(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又は窪みを生成する方法、並びに該方法によって生成される基板内の孔又は窪みに関する。本発明はまた、該方法によって生成される基板内の孔又は窪みのアレイに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板内に孔、凹部又は窪みを生成する方法であって、
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、ユーザ制御電源に接続される少なくとも２つの電極の間に該基板を配置するステップと、
ｂ）前記孔、凹部又は窪みが生成されるべき前記基板の領域で、好ましくは集束レーザビームであるレーザビームと、前記電極を介して前記基板に印加される必要に応じてのＡＣ電圧と、を用いて該領域を加熱することによって、基板材料を溶融させるステップと、
ｃ）前記ユーザ制御電源及び前記電極により、前記基板又は前記領域を流れる電流の増大を生じさせるのに十分な、ユーザが定める大きさの電圧を、前記基板の前記領域を横切って印加し、それにより、所定量の電気エネルギーを前記基板に印加し、且つそれを前記基板から消散させるステップと、
を有し、
前記基板は、前記基板の反対面に置かれた第１調整層と第２調整層との間に挟まれ、
前記第１調整層は、ステップｂ）で好ましくは前記集束レーザビームである前記レーザビームに曝される前記基板の面に配置され、前記第１調整層は、前記孔、凹部又は窪みが生成されるべき前記領域の好ましくは断面積であるサイズを定めることを可能にし、表面汚染及び／又は溶融基板材料の再堆積を回避することを可能にし、且つ基板表面を熱から遮断することを可能にし、
前記第２調整層は、前記第１調整層が配置される面とは反対側の面に配置され、前記第２調整層は、表面汚染及び／又は溶融基板材料の再堆積を回避することを可能にし、且つ基板表面を熱から遮断することを可能にする、
方法。
【請求項２】
前記第１調整層及び第２調整層は、固体状態と液体状態との間又は固体状態と気体状態との間の転移が、室温から前記基板の融点までの温度範囲内で起こる、あるいはステップｂ）で前記集束レーザビームによって印加される所定量のエネルギーで起こる材料で形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１調整層及び第２調整層は、同じ材料又は相異なる材料で形成される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１調整層及び第２調整層は、それぞれ独立に、特にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であるポリマー、エチレンプロピレンゴム、無機シリコーンゴム、合成アクリル接着剤を有するＰＶＣからなる群から選択された材料で形成される、請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記第１調整層及び第２調整層は、それぞれ独立に、１μｍから１ｍｍ、好ましくは１０μｍから５００μｍ、より好ましくは１５μｍから３００μｍ、より好ましくは２０μｍから２００μｍ、更に好ましくは２０μｍから１００μｍ、の範囲内の厚さを有する、請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
前記第１調整層は、前記孔、凹部又は窪みが生成されるべき前記基板の前記領域に隣接し且つ接触する調整領域を有し、ステップｂ）は、該調整層が該調整領域内で溶融且つ／或いは気化され、それにより前記基板の前記領域への前記集束レーザビームの到達を可能にするように実行され、ステップｃ）において、該調整層は、前記電気エネルギーの前記消散により、前記調整領域内で部分的あるいは全体的に転移される、請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
前記第１調整層及び第２調整層は、ステップａ）において反対側で前記基板を覆うように前記基板に取り付けられる、請求項１乃至６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記第１調整層は、ステップｂ）及び／又はｃ）において前記基板上にマスクを作り出すために使用され、該マスクは、前記孔、凹部又は窪みが生成されるべき前記基板の前記領域のみを露出させる、請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
前記第１調整層及び／又は第２調整層は、ステップｂ）における好ましくは前記集束レーザビームである前記レーザビーム、ステップｂ）における前記ＡＣ電圧による熱、及び／又はステップｃ）における前記消散による熱、に曝される前記基板の表面領域を画成、調整、あるいは制限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】
前記第１調整層及び第２調整層は、ステップｃ）において放出される材料を該調整層内に吸収することで、前記放出される材料の基板表面上への直接的な再堆積を回避することによって、導入される前記孔、凹部又は窪みを囲む領域の平坦性／表面品質を向上させるために使用され、好ましくは、吸収された材料は、前記基板内への前記孔、凹部又は窪みの生成の後に、前記調整層とともに除去される、請求項１乃至９の何れかに記載の方法。
【請求項１１】
ステップｂ）は、好ましくは前記集束レーザビームである前記レーザビームの波長のレーザ放射の前記調整層による吸収により、前記調整層を直接的に加熱することによって行われる、請求項１乃至１０の何れかに記載の方法。
【請求項１２】
第１の孔、凹部又は窪みが第１の基板領域に生成されるよう、一度、ステップａ）−ｃ）が実行され、その後、前記基板が前記電極及び前記レーザビームに対して所定の距離だけ移動され、そして、第２の構造が第２の基板領域に生成されるよう、二度目のステップｂ）−ｃ）が実行される、請求項１乃至１１の何れかに記載の方法。
【請求項１３】
ｎは１より大きい整数として、ｎ個の構造のアレイが前記基板に生成されるよう、ステップｂ）−ｃ）がｎ回にわたって実行される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ステップｃ）で印加される前記電気エネルギーは、前記基板内にスルーホール又は貫通溝を生成するのに十分である、請求項１乃至１３の何れかに記載の方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れかに記載の方法によって生成された、孔、凹部若しくは窪み、又は孔、凹部若しくは窪みのアレイ。
【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又は窪みを生成する方法、並びに該方法によって生成される基板内の孔又は窪みに関する。本発明はまた、該方法によって生成される基板内の孔又は窪みのアレイに関する。
【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の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、処理箇所を位置決めするために必要なレーザスポットに起因する基板表面の破壊によって、あるいは不完全な材料放出若しくは生成孔の周囲表面への再堆積に起因する表面汚染によって、妨害されるときがある。
【０００３】
従って、基板内への高品質の孔及びその高密度アレイの生成と、表面品質及び孔パラメータの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方法を提供することである。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、基板内に孔（ホール）、凹部（リセス）又は窪み（ウェル）を生成する方法によって達成される。当該方法は、
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、ユーザ制御電源に接続される少なくとも２つの電極の間に基板を配置するステップと、
ｂ）孔、凹部又は窪みが生成されるべき基板の領域で、好ましくは集束レーザビームであるレーザビームと、電極を介して基板に印加される必要に応じてのＡＣ電圧と、を用いて該領域を加熱することによって、基板材料を溶融させるステップと、
ｃ）ユーザ制御電源及び電極により、基板又は前記領域を流れる電流の増大を生じさせるのに十分な、ユーザが定める大きさの電圧（典型的にＤＣ電圧）を、基板の前記領域を横切って印加し、それにより、所定量の電気エネルギーを基板に印加し、且つそれを基板から消散させるステップと、を有し、
基板は、基板の反対面に置かれた第１調整層と第２調整層との間に挟まれ、
第１調整層は、ステップｂ）で好ましくは集束レーザビームであるレーザビームに曝される基板の面に配置され、第１調整層は、孔、凹部又は窪みが生成されるべき前記領域の好ましくは断面積であるサイズを定めることを可能にし、表面汚染及び／又は溶融基板材料の再堆積を回避することを可能にし、且つ基板表面を熱から遮断することを可能にし、
第２調整層は、第１調整層が配置される面とは反対側の面に配置され、第２調整層は、表面汚染及び／又は溶融基板材料の再堆積を回避すること、並びに基板表面を熱から遮断することを可能にする。
【０００７】
一実施形態において、第１調整層は、レーザによる熱、及び／又はＡＣ電圧が印加される場合に生成されるＡＣアークによる熱、及び／又は（ステップｃ）における）ＤＣ電圧の印加によって生成されるＤＣアークによる熱から、基板表面を遮断する。一実施形態において、第２調整層は、ＡＣ電圧が印加される場合に生成されるＡＣアークによる熱、及び／又はステップｃ）におけるＤＣ電圧の印加によって生成されるＤＣアークによる熱から、基板表面を遮断する。
【０００８】
一部の実施形態において、基板の両側で集束レーザビームが使用される。この場合、第２調整層も、基板のその側に照射されるレーザビームによる熱から基板表面を遮断する。
【０００９】
一実施形態において、第１及び第２調整層は、固体状態と液体状態との間又は固体状態と気体状態との間の転移が、室温から基板の融点までの温度範囲内で起こる、あるいはステップｂ）で集束レーザビームによって印加される所定量のエネルギーで起こる材料で形成される。
【００１０】
一実施形態において、好ましくは集束レーザビームであるレーザビームが、第１調整層が置かれた側に照射される。他の一実施形態において、好ましくは集束レーザビームである２つのレーザビームが、基板のそれぞれの側に照射される。
【００１１】
一実施形態において、第１及び第２調整層は、同じ材料又は相異なる材料で形成される。
【００１２】
一実施形態において、第１及び第２調整層は、それぞれ独立に、特にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であるポリマー、エチレンプロピレンゴム、無機シリコーンゴム、合成アクリル接着剤を有するＰＶＣからなる群から選択された材料で形成される。
【００１３】
一実施形態において、第１及び第２調整層は、それぞれ独立に、１μｍから１ｍｍ、好ましくは１０μｍから５００μｍ、より好ましくは１５μｍから３００μｍ、より好ましくは２０μｍから２００μｍ、更に好ましくは２０μｍから１００μｍ、の範囲内の厚さを有する。
【００１４】
一実施形態において、第１調整層は、孔、凹部又は窪みが生成されるべき基板領域に隣接し且つ接触する調整領域を有し、ステップｂ）は、該調整層が調整領域内で溶融且つ／或いは気化され、それにより前記基板領域への集束レーザビームの到達を可能にするように実行され、ステップｃ）において、該調整層は、前記電気エネルギーの消散により、調整領域内で部分的あるいは全体的に転移される。
【００１５】
一実施形態において、第１及び第２調整層は、ステップａ）において反対側で基板を覆うように基板に取り付けられる。
【００１６】
一実施形態において、レーザビームは集束レーザビームであり、他の一実施形態において、レーザビームは非集束レーザビームである。
【００１７】
一実施形態において、第１調整層は、ステップｂ）及び／又はｃ）において基板上にマスクを作り出すために使用され、該マスクは、孔、凹部又は窪みが生成されるべき基板の領域のみを露出させる。
【００１８】
一実施形態において、第１及び／又は第２調整層は、ステップｂ）における好ましくは集束レーザビームであるレーザビーム、ステップｂ）におけるＡＣ電圧による熱、及び／又はステップｃ）における消散による熱、に曝される基板の表面領域を画成、調整、あるいは制限するために使用される。
【００１９】
一実施形態において、第１及び第２調整層は、ステップｃ）において放出される材料を調整層内に吸収することで、放出される材料の基板表面上への直接的な再堆積を回避することによって、導入される孔、凹部又は窪みを囲む領域の平坦性／表面品質を向上させるために使用され、好ましくは、吸収された材料は、基板内への孔、凹部又は窪みの生成の後に、調整層とともに除去される。
【００２０】
一実施形態において、ステップｂ）は、好ましくは集束レーザビームであるレーザビームの波長のレーザ放射の調整層による吸収により、調整層を直接的に加熱することによって行われる。
【００２１】
一実施形態において、第１の孔、凹部又は窪みが第１の基板領域に生成されるよう、一度、ステップａ）−ｃ）が実行され、その後、基板が電極及びレーザビームに対して所定の距離だけ移動され、そして、第２の構造が第２の基板領域に生成されるよう、二度目のステップｂ）−ｃ）が実行される。
【００２２】
一実施形態において、ｎは１より大きい整数として、ｎ個の構造のアレイが基板に生成されるよう、ステップｂ）−ｃ）がｎ回にわたって実行される。
【００２３】
一実施形態において、ステップｃ）で印加される電気エネルギーは、基板内にスルーホール又は貫通溝（スルーチャネル）を生成するのに十分にされる。
【００２４】
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、孔、凹部若しくは窪み、又は孔、凹部若しくは窪みのアレイによって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】基本的な実験配置の一例を示す図である。
【図２】レーザビームのガウス強度分布を例示する図である。
【図３】調整層の材料特性が、図２に示したような固体／液体から蒸発／分解への急峻な転移を可能にしないものである場合について、調整層内に形成されるオリフィスの直径と調整層の厚さとの関係を例示する図である。
【図４】レーザビームを印加した側から見た、１７０μｍ厚のガラス内に開けられた孔のＳＥＭ像である。
【図５】レーザビームを印加していない側から見た、１７０μｍ厚のガラス内に開けられた孔のＳＥＭ像である。
【図６】何れかの側に４０μｍ厚の接着スコッチマジックテープ（登録商標）の調整層を用いて１７０μｍ厚のガラス内に開けられた孔のＳＥＭ像である。
【図７】異なる厚さの第１調整層の効果を示す図である。
【図８】レーザ印加側の第１調整層の材料特性による差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
用語“調整層（モデュレーションレイヤ）”は、ここでは、孔、凹部又は窪みが生成されるべき領域の好ましくは断面積であるサイズを定めるマスクを提供するレイヤを意味するものとして使用される。好適な一実施形態において、第１調整層は、方法の実行中、好ましくはステップｂ）及び／又はｃ）中に基板上にその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）生成されるマスクとして作用し、該マスクは、孔、凹部又は窪みが生成されるべき基板領域のみを露出させる。本発明に係る方法が実行される前には、マスクは存在せず、調整層は１つの閉じた表面を有する。ステップｂ）及び／又はｃ）が実行されるときに、調整層からマスクが生成される。典型的に、第１調整層は、ステップｂ）で熱が印加される基板面上に配置される。第１調整層はまた、表面汚染、及び／又は溶融された基板材料の再堆積を回避することを可能にする。また、一実施形態において、第２調整層は、反対側の基板面、すなわち、ステップｂ）で熱が印加される側から離れた面上に配置される。第２調整層は、表面汚染、及び／又は溶融された基板材料の再堆積を回避することを可能にする。理論に縛られることは望まないが、本発明の発明者が考えるには、調整層の機能、特に第２調整層の機能は、基板から放出される材料が、基板表面上に静止して付着することができずに、調整層上に堆積してその中に組み込まれるというものである。それに代わるものとして、調整層の存在は、孔が生成された後に孔の入り口に付着してしまう繊維状のもの（フィラメント）が形成されないように、基板から材料が放出される仕方を変化させる。このような放出基板材料は全て、孔の生成後に調整層が除去されるときに、調整層とともに除去されることができ、それにより、これまで達成されなかったクリーンな基板表面がもたらされる。
【００２７】
一実施形態において、上記ユーザが定める大きさの電圧は、１０Ｖから１０６Ｖ、好ましくは１０２Ｖから３×１０５Ｖ、より好ましくは１０３Ｖから３０×１０３Ｖ、更に好ましくは２×１０３Ｖから１５×１０３Ｖの範囲内である。
【００２８】
一実施形態において、電源のインピーダンスは、＞１Ω、好ましくは＞１０ｋΩ、より好ましくは＞１００ｋΩ、更に好ましくは＞１ＭΩのインピーダンスである。
【００２９】
一実施形態において、このインピーダンスは１Ωから１ＧΩの範囲内であり、好ましくは、このインピーダンスは上記方法の実行中に該範囲内で可変である。
【００３０】
一実施形態において、電気絶縁性あるいは半導電性の基板は、例えばガラス、石英、窒化シリコン、酸化シリコンなどのシリコンベースの基板、例えば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、ゲルマニウムなどの半導体材料、例えばガリウム砒素、インジウム燐などの化合物半導体、例えばアルミナ、スピネル、サファイアなどのアルミニウムベースの結晶材料、並びに例えばジルコニアなどのセラミックス、から成る群から選択された材料で製造される。
【００３１】
一実施形態において、基板は、室温で電気絶縁性であり、好ましくは、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、セラミックス、及びスピネルから選択された基板からなる。基板は、より好ましくは、ガラス、石英、及び例えば低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）のようなセラミックスから選択された基板からなり、好ましくは、このような基板は室温で＞１０９Ω・ｃｍの電気抵抗率を有する
一実施形態において、基板は、室温で半導電性であり、好ましくは、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基板材料からなる。好ましくは、このような基板は室温で≦１０９Ω・ｃｍの電気抵抗率を有する。
【００３２】
一実施形態において、ステップｂ）はレーザを用いて実行され、レーザは好ましくは、基板材料及び／又は調整層によって少なくとも部分的に吸収される波長域内の波長を有する。
【００３３】
本発明の発明者が発見したことには、意外にも、基板内に生成される孔、凹部又は窪みの品質は、基板の両面に配置した２つの調整層を用いることによって驚くほどに向上され得る。
【００３４】
基板内に孔を導入するためのプロセスは、先出の特許文献１及び２に既に実質的に記載されている。基板への電圧の印加は、基板を横断しての制御された誘電破壊を生じさせ、そして、該誘電破壊が基板からの材料の放出を生じさせる。本発明によれば、調整層の使用により、そのような制御された誘電破壊によって生成される孔の品質を向上させることが可能になる。典型的に、基板及び調整層を加熱するための手段はレーザである。一実施形態において、レーザは調整層を加熱する。具体的なレーザの選定は、基板及び調整層の材料に依存する。例えば、１０．６μｍ又は９．３μｍの波長を有するＣＯ２レーザである。その他の好適なレーザは、８００ｎｍから１３００ｎｍの範囲内の波長を有するレーザである。なお、レーザ波長の選択はまた、調整層によって吸収されてそれを加熱するように行われ、且つ／或いは基板によって吸収されて基板が調整層を加熱するように行われる。これにより、調整層の加熱が可能になる。吸収は１００％でもそれ未満でもよく、すなわち、入射放射線の実質的に全て又は一部が、基板若しくは調整層、又はこれら双方によって吸収される。ここでは、用語“少なくとも部分的に吸収”は、基板及び／又は調整層が入射放射線の０．１％から１００％を吸収するような如何なる状況をも意味するものとして使用される。ここでは、用語“調整層”は、調整層と基板とが互いに隣接して対向するように、好ましくは隣り合わせて、基板に取り付けられるレイヤを意味するものとして使用される。この構成において、孔が生成されるべき基板内の領域のことを“基板領域”と呼び、該基板領域に対向する調整層内の対応する領域のことを“調整領域”と呼ぶときもある。事実上、そのような調整領域は、そのような基板領域の頂部上（第１調整層の場合）、又はそのような基板領域の下（第２調整層の場合）にある。一実施形態において、これら調整領域及び基板領域は、おおよそ同じサイズであり、好ましくは同じ断面積である。他の一実施形態において、調整領域は、断面において、基板領域より５％以上、例えば、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、・・・、１００％大きい。
【００３５】
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１に示す。処理対象の基板が２つの電極の間に配置され、基板の材料のうちの或る量が熱源によって溶融される。この熱源は、例えば、レーザ、若しくは基板を直接的に加熱（基板内に誘電損失を生じさせる）あるいは間接的に加熱（電気アークによる）することが可能な高周波源、又はこれら熱源の組合せとすることができる。基板の両側で基板面から或る距離に配置され且つ電圧源に接続された２つの電極を用いて、基板に電圧を印加することによって、溶融された材料が除去される。
【００３６】
熱源がレーザである場合、その波長は、例えば吸収率、透過率、反射率、厚さのような基板特性に適応されなければならない。一実施形態において、レーザは、基板上に照射されると基板材料を突き抜けることが可能な光であって、基板上に照射されると基板の表面で完全には吸収あるいは反射されず、該表面の下の基板領域をも突き抜ける光を放射する。他の一実施形態において、レーザは、基板上に照射されると基板表面で完全あるいは略完全（＞９０％）に吸収される光を放射し、内部の熱伝導によって材料ボリュームが加熱される。何れの場合も、表面下の領域と比較して多くの放射線が表面で吸収される（ランベルト・ベールの法則）。レーザに関し、材料の十分な貫通加熱及び形成される孔のサイズを決定するのは、具体的に、焦点サイズ、パワー及び印加時間である。波長（これは処理対象の材料に適応される）、レーザのビーム品質、及び集光のための光学系の特性により、レーザビームの達成可能な最小スポットサイズが制限される。スポットサイズが、開けるべき孔より大きい直径を有する場合、電圧印加で除去されない、あるいは完全には除去されない基板表面のより多くの材料が加熱される。これは基板表面の過剰な加熱を生じさせ、それにより、例えば表面ダメージ及び基板内の残留張力などのような品質低下がもたらされる。また、放出材料が孔の周囲の基板表面に再堆積し、かなりの表面汚染を生じさせるとともに、高い残留張力を導入してしまう。
【００３７】
本発明の実施形態によれば、過剰な熱及び表面ダメージを低減し、孔を囲む表面の品質を向上させるよう、基板表面へのレーザの到達を調整・制限するために、両側の基板表面に、好ましくはレーザビーム調整層である調整層が取り付けられる。調整層の材料特性及び厚さは、基板材料特性、厚さ、レーザ印加時間、及びレーザパワーに依存する。
【００３８】
一実施形態において、調整層は、所定量の調整層が局所的に基板から除去されて、好ましくは所定の断面積である所定のサイズを有する基板表面の所定領域をレーザ光に曝すように、基板表面に到達するレーザ光の量を調整あるいは制限する。調整層のこの局所的な除去は、好ましくは、例えばレーザ光により、孔あけプロセスの間に印加されるエネルギー自体によって達成される。ほぼガウス分布のビームプロファイルを仮定すると、レーザ光の強度、ひいては、材料に照射されるエネルギー密度は、ビームの中心で最も高い。故に、固体状態と液体／気体状態との間の相転移又はより一般的には変質／分解閾値が、或る特定の温度又はより一般的には或る特定のエネルギー若しくはエネルギー密度にある材料を調整層に使用することが有利である。レーザビームが調整層に印加されるとき、相転移又は分解がレーザスポットの中心で達成され、斯くして、この位置では局所的な材料除去が起こるが、転移閾値を超えるにはエネルギーが不十分であるレーザスポットの周囲又は外側の領域（図２）では除去が起こらないということがもたらされる。この局所的な材料除去は、レーザスポットサイズより小さい開口を調整層内に作り出し、故に、その下の基板材料へのレーザアクセスを制限する。従って、照射され（且つ続いて溶融される）基板表面上の領域が縮小されて、より少ない熱又は過剰でない熱、ひいては、より少ない表面ダメージ及び残留張力がもたらされ、それにより、例えば一層小さいピッチが可能になる。
【００３９】
調整層の材料が、急峻な転移又は分解に従わない、あるいはより一般的にはレーザ照射時に熱的に安定でない場合、除去される調整層材料の量、ひいては、照射される基板表面のサイズは、調整層の厚さをレーザパルスの継続時間及びパワーに適応させることによって調整されることができる。所与の継続時間のレーザパルスにおいて、レーザ強度が高いほど（典型的に、スポットの中心）、より多くのエネルギーが消散され、結果として、材料除去速度が高い。調整層材料へのレーザパルスの印加は、故に、レーザビームの強度分布に似た凹部を調整層内に作り出す。調整層の厚さを増大させると、調整層内に作り出される開口のサイズ、ひいては、露出される基板表面領域のサイズが縮小され（図３）、より少ない過剰な熱及び表面ダメージがもたらされる。
【００４０】
各調整層が基板の各面に取り付けられる。このようなサンドイッチ構造、すなわち、各面に１レイヤの構造は、孔の周りの双方の基板表面上に例えば繊維状のもの（フィラメント）又は球状のもの（スフィア）と呼ばれるものにて再堆積し得る放出材料による表面汚染を回避するために好ましいものである。理論に縛られることは望まないが、本発明の発明者が考えるには、調整層が使用されるとき、放出材料は基板表面上に静止して付着することができずに調整層上に堆積してそれと融合する、あるいは、調整層の存在により、孔が開けられた後に孔の入り口に付着するフィラメントが形成されないよう、（改変された幾何学構成により）材料の放出され方が変化する。孔あけ後に基板から調整層を除去すると、全ての放出材料が調整層とともに除去され、クリーンな、汚染のない基板表面がもたらされる。
【００４１】
調整層の材料特性及び／又は厚さは、何れかの側で異なっていてもよい。例えば、レーザビームが印加されない側では、厚さを薄くすることができる。何故なら、レーザビームの制限や調整の必要はなく、調整層は主として、材料の再堆積を防止し、且つステップｂ）又はｃ）中に形成される電気アークからの熱を遮断／調整するよう機能するものであるからである。レーザが印加されない側の調整層の開口は、基板内に孔を開けるＤＣ高電圧放電によって、あるいは場合により電極間に形成されるＡＣ高周波アークによって作り出されなければならないため、両側で材料特性が異なっていてもよい。どちらの場合も、調整層の材料特性は、主に電気アーク（ＡＣ若しくはＤＣの何れか、又は双方）の熱効果によって達成される孔位置でのその局所除去を可能にしなければならない。
【００４２】
調整層は、様々な手法で基板材料に取り付けられることができ、例えば、スコッチマジックテープ（登録商標）のような自己付着するテープを用いて、あるいは基板と調整層との間の例えば水又はエタノールなどの液体薄膜による付着力によって、あるいは基板表面に材料層をスピンコーティング若しくはスプレー塗布することによって、あるいは基板と調整層との間の静電気力によって、あるいは信頼性ある孔あけプロセスを妨げる気泡の混入や厚さバラつきのような変形なしで基板への調整層の均一な取付けを確かなものにするその他の技術によって取り付けられ得る。
【００４３】
孔あけ後の容易な取り外しを可能にする調整層、又は調整層の基板への取付け方法を用いることが有利である。調整層は、例えば、引き剥がし又は引っ掻きによって機械的に、あるいは例えば焼却又は灰化のような熱分解によって、あるいはプラズマアッシングや化学分解によって取り外されることができる。
【００４４】
使用した材料は、例えば、スコッチマジックテープ（登録商標）、セルフシール式絶縁テープ（３Ｍ社製）、ＰＤＭＳ、ウェーハダイシングテープ、ＰＥＴ箔のような様々なポリマー、ポリイミド、樹脂、及び複合系である。１７０μｍ厚のガラス基板の場合、孔あけのためのプロセスパラメータを変更する必要なく、２０μｍから１００μｍの調整層厚さを首尾良く使用することができた。より厚い調整層の場合、調整層を局所的に除去するのに十分なエネルギーを供給するためにレーザ印加時間又はレーザパワーを増大させる必要があった。
【００４５】
以下、本発明を限定ではなく例示する典型的な実施形態として与えられる図を参照する。
【００４６】
図１は、基本的な実験配置の一例を示している。両面に調整層Ｌが取り付けられた基板Ｓが２つの電極Ｅ間に配置される（電極−基板間の間隙距離は０．１−５ｍｍ）。これらの電極は、高電圧源（Ｒｉは実電源のＤＣインピーダンスである）によって充電されるキャパシタＣで構成された高電圧（ＨＶ）ＤＣ電源に接続される。薄い基板では、基板を横断して寄生キャパシタンスＣｓが形成し得る。プロセスに関連する電源インピーダンスは、回路内に置かれるリアクタンス素子や抵抗素子（図示せず）によって定められ、これらは例えば、抵抗若しくはインダクタ、又はこれらの組合せとすることができ、場合によりキャパシタンスも含み得る。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、更なる熱源として、高周波数の高電圧（図示せず）が上記電極に印加される。基板材料が溶融すると、ＨＶ  ＤＣ電源からの高ＤＣ電圧が上記電極間に印加されて、基板から溶融材料を送り出す。完全なる動作電圧を電極に直ちに供給するために、キャパシタＣを充電しておき、電圧印加時間に至ると、例えばトリガースパークギャップなどの高速スイッチを介してキャパシタＣが電極に接続される。
【００４７】
図２は、スポットサイズＤを有するレーザビームのガウス強度分布Ｉ（ｒ）を示している。スポットサイズＤは、ｎは１又は２に等しいとして、Ｉ（Ｄ／２）／Ｉ（０）＝１／ｅｎとして定義される。このビームが所与の期間にわたって調整層上に導かれるとき、レーザビームの強度に比例した量のエネルギーが調整層内で消散される。ビームの中心から半径方向距離ｒ＜ｔの、或る特定の閾値強度Ｉｔより強度が高い領域で、このエネルギーは、例えば蒸発温度又は分解閾値を達成するのに十分であり、調整層材料が除去されることになる。斯くしてレイヤ材料内に作り出される直径ｄ＝２ｔのオリフィス（開口部）はレーザビームの一部のみが通過して、調整層の下に位置する基板材料に到達することを可能にする。故に、レーザビームによって照らされ、その結果としてレーザ加熱によって影響される基板表面領域は、直径ｄに制限される。
【００４８】
調整層の材料特性が、図２に示したような固体／液体から蒸発／分解への急峻な転移を可能にしないものであるが、その代わりに、調整層の材料が印加レーザスポットの全領域で徐々に除去される場合、調整層内に形成されるオリフィスの直径ｄは、図３に示すように、調整層の厚さによって定められ得る。（Ａ）厚さｈ０の調整層に印加されるレーザビームは、調整層内にリセス（凹部）を作り出すが、下地基板までの開口は作り出さない。（Ｂ）薄くされた厚さｈ１の調整層は、（同じレーザ条件で）作り出されるリセスが下地基板に接近することを可能にし、調整層内に直径ｄ１のオリフィスを生じさせる。（Ｃ）レイヤ厚を更にｈ２まで薄くすることは、より大きい直径ｄ２のオリフィスをもたらし、より大きい基板表面領域がレーザ照射に曝される。
【００４９】
図４は、レーザビームを印加した側から見た、１７０μｍ厚のガラス内に開けられた孔のＳＥＭ像を示している。（Ａ）は、第１調整層又は何らかの調整層を用いずに開けられた孔を示している。レーザビームは開けられた孔より大きいので、孔の周りの表面がレーザビームによる影響を受け、溶融表面層又はクレーター状のものが形成されている。放出された材料が孔の周囲に堆積されている。（Ｂ）は、孔が開けられた後の、依然として基板に取り付けられたままの、ここでは１００μｍ厚の接着ＰＥＴ箔とした調整層を示している。調整層内のリセスの直径は頂部から底部に向けて減少し（図３参照）、故に、基板の小さい表面領域のみがレーザビームに曝される。（Ｃ）は、調整層を除去した後の、（Ｂ）に示したものと同じアレイを示している。孔及びその周囲表面はきれいであり、変形がない。
【００５０】
図５は、レーザビームを印加していない側から見た、１７０μｍ厚のガラス内に開けられた孔のＳＥＭ像を示している。（Ａ）は、第２調整層を用いず、しかし、反対側（図示されない側）で第１調整層を用いて開けられた孔を示している。調整層のない側が示されている。孔の周囲の領域は、孔あけのための高周波アーク及びＤＣ放電アークにより生成される熱によって、溶融されて変形されている。（Ｂ）は、第１調整層及び第２調整層を用いた実験の結果を示している。示されているレイヤは、レーザビームに曝されない側に置かれた、孔が開けられた後に依然として基板に取り付けられたままの、ここでは４０μｍ厚の接着ＰＥＴ箔とした第２調整層である。（Ｃ）は、調整層を除去した後の、（Ｂ）に示したものと同じアレイを示している。孔及びその周囲表面はきれいであり、変形がない。
【００５１】
図６は、何れかの側に４０μｍ厚の接着スコッチマジックテープ（登録商標）の調整層を用いて１７０μｍ厚のガラス内に開けられた孔のＳＥＭ像を示している。これらの像は、調整層を除去した後に撮影したものである。（Ａ）は、レーザを印加した側を示している。（Ｂ）は、レーザを印加していないグランド側を示している。
【００５２】
図７は、異なる厚さの第１調整層の効果を示している。基板の両面に、非接着ＰＥＴ箔を、これら基板と調整層との間の水の薄膜を用いて取り付けた。１７０μｍ厚のガラス基板に孔を開けた。これらの像は、調整層を除去した後に撮影したものである。（Ａ）は、レーザ印加側に取り付けられた４０μｍ厚のＰＥＴ箔を示している。孔同士の間に再堆積された材料は残っていないが、調整層内に作り出されるオリフィス、ひいては、レーザ光に曝される基板表面が、開けられる孔より大きいために、なおもクレーター形状が存在している。（Ｂ）は、レーザ印加側に８０μｍ厚のＰＥＴ箔を用いることで、入口部にクレーター形状のない、より真っ直ぐな孔が生成されることを示している。孔の中心の明るい点は、撮像のためにサンプルが上に置かれたＳＥＭの金属製ホルダープレートである。孔を通したこの光景も、円筒形の孔形状であること及びきれいな内面であることを明らかにしている。
【００５３】
図８は、レーザ印加側の第１調整層の材料特性による差を示している。これらの像は、調整層を基板に取り付けたままで撮影したものである。（Ａ）は、４０μｍ厚の接着ＰＥＴ箔とした調整層を示している。かなりの体積のレイヤ材料が除去され、円錐状のリセスが調整層内に作り出されている。円錐形状に起因して、露出される基板表面は、図３に示したように、調整層の厚さに依存する。（Ｂ）は、４０μｍ厚のポリイミド（ＰＩ）箔とした調整層を示している。プロセス条件は（Ａ）の場合と同じにした。ＰＩの熱的安定性は、ＰＥＴと比較して有意に高い。例えば、ＰＩのガラス転移温度はおよそ４００℃であり（ＰＥＴは７０℃）、また、ＰＩは融点（ＰＥＴの融点は約２５０℃である）に従わずに、ガラス転移温度より有意に高い温度で分解／蒸発する。より高い熱的安定性により、条件は図２に示したものと近いものとなり、（Ａ）と比較して、より小さく且つより円筒形のリセスをもたらす。
【００５４】
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３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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