レーザ加工方法
【課題】加工後の加工対象物における強度及び品質を向上させる。
【解決手段】本実施形態では、加工対象物１にレーザ光を照射することにより、加工対象物１の刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って改質領域７を形成した後、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に含まれる又は改質領域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、そして、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を加工対象物１から離間移動させる。ここで、改質領域７は、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って繋がるよう形成されると共に、加工対象物１の表面３側にて露出される。このように、本実施形態においては、外部応力を印加することなく刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を加工対象物１から刳り貫くよう加工できると共に、エッチング処理によって、改質領域７の形成に伴って生じる亀裂を除去できる。
【解決手段】本実施形態では、加工対象物１にレーザ光を照射することにより、加工対象物１の刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って改質領域７を形成した後、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に含まれる又は改質領域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、そして、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を加工対象物１から離間移動させる。ここで、改質領域７は、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って繋がるよう形成されると共に、加工対象物１の表面３側にて露出される。このように、本実施形態においては、外部応力を印加することなく刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を加工対象物１から刳り貫くよう加工できると共に、エッチング処理によって、改質領域７の形成に伴って生じる亀裂を除去できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法に関し、特に、加工対象物の所定部分を刳り貫くよう加工するレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工方法としては、板状の加工対象物に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このような加工方法を利用して改質領域が形成された加工対象物に対し外部応力を印加することにより、改質領域を起点として加工対象物を複数のチップに分断させることが図られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１１１８００号公報
【特許文献２】特開２００４−３４３００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、近年、上述したようなレーザ加工方法では、加工対象物の内部に形成した改質領域を利用して加工対象物の所定部分を刳り貫くよう加工する場合がある。しかし、この場合、加工対象物に亀裂や破損が生じ、加工後の加工対象物における強度及び品質が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、加工後の加工対象物における強度及び品質を向上させることができるレーザ加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物の内部にレーザ光を集光させて形成した改質領域を利用して、加工対象物の所定部分を刳り貫くよう加工するレーザ加工方法であって、加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工対象物における所定部分の外形に沿って改質領域を形成するレーザ光照射工程と、レーザ光照射工程の後、加工対象物にエッチング処理を施すことにより、改質領域に含まれる又は改質領域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るエッチング処理工程と、エッチング処理工程の後、所定部分を加工対象物から離間移動させる離間移動工程と、を有し、レーザ光照射工程では、外形に沿って亀裂が繋がるように改質領域を形成すると共に、加工対象物の外表面側にて亀裂を露出させることを特徴とする。
【０００７】
このレーザ加工方法では、外部応力を印加することなく所定部分を加工対象物から刳り貫くよう加工できるため、外部応力の印加によって加工対象物が破損或いは強度低下するのを抑制することができる。さらに、エッチング処理工程によって、改質領域の形成に伴って生じる亀裂を加工後の加工対象物から除去できる。従って、加工後の加工対象物における強度及び品質を向上させることが可能となる。
【０００８】
また、レーザ光照射工程では、加工対象物においてレーザ光の照射方向における第１深さ位置に第１改質領域を形成した後、加工対象物において第１深さ位置よりもレーザ光照射面側の第２深さ位置に第２改質領域を形成することが好ましい。この場合、既成の第１改質領域の影響が第２改質領域の形成に及ぶのを抑制することができ、第２改質領域を精度よく形成することが可能となる。
【０００９】
また、レーザ光照射工程では、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、を含むことが好ましい。この場合、レーザ光照射工程のタクトタイムを短縮することができる。
【００１０】
また、所定部分の外形形状は、加工対象物の一表面側に行くに従って拡がるように該一表面の直交方向に対し傾斜するテーパ部を有していることが好ましい。この場合、離間移動工程において、例えば所定部分を一表面側から抜き取るように移動させることで、所定部分を加工対象物から容易に離間移動させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加工後の加工対象物における強度及び品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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３】図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】レーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図５】図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。
【図６】図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。
【図７】エッチング剤の一例を示す図表である。
【図８】（ａ）は加工対象物を示す平面図、（ｂ）は図８（ａ）の加工対象物を示す側面図である。
【図９】（ａ）は第１実施形態に係るレーザ加工方法を示す側面図、（ｂ）は図９（ａ）の続きを示す側面図、（ｃ）は図９（ｂ）の続きを示す側面図である。
【図１０】（ａ）は図９（ｃ）の続きを示す平面図、（ｂ）は図１０（ａ）の加工対象物を示す側面図である。
【図１１】（ａ）は図１０の続きを示す平面図、（ｂ）は図１１（ａ）の加工対象物を示す側面図である。
【図１２】（ａ）は図１１の続きを示す側面図、（ｂ）は図１２（ａ）の続きを示す側面図、（ｃ）は図１２（ｂ）の続きを示す側面図である。
【図１３】（ａ）は図１２（ｃ）の続きを示す平面図、（ｂ）は図１３（ａ）の加工対象物を示す側面図である。
【図１４】（ａ）は第１実施形態の変形例を示す側面図、（ｂ）は第１実施形態の他の変形例を示す側面図、（ｃ）は第１実施形態のさらに他の変形例を示す側面図である。
【図１５】（ａ）は第１実施形態の別の変形例を示す側面図、（ｂ）は図１５（ａ）の続きを示す側面図である。
【図１６】第１実施形態のさらに別の変形例を示す側面図である。
【図１７】（ａ）は第２実施形態に係るレーザ加工方法を示す側面図、（ｂ）は図１７（ａ）の続きを示す側面図、（ｃ）は図１７（ｂ）の続きを示す側面図である。
【図１８】図１７（ｃ）の続きを示す側面図である。
【図１９】第２実施形態の変形例を示す側面図である。
【図２０】（ａ）は第３実施形態に係るレーザ加工方法を示す側面図、（ｂ）は図２０（ａ）の続きを示す側面図、（ｃ）は図２０（ｂ）の続きを示す側面図、（ｄ）は図２０（ｃ）の続きを示す側面図である。
【図２１】図２０（ｄ）の続きを示す側面図である。
【図２２】（ａ）は第３実施形態の変形例を示す側面図、（ｂ）は第３実施形態の他の変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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形成した改質領域を利用して加工対象物の所定部分を刳り貫くよう加工する。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、後述のエッチングによる除去領域８となる。
【００１８】
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。
【００１９】
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）。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。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。
【００２０】
ところで、本実施形態に係るレーザ加工装置で形成される改質領域は、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、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域の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）。
【００２１】
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域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、例えばシリコン、ガラス、ＬｉＴａＯ３又はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）を含む、又はこれらからなるものが挙げられる。
【００２２】
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に含まれる又は改質領域７から延びる亀裂（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）に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物１において所定部分（刳貫き部分）の外形に対応する領域を除去する。
【００２３】
具体的には、本実施形態のエッチング処理では、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に沿っても選択的にエッチングを進展させ除去する。
【００２４】
この本実施形態のエッチング処理としては、エッチング剤に加工対象物を浸漬する場合（ディッピング方式：Dipping）と、加工対象物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。
【００２５】
図７は、用いられるエッチング剤の一例を基板の材質別に示す図表である。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ものである。例えば、Ｓｉ（異方性）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、エッチング剤は、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。
【００２６】
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図８は本実施形態のレーザ加工方法の対象となる加工対象物を示す図であり、図９〜１３は本実施形態のレーザ加工方法を示すフロー図である。
【００２７】
図８〜１３に示すように、本実施形態は、例えばデバイス基板３１（図１３参照）上に積層されるディスプレイ用又は保護用プレートを製造する加工方法であり、デバイス基板３１のデバイス３２（図１３参照）を外部に露出させるため、加工対象物１において複数の刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を刳り貫くよう加工する。ここでの刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２は、加工対象物１の厚さ方向を軸方向とする円柱状とされ、刳貫き部分Ｑ２の径は、刳貫き部分Ｑ１の径よりも小径とされている。
【００２８】
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）がＺ方向とされ、加工対象物１のレーザ光照射面である表面３に沿う一方向（レーザ光Ｌの照射方向と直交する方向）がＸ方向とされ、Ｘ，Ｚ方向に直交する他方向（レーザ光Ｌの照射方向及び一方向と直交する方向）がＹ方向とされている。
【００２９】
図８に示すように、加工対象物１は、照射するレーザ光Ｌの波長に対して透明な板状部材であり、本実施形態の加工対象物１としては、矩形板状のガラス基板が用いられている。また、ここでは、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って座標指定された改質領域形成予定部５が、加工対象物１に３次元的に設けられている。
【００３０】
本実施形態において加工対象物１を加工する場合、まず、図９（ａ）に示すように、加工対象物１の裏面２１に保持テープ１６を貼り付け、この加工対象物１の表面３側を上方にして載置台に載置する。
【００３１】
続いて、加工対象物１の裏面２１側のＺ方向位置にレーザ光Ｌの集光点（以下、単に「集光点」という）を合わせると共に、この集光点をＸ方向に相対移動させる。これに併せて、改質領域形成予定部５（図８参照）に改質領域７が形成されるようレーザ光ＬをＯＮ・ＯＦＦ照射する。具体的には、集光点が刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形位置にてレーザ光Ｌを照射（ＯＮ）すると共に、その他の位置でレーザ光Ｌを非照射（ＯＦＦ）とする。
【００３２】
これにより、加工対象物１の裏面２１側のＺ方向位置（第１深さ位置）において、裏面２１に露出する改質領域（第１改質領域）７がＸ方向に沿って間欠的に形成される。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（以下の改質領域について同じ）。
【００３３】
続いて、図９（ｂ）に示すように、集光点のＺ方向位置を表面３側に移動し変更した後、集光点をＸ方向に相対移動しながら、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ＯＮ・ＯＦＦ（オンオフ）照射する。これにより、既成の改質領域７よりも表面３側のＺ方向位置（第２深さ位置）にて該既成の改質領域７に繋がるように、改質領域（第２改質領域）７が新たに形成される。換言すると、新たに改質領域７を形成し、該改質領域７に内包される亀裂と裏面２１側に既成の改質領域７に内包された亀裂とを互いに繋げる。
【００３４】
続いて、上述したレーザ光ＬのＯＮ・ＯＦＦ照射を、裏面２１側から表面３側の順で集光点のＺ方向位置を変えて繰り返し行う（第１工程）。これにより、図９（ｃ）に示すように、Ｙ方向から見て加工対象物１内でＺ方向に沿って延び且つ互いに繋がる改質領域７が、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って形成される。
【００３５】
なお、レーザ光ＬのＯＮ・ＯＦＦ照射時における集光点の相対移動を裏面２１側から表面３側の順で繰り返し行う際には、タクトタイムの短縮のため、Ｘ方向に往復するように集光点を相対移動させるのが好ましい。つまり、集光点をＸ方向の一方向に相対移動させつつレーザ光ＬをＯＮ・ＯＦＦ照射した後には、集光点をＸ方向の他方向に相対移動させつつレーザ光ＬをＯＮ・ＯＦＦ照射するのが好ましい。
【００３６】
続いて、上述した図９（ａ）〜（ｃ）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（第２工程）。その結果、加工対象物１の内部において同一のＸＹ面上でも互いに繋がる改質領域７が、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って形成される。すなわち、改質領域７は、図１０に示すように、円柱形状の刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２それぞれの側面に沿って繋がり、且つ、加工対象物１の表面３及び裏面２１側にて露出している。この改質領域７は、Ｙ方向（Ｘ方向）視においてＺ方向に沿って延びると共に、Ｚ方向視において曲線又は円弧状に延びる部分を有している。
【００３７】
続いて、図１１に示すように、改質領域７が形成された加工対象物１にエッチング処理を施す（エッチング処理工程）。具体的には、表面３及び裏面２１に露出した改質領域７からエッチング剤を内部に浸潤させ、改質領域７及び該改質領域７に内包された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における刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に対応する領域を除去する。
【００３８】
続いて、図１２（ａ）に示すように、加工対象物１の表面３にリムーブ用テープ１７を貼り付け、図１２（ｂ）に示すように、リムーブ用テープ１７を持ち上げるよう移動させることで、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を加工対象物１からリムーブ（離間移動）させる（離間移動工程）。最後に、図１２（ｃ）に示すように、加工対象物１を保持テープ１６からリムーブさせる。
【００３９】
以上により、加工対象物１の刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２が刳り貫かれるよう加工され、加工対象物１に貫通孔３３が形成されることとなる。その後、図１３に示すように、加工後の加工対象物１´にあっては、デバイス基板３１のデバイス３２上に貫通孔３３が位置するようにしてデバイス基板３１に積層される。
【００４０】
以上、本実施形態によれば、外部応力を印加することなく刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を加工対象物１から刳り貫くよう加工できるため、外部応力の印加によって加工対象物１が破損或いは強度低下するのを抑制することができる。さらに、改質領域７及び該改質領域７に内包された亀裂に沿ってエッチングを選択的に進展させることから、この亀裂を加工後の加工対象物１´から除去できるため、加工後の加工対象物１´の強度及び品質を向上させることが可能となる。また、切削加工時のように加工による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。
【００４１】
また、本実施形態では、上述したように、改質領域７を形成した後、この既成の改質領域７よりも表面３側に新たな改質領域７を形成することから、既成の改質領域７の影響が新たに形成する改質領域７に及ぶのを抑制することができる。よって、改質領域７を精度よく形成することが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態では、上述したように、Ｘ方向に沿って集光点を相対移動させながらレーザ光Ｌを照射する工程を、集光点のＺ方向位置を変えて繰り返し実施する（図９（ａ）〜（ｃ）参照）。そして、この図９（ａ）〜（ｃ）に示す工程を、集光点のＹ方向位置を変えて繰り返し実施することで、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って改質領域７を加工対象物１に形成する。よって、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。
【００４３】
また、本実施形態では、上述したように、レーザ光Ｌの照射で加工対象物１の内部に形成した改質領域７を利用することから、加工対象物１を３次元的に自由に刳貫き加工することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、図１０に示すように、加工対象物１の表面３及び裏面２１側にて改質領域７を露出させたが、これに代えて、図１４（ａ）に示すように、加工対象物１の表面３側にて改質領域７から延びる亀裂Ｃ１を露出させてもよいし、図１４（ｂ）に示すように、加工対象物１の裏面２１側にて改質領域７から延びる亀裂Ｃ２を露出させてもよい。さらに、図１４（ｃ）に示すように、加工対象物１の表面３及び裏面２１側にて改質領域７から延びる亀裂Ｃ１，Ｃ２をそれぞれ露出させてもよい。要は、エッチングの際にエッチング剤を内部に浸潤させるため、改質領域７に内包される又は改質領域７から延びる亀裂が加工対象物１の外表面に至っていればよい。
【００４５】
また、本実施形態では、上述したように、リムーブ用テープ１７（図１２参照）を用いて刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２をリムーブさせたが、図１５に示すように、ポーラスチャック等のエア吸着部３５を用いて刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２をリムーブさせてもよい。
【００４６】
具体的には、加工対象物１にエッチング処理を施した後、図１５（ａ）に示すように、加工対象物１を上下反転し、表面３をエア吸着部３５に吸着させる。そして、図１５（ｂ）に示すように、保持テープ１６を持ち上げるよう移動することで、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を加工対象物１からリムーブさせてもよい。
【００４７】
また或いは、加工対象物１にエッチング処理を施した後、図１６に示すように、粘着ローラ３６を用いて刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２をリムーブさせてもよい。
【００４８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００４９】
本実施形態では、加工対象物１において複数の刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４を刳り貫くよう加工する。ここでの刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４は、表面３を底面とする円錐台形状とされている。つまり、刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４は、加工対象物１の表面３（一表面）に行くに従って拡がるようＺ方向（表面３の直交方向）に対し傾斜するテーパ部５５を側面に有している
【００５０】
本実施形態において加工対象物１を加工する場合、まず、図１７（ａ）に示すように、加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、加工対象物１における刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４の外形に沿って改質領域５７を形成する。改質領域５７は、円錐台形状である刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４それぞれの側面に沿って繋がり、且つ、加工対象物１の表面３側及び裏面２１側にて露出している。この改質領域５７は、Ｙ方向（Ｘ方向）視においてＺ方向に対し傾斜する段々状に形成されている。
【００５１】
続いて、図１７（ｂ）に示すように、改質領域５７が形成された加工対象物１にエッチング処理を施し、加工対象物１の改質領域５７を除去した後、図１７（ｃ）に示すように、刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４を表面３側から抜き取るように移動させて加工対象物１からリムーブさせる。これにより、加工対象物１の刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４が刳り貫かれるよう加工され、図１８に示すように、加工対象物１に貫通孔４３が形成されることとなる。そして、この加工後の加工対象物１´は、デバイス３２上に貫通孔４３が位置するようにしてデバイス基板３１に積層される。
【００５２】
以上、本実施形態においても、加工後の加工対象物１´の強度及び品質を向上させるという上記作用効果が奏される。
【００５３】
また、本実施形態では、上述したように、Ｙ方向視においてＺ方向に対し傾斜する改質領域５７を加工対象物１に形成し、テーパ部５５を有する刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４を刳り貫いている。よって、次の作用効果を奏する。すなわち、刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４を表面３側から抜き取るように移動させることが容易となり、加工対象物１から容易にリムーブさせることが可能となる。さらに、加工後に加工対象物１´がデバイス基板３１に積層されたとき（図１８参照）、その角部が面取りされるように構成されるため、加工対象物１´が衝撃によって欠けるのを抑制することができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、図１９に示すように、側面視において、表面３側の一部のみを傾斜させ且つその他をＺ方向に沿うように改質領域５７を形成し、表面３側にのみテーパ部５５が形成された刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４を刳り貫くよう加工してもよい。要は、刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４は、Ｚ方向に対し傾斜するテーパ部５５を有していればよい。
【００５５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００５６】
本実施形態では、加工対象物１において複数の刳貫き部分Ｑ５，Ｑ６を刳り貫くよう加工する。刳貫き部分Ｑ５は、表面３側の刳貫き部分Ｑ５ａ及び裏面２１側の刳貫き部分Ｑ５ｂを含んでおり、刳貫き部分Ｑ６は、表面３側の刳貫き部分Ｑ６ａ及び裏面２１側の刳貫き部分Ｑ６ｂを含んでいる。
【００５７】
刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ６ａは、表面３を底面とする円錐台形状とされ、加工対象物１の表面３側に行くに従って拡がるようＺ方向に対し傾斜するテーパ部７１を側面に有している。一方、刳貫き部分Ｑ５ｂ，Ｑ６ｂは、裏面２１を底面とする円錐台形状とされ、加工対象物１の裏面２１側に行くに従って拡がるようＺ方向に対し傾斜するテーパ部７２を側面に有している。
【００５８】
本実施形態において加工対象物１を加工する場合、まず、図２０（ａ）に示すように、加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、加工対象物１における刳貫き部分Ｑ５，Ｑ６の外形に沿って改質領域７７を形成するのに加え、刳貫き部分Ｑ５内の刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ５ｂ間のＸＹ面に沿って改質領域７８を形成すると共に、刳貫き部分Ｑ６内の刳貫き部分Ｑ６ａ，Ｑ６ｂ間のＸＹ面に沿って改質領域７８を形成する。
【００５９】
改質領域７７は、円錐台形状の刳貫き部分Ｑ５，Ｑ６それぞれの側面に沿って繋がり、且つ、加工対象物１の表面３及び裏面２１側にて露出している。この改質領域７７は、Ｙ方向（Ｘ方向）視において屈曲するように延びている。改質領域７８は、改質領域７７内のＺ方向中央位置にて、刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ５ｂを画成するようにＸＹ面に沿って延び、改質領域７７と繋がっている。この改質領域７８は、Ｙ方向（Ｘ方向）視においてＸ方向（Ｙ方向）沿った直線状に形成されていると共に、Ｚ方向視において円形状に形成されている。
【００６０】
続いて、加工対象物１にエッチング処理を施すことにより、図２０（ｂ）に示すように、加工対象物１の改質領域７７を除去した後、図２０（ｃ）に示すように、加工対象物１の改質領域７８を除去する。続いて、図２０（ｄ）に示すように、刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ６ａを表面３側から抜き取るように移動させて加工対象物１からリムーブさせると共に、刳貫き部分Ｑ５ｂ，Ｑ６ｂを裏面２１側から抜き取るように移動させ、これらを加工対象物１からリムーブさせる。
【００６１】
これにより、加工対象物１の刳貫き部分Ｑ５，Ｑ６が刳り貫くよう加工され、図２１に示すように、加工対象物１に貫通孔５３が形成されることとなる。そして、この加工後の加工対象物１´は、デバイス３２上に貫通孔５３が位置するようにしてデバイス基板３１に積層される。
【００６２】
以上、本実施形態においても、加工後の加工対象物１´の強度及び品質を向上させるという上記作用効果が奏される。
【００６３】
また、本実施形態では、上述したように、Ｙ方向視において屈曲するよう延びる改質領域７７を加工対象物１に形成し、テーパ部７１，７２を有する刳貫き部分Ｑ５，Ｑ６を刳り貫いている。よって、次の作用効果を奏する。すなわち、刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ６ａを表面３側から抜き取るように移動させることが容易となると共に、刳貫き部分Ｑ５ｂ，Ｑ６ｂを裏面２１側から抜き取るように移動させることが容易となり、加工対象物１から刳抜き部分Ｑ５，Ｑ６を容易にリムーブさせることが可能となる。さらに、加工後に加工対象物１´がデバイス基板３１に積層されたとき（図２１参照）、その角部が面取りされるように構成されるため、加工対象物１´が衝撃によって欠けるのを抑制することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、図２２（ａ）に示すように、改質領域７８から表面３に至る亀裂Ｃ３が発生するように改質領域７８を形成してもよい。この場合、亀裂Ｃ３によってエッチング剤を内部に浸潤させ、改質領域７８に沿ったエッチングの進展を容易化及び迅速化できる。ちなみに、この場合、改質領域７８から表面３に至る亀裂Ｃ３に代えて、改質領域７８から裏面２１に至る亀裂を発生させてもよい。
【００６５】
また、本実施形態の改質領域７７は、図２２（ｂ）に示すように、Ｙ方向（Ｘ方向）視において、表面３側及び裏面２１側の一部が傾斜され、その間がＺ方向に沿うように構成されていてもよい。換言すると、刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ６ａがその表面３側の一部にテーパ部７１を有し、刳貫き部分Ｑ５ｂ，Ｑ６ｂがその裏面２１側の一部にテーパ部７２を有していればよい。
【００６６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係るレーザ加工方法は、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。
【００６７】
例えば、改質領域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、２つの刳貫き部分を同時に刳り貫くよう加工したが、刳貫き部分の数は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。
【００６８】
また、上記実施形態は、加工対象物に貫通孔を形成するための加工であるが、これに限定されるものではなく、加工対象物の外形加工のための加工であってもよい。つまり、刳貫き部分（所定部分）を製造物としてもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、刳貫き部分の外形に沿って改質領域自体を繋げているが、改質領域７に含まれる又は該改質領域から延びる亀裂が刳貫き部分の外形に沿って繋がればよい。
【００７０】
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。
【００７１】
また、本発明においては、所定のＺ方向位置にて集光点を合わせつつ該集光点を改質領域形成予定部に沿ってＸ方向及びＹ方向に移動させながらレーザ光Ｌを照射する工程を、集光点のＺ方向位置を変えて繰り返し行うことで、刳貫き部分の外形に沿って改質領域を形成する場合もある。
【符号の説明】
【００７２】
１…加工対象物、３…表面（一表面，外表面）、７，５７，７７…改質領域（第１改質領域，第２改質領域）、２１…裏面（一表面，外表面）、５５，７１、７２…テーパ部、７８…改質領域、Ｃ１〜Ｃ３…亀裂、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点、Ｑ１〜Ｑ６…刳貫き部分（所定部分）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法に関し、特に、加工対象物の所定部分を刳り貫くよう加工するレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工方法としては、板状の加工対象物に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物の内部に改質領域を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このような加工方法を利用して改質領域が形成された加工対象物に対し外部応力を印加することにより、改質領域を起点として加工対象物を複数のチップに分断させることが図られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１１１８００号公報
【特許文献２】特開２００４−３４３００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、近年、上述したようなレーザ加工方法では、加工対象物の内部に形成した改質領域を利用して加工対象物の所定部分を刳り貫くよう加工する場合がある。しかし、この場合、加工対象物に亀裂や破損が生じ、加工後の加工対象物における強度及び品質が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、加工後の加工対象物における強度及び品質を向上させることができるレーザ加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物の内部にレーザ光を集光させて形成した改質領域を利用して、加工対象物の所定部分を刳り貫くよう加工するレーザ加工方法であって、加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工対象物における所定部分の外形に沿って改質領域を形成するレーザ光照射工程と、レーザ光照射工程の後、加工対象物にエッチング処理を施すことにより、改質領域に含まれる又は改質領域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るエッチング処理工程と、エッチング処理工程の後、所定部分を加工対象物から離間移動させる離間移動工程と、を有し、レーザ光照射工程では、外形に沿って亀裂が繋がるように改質領域を形成すると共に、加工対象物の外表面側にて亀裂を露出させることを特徴とする。
【０００７】
このレーザ加工方法では、外部応力を印加することなく所定部分を加工対象物から刳り貫くよう加工できるため、外部応力の印加によって加工対象物が破損或いは強度低下するのを抑制することができる。さらに、エッチング処理工程によって、改質領域の形成に伴って生じる亀裂を加工後の加工対象物から除去できる。従って、加工後の加工対象物における強度及び品質を向上させることが可能となる。
【０００８】
また、レーザ光照射工程では、加工対象物においてレーザ光の照射方向における第１深さ位置に第１改質領域を形成した後、加工対象物において第１深さ位置よりもレーザ光照射面側の第２深さ位置に第２改質領域を形成することが好ましい。この場合、既成の第１改質領域の影響が第２改質領域の形成に及ぶのを抑制することができ、第２改質領域を精度よく形成することが可能となる。
【０００９】
また、レーザ光照射工程では、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、を含むことが好ましい。この場合、レーザ光照射工程のタクトタイムを短縮することができる。
【００１０】
また、所定部分の外形形状は、加工対象物の一表面側に行くに従って拡がるように該一表面の直交方向に対し傾斜するテーパ部を有していることが好ましい。この場合、離間移動工程において、例えば所定部分を一表面側から抜き取るように移動させることで、所定部分を加工対象物から容易に離間移動させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加工後の加工対象物における強度及び品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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３】図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】レーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図５】図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。
【図６】図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。
【図７】エッチング剤の一例を示す図表である。
【図８】（ａ）は加工対象物を示す平面図、（ｂ）は図８（ａ）の加工対象物を示す側面図である。
【図９】（ａ）は第１実施形態に係るレーザ加工方法を示す側面図、（ｂ）は図９（ａ）の続きを示す側面図、（ｃ）は図９（ｂ）の続きを示す側面図である。
【図１０】（ａ）は図９（ｃ）の続きを示す平面図、（ｂ）は図１０（ａ）の加工対象物を示す側面図である。
【図１１】（ａ）は図１０の続きを示す平面図、（ｂ）は図１１（ａ）の加工対象物を示す側面図である。
【図１２】（ａ）は図１１の続きを示す側面図、（ｂ）は図１２（ａ）の続きを示す側面図、（ｃ）は図１２（ｂ）の続きを示す側面図である。
【図１３】（ａ）は図１２（ｃ）の続きを示す平面図、（ｂ）は図１３（ａ）の加工対象物を示す側面図である。
【図１４】（ａ）は第１実施形態の変形例を示す側面図、（ｂ）は第１実施形態の他の変形例を示す側面図、（ｃ）は第１実施形態のさらに他の変形例を示す側面図である。
【図１５】（ａ）は第１実施形態の別の変形例を示す側面図、（ｂ）は図１５（ａ）の続きを示す側面図である。
【図１６】第１実施形態のさらに別の変形例を示す側面図である。
【図１７】（ａ）は第２実施形態に係るレーザ加工方法を示す側面図、（ｂ）は図１７（ａ）の続きを示す側面図、（ｃ）は図１７（ｂ）の続きを示す側面図である。
【図１８】図１７（ｃ）の続きを示す側面図である。
【図１９】第２実施形態の変形例を示す側面図である。
【図２０】（ａ）は第３実施形態に係るレーザ加工方法を示す側面図、（ｂ）は図２０（ａ）の続きを示す側面図、（ｃ）は図２０（ｂ）の続きを示す側面図、（ｄ）は図２０（ｃ）の続きを示す側面図である。
【図２１】図２０（ｄ）の続きを示す側面図である。
【図２２】（ａ）は第３実施形態の変形例を示す側面図、（ｂ）は第３実施形態の他の変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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形成した改質領域を利用して加工対象物の所定部分を刳り貫くよう加工する。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、後述のエッチングによる除去領域８となる。
【００１８】
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。
【００１９】
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）。よって、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。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。
【００２０】
ところで、本実施形態に係るレーザ加工装置で形成される改質領域は、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、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域の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）。
【００２１】
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域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、例えばシリコン、ガラス、ＬｉＴａＯ３又はサファイア（Ａｌ２Ｏ３）を含む、又はこれらからなるものが挙げられる。
【００２２】
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に含まれる又は改質領域７から延びる亀裂（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）に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物１において所定部分（刳貫き部分）の外形に対応する領域を除去する。
【００２３】
具体的には、本実施形態のエッチング処理では、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に沿っても選択的にエッチングを進展させ除去する。
【００２４】
この本実施形態のエッチング処理としては、エッチング剤に加工対象物を浸漬する場合（ディッピング方式：Dipping）と、加工対象物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。
【００２５】
図７は、用いられるエッチング剤の一例を基板の材質別に示す図表である。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ものである。例えば、Ｓｉ（異方性）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、エッチング剤は、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。
【００２６】
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図８は本実施形態のレーザ加工方法の対象となる加工対象物を示す図であり、図９〜１３は本実施形態のレーザ加工方法を示すフロー図である。
【００２７】
図８〜１３に示すように、本実施形態は、例えばデバイス基板３１（図１３参照）上に積層されるディスプレイ用又は保護用プレートを製造する加工方法であり、デバイス基板３１のデバイス３２（図１３参照）を外部に露出させるため、加工対象物１において複数の刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を刳り貫くよう加工する。ここでの刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２は、加工対象物１の厚さ方向を軸方向とする円柱状とされ、刳貫き部分Ｑ２の径は、刳貫き部分Ｑ１の径よりも小径とされている。
【００２８】
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）がＺ方向とされ、加工対象物１のレーザ光照射面である表面３に沿う一方向（レーザ光Ｌの照射方向と直交する方向）がＸ方向とされ、Ｘ，Ｚ方向に直交する他方向（レーザ光Ｌの照射方向及び一方向と直交する方向）がＹ方向とされている。
【００２９】
図８に示すように、加工対象物１は、照射するレーザ光Ｌの波長に対して透明な板状部材であり、本実施形態の加工対象物１としては、矩形板状のガラス基板が用いられている。また、ここでは、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って座標指定された改質領域形成予定部５が、加工対象物１に３次元的に設けられている。
【００３０】
本実施形態において加工対象物１を加工する場合、まず、図９（ａ）に示すように、加工対象物１の裏面２１に保持テープ１６を貼り付け、この加工対象物１の表面３側を上方にして載置台に載置する。
【００３１】
続いて、加工対象物１の裏面２１側のＺ方向位置にレーザ光Ｌの集光点（以下、単に「集光点」という）を合わせると共に、この集光点をＸ方向に相対移動させる。これに併せて、改質領域形成予定部５（図８参照）に改質領域７が形成されるようレーザ光ＬをＯＮ・ＯＦＦ照射する。具体的には、集光点が刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形位置にてレーザ光Ｌを照射（ＯＮ）すると共に、その他の位置でレーザ光Ｌを非照射（ＯＦＦ）とする。
【００３２】
これにより、加工対象物１の裏面２１側のＺ方向位置（第１深さ位置）において、裏面２１に露出する改質領域（第１改質領域）７がＸ方向に沿って間欠的に形成される。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（以下の改質領域について同じ）。
【００３３】
続いて、図９（ｂ）に示すように、集光点のＺ方向位置を表面３側に移動し変更した後、集光点をＸ方向に相対移動しながら、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ＯＮ・ＯＦＦ（オンオフ）照射する。これにより、既成の改質領域７よりも表面３側のＺ方向位置（第２深さ位置）にて該既成の改質領域７に繋がるように、改質領域（第２改質領域）７が新たに形成される。換言すると、新たに改質領域７を形成し、該改質領域７に内包される亀裂と裏面２１側に既成の改質領域７に内包された亀裂とを互いに繋げる。
【００３４】
続いて、上述したレーザ光ＬのＯＮ・ＯＦＦ照射を、裏面２１側から表面３側の順で集光点のＺ方向位置を変えて繰り返し行う（第１工程）。これにより、図９（ｃ）に示すように、Ｙ方向から見て加工対象物１内でＺ方向に沿って延び且つ互いに繋がる改質領域７が、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って形成される。
【００３５】
なお、レーザ光ＬのＯＮ・ＯＦＦ照射時における集光点の相対移動を裏面２１側から表面３側の順で繰り返し行う際には、タクトタイムの短縮のため、Ｘ方向に往復するように集光点を相対移動させるのが好ましい。つまり、集光点をＸ方向の一方向に相対移動させつつレーザ光ＬをＯＮ・ＯＦＦ照射した後には、集光点をＸ方向の他方向に相対移動させつつレーザ光ＬをＯＮ・ＯＦＦ照射するのが好ましい。
【００３６】
続いて、上述した図９（ａ）〜（ｃ）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（第２工程）。その結果、加工対象物１の内部において同一のＸＹ面上でも互いに繋がる改質領域７が、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って形成される。すなわち、改質領域７は、図１０に示すように、円柱形状の刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２それぞれの側面に沿って繋がり、且つ、加工対象物１の表面３及び裏面２１側にて露出している。この改質領域７は、Ｙ方向（Ｘ方向）視においてＺ方向に沿って延びると共に、Ｚ方向視において曲線又は円弧状に延びる部分を有している。
【００３７】
続いて、図１１に示すように、改質領域７が形成された加工対象物１にエッチング処理を施す（エッチング処理工程）。具体的には、表面３及び裏面２１に露出した改質領域７からエッチング剤を内部に浸潤させ、改質領域７及び該改質領域７に内包された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における刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に対応する領域を除去する。
【００３８】
続いて、図１２（ａ）に示すように、加工対象物１の表面３にリムーブ用テープ１７を貼り付け、図１２（ｂ）に示すように、リムーブ用テープ１７を持ち上げるよう移動させることで、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を加工対象物１からリムーブ（離間移動）させる（離間移動工程）。最後に、図１２（ｃ）に示すように、加工対象物１を保持テープ１６からリムーブさせる。
【００３９】
以上により、加工対象物１の刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２が刳り貫かれるよう加工され、加工対象物１に貫通孔３３が形成されることとなる。その後、図１３に示すように、加工後の加工対象物１´にあっては、デバイス基板３１のデバイス３２上に貫通孔３３が位置するようにしてデバイス基板３１に積層される。
【００４０】
以上、本実施形態によれば、外部応力を印加することなく刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を加工対象物１から刳り貫くよう加工できるため、外部応力の印加によって加工対象物１が破損或いは強度低下するのを抑制することができる。さらに、改質領域７及び該改質領域７に内包された亀裂に沿ってエッチングを選択的に進展させることから、この亀裂を加工後の加工対象物１´から除去できるため、加工後の加工対象物１´の強度及び品質を向上させることが可能となる。また、切削加工時のように加工による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。
【００４１】
また、本実施形態では、上述したように、改質領域７を形成した後、この既成の改質領域７よりも表面３側に新たな改質領域７を形成することから、既成の改質領域７の影響が新たに形成する改質領域７に及ぶのを抑制することができる。よって、改質領域７を精度よく形成することが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態では、上述したように、Ｘ方向に沿って集光点を相対移動させながらレーザ光Ｌを照射する工程を、集光点のＺ方向位置を変えて繰り返し実施する（図９（ａ）〜（ｃ）参照）。そして、この図９（ａ）〜（ｃ）に示す工程を、集光点のＹ方向位置を変えて繰り返し実施することで、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２の外形に沿って改質領域７を加工対象物１に形成する。よって、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。
【００４３】
また、本実施形態では、上述したように、レーザ光Ｌの照射で加工対象物１の内部に形成した改質領域７を利用することから、加工対象物１を３次元的に自由に刳貫き加工することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、図１０に示すように、加工対象物１の表面３及び裏面２１側にて改質領域７を露出させたが、これに代えて、図１４（ａ）に示すように、加工対象物１の表面３側にて改質領域７から延びる亀裂Ｃ１を露出させてもよいし、図１４（ｂ）に示すように、加工対象物１の裏面２１側にて改質領域７から延びる亀裂Ｃ２を露出させてもよい。さらに、図１４（ｃ）に示すように、加工対象物１の表面３及び裏面２１側にて改質領域７から延びる亀裂Ｃ１，Ｃ２をそれぞれ露出させてもよい。要は、エッチングの際にエッチング剤を内部に浸潤させるため、改質領域７に内包される又は改質領域７から延びる亀裂が加工対象物１の外表面に至っていればよい。
【００４５】
また、本実施形態では、上述したように、リムーブ用テープ１７（図１２参照）を用いて刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２をリムーブさせたが、図１５に示すように、ポーラスチャック等のエア吸着部３５を用いて刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２をリムーブさせてもよい。
【００４６】
具体的には、加工対象物１にエッチング処理を施した後、図１５（ａ）に示すように、加工対象物１を上下反転し、表面３をエア吸着部３５に吸着させる。そして、図１５（ｂ）に示すように、保持テープ１６を持ち上げるよう移動することで、刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２を加工対象物１からリムーブさせてもよい。
【００４７】
また或いは、加工対象物１にエッチング処理を施した後、図１６に示すように、粘着ローラ３６を用いて刳貫き部分Ｑ１，Ｑ２をリムーブさせてもよい。
【００４８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００４９】
本実施形態では、加工対象物１において複数の刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４を刳り貫くよう加工する。ここでの刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４は、表面３を底面とする円錐台形状とされている。つまり、刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４は、加工対象物１の表面３（一表面）に行くに従って拡がるようＺ方向（表面３の直交方向）に対し傾斜するテーパ部５５を側面に有している
【００５０】
本実施形態において加工対象物１を加工する場合、まず、図１７（ａ）に示すように、加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、加工対象物１における刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４の外形に沿って改質領域５７を形成する。改質領域５７は、円錐台形状である刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４それぞれの側面に沿って繋がり、且つ、加工対象物１の表面３側及び裏面２１側にて露出している。この改質領域５７は、Ｙ方向（Ｘ方向）視においてＺ方向に対し傾斜する段々状に形成されている。
【００５１】
続いて、図１７（ｂ）に示すように、改質領域５７が形成された加工対象物１にエッチング処理を施し、加工対象物１の改質領域５７を除去した後、図１７（ｃ）に示すように、刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４を表面３側から抜き取るように移動させて加工対象物１からリムーブさせる。これにより、加工対象物１の刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４が刳り貫かれるよう加工され、図１８に示すように、加工対象物１に貫通孔４３が形成されることとなる。そして、この加工後の加工対象物１´は、デバイス３２上に貫通孔４３が位置するようにしてデバイス基板３１に積層される。
【００５２】
以上、本実施形態においても、加工後の加工対象物１´の強度及び品質を向上させるという上記作用効果が奏される。
【００５３】
また、本実施形態では、上述したように、Ｙ方向視においてＺ方向に対し傾斜する改質領域５７を加工対象物１に形成し、テーパ部５５を有する刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４を刳り貫いている。よって、次の作用効果を奏する。すなわち、刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４を表面３側から抜き取るように移動させることが容易となり、加工対象物１から容易にリムーブさせることが可能となる。さらに、加工後に加工対象物１´がデバイス基板３１に積層されたとき（図１８参照）、その角部が面取りされるように構成されるため、加工対象物１´が衝撃によって欠けるのを抑制することができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、図１９に示すように、側面視において、表面３側の一部のみを傾斜させ且つその他をＺ方向に沿うように改質領域５７を形成し、表面３側にのみテーパ部５５が形成された刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４を刳り貫くよう加工してもよい。要は、刳貫き部分Ｑ３，Ｑ４は、Ｚ方向に対し傾斜するテーパ部５５を有していればよい。
【００５５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００５６】
本実施形態では、加工対象物１において複数の刳貫き部分Ｑ５，Ｑ６を刳り貫くよう加工する。刳貫き部分Ｑ５は、表面３側の刳貫き部分Ｑ５ａ及び裏面２１側の刳貫き部分Ｑ５ｂを含んでおり、刳貫き部分Ｑ６は、表面３側の刳貫き部分Ｑ６ａ及び裏面２１側の刳貫き部分Ｑ６ｂを含んでいる。
【００５７】
刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ６ａは、表面３を底面とする円錐台形状とされ、加工対象物１の表面３側に行くに従って拡がるようＺ方向に対し傾斜するテーパ部７１を側面に有している。一方、刳貫き部分Ｑ５ｂ，Ｑ６ｂは、裏面２１を底面とする円錐台形状とされ、加工対象物１の裏面２１側に行くに従って拡がるようＺ方向に対し傾斜するテーパ部７２を側面に有している。
【００５８】
本実施形態において加工対象物１を加工する場合、まず、図２０（ａ）に示すように、加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、加工対象物１における刳貫き部分Ｑ５，Ｑ６の外形に沿って改質領域７７を形成するのに加え、刳貫き部分Ｑ５内の刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ５ｂ間のＸＹ面に沿って改質領域７８を形成すると共に、刳貫き部分Ｑ６内の刳貫き部分Ｑ６ａ，Ｑ６ｂ間のＸＹ面に沿って改質領域７８を形成する。
【００５９】
改質領域７７は、円錐台形状の刳貫き部分Ｑ５，Ｑ６それぞれの側面に沿って繋がり、且つ、加工対象物１の表面３及び裏面２１側にて露出している。この改質領域７７は、Ｙ方向（Ｘ方向）視において屈曲するように延びている。改質領域７８は、改質領域７７内のＺ方向中央位置にて、刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ５ｂを画成するようにＸＹ面に沿って延び、改質領域７７と繋がっている。この改質領域７８は、Ｙ方向（Ｘ方向）視においてＸ方向（Ｙ方向）沿った直線状に形成されていると共に、Ｚ方向視において円形状に形成されている。
【００６０】
続いて、加工対象物１にエッチング処理を施すことにより、図２０（ｂ）に示すように、加工対象物１の改質領域７７を除去した後、図２０（ｃ）に示すように、加工対象物１の改質領域７８を除去する。続いて、図２０（ｄ）に示すように、刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ６ａを表面３側から抜き取るように移動させて加工対象物１からリムーブさせると共に、刳貫き部分Ｑ５ｂ，Ｑ６ｂを裏面２１側から抜き取るように移動させ、これらを加工対象物１からリムーブさせる。
【００６１】
これにより、加工対象物１の刳貫き部分Ｑ５，Ｑ６が刳り貫くよう加工され、図２１に示すように、加工対象物１に貫通孔５３が形成されることとなる。そして、この加工後の加工対象物１´は、デバイス３２上に貫通孔５３が位置するようにしてデバイス基板３１に積層される。
【００６２】
以上、本実施形態においても、加工後の加工対象物１´の強度及び品質を向上させるという上記作用効果が奏される。
【００６３】
また、本実施形態では、上述したように、Ｙ方向視において屈曲するよう延びる改質領域７７を加工対象物１に形成し、テーパ部７１，７２を有する刳貫き部分Ｑ５，Ｑ６を刳り貫いている。よって、次の作用効果を奏する。すなわち、刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ６ａを表面３側から抜き取るように移動させることが容易となると共に、刳貫き部分Ｑ５ｂ，Ｑ６ｂを裏面２１側から抜き取るように移動させることが容易となり、加工対象物１から刳抜き部分Ｑ５，Ｑ６を容易にリムーブさせることが可能となる。さらに、加工後に加工対象物１´がデバイス基板３１に積層されたとき（図２１参照）、その角部が面取りされるように構成されるため、加工対象物１´が衝撃によって欠けるのを抑制することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、図２２（ａ）に示すように、改質領域７８から表面３に至る亀裂Ｃ３が発生するように改質領域７８を形成してもよい。この場合、亀裂Ｃ３によってエッチング剤を内部に浸潤させ、改質領域７８に沿ったエッチングの進展を容易化及び迅速化できる。ちなみに、この場合、改質領域７８から表面３に至る亀裂Ｃ３に代えて、改質領域７８から裏面２１に至る亀裂を発生させてもよい。
【００６５】
また、本実施形態の改質領域７７は、図２２（ｂ）に示すように、Ｙ方向（Ｘ方向）視において、表面３側及び裏面２１側の一部が傾斜され、その間がＺ方向に沿うように構成されていてもよい。換言すると、刳貫き部分Ｑ５ａ，Ｑ６ａがその表面３側の一部にテーパ部７１を有し、刳貫き部分Ｑ５ｂ，Ｑ６ｂがその裏面２１側の一部にテーパ部７２を有していればよい。
【００６６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係るレーザ加工方法は、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。
【００６７】
例えば、改質領域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、２つの刳貫き部分を同時に刳り貫くよう加工したが、刳貫き部分の数は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。
【００６８】
また、上記実施形態は、加工対象物に貫通孔を形成するための加工であるが、これに限定されるものではなく、加工対象物の外形加工のための加工であってもよい。つまり、刳貫き部分（所定部分）を製造物としてもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、刳貫き部分の外形に沿って改質領域自体を繋げているが、改質領域７に含まれる又は該改質領域から延びる亀裂が刳貫き部分の外形に沿って繋がればよい。
【００７０】
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。
【００７１】
また、本発明においては、所定のＺ方向位置にて集光点を合わせつつ該集光点を改質領域形成予定部に沿ってＸ方向及びＹ方向に移動させながらレーザ光Ｌを照射する工程を、集光点のＺ方向位置を変えて繰り返し行うことで、刳貫き部分の外形に沿って改質領域を形成する場合もある。
【符号の説明】
【００７２】
１…加工対象物、３…表面（一表面，外表面）、７，５７，７７…改質領域（第１改質領域，第２改質領域）、２１…裏面（一表面，外表面）、５５，７１、７２…テーパ部、７８…改質領域、Ｃ１〜Ｃ３…亀裂、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点、Ｑ１〜Ｑ６…刳貫き部分（所定部分）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物の内部にレーザ光を集光させて形成した改質領域を利用して、前記加工対象物の所定部分を刳り貫くよう加工するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物に前記レーザ光を照射することにより、前記加工対象物における前記所定部分の外形に沿って前記改質領域を形成するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光照射工程の後、前記加工対象物にエッチング処理を施すことにより、前記改質領域に含まれる又は前記改質領域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るエッチング処理工程と、
前記エッチング処理工程の後、前記所定部分を前記加工対象物から離間移動させる離間移動工程と、を有し、
前記レーザ光照射工程では、前記外形に沿って前記亀裂が繋がるように前記改質領域を形成すると共に、前記加工対象物の外表面側にて前記亀裂を露出させることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記レーザ光照射工程では、前記加工対象物において前記レーザ光の照射方向における第１深さ位置に第１改質領域を形成した後、前記加工対象物において前記第１深さ位置よりも前記レーザ光照射面側の第２深さ位置に第２改質領域を形成することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記レーザ光照射工程では、
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、を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記所定部分の外形形状は、前記加工対象物の一表面側に行くに従って拡がるように該一表面の直交方向に対し傾斜するテーパ部を有していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【請求項１】
加工対象物の内部にレーザ光を集光させて形成した改質領域を利用して、前記加工対象物の所定部分を刳り貫くよう加工するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物に前記レーザ光を照射することにより、前記加工対象物における前記所定部分の外形に沿って前記改質領域を形成するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光照射工程の後、前記加工対象物にエッチング処理を施すことにより、前記改質領域に含まれる又は前記改質領域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るエッチング処理工程と、
前記エッチング処理工程の後、前記所定部分を前記加工対象物から離間移動させる離間移動工程と、を有し、
前記レーザ光照射工程では、前記外形に沿って前記亀裂が繋がるように前記改質領域を形成すると共に、前記加工対象物の外表面側にて前記亀裂を露出させることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記レーザ光照射工程では、前記加工対象物において前記レーザ光の照射方向における第１深さ位置に第１改質領域を形成した後、前記加工対象物において前記第１深さ位置よりも前記レーザ光照射面側の第２深さ位置に第２改質領域を形成することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記レーザ光照射工程では、
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、を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記所定部分の外形形状は、前記加工対象物の一表面側に行くに従って拡がるように該一表面の直交方向に対し傾斜するテーパ部を有していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のレーザ加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−２０６８３８（Ｐ２０１１−２０６８３８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７８７４４（Ｐ２０１０−７８７４４）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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