(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、３ミリメートル以内の厚さの板状の加工物に、特に、穴として、少なくとも一つの除去部を設ける方法を提供する。【解決手段】穴として、少なくとも一つの除去部４を設けるために、加工物１の表面にレーザービーム２を向ける。このレーザービーム２の作用時間が極めて短く選定され、その結果、前記加工物１の改変部だけがレーザービームのビーム軸線の周りに同心に生じる。そのようにして改変された欠損箇所３を有する領域が一列の小気泡を生じさせる。本方法の次の工程で、徐々にエッチングすることによるエッチング剤の作用によって、事前にレーザービーム２により改変を施した前記加工物１の欠損箇所３により形成される領域に異方性の材料浸食を引き起こす。それにより、円柱形の作用ゾーンに沿って、穴としての除去部４が前記加工物１に生じる。【選択図】図１
2020185613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ミリメートル未満の厚さの板状の加工物（１）に少なくとも一つの窪み部（４）及び／又は穴を設ける方法において、
この窪み部（４）及び／又は穴が、互いに連なる多数の欠損箇所（３）にエッチングを徐々に進行させることによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
該欠損箇所（３）が、線に沿って、特に、軸線又は直線に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該欠損箇所（３）が、少なくとも部分的に直線（線５）と異なる形態で設けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該欠損箇所（３）が接触し合わないことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
該欠損箇所（３）が軸線（線５）に沿って一つの表面から第二の表面にまで延びることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
該加工物（１）の平均的な厚さがエッチング浸食により低減されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
該欠損箇所（３）がレーザービーム（２）との相互作用により生じることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
該レーザービーム（２）は、加工物（１）の材料をほぼ透過する波長を有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
該レーザービーム（２）のパルス長が１００ピコ秒未満、特に、１２ピコ秒未満であることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
該レーザービーム（２）が、一つのパルスの形で加工物の材料と相互作用することを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
該レーザービーム（２）が、パルス列の形で加工物の材料と相互作用し、このパルス列が２０個以下の単一パルスから構成されることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
ビーム軸線に沿って時間的にスライドさせることによって、該レーザービーム（２）の焦点を加工物（１）を通して移動させることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
空間的なビーム成形によって、該レーザービーム（２）の焦点をビーム軸線に沿った加工物の材料の厚さ全体に渡って相互作用させることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
該空間的なビーム成形が、球面収差の大きな光学系又は回折光学素子によって実現されることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
ビーム軸線に沿ったレーザービームの近軸ビームと周縁ビームの焦点位置の間の違いが１００μｍを上回る、特に有利には、２５０μｍを上回ることを特徴とする請求項１から１４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
該窪み部（４）又は穴の周面がミミズ構造を形成することを特徴とする請求項１から１５までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
該加工物（１）の材料が主要な材料成分としてガラス、シリコン及び／又はサファイアを有することを特徴とする請求項１から１６までのいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３ミリメートル未満の厚さの板状の加工物に少なくとも一つの除去部又は穴を内設する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセッサコアとしてのマイクロチップは、典型的には、その下側の比較的小さい面に互いに狭い間隔の数百の接点を分散して有する。この狭い間隔の故に、これらの接点を回路基板、所謂マザーボードに直接取り付けることができない。そのため、絶縁材料からなる所謂インターポーザを接続部品として用い、このインターポーザにより接触基盤を拡大することができる。そういった絶縁・再配線層は、例えば、ガラス、ガラス繊維強化エポキシ樹脂又はシリコンからなり、多数の穴が設けられなければならない。
【０００３】
ガラスは、インターポーザの材料として特に有利である。というのも、ガラスは、シリコンよりも安価であり、その温度膨張に関して、例えばマイクロプロセッサといったアクティブなコンポーネントの温度膨張に適合させることができるからである。使用可能なインターポーザへとガラスを加工することが挑戦課題となる。特に、スルーホール化のためにガラス製加工物に多数の穴を効率的に内設することが、従来技術では未だ経済的に解決されていない。
【０００４】
そこで、特許文献１より、ビーム強度がガラス内の一つの経路に沿って局所的な非熱破壊を引き起こすような強さの集束レーザーパルスを第一工程においてガラス製加工物上に指向する方法が周知である。これらの経路は、この方法の第二工程において、互いに対向する電極に高電圧エネルギーを供給することで、これが経路に沿ってガラス製加工物を貫く誘電破壊をもたらすことによって穴にまで拡大される。これらの穴は、所望の穴直径に達してエネルギー供給が遮断されることによりプロセスが停止されるまで、穴材料の熱電式加熱及び蒸発によって拡大して行く。代替的ないし付加的に、ノズルを用いて穴を開ける箇所に向けた反応ガスによって、これらの経路を拡大することもできる。穴を開けるこれらの箇所は、供給されるエッチングガスによって拡大することもできる。欠点として分かっていることは、この方法が、先ず非熱破壊により加工物に穴を開け、次の工程で経路の直径を穴にまで拡大しなければならないことにより生じる比較的手間のかかるものであるということである。
【０００５】
フィラメントを生成することによりガラスを処理する方法が特許文献２より周知である。「フィラメント」との用語は、自己収束のために媒体内において回折すること無くビームが伝播することを意味する。パルスエネルギーとパルス長を適切に選択すると、特に、メガヘルツ帯域の繰返し周期と１０ピコ秒未満のパルス長を有するパルス列を有利に使用した場合に、複数の逆行する効果のために、即ち、カー効果による自己収束と小さいビーム直径に起因する回折による発散のためにフィラメントが生じる。これら二つの効果の平衡によって、レーザービームは、その波長に対して透明な材料を通って伝播することができ、その直径は少なくともほぼ一定のままである。材料の処理は、記載の方法では光学破壊の閾値未満で実施される。従って、ピコ秒パルスとフェムト秒パルスを用いた従来の材料処理と比べて、レーザービームを弱く集束させることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００２５９６６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／１２６５７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、湿式化学エッチング又はドライエッチングが材料の欠損箇所に異方性の浸食を引き起こすことを可能にすることである。それによって、第一の工程で生成した欠損箇所を徐々に拡大させ、それにより、窪み部／除去部又は穴を生成することができる。この方法は、時間負担を大幅に軽減した形で多数の窪み部／除去部又は穴を生成することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本課題は、本発明により請求項１の特徴部に係る方法を用いて解決される。本発明のさらに他の実施形態は、従属請求項から理解できる。
【０００９】
即ち、本発明では、例えば、材料の破壊を引き起こすこと無く、有利には、レーザービームのビーム軸線に沿って複数の改変された鎖列だけが加工物の材料内に発生するように、レーザービームを短時間ガラス製加工物に指向し、次の工程で、事前にレーザービームを用いて欠損箇所を設けた加工物の領域でのみ、異方性の材料浸食が実行され、そのようにして、ガラス製加工物に窪み部／除去部又は穴を内設する方法を提案する。典型的には、レーザービームによって、加工物に複数の小気泡の直線的な鎖列が生成される。
【００１０】
ここで、本発明の意味において、「加工物の穴」との用語は、例えば、貫通穴などの加工物の厚さ全体を貫いて延びる開口部であると理解すべきである一方、例えば、盲穴などの加工物の厚さ全体を通って延びない開口部は「窪み部」と称する。
【００１１】
以下において、「欠損箇所」とは、局所的に限定された小気泡及び／又は化学的な改変部である。
【００１２】
この場合、予め生成された欠損箇所がエッチング作用により加工物内の空洞へと拡張され、それらがエッチングプロセスにより徐々に繋げられることで、互いに連なる多数の欠損箇所が徐々にエッチングされることによって窪み部／除去部又は穴が形成される。これにより、エッチング液が一つの欠損箇所から次の欠損箇所に素早く到達する。重力の影響はこのとき決定的ではない。むしろ、エッチングは、上方から下方に、その逆も同様に比較的順調に進行し、その結果、特に、両方の外側から同時にエッチングプロセスを開始することができる。
【００１３】
加工物内の改変部として生成される欠損箇所によって、エッチングプロセスは、それらの欠損箇所が配置された線をたどる。この線は、直線でもよいし、或いはエッチングプロセスにより精確に維持される殆ど任意の輪郭に倣うのでもよい。従って、殆ど任意の部分輪郭を生成することも初めて可能である。
【００１４】
外側に面した欠損箇所の領域では、加工物内のずっと内側にある欠損箇所に比べて作用時間がより長くなるために、より大きな拡がりが生じることになるにも関わらず、それでも全体として小さい円錐形の拡大部しか見られない。このようにして生成された窪み部／除去部又は穴の輪郭は、エッチングプロセスの停止後において、複数の横断面拡大部と狭窄部が連なっていく点に特徴を有し、これらの横断面拡大部及び狭窄部は、同じ横断面積を有することもないし、隣り合う横断面拡大部及び狭窄部との間隔が同じであることもない。
【００１５】
このように記述される構造は、ミミズ（ラテン語で「ｌｕｍｂｒｉｃｕｓ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ」）の外側形態と一致するので、当業者は、これをミミズ構造という。
【００１６】
従って、「ミミズ構造」との用語には、規則的かつ不規則的な横断面拡大部及び狭窄部であって、それらの移行部が連続的或いは不連続であり得る横断面拡大部及び狭窄部が含まれる。一つの横断面拡大部又は狭窄部はこのとき、主軸線に対する横断面内に延在することもあるし、或いは主軸線に対して傾斜した横断面内に延在することもある。更に、隣り合う横断面拡大部又は狭窄部の中心点は、同じ直線上に無いようにすることもでき、その結果、横断面拡大部又は狭窄部は、互いにずれた状態で配置されることになる。隣り合う横断面拡大部の高さは一致させるか、或いは互いに相違させることもできる。更に、当然のことながら、横断面拡大部及び狭窄部が加工物の表面に対して平行な面内に整列させられていながら、窪み部／除去部又は穴の主軸線が、面法線とは相違して加工物の表面に対して傾斜して延在してもよい。
【００１７】
ここで、ミミズ構造は、反応性イオンディープエッチング（ｄｅｅｐ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ：ＤＲＩＥ）と呼ばれる、従来技術で周知の他の方法に比肩し得る。これは異方性ドライエッチングプロセスであり、このエッチングプロセスは、同じくシリコン内に微細構造を作製するために用いられ、例えばシリコンにスルーホールを作製するために用いられる。本発明による方法を実施する場合には、従って後続のプロセスを調整する必要がないか或いは殆ど調整する必要がない。
【００１８】
この場合、予め生成された欠損箇所がエッチング作用により加工物内の空洞へと拡張され、それらがエッチングプロセスにより徐々に繋がって行くようにして互いに連なる多数の欠損箇所が徐々にエッチングされる結果、窪み部／除去部又は穴が形成される。これにより、エッチング液が一つの欠損箇所から次の欠損箇所に素早く到達する。重力の影響はこのとき決定的ではない。むしろ、エッチングは、上方から下方に、その逆も同様に比較的順調に進行し、その結果、特に、両方の外側から同時にエッチングプロセスを開始することができる。
【００１９】
加工物内の改変部として生成される欠損箇所によって、エッチングプロセスは、それらの欠損箇所が配置された線をたどる。この線は、直線でもよいし、或いはエッチングプロセスにより精確に維持される殆ど任意の輪郭に倣うのでもよい。従って、殆ど任意の部分輪郭を生成することも初めて可能である。
【００２０】
外側に面した欠損箇所の領域では、加工物内のずっと内側にある欠損箇所に比べて作用時間がより長くなるために、より大きな拡がりが生じることになるにも関わらず、それでも全体として小さい円錐形の拡大部しか見られない。
【００２１】
このようにして生成された窪み部／除去部又は穴の輪郭は、エッチングプロセスの停止後において、複数の横断面拡大部と狭窄部が連なっていく点に特徴を有し、これらの横断面拡大部及び狭窄部は、同じ横断面積を有することもないし、隣り合う横断面拡大部及び狭窄部との間隔が同じであることもない。これらの横断面拡大部及び狭窄部の直径の差は、エッチングすべき欠損箇所の数と密度に応じて、１μｍ未満又は１００ｎｍ未満とすることができるので、これらの窪み部／除去部又は穴は、巨視的には滑らかにさえ見える。
【００２２】
ガラス内の複数の改変部は、一つのレーザービームによって引き起こすことができ、そのレーザービームは、回折光学素子を用いて、複数の改変部の直線的な鎖列を生成するように成形される。これらの改変部は、一連のパルス又は単一パルスによって生成することができる。
【００２３】
本方法が具体化することで、生成された窪み部／除去部又は穴は特徴的な形状を有する。基本的に異方性の作用をするエッチング方法は、加工物の改変領域を特に強く浸食し、改変領域は、典型的には、複数の改変部の直線的な鎖列の形で存在するので、窪み部／除去部又は穴の周面には、周回する多数の同心構造が生じる。
【００２４】
この穴の構造のおかげで、本方法は、インターポーザを製作するのに特に良く適している。というのも、欠損箇所を徐々にエッチングした結果生じる周回する同心の微細構造がその後の穴内での金属層の特に良好な付着力を提供するからである。
【００２５】
この種の加工物を複数の同種又は異種マイクロチップの端子を電気接続するための所謂インターポーザとして使用することが特に実用的である。  プロセッサコアとしてのマイクロチップは、典型的には、その下側の比較的小さい面に互いに狭い間隔の数百の接点を分散して有する。この狭い間隔の故に、これらの接点を回路基板、所謂マザーボードに直接取り付けることができない。そのため、インターポーザを接続部品として用い、このインターポーザにより接触基盤を拡大することができる。
【００２６】
このようなインターポーザは、好ましくはガラスまたはシリコンからなり、例えば、接触面、再配線、スルーホール並びに動作的（アクティブな）および非動作的なコンポーネントを含む。
【００２７】
本発明によれば、レーザービームによって加工物の破壊ではなく改変又は変換だけがもたらされるので、そのような内設すべき窪み部／除去部の間隔を一層低減でき、同時にレーザー出力も減らすことができることがすでに分かっている。ガラス製加工物が透明となる波長でレーザーを動作させるのが特に有利であり、その結果、ガラス製加工物を貫通させることが保証される。特に、それによって、穴又は窪み部／除去部の直径を一定にすることとなる、レーザービームの軸線に対して同軸のほぼ円柱形の改変ゾーンが保証される。
【００２８】
１．１μｍを上回る波長が、シリコンの処理に特に有利である。
【００２９】
特に、シリコンからなる加工物に窪み部／除去部又は穴を生成する場合、結晶対称に対するビーム軸線の角度が約０°、４５°又は９０°になるようにレーザービームの進行方向を向けるのが特に有利である。
【００３０】
パルス長は、従来技術により周知の方法に比べて大幅に短くすることができる。本発明による特に有利な実施形態では、１００ナノ秒未満〜１ピコ秒未満のパルス長でレーザーを動作させることができる。
【００３１】
パルスエネルギーとパルス長を適切に選択すると、特に、メガヘルツ帯域の繰返し周期と１０ピコ秒未満のパルス長を有するパルス列を有利に使用した場合に、複数の逆行する効果のために、即ち、カー効果による自己収束と小さいビーム直径に起因する回折による発散のためにフィラメントが生じる。
【００３２】
基本的に、本方法は、特定の加工物材料に限定されない。ガラスなどの誘電材料を使用するのが有望である。珪酸アルミニウム、特に、ホウ珪酸アルミニウムを主要な材料成分とするガラスを使用するのが特に有望である。
【００３３】
有利には、加工物は、例として、例えば液体エッチング、ドライエッチング又は気相エッチングなどのエッチング方法によって、或いは高電圧又は高周波を用いた蒸発によって、少なくともその改変領域において異方性の材料浸食を受け、それにより加工物に窪み部／除去部又は穴が内設される。この異方性の材料浸食によって、逐次的な浸食方法ではなく、プロセスに対して低い要件しか課さない面的に作用する浸食方法を本来の材料浸食のために使用できる。それどころか、ここで述べた手法で前処理されて相応に改変された全ての領域に対し、量的かつ質的にその作用時間にわたって材料浸食を同時に実行することが可能となり、その結果、多数の窪み部／除去部又は穴を生成するための時間負担が全体として大幅に軽減される。
【００３４】
二つの効果の平衡によって、レーザービームは、その波長に対して透明な加工物を通って伝播でき、その直径は、少なくともほぼ一定のままである。
【００３５】
ここで、レーザービームのピーク強度が高いと、有利にも、発散を強めるプラズマ生成などの別の効果も利用できる。
【００３６】
実際には、発散作用と自己収束の間の交互のかけひきは周期的に進行し、その結果、改変された複数の材料領域の鎖列が得られる。これらの効果の現れ方に応じて、連なった経路、所謂プラズマチャネルもできることがある。
【００３７】
基本的には、フィラメントの形成は、材料最大厚の一部区間に限られたものに留めることができる。このフィラメントの形成は、ビームがカー媒質を後にして発散するとき又は発散する回折が自己収束よりも優勢となる程度にまでビーム強度が低下したときに終了する。
【００３８】
実際には、例えば、一定数の穴を備えた、ガラス繊維で強化されたエポキシ樹脂プレートがインターポーザとして使用される。このガラス繊維マットの表面には回路配線が延びており、これらの回路配線が各穴に入って行くことで穴を埋め、ガラス繊維マットの別の面においてプロセッサコアの端子接点にまで通じる。しかし、熱の発生時には、コアプロセッサとガラス繊維マットの間に異なる膨張が発生し、それにより、これら二つのコンポーネントの間に機械的な応力が生じる。
【００３９】
これらのフィラメントは、処理ヘッドの位置決めと照射とを交互に実施するレーザー処理によって内設することができる。これとは逆に、有利には、加工物にビームを向けながら処理ヘッドと加工物とを常に相対的に動かすことで、レーザービームが連続的に“飛ぶような”動きで加工物上を導かれ、その結果、絶え間なく相対位置を変化させることが処理時間を極めて速くすることになる。
【００４０】
この場合、処理ヘッドに対する材料の相対位置を一定の速度で変えることができ、その結果、パルス周波数が一定の場合、生成すべき改変部の間隔が所定の格子間隔に従うこととなる。
【００４１】
加工物が透明となる波長でビーム源を動作させることで、加工物を貫通させることが確実となるようにすることが特に有利である。特にこれにより、ビーム軸線に対して同軸のほぼ円柱形の改変ゾーンが保証され、この改変ゾーンにより穴又は窪み部／除去部の直径が一定になる。
【００４２】
更に有利であり得るのは、ビーム源によって追加的に表面領域も浸食して、フィラメントの円錐形の入口領域が出来るように異方性浸食の作用ゾーンを作出する場合である。このようにして、その後のスルーホール化を容易にすることができる。しかも、この領域では、例えばエッチング液の作用が集中する。
【００４３】
本発明による方法の一つの実施形態では、５０ｐｓ未満、有利には、１０ｐｓ未満のパルス長でビーム源を動作させることができる。
【００４４】
本発明の他の同じく特に有望な実施形態では、特に改変後において、少なくとも個別で面的な、特に後で内設される多数の穴を覆う金属層を加工物に設ける。次の工程で、この金属層により片側が閉じた窪み部／除去部が生成されるように、改変された領域が浸食される。金属層はここで、有利には、改変後に、とはいえ材料の浸食前に成膜され、その結果、材料浸食後に、例えば、回路配線として成膜された金属層が窪み部／除去部を閉鎖し、それによって、そこに配設すべき接点のための最適な基礎部を同時に形成する。スルーホール化はこのとき、窪み部／除去部の領域において周知の方法で行なわれる。この金属層が回路配線として成膜されることによって、更に、所望の配線パターンを簡単に生成することができる。
【００４５】
本発明の他の同じく特に有望な実施形態では、加工物は、レーザー処理の前に、少なくとも一つの表面にエッチングレジストを面的にコーティングされる。有利な電磁ビーム源としてのレーザービームが作用することで、同時に点状の作用ゾーンにおいてエッチングレジストが少なくとも一つの表面上で除去され、加工物内に改変部が生成される。このようにして、改変されない領域がその後のエッチングプロセスでの望ましくない作用から保護されるため、材料の表面が損傷を受けない。エッチングレジストはこのとき、その下にある材料の改変を妨げない。むしろ、エッチングレジストは、レーザービームを透過させるか、或いはレーザービームによってほぼ点状に除去される、つまり、例えば蒸発させられる。また、エッチングレジストが、改変を支援するように働く物質、つまり、例えば改変プロセスを加速する物質を含むことを排除しない。
【００４６】
当然のことながら、エッチングレジストの塗布前に、材料の外面の中の一つに、前述した金属層を成膜し、エッチングレジストを取り除いた後、所望のスルーホール化のための基礎部としてこの金属層を使用するようにしてもよい。
【００４７】
このエッチングレジストは、処理が終わった後に材料の表面に残してもよい。有利にはしかし、エッチングレジストは、異方性の材料浸食後にそれ自体周知の手法で材料の表面から取り除かれる。
【００４８】
基本的に、本発明は、材料の特定の材料組成に限定されない。とはいえ特に有望なのは、加工物が主要な材料成分として珪酸アルミニウム、特に、ホウ珪酸アルミニウムを有する場合である。
【００４９】
本発明の同じく特に実用的な他の実施形態では、加工物に生成される隣り合うフィラメントの分割線に沿った間隔は、改変される領域が互いに直に隣り合うか、或いは非常に小さい相互間隔を有することで、そのようにして規定された材料領域を分離するように実現される。
【００５０】
この分離は、フィラメントを内設した後に、材料の内部応力によって、或いは外部からの力の印加により分割線に沿って行なわれる。代替的ないし補完的に、この内部応力は、熱応力によって、特に、大きな温度差によっても発生させることができる。
【００５１】
本発明は、様々な実施構成が許される。本発明の基本原理を更に明らかにするために、それらの中の一つを図面に図示して以下に説明する。これらは、以下にそれぞれ原理的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】加工物に除去部を内設する場合の本方法のフロー図である。
【図２】異なる除去部の可能な形態を示す図である。
【図３】異なる除去部の他の可能な形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１は、レーザービームを照射した後、板状の加工物１に穴を内設する際の個々の工程を有するエッチングにより板状の加工物に穴を内設するための複数の工程を有するフロー図を示している。これについて、図１ａでは、レーザービーム２が加工物１の表面に向けられている。加工物１の厚さｄはここで、３ｍｍまでである。このレーザービーム２の作用時間は、加工物１の改変部だけがレーザービームのビーム軸線の周りに同心に現れるように極めて短く選定されている。このとき、加工物１が透明となる波長でレーザーを動作させる。このようにして改変された、欠損箇所３を有する領域が、図１ｂに複数の小気泡の直線的な鎖列の形で図示されている。図１ｃに図示された本方法の次の工程では、図示されていないエッチング剤の作用のために、事前にレーザービーム２により改変を受けた、加工物１の欠損箇所３により形成される領域に異方性の材料浸食が起きる。それにより、円柱形の作用ゾーンに沿った加工物１の穴として、除去部４が出現する。
【００５４】
この穴は、図２ａと２ｂ及び図３ａ〜３ｃの図面から分かる通り、周面上において周回する多数の同心構造を有する。
【００５５】
この場合、予め生成された欠損箇所３がエッチング作用により加工物１内の空洞へと拡張され、それらがエッチングプロセスにより徐々に繋げられることで、互いに連なる多数の欠損箇所３が徐々にエッチングされることによって除去部４が形成される。これにより、エッチング液が一つの欠損箇所３から次の欠損箇所３に素早く到達する。重力の影響はこのとき決定的ではないので、エッチング工程は、上からでも下からでも行なわれ、両方の外側から同時に開始される。外側領域におけるエッチング剤の比較的長い作用時間によって、図２ｂから分かる通り、欠損箇所３が外側表面の領域において円錐形に拡大している。
【００５６】
加工物１内の改変部として生成された欠損箇所３によって、エッチングプロセスは、それらの欠損箇所３が配置された線５をたどる。この線５は、直線でもよいし、或いはエッチングプロセスが精確に維持される殆ど任意の輪郭に倣うのでもよい。従って、殆ど任意の部分輪郭を生成することも初めて可能である。
【００５７】
外側に面した欠損箇所３の領域では、加工物内のずっと内側にある欠損箇所３に比べて作用時間がより長くなるために、より大きな拡がりが生じるになるにも関わらず、それでも全体として小さい円錐形の拡大部しか見られない。
【００５８】
このようにして生成された除去部４又は穴の輪郭は、エッチングプロセスの停止後において、複数の横断面拡大部と狭窄部が連なっていく点に特徴を有し、その形態は、ミミズを想起させ、これらの横断面拡大部及び狭窄部は、例えば、図２ｂ及び３ｃから分かる通り、同じ横断面を有することもないし、図３ｃに図示されている通り、隣り合う横断面拡大部及び狭窄部との間隔ａ１，ａ２が同じであることもない。一つの横断面拡大部又は狭窄部はこのとき、主軸線に対する横断面内に配置することができるか、或いは図３ａに図示されている通り、主軸線に対して傾斜した横断面内に配置することができる。
【００５９】
更に、隣り合う横断面拡大部又は狭窄部の中心点は、加工物１の表面に対して傾斜した共通の直線５上に位置することもでき、その結果、横断面拡大部又は狭窄部は、互いにずれた状態で配置されることになるが、横断面拡大部又は狭窄部は、図３ａに図示されている通り、外面に対して傾斜する方向又は図３ｂに図示されている通り、外面に対して平行な方向を向いているのでもよい。
【００６０】
図３ｃから看取できる通り、隣り合う横断面拡大部の面重心はそれぞれオフセットを有し、その結果、これらの横断面拡大部は、特に共通の線上には配置されないことになる。
【図１】
2020185613.tif 000003
【図２】
2020185613.tif 000004
【図３】
2020185613.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月7日(2020.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３ミリメートル未満の厚さの板状の加工物（１）に少なくとも一つの窪み部（４）及び／又は穴を設ける方法において、
この窪み部（４）及び／又は穴が、互いに連なる多数の欠損箇所（３）にエッチングを徐々に進行させることによって形成されて、これらの欠損箇所（３）が、レーザービーム（２）との相互作用により生じることと、
一つのパルスの形のレーザービーム（２）の、ビーム軸線に沿った加工物の材料の厚さ全体に渡る空間的なビーム成形により材料内の複数箇所で集束されて形成される焦点が、加工物の材料と相互作用し、改変された材料領域の鎖列を一つのパルスで形成し、
改変された材料領域の鎖列を一つのパルスで形成するこの工程を、単一パルスを用いて行なうことによって、加工物（１）内の一鎖列の改変部として、前記欠損箇所（３）を生成すること、
或いは、改変された材料領域の鎖列を一つのパルスで形成する上記工程を、所定の繰返し周期を有するパルス列としての一連のパルスを用いてその一連のパルスの一つ一つのパルスにより行なうことによって、加工物（１）内の一鎖列の重ね合わされた改変部として、前記欠損箇所（３）を生成することと、
を特徴とする方法。
【請求項２】
該欠損箇所（３）が、線に沿って、特に、軸又は直線に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該欠損箇所（３）が、少なくとも部分的に直線（線５）とは異なる形態で設けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該欠損箇所（３）が接触し合わないことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
該欠損箇所（３）が軸線（線５）に沿って一つの表面から第二の表面にまで延びることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
該加工物（１）の平均的な厚さがエッチング浸食により低減されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
該レーザービーム（２）は、加工物（１）の材料をほぼ透過する波長を有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
該レーザービーム（２）のパルス長が１００ピコ秒未満、特に、１２ピコ秒未満であることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
一連のパルスは、２０個以下のパルスから構成されるパルス列であることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
該空間的なビーム成形が、球面収差の大きな光学系又は回折光学素子によって実現されることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
ビーム軸に沿ったレーザービームの近軸ビームと周縁ビームの焦点位置の間の違いが１００μｍを上回る、特に有利には、２５０μｍを上回ることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
該窪み部（４）又は穴の周面がミミズ構造を形成することを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
該加工物（１）の材料が主要な材料成分としてシリコン及び／又はサファイアを有することを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
欠損箇所の円錐形の入口領域を加工物の表面領域に形成することを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
加工物は、レーザー処理の前に、少なくとも一つの表面にエッチングレジストが面的にコーティングされ、少なくとも一つの表面上のエッチングレジストは、レーザービームの作用によって点状の作用ゾーンにおいて除去されることを特徴とする請求項１から１４までのいずれか一つに記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３ミリメートル未満の厚さの板状の加工物に少なくとも一つの除去部又は穴を内設する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセッサコアとしてのマイクロチップは、典型的には、その下側の比較的小さい面に互いに狭い間隔の数百の接点を分散して有する。この狭い間隔の故に、これらの接点を回路基板、所謂マザーボードに直接取り付けることができない。そのため、絶縁材料からなる所謂インターポーザを接続部品として用い、このインターポーザにより接触基盤を拡大することができる。そういった絶縁・再配線層は、例えば、ガラス、ガラス繊維強化エポキシ樹脂又はシリコンからなり、多数の穴が設けられなければならない。
【０００３】
ガラスは、インターポーザの材料として特に有利である。というのも、ガラスは、シリコンよりも安価であり、その温度膨張に関して、例えばマイクロプロセッサといったアクティブなコンポーネントの温度膨張に適合させることができるからである。使用可能なインターポーザへとガラスを加工することが挑戦課題となる。特に、スルーホール化のためにガラス製加工物に多数の穴を効率的に内設することが、従来技術では未だ経済的に解決されていない。
【０００４】
そこで、特許文献１より、ビーム強度がガラス内の一つの経路に沿って局所的な非熱破壊を引き起こすような強さの集束レーザーパルスを第一工程においてガラス製加工物上に指向する方法が周知である。これらの経路は、この方法の第二工程において、互いに対向する電極に高電圧エネルギーを供給することで、これが経路に沿ってガラス製加工物を貫く誘電破壊をもたらすことによって穴にまで拡大される。これらの穴は、所望の穴直径に達してエネルギー供給が遮断されることによりプロセスが停止されるまで、穴材料の熱電式加熱及び蒸発によって拡大して行く。代替的ないし付加的に、ノズルを用いて穴を開ける箇所に向けた反応ガスによって、これらの経路を拡大することもできる。穴を開けるこれらの箇所は、供給されるエッチングガスによって拡大することもできる。欠点として分かっていることは、この方法が、先ず非熱破壊により加工物に穴を開け、次の工程で経路の直径を穴にまで拡大しなければならないことにより生じる比較的手間のかかるものであるということである。
【０００５】
フィラメントを生成することによりガラスを処理する方法が特許文献２より周知である。「フィラメント」との用語は、自己収束のために媒体内において回折すること無くビームが伝播することを意味する。パルスエネルギーとパルス長を適切に選択すると、特に、メガヘルツ帯域の繰返し周期と１０ピコ秒未満のパルス長を有するパルス列を有利に使用した場合に、複数の逆行する効果のために、即ち、カー効果による自己収束と小さいビーム直径に起因する回折による発散のためにフィラメントが生じる。これら二つの効果の平衡によって、レーザービームは、その波長に対して透明な材料を通って伝播することができ、その直径は少なくともほぼ一定のままである。材料の処理は、記載の方法では光学破壊の閾値未満で実施される。従って、ピコ秒パルスとフェムト秒パルスを用いた従来の材料処理と比べて、レーザービームを弱く集束させることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００２５９６６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／１２６５７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、湿式化学エッチング又はドライエッチングが材料の欠損箇所に異方性の浸食を引き起こすことを可能にすることである。それによって、第一の工程で生成した欠損箇所を徐々に拡大させ、それにより、窪み部／除去部又は穴を生成することができる。この方法は、時間負担を大幅に軽減した形で多数の窪み部／除去部又は穴を生成することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本課題は、本発明により請求項１の特徴部に係る方法を用いて解決される。本発明のさらに他の実施形態は、従属請求項から理解できる。
【０００９】
即ち、本発明では、例えば、材料の破壊を引き起こすこと無く、有利には、レーザービームのビーム軸線に沿って複数の改変された鎖列だけが加工物の材料内に発生するように、レーザービームを短時間ガラス製加工物に指向し、次の工程で、事前にレーザービームを用いて欠損箇所を設けた加工物の領域でのみ、異方性の材料浸食が実行され、そのようにして、ガラス製加工物に窪み部／除去部又は穴を内設する方法を提案する。典型的には、レーザービームによって、加工物に複数の小気泡の直線的な鎖列が生成される。
【００１０】
ここで、本発明の意味において、「加工物の穴」との用語は、例えば、貫通穴などの加工物の厚さ全体を貫いて延びる開口部であると理解すべきである一方、例えば、盲穴などの加工物の厚さ全体を通って延びない開口部は「窪み部」と称する。
【００１１】
以下において、「欠損箇所」とは、局所的に限定された小気泡及び／又は化学的な改変部である。
【００１２】
この場合、予め生成された欠損箇所がエッチング作用により加工物内の空洞へと拡張され、それらがエッチングプロセスにより徐々に繋げられることで、互いに連なる多数の欠損箇所が徐々にエッチングされることによって窪み部／除去部又は穴が形成される。これにより、エッチング液が一つの欠損箇所から次の欠損箇所に素早く到達する。重力の影響はこのとき決定的ではない。むしろ、エッチングは、上方から下方に、その逆も同様に比較的順調に進行し、その結果、特に、両方の外側から同時にエッチングプロセスを開始することができる。
【００１３】
加工物内の改変部として生成される欠損箇所によって、エッチングプロセスは、それらの欠損箇所が配置された線をたどる。この線は、直線でもよいし、或いはエッチングプロセスにより精確に維持される殆ど任意の輪郭に倣うのでもよい。従って、殆ど任意の部分輪郭を生成することも初めて可能である。
【００１４】
外側に面した欠損箇所の領域では、加工物内のずっと内側にある欠損箇所に比べて作用時間がより長くなるために、より大きな拡がりが生じることになるにも関わらず、それでも全体として小さい円錐形の拡大部しか見られない。このようにして生成された窪み部／除去部又は穴の輪郭は、エッチングプロセスの停止後において、複数の横断面拡大部と狭窄部が連なっていく点に特徴を有し、これらの横断面拡大部及び狭窄部は、同じ横断面積を有することもないし、隣り合う横断面拡大部及び狭窄部との間隔が同じであることもない。
【００１５】
このように記述される構造は、ミミズ（ラテン語で「ｌｕｍｂｒｉｃｕｓ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ」）の外側形態と一致するので、当業者は、これをミミズ構造という。
【００１６】
従って、「ミミズ構造」との用語には、規則的かつ不規則的な横断面拡大部及び狭窄部であって、それらの移行部が連続的或いは不連続であり得る横断面拡大部及び狭窄部が含まれる。一つの横断面拡大部又は狭窄部はこのとき、主軸線に対する横断面内に延在することもあるし、或いは主軸線に対して傾斜した横断面内に延在することもある。更に、隣り合う横断面拡大部又は狭窄部の中心点は、同じ直線上に無いようにすることもでき、その結果、横断面拡大部又は狭窄部は、互いにずれた状態で配置されることになる。隣り合う横断面拡大部の高さは一致させるか、或いは互いに相違させることもできる。更に、当然のことながら、横断面拡大部及び狭窄部が加工物の表面に対して平行な面内に整列させられていながら、窪み部／除去部又は穴の主軸線が、面法線とは相違して加工物の表面に対して傾斜して延在してもよい。
【００１７】
ここで、ミミズ構造は、反応性イオンディープエッチング（ｄｅｅｐ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ：ＤＲＩＥ）と呼ばれる、従来技術で周知の他の方法に比肩し得る。これは異方性ドライエッチングプロセスであり、このエッチングプロセスは、同じくシリコン内に微細構造を作製するために用いられ、例えばシリコンにスルーホールを作製するために用いられる。本発明による方法を実施する場合には、従って後続のプロセスを調整する必要がないか或いは殆ど調整する必要がない。
【００１８】
この場合、予め生成された欠損箇所がエッチング作用により加工物内の空洞へと拡張され、それらがエッチングプロセスにより徐々に繋がって行くようにして互いに連なる多数の欠損箇所が徐々にエッチングされる結果、窪み部／除去部又は穴が形成される。これにより、エッチング液が一つの欠損箇所から次の欠損箇所に素早く到達する。重力の影響はこのとき決定的ではない。むしろ、エッチングは、上方から下方に、その逆も同様に比較的順調に進行し、その結果、特に、両方の外側から同時にエッチングプロセスを開始することができる。
【００１９】
加工物内の改変部として生成される欠損箇所によって、エッチングプロセスは、それらの欠損箇所が配置された線をたどる。この線は、直線でもよいし、或いはエッチングプロセスにより精確に維持される殆ど任意の輪郭に倣うのでもよい。従って、殆ど任意の部分輪郭を生成することも初めて可能である。
【００２０】
外側に面した欠損箇所の領域では、加工物内のずっと内側にある欠損箇所に比べて作用時間がより長くなるために、より大きな拡がりが生じることになるにも関わらず、それでも全体として小さい円錐形の拡大部しか見られない。
【００２１】
このようにして生成された窪み部／除去部又は穴の輪郭は、エッチングプロセスの停止後において、複数の横断面拡大部と狭窄部が連なっていく点に特徴を有し、これらの横断面拡大部及び狭窄部は、同じ横断面積を有することもないし、隣り合う横断面拡大部及び狭窄部との間隔が同じであることもない。これらの横断面拡大部及び狭窄部の直径の差は、エッチングすべき欠損箇所の数と密度に応じて、１μｍ未満又は１００ｎｍ未満とすることができるので、これらの窪み部／除去部又は穴は、巨視的には滑らかにさえ見える。
【００２２】
ガラス内の複数の改変部は、一つのレーザービームによって引き起こすことができ、そのレーザービームは、回折光学素子を用いて、複数の改変部の直線的な鎖列を生成するように成形される。これらの改変部は、一連のパルス又は単一パルスによって生成することができる。
【００２３】
本方法が具体化することで、生成された窪み部／除去部又は穴は特徴的な形状を有する。基本的に異方性の作用をするエッチング方法は、加工物の改変領域を特に強く浸食し、改変領域は、典型的には、複数の改変部の直線的な鎖列の形で存在するので、窪み部／除去部又は穴の周面には、周回する多数の同心構造が生じる。
【００２４】
この穴の構造のおかげで、本方法は、インターポーザを製作するのに特に良く適している。というのも、欠損箇所を徐々にエッチングした結果生じる周回する同心の微細構造がその後の穴内での金属層の特に良好な付着力を提供するからである。
【００２５】
この種の加工物を複数の同種又は異種マイクロチップの端子を電気接続するための所謂インターポーザとして使用することが特に実用的である。  プロセッサコアとしてのマイクロチップは、典型的には、その下側の比較的小さい面に互いに狭い間隔の数百の接点を分散して有する。この狭い間隔の故に、これらの接点を回路基板、所謂マザーボードに直接取り付けることができない。そのため、インターポーザを接続部品として用い、このインターポーザにより接触基盤を拡大することができる。
【００２６】
このようなインターポーザは、好ましくはガラスまたはシリコンからなり、例えば、接触面、再配線、スルーホール並びに動作的（アクティブな）および非動作的なコンポーネントを含む。
【００２７】
本発明によれば、レーザービームによって加工物の破壊ではなく改変又は変換だけがもたらされるので、そのような内設すべき窪み部／除去部の間隔を一層低減でき、同時にレーザー出力も減らすことができることがすでに分かっている。ガラス製加工物が透明となる波長でレーザーを動作させるのが特に有利であり、その結果、ガラス製加工物を貫通させることが保証される。特に、それによって、穴又は窪み部／除去部の直径を一定にすることとなる、レーザービームの軸線に対して同軸のほぼ円柱形の改変ゾーンが保証される。
【００２８】
１．１μｍを上回る波長が、シリコンの処理に特に有利である。
【００２９】
特に、シリコンからなる加工物に窪み部／除去部又は穴を生成する場合、結晶対称に対するビーム軸線の角度が約０°、４５°又は９０°になるようにレーザービームの進行方向を向けるのが特に有利である。
【００３０】
パルス長は、従来技術により周知の方法に比べて大幅に短くすることができる。本発明による特に有利な実施形態では、１００ナノ秒未満〜１ピコ秒未満のパルス長でレーザーを動作させることができる。
【００３１】
パルスエネルギーとパルス長を適切に選択すると、特に、メガヘルツ帯域の繰返し周期と１０ピコ秒未満のパルス長を有するパルス列を有利に使用した場合に、複数の逆行する効果のために、即ち、カー効果による自己収束と小さいビーム直径に起因する回折による発散のためにフィラメントが生じる。
【００３２】
基本的に、本方法は、特定の加工物材料に限定されない。ガラスなどの誘電材料を使用するのが有望である。珪酸アルミニウム、特に、ホウ珪酸アルミニウムを主要な材料成分とするガラスを使用するのが特に有望である。
【００３３】
有利には、加工物は、例として、例えば液体エッチング、ドライエッチング又は気相エッチングなどのエッチング方法によって、或いは高電圧又は高周波を用いた蒸発によって、少なくともその改変領域において異方性の材料浸食を受け、それにより加工物に窪み部／除去部又は穴が内設される。この異方性の材料浸食によって、逐次的な浸食方法ではなく、プロセスに対して低い要件しか課さない面的に作用する浸食方法を本来の材料浸食のために使用できる。それどころか、ここで述べた手法で前処理されて相応に改変された全ての領域に対し、量的かつ質的にその作用時間にわたって材料浸食を同時に実行することが可能となり、その結果、多数の窪み部／除去部又は穴を生成するための時間負担が全体として大幅に軽減される。
【００３４】
二つの効果の平衡によって、レーザービームは、その波長に対して透明な加工物を通って伝播でき、その直径は、少なくともほぼ一定のままである。
【００３５】
ここで、レーザービームのピーク強度が高いと、有利にも、発散を強めるプラズマ生成などの別の効果も利用できる。
【００３６】
実際には、発散作用と自己収束の間の交互のかけひきは周期的に進行し、その結果、改変された複数の材料領域の鎖列が得られる。これらの効果の現れ方に応じて、連なった経路、所謂プラズマチャネルもできることがある。
【００３７】
基本的には、フィラメントの形成は、材料最大厚の一部区間に限られたものに留めることができる。このフィラメントの形成は、ビームがカー媒質を後にして発散するとき又は発散する回折が自己収束よりも優勢となる程度にまでビーム強度が低下したときに終了する。
【００３８】
実際には、例えば、一定数の穴を備えた、ガラス繊維で強化されたエポキシ樹脂プレートがインターポーザとして使用される。このガラス繊維マットの表面には回路配線が延びており、これらの回路配線が各穴に入って行くことで穴を埋め、ガラス繊維マットの別の面においてプロセッサコアの端子接点にまで通じる。しかし、熱の発生時には、コアプロセッサとガラス繊維マットの間に異なる膨張が発生し、それにより、これら二つのコンポーネントの間に機械的な応力が生じる。
【００３９】
これらのフィラメントは、処理ヘッドの位置決めと照射とを交互に実施するレーザー処理によって内設することができる。これとは逆に、有利には、加工物にビームを向けながら処理ヘッドと加工物とを常に相対的に動かすことで、レーザービームが連続的に“飛ぶような”動きで加工物上を導かれ、その結果、絶え間なく相対位置を変化させることが処理時間を極めて速くすることになる。
【００４０】
この場合、処理ヘッドに対する材料の相対位置を一定の速度で変えることができ、その結果、パルス周波数が一定の場合、生成すべき改変部の間隔が所定の格子間隔に従うこととなる。
【００４１】
加工物が透明となる波長でビーム源を動作させることで、加工物を貫通させることが確実となるようにすることが特に有利である。特にこれにより、ビーム軸線に対して同軸のほぼ円柱形の改変ゾーンが保証され、この改変ゾーンにより穴又は窪み部／除去部の直径が一定になる。
【００４２】
更に有利であり得るのは、ビーム源によって追加的に表面領域も浸食して、フィラメントの円錐形の入口領域が出来るように異方性浸食の作用ゾーンを作出する場合である。このようにして、その後のスルーホール化を容易にすることができる。しかも、この領域では、例えばエッチング液の作用が集中する。
【００４３】
本発明による方法の一つの実施形態では、５０ｐｓ未満、有利には、１０ｐｓ未満のパルス長でビーム源を動作させることができる。
【００４４】
本発明の他の同じく特に有望な実施形態では、特に改変後において、少なくとも個別で面的な、特に後で内設される多数の穴を覆う金属層を加工物に設ける。次の工程で、この金属層により片側が閉じた窪み部／除去部が生成されるように、改変された領域が浸食される。金属層はここで、有利には、改変後に、とはいえ材料の浸食前に成膜され、その結果、材料浸食後に、例えば、回路配線として成膜された金属層が窪み部／除去部を閉鎖し、それによって、そこに配設すべき接点のための最適な基礎部を同時に形成する。スルーホール化はこのとき、窪み部／除去部の領域において周知の方法で行なわれる。この金属層が回路配線として成膜されることによって、更に、所望の配線パターンを簡単に生成することができる。
【００４５】
本発明の他の同じく特に有望な実施形態では、加工物は、レーザー処理の前に、少なくとも一つの表面にエッチングレジストを面的にコーティングされる。有利な電磁ビーム源としてのレーザービームが作用することで、同時に点状の作用ゾーンにおいてエッチングレジストが少なくとも一つの表面上で除去され、加工物内に改変部が生成される。このようにして、改変されない領域がその後のエッチングプロセスでの望ましくない作用から保護されるため、材料の表面が損傷を受けない。エッチングレジストはこのとき、その下にある材料の改変を妨げない。むしろ、エッチングレジストは、レーザービームを透過させるか、或いはレーザービームによってほぼ点状に除去される、つまり、例えば蒸発させられる。また、エッチングレジストが、改変を支援するように働く物質、つまり、例えば改変プロセスを加速する物質を含むことを排除しない。
【００４６】
当然のことながら、エッチングレジストの塗布前に、材料の外面の中の一つに、前述した金属層を成膜し、エッチングレジストを取り除いた後、所望のスルーホール化のための基礎部としてこの金属層を使用するようにしてもよい。
【００４７】
このエッチングレジストは、処理が終わった後に材料の表面に残してもよい。有利にはしかし、エッチングレジストは、異方性の材料浸食後にそれ自体周知の手法で材料の表面から取り除かれる。
【００４８】
基本的に、本発明は、材料の特定の材料組成に限定されない。とはいえ特に有望なのは、加工物が主要な材料成分として珪酸アルミニウム、特に、ホウ珪酸アルミニウムを有する場合である。
【００４９】
本発明の同じく特に実用的な他の実施形態では、加工物に生成される隣り合うフィラメントの分割線に沿った間隔は、改変される領域が互いに直に隣り合うか、或いは非常に小さい相互間隔を有することで、そのようにして規定された材料領域を分離するように実現される。
【００５０】
この分離は、フィラメントを内設した後に、材料の内部応力によって、或いは外部からの力の印加により分割線に沿って行なわれる。代替的ないし補完的に、この内部応力は、熱応力によって、特に、大きな温度差によっても発生させることができる。
【００５１】
本発明は、様々な実施構成が許される。本発明の基本原理を更に明らかにするために、それらの中の一つを図面に図示して以下に説明する。これらは、以下にそれぞれ原理的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１ａ】加工物に除去部を内設する場合の本方法のフロー図である。
【図１ｂ】加工物に除去部を内設する場合の本方法のフロー図である。
【図１ｃ】加工物に除去部を内設する場合の本方法のフロー図である。
【図２ａ】異なる除去部の可能な形態を示す図である。
【図２ｂ】異なる除去部の可能な形態を示す図である。
【図３ａ】異なる除去部の他の可能な形態を示す図である。
【図３ｂ】異なる除去部の他の可能な形態を示す図である。
【図３ｃ】異なる除去部の他の可能な形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１は、レーザービームを照射した後、板状の加工物１に穴を内設する際の個々の工程を有するエッチングにより板状の加工物に穴を内設するための複数の工程を有するフロー図を示している。これについて、図１ａでは、レーザービーム２が加工物１の表面に向けられている。加工物１の厚さｄはここで、３ｍｍまでである。このレーザービーム２の作用時間は、加工物１の改変部だけがレーザービームのビーム軸線の周りに同心に現れるように極めて短く選定されている。このとき、加工物１が透明となる波長でレーザーを動作させる。このようにして改変された、欠損箇所３を有する領域が、図１ｂに複数の小気泡の直線的な鎖列の形で図示されている。図１ｃに図示された本方法の次の工程では、図示されていないエッチング剤の作用のために、事前にレーザービーム２により改変を受けた、加工物１の欠損箇所３により形成される領域に異方性の材料浸食が起きる。それにより、円柱形の作用ゾーンに沿った加工物１の穴として、除去部４が出現する。
【００５４】
この穴は、図２ａと２ｂ及び図３ａ〜３ｃの図面から分かる通り、周面上において周回する多数の同心構造を有する。
【００５５】
この場合、予め生成された欠損箇所３がエッチング作用により加工物１内の空洞へと拡張され、それらがエッチングプロセスにより徐々に繋げられることで、互いに連なる多数の欠損箇所３が徐々にエッチングされることによって除去部４が形成される。これにより、エッチング液が一つの欠損箇所３から次の欠損箇所３に素早く到達する。重力の影響はこのとき決定的ではないので、エッチング工程は、上からでも下からでも行なわれ、両方の外側から同時に開始される。外側領域におけるエッチング剤の比較的長い作用時間によって、図２ｂから分かる通り、欠損箇所３が外側表面の領域において円錐形に拡大している。
【００５６】
加工物１内の改変部として生成された欠損箇所３によって、エッチングプロセスは、それらの欠損箇所３が配置された線５をたどる。この線５は、直線でもよいし、或いはエッチングプロセスが精確に維持される殆ど任意の輪郭に倣うのでもよい。従って、殆ど任意の部分輪郭を生成することも初めて可能である。
【００５７】
外側に面した欠損箇所３の領域では、加工物内のずっと内側にある欠損箇所３に比べて作用時間がより長くなるために、より大きな拡がりが生じるになるにも関わらず、それでも全体として小さい円錐形の拡大部しか見られない。
【００５８】
このようにして生成された除去部４又は穴の輪郭は、エッチングプロセスの停止後において、複数の横断面拡大部と狭窄部が連なっていく点に特徴を有し、その形態は、ミミズを想起させ、これらの横断面拡大部及び狭窄部は、例えば、図２ｂ及び３ｃから分かる通り、同じ横断面を有することもないし、図３ｃに図示されている通り、隣り合う横断面拡大部及び狭窄部との間隔ａ１，ａ２が同じであることもない。一つの横断面拡大部又は狭窄部はこのとき、主軸線に対する横断面内に配置することができるか、或いは図３ａに図示されている通り、主軸線に対して傾斜した横断面内に配置することができる。
【００５９】
更に、隣り合う横断面拡大部又は狭窄部の中心点は、加工物１の表面に対して傾斜した共通の直線５上に位置することもでき、その結果、横断面拡大部又は狭窄部は、互いにずれた状態で配置されることになるが、横断面拡大部又は狭窄部は、図３ａに図示されている通り、外面に対して傾斜する方向又は図３ｂに図示されている通り、外面に対して平行な方向を向いているのでもよい。
【００６０】
図３ｃから看取できる通り、隣り合う横断面拡大部の面重心はそれぞれオフセットを有し、その結果、これらの横断面拡大部は、特に共通の線上には配置されないことになる。
【００６１】
本発明は、以下のものを含む：
先ず、本発明の第一の発明は、
３ミリメートル未満の厚さの板状の加工物（１）に少なくとも一つの窪み部（４）及び／又は穴を設ける方法において、
この窪み部（４）及び／又は穴が、互いに連なる多数の欠損箇所（３）にエッチングを徐々に進行させることによって形成されることを特徴とする方法である。
【００６２】
本発明の第二の発明は、
該欠損箇所（３）が、線に沿って、特に、軸線又は直線に沿って配置されることを特徴とする第一の発明の方法である。
【００６３】
本発明の第三の発明は、
該欠損箇所（３）が、少なくとも部分的に直線（線５）と異なる形態で設けられることを特徴とする第一の発明の方法である。
【００６４】
本発明の第四の発明は、
該欠損箇所（３）が接触し合わないことを特徴とする第一から三までのいずれか一つの発明の方法である。
【００６５】
本発明の第五の発明は、
該欠損箇所（３）が軸線（線５）に沿って一つの表面から第二の表面にまで延びることを特徴とする第一から四までのいずれか一つの発明の方法である。
【００６６】
本発明の第六の発明は、
該加工物（１）の平均的な厚さがエッチング浸食により低減されることを特徴とする第一から五までのいずれか一つの発明の方法である。
【００６７】
本発明の第七の発明は、
該欠損箇所（３）がレーザービーム（２）との相互作用により生じることを特徴とする第一から六までのいずれか一つの発明の方法である。
【００６８】
本発明の第八の発明は、
該レーザービーム（２）は、加工物（１）の材料をほぼ透過する波長を有することを特徴とする第一から七までのいずれか一つの発明の方法である。
【００６９】
本発明の第九の発明は、
該レーザービーム（２）のパルス長が１００ピコ秒未満、特に、１２ピコ秒未満であることを特徴とする第一から八までのいずれか一つの発明の方法である。
【００７０】
本発明の第十の発明は、
該レーザービーム（２）が、一つのパルスの形で加工物の材料と相互作用することを特徴とする第一から九までのいずれか一つの発明の方法である。
【００７１】
本発明の第十一の発明は、
該レーザービーム（２）が、パルス列の形で加工物の材料と相互作用し、このパルス列が２０個以下の単一パルスから構成されることを特徴とする第一から十までのいずれか一つの発明の方法である。
【００７２】
本発明の第十二の発明は、
ビーム軸線に沿って時間的にスライドさせることによって、該レーザービーム（２）の焦点を加工物（１）を通して移動させることを特徴とする第一から十一までのいずれか一つの発明の方法である。
【００７３】
本発明の第十三の発明は、
空間的なビーム成形によって、該レーザービーム（２）の焦点をビーム軸線に沿った加工物の材料の厚さ全体に渡って相互作用させることを特徴とする第一から十二までのいずれか一つの発明の方法である。
【００７４】
本発明の第十四の発明は、
該空間的なビーム成形が、球面収差の大きな光学系又は回折光学素子によって実現されることを特徴とする第一から十三までのいずれか一つの発明の方法である。
【００７５】
本発明の第十五の発明は、
ビーム軸線に沿ったレーザービームの近軸ビームと周縁ビームの焦点位置の間の違いが１００μｍを上回る、特に有利には、２５０μｍを上回ることを特徴とする第一から十四までのいずれか一つの発明の方法である。
【００７６】
本発明の第十六の発明は、
該窪み部（４）又は穴の周面がミミズ構造を形成することを特徴とする第一から十五までのいずれか一つの発明の方法である。
【００７７】
本発明の第十七の発明は、
該加工物（１）の材料が主要な材料成分としてガラス、シリコン及び／又はサファイアを有することを特徴とする第一から十六までのいずれか一つの発明の方法である。
【外国語明細書】
2020185613000001.pdf