CN104105570A - 使用多个dc电压输出的基板钻孔装置以及使用该装置的基板钻孔方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基板(5)钻孔装置，特别涉及一种用于在电绝缘或半导体的基板(5)中生成孔或凹部或阱的装置，更具体地，一种用于在电绝缘或半导体的基板(5)中生成多个孔或凹部或阱的装置。本发明还涉及一种基板(5)钻孔方法。此外，本发明涉及基板(5)钻孔装置的用途。

Description

使用多个DC电压输出的基板钻孔装置以及使用该装置的基板钻孔方法
技术领域
本发明涉及一种基板钻孔装置，特别涉及一种用于在电绝缘或半导体基板中生成孔或凹部或阱的装置，更具体地，一种用于在电绝缘或半导体基板中生成多个孔或凹部或阱的装置。本发明还涉及一种基板钻孔方法，特别涉及一种用于在电绝缘或半导体基板中生成孔或凹部或阱的方法，更具体地，一种用于在电绝缘或半导体基板中生成多个孔或凹部或阱的方法。此外，本发明涉及基板钻孔装置的使用。
背景技术
WO 2005/097439和WO 2009/059786公开了通常使用切换器将电压间歇施加至基板来在基板中生成结构的方法。这些在先申请的孔在以阵列形式呈现时，通常要求相邻孔之间距离大(通常>1mm)，以在没有绝缘层的情况下生成阵列期间避免闪络。WO 2011/038788和WO 2010/063462公开了将电压施加至基板来在基板中生成结构的方法，其允许制造小节距(通常<1mm)的孔阵列。由于必需将高电压电容器再充电至打开孔所需的能量以及由于切换器的最大(固有)切换速率，对于生成多个孔的情况，这些方法在速度上受到限制。因此，在现有技术中，存在例如在生成结构或孔阵列时增加能够将电能供给至基板的速率的需求。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种基板钻孔装置及方法，特别是用于在基板中生成多个孔或凹部或阱的装置及方法，其中，该装置及方法能够以例如大于10个孔每秒的高速度(即重复速率为10s-1，即以少于100ms生成一个孔)，优选地甚至比大于100个孔每秒的速度(即重复速率为100s-1，即以少于10ms生成一个孔)更快地生成多个孔或凹部或阱。
附图说明
图1示出根据本发明的装置的一般设置；
图2A和2B示出图1的替代表示形式；以及
图3A和3B示出图2A和2B的实施例的其它表示形式。
具体实施方式
本发明的目的可以由用于对电绝缘或半导体基板进行钻孔、特别是用于在基板中生成多个孔或凹部或阱的装置来解决，所述装置包括：
AC电压源；
DC电压源；
第一电极和第二电极；
用户可编程的定时控制单元；
激光器，
其中，所述第一电极是接地电极，所述第二电极是用于将电压施加至所述基板的电压电极，
所述AC电压源连接至所述第二电极，
所述DC电压源具有也连接至所述第二电极的DC电压输出，所述DC电压源包括多个DC电压供应器和多个切换器，各个所述DC电压供应器包括用于存储离散量的电能的电容器，各个所述DC电压供应器具有从所述多个切换器中选择分配的切换器，各个所述DC电压供应器经由其自身所分配到的切换器而连接至所述DC电压输出，使得由通过并联的所述多个切换器而与所述DC电压源的所述DC电压输出相连接的所述多个DC电压供应器来馈送所述DC电压源的所述DC电压输出，
所述激光器、所述AC电压源、所述DC电压源以及所述多个切换器连接至所述定时控制单元并且被所述定时控制单元控制。
在一个实施例中，所述多个切换器使得能够将DC电压以高于单个切换器的切换速率的速率从任一所述DC电压供应器施加至所述基板。
在一种实施例中，所述多个切换器是相同类型的切换器。
在一个实施例中，所述多个切换器是触发式火花隙、舌簧继电器、闸流管、放电管或者晶闸管。
在一个实施例中，经由所述第二电极所施加的电压是AC电压、DC电压或者这两者的组合。
在一个实施例中，所述第一电极和所述第二电极的位置被配置为使得用于保持所述基板的部件所保持的基板位于所述第一电极和所述第二电极之间。
在一个实施例中，所述第一电极是尖端电极(pointed electrode)。
在另一实施例中，所述第一电极不是尖端电极，并且具有平坦的平面表面。
在一个实施例中，所述第一电极是所述用于保持所述基板的部件的一部分。
在一个实施例中，将DC电压施加至所述基板的所述速率比与所述多个切换器相同类型的单个切换器的最大切换速率快至少1.2倍，优选为至少1.5倍，优选为至少2倍，更优选为至少4倍，更优选为至少5倍，甚至更优选为至少6倍、7倍、8倍、9倍或10倍。
在一个实施例中，将DC电压施加至基板的所述速率>1ms-1，优选>2ms-1、>3ms-1、>4ms-1、>5ms-1、>6ms-1、>7ms-1、>8ms-1、>9ms-1或>10ms-1。
本发明的目的也通过使用根据本发明的用于对基板特别是电绝缘或半导体基板进行钻孔的装置来解决。
本发明的目的也可以通过用于对基板进行钻孔、特别是用于使用根据本发明的装置在基板中生成多个孔或凹部或阱的方法来解决，所述方法包括以下步骤：
a)提供根据权利要求1～10中任一项所述的装置以及在室温下是电绝缘或半导体的基板，将所述基板放置在所述第一电极和所述第二电极之间；
b)通过使用所述激光器和/或施加至所述基板的AC电压来加热所述基板的一定量的材料以熔化所述一定量的材料，所述一定量的材料从所述基板的第一表面完全或部分延伸至所述基板的第二表面，所述第二表面在所述第一表面的相反侧；
c)通过使用所述第二电极施加跨所述基板的DC电压来去除由步骤b)所产生的所熔化的一定量的材料，从而将所规定的量的电能施加至所述基板并且从所述基板耗散所述电能，其中，所述第二电极与所述DC电压输出相连接并且放置于所述基板的相反侧的与所述基板相距一定距离处；
d)将所述基板移动所规定的距离；以及
e)重复步骤b)～步骤d)n次，其中n>1，优选地，n>100、1000、10000、100000、1000000、5000000或10000000，其中步骤e)中的重复的速率由步骤c)中将所述DC电压施加至所述基板的速率来定义。
本发明人已发现，与现有技术的方法和装置相比，还能够增加和改善供应开孔DC电压的速率，以使得在例如生成孔阵列时能够实现较高的速度。这是根据本发明通过并联多个DC电压供应器来实现的。根据本发明的实施例，DC电压源包括多个DC电压供应器，其中，该多个DC电压供应器经由并联的多个切换器而全部并联连接至DC电压源的输出。各DC电压供应器具有分配给其自身的切换器，并且各所述DC电压供应器通过其所分配到的切换器而连接至DC电压源的输出。通过适当地控制并联的切换器，能够实现极高速率的DC电压放电，从而经由多个切换器中的一个切换器以给定时间施加DC电压。通过以使并联的切换器以偏移的方式处于导通状态的方式控制多个切换器，从而能够实现实质上比仅使用单个切换器和单个DC电压供应器的情况下的速率高的DC电压施加速率。这是因为单个切换器由于其固有的切换速率/恢复速率而在其切换能力方面具有内在限制。通过选择适当数量的切换器和通过适当并联这些切换器，各切换器将其各自的DC电压供应器连接至DC电压源的输出，能够实现实质上比单个切换器各自的最大切换速率高的DC电压供应速率。
对切换器和DC电压供应器的控制以及由此对DC电压源和AC电压源的控制是通过通常由用户可定义或用户可编程的定时控制单元而实现的。因此，用户能够决定和判断是否经由第二电极将纯AC电压、纯DC电压或这两者的叠加施加至基板。此外，用户能够通过以下方式定义和确定施加DC电压的速率：以偏移方式适当地对切换器进行定时，使得对它们各自的导通状态进行定时，从而以比仅使用单个DC电压供应器的情况下的速率明显高的速率来(从不同DC电压供应器)施加DC电压。
这里所使用的术语“多个”意指至少2个、优选至少10个、优选至少20个、更优选至少50个例如切换器、DC电压供应器等的单元。
术语“AC电压源”意指能够优选以高频率来生成AC电压的电压源。这里所使用的术语“AC电压源”可以与如“高频率发生器”、“HF发生器”和“HFHV源”(HF＝高频率；HV＝高电压)的表达同义地和互换地的使用。术语“DC电压源”意指能够生成DC电压的电压源。在本发明的实施例中，DC电压源包括多个DC电压供应器。根据本发明实施例的DC电压源具有DC电压输出，并且在根据本发明的实施例的DC电压源内，存在多个DC电压供应器，其中各DC电压供应器连接至DC电压输出，并且DC电压供应器经由其各自所分配到的切换器而并联连接至所述DC电压输出。不同DC电压供应器之间的切换能够经由各切换器来实现，其中向各DC电压供应器各自分配一个切换器。因此，多个DC电压供应器的数量与多个切换器的数量相等，其中，切换器各自被分配至各DC电压供应器。通常地，根据本发明的实施例，多个切换器仅包括相同类型的切换器。在优选的实施例中，多个切换器是触发式火花隙(triggered spark gap)。
以并联方式使用多个切换器和多个DC电压供应器，实质上能够增加能够将DC电压施加至基板的速率。
在下文中，现在参考附图，其中图1示出根据本发明的装置的一般设置，其示出激光器15、DC电压源14以及高频率高电压源(“HF”)12，它们各自连接至控制单元11，并且通过切换器13来实现切换。E1和E2分别表示第一和第二电极。S表示基板。利用从激光器15发射出的激光来照射基板S。
图2A和图2B示出图1的替代表示形式，其中，图2A仅示出单个DC电压源14，而在图2B中，根据本发明的实施例，示出两个或更多个DC电压源14-1～14-N(N>1)的并联版本，其包括两个或更多个并联的切换器13-1～13-N。HF源12可以包括耦合电容器。各DC电压源14可以包括存储电容器以及电感、耗散和/或电容性的电路组件，如L、R及C。
图3A和图3B示出图2A及图2B的实施例的其它表示形式，更详细地，所提供的“TSG”是“触发式火花隙”的缩写。U0表示DC电压供应器的实际电压源，CDC是被电压源充电至打开孔所需要的能量的高电压电容器，Ri表示电压供应器的内部阻抗，E1和E2分别表示第一电极和第二电极，S表示基板，HF指高频率高电压源。CC表示耦合HF电容器。
在说明书、权利要求书和/或附图中所公开的本发明的特征既可以单独地也可以以其任何组合来作为用于以其各种形式来实现本发明的材料。
本申请基于并要求2012年2月10日所提交的欧洲专利申请12154934.9的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本申请中。
工业应用性
本发明可适用于通过激光钻孔在电绝缘或半导体基板中形成孔或凹部或阱。

Claims (12)

1.一种用于对电绝缘或半导体的基板进行钻孔以在所述基板中生成多个孔或凹部或阱的装置，所述装置包括：
AC电压源；
DC电压源；
第一电极和第二电极；
用户可编程的定时控制单元；
激光器，
其中，所述第一电极是接地电极，所述第二电极是用于将电压施加至所述基板的电压电极，
所述AC电压源连接至所述第二电极，
所述DC电压源具有也连接至所述第二电极的DC电压输出，所述DC电压源包括多个DC电压供应器和多个切换器，各个所述DC电压供应器包括用于存储离散量的电能的电容器，各个所述DC电压供应器具有从所述多个切换器中选择分配的切换器，各个所述DC电压供应器经由其自身所分配到的切换器而连接至所述DC电压输出，使得由通过并联的所述多个切换器而与所述DC电压源的所述DC电压输出相连接的所述多个DC电压供应器来馈送所述DC电压源的所述DC电压输出，
所述激光器、所述AC电压源、所述DC电压源以及所述多个切换器连接至所述定时控制单元并且被所述定时控制单元控制。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个切换器使得能够将DC电压以高于单个切换器的切换速率的速率从任一所述DC电压供应器施加至所述基板。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述多个切换器是相同类型的切换器。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的装置，其中，所述多个切换器是触发式火花隙、舌簧继电器、闸流管、放电管或者晶闸管。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的装置，其中，经由所述第二电极所施加的电压是AC电压、DC电压或者这两者的组合。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的装置，其中，所述第一电极和所述第二电极的位置被配置为使得用于保持所述基板的部件所保持的基板位于所述第一电极和所述第二电极之间。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的装置，其中，所述第一电极是尖端电极。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的装置，其中，所述第一电极不是尖端电极，并且具有平坦的平面表面。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一电极是所述用于保持所述基板的部件的一部分。
10.根据权利要求2～9中任一项所述的装置，其中，将DC电压施加至所述基板的所述速率比与所述多个切换器相同类型的单个切换器的最大切换速率快至少1.2倍，优选为至少1.5倍，优选为至少2倍，更优选为至少4倍，更优选为至少5倍，甚至更优选为至少6倍、7倍、8倍、9倍或10倍。
11.一种根据权利要求1～10中任一项所述的装置的用途，用于对基板、特别是电绝缘或半导体的基板进行钻孔。
12.一种使用根据权利要求1～10中任一项所述的装置对基板进行钻孔以在所述基板中生成多个孔或凹部或阱的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供根据权利要求1～10中任一项所述的装置以及在室温下是电绝缘或半导体的基板，将所述基板放置在所述第一电极和所述第二电极之间；
b)通过使用所述激光器和/或施加至所述基板的AC电压来加热所述基板的一定量的材料以熔化所述一定量的材料，所述一定量的材料从所述基板的第一表面完全或部分延伸至所述基板的第二表面，所述第二表面在所述第一表面的相反侧；
c)通过使用所述第二电极施加跨所述基板的DC电压来去除由步骤b)所产生的所熔化的一定量的材料，从而将所规定的量的电能施加至所述基板并且从所述基板耗散所述电能，其中，所述第二电极与所述DC电压输出相连接并且放置于所述基板的相反侧的与所述基板相距一定距离处；
d)将所述基板移动所规定的距离；以及
e)重复步骤b)～步骤d)n次，其中n>1，优选地，n>100、1000、10000、100000、1000000、5000000或10000000，其中步骤e)中的重复的速率由步骤c)中将所述DC电压施加至所述基板的速率来定义。
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