(57)【要約】【課題】複数の貫通穴の形成された基板を有する成形品を提供する。【解決手段】  基板の第一の表面から前記基板の第二の表面へと連続的に延びる複数の貫通穴を有する基板を含み、前記基板は３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させ、前記複数の貫通穴の直径は２０μｍ以下であり、隣接する貫通穴間の間隔は１０μｍ以上であり、前記複数の貫通穴は、前記第一の表面の開口と、前記第二の表面の開口と、前記第一の表面の前記開口と前記第二の表面の前記開口との間にあるくびれ部と、を含み、前記くびれ部の直径は前記第一の表面の前記開口または前記第二の表面の前記開口の直径の少なくとも５０％であり、前記第一の表面の前記開口の直径と前記第二の表面の前記開口の直径との差は３μｍ以下であることを特徴とする成形品。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品において、
基板であって、前記基板の第一の表面から前記基板の第二の表面へと連続的に延びる複数の貫通穴を有する基板を含み、
前記基板は３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させ、
前記複数の貫通穴の直径は２０μｍ以下であり、
隣接する貫通穴間の間隔は１０μｍ以上であり、
前記複数の貫通穴は、前記第一の表面の開口と、前記第二の表面の開口と、前記第一の表面の前記開口と前記第二の表面の前記開口との間にあるくびれ部と、を含み、
前記くびれ部の直径は前記第一の表面の前記開口または前記第二の表面の前記開口の直径の少なくとも５０％であり、
前記第一の表面の前記開口の直径と前記第二の表面の前記開口の直径との差は３μｍ以下である
ことを特徴とする成形品。
【請求項２】
前記複数の貫通穴の直径は５μｍ超であることを特徴とする、請求項１に記載の成形品。
【請求項３】
前記くびれ部の直径は、前記第一の表面の前記開口または前記第二の表面の前記開口の直径の少なくとも７０％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の成形品。
【請求項４】
前記複数の貫通穴の密度は、５貫通穴／ｍｍ２〜５０貫通穴／ｍｍ２の範囲内であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の成形品。
【請求項５】
前記複数の貫通穴のアスペクト比は５：１〜２０：１の範囲内であることを特徴とする、実施形態１から４のいずれか１項に記載の成形品。
【請求項６】
前記複数の貫通穴は導電材料を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の成形品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１４年７月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／０２３４２９号明細書の利益を主張する、２０１４年１０月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／０７３１９１号明細書の利益を主張する、２０１４年１１月７日に出願された米国特許出願第１４／５３５８００号明細書と、２０１３年１２月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／９１７１７９号明細書の、米国特許法第１２０条に基づく優先権の利益を主張するものである。上記出願の教示内容の全体を参照によって本願に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ガラスおよびガラス製品への高速レーザ穴あけ方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
今日、電子機器応用のために精密に形成された穴を有する薄板ガラスに対して高い関心が寄せられている。穴には導電材料が充填され、１つの部品から他の部品へと電気信号を伝送するために使用され、中央処理ユニット、メモリチップ、グラフィカルプロセシングユニット、またはその他の電子コンポーネントの精密接続が可能となる。このような用途の場合、その中に金属被覆された穴を有する基板は一般に、「インタポーザ」と呼ばれる。現在使用されているインタポーザ材料、例えば繊維強化ポリマやシリコンと比較して、ガラスは多くの有利な特性を有する。ガラスは、大型の薄い平滑な板として形成でき、研磨が不要であり、有機系の代替物より硬さと寸法安定性に優れ、シリコンより電気絶縁性がはるかに高く、有機系の選択肢より（熱と硬さの点での）寸法安定性が高く、集積回路内のスタックの反りを制御するために、膨張率の違いに合わせたカスタム化が可能である。
【０００４】
ガラスへの穴の形成には様々な穴形成方法を使用でき、例えば、ホットプレス、感光被削性ガラスのリソグラフィ、放電穴あけ、パウダブラスティング、および各種のレーザ穴あけ方式がある。いずれの技術を使用しても、十分な速度（穴／秒）で十分な品質（低い耐亀裂性、適正な大きさまたは真円度）の穴を形成する上での課題が伴い、それが最終的にコストに影響する。例えば、ガラスのホットプレス加工では、十分に小さいサイズ（約１００マイクロメートル以下）の穴の形成が困難であり、放電穴あけでは、短い穴ピッチ（すなわち、穴間の距離が約５０マイクロメートル未満）でそうすることが困難でありえ、ビームトレパニングを用いたレーザ穴あけは低速でありえ（例えば、約１穴／秒）、エキシマレーザ加工および感光被削性ガラスは、高額な初期投資を要する可能性がある。
【０００５】
ＵＶナノ秒レーザを用いたレーザ穴あけ法は、特に高品質の穴を形成できることが実証されている。レーザは、穴１つにつき複数の（例えば何百かの）レーザパルスで直径約１０マイクロメートルのパイロット孔をあけるために使用され、それから、その部品が酸エッチングされて、穴が拡張され、標的寸法とされる。穴はその後、金属化され、電気信号拡散のための再配線層が追加され、部品がより小型の個体にダイシングされ、機能的インタポーザができる。しかしながら、レーザ穴あけは時間のかかるプロセスである可能性があり、パーカッション穴あけ加工（すなわち、同じ場所でパルスが繰り返される）では、１個の穴を所望の深さまで開けるのに何百パルスも必要となりうる。精密レーザ穴あけプラットフォームの費用は高額に上る可能性があり（約１００万ドル／台に迫る）、穴形成の速度がインタポーザの製造コスト全体の中の重要なパラメータとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、上述の問題を軽減または排除するようなガラス等の材料へのレーザ穴あけ方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示されている実施形態は、ダメージトラック（パイロット孔とも呼ばれる）を極めて高速で形成する方法に関する。特殊化した光供給システムとピコ秒パルスレーザを利用することにより、ダメージトラック／パイロット孔をガラスまたはその他の透明材料中に穴あけでき、各ダメージトラック／パイロット孔はわずか１レーザパルスで形成できる。この工程により、ダメージトラック／パイロット孔の穴あけ速度を上述のナノ秒レーザ穴あけプロセスで実現可能なものの優に１００倍まで高速化できる。しかしながら、初期ダメージトラック／パイロット孔は一般に、小さすぎて導電材料を充填できず、連続していないことが多い。そのため、それだけで、このようなダメージトラック／パイロット孔はインタポーザまたは電気ビアに適していない。上記のプロセスをその後の酸エッチングステップと組み合わせることによって、ダメージトラックまたはパイロット孔をその後、高並行プロセスにより、インタポーザにとって現実的な穴径へと拡張できる。この複合的プロセスは、ガラス中にインタポーザに適した大きさ（２０マイクロメートル未満から数１０マイクロメートル程度まで）、形状、品質の穴を、他の方法よりかなり安価な１部品当たりのコストで生成する。
【０００８】
１つの実施形態において、実質的に透明な材料に貫通穴をレーザ穴あけまたは形成する方法は、パルスレーザビームをビーム伝搬方向に沿って向けられ、材料中に方向付けられたレーザビーム焦線へと合焦させるステップであって、レーザビームの焦線は材料中に誘起吸収を発生させ、誘起吸収が材料中のレーザビーム焦線に沿ってダメージトラックを生成するようなステップと、材料とレーザビームを相互に関して並進させ、それによって複数のダメージトラックをレーザ形成するステップと、を含む。この方法は、材料を酸溶液中でエッチングして、材料中の欠陥線を拡張することにより、１マイクロメートルより大きい直径の穴を生成するステップをさらに含む。エッチング速度は、約１０マイクメートル／分未満、例えば約５マイクロメートル／分未満の速度、または約２マイクロメートル／分未満の速度とすることができる。エッチングプロセスのチーレ数は２以下とすることができる。
【０００９】
いくつかの実施形態において、パルス幅は、約１ピコ秒超〜約１００ピコ秒未満、例えば約５ピコ秒超〜約２０ピコ秒未満の間の範囲内とすることができ、繰返し率は約１ｋＨｚ〜４ＭＨｚの間の範囲、例えば約１０ｋＨｚから６５０ｋＨｚの間の範囲内とすることができる。上記の繰返し率の単パルスのほかに、パルスは、約１ｎｓｅｃ〜約５０ｎｓｅｃ、例えば１０〜３０ｎｓｅｃ、例えば約２０ｎｓｅｃプラスマイナス２ｎｓｅｃの間の範囲の時間で分離される２パルスまたはそれ以上（例えば、３パルス、４パルス、５パルス、またはそれ以上）のバーストを、１バーストあたり少なくとも４０μＪのエネルギーで生成でき、バースト繰返し周波数は約１ｋＨｚ〜約２００ｋＨｚの間の範囲とすることができる。パルスレーザビームの波長は、材料が実質的にこの波長を透過させるように選択できる。材料で測定された１バーストあたりの平均レーザエネルギーは、材料の厚さ１ｍｍあたり４０マイクロジュールより大きく、例えば４０マイクロジュール／ｍｍ〜１０００マイクロジュール／ｍｍの間、または１００マイクロジュール／ｍｍ〜６５０マイクロジュール／ｍｍの間の範囲とすることができる。パルスレーザビームのバーストエネルギー密度は、２５マイクロジュール／線状焦点ｍｍ〜１２５マイクロジュール／線状焦点ｍｍの範囲とすることができる。パルスレーザビームは、少なくとも５００ダメージトラック／秒、少なくとも１，０００ダメージトラック／秒、または少なくとも５，０００ダメージトラック／秒で生成できる。ダメージトラックは、非周期的パターンでも形成できる。
【００１０】
レーザビーム焦線は、ベッセルビームまたはガウス−ベッセルビームを使って形成できる。焦線は、アキシコンを使って生成できる。レーザビーム焦線の長さは約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの間の範囲、例えば約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、約５ｍｍ、約６ｍｍ、約７ｍｍ、約８ｍｍ、または約９ｍｍとすることができ、または長さは約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの範囲、平均スポット径は約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの間の範囲内とすることができる。各貫通穴の直径は、約５マイクロメートル〜１００マイクロメートルとすることができる。各ダメージトラックの直径は、約５マイクロメートル以下とすることができる。いくつかの実施形態において、材料は板ガラスのスタックとすることができる。穴間の間隔は５０マイクロメートル〜５００マイクロメートルの間、または１０マイクロメートル〜５０マイクロメートルの間とすることができる。材料とレーザビームを相互に関して並進させるステップは、ガラス板を一連のリニアステージで並進させるステップ、またはレーザビームを、リニアステージ、レゾナントスキャニングミラースキャナ、ガルバノメータ（ガルボ）ミラースキャナ、圧電調節可能ミラー、または音響光学偏向装置を使って並進させるステップを含むことができる。この方法は、貫通穴におけるガラス内面を導体で被覆することにより、貫通穴の上下間に導電性を生じさせるステップ、または貫通穴におけるガラス内面を被覆して、生体分子が付着しやすくするステップをさらに含むことができる。材料は、３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の少なくとも１つの波長を透過させることができ、および／または３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長の少なくとも７０％を透過させることができる。材料は、ガラス、溶融石英、またはガラス板のスタックとすることができる。
【００１１】
いくつかの実施形態において、複数の貫通穴の直径は２０μｍ以下、隣接する貫通案間の間隔は１０μｍ以上であり、複数の貫通穴は、第一の表面の開口と、第二の表面の開口と、第一の表面の開口と第二の表面の開口との間にあるくびれ部と、を含み、くびれ部の直径は、第一の表面の開口または第二の表面の開口の直径の少なくとも５０％であり、第一の表面の開口の直径と第二の表面の開口の直径との差は３μｍ以下である。他の実施形態は、上述の、および詳細な説明の中に記載の方法により作製されるガラス成形品を含む。
【００１２】
他の実施形態において、ガラス成形品は複数のダメージトラックを有する基板を含み、ダメージトラックの直径は５マイクロメートル未満、隣接する穴間の間隔は少なくとも２０マイクロメートル、アスペクト比は２０：１以上である。ダメージトラックの直径は、１マイクロメートル未満とすることができる。
【００１３】
また別の実施形態において、ガラス成形品はガラス基板のスタックを含み、前記スタックを通る複数の穴が形成され、穴はガラス基板の各々を貫通し、穴の直径は１マイクロメートル〜１００マイクロメートルの間であり、穴−穴間隔は約２５〜１０００マイクロメートルである。ガラス成形品は、１０マイクロメートルより大きいエアギャップにより分離された少なくとも２枚のガラス基板を含むことができる。
【００１４】
また別の実施形態において、実質的に透明な成形品は、約２００ｎｍ〜約２０００ｎｍの間の波長を実質的に透過させる材料の多層スタックを含み、多層スタックは、スタックの複数の層を通じて形成された複数の穴を有する。穴の直径は１マイクロメートル〜１００マイクロメートルの間であり、穴−穴間隔は２５〜１０００マイクロメートルである。多層スタックは、ａ）複数のガラス層と、ガラス層間に挟まれた少なくとも１つのポリマ層、ｂ）異なる組成の少なくとも２つのガラス層、またはｃ）少なくとも１つのガラス層と少なくとも１つの非ガラス無機層のうちのいずれか１つまたはそれ以上を含むことができる。
【００１５】
さらにまた別の実施形態において、材料中に貫通穴を形成する方法は、パルスレーザをビーム伝搬方向に沿って向けられたレーザビーム焦線へと合焦させ、レーザビーム焦線を材料中に方向付けるステップによって材料中に直径５μｍ以下のダメージトラックを形成するステップと、材料を酸溶液中でエッチングして、複数の欠陥線を拡張させて、材料中に複数の貫通穴を生成するステップと、を含み、エッチングのチーレ数は２以下である。材料は、３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させることができ、および／または３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長の少なくとも７０％を透過させることができる。この方法はまた、エッチング中に酸溶液を機械的に攪拌するステップも含むことができる。酸溶液は表面活性剤を含むことができる。複数の貫通穴の直径は２０μｍ以下とすることができ、隣接する貫通穴間の間隔は少なくとも１０μｍである。複数の貫通穴は、第一の表面の開口と、第二の表面の開口と、第一の表面の開口と第二の表面の開口との間にあるくびれ部と、を含み、くびれ部の直径は、第一の表面の開口または第二の表面の開口の直径の少なくとも５０％であり、第一の表面の開口の直径と第二の表面の開口の直径との差は３μｍ以下である。
【００１６】
別の実施形態において、成形品は、基板の第一の表面から基板の第二の表面へと連続的に延びる複数の貫通穴を有する基板を含み、基板は３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させ、複数の貫通穴の直径は２０μｍ以下であり、複数の貫通穴は、第一の表面の開口と、第二の表面の開口と、第一の表面の開口と第二の表面の開口との間にあるくびれ部と、を含み、くびれ部の直径は第一の表面の開口または第二の表面の開口の直径の少なくとも５０％であり、第一の表面の開口の直径と第二の表面の開口の直径の差は３μｍ以下である。複数の開口は５μｍより大きい直径、１５μｍ以下の直径、または１０μｍ以下の直径を有し、くびれ部の直径は、第一の表面の開口または第二の表面の開口の直径の少なくとも７０％、少なくとも７５％、または少なくとも８０％である。基板は、溶融石英、ガラス、または化学的に強化されたガラスとすることができる。基板は１ｍｍ以下の厚さ、または２０μｍ〜２００μｍの範囲の厚さを有することができる。貫通穴の密度は、５貫通穴／ｍｍ２〜５０貫通穴／ｍｍ２の範囲内とすることができる。貫通穴のアスペクト比は５：１〜２０：１の範囲内とすることができる。貫通穴は非周期的パターンを有することができる。貫通穴は、導電材料を含む。
【００１７】
本明細書に記載されている実施形態は多くの利点を提供し、その中には、穴／ダメージトラックをわずか１レーザパルスまたは１パルスバーストで形成でき、従来のパーカッション穴あけレーザ法よりはるかに速い穴あけまたは穴／ダメージトラック形成速度を可能にすることが含まれる。本明細書に記載されている穴／ダメージトラック穴あけ速度はレーザの繰返し率と、レーザビームを次の穴あけ位置へと移動できる速度によってのみ限定される。１秒あたり数百穴という穴あけ速度が容易に達成され、使用されるステージと穴パターン密度に応じて、１秒あたり１０，０００穴超という穴あけ速度が可能となる。これに加えて、このプロセスは、同時に複数の部品（スタッフ）を穴あけでき、システムのスループットはさらに高まる。
【００１８】
線状焦点光学装置により、レーザで穴あけ加工された穴／ダメージトラックは、直径が極めて小さく（例えば、約１マイクロメートル）、これはガウス光ビームで実現可能な研削穴の寸法（一般的には約１０マイクロメートル超）よりはるかに小さい。
【００１９】
酸エッチングの使用によって、金属化またはその他の化学コーティングにとって現実的な寸法のビア貫通穴の形成が可能となる。すべてのパイロット孔／ダメージトラックが並行プロセスで標的の直径まで並行して拡張され、これは穴を大径まであけるのにさらにレーザ露光を行う、レーザ使用の場合よりはるかに速い。
【００２０】
酸エッチングは、レーザによって生じる微細亀裂または損傷のすべてを平滑化することにより、レーザだけの使用より強力な部品を作る。
【００２１】
以上の事柄は、添付の図面に示されている例示的な実施形態に関する以下のより詳しい説明から明らかになり、各種の図面を通じて、同様の参照文字は同じ部品を示す。図面は必ずしも正しい縮尺によるとは限らず、実施形態を説明することに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】レーザ穴あけ加工のための光学アセンブリの１つの実施形態の概略図である。
【図２Ａ】レーザビーム焦線の位置決め、すなわち焦線に沿った誘起吸収による、レーザ波長を透過させる材料の加工を示す。
【図２Ｂ】レーザビーム焦線の位置決め、すなわち焦線に沿った誘起吸収による、レーザ波長を透過させる材料の加工を示す。
【図３Ａ】１つの実施形態によるレーザ加工光学アセンブリの図である。
【図３Ｂ−１】レーザビームの焦線を基板に関してある位置に位置付けることによる、基板の加工方法を示す図である。
【図３Ｂ−２】レーザビームの焦線を基板に関して異なる位置に位置付けることによる、基板の加工方法を示す図である。
【図３Ｂ−３】レーザビームの焦線を基板に関して異なる位置に位置付けることによる、基板の加工方法を示す図である。
【図３Ｂ−４】レーザビームの焦線を基板に関して異なる位置に位置付けることによる、基板の加工方法を示す図である。
【図４】レーザ加工光学アセンブリの第二の実施形態の図である。
【図５Ａ】レーザ加工光学アセンブリの第三の実施形態の図である。
【図５Ｂ】レーザ加工光学アセンブリの第三の実施形態の図である。
【図６】例示的なピコ秒レーザの、時間に対するレーザ発光（強度）のグラフである。
【図７Ａ】Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラスの小片に作られた、レーザ穴あけにより形成された特徴物の走査電子顕微鏡写真である。
【図７Ｂ】Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラスの小片に作られた、レーザ穴あけにより形成された特徴物の走査電子顕微鏡写真である。
【図８】エッチングが行われていない一般的なダメージトラック、穿孔または欠陥線（これら３つの用語は本明細書中、互換的に使用される）の側面の顕微鏡画像である。ガラス中に形成されたトラックは一般に、完全に開放しておらず、すなわち、材料の一部領域は除去されるが、必ずしも完全な貫通穴が形成されるとはかぎらない。
【図９】酸エッチングが行われていないダメージトラックまたは穿孔の、図８に示される顕微鏡写真より高倍率の側面顕微鏡画像である。
【図１０】酸エッチングされていない一般的なダメージトラックまたは穴の上面顕微鏡写真である。
【図１１】より短い焦線（約０．５ｍｍ）、したがって高エネルギー密度を欠陥線に付与する、より焦点距離の短い対物レンズ（ｆ＝３０ｍｍ）を使用することによる、顕著な微細亀裂を生じさせる加工条件で形成された穴の走査電子顕微鏡写真である。
【図１２】部品の厚さ全体を貫通しない止まり穴の形成に使用可能な穴の走査電子顕微鏡写真である。
【図１３Ａ】エッチング後の入口穴（レーザ入射側）の走査電子顕微鏡写真である。
【図１３Ｂ】エッチング後の出口穴（レーザ射出側）の走査電子顕微鏡写真である。
【図１４】微細亀裂の影響のエッチング後画像である。微細亀裂は、酸エッチングによって長い特徴物になっている。
【図１５】酸エッチング後の穴の側面を示す写真である。断面を示すためにサンプルはダイシングされている。明るい領域がガラス、暗い領域が穴である。
【図１６】酸エッチング後の穴の側面を示すが、図１５に示されている写真より高倍率での写真である。
【図１７Ａ】上部における直径別穴数のグラフであり、エッチング後の約１０，０００個の穴についてとった穴径の統計を示す。
【図１７Ｂ】下部における直径別穴数のグラフであり、エッチング後の約１０，０００個の穴についてとった穴径の統計を示す。
【図１７Ｃ】くびれ部における直径別穴数のグラフであり、エッチング後の約１０，０００個の穴についてとった穴径の統計を示す。
【図１８Ａ】上部における直径別穴数のグラフであり、エッチング後の真円度の統計を示す。真円度＝ある穴の最大径−最小径。データはすべての穴に顕著な亀裂／削り屑がないことを示し、これらは顕著な非円形にエッチングすることになる。
【図１８Ｂ】下部における直径別穴数のグラフであり、エッチング後の真円度の統計を示す。真円度＝ある穴の最大径−最小径。データはすべての穴に顕著な亀裂／削り屑がないことを示し、これらは顕著な非円形にエッチングすることになる。
【図１８Ｃ】くびれ部における直径別穴数のグラフであり、エッチング後の真円度の統計を示す。真円度＝ある穴の最大径−最小径。データはすべての穴に顕著な亀裂／削り屑がないことを示し、これらは顕著な非円形にエッチングすることになる。
【図１９Ａ】エッチング前の半径方向の亀裂の写真である。
【図１９Ｂ】より高倍率での入口穴配列の写真である。
【図１９Ｃ】より高倍率での入口穴配列の写真である。
【図２０Ａ】エッチング前の穴の写真であり、上面を示す。
【図２０Ｂ】エッチング前の穴の写真であり、底面を示す。
【図２０Ｃ】エッチング前の穴の写真であり、側面を示す。
【図２１Ａ】レーザ出力５５％での、酸エッチング後の穴の上面の写真である。
【図２１Ｂ】レーザ出力６５％での、酸エッチング後の穴の上面の写真である。
【図２１Ｃ】レーザ出力７５％での、酸エッチング後の穴の上面の写真である。
【図２１Ｄ】レーザ出力８５％での、酸エッチング後の穴の上面の写真である。
【図２１Ｅ】レーザ出力１００％での、酸エッチング後の穴の上面の写真である。
【図２２Ａ】レーザ出力５５％での、酸エッチング後の穴の底面の写真である。
【図２２Ｂ】レーザ出力６５％での、酸エッチング後の穴の底面の写真である。
【図２２Ｃ】レーザ出力７５％での、酸エッチング後の穴の底面の写真である。
【図２２Ｄ】レーザ出力８５％での、酸エッチング後の穴の底面の写真である。
【図２２Ｅ】レーザ出力１００％での、酸エッチング後の穴の底面の写真である。
【図２３Ａ】酸エッチング後の穴の上面の写真であり、穴径１００マイクロメートル、ピッチ２００マイクロメートル、配列１５０×１５０である。
【図２３Ｂ】酸エッチング後の穴の上面の写真であり、穴径５０マイクロメートル、ピッチ１００マイクロメートル、配列３００×３００である。
【図２３Ｃ】酸エッチング後の穴の上面の写真であり穴径５０マイクロメートル、ピッチ１００マイクロメートル、配列３００×３００であり、亀裂と削り屑のあるいくつかの穴を示す。
【図２４Ａ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、直径別穴数のグラフであり、サンプルの上部の結果を示す。
【図２４Ｂ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、直径別穴数のグラフであり、サンプルの下部の結果を示す。
【図２４Ｃ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、直径別穴数のグラフであり、サンプルのくびれ部の結果を示す。
【図２５Ａ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、真円度別穴数のグラフであり、サンプルの上部の結果を示す。
【図２５Ｂ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、真円度別穴数のグラフであり、サンプルの下部の結果を示す。
【図２５Ｃ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、真円度別穴数のグラフであり、サンプルのくびれ部の結果を示す。
【図２６Ａ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、直径別穴数のグラフであり、第二のサンプルの上部の結果を示す。
【図２６Ｂ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、直径別穴数のグラフであり、第二のサンプルの下部の結果を示す。
【図２６Ｃ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、直径別穴数のグラフであり、第二のサンプルのくびれ部の結果を示す。
【図２７Ａ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、真円度別穴数のグラフであり、第二のサンプルの上部の結果を示す。
【図２７Ｂ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、真円度別穴数のグラフであり、第二のサンプルの下部の結果を示す。
【図２７Ｃ】配列１００×１００の穴を有するサンプルの、真円度別穴数のグラフであり、第二のサンプルのくびれ部の結果を示す。
【図２８Ａ】１００％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図２８Ｂ】１００％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図２８Ｃ】１００％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図２９Ａ】１００％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図２９Ｂ】１００％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図２９Ｃ】１００％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図３０Ａ】１００％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図３０Ｂ】１００％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図３０Ｃ】１００％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図３１Ａ】１００％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図３１Ｂ】１００％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図３１Ｃ】１００％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図３２Ａ】８５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図３２Ｂ】８５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図３２Ｃ】８５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図３３Ａ】８５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図３３Ｂ】８５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図３３Ｃ】８５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図３４Ａ】８５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図３４Ｂ】８５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図３４Ｃ】８５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図３５Ａ】８５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図３５Ｂ】８５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図３５Ｃ】８５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図３６Ａ】７５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図３６Ｂ】７５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図３６Ｃ】７５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図３７Ａ】７５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図３７Ｂ】７５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図３７Ｃ】７５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図３８Ａ】７５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図３８Ｂ】７５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図３８Ｃ】７５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図３９Ａ】７５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図３９Ｂ】７５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図３９Ｃ】７５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図４０Ａ】６５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図４０Ｂ】６５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図４０Ｃ】６５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図４１Ａ】６５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図４１Ｂ】６５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図４１Ｃ】６５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図４２Ａ】６５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図４２Ｂ】６５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図４２Ｃ】６５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図４３Ａ】６５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図４３Ｂ】６５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図４３Ｃ】６５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図４４Ａ】５５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図４４Ｂ】５５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図４４Ｃ】５５％のレーザ出力を用いた、３０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図４５Ａ】５５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図４５Ｂ】５５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図４５Ｃ】５５％のレーザ出力を用いた、５０マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図４６Ａ】５５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図４６Ｂ】５５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図４６Ｃ】５５％のレーザ出力を用いた、７５マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図４７Ａ】５５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、上部の図を示す。
【図４７Ｂ】５５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、下部の図を示す。
【図４７Ｃ】５５％のレーザ出力を用いた、１００マイクロメートルの穴の酸エッチング後の写真であり、くびれ部の図を示す。
【図４８】積み重ねられた３枚の１５０マイクロメートルのＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス板を通って延びる焦線を示す。
【図４９】ダメージトラックで穴あけされた、厚さ３００マイクロメートルのＥＸＧガラス２枚のスタックの側面を示す酸エッチング前の写真である。
【図５０】図４９と同じスタックの、酸エッチング後の側面を示す酸エッチング後の写真である。
【図５１】図４９と同じスタックの、酸エッチング後の上面を示す酸エッチング後の写真である。
【図５２Ａ】レーザ穴あけ後の基板１０００を示す。
【図５２Ｂ】酸エッチング後の基板１０００を示す。
【図５３】エッチングシステムのチーレ数と上側および下側開口の直径に関するくびれ部の直径の予想パーセンテージとの関係を示す。
【図５４】ダメージトラックの半径に対するエッチングシステムのチーレ数のグラフである。
【図５５】ガラス基板の厚さの半分に対するエッチングシステムのチーレ数のグラフである。
【図５６】有効拡散率（Ｄｅｆｆ）に対するエッチングシステムのチーレ数のグラフである。
【図５７】体積％での酸濃度に対するエッチングシステムのチーレ数と、有効拡散率と酸濃度を変化されることによるチーレ数への複合的な影響のグラフである。
【図５８】ガラス部品の側面の酸エッチング後の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下は例示的な実施形態の説明である。
【００２４】
以下の実施形態では、線状焦点システムを生成する光学システムによる短（例えば、１０−１０〜１０−１５秒）パルスレーザを利用して、レーザの波長を実質的に透過させる材料、例えばガラス、溶融石英、合成水晶、ガラスセラミック、セラミック、サファイヤ等の結晶材料、またはかかる材料の積層体（例えば、被覆ガラス）の小片に欠陥線、ダメージトラック、または穴を形成する。線状焦点の生成は、ガウスレーザビームをアキシコンレンズに送ることによって実行されてもよく、この場合、ガウス−ベッセルビームと呼ばれるビームプロファイルが生成される。このようなビームは、ガウスビームよりはるかに低速で回折する（例えば、１マイクロメートルのスポットサイズを、数１０マイクロメートル以下ではなく、数百マイクロメートルまたはミリメートルの範囲にわたって保持しうる）。したがって、焦点深度または材料と強力に相互作用する距離は、ガウスビームだけを使用した場合よりはるかに大きい場合がある。ゆっくりと回折する、または回折しないビームの他の形態、例えばエアリビームもまた使用してよい。材料または成形品はレーザの波長を、吸収率がこの波長において材料の深さ１ｍｍにつき約１０％未満、好ましくは約１％未満であるとき、実質的に透過させる。いくつかの実施形態において、材料はまた、約３９０ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させることができる。高強度レーザと線状焦点の使用によって、各レーザパルスが同時にガラス中に長い（例えば、１００〜１０００マイクロメートル）トラックを損傷、アブレーション、またはその他の変化により生成できる。このトラックは、ガラス部品の厚さ全体を容易に貫通しうる。それゆえ、１パルスまたは１バーストパルスであっても、完全な「パイロット孔」または明確なダメージトラックを作ることができ、パーカッション穴あけが不要である。
【００２５】
パイロット孔／ダメージトラックは、断面寸法が非常に小さい（数マイクロメートル以下）が比較的長く、すなわちアスペクト比が高い。部品はその後、酸エッチングによって最終的な穴径、例えば、所期の用途の要求に応じて、直径約３０マイクロメートル以下、約２５マイクロメートル以下、約２０マイクロメートル以下、約１５マイクロメートル以下、約１０マイクロメートル以下、約５〜約１０マイクロメートル、約５〜約１５マイクロメートル、約５〜約２０マイクロメートル、約５〜約２５マイクロメートル、約５〜約３０マイクロメートルの範囲、または数１０マイクロメートルまでとされる。いくつかの実施形態において、エッチングは、エッチングプロセスのチーレ数が約３以下、約２．５以下、約２以下、約１．５以下、約１以下、または約０．５以下となるように実行できる。エッチングの後、ガラス表面には、エッチングプロセスの均一性が不完全であることによってわずかな凹凸ができる場合があり、すなわち、エッチングされた穴の内部にも、幾分平滑ではあるものの、顕微鏡または走査電子顕微鏡では観察可能なある程度の微細な粒質がありうる。いくつかの実施形態において、基板は、基板の第一の表面から基板の第二の表面へと連続的に延びる複数の貫通穴を有することができ、基板は３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させ、複数の貫通穴の直径は２０μｍ以下であり、複数の貫通穴は第一の表面の開口と、第二の表面の開口と、第一の表面の開口と第二の表面の開口との間にあるくびれ部と、を含み、くびれ部の直径は第一の表面の開口または第二の表面の開口の直径の少なくとも５０％であり、第一の表面の開口の直径と第二の表面の開口の直径との間の差は３μｍ以下である。
【００２６】
次に、穴への導電材料の被覆および／または充填が、例えば金属化を通じて行われ、透明材料からなるインタポーザ部品が作製される。金属または導電材料は、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、鉛、スズ、インジウムスズ酸化物、またはそれらの組合せもしくは合金とすることができる。穴の内部を金属化するために使用されるプロセスは、例えば、電気メッキ、無電解めっき、物理蒸着、またはその他の蒸気コーティング法とすることができる。穴はまた、触媒材料、例えばプラチナ、パラジウム、二酸化チタン、または、穴内の化学反応を促進するその他の材料で被覆してもよい。あるいは、穴は、他の化学的機能付与剤で被覆し、表面濡れ性を変化させ、または生体分子の付着を可能にし、生化学的分析に使用されてもよい。このような化学的機能付与は、穴のガラス表面のシラン処理、および／または、所望の用途に合わせた生体分子の付着を促進するように設計された、特定のたんぱく質、抗体、またはその他の生物学的に特異的な分子の追加付着とすることができる。
【００２７】
１つの実施形態において、材料のレーザ穴あけ方法は、パルスレーザビームをビーム伝搬方向に沿って向けられ、材料内部へと方向付けられるレーザビーム焦線へと合焦させるステップを含み、レーザビームの、材料において測定された平均レーザバーストエネルギーは、被加工材料の厚さ１ｍｍにつき約５０マイクロジュール超であり、そのバーストエネルギー密度は約２５μＪ／ｍｍ線状焦点〜約１２５μＪ／ｍｍ線状焦点の範囲内であり、そのパルス幅は約１００ピコ秒未満、繰返し率は約１ｋＨｚ〜約４ＭＨｚの範囲内である。線状焦点長さは、光軸上の、強度が最大強度の半分である２点間の距離によって決まる。レーザビームの焦線は、材料中に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が材料中のレーザビーム焦線に沿って穴を形成する。この方法はまた、材料とレーザビームを相互に関して並進させるステップも含み、それによって材料中に複数の穴（またはダメージトラック）を、穴／ダメージトラックの所望のパターンに応じて、約５０穴／秒超、約１００穴／秒超、約５００穴／秒超、約１，０００穴／秒超、約２，０００穴／超、約３，０００穴／秒超、約４，０００穴／秒超、約５，０００穴／秒超、約６，０００穴／秒超、約７，０００穴／秒超、約８，０００穴／秒超、約９，０００穴／秒超、約１０，０００穴／秒超、約２５，０００穴／秒超、約５０，０００穴／秒超、約７５，０００穴／秒超、約１００，０００穴／秒超の速度でレーザ穴あけする。この方法は、材料を酸溶液中で、約５マイクロメートル／分未満の速度、例えば約２マイクロメートル／分の速度でエッチングし、それによって材料中の穴を拡張するステップをさらに含む。
【００２８】
いくつかの実施形態において、パルス幅は、５ピコ秒超〜約１００ピコ秒未満の範囲内とすることができ、繰返し率は約１ｋＨｚ〜４ＭＨｚの間の範囲とすることができる。パルスは、約１ｎｓｅｃ〜約５０ｎｓｅｃの間の範囲、例えば１０〜３０ｎｓｅｃ、例えば約２０ｎｓｅｃプラスマイナス２ｎｓｅｃの時間で分離される少なくとも２パルスのバーストで生成でき、バースト繰返し周期は約１ｋＨｚ〜約４ＭＨｚの間の範囲内とすることができる。パルスレーザビームの波長は、材料がこの波長を実質的に透過させるように選択できる。この波長は、例えば１０６４、５３２、３５５または２６６ナノメートルであってもよい。いくつかの実施形態において、バースト繰返し周波数は、約１ｋＨｚ〜約４ＭＨｚの間の範囲内、約１０ｋＨｚ〜約６５０ｋＨｚの間の範囲内、約１０ｋＨｚ以上、約１００ｋＨｚ以上とすることができる。
【００２９】
レーザビーム焦線の長さは、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの間の範囲内、または約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの間の範囲内、平均スポット径は約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの間の範囲内とすることができる。ベッセルビームのスポット径Ｄは、Ｄ＝（２．４０４８λ）／（２πＢ）で表すことができ、λはレーザビームの波長、Ｂはビームの関数コーン角である。
【００３０】
レーザおよび光学システム
透明基板、特にガラスを切削するために、１０６４ｎｍピコ秒レーザを線状焦点ビーム形成光学装置と組み合わせて使用し、基板中に損傷の線またはダメージトラックを作る方法が開発された。これは、以下に、および２０１４年１月１４日に出願された米国特許出願第１４／１５４，５２５号明細書（米国特許出願公開第２０１４／０１９９５１９号明細書として公開）によりその利益が主張されている２０１３年１月１５日に出願された米国特許出願第６１／７５２，４８９号明細書に、詳細に記載されており、各出願の内容全体を、本明細書に全文が記されているかのように、参照によって援用する。レーザにより作られるダメージトラックは、本明細書においては、穴、パイロット孔、欠陥線、または穿孔と互換的に呼ばれる。この透明基板切削方法はまた、後述のように、後にエッチングプロセスによって拡張されるダメージトラックの形成にも当てはめることができる。
【００３１】
図１は、その概念１つの形態の概略図を示しており、この場合、アキシコン光学要素１０とその他のレンズ１１および１２を使って、レーザ３（図示せず）からの光線をシステムの光軸に平行な直線形状となるパターン２ｂに合焦させる。基板１は、それが線状焦点内にあるように位置付けられる。線状焦点の範囲が約１ｍｍ、ピコ秒レーザが生成する出力が約２０Ｗ以上、繰返し率が１００ｋＨｚ（材料において測定したときに約２００マイクロジュール／バースト）であるとき、線領域２ｂ内の光強度は容易に、材料中に非線形吸収を生成するのに十分に高くなりうる。パルスレーザビームの、材料において測定した場合の平均レーザバーストエネルギーは、材料厚さ１ｍｍあたり４０マイクロジュールより大きくすることができる。使用される平均レーザバーストエネルギーは、材料厚さ１ｍｍあたり２５００μＪの高さとすることができ、例えば１００〜２０００μＪ／ｍｍ、２００〜１７５０μＪ／ｍｍが好ましく、５００〜１５００μＪ／ｍｍがより好ましい。この「平均レーザエネルギー」はまた、１バースト当たりの平均線形エネルギー密度、またはレーザバーストあたり、材料１ｍｍあたり平均エネルギーと呼ぶこともできる。いくつかの実施形態において、バーストエネルギー密度は、約２５μＪ／ｍｍ線状焦点〜約１２５μＪ／ｍｍ線状焦点、または約７５μＪ／ｍｍ線状焦点〜約１２５μＪ／ｍｍ線状焦点の範囲内とすることができる。損傷、アブレーション、蒸発、またはその他の方法で変化させられた材料の領域は、高強度の線形領域に略追従して形成される。
【００３２】
図２Ａおよび２Ｂを参照すると、材料のレーザ加工方法は、パルスレーザビーム２を、ビーム伝搬方向に沿って向けられたレーザビーム焦線２ｂに合焦させるステップを含む。図３Ａに示されるように、レーザ３（図示せず）はレーザビーム２を放出し、その１部分２ａが光学アセンブリ６内に入射する。光学アセンブリ６は、入射レーザビームを、射出側において、ビーム方向に沿った所定の拡張範囲にわたり、延長レーザビーム焦線２ｂへと変換する（焦線の長さｌ）。平坦基板１は、ビーム経路内に位置付けられて、レーザビーム２のレーザビーム焦線２ｂと少なくとも部分的に重複する。レーザビーム焦線はそれゆえ、基板中へと方向付けられる。参照番号１ａは、平坦基板の、それぞれ光学レーザアセンブリ６またはレーザに面する表面を示し、参照番号１ｂは、基板１の反対表面を示している。基板または材料の厚さ（この実施形態では、平面１ａおよび１ｂ、すなわち基板平面に垂直に測定される）をｄで示す。基板または材料は、例えば、レーザビーム２の波長を実質的に透過させるガラス成形品とすることができる。
【００３３】
図２Ａが示すように、基板１（または材料もしくはガラス成形品）は、長手方向のビーム軸に垂直に、それゆえ、光学アセンブリ６により生成される同じ焦線２ｂの後方に配置される（基板は図面の平面に対して垂直）。焦線はビーム方向に沿って向けられ、配列されているため、基板は焦線２ｂに関して、焦線２ｂが基板の表面１ａより前から始まり、基板の表面１ｂの前で止まり、すなわち、静止した焦線２ｂは基板内で終了し、表面１ｂを超えないように位置付けられる。レーザビームの焦線２ｂと基板とが重複する領域において、すなわち焦線２ｂによりカバーされる基板材料において、延長レーザビーム焦線２ｂが（レーザビーム焦線２ｂに沿ったレーザビームの強度が適当であり、この強度は長さｌの部分にレーザビーム２を合焦させることによって確保され、すなわち長さｌの線状焦点であると仮定される）、延長区間２ｃ（長手方向のビーム方向に沿って配列される）を生成し、それに沿って基板材料中に誘起吸収が生じる。誘起吸収は、基板材料中に区間２ｃに沿った欠陥線を形成する。この欠陥線は、１つの高エネルギーバーストパルスを使用することによって実質的に透明な材料、基板、または加工物内に生成された、顕微鏡レベルの（例えば、＞１００ｎｍおよび直径＜０．５マイクロメートル）の長い「穴」（また、穿孔、ダメージトラック、または欠陥線とも呼ばれる）である。個々の穿孔は、例えば、数百キロヘルツ（１秒間に数十万個の穿孔）の速度で作成できる。光源と材料との間の相対移動により、これらの穿孔は、相互に隣接させて設置できる（空間分離は希望に応じて１マイクロメートル未満から何マイクロメートルまでの範囲にわたる）。この空間分離（ピッチ）は、材料または加工物を分離しやすくするように選択できる。いくつかの実施形態において、欠陥線／ダメージトラックは「貫通穴」であり、これは、実質的に透明な材料の上から下まで延びる穴または開放通路である。他の実施形態において、ダメージトラックは真の意味の「貫通穴」でなく、それは、ダメージトラックの経路をふさぐ材料の粒子があるからである。それゆえ、ダメージトラックは、材料の上面から下面まで延ばすことができるものの、それはいくつかの実施形態において、材料の粒子が経路をふさいでいるため、連続する穴または通路でない。欠陥線／ダメージトラックの形成は、局所的だけでなく、誘起吸収の延長区間２ｃの全長にわたっていてもよい。区間２ｃの長さ（これは、レーザビームの焦線２ｂと基板１との重複長さに対応する）は、参照文字Ｌで示されている。誘起吸収の区間２ｃ（すなわち、基板１の材料の、欠陥が形成される区間）の平均径または範囲は参照文字Ｄで示されている。この平均範囲Ｄは基本的に、レーザビーム焦線２ｂの平均径δ、すなわち約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの間の範囲内の平均スポット径に対応する。
【００３４】
それゆえ、単独の高エネルギーバーストパルスを使って、透明基板中に顕微鏡レベルの（すなわち、直径＜２マイクロメートル、かつ＞１００ｎｍで、いくつかの実施形態では＜０．５μｍ、かつ＞１００ｎｍ）の長い「穴」（前述のように、穿孔、ダメージトラック、または欠陥線とも呼ばれる）を作ることができる。これらの個々の穿孔は、数百キロヘルツ（例えば、１秒間に数十万個の穿孔）の速度で作ることができる。それゆえ、光源と材料との間の相対移動により、これらの穿孔は、加工物の中のあらゆ所望の位置に配置できる。いくつかの実施形態において、欠陥線／ダメージトラックは「貫通穴」であり、これは透明基板の上面から底面まで延びる穴または開放通路である。いくつかの実施形態において、欠陥線／ダメージトラックは連続する通路でなくてもよく、中実物質（例えばガラス）の一部または小片によりふさがれ、または部分的にふさがれている場合がある。本明細書で定義するように、欠陥線／ダメージトラックの内径は、開放通路または空気穴の内径である。例えば、本明細書に記載されている実施形態において、欠陥線／ダメージトラックの内径は、＜５００ｎｍ、例えば≦４００ｎｍ、または≦３００ｎｍである。本明細書において開示されている実施形態における穴の周囲の材料の中断または変更領域（例えば、圧縮、溶融、またはその他の方法で変化させられる）は、好ましくは、直径が＜５０マイクロメートル（例えば、＜１０マイクロメートル）である。
【００３５】
図２Ａが示すように、基板材料（これは、レーザビームの波長λを透過させる）は、焦線２ｂ内のレーザビームの高い強度に伴う非線形効果から生じる、焦線２ｂに沿った誘起吸収により加熱される。図２Ｂは、加熱された基板材料が事実上、膨張し、それによって対応する誘起張力が微細亀裂の原因になることを示しており、張力は表面１ａにおいて最も高い。
【００３６】
レーザ源の選択は、透明材料中に、多重光子吸収（ＭＰＡ）を発生させる能力に応じて決定される。ＭＰＡは、同じまたは異なる周波数の２つまたはそれ以上の光子を同時に吸収して、分子を１つの状態（通常は、基底状態）からより高エネルギーの電子状態（おそらくはイオン化を招く）へと励起させる。これに係る分子の高低状態間のエネルギーの差は、その２つまたはそれ以上の光子のエネルギーの総和と等しい可能性がある。ＭＰＡは、誘起吸収とも呼ばれ、例えば２次、３次、またはそれより高次のプロセスとすることができ、すなわち線形吸収より数倍弱い。ＭＰＡは、誘起吸収の強度が、例えば光の強度そのものに比例するのではなく、光の強度の２乗、３乗、またはそれより高い累乗とすることができる。それゆえ、ＭＰＡは非線形の光学プロセスである。
【００３７】
焦線２ｂの生成に応用可能な代表的な光学アセンブリ６のほか、これらの光学アセンブリを利用できる代表的な光学装置について以下に説明する。すべてのアセンブリまたは装置は上述の説明に基づいているため、同じ構成部品もしくは特徴物またはその機能において等しいものには、同じ参照番号を使用する。したがって、以下では相違点だけを説明する。
【００３８】
（高い破壊強度、幾何学的精度、エッチングのための強力な経路の生成、穴内部の形状、および微細亀裂の回避に関して）高品質の穴あけを確実にできるように、基板表面上に位置付けられる個々の焦線は、後述の光学アセンブリ（以下、この光学アセンブリはその代わりにレーザ光学装置とも呼ばれる）を使って生成するべきである。レーザ３の波長λの場合に（基板１の材料との相互作用）、例えば０．５マイクロメートル〜２マイクロメートルの小さいスポットサイズを実現するために、通常、レーザ光学装置６の開口数に特定の要求事項を設けなければならない。
【００３９】
必要な開口数を得るために、光学装置は一方で、周知のアッベの公式（Ｎ．Ａ．＝ｎ  ｓｉｎ（シータ）、ｎ：加工対象のガラスまたはその他の材料の屈折率、シータ：開口角の半分、シータ＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ／２ｆ）、Ｄ：開口、ｆ：焦点距離）に従って、ある焦点距離のための必要な開口を決定しなければならない。他方で、レーザビームは、光学装置を必要な開口まで照明しなければならず、これは通常、レーザと合焦光学装置との間の拡張望遠鏡を使用したビーム拡張によって達成される。
【００４０】
スポットサイズは、焦線に沿った相互作用が均一になるようにするために、あまり大きく変化しすぎるべきではない。これを確実にするために、例えば、合焦光学装置の小さい円形領域だけを照明して、ビームの開口と、したがって、開口数のパーセンテージがわずかしか変化しないようにする（以下の実施形態参照）。
【００４１】
図３Ａ（レーザ放射２のレーザビーム束の中の中央ビームの位置における基板平面に垂直の断面図であり、ここでも、レーザビーム２は基板平面に垂直に入射し、すなわち入射角は０°であって、焦線２ｂまたは誘起吸収の延長区間２ｃは基板法線に平行である）によれば、レーザ３により発せられたレーザ放射２ａは、まず、使用されるレーザ放射に対して完全に不透過の円形の絞り８へと方向付けられる。絞り８は、ビーム長軸に垂直に向けられ、図のビーム束２ａの中央のビームに中心を置く。絞り８の直径は、ビーム束２ａの中心付近のビーム束、すなわち中央ビーム（ここでは、２ａＺで示されている）が絞りに当たり、それによって完全に吸収されるように選択される。ビーム束２ａの外周範囲内のビーム（周辺光線であり、２ａＲで示される）は、絞りの大きさがビーム径と比較して小さいために吸収されず、側方で絞り８を通過して、光学アセンブリ６の、この実施形態においては球面カット両凸レンズ７として設計されている合焦光学要素の周辺領域に当たる。
【００４２】
図３Ａに示されているように、レーザビーム焦線２ｂは、レーザビームにとっての単独の焦点だけではなく、レーザビーム中の異なる光線の一連の焦点である。一連の焦点は、図３Ａにおいて、レーザビーム焦線２ｂの長さｌとして示される所定の長さの長い焦線を形成する。レンズ７は、中央ビームに中心を置き、一般的な球面カットレンズ形態の無補正両凸合焦レンズとして設計されている。このようなレンズの球面収差は有利である場合がある。あるいは、理想的な焦点を形成せず、所定の長さの、異なる長い焦線を形成する、理想的に補正されたシステムとは異なる非球面またはマルチレンズシステムも使用できる（すなわち、単独の焦点を持たないレンズまたはシステム）。したがって、レンズの各領域は、レンズの中心からの距離に応じて、焦線２ｂに沿って合焦する。絞り８の、ビーム方向を横切る直径は、ビーム束の直径（ビームの強度がピーク強度の１／ｅ２まで減るのに必要な距離によって定義される）の約９０％および、光学アセンブリ６のレンズの直径の約７５％である。それゆえ、ビーム束の中央をブロックすることによって生成された、収差無補正球面レンズ７の焦線２ｂが使用される。図３Ａは、中央ビームを通る１つの平面における断面を示しており、図のビームを焦線２ｂの周囲で回転されると、完全な３次元の束を見ることができる。
【００４３】
この種の焦線の１つの考えられる欠点は、条件（スポットサイズ、レーザ強度）が焦線に沿って（それゆえ、材料の所望の深度に沿って）変化する可能性があり、したがって、所望の種類の相互作用（溶融しない、誘起吸収、亀裂形成までの熱可塑性変形）が、焦線の選択された部分でしか発生しない可能性があることである。これは、今度は、入射レーザ光の一部しか、基板材料によって所望の方法で吸収されない可能性があることを意味する。このようにして、プロセスの効率（所望の分離速度のために必要な平均レーザ出力）が損なわれ、レーザ光はまた、望ましくない領域（基板または基板保持固定装置に付着した部分または層）に透過されて、その領域と望ましくない方法で相互作用（例えば、加熱、拡散、吸収、不要な変化）する場合がある。
【００４４】
図３Ｂ−１〜４は（図３Ａにおける光学アセンブリだけでなく、基本的に他のすべての適用可能な光学アセンブリ６に関する）、光学アセンブリ６を基板１に関して適切に位置付け、および／または配列することによって、また光学アセンブリ６のパラメータを適切に選択することによって、レーザビームの焦線２ｂの位置を制御できることを示している。図３Ｂ−１が示すように、焦線２ｂの長さｌは、それが基板厚さｄを超える（ここでは２倍）ような方法で調節できる。基板１が（ビームの長手方向に見て）焦線２ｂの中央にある場合、誘起吸収の延長区間２ｃは、基板の厚さ全体にわたって生成される。レーザビームの焦線２ｂの長さｌは、例えば約０．０１ｍｍ〜約１００ｍｍの間の範囲内、または約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの間の範囲内とすることができる。長さｌが例えば約０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、または５ｍｍとなるように各種の実施形態を構成できる。
【００４５】
図３Ｂ−２に示されているケースでは、基板の厚さｄに略対応する長さｌの焦点線２ｂが生成される。基板１は線２ｂに関して、線２ｂが基板の外部の点から開始するように位置付けられているため、誘起吸収の延長区間２ｃ（これはここでは、基板表面から所定の基板深度まで延びるが、反対の表面１ｂまでは延びていない）の長さＬは焦線２ｂの長さｌより短い。図３Ｂ−３は、基板１が（ビームの方向に垂直方向に沿って見たときに）焦線２ｂの開始点より上から始まり、図３Ｂ−２のように、線２ｂの長さｌが基板１内の誘起吸収２ｃのセクションの長さＬより大きいケースを示している。それゆえ、焦線は、基板内から始まり、反対の表面１ｂを超えて延びる。図３Ｂ−４は、焦線の長さｌが表面厚さｄより小さく、それによって、入射方向に見たときに基板が焦線に関して中央に位置付けられた場合、焦線が基板内の表面１ａの付近から始まり、基板内の表面１ｂの付近で終了する（例えば、ｌ＝０．７５・ｄ）ケースを示している。
【００４６】
焦線２ｂを、表面１ａ、１ｂの少なくとも一方が焦線によりカバーされるような方法で位置付けられ、誘起吸収区間２ｃが基板の少なくとも一方の表面で開始するようにすると特に有利である。このように、事実上、理想的なカットまたはダメージトラックの形成を実現しながら、表面上のアブレーション、フェザリング、粒状化を防止できる。
【００４７】
図４は、他の適用可能な光学アセンブリ６を示している。基本的構成は図３Ａで説明したものと同様であるため、以下では相違点のみ説明する。図の光学アセンブリは、所定の長さＬの焦線が形成されるような形状の焦線２ｂを形成するために、非球面自由表面を有する光学系を使用することに基づく。この目的のためには、光学アセンブリ６の光学要素として非球面レンズを使用できる。図４において、例えば、いわゆる円錐プリズムが使用され、これはアキシコンと呼ばれることも多い。アキシコンは特殊な円錐カットレンズであり、これは光軸に沿った線上にスポット光源を形成する（または、レーザビームをリング状に変換する）。このようなアキシコンのレイアウトは、当業者にとって一般に知られており、この例の円錐角は１０°である。ここでは参照番号９で示されているアキシコンの頂点は、入射方向に向き付けられており、ビーム中央に中心を置く。アキシコン９により生成された焦線２ｂは、その内部から始まっているため、基板１（ここでは、ビーム主軸に垂直に配列）は、ビーム経路の中でアキシコン９の直接背後に位置付けることができる。図４が示しているように、アキシコンの光学特性により、基板１をビームの方向に沿ってシフトさせ、それでも焦線２ｂの範囲内にとどまるようにすることが可能である。したがって、基板１の材料の中の誘起吸収区間２ｃは基板の深さｄ全体にわたって延びる。
【００４８】
しかしながら、図のレイアウトは以下の制約を受ける：アキシコン９により形成される焦線２ｂの領域はアキシコン９の中で始まるため、アキシコン９と基板またはガラス複合材の加工物材料との間が分離されている状況で、レーザエネルギーの多くの部分が、材料内にある焦線２ｂの励起吸収区間２ｃの中に収束しない。さらに、焦線２ｂの長さｌは、アキシコン９の屈折率と円錐角を通るビーム径に関する。そのため、材料が比較的うすい（数ミリメートル）場合、焦線全体は、基板またはガラス複合材の加工物の厚さよりはるかに長くなり、レーザエネルギーの多くが材料中に収束しないという効果を有する。
【００４９】
これを理由として、アキシコンと合焦レンズの両方を含む光学アセンブリ６を使用することが望ましい場合がある。図５Ａは、このような光学アセンブリ６を示しており、その中で、延長レーザビーム焦線２ｂを形成するように設計された、非球面自由面を有する第一の光学要素がレーザ３のビーム経路内に位置付けられる。図５Ａに示されるケースでは、この第一の光学要素は円錐角５°のアキシコン１０であり、これはビーム方向に対して垂直に、レーザビーム３上に中心を置くように位置付けられる。アキシコンの頂点は、ビーム方向に向かって向き付けられる。第二の合焦光学要素は、ここでは平凸レンズ１１（その曲率はアキシコンに向かっている）が、ビーム方向に、アキシコン１０から距離ｚ１に位置付けられる。距離ｚ１はこの場合、約３００ｍｍであり、アキシコン１０により形成されるレーザ放射がレンズ１１の半径方向の外側部分に円形に入射する。レンズ１１は円形放射を所定の長さ、この場合は１．５ｍｍの焦線２ｂ上の、距離ｚ２、この場合は約２０ｍｍの外側で合焦させる。この実施形態において、レンズ１１の有効焦点距離は２５ｍｍである。アキシコン１０によるレーザビームの円形変形は、参照記号ＳＲで示されている。
【００５０】
図５Ｂは、図５Ａによる基板１の材料中の焦線２ｂまたは誘起吸収２ｃの形成を詳しく示している。両方の要素１０、１１の光学特性とそれらの位置は、ビーム方向への焦線２ｂの長さｌが基板１の厚さｄと正確に一致するように選択される。その結果、焦線２ｂの位置を図５Ｂに示されるように正確に基板１の２つの表面１ａおよび１ｂ間に位置付けるためには、ビーム方向に沿った基板１の正確な位置決めが必要となる。
【００５１】
したがって、焦線がレーザ光学装置から特定の距離に形成されれば、およびレーザ放射のより大きな部分が焦線の所望の終端まで合焦されれば有利である。前述のように、これは基本的に合焦する要素１１（レンズ）を、特に半径方向の外側の領域で円形（環状）にのみ照射することによって実現され、これは一方で、必要な開口数、およびしたがって必要なスポットサイズを実現する役割を果たすが、もう一方で、基本的に円形なスポットが形成されるため、拡散の円は、必要な焦線２ｂの後で、スポットの中央においてごく短い距離で強度が減弱する。このように、欠陥線／ダメージトラックの形成は、必要な基板深さの中の短い距離内で止まる。アキシコン１０と合焦レンズ１１の組合せはこの要件を満たす。アキシコンは２種類の方法で機能する：アキシコン１０により、通常丸いレーザスポットはリング形状で合焦レンズ１１に送られ、アキシコン１０の非球面性は、焦点面内の焦点の代わりに焦線がレンズの焦点面を超えて形成されるようにする効果を有する。焦線２ｂの長さｌは、アキシコン上のビーム径を通じて調節できる。その一方で、焦線に沿った開口数は、アキシコンレンズの距離ｚ１とアキシコンの円錐角を通じて調節できる。このように、レーザエネルギーの全体を焦線に集中させることができる。
【００５２】
欠陥線／ダメージトラックを基板の裏面まで続くように形成しようとする場合も、円形（環状）照明は依然として、（１）レーザ出力が、レーザ光のほとんどが必要な長さの焦線に集中されたままであるという点で最適に使用され、および（２）円形照明領域が、他の光学的機能によって設定される所望の収差と共に、焦線に沿ってスポットサイズを均一にし、およびそれゆえ、焦線に沿って基板から部品を均一に分離させることができる、という利点を有する。
【００５３】
図５Ａに示される平凸レンズの代わりに、合焦メニスカスレンズまたはその他のより高度に補正された合焦レンズ（非球面、マルチレンズシステム）を使用することもできる。
【００５４】
図５Ａに示されるアキシコンとレンズ１１の組合せだけを使って、非常に短い焦線２ｂを生成するためには、アキシコンに入射するレーザビームの非常に小さいビーム径を選択する必要がある。これには、アキシコンの頂点へのビームのセンタリングが非常に精密でなければならない点と、結果がレーザの方向変化に非常に影響を受けやすい点（ビームドリフト安定性）という現実的な欠点がある。さらに、緊密にコリメートされたーザビームは非常に発散的であり、すなわち、光偏向によってビーム束は短距離でぼやける。どちらの影響も、光学アセンブリ６に別のレンズ、すなわちコリメートレンズ１２を含めることによって回避できる。追加されたプラスのコリメートレンズ１２は、合焦レンズ１１の円形照明を極めて厳しく調節する役割を果たす。コリメートレンズ１２の焦点距離ｆ’は、所望の円の直径ｄｒが、ｆ’と等しいアキシコンからコリメートレンズ１２までの距離ｚ１ａから得られるように選択される。リングの所望の幅ｂｒは、距離ｚ１ｂ（コリメートレンズ１２から合焦レンズ１１まで）を通じて調節できる。純粋な幾何学の問題として、円形の照明の幅が小さいと、焦線は短くなる。最小値は距離ｆ’で実現できる。
【００５５】
図５Ａに示される光学アセンブリ６はそれゆえ、図１に示されるものに基づいており、したがって、違いだけを以下に説明する。ここでも平凸レンズとして設計された（その曲率はビーム方向に向かう）コリメートレンズ１２は、さらに、一方でアキシコン１０（その頂点はビーム方向に向かう）と他方で平凸レンズ１１との間のビーム経路の中央に位置付けられる。アキシコン１０からコリメートレンズ１２の距離はｚ１ａで示され、コリメートレンズ１２から合焦レンズ１１までの距離はｚ１ｂで示され、合焦レンズ１１から焦線２ｂまでの距離はｚ２で示される（常に、ビーム方向に見る）。
【００５６】
図５Ａに示されるように、アキシコン１０により形成される円形放射ＳＲは、発散して円径ｄｒでコリメートレンズ１２に入射し、合焦レンズ１１で少なくともほぼ一定の円径ｄｒとなるように、距離ｚ１ｂに沿って必要な円形の幅ｂｒに調節される。図のケースでは、非常に短い焦線２ｂが生成されることが意図されており、レンズ１２において約４ｍｍの円の幅ｂｒは、レンズ１２の合焦特性によってレンズ１１では約０．５ｍｍまで減少される（円径ｄｒは例えば２２ｍｍである）。
【００５７】
図の例において、一般的なレーザビーム径２ｍｍ、焦点距離ｆ＝２５ｍｍの合焦レンズ１１、焦点距離ｆ’＝１５０ｍｍのコリメートレンズ、を使用し、距離Ｚ１ａ＝Ｚ１ｂ＝１４０ｍｍおよびＺ２＝１５ｍｍを選択することにより、焦線の長さｌを０．５ｍｍ未満とすることが可能である。
【００５８】
このようなピコ秒レーザの一般的な動作により、パルスの「バースト」が生成される点に留意されたく、これは「バーストパルス」とも呼ばれることがある。バーストは、パルスが均一で一定のストリームではなく、パルスの緊密な塊として発生されるというレーザ動作の１種である。これは、図６に示されている。各「バースト」６１０は、非常に短いパルス幅の複数のパルス６２０（例えば、少なくとも２パルス、少なくとも３パルス、少なくとも４パルス、少なくとも５パルス、少なくとも１０パルス、少なくとも１５パルス、少なくとも２０パルス、またはそれ以上）を含んでいてもよい。すなわち、パルスバーストはパルスの「ポケット」であり、バーストは相互に、各バースト内の個々の隣接するパルスの分離より長い期間で分離される。パルス６１０のパルス幅Ｔｄは、約０．１ｐｓｅｃ〜約１００ｐｓｅｃ（例えば、０．１ｐｓｅｃ、５ｐｓｅｃ、１０ｐｓｅｃ、１５ｐｓｅｃ、１８ｐｓ、２０ｐｓ、２２ｐｓ、２５ｐｓ、３０ｐｓ、５０ｐｓ、７５ｐｓ、またはそれらの間）である。いくつかの実施形態において、パルス幅は約１ピコ秒超〜約１００ピコ秒未満、または約５ピコ秒超〜約２０ピコ秒未満の範囲内とすることができる。１つのバースト６１０の中のこれらの個別のパルス６２０はまた、「サブパルス」とも呼ばれ、これは単にそれらが１つのバーストパルスの中で発生するという事実を示している。バースト６１０内の各レーザパルス６２０のエネルギーまたは強度は、バースト内の他のパルスのそれと等しくなくてもよく、あるバースト６１０内の複数のパルスの強度分布は、レーザの設計によって決定される経時的指数関数的減衰に従うことが多い。いくつかの実施形態において、バースト６１０内の各パルス６２０は、時間的に、約１ｎｓｅｃ〜約５０ｎｓｅｃの間の範囲内の期間Ｔｐ（例えば、１０〜５０ｎｓ、または１０〜５０ｎｓ、または１０〜３０ｎｓｅｃ）により分離され、この時間はしばしば、レーザキャビティの設計によって決まる。あるレーザについて、あるバースト６１０内の各パルス間の時間間隔Ｔｐ（パルス間隔）は、比較的一定である（±１０％）。例えば、実施形態のいくつかにおいて、Ｔｐは約２０ｎｓｅｃ（５０ＭＨｚ）である。また、例えば、パルス間隔Ｔｐが約２０ｎｓｅｃを生成するレーザの場合、あるバースト内のパルス間隔Ｔｐは、約±１０％以内に保持されるか、または約±２ｎｓｅｃである。パルス６２０の各「バースト」６１０間の時間（すなわち、バースト間隔Ｔｂ）は、それよりはるかに長い（例えば、０．２５≦Ｔｂ≦１０００マイクロ秒、例えば１〜１０マイクロ秒、または３〜８マイクロ秒）である。例示的な実施形態のいくつかにおいて、レーザ繰返し率が約１００ｋＨｚの場合、Ｔｂは約１０マイクロ秒である。本明細書に記載されているレーザの例示的な実施形態のいくつかにおいて、レーザ繰返し率または周期が約２００ｋＨｚの場合、Ｔｂは約５マイクロ秒とすることができる。各「バースト」間の時間はまた、例えばレーザ繰返し率が〜２００ｋＨｚの場合、約５マイクロ秒とすることができる。レーザ繰返し率はまた、本明細書ではバースト繰返し周波数とも呼ばれ、あるバースト内の最初のパルスから次のバーストの最初のパルスまでの時間と定義される。他の実施形態において、バースト繰返し周波数は約１ｋＨｚ〜約４ＭＨｚの間の範囲内である。より好ましくは、レーザ繰返し率は約１０ｋＨｚ〜約６５０ｋＨｚの間の範囲内とすることができる。いくつかの実施形態において、レーザ繰返し率は約１０ｋＨｚ以上または約１００ｋＨ以上とすることができる。各バースト内の第一のパルスと次のバースト内の第一のパルスとの間の時間Ｔｂは、０．２５マイクロ秒（繰返し率４ＭＨｚ）〜１０００マイクロ秒（繰返し率１ｋＨｚ）、例えば０．５マイクロ秒（繰返し率２ＭＨｚ）〜４０マイクロ秒（繰返し率２５ｋＨｚ）、または２マイクロ秒（繰返し率５００ｋＨｚ）〜２０マイクロ秒（繰返し率５０ｋＨｚ）であってもよい。正確なタイミング、パルス幅、および繰返し率は、レーザの設計によって異なる可能性があるが、高強度の短パルス（Ｔｄ＜２０ｐｓｅｃおよび好ましくはＴｄ≦１５ｐｓｅｃ）が、特に好適であることがわかっている。実施形態のいくつかにおいて、５ｐｓｅｃ≦Ｔｄ≦１５ｐｓｅｃである。
【００５９】
材料を変化させるために必要なエネルギーは、バーストエネルギー、すなわちあるバースト（各バースト６１０は一連のパルス６２０を含む）内に含まれるエネルギーとして、または単独のレーザパルス（その多くはバートを含んでいてもよい）の中に含まれるエネルギーとして説明することができる。これらの用途の場合、１バーストあたりのエネルギーは、２５μＪ〜７５０μＪ、より好ましくは４０μＪ〜７５０μＪ、５０μＪ〜５００μＪ、５０〜２５０μＪ、または１００〜２５０μＪとすることができる。バースト内の個々のパルスのエネルギーは、それより小さくすることができ、個々のレーザパルスの正確なエネルギーは、図６に示されているように、バースト内のパルスの数と時間によるレーザパルスの減衰率（例えば、指数関数的減衰率）によって異なる。例えば、エネルギー／バーストが一定であるとすると、バーストが１０の個別のレーザパルスを含んでいれば、各個々のレーザパルスに含まれるエネルギーは、同じバーストが個別のレーザパルスを２つしか持たない場合より小さくなる。
【００６０】
このようなパルスバーストを生成できるレーザの使用は、このような加工にとって有利である。レーザの繰返し率により時間的に分離された１つのパルスを使用する場合と異なり、レーザエネルギーをサブパルスの高速連続（バーストを形成する）にわたって拡張するバーストシーケンスの使用により、単パルスレーザで可能になるものより、材料と協力に相互作用する時間スケールをより大きくすることができる。単パルスは時間と共に拡張できるが、これを行うと、パルス内の強度を略パルス幅ごとに低下させなければならない。したがって、１０ｐｓｅｃパルスが１０ｎｓｅｃパルスに拡張された場合、強度は略３桁小さくなる。このような減少により、光強度は、非線形吸収がもはや問題とならなくなるレベルまで減少し、光材料相互作用は材料を変化させることができるほど強くなくなる。これに対して、バートパルスレーザでは、各サブパルス中の強度を極めて高いままとすることができ、例えば、時間的に約１０ｎｓｅｃで分離された３つの１０ｐｓｅｃパルスは依然として、各パルス内の強度を１つの１０ｐｓｅｃパルスの３倍以内に保つことができ、レーザは３倍長い時間にわたって材料と相互作用できる。このようなバースト内の複数のパルスの調節により、したがって、レーザと材料との相互作用の時間の長さを、すでに存在しているプラズマプルームとの光の相互作用をより大きく、またはより小さくし、最初の、または以前のレーザパルスにより以前に励起されていた原子と分子による光と材料の相互作用をより大きく、または少なくするように操作できる。
【００６１】
ダメージトラックまたは穴は、単独のパルスバーストが実質的に材料上の同じ場所に当たると、材料中に形成される。すなわち、単独のバースト内の複数のレーザパルスは、材料中の１つの欠陥線または穴の位置に対応する。もちろん、材料は並進され（例えば、常に移動するステージによる）またはビームが材料に関して移動されるため、バースト内の個別のパルスは、材料の上で正確に同じ空間位置にあることはありえない。しかしながら、パルスは相互に１マイクロメートル以内にあるため、これらは材料の基本的に同じ場所に当たる。例えば、バルスは、相互の間隔ｓｐで、すなわち０＜ｓｐ＜５００ｎｍで材料に当たることができる。例えば、材料上のある位置に２０パルスのバーストが当たると、そのバースト内の個別のパルスは相互に２５０ｎｍ以内でガラスに当たる場合がある。それゆえ、いくつかの実施形態において、間隔ｓｐは約１ｎｍ〜約２５０ｎｍ、または約１ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内である。
【００６２】
線状焦点を形成する光学的方法は、ドーナツ形のレーザビームと球面レンズ、アキシコンレンズ、回折要素、または上述のように高強度の線形領域を形成するその他の方法を使用した様々な形態をとることができる。レーザの種類（ピコ秒、フェムト秒、その他）および波長（ＩＲ、グリーン、ＵＶ、その他）も、十分な光強度が到達して基板材料に破壊部分を作ることができるかぎり、変更できる。
【００６３】
穴またはダメージトラックの形成
上述のレーザプロセスにより作られるダメージトラックは一般に、内径が約０．１マイクロメートル〜２マイクロメートル、例えば０．１〜１．５マイクロメートルの範囲内である穴の形態をとる。好ましくは、レーザにより形成される穴は非常に小さい（数マイクロメートル以下）の寸法であり、すなわち、これらは狭い。いくつかの実施形態において、これらの穴の直径は０．２〜０．７マイクロメートルである。前述のように、いくつかの実施形態において、ダメージトラックは連続する穴または経路ではない。ダメージトラックの直径は、５マイクロメートル以下、４マイクロメートル以下、３マイクロメートル以下、２マイクロメートル以下、または１マイクロメートル以下とすることができる。いくつかの実施形態において、ダメージトラックの直径は、１００ｎｍ超〜２マイクロメートル未満、または１００ｎｍ超〜０．５マイクロメートル未満の範囲内とすることができる。このような特徴物の走査型電子顕微鏡の画像が図７Ａおよび７Ｂに示されている。これらの穴は、エッチングされていない穴である（すなわち、これらはまだエッチングステップによって拡張されていない）。
【００６４】
穴または欠陥線／ダメージトラックは、材料の厚さ全体を穿孔でき、材料の深さ全体にわたり連続した開口を有していてもいなくてもよい。図８は、厚さ１５０マイクロメートルのＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス基板の加工物の厚さ全体を穿孔するこのようなトラックまたは欠陥線の例を示す。穿孔またはダメージトラックは、裂開端の側から観察される。材料を通るトラックは必ずしも貫通穴とはかぎらない。ガラスには、穴を閉塞させる領域があることが多いが、これらは一般に、例えばマイクロメートル程度と小さい。
【００６５】
図９は、同様の穴またはダメージトラックの、より倍率の高い画像を示しており、穴の直径と、また、穴が残りのガラスでふさがれている領域の存在も、よりはっきりと見える。ガラス内に形成されたトラックの直径は約１マイクロメートルである。これらは完全に開放しておらず、すなわち材料のある領域は除去されているが、必ずしも完全な貫通穴が形成されるとはかぎらない。
【００６６】
また、ガラス板のスタックまたは、他の実質的に透明な材料のスタックの中に穴／ダメージトラックを穿孔または形成することも可能である。このケースは、焦線の長さは、スタックの高さより長くする必要がある。例えば、１５０マイクロメートルのＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）のガラスを３枚積み重ねて試験を行い、一番上の板の上面から一番下の板の下面まで延びる、穿孔または欠陥線／ダメージトラック（内径約１マイクロメートル）で３枚すべてを通る貫通穿孔を形成した。単独の基板を通る貫通穿孔のために構成された焦線の例は図３Ｂ１−１に示されており、３枚の板のスタックを通じた貫通穿孔について、図４８に関して以下に説明する。本明細書において定義されているように、欠陥線または穿孔の内径は開放経路または空気穴の内径である。穴を取り囲む材料の中断または変化された（例えば、圧縮、溶融、またはその他の方法で変化された）領域の直径は、開放経路または空気穴の内径より大きくすることができる。スタック内の穿孔を酸エッチングすることにより、スタックを構成するガラス板すべてを通って延びる複数の貫通穴を形成でき、あるいは、ガラス板を分離し、その後、各板を別々に酸エッチングすることもできる。例えば、このプロセスにより、ガラスに直径１〜１００マイクロメートル、例えば１０〜７５マイクロメートル、１０〜５０マイクロメートル、２〜２５マイクロメートル、２〜２０マイクロメートル、２〜１５マイクロメートル、２〜１０マイクロメートルの穴がエッチングにより形成され、穴の間隔は例えば、２５〜１０００マイクロメートルであってもよい。
【００６７】
このプロセスはまた、ガラス以外の透明材料の板の中に穴を形成するためにも利用されてよい。光学システムは線状焦点を使用しているため、大きい（＞１マイクロメートル、最大４ｍｍ、例えば１０〜５００マイクロメートルの）エアギャップまたはその他のフィラー材料（例えば、水、透明ポリマ、インジウムスズ酸化物などの透明電極）を基板間に有する透明材料に穴をあけることができる。複数のガラス板に、たとえこれらが肉眼で見えるもの（数マイクロメートル、数十マイクロメートル、または数百マイクロメートル）により分離されていたとしても、穴あけを継続できることは、この線状焦点の穴あけ方式の大きな利点として注目すべきである。これに対して、例えばカー効果に基づくセルフフォーカスを利用して高アスペクト比の経路を形成するものや、ガラスの穴自体の形成を用いて導波路を形成するもの等、その他のレーザ方式を使用した場合、２枚の板間にエアギャップ等のギャップが存在すると、プロセスが完全に中断され、下の板への高品質の穴あけが困難となるか、完全にできなくなる可能性がある。それは、このような非線状焦点（例えば、ガウス−ベッセル以外）のビームは、空気中に入ると回折して、素早く拡散するからである。それを制限しなおすような既存の経路がない場合、または、それを合焦しなおすような実質的なカー効果がない場合、ビームは大きな直径へと広がりすぎ、その下の材料を変化させることができない。カー効果に基づくセルフフォーカスの場合、空気中のセルフフォーカスに対する限界出力は、ガラスに必要な限界出力の約２０倍と高く、このようなエアギャップが大きな問題となる。しかしながら、線状焦点システムの場合、ビームはガラス材料、またはポリマ、またはエアギャップがそこにあるか否かを問わず、あるいは真空が存在していたとしても、高強度のコアを引き続き形成することができる。したがって、線状焦点ビームの場合、材料内にそれとその上のガラス板との間にギャップがあっても、その他のガラス層への穴あけを継続する上で問題とならない。
【００６８】
同様に、基板のスタックには、スタック全体を通じてガラス組成の異なる基板が含まれる場合がある。例えば、１つのスタックは、Ｅａｇｌｅ  ＸＧガラスの基板とＣｏｒｎｉｎｇガラスコード２３２０の基板の両方を含んでいる場合がある。あるいは、透明基板のスタックは、サファイヤ等、ガラス以外の透明無機材料を含んでいる場合がある。基板は、線状焦点を形成するために使用されるレーザの波長を実質的に透過させなければならず、例えば、レーザ波長は２００ｎｍ〜２０００ｎｍにあり、例えば１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、または２６６ｎｍである。いくつかの実施形態において、基板はまた、約３９０ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させることができる。いくつかの実施形態において、基板は、約３９０ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長の少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、または少なくとも９０％を透過させることができる。ガラスまたはその他の透明材料に穴／ダメージトラックを穴あけすることは、前記スタックに形成された複数の穴を有する基板のスタックを含む（相互に離間されているか、直接接触している）成形品を作るために使用でき、これらの穴は基板の各々の中に延び、穴径は例えば１〜１００マイクロメートルであり、例えば間隔は２５〜１０００マイクロメートルである。したがって、このプロセスは、多層スタックを含む実質的に透明な成形品を作製するためにも使用でき、多層スタックは複数のガラス層を含み、ガラス層間に少なくとも１つのポリマ層があるか、組成の異なる少なくとも２つのガラス層、または少なくとも１つのガラス層と、少なくとも１つの非ガラス無機層を含む。
【００６９】
穴または欠陥線／ダメージトラック間の横方向の空間（ピッチ）は、合焦されたレーザビームの下で基板が並進される間のレーザのパスまたはバースト速度によって決まる。穴全体を形成するためには通常、１つのピコ秒レーザパルスバーストだけでよいが、希望に応じて複数のバーストを使用してもよい。異なるピッチの穴を形成するには、より長い、またはより短い間隔でレーザの発射をトリガすることができる。いくつかの実施形態において、レーザトリガは一般に、ビームの下で加工物をステージ駆動により移動させることによって同期させることができるため、レーザバーストは一定の間隔、例えば１マイクロメートルごと、５マイクロメートルごと、１０マイクロメートルごと、２０マイクロメートルごと、またはそれ以上でトリガされる。インタポーザとして使用するための基板内にダメージトラックを形成する場合、隣接するダメージトラック間の距離、すなわち周期性は、貫通穴（すなわち、エッチングプロセスの後に形成される穴）の所望のパターンに依存させることができる。例えば、いくつかの実施形態において、ダメージトラックの所望のパターン（および、その結果として得られる、エッチングの後にそこから形成される貫通穴）は、不規則な間隔の非周期的パターンである。これらは、トレースがインタポーザの上に設置されることになる、またはインタポーザ上のチップへの特定の電気的接続が設置されるべき場所にある必要がある。したがって、インタポーザのための切削とダメージトラックの穴あけの違いは、インタポーザの他の貫通穴が非周期的パターンで配置されることである。パターンを切削する場合、ダメージトラックは特定の周期的ピッチで作られ、ピッチは切削対象材料の組成によって異なる。本明細書に記載されている方法において、穴または欠陥線（またはダメージトラックまたは穿孔）は、隣接する穴／欠陥線／ダメージトラック間の間隔を約１０μｍ以上、約２０μｍ以上、約３０μｍ以上、約４０μｍ以上、約５０μｍ以上とすることができる。いくつかの実施形態において、間隔は約２０ｍｍまでとすることができる。いくつかの実施形態において、間隔は、５０マイクロメートル〜５００マイクロメートル、または１０マイクロメートル〜５０マイクロメートルとすることができる。
【００７０】
図１０は同様のサンプル、このケースでは、周期的な配列の穴を有する厚さ３００マイクロメートルのＣｏｒｎｉｎｇ  Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラスを上面から見たものを示している。レーザビームの入射点がはっきりとわかる。隣接穴のピッチ、すなわち間隔は３００マイクロメートルであり、穴径は約２マイクロメートルであり、各穴の周囲の縁、すなわち変化させられ、または上昇された材料は直径が約４マイクロメートルである。各種のレーザプロセスパラメータを探索して、材料を完全に貫通する穴を生成し、ガラスの微細亀裂が最も少なかった条件を見出した。
【００７１】
レーザ出力とレンズ焦点距離（これが、焦線の長さと、したがって出力密度を決定する）は、ガラスの完全貫通と微細亀裂を少なくするうえで最も重要なパラメータである。例えば、図１１は、ガラスに顕著な微細亀裂が発生した結果を示している。
【００７２】
また、材料中の途中までしか延びない穿孔またはダメージトラックを意図的に作ることも可能である。この場合、このようなトラックは、止まり穴またはビアを作るために有益である。レーザにより形成される止まり穴の一例が図１２に示されている。ここで、ダメージトラックはガラスの中に約７５％まで延びる。これを実現するために、光学装置のフォーカスは、線状焦点がガラスの上部だけにダメージを与えるまで上げられる。その他の止まり穴深度も実現可能であり、例えば、ガラス中に１０％のみ、約２５％のみ、約５０％のみ、またはガラスの厚さより小さい何れの数値であってもよい。
【００７３】
厚さ３００マイクロメートルのＣｏｒｎｉｎｇ  Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラスに、第一の表面から第二表面へと延びる連続または不連続の貫通穴または経路であるダメージトラックを作るには、以下の条件が適当であることがわかった：
アキシコンレンズへの入射ビームの直径：約３ｍｍｌ／ｅ２
アキシコン角度＝１０度
初期のコリメートレンズの焦点距離＝１２５ｍｍ
最終的な対物レンズの焦点距離＝５０ｍｍ
入射ビーム収束角（ベータ）＝１２．７５度
フォーカス設定ｚ＝０．２５ｍｍ（部品上面から約５０マイクロメートル下）
レーザパルスエネルギー約１８０マイクロジュール
レーザのパルス繰返し率＝２００ｋＨｚ
３パルス／バースト
これらの条件の結果が図１０に示されている。
【００７４】
切削動作に関して、レーザのトリガは一般に、ビームの下の部品のステージ駆動移動と同期され、レーザパルスは一定の間隔、例えば１マイクロメートルごと、または５マイクロメートルごとにトリガされることが最も多い。正確な間隔は、基板内の応力レベルを同じ場合に、穿孔された穴から穿孔された穴までの亀裂の伝搬を容易にする材料特性によって決まる。しかしながら、基板の切削と異なり、同じ方法を、穴またはダメージトラック間の間隔をより大きくして、材料を穿孔するためだけに使用することも可能である。インタポーザの場合、穴は一般に、切削に必要な距離よりはるかに長い距離だけ離間され、約１０マイクロメートル以下のピッチの代わりに、穴間の間隔は数百マイクロメートルとすることができる。上述のように、穴の正確な位置は、規則的な間隔である必要はなく（すなわち、これらは非周期的であり）、位置は単純に、レーザの発射がいつトリガされるかによって決まり、部品内のどの位置にあってもよい。図９において作られた穴は、インタポーザ用のある程度代表的である間隔とパターンの一例である。
【００７５】
一般に、上述のプロセスにより、利用可能なレーザ出力が大きいほど、高速で材料を穿孔でき、および／または高速で材料中にダメージトラックを形成できる。インタポーザ用の、または同様の用途のためにガラスの穴あけを行う場合、加工速度は一般に、直接レーザ出力によってだけでなく、すでに冗長なレーザパルスまたはバーストを、穴が必要な特定の場所に方向付ける能力によっても限定される。上述のように、いくつかの実施形態において、ダメージトラック（および、結果として得られる、エッチング後にそこから形成される貫通穴）の所望のパターンは、不規則な間隔の被周期的パターンである。これらは、トレースがインタポーザ上に設置される場所、またはインタポーザ上の、チップへの特定の電気接続が設置される場所にある必要がある。したがって、インタポーザのための切削およびダメージトラックの穴あけの違いは、インタポーザ用の貫通穴が非周期的に設置されることである。例えば、市販されているバーストモードｐｓｅｃのレーザは、約２００マイクロジュール／バーストのレーザバーストを繰返し率約１００〜２００ｋＨｚで容易に生成できる。これは、約２０〜４０ワットの時間平均レーザ出力に対応する。しかしながら、インタポーザに穴あけするには、これらのバーストのほとんどが使用されないことが最も多く、これは、非常に高速なビーム偏向方法であっても、ビームは、ｋＨｚまたはおそらくは数十ｋＨｚの速度でなければ、所望の穴位置に位置付けられないからである。これは、上述の線状焦点とｐｓｅｃパルスレーザプロセスによる効率的な穴あけの主な問題が、ビームを基板表面上でどのように移動させ、方向付けるかであることを意味する。使用可能な１つの方法は、パターン全体を一連の１次元の線に分割する方法であり、各線が、例えば共通のｙ軸位置を共有する穴の全部を含む。その後、ガラスまたはビームを、レーザビームがｘ方向に移動する「ラスタスキャン」モードでスキャンすることができ、共通のｙ軸の数値を共有する所望の穴の位置のすべてをスキャンする。ビームがスキャンされるため、そのレーザは、所望の穴の位置でのみバーストを発射するようにトリガされる。あるｙ線がスキャンされた後、基板またはレーザビームが新しいｙ位置へと移動され、この新しいｙ線上の新規の所望の穴位置群についてプロセスが繰り返される。その後、このプロセスは、基板上の所望の穴の全部が作られるまで続けられる。
【００７６】
上述のプロセスは容易であるが、必ずしも効率的であるとは限らず、それは、ステージの速度と所望の穴の間隔によって、レーザパルス／バーストのうちのどれだけを使用できるかが決まるからである。例えば、レーザは２００，０００バースト／ビームでパルスまたはバーストを生成できるが、ステージの平均速度が０．５ｍ／秒であり、穴の間隔が平均１００マイクロメートルである場合、約５，０００バースト／秒しか使用できず、これはすなわち、利用可能なレーザバーストの約２．５％である。それにより５，０００穴（またはダメージトラック）／秒で穴あけできることは確かであるが、これはレーザ能力のわずかな部分にすぎない。
【００７７】
レーザビームを方向付けるために、より効率的な方法を使用できる。ガラスまたはビーム供給光学装置のスキャニングは、ガルバノミラー（ガルバノ）およびｆシータレンズから得られる高速ビーム偏向、または光学系もしくはガラスもしくは小範囲のピエゾ作動、または電磁ビーム偏向（ＥＯＤ）または音響光学ビーム偏向器（ＡＯＤ）と組み合わせて、ビームを上述の線形「ラスタ」スキャン方向と直交する方向に高速で調節できるようにすることができる。その場合、ｙ軸に沿ってビームがスキャンされると、パルスをある時間で線形ステージ（ｘ，ｙ）座標の特定の範囲内のいずれかの穴に向けることのできる高速ビーム偏向器により、小幅で迅速な調節を行ってもよい。そのため、レーザビームの穴を直線に沿ったある位置にのみ方向付けることができる代わりに、システムは今度は、レーザビームをラスタスキャンラインの幅ｄｙの領域内のどの穴にも向けることができる。これによって、ラスタビームが単位時間あたりにアクセス可能な穴の数が格段に増え、それゆえ、開けることのできる１秒あたりの穴数を大幅に増やすことができる。これに加えて、高速ビーム偏向器は、ラスタスキャン軸に垂直な方向だけでなく、スキャン軸に平行にも使用できる。ビームをスキャン軸に平行に変更させることによって、高速ビーム偏向部品（例えば、ガルバノ、ＡＯＤ、ＥＯＤ、ピエゾ）を、ｄｙ領域の中に、同じ操作軸位置（例えば、上記の例ではｘ軸）を有するが、異なるｙ軸位置に穴をあけることができ、それは、ビームをステージスキャンに関して後方に「移動させ」、ステージの直線運動を停止することなく、あるｘ位置に第二の穴をあけることができるからである。これに加えて、操作軸に沿った高速偏向により、穴の位置決めをより正確に行うことができ、それは、パルスレーザがバースト発射のために利用できるときにわずかな遅延時間があっても、所望のｘ軸位置にビームを向け、また、ステージの直線移動中の速度および加速度アーチファクトを補償するためにも使用できるからである。
【００７８】
あるいは、１方向に連続的にスキャンし、そのスキャンと共にビームの高速移動を行う代わりに、より従来の「ステップアンドリピート」方式を使用することも可能であり、この場合、リニアステージは特定の（ｘ，ｙ）位置へと移動され、高速ビーム偏向器（例えば、ガルバノ）の特定の視野内にすべての穴があけられ、線形ステージが新しい（ｘ，ｙ）位置に進められ、プロセスが繰り返される。しかしながら、全体としての穴あけ速度については、その代わりに上述の調整されたリニアステージと、リニアステージがほとんど常に移動し続ける高速偏向器方式を使用することが有利である場合がある。
【００７９】
さらに高いシステムスループット（穴／ｓｅｃ／システム）を実現するために、上述のビームスキャニング方式はまた、ビーム分割法と組み合わせてもよく、その場合、共通のレーザ源は、１つの基板または一連の基板の上方の複数のビーム供給ヘッドの間でそのバーストを分配する。例えば、音響光学または電気光学要素を使って、Ｎ個おきにパルスをある光路へと偏向してもよく、Ｎ個のヘッドが使用されてもよい。これは、このようなビームステアリング要素の角度偏向特性を利用することによって、またはこのような要素の偏光角偏向特性を利用することによって、偏光依存ビームスプリッタを通じてビームを方向付けることによって実現されてもよい。
【００８０】
ダメージトラック（およびエッチングプロセスによってそこから作られる貫通穴）の所望のパターンに応じて、ダメージトラックは、約５０ダメージトラック／秒超、約１００ダメージトラックトラック／秒超、約５００ダメージトラック／秒超、約１，０００ダメージトラック／秒超、約２，０００ダメージトラック／秒超、約３，０００ダメージトラック／秒超、約４，０００ダメージトラック／秒超、約５，０００ダメージトラック／秒超、約６，０００ダメージトラック／秒超、約７，０００タメージトラック／秒超、約８，０００ダメージトラック／秒超、約９，０００ダメージトラック／秒超、約１０，０００タメージトラック／秒超、約２５，０００ダメージトラック／秒超、約５０，０００ダメージトラック／秒超、約７５，０００ダメージトラック／秒超、または約１００，０００ダメージトラック／秒超の速度で作ることができる。
【００８１】
エッチング
穴を金属／導電材料コーティング／充填および電気接続に有益な大きさに拡張するために、部品を酸エッチングした。酸化エッチングを使って穴を最終的な直径まで拡張することには数多くの利点があり、すわなち１）酸エッチングは穴を、特に金属化し、インタポーザに使用するには小さすぎるサイズ（例えば、約１マイクロメートル）からより好都合な大きさ（例えば、５マイクロメートル以上）に変化させること、２）エッチングは、不連続穴として、または単にガラス内へのダメージトラックとして始められるものから、エッチングによって連続貫通穴ビアにできること、３）エッチングは並行性の高いプロセスであり、部品内の穴／ダメージトラックのすべてを同時に拡張でき、これはレーザを穴に再び移動させて、それを広げるためにさらに材料を取り除かなければならない場合よりはるかに高速であること、および４）エッチングは部品内のエッジや小さい裂け目を平滑にするのを助け、材料の全体的な強度と信頼性を高めること、である。
【００８２】
図５２Ａおよび５２Ｂは、それぞれレーザ穴あけ後と酸エッチング後の基板１０００を示す。図５２Ａに示されるように、基板１０００には、前述のレーザ穴あけプロセスのいずれかを使って、第一の、すなわち上面１００４から第二の、すなわち下面１００６まで延びる１つまたは複数のダメージトラックまたはパイロット孔１００２を形成できる。ダメージトラック１００２は、例示のためにのみ、連続穴として描かれている。前述のように、いくつかの実施形態において、ダメージトラック１００２は、非連続穴であり、基板の粒子がタメージトラックの中に存在している。図５２Ｂに示されるように、基板１０００に後述のようないずれかのエッチングプロセスを施した後、ダメージトラックが拡張されて貫通穴ビア１００８が作られ、これは上面１００４の上側開口における上部直径Ｄｔ、下面１００６の下側開口における底部直径Ｄｂ、およびくびれ部の直径Ｄｗを有する。本明細書中で使用されるかぎり、くびれ部とは、穴の、上側開口と下側開口との間にある最も狭い部分を指す。貫通穴ビア１００８の形状は、くびれ部によって砂時計の形で示されているが、これは例にすぎない。いくつかの実施形態において、貫通穴ビアは実質的に円筒形である。いくつかの実施形態において、エッチンプロセスにより、直径１マイクロメートル超〜約２マイクロメートル超、約３マイクロメートル超、約４マイクロメートル超、約５マイクロメートル超、約１０マイクロメートル超、約１５マイクロメートル超、または約２０マイクロメートル超を有する。
【００８３】
１つの例において、使用される酸は体積で１０％  ＨＦ／１５％  ＨＮＯ３であった。部品は温度２４〜２５℃で５３分間エッチングし、約１００マイクロメートルの材料が取り除かれた。部品をこの酸浴槽中に浸漬させ、４０ｋＨｚと８０ｋＨｚの周波数の組合せによる超音波攪拌を使って、穴／ダメージトラック内の流体浸透と流体交換を促進した。これに加えて、超音波音場内での部品の手動攪拌（例えば、機械的攪拌）を行って、超音波音場からの定常波パターンが部品上に「ホットスポット」またはキャビテーションに関連する損傷を生じさせるのを防止し、また、部品中の肉眼で見える流体の流れを起こした。酸の組成とエッチング速度は、わずか１．９マイクロメートル／分という部品−材料除去速度でゆっくりとエッチングするように意図的に設計した。例えば、約２マイクロメートル／分未満のエッチング速度で、酸が狭い穴／ダメージトラックに十分に振動し、攪拌によって、新鮮な流体を交換し、溶解した材料を当初の非常に狭い穴／ダメージトラックから除去することができる。それにより、エッチング中、基板の厚さ全体にわたり（すなわち、穴またはダメージトラックの穴の長さ全体にわたり）、ほとんど同じ速度で穴を拡張できる。いくつかの実施形態において、エッチング速度は、１０マイクロメートル／分未満の速度、例えば約５マイクロメートル／分未満、または約２マイクロメート／分未満とすることができる。
【００８４】
図１３Ａおよび１３Ｂは、結果として得られた部品の上面と下面を示している。穴は直径約９５マイクロメートルであり、真円度が高く、材料に微細亀裂がほとんどなかったことを示している。穴のピッチは３００マイクロメートルであり、各穴の直径は約９０〜９５マイクロメートルである。図１３Ａおよび１３Ｂの画像は、バックライトで撮影され、各穴の中の明るい領域はまた、穴が酸エッチングによって完全に開放されたことも示している。同じサンプルをその後、穴の内部形状をよりよく見るためにダイシングした。図１５および１６は、その結果を示している。穴は「砂時計」の形状であり、すなわち、これらは穴の中央に向かってテーパが付いている。一般に、この形状は、パイロット孔形成プロセスではなく、エッチング環境によって決定される。明るい領域ガラスであり、暗い領域は穴である。穴の上部（レーザ入射側）の直径は約８９マイクロメートルであり、くびれ部の直径は約７１マイクロメートルであり、下部（レーザ射出側）の直径は約８５マイクロメートルである。
【００８５】
これに対して図１４は、レーザプロセスによる顕著な微細亀裂を有するサンプルのエッチング結果を示しており、エッチングされた穴は円形の特徴物ではなく、長い形状である。微細亀裂は、レーザバーストエネルギーを小さくすること、バースト当たりのパルス数を増やすこと、または、例えばより焦点距離の長い対物レンズを使用して、線状焦点の長さを延ばすことによって、減らすことができる。これらの変更は、基板内に含まれるエネルキー密度を縮小できる。これに加えて、光学システムを、収差が線状焦点内に導入されず、線状焦点内に方位非対称性が生じないように、確実に最適に配置するための注意を払わなければならない。このような非対称性は、基板内に高いエネルギー密度の箇所を発生させることがあり、これが微細亀裂につながる可能性がある。
【００８６】
このレーザとエッチングプロセスが一貫した結果をもたらすことを確認するために、３００マイクロメートルのピッチの１００×１００の配列（全体で穴が１０，０００個）の穴パターンを作り、その後、エッチングしたサンプルを、マシンビジョンシステムにより測定し、各穴の上部および下部直径とくびれ部の直径を得た。その結果が図１７Ａ〜１７Ｃにヒストグラムとして示されている。上部および下部直径はどちらも約９５マイクロメートルであり、大きさが非常に近く、標準偏差は約２．５マイクロメートルである。上部および下部直径とは異なり、くびれ部は約７０マイクロメートルで、標準偏差は約３マイクロメートルである。それゆえ、くびれ部は、上部および下部直径より約３０％狭い。図１８Ａ〜１８Ｃは、同じ穴について、上部、下部およびくびれ部の真円度測定値のヒストグラムを示す。真円度は、穴の最大直径から同じ穴の最小直径を差し引いたものとして定義され、単位はマイクロメートルである。分布は、穴が約５マイクロメートル未満までほぼ円形であることを示している。分布には、顕著な裾がなく、これは、微細亀裂または削り屑がエッチングにより除去され、丸くない形状とされていることを示す。
【００８７】
図１３Ａ〜１６に示されている酸エッチングされた基板を形成し、図１７Ａ〜１８Ｃに示される特性を付与した後に酸エッチング条件を変更して、貫通穴の各種の特性を調整することによって、これをインダーザ用のビア貫通穴として有益なものにできることがわかった。例えば、いくつかの実施形態において、貫通穴は上側開口と、下側開口と、くびれ部と、を有することができ、上側および下側開口の直径に対するくびれ部の直径の比を制御できる。本明細書中で使用されるかぎり、くびれ部とは、上側および下側開口間にある穴の最も狭い部分を指す。くびれ部、上側開口、および下側開口の直径を制御する２つの要素はエッチング反応速度と拡散速度である。基板の厚さの全体にわたって材料をエッチングし、ダメージトラックをビア貫通穴へと拡張するために、酸がダメージトラックの全長にわたって移動する必要がある。エッチング速度が速すぎ、酸が十分に拡散してダメージトラックのすべての部分に行き渡る時間がないと、酸は材料の表面で、材料の中央部分より多くの材料を不均等にエッチングする。Ｔｈｉｅｌｅ，Ｅ．Ｗ．Ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ａｃｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  ｓｉｚｅ  ｏｆ  ｐａｒｔｉｃｌｅ，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３１（１９３９），ｐｐ．９１６−９２０に記載されているように、エッチングプロセスのチーレ数（φ）を操作することを利用して、上側および下側開口の直径に対するくびれ部の直径の比を制御できる。チーレ数は、エッチング反応時間に対する拡散時間の比であり、下式で表すことができる。
【００８８】
【数１】
2020196665.tif 000003
【００８９】
式中、
ｋｒはエッチングの反応速度定数、
Ｃは塊状酸濃度、
γは慣性反応次数に基づく係数、
ｒは反応中の穴の半径、
Ｄｅｆｆは、水中でダメージトラックまたは穴への酸の有効拡散率であり、これは攪拌と超音波処理によって自然拡散率Ｄを強調したもの、
Ｌは材料の厚さの１／２
である。
【００９０】
上式によれば、エッチング反応時間が拡散時間より長い場合、チーレ数は１より大きい。これは、酸がダメージトラックまたは穴の長さ全体にわたり移動する前になくなり、ダメージトラックまたは穴の中央で拡散によって補充できることを意味する。その結果、エッチングはトラックまたは穴の上部および下部において、ｋｒによって決定される速度でより速く進み、中央部のエッチングは、拡散により決定される速度でよりゆっくりと起こり、ビアホールは砂時計の形状となる。しかしながら、拡散時間がエッチング反応時間と等しいか、それより速い場合、チーレ数は１以下となる。このような条件下では、酸濃度が、ダメージトラックまたは穴の全体に沿って均一となり、ダメージトラックまたは穴が均一にエッチングされ、実質的に円筒形のビアホールが得られる。
【００９１】
いくつかの実施形態において、拡散時間とエッチング反応時間を制御して、エッチングシステムのチーレ数、ひいては、上側および下側開口の直径に対するくびれ部の直径の比を制御できる。図５３は、エッチングシステムのチーレ数と、上側および下側開口の直径に関するくびれ部の直径の予想パーセンテージとの間の関係を示す。いくつかの実施形態において、エッチングプロセスのチーレ数は、約５以下、約４．５以下、約４以下、約３．５以下、約３以下、約２．５以下  約２以下、約１．５以下、または約１以下とすることができる。いくつかの実施形態において、ビアホールのくびれ部の直径は、ビアホールの上側および／または下側開口の直径の５０％〜１００％、５０％〜９５％、５０％〜９０％、５０％〜８５％、５０％〜８０％、５０％〜７５％、５０％〜７０％、５５％〜１００％、５５％〜９５％、５５％〜９０％、５５％〜８５％、５５％〜８０％、５５％〜７５％、５５％〜７０％、６０％〜１００％、６０％〜９５％、６０％〜６０％、６０％〜８５％、６０％〜８０％、６０％〜７５％、６０％〜７０％、６５％〜１００％、６５％〜９５％、６５％〜９０％、６５％〜８５％、６５％〜８０％、６５％〜７５％、６５％〜７０％、７０％〜１００％、７０％〜９５％、７０％〜９０％、７０％〜８５％、７０％〜８０％、７０％〜７５％、７５％〜１００％、７５％〜９５％、７５％〜９０％、７５％〜８５％、７５％〜８０％、８０％〜１００％、８０％〜９５％、８０％〜９０％、８０％〜８５％、８５％〜１００％、８５％〜９５％、８５％〜９０％、９０％〜１００％、９０％〜９５％、または９５％〜１００である。いくつかの実施形態において、ビアホールのくびれ部の直径はビアホールの上側および下側開口の直径の約５０％以上、約５５％以上、約６０％以上、約６５％以上、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上、約９５％以上、または約１００％である。いくつかの実施形態において、ビアホールのくびれ部の直径は、ビアホールの上側および／または下側開口の平均直径の５０％〜１００％、５０％〜９５％、５０％〜９０％、５０％〜８５％、５０％〜８０％、５０％〜７５％、５０％〜７０％、５５％〜１００％、５５％〜９５％、５５％〜９０％、５５％〜８５％、５５％〜８０％、５５％〜７５％、５５％〜７０％、６０％〜１００％、６０％〜９５％、６０％〜６０％、６０％〜８５％、６０％〜８０％、６０％〜７５％、６０％〜７０％、６５％〜１００％、６５％〜９５％、６５％〜９０％、６５％〜８５％、６５％〜８０％、６５％〜７５％、６５％〜７０％、７０％〜１００％、７０％〜９５％、７０％〜９０％、７０％〜８５％、７０％〜８０％、７０％〜７５％、７５％〜１００％、７５％〜９５％、７５％〜９０％、７５％〜８５％、７５％〜８０％、８０％〜１００％、８０％〜９５％、８０％〜９０％、８０％〜８５％、８５％〜１００％、８５％〜９５％、８５％〜９０％、９０％〜１００％、９０％〜９５％、または９５％〜１００である。いくつかの実施形態において、ビアホールのくびれ部の直径はビアホールの上側および下側開口の平均直径の約５０％以上、約５５％以上、約６０％以上、約���５％以上、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上、約９５％以上、または約１００％である。
【００９２】
上述のチーレ数の式から判断できるように、ダメージトラックの初期半径とガラスの厚さはチーレ数に寄与する。図５４は、ダメージトラックの初期半径と共にチーレ数が減少する様子を示している。図５５は、基板の厚さの半分の値と共にチーレ数が減少する様子を示している。基板の厚さとダメージトラックの半径は、場合によっては、特定の厚さまたはダメージトラックの半径が必要な時、変更できない要素である。それより、この場合にはチーレ数に影響を与える他の要素を調節できる。例えば、図５６は、有効拡散率（Ｄｅｆｆ）が増加するとチーレ数が減少する様子を示している。いくつのかの実施形態において、有効拡散率は、エッチング条件に攪拌および／または超音波処理を追加することによって増大でき、これについては以下により詳しく説明する。図５７は、酸濃度、この場合はＨＦ濃度の減少と共にチーレ数が減少する様子を示している。図５７はまた、有効拡散率の増大および酸濃度の減少の組合せによりチーレ数が減少する様子も示している。
【００９３】
いくつかの実施形態において、エッチング反応時間は、エッチング溶液の酸濃度を調節することによって制御できる。いくつかの実施形態において、エッチング溶液は、脱イオン化水、第一の酸、および第二の酸を含む水溶液とすることができる。第一の酸はフッ化水素酸とすることができ、第二の酸は硝酸、塩酸、または硫酸とすることができる。いくかの実施形態において、エッチング溶液は、第一の酸しか含まなくてもよい。いくつかの実施形態において、エッチング溶液は、フッ化水素酸以外の第一の酸および／または硝酸、塩酸または硫酸以外の第二の酸を含むことができる。例示的なエッチング溶液は、フッ化水素酸１０体積％／硝酸１５体積％、またはフッ化水素酸５体積％／硝酸７．５体積％、またはフッ化水素酸２．５体積％／硝酸３．７５体積％を含むことができる。
【００９４】
いくつかの実施形態において、エッチングタンク内の基板の無機、機械的攪拌、および／またはエッチング溶液への表面活性剤の添加は、ビアホールの属性を調整するために変更可能な、その他のエッチング条件である。いくつかの実施形態において、エッチング溶液が超音波攪拌され、基板はエッチング溶液を保持するエッチングタンクの中に、ダメージタンクの上側および下側開口が超音波に実質的に均一に暴露され、ダメージトラックが均一にエッチングされるような向きとされる。例えば、超音波トランスデューサがエッチングタンクの底部に配置されている場合、基板は、このエッチングタンクの中に、基板のダメージトラックを有する面がエッチングタンクの底部に対して平行ではなく、エッチングタンクの底部に対して垂直になるように配置される。
【００９５】
いくつかの実施形態において、エッチングタンクは、ｘ、ｙ、およびｚ方向に機械的に攪拌して、ダメージトラックの均一なエッチングを改善することができる。いくつかの実施形態において、ｘ、ｙ、およびｚ方向への機械的攪拌は連続的に行うことができる。
【００９６】
いくつかの実施形態において、表面活性剤をエッチング溶液に添加して、ダメージトラックの濡れ性を増大させることができる。濡れ性を高めることによって、拡散時間が短縮し、ビアホールの上側および下側開口の直径に対するヒアホールのくびれ部の直径の比を大きくすることができる。いくつかの実施形態において、表面活性剤は、エッチング溶液の中に溶解し、エッチング容器中の酸と反応しない、いずれの適当な表面活性剤とすることもできる。いくつかの実施形態において、表面活性剤は、Ｃａｐｓｔｏｎｅ（登録商標）ＦＳ−５０またはＣａｐｓｔｏｎｅ（登録商標）ＦＳ−５４等のフッ素系表面活性剤とすることができる。いくつかの実施形態において、表面活性剤の、エッチング溶液１Ｌ当たりの表面活性剤ｍｌとした濃度は、約１、約１．１、約１．２、約１．３、約１．４、約１．５、約１．６、約１．７、約１．８、約１．９、約２．０またはそれ以上とすることができる。
【００９７】
速度
上述の方法を使ってレーザで穿孔または「パイロット孔」または「ダメージトラック」を形成する主な利点は、加工時間が極めて高速であることである。図８に示されるダメージトラックの各々は、ピコ秒レーザパルスの単独バーストで形成される。これは、材料の層を徐々に除去するために多くのレーザパルスを必要とするパーカッション式穴あけと基本的に異なる。
【００９８】
本明細書で示すサンプルに関して、ステージ速度は１２ｍ／分＝２００ｍｍ／秒であった。３００マイクロメートルの間隔の場合、これは、レーザバーストが１．５ｍｓｅｃごとに発射されて、１つの穴を形成することを意味し、これは６６７穴／秒の形成速度である。この約３０ｍｍ×３０ｍｍの穴パターンの各列を作るためのステージの加速および減速を考えると、穴形成速度は３００穴／秒を優に上回る。パターンを物理的範囲においてより大きくすると、ステージの加速の必要回数が減り、平均穴形成速度はさらに速くなるであろう。
【００９９】
ここで使用されるレーザは、全パルスエネルギーで１００，０００パルス／秒を容易に提供できるため、この速度で穴を形成することが可能である。一般に、穴形成速度の限界は、レーザビームを基板に関してどれだけ速く移動できるか、である。穴の間隔が１０マイクロメートルであり、ステージ速度が１ｍ／秒である場合、１００，０００穴／秒で形成される。実際、基板の切削はしばしばこのように行われる。しかしながら、実際のインタポーザの場合、穴はしばしば、数百マイクロメートル間隔であり、よりランダムな間隔である（すなわち、非周期的パターンがある）。したがって、図のパターンに関して上述した数は、わずか約３００穴／秒である。より高い速度を達成するには、ステージ速度を、例えば２００ｍｍ／秒から１ｍ／秒へと上げて、速度をさらに５倍増大させることができる。同様に、平均穴ピッチが３００マイクロメートル未満であれば、穴形成速度は相応に増大するであろう。
【０１００】
レーザビームの下で基板を並進させることに加え、レーザを穴から穴へと高速で移動させるためのその他の方法を使用することが可能であり、例えば、ガルバノメータとｆ−シータレンズ、音響光学偏向器、空間光変調器、その他を使用して、光学ヘッドそのものを移動させる。
【０１０１】
上述のように、タメージトラック（よびエッチングプロセスによってそこから作られる貫通穴）の所望のパターンにより、ダメージトラックは、約５０ダメージトラック／秒超、約１００ダメージトラック／秒超、約５００ダメージトラック／秒超、約１，０００ダメージトラック／秒超、約２，０００ダメージトラック／秒超、約３，０００ダメージトラック／秒超過、約４，０００ダメージトラック／秒超、約５，０００ダメージトラック／秒超、約６，０００ダメージトラック／秒超過、約７，０００ダメージトラック／秒超、約８，０００ダメージトラック／秒超、約９，０００ダメージトラック／秒超過、約１０，０００ダメージトラック／秒超、約２５，０００ダメージトラック／秒超、約５０，０００ダメージトラック／秒超過、約７５，０００ダメージトラック／秒超、約１００，０００ダメージトラック／秒超過の速度で作ることができる。
【０１０２】
最終部品
いくつかの実施形態において、基板に対して上述のダメージトラック形成および酸エッチングプロセスを実行することにより、複数の貫通穴ビアを有する基板を得ることができる。いくつかの実施形態において、ビアの直径は、所期の用途にとっての要求に応じて、約３０マイクロメートル以下、約２５マイクロメートル以下、約２０マイクロメートル以下、約１５マイクロメートル以下、約１０マイクロメートル以下、約５マイクロメートル〜約１０マイクロメートル、約５マイクロメートル〜約１５マイクロメートル、約５マイクロメートル〜約２０マイクロメートル、約５マイクロメートル〜約２５マイクロメートル、約５マイクロメートル〜約３０マイクロメートルの範囲内、最大数十マイクロメートルとすることができる。他の実施形態において、ビアの直径は、約２０μｍ超とすることができる。いくつかの実施形態において、基板は、直径が異なるビアを有することができ、例えば、ビアの直径は少なくとも５μｍの差があってもよい。いくつかの実施形態において、ビアの上側開口と下側開口の直径の差は、３μｍ以下、２．５μｍ以下、２μｍ以下、１．５μｍ以下、または１μｍ以下とすることができ、これは、線状焦点ビームを使って材料中にダメージトラックを作ることによって可能となる。これらのダメージトラックは、基板の深さ全体にわたり非常に小さい直径を保持し、最終的にエッチング後に上側および下側直径が均一にされる。いくつかの実施形態において、隣接するビア間の間隔（中心間距離）は約１０μｍ以上、約２０μｍ以上、約３０μｍ以上、約４０μｍ以上、約５０μｍ以上とすることができる。いくつかの実施形態において、隣接ビアの間隔は、最大２０ｍｍとすることができる。いくつかの実施形態において、ピアの密度は約０．０１ビア／ｍｍ２以上、約０．１ビア／ｍｍ２以上、約１ビア／ｍｍ２以上、約５ビア／ｍｍ２以上、約１０ビア／ｍｍ２以上、約２０ビア／ｍｍ２以上、約３０ビア／ｍｍ２以上、約４０ビア／ｍｍ２以上、約５０ビア／ｍｍ２以上、約７５ビア／ｍｍ２以上、約１００ビア／ｍｍ２以上、約１５０ビア／ｍｍ２以上、約２００ビア／ｍｍ２以上、約２５０ビア／ｍｍ２以上、約３００ビア／ｍｍ２以上、約３５０ビア／ｍｍ２以上、約４００ビア／ｍｍ２以上、約４５０ビア／ｍｍ２以上、約５００ビア／ｍｍ２以上、約５５０ビア／ｍｍ２以上、約６００ビア／ｍｍ２以上、約６５０ビア／ｍｍ２以上とすることができる。いくつかの実施形態において、ビア密度は約０．０１ビア／ｍｍ２〜約６５０ビア／ｍｍ２または約５ビア／ｍｍ２〜約５０ビア／ｍｍ２の範囲とすることができる。
【０１０３】
上述のように、いくつかの実施形態において、ビアホールのくびれ部の直径は、ビア穴の上側および／または下側開口の直径の５０％〜１００％、５０％〜９５％、５０％〜９０％、５０％〜８５％、５０％〜８０％、５０％〜７５％、５０％〜７０％、５５％〜１００％、５５％〜９５％、５５％〜９０％、５５％〜８５％、５５％〜８０％、５５％〜７５％、５５％〜７０％、６０％〜１００％、６０％〜９５％、６０％〜６０％、６０％〜８５％、６０％〜８０％、６０％〜７５％、６０％〜７０％、６５％〜１００％、６５％〜９５％、６５％〜９０％、６５％〜８５％、６５％〜８０％、６５％〜７５％、６５％〜７０％、７０％〜１００％、７０％〜９５％、７０％〜９０％、７０％〜８５％、７０％〜８０％、７０％〜７５％、７５％〜１００％、７５％〜９５％、７５％〜９０％、７５％〜８５％、７５％〜８０％、８０％〜１００％、８０％〜９５％、８０％〜９０％、８０％〜８５％、８５％〜１００％、８５％〜９５％、８５％〜９０％、９０％〜１００％、９０％〜９５％、または９５％〜１００である。いくつかの実施形態において、ビアホールのくびれ部の直径はビアホールの上側および下側開口の直径の約５０％以上、約５５％以上、約６０％以上、約６５％以上、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上、約９５％以上、または約１００％である。いくつかの実施形態において、ビアホールのくびれ部の直径は、ビアホールの上側および／または下側開口の平均直径の５０％〜１００％、５０％〜９５％、５０％〜９０％、５０％〜８５％、５０％〜８０％、５０％〜７５％、５０％〜７０％、５５％〜１００％、５５％〜９５％、５５％〜９０％、５５％〜８５％、５５％〜８０％、５５％〜７５％、５５％〜７０％、６０％〜１００％、６０％〜９５％、６０％〜６０％、６０％〜８５％、６０％〜８０％、６０％〜７５％、６０％〜７０％、６５％〜１００％、６５％〜９５％、６５％〜９０％、６５％〜８５％、６５％〜８０％、６５％〜７５％、６５％〜７０％、７０％〜１００％、７０％〜９５％、７０％〜９０％、７０％〜８５％、７０％〜８０％、７０％〜７５％、７５％〜１００％、７５％〜９５％、７５％〜９０％、７５％〜８５％、７５％〜８０％、８０％〜１００％、８０％〜９５％、８０％〜９０％、８０％〜８５％、８５％〜１００％、８５％〜９５％、８５％〜９０％、９０％〜１００％、９０％〜９５％、または９５％〜１００である。いくつかの実施形態において、ビアホールのくびれ部の直径はビアホールの上側および下側開口の平均直径の約５０％以上、約５５％以上、約６０％以上、約６５％以上、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上、約９５％以上、または約１００％である。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、ビアホールのアスペクト比（基板厚さ：ビア直径）は、約１：１以上、約２：１以上、約３：１以上、約４：１以上、約５：１以上、約６：１以上、約７：１以上、約８：１以上、約９：１以上、約１０：１以上、約１１：１以上、約１２：１以上、約１３：１以上、約１４：１以上、約１５：１以上、約１６：１以上、約１７：１以上、約１８：１以上、約１９：１以上、約２０：１以上、約２５：１以上、約３０：１以上、約３５：１以上とすることができる。いくつかの実施形態において、ビアホールのアスペクト比は、約５：１〜約１０：１、約５：１〜２０：１、約５：１〜３０：１、約１０：１〜２０：１、約１０：１〜３０：１の範囲とすることができる。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、基板の厚さは約２０μｍ〜約３ｍｍ、約２０μｍ〜約１ｍｍ、または約５０μｍ〜３００μｍ、または１００μｍ〜７５０μｍ、または約１ｍｍ〜約３ｍｍの範囲内である。いくつかの実施形態において、基板は、透明材利用、例えば、ただしこれらに限定されないが、ガラス、溶融石英、合成水晶、ガラスセラミック、セラミック、およびサファイヤ等の結晶材料で作製できる。いくつかの実施形態において、基板はガラスとすることができ、ガラスは、アルカリを含むガラス、アルカリを含まないガラス（例えば、無アルカリアルミニノボロシリケートガラス）または、異なるガラス組成を含む層の積層ガラス片とすることができる。いくつかの実施形態において、ガラスは、化学的に強化された（例えば、イオン交換した）ガラスとすることができる。いくつかの実施形態において、基板は、約３９０ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させることかできる。いくつかの実施形態において、基板は約３９０ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長の少なくと７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、または少なくとも９０％を透過させることができる。
【０１０６】
その後、貫通穴ビアには導電材料を被覆および／または充填して電気的インタポーザの用途に使用できる。いくつかの実施形態において、被覆および／または充填は、金属化によって行うことができる。金属化は、例えば、真空蒸着、電解メッキ、導電ペーストの充填、またはその他の様々な方法で行うことができる。その後、電気的トレースを部品表面上にパターニングしてもよく、その穴からの電気信号をマイクロチップまたはその他の電気回路に送信できるようにするための一連の再配線層とコンタクトパットを構築してもよい。
【０１０７】
デジタルポリマラーゼ連鎖反応（ｄＰＣＲ）試験などの生化学用途について、この部品はまた、表面の親水性または疎水性を制御するコーティングで機能付与することもできる。抗体、たんぱく質、またはその他の生体分子を付着できる他のコーティングもまた塗布できる。ｄＰＣＲマイクロアレイの場合、非常に密度が高く、規則的な配列の穴を有する基板が特に有益であり、例えば、ピッチが約１００マイクロメートル未満の、六角形の緊密パック穴パターンである。このようなパターンの場合、上述のレーザプロセスで可能な速度は特に高く、これは、レーザを極めて高い頻度で発射でき、レーザの繰返し率全体を有効に使用できるからである。それゆえ、１０，０００穴／秒を超える穴形成速度を実現できる（穴間隔１００マイクロメートルで、ステージ速度１ｍ／秒）。留意すべき点として、穴形成はレーザパルスのわずかな部分しか使用していない場合がある。レーザバーストの繰返し速度は容易に数百ｋＨｚとすることができ、その一方で、これらのバーストの全部を使用するのに十分な速度でビームを新しい穴の位置へと向けることは困難でありうる。たとえば、実際の穴形成速度は、１００穴／秒、５００穴／秒、９９９穴／秒、３，０００穴／秒、５，０００穴／秒、１０，０００穴／秒であってもよく、その一方でレーザの繰返し率も同時に１００，０００バースト／秒、２００，０００バースト／秒であってもよい。これらの場合、バーストパルスのほとんどは、レーザから外の基板に向けられるのではなく、電気光学変調器等の装置を使って方向転換されてビームダンプの中に入る。それゆえ、穴あけに必要な１秒あたりのバースト数が、レーザの繰返し率全体から実際に得られるものより少なくてよい。多くの短パルスレーザは電気光学または音響光学変調器をその出力に有しているため、このような方法でそれらを動作させることができる。
【実施例】
【０１０８】
実施例１
図１９Ｂおよび１９Ｃに示されるように、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス（厚さ３００マイクロメートル）の試験サンプルを作製し、サンプル中に貫通穴を形成した。ピコ秒レーザのバーストエネルギーとバーストあたりのパルス数を変化させ、ピッチを５０マイクロメートルから３００マイクロメートルに変化させたにも関わらず、すべてのサンプルにおいて、図１９Ａに示されるように、ガラス内部に約１０マイクロメートルの範囲の小さい半径方向の亀裂が観察された。
【０１０９】
別のサンプルとしてＣｏｒｎｉｎｇ  Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス（厚さ１５０マイクロメートル）を作製し、貫通穴を形成した後、エッチングによって穴の直径を拡張した。部品：穴配列１００×１００、ピッチ３００マイクロメートル、レーザ出力またはバーストエネルギーを変化（サンプル５個）、穴配列１５０×１５０、ピッチ２００マイクロメートルのサンプル１個、穴配列３００×３００、ピッチ１００マイクロメートルのサンプル１個。上面（図２０Ａ）、下面（図２０Ｂ）および側面（図２０Ｃ）の図２０Ａ〜２０Ｃのエッチング前の写真に示されているように、ガラス表面に実質的なチップまたは亀裂を生じずに貫通穴が形成されたが、内部の半径方向の亀裂と表面下の損傷（図示せず）がある程度あった。図２１Ａ〜２１Ｅに示されているように、穴配列１００×１００、ピッチ３００マイクロメートルについて、レーザ出力を上げた場合（レーザ出力は、図２１Ａ＝５５％、図２１Ｂ＝６５％、図２１Ｃ＝７５％、図２１Ｄ＝８５％、図２１Ｅ＝１００％）のエッチング後（直径約１００マイクロメートルを除去）の上面図は、最良の結果（最も丸い穴で閉塞がない（中央が暗いものは閉塞した穴を示す））が得られることを示しており、約７５〜８５％の出力で最適となり、図２２Ａ〜２２Ｅに示される同じサンプルの底面図においても同じ結果が見られた（レーザ出力は、図２２Ａ＝５５％、図２２Ｂ＝６５％、図２２Ｃ＝７５％、図２２Ｄ＝８５％、図２２Ｅ＝１００％）。
【０１１０】
図２３Ａ〜２３Ｃに示されるように、より大型の配置の試験（図２３Ａ＝配列１５０×１５０、ピッチ２００マイクロメートル、穴１００マイクロメートル）（図２３Ｂ〜２３Ｃ＝配列３００×３００、ピッチ１００マイクロメートル、穴５０マイクロメートル）では、１００マイクロメートルと５０マイクロメートルの穴の両方について、６５％のレーザ出力で丸い穴が得られたが、ある程度の閉塞もあり、閉塞には一定の周期性があり（おそらく、超音波定常波がエッチング中により高混合状態および低混合状態の小領域を作ることによる）、また、図２３Ｃに示されているように、いくつか領域には亀裂またはチップの入った穴が含まれている。
【０１１１】
配列１００×１００の２つのサンプルに関する寸法解析により、第一のサンプルについては図２５Ａから２５Ｃ（図２５Ａ＝上側、図２５Ｂ＝下側、図２５Ｃ＝くびれ部）および第二のサンプルについては図２７Ａ〜２７Ｃ（図２７Ａ＝上側、図２７Ｂ＝下側、図２７Ｃ＝くびれ部）に示されているように、真円度（真円度＝最大の内接直径−最小の内接直径）が良好（すなわち、約５マイクロメートル未満）であることが示され、上側（第一のサンプルは図２４Ａ、第二のサンプルは図２６Ａに示される）および下側（第一のサンプルは図２４Ｂ、第二のサンプルは図２６Ｂに示される）直径はほぼ等しく、くびれ部（第一のサンプルは図２４Ｃ、第二のサンプルは図２６Ｃに示される）は開いている。
【０１１２】
実施例２
別のサンプルとして、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス（厚さ３００マイクロメートル）の試験を行い、最終寸法（エッチング後）により穴の品質がどのように変化するかを調べた。穴は配列１５０×１５０の配列（各サンプルにつき２２，５００穴）、ピッチ３００マイクロメートルで形成し、エッチングによる除去で４つの穴径を得た（直径３０、５０、７５、および１００マイクロメートル）。貫通穴形成プロセスのレーザ条件は、レンズ５０ｍｍ、ステージ速度１２ｍ／分（２００ｍｍ／秒）、繰返し率２００ｋＨｚ、１バーストあたり３パルス、とした。貫通穴を約１８７穴／秒で形成した。３０マイクロメートルの穴についての図２８Ａ〜２８Ｃと５０マイクロメートルの穴についての図２９Ａ〜２９Ｃに示されているように、１００％のレーザ出力で、３０マイクロメートルの穴のくびれ部は狭く見え（図２８Ｂ）、５０マイクロメートルの穴（図２９Ｂ）のくびれ部は広く開いている。７５マイクロメートルの穴についての図３０Ａ〜３０Ｃと１００マイクロメートルの穴についての図３１Ａ〜３１Ｃに示されるように、１００％のレーザ出力で、両方の大きさのくびれ部（図３０Ｂおよび３１Ｂ）は広く開いている。３０マイクロメートルの穴についての図３２Ａ〜３２Ｃと５０マイクロメートルの穴についての図３３Ａ〜３３Ｃに示されているように、８５％のレーザ出力で、３０マイクロメートルの穴のくびれ部は狭く見え（図３２Ｂ）、５０マイクロメートルの穴のくびれ部（図３３Ｂ）は非常に広い。７５マイクロメートルの穴についての図３４Ａ〜３４Ｃと１００マイクロメートルの穴についての図３５Ａ〜３５Ｃに示されるように、８５％のレーザ出力で、両方の大きさのくびれ部（図３４Ｂおよび３５Ｂ）は広く開いている。３０マイクロメートルの穴についての図３６Ａ〜３６Ｃと５０マイクロメートルの穴についての図３７Ａ〜３７Ｃに示されているように、７５％のレーザ出力で、３０マイクロメートルの穴のくびれ部は狭く見え（図３６Ｂ）、５０マイクロメートルの穴のくびれ部（図３７Ｂ）は広く開いている。７５マイクロメートルの穴についての図３８Ａ〜３８Ｃと１００マイクロメートルの穴についての図３９Ａ〜３９Ｃに示されるように、７５％のレーザ出力で、両方の大きさのくびれ部（図３８Ｂおよび３９Ｂ）は開いているが、全体的な穴の直径においてはある程度のばらつきがある場合がある。３０マイクロメートルの穴についての図４０Ａ〜４０Ｃと５０マイクロメートルの穴についての図４１Ａ〜４１Ｃに示されているように、６５％のレーザ出力で、エッチング後に穴はガラス内に完全に形成されず、３０マイクロメートルの穴（図４１Ｂ）の結果が最悪であったが、５０マイクロメートルの穴（図４１Ａ）であっても、ある程度の開放性の欠如または閉塞が見られる。７５マイクロメートルの穴についての図４２Ａ〜４２Ｃと１００マイクロメートルの穴についての図４３Ａ〜４３Ｃに示されるように、６５％のレーザ出力で、上面図（図４２Ａおよび４３Ａ）と底面図（図４２Ｃおよび４３Ｃ）から開放性の不良と閉塞の証拠が得られる。３０マイクロメートルの穴についての図４４Ａ〜４４Ｃと５０マイクロメートルの穴についての図４５Ａ〜４５Ｃに示されているように、５５％のレーザ出力で、穴は完全に形成されず、酸エッチングでこれらを開放できなかった。７５マイクロメートルの穴についての図４６Ａ〜４６Ｃと１００マイクロメートルの穴についての図４７Ａ〜４７Ｃに示されるように、５５％のレーザ出力で、穴は完全に形成されず、酸エッチングでこれらを開放できなかった。図４７Ａおよび４７Ｃに示されているように、１００マイクロメートルの穴であっても、くびれ部の開放性の欠如またはそれぞれ上面図と底面図における閉塞の証拠が見られた。
【０１１３】
実施例３
本明細書で開示されている方法はまた、複数の層を同時に穴あけできるようにすることにより、さらに速い加工速度を実現する。図４８は、３枚の、積み重ねられた、１５０マイクロメートルのＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス板４３０を通って延びる焦線４３２を示している。焦線４３２が３つの積み重ねられた板すべてにわたって延びているため、３つの層全体を通じて完全な欠陥線を同時に形成できる。スタックを貫通する完全な穿孔を作るには、焦線の長さをスタックの高さより長くする必要がある。部品の穴あけを行ったところで、これらを分離してからエッチングすることができ、それによって各板の穴の中に助剤を容易に到達させることができる。
【０１１４】
穴あけのためのこの線状焦点法の大きな利点は、プロセスが、レーザビームのセルフフォーカスに依存するプロセスと異なり、部品間のエアギャップに影響を受けないことである。例えば、合焦されたガウスビームは、第一のガラス層に入ると発散し、あまり深くまで穴あけしないか、穴の側面に沿った反射またはガラスの穴あけ中の導波路効果によってセルフフォーカシングが行われた場合、ビームは第一のガラス層から出て回折し、第二ガラス層まで穴あけしない。カー効果に基づくセルフフォーカシング（「フィラメンテーション」とも呼ばれる）を利用して材料内部のより長い相互作用長さを実現するレーザプロセスの場合であっても、レーザビームが上のガラス片から出て空気に入ることは問題であり、それは、空気には、空中でカー効果に基づくセルフフォーカシングを誘発するために、ガラス内でカー効果のセルフフォーカシングを保持するために必要なパワーの〜２０倍ものパワーを必要とするからである。これに対して、ベッセルビームは、エアギャップの大きさの変化（最大数百分の１マイクロメートル、さらには１ｍｍ）に関係なく、線状焦点の範囲全体にわたって両方のガラス層に穴あけすることができる。
【０１１５】
実施例４
このような穴あけプロセス中に、ガラス片の上、下、および間に保護層またはコーティングを挿入することも可能である。材料がレーザ放射を透過させるかぎり、ビームは依然として、保護コーティングを通じて合焦され、ガラス片に穴あけする。このことは、部品をクリーンなままに保ち、穴あけプロセス中に擦り傷やその他の取り扱いによる損傷を防止しようとする場合に特に有利となりうる。部品の穴あけ後、コーティングを除去できる。同様に、このような層、例えば透明ポリマの薄層（Ｄｏｎｇｕａｎ  Ｙｕｎｙａｎｇ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｏ．  Ｌｔｄ．のＹＹ−１００ポリエチレン接着フィルム）を、スタック穴あけプロセス中に板間に使用し、積み重ねられた板の表面擦り傷を防止することができ、これは部品の強度を保ち、審美的またはその他の欠陥を防止するのに役立つ。
【０１１６】
図４９は、厚さ３００マイクロメートルのＥＸＧガラス板２枚の、このような方法で穴明けした後の画像を示す。図５０は、酸エッチング後の同じ部品を示す。この場合、穴は側面形状から直径が１５０マイクメートルであるように見えるが、実際には直径約７０マイクロメートルであり、側面からは、カメラの焦点から延びる複数の列の穴があり、各列が若干横方向にずれているため、実際より大きな開放穴のような錯覚が起こるため、大きく見えるにすぎない。穴の上面図（図５１）は、穴の直径が実際には約７０マイクロメートルであることを示しており、各穴の中心を通る光は、これらが開放している貫通穴であることを示している。
【０１１７】
実施例５
ダメージトラックを有する厚さ１５０μｍのＣｏｒｎｉｎｇ  Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス部品を、体積で５％  ＨＦ／７．５％ＨＮＯ３を有する酸エッチング浴槽の中に縦に設置した。部品を温度２６℃の温度で８１０秒間エッチングし、約１３マイクロメートルの材料を約１マイクロメートル／分の速度で除去した。４０ｋＨｚと８０ｋＨｚの周波数組合せの超音波攪拌を用いて、穴への流体の浸透と流体交換を促進した。これに加えて、超音波音場内で部品をｘ、ｙ、およびｚ方向に連続的に移動させ、超音波音場からの定常波パターンが部品中に「ホットスポット」またはキャビテーションに関連する損傷が発生しないようにし、また、部品全体にわたり、肉眼で見える流体の流れを起こした。エッチング中、ダメージトラックが拡張されて、直径１３μｍ、アスペクト比１１：１、くびれ部の直径がガラス部品の上面および底面におけるビア開口のち直径の平均の７３％であるビアホールが形成された。図５８は、酸エッチング後のガラス部品の側面の写真である。
【０１１８】
本明細書中で引用されたすべての特許公開出願、および参考文献の中の関連する教示は、参照によってその全体を援用する。
【０１１９】
本明細書では例示的な実施形態が示されているが、当業者にとっては、付属の特許請求の範囲により包含され範囲から逸脱することなく、そこに形態や詳細な各種の変更を加えてもよいことがわかるであろう。
【０１２０】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１２１】
実施形態１
実質的に透明な材料に穴を形成する方法において、
パルスレーザビームを、ビーム伝搬方向に沿って向けられ、前記材料中に方向付けられたレーザビーム焦線へと合焦させるステップであって、前記レーザビームの焦線は前記材料中に誘起吸収を発生させ、前記誘起吸収が前記材料中の前記レーザビーム焦線に沿ってダメージトラックを生成するステップと、
前記材料と前記レーザビームを相互に関して並進させ、それによって複数のダメージトラックを形成するステップと、
前記材料を酸溶液中でエッチングして、前記材料中の前記ダメージトラックを拡張することにより、１マイクロメートルより大きい直径の貫通穴を生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【０１２２】
実施形態２
前記エッチングのチーレ数が２以下であることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【０１２３】
実施形態３
前記パルスレーザは、バーストあたり少なくとも２パルスのバーストを生成し、バーストあたり少なくとも４０μＪのエネルギーを生成することを特徴とする、実施形態１または２に記載の方法。
【０１２４】
実施形態４
前記パルスレーザは少なくとも５００ダメージトラック／秒を生成することを特徴とする、実施形態１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【０１２５】
実施形態５
前記パルスレーザは少なくとも１，０００ダメージトラック／秒を生成することを特徴とする、実施形態１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【０１２６】
実施形態６
前記パルスレーザは少なくとも５，０００ダメージトラック／秒を生成することを特徴とする、実施形態１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【０１２７】
実施形態７
前記焦線は、ベッセルビームまたはガウス−ベッセルビームを使って形成されることを特徴とする、実施形態１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【０１２８】
実施形態８
前記焦線は、アキシコンを使って生成されることを特徴とする、実施形態１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【０１２９】
実施形態９
前記材料は、３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの周波数を透過させることを特徴とする、実施形態１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【０１３０】
実施形態１０
前記材料は、３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの周波数の少なくとも７０％を透過させることができることを特徴とする、実施形態１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【０１３１】
実施形態１１
前記材料はガラスであることを特徴とする、実施形態１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【０１３２】
実施形態１２
前記材料は溶融石英であることを特徴とする、実施形態１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【０１３３】
実施形態１３
前記材料はガラス板のスタックであることを特徴とする、実施形態１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【０１３４】
実施形態１４
前記エッチングは約１０マイクロメートル／分未満の速度で行われることを特徴とする、実施形態１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【０１３５】
実施形態１５
前記エッチングは約５マイクロメートル／分未満の速度で行われることを特徴とする、実施形態１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【０１３６】
実施形態１６
前記エッチングは約２マイクロメートル／分未満の速度で行われることを特徴とする、実施形態１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【０１３７】
実施形態１７
前記パルスレーザビームのパルス幅は、約１ピコ秒超〜約１００ピコ秒未満の間の範囲内であることを特徴とする、実施形態１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【０１３８】
実施形態１８
前記パルス幅は、約５ピコ秒超〜約２０ピコ秒未満の間の範囲内であることを特徴とする、実施形態１７に記載の方法。
【０１３９】
実施形態１９
前記レーザビームの繰返し率は約１ｋＨｚ〜４ＭＨｚの間の範囲内であることを特徴とする、実施形態１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【０１４０】
実施形態２０
前記繰返し率は約１０ｋＨｚ〜６５０ｋＨｚの間の範囲内であることを特徴とする、実施形態１９に記載の方法。
【０１４１】
実施形態２１
前記パルスレーザビームのバーストエネルギー密度は、２５マイクロジュール／ｍｍ線状焦点〜１２５マイクロジュール／ｍｍ線状焦点の範囲内であることを特徴とする、実施形態１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【０１４２】
実施形態２２
前記パルスレーザビームのパルスは、約１ｎｓｅｃ〜約５０ｎｓｅｃの間の範囲の時間で分離される少なくとも２パルスのバーストで生成され、前記バーストのバースト繰返し率は約１ｋＨｚ〜約６５０ｋＨｚの間の範囲内であることを特徴とする、実施形態１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【０１４３】
実施形態２３
前記少なくとも２つのパルスは、２０ｎｓｅｃプラスマイナス２ｎｓｅｃの時間で分離されることを特徴とする、実施形態２２に記載の方法。
【０１４４】
実施形態２４
前記パルスレーザビームの波長は、前記材料が前記波長を実質的に透過させるように選択されることを特徴とする、実施形態１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【０１４５】
実施形態２５
前記レーザビームの焦線の長さは、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの間の範囲内であることを特徴とする、実施形態１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【０１４６】
実施形態２６
前記レーザビームの焦線の長さは、約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの間の範囲内であることを特徴とする、実施形態２５に記載の方法。
【０１４７】
実施形態２７
前記レーザビームの焦線の平均スポット径は、約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの間の範囲内であることを特徴とする、実施形態１〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【０１４８】
実施形態２８
前記ダメージトラックの各々の直径は約５マイクロメートル以下であることを特徴とする、実施形態１〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【０１４９】
実施形態２９
隣接するダメージトラック間の間隔は５０マイクロメートル〜５００マイクメートルの間であることを特徴とする、実施形態１〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【０１５０】
実施形態３０
隣接するダメージトラック間の前記間隔は１０マイクロメートル〜５０マイクロメートルの間であることを特徴とする、実施形態２９に記載の方法。
【０１５１】
実施形態３１
前記材料と前記レーザビームを相互に関して並進させるステップは、レゾナントスキャニングミラースキャナを使って前記レーザビームを並進させるステップを含むことを特徴とする、実施形態１〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【０１５２】
実施形態３２
前記材料と前記レーザビームを相互に関して並進させるステップは、ガルバノメータミラースキャナを使って前記レーザビームを並進させるステップを含むことを特徴とする、実施形態１〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【０１５３】
実施形態３３
前記材料と前記レーザビームを相互に関して並進させるステップは、音響光学偏向器を使って前記レーザビームを並進させるステップを含むことを特徴とする、実施形態１〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【０１５４】
実施形態３４
前記ダメージトラックは、非周期的パターンで形成されることを特徴とする、実施形態１〜３３のいずれか１項に記載の方法。
【０１５５】
実施形態３５
前記貫通穴の内面を、導体で被覆して、前記貫通穴の上と下との間に電気的接続性を生成させるステップをさらに含むことを特徴とする、実施形態１〜３４のいずれか１項に記載の方法。
【０１５６】
実施形態３６
前記貫通穴の内面を、生体分子を付着させやすくするために被覆するステップをさらに含むことを特徴とする、実施形態１〜３５のいずれか１項に記載の方法。
【０１５７】
実施形態３７
前記貫通穴の直径は５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの間であることを特徴とする、実施形態１〜３６のいずれか１項に記載の方法。
【０１５８】
実施形態３８
前記複数の貫通穴の直径は２０μｍ以下であり、
隣接する貫通穴間の間隔は１０μｍ以上であり、
前記複数の貫通穴は、前記第一の面の開口と、前記第二の面の開口と、前記第一の面の前記開口と前記第二の面の前記開口との間にあるくびれ部と、を含み、
前記くびれ部の直径は、前記第一の面の前記開口または前記第二の面の前記開口の直径の少なくとも５０％であり、
前記第一の面の前記開口の直径と前記第二の面の前記開口の直径との差が３μｍ以下である
ことを特徴とする、実施形態１〜３７のいずれか１項に記載の方法。
【０１５９】
実施形態３９
実施形態１〜３８のいずれか１項に記載の方法により製造されることを特徴とする成形品。
【０１６０】
実施形態４０
複数のダメージトラックを有する基板を含むガラス成形品において、
前記ダメージトラックは、直径が５マイクロメートル未満であり、隣接する穴間の間隔が少なくとも２０マイクロメートルであり、アスペクト比が２０：１以上であることを特徴とするガラス成形品。
【０１６１】
実施形態４１
前記ダメージトラックの前記直径は１マイクロメートル未満であることを特徴とする、実施形態４０に記載のガラス成形品。
【０１６２】
実施形態４２
ガラス成形品において、
ガラス基板のスタックであって、前記スタックを通じて形成される複数の穴を有し、前記穴は前記ガラス基板の各々を通って延びるスタックを含み、
前記穴は、直径が約１マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの間であり、隣接する穴間の間隔が２５マイクロメートル〜１，０００マイクロメートルの間であることを特徴とするガラス成形品。
【０１６３】
実施形態４３
前記ガラス基板のうちの少なくとも２枚は１０マイクロメートルより大きいエアギャップにより分離されていることを特徴とする、実施形態４２に記載のガラス成形品。
【０１６４】
実施形態４４
実質的に透明な成形品において、
材料の多層スタックを含み、
前記材料は２００ｎｍ〜２０００ｎｍの間の波長を実質的に透過させ、
前記多層スタックは、前記スタックの前記多層を通じて形成された複数の穴を有し、
前記穴は、直径が１マイクロメートル〜１００マイクロメートルの間であり、穴間隔が２５マイクロメートル〜１０００マイクロメートルである
ことを特徴とする実質的に透明な成形品。
【０１６５】
実施形態４５
前記多層スタックは、
多層ガラス層および前記ガラス層間に挟まれた少なくとも１つのポリマ層または、
異なる組成の少なくとも２つのガラス層または、
少なくとも１つのガラス層および少なくとも１つの非ガラス無機層
からなることを特徴とする、実施形態４４に記載の実質的に透明な成形品。
【０１６６】
実施形態４６
材料中に貫通穴を形成する方法において、
パルスレーザビームをビーム伝搬方向に沿って向けられたレーザビーム焦線へと合焦させ、前記レーザビーム焦線を前記材料中に方向付けるステップによって前記材料中に複数のダメージトラックを形成するステップであって、前記ダメージトラックの直径が５μｍ以下であるステップと、
前記材料を酸溶液中でエッチングして、複数の欠陥線を拡張させて、前記材料中に複数の貫通穴を生成するステップであって、前記エッチングのチーレ数が２以下であるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【０１６７】
実施形態４７
前記材料は、３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させることを特徴とする、実施形態４６に記載の方法。
【０１６８】
実施形態４８
前記材料は、３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長の少なくとも７０％を透過させることができることを特徴とする、実施形態４６または４７に記載の方法。
【０１６９】
実施形態４９
エッチング中に前記酸溶液を機械的に攪拌するステップをさらに含むことを特徴とする、実施形態４６〜４８のいずれか１項に記載の方法。
【０１７０】
実施形態５０
前記複数の貫通穴は、直径が２０μｍ以下であり、隣接する貫通穴間の間隔が少なくとも１０マイクロメートルであることを特徴とする、実施形態４６〜４９のいずれか１項に記載の方法。
【０１７１】
実施形態５１
前記複数の貫通穴は、第一の表面の開口と、第二の表面の開口と、前記第一の表面の前記開口と前記第二の表面の前記開口との間にあるくびれ部と、を含み、
前記くびれ部の直径は、前記第一の表面の前記開口または前記第二の表面の前記開口の直径の少なくとも５０％であり、
前記第一の表面の前記開口の直径と前記第二の表面の前記開口の直径との差は３μｍ以下である
ことを特徴とする、実施形態５０に記載の方法。
【０１７２】
実施形態５２
前記酸溶液は表面活性剤を含むことを特徴とする、実施形態４６〜５１のいずれか１項に記載の方法。
【０１７３】
実施形態５３
成形品において、
基板であって、前記基板の第一の表面から前記基板の第二の表面へと連続的に延びる複数の貫通穴を有する基板を含み、
前記基板は３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させ、
前記複数の貫通穴の直径は２０μｍ以下であり、
隣接する貫通穴間の間隔は１０μｍ以上であり、
前記複数の貫通穴は、前記第一の表面の開口と、前記第二の表面の開口と、前記第一の表面の前記開口と前記第二の表面の前記開口との間にあるくびれ部と、を含み、
前記くびれ部の直径は前記第一の表面の前記開口または前記第二の表面の前記開口の直径の少なくとも５０％であり、
前記第一の表面の前記開口の直径と前記第二の表面の前記開口の直径との差は３μｍ以下である
ことを特徴とする成形品。
【０１７４】
実施形態５４
前記複数の貫通穴の直径は５μｍ超であることを特徴とする、実施形態５３に記載の成形品。
【０１７５】
実施形態５５
前記くびれ部の直径は、前記第一の表面の前記開口または前記第二の表面の前記開口の直径の少なくとも７０％であることを特徴とする、実施形態５３または５４に記載の成形品。
【０１７６】
実施形態５６
前記くびれ部の直径は、前記第一の表面の前記開口または前記第二の表面の前記開口の直径の少なくとも７５％であることを特徴とする、実施形態５３〜５５のいずれか１項に記載の成形品。
【０１７７】
実施形態５７
前記くびれ部の直径は、前記第一の表面の前記開口または前記第二の表面の前記開口の直径の少なくとも８０％であることを特徴とする、実施形態５３〜５６のいずれか１項に記載の成形品。
【０１７８】
実施形態５８
前記基板は溶融石英であることを特徴とする、実施形態５３〜５７のいずれか１項に記載の成形品。
【０１７９】
実施形態５９
前記基板はガラスであることを特徴とする、実施形態５３〜５７のいずれか１項に記載の成形品。
【０１８０】
実施形態６０
前記ガラスは化学的に強化されたガラスであることを特徴とする、実施形態５９に記載の成形品。
【０１８１】
実施形態６１
前記基板の厚さは１ｍｍ以下であることを特徴とする、実施形態５３〜６０のいずれか１項に記載の成形品。
【０１８２】
実施形態６２
前記基板の厚さは、２０μｍ〜２００μｍの範囲内であることを特徴とする、実施形態５３〜６１のいずれか１項に記載の成形品。
【０１８３】
実施形態６３
前記複数の貫通穴の密度は、５貫通穴／ｍｍ２〜５０貫通穴／ｍｍ２の範囲内であることを特徴とする、実施形態５３〜６２のいずれか１項に記載の成形品。
【０１８４】
実施形態６４
前記複数の貫通穴の直径は１５μｍ以下であることを特徴とする、実施形態５３〜６３のいずれか１項に記載の成形品。
【０１８５】
実施形態６５
前記複数の貫通穴の直径は１０μｍ以下であることを特徴とする、実施形態５３〜６４のいずれか１項に記載の成形品。
【０１８６】
実施形態６６
前記複数の貫通穴のアスペクト比は５：１〜２０：１の範囲内であることを特徴とする、実施形態５３〜６５のいずれか１項に記載の成形品。
【０１８７】
実施形態６７
前記複数の貫通穴は導電材料を含むことを特徴とする、実施形態５３〜６６のいずれか１項に記載の成形品。
【図１】
2020196665.tif 000004
【図２Ａ】
2020196665.tif 000005
【図２Ｂ】
2020196665.tif 000006
【図３Ａ】
2020196665.tif 000007
【図３Ｂ−１】
2020196665.tif 000008
【図３Ｂ−２】
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【図３Ｂ−３】
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【図３Ｂ−４】
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【図４】
2020196665.tif 000012
【図５Ａ】
2020196665.tif 000013
【図５Ｂ】
2020196665.tif 000014
【図６】
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【図７Ａ】
2020196665.tif 000016
【図７Ｂ】
2020196665.tif 000017
【図８】
2020196665.tif 000018
【図９】
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【図１０】
2020196665.tif 000020
【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
2020196665.tif 000026
【図１６】
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【図１７Ａ】
2020196665.tif 000028
【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
2020196665.tif 000032
【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２１Ｅ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３２Ｃ】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３３Ｃ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３６Ｃ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３７Ｃ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３８Ｃ】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図３９Ｃ】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４０Ｃ】
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【図４１Ａ】
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【図４１Ｂ】
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【図４１Ｃ】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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【図４２Ｃ】
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【図４３Ａ】
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【図４３Ｂ】
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【図４３Ｃ】
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【図４４Ａ】
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【図４４Ｂ】
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【図４４Ｃ】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４５Ｃ】
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【図４６Ａ】
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【図４６Ｂ】
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【図４６Ｃ】
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【図４７Ａ】
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【図４７Ｂ】
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【図４７Ｃ】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２Ａ】
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【図５２Ｂ】
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【図５３】
2020196665.tif 000131
【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年9月24日(2020.9.24)
【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】
成形品において、
基板であって、前記基板の第一の表面から前記基板の第二の表面へと連続的に延びる複数のビア貫通穴を有する基板を含み、
前記基板は３９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の少なくとも１つの波長を透過させ、
前記複数のビア貫通穴の直径は２０μｍ以下であり、
隣接するビア貫通穴間の間隔は１０μｍ以上であり、
前記複数のビア貫通穴は、前記第一の表面の開口と、前記第二の表面の開口と、前記第一の表面の前記開口と前記第二の表面の前記開口との間にあるくびれ部と、を含み、
前記くびれ部の直径は前記第一の表面の前記開口または前記第二の表面の前記開口の直径の少なくとも５０％であり、
前記第一の表面の前記開口の直径と前記第二の表面の前記開口の直径との差は３μｍ以下である
ことを特徴とする成形品。
【請求項２】
前記複数のビア貫通穴の直径は５μｍ超であることを特徴とする、請求項１に記載の成形品。
【請求項３】
前記くびれ部の直径は、前記第一の表面の前記開口または前記第二の表面の前記開口の直径の少なくとも７０％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の成形品。
【請求項４】
前記複数のビア貫通穴の密度は、５貫通穴／ｍｍ２〜５０貫通穴／ｍｍ２の範囲内であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の成形品。
【請求項５】
前記複数のビア貫通穴のアスペクト比は５：１〜２０：１の範囲内であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の成形品。
【請求項６】
前記複数のビア貫通穴は導電材料を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の成形品。