仍保持感光性，而且不将其剥离，并在下一工序中又进行图形曝光和显影的图形加工。
(e)对抗蚀剂膜86进行与吸入侧阀膜76、膜片75、吸入侧阀膜76等相当的图形曝光。对抗蚀剂87进行与吸入侧阀膜76、吸入阀77、膜片75、喷出侧阀膜78和喷出阀79相当的图形曝光。接着同时进行抗蚀剂膜86和87的显影，形成抗蚀剂图形810和811。
(f)其次，照射激光，对与氧化硅膜85的贯通孔714相当的部分照射激光42，形成引导孔714a。
(g)其次，进行碱性液的各向异性蚀刻。在这里，例如使用浓度25重量％。采用摄氏80度的KOH水溶液进行蚀刻。用该蚀刻对引导孔进行扩径，形成与上述贯通孔714对应的孔714b。而且，在上述过程中形成引导孔时，已发生的渣滓随该各向异性蚀刻而被除去。
(h)进而，进行碱性液的各向异性蚀刻，在氧化硅膜84、85内，消除厚度例如0．08μm的部分，露出硅的基底，连续蚀刻该基底的硅，就形成图11的吸入侧阀膜76、吸入阀77、膜片75、喷出侧阀膜78和喷出阀79等。实施形态7图16是表示在上述的各实施形态中利用激光在硅基板上开出引导孔时的装置结构图。从激光光源150来的激光42经束扩展器151和反射镜152到达相位栅153。而且，以相位栅153进行分支照射到硅基板10上。
图17A和图17B是表示这时的状态说明图。在本例中激光42用相位栅153进行4个分支照射硅基板10来开出引导孔15。该分支，例如最初在X方向(横向)上进行分支，接着使方向旋转90度(使相位栅153旋转，或使硅基板10旋转)在Y方向(纵向)上进行分支。或者，也可以利用相位栅153对X方向和Y方向同时进行分支。这样，可以同时开出多个引导孔15，因而能够缩短加工时间。进一步说，也能进行2维分支，这时可以一并加工1个芯片或1个晶片。实施形态8图18是表示在上述实施形态中利用激光在硅基板上开出引导孔时的装置的其它结构的图，在这里，在束扩展器151的出射一侧设有λ／4偏振板156，通过使激光的偏振面(线偏振)与λ／4偏振板156的角度最优化，使激光42变成圆偏振。
图19A是表示用图18的装置使激光变成圆偏振时的加工孔的状态的说明图。图19B是表示将激光变换成随机偏振时的加工孔的状态的说明图。如图所示可见，将引导孔15形成为不弯真正笔直的孔。图19C和图19D是表示使激光变成线偏振时的加工孔的状态说明图。如该图所示可见，引导孔15弯曲变形的情况。可以认为，这是由于内壁而言P偏振和S偏振吸收率不同引起的现象(参照图20A和图20B)，还可以认为是因为一旦偏向于某一个方向而促进加工，则因通孔的导光效应而进一步促进该偏向。与此不同，在使激光变换成随机偏振时或使激光变换成圆偏振时，由于随机照射S偏振和P偏振，并且不偏向于S偏振和P偏振，所以能够有效抑制通孔弯曲的现象。
图20A和图20B是表示线偏振与对硅(Si)的激光吸收率之间的关系图。从这些图看P偏振的吸收率要比S偏振高(特别是在70～80°为极大)。因此，可以认为当直线偏振时弯曲的可能性增大。实施形态9上述的任一个例子都是说明利用激光加工在硅基板上形成垂直孔后进行蚀刻处理的例子，本发明并不限定于此，也可以利用激光加工形成倾斜的孔。其具体例以后叙述，当用激光加工在面方位为(100)面的硅基板上生成倾斜的孔时，与面方位(110)面的硅基板的情况同样，有如下优点。
(a)可形成在内部形成不宽的直孔，因此可使孔间间距更小。
(b)孔宽可以与氧化膜尺寸相同，因此不需要用蚀刻时间来控制孔宽。
(c)孔剖面形状可由面方位(111)面规定，因此形状无误差。
其次，说明使用激光加工形成倾斜孔时的例子与垂直孔的对比。
图21是激光加工蚀刻对面方位(100)面的硅基板5表面倾斜45度的孔时的平面图。图22A是图21的A-A剖面图，图22B是图21的B-B剖面图。这里，示出面方位(111)面出现并中止蚀刻时的形状。另外，在图中，示出贯通孔60和中止孔(未贯通孔)61的例子作为倾斜孔的例子。
图23是激光加工蚀刻对面方位(100)面的硅基板5表面垂直的孔时的平面图。图24A是图23的A-A剖面图，图24B是图23的B-B剖面图，图24C是图23的C-C剖面图。这里，也示出面方位(111)面出现并中止蚀刻时的形状。
图25是激光加工蚀刻对面方位(110)面的硅基板5的表面垂直的孔时的平面图。图26A是图25的A-A剖面图，图26B是图25的B-B剖面图，图26C是图25的C-C剖面图。这里，也示出面方位(111)面出现并中止蚀刻时的形状。
由这些图可知，利用激光加工在面方位具有(100)面的硅基板上生成斜孔时，有上述的(a)到(c)的优点。实施形态10可是，在蚀刻处理后，氧化膜伸出在孔边缘上残留褶皱。特别是，在未对氧化膜进行构图而只用激光贯通氧化膜时，明显如图27A所示。在这时，就可以通过在水(纯水或普通水)中进行约5分钟超声波清洗，如图27B中所示，简单地除去了该伸出的褶皱状氧化膜2a。通常可在氟酸系蚀刻液中(全面)除去氧化膜，但是，在表面上可以残留氧化膜的情况下，可省略象氟酸这样的危险工序。实施形态11另外，氧化膜对蚀刻液(KOH)并不一定具有完全耐蚀性，而是稍微有点被蚀刻。于是，就从孔内部的方向也蚀刻氧化膜。因此，在蚀刻中必要时间的期间内，把氧化膜(特别是褶皱部分容易被蚀刻)形成得薄到消失，或者如果极端延长蚀刻时间，则可以象图28A中所示那样的除去象图28B中所示的外伸褶皱状的氧化膜2a。这时，在表面上残留氧化膜也行时，也可省略象氟酸这样的危险工序。实施形态12另外，在上述的实施形态中，主要说明形成通孔的例子，但是在本发明中，也可以利用激光预先形成沟，以后施行蚀刻处理形成深沟。
图29是形成深沟之时的说明图。对于一边使照射激光连续扫描一边形成连续的引导孔15a，施加各向异性蚀刻。结果，可在硅基板5的里面形成深沟。
另外，在上述中，通过激光扫描形成连续的引导孔、其后施加各向异性蚀刻来形成深沟，但就原理上来说，如果在预先通过构图(正背面)将氧化膜开口的部分中最低1处形成由激光产生的引导孔，就能够形成深沟。不言而喻，如果能在图形内形成多个引导孔，则可以认为增加了该部分能够同时蚀刻的面积，所以能够缩短蚀刻时间。图30是在1个地方形成引导孔15的例子，并且，图31是在3个地方形成引导孔15的例子。无论在哪种情况下，都在形成引导孔之后，通过施加蚀刻处理，得到如图所示的深沟。此外，在图29到图31中，在一个硅基板5都是面方位为(100)面方位的硅晶片，沟的内壁6a是(111)面。实施形态13其次，说明应用了上述的实施形态12的喷墨打印头的制造方法。图32是表示其制造过程的工序图。
(a)例如，用热氧化法在厚度为500μm，面方位为(110)面方位的硅基板60上形成膜厚仅1μm成为耐Si蚀刻膜的氧化硅膜62。当然，不仅氧化硅膜，而且也可以是氮化硅膜或金属膜等任何对Si蚀刻液显示出耐蚀性的膜。
(b)对成为墨室的部分使激光42进行扫描照射，生成连续的引导孔15a。该引导孔15a在与图面垂直的方向是连续的孔。
(c)其次，用旋涂法在已形成氧化膜62的硅基板60上涂覆抗蚀剂，利用光刻技术形成用于形成墨压力室和墨室的抗蚀剂膜。然后，用缓冲氢氟酸溶液将抗蚀剂膜图形转移到氧化硅膜上，利用由硫酸和过氧化氢水溶液的混合溶液组成的剥离液，剥离变成不需要的抗蚀剂膜，形成由氧化硅膜构成的与墨压力室对应的图形65和与墨室对应的图形66。
(d)其次，在与墨压力室对应的图形65的特定位置上开出用于生成喷墨孔58的孔15b。该孔开出加工，例如按照上述的实施形态5的方法等来进行。
(e)进而，把硅基板60浸入加热到摄氏80度的20重量％KOH水溶液中进行湿式晶体各向异性蚀刻，蚀刻掉300μm，形成与墨压力室和墨室相当的形状67a、67b和喷墨孔58。
(f)其次，用光刻技术，形成与在硅基板60的墨室55与墨压力室57之间形成的墨流路56对应的掩模图形。而且，用各向异性蚀刻形成与墨流路56对应的沟67C。其后，在通过完全浸渍到缓冲氢氟酸溶液中将形成于硅基板60上的氧化硅膜除去后，为了提高硅基板60的墨润湿性，利用热氧化工序在硅基板60的表面形成0．2μm的氧化硅膜。
(g)而且，在与硅基板60的墨室55一侧对应的位置上，通过阳极接合叠合预先开出墨供给用孔52a的振动板52。
(h)最后，将压电元件54接合到玻璃振动板52上的墨压力室57的位置上。而且，使用切割法将硅基板60切断成所希望的形状，并且把供给墨水用的管53接合到玻璃振动板52的孔上，完成如图所示的喷墨打印头。实施形态14图33是装配了与上述实施形态有关的半导体装置(例如图3)的电路基板的说明图。就电路基板100而言，一般是，例如使用玻璃环氧树脂基板等有机系列基板。在电路基板100上要形成由铜等构成的布线图形成为所希望的电路，通过将这些布线图形与上述半导体装置40的外部端子进行机械连接，未谋求其间的电导通，而且，作为搭载了该电路基板100的电子装置，在图34中示出了笔记本型个人计算机200、在图35中示出了移动电话300。
接着作为实施例说明上述实施形态的具体例。实施例1图36和图37是照射激光生成引导孔时的特性图。图36是以激光功率(10mW～2000mW)为参数示出1kHz下的激光发射数与孔深的关系。图37是以激光功率(10mW～2000mW)为参数示出1kHz下的激光发射数与孔宽的关系。无论哪种关系都可以知道，能得到高长度直径比的引导孔。另外，这时的激光器使用第2次谐波Q开关YAG激光器，光学系统采用聚光镜f100(焦距100mm)。
在本实施例1中，用各向异性蚀刻法扩大引导孔直径时的蚀刻条件如下。
<蚀刻条件>
蚀刻液KOH水溶液浓度35重量％药液温度80℃蚀刻时间1小时(开出细孔、时间短，全部呈现(111)面、时间长)<晶片条件>
材料Si(100)(面方位(100)面的晶体硅，以下也同样表示。)片厚片厚550μm另外，可以使用有机碱蚀刻液，例如联氨、EPW(乙二胺-邻苯二酚水)、TMAH(四甲铵化氢氧)等作为蚀刻液，而不用KOH水溶液。
实施例2图38A、图38B和图38C是在照射激光(施加圆偏振)形成引导孔时的激光入射面、激光射出面和孔侧剖面(剖开观察面)的放大图。图38A和图38B的激光入射面和激光射出面分别为圆形，其近旁发生了渣滓。并且，图38C的引导孔成为其直线性(片厚550μm)上优良的孔。另外，图38A和图38B的图的下部所示的，例如图38A的“×2．00K”意思是放大2000倍，后述的图41A的“×200”意思是放大200倍。并且，图38A的“15．0μm”表示标于其近旁的点从左端到右端的距离(在本例中全部点为15μm)。这样的情况，对后述的其它图也是同样的。
实施例3图39A和图39B是表示照射激光生成引导孔时发生的渣滓在蚀刻前的状态和蚀刻后的状态的图(与上述的图5(c)、(d)对应)。可见在施行蚀刻处理后已除去渣滓。
<激光条件>激光波长532μm聚光镜f100mm光源电流28A<加工条件>振荡频率1kHz功率300mW发射数300次线偏振方向图的左右方向(磁场)<晶片条件>
材料Si(100)片厚550μm表面状态附有氧化膜<蚀刻条件>
蚀刻液KOH水溶液浓度35重量％药液温度80℃蚀刻时间1小时实施例4图40A、图40B和图40C分别表示表示蚀刻处理后的加工孔的状态的入射面(剖开成一半)、剖面(剖开观察面)和射出面(剖开成一半)。这时的激光的规格等如下。
<激光条件>激光波长532μm聚光镜f100mm光源电流28A<加工条件>振荡频率1kHz功率300mW发射数300次<晶片条件>
材料Si(100)片厚550μm表面状态带有氧化膜<蚀刻条件>
蚀刻液KOH水溶液浓度35重量％温度80℃蚀刻时间1小时实施例5在本实施例中研究了蚀刻处理时间与引导孔的形状之间的关系。这时的激光规格等如下。
<激光条件>激光波长532μm聚光镜f100mm光源电流28A<加工条件>振荡频率1kHz发射数50、500、5000<晶片条件>
材料Si(100)片厚550μm氧化膜1．5μm<蚀刻条件>
蚀刻液KOH水溶液浓度35重量％温度80℃图41A、图41B和图41C分别表示表示施行蚀刻处理15分钟时的各引导孔(激光发射数50、500、5000)的状态的剖面(剖开的观察面)。
图42A、图42B和图42C分别表示表示施行蚀刻处理30分钟时的各引导孔(激光发射数50、500、5000)的状态的剖面(剖开的观察面)。
图43A、图43B和图43C分别表示表示施行蚀刻处理60分钟时的各引导孔(激光发射数50、500、5000)的状态的剖面(剖开的观察面)。
图44A、图44B和图44C分别表示表示施行蚀刻处理90分钟时的各引导孔(激光发射数50、500、5000)的状态的剖面(剖开的观察面)。
图45A、图45B和图45C分别表示表示施行蚀刻处理120分钟时的各引导孔(激光发射数50、500、5000)的状态的剖面(剖开的观察面)。
图46A、图46B和图46C分别表示表示施行蚀刻处理240分钟时的各引导孔(激光发射数50、500、5000)的状态的剖面(剖开观察面)。
由上述各图清楚可知，通过控制蚀刻时间就能控制引导孔的形状。
实施例6图47A和图47B表示在具有面方位(100)面的硅基板上形成氧化膜后照射激光而后施行蚀刻处理时的剖面(剖开观察面)。图47A是对激光未贯通孔施行蚀刻处理时的剖面。图47B是对激光贯通孔施行蚀刻处理时的剖面。无论哪种情况，都出现面方位(111)面，并得到垂直的贯通孔。
实施例7图48和图49表示与图22A或图22B对应的贯通孔60和中止孔(未贯通孔)61的剖面(剖开观察面)。
实施例8图50A和图50B是表示利用激光的照射和各向异性蚀刻在硅基板上形成通孔时的在超声波清洗前后的状态的平面图。图50A表示用超声波清洗前的状态。图50B表示用超声波清洗后的状态。可知通过施行超声波清洗，除去了在通孔周围形成的褶皱状的氧化硅膜。
这时激光的规格等如下。
<激光条件>激光波长532μm聚光镜f100mm光源电流28A<加工条件>振荡频率1kHz偏振线偏振<晶片条件>
材料质量Si(100)片厚550μm氧化膜1．5μm<蚀刻条件>
蚀刻液KOH水溶液浓度35重量％
温度80℃蚀刻时间3小时实施例9图51是表示使用激光照射和各向异性蚀刻在硅基板上形成通孔时的长时间蚀刻引起的氧化膜后退的状态的平面图。并且，图51示出由于长时间蚀刻，使氧化硅膜后退褶皱状的氧化硅膜脱落的状态，是，氧化硅膜的褶皱状部分脱落以前的状态则与图50A相同。这时的激光的规格等与上述实施例8相同，但蚀刻时间为4小时。实施例10图52A到图52E是表示预先由YAG激光进行沟加工作业的实验结果的图。图52A是入射面(图29的①方向)、图52B是剖面(长度方向，图29的②方向)、图52C是侧剖面(图29的③方向)、图52D是射出面(图29的④方向)、图52E是剖面(长度方向，图29的⑤方向)。这时的激光的规格等如下。
<激光条件>激光波长532μm聚光镜f100mm光源电流28A<加工条件>振荡频率1kHz功率400mW发射数扫描几秒钟偏振直线偏振加工面单面<晶片条件>
材料质量Si(100)片厚550μm氧化膜1．5μm<蚀刻条件>
蚀刻液KOH水溶液浓度35重量％温度80℃蚀刻时间3小时。
权利要求
1．一种加工被加工物的方法，其特征在于照射激光形成引导孔，进行各向异性蚀刻扩大所述引导孔。
2．根据权利要求1中所述的加工被加工物的方法，其特征在于在所述基体材料上形成保护膜，经所述保护膜向所述基体材料照射激光。
3．根据权利要求2中所述的加工被加工物的方法，其特征在于在所述保护膜上形成开口部，向上述开口部露出了的所述基体材料部分照射激光。
4．根据权利要求2或3中所述的加工被加工物的方法，其特征在于向所述基体材料照射圆偏振的激光。
5．根据权利要求2或3中所述的加工被加工物的方法，其特征在于向所述基体材料照射随机偏振的激光。
6．根据权利要求1到5的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于使述激光进行扫描，形成连续的引导孔。
7．根据权利要求1到6的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于利用所述各向异性蚀刻扩大所述引导孔来形成通孔。
8．根据权利要求1到7的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于所述基体材料是硅基板。
9．根据权利要求8中所述的加工被加工物的方法，其特征在于所述硅基板的表面是(110)面。
10．根据权利要求8中所述的加工被加工物的方法，其特征在于所述硅基板的表面是(100)面。
11．根据权利要求10中所述的加工被加工物的方法，其特征在于向所述硅基板倾斜地照射激光。
12．根据权利要求2到11的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于分别在所述基体材料的表面侧和背面侧形成保护膜。
13．根据权利要求1到12的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于利用相位栅使激光分支来照射所述基体材料。
14．根据权利要求13中所述的加工被加工物的方法，其特征在于利用所述相位栅使激光分支成一个方向照射所述基体材料。
15．根据权利要求13中所述的加工被加工物的方法，其特征在于利用所述相位栅，使激光分别分支成垂直的两个方向照射所述基体材料。
16．根据权利要求2到15的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于利用超声波清洗，除去覆盖在孔的周边而形成的褶皱状的保护膜。
17．根据权利要求2到15的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于通过调整各向异性蚀刻的处理时间，除去覆盖在孔的周边形成褶皱状的保护膜。
18．根据权利要求7到17的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于所述通孔是用于电连接半导体芯片的表面及背面的电极焊区的通孔。
19．根据权利要求7到17的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于所述通孔是用于形成喷墨打印头的墨喷出孔的通孔。
20．根据权利要求6或8到17的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于所述的连续引导孔是用于形成喷墨打印头的墨室的通孔。
21．根据权利要求7到17的任一项中所述的加工被加工物的方法，其特征在于所述通孔是用于形成微泵的阀的贯通孔的通孔。
全文摘要
本发明涉及一种利用激光加工形成高长度直径比的加工孔的加工被加工物的方法。在硅基板(1)的表面和背面分别形成氧化硅膜(2)作为保护膜,经该保护膜(2)向硅基板(1)照射激光进行开孔加工。或者,向硅基板(1)照射圆偏振或随机偏振的激光。由此获得高长度直径比的加工孔,而且,加工孔形状也成为真正笔直的孔,提高了加工精度。
文档编号B81C1/00GK1294540SQ00800219
公开日2001年5月9日 申请日期2000年2月25日 优先权日1999年2月25日
发明者梅津一成, 尼子淳, 四谷真一, 荒川克治 申请人:精工爱普生株式会社