(57)【要約】  本発明は、基板（５）を穿孔する装置に関し、具体的には、電気絶縁性基板又は半導体基板（５）に孔や凹部又はウェルを形成する装置に関し、より具体的には、電気絶縁性基板又は半導体基板（５）に複数の孔や凹部又はウェルを形成する装置に関する。本発明は、基板（５）を穿孔する方法にも関する。さらに、本発明は、基板（５）を穿孔する装置の使用にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性基板又は半導体基板を穿孔して前記基板に複数の孔や凹部又はウェルを形成する装置であって、当該装置は：
ＡＣ電圧ソースと、
ＤＣ電圧ソースと、
第１電極及び第２電極と、
ユーザがプログラム可能なタイミング制御ユニットと、
レーザと、を有しており、
第１電極が接地電極であり、第２電極が電圧を基板に印加するための電圧電極であり、
前記ＡＣ電圧ソースは、第２電極に接続されており、
前記ＤＣ電圧ソースは、第２電極にも接続されているＤＣ電圧出力部を有しており、前記ＤＣ電圧ソースは、複数のＤＣ電源及び複数のスイッチを備えており、各ＤＣ電源は、離散的な量の電気エネルギーを蓄えるコンデンサを備えており、各ＤＣ電源は、前記複数のスイッチから選択され、割り当てられたスイッチを有しており、各ＤＣ電源は、それ自体に割り当てられたスイッチを介して前記ＤＣ電圧出力部に接続されており、それによって、前記ＤＣ電圧ソースの前記ＤＣ電圧出力部は、前記複数のスイッチによって並列に接続されている前記複数のＤＣ電源によって供給され、
前記レーザ、前記ＡＣ電圧ソース、前記ＤＣ電圧ソース、及び前記複数のスイッチが、前記タイミング制御ユニットに接続され且つ制御される、
装置。
【請求項２】
前記複数のスイッチは、単一のスイッチのスイッチング速度よりも早い速度で、前記ＤＣ電源のいずれかから基板にＤＣ電圧の印加を可能にする、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のスイッチは、同じタイプのスイッチである、
請求項１又は２のいずれかに記載の装置。
【請求項４】
前記複数のスイッチによって、スパークギャップ、リードリレー、サイラトロン、イグナイトロン、又はサイリスタがトリガされる、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第２電極を介して印加される電圧は、ＡＣ電圧、ＤＣ電圧、又は両者の組み合わせである、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
第１電極及び第２電極は、基板を保持する手段によって保持される基板が、第１電極及び第２電極との間に位置するように配置される、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
第１電極は、尖った電極である、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
第１電極は、尖っておらず、平坦な面を有している、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
第１電極は、基板を保持する手段の一部である、
請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
ＤＣ電圧を前記基板に印加する前記スイッチング速度は、前記複数のスイッチと同じタイプの単一のスイッチの最大スイッチング速度よりも少なくとも１．２倍、好ましくは少なくとも１.５倍、好ましくは少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも４倍、より好ましくは少なくとも５倍、さらにより好ましくは少なくとも６，７，８，９又は１０倍速い、
請求項２乃至９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
基板、特に電気絶縁性基板又は半導体基板を穿孔するための、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置の使用。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置を用いて、基板を穿孔して該基板に複数の孔や凹部又はウェルを形成する方法であって、当該方法は：
ａ）請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置、並びに第１及び第２電極の間に配置されており、室温で電気絶縁性基板又は半導体基板を提供するステップと、
ｂ）前記レーザ及び／又は前記基板に印加されるＡＣ電圧を用いて基板の材料の容積を加熱して溶融するステップであって、前記容積は、前記基板の第１面から前記基板の第２面に部分的に又は完全に拡張しており、第２面は、第１面の反対側である、溶融するステップと、
ｃ）前記ＤＣ電圧出力部に接続され且つ前記基板の両側の間の距離に配置された第２電極を使用して、ＤＣ電圧を前記基板に亘って印加することにより、ステップｂ）によって得られた溶融した材料の体積を除去するステップであって、こうして、規定された量の電気エネルギーを前記基板に印加して、前記基板から前記電気エネルギーを散逸させる、除去するステップと、
ｄ）規定された距離だけ前記基板を移動させるステップと、
ｅ）ステップｂ）〜ｄ）をｎ回繰り返すステップであって、ここで、ｎ＞１であり、好ましくは、ｎ＞１００、１，０００、１０，０００、１００，０００、１０００，０００、５，０００，０００又は１０，０００，０００であり、前記ステップｅ）の繰返速度は、ステップｃ）での前記基板にＤＣ電圧を印加するスイッチング速度によって規定される、繰り返すステップと、を含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を穿孔する装置に関し、具体的には、電気絶縁性基板又は半導体基板に孔や凹部又はウェルを形成する装置に関し、より具体的には、電気絶縁性基板又は半導体基板に複数の孔や凹部又はウェルを形成する装置に関する。本発明は、基板を穿孔する方法にも関し、具体的には、電気絶縁性基板又は半導体基板に孔や凹部又はウェルを形成する方法に関し、より具体的には、電気絶縁性基板又は半導体基板に複数の孔や凹部又はウェルを形成する方法に関する。さらに、本発明は、基板を穿孔する装置の使用にも関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び特許文献２には、スイッチを一般的に用いて基板への断続的な電圧の印加を使用して基板に構造体を形成する方法が開示されている。これら従前の電圧が印加される孔は、アレイとして存在する場合に、典型的には、絶縁層を用いずにアレイを製造する際に、フラッシュオーバーを回避するために隣接する孔同士の間に大きな距離（通常は１ミリメートル（ｍｍ）より大きい）を必要とする。特許文献３及び特許文献４には、小さなピッチ（典型的に１ｍｍより小さい）を有する孔のアレイの製造を可能にするような、基板への電圧の印加を使用して基板に構造体を形成する方法が開示されている。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コンデンサを帯電させる必要性と、スイッチの（固有）スイッチング速度の最大化とによって、複数の孔を形成するための速度が制限されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００５／０９７４３９号
【特許文献２】国際公開第２００９／０５９７８６号
【特許文献３】国際公開第２０１１／０３８７８８号
【特許文献４】国際公開第２０１０／０６３４６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、当該技術分野において、例えば構造体又は孔のアレイの形成において、電気エネルギーを基板に供給するスイッチング速度を増大させる技術の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明の目的は、基板を穿孔する装置及び方法を提供することであり、具体的には、例えば毎秒１０孔以上（すなわち、１０s−１の繰返速度、つまり、１つの孔が１００ミリ秒（ｍｓ）未満で形成される）の高速で行われるように、好ましくは毎秒１００孔以上（すなわち、１００ｓ−１の繰返速度、つまり、１つの孔が１０ｍｓ未満で形成される）のより高速で行われるように、高速で基板に複数の孔や凹部又はウェルを形成する装置及び方法を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明に従った装置の一般的なセットアップを示す図である。
【図２Ａ】図１の代替形態を示す図である。
【図２Ｂ】図１の代替形態を示す図である。
【図３Ａ】図２Ａの実施形態の代替形態を示す図である。
【図３Ｂ】図２Ｂの実施形態の代替形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の目的は、電気絶縁性基板又は半導体基板を穿孔する装置、具体的には、基板に複数の孔や凹部又はウェルを形成する装置によって解決することができる。当該装置は：
ＡＣ電圧ソースと、
ＤＣ電圧ソースと、
第１電極及び第２電極と、
ユーザがプログラム可能なタイミング制御ユニットと、
基板を保持するための手段と、
レーザと、を有しており、
第１電極が接地電極であり、第２電極が電圧を基板に印加するための電圧電極であり、
ＡＣ電圧ソースは、第２電極に接続されており、
ＤＣ電圧ソースは、第２電極にも接続されているＤＣ電圧出力部を有しており、ＤＣ電圧ソースは、複数のＤＣ電源及び複数のスイッチを備えており、各ＤＣ電源は、離散的な量の電気エネルギーを蓄えるコンデンサを備えており、各ＤＣ電源は、複数のスイッチから選択され、割り当てられたスイッチを有しており、各ＤＣ電源は、それ自体に割り当てられたスイッチを介してＤＣ電圧出力部に接続されており、それによって、ＤＣ電圧ソースのＤＣ電圧出力部は、複数のスイッチによって並列に接続されている複数のＤＣ電源によって供給され、
レーザ、ＡＣ電圧ソース、ＤＣ電圧ソース、及び複数のスイッチが、タイミング制御ユニットに接続され且つ制御される。
【０００８】
一実施形態では、複数のスイッチは、単一のスイッチのスイッチング速度よりも早い速度で、好ましくは最大スイッチング速度よりも早い速度で、ＤＣ電源のいずれかから基板にＤＣ電圧の印加を可能にする。
一実施形態では、複数のスイッチは、同じタイプのスイッチである。
一実施形態では、複数のスイッチによって、スパークギャップ、リードリレー、サイラトロン、イグナイトロン、又はサイリスタ等がトリガされる。
【０００９】
一実施形態では、第２電極を介して印加される電圧は、ＡＣ電圧、ＤＣ電圧、又は両者の組み合わせである。
一実施形態では、第１電極及び第２電極は、基板を保持する手段によって保持される基板が、第１電極及び第２電極との間に位置するように配置される。
一実施形態では、第１電極は、尖った電極である。
別の実施形態では、第１電極は、尖っておらず、好ましくは、平坦な面を有している。
【００１０】
一実施形態では、第１電極は、基板を保持するための手段の一部である。
一実施形態では、ＤＣ電圧を基板に印加するスイッチング速度は、複数のスイッチと同じタイプの単一のスイッチの最大スイッチング速度よりも少なくとも１．２倍、好ましくは少なくとも１.５倍、２倍、３倍又は４倍、より好ましくは少なくとも５倍、さらにより好ましくは少なくとも６，７，８，９又は１０倍速い。
一実施形態では、ＤＣ電圧を基板に印加するスイッチング速度は、１ｍｓ−１より大きい、好ましくは、２，３，４，５，６，７，８，９又は１０ｍｓ−１より大きい。
【００１１】
本発明の目的は、基板、具体的には、電気絶縁性基板又は半導体基板を穿孔するための本発明に係る装置の使用によって解決される。
【００１２】
本発明の目的は、本発明に係る装置を用いて、基板を穿孔する方法、具体的には、基板に複数の孔や凹部又はウェルを形成する方法によって解決される。本方法は：
ａ）本発明に係る装置、並びに第１及び第２の電極の間に基板を保持するための手段に配置されており、室温で電気絶縁性基板又は半導体基板を提供するステップと、
ｂ）レーザ及び／又は基板に印加されるＡＣ電圧を用いて基板の材料の容積を加熱して溶融するステップであって、この容積は、基板の第１面から基板の第２面に部分的に又は完全に拡張しており、第２面は、第１面の反対側である、溶融するステップと、
ｃ）ＤＣ電圧出力部に接続され且つ基板の両側の間の距離に配置された第２電極を使用して、ＤＣ電圧を基板に亘って印加することにより、ステップｂ）によって得られた溶融した材料の体積を除去するステップであって、こうして、規定された量の電気エネルギーを基板に印加して、基板から電気エネルギーを散逸させる、除去するステップと、
ｄ）規定された距離だけ基板を移動させるステップと、
ｅ）ステップｂ）〜ｄ）をｎ回繰り返すステップであって、ここで、ｎ＞１であり、好ましくはｎ＞１００、１，０００、１０，０００、１００，０００、１０００，０００、５，０００，０００又は１０，０００，０００であり、ステップｅ）の繰返速度は、ステップｃ）での基板にＤＣ電圧を印加するスイッチング速度によって規定される、繰り返すステップと、を含む。
【００１３】
本発明者らは、従来技術の方法及び装置と比較して、孔を開口するためにＤＣ電圧を供給するようなスイッチング速度をさらに増大させ且つ改善して、それによって、例えば孔のアレイが形成される場合に、より早い速度を達成することができることを見出した。これは、複数のＤＣ電源を並列化することにより、本発明に従って達成される。本発明の実施形態によれば、ＤＣ電圧ソースは、複数のＤＣ電源を有しており、これら全てのＤＣ電源が、複数の並列のスイッチを介してＤＣ電圧ソースの出力部に並列に接続される。各々のＤＣ電源は、それ自体に割り当てられたスイッチを有しており、各々のＤＣ電源は、それ自体に割り当てられたスイッチを介してＤＣ電圧ソースの出力部に接続される。並列スイッチを適切に制御することによって、ＤＣ電圧の非常に高速の放電が達成され、こうして、所定時間にＤＣ電圧の印加が、複数のスイッチのいずれかを通じて起きる。並列スイッチをオフセットした態様でオン状態になるように複数のスイッチを制御することにより、ＤＣ電圧の実質的に早い速度の印加は、単一のスイッチのみ及び単一のＤＣ電源が使用される場合よりも、より早く達成することができる。これは、単一のスイッチが、その固有のスイッチング速度／回復速度によって、そのスイッチング能力の点で固有の制限を有するためである。スイッチの適切な数を選択すること、及びこれらスイッチの適切な並列化を行うことにより、各スイッチは、個々のＤＣ電源をＤＣ電圧ソースの出力部に接続し、単一のスイッチの個々の最大スイッチング速度よりも実質的に早いＤＣ電圧の供給速度を達成することができる。
【００１４】
スイッチだけでなくＤＣ電源、つまりＤＣ電圧ソース、さらにＡＣ電圧ソースの制御が、典型的には、ユーザによって規定可能な又はユーザによってプログラム可能なタイミング制御ユニットによって達成される。こうして、ユーザは、純粋なＡＣ電圧、純粋なＤＣ電圧又は両者の重畳が、第２電極を介して基板に印加される場合を決定し、判断することができる。さらに、ユーザは、スイッチをオフセット態様で適切にタイミング処理することによって、ＤＣ電圧を印加する速度を規定し且つ決定することができ、それによって、それらスイッチのオン状態が、単一のＤＣ電源が使用される場合よりも非常に早い速度で（様々なＤＣ電源から）ＤＣ電圧を印加するようにタイミング処理される。
【００１５】
本明細書で使用される用語「複数の」は、少なくとも２ユニット、好ましくは少なくとも１０ユニット、好ましくは少なくとも２０ユニット、より好ましくは少なくとも５０ユニットの、例えばスイッチ、ＤＣ電源等を指すことを意味する。
【００１６】
用語「ＡＣ電圧ソース」は、好ましくは高い周波数でＡＣ電圧を生成することが可能な電圧ソースを指すことを意味する。本明細書で使用される用語「ＡＣ電圧ソース」は、「高周波発生器」、「ＨＦ発生器」、及び「ＨＦＨＶ源」（ＨＦ＝高周波；ＨＶ＝高電圧）等の表現と同義的に及び区別なく使用される。用語「ＤＣ電圧ソース」は、ＤＣ電圧を生成することが可能な電圧ソースを指すことを意味する。本発明の実施形態では、ＤＣ電圧ソースは、複数のＤＣ電源を有する。本発明の実施形態に従ったＤＣ電圧ソースは、ＤＣ電圧出力部を有しており、そして、本発明の実施形態に係るＤＣ電圧ソースの中に、複数のＤＣ電源が存在している。各ＤＣ電源は、ＤＣ電圧出力部に接続されており、ＤＣ電源は、それぞれ割り当てられたスイッチを介してＤＣ電圧出力部に対して並列に接続されている。異なるＤＣ電源同士の間のスイッチングは、各ＤＣ電源にそれぞれ一つが割り当てられたスイッチを介して達成することができる。従って、複数のＤＣ電源は、複数のスイッチによって等しくされており、スイッチからの出力が各ＤＣ電源にそれぞれ割り当てられている。典型的には、本発明の実施形態に従って、複数のスイッチは、同じタイプのスイッチのみを含む。好ましい実施形態では、複数のスイッチによって、スパークギャップがトリガされる。
【００１７】
複数のスイッチ及び複数のＤＣ電源を並列化された態様で用いることによって、ＤＣ電圧を基板に印加するようなスイッチング速度を実質的に増大させることが可能になる。
【００１８】
以下において、ここで図面を参照すると、図１には、本発明に従った装置の一般的なセットアップが示してあり、この図１には、レーザ１５と、ＤＣ電圧ソース１４と、高周波高電圧ソース（ＨＦ）１２とが示されており、各々が制御ユニット１１に接続されており、スイッチングが、スイッチ１３によって達成される。Ｅ１及びＥ２は、それぞれ第１及び第２電極を表す。Ｓは基板を表す。基板Ｓは、レーザ１５から放射されたレーザ光で照射される。
【００１９】
図２Ａ及び図２Ｂには、図１の代替形態が示されており、ここで、図２Ａには、単一のＤＣ電圧ソース１４のみが示されており、図２Ｂでは、本発明の実施形態に従って、２つ以上の並列スイッチ１３−１〜１３−Ｎを含むような、並列化された形式の２つ以上のＤＣ電源１４−１〜１４−Ｎ（Ｎ＞１）が示されている。ＨＦソース１２は、結合コンデンサを含む。各ＤＣ電圧ソース１４は、ストレージコンデンサ、及びＬ，Ｒ，及びＣのような誘導、散逸及び／又は容量性回路構成要素を含む。
【００２０】
図３Ａ及び図３Ｂには、図２Ａ及び図２Ｂの実施形態の他の態様が示されており、示された「ＴＳＧ」の詳細は、「トリガスパークギャップ」の略称である。Ｕ０は、ＤＣ電源の実際の電圧ソースを表し、ＣＤＣは、電圧ソースによって孔を開けるために必要なエネルギーに帯電される高電圧コンデンサであり、Ｒｉは、電源の内部インピーダンスを表し、Ｅ１及びＥ２は、それぞれ第１及び第２電極を表し、Ｓは基板を表し、ＨＦは高周波高電圧ソースを意味する。ＣＣは、結合性ＨＦコンデンサを表す。
【００２１】
本明細書、特許請求の範囲及び／又は添付図面に開示される本発明の特徴は、これらを別々に、これらを組合せて、様々な形態で本発明を実現するための要素である。
本願は、２０１２年２月１０日に出願された欧州特許出願第１２１５４９３４.９号に基づいてこの欧州特許出願について優先権の利益を主張する。この欧州特許出願の全体が、参照として本明細書に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、レーザ穿孔機により電気絶縁性基板又は半導体基板に孔や凹部又はウェルを形成するために好適に応用することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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