KR101940331B1

KR101940331B1 - 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR101940331B1
Application number: KR1020127031684A
Authority: KR
Inventors: 히데키 시모이; 게이스케 아라키
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2019-01-18
Anticipated expiration: 2031-07-19
Also published as: JP2012024823A; EP2599581A1; CN103025472B; JP5574866B2; US8541319B2; EP2599581A4; US20120129359A1; TW201233480A; KR20130102462A; TWI562846B; CN103025472A; EP2599581B1; WO2012014721A1

Abstract

실리콘으로 형성된 판상의 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 집광시키는 것에 의해, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역(71 - 73)을 형성하는 레이저광 집광 공정과, 레이저광 집광 공정 후, 가공 대상물(1)에 이방성 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 가공 대상물(1)을 목표 두께까지 박화함과 아울러, 개질 영역(71 - 73)을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 가공 대상물(1)의 두께 방향에 대해 경사지는 관통공(24)을 가공 대상물(1)에 형성하는 에칭 처리 공정을 포함하며, 레이저광 집광 공정에서는, 가공 대상물(1)에서의 관통공(24)에 대응하는 부분에 개질 영역(71 -73)으로서의 제1 개질 영역(72)을 형성함과 아울러, 가공 대상물(1)에서 이방성 에칭 처리에 의한 박화로 제거되는 부분에 두께 방향에 평행하게 연장하고 또한 제1 개질 영역(72)에 연결되는 개질 영역으로서의 제2 개질 영역(71, 73)을 형성하고, 에칭 처리 공정에서는, 가공 대상물(1)을 박화시키면서, 제2 개질 영역(71, 73)을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시킨 후에 제1 개질 영역(72)을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 가공 대상물(1)이 목표 두께일 때에 관통공(1)의 형성을 완료시킨다.

Description

레이저 가공 방법{LASER PROCESSING METHOD}

본 발명은, 레이저 가공 방법에 관한 것이며, 특히, 가공 대상물에 관통공을 형성하는 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

종래의 레이저 가공 방법으로서는, 판상(板狀)의 가공 대상물에 레이저광을 집광시켜 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성한 후, 이 가공 대상물에 에칭 처리를 시행하여 개질 영역을 제거하는 것에 의해, 두께 방향을 따른 관통공을 가공 대상물에 형성하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1] 일본특허공개 2005－74663호 공보

그렇지만, 상기 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물에 에칭 처리를 시행했을 때, 에칭의 진행에 따라서 가공 대상물에서의 관통공의 개구측이 제거되어, 관통공의 개구측의 구멍 지름이 확대해 버릴 우려가 있다. 이 때문에, 상기 레이저 가공 방법에서는, 이러한 구멍 지름의 확대를 억제하여, 관통공을 정밀도 좋게 형성하는 것이 요구되고 있다. 또, 최근의 레이저 가공 방법에서는, 여러 가지의 분야로의 적용이 진행하는 가운데, 그 가공 용이화가 요구되고 있다.

이에, 본 발명은, 관통공을 정밀도 좋게 형성함과 아울러 가공 용이화가 가능한 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일측면에 관한 레이저 가공 방법은, 실리콘으로 형성된 판상(板狀)의 가공 대상물에 레이저광을 집광(集光)시키는 것에 의해, 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하는 레이저광 집광 공정과, 레이저광 집광 공정 후, 가공 대상물에 이방성 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 가공 대상물을 목표 두께까지 박화(薄化)함과 아울러, 개질 영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 가공 대상물의 두께 방향에 대해 경사지는 관통공을 가공 대상물에 형성하는 에칭 처리 공정을 포함하며, 레이저광 집광 공정에서는, 가공 대상물에서의 관통공에 대응하는 부분에 개질 영역으로서의 제1 개질 영역을 형성함과 아울러, 가공 대상물에서 이방성 에칭 처리에 의한 박화로 제거되는 부분에 두께 방향에 평행하게 연장하고 또한 제1 개질 영역에 연결되는 개질 영역으로서의 제2 개질 영역을 형성하고, 에칭 처리 공정에서는, 가공 대상물을 박화시키면서, 제2 개질 영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시킨 후에 제1 개질 영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 가공 대상물이 목표 두께일 때에 관통공의 형성을 완료시키는 것을 특징으로 한다.

이 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물이 목표 두께일 때에 제1 개질 영역의 에칭이 진전 개시되는 것은 아니고, 이방성 에칭 처리에 의해서 가공 대상물이 목표 두께까지 박화될 때, 이러한 박화로 제거되는 부분에 형성된 제2 개질 영역에 의해서 제1 개질 영역의 에칭의 진전 개시가 안내되며, 그리고, 가공 대상물이 목표 두께로 박화되었을 때에, 관통공의 형성이 완료된다. 따라서, 가공 대상물에서의 관통공의 개구측이 제거되어 관통공의 개구측의 구멍 지름이 확대하는 것을 억제할 수 있어, 관통공을 정밀도 좋게 형성하는 것이 가능해진다. 게다가, 제2 개질 영역은, 두께 방향에 평행하게 연장하기 때문에, 이 제2 개질 영역을 형성할 때에 레이저광의 집광점의 지정 및 관리가 용이하게 되어, 레이저 가공의 용이화가 가능해진다.

또, 가공 대상물은, (100)면이 되는 주면(主面)을 가지고 있어도 괜찮다. 이 경우, 두께 방향으로 경사지는 관통공을 가공 대상물에 바람직하게 형성할 수 있다.

또, 레이저광 집광 공정에서는, 레이저광의 조사 방향과 직교하는 일방향을 따라서 레이저광의 집광점을 상대 이동시키면서 레이저광을 조사하는 공정을, 조사 방향에서의 집광점의 깊이 위치를 바꾸어 반복 실행하는 제1 공정과, 제1 공정을, 조사 방향 및 일방향과 직교하는 타방향에서의 집광점의 위치를 바꾸어 반복 실행하는 제2 공정을 포함하고 있어도 괜찮다. 이 경우, 레이저광 집광 공정의 택트 타(tact time)임을 단축할 수 있다.

본 발명의 레이저 가공 방법에 의하면, 관통공을 정밀도 좋게 형성함과 아울러 가공 용이화가 가능해진다.

도 1은 개질 영역의 형성에 이용되는 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 개질 영역의 형성의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이다.
도 3은 도 2의 가공 대상물의 III－III선을 따른 단면도이다.
도 4는 레이저 가공 후의 가공 대상물의 평면도이다.
도 5는 도 4의 가공 대상물의 V－V선을 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 가공 대상물의 VI－VI선을 따른 단면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 의해 제조되는 인터포저(interposer)를 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 도 7의 인터포저의 개략 사시도이다.
도 9의 (a)는 본 실시 형태를 나타내는 플로우 도면, (b)는 도 9의 (a)에 연속하여 나타내는 플로우 도면이다.
도 10의 (a)는 도 9의 (b)에 연속하여 나타내는 플로우 도면, (b)는 도 10의 (a)에 연속하여 나타내는 플로우 도면이다.
도 11의 (a)는 도 10의 (b)에 연속하여 나타내는 플로우 도면, (b)는 도 11의 (a)에 연속하여 나타내는 플로우 도면이다.
도 12의 (a)는 도 11의 (b)에 연속하여 나타내는 플로우 도면, (b)는 도 12의 (a)에 연속하여 나타내는 플로우 도면, (c)는 도 12의 (b)에 연속하여 나타내는 플로우 도면이다.
도 13은 본 실시 형태에 의해 형성된 관통공을 나타내는 도 12의 (c)의 XIII－XIII선을 따르는 단면에 대응하는 단면도이다.
도 14의 (a)는 개질 영역을 형성한 후의 가공 대상물의 일부를 나타내는 확대 단면도, (b)는 관통공을 형성한 후의 가공 대상물의 일부를 나타내는 확대 단면도이다.
도 15의 (a)는 관통공의 다른 예를 나타내는 도 13에 대응하는 단면도, (b)는 관통공의 또 다른 예를 나타내는 도 13에 대응하는 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.

본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물의 내부에 레이저광을 집광(集光)시켜 개질 영역을 형성한다. 여기서, 먼저, 개질 영역의 형성에 대해서, 도 1 ~ 도 6을 참조하여 이하에 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치(100)는, 레이저광(L)을 펄스 발진(發振)하는 레이저 광원(101)과, 레이저광(L)의 광축(광로)의 방향을 90°바꾸도록 배치된 다이크로익 미러(103)와, 레이저광(L)을 집광하기 위한 집광용 렌즈(105)를 구비하고 있다. 또, 레이저 가공 장치(100)는, 집광용 렌즈(105)에서 집광된 레이저광(L)이 조사되는 가공 대상물(1)을 지지하기 위한 지지대(107)와, 지지대(107)를 이동시키기 위한 스테이지(111)와, 레이저광(L)의 출력이나 펄스폭 등을 조절하기 위해서 레이저 광원(101)을 제어하는 레이저 광원 제어부(102)와, 스테이지(111)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비하고 있다.

이 레이저 가공 장치(100)에서는, 레이저 광원(101)으로부터 출사된 레이저광(L)은, 다이크로익 미러(103)에 의해서 그 광축의 방향이 90°바뀌어, 지지대(107) 상에 재치(載置)된 판상(板狀)의 가공 대상물(1)의 내부에 집광용 렌즈(105)에 의해서 집광된다. 이것과 아울러, 스테이지(111)가 이동시켜져, 가공 대상물(1)이 레이저광(L)에 대해서 개질 영역 형성 예정부(5)를 따라서 상대 이동시켜진다. 이것에 의해, 개질 영역 형성 예정부(5)를 따른 개질 영역이 가공 대상물(1)에 형성되게 된다.

가공 대상물(1)로서는, 반도체 재료나 압전(壓電) 재료 등이 이용되며, 도 2에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)에는, 개질 영역 형성 예정부(5)가 설정되어 있다. 여기서의 개질 영역 형성 예정부(5)는, 직선상(狀)으로 늘어진 가상선이다. 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역을 형성하는 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(集光点, P)을 맞춘 상태에서, 레이저광(L)을 개질 영역 형성 예정부(5)를 따라서(즉, 도 2의 화살(A) 방향으로) 상대적으로 이동시킨다. 이것에 의해, 도 4 ~ 도 6에 나타내는 바와 같이, 개질 영역(7)이 개질 영역 형성 예정부(5)를 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 형성되고, 이 개질 영역(7)이, 후술할 에칭(식각(蝕刻))에 의한 제거 영역(8)이 된다.

또한, 집광점(P)은, 레이저광(L)이 집광하는 개소이다. 또, 개질 영역 형성 예정부(5)는, 직선상에 한정하지 않고 곡선상이라도 괜찮고, 곡면상이나 평면상의 3차원상이라도 괜찮으며, 좌표 지정된 것이라도 괜찮다. 또, 개질 영역(7)은, 연속적으로 형성되는 경우도 있고, 단속적으로 형성되는 경우도 있다. 또, 개질 영역(7)은 열상(列狀)으로도 점상(点狀)으로도 좋고, 요점은, 개질 영역(7)은 적어도 가공 대상물(1)의 내부에 형성되어 있으면 좋다. 또, 개질 영역(7)을 기점(起点)으로 균열이 형성되는 경우가 있으며, 균열 및 개질 영역(7)은, 가공 대상물(1)의 외표면(표면, 이면, 혹은 외주면)으로 노출하고 있어도 괜찮다.

덧붙여서 말하면, 여기에서는, 레이저 광(L)이, 가공 대상물(1)을 투과함과 아울러 가공 대상물(1)의 내부의 집광점 근방에서 특히 흡수되고, 이것에 의해, 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)이 형성된다(즉, 내부 흡수형 레이저 가공). 일반적으로, 표면(3)으로부터 용융되어 제거되어 구멍이나 홈 등의 제거부가 형성되는(표면 흡수형 레이저 가공) 경우, 가공 영역은 표면(3)측으로부터 서서히 이면측으로 진행한다.

그런데, 본 실시 형태에 관한 개질 영역(7)은, 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와는 다른 상태로 된 영역을 말한다. 개질 영역(7)으로서는, 예를 들면, 용융 처리 영역, 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역 등이 있으며, 이들이 혼재한 영역도 있다. 게다가, 개질 영역(7)으로서는, 가공 대상물(1)의 재료에서 밀도가 비(非)개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역이나, 격자 결함이 형성된 영역이 있다(이들을 종합하여 고밀도 전이 영역이라고도 한다).

또, 용융 처리 영역이나 굴절률 변화 영역, 개질 영역(7)의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화한 영역, 격자 결함이 형성된 영역은, 그들 영역의 내부나 개질 영역(7)과 비개질 영역과의 계면(界面)에 균열(갈라짐, 마이크로 크랙)을 더 내포하고 있는 경우가 있다. 내포되는 균열은 개질 영역(7)의 전면(全面)에 이르는 경우나 일부분만이나 복수 부분에 형성되는 경우가 있다. 가공 대상물(1)로서는, 실리콘을 포함하는, 또는 실리콘으로 이루어지는 것을 들 수 있다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)을 형성한 후, 이 가공 대상물(1)에 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 개질 영역(7)을 따라서(즉, 개질 영역(7), 개질 영역(7)에 포함되는 균열, 또는 개질 영역(7)으로부터 신장하는 균열을 따라서) 에칭을 선택적으로 진전시켜, 가공 대상물(1)에서의 개질 영역(7)을 따른 부분을 제거한다. 또한, 이 균열은, 크랙, 미소(微小) 크랙, 갈라짐 등이라고도 칭해진다(이하, 단지「균열」이라고 한다).

본 실시 형태의 에칭 처리에서는, 예를 들면, 모세관 현상 등을 이용하여, 가공 대상물(1)의 개질 영역(7)에 포함되는 또는 해당 개질 영역(7)으로부터 신장하는 균열에 에칭제를 침윤(浸潤)시켜, 균열면을 따라서 에칭을 진전시킨다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)에서는, 균열을 따라서 선택적 또한 높은 에칭 레이트로 에칭을 진전시켜 제거한다. 이것과 아울러, 개질 영역(7) 자체의 에칭 레이트가 높다고 하는 특징을 이용하여, 개질 영역(7)을 따라서 선택적으로 에칭을 진전시켜 제거한다.

에칭 처리로서는, 예를 들면 에칭제에 가공 대상물(1)을 침지(浸漬)하는 경우(디핑 방식：Dipping)와, 가공 대상물(1)을 회전시키면서 에칭제를 도포하는 경우(스핀 에칭 방식：SpinEtching)가 있다.

에칭제로서는, 예를 들면, KOH(수산화 칼륨), TMAH(수산화 테트라 메틸 암모늄 수용액), EDP(에틸렌디아민 피로카테콜(ethylenediamine pyrocatechol)), NaOH(수산화 나트륨), CsOH(수산화 세슘), NH₄OH(수산화 암모늄), 히드라진(hydrazine) 등을 들 수 있다. 또, 이 에칭제로서는, 액체상(狀) 뿐만 아니라, 겔상(젤리상, 반고형상)을 이용할 수 있다. 여기서의 에칭제는, 상온 ~ 100℃ 전후의 온도에서 이용되며, 필요로 되는 에칭 레이트 등에 따라 적절한 온도로 설정된다. 예를 들면, Si을 KOH로 에칭 처리하는 경우에는, 바람직한 것으로서, 약 60℃가 된다.

또, 본 실시 형태에서는, 에칭 처리로서, 특정 방향의 에칭 속도가 빠른(혹은 느린) 에칭인 이방성 에칭 처리를 행하고 있다. 이 이방성 에칭 처리의 경우에는, 비교적 얇은 가공 대상물 뿐만 아니라 두꺼운 것(예를 들면, 두께 800㎛ ~ 100㎛)에도 적용할 수 있다. 또, 이 경우, 개질 영역(7)을 형성하는 면이 면방위와 다를 때에도, 이 개질 영역(7)을 따라서 에칭을 진행시킬 수 있다. 즉, 여기서의 이방성 에칭 처리에서는, 결정방위에 따른 면방위의 에칭에 더하여, 결정방위에 의존하지 않은 에칭도 가능하다.

다음에, 일 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 도 7은 본 실시 형태로 제조되는 인터포저(interposer)를 나타내는 개략 단면도, 도 8은 도 7의 인터포저의 개략 사시도이다. 본 실시 형태의 레이저 가공 방법은, 전자 부품 사이를 서로 전기적으로 접속하는 중계용 기판으로서의 인터포저를 제조한다.

도 7, 8에 나타내는 바와 같이, 인터포저(10)는, 기판(10x)과, 이 기판(10x)에 마련된 복수의 관통 전극(10y)을 구비하는 실리콘 인터포저이다. 이 인터포저(10)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, IC 칩 등의 반도체 디바이스(11)와 플렉서블 케이블(플렉서블 프린트 기판, 12)과의 접속 배선을 구성함과 아울러, 이들의 배선 피치를 변환한다.

기판(10x)은, 그 판 두께가 예를 들면 200㎛ 등의 목표 두께(M)로 된 평판상을 나타내고 있으며, 실리콘으로 형성되어 있다. 관통 전극(10y)은, 기판(10x)의 표면측과 이면측을 서로 도통(導通)하는 것이며, 도체(13) 및 패드(14)를 포함하여 구성되어 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 관통 전극(10y)은, 가공 대상물(1)의 표면으로부터 볼 때 지그재그상(狀)으로 복수 배치되어 있다. 즉, 복수의 관통 전극(10y)은, Y방향에서 근접하는 한 쌍의 관통 전극(10y)이 서로 X방향으로 예를 들면 반(半)피치 어긋나도록 배열되어 있다.

도 9 ~ 도 12는, 본 실시 형태에 관한 레이저 가공 방법을 나타내는 각 플로우 도면이다. 도 9 ~ 도 12에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 가공 대상물(1)에 레이저광(L)을 집광시켜, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역(7)을 형성한다. 그리고, 이방성 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 가공 대상물(1)에서의 표면(3)측 및 이면(21)측의 소정 부분을 제거 부분(1p)으로 하여 제거하여, 목표 두께(M)까지 박화시킨다. 이것과 아울러, 개질 영역(7)을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜 복수의 관통공(24)을 복수 형성한다.

도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)은, 조사하는 레이저광(L)의 파장(예를 들면 1064nm)에 대해서 투명한 판상의 실리콘 기판이다. 가공 대상물(1)은, 그 판 두께가 목표 두께(M) 보다도 두껍게 되어 있으며, 예를 들면 300㎛로 되어 있다. 또, 가공 대상물(1)은, (100)면이 되는 표면(3) 및 이면(21, 주면(主面))을 가지고 있다. 이 가공 대상물(1)에는, 개질 영역 형성 예정부(5)가 3차원적인 좌표 지정에 의해 프로그램 작동 가능하게 설정되어 있다. 개질 영역 형성 예정부(5)는, 제1 개질 영역 형성 예정부(5x)와, 제2 개질 영역 형성 예정부(5y)를 가지고 있다.

제1 개질 영역 형성 예정부(5x)는, 가공 대상물(1)의 내부에서 관통공(24, 도 12의 (c) 참조)에 대응하는 부분을 따라서 설정되어 있다. 여기서의 제1 개질 영역 형성 예정부(5x)는, 가공 대상물(1)의 두께 방향으로 연장하는 제1 개질 영역 형성 예정부(5x₁)와, 두께 방향에 대해 경사지는 제1 개질 영역 형성 예정부(5x₂)와, 제1 개질 영역 형성 예정부(5x₂)에 대해서 큰 경사 각도로 동일 방향으로 경사지는 제1 개질 영역 형성 예정부(5x₃)를 포함하고 있다. 제1 개질 영역 형성 예정부(5x₂, 5x₃)는, 가공 대상물(1)의 (111)면을 따라서 연장하고 있다.

제2 개질 영역 형성 예정부(5y)는, 가공 대상물(1)의 내부에서의 표면(3)측 및 이면(21)측의 제거 부분(1p)에 설정되어 있다. 이 제2 개질 영역 형성 예정부(5y)는, 제1 개질 영역 형성 예정부(5x) 각각의 양단에 연결되도록 복수 설정되며, 가공 대상물(1)의 두께 방향에 평행하게 연장하고 있다.

또한, 이하의 설명에서는, 가공 대상물(1)의 두께 방향(레이저광(L)의 조사 방향)을 Z방향으로 하고, 두께 방향에 대해 개질 영역 형성 예정부(5, 관통공(24))가 경사지는 방향을 X방향으로 하며, X방향 및 Z방향에 직교하는 방향을 Y방향으로 하여 설명한다.

본 실시 형태에서 가공 대상물(1)을 가공하는 경우, 우선, 가공 대상물(1)의 표면(3)측을 상부로 하여 재치대에 재치하여 유지한다. 그리고, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 내부에서 이면(21)측의 제거 부분(1p)에, 레이저광(L)의 집광점(이하, 단지「집광점」이라고 함)을 맞춘다. 그리고, 이 집광점을 X방향으로 상대 이동시키면서, 개질 영역 형성 예정부(5)에 개질 영역(7)이 형성되도록 레이저광(L)을 표면(3)측으로부터 ON·OFF 조사한다(이하, 단지「스캔」이라고 한다). 이것에 의해, 이면(21)측의 제거 부분(1p)에서 제2 개질 영역 형성 예정부(5y) 상의 각 위치에, 개질 영역(7)을 형성한다.

또한, 여기에서는, 펄스 레이저광을 레이저광(L)으로서 스포트(spot) 조사하기 때문에, 형성되는 개질 영역(7)은 개질 스포트로 구성되어 있다. 또, 개질 영역(7)에는, 해당 개질 영역(7)으로부터 발생한 균열이 내포되어 형성되어 있다(이하의 개질 영역(7)에 대해서 동일함).

이어서, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 집광점의 Z방향 위치를 표면(3) 측으로 소정량 이동한 후, 상기 스캔을 다시 실행하는 것에 의해, 이면(21)측의 제거 부분(1p)에서 제2 개질 영역 형성 예정부(5y) 상의 각 위치에, 기성(旣成, 이미 형성된)의 개질 영역(7)에 대해서 표면(3)측에 연결되는 개질 영역(7)을 새로 형성한다. 그 결과, 이면(21)측의 제거 부분(1p) 내에, Z방향에 평행하게 연장하는(환언하면, Z방향과 교차하지 않도록 Z방향을 따라서 대략 직선상으로 신장하는) 개질 영역(71)이 형성된다.

이어서, 도 10의 (b) ~ 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 상기 스캔을, 이면(21)측으로부터 표면(3)측의 순서로 집광점의 Z방향 위치를 바꾸어 반복 실행한다. 그 결과, 가공 대상물(1) 내에서의 관통공(24)에 대응하는 부분에, 기성의 개질 영역(71)에 연결되는 개질 영역(72)이 형성되고, 그리고, 표면(3)측의 제거 부분(1p) 내에, 기성의 개질 영역(72)에 연결되고 또한 Z방향에 평행하게 연장하는(환언하면, Z방향과 교차하지 않도록 Z방향을 따라서 대략 직선상으로 신장하는) 개질 영역(73)이 형성된다. 즉, 관통공(24)에 대응하여 연장하는 제1 개질 영역으로서의 개질 영역(72)이, 가공 대상물(1) 내의 제거 부분(1p) 이외의 부분에 형성됨과 아울러, 이 개질 영역(72)의 단부의 각각에 연결되고 또한 Z방향으로 똑바로 신장하는 제2 개질 영역으로서의 개질 영역(71, 73)이, 표면(3) 및 이면(21)으로 노출하지 않도록 제거 부분(1p)에 형성된다.

이어서, 상술한 도 9의 (b) ~ 도 11의 (b)에 나타내는 공정을, Y방향에서의 레이저광(L)의 집광점 위치를 바꾸어 반복 실행한다. 이상에 의해, 복수의 관통공(24)에 대응하여 복수의 개질 영역(72)이 가공 대상물(1) 내에 형성된다. 이것과 아울러, 이들 개질 영역(72)의 각각에 연결되고 또한 Z방향에 평행하게 연장하는 복수의 개질 영역(71, 73)이 제거 부분(1p) 내에 형성되게 된다.

덧붙여서 말하면, 개질 영역(72)는, 상기 제1 개질 영역 형성 예정부(5x₁ ~ 5x₃)를 따라서 각각 형성되기 때문에, Z방향으로 연장하는 개질 영역(72₁)과, Z방향에 대해 X방향으로 경사지는 개질 영역(72₂)과, 개질 영역(72₂)에 대해 큰 경사 각도로 동일 방향으로 경사지는 개질 영역(72₃)을 포함하여 구성되어 있다. 또, 여기서의 개질 영역(71, 73)의 크기 및 길이 등은, 후단(後段)의 이방성 에칭 처리에서,「가공 대상물(1)이 목표 두께(M)까지 박화되는 에칭 시간」과「개질 영역(71 ~ 73)이 에칭되는 각 에칭 시간의 합계」가 서로 동일하게 되도록, 각각 형성되어 있다.

다음에, 가공 대상물(1)에 대해, 예를 들면 85℃의 KOH를 에칭제로서 이용하여 60분간 에칭 처리를 시행한다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)에서의 제거 부분(1p)이 표면(3)측 및 이면(21)측으로부터 서서히 제거되어, 가공 대상물(1)이 서서히 박화된다. 그리고, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 개질 영역(71, 73)이 노출할 때까지 가공 대상물(1)이 박화되었을 때, 개질 영역(71, 73)으로 에칭제가 침윤되어, 개질 영역(71, 73)을 따른 에칭이 개시된다. 이어서, 가공 대상물(1)이 박화되면서, 가공 대상물(1)의 내부가 개질 영역(71, 73)을 따라서 선택적으로 에칭되어 제거된다.

그 후, 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제거 부분(1p)의 제거가 진전되어 가공 대상물(1)이 계속 박화되면서, 개질 영역(71, 73)으로부터 개질 영역(72)으로 에칭제가 침윤되어, 개질 영역(72)을 따른 에칭의 진전이 개시된다. 그리고, 가공 대상물(1)이 박화되면서, 가공 대상물(1)의 내부가 개질 영역(72)을 따라서 선택적으로 에칭되어 제거된다.

게다가 그 후, 제거 부분(1p)의 제거가 진전되어 가공 대상물(1)이 계속하여 더 박화되면서, 개질 영역(72)에서의 에칭이 진행된다. 그리고, 도 12의 (c)에 나타내는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 두께가 목표 두께(M)에 이르렀을 때, 가공 대상물(1)이 개질 영역(72)을 따라서 관통되어, 복수의 관통공(24)의 형성이 완료한다.

여기서의 복수의 관통공(24)은, 상기 관통 전극(10y)에 대응하도록 배치되어 있다. 구체적으로는, 복수의 관통공(24)은, 가공 대상물(1)의 표면(3)으로부터 봐서, 지그재그상으로 복수 배치되어 있다. 즉, 복수의 관통공(24)에 있어서는, 표면(3)으로부터 봐서, 그 경사 방향인 X방향으로 늘어선 관통공(24)이, 경사 방향의 수직 방향인 Y방향에서 서로 다르게 되도록 배치된다. 환언하면, 표면(3)에서 볼 때, X방향으로 병렬된 하나의 군(群)의 관통공(24)이, X방향으로 어긋나면서 Y방향으로 병렬되어 있다. 즉, 표면(3)으로부터 보았을 때, X, Y방향에 근접하는 4개의 관통공(24)에 의해서 1개의 관통공(24)이 둘러싸여지도록 배치되어 있다. 또한, 여기에서는, 복수의 관통공(24)은, Y방향에 근접하는 한 쌍의 관통공(24, 24)이, 서로 X방향으로 예를 들면 반피치 어긋나도록 배열되어 있다.

이 때, 본 실시 형태에서는, 상기와 같이 이방성 에칭을 행하고 있기 때문에, 가공 대상물(1)에서는, 그 (111)면은 에칭이 되기 어렵게(에칭 레이트가 늦게) 된다. 따라서, (111)면을 따라서 신장하는 개질 영역(72)에서는, 에칭이 바람직게 진전되어, 형성되는 관통공(24)의 내면이 요철이 적은 평활면이 된다. 또, 도 13에 나타내는 바와 같이, 관통공(24)은, 그 단면 형상이 대략 직사각형(마름모꼴) 형상으로 됨과 아울러, 그 축선을 따른 내경의 편차가 작게 된다.

덧붙여서 말하면, 도 12의 (c)에 나타내는 바와 같이, 관통공(24)에 있어서는, 상기 개질 영역(72₁ ~ 72₂)을 따라서 각각 형성되기 때문에, Z방향으로 연장하는 관통공(24₁)과, Z방향에 대해 X방향으로 경사지는 관통공(24₂)과, 관통공(24₂)에 대해 큰 경사 각도로 동일 방향으로 경사지는 관통공(24₃)을 포함하여 구성되어 있다.

다음에, 웨트(wet) 산화법 등에 의해 가공 대상물(1)을 산화하고, 전기적 절연성을 가지는 산화막을 절연막으로 하여 관통공(24)의 내면에 생성한다. 이 때, 도 13에 나타내는 바와 같이, 관통공(24)의 내면이 평활면이 되고 또한 그 단면 형상이 대략 직사각형 형상으로 되어 있기 때문에, 관통공(24)의 내면에는 절연막이 성장하기 어려운 볼록부가 존재하지 않으므로, 균일한 절연막(15)을 형성하는 것이 가능하게 되어, 절연막(15)의 결함을 억제할 수 있다.

그 후, 각 관통공(24) 내에 도체(13)를 매입하고, 이 도체(13)와 전기적으로 접속하도록 패드(14)를 표면(3) 및 이면(21) 상에 형성한다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)이 기판(10x)으로서, 관통공(24)이 관통 전극(10y)으로서 구성되어, 그 결과, 인터포저(10)가 얻어지게 된다.

이상, 본 실시 형태에서는, 가공 대상물(1)이 목표 두께(M)일 때에 개질 영역(72)의 에칭이 진전 개시되는 것은 아니고, 이방성 에칭 처리에 의해서 가공 대상물(1)이 목표 두께(M)까지 박화될 때, 제거 부분(1p)에 형성된 개질 영역(71, 73)에 의해 개질 영역(72)의 에칭의 진전 개시가 안내되고, 그리고, 가공 대상물(1)이 목표 두께(M)로 박화되었을 때에, 관통공(24)의 형성이 완료된다. 따라서, 가공 대상물(1)에서의 관통공(24)의 개구측(표면(3)측 및 이면(21)측)이 너무 제거되어, 관통공(24)의 개구측의 구멍 지름(개구 사이즈) 및 관통공(24)의 내경폭이 확대되는 것을 억제할 수 있어, 목표 두께(M)의 가공 대상물(1)에 관통공(24)을 정밀도 좋게 형성하는 것이 가능해진다.

즉, 본 실시 형태에서는, 마스크가 없는 레이저 가공에서, 가공 대상물(1)의 판두께의 조정을 행하면서 원하는 관통공(24)을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 에칭을 개질 영역(72)으로 안내하기(개질 영역(72)의 에칭을 제어하기) 위한 개질 영역(71, 73)을 제거 부분(1p)에 형성함으로써, 후단의 이방성 에칭 처리에서 목표 두께(M)까지 박화될 때에 관통공(24)의 형성을 완료시킬 수 있다. 따라서, 가공 대상물(1)의 두께와 관통공(24)의 구멍 지름을 동시에 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능해져, 예를 들면 개질 영역(71, 73)을 적절히 형성함으로써, 개질 영역(72)의 관통에 필요로 하는 시간을 조정할 수 있어, 최종적인 기판(10x)의 두께를 설정할 수 있다.

게다가, 상술한 바와 같이, 개질 영역(71, 73)이 Z방향에 평행하게 연장하기 때문에, 개질 영역(71, 73)을 형성할 때에서의 레이저광(L)의 집광점의 지정 및 관리가 용이하게 되어, 레이저 가공의 용이화가 가능해진다.

도 14의 (a)는 개질 영역을 형성한 후의 가공 대상물의 일부를 나타내는 확대 단면도이고, 도 14의 (b)는 관통공을 형성한 후의 가공 대상물의 일부를 나타내는 확대 단면도이다. 도 14에 나타내는 바와 같이, Z방향에 평행하게 신장하는 개질 영역(73)을 개질 영역(72₂)에 연결되도록 제거 부분(1p)에 형성한 경우(즉, 개질 영역(73)을, Z방향에 평행한 직선적으로 적층하여 형성한 경우), 이방성 에칭 처리에 의해 형성된 관통공(24₂)의 개구측의 구멍 지름(H)은, 개질 영역(73)의 크기에 대응한 비교적 작은 것으로 되어 있다.

이것에 대해, Z방향으로 경사지는 개질 영역(73')을 개질 영역(72₂)에 연결되도록 형성한 경우(즉, 개질 영역(73')을, Z방향에 대해 경사지도록 X방향으로 어긋나게 적층하여 형성한 경우), 형성된 관통공(24₂')의 개구측의 구멍 지름(H')은, 구멍 지름(H) 보다도 확대되어 있다. 따라서, 관통공(24)의 개구측의 구멍 지름(H)을 작게 하는 경우에는, 제거 부분(1p)에 형성하는 개질 영역(73(71))은, Z방향에 평행하게 연장시키는 것이 바람직하다.

또, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 개질 영역(71, 73)이 가공 대상물(1)의 표면(3) 및 이면(21)으로 노출하고 있지 않기 때문에, 가공 대상물(1)이 목표 두께(M)가 되었을 때에는 개질 영역(72)의 에칭이 여분으로 진행해 버려 관통공(24)의 개구측의 구멍 지름 및 내경폭이 커지는 것을 억제할 수 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, X방향을 따른 스캔을 Z방향의 집광점 깊이 위치를 바꾸어 반복 실행하고(도 9의 (b) ~ 도 11의 (b) 참조, 제1 공정), 이것을 Y방향의 집광점 위치를 바꾸어 반복 실행하여(제2 공정), 이것에 의해, 복수의 관통공(24)을 형성하고 있다. 따라서, 집광점의 이동의 낭비를 억제하여 신속한 가공이 가능해져, 택트 타임(가공 시간)의 단축화 나아가서는 저비용화를 실현할 수 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 표면(3)에서 볼 때 X방향으로 늘어선 관통공(24)이 Y방향에서 서로 다르게 되도록 배치된다. 따라서, 표면(3)에서 볼 때 복수의 관통공(24) 및 관통 전극(10y)을 격자상으로 배치한 경우에 비해, 복수의 관통공(24) 및 복수의 관통 전극(10y)을 조밀하게 배치할 수 있다. 또, 가공 대상물(1)에 형성할 수 있는 관통공(24)의 수 및 관통 전극(10y)의 수를 늘려, 인터포저(10)에서의 배선의 고밀도화도 가능해진다.

게다가, 본 실시 형태에 따른 인터포저(10)에서는, Z방향에 대해 경사지는 관통 전극(10y)을 가지고 있기 때문에, 배선 피치를 변환한 후에 기판(10x)을 복수 적층시킬 필요가 없게 되어, 그 경박화 및 저비용화가 가능해진다. 게다가, 배선을 심플화, 및 배선 피치를 미세화할 수 있어, 설계가 용이하게 되고, 또한 배선의 전기 저항을 저감할 수 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 기판(10x)이 실리콘으로 형성되고 있기 때문에, 반도체 디바이스(11)가 실리콘으로 형성되어 있는 경우, 열팽창차(差)의 영향으로 배선이 단선하는 것을 억제할 수 있음과 아울러, 배열성(排熱性)을 높이는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 관통공(24)의 형성시, 개질 영역(7) 및 해당 개질 영역(7)에 내포된 균열을 이방성 에칭 처리에 의해서 가공 후의 가공 대상물(1)로부터 제거할 수 있기 때문에, 그 강도 및 품질을 향상할 수 있게 된다. 또, 가공시에 절삭 분진이 발생하지 않기 때문에, 환경을 배려한 가공 방법을 실현할 수 있다.

이상, 바람직한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 각 청구항에 기재한 요지를 변경하지 않은 범위에서 변형하고, 또는 다른 것에 적용한 것이라도 괜찮다.

예를 들면, 개질 영역(7)을 형성할 때의 레이저광 입사면은, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 한정되는 것은 아니고, 가공 대상물(1)의 이면(21)이라도 괜찮다. 또, 상기 실시 형태에서는, 에칭을 개질 영역(72)으로 안내하는 것으로서, 개질 영역(72)의 이면(21)측에 연결되는 개질 영역(71)과 표면(3)측에 연결되는 개질 영역(73)을 제거 부분(1p)에 형성했지만, 이들 중 적어도 일방만을 형성하는 경우도 있다. 또, 상기 실시 형태에서는, 인터포저(10)의 관통 전극(10y)을 구성하는 관통공(24)을 형성했지만, 본 발명의 적용 범위는 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 공간, 메시(mesh), 유로 등으로서의 관통공을 형성하는 경우도 있다.

또, 상기 실시 형태에서의 스캔 방향이나 스캔 순서는 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, X방향을 따른 스캔을 Y방향의 집광점 위치를 바꾸어 반복 실행하고, 이것을 Z방향의 집광점 깊이 위치를 바꾸어 반복 실행함으로써, 복수의 관통공(24)을 형성해도 좋다. 게다가, 예를 들면, 1개의 관통공(24)을 따라서 집광점을 이동시키면서 레이저광(L)을 조사하여 개질 영역(7)을 형성하고, 이것을 관통공(24)의 수만큼 반복 실행함으로써, 복수의 관통공(24)을 형성해도 좋다.

또, 상기 실시 형태에서의 레이저광(L)의 ON·OFF 조사는, 레이저광(L)의 출사의 ON·OFF를 제어하는 것 외에, 레이저광(L)의 광로 상에 마련된 셔터를 개폐 하거나, 가공 대상물(1)의 표면(3)을 마스킹하는 등 하여 실행해도 괜찮다. 게다가, 레이저광(L)의 강도를, 개질 영역(7)이 형성되는 역치(가공 역치) 이상의 강도와 가공 역치 미만의 강도와의 사이에서 제어해도 괜찮다. 또, 상기「평행」에는, 대략 평행한 것, 평행을 의도하는 것이 포함되어 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 에칭제를 조정(예를 들면, 알코올류나 계면 활성제 등의 첨가물을 첨가)함으로써, 특정의 결정 방위의 에칭 레이트를 변화시켜, 원하는 직사각형 형상의 단면 형상(내벽 형상)을 가지는 관통공을 형성할 수 있다. 예를 들면, 에칭제에 IPA(이소프로필알코올(isopropylalcohol))를 첨가하여 이방성 에칭 처리를 행함으로써, 도 15의 (a)에 나타내는 바와 같이, 관통공(24)의 단면 형상을 장방형 형상으로 하는 것이 가능해진다. 또, 예를 들면, 에칭제에 계면 활성제를 첨가하여 이방성 에칭 처리를 행함으로써, 도 15의 (b)에 나타내는 바와 같이, 관통공(24)의 단면 형상을 정방형 형상으로 하는 것이 가능해진다.

[산업상의 이용 가능성]

1 … 가공 대상물 1p … 제거 부분(제거되는 부분)
3 … 표면(주면) 7 … 개질 영역
21 … 이면(주면) 24 … 관통공
71, 73 … 개질 영역(제2 개질 영역)
72 … 개질 영역(제1 개질 영역),
L … 레이저광 M … 목표 두께

Claims

실리콘으로 형성된 판상(板狀)의 가공 대상물에 레이저광을 집광(集光)시키는 것에 의해, 상기 가공 대상물의 내부에 개질 영역을 형성하는 레이저광 집광 공정과,
상기 레이저광 집광 공정 후, 상기 가공 대상물에 이방성 에칭 처리를 시행하는 것에 의해, 상기 가공 대상물을 목표 두께까지 박화(薄化)함과 아울러, 상기 개질 영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 상기 가공 대상물의 두께 방향에 대해 경사지는 관통공을 상기 가공 대상물에 형성하는 에칭 처리 공정을 포함하며,
상기 레이저광 집광 공정에서는,
상기 가공 대상물에서의 상기 관통공에 대응하는 부분에 상기 개질 영역으로서의 제1 개질 영역을 형성함과 아울러, 상기 가공 대상물에서 상기 이방성 에칭 처리에 의한 박화로 제거되는 부분에 상기 두께 방향에 평행하게 연장하고 또한 상기 제1 개질 영역에 연결되는 상기 개질 영역으로서의 제2 개질 영역을 형성하고,
상기 레이저광의 조사 방향과 직교하는 일방향을 따라서 상기 레이저광의 집광점을 상대 이동시키면서 상기 레이저광을 조사하는 공정을, 상기 조사 방향에서의 상기 집광점의 깊이 위치를 바꾸어 반복 실행하는 제1 공정과,
상기 제1 공정을, 상기 조사 방향 및 상기 일방향과 직교하는 타방향에서의 상기 집광점의 위치를 바꾸어 반복 실행하는 제2 공정을 포함하여,
복수의 상기 제1 개질 영역 및 복수의 상기 제2 개질 영역이 상기 가공 대상물의 내부에 형성되며,
상기 에칭 처리 공정에서는,
상기 가공 대상물을 박화시키면서, 상기 제2 개질 영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시킨 후에 상기 제1 개질 영역을 따라서 에칭을 선택적으로 진전시켜, 상기 가공 대상물이 상기 목표 두께일 때에 복수의 상기 관통공의 형성을 완료시키는 레이저 가공 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가공 대상물은, (100)면이 되는 주면(主面)을 가지는 레이저 가공 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 개질 영역이 상기 가공 대상물의 표면 및 이면으로 노출하고 있지 않기 때문에, 상기 가공 대상물이 목표 두께가 되었을 때에는 상기 제1 개질 영역의 에칭이 여분으로 진행해 버리는 레이저 가공 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 관통공은 단면 형상이 직사각형 또는 장방형 형상인 레이저 가공 방법.