(57)【要約】  本発明は、電気絶縁性あるいは半導電性の基板に孔、凹部若しくは窪み、又はそのアレイを生成する方法に関する。本発明はまた、該方法によって生成される基板内の孔、凹部又は窪みのアレイに関する。本発明はまた、本発明に係る方法を実行する装置に関する。
2014528844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性あるいは半導電性の基板内に孔、凹部、窪み、若しくは連続した線状構造、又はそのアレイを生成する方法であって、
ａ）２つの電極間に配置して、室温で電気絶縁性あるいは半導電性である基板を用意するステップと、
ｂ）前記基板の材料のボリュームを、熱源を用いて該ボリュームを加熱することによって溶融させるステップであり、該ボリュームは、前記基板の第１の面から、該第１の面とは反対側の前記基板の第２の面まで、完全あるいは部分的に延在する、ステップと、
ｃ）ユーザ制御電圧源に接続され且つ前記基板の両側で前記基板の面から距離を置いて配置された２つの電極を用いて、前記基板に電圧を印加し、それにより、前記基板に所定量の電気エネルギーを印加し且つ該電気エネルギーを前記基板から消散させることによって、ステップｂ）で得られた溶融された材料のボリュームを除去するステップと、
を有し、
印加された前記電気エネルギーを消散させる速度が、少なくとも１つの電流及び／又は電力調整素子によって制御され、該少なくとも１つの電流及び／又は電力調整素子は前記電圧源と前記電極との間の電気接続の一部であり、
前記電流及び／又は電力調整素子は、１つの電流及び／又は電力調整素子のみが存在する場合にはオーム抵抗でないという条件の下で、抵抗、キャパシタ、若しくはインダクタ、又はこれらの組合せである、
方法。
【請求項２】
当該方法は、
−  第１電極及び第２電極と、
−  スイッチと、
−  必要に応じてのＡＣ電圧源と、
−  ＤＣ電圧源と、
−  タイミング・制御ユニットと、
−  基板を保持する基板保持手段と、
−  レーザと
を有する装置を用いて実行され、
前記第１電極は、グランド電極又は基準電極であり、前記第２電極は、前記基板に電圧を印加する電圧電極であり、前記第１電極及び前記第２電極は前記基板の反対側に配置され、前記第２電極は前記スイッチに接続され、前記スイッチは、前記ＡＣ電圧源及び前記ＤＣ電圧源に接続され、前記ＡＣ電圧源、前記ＤＣ電圧源及び前記スイッチは前記タイミング・制御ユニットに接続される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電流及び／又は電力調整素子は、前記スイッチと前記ＤＣ電圧源との間の電気接続内に位置し、あるいは前記第２電極と前記スイッチとの間の電気接続内に位置し、あるいは前記第１電極とグランドとの間の電気接続内に位置し、あるいは前記ＤＣ電圧源の一部であり、あるいは前記スイッチの一部であり、あるいは２つ以上の電流及び／又は電力調整素子が存在する場合にはこれらの組合せである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
抵抗、キャパシタ及びインダクタからそれぞれ独立に選択される２つ以上の電流及び／又は電力調整素子が存在する、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
２つの電流及び／又は電力調整素子の組合せが存在し、該組合せは、抵抗とキャパシタとの組合せ、又は抵抗とインダクタとの組合せ、又はキャパシタとインダクタとの組合せである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
３つ、４つ、５つ又はそれより多い３つ以上の電流及び／又は電力調整素子の組合せが存在し、該組合せは、０個、１個又はそれより多い抵抗と、０個、１個又はそれより多いキャパシタと、０個、１個又はそれより多いインダクタとの組合せである、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記熱源は、前記タイミング・制御ユニットに接続された、レーザ、加熱素子又は加熱板であり、前記熱源は、基板が前記基板保持手段によって保持される場合に該基板を所定の位置で加熱することが可能である、請求項２乃至６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記電流及び／又は電力調整素子は、
抵抗である場合に、０．０１Ωから１ＭΩまでの範囲内の抵抗値を有し、
キャパシタである場合に、０．１ｐＦから１００ｎＦまでの範囲内のキャパシタンスを有し、
インダクタである場合に、０．１μＨから１０ｍＨまでの範囲内のインダクタンスを有する、
請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
前記電流及び／又は電力調整素子は、前記孔、凹部若しくは窪みの形状及び／又は幾何学配置を画成且つ／或いは制御するために使用される、請求項１乃至８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の方法を実行する、請求項２乃至８の何れかにて規定される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気絶縁性あるいは半導電性の基板に孔、凹部若しくは窪み又はそのアレイを生成する方法に関する。本発明はまた、該方法によって生成される基板内の孔、凹部又は窪みのアレイに関する。本発明はまた、本発明に係る方法を実行する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板への電圧印加を用いて基板内に構造を生成する方法が特許文献１及び２に開示されている。これらの先行技術の孔は、アレイ状に存在するとき、典型的に、レイヤ（層）群を絶縁することなくアレイ製造中のフラッシュオーバを回避するために、隣接し合う孔の間に大きい距離（典型的に、＞１ｍｍ）を必要とする。また、小さいピッチ（典型的に、＜１ｍｍ）の孔のアレイの製造を可能にするような、基板への電圧印加を用いて基板内に構造を生成する方法が特許文献３及び４に開示されている。これらの方法は、孔を開けるために必要なエネルギーまで高電圧キャパシタを再充電する必要性のために、複数の孔を作製する速度において制限される。これらの特許文献はまた、プロセスが実行されることが可能な品質及び信頼性に関して制約を有する。
【０００３】
従って、基板内への孔及びその高密度アレイの生成と孔パラメータの品質及び制御性の有意な向上とを可能にするような改善された方法を提供することが技術的に望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００５／０９７４３９号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００９／０５９７８６号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２０１１／０３８７８８号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２０１０／０６３４６２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
故に、本発明の１つの目的は、より良好な孔形状の制御性と孔の位置及びその周囲の表面品質とで孔を生成する装置及び方法を提供することである。より高速でエネルギー効率の良い上述のような方法を提供することも本発明の１つの目的である。また、実行が容易であり且つそのような孔あき基板の大量生産に適応可能な上述のような方法を提供することも本発明の１つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、電気絶縁性あるいは半導電性の基板内に、孔（ホール）、凹部（リセス）、窪み（ウェル）若しくは連続した線状構造、又はそのアレイを生成する方法によって達成される。当該方法は、
ａ）２つの電極間に配置して、室温で電気絶縁性あるいは半導電性である基板を用意するステップと、
ｂ）前記基板の材料のボリュームを、熱源を用いて該ボリュームを加熱することによって溶融させるステップであり、該ボリュームは、前記基板の第１の面から、該第１の面とは反対側の前記基板の第２の面まで、完全あるいは部分的に延在する、ステップと、
ｃ）ユーザ制御電圧源に接続され且つ前記基板の両側で前記基板の面から距離を置いて配置された２つの電極を用いて、ユーザが定める大きさの電圧を前記基板に印加し、それにより、前記基板に所定量の電気エネルギーを印加し且つ該電気エネルギーを前記基板から消散させることによって、ステップｂ）で得られた溶融された材料のボリュームを除去するステップと、
を有し、
印加された前記電気エネルギーを消散させる速度が、少なくとも１つの電流及び／又は電力調整素子によって制御され、該少なくとも１つの電流及び／又は電力調整素子は前記電圧源と前記電極との間の電気接続の一部であり、前記電流及び／又は電力調整素子は、１つの電流及び／又は電力調整素子のみが存在する場合にはオーム抵抗でないという条件の下で、抵抗、キャパシタ、若しくはインダクタ、又はこれらの組合せである。
【０００７】
一実施形態において、当該方法は、
−  第１電極及び第２電極と、
−  スイッチと、
−  必要に応じてのＡＣ電圧源と、
−  ＤＣ電圧源と、
−  タイミング・制御ユニットと、
−  基板を保持する基板保持手段と、
−  レーザと
を有する装置を用いて実行され、
前記第１電極は、グランド電極又は基準電極であり、前記第２電極は、前記基板に電圧を印加する電圧電極であり、前記第１電極及び前記第２電極は前記基板の反対側に配置され、前記第２電極は前記スイッチに接続され、前記スイッチは、前記ＡＣ電圧源及び前記ＤＣ電圧源に接続され、前記ＡＣ電圧源、前記ＤＣ電圧源及び前記スイッチは前記タイミング・制御ユニットに接続される。
【０００８】
一実施形態において、前記少なくとも１つの電流及び／又は電力調整素子は、前記スイッチと前記ＤＣ電圧源との間の電気接続内に位置し、あるいは前記第２電極と前記スイッチとの間の電気接続内に位置し、あるいは前記第１電極とグランドとの間の電気接続内に位置し、あるいは前記ＤＣ電圧源に内在する一部であり、あるいは前記スイッチの一部であり、あるいは２つ以上の電流及び／又は電力調整素子が存在する場合にはこれらの組合せである。
【０００９】
一実施形態において、抵抗、キャパシタ及びインダクタからそれぞれ独立に選択される２つ以上の電流及び／又は電力調整素子が存在する。
【００１０】
一実施形態において、２つの電流及び／又は電力調整素子の組合せが存在し、該組合せは、抵抗とキャパシタとの組合せ、又は抵抗とインダクタとの組合せ、又はキャパシタとインダクタとの組合せである。
【００１１】
一実施形態において、３つ以上の電流及び／又は電力調整素子の組合せが存在し、該組合せは、０個、１個又はそれより多い抵抗と、０個、１個又はそれより多いキャパシタと、０個、１個又はそれより多いインダクタとの組合せである。
【００１２】
一実施形態において、前記熱源は、前記タイミング・制御ユニットに接続された、好ましくは前記装置の前記レーザであるレーザ、加熱素子又は加熱板であり、前記熱源は、基板が前記基板保持手段によって保持される場合に該基板を所定の位置で加熱することが可能である。
【００１３】
一実施形態において、前記電流及び／又は電力調整素子は、
抵抗である場合に、０．０１Ωから１ＭΩ、好ましくは１Ωから１００ｋΩ、より好ましくは１Ωから１０ｋΩの範囲内の抵抗値を有し、
キャパシタである場合に、０．１ｐＦから１００ｎＦ、好ましくは１ｐＦから１０ｎＦ、より好ましくは１ｐＦから１ｎＦの範囲内のキャパシタンスを有し、
インダクタである場合に、０．１μＨから１０ｍＨ、好ましくは１μＨから１ｍＨ、より好ましくは１μＨから５００μＨの範囲内のインダクタンスを有する。
【００１４】
一実施形態において、前記電流及び／又は電力調整素子は、前記孔、凹部若しくは窪みの形状及び／又は幾何学配置を画成且つ／或いは制御するために使用される。
【００１５】
本発明の上記目的はまた、本発明に係る方法を実行する上述の装置によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】基本的な実験配置の一例を示す図である。
【図２】異なる複数の条件についてＤＣ放電中の基板横断電流の電流−時間グラフを示す図である。
【図３】孔の内部構造を比較して示す図である。
【図４】孔の入口の形状を比較して示す図である。
【図５】孔の周囲表面に材料の積み上げのない孔を例示する図である。
【図６】図４Ｃとの比較として孔品質の差を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
基板内に構造を生成するために使用される基本配置の一実施形態を図１Ａに示す。処理対象の基板が２つの電極の間に配置され、典型的にはレーザ若しくは高周波（ＨＦ）発生器又はこれらの熱源の組合せである熱源によって、基板材料のボリュームが溶融される。溶融された材料は、電圧源に接続され且つ基板の両側で基板面から距離を置いて配置された２つの電極を用いて基板にＤＣ電圧パルスを印加することによって除去される。
【００１８】
用語“ＡＣ電圧源”は、好ましくは高周波であるＡＣ電圧を生成することが可能な電圧源を意味する。用語“ＡＣ電圧源”は、ここでは、“高周波発生器”、“ＨＦ発生器”、及び“ＨＦ  ＨＶ電源”（ＨＦ＝high  frequency；ＨＶ＝high  voltage）のような表現と同義語として相互に交換可能に使用される。
【００１９】
高電圧ＤＣ電源、スイッチ、電極、電気コンポーネント及びコネクタ、存在する場合の高周波発生器、を含む電気回路の特性及び設計は、高速でエネルギー効率に優れたプロセス、その制御性、及び開けられる孔の品質にとって重要である。使用されるコンポーネントの固有の電気特性（例えば、ワイヤの自己インダクタンス、インダクタの内部キャパシタンス、コネクタのインピーダンスなど）及び寄生効果により、回路全体が、例えばそのインピーダンス及び共振周波数に関して、ユーザが定めたものではない状態、又は全く明確に定められていない状態となり得る。このことは、電気システムの特性及び応答が周波数依存であるために、高周波ＡＣ入力と同様の短いＤＣ放電がシステムを励起するようなマイクロ秒レンジ又は更に短いレンジの短い処理時間の場合に、より一層当てはまるものとなる。そのような十分に適応されていない条件は結果として、孔の不十分な品質、及び再現性の欠如をもたらす。
【００２０】
信頼性ある処理性能及び結果を確保するため、電気回路の特性（例えば、インピーダンス、共振周波数、電流波形、伝達関数）は、必要とされる孔の特性、及び使用されるプロセスパラメータに適応されなければならない。これは、最も単純な方法では、例えば抵抗素子及びリアクタンス素子を付加あるいは変更することによって、電流の修正によって達成され得る。
【００２１】
一実施形態において、キャパシタＣＤＣ（高電圧Ｕに充電される）と基板Ｓとの間のＤＣ回路に直列に抵抗Ｒを付加する（図１でＸ＝Ｒとする）ことは、（１）ＲＳは（時間に依存する）基板の電気抵抗であるとして、基板での電圧降下ＵＳをＵＳ＝Ｕ／（１＋Ｒ／Ｒｓ）に変化させ、（２）基板を流れるピーク電流をＩ＝Ｕ／（Ｒ＋ＲＳ）に制限し、（３）ＤＣ放電の時間的な挙動を、その特性時定数をτＲ＝（Ｒ＋ＲＳ）ＣＤＣに変化させる、ことで調整することになる。
【００２２】
高い電流振幅と短い放電時間とにつながる小さいＲは、典型的に、より多くの材料放出と、より大きい孔の直径とをもたらす。一般に、Ｒを増大させるのに伴って放電がますます抑制され、Ｒの或る一定の限界（これは基板の材料及び厚さに依存する）を超えると、基板内で消散される電力が過小になって十分な材料を放出することができなくなるため、もはや開放孔（オープンホール）が形成されなくなる。その代わりに、溶融材料の一部のみが放出されるとき、見通せない孔（ブラインドホール）又は窪みを作り出すことができる。回路内の抵抗はエネルギーを熱に変換するが、これは、実際の孔あけプロセスから失われるものであり、故に、処理の効率を低下させる。
【００２３】
一実施形態において、抵抗に代えて、例えばインダクタＬ（図１においてＸ＝Ｌ）などのリアクタンス成分を用いることができる。これは、エネルギーが、熱に変換されずに、インダクタを流れる電流によって構築される磁場に一時的に蓄えられて、その後に回路に送り返されるという利点を有する。故に、プロセス全体が、よりエネルギー効率に優れるものとなり、より小さい入力エネルギーＣＤＣＵ２／２で処理を行うことができる。これは、キャパシタンスＣＤＣ又は電圧Ｕの何れかを低減することを可能にし、ＣＤＣのより短い充電時間、ひいては、より高速な順次孔あけの繰り返し率をもたらす。インダクタンスＬは、Ｌ及び基板を流れる電流並びにＬ及び基板での電圧降下の指数関数的な増大及び減少を記述する別の時定数τＬ＝Ｌ／ＲＳを導入する（一般的に、抵抗及びインダクタの直列結合がτＬ＝Ｌ／（ＲＳ＋Ｒ）を生じさせる）。これは（回路内にＲのみであるのとは対照的に）放電の開始時に基板に流れる電流の比較的ゆっくりした上昇をもたらす（図２のＡ、Ｂ参照）。放電電流が減少し始めるとき、インダクタの磁場に一時的に蓄えられたエネルギーが解放されて電流減少に反作用することになり、時定数τＬ＋τＲでの比較的ゆっくりした電流減衰がもたらされる。このような条件下で開けられる孔は、孔の内部で一層と構造化され（図３Ａ）、より多くの材料を孔の周囲表面に積み上げる（図４Ａ）。これらの構造の大きさ及び形状は、Ｌを調整することによって調整されることができ、例えば、より厚い繊維状の縁部（リム）（図４Ａ）又は小さい縁部（図４Ｂ）の形態で孔の周囲に規定の構造が得られる。特に適応されたＬとすることで、非常に平滑な内面を有し且つ孔の入口の周囲表面に殆ど材料積み上げを有しない孔が得られた（図４Ｃ）。このインダクタンスが、電気回路の寄生インダクタンスより遙かに小さいときには、寄生インダクタンスがプロセス特性を決めることになる。寄生インダクタンスは、大きく変動し得るので、制御されないプロセス性能と、孔の特性及び形状の大きなバラつきとをもたらし得る。
【００２４】
複数のリアクタンス成分及び／又は抵抗成分からなる組合せは、回路の更なる調節又は調整を可能にする。例えば、キャパシタＣと並列にしたインダクタンスＬを回路に配置すると、共振周波数ω＝（ＬＣ）−１／２を有する並列共振サブ回路がＤＣ回路内に形成される。高電圧キャパシタＣＤＣを放電すると、このサブ回路は発振を始め、基板を流れる電流を変調する。電流上のこのＡＣ振動は、特に、孔の入口に材料の積み上げのない孔を開ける（図５）ための、孔の品質の微調整を可能にした。
【００２５】
概して、プロセス性能を適切に調整するために、インダクタ、キャパシタ及び抵抗の組合せ、又は更には各成分のうちの２つ以上の組合せが使用され得る。これらの成分又はその組合せは、ＤＣ回路（図１Ｂ）内の様々な位置に置かれることができ、あるいは更には、ＤＣ電源の一体部分又はスイッチの一部であってもよい。例えば、スイッチ（例えば、トリガースパークギャップ）自体が、該スイッチが閉じられるときに特定の定められたインピーダンスを有することがある。これは、プロセスに有益であるか、好ましくないものであって例えばインピーダンス整合によって補償されなければならないか、の何れともなり得る。熱源として、或る一定のインダクタンスを出力に有して高周波動作するＡＣ電圧源（“ＨＦ発生器”）が、結合キャパシタＣＣ（図１Ｂ）を介してシステムに結合される場合、これはまた、ＤＣ回路の一体部分ではないが（ＤＣ電圧が電極へとスイッチングされるときに典型的にあてはまる、ＨＦパワー出力がオフに切り換えられるときであっても）ＤＣ回路及び基板を流れる電流を変調することが可能な共振サブ回路を形成する。故に、ＣＣ又はＨＦ発生器の特性を調整することは、狙いとする孔品質にＤＣ回路挙動を間接的に適応させる別の手法を開く。
【００２６】
高電圧キャパシタＣＤＣが放電されるとき、回路及び基板を流れるピーク電流は、典型的に数アンペアの値に達し得る。このような高電流は、例えばインダクタのコア（典型的に強磁性材料）で起こり得る磁気飽和として、更なる影響を生じさせ得る。飽和に至るとき、インダクタンスは更なる電流上昇とともに低下し、非線形動作を生じさせる。明確な非線形性は、孔の品質を制御するために活用されることができる。線形動作が好ましい場合には、最大放電電流を上回る飽和電流を有する電気素子、又は例えば空心などの飽和しない材料を使用しなければならない。巻線型空心インダクタを用いて得られた孔品質を図６に示す。この図は、同じ定格インダクタンス値Ｌ＝５μＨを有するスーパーフラックスフェライトコアインダクタを用いた図４Ｃの結果に対する明らかな相違を示している。
【００２７】
使用する部品の設計により、電気性能も調整することができる。例えば、インダクタの巻線の種類（ワイヤの直径、巻線間距離、絶縁材料の特性）は、周波数依存性を有する表皮効果及び近接効果により、有意な自己抵抗を生じさせ得る。近接効果はまた、インダクタンスを周波数に依存したものにさせ得る。ＤＣ回路を流れる電流が、インダクタの自己共振周波数より高い周波数での振動で変調される場合、インダクタのインピーダンスはそれらの高い周波数で容量的になり、それにより、望ましくない寄生効果が発生され得る。
【００２８】
本発明の発明者が発見したことには、意外にも、孔あけ方法の品質及びプロセス制御の向上は、孔あけ方法を実行する電気回路において、電流及び／又は電力を調整する電流及び／又は電力調整素子を使用することで達成され得る。そのような電流及び／又は電力調整素子は、抵抗及びインダクタ若しくはキャパシタ、並びにこれらの組合せとし得る。本発明に係る方法を実行する回路において、電流及び／又は電力調整素子が単一物である場合、すなわち、１つの電流及び／又は電力調整素子のみが存在する場合、それはオーム抵抗（オーミックレジスタ）ではないものにされる。
【００２９】
上述のものの組合せ、例えばインダクタとキャパシタとの組合せも、電流及び／又は電力調整素子として使用され得る。このような組合せは、回路内に配置されて或る共振周波数を有する並列共振サブ回路を形成する並列キャパシタを備えたインダクタによって形成され得る。このようなサブ回路は、ＤＣ電圧源（これは典型的に高電圧キャパシタを有する）の放電を受けて発振を始め、該発振が基板を流れる電流を変調する。このような発振は、孔の品質を微調整するために使用され得る。
【００３０】
一実施形態において、上述のステップｂ）のボリュームは、円筒状、ピラー状又は円錐状の形状を有し、該ボリュームは、基板の第１の面から基板を貫通して第２の面まで延在し、基板の厚さである長さを有する。他の一実施形態において、上述のステップｂ）のボリュームは、円筒状、ピラー状又は円錐状の形状を有するが第１の面から第２の面まで完全には延在せず、上述のステップｃ）はブラインドホール、凹部（リセス）又は窪み（ウェル）を生じさせる。ここで、用語“円筒状”形状は、そのような円筒の断面が完全な円ではないが楕円又はその他の丸みを帯びた形状であるような形状をも含むものである。
【００３１】
一実施形態において、ステップｃ）で印加される電圧は、定電圧又は単極性の電圧である。
【００３２】
一実施形態において、電圧は、１ｋＶから２５０ｋＶの範囲内のＤＣ電圧を印加することによって印加される。この電圧は、例えば、電極が接続されたＤＣ電源を用いて印加され得る。
【００３３】
一実施形態において、電圧は、１ｎｓから１０ｓ、好ましくは１０ｎｓから８０００ｍｓ、より好ましくは１００ｎｓから１０００ｍｓの範囲内の期間にわたって印加される。
【００３４】
一実施形態において、電圧は、ステップｃ）の全体又は一部において、＞１０ｋＨｚ、好ましくは＞１００ｋＨｚ、より好ましくは≧１ＭＨｚの周波数を有する交流（ＡＣ）電圧と重畳される。
【００３５】
一実施形態において、熱源は、１つ若しくは複数のレーザ、例えば高周波高圧（ＨＦ  ＨＶ）電源若しくはＡＣ電源などの高周波数のＡＣ電圧を供給可能な装置、テスラ変圧器、例えば加熱フィラメントや加熱電極などの加熱素子、ガスの炎、又はこれらの熱源の組合せから選択される。高周波数のＡＣ電圧を供給可能な装置は、そのような高周波数のＡＣ電圧が基板に印加される場合に、基板内で誘電損を生じさせたり、あるいは基板へ及び場合により基板を貫いてアーク形成を生じさせたりし得る装置である。“高周波高圧電源”は、高周波数の高ＡＣ電圧を供給する電圧源である。ここでは、用語“高電圧”は１００Ｖから１００ｋＶの範囲内の電圧振幅を意味するものとして使用される。ここでは、用語“高周波数”は１０ｋＨｚから１ＧＨｚの範囲内の周波数を意味するものとして使用される。
【００３６】
一実施形態において、熱源はレーザである。
【００３７】
熱源がレーザであるとき、好ましくは、レーザは、１Ｗ−１００００Ｗのパワーを有し、ステップｂ）において、例えば融点及び厚さなどの材料特性に適応されたパワーで動作され、これは例えば≧６０％までのレーザパワーの低減を伴い得る。先出の特許文献１の方法とは異なり、好ましくは、レーザは、ステップｃ）の開始に先立って材料のかなりの量又は更には全ボリュームが溶融されるように動作される。
【００３８】
一実施形態において、レーザが放射する光は、基板に照射されると基板材料を突き抜けることが可能であり、基板に照射されると基板表面で完全には吸収あるいは反射されずに、表面下の基板領域にも突き進む。
【００３９】
一実施形態において、加熱及び溶融のために２つのレーザビームが使用される。それら２つのビームは、基板の反対側の面に向けられ、且つ溶融されて除去されるべきボリュームに向けられる。
【００４０】
一実施形態において、レーザが放射する光は、基板に照射されると、基板表面で完全あるいは略完全（＞９０％）に吸収され、材料のボリュームは内部熱伝導によって加熱される。
【００４１】
他の一実施形態において、レーザが放射する光は、基板に照射されると、基板表面で完全には吸収されず、基板内をも加熱する。
【００４２】
更なる他の一実施形態において、レーザが放射する光は、基板に照射されると、基板表面で弱くのみ（好ましくは、＜１０％）吸収され、この弱い吸収率は基板をその厚さ全体にわたって均一に加熱することを可能にする。
【００４３】
一実施形態において、レーザは、表面上に光を放射するとき、１μｍ−１５０００μｍ、好ましくは１μｍ−１００００μｍ、より好ましくは２μｍ−５００μｍの範囲内の直径をもつ焦点を有する（１μｍ＝１マイクロメータ＝１×１０−６ｍ）。
【００４４】
一実施形態において、レーザは、ステップｂ）において、１μｓから１０ｓ、好ましくは１μｓから５０００ｍｓ、より好ましくは１μｓから３０００ｍｓ、更に好ましくは１μｓから１０００ｍｓ、より一層好ましくは１μｓから３００ｍｓの時間にわたって基板の材料のボリュームを照射する。
【００４５】
一実施形態において、熱源は、例えば高周波高圧電源（ＨＦ−ＨＶ電源）といった高周波数の高ＡＣ電圧を供給可能な装置であり、ステップｂ）は、基板への高周波高電圧（ＡＣ）の印加によって実行され、この高周波高電圧は好ましくは、ステップｃ）で使用される電極を用いて印加される。一実施形態において、この高周波高電圧は、１００Ｖから１００ｋＶ、好ましくは１５０Ｖから５０ｋＶ、より好ましくは１５０Ｖから２５ｋＶの範囲内の振幅を有し、この高周波高電圧は、１０ｋＨｚから１ＧＨｚ、好ましくは５０ｋＨｚから１００ＭＨｚ、より好ましくは１００ｋＨｚから５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有し、この高周波高電圧は、１μｓから５ｓ、好ましくは１μｓから１ｓ、より好ましくは５０μｓから５００ｍｓ、更に好ましくは５μｓから１００ｍｓの範囲内の時間にわたって印加される。基板の溶融は、このような一実施形態において、電気アーク形成及び／又は基板内での誘電損によって起こる。一実施形態において、ステップｂ）は、第１のサブステップｂ１）と第２のサブステップｂ２）とを有し、サブステップｂ２）において、基板の或る領域で上述のように基板に高周波高電圧が印加され、サブステップｂ１）においては、この領域が、該領域を予熱（プリヒーティング）することによって（例えば、該領域にレーザパルスを印加することによって）定められる。このレーザパルスの焦点が該領域を定める。一実施形態において、予熱は、１μｓから１００ｍｓ、好ましくは１μｓから１０ｍｓの範囲内の時間にわたって行われる。一実施形態において、サブステップｂ１）及びｂ２）は、１μｓから１００ｍｓ、好ましくは１μｓから５０ｍｓ、より好ましくは５μｓから１０ｍｓだけ重なり合う。一実施形態において、ステップｃ）は、第１のサブステップｃ１）と第２のサブステップｃ２）とを有し、サブステップｃ２）において、基板の或る領域で上述のように基板にＤＣ電圧が印加され、サブステップｃ１）においては、この領域が、該領域にレーザパルスを印加することによって定められる。一実施形態において、サブステップｃ１）で印加されるレーザパルスは、例えばやはりレーザパルスの印加によって以前にステップｂ１）で定められたのと同じ領域に印加される。一実施形態において、サブステップｃ１）は、サブステップｂ１）の直後に実行され、あるいはサブステップｂ１）の終了後、１μｓから５０００ｍｓ、好ましくは１μｓから１０００ｍｓ、より好ましくは１μｓから３００ｍｓの範囲内の間隔を置いて実行される。一実施形態において、サブステップｃ）は、基板を横切る電流の上昇、基板を横切る電圧振幅の減少、高周波高圧電源の出力電流の上昇、高周波高圧電源の入力電流の上昇、高周波高圧電源の出力電圧の低下、又は高周波高圧電源によって放射される高周波電界の変化（減少）、の検出を受けて開始される。この検出は、例えば、高周波高圧電源において適切なパラメータを測定することによって容易に遂行されることができる。一実施形態において、サブステップｃ）は、この検出の直後に実行され、あるいはこの検出後、１μｓから５０００ｍｓ、好ましくは１μｓから１０００ｍｓ、より好ましくは１μｓから３００ｍｓの範囲内の間隔を置いて実行される。様々なステップ及びサブステップのタイミング決定は、タイミング・制御ユニットを用いることによって達成され得る。
【００４６】
一実施形態において、ステップｃ）は、ステップｂ）の開始後、０ｍｓから１０ｓ、好ましくは１μｓから５０００ｍｓ、より好ましくは１μｓから３０００ｍｓの範囲内の間隔を置いて開始される。
【００４７】
しかしながら、≧５００μｍの厚さを有する基板の場合、好ましくはｔ≠０ｍｓであり、より好ましくは、ステップｃ）は、ステップｂ）がその総時間の例えば＞１０％などの有意な時間量にわたって行われた後にのみ開始され、あるいは更には、好ましくは材料のかなりの量又は全ボリュームが溶融された後であるステップｂ）が終了された後に開始される。
【００４８】
一実施形態において、ステップｃ）における溶融された材料のボリュームの除去は、上記電圧によって与えられる静電力によって行われる。
【００４９】
一実施形態において、溶融材料の除去は、フィールド誘起ジュール加熱によって基板内に築かれる内圧によって行われ、あるいは支援される。
【００５０】
一実施形態において、加熱及び溶融は、好ましくは材料除去のためのＤＣ電圧の印加にも使用される電極を用いた、基板への高周波（ＨＦ）高電圧（ＨＶ）の印加によって達成される。これらの条件下での電気アーク形成は該当するボリュームを溶融させることができる。
【００５１】
関連する一実施形態において、このＨＦ電圧の周波数、電圧及び時間が、溶融領域の直径を決定する。好適な周波数は、１０ｋＨｚ−１ＧＨｚの間、好ましくは５０ｋＨｚ−１００ＭＨｚの間、より好ましくは１００ｋＨｚ−５０ＭＨｚの間である。電圧は好ましくは１００Ｖ−１００ｋＶの間、より好ましくは１５０Ｖ−５０ｋＶの間、更に好ましくは１５０Ｖ−２５ｋＶの間である。印加時間は好ましくは１μｓ−１０００ｍｓの間、より好ましくは１μｓ−５００ｍｓの間、更に好ましくは５μｓ−１００ｍｓの間である。
【００５２】
典型的な一実施形態において、ＨＦ−ＨＶ放電すなわち電気アークは、基板上の関心ある領域に、この領域を予熱し且つ必要に応じてこの領域にプラズマを生成することによって向けられる。典型的に、この予熱にはレーザが使用され、例えば、０．００１−１００ｍｓ、好ましくは０．００１−１０ｍｓにわたってスポットを加熱するレーザ（例えば、１０−２５０Ｗ  ＣＯ２）が使用される。
【００５３】
一実施形態において、予熱のためのレーザパルス及びＨＦ−ＨＶ印加は、０．００１−１００ｍｓ、好ましくは０．００１−５０ｍｓ、より好ましくは０．００５−１０ｍｓだけ重なり合う。この重なりは、例えば１７０μｍ厚の無アルカリガラス内の４０μｍ孔で０．０７ｍｍなど、隣接し合う孔の間に小さいピッチを実現する。
【００５４】
一実施形態において、レーザは、（１）ＨＦ−ＨＶ放電／アークをガイドするとともに、（２）ＤＣ  ＨＶ放電をガイドするために使用される。２つの独立したレーザパルスを有するようにタイミングを合わされてもよいし、あるいは、ＨＦ−ＨＶ放電及びＤＣ  ＨＶ放電の発生を重ならせる単一のレーザパルスに結合されてもよい。
【００５５】
一実施形態において、本発明に係る方法は、
ａ）室温で電気絶縁性あるいは半導電性である基板を用意し、
ｂ１）孔が形成されるべき前記基板の領域を例えばレーザなどの熱源を用いて予熱し、必要に応じて、該熱源を用いて該領域の材料のボリュームを溶融させ、
ｂ２）必要に応じて前記領域に高周波高電圧を印加し、それにより前記領域の材料のボリュームを溶融させ、
ｃ１）必要に応じて前記領域にレーザパルスを印加し、且つ
ｃ２）前記領域にＤＣ電圧を印加し、それにより材料の溶融された材料のボリュームを前記基板から除去する
ことを有する。
【００５６】
一実施形態において、ステップｂ１）、ｂ２）、ｃ１）及びｃ２）は、ｂ１）が最初に開始され且つｃ２）が最後に開始されるという条件の下で、これらに間に重なりを有するように実行される。
【００５７】
一実施形態において、基板全体を貫く溶融の発生が、例えば電流消費（例えば、電流の急上昇）、出力電流及び／又は電圧、周波数、位相関係などのＨＦ発生器特性の分析、又は高周波高圧電源によって放射される高周波電界の変化（減少）の分析によって検出される。この信号は、ＤＣ  ＨＶの印加（ステップｃ）をトリガーするため、あるいは場合により、先ずレーザパルス（ステップｃ１）をトリガーし、次いでＤＣ  ＨＶ（ステップｃ２）をトリガーするために使用される。トリガーによる始動は、溶融領域が基板厚全体を貫通したことの検出の直後に行われてもよいし、あるいは、０−１０００ｍｓの間、好ましくは０−１００ｍｓの間に設定され得る所定の遅延を用いて行われてもよい。
【００５８】
典型的な一実施形態は、ＤＣ  ＨＶ（ＤＣ高電圧）とＨＦ  ＨＶ（高周波高電圧）とを、一方の電極がグランド又はその他の好適な電圧基準点に接続され、他方の電極が、ＤＣ  ＨＶ若しくはＨＦ  ＨＶの何れか、又はＨＦ  ＨＶが重畳されたＤＣ  ＨＶを電極へと経路付けるスイッチに接続された、単一対の電極を介して印加する手段を提供する。高周波数且つ高電圧で作動することは、そのようなスイッチの設計を難しくする。取り得る一実施形態は、ＨＦ−ＨＶ電源に直接あるいは小さいキャパシタ（０．１−１００００ｐＦ）を介して接続される電圧電極と、該電極にトリガースパークギャップ（典型的に１００Ｖから３０ｋＶ）を介して直列に接続されるＤＣ高電圧とで構成される。取り得る他の一実施形態は、ＨＦ−ＨＶ電源に直接あるいは小さいキャパシタ（０．１−１００００ｐＦ）を介して接続される電圧電極と、該電極にリレー（例えば、＞１０ｋＶのリードリレー）及びスパークギャップ（典型的に５００−２５０００Ｖ、好ましくは１０００−１００００Ｖの範囲内）を介して直列に接続されるＤＣ高電圧とで構成される。スパークギャップは、ＨＦ  ＨＶ電源の周囲部品への寄生放電及びリレーを介したＤＣ  ＨＶ電源への放電を回避しながら電極の絶縁及びマウントを行うという目的に適う。
【００５９】
基板から除去された材料の基板表面への余分な堆積を回避するために用いられる典型的な一実施形態において、孔形成中に放出材料を吹き飛ばすためにガス流が使用される。基板の過剰な冷却、ひいては、クラック形成を回避するため、ガス流は、例えば１００−８００℃に加熱された空気など、数１００℃まで加熱され得る。
【００６０】
孔の形成中、特に、密な孔のアレイの形成中に過剰な機械的張力を回避するように考案された一実施形態において、基準／グランド電極は、基板を室温よりかなり高い温度、好ましくはガラスの場合で５０−７００℃、より好ましくは１００−５００℃まで加熱する例えば加熱フィラメントなどの別の熱源によって形成されるか、囲まれるかの何れかにされる。
【００６１】
一実施形態において、基板は、ガラス、石英、ダイアモンド、アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、ジルコニア、及びスピネルから選択された電気絶縁性の材料からなり、あるいは、ドープトシリコン及び結晶シリコンを含む元素シリコン、ゲルマニウム、例えばガリウム砒素及びインジウム燐などの化合物半導体から選択された半導電性の材料からなる。
【００６２】
一実施形態において、ステップｂ）における加熱の期間、及びステップｃ）における電圧印加の期間は、１つのタイマーリレー又は２つの独立したタイマーリレーによって決定され且つユーザ制御され、上記期間の各々が互いに独立に制御されるか、あるいは、例えば指定の基板電流若しくは温度、又は閾値基板電流若しくは温度などの特定のプロセス条件に達すると熱源及び電圧をトリガーすなわちターンオフしたり調整したりする１つのトリガー装置によって双方が制御されるかする。一実施形態において、熱源は、ステップｃ）の孔、凹部又は窪みの形成後に完全にターンオフされるのではなく、基板の受動的な冷却挙動を調整し、それにより基板内での熱応力の形成を制御／防止するよう、熱源の加熱動作が抑制される。
【００６３】
一実施形態において、ステップｃ）の実行の前、最中及び／又は後に、ステップｃ）が実行された領域で、１００℃から８００℃の範囲内の温度まで加熱されたガス流が基板に導かれる。このような温度制御されたガス流は、一方で、孔形成中に放出された排出材料を基板表面から除去するよう作用し、他方で、基板内の熱応力を回避する助けとなる。一実施形態において、電極のうちの例えばグランド電極又は基準電極である一方は、例えば加熱フィラメントなどの第２の熱源によって形成あるいは包囲され、この補助的な熱源は基板を、５０℃から９００℃、好ましくは５０℃から７００℃、より好ましくは１００℃から５００℃の範囲内の温度に加熱・維持する。好適な一実施形態において、このような補助的な熱源は、上述の範囲内の或る一定の温度に基板を加熱・維持する。
【００６４】
一実施形態において、電圧源は、０から≦１００ＭΩ、好ましくは＜１０ＭΩ、より好ましくは＜１０００ｋΩの電源インピーダンスを有する。
【００６５】
一実施形態において、電極は、ＤＣ電圧源に接続された１−２０００００ｐＦのキャパシタンスを有するキャパシタに接続される。
【００６６】
一実施形態において、基板は０．０５ｍｍから１０ｍｍの厚さを有し、好ましくは、０．０５ｍｍから７ｍｍの均一な厚さを有する。
【００６７】
“厚い”基板は、ここでは、好ましくは均一な、≧１５０μｍの厚さを有する基板である。
【００６８】
一実施形態において、各電極は、基板から０．１ｍｍから２５ｍｍまでの距離を空けて配置される。
【００６９】
一実施形態において、ステップｂ）及び／又はｃ）の間、あるいはステップｃ）の後、基板は、電極及び例えばレーザである熱源に対して、好ましくは所定の距離だけ移動される。これは、孔／凹部／窪み構造を拡張し、例えば基板内に線を作り出すことを可能にし、また、基板を弱いものにしたり更には切断したりすることを可能にする。また、アレイの形成も可能にされる。このような相対移動は、連続した線状構造を基板内に作り出し得る。ここでは、用語“連続した線状構造”は、例えば基板表面に沿った溝（チャネル）などの線状の凹部構造を意味し得るとともに、基板内での切断をも意味し得る。これは、ステップｂ）における加熱／溶融の深さに大きく依存する。
【００７０】
一実施形態において、基板は、孔が形成された後に、すなわち、ステップｃ）の後に、電極及び例えばレーザである熱源に対して、好ましくは所定の距離だけ移動される。これは特に、孔、凹部又はブラインドホールのアレイの製造に有用である。
【００７１】
一実施形態において、基板は、孔の形成中に、すなわち、ステップｂ）及びｃ）の間に、電極及び例えばレーザである熱源に対して、好ましくは所定の距離だけ移動される。これは特に、高速プロセス、すなわち、短い繰り返し時間でのアレイ内の孔あけに有用である。
【００７２】
電極及び熱源に対する基板の移動は、故に、孔のアレイを作製することにも使用され得る。この場合において、ステップｂ）及びｃ）は、孔が形成されるのと同じ回数だけ繰り返される。この実施形態において、ステップｃ）の後に基板が所定の距離だけ移動され、次の孔、凹部又はブラインドホールを生成するようステップｂ）及びｃ）が再び繰り返される。ステップｂ）及びｃ）がｎ回繰り返される場合、基板もｎ回にわたって所定の距離だけ移動され、これによりアレイ状のｎ＋１個の孔が作製される。移動方向に応じて、１次元アレイ又は２次元アレイを形成することができる。
【００７３】
本発明の上記目的はまた、本発明に係る方法によって生成される基板内の孔、凹部、窪み、又は線状構造によって達成される。
【００７４】
本発明の上記目的はまた、本発明に係る方法によって生成される基板内の孔、凹部、窪み又は線状構造のアレイによって達成され、これらの孔、凹部又は窪みはそれら同士間に、＜３ｍｍ、好ましくは＜１．２ｍｍ、より好ましくは＜５００μｍ、更に好ましくは＜３００μｍ、より一層好ましくは＜１００μｍである距離を有する。本発明に係る方法を用いると、このようなアレイを非常に高速に生成することが実現可能になり、単一の孔を形成して次の位置に移動する平均時間を０．１ｍｓから約１０ｍｓの範囲内にすることが可能になる。このようなアレイ内の孔同士の間の距離であるピッチは、既に形成された孔を通じて電気アーク形成が起こる虞を伴わずに、驚くほど小さくされ得る。本発明に係る方法を用いることで、数千個から数十万個の孔のアレイの製造が可能になる。
【００７５】
本発明の上記目的はまた、本発明に係る方法を実行する装置によって達成され、該装置は、第１電極及び第２電極と、スイッチと、高周波高電圧源と、ＤＣ電源と、タイミング・制御ユニットと、基板を保持する基板保持手段とを有し、第１電極はグランド電極又は基準電極であり、第２電極は、基板に電圧を印加する電圧電極であり、第１電極及び第２電極は基板保持手段の反対側に配置され、第２電極はスイッチに接続され、スイッチは、高周波高電圧源及びＤＣ電源に接続され、高周波高電圧源、ＤＣ電源、スイッチ及び第１電極はタイミング・制御ユニットに接続される。
【００７６】
一実施形態において、スイッチは、ＤＣ電圧を、あるいはＤＣ電圧及び高周波ＡＣ電圧を、電極へと経路付ける。スイッチは、直接的あるいはキャパシタを介しての第２電極の高周波高電圧源への接続を有するとともに、トリガースパークギャップを介しての、あるいは直列接続されたリレー及びスパークギャップを介しての、第２電極のＤＣ電源への接続を有する。
【００７７】
一実施形態において、本発明に係る装置は更に、好ましくはレーザ又は加熱フィラメント若しくは加熱板である熱源を有する。熱源は、タイミング・制御ユニットに接続され、基板が基板保持手段によって保持される場合に基板を所定の位置で加熱することができる。
【００７８】
一実施形態において、本発明に係る装置は更に、存在する場合に加熱されたガス流を基板へと導く手段を有する。
【００７９】
一実施形態において、基準電極は、基板全体又はその一部を存在する場合に所定の温度又は所定の温度範囲まで加熱する例えば加熱フィラメントなどの更なる熱源によって囲まれ、あるいはそのような更なる熱源を形成する。このような更なる熱源は好ましくは、加熱用電源を有し、好ましくは該加熱用電源を介して、タイミング・制御ユニットに接続される。一実施形態において、このような更なる熱源は、１ｍｍ２から１０００ｍｍ２の範囲内の基板領域を加熱するような大きさにされる。このような更なる熱源は、他の一実施形態において、基板全体を加熱するような大きさにされてもよい。このような更なる熱源の全般的な目的は、基板内での熱応力の発達を防止することである。基板の所定の領域を加熱するために例えば加熱フィラメント又は加熱板をどのように設計し、どのような寸法にするかは、当業者が知るところである。
【００８０】
ここでは、用語“基板の材料のボリューム”は、基板の材料のうちの体積を有する塊を意味するものとして使用される。なお、本発明の状況において、そのようなボリュームは、基板の厚さに対応する長さを有する。好適な実施形態において、そのようなボリュームはピラー状（柱状）、円筒状又は円錐状の形状を有し、該基板の一方の主面から、反対側に位置する該基板の他方の主面まで延在する。
【００８１】
他の一実施形態において、上記ボリュームは基板を貫通するまで延在せずに、円筒状、円錐状又はピラー状の形状を有し得る。材料の除去後に得られる構造は、窪み、凹部又はブラインドホールとなる。
【００８２】
本発明の発明者が発見したことには、驚くことに、例えばガラス、石英又はシリコンなどの誘電体基板内に孔、凹部又は窪み（数μｍ−ｍｍスケール）を生成することが可能である。基板表面を含むが表面下のバルク材料をも含む基板の領域が溶融されると、この溶融材料は、電圧の印加によって完全に除去されることができる。この加熱は、基板の内部をも含んで基板の厚さ全体に広がり、故に、所与の位置で基板を貫通して基板を溶融させる。この加熱はまた、基板の内側で部分的にのみ広がってもよく、その場合、その材料の除去後に窪み、凹部又はブラインドホールが形成される。
【００８３】
本発明の発明者が発見したことには、驚くことに、数ミクロンから数ミリメートルのスケールの孔／凹部の生成、並びにそのような孔／凹部のアレイの生成を、例えばレーザである熱源及び／又はＨＦ  ＨＶ誘起電流と、その後の電圧印加とを用いて達成することができる。具体的な基板材料が与えられたときに、パワー及び種類に関してどのようなレーザを選択すべきかは、当業者が知るところである。例えば、基板としてガラスを用いるとき、約１０−５００μｍのスポットに集光される２５Ｗのパワーを有するＣＯ２レーザが有用であることがわかっており、その他のパワー（１Ｗ−１００００Ｗ）も可能である。熱源からの直接加熱によって、あるいは基板内での熱伝導（例えば、ガラスにＣＯ２レーザを用いる場合のように加熱電力の大部分が基板表面で吸収される場合）によって、の何れかで熱が基板内に突き進むことが可能にされる限り、当然ながらその他の加熱手段も可能である。
【００８４】
特に、ボリューム全体の直接加熱による除去が可能でない厚い基板の場合、貫通溶融にレーザを用いることは不利であると考えられ、その他の手段を選択しなければならない。本発明の発明者が発見したことには、小さいボリュームの高度に効率的な加熱及び溶融は、好ましくはその他にもＤＣ  ＨＶの印加に使用される電極間に、高周波数（例えば、１００ｋＨｚ−５０ＭＨｚ）の高電圧（例えば、１００−２００００Ｖ）を印加することによって達成される。この高周波ＡＣ電圧の印加は電気アーク形成をもたらし、電極間の基板がキャパシタの誘電体として作用する。電気アークの高温が、基板の局所的な溶融をもたらす。溶融された材料は小さい電気抵抗のみを示すので、溶融された基板材料と依然として冷たい基板材料との間の界面でかなりの電力消散が起こり、サンプル内への電気アーク／溶融材料の迅速な侵入がもたらされる。また、高周波且つ高振幅のＡＣ電圧は直接的に、基板内での誘電損、故にエネルギー消散、ひいては、温度上昇をもたらす。誘電損は典型的に温度上昇とともに増大し、故に、熱伝導に頼ることなく、基板の厚さを貫いての非常に迅速で均一な貫通加熱が可能である。４ｍｍ厚ほどの厚さのガラス基板であっても、２秒より短い時間内で容易に溶融されることができる。貫通加熱に必要とされる数多くのシステムのレーザ−サンプル材料の場合のように熱伝導の必要性がないことが、この高い効率を可能にする。
【００８５】
溶融材料はその後、ＤＣ  ＨＶの印加によって放出される。一実施形態において、加熱は故に、ＨＶ電圧の印加と、重ねられて、あるいは重ねられずに続けられるＤＣ電圧の印加とによって達成される。これは、例えば、好適な回路又はスイッチを用いてＤＣ高電圧源及び高周波テスラ変圧器を電極に接続することによって達成される。その他の可能な加熱手段には、例えばレーザ、加熱フィラメント、加熱電極などの加熱素子や、ガスの炎などが含まれる。
【００８６】
本発明によれば、上述したような材料のボリュームが、適切な加熱手段を用いて溶融され、その後、ＤＣ高電圧の印加によって基板から除去される。基板の材料の適切なボリュームが溶融された場合に電圧印加を行うことが重要である。“適切”とは、そのボリュームが基板を１つの面から反対側の面まで貫いて延在することを意味してもよいし、そのボリュームが１つの面から基板内に延在するに過ぎず、反対側の面までは到達しないことであってもよい。従って、基板の厚さに応じて、加熱は０ｍｓから１０ｓまでの範囲内の時間を要し得る。理論に縛られることは望まないが、現時点で考えるには、溶融された材料のボリュームのその後の除去は、場合によりジュール加熱によって発生される、基板内に築かれる静電力及び圧力によって起こり、それには電圧が有意に寄与するようである。
【００８７】
本発明に係る方法を用いて最終的に生成される孔の寸法について、これは典型的にレーザ及び／又はＨＦ  ＨＶ電源である熱源と印加電圧との双方によって決定される。レーザに関して、より具体的には、孔のサイズを決定するのはレーザのスポットサイズ及び印加時間である。印加電圧について、より具体的には、孔のサイズを決定するのは電圧の大きさ及びその電圧の印加時間である。電圧の印加時間は、ＤＣ回路の電気特性（例えば、インピーダンス）を調整することによって調整可能な一回の放電の幅、又はＤＣ電源から基板へと電気エネルギーを経路付けるようにスイッチが閉じられる時間の何れかを意味し得る。後者の場合、ＤＣ電源の特性（例えば、キャパシタンスＣＤＣの充電電流）によって定められる繰り返し率、電圧及び電流振幅で、複数回の放電が行われ得る。さらに、電源の電源インピーダンスも孔のサイズに影響する。電圧の印加時間を長くする場合、所与の材料及び所与の電圧で或る特定の印加時間を超えると孔のサイズがそれ以上に大きくならないという意味で、飽和に至る。これは恐らく、或る特定の電圧印加時間の後には全ての溶融材料が既に除去されていることによる。およそ１００μｍから３ｍｍの厚さ範囲のガラス基板では、そのような飽和挙動は典型的に、数十ｍｓから数百ｍｓの電圧印加後に発生する。
【００８８】
しかしながら、ＤＣ  ＨＶ電源（＝ＤＣ電源）が常に処理領域から全ての溶融材料を放出するのに十分なエネルギーを供給するという典型的な条件の下では、孔の直径への最も有意な効果は、局所熱源と該熱源によって溶融される領域とに由来する。故に、レーザ及び／又はＨＦ  ＨＶ印加の時間及び大きさが孔の直径をほぼ決定する。
【００８９】
なお、一部の実施形態において、基板に更なる絶縁層を取り付け、該絶縁層が先ず加熱され、該絶縁層を介して間接的に基板加熱が行われるようにしてもよい。
【００９０】
電圧の印加は、基板の反対側に配置された２つの電極によって行われ、一実施形態において、これらの電極はキャパシタに接続され、該キャパシタが電圧源によって充電される。電源インピーダンスは、オーム抵抗Ｒを用いて規定され得る。先に概説したように、特定の印加時間の下で孔の直径は電源インピーダンスに反比例するという意味で、電源インピーダンスも孔のサイズに影響を有し得る。一貫性ある結果のためには、全ての溶融材料を放出するのに十分な電気エネルギー（ＣＤＣＵ２／２及び∫（Ｕ＊Ｉ）ｄｔ）を供給し、先行する加熱ステップによって孔の直径を規定することが有利であることが示されている。
【００９１】
ステップｂ）すなわち加熱／溶融ステップの期間は、タイマーリレー／スイッチ又はタイミング・制御ユニットを用いて決定・制御され得る。同様に、電圧印加の期間も、タイマーリレー／スイッチ又はタイミング・制御ユニットを用いてユーザ制御され得る。何れも、トリガー事象（例えば、特定の基板横断電流又は基板温度に達したときに生じる）を受けて遅延有／無で調整され得る（例えば、ターンオフされ得る）。孔を形成した後の時間は、例えば熱的に誘起される基板内の張力を回避するため、冷却過程を調整するように、より低い（低くなりゆく）レーザ／加熱電力を使用することによって特徴付けられてもよい。
【００９２】
更に、図面を参照して説明する。
【００９３】
図１（Ａ）は、基本的な実験配置の一例を示している。高圧ＤＣ電源と、必要に応じての、高い周波数を有するＡＣ電圧を生成する高周波電源ＨＦとが、スイッチを介して第２電極Ｅ２に接続され、この第２電極と基準電圧又はグランド電圧として作用する第１電極Ｅ１との間に基板Ｓが配置される。基板は、集束されたレーザ放射によって局所的に加熱され、必要に応じて、基板を横切って印加されるＨＦによっても加熱される。基板材料が溶融すると、ＤＣ電源と電極との間の高速スイッチを作動させることによって、ＤＣ電圧パルスが電極間に印加されて、基板から溶融材料を送り出す。このプロセスは、１つ以上の電流及び／又は電力の調整素子Ｘによって変調・調整され、１つ以上の調整素子Ｘは、抵抗、インダクタ、若しくはこれらの組合せ、又は抵抗、インダクタ及びキャパシタの組合せとし得る。ＤＣ回路、すなわち、ＤＣ電源からスイッチを横切り、基板を通って電極に至る回路におけるＸの取り得る位置が図示されている。レーザ、スイッチ、ＨＦ発生器及びＤＣ電源は制御ユニットによって制御される。図１（Ｂ）は、可能なＤＣ回路の一実現例を示している。このＤＣ電源は、内部ＤＣインピーダンスＲｉを有する高電圧源Ｕ０によって充電されるキャパシタＣＤＣで構成されている。スイッチは、トリガースパークギャップＴＳＧと、高周波ＨＦ用の結合キャパシタＣＣとを含んでいる。
【００９４】
図２は、異なる複数の条件についてＬＴＳｐｉｃｅを用いて数値的に取得した、ＤＣ放電中の基板横断電流の電流−時間グラフを示している。ＣＤＣ＝１ｎＦ、Ｕ＝５ｋＶ、基板抵抗ＲＳ＝５００Ωとした。（Ａ）はＲ＝１０Ωであり（同様の条件での実験結果について図４Ｃを参照）、（Ｂ）はＬ＝４０μＨであり（同様の条件での実験結果について図４Ａを参照）、（Ｃ）はＬ＝５μＨ‖５０ｐＦ（５μＨと５０ｐＦとの並列）であり（同様の条件での実験結果について図５Ｄを参照）、（Ｄ）はＬ＝５μＨ‖３３０ｐＦである。
【００９５】
図３（Ａ）は、Ｌ＝１７μＨとして得られた孔の内部構造を、Ｒ＝１０Ωとして作製された孔と比較して示しており、その他は同じパラメータＵ＝４．５ｋＶ、ＣＤＣ＝５．６ｎＦである。
【００９６】
図４は、ＤＣ回路におけるインダクタンス値を変えて、孔の入口の形状をどのように画成することができるかを示している。材料は１７０μｍ厚のガラスとし、プロセスパラメータはＵ＝５ｋＶ、ＣＤＣ＝０．９ｎＦとした。（Ａ）はＬ＝４０μＨであり、孔の周囲に非常に目立つが対称的な材料の縁部が得られている。（Ｂ）はＬ＝１５μＨであり、再現性のある非常に明確な一様な縁部が与えられている。（Ｃ）はＬ＝５μＨであり、非常に小さい縁部のみが作り出された。Ｌの更なる低減は、恐らくは制御されない寄生インダクタンスがますます有意になることに起因して、結果に大きなバラつきを生じさせる。
【００９７】
図５は、孔の周囲表面に材料の如何なる積み上げもない１７０μｍ厚のガラス内の孔を示している。この結果は、電気回路を微調整することによって達成され、この特定の例においては、Ｌ＝５μＨに並列にＣ＝５０ｐＦを付加して電流波形を調整した。Ｕ＝５ｋＶ、ＣＤＣ＝０．９ｎＦである。
【００９８】
図６は、５μＨの空心の軸巻きインダクタによって得られた孔品質の差を示しており、ＷＥ−ＳｕｐｅｒｆｌｕｘコアのＳＭＤパッケージ型のＬ＝５μＨインダクタの場合の図４Ｃと比較して、かなりの量の材料が孔の周囲に堆積されている。
【００９９】
本明細書、特許請求の範囲及び／又は図面に開示された本発明の複数の特徴は、別々及びそれらの組合せの何れでも、様々な形態で本発明を実現する素材となり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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