(57)【要約】  本出願は、ガラス又はガラス状材料及び半導体の薄いワーク１内に多数の孔１２を作る方法及び装置に関する。多くの場合、レーザービーム４１を、１６００ｎｍ〜２００ｎｍの波長範囲内で、またいずれの場合にもフィラメント状のチャネル１１に沿ってワーク材料１の局所的な非熱破壊をもたらす放射強度によって、ワーク１の所定の穿孔箇所１０上に方向付ける。その後、フィラメント状のチャネル１１を孔１２の所望の直径まで拡大する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス、特にガラス状材料、ガラスセラミック及び半導体の薄板及び基板の形態のワーク（１）内に多数の孔（１２）を作製する方法であって、
ａ）穿孔される前記ワーク（１）を準備するステップと、
ｂ）マルチレーザービームアレイ（４）を前記ワーク（１）の所定の穿孔箇所（１０）に位置合わせするステップと、
ｃ）集束されたレーザーパルス（４１）を発射させるステップであって、該レーザーパルスは、前記ワーク材料（１）が少なくとも部分的に透明である３０００ｎｍ〜２００ｎｍの波長範囲内にあるとともに、それぞれのフィラメント状のチャネル（１１）に沿って前記ワーク材料（１）の局所的な非熱破壊を引き起こす放射強度を有する、集束されたレーザーパルスを発射させるステップと、
ｄ）前記フィラメント状のチャネル（１１）を前記孔（１２）の前記所望の直径まで拡大するステップと、
を含む、ガラス、特にガラス状材料、ガラスセラミック及び半導体の薄板及び基板の形態のワーク内に多数の孔を作製する方法。
【請求項２】
ステップｄ）において、高電圧電界をそれぞれの前記所定の穿孔箇所において発生させて、前記所定の穿孔箇所においてそれぞれの誘電破壊を引き起こし、その結果として所望のサイズ及び構成の孔（１２）をもたらす、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ワーク（１）の前記表面から開始して、局所的に厳密に限定される導電性領域を、前記所定の穿孔箇所（１０）において作製し、
ステップｄ）において、前記そのように作製された導電性領域は、電熱絶縁破壊及び前記孔（１２）の形成を引き起こす、供給される高周波エネルギーのための微小アンテナとして用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記導電性領域は、局所イオン化とプラズマの発生とによって作製される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記導電性領域は、導電性であるか又はエネルギー入力によって導電性になる局所的に印刷された材料によって形成される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
或るＰｂＯ含有量又はＢｉＯ含有量を有するペーストがＳｉＮ層上に印刷され、該ペーストは集束されたレーザーパルスによって照射されると互いに反応して前記ＳｉＮ層を溶かし、したがって、前記ワークの前記穿孔箇所において金属であるＰｂ又はＢｉをもたらす、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記導電性領域は、放射線を吸収し、それによって有効になるインクによって形成される、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記導電性領域は、前記ワーク（１）内に導入される吸収剤又は散乱中心によって形成される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
ピコ秒〜ナノ秒の範囲内のパルス持続時間を有する固体レーザーの放射を用いて前記フィラメント状のチャネル（１１）を作製する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
２５０μｍの波長を有するＫｒＦレーザー、又は２０９μｍの波長を有するＫｒＢｒレーザーを用いてプラズマを生み出す、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｄ）において、近赤外範囲又は可視放射範囲内のレーザーが、前記穿孔されるワーク（１）の均一的な深部加熱に用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記穿孔されるワーク（１）は光吸収性物質を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ステップｄ）において、反応性ガスを用いて前記孔（１２）の形成を促進する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
ワーク（１）内に多数の孔（１２）のパターンを生成するとともに、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実行する装置であって、
前記ワーク（１）を受け入れる処理加工スペース（２３）を包囲する板状電極ホルダー（２６）及び板状対電極ホルダー（３７）と、
前記ワーク（１）を前記処理加工スペース（２３）内に正確に位置決めするためのワークホルダー（５）と、
前記ワーク（１）の所定の穿孔箇所（１０）の前記パターンに一致する所定のピッチに従ってそれぞれのレーザービーム（４１）を放出するマルチレーザー（４０）のアレイ（４）であって、各レーザービームは、前記電極ホルダー（２６）内の１つの開口部（２０）及び前記ワーク（１）内の１つの穿孔箇所（１０）に関連付けられる、マルチレーザーのアレイと、
を備え、
少なくとも前記電極ホルダー（２６）は、前記ワーク（１）の前記所定の穿孔箇所（１０）と一致する前記所定のピッチの開口部（２０）を有し、
前記電極ホルダー（２６）は電極（６）を備え、前記対電極ホルダー（３７）は対電極（７）を備え、
前記レーザー（４０）を、特定の時点でオンに切り替えて前記レーザービーム（４１）を放出することができ、
前記レーザー（４０）は、穿孔される前記ワーク（１）がフィラメント状のチャネル（１１）に沿う非熱破壊を受けるような強度の３０００ｎｍ〜２００ｎｍの波長範囲内の放射線（４１）を放出することができ、
前記電極（６）及び前記対電極（７）を後でオンに切り替えて高電圧フラッシュオーバーを引き起こし、前記ワーク（１）内に前記孔（１２）を作製する、ワーク内に多数の孔のパターンを生成するとともに、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実行する装置。
【請求項１５】
複数の個々の電極（６）は、前記電極ホルダー（２６）の各開口部（２０）の回りに対称的に配置され、前記個々の電極（６）には、対応する対向した個々の対電極（７）が関連付けられており、各開口部（２０）の回りに対称的に配置された前記個々の電極（６）は、輪番でかつ前記個々の対電極（７）に対して交互式のパターンによって高電圧を受けることができる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
チャネルシステム（２２、３３）が、前記処理加工スペース（２３）と連通しており、反応性ガス及びパージガスを導入して前記孔（１２）の形成を促進するとともに反応性ガス及びパージガスを除去することと、反応生成物を排出することとを可能にする、請求項１４又は１５に記載の装置。
【請求項１７】
ワーク（１）内に多数の孔（１２）のパターンを生成するとともに、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実行する装置であって、
前記ワーク（１）を受け入れる処理加工スペース（２３）を包囲する板状の高周波電極（２）及び板状の高周波対電極（３）と、
前記ワーク（１）を前記処理加工スペース（２３）内に正確に位置決めするためのワークホルダー（５）と、
前記ワーク（１）の所定の穿孔箇所（１０）の前記パターンに一致する所定のピッチに従ってそれぞれのレーザービーム（４１）を放出するマルチレーザー（４０）のアレイ（４）であって、各レーザービームは、前記電極ホルダー（２６）内の１つの開口部（２０）及び前記ワーク（１）内の１つの穿孔箇所（１０）に関連付けられる、マルチレーザーのアレイと、
を備え、
少なくとも前記高周波電極（２）は、前記ワーク（１）の前記所定の穿孔箇所（１０）と一致する前記所定のピッチの開口部（２０）を有し、
前記レーザー（４０）は、３０００ｎｍ〜２００ｎｍの波長範囲内にあり、かつ穿孔される前記ワーク（１）がフィラメント状のチャネル（１１）に沿う非熱破壊を受けるような強度を有する放射線（４１）を放出することができ、
前記レーザー（４０）を、特定の時点でオンに切り替えてレーザービーム（４１）を放出し、前記パターンに従って前記所定の穿孔箇所（１０）において厳密に限定される局所的な導電性領域の形成を提供することができ、
前記電極及び対電極の対（２、３）に高周波エネルギーを供給して、前記高周波エネルギーを導電性領域の前記パターンに印加し、したがって前記ワーク（１）内の所定の箇所（１０）に孔（１２）を作製することができる、ワーク内に多数の孔のパターンを生成するとともに、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実行する装置。
【請求項１８】
板状の高周波電極（２、３）の双方は、互いに位置合わせされるとともに、腐食した穿孔材料を除去するためにガス供給チャネル（２２）及び排出チャネル（３３）に接続されている開口部（２０、３０）を有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ワークホルダー（５）は、前記ワーク（１）が、座標の観点で非常に細かいステップで調整することを可能にし、前記所定の穿孔箇所（１０）に従って、レーザー（４０）の前記マルチアレイ（４）に対する様々な所望の位置に前記ワーク（１）を位置決めする、請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
７００ｐｐｍ未満のアルカリ含有量を有するガラス製のベース基板を含むガラスインターポーザーであって、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法に従って作製される孔と、２０μｍ〜４５０μｍに及ぶ孔サイズとを有する、７００ｐｐｍ未満のアルカリ含有量を有するガラス製のベース基板を含むガラスインターポーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス及びガラス状材料並びに半導体の薄板及び基板の形態のワーク内に多数の孔を形成する方法に関し、さらに、該方法を実行する装置とそのような方法によって製造される製品とに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的に発生させたスパークによるプラスチックフィルムの穿孔が特許文献１から知られている。電極及び対電極の複数の対が設けられており、これらの対間にはプラスチックフィルムがガイドされており、これらの対間を横切って高電圧エネルギーが放電される。そのフィルムは水浴に通され、この水浴の温度は、穿孔のサイズを制御するのに用いられる。
【０００３】
プラスチックフィルムに孔を開ける（producing pores）ための別の方法が、特許文献２から知られている。プラスチックフィルムが間に介装された状態でパルスシーケンスを電極対間に発生させて、第１のパルスは穿孔箇所においてプラスチックフィルムを加熱するための役割を果たし、更なるパルスは穿孔を形成するとともにそれを成形するための役割を果たす。
【０００４】
特許文献３から、電気的手段による不導体ワークの処理が、ワークを切断するか又はワークを溶接するという点で知られている。レーザー光線が、露光中に移動されるワーク上に方向付けられ、２つの電極を用いて高電圧が加熱ゾーンに印加されてワークを加工処理するための役割を果たすアークが形成される。ワークは、切断中に制御を受けながら燃焼するか、又はガラスの切断と同様に、温度とともにワークの導電性が増加する。ワークが溶接される場合、反応性ガス又は不活性ガスの流れが付加的に加熱ゾーンに方向付けられて、ワーク又は電極又は融剤のいずれかと反応する。このようにして、ガラス、紙、布、厚紙、革、プラスチック、セラミック及び半導体を切断することができるか、又はガラス及びプラスチックを溶接することができ、ゴムを硫化することができ、また合成樹脂を熱硬化させることができる。しかしながら、この装置はその性質により、ワーク内に細い孔を形成することを可能にするには使いにくいものである。
【０００５】
特許文献４より、電気絶縁性基板の領域内に、或る構造、好ましくは孔又はキャビティ又はチャネルを形成する方法が知られており、この方法では、好ましくは熱の形態の、またレーザービームによるエネルギーを基板又は領域に供給し、また電圧をその領域に印加して誘電破壊をその領域にもたらす。このプロセスは、フィードバック機構を用いて制御される。細い個々の孔を次々に作製することは可能であるが、複数の電極対を同時に利用することは不可能である。この理由は、並列の高圧電極は相互に影響し合い、１つの絶縁破壊が電流全体を引き寄せるためである。
【０００６】
特許文献５より、電気絶縁性基板の領域内に、或る構造、詳細には孔又はキャビティ又はチャネル又はリセスを形成する方法が知られており、この方法では、蓄積された電気エネルギーをその領域を横切って放電させ、更なるエネルギー、好ましくは熱を基板又はその領域に供給してその基板又はその領域の導電率を上げ、したがって電流フローを開始し、電流フローのエネルギーが基板内で散逸され、すなわち熱に変換され、この場合電気エネルギーの散逸率は、電流・電力変調素子（current and power modulating element）によって制御される。複数の孔を同時に作製する装置は開示されていない。
【０００７】
特許文献６は、電気絶縁性基板又は半導電性基板の第１の領域内に誘電特性及び／又は光学特性の変化を導入する方法を開示しており、基板温度の一時的な上昇に起因して不可逆的に変更される光学特性又は誘電特性を有する基板は、任意選択的に導電層又は半導電層又は電気絶縁層を有しており、電気エネルギーが電圧源から第１の領域へ供給されて、第１の領域からの材料の放出を引き起こすことなく第１の領域の部分又は全てを著しく加熱するか又は溶解させ、さらに、任意選択的に、付加的なエネルギーが供給されて、局所的な熱を生成するとともに第１の領域の位置を規定する。電気エネルギーの散逸は基板内の電流フローの形態で現れる。電気エネルギーの散逸は、電流・電力変調素子によって制御される。この方法によってもたらされる基板表面における変化はまた、パラフィンの絶縁層又はホットメルト接着剤が設けられたホウケイ酸ガラス基板又はシリコン基板内に作製される孔を含む。また、孔は、シリコン、ジルコニア、サファイア、リン化インジウム又はガリウムヒ素内に作製される。放電プロセスは、部分的に、１０．６μｍの波長におけるレーザービーム照射（ＣＯ２レーザー）によって開始された。孔のグリッドも開示されているが、それらの孔は比較的大きな間隔を有している。複数の孔を同時に作製する装置は開示されていない。
【０００８】
特許文献７から、透明材料内部にフィラメント状のチャネルを形成することと、そのフィラメントを透明材料の底部まで下に延ばすこととが知られている。これによって、ガラス等の透明材料内に微細構造を効率的かつ精度よく作製することができる。
【０００９】
特許文献８は、有機重合体、ガラス材料又はセラミック材料の箔からなり、漏斗状に先細になる規定された大きさの孔（pores）を有する平形膜を記載しており、それらの孔は、ワークに対して開口マスクを照射することによってレーザー光を用いて作製される。したがって、各レーザービームはワーク内の複数の孔に関連付けられる。
【００１０】
したがって、適切な周波数又はパルス波形の高電圧電界を用いて誘電材料の箔及び薄板を穿孔する方法が従来技術から明らかである。材料の局所加熱によって、穿孔される箇所における絶縁耐力が減少し、そのため、印加される電界強度は、電流が材料を横切って流れるようにするのに十分なものである。ガラス、ガラスセラミック及び半導体に（また多くのプラスチックにも）当てはまるように、材料が温度とともに導電率の十分に大きな上昇を呈する場合、その結果として、材料内の穿孔チャネルの「電熱自己収束（electro-thermal self-focusing）」をもたらす。穿孔材料がより熱くなるにつれて、電流密度は、材料が蒸発して穿孔が「開けられる（blown open）」まで増大する。しかしながら、穿孔は誘電破壊に基づいているため、絶縁破壊の所望の位置に正確に一致させることは難しい。既知のように、閃光は非常に不規則な経路を辿る。
【００１１】
ＣＰＵチップは、その底面上の狭い面積にわたって分布している数百の接触点を有する。接触点への供給ラインを作製するために、薄板（１ｍｍ未満）すなわち、「インターポーザー」と称されるエポキシ材料でコーティングされたガラス繊維マットが用いられ、供給ラインがこのガラス繊維マット内を延びる。このために、数百の孔がインターポーザー内に配置されて導電材料によって充填される。通常の孔サイズは、孔ごとに２５０μｍ〜４５０μｍに及ぶ。ＣＰＵチップとインターポーザーとの間で長さにおいて一切の変化があるべきではない。したがって、インターポーザーは、チップの半導体材料の熱膨張挙動と同様の熱膨張挙動を呈するべきであるが、これまでに使用されたインターポーザーに関してはこの限りではない。
【００１２】
同様に従来技術に欠けていることは、１２０μｍ〜４００μｍに及ぶ孔間間隔を有する互いに隣接した多数の細い孔を産業規模で、電熱穿孔プロセスを用いて作製することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第４，７７７，３３８号
【特許文献２】米国特許第６，３４８，６７５号
【特許文献３】米国特許第４，３９０，７７４号
【特許文献４】国際公開第２００５／０９７４３９号
【特許文献５】国際公開第２００９／０５９７８６号
【特許文献６】国際公開第２００９／０７４３３８号
【特許文献７】特開２００６−２３９７１８号
【特許文献８】独国特許出願公開第３７４２７７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、以下の要件のうちの１つ又は複数を満たす必要がある場合に、ガラス及びガラス状材料及び半導体の薄板（１ｍｍ以下）及び基板の形態のワーク内に多数の孔を作製する方法及び装置を提供することである：
−孔を正確に（±２０μｍ）位置決めすることが可能である必要がある。
−厳密な孔間公差を有する多くの（１０個〜１００００個の）小さな孔をワーク毎に作製することが可能である必要がある。
−狭い孔間間隔（３０μｍ〜１０００μｍ）を有する孔を作製することが可能である必要がある。
−孔は、産業規模ですなわちワーク毎の多くの微細孔を同時に作製可能である必要がある。
【００１５】
詳細には、以下の特性を有する「ガラスインターポーザー」を作製することが可能であるものとする：
−それらのガラスインターポーザーは、２０μｍ〜４５０μｍ、好ましくは５０μｍ〜１２０μｍの孔径と、１〜１０のアスペクト比（孔径に対するガラス厚さの比率）とを有する孔パターンを有する。
−孔の個数は、１０００個〜５０００個の間で変動する。
−孔の中心間距離は、１２０μｍ〜４００μｍに及ぶ。
−孔の形状は理想的には円筒形ではなく、むしろ孔の入口及び出口の縁が丸い。
−５μｍ以下のビード（bead）高さを有する、孔の縁の回りのビードを任意選択的に認めることができる。
−孔の壁は滑らか（ファイアポリッシュ）である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による方法は２つのステップで実行される。第１に、それぞれのフィラメント状のチャネルに沿って基板内の非熱破壊を誘導するために、レーザービームを所定の穿孔箇所に方向付けることによって、穿孔されるワーク内に孔を「準備する」。材料の透明度に起因して、レーザービームが材料内へと突き抜け、また、放射強度が非常に高い場合、材料はレーザーの高い電界強度によって非電熱方式で局所的に破壊される。この効果は、透明材料における光学的自己集束によって強化される。したがって、直線状の非常に細い破壊チャネルが作製される。これは孔の正確な位置決めを可能にする。破壊が非常に細いチャネルに沿って広がるため、作製プロセスの相互干渉を伴わずに互いに対して近い間隔を有するそのようなフィラメント状のチャネルを作製することが可能である。
【００１７】
第２のステップでは、フィラメント状のチャネルを所望の孔径まで拡大する。原理上、これを既知の手順に基づいて達成することができるが、革新的な手順を採用してフィラメント状のチャネルを所望の孔径まで拡大することを達成することも可能である。
【００１８】
本発明の実施の形態によれば、薄板材料又は基板材料の表面から開始して、局所的に限定される導電性領域を所定の穿孔箇所において作製し、それらの導電性領域を高電圧絶縁破壊のための微小電極として又は供給される高周波エネルギーのための微小アンテナとして用いて、電熱絶縁破壊、したがって所望の孔の形成を引き起こす。イオン化を発生させることと、プラズマを形成することとによって、局所的に限定される導電性領域を作製することができる。
【００１９】
本質的に導電性であるか又はエネルギー入力によって導電性になる、局所的に印刷される材料によって、導電性領域を同様に作製することもできる。
【００２０】
導電性領域を熱伝導によって有効化することも可能であり、そのような場合、放射吸収インクを所定の穿孔箇所に対して印刷することができる。
【００２１】
本発明は、上記穿孔方法を実行する装置にも関する。マルチレーザーのアレイが、所定のピッチ（pitch：位置間隔）に従ってそれぞれのレーザービームを放出するために設けられている。ワークホルダーが、穿孔される薄板材料又は基板材料をレーザービームの方向に対して横断して支持し、マルチレーザーアレイに対するワークの横断方向移動及び固定を可能にする。レーザーは、３０００ｎｍ〜２００ｎｍの波長範囲内で有効なものであり、このとき、薄板材料又は基板材料は、それぞれのレーザービームが材料内へ突き抜ける程度に少なくとも部分的に透明である。材料が非熱方式で局所的に破壊されるように著しい放射強度を達成するパルスレーザーが用いられる。材料内に導入される吸収剤／散乱中心は、局所的に厳密に限定されるこの破壊の効果を促進する。
【００２２】
フィラメント状のチャネルが形成されると、それらのチャネルを所望の孔径まで拡大するための２つの方法があり、これらの方法は組み合わせることもできる：
１．形成される穿孔壁に沿った化学効果を組み合わせることによって任意選択的に促進される、高周波エネルギーを用いること、並びにフィラメント状のチャネルに沿って材料を加熱すること及びその材料を溶解／蒸発させることによる方法。
２．腐食した材料の化学的除去／物理的除去を任意選択的に伴う、高電圧によって引き起こされるフィラメント状のチャネルに沿った電熱絶縁破壊による方法。
【００２３】
フィラメント状のチャネルを所望の均一の孔へと拡大するために、相互に対向した関係にあるフィラメント状のチャネルの付近に配置される高圧電極を用いることができる。そこで、材料の絶縁破壊電界強度が弱まり、そのため、印加される高電圧によって引き起こされた電流が流れ、これによりフィラメント状のチャネルに沿った材料の加熱が引き起こされ、これはさらに、影響を受けた材料の導電率を局所的に上昇させ、フィラメント状のチャネルの領域における更により高度な（higher）電流フローと加熱という結果を伴う。これは、最終的に穿孔材料の蒸発とワーク内での所望の孔の形成とをもたらす。丸み及び均一性に関してワーク内の孔又は穿孔の質を高めるために、電極ホルダーの各穿孔の回りに対称的に配置されている高圧電極を、輪番かつ対電極に対して交互式のパターンでオンに切り替える。これは電極の摩耗の進行を遅らせ、またその摩耗を一定にし、そのため、均一な形状の孔を薄板材料又は基板材料において長期的に見込むことができる。
【００２４】
孔を開ける（clear）のに高圧スパークを用いる代わりに、高周波エネルギーを用いてフィラメント状のチャネルにおける材料を局所的に加熱することができる。実際に、レーザービームは所定の穿孔箇所において形成されるプラズマを提供することができ、このプラズマは、供給される高周波エネルギーのための微小アンテナとして用いることができる。板状形状の電極及び対電極を設けることによって、またそれらの電極を高周波によって励起することによって、電熱エネルギーを、同時にかつレーザービームのパターンに関連付けられる薄板材料又は基板材料の全ての穿孔箇所に対する相互干渉を伴わずに供給して、電流フローの増加と蒸発を伴う穿孔材料の加熱と、最終的にはワーク内での孔の所望の形成とを達成することができる。
【００２５】
フィラメント状のチャネルの生成及びその拡大を様々な装置部分において達成することができるが、組み合わせたシステムを用いることも可能である。
【００２６】
組み合わせたシステムが、
所定のピッチに従ってそれぞれのレーザービームを放出するマルチレーザーアレイと、
そのピッチに対応する開口部を有する板状の高周波電極と、
そのピッチに対応する開口部を有する板状の高周波対電極と、
高周波電極間の処理加工スペース内で穿孔される薄板材料又は基板材料を移動させて固定するワークホルダーと、
反応性ガス及びパージガスを材料内に形成される孔に供給する供給チャネル、及び反応生成物を除去するための排出チャネルと、
を備えることができる。
【００２７】
別の組み合わせたシステムも同様に、所定のピッチに従ってレーザービームを放出するように配置されているマルチレーザーのアレイを備えることができる。
【００２８】
板状電極ホルダーは、薄板材料又は基板材料の所定の穿孔箇所に一致する所定のピッチの開口部を有する。高圧電極は、電極ホルダーの各穿孔の回りに対称的に配置されている。対電極ホルダーが、電極ホルダーから距離をおいて中間スペースを形成するように配置されており、電極に対向した位置に対電極を有する。ワークホルダーが、穿孔される薄板材料又は基板材料を電極と対電極との間の中間スペース内に支持する。レーザーを特定の時点でオンに切り替えて、レーザービームを放出し、所定のピッチに従ってフィラメント状のチャネルを薄板材料又は基板材料内に作製することができる。その後で、電極及び対電極をオンに切り替えて、高電圧フラッシュオーバーを引き起こし、薄板材料又は基板材料内に孔を作製することができる。
【００２９】
いずれの基本的な手順においても、ワーク内の所定の穿孔箇所のパターンを、それぞれのレーザービームのアレイよりも大きくすることができる。そのような場合、ワークに対してアレイを複数回移動させることによって穿孔パターンを作製することができる。このようにして、マルチアレイにおけるレーザーは孔間隔に対応するほど隙間なく詰まって（packed）はいないが、複数の孔を近い間隔を空けて作製することができる。
【００３０】
ここで、本発明の例示的な実施形態を図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】高圧スパークを用いて薄板及び基板内に微細孔を作製する第１の実施形態を示す図である。
【図２】高周波エネルギー入力を用いて微細孔を作製する装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、ガラス材料、ガラスセラミック材料又は半導体材料の薄板状ワーク１に微細孔を作製する装置の概略図である。このワークは、上側板状電極ホルダー２６と下側板状電極ホルダー３７との間の処理加工スペース２３内に導入されている。電極ホルダー２６の上方には、レーザー４０のアレイ４が設けられている。ワーク１は、電極ホルダー２６及び３７の間の処理加工スペース２３内にワーク１を非常に細かいステップ（step：目盛り）で調整することを可能にするワークホルダー５によって支持されている。電極ホルダー２６は、レーザー４０のそれぞれのビーム４１と位置合わせされる開口部２０を有する。電極６が開口部２０のそれぞれの回りに円形に分散した状態で配置されており、この電極は１つ又は複数の独立した高電圧源８を介して対電極７に接続されている。ワーク１は、穿孔１２が作製される、多数の意図される穿孔箇所１０を有する。電極ホルダー２６内の開口部２０は、穿孔箇所１０のパターンに整合するピッチを有する、すなわち穿孔箇所１０のパターンは開口部２０のピッチの倍数（multiple）である。
【００３３】
レーザー４０として、３０００ｎｍ〜２００ｎｍの波長範囲内のレーザー、詳細には少なくとも部分的に透明であるワーク１のそれぞれの材料に適合するレーザーが用いられる。レーザーの波長範囲は、ワーク材料の透明度の範囲内に入る。したがって、レーザー放射線４１がワーク材料内へと深く突き抜けることができ、表面では吸収されない。材料がレーザーの高い電界強度によって非熱方式で破壊されるほど強いビーム焦点の放射強度を有する、短いパルス持続時間を有するパルスレーザーが用いられる。その効果は、透明材料における光自己集束による自己強化（self-intensifying）である。したがって、破壊された材料の非常に細いフィラメント状のチャネル１１がワーク１内に形成される。そのようなフィラメント状のチャネル１１を生成するのに好適なレーザーは、１０６４ｎｍの放射波長とピコ秒〜ナノ秒範囲内のパルス持続時間とを有するＮｄ：ＹＡＧレーザーである。他の好適なレーザーは、９８０ｎｍのＹｂ：ＹＡＧ、１０５５ｎｍ若しくは約３０００ｎｍのＥｒ：ＹＡＧ、又は１３００ｎｍ〜１４００ｎｍのＰｒ：ＹＡＧ若しくはＴｍ：ＹＡＧを含む。部分的には、周波数の２倍化又は３倍化を、これらのレーザーを用いて達成することができる。
【００３４】
フィラメント状のチャネル１１の形成を、ワーク材料１における天然の又は人工的に導入された吸収剤又は散乱中心によって、特にこのワーク材料がガラスである場合に増進することができる。結合水を吸収剤として用いることができる。用いることができる吸収元素は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂの活性希土類元素イオン等の狭帯域吸収性レーザー活性元素を含む。遷移金属イオン、例えばＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ等の広帯域吸収元素も有用である。これらのレーザー及び吸収元素は、互いに対して適合している。ごく僅かな量の適切な吸収剤しか必要ではない。
【００３５】
フィラメント状のチャネル１１が作製されると、穿孔又は孔１２が形成される。これは、図１に示される特定の装置の場合、高電圧を電極６及び７に印加することによって達成される。これらの電極は、それぞれのビーム方向４１の回りに対称的に分散して配置されており、好ましくはいずれの場合にも３つの電極を含む。上側電極６は輪番でオンに切り換えられ、その一方で下側電極７はランダムなパターン又はプログラムに従ってオン及びオフに切り替えられるが、高電圧動作中のいかなる時点においても上側電極のうちの１つ及び下側電極のうちの１つがオンに切り換えられるような方式でオン及びオフに切り替えられる。スパークはフィラメント状のチャネル１１に沿った最小抵抗の経路を流れ、導入された熱は電気抵抗を減少させ、電流密度は増大し、また加熱は穿孔材料の蒸発を引き起こす。交互に駆動される個々の電極を用いた動作によって、孔１２が薄板の平面に対して垂直に形成されることと、優れた軸対称性が達成されることとが確実になる。孔１２の壁は大部分が円筒形に沿うものである。さらに、高応力下の電極６、７の耐用年数の延長を見込むことができる。
【００３６】
蒸発した穿孔材料を処理加工スペース２３から吸い出すことができるが、これに関しては更に詳細に示さない。このために、反応性ガスを用いて気相の蒸気を搬送するとともに望ましくない場所における材料の落下を大きく回避することができる。
【００３７】
図２は、ワーク１に複数の孔１２を作製するための別の装置を示す。ワーク１は、２つの板状の高周波電極２、３間の処理加工スペース２３内に配置されている。これらの電極は或るパターンを形成する相互に位置合わせされた開口部２０、３０を有する。複数のレーザー４０は、放出されたビーム４１が開口部２０及び３０に位置合わせされるように同じパターンの複数アレイ４内に配置されている。ワーク１は、正確な座標ベースの移動を可能にするワークホルダー５内に位置している。このようにして、ワーク１の所定の穿孔箇所１０を、移動によってマルチアレイ４に対して調整することができる。平板電極２、３に高周波発生器９から適切な高周波電圧を供給することができる。導管及びチャネルのシステム２２、３３によって、反応性ガス及びパージガスを開口部２０、３０を通じて電極２、３間の処理加工スペース２３内へ給送することと、反応生成物及びパージガス、並びに蒸発した穿孔材料を排出することとが可能になる。
【００３８】
装置の動作は以下の通りである： 
ワーク１を、特定の所定の穿孔箇所１０が開口部２０、３０に位置合わせされるように適所に配置する。次いで、レーザー４０をオンに切り替えてフィラメント状のチャネル１１に沿って非熱破壊を引き起こす。同時に、プラズマをビーム４１の衝突地点に発生させる。このプラズマは、放射された高周波エネルギー用の局所的なアンテナとしての機能を果たす、或る種の導電性スポットである。そのような高周波エネルギーを高周波発生器９をオンに切り替えることによって発生させ、これにより、フィラメント状のチャネル１１に沿って材料１の加熱を引き起こす。
【００３９】
さらに、導入された電気エネルギーは、チャネルに沿って電流を引き起こし、この電流は、温度の上昇とともに増加し、最終的には穿孔材料の蒸発を引き起こす。反応性ガスを導入することによって、孔の形成を増進及び改善することができる。そのような反応性ガスを、供給ライン２２及び開口部２０を介して加熱される領域に供給する。反応生成物を開口部３０及びチャネル３３を通じて排出する。パージガスはワーク１の洗浄を提供する。
【００４０】
意図される孔パターン１０がレーザービーム４１のピッチよりも近いピッチを有する場合、材料１を移動させて、上述のプロセスを繰り返す。これは全ての所定の穿孔箇所１０が処理加工されるまで続く。孔径に対する孔長さの大きな比率、いわゆるアスペクト比を有する細い孔を作製することが可能である。孔の入口及び出口には鋭角が一切ない。
【００４１】
上述の装置に対して変更を加えることができる。例えば、フィラメント状のチャネル１１を別個の装置において作製することができ、その後で別の装置において孔１２を作製することができる。薄板材料又は基板材料１を、意図される穿孔箇所１０に関して準備することも可能である。材料を、意図される穿孔箇所において、放射吸収インクで印刷することができる。これは材料１の局所加熱を促進し、したがって電熱加熱がこれらの箇所から開始して広がり、結果として１２をもたらす。この局所加熱のために、レーザーの代わりに従来の放射線源を同様に用いることができる。これは、フィラメント状のチャネル１１及び孔１２の別々の作製が考慮される場合に特に検討される。さらに、レーザーよりも安価でありかつ維持しやすいそのような従来の放射線源は、材料１の広い面積を均一に照射することを可能にする。穿孔される材料１が吸収性を有するスペクトル範囲を放出される放射線から除去することが可能である。又は、穿孔される材料１が透明である狭いスペクトル帯内でしか放出しない従来の放射線源が用いられる。これらの場合、選択的吸収剤を印刷用インクに加えることができる。さらに、印刷用インクを乾燥させる必要はない。なぜなら、いずれにせよ照射に起因して印刷用インクは乾燥するためである。セラミックカラー（吸収剤及び低有機結合剤を含むガラスフリット）も穿孔箇所１０にマークを付けるのに有用である。
【００４２】
穿孔される箇所１０にマークを付けるのに、導電性ペーストを塗布することも同様に有用である。このペーストは、局所的な電極としての機能を果たし、すなわち電極２、３からの電界がこれらの局所的な電極に特に強力に結合し、かつそれらの電極の局所的環境において特に高い電界を引き起こし、そのため、電熱加熱が好ましくはこの領域で生じる。ここでも同様に、ペーストは乾燥させる必要がない。このペーストはまた、金属粒子を含有することもできるし、熱プロセス及び化学プロセスに起因して金属粒子を放出することもできる。
【００４３】
ＳｉＮでコーティングされている太陽電池に関して、或る含有量のＰｂＯ又はＢｉＯを有するガラスフリットベースのペーストが特に有利に用いられる。なぜなら、ＰｂＯ及びＢｉＯは、加熱されると電気絶縁性ＳｉＮ層と化学的に反応してその電気絶縁性ＳｉＮ層を溶かすためである。残っているＰｂ又はＢｉＯの部分が、導電性金属であるＰｂ又はＢｉに還元される。これらの金属粒子がワーク上で、孔又は穿孔の電熱形成が生じる穿孔箇所にマークを付ける。
【００４４】
インク及びペーストの双方を導電性含有物と組み合わせることも同様に可能であることが理解されるであろう。
【００４５】
穿孔箇所にマークを付けるために、インク及び／又はペーストを、種々の印刷プロセスによって、例えばスクリーン印刷方法若しくはパッド印刷方法又はインクジェット方法を用いて塗布することができる。
【００４６】
上述の穿孔方法は新規のインターポーザーを作製するために開発された。そのようなインターポーザーは、７００ｐｐｍ未満のアルカリ含有量を有するガラス製のベース基板を含む。そのようなガラスは、シリコンチップの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する。新規の穿孔方法は、２０μｍ〜４５０μｍの範囲、好ましくは５０μｍ〜１２０μｍの範囲内の非常に細い孔を作製することを可能にする。
【図１】
2013534868.tif 000003
【図２】
2013534868.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月2日(2012.10.2)
【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】
ガラス、特にガラス状材料、ガラスセラミック及び半導体の薄板及び基板の形態のワーク（１）内に多数の孔（１２）を同時に作製する方法であって、
ａ）少なくとも部分的に透明である３０００ｎｍ〜２００ｎｍの波長範囲内にある、穿孔される前記ワーク（１）を準備するステップと、
ｂ）マルチレーザービームアレイ（４）を前記ワーク（１）の所定の穿孔箇所（１０）に位置合わせするステップと、
ｃ）集束されたレーザーパルス（４１）を発射させるステップであって、該レーザーパルスは、前記ワーク材料（１）が少なくとも部分的に透明であるような波長範囲内にあるとともに、それぞれのフィラメント状のチャネル（１１）に沿って前記ワーク材料（１）の局所的な非熱破壊を引き起こす放射強度を有する、集束されたレーザーパルスを発射させるステップと、
ｄ）前記フィラメント状のチャネル（１１）を前記孔（１２）の前記所望の直径まで拡大するステップと、
を含む、ガラス、特にガラス状材料、ガラスセラミック及び半導体の薄板及び基板の形態のワーク内に多数の孔を作製する方法。
【請求項２】
ステップｄ）において、高電圧電界をそれぞれの前記所定の穿孔箇所において発生させて、前記所定の穿孔箇所においてそれぞれの誘電破壊を引き起こし、その結果として所望のサイズ及び構成の孔（１２）をもたらす、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ワーク（１）の前記表面から開始して、局所的に厳密に限定される導電性領域を、前記所定の穿孔箇所（１０）において作製し、
ステップｄ）において、前記そのように作製された導電性領域は、電熱絶縁破壊及び前記孔（１２）の形成を引き起こす、供給される高周波エネルギーのための微小アンテナとして用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記導電性領域は、局所イオン化とプラズマの発生とによって作製される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記導電性領域は、導電性であるか又はエネルギー入力によって導電性になる局所的に印刷された材料によって形成される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
或るＰｂＯ含有量又はＢｉＯ含有量を有するペーストがＳｉＮ層上に印刷され、該ペーストは集束されたレーザーパルスによって照射されると互いに反応して前記ＳｉＮ層を溶かし、したがって、前記ワークの前記穿孔箇所において金属であるＰｂ又はＢｉをもたらす、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記導電性領域は、放射線を吸収し、それによって有効になるインクによって形成される、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記導電性領域は、前記ワーク（１）内に導入される吸収剤又は散乱中心によって形成される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
ピコ秒〜ナノ秒の範囲内のパルス持続時間を有する固体レーザーの放射を用いて前記フィラメント状のチャネル（１１）を作製する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
２５０μｍの波長を有するＫｒＦレーザー、又は２０９μｍの波長を有するＫｒＢｒレーザーを用いてプラズマを生み出す、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｄ）において、近赤外範囲又は可視放射範囲内のレーザーが、前記穿孔されるワーク（１）の均一的な深部加熱に用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記穿孔されるワーク（１）は光吸収性物質を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ステップｄ）において、反応性ガスを用いて前記孔（１２）の形成を促進する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
ワーク（１）内に多数の孔（１２）のパターンを生成するとともに、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実行する装置であって、
前記ワーク（１）を受け入れる処理加工スペース（２３）を包囲する板状電極ホルダー（２６）及び板状対電極ホルダー（３７）と、
前記ワーク（１）を前記処理加工スペース（２３）内に正確に位置決めするためのワークホルダー（５）と、
前記ワーク（１）の所定の穿孔箇所（１０）の前記パターンに一致する所定のピッチに従ってそれぞれのレーザービーム（４１）を放出するマルチレーザー（４０）のアレイ（４）であって、各レーザービームは、前記電極ホルダー（２６）内の１つの開口部（２０）及び前記ワーク（１）内の１つの穿孔箇所（１０）に関連付けられる、マルチレーザーのアレイと、
を備え、
少なくとも前記電極ホルダー（２６）は、前記ワーク（１）の前記所定の穿孔箇所（１０）と一致する前記所定のピッチの開口部（２０）を有し、
前記電極ホルダー（２６）は電極（６）を備え、前記対電極ホルダー（３７）は対電極（７）を備え、
前記レーザー（４０）を、特定の時点でオンに切り替えて前記レーザービーム（４１）を放出することができ、
前記レーザー（４０）は、穿孔される前記ワーク（１）がフィラメント状のチャネル（１１）に沿う非熱破壊を受けるような強度の３０００ｎｍ〜２００ｎｍの波長範囲内の放射線（４１）を放出することができ、
前記電極（６）及び前記対電極（７）を後でオンに切り替えて高電圧フラッシュオーバーを引き起こし、前記ワーク（１）内に前記孔（１２）を作製する、ワーク内に多数の孔のパターンを生成するとともに、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実行する装置。
【請求項１５】
複数の個々の電極（６）は、前記電極ホルダー（２６）の各開口部（２０）の回りに対称的に配置され、前記個々の電極（６）には、対応する対向した個々の対電極（７）が関連付けられており、各開口部（２０）の回りに対称的に配置された前記個々の電極（６）は、輪番でかつ前記個々の対電極（７）に対して交互式のパターンによって高電圧を受けることができる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
チャネルシステム（２２、３３）が、前記処理加工スペース（２３）と連通しており、反応性ガス及びパージガスを導入して前記孔（１２）の形成を促進するとともに反応性ガス及びパージガスを除去することと、反応生成物を排出することとを可能にする、請求項１４又は１５に記載の装置。
【請求項１７】
ワーク（１）内に多数の孔（１２）のパターンを生成するとともに、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実行する装置であって、
前記ワーク（１）を受け入れる処理加工スペース（２３）を包囲する板状の高周波電極（２）及び板状の高周波対電極（３）と、
前記ワーク（１）を前記処理加工スペース（２３）内に正確に位置決めするためのワークホルダー（５）と、
前記ワーク（１）の所定の穿孔箇所（１０）の前記パターンに一致する所定のピッチに従ってそれぞれのレーザービーム（４１）を放出するマルチレーザー（４０）のアレイ（４）であって、各レーザービームは、前記電極ホルダー（２６）内の１つの開口部（２０）及び前記ワーク（１）内の１つの穿孔箇所（１０）に関連付けられる、マルチレーザーのアレイと、
を備え、
少なくとも前記高周波電極（２）は、前記ワーク（１）の前記所定の穿孔箇所（１０）と一致する前記所定のピッチの開口部（２０）を有し、
前記レーザー（４０）は、３０００ｎｍ〜２００ｎｍの波長範囲内にあり、かつ穿孔される前記ワーク（１）がフィラメント状のチャネル（１１）に沿う非熱破壊を受けるような強度を有する放射線（４１）を放出することができ、
前記レーザー（４０）を、特定の時点でオンに切り替えてレーザービーム（４１）を放出し、前記パターンに従って前記所定の穿孔箇所（１０）において厳密に限定される局所的な導電性領域の形成を提供することができ、
前記電極及び対電極の対（２、３）に高周波エネルギーを供給して、前記高周波エネルギーを導電性領域の前記パターンに印加し、したがって前記ワーク（１）内の所定の箇所（１０）に孔（１２）を作製することができる、ワーク内に多数の孔のパターンを生成するとともに、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実行する装置。
【請求項１８】
板状の高周波電極（２、３）の双方は、互いに位置合わせされるとともに、腐食した穿孔材料を除去するためにガス供給チャネル（２２）及び排出チャネル（３３）に接続されている開口部（２０、３０）を有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ワークホルダー（５）は、前記ワーク（１）が、座標の観点で非常に細かいステップで調整することを可能にし、前記所定の穿孔箇所（１０）に従って、レーザー（４０）の前記マルチアレイ（４）に対する様々な所望の位置に前記ワーク（１）を位置決めする、請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
７００ｐｐｍ未満のアルカリ含有量を有するガラス製のベース基板を含むガラスインターポーザーであって、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法に従って作製される孔と、２０μｍ〜４５０μｍに及ぶ孔サイズとを有する、７００ｐｐｍ未満のアルカリ含有量を有するガラス製のベース基板を含むガラスインターポーザー。
【国際調査報告】
2013534868.tif 000005
2013534868.tif 000006
2013534868.tif 000007
2013534868.tif 000008
2013534868.tif 000009
2013534868.tif 000010