专利名称：激光加工方法
技术领域：
本发明涉及一种激光加工方法，特别涉及一种在加工对象物形成贯通孔的激光加工方法。
背景技术：
作为现有的激光加工方法，已知的有如下的激光加工方法使激光聚光于板状加工对象物而在加工对象物的内部形成改质区域后，对该加工对象物实施蚀刻处理来除去改质区域，由此将沿着厚度方向的贯通孔形成于加工对象物(例如参照专利文献I)。现有技术文献 专利文献专利文献1:日本特开2004-351494号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题这里，在上述的激光加工方法中，会有在进行蚀刻处理之前，将对蚀刻具有耐性的耐蚀刻膜图案化在加工对象物的外表面的情况。即，以覆盖加工对象物的外表面全区域的方式生成耐蚀刻膜。其后，会有对耐蚀刻膜实施曝光等，在与耐蚀刻膜的变质层对应的区域形成使蚀刻剂侵入到改质区域的开口的情况。由此，谋求抑制例如所形成的贯通孔的开口侧被过度蚀刻而扩大等，并精度良好地形成贯通孔。然而，在这种情况下，如前述那样，由于另外需要实施曝光等来进行图案化的工序，因此会有加工复杂化及繁杂化的担忧。因此，本发明的技术问题在于提供一种能够精度良好地形成贯通孔且可达到加工容易化的激光加工方法。解决技术问题的手段本发明的一方面涉及激光加工方法。该激光加工方法是使激光聚光于通过由硅形成的加工对象物的内部而形成改质区域，沿着该改质区域进行蚀刻，由此在加工对象物形成贯通孔的激光加工方法，其包含通过使激光聚光于加工对象物，沿着加工对象物的与贯通孔对应的部分，形成改质区域的激光聚光工序；在激光聚光工序之后，在加工对象物的外表面生成对蚀刻具有耐性的耐蚀刻膜的耐蚀刻膜产生工序；以及在耐蚀刻膜产生工序之后，对加工对象物实施蚀刻处理，沿着改质区域使蚀刻选择性地进展而形成贯通孔的蚀刻处理工序，在激光聚光工序中，使改质区域露出于加工对象物的外表面。在该激光加工方法中，当生成耐蚀刻膜时，在加工对象物的外表面露出的改质区域上，耐蚀刻膜的成长被阻碍。因此，在所涉及的改质区域上，例如实质上不会生成耐蚀刻膜，或所生成的耐蚀刻膜的致密度与周围相比更粗而在耐蚀刻膜产生缺陷。因此，在其后的蚀刻处理工序中，蚀刻剂从耐蚀刻膜的缺陷侵入到改质区域，沿着改质区域使蚀刻选择性地进展。因此，在该激光加工方法中，在加工对象物的外表面生成耐蚀刻膜的情况下，不需要实施实施曝光等而进行图案化的工序，其结果，可以精度良好地形成贯通孔且可达到加工容易化。另外，加工对象物呈具有成为(100)面的主面的板状，贯通孔相对于加工对象物的厚度方向倾斜，在蚀刻处理工序中，作为蚀刻处理，可以实施各向异性蚀刻。在这种情况下，能够将向厚度方向倾斜的贯通孔适当地形成于加工对象物。另外，在耐蚀刻膜产生工序之后且蚀刻处理工序之前，还包含通过对耐蚀刻膜实施蚀刻处理，除去在露出的改质区域上所生成的耐蚀刻膜的工序。在这种情况下，通过除去耐蚀刻膜的缺陷，能够在蚀刻处理工序中使蚀刻剂切实地侵入到改质区域。另外，是加工对象物形成多个贯通孔的激光加工方法，还包含在蚀刻处理工序之后，在加工对象物的贯通孔的内面产生绝缘膜的绝缘膜产生工序。由此，在例如对各个贯通孔分别埋入导体以形成多个贯通电极的情况下，可以确保邻接的贯通电极间绝缘性。
发明的效果根据本发明的激光加工方法，能够精度良好地形成贯通孔且可达到加工容易化。
图1是改质区域的形成所使用的激光加工装置的概略结构图。图2是成为改质区域的形成的对象的加工对象物的平面图。图3是沿着图2的加工对象物的II1-1II线的截面图。图4是激光加工后的加工对象物的平面图。图5是沿着图4的加工对象物的V-V线的截面图。图6是沿着图4的加工对象物的V1-VI线的截面图。图7是表示蚀刻剂的一个例子的图表。图8 (a)是说明本实施方式的激光加工方法的流程图，图8 (b)是表不图8 (a)的后段的流程图。图9 Ca)是表示图8 (b)的后段的流程图，图9 (b)是表示图9 Ca)的后段的流程图。图10是将图9 (b)的加工对象物的一部分放大来表示的图。图11 (a)是表示图9 (b)的后段的流程图，图11 (b)是表示图11 (a)的后段的流程图。图12 Ca)是表示图11 (b)的后段的流程图，图11 (b)是表示图12 Ca)的后段的流程图。符号说明I…加工对象物、3…表面(外表面,主面)、7…改质区域、21…背面(外表面,主面)、22…氧化膜(耐蚀刻膜)、24…贯通孔、26…氧化膜(绝缘膜)、L…激光、P…聚光点。
具体实施例方式以下，针对本发明的理想实施方式，参照图面进行详细说明。再者，在以下的说明中，对相同或相当的要素赋予相同符号，并省略重复说明。在本实施方式的激光加工方法中，使激光聚光于加工对象物的内部，形成改质区域。因此，首先，针对改质区域的形成，参照图1 图6在以下进行说明。
如图1所示，激光加工装置100具备将激光L进行脉冲振荡的激光光源101 ;配置成将激光L的光轴(光路)的方向改变90°的分光镜103 ；以及用来将激光L聚光的聚光用透镜105。另外，激光加工装置100具备用来支承由聚光用透镜105聚光的激光L所照射的加工对象物I的支承台107 ;用来使支承台107移动的载台111 ;为了调节激光L的输出、脉冲宽度等而控制激光光源101的激光光源控制部102 ;及用来控制载台111的移动的载台控制部115。在该激光加工装置100中，从激光光源101出射的激光L，经由分光镜103而将其光轴的方向改变90°，由聚光用透镜105聚光于被载置于支承台107上的板状加工对象物I的内部。与此同时，载台111进行移动，使加工对象物I相对于激光L沿着改质区域形成 预定部5相对移动。由此，沿着改质区域形成预定部5的改质区域形成于加工对象物I。作为加工对象物1，可以使用半导体材料、压电材料等，如图2所示，在加工对象物1，设定有改质区域形成预定部5。这里的改质区域形成预定部5是直线状延伸的假想线。在要在加工对象物I的内部形成改质区域的情况下，如图3所示，在使聚光点P对准于加工对象物I的内部的状态下，使激光L沿着改质区域形成预定部5 (S卩，在图2的箭头A方向上)相对地移动。由此，如图4 图6所示，改质区域7沿着改质区域形成预定部5形成于加工对象物I的内部，该改质区域7成为由后述的蚀刻所得到的除去区域8。再者，聚光点P是指激光L聚光的部位。另外，改质区域形成预定部5不限于直线状，可以是曲线状，也可以是曲面状、平面状等的3维状，还可以是指定坐标的形状。另外，改质区域7，亦有连续地形成的情况，亦有断续地形成的情况。另外，改质区域7可以是列状、也可以是点状，总之，只要改质区域7至少形成于加工对象物I的内部即可。另外，会有以改质区域7作为起点而形成龟裂的情况，龟裂及改质区域7也可以露出于加工对象物I的外表面(表面、背面、或外周面)。顺便一提，这里，激光L透过加工对象物I并且特别在加工对象物I的内部的聚光点附近被吸收，由此，在加工对象物I形成改质区域7 (即，内部吸收型激光加工)。一般而言，在从表面3熔融除去而形成孔、槽等的除去部(表面吸收型激光加工)的情况下，加工区域从表面3侧逐渐向背面侧进行。另外，本实施方式的改质区域7是指密度、折射率、机械强度、或其他的物理特性等成为与周围不同的状态的区域。作为改质区域7，例如有熔融处理区域、裂痕区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等，也有这些区域混合存在的区域。此外，作为改质区域7，有在加工对象物I的材料上密度与非改质区域的密度相比较产生变化的区域，形成有晶格缺陷的区域(将这些统称为高密转移区域)。另外，熔融处理区域或折射率变化区域、改质区域7的密度与非改质区域的密度相比较产生变化的区域、形成有晶格缺陷的区域，进一步在这些区域的内部或改质区域7与非改质区域的界面包含龟裂(裂纹、微裂痕)的情况。包含的龟裂有形成于改质区域7的全面的情况、仅形成于一部分或多个部分的情况。作为加工对象物1，可举出包含硅或由硅构成的加工对象物。这里，在本实施方式中，在加工对象物I形成改质区域7后，对该加工对象物I实施蚀刻处理，由此沿着改质区域7所包含的或从改质区域7延伸的龟裂(也称为裂痕、微小裂痕、裂纹等。以下仅称为“龟裂”)，使蚀刻选择性地进展，除去加工对象物I中沿着改质区域7的部分。例如，在本实施方式的蚀刻处理中，利用毛细管现象等，使蚀刻剂浸润于加工对象物I的改质区域7所包含的或从该改质区域7延伸的龟裂，沿着龟裂面使蚀刻进展。由此，在加工对象物1，沿着龟裂选择性且以快的蚀刻速率使蚀刻进展而进行除去。与此同时，利用改质区域7本身的蚀刻速率快的这个特征，沿着改质区域7选择性地使蚀刻进展而进行除去。作为本实施方式的蚀刻处理，有例如将加工对象物浸溃于蚀刻剂的情况(浸溃方式Dipping)、以及一边使加工对象物旋转一边涂布蚀刻剂的情况(旋转蚀刻方式SpinEtching)。另外，在这里的蚀刻，包含各向同性蚀刻及各向异性蚀刻。图7是表示所使用的蚀刻剂的一个例子的图表。蚀刻剂在常温 100°C前后的温度下使用，根据所需要的蚀刻速率等而设定成适宜的温度。例如，在用KOH对Si(各向异性) 进行蚀刻处理的情况下，优选为约60°C。另外，蚀刻剂不仅可以使用液体状的，也可以使用凝胶状(胶状，半固形状)的。再者，在各向同性蚀刻的情况下，能够适用于比较薄的加工对象物(例如，厚度IOiim 100 ii m),不依赖于结晶方位、改质区域等,能够等向地使蚀刻进行。另外,在这种情况下，当龟裂露出于表面时，蚀刻液会在该龟裂传递而浸润到内部，改质区域的厚度方向的全面成为改质区域的起点，因此，能够取出被蚀刻成切断面呈半圆形凹陷的芯片。另外，在各向异性蚀刻的情况下，不仅能够适用于比较薄的加工对象物，而且也适用于厚的(例如，厚度800ii m 100 iim)。另外,在这种情况下，即使在形成改质区域的面与面方位不同时，也能够沿着该改质区域使蚀刻进行。即，这里的各向异性蚀刻，除了进行依照结晶方位的面方位的蚀刻以外，还可以进行不依赖于结晶方位的蚀刻。其次，详细地说明关于本发明的一个实施方式所涉及的激光加工方法。图8 12是表示本实施方式的激光加工方法的各流程图。如图8 12所示，本实施方式是用来制造将例如半导体装置与印刷配线基板或柔软性基板相互电连接的部件(内插器(interposer)等)的加工方法,在加工对象物I形成多个贯通孔24 (参照图11)，在贯通孔24埋入导体，由此形成多个贯通电极30 (参照图12)。如图8 (a)所示，加工对象物I是对照射的激光L的波长(例如1064nm)透明的板状的硅基板，具有成为(100)面的表面3及背面21 (主面)。在该加工对象物1，沿着与贯通孔24对应的部分，改质区域形成预定部5由3维的坐标指定设定。改质区域形成预定部5设定成沿着相对于加工对象物I的厚度方向倾斜的方向延伸。这里的改质区域形成预定部5设定成仿效加工对象物I的(111)面延伸。顺便一提，在以下的说明中，将加工对象物I的厚度方向(激光L的照射方向)作为Z方向，将改质区域形成预定部5 (贯通孔24)相对于厚度方向倾斜的方向作为X方向，将与X，Z方向正交的方向作为Y方向进行说明。在本实施方式中对加工对象物I加工的情况下，首先，如图8 Ca)所示，将加工对象物I的表面3侧作为上方而载置并保持于载置台。然后，使激光L的聚光点(以下仅称为“聚光点”)对准于加工对象物I的背面21侧附近的Z方向位置，一边使该聚光点在X方向上相对移动，一边以在改质区域形成预定部5形成改质区域7的方式，将从表面3进行激光L的ON、OFF照射(扫描)。
由此，在加工对象物I的背面21侧附近的与贯通孔24对应部分，形成露出于背面21的改质区域7。换言之，以在加工对象物I的背面21产生损伤的方式，使改质区域7形成于背面21侧。再者，这里，由于将脉冲激光作为激光L进行点照射，因此所形成的改质区域7由改质点构成。另外，在改质区域7，包含并形成有从该改质区域7产生的龟裂(对于以下的改质区域也相同)。接着,如图8 (b)所示,将聚光点的Z方向位置变更到表面3侧后，实施上述的X方向的扫描。由此，在比既有的改质区域7更向表面3侧的Z方向位置上与贯通孔24相对应的部分，新形成与该既有的改质区域7相连接的改质区域7。接着，将上述的X方向的扫描，在加工对象物I中从背面21侧往表面3侧的依次改变聚光点的Z方向位置而反复实施。由此，沿着与贯通孔24相对应的部分相互地连接的改质区域7形成于加工对象物I内。即，沿着加工对象物I的(111)面的方式向Z方向倾斜的改质区域7形成于加工对象物I的内部。然后，如图9 (a)所示，使聚光点对准于加工对象物I的表面3侧附近的Z方向位 置，实施上述的X方向的扫描。由此，在加工对象物I的表面3侧附近的与贯通孔24对应的部分，形成与既有的改质区域7相连且露出于表面3的改质区域7。换言之，以在加工对象物I的表面3产生损伤的方式，使连续于既有的改质区域7的改质区域7形成于表面3侧。其次，如图9 (b)所示，将加工对象物I置入到内部温度例如为1000°C的炉内，通过湿式氧化法进行全面氧化。由此，作为对蚀刻具有耐性的耐蚀刻膜的氧化膜22生成在加工对象物的外表面(至少表面3及背面21)。这里的氧化膜22被制作成对蚀刻剂即碱性蚀刻液耐性高的热氧化膜。这里，如图10所示，在加工对象物I的表面3及背面21所露出的改质区域7的面从特性看不是平滑的而是粗糙的，改质区域7所包含的龟裂(裂痕)大多露出，成为起毛的状态。因此，在生成氧化膜22时(参照图9 (b))，在改质区域7上，氧化膜22的成长被阻碍，在氧化膜22的形成产生错误。因此，在所涉及的改质区域7，实质上不生成氧化膜22、或所生成的氧化膜22的致密度较周围更粗，使得在氧化膜22产生缺陷22b。接着，如图11 Ca)所示，对加工对象物1，使用例如85°C的KOH作为蚀刻剂，实施60分钟的蚀刻处理。具体而言，使蚀刻剂从氧化膜22的缺陷22b浸润到改质区域7，沿着改质区域7及该改质区域7所包含的龟裂，使蚀刻选择性地进展。由此，加工对象物I的内部沿着改质区域7被选择性地除去，以沿着(111)面的方式相对于Z方向倾斜的贯通孔24会形成于加工对象物I。此时，对于氧化膜22的缺陷22b而言，在蚀刻进展时会被剥离而除去。再者，在本实施方式的蚀刻处理中，进行各向异性蚀刻，加工对象物I的(111)面难以进行蚀刻(蚀刻速率慢)。因此，若像本实施方式那样改质区域7依照(111)面延伸，则蚀刻可适当地沿着改质区域7进展。与此同时，贯通孔24的内面成为凹凸少的平滑面，另夕卜，贯通孔24的截面形状成为矩形(菱形)形状。接着，如图11 (b)所示，通过湿式氧化法对加工对象物I进行再氧化。由此，作为具有电绝缘性的绝缘膜的氧化膜26生成在贯通孔24的内面。其后，如图12 (a)所示，在贯通孔24内埋入导体28，然后如图12 (b)所示，在表面3侧的氧化膜22的外表面22a以与导体28电连接的方式形成电极焊盘29，并且在背面21侧的氧化膜22的外表面22a以与导体28电连接的方式形成电极焊盘29，构成贯通电极30。以上，在本实施方式中，进行形成露出于背面21的改质区域7、加工对象物I内的改质区域7、以及露出于表面3的改质区域7的激光加工。此时，通过进行全面氧化，在表面3及背面21形成氧化膜22。此时，在所露出的改质区域7上，氧化膜22的生长被阻碍而产生缺陷22b。因此，在其后的蚀刻处理中，以氧化膜22的缺陷22b作为基点让蚀刻剂切实地侵入，并且沿着改质区域7使蚀刻选择性地进展。因此，在本实施方式中，由于在加工对象物I的表面3及背面21产生氧化膜22时，不需要实施曝光等而进行图案化的现有工序，其结果，能够精度良好地形成贯通孔24且可达到加工容易化。此外，若通过氧化膜22，则能够抑制贯通孔24的开口侧扩大、或改质区域7被过度蚀刻而造成贯通孔24的截面积扩大等，可以适当地控制贯通孔24的形状 尺寸。 与此同时，若通过氧化膜22，则能够抑制因蚀刻处理所引起的加工对象物I的厚度降低，另夕卜，可以维持表面3及背面21的面精度。再者，在本实施方式中，由于能够仅通过使加工对象物I全面氧化的工序,来产生图案化的氧化膜22，因此使得氧化膜22与加工对象物I的对准精度变高。另外，在本实施方式，如上述那样，加工对象物I呈具有成为(100)面的表面3及背面21的板状，通过进行各向异性蚀刻容易朝贯通孔24的倾斜方向(S卩，依照(111)面的方向)进行蚀刻。因此，在本实施方式中，能够将倾斜的贯通孔24适当地形成于加工对象物
Io另外，在本实施方式中，如上述那样，在贯通孔24的内面生成作为绝缘膜的氧化膜26。因此，可以充分地确保在邻接的贯通电极30间的绝缘性。另外，在本实施方式中，如上述那样，由于在形成改质区域7后生成氧化膜22，因此能够抑制由于激光L透过氧化膜22而导致其能量降低。在加工对象物I的表面3已经形成有器件的情况下，由于因该器件会导致激光L的能量降低，因此所涉及的效果会更显著。再者，近年，在高集成化进展中，强烈地要求开发具有微细配线间距的内插器。这点，在能够形成向Z方向倾斜的贯通电极30的本实施方式，具有以下的作用效果。S卩，在制成微细配线间距的情况下，能够直接对表面3侧的电极焊盘29与背面21侧的电极焊盘29进行配线，充分地确保配线宽度，并防止电阻增加。再者，在本实施方式中，改变Y方向的聚光点位置并反复进行X方向的扫描(XY面上的激光加工)，并将其改变Z方向的聚光点位置并反复进行，由此，能够形成与多个贯通孔24相对应的改质区域7。或者,也可以改变Z方向的聚光点位置并反复进行X方向的扫描(XZ面上的激光加工)，并将其改变Y方向的聚光点位置并反复进行。又或者，也可以一边使聚光点在X，Y，Z方向上适宜移动一边照射激光L而形成与I个贯通孔24相对应的改质区域7，并将其反复进行对应于贯通孔24的数量的次数。以上，说明了本发明的优选实施方式，但本发明所涉及的激光加工方法不限于上述实施方式，可以在不变更各权利要求所记载的范围下进行变形，或可以适用其他方式者。例如，形成改质区域时的激光入射面，不限定于加工对象物I的表面3，也可以是加工对象物I的背面21。另外，在上述实施方式中，生成氧化膜22作为耐蚀刻膜，但也可以产生氮化膜，耐蚀刻膜只要是对蚀刻处理下所使用的蚀刻剂具有耐性者即可。
另外，在生成氧化膜22后而进行蚀刻处理之前，另外对氧化膜22实施蚀刻处理来除去缺陷22b。在这种情况下，在对后段的加工对象物I的蚀刻处理，能够使蚀刻剂切实地侵入到改质区域7，能够精度良好地形成贯通孔24。另外，在上述实施方式的激光L的ON -OFF照射，除了控制激光L的出射的ON、OFF以外，还可以开闭设置于激光L的光路上的遮光板，或将加工对象物I的表面3掩蔽等来实施。此外，可以将激光L的强度在形成改质区域7的阈值(加工阈值)以上的强度与不到加工阈值的强度之间进行控制。产业上的可利用性
根据本发明的激光加工方法，可以精度良好地形成贯通孔且可达到加工容易化。
权利要求
1.一种激光加工方法，其特征在于，是使激光聚光于由硅形成的加工对象物的内部而形成改质区域，沿着该改质区域进行蚀刻，由此在所述加工对象物形成贯通孔的激光加工方法，其包含激光聚光工序，通过使所述激光聚光于所述加工对象物，沿着所述加工对象物的与贯通孔对应的部分，形成所述改质区域；耐蚀刻膜生成工序，在所述激光聚光工序之后，在所述加工对象物的外表面生成对所述蚀刻具有耐性的耐蚀刻膜；以及蚀刻处理工序,在所述耐蚀刻膜生成工序之后,对所述加工对象物实施蚀刻处理，由此沿着所述改质区域使所述蚀刻选择性地进展而形成所述贯通孔，在所述激光聚光工序中，使所述改质区域露出于所述加工对象物的所述外表面。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述加工对象物呈具有成为(100)面的主面的板状，所述贯通孔相对于所述加工对象物的厚度方向倾斜，在所述蚀刻处理工序中，实施各向异性蚀刻作为所述蚀刻处理。
3.如权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，还包含在所述耐蚀刻膜产生工序之后且所述蚀刻处理工序之前，对所述耐蚀刻膜实施蚀刻处理，由此将在露出的所述改质区域上所生成的所述耐蚀刻膜除去的工序。
4.如权利要求f3中的任一项所述的激光加工方法，其特征在于，是在所述加工对象物形成多个所述贯通孔的激光加工方法，还包含在所述蚀刻处理工序之后，在所述加工对象物的所述贯通孔的内面生成绝缘膜的绝缘膜产生工序。
全文摘要
一种激光加工方法，是使激光(L)聚光于由硅形成的加工对象物(1)的内部而形成改质区域(7)，沿着该改质区域(7)进行蚀刻，由此在加工对象物(1)形成贯通孔(1)的激光加工方法，其包含通过使激光(L)聚光于加工对象物(1)，沿着加工对象物(1)的与贯通孔(24)对应的部分形成改质区域(7)的激光聚光工序；在激光聚光工序之后，在加工对象物(1)的外表面生成对蚀刻具有耐性的耐蚀刻膜(22)的耐蚀刻膜产生工序；以及在耐蚀刻膜产生工序之后，对加工对象物(1)实施蚀刻处理，沿着改质区域(7)使蚀刻选择性地进展而形成贯通孔(1)的蚀刻处理工序，在激光聚光工序中，使改质区域(7)露出于加工对象物(1)的外表面的激光加工方法。
文档编号H01L21/306GK103026470SQ20118003652
公开日2013年4月3日 申请日期2011年7月19日 优先权日2010年7月26日
发明者下井英树, 荒木佳祐 申请人:浜松光子学株式会社