DE102010025968A1 - Erzeugung von Mikrolöchern - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Vielzahl von Löchern (12) in dünnen, plattenförmigen Werkstücken (1) aus dielektrischem Material sowie aus Halbleitern. Die Lochungsstellen werden durch HF-Ankopplungspunkte (10) markiert und mittels HF-Energie zum Erweichen gebracht, um dort dielektrische Durchbrüche (11) zu erzielen. Die Durchbrüche (11) werden zu Löchern (12) aufgeweitet.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Löchern in dünnen, plattenförmigen Werkstücken aus dielektrischem Material sowie aus Halbleitern, ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und auf mit dem Verfahren hergestellte Erzeugnisse.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Das Perforieren von Kunststofffilmen durch elektrisch erzeugte Funken ist durch US 4,777,338 bekannt. Es ist eine Vielzahl von Elektroden-Gegenelektroden-Paaren vorgesehen, zwischen denen der Kunststofffilm geführt wird und über die Hochspannungsenergie entladen wird. Der Film wird dabei durch ein Wasserbad geführt, und die Temperatur des Wasserbades dient dazu, die Abmessung der Perforationen zu beeinflussen.
  • Ein weiteres Verfahren zur Erzeugung von Poren in Kunststofffilmen ist durch US 6,348,675 B1 bekannt. Es werden Impulsfolgen zwischen Elektrodenpaaren unter Zwischenlage des Kunststofffilms erzeugt, wobei der erste Impuls zur Aufheizung des Kunststofffilms an der Lochungsstelle und die weiteren Impulse zur Bildung der Lochung und deren Formung dienen.
  • Aus US 4,390,774 ist die Bearbeitung auf elektrischem Wege von nicht leitfähigen Werkstücken im Sinne von Schneiden des Werkstücks oder Schweißen des Werkstücks bekannt. Ein Laserstrahl wird auf das Werkstück gerichtet, das während der Einwirkung verschoben wird, und es wird mittels zweier Elektroden Hochspannung an die erhitzte Zone angelegt, um Funkenüberschlag zu bilden, der zur Bearbeitung des Werkstücks dient. Beim Schneiden des Werkstücks brennt dieses in einer kontrollierten Weise, oder die elektrische Leitfähigkeit nimmt mit der Temperatur zu, wie beim Schneiden von Glas. Wenn Werkstücke geschweißt werden sollen, werden noch reaktive oder inerte Gasströme auf die erhitzte Zone gerichtet, die entweder mit dem Werkstück oder der Elektrode oder einem Flussmittel reagieren. Auf diese Weise kann Glas, Papier, Tuch, Karton, Leder, Kunststoff, Keramik und Halbleiter geschnitten oder es kann Glas und Kunststoff geschweißt, Gummi vulkanisiert und Kunstharz thermisch ausgehärtet werden. Die Gerätschaft ist aber ihrer Art nach zu klobig, als dass feine Löcher in das Werkstück appliziert werden könnten.
  • Aus WO 2005/097439 A2 ist ein Verfahren zur Bildung einer Struktur, vorzugsweise eines Loches, eines Hohlraums oder eines Kanals in einer Region eines elektrisch isolierenden Substrats bekannt, bei dem Energie vorzugsweise in Form von Wärme, auch durch einen Laserstrahl, dem Substrat oder der Region zugeführt und eine Spannung an die Region angelegt wird, um dort einen dielektrischen Durchbruch zu erzeugen. Mit einem Rückkopplungsmechanismus wird der Vorgang geregelt. Es können feine, einzelne Löcher nacheinander erzeugt werden, jedoch kann nicht mit mehreren Elektrodenpaaren gleichzeitig gearbeitet werden. Dies deshalb, weil sich parallele Hochspannungselektroden gegenseitig beeinflussen und ein einzelner Durchbruch den gesamten Strom an sich zieht.
  • Durch WO 2009/059786 A1 ist ein Verfahren zur Bildung einer Struktur, insbesondere eines Loches, eines Hohlraums, eines Kanals oder einer Aussparung in einer Region eines elektrisch isolierenden Substrats bekannt, bei der geladene elektrische Energie durch die Region entladen wird und zusätzliche Energie, vorzugsweise Wärme, dem Substrat oder der Region zugeführt wird, um die elektrische Leitfähigkeit des Substrats oder der Region zu vergrößern und dabei einen Stromfluss auszulösen, dessen Energie sich in dem Substrat in Wärme umwandelt, wobei die Rate der Wärmeumwandlung der elektrischen Energie durch ein Strom und Leistung modulierendes Element gesteuert wird. Eine Vorrichtung zur Erzeugung mehrerer Löcher gleichzeitig wird nicht offenbart.
  • Aus WO 2009/074338 A1 geht ein Verfahren zur Einführung einer Änderung der dielektrischen und/oder optischen Eigenschaften in einer ersten Region eines elektrisch isolierenden oder elektrisch halbleitenden Substrats hervor, wobei auf das Substrat, dessen optische oder dielektrische Eigenschaften infolge zeitweiliger Zunahme der Substrattemperatur irreversibel verändert sind, gegebenenfalls eine elektrisch leitende oder halbleitende oder isolierende Schicht aufweist, wobei elektrische Energie durch eine Spannungszufuhr der ersten Region zugeführt wird, um diese signifikant aufzuheizen oder teilweise oder ganz zu schmelzen, ohne dass Material aus der ersten Region ausgeworfen wird, wobei ferner optional zusätzliche Energie zugeführt wird, um örtliche Wärme zu erzeugen und die Stelle der ersten Region zu definieren. Die Wärmeumwandlung der elektrischen Energie manifestiert sich in Form eines Stromflusses innerhalb des Substrats. Die Abgabe der elektrischen Energie wird durch ein Strom und Leistung modulierendes Element geregelt. Nach dem Verfahren erzeugte Änderungen in Substratoberflächen umfassen auch Löcher, die in Borsilikatglas oder Siliziumsubstraten erzeugt worden sind, die mit einer isolierenden Schicht aus Paraffin oder einem Heizschmelzkleber versehen worden waren. Es werden auch Löcher in Silizium, in Zirkon, in Saphir, in Indiumphosphid oder in Galliumarsenid erzeugt. Teilweise wurde der Entladungsprozess durch eine Laserbestrahlung bei einer Wellenlänge von 10,6 μm (CO2-Laser) initiiert. Es werden auch Lochraster gezeigt, jedoch mit relativ weiten Lochabständen. Eine Vorrichtung zur Erzeugung mehrerer Löcher gleichzeitig wird nicht offenbart.
  • Aus dem Stand der Technik geht somit hervor, wie man Folien und dünne Platten aus dielektrischen Materialien mittels eines elektrischen Hochspannungsfeldes geeigneter Frequenz oder in Impulsform perforieren kann. Durch lokale Aufheizung des Materials wird an den zu perforierenden Stellen die Durchschlagsfestigkeit herabgesetzt, so dass die angelegte Feldstärke ausreicht, einen elektrischen Strom durch das Material fließen zu lassen. Falls das Material eine ausreichend starke Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit von der Temperatur aufweist, wie dies bei Gläsern, Glaskeramiken und Halbleitern (auch vielen Kunststoffen) zutrifft, entsteht in dem Material eine „elektrothermische Selbstfokussierung” des Durchschlagskanals. Das Lochmaterial wird immer heißer, die Stromdichte nimmt zu, bis das Material verdampft und die Perforation „freibläst”. Da die Perforation auf einem dielektrischen Durchbruch beruht, ist es jedoch schwierig, die gewünschte Stelle des Durchschlags genau einzuhalten. Bekanntlich nehmen Blitze einen sehr unregelmäßigen Verlauf.
  • Bei CPU-Chips gibt es mehrere Hundert Kontaktpunkte auf seiner Unterseite auf kleiner Fläche verteilt. Um Zuleitungen zu den Kontaktpunkten zu schaffen, werden dünne (< 1 mm) Plättchen, mit Epoximaterial ummantelte Glasfasermatten, sogenannte „Interposer”, benutzt, durch die die Zuleitungen führen. Hierzu werden mehrere Hundert Löcher in dem Interposer angebracht und mit leitfähigem Material verfüllt. Typische Lochgrößen liegen im Bereich von 250 bis 450 μm je Loch. Zwischen CPU-Chips und Interposer sollte es keine Längenänderungen geben. Die Interposer sollten deshalb ein Wärmedehnverhalten ähnlich dem Chip-Halbleitermaterial aufweisen, was jedoch bei den bisher verwendeten Interposern nicht zutrifft.
  • In der Solartechnik werden zur Herstellung von Solarzellen eine Vielzahl von Löchern (je nach der angewandten Technik 10 bis 100 oder in der Größenordnung von mehreren 10.000 Löchern) in Siliziumwafern gebohrt, um in späteren Verfahrensschritten von Rückseiten-kontaktierungen aus dünne Finger nach der Vorderseite der betreffenden Solarzelle sich erstrecken zu lassen. Die Löcher werden mit der Technik des Maskierens und Ätzens hergestellt, die sich nicht besonders gut für die Herstellung von zylindrischen Bohrungen mit glatten (feuerpolierten) Bohrungswänden und hohen Aspektverhältnissen (Plattendicke zu Bohrungsdurchmesser) eignen. Auch durch Laserbohren werden Löcher in Solarplatten hergestellt, was jedoch außerordentlich teuer ist.
  • Was im Stand der Technik weiterhin fehlt, ist die Erzeugung in industriellem Maßstab einer Vielzahl von feinen Löchern nebeneinander mit Lochabständen im Bereich von 120 μm bis 400 μm mittels des elektrothermischen Perforierungsvorgangs.
  • Allgemeine Erfindungsbeschreibung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Vielzahl von Löchern in dünnen, plattenförmigen Werkstücken aus dielektrischem Material sowie aus Halbleitern anzugeben, wenn folgende Forderungen erfüllt werden sollen:
    Die Lochposition muss exakt sein (±20 μm).
    Viele kleine Löcher (10 bis mehrere 10.000) sollen pro Werkstück bei engen Toleranzen der Löcher zueinander unterbracht werden.
    Der Lochabstand darf auch eng sein (30 μm bis 1000 μm).
    Die Lochherstellung soll im industriellen Maßstab erfolgen.
    Das erfindungsgemäße Verfahren muss sich vor allem für die Herstellung von „Glas-Interposern” eignen, die folgende Eigenschaften besitzen:
    • – Die Glas-Interposer sollen eine große Anzahl von Löchern, etwa zwischen 1000 und 5000 aufweisen.
    • – Die Lochdurchmesser sollen im Bereich von 20 μm bis 450 μm liegen können, wobei ein Bereich zwischen 50 μm und 120 μm bevorzugt wird, bei Aspektverhältnissen (Glasdicke zu Lochdurchmesser) von 1 bis 10.
    • – Der Mittelpunktabstand der Löcher soll zwischen 120 μm und 400 μm liegen können.
    • – Die Lochform soll am Bohrungseintritt und -austritt mit abgerundeten Randkanten ausgebildet sein, in der Mitte der Platte möglichst zylindrisch.
    • – Gegebenenfalls kann auch ein Wulst um den Lochrand bei einer Wulsthöhe von maximal 5 μm zugelassen werden.
    • – Die Lochwände sollen glatt (feuerpoliert) sein.
  • Ferner sollen Solarzellen hergestellt werden können, die typischerweise eine Siliziumwafer-Plattendicke von 0,12 bis 0,3 mm und eine Plattenkantenlänge von 125 bis 250 mm aufweisen und die mit einer großen Anzahl von Löchern (10 bis mehrere 10.000) versehen sein sollen. Die Durchmesser der Löcher sollen im Bereich von 50 bis 200 μm liegen. Die Lochwände sollen glatt (feuerpoliert) sein.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in zwei Etappen vorgegangen werden. Zunächst können dielektrische Durchbrüche an den vorgesehenen Lochungsstellen erzeugt und in der zweiten Etappe können diese dielektrischen Durchbrüche aufgeweitet werden.
  • Um die Stellen der dielektrischen Durchbrüche genau zu markieren, wird das jeweilige Werkstück mit Ankopplungsmaterial punktförmig an den vorgesehenen Lochungsstellen bedruckt. Das Ankopplungsmaterial wird aktiviert, indem es z. B. erwärmt wird. Oder das bedruckte Werkstück wird zwischen plattenförmigen HF-Elektroden verbracht, und die Abgabe von HF-Energie sorgt für stärkere Erwärmung des Werkstückes zwischen den Ankopplungsmaterialflecken, bis dort Erweichung des Werkstückmaterials mit Herabsetzung der Widerstandsfestigkeit gegenüber elektrischem Durchschlag stattfindet. Wenn nunmehr eine hohe Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, entstehen dielektrische Durchbrüche an den Ankopplungspunkten.
  • Wenn das dielektrische Material aus Glas oder glasähnlichem Material besteht, kann als Ankopplungsmaterial Glaspaste mit hohen dielektrischen Verlusten bei HF-Einwirkung verwendet werden. Bei Glas, glasähnlichem Material oder Halbleitermaterial kommt als Ankopplungsmaterial auch Paste mit leitfähigen Anteilen in Betracht. Solche Paste kann metallische Partikel enthalten, oder es können metallische Partikel bei Einwirkung von thermischen und/oder chemischen Prozessen ausgeschieden werden. Solch leitfähigen Anteile können an den vorgesehenen Lochungsstellen jeweilige Mikroantennen für die zugeführte Hochfrequenzenergie bilden, was der raschen Entwicklung von dielektrischen Durchbrüchen nützlich ist.
  • Im weiteren Prozessverlauf werden die erzeugten dielektrischen Durchbrüche aufgeweitet. Man kann sich dabei des Verfahrens der elektrothermischen Selbstfokussierung des Durchschlagkanals bedienen, d. h. durch weiterhin angelegte hohe Spannung geeigneter Frequenz oder in Impulsform kann man die Fertigstellung des jeweiligen herzustellenden Loches bewirken.
  • Man kann aber auch die Lochaufweitung auf chemischem Wege betreiben. Bei Werkstücken aus Glas oder glasähnlichen Materialien führt die Zufuhr von halogenartigen Reaktivgasen zur Siliziumabreicherung im Bereich der dielektrischen Durchbrüche, was den Erweichungspunkt des Glases zu tieferen Temperaturen verschiebt, wodurch der Materialabtrag schneller wird. Die Ausweitung der Löcher kann auch unter Nutzung der Plasmachemie, d. h. durch tiefes reaktives Ionen-Ätzen erfolgen. Man kann alternierende Zyklen des Ätzens und des Passivierens einlegen. Bei gläsernen Werkstücken kann mit CF4-Gas oder SF6-Gas geätzt und mit C4F8-Gas passiviert werden.
  • Die Lochaufweitung kann in einer kombinierten Apparatur zusammen mit der Erzeugung der dielektrischen Durchbrüche durchgeführt werden, es ist aber auch möglich, getrennte Apparaturen zur Erzeugung der dielektrischen Durchbrüche und der Aufweitung anzuwenden. In jedem Fall ist es günstig, die reaktiven Gase als Düsenströme auf die Lochbildungsstellen zu richten. Nach Bildung der Löcher werden Spülgase eingesetzt, um das abgetragene Lochmaterial zu beseitigen.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält zwei zueinander parallele Platten, welche den Bearbeitungsraum des Werkstückes begrenzen. Diese parallelen Platten können gleichzeitig eine HF-Elektrode und eine HF-Gegenelektrode bilden. Ein Werkstückhalter hält das Werkstück an richtiger Stelle im Bearbeitungsraum. Ein HF-Generator ist vorgesehen, um dem Elektroden-Gegenelektroden-Paar Hochfrequenzenergie zuzuführen und das HF-Ankopplungsmaterial an den vorgesehenen Lochungsstellen aufzuheizen. An diesen aufgeheizten Stellen sinkt die Durchschlagsfestigkeit des Materials, so dass, wenn dem Elektroden-Gegenelektroden-Paar Hochspannung zugeführt wird, an den vorgesehenen Lochungsstellen dielektrische Durchbrüche ausgelöst werden.
  • Wenn mit chemischer Aufweitung der dielektrischen Durchbrüche gearbeitet werden soll, enthält die Apparatur zu den im Werkstück vorgesehenen Lochungsstellen hin gerichtete Düsenbohrungen, die mit Gaszufuhrleitungen verbunden sind. Ferner sind an den Bearbeitungsraum Gas-Absaugeinrichtungen angeschlossen, um überschüssiges Gas und abgetragenes Lochmaterial abzusaugen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
  • 1 eine Apparatur zur Erzeugung von dielektrischen Durchbrüchen in dünnen, plattenförmigen Werkstücken und
  • 2 eine Apparatur zur Aufweitung von dielektrischen Durchbrüchen.
  • 1 zeigt schematisch eine Anlage zur Erzeugung von dielektrischen Durchbrüchen 11 in einem dünnen (< 1 mm), plattenförmigen Werkstück 1 aus dielektrischem Material sowie aus Hälbleitern. Das Werkstück 1 ist an den vorgesehenen Lochungsstellen mit Ankopplungsmaterial 10 punktförmig bedruckt worden, was durch Druckverfahren hochpräzise gemäß den Ortskomponenten der zu erstellenden Löcher geschehen kann.
  • Die Anlage enthält zwei zueinander parallele Elektroden 2, 3, die über einen HF-Generator 9 erregt werden können. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden bildet einen Bearbeitungsraum 23, in welchem das Werkstück 1 mittels eines Werkstückhalters 5 gehalten wird. An den Elektroden 2, 3 können tafel- oder ringförmige Elektrodenfortsätze 6, 7 vorgesehen sein, die (im Gegensatz zu der zeichnerischen Darstellung) den Ankopplungspunkten 10 eng benachbart sind oder sogar an diesen leicht anliegen. Damit dies der Fall ist, kann der Werkstückhalter 5 das Werkstück 1 präzise koordinatenmäßig verschieben, damit die Elektrodenfortsätze 6, 7 zu den HF-Ankopplungspunkten 10 ausgerichtet sind.
  • Bei einem Glas-Interposer als Werkstück 1 haben die Ankopplungspunkte 10 einen Durchmesser im Bereich von 20 μm bis 450 μm, vorzugsweise zwischen 50 μm und 120 μm, bei einer Dicke des Werkstückes 1 unterhalb 1 mm. Der Abstand der Mittelpunkte der Ankopplungspunkte 10 liegt im Bereich zwischen 120 μm und 400 μm. Die Anzahl der Punkte kann im Bereich zwischen 10 und 10.000 liegen.
  • Im Betrieb der Vorrichtung wird das Werkstück 1 mit Hochfrequenzenergie beaufschlagt, wodurch es zu einer Aufwärmung des Werkstückes 1 im Allgemeinen, aber besonders an und im Materialbereich zwischen den Ankopplungsmaterialpunkten 10 kommt. Dies führt zu einer Herabsetzung der Durchschlagsfestigkeit des Materials am stärksten im Zwischenbereich der Ankopplungspunkte 10. Eine entsprechend hohe Spannung des Generators 9 sorgt dann für dielektrische Durchbrüche 11 zwischen den Ankopplungspunkten 10.
  • Wenn das Verfahren mit mehreren Hochspannungsimpulsen betrieben wird, wird das Material im Bereich der Durchbrüche 11 immer heißer, die Stromdichte nimmt zu, bis das Material verdampft und der dielektrische Durchbruch zum Loch 12 aufgeweitet wird. Das abgetragene Lochmaterial kann durch Spülgas entfernt werden, das über Zu- und Abführkanäle 22, 33 zu- und abgeleitet wird.
  • Zur Herstellung von mono- oder polykristallinen Solarzellen (Dicke etwa 0,2 mm, Kantenlänge etwa 150 mm) benutzt man eine Halbleiterwaferplatte aus Silizium, die an ihrer Vorderseite eine SiN-Schicht trägt. Diese Vorderseite wird an den vorgesehenen Lochungsstellen (10 bis mehrere 10.000 Löcher, Lochdurchmesser zwischen 50 und 200 μm) mit einer Paste bedruckt, die einen Gehalt an PbO oder BiO enthält. Die (einseitig) bedruckte Halbleiterplatte wird z. B. in einem Ofen erhitzt, wodurch das PbO oder BiO mit der SiN-Schicht reagiert und metallisches Pb oder Bi ausgeschieden wird, das als Lokalantenne für das elektrothermische Perforieren dienen kann und später als metallische Kontaktierung der Si-Zelle genutzt wird. Die Wirkung als Lokalantenne ist mit den Ankopplungspunkten 10 in 1 beschrieben worden.
  • 2 zeigt schematisch eine Anlage zur Aufweitung von dielektrischen Durchbrüchen 11 in Werkstücken 1 auf chemischem Wege. Die Anlage ist ähnlich aufgebaut wie die Anlage nach 1. Der Bearbeitungsraum 23 wird von zwei Platten 26 und 37 begrenzt, die (im Gegensatz u der zeichnerischen Darstellung) im engen Abstand zu dem Werkstück 1 angeordnet sind und zueinander fluchtende Düsen 20, 30 aufweisen, zu denen die Lochungsstellen 10 ausgerichtet werden müssen. Hierzu ist der Werkstückhalter 5 vorgesehen, der koordinatenmäßig fein verstellbar ist. Über ein Leitungs- und Kanalsystem 22, 33 können reaktive Gase und Spülgase auf die Lochungsstellen 10 des Werkstücks 1 hin gerichtet werden.
  • Der Betrieb der Vorrichtung nach 2 ist wie folgt:
    Es sei angenommen, dass es sich bei dem Werkstück 1 um Glas mit einem Alkaligehalt < 700 ppm handelt, das sich wegen seines Ausdehnungskoeffizienten für die Herstellung eines Interposers eignet. Durch tiefes, reaktives Ionen-Ätzen werden aus den dielektrischen Durchbrüchen 11 Mikrolöcher 12 gemacht. Hierzu werden abwechselnd Ätzgase, wie CF4 oder SF6, und Passiviergase, wie C4F8, mittels der Düsen 20, 30 auf die Lochungsstellen bzw. die bereits vorhandenen dielektrischen Durchbrüche 11 gerichtet, während das abgetragene Lochmaterial in Form von gasförmigen Siliziumhalogeniden über den Bearbeitungsraum 23 abgeführt wird. Auf dem Werkstück 1 kann beidseitig eine Ätzmaske aufgeklemmt sein, um die Bereiche außerhalb der vorgesehenen Lochungen abzudecken. Es ist möglich, die Gasströme durch die Düsen 20 abwechselnd zu den Gasströmen durch die Düsen 30 zu schalten, um die herzustellenden Löcher 12 in ihrem mittleren Abschnitt gleichmäßig zylindrisch zu gestalten, während die Kanten am Ein- und Austritt zu den kanalförmigen Löchern 12 abgeschliffen werden. Auf diese Weise entstehen so geformte Löcher 12, wie sie für die Endherstellung von Interposern benötigt werden.
  • Der schnelle Gaswechsel zwischen ätzenden und passivierenden Gasen zusammen mit einem hohen Gasdurchsatz führt zu einer erhöhten Ätzrate, die bis zu 20 μm/min betragen kann. Die Plasmachemie eignet sich deshalb für die industrielle Herstellung von Löchern für ein industrielles Massenprodukt, wie es die Interposer darstellen.
  • Die Vorrichtungen nach 1 und 2 lassen sich miteinander kombinieren. Die Düsenplatten 26 und 37 der 2 werden als Hochfrequenzelektroden 2 und 3 ausgebildet, wobei die Elektrodenfortsätze 6 und 7 ringförmig gestaltet werden, um die jeweiligen Auslässe der Düsen 20 und 30 aufzunehmen. Wie im Falle der 1 können die Elektrodenplatten 2, 3 im Bereich ihrer Fortsätze 6, 7 einen äußerst geringen Abstand zu den Ankopplungsmaterialflecken 10 einnehmen, sobald das Werkstück 1 korrekt relativ zu den Elektroden 2, 3 positioniert worden ist.
  • Die Betriebsweise entspricht weitgehend dem Ablauf des Verfahrens, wie mit 1 und 2 beschrieben. Jedoch können die Reaktivgase während der Beaufschlagung des Werkstücks 1 mit HF-Energie zugeführt werden, zumal man an den stärker erhitzten Stellen 10 eine rasche Abreicherung von Silizium erwarten kann, wobei aus dem Bereich des entstehenden Loches gasförmige Siliziumhalogenide entweichen, die prospektierten Lochstellen einen niedrigeren Schmelzpunkt annehmen (Eutektikum, Flussmittel für Glasschmelzen) und der Materialabtrag beschleunigt wird, auch weil der dielektrische Durchbruch rascher erfolgt als bei getrennter Durchführung des dielektrischen Durchbruches und der Aufweitung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (21)

  1. Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Lochungen (12) in dünnen, plattenförmigen Werkstücken (1) aus dielektrischem Material sowie aus Halbleitern, mit folgenden Schritten: a) Bedrucken des jeweiligen Werkstückes (1) mit Ankopplungsmaterial (10) punktförmig an vorgesehenen Lochungsstellen; b) Verbringen des bedruckten Werkstückes (1) in einen Bearbeitungsraum (23); c) Aktivieren des Ankopplungsmaterials (10), um Perforationsansatzpunkte zu schaffen; d) Erzeugen hoher Spannung zwischen Elektroden (2, 3), um dielektrische Durchbrüche (11) an den Perforationsansatzpunkten zu erzeugen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt a) das Werkstück (1) beidseitig mit HF-Ankopplungsmaterial bedruckt wird, wobei im Schritt b) der Bearbeitungsraum (23) von plattenförmigen HF-Elektroden (2, 3) flankiert wird, wobei in Schritt c) das Werkstück (1) mit HF-Energie beaufschlagt wird, die vorwiegend das punktförmig aufgebrachte HF-Ankopplungsmaterial (10) erwärmt, bis dort Erweichung des Werkstückmaterials stattfindet; und wobei der erweichte Bereich zwischen gegenüberliegenden Ankopplungsmaterialpunkten einen Perforationsansatzkanal bei Durchführung des Schrittes d) bildet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Werkstück (1) aus Glas, glasähnlichem Material oder aus Halbleitermaterial besteht und das Ankopplungsmaterial (10) Glaspaste mit hohem dielektrischen Verlusten bei HF-Einwirkung enthält.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Werkstück (1) aus Glas, glasähnlichem Material oder aus Halbleitermaterial besteht und das Ankopplungsmaterial (10) aus Paste mit leitfähigen Anteilen besteht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Paste metallische Partikel enthält.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Paste durch thermische und/oder chemische Prozesse metallische Partikel ausscheidet.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Werkstück (1) Teil einer Solarzelle ist und auf einer Seite mit einer SiN-Beschichtung versehen ist, mit der das Ankopplungsmaterial bei Aktivierung chemisch reagiert und metallische Kontaktierungspunkte für die Solarzelle schafft.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei Ankopplungspunkte (10) als Mikroantennen für zugeführte Hochfrequenzenergie benutzt werden, um zu den dielektrischen Durchbrüchen (11) zu führen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei durch Zufuhr von halogenhaltigen Reaktivgasen bei Glas als Werkstück eine Si-Abreicherung im Bereich von dielektrischen Durchbrüchen (11) erzielt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Aufweitung der dielektrischen Durchbrüche (11) zu Löchern (12) durch tiefes, reaktives Ionen-Ätzen erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Lochaufweitung durch alternierende Zyklen des Ätzens mit CF4-Gas oder SF6-Gas und des Passivierens mit C4F4-Gas erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die reaktiven Gase und/oder Spülgase auf die Lochbildungsstellen gerichtet werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei in einer ersten Etappe dielektrische Durchbrüche (11) in dem Werkstück (1) erzeugt und in einer zweiten Etappe die Durchbrüche (11) zu Löchern (12) aufgeweitet werden.
  14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit folgenden Merkmalen: – zwei zueinander parallele Platten (2, 3; 26, 37), welche einen Bearbeitungsraum (23) begrenzen; – ein Werkstückhalter (5) zur Positionierung des Werkstückes (1) im Bearbeitungsraum (23); – eine Elektrode (2) und eine Gegenelektrode (3); – ein Generator (9), um dem Elektroden-Gegenelektroden-Paar (2, 3) Hochspannungsenergie zuzuführen und dielektrische Durchbrüche (11) an den vorgesehenen Lochungsstellen zu erzeugen.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei dem Elektroden-Gegenelektroden-Paar (2, 3) Hochfrequenzspannung zuführbar ist, um das Ankopplungsmaterial (10) an den vorgesehenen Lochungsstellen zu erhitzen.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Paar paralleler Platten (2, 3; 26, 37) zu den vorgesehenen Lochungsstellen hin gerichtete Düsenbohrungen (20, 30) aufweist, die mit Gaszufuhrleitungen (22, 33) verbindbar sind.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei an den Bearbeitungsraum (23) Spülkanäle für neutrales Gas und/oder Gasabsaugeinrichtungen angeschlossen sind.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Paar paralleler Platten, welche den Bearbeitungsraum (23) begrenzen, als HF-Elektroden-Gegenelektroden-Paar (2, 3) ausgebildet ist.
  19. Glas-Interposer mit einem Basissubstrat aus Glas, dessen Alkaligehalt kleiner als 700 ppm ist, und mit Lochungen, die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt sind, dabei Lochdurchmesser im Bereich von 20 μm bis 450 μm aufweisen und mit Lochwandungen von feuerpolierter Qualität versehen sind.
  20. Solarzellenplatte mit einem Basissubstrat aus Silizium, das mit SiN beschichtet ist, und mit Lochungen, die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt sind und dabei Lochdurchmesser im Bereich von 50 bis 200 μm aufweisen.
  21. Solarzellenplatte nach Anspruch 20, wobei die Beschichtung mit SiN auf einer Siliziumplatte einseitig ist, und wobei zu Beginn der Lochherstellung durch Reaktion mit der SiN-Schicht metallische Kontaktierungsstellen an den Lochungen gebildet worden sind.
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