JP2023536600A - 厚いセラミック基板に精密な微細孔を機械加工するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】【解決手段】液体ジェットと機械式回転工具との組み合わせを用いて、厚い基板に精密な微細孔を機械加工できる。液体ジェットガイドレーザーを使用して、セラミック基板にコア孔を迅速に穿孔できる。液体ジェットガイドレーザー穿孔ステップの切り開きポイントを検出するセンサを適用することで、迅速かつ閉ループ制御の機械加工プロセスが可能となる。基板を加熱することで、液体ジェットガイドレーザー穿孔プロセスを高速化できる。ドリル、リーマ、ミル等の機械式工具を適用して、コア孔を所望のボア径に仕上げることができる。機械式工具の切削主面は、好ましくはダイヤモンド材料からなり得る。検査カメラと照明システムを適用して、穿孔プロセスの一部として、機械で仕上げられた各ボアを検査できる。【選択図】図２Ａ、図２Ｂ

Description

半導体処理機器のガス分配プレートや均一プレート等の精密部品では、典型的には、厚いセラミック基板に数百または数千もの小さな精密孔を機械加工する必要がある。ケイ素または炭化ケイ素の製品ウエハに対する汚染回避のため、これらのガス分配プレートや均一プレートは、典型的には、ケイ素または炭化ケイ素等、同等の純度または純度のより高い材料で作製される。孔の数をより多くすることに加え、これらの孔には高度な表面仕上げが要求される。各孔の内壁は、実際の製品ウエハを汚染する可能性のある不要な粒子の付着を回避するように、鏡のように滑らかでなければならない。安定した再現性のあるガス分配を確実に行うために、各孔の入口も出口も、円周に損傷のない鋭い縁を有していなければならない。

今日、ガス分配プレートや均一プレートの孔は様々な方法で作られる。孔は、ドリルビットを使用して順次穿つことができる。また、ワイヤによって孔の中の材料を侵食する放電機械加工プロセスを用いて、孔を順次開けることもできる。別の方法では、機械加工される孔のピンパターンと逆向きのピンパターンに超音波振動を与え、孔の内部の材料を除去する超音波プレートを使用して、すべての孔、または孔群を同時に機械加工することもできる。あるいは、放電機械加工プロセスを用いて、浸食される孔のピンパターンと逆向きのピンパターンを有する電極プレートによって、すべての孔、または孔群を同時に機械加工することもできる。

超音波処理または放電機械加工で同時に孔を作成する方法は比較的迅速であるが、典型的には、各孔の所望の鏡面仕上げを実現するために、各孔にリーマ仕上げ等の後処理を行う必要がある。フライス工具で順次孔を穿つことにより、典型的には、後処理なしで所望の鏡面仕上げを実現できる。しかし、機械式の穿孔工具で穿孔することにより、孔の入口と、特に出口側で材料が欠けるリスクが高くなり得る。また、ケイ素や炭化ケイ素等（これらに限定されないが）のセラミック材料を処理する場合、穿孔工具の摩耗が激しく、工具の寿命が限られる。

典型的なガス分配および／または均一プレートは、１０～１５ｍｍの厚さであり、直径０．２～０．８ｍｍの１０００～２０００個の孔を有し得る。各孔を穿つのには３～４分かかり得る。例えば１５００個のうちの孔１４８０でドリルビットが折れると、基板全体を廃棄する可能性があり、何時間もの機械加工作業が失われる。そのため、厚いセラミック基板に多数の小孔を機械加工するための、改良されたより効率的な方法が実質的に求められている。当業者であれば、本発明はガス分配プレートや均一プレートの孔のみに限定されるものではなく、より広範囲の、技術的セラミック材料や精密孔を必要とする用途に適用性を認めると評価し理解するであろう。

いくつかの実施形態では、本発明は、厚い基板に精密微細孔を機械加工する方法およびシステムを開示する。基板は、数百または数千もの孔が機械加工されたセラミック材料であり得る。孔は、コア孔穿孔プロセスと孔仕上げプロセスが適用されるハイブリッドプロセスを適用することにより形成可能である。液体ジェットガイドレーザーを使用して、セラミック基板内に迅速にコア孔を穿つことができる。センサを適用して液体ジェットガイドレーザー穿孔ステップの切り開きポイントを検出でき、迅速かつ閉ループ制御の機械加工プロセスが可能となる。基板を加熱することで、液体ジェットガイドレーザー穿孔プロセスを高速化できる。ドリル、リーマ、またはミル等の機械式工具を適用して、コア孔を所望の孔径に仕上げることができる。機械式工具の切削主表面は、好ましくは、ダイヤモンド材料で構成できる。検査カメラと照明システムを適用して、機械で仕上げた各孔を穿孔プロセスの一部として検査できる。

図１Ａは、いくつかの実施形態による、連続した孔またはボアを有する基板を示す。 図１Ｂは、いくつかの実施形態による、連続した孔またはボアを有する基板を示す。

図２Ａは、いくつかの実施形態による、基板の孔のハイブリッド処理のための構成を示す。 図２Ｂは、いくつかの実施形態による、基板の孔のハイブリッド処理のための構成を示す。

図３Ａは、いくつかの実施形態による、基板に孔を形成するためのフローチャートを示す。 図３Ｂは、いくつかの実施形態による、基板に孔を形成するためのフローチャートを示す。 図３Ｃは、いくつかの実施形態による、基板に孔を形成するためのフローチャートを示す。

図４は、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザーヘッドの構成を示す。

図５Ａは、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザービームで基板に孔を開ける方法を示す。 図５Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザービームで基板に孔を開ける方法を示す。

図６Ａは、いくつかの実施形態による、孔の側壁粗さを示す。 図６Ｂは、いくつかの実施形態による、孔の側壁粗さを示す。

図７は、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。

図８Ａは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。 図８Ｂは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。 図８Ｃは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。 図８Ｄは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。

図９Ａは、いくつかの実施形態による、液体ジェットによって形成される孔の構成を示す。 図９Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットによって形成される孔の構成を示す。

図１０Ａは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。 図１０Ｂは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。 図１０Ｃは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。

図１１Ａは、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザー孔形成プロセスを高速化するために基板を加熱するための構成を示す。 図１１Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザー孔形成プロセスを高速化するために基板を加熱するための構成を示す。 図１１Ｃは、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザー孔形成プロセスを高速化するために基板を加熱するための構成を示す。 図１１Ｄは、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザー孔形成プロセスを高速化するために基板を加熱するための構成を示す。

図１２Ａは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセス中に基板温度を調整するためのフローチャートを示す。 図１２Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセス中に基板温度を調整するためのフローチャートを示す。 図１２Ｃは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセス中に基板温度を調整するためのフローチャートを示す。 図１２Ｄは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセス中に基板温度を調整するためのフローチャートを示す。

図１３Ａは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセスの終了ポイントを検出するための液体ジェットガイドレーザープロセスのセンサ構成を示す。 図１３Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセスの終了ポイントを検出するための液体ジェットガイドレーザープロセスのセンサ構成を示す。 図１３Ｃは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセスの終了ポイントを検出するための液体ジェットガイドレーザープロセスのセンサ構成を示す。

図１４Ａは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセスの終了ポイントを検出するためのフローチャートを示す。 図１４Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセスの終了ポイントを検出するためのフローチャートを示す。

図１５Ａは、いくつかの実施形態による、液体ジェットと放電機械加工を用いた初期孔の形成のためのプロセスを示す。 図１５Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットと放電機械加工を用いた初期孔の形成のためのプロセスを示す。 図１５Ｃは、いくつかの実施形態による、液体ジェットと放電機械加工を用いた初期孔の形成のためのプロセスを示す。 図１５Ｄは、いくつかの実施形態による、液体ジェットと放電機械加工を用いた初期孔の形成のためのプロセスを示す。

図１６Ａは、いくつかの実施形態による、放電機械加工を用いた初期孔の形成のためのプロセスを示す。 図１６Ｂは、いくつかの実施形態による、放電機械加工を用いた初期孔の形成のためのプロセスを示す。

図１７Ａは、いくつかの実施形態による、ＥＤＭプロセスで孔を形成するためのフローチャートを示す。 図１７Ｂは、いくつかの実施形態による、ＥＤＭプロセスで孔を形成するためのフローチャートを示す。 図１７Ｃは、いくつかの実施形態による、ＥＤＭプロセスで孔を形成するためのフローチャートを示す。

図１８Ａは、いくつかの実施形態による、液体ジェットを使用して基板に複数の孔を形成するための構成を示す。 図１８Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットを使用して基板に複数の孔を形成するための構成を示す。

図１９は、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザーで孔を穿つための閉ループプロセスを示す。

図２０Ａは、いくつかの実施形態による、孔を形成するためのプロセスを示す。 図２０Ｂは、いくつかの実施形態による、孔を形成するためのプロセスを示す。

図２１Ａは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具の構成を示す。 図２１Ｂは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具の構成を示す。 図２１Ｃは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具の構成を示す。

図２２Ａは、いくつかの実施形態による、基板に孔を仕上げるためのフローチャートを示す。 図２２Ｂは、いくつかの実施形態による、基板に孔を仕上げるためのフローチャートを示す。 図２２Ｃは、いくつかの実施形態による、基板に孔を仕上げるためのフローチャートを示す。

図２３Ａは、いくつかの実施形態による、初期貫通孔を仕上げるためのプロセスを示す。 図２３Ｂは、いくつかの実施形態による、初期貫通孔を仕上げるためのプロセスを示す。

図２４Ａは、いくつかの実施形態による、初期片側ブラインド孔を仕上げるためのプロセスを示す。 図２４Ｂは、いくつかの実施形態による、初期片側ブラインド孔を仕上げるためのプロセスを示す。 図２４Ｃは、いくつかの実施形態による、初期片側ブラインド孔を仕上げるためのプロセスを示す。

図２５Ａは、いくつかの実施形態による、初期片側ブラインド孔を仕上げるためのプロセスを示す。 図２５Ｂは、いくつかの実施形態による、初期片側ブラインド孔を仕上げるためのプロセスを示す。

図２６Ａは、いくつかの実施形態による、２つの機械式回転工具を使用して孔を仕上げるためのプロセスを示す。 図２６Ｂは、いくつかの実施形態による、２つの機械式回転工具を使用して孔を仕上げるためのプロセスを示す。 図２７Ａは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を仕上げるためのフローチャートを示す。 図２７Ｂは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を仕上げるためのフローチャートを示す。 図２７Ｃは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を仕上げるためのフローチャートを示す。

図２８Ａは、いくつかの実施形態による、回転工具を冷却するための構成を示す。 図２８Ｂは、いくつかの実施形態による、回転工具を冷却するための構成を示す。 図２８Ｃは、いくつかの実施形態による、回転工具を冷却するための構成を示す。 図２８Ｄは、いくつかの実施形態による、回転工具を冷却するための構成を示す。

図２９Ａは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具を冷却するためのフローチャートを示す。 図２９Ｂは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具を冷却するためのフローチャートを示す。 図２９Ｃは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具を冷却するためのフローチャートを示す。

図３０Ａは、いくつかの実施形態による、位置合わせモジュールの構成を示す。 図３０Ｂは、いくつかの実施形態による、位置合わせモジュールの構成を示す。

３１Ａは、いくつかの実施形態による、位置合わせモジュールの別の構成を示す。 ３１Ｂは、いくつかの実施形態による、位置合わせモジュールの別の構成を示す。

図３２Ａは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具を位置合わせするためのフローチャートを示す。 図３２Ｂは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具を位置合わせするためのフローチャートを示す。

図３３Ａは、いくつかの実施形態による、検査モジュールの構成を示す。 図３３Ｂは、いくつかの実施形態による、検査モジュールの構成を示す。

図３４Ａは、いくつかの実施形態による、基板の最終孔を検査するためのフローチャートを示す。 図３４Ｂは、いくつかの実施形態による、基板の最終孔を検査するためのフローチャートを示す。

図３５は、いくつかの実施形態による、基板に孔を完全に形成するためのフローチャートを示す。

図３６は、いくつかの実施形態による、液体ジェットと機械式回転工具の統合システムの構成を示す。

いくつかの実施形態では、本発明は、貫通孔またはブラインド孔等の孔を基板に形成するための方法およびシステムを開示する。形成された孔は、孔の入口と出口に鋭い縁を持つ滑らかな内表面を持つことができる。内表面や縁の要件を満たした孔あき基板を、ガス分配プレートや均一プレートにおいて使用できる。

図１Ａ～１Ｂは、いくつかの実施形態による、連続した孔またはボアを有する基板を示す。半導体処理機器用のガス分配プレートおよび均一プレートは、厚い基板１００内に機械加工された多数の小さな精密孔またはボア１０１を典型的に必要とする基板の分かりやすい例である。多数の孔またはボア１０１に加えて、これらの孔またはボアには、孔またはボアの入口および出口に損傷のない鋭い縁１０４とともに、高度な表面仕上げ１０５も必要とされる。基板の厚さ、例えば、貫通孔またはボア（例えば、基板を完全に貫通する孔またはボア）の深さ１０３は、２０ｍｍ未満（例えば１０ｍｍ～１５ｍｍの間等）とすることができる。孔またはボアのサイズ、例えば、孔またはボアの直径１０２は、均一なガス分配を行うために、例えば２ｍｍ未満（例えば０．１～１ｍｍの間等）のように小さくできる。このような基板１００、例えばケイ素または炭化ケイ素製品ウエハは、典型的には円形形状を有し、ガス分配プレートおよび均一プレートに使用するために、何百または何千もの精密な孔またはボア１０１を含む。円形のボアが典型的だが、用途によっては、丸みを帯びた縁を有する細長い孔またはスロットも適用される。以下の記載では、円形輪郭に沿って液体ジェットを走行させることによって形成される孔等の円形孔について説明する。ただし、本発明は円形孔に限らず、丸みを帯びた縁を有する細長い孔またはスロットも含まれる。

ケイ素または炭化ケイ素基板への汚染を回避するために、基板は、典型的には、同様にケイ素または炭化ケイ素で作られる等、同等の純度または純度のより高い基板材料で作られる。その他の材料、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化ホウ素の他、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）および金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）も使用可能である。さらに、基板は、ボアまたは孔のある金属基板やその他のワークとすることもできる。

セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）は、セラミックマトリックスに埋め込まれたセラミック繊維からなる。繊維とマトリックスは、いずれも任意のセラミック材料からなり得、炭素および炭素繊維がセラミック材料とみなされる。ＣＭＣは、粒子または長期耐用繊維を埋め込むことでセラミック材料のクラック耐性を向上させ、セラミックマトリックスの高い強度やヤング率を維持したまま、複合材料系の破壊靭性を向上させることができる。ＣＭＣには、炭素（Ｃ）、特殊炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ムライト（Ａｌ₂Ｏ₃－ＳｉＯ₂）繊維が最も一般的に使用されている。ＣＭＣのマトリックス材料は同じものとすることができ、例えば、同様にＣ、ＳｉＣ、アルミナ、ムライトから作製される。例えば、一般的なＣＭＣとしては、Ｃ／Ｃ、Ｃ／ＳｉＣ、ＳｉＣ／ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３を含み、これらは、より高い破断伸度、向上した破壊靭性、より高い熱衝撃耐性、およびより高い動的負荷容量を有し得る。

金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）は、少なくとも金属成分と、異なる金属、またはセラミックスあるいは有機化合物等の他の材料との複合材料である。ＭＭＣは、金属マトリックスに強化材料を分散させることで作製できる。例えば、アルミニウムのマトリックスにおいて炭素繊維を使用すると、低密度で高強度となる。

いくつかの実施形態において、本発明は、例えば、ガス分配プレートに損傷を与えることなく表面平滑性および縁の鋭さの要件を満たすことが可能な、基板に孔を形成するハイブリッドプロセスを開示する。ハイブリッドプロセスは、例えば、液体ジェットガイドレーザーシステムの液体ジェットガイドレーザーヘッドにおいて生成された液体ジェットガイドレーザービームによる、あるいは放電機械加工プロセスによる、初期孔形成を含むことができる。ハイブリッドプロセスは、例えば、ドリルビット、リーマビット、ホーニングビット、またはフライスビット等の機械式回転工具による、孔の平滑化または仕上げプロセスを含むことができる。既存の孔に機械式回転工具を使用することで、スループットの向上とともに、仕上げ孔の縁への潜在的な損傷を大幅に低減し、機械式回転工具の摩損を低減できる。

図２Ａ～２Ｂは、いくつかの実施形態による、基板の孔のハイブリッド処理のための構成を示す。図２Ａ（ａ）～２Ａ（ｂ）は、初期孔を液体ジェットガイドレーザーシステムにおいて形成し、孔を機械式回転システムにおいて仕上げる等、初期孔形成と孔仕上げプロセスを異なる機器で行う構成を示す。２Ｂ（ａ）～２Ｂ（ｂ）は機械式回転アセンブリで構成された液体ジェットガイドレーザアセンブリにおいて等、初期孔形成と孔仕上げプロセスを同一機器で行う構成を示す。

いくつかの実施形態では、初期孔形成を、液体ジェットガイドレーザーシステムにおいて行うことができ、このシステムは、２次元ｘｙ動作または３次元ｘｙｚ動作等の動作機構に結合された液体ジェットガイドレーザーヘッドを含むことができる。液体ジェットガイドレーザーヘッドは、液体ジェットガイドレーザービームを生成するように構成でき、液体ジェットガイドレーザービームは、液体ジェット内で内部反射されるレーザービームを有する液体ジェット（例えば、液体の液柱）とすることができる。液体ジェットは、レーザービームを閉じ込めること、例えば、レーザービームが液体ジェット内にあるようにガイドすることが可能である。液体ジェットガイドレーザービームを使用して、例えば、レーザーアブレーションプロセスによって基板から材料を除去できる。

図２Ａ（ａ）は、液体ジェットガイドレーザービーム２１６（例えば、液体ジェット２１６Ａ内で内部反射したレーザービーム２１６Ｂを有する液体ジェット２１６Ａ）を生成するように構成された液体ジェットガイドレーザーヘッド２１０を示す。レーザービーム２１６Ｂは、レーザーアブレーションプロセス等による材料除去用に構成されている。液体ジェット２１６Ａは、レーザービームが逸れることの防止等のために、レーザービーム２１６Ｂをガイドするように構成されている。

液体源２１４を、液体ジェットガイドレーザーヘッド２１０のノズル２１５に設けることができる。ノズルは開口を含むことができ、そこから液体ジェット２１６Ａが出ることができる。レーザー源２１１は、レンズによって集束され、液体ジェット２１６Ａ上に集束レーザービーム２１３を形成できる。集束レーザービーム２１３は次に液体ジェット２１６Ａ内で内部反射し、例えば、内部反射レーザービーム２１６Ｂを形成できる。

窓２１２は、集束レンズと液体源２１４との間に配置できる。窓２１２は、液体源２１４からの液体がレーザー部品に接触して汚染するのを防止しながら、レーザービームを通過させるように構成できる。

液体ジェット２１６、例えば液体ジェットガイドレーザービームは、例えば基板２００上に導かれ、初期直径２０６を有する貫通孔２０１^＊を形成できる。液体ジェットガイドレーザーヘッド２１０は、例えば、ｘｙ動作機構によって制御される円形輪郭、または、本質的に丸みを帯びた縁を有する領域である細長い輪郭等、閉ループ輪郭で移動させることが可能である。液体ジェット２１６は、円形輪郭から材料を除去して、円形輪郭の直径と類似の初期直径２０６を有する円柱を切削できる。液体ジェット２１６が基板を貫通した後、切削された円柱を基板から除去でき、円形輪郭の直径に類似した初期直径２０６を持つ孔が残される。

液体ジェットガイドレーザーヘッド２１０は、閉ループ輪郭に閉じ込められた螺旋状の経路または複数の平行線等のラスタリング経路で移動させることができる。液体ジェット２１６は、螺旋またはラスタリング線によって閉ループ輪郭内の材料を除去して、閉ループ輪郭の直径に類似する初期直径２０６を有する孔を形成できる。

図２Ａ（ｂ）は、初期孔２０１^＊を、最終直径２０２を有する最終孔２０１に拡大する等の孔の仕上げを行うとともに、最終孔の内面を平滑化するように構成された機械式回転工具ヘッド２２０を示す。

機械式回転工具ヘッド２２０は、最終孔２０１の最終直径２０２に類似する工具直径２２２を有し得る機械式回転工具２２１を含むことができる。動作時、機械式回転工具２２１は、初期孔２０１^＊内に下方移動２２４しながら回転できる。機械式回転工具２２１は、最終孔２０１の縁への損傷を最小限にするように構成することが可能な、丸みを帯びたまたは楕円形の先端２２３を有し得る。

図２Ｂ（ａ）および２Ｂ（ｂ）は、液体ジェットガイドレーザーヘッド２１０のアセンブリと機械式中空回転工具ヘッド２２０^＊のアセンブリを有する組み合わせシステム２２６を示し、このシステムは、初期孔をその仕上げと共に形成するように構成することが可能である。液体ジェットガイドレーザーヘッド２１０は、上述したものと類似とすることができ、液体ジェットガイドレーザービーム２１６、例えば、液体ジェット内で内部反射したレーザービームを有する液体ジェットを生成するように構成できる。液体ジェットガイドレーザービーム２１６は、例えば、円形輪郭に沿って複数のパスを走行して円筒形の材料を切り取ることによって、または、閉ループ輪郭の内部に複数のパスをラスタリングして閉ループ輪郭の内部に孔を形成することによって、基板に初期直径２０６を有する孔を開けるように構成できる。

例えば、液体ジェットガイドレーザーヘッド２１０は、ノズル２１５を通過した後に液体ジェット２１６を形成するように構成された液体源２１４を含むことができる。レーザー源２１１は、レンズによって集束され、液体ジェット２１６上に集束レーザービーム２１３を形成できる。窓２１２は、集束レンズと液体源２１４との間に配置できる。

機械式中空回転工具ヘッド２２０^＊は機械式中空回転工具２２１^＊を含むことができ、これは回転工具２２１^＊を通る導管２７７を有し得る。機械式中空回転工具ヘッド２２０^＊は、例えば、機械式中空回転工具２２１^＊を冷却するために、液体ジェットガイドレーザーヘッドからの液体ジェットが導管２７７に入るように配置可能である。

動作時、基板２００は組み合わせシステム２２６の下に配置される。液体源２１４をオンにして、液体ジェット２１６を形成する。レーザー電源をオンにして、液体ジェット２１６内で内部反射させるためのレーザービームを発生させる。液体ジェット２１６は、機械式回転工具ヘッド２２０^＊を通るように構成されており、例えば、機械式回転工具ヘッド２２０^＊に干渉することなく導管２７７を通る。液体ジェット２１６は、初期直径２０６を有する基板に孔を形成できる（図２Ｂ（ａ））。

初期孔を形成した後、レーザー源をオフにすることができ、内部反射レーザービームがない液体ジェット２１６を残すことができる。組み合わせシステム２２６は、初期孔を仕上げるため、例えば、初期孔を最終直径２０２に拡大し、最終孔の表面を平滑化するために、機械式回転工具２２１^＊が回転している状態で下方移動２２４^＊できる（図２Ｂ（ｂ））。

図３Ａ～３Ｃは、いくつかの実施形態による、基板に孔を形成するためのフローチャートを示す。図３Ａでは、異なる機器または同じ機器を使用して孔を形成する。操作３００では、液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に孔を形成する。操作３１０では、機械式回転工具を使用して孔を平滑化する。

図３Ｂでは、異なる機器を使用して基板に複数の孔を形成する。操作３３０では、第１のプラットフォーム上の第１の動作機構によって制御される液体ジェットガイドレーザービームを使用して、基板に複数の孔を形成する。操作３４０では、第２のプラットフォーム上の第２の動作機構によって制御される機械式回転工具を使用して、複数の孔を平滑化する。

図３Ｃでは、単一の機器を使用して基板に孔を形成する。操作３６０では、基板に孔を形成するが、これは、液柱を形成するために液体ジェットガイドレーザーヘッドへの液体供給をオンにすることと、液柱内で内部反射するように構成されたレーザービームを生成するためにレーザー源をオンにすることを含むことができる。操作３７０では、孔を平滑化するが、これは、液体ジェットガイドレーザーヘッドへの液体供給をオンにしながら機械式回転工具を回転させて、機械式回転工具を通る導管を介して液柱を形成することを含むことができる。

いくつかの実施形態において、本発明は、液体ジェットガイドレーザーシステムを使用して基板に初期孔を形成することを開示する。例えば、参照によりそれらの全体が組み込まれる特許、ＵＳ８，８５９，９８８号およびＵＳ１０，０２２，８２０号に開示されているような液体ジェットガイドレーザー技術は、金属のほか、ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化ホウ素、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）、および金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）等のセラミック材料等の幅広い種類の材料を機械加工できることで知られている。

図４は、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザーヘッドの構成を示す。液体ジェットガイドレーザーヘッド４１０は、窓４１２を保持するハウジングを含むことができる。窓４１２の下方には、液体ジェットノズル４１５が設けられている。水源４１４等の液体源を、窓４１２とノズル４１５との間の空間に押し付け、層流液体ジェット４１６Ａを形成できる。材料を加工するために、レーザー電源からのレーザービーム４１３が集束され、窓４１２を通って液体ジェットノズル４１５のオリフィスから層流液体ジェット４１６にガイドされる。集束レーザービーム４１３は、液柱４１６Ａ内に閉じ込めることができ、液柱４１６Ａ内の全内部反射によってレーザービーム４１６Ｂのエネルギーをワーク基板４００に向けてガイドできる。液体ジェットガイドレーザー４１６は、基板４００に微細な孔またはボア４０１を精密に機械加工するために適用できる。

小さく深い孔またはボア４０１^＊の穿孔中に起こり得る水の逆噴射妨害を軽減するために、特許ＵＳ１０，３０７，８６４号に開示されたエアジェットモジュール等のエアジェットモジュールを使用できる。液体ジェットノズル４１５の下方で、液体ジェットガイドレーザーは、エアジェットモジュール４２７の内部導管を通る。圧縮ガス源４１７の高容量の流れは、エアジェットモジュール４２７の外側かつ機械的に離間した導管を通って提供されるが、導管は、液体ジェットガイドレーザー４１６に平行に、かつ基板４００の表面に向かって通っている。圧縮ガスの流れ４１８は、液体ジェットガイドレーザー４１６の逆噴射により誘発される妨害を回避する同軸の離間したシールドとして機能する。他の液体を水の代わりに用いて、液体ジェットガイドレーザープロセスを行うことができる。

液体ジェットガイドレーザーヘッド４１０は、例えば、液体ジェット４１６に垂直な平面で、または液体ジェット４１６に平行かつ垂直な３次元移動で、液体ジェットガイドレーザーヘッドを移動させるための動作機構に連結させることができる。

いくつかの実施形態では、液体ジェットガイドレーザーヘッドを使用して基板に初期孔を形成できる。典型的な液体ジェットは、０．０２～０．０８ｍｍの直径を有し得るため、所望の孔の寸法と等しい直径を有する円の円径輪郭で液体ジェットを走行させる等の孔拡大プロセスを用いることができる。あるいは、液体ジェットがラスタリングパターンを走行して、ラスタリング領域の寸法を有する孔を形成することもできる。

図５Ａ～図５Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザービームで基板に孔を開ける方法を示す。液体ジェットガイドレーザーヘッドにおける液体ジェットの直径は、通常、ガス分配プレートおよび均一プレートにおける典型的な孔径よりも小さく、例えば、０．２～２ｍｍの孔径と比較して、液体ジェットの直径は０．０２～０．０８ｍｍの間である。動作時、内部に内部反射レーザービームを有する液体ジェット５１６は、典型的には、層ごとにレーザーアブレーションによって材料を除去し、よって、深さを有する孔を開けるために、液体ジェットは、基板上の同じ場所に連続して噴射でき、または基板上の同じ輪郭に沿って複数のパスを作製できる。

より大きな孔またはボア５０１を基板５００内に形成するために、液体ジェットガイドレーザー５１６は、円形機械加工動作５３０を行って切り込み５３１を形成して円筒ピン５３２を切り出すか、または液体ジェットガイドレーザー５１６は、螺旋動作５３３、または円形および螺旋機械加工動作の組み合わせを行ってブラインド孔またはボア５３４の径内の全ての材料を除去できる。螺旋動作５３３のためのより多くのパスにより、基板５００に貫通孔５０１を形成できる。

液体ジェットガイドレーザー５１６は、クリーンで鋭い縁の入口と出口を有する孔またはボア５０１を基板５００内に形成できる。液体ジェットガイドレーザー５１６によって形成された孔またはボア５０１の側壁の粗さ平均（Ｒａ）は、基板材料およびレーザービームのエネルギーパラメータに応じて、１０マイクロメートルより低く、または０．２５～３マイクロメートルの間とすることができる。

いくつかの実施形態では、孔の側壁の表面粗さは、ガス分配プレートまたは均一プレートの適用に依存し得る。高い粗さが要求される場合は、液体ジェットガイドレーザーヘッドによって形成された孔が適当である。低い粗さが要求される場合は、機械式回転工具によって行われる仕上げまたは平滑化プロセスを用いることができる。

図６Ａ～６Ｂは、いくつかの実施形態による、孔の側壁の粗さを示す。液体ジェット６１６を使用して、基板６００内に孔を形成できる。典型的な孔の直径は、０．２～２ｍｍの間、例えば０．２～１ｍｍの間、または０．４～０．８ｍｍの間とすることができる。液体ジェット６１６の直径ははるかに小さいため、孔の直径６０６を拡大するために、液体ジェットによって円形パターンまたはラスタリングパターンを使用できる。孔の側壁は、液体ジェットプロセス後に粗さ６０５^＊を有し得る。液体ジェットは、基板材料、レーザービームのエネルギーパラメータ、および切削プロセスの処理時間に応じた側壁粗さ値で基板を切削できる。例えば、より遅い切削プロセスでは、より滑らかな側壁、例えば、より低い粗さ値を有する側壁を得ることができるが、より低いスループットという代償がある。いくつかの実施形態では、孔形成プロセスは、液体ジェットの高い表面粗さプロセスと、機械式回転工具による後続の平滑化プロセスを用いて粗さ要件を満たすことによって、高スループットを達成できる。機械式回転工具は、初期孔径６０６を最終孔径６０２に拡大するとともに、初期側壁面６０５^＊の孔を最終側壁粗さ６０５に平滑化できる。例えば、機械式回転工具は、側壁を数マイクロメートル未満、例えば１マイクロメートル未満、０．５マイクロメートル未満、０．１マイクロメートル未満等の粗さ平均Ｒａまで平滑化できる。

いくつかの実施形態では、表面粗さは、評価長さ内の中心線に対する偏差から決定されるフィルタリングされた粗さプロファイルの算術平均値である粗さ平均値Ｒａによって特徴付けることができる。実際には、Ｒａは、表面の山と谷の個別測定のセットの平均を取ることで決定できる。

図７は、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。内部反射したレーザービームを有する液体ジェットを使用して、基板に孔を形成できる。液体ジェットガイドレーザーヘッドのノズルを使用して、液体ジェットを形成できる。また、ノズルをレーザービームに位置合わせすることで、内部反射したレーザービームを得ることができる。操作７００では、液体ジェットガイドレーザーヘッドのノズルへの液体供給をオンにして液柱を形成する。操作７１０では、液柱に集束するレーザー電源をオンにして、液柱内で内部反射するレーザービームを形成する。操作７２０では、内部反射したレーザービームを有する液柱を基板上に導き、基板から材料を除去する。動作７３０では、内部反射したレーザービームを有する液柱を基板上の位置に保持し、基板に孔を形成する。操作７４０では、内部反射したレーザービームを有する液柱を基板上の閉ループ輪郭で移動させ、閉ループ輪郭形状を有する基板内の材料の柱を切削する。操作７５０では、内部反射したレーザービームを有する液柱を基板上の閉ループ輪郭でラスタリングし、閉ループ輪郭領域の材料を除去することによって基板に孔を形成する。

図８Ａ～図８Ｄは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。孔は、内部反射したレーザービームを有し、閉ループ輪郭を作るか、ラスタリングパターンを作ることができる液体ジェットで形成できる。孔は、最終的な所望寸法よりも、わずかに小さくでき、ドリル、リーマ、フライス工具、またはホーニング工具等の機械式回転工具を使用した後続プロセスで平滑化するように構成される。

図８Ａにおいて、操作８００では、液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に孔を形成し、液体ジェットガイドレーザービームは、円形または楕円形の輪郭等の閉ループ輪郭で、螺旋状の経路または複数の平行経路を含むラスタリング領域で、あるいは閉ループ輪郭とラスタリング領域の組み合わせで走行するように構成される。

図８Ｂにおいて、操作８２０では、液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に孔を形成し、孔の直径は、後続の孔の内表面の平滑化プロセスを最適化するように構成されている。

図８Ｃにおいて、操作８４０では、液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に孔を形成し、孔の直径は、後続の孔の最終直径を得るプロセスで孔の縁への損傷を最小限にするように構成される。

図８Ｄにおいて、操作８６０では、液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に孔を形成し、孔の寸法、例えば直径は、孔の最終直径の７５％～９９％の間、または８０～９０％の間である。

いくつかの実施形態では、液体ジェットは、貫通孔またはブラインド孔を形成するように構成でき、孔の寸法、例えば孔の直径は、孔形成の要件、例えば側壁粗さ値および孔入口および出口において縁の損傷がないこと等を満たしつつ、高スループットのために最適化されるように構成されている。例えば、円形孔の直径は、最終的な所望直径の７５％超、８０％超、８５％超、または９０％超、例えば、最終的な所望直径の７５～９９％の間、または最終的な所望直径の８０～９９％の間、または最終的な所望直径の９０～９９％の間とすることができる。

図９Ａ～９Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットによって形成される孔の構成を示す。初期孔９０１を、液体ジェットガイドレーザー９１６、例えば、内部反射されたレーザービームを有する液体ジェットを使用して、基板９００に形成できる。初期孔は、機械式回転プロセス等の後続の平滑化プロセスによって仕上げられるように構成可能である。例えば、基板に初期孔を形成するプロセスは、効率的に数百または数千の孔を基板に開けることができるように、高スループットを達成するように最適化される。

図９Ａは、初期孔９０１を、液体ジェット９１６が基板９００の片側から基板材料を除去することで形成するプロセスを示す。例えば、液体ジェット９１６は、初期孔の直径９０６を有する円形輪郭に沿って、複数のパスで繰り返し移動できる。このプロセスは、初期孔が基板の両面を流体的に接続するまで続けられる。１つまたは複数のセンサを、基板の片面または両面から（例えば、液体ジェットガイドレーザーヘッドと反対の基板側から）、貫通孔の完成を検出するために配置できる。センサの検出信号を確認した後、液体ジェットは円形輪郭に沿ってさらに数回のパス続き、液体ジェットが確実に基板を完全に貫くようにする。

初期孔を形成した後、液体ジェットは基板上の他の場所に移動し、次の孔を形成できる。

図９Ｂ（ａ）～９Ｂ（ｃ）は、基板９００に貫通孔９０１を形成する別のプロセスを示す。液体ジェットガイドレーザープロセスでは一般に、作業深さが深くなるほどプロセス速度が低下するため、片面からではなく、対向する２面からワークを加工することが望まれる場合がある。１２ｍｍの材料に孔を穿つのに、例えば１８０秒超または２４０秒超かかることがある。好ましい方法は、まず６ｍｍの深さのブラインド孔を開け、次にワークを１８０度反転して、ブラインド孔の反対側に孔を穿ち、その中を流体的に接続することであり得る。すると全体の処理時間を９０秒未満または６０秒未満とすることができる。

図９Ｂ（ａ）は、液体ジェットガイドレーザー９１６を照射して、基板９００の第１の表面内に少なくとも１つのブラインド孔９３４を迅速に機械加工する第１のステップを示す。液体ジェット９１６は、初期ブラインド孔９３４の直径９０６を有する円形輪郭内で、ラスタリングパターンの複数のパスで繰り返し移動可能である。ブラインド孔９３４の深さは、例えば基板９００の厚さの４０％～６０％の間等、基板９００の厚さの３０％超７０％未満とすることができる。初期ブラインド孔を形成した後、液体ジェットは基板上の他の場所に移動し、次のブラインド孔を形成できる。図示のように、液体ジェットは左側で２つのブラインド孔の形成を完了し、３つ目のブラインド孔の形成プロセスを進めている。液体ジェットは次に右に移動し、次のブラインド孔を形成できる。

図９Ｂ（ｂ）は、基板９００の第１の面の反対の第２の面が液体ジェットガイドレーザーヘッドに対向するように基板を回転させる第２のステップを示す。第１ステップからのブラインド孔９３４の既に作製されたブラインド部分を、ブラインド孔９３４の中心軸と液体ジェットガイドレーザー９１６の軸が同じになるように、例えば、位置合わせモジュールを使用して位置合わせする。次に、液体ジェットガイドレーザー９１６を照射、例えば、レーザー源をオンにして液体ジェット内に内部反射レーザービームを発生させ、ブラインド孔９３４の残りの部分を迅速に機械加工し、残りの基板材料を全て除去する。図示のように、液体ジェットは、既存のブラインド孔に流体的に接続される他の部分を反対側に作製することで、左側の２つの貫通孔の形成を完了した。液体ジェットは、反対側のブラインド孔と流体的に接続されるように構成された第３のブラインド孔を形成するプロセスを進めている。

図９Ｂ（ｃ）は、液体ジェットにより基板の貫通孔内の材料を完全に除去した後、基板９００の第１の面と第２の面を流体的に接続する貫通孔９０１が形成されたことを示す。１つまたは複数のセンサを、貫通孔９０１の形成が完了したことを検出するために使用できる。液体ジェットは次に右に移動し、反対側の既存のブラインド孔に接続するための次の孔を形成できる。

いくつかの実施形態では、液体ジェットを使用して、ブラインド孔、例えば、基板の２つの対向する面を接続しない孔を形成できる。液体ジェットを使用して、２つの対向するブラインド孔、例えば、互いに接続されていない２つの対向する孔を形成できる。

初期孔９０１の直径は、最終的な孔形成のスループットを最適化するように構成できる。例えば、高スループットの液体ジェットプロセス（例えば、高いレーザー出力を使用する等）の場合、初期孔をできる限り大きくして機械式回転工具の処理時間を最小限にできる。このため、機械式回転工具を適用することで、迅速にコア孔９０１を所望の最終孔径に仕上げることができる。材料除去に関する全ての重労働は、液体ジェットガイドレーザー９１６によってすでに行われているため、機械式工具は材料のごく一部を除去するだけでよい。例えば、初期貫通孔の直径を、例えば、最終孔径０．４５ｍｍに対して０．４０ｍｍとすることができ、機械式工具は０．４０～０．４５ｍｍ間の基板材料を除去するだけでよい。

低速の機械式工具プロセスでスループットを向上させるために、２つの機械式工具を適用して、初期孔９０１を最終孔径まで同時に仕上げることができる。例えば、第１の機械式工具を、基板の第１の面の上方に配置できる。第２の機械式工具を、基板の第２の面の下方に配置できる。両機械式工具の中心軸は同じである。両機械式工具は、その中心軸に沿って互いに一定の間隔で保持され得る。基板が両機械式工具の軸に沿って上下に振動運動しながら移動するか、あるいは両機械式工具がコア孔の中心軸に沿って同時に上下に振動運動しながら移動できる。

機械式工具は典型的には、分ごとの回転数と、基板に垂直な方向の送り速度とに基づいた一定の材料除去率を有するため、２つの機械式工具によってより多くの材料をより短時間で除去できる。上下の振動運動は、ボアから基板材料を除去するために必要となり得る。あるいは、第１の機械式工具と第２の機械式工具は、それらの動きが孔の中心軸上で衝突しない限り、効率的な除去プロセスのために、所望に応じて互いに独立してコア孔１２１７の中心軸に沿って移動することもできる。

図１０Ａ～図１０Ｃは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を形成するためのフローチャートを示す。図１０Ａにおいて、操作１０００では、液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に貫通孔を形成し、液体ジェットガイドレーザービームは、閉ループ輪郭に沿って複数のパスを走行するよう構成され、貫通孔を形成した後に閉ループ輪郭内の材料が除去される。

図１０Ｂにおいて、操作１０２０では、液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に貫通孔を形成し、液体ジェットガイドレーザービームは、閉ループ輪郭の内側のラスタリング構成で複数のパスを走行するように構成される。

図１０Ｃにおいて、操作１０４０では、液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に第１のブラインド孔を形成し、液体ジェットガイドレーザービームは、閉ループ輪郭に沿って複数のパスを、または閉ループ輪郭の内側でラスタリング構成で走行するように構成されている。操作１０５０では、任意選択で基板を反転させて、基板の反対側の面から第２のブラインド孔を形成し、第２のブラインド孔を第１のブラインド孔と位置合わせする。第２のブラインド孔は、第１のブラインド孔と接続して、基板を通して貫通孔を形成できる。

いくつかの実施形態では、基板を加熱して、液体ジェットプロセスのスループットを向上させることができる。液体ジェットプロセスは、例えば、レーザー出力による材料除去等のレーザーアブレーションプロセスであるため、高温の基板によってレーザーアブレーションプロセスを高速化できる。また、液体ジェットプロセスでは、液体の流れによって迅速に冷却された基板を有し得る。したがって、液体ジェットを移動させて、例えば円形輪郭で材料を切削する場合、液体ジェットが戻る前に基板を大幅に冷却できる。

図１１Ａ～１１Ｄは、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザー孔形成プロセスを高速化するために基板を加熱するための構成を示す。液体ジェットガイドレーザー１１１６を照射して、基板１１００に孔１１０１を開けることができる。基板が、数ｍｍ未満等、薄い場合、液体ジェットガイドレーザー１１１６は、１５パス未満、１０パス未満等、数パスで孔を切削できる。基板が、例えば、５ｍｍ超、または１０ｍｍ超、または１５ｍｍ超等、非常に厚い場合は、５０パス超、１００パス超等、かなり多くのパスが必要である。

孔１１０１が、例えば数センチメートルの細長い孔等の切削を行うために液体ジェットが沿って走行する大きな閉ループ輪郭等、より大きな形状を有する場合、液体ジェットガイドレーザー１１１６が孔１１０１の円周方向の１回のパスを完了できるまでに数秒かかる場合がある。液体ジェットの高速性、プロセス水の強力な冷却効果、および圧縮ガスの同軸流による冷却効果により、レーザー通過後の基板１１００を迅速に冷却できる。

本発明は、ある深さの小さな孔の円周１１０１を、少ない量の液体ジェットガイドレーザーパスで切削できると認識している。同じ深さでも、孔の円周が１０倍等大きいと、液体ジェットガイドレーザー１１１２が孔１１０１の円周の同じスポットに再び到達するまでにより長い時間がかかるため、２倍から３倍の量の液体ジェットパスが必要になる場合がある。

いくつかの実施形態では、液体ジェットガイドレーザー１１１６によって機械加工されている基板領域はしたがって、機械加工時間および液体ジェットガイドレーザーパスの量に対するクールダウン効果を緩和するために、補助加熱装置によって加熱され得る。

図１１Ａは、ワーク（例えば基板１１００）に温水を浸水させる浸水ノズル１１４１を示す。温水流１１４１により、液体ジェットを使用した孔機械加工プロセスを促進できる。液体ジェットガイドレーザー１１１６による機械加工プロセス中、基板１１００を、浸水ノズル１１４１等の液体加熱流によって加熱および保温可能である。水は、５０℃超等、４０℃超の温度を有し得る。水は、９０℃未満等、１００℃未満の温度を有し得る。いくつかの実施形態では、より高い気化温度を有する他の液体を使用して、基板を１００℃より高い温度に加熱できる。また、基板の上面ではなく、裏面を加熱することが望まれる場合もある。その場合、浸水ノズルが基板の下方に取り付けられる。

図１１Ｂは、孔機械加工プロセスを促進するために、機械加工領域で基板１１００を加熱して保温する赤外線および／または誘導装置１１４２を示す。基板は、６０℃超等、５０℃超の温度に達し得る。基板は、１１０℃未満等、１５０℃未満の温度に達し得る。また、基板の上面ではなく、裏面を加熱することが望まれる場合もある。その場合、赤外線および／または誘導デバイスが基板の下方に取り付けられる。

図１１Ｃは、液体ジェットガイドレーザープロセス中に基板を加熱して保温するための構成を示す。基板１１００を、完全１１４３に、または部分的１１４４に、浸水液に沈めることができる。このような浸水液としては、例えば、水やエタノールを挙げることができる。浸水液は、５０℃超等、４０℃超の温度を有し得る。浸水液は、浸水液の蒸発温度より低い温度、例えば、水の場合は１００℃未満または１１０℃未満を有し得る。

図１１Ｄは、液体ジェットガイドレーザープロセス中に基板を加熱して保温するための構成を示す。基板１１００は、ガス加熱流、例えば、基板１１００の機械加工されている領域に向けられる熱風銃等の空気テンポライズ装置１１４５を受けることができる。空気テンポライズ装置１１４５は、基板１１００を５０℃超等、４０℃超の温度に加熱できる。基板温度は１１０℃未満とすることができる。

他の温度は、基板によって液体ジェット切削プロセスを改善するために達成でき、例えば、２００℃未満等、１１０℃超である。いくつかの実施形態では、基板の上面の代わりに、またはそれに加えて、基板の裏面を加熱できる。その場合、ガス加熱流は、基板の上部の代わりに、あるいはそれに加えて、基板の下部から提供される。

いくつかの実施形態では、例えば、熱が誘発する損傷を受けやすい一部の非常に繊細な基板材料の場合、基板に基板冷却プロセスを適用できる。例えば、液体加熱ノズル１１４１、浸水液、および気体流動ノズル１１４５は、冷たいまたは低温の液体または気体を提供するように構成可能である。例えば、冷却温度は、４０℃未満等、６０℃度未満とすることができ、－１０℃超とすることができる。

図１２Ａ～１２Ｄは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセス中に基板温度を調整するためのフローチャートを示す。図１２Ａにおいて、操作１２００では、液体ジェットガイドレーザービームの操作中に基板を加熱し、基板に孔を形成する。

図１２Ｂにおいて、操作１２２０では、液体ジェットガイドレーザービームの操作中に基板の温度を４０～１００℃の間になるように維持する。

図１２Ｃにおいて、操作１２４０では、液体ジェットガイドレーザービームの操作中に基板の温度を制御して、基板に孔を形成するための処理時間を最適化する。

図１２Ｄにおいて、操作１２６０では、液体ジェットガイドレーザーヘッドの下のプラットフォーム上に基板を配置する。操作１２７０では、液体流、気体流、赤外線または誘導加熱流、または液体槽での完全または部分的な浸水の少なくとも１つを用いて、基板を加熱する。操作１２８０では、液体ジェットガイドレーザーヘッドを操作して、基板に１つまたは複数の孔を形成する。

いくつかの実施形態では、液体ジェットの進行状況の検出を行うため、特には、液体ジェットプロセスの終了ポイントを決定するために、センサを追加できる。センサは、液体ジェットヘッドの反対側に位置することができ、例えば、液体ジェットとセンサとの間に基板が配置される。

光または光センサを使用して、基板の上面側に液体ジェットを配置した場合に、基板の底面側における液体ジェットの存在を検出できる。光センサが液体ジェットの存在またはレーザービームの存在を検出した場合、光センサからの信号は、液体ジェットが基板を貫いたことを示し得る。検出信号の後、さらに数パスの液体ジェットを行い、基板が確かに完全に切り開かれるようにする。

音響センサまたは音センサを使用して、基板の上面側に液体ジェットを配置したときに、基板の底面側に液体ジェットが存在することを検出できる。センサは、基板の側面や上面等、基板の近傍に配置できる。例えば、液体ジェットが基板を貫いたとき等、液体ジェットが基板から出現したとき、音響またはセンサは、液体ジェットがまだ基板を切削しているときとは異なる音またはトーンを検出できる。液体ジェットのトーンは、液体ジェットの（例えば、基板を切削しない）開始時、液体ジェットが基板を切削する時、液体ジェットが切削を終了する時とで異なり得る。このように、液体ジェットが基板と相互作用する際に発する音のトーンを監視することで、液体ジェットの進行状況を監視できる。

その他のセンサ、または光センサと音センサの組み合わせ等のセンサの組み合わせを使用できる。

図１３Ａ～１３Ｃは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセスの終了ポイントを検出するための液体ジェットガイドレーザープロセスのセンサ構成を示す。孔１３０１を液体ジェットガイドレーザー１３１６で基板１３００内に形成する場合、基板材料だけでなく、液体ジェットノズル径、液体ジェット圧力、レーザー出力、レーザーパルス長、レーザー周波数、送り速度、圧縮シールドガスの圧力等のプロセスパラメータに基づいて、一定の材料除去率を適用する。液体ジェットガイドレーザーシステムは、典型的には、同じ切削速度で数百または数千の孔を穿つことが可能である。したがって、液体ジェットが基板を切り開く速度は、実験データから決定可能である。

しかし、達成可能な切削速度や、基板の上面から下面へ流体的に孔を切り開くのに要する時間に影響を与える要因が存在する。例えば、基板材料に不均質性があることにより、一部の領域の切削が高速または低速になる場合がある。また、液体ジェットガイドレーザーヘッドの内部には、レーザー光が液体ジェットノズルに結合されるまでに通過しなければならないレーザー窓等、経年により消耗し得る特定の部品が存在する。そのため、一定の稼働時間の後、このレーザー窓は交換される。孔穿孔または突起切削プロセス全体の高速化や、消耗部品の摩耗の検知のために、切り開きポイントを検知するセンサを適用できる。

基板１３００の近傍には、切り開き光センサ１３５２を配置できる。代わりに、または追加して、基板１３００の近傍に切り開き音響センサ１３５１を配置できる。いくつかの実施形態では、切り開き光センサ１３５２および切り開き音響センサ１３５１の両方は、少なくとも１つの孔１３０１が液体ジェットガイドレーザー１３１６によってその中に機械加工されている基板１３００の、隣または下に配置される。穿孔プロセスを開始し、液体ジェットガイドレーザー１３１６からのレーザービームをオンにすると、強いプラズマ誘起切削音が発生する場合がある。このようなプラズマ誘起音は、典型的には、レーザービームの周波数と同じ音調の周波数である。このようなプラズマ誘起音は、基板１３００内への液体ジェットガイドレーザー１３１２の貫入深さが増大するにつれて減少するか、あるいは消失さえし得る。切り開き時に、孔１３０１の下部を迅速に出る液体ジェットガイドレーザー１３１６による放出音レベルの急激な上昇が起こり得る。孔１３０１がまだ切り開かれていない部分では、放出音は再度消失し得る。例えば、液体ジェットガイドレーザー１３１６による初期切り開き時に、孔１３０１の円周の４分の１だけが切り開かれ、ボア１３０１の円周の４分の３は、同一のレーザーパス内でまだ切り開かれない。このような切り開き部分については、放出音を切り開き音響センサ１３５１によって検出可能である。孔１３０１の円周のまだ切り開かれていない部分については、切り開き音響センサ１３５１は、はるかに低い量か、または全く放出されていない放出音を検出できる。

穿孔プロセスが開始され、液体ジェットガイドレーザー１３１６からのレーザービームがオンになると、レーザエネルギーの大部分は、液体ジェットガイドレーザー１３１６によって液体ジェット内部の全内部反射によって基板１３００に向かって、孔１３０１の切削領域内へと導かれる。切り開き光センサ１３５２を、基板１３００の対向箇所に位置させることができる。つまり、基板１３００は、液体ジェットガイドレーザーヘッドと切り開き光センサ１３５２との間に配置されている。穿孔プロセスが開始されると、切り開き光センサ１３５２は、放出されたレーザー光の強度が低いか、または放出されたレーザー光が全くないことを検出できる。切り開き時に、孔１３０１の下部を出る液体ジェットガイドレーザー１３１６による放出レーザー光レベルの急激な増加が起こり得る。孔１３０１がまだ切り開かれていない部分では、放出レーザー光は再度消失し得る。例えば、液体ジェットガイドレーザー１３１６による初期切り開き時に、孔１３０１の円周の４分の１だけが切り開かれ、孔１３０１の円周の４分の３は、同じレーザーパス内でまだ切り開かれない。このような切り開き部分については、放出レーザー光を切り開き光センサ１３５２で検出できる。孔１３０１円周のまだ切削されていない部分については、切り開き光センサ１３５２は、かなり低量か、または全く放出されていないレーザー光を検出できる。

いくつかの実施形態では、液体ジェットガイドレーザーヘッドの内部では、レーザー自体では発生しない光源からの光が、液体ジェットガイドレーザー１３１６に結合される。このような二次光源は、特定の波長を発するＬＥＤとすることができる。切り開き光センサ１３５２は、レーザー波長を遮断してＬＥＤ波長を通過させることができるか、またはその逆の、少なくとも１つの光学フィルタを装着できる。切り開き時に、孔１３０１の下部から出る液体ジェットガイドレーザー１３１６によってガイドされ、ＬＥＤの光量が急激に増加し得る。孔１３０１がまだ切り開かれていない部分では、ＬＥＤの光量が再度消失し得る。例えば、液体ジェットガイドレーザー１３１６による初期切り開き時に、孔１３０１円周の４分の１だけが切り開かれ、孔１３０１円周の４分の３は、同じレーザーパス内でまだ切り開かれない。このような切り開き部分については、切り開き光センサ１３５２によってＬＥＤの光量を検出できる。孔１３０１円周のまだ切り開かれていない部分については、切り開き光センサ１３５２は、かなり低量か、または全く放出されていないＬＥＤ光を検出できる。

図１３Ｃは、切り開き光センサ、切り開き音響センサ、および放出レーザー光の振幅挙動を示す。切り開き光センサ１３５２または切り開き音響センサ１３５１のうちの一方を適用して、液体ジェットガイドレーザー１３１６が基板１３００を切り開く瞬間を正確に決定できる。切り開く瞬間に加え、円周方向に完全に切削された孔も検出できる。そのようなケースでは、孔１３０１の円周における液体ジェットガイドレーザー１３１６の全機械加工パスにおいて、切り開き光センサ１３５２で検出される放出レーザー光強度１３５２^＊が常に高い状態にあるか、または、孔１３０１の円周における液体ジェットガイドレーザー１３１６の全機械加工パスにおいて、切り開き音響センサ１３５１で検出される放出音強度１３５１^＊が常に高い状態にある。いくつかの実施形態では、液体ジェットガイドレーザー１３１６で開けられた孔１３０１の切り開きポイントは、切り開き光センサ１３５２と切り開き音響センサ１３５１との組み合わせによって検出される。レーザーオン／オフパターン１３１１^＊に関連して、放出レーザー光強度１３５２^＊および放出音強度１３５１^＊を監視できる。

基板１３００に孔１３０１を機械加工する前に、液体ジェットガイドレーザーヘッドのレーザー放出をオフにする。一般に、レーザー放出と、液柱を形成する水源は独立して制御可能である。例えば、レーザー放出がオフの時に水を流すことができる。孔１３０１を開けるプロセスを開始すると、レーザー放出がオンとなり、液体ジェットを通して基板１３００上にガイドされる。レーザーオンの瞬間１３５３では、まだ切り開かれていない基板１３００が光バリアを形成するため、切り開き光センサ１３５２によってレーザー光がピックアップされないので、検出された放出レーザー光強度１３５２^＊は信号閾値よりも低くなり得る。レーザーオンの瞬間１３５３では、切り開き音響センサ１３５１が切削プラズマによって放出される音を検出できるため、検出された放出音強度１３５５は信号閾値よりも高くなり得る。放出された音強度１３５３はしかしながら、液体ジェットガイドレーザー１３１６が基板１３００内の深くまで進行すると、急速に減少して信号閾値よりも低くなり得る。

レーザー切り開きの瞬間１３５４では、放出レーザー光強度１３５６と放出音強度１３５７の両方が急速に増加し、信号閾値よりも高くなり得る。液体ジェットガイドレーザーは、孔１３０１の全円周にわたって、放出レーザー光強度１３５６および放出音強度１３５７が信号閾値超を維持するまで、オン状態を維持して機械加工を行うことができる。その後、レーザーはオフ状態に切り替えられ、レーザーオフの瞬間１３５４^＊に、放出レーザー光強度１３５６と放出音強度１３５７の両方が再び急激に減少して信号閾値よりも低くなり得る。放出レーザー光強度１３５２^＊と放出音強度１３５１^＊の両方を監視することにより、多種多様な基板および基板１３００材料、ならびに円形の孔、四角い孔、楕円の孔、細長い孔、円錐形の孔、狭い高アスペクト線、およびその他の自由形状等の、異なる孔形状における孔１３０１の完全な切り開きを検出する安全な方法を提供できる。

図１４Ａ～１４Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットプロセスの終了ポイントを検出するためのフローチャートを示す。図１４Ａにおいて、操作１４００では、レーザー放出をオンにして、基板を通して孔を形成するための液柱内で内部反射するレーザービームを発生させる。操作１４１０では、光センサまたは音響センサのうちの少なくとも一方から、孔が基板を完全に貫通していることを示す信号を受信する。操作１４２０では、レーザー放出をオフにする。

図１４Ｂにおいて、操作１４４０では、基板の上方に生成された内部反射したレーザービームを有する液柱の貫通を感知し、感知は光センサと音響センサからの信号を受信することを含む。操作１４５０では、内部反射したレーザービームを有する液柱を所定時間だけ走行させる。操作１４６０では、レーザー放出をオフにする。

いくつかの実施形態では、基板に初期孔を形成する際に、放電機械加工（ＥＤＭ）プロセスを使用できる。例えば、ＥＤＭプロセスを用いて、液体ジェットによって形成された初期孔を拡大できる。あるいは、ＥＤＭプロセスを用いて、液体ジェットを使用せずに初期孔を形成できる。

図１５Ａ～１５Ｄは、いくつかの実施形態による、液体ジェットと放電機械加工とを用いて初期孔を形成するためのプロセスを示す。図１５Ａは、液体ジェット１５１６を使用した基板１５００への初期孔１５０１の形成を示す。初期孔１５０１の直径は、ＥＤＭ電源１５３５の２つの端子を接続するワイヤ１５０７等のＥＤＭ電極を受け入れるように構成できる。

図１５Ｂは、ワイヤＥＤＭプロセスによる孔拡大処理を示す。例えば、最終直径より少し小さい寸法に孔を拡大した後、機械式回転工具を使用して、拡大した孔の表面を平滑化する等の仕上げを行うことができる。機械式回転工具により、ＥＤＭプロセスと比較してはるかに低い粗さ値を提供できる。

ＥＤＭプロセスは、細いワイヤを利用して孔１５０１の直径の内側の材料を浸食する、ワイヤに基づいたＥＤＭプロセスとすることができる。そのようなケースでは、ＥＤＭ電極の直径１５０８は、コア孔の直径１５０１よりもはるかに小さく、円形の機械加工動作を行って円筒形のピンを切り出すか、ＥＤＭプロセスによって螺旋動作を行うか、あるいは円形と螺旋状の機械加工動作を組み合わせて、孔１５０１の径内のすべての材料を除去できる。

例えば、ローラーワイヤは液体ジェットで形成された孔の中を通ることができ、ＥＤＭ電源の端子に接続可能である。基板１５００は、ＥＤＭ電源の第２の端子と接続可能である。ＥＤＭ電源がオンにされると、例えばワイヤＥＤＭから基板への放電プロセスにより、基板材料を除去できる。ワイヤを円形輪郭等の閉ループ輪郭で移動させ、初期孔を所望の寸法に拡大できる。

図１５Ｃは、孔形状の電極を利用して孔１５０１の直径の内側の材料を侵食する、シンク電極に基づいたＥＤＭプロセスを用いた孔拡大プロセスを示す。孔を、例えば最終直径よりわずかに小さい寸法に拡大した後、機械式回転工具を使用して、拡大した孔の表面を平滑化する等、拡大した孔の仕上げを行うことができる。ＥＤＭ電極は、一端をＥＤＭ電源に結合可能である。このようなケースでは、ＥＤＭ電極１５０７^＊を、液体ジェットによって形成された初期孔よりもほんのわずかに小さくできる。

図１５Ｄは、液体ジェットによって形成された初期孔を拡大するためのＥＤＭプロセスによって形成された孔の構成を示す。ＥＤＭ孔は、最終直径１５０２よりわずかに小さい直径１５０８を有し得る。ＥＤＭ孔を、所望の品質および粗さ値を有する最終直径１５０２を有する所望の最終孔に孔を仕上げるために機械式工具にかけることができる。

図１６Ａ～１６Ｂは、いくつかの実施形態による、放電機械加工を用いた初期孔の形成のためのプロセスを示す。図１６Ａにおいて、ＥＤＭプロセスは、電極１６０７を基板に適用して基板内の材料を侵食するシンク電極に基づいたＥＤＭプロセスであり得る。電極は、ＥＤＭ電源１６３５の端子と接続されている。基板は、ＥＤＭ電源の別の端子に接続されている。

図１６Ｂは、ＥＤＭプロセスにより形成された初期孔の構成を示す。ＥＤＭ孔は、最終直径１６０２よりわずかに小さい直径１６０８を有し得る。ＥＤＭ孔を、所望の品質および粗さ値を有する最終直径１６０２を有する所望の最終孔に孔を仕上げるために機械式工具にかけることができる。

図１７Ａ～１７Ｃは、いくつかの実施形態による、ＥＤＭプロセスで孔を形成するためのフローチャートを示す。図１７Ａにおいて、操作１７００では、液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板を通して孔を形成する。操作１７１０では、ワイヤ放電機械加工を用いて孔を拡大する。操作１７２０では、機械式回転工具を使用して、拡大された孔を平滑化する。

図１７Ｂにおいて、操作１７４０では、放電機械加工を用いて基板に孔を形成する。操作１７５０では、機械式回転工具を使用して孔を平滑化する。

図１７Ｃにおいて、操作１７７０では、液体ジェットガイドレーザービームまたは放電機械加工を用いて基板に孔を形成する。操作１７８０では、機械式回転工具を使用して孔を平滑化する。

いくつかの実施形態では、液体ジェットは、基板上を場所から場所へ移動して複数の初期孔を形成した後で、孔を仕上げるために基板を機械式回転工具ヘッドに搬送できる。液体ジェットの移動は、液体ジェットを発生させる液体ジェットガイドレーザーヘッドを移動させるためのｘｙまたはｘｙｚ動作テーブル等の動作機構によって行うことができる。

図１８Ａ～１８Ｂは、いくつかの実施形態による、液体ジェットを使用して基板に複数の孔を形成するための構成を示す。図１８Ａ（ａ）および１８Ａ（ｂ）は、液体ジェットを使用して基板の片側から基板に貫通孔を形成する構成である。図１８Ｂ（ａ）および１８Ｂ（ｂ）は、液体ジェットを使用して基板の片側から基板にブラインド孔を形成し、その後で基板を反転させてから、基板の反対側からブラインド孔を貫通孔内に完成させる構成を示す。

図１８Ａ（ａ）において、液体ジェット１８１６、例えば、液体ジェットの境界内に閉じ込められた内部反射したレーザービームを有し、液体ジェットガイドレーザーヘッドから生成される液体ジェットを使用して、基板１８００に貫通孔１８０１を形成できる。液体ジェットは、円形輪郭に沿って等、閉ループ輪郭に沿って複数のパスを通り、所望の孔の直径に類似した直径を有する円柱を切削できる。あるいは、円柱を作る代わりに、螺旋状の経路や複数の平行線を作る等、円形輪郭内で液体ジェットをラスタリングし、孔から材料を除去することもできる。図１８Ａ（ｂ）では、液体ジェットが基板上の別の場所に移動し、次の貫通孔を形成する。

基板の貫通孔は初期孔であってもよく、例えば貫通孔は、その後、例えば、後続の機械式回転工具によって、孔の壁面を平滑化するように仕上げられる。

いくつかの実施形態では、初期孔は、液体ジェットとＥＤＭプロセスの組み合わせによって形成可能である。例えば、液体ジェットは、ＥＤＭ電極に適した直径を有する１つまたは複数の初期孔を形成できる。例えば、シンク電極に基づいたＥＤＭプロセスでは、液体ジェットによって形成される初期孔を、シンク電極のサイズよりもわずかに大きくできる。ワイヤ電極に基づいたＥＤＭプロセスを用いる場合は、ワイヤが通る程度に大きく等、初期孔を大きくできる。あるいは、孔は、ＥＤＭプロセスによって初期孔なしに形成することもできる。例えば、基板の近くにシンク電極を配置し、ＥＤＭ電力をオンにし、電極から材料を除去して孔を形成できる。

いずれのケースでも、液体ジェット、液体ジェットとＥＤＭ電極の組み合わせ、またはＥＤＭ電極によって形成された初期孔は、機械式回転工具を使用した後続の仕上げプロセスに適したサイズを有し得る。

いくつかの実施形態では、液体ジェットにより、すべての貫通孔を基板に形成できる。基板は次に、液体ジェットによって形成された貫通孔の処理を継続するように構成され得るＥＤＭシステムに移動できる。仕上げ処理後、基板を機械式回転システムに移動し、そこで機械式回転工具が使用され初期孔の仕上げ処理を行うことができる。

図１８Ｂ（ａ）において、液体ジェット１８１６は、基板１８００にブラインド孔１８３４を形成するために使用され得る。液体ジェットにより、基板のある位置にブラインド孔を形成できる。液体ジェットは次に別の場所に移動し、別のブラインド孔を形成する。このプロセスは、基板にすべてのブラインド孔が形成されるまで続けられる。

図１８Ｂ（ｂ）では、基板が反転され、例えば、ブラインド孔の開口側が液体ジェットの反対側になっている。液体ジェットは、例えば位置合わせモジュールによって、ブラインド孔に位置合わせされ得る。位置合わせされた後、液体ジェットは、位置合わせされたブラインド孔の反対側に別のブラインド孔を開けることができる。液体ジェットはさらに、２つのブラインド孔を接続して貫通孔を形成し、基板の２つの面を接続するプロセスを行うことができる。

貫通孔を形成した後、液体ジェットは基板上の別の場所に移動し、既存の反対側のブラインド孔と接続するブラインド孔を開けることで、次の貫通孔を形成できる。

基板の貫通孔は初期孔とすることができ、例えば貫通孔は、その後、例えば、後続の機械式回転工具によって、孔の壁面を平滑化するように仕上げられる。

図１９は、いくつかの実施形態による、液体ジェットガイドレーザーで孔を穿つための閉ループプロセスを示す。ボア、またはボアのコア孔を穿つためのレーザー機械加工プロセスを開始できる。レーザーマシン工具は、液体ジェットガイドレーザーヘッドを複数の機械加工位置のうち第１の機械加工位置に移動させることができる。レーザープロセスを始動可能である。少なくとも１つのセンサが切り開き信号を検出すると、レーザープロセスは定義された量の追加安全パスを走行させることができる。定義された量の安全パスを走行させた後、レーザープロセスは停止し、レーザーマシン工具は液体ジェットガイドレーザーヘッドを、複数の機械加工位置のうちの次の機械加工位置に移動させることができる。このループは継続され、複数の機械加工位置のうちの最後の機械加工位置が仕上げられると完了され得る。

操作１９００では、プラットフォーム上に基板を配置する。液体ジェットガイドレーザーヘッドのノズルを使用して、液体ジェットを形成できる。ノズルはまた、レーザービームに位置合わせされ、液体ジェット内で内部反射したレーザービームを得ることができる。操作１９１０では、液体供給をオンにして液柱を形成する。操作１９２０では、液体ジェットガイドレーザーヘッドを基板上の第１の位置に移動させる。操作１９３０では、レーザー放出をオンにして、液柱内で内部反射するレーザービームを、基板を通して第１の孔を形成するために発生させる。操作１９４０では、センサからの切り開き信号を確認後、基板を確実に切り開くために、任意選択で追加のレーザーパスを走行させる。操作１９５０では、レーザー放出をオフにする。続く操作１９６０では、次の貫通孔を次の場所に形成する。

いくつかの実施形態において、本発明は、入口および出口の縁が損傷しないようにしながら、初期孔の側壁を平滑化し、孔の所望の最終直径を得る等の、液体ジェットガイドレーザーシステムによって形成された初期孔を仕上げる後続プロセスを開示している。仕上げプロセスは、初期孔の側壁を平滑化できるドリルビット、サイドミルビット、エンドミルビット、リーマ、ホーニング工具等の機械式回転工具で行うことができる。最終孔の直径と等しい直径を有する回転工具を使用することで、側壁の平滑化と同時に、初期孔を最終直径に調整することもできる。さらに、楕円形の先端等、丸みを帯びた先端を有する回転工具を用いることにより、回転工具と孔の入口の表面との接触が急激に始まることを回避することもでき、これにより、孔の入口の縁を調整して、縁欠けや縁むら等の縁劣化のない鋭い縁を孔の入口で得ることができる。いくつかの実施形態では、基板を反転させることができ、回転工具は、例えば孔出口等の貫通孔の他端において、鋭い縁、例えば損傷のない縁を形成できる。

機械式回転プロセスは、切削プロセスまたはホーニングまたは研削プロセスを含むことができる。切削プロセスは、基板内の材料を切り離すために、切削工具に１つまたは複数の鋭い刃を含むことができる。例えば、ドリルビットの先端部分には、軸方向に材料を除去するための円錐形状の切削刃を有し得る。ドリルビットは、穿孔された孔の側壁から材料を除去するために、ドリルビットのフルート状部分に鋭い切削刃を有し得る。ホーニングプロセスでは、ホーニングプロセスによって基板内の材料を除去するために、ホーニング工具に１つまたは複数の粗い面を含むことができる。

機械式回転プロセスは、穿孔プロセス、ボーリングプロセス、リーミングプロセス、フライスプロセス、またはホーニングプロセス等を含むことができる。穿孔は、ドリルビットを使用して基板に円形の孔を切削できる切削プロセスである。ドリルビット等の機械式回転工具を、材料を切削するための穿孔プロセスにおいて使用可能である。穿孔プロセスは、初期孔の有無にかかわらず実施可能である。初期孔がある場合、ドリルビットを回転させながら、次に初期孔の側壁から材料を削り取ることができる。初期孔がない場合、ドリルビットが基板に食い込み、円形の孔を形成できる。機械式回転ヘッドを使用して、回転工具を保持し回転させることができる。

ボーリングもまた切削プロセスであり、１点切削工具、ボーリングヘッド、またはボーリングバー等を使用して、基板の既存孔を拡大できる。ボーリングプロセスは、基板の初期孔を拡大し平滑化するために行う、初期孔がある場合の穿孔と似ている。ボーリングプロセスは、基板に初期孔を開けるために行う、初期孔がない場合の穿孔とは異なる。

リーミングもまた切削プロセスであり、リーマやリーマビット等の回転切削またはホーニング工具を使用して、基板の既存孔に滑らかな内側壁を形成できる。ドリルビットやボーリングバーのように、リーマも初期孔から側壁材料を除去する。しかし、リーマはドリルビットに比べて、除去する材料の量が著しく少ない（例えば、材料の除去速度が遅い）。リーマは通常、初期孔内に滑らかな壁を作るために使用される。

ホーニングは研磨機械加工プロセスであり、ホーン工具またはホーニング工具を使用して、研磨用の砥石や砥石車を磨くことによって金属製のワーク上に精密な面を形成する。ホーニング工具は、ダイヤモンド研磨のボーリングバーを含むことができる。ツールは、ダイヤモンドスリーブの磨耗を補うために拡張可能である。

いくつかの実施形態では、回転工具を、作業の目的に応じて選択可能である。例えば、ドリルビットを使用して、側壁面が粗い初期孔を迅速に拡大できる。ボーリングバーはより精密であり、より滑らかな側壁面を生成できる。リーマとホーニング工具は、３種類の回転切削またはホーニング工具の中でより精密であり、最も滑らかな表面を生成できる。

図２０Ａ～２０Ｂは、いくつかの実施形態による、孔を形成するためのプロセスを示す。図２０Ａ（ａ）～２０Ａ（ｃ）は、初期孔のない場合に機械式回転工具を使用するプロセスを示す。例えば、ガス分配プレートおよび均一プレート用セラミック基板２０００の精密孔２００１は、初期孔のない状態でドリルビット等の機械式回転工具２０２０で各孔２００１を順次穿孔することにより形成できる。ガス分配または均一プレートの典型的な基板２０００は、単結晶ケイ素材料でできており、０．２～０．８ｍｍの孔径と、基板の表側と裏側との間に流体接続を形成するための１０～１５ｍｍに及ぶ孔深さを有する、１０００～２０００個の高アスペクト比精密孔２００１を有し得る。所望の孔径を達成するために、典型的には、同一の径を有する回転工具を使用する。ガス分配または均一プレートの孔に対する要件は、これらの孔２００１を通過したガスがガイドされる実際の製品ウエハを潜在的に汚染する可能性のある不要な粒子の付着を回避するために各孔の内壁が滑らかで鏡状であることを含み得る。

穿孔工具２０２０により、典型的には、孔内壁の所望の鏡状表面仕上げを達成できる。安定した再現性のあるガス分配を確保するためには、孔の入口だけでなく、出口も円周に損傷がない鋭い縁を有していなければならない。基板２０００は単結晶ケイ素等の脆い基板であり得るので、機械式穿孔工具が、孔入口での材料欠け２０６１、また孔出口での材料欠け２０６２のリスク増大の原因となり得る。

さらに、セラミック基板２０００を処理する場合、ケイ素または炭化ケイ素等の材料を処理する際等に、穿孔工具の摩耗が大きく、その結果工具寿命が短くなる。スループットについては、各孔２００１ごとの穿孔に３～４分かかる場合がある。ドリルビットが、例えば１５００個の孔が必要な基板において孔数１４８０で折れると、基板２０００全体が廃棄される可能性があり、何時間もの機械加工作業が失われる。

図２０Ｂ（ａ）～図２０Ｂ（ｃ）は、初期孔のある場合に機械式回転工具２０２０^＊を使用するプロセスを示す。初期孔２００１は、基板２０００に形成可能である。初期孔の直径は、最終孔の直径よりもわずかに小さくすることができ、例えば、初期直径は最終直径の７５％～９９％の間とすることができる。あるいは、最終直径と初期直径との差は、初期孔面の粗さの２倍～１０倍、または２倍～６倍、または２倍～４倍等、数倍とすることもできる。そのため、回転工具は、側壁材料をあまり除去することなく、初期孔から最終孔までの側壁面を平滑化できる。

回転工具２０２０^＊は、例えば、側壁表面（例えば、基板の上面に対して垂直でない角度で上部縁に接触している）から回転工具が上部縁に接触できるようにする先端等の、工具先端２０２３を有することで、上部縁における潜在的な材料欠けを低減できる。このように、工具先端と側壁から除去される最小限の材料により、特に上部縁において、孔の上部縁は、欠けや損傷２０６１^＊がない等、不規則な形状ではなくなり得る。回転工具は継続可能なため、孔を上方向から貫通できる。

いくつかの実施形態では、例えば、回転工具２０２０^＊を、貫通孔を完成させる前に基板から除去し、次に基板を、基板の底面が回転工具に対向するように反転する等して、基板を反転２０６６させることができる。回転工具は次に回転して下方移動し、新しい側、例えば上側になった底側から孔を仕上げることができる。工具先端により、底部縁に、縁の欠けや損傷２０６２^＊をなくすことができる。

図２１Ａ～２１Ｃは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具の構成を示す。機械式回転工具を、液体ジェットプロセス、液体ジェットプロセスとＥＤＭプロセスとの組み合わせ、またはＥＤＭプロセスによって形成された孔の仕上げに使用できる。コア孔と最終孔径との間に残った材料を除去するために、機械式工具を２０．０００ＲＰＭ超の速度で回転させることができる。いくつかの実施形態では、機械式工具は、４０．０００～１２０．０００ＲＰＭ（ｒｏｔａｔｉｏｎｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ：回転毎分）で回転させることができる。

基板材料に基づいて、コア孔を最終孔径に仕上げるための機械式回転工具２１２０は、最適な材料除去、所望の孔内壁表面仕上げ、および工具寿命のために、異なる形状を有し得る。機械式回転工具は、ドリルビット、リーマ、フライス工具、ホーニング工具とすることができる。

図２１Ａ（ａ）～２１Ａ（ｃ）は、コア孔仕上げプロセス用に最適化された先端パラメータを有し得る、回転工具の様々な工具先端を示す。機械式工具２１２０の工具先端２１６３または２１６３^＊は、平らな先端であってもよく、または、コア孔の中心軸への工具のソフトな自己センタリングが可能なように最適化された先端を有し得る。工具先端は、円錐形、半球形、またはその他の適切な凸形状を有し得る。

図２１Ｂ（ａ）～２１Ｂ（ｃ）は、主切削面２１６４と副切削（または非切削）面２１６４^＊を有する等の、回転工具本体の様々な構成を示す。工具主切削面２１６４は、炭化物、硬質金属、炭化ホウ素、窒化珪素、または立方晶窒化ホウ素製とすることができる。いくつかの実施形態では、工具の主切削面は、合成ダイヤモンド材料等のダイヤモンド材料から作ることができる。このような合成ダイヤモンド材料の例としては、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、モノ結晶ダイヤモンド（または単結晶ダイヤモンドＳＣＤ）、またはバインダー材料中のダイヤモンド粒子が挙げられる。

いくつかの実施形態では、回転工具は、炭化物、硬質金属、炭化ホウ素、窒化ケイ素、または立方晶窒化ホウ素等の異なる材料から作られた副切削面または非切削面２１６４^＊に接続された、ダイヤモンド材料から作られた工具主切削面２１６４を有し得る。

いくつかの実施形態では、回転工具は、ダイヤモンド材料から作られた工具主切削面２１６４を有することができ、工具主切削面は工具軸の上にまで延びる。

図２１Ｃ（ａ）～２１Ｃ（ｃ）は、回転工具の様々な工具軸構成を示す。典型的には、回転工具は、主切削面と副切削面の全体にわたって同じ直径を有し得る。いくつかの実施形態では、回転工具は、コア孔仕上げプロセスの様々なパラメータを最適化するために、第２の工具直径を有し得る。例えば、回転工具は、凹状直径２１６５等の第２の工具直径を有する工具副切削面に接続された、第１の工具直径を有する工具主切削面を有し得る。

図２２Ａ～２２Ｃは、いくつかの実施形態による、基板に孔を仕上げるためのフローチャートを示す。図２２Ａにおいて、操作２２００では、機械式回転工具を使用して基板の孔を平滑化する。図２２Ｂにおいて、操作２２２０では、機械式回転工具を基板の孔の中に入れながら回転させ、孔は、高スループットと最小限の縁損傷のために最適化された直径を有する。

図２２Ｃにおいて、操作２２４０では、機械式回転工具を基板の孔の中に入れながら回転させる。機械式回転工具は、丸みを帯びた先端を有し得る。機械式回転工具は、孔の内表面を平滑化するように構成された先端付近の部分を有し得る。機械式回転工具は、機械式回転工具の先端付近の部分よりも小さい直径を有する、基部付近の部分を有し得る。

いくつかの実施形態では、ガス分配または均一プレートは、液体ジェットプロセスと機械式回転プロセスの組み合わせによって形成できる。例えば、最初に液体ジェットガイドレーザーを使用してコア孔を形成し、その後、機械式回転工具を使用してコア孔を最終孔まで仕上げることが可能である。液体ジェットガイドレーザーを照射することで、工具を摩耗させることなく、迅速に深く高品質な微細孔を穿つことができる。基板内にコア孔を形成するために、液体ジェットガイドレーザーは、円形機械加工動作を行って円筒ピンを切り出すか、または液体ジェットガイドレーザーは、螺旋動作または円形および螺旋機械加工動作の組み合わせを行ってコア孔の径内の全ての材料を除去できる。

孔の側壁の表面粗さはＲａ１ｕｍ未満、あるいはＲａ０．３ｕｍ未満の値に達し得る。しかし、半導体処理機器用のガス分配プレートや均一プレートのための基板等のワークは、孔の側壁の粗さ値がＲａ０．１ｕｍ未満であることを要求される場合がある。機械式穿孔工具は、Ｒａ０．１ｕｍ未満の粗さ値を達成できるが、削り取られる基板材料の形での孔入口と孔出口への損傷を回避するために、基板材料からドリルを静かに出入りさせる必要があるため、穿孔プロセスが低速となる。このような穿孔プロセスでは、たった１つの孔を開けるのに３～５分かかる場合がある。また、穿孔工具は、たった数百個の孔の後ですぐに摩耗してしまう場合がある。

いくつかの実施形態では、孔から材料の大部分を迅速に除去するために液体ジェットガイドレーザーを照射し、それによって、材料除去に関する全ての重労働を迅速に、工具の摩耗なしに行う。液体ジェットガイドレーザーは、所望の最終孔径よりもわずかに小さい直径のコア孔を迅速に形成するために照射できる。例えば、厚さ１１ｍｍのシリコン基板における所望の最終孔径が０．４５ｍｍである場合、液体ジェットガイドレーザーを照射して、直径０．４０ｍｍのコア孔を迅速に形成できる。液体ジェットガイドレーザーのパラメータに応じて、このようなコア孔は、例えば３０～６０秒で形成できる。

孔が形成された後、機械式工具を適用して、わずかに残った材料を取り除くことができる。最終孔径と一致した工具径を有する工具により、ごく少量の材料を除去するのみで、コア孔径を最終孔径まで拡大できる。このため、機械式工具のコア孔の中心軸に沿った方向への送り速度を、バルク基板材料全体に最終孔を穿孔する場合と比較して、大幅に速くできる。このような仕上げステップは、例えば３０～６０秒で完了できるので、所望の孔径を所望の品質と粗さで穿孔するための全体時間を５０％以上短縮できる。

いくつかの実施形態では、生産設備における好ましい材料の流れやタクトタイムに応じて、インクジェットガイドレーザーによるコア孔の形成と機械式工具によるコア孔の最終孔径への仕上げの操作を、同じ機械（インクジェットガイドレーザー＋機械式ドリル）または２つの別々の機械において適用できる。

いくつかの実施形態では、初期孔は、液体ジェットとＥＤＭプロセスとの組み合わせ等のＥＤＭプロセスによって、またはＥＤＭプロセスのみによって形成できる。例えば、ワイヤに基づいた電極ＥＤＭプロセスと液体ジェットプロセスとを組み合わせて用いて初期孔を形成できる。あるいは、液体ジェットプロセスを行わずに、ＥＤＭプロセスに基づいたシンク電極によって初期孔を形成することもできる。

液体ジェットプロセス、ＥＤＭプロセス、または液体ジェットとＥＤＭプロセスとの組み合わせのいずれかによって初期孔を形成した後、初期孔を機械式回転工具によって最終寸法に平滑化する等して仕上げ、所望の直径と所望の品質、および粗さ値を有する最終孔を得ることができる。

いくつかの実施形態では、機械式回転工具は、片側から、順次に２つの側から、または同時に２つの側から初期孔を平滑化するように構成可能である。また、初期貫通孔は、液体ジェットで片側から形成するか、または２つの側から形成できる。

いくつかの実施形態では、孔仕上げプロセスを、初期孔形成に基づいて、基板材料に基づいて、かつまた最終孔の要件に基づいて、最適化できる。最適な孔を実現するためには、コア孔の異なる仕上げ戦略ごとに、入口側と出口側の品質だけでなく、側壁の品質も考慮しなければならない。例えば、コア孔は、基板の上側と下側を流体的に接続できる。機械式工具を適用することで、コア孔を所望の最終孔径に仕上げることができる。機械式工具は、所望の最終孔径と等しいか、わずかに小さい工具径を有し得る。

いくつかの実施形態では、コア孔は、基板深さの３０％超、例えば、基板深さの５０％超９５％未満をカバーするブラインド孔とすることができる。機械式工具を適用することで、コア孔を所望の最終孔径に仕上げることができる。機械式工具は、コア孔の開放側から基板に入ることができる。機械式工具は、基板の下側から最終突起を作ることができる。機械式工具は、所望の最終孔径と等しいか、わずかに小さい工具径を有し得る。

いくつかの実施形態では、コア孔は、基板深さの３０％超、例えば、基板深さの５０％超９５％未満をカバーするブラインド孔とすることができる。機械式工具は、コア孔のブラインド側から基板に入り、コア孔の開放部分に到達するまで全材料を切削できる。機械式工具を次に適用することで、コア孔を所望の最終孔径に仕上げることができる。機械式工具は、所望の最終孔径と等しいか、わずかに小さい工具径を有し得る。

いくつかの実施形態では、コア孔は、それぞれが基板の反対側にある２つのブラインド孔からなり、各コア孔の中心軸が、本質的に基板を通る同一軸上にある。ブラインド孔はそれぞれ、基板深さの３０％超４５％未満をカバーできる。機械式工具は、どちらのコア孔の開放側からも基板に入ることができる。機械式工具は、基板の中央部分を通して、最終突起を作ることができる。機械式工具は、所望の最終孔径と等しいか、わずかに小さい工具径を有し得る。この方法は、機械式工具が基板面のどちらかの側に入ったときに材料欠けを受けやすい、非常に脆い基板材料に好適であり得る。重要な突起は、材料欠けリスクが低い基板内部に作られる。

図２３Ａ～２３Ｂは、いくつかの実施形態による、初期貫通孔を仕上げるためのプロセスを示す。図２３Ａ（ａ）～２３Ａ（ｃ）は、基板２３００の貫通孔２３０１に接近している回転工具２３２０を示す。貫通孔２３０１は、液体ジェットプロセスによって形成でき、回転工具２３２０の直径よりわずかに小さい直径を有する。回転工具は、初期貫通孔の側壁を平滑化し、かつまた最終直径を有する初期貫通孔を開けるために、回転して初期貫通孔２３０１に入ることができる。回転工具は、例えば別の貫通孔に移動するために基板から引き抜かれ得る。

図２３Ｂ（ａ）～２３Ｂ（ｅ）は、回転工具２３２０が基板に初期貫通孔を仕上げるか、または平滑化するための別のプロセスを示す。回転工具は、基板の第１の側から貫通孔の一部を平滑化できる。回転工具を次に基板から引き抜くことができる。基板を次に反転２３６６させることができる。回転工具は、貫通孔の残りの部分を、基板の第１の側とは反対側の第２の側から平滑化できる。回転工具を次に基板から引き抜くことができる。

図２４Ａ～２４Ｃは、いくつかの実施形態による、初期片側ブラインド孔を仕上げるためのプロセスを示す。図２４Ａ（ａ）～２４Ａ（ｂ）は、ブラインド孔２４３４にブラインド孔の開口側から接近する回転工具２４２０を示す。ブラインド孔２４３４は、液体ジェットプロセスによって基板２４００に形成でき、回転工具２４２０の直径よりわずかに小さい直径を有する。回転工具は、初期ブラインド孔の側壁を平滑化し、かつまた最終直径を有する初期ブラインド孔を開けるために、回転して初期ブラインド孔２４３４に入ることができる。回転工具は、例えば別のブラインド孔に移動するために基板から引き抜かれ得る。

図２４Ｂは、ブラインド孔を仕上げるための別のプロセスを示し、回転工具２４２０が、ブラインド孔のブラインド側、例えば、ブラインド孔の開口の反対側からブラインド孔２４３４に接近している。ブラインド孔２４３４は、液体ジェットプロセスによって基板２４００に形成でき、回転工具２４２０の直径よりわずかに小さい直径を有する。基板は次に反転され、回転工具に対しブラインド孔のブラインド側を提示できる。回転工具は回転し、ブラインド孔の中心である、合わせられた位置から基板に切り込みを入れることができる。回転工具は次に、最終貫通孔を形成し、孔の側壁を平滑化し、また最終直径を有する初期孔を形成できる。回転工具は、例えば別のブラインド孔に移動するために基板から引き抜かれ得る。

図２４Ｃ（ａ）～２４Ｃ（ｅ）は、回転工具２４２０が基板の初期ブラインド孔を仕上げるか、または平滑化するための別のプロセスを示す。回転工具は、ブラインド孔の一部をブラインド孔の開口側から平滑化できる。回転工具を次に基板から引き抜くことができる。基板を次に反転２４６６させることができる。回転工具は、ブラインド孔の残りの部分を、ブラインド孔の開口側とは反対側の、基板の第２の側から平滑化できる。回転工具を次に基板から引き抜くことができる。

あるいは、回転工具は、まず、ブラインド孔の一部をブラインド孔の開口側とは反対側から平滑化できる。

図２５Ａ～２５Ｂは、いくつかの実施形態による初期両側ブラインド孔を仕上げるためのプロセスを示す。図２５Ａ（ａ）～２５Ａ（ｃ）は、ブラインド孔の２つの開口側のいずれか一方からブラインド孔２５３４に接近する回転工具２５２０を示す。ブラインド孔２５３４は、液体ジェットプロセスによって基板２５００に形成でき、回転工具２５２０の直径よりわずかに小さい直径を有する。回転工具は、初期ブラインド孔の側壁を平滑化し、かつまた最終直径を有する初期ブラインド孔を開けるために、回転して初期ブラインド孔２５３４に入ることができる。回転工具は、例えば別のブラインド孔に移動するために基板から引き抜かれ得る。

図２５Ｂ（ａ）～２５Ｂ（ｅ）は、回転工具２５２０が基板の初期ブラインド孔を仕上げるか、または平滑化するための別のプロセスを示す。回転工具は、ブラインド孔の一部をブラインド孔の２つの開口側のうちいずれか一方から平滑化できる。回転工具を次に基板から引き抜くことができる。基板を次に反転２５６６させることができる。回転工具は、貫通孔の残りの部分を、ブラインド孔の開口側とは反対側の、基板の第２の側から平滑化できる。回転工具を次に基板から引き抜くことができる。

いくつかの実施形態では、２つの機械式工具を適用して、コア孔を最終孔径まで同時に仕上げることができる。第１の機械式工具を、基板の第１の面の上方に配置できる。第２の機械式工具を、基板の第２の面の下方に配置できる。両機械式工具の中心軸は同じである。両機械式工具は、その中心軸に沿って互いに一定の間隔で保持され得る。基板が両機械式工具の軸に沿って上下に振動運動しながら移動するか、あるいは両機械式工具がコア孔の中心軸に沿って同時に上下に振動運動しながら移動できる。機械式工具は典型的には、分ごとの回転数と、基板に垂直な方向の送り速度とに基づいた一定の材料除去率を有するため、２つの機械式工具によってより多くの材料をより短時間で除去できる。上下の振動運動は、孔から基板を除去するために必要となり得る。あるいは、第１の機械式工具と第２の機械式工具は、それらの動きがコア孔の中心軸上で衝突しない限り、効率的な除去プロセスのために、所望に応じて互いに独立してコア孔の中心軸に沿って移動することもできる。

図２６Ａ～２６Ｂは、いくつかの実施形態による２つの機械式回転工具を使用して孔を仕上げるためのプロセスを示す。図２６Ａ（ａ）～２６Ａ（ｄ）は、基板２６００の貫通孔２６０１の対向する２つの側の２つの回転工具２６２０および２６２０^＊を示す。貫通孔２６０１は、液体ジェットプロセスによって形成でき、回転工具２６２０の直径よりわずかに小さい直径を有する。回転工具は、初期貫通孔の側壁を平滑化し、かつまた最終直径を有する初期貫通孔を開けるために、回転して初期貫通孔２６０１に入ることができる。各回転工具は独立して動くことも、同時に動くこともできる。例えば、２つの回転工具を基板から前後に振動させることができる。２つの回転工具の間の距離は一定であってもよく、例えば、２つの回転工具は一定の距離だけ離間した状態で振動する。２つの回転工具の間の距離は、例えば、互いに非常に近い距離から非常に遠い距離まで等、変更可能である。回転工具は、例えば別の貫通孔に移動するために基板から引き抜かれ得る。

図２６Ｂ（ａ）～２６Ｂ（ｄ）は、基板２６００の両側ブラインド孔２６３４の対向する２つの側に面する２つの回転工具２６２０および２６２０^＊を示す。各回転工具は、初期ブラインド孔の側壁を平滑化し、かつまた最終直径を有する初期ブラインド孔を開けるために、回転して初期ブラインド孔２６０１に入ることができる。

図２７Ａ～２７Ｃは、いくつかの実施形態による、基板に初期孔を仕上げるためのフローチャートを示す。図２７Ａにおいて、操作２７００では、機械式回転工具を基板の貫通孔の中に入れながら回転させる。機械式回転工具は、貫通孔の表面を完全に平滑化するために貫通孔に第１の側から入る。あるいは、機械式回転工具は、貫通孔の一部の表面を平滑化するために第１の側から貫通孔に入り、その後、貫通孔の残りの部分の表面を平滑化するために反対の第２の側から貫通孔に入る。

図２７Ｂにおいて、操作２７２０では、機械式回転工具を基板のブラインド孔の中に入れながら回転させる。機械式回転工具は、貫通孔の表面を完全に平滑化するためにブラインド孔に第１の側から入る。あるいは、機械式回転工具は、ブラインド孔の一部の表面を平滑化するために第１の側からブラインド孔に入り、その後、ブラインド孔の残りの部分の表面を平滑化するために反対の第２の側から貫通孔に入る。

図２７Ｃにおいて、操作２７４０では、２つの機械式回転工具を基板の孔の中に入れながら回転させる。各機械式回転工具は互いに独立して孔に入る。あるいは、各機械式回転工具は同時に反対方向から進入し、その後、各機械式回転工具間の距離を一定に保ちながら一方向に移動させる。

いくつかの実施形態では、機械式回転工具の温度は、例えば、基板の孔の側壁から材料を除去する回転動作による過熱を防止するために、調整され得る。さらに、機械式回転工具を、回転工具の過度の磨耗を防止するために、例えば、潤滑剤に曝すことができる。液体や気体の流れ、または浸漬槽を使用して、回転工具を周囲温度まで冷却する等、回転工具の温度を一定に保つことができる。

機械式工具は、材料除去プロセスの前、最中、および後に積極的に冷却できる。積極的冷却は、水等の冷却液や、空気またはＣＯ₂等の気体を用いて行うことができる。冷却媒体を、軸方向または半径方向または角度方向の流れとして、機械式工具の外部に提供できる。

いくつかの実施形態では、機械式工具は、冷却媒体がガイドされ、工具先端に面する出口ポートを介して工具主切削面および工具副切削面に排出され得る内部冷却チャネルを有し得る。

代替構成では、機械式工具は、工具の上部と工具の先端を流体的に接続する同軸の中心孔を有する。作業長さが長いため、機械式工具の中心孔を通して液体ジェットガイドレーザーをガイドできる。最初のステップでは、液体ジェットガイドレーザーを照射して基板材料を除去し、初期コア孔を形成する。そのため、液体ジェットレーザーの、工具先端を超えて延びた部分が適用される。仕上げのステップでは、レーザービームがオフにされ、機械式工具が所望の速度で回転を開始してコア孔に残った材料を除去できる。液体ジェットは、機械式工具を通してワークに向かって流れ続け、機械式工具とワーク基板の両方に冷却剤として作用可能である。

図２８Ａ～２８Ｄは、いくつかの実施形態による、回転工具を冷却するための構成を示す。図２８Ａは、ワーク、例えば基板２８００に、水、冷却剤、または潤滑液等の冷たい液体を浸水させる浸水ノズル２８７１を示す。冷水流２８７１により、回転工具と基板との摩擦によって発生する熱を除去できる。回転工具２８２０による機械加工プロセスの間、工具２８２０および基板２８００を、浸水ノズル２８７１等の液体冷却流によって冷却できる。水は、例えば、２０℃未満、１５℃未満、または１０℃未満の温度等、周囲温以下の温度を有し得る。

図２８Ｂは、回転工具または機械加工されている基板の領域に向けられる空気ノズル２８７２等の気体冷却プロセスを使用可能な構成を示す。

図２８Ｃは、チャネル回転工具に液体または気体の冷却プロセスを使用できる構成を示す。液体２８７１Ａを回転工具内部の導管に供給し、次に基板または孔の側壁面に向けて外部に流すことができる。

図２８Ｄは、中空工具ヘッドを有する回転工具を冷却するために、液体ジェットガイドレーザーヘッドの液体ジェットを使用する構成を示す。液体ジェットガイドレーザーヘッドからの液体ジェット２８７１^＊、例えば、内部反射したレーザービームのない液体流のみを使用して、平滑化プロセス中の回転工具の冷却のために中空回転工具の内部を走行させることができる。

図２９Ａ～２９Ｃは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具を冷却するためのフローチャートを示す。図２９Ａにおいて、操作２９００では、機械式回転工具を回転させることで、基板の孔を平滑化する。機械式回転工具は、冷却のために液体流または気体流に曝される。あるいは、機械式回転工具の導管を通じて液体流が冷却のために提供される。あるいは、機械式回転工具の冷却のために、基板を液体槽に沈める。

図２９Ｂにおいて、操作２９２０では、基板の孔の平滑化中に機械式回転工具を冷却するために、機械式回転工具の外面または内部導管に液体流または気体流を流す。

図２９Ｃにおいて、操作２９４０では、液体ジェットガイドレーザーヘッドの下に機械式回転工具を配置し、液体ジェットガイドレーザーヘッドからの液柱は、基板の孔を平滑化するプロセス中に機械式回転工具の内部導管を通るように構成される。

いくつかの実施形態では、カメラ等の位置合わせモジュールを使用して、機械式回転工具を液体ジェットによって形成された初期孔に位置合わせすることができる。位置合わせモジュールを使用して、基板を反転させた後に機械式回転工具の位置合わせを行い、上面プロセスと底部プロセスが確実に位置合わせされるようにすることができる。

コア孔を最終孔径まで精密に仕上げるために、機械式工具の中心軸とコア孔の中心軸とを互いに完ぺきに位置合わせしなければならない。位置合わせカメラを適用して、コア孔の中心軸を見つけることができる。位置合わせカメラは、工具スピンドルが取り付けられる取付プレートに取り付け可能である。位置合わせカメラと工具スピンドルのそれぞれの中心軸のオフセット距離は既知とすることができる。位置合わせカメラは、レンズ等の少なくとも１つの光学素子と、カメラ等の少なくとも１つの空間検出器を有し得る。

前回の液体ジェットプロセスで形成された初期孔を仕上げるために、最初のステップで、位置合わせカメラがコア孔の中心軸の位置を測定できる。第２のステップでは、位置合わせカメラと工具スピンドルが取り付けられた取付プレートは、位置合わせカメラと工具スピンドルおよび機械式工具の中心軸との間のオフセット距離に等しい距離だけ移動可能である。機械式工具の軸がコア孔の中心軸の上に正確に配置されると、工具スピンドルを下降してコア孔の最終孔径への仕上げを開始できる。機械式工具は、上下の振動運動を行うことができる。あるいは、機械式工具は、基板の第１の面からコア孔に沿って、基板の第２の反対側の面を通り、一方向にのみ移動する。

位置合わせモジュールを使用して、例えば、基板を反転させた後に回転工具を初期孔の反対側の開口に位置合わせすることができる。例えば、初期孔の第１の開口側から第１の部分を平滑化した後、基板を反転させて基板の底面を回転工具に対して露出させることができる。位置合わせカメラにより、コア孔の第２の開口の中心軸の位置を決定できる。位置合わせカメラと工具スピンドルが取り付けられた取付プレートは、位置合わせカメラと、工具スピンドルおよび機械式工具の中心軸とのオフセット距離を移動できる。機械式工具の軸がコア孔の中心軸の上に正確に配置されると、工具スピンドルを下降してコア孔の最終孔径への仕上げを開始できる。

図３０Ａ～３０Ｂは、いくつかの実施形態による、位置合わせモジュールの構成を示す。図３０Ａでは、回転工具３０２０と位置合わせモジュール３０７４とを取付プレート３０７７に取り付けることができる。位置合わせモジュールと回転工具との間の距離３０７８を決定し、回転工具の位置合わせに使用できる。

図３０Ｂ（ａ）～３０Ｂ（ｂ）は、基板３０００の初期孔３００１に回転工具を位置合わせするプロセスを示す。位置合わせモジュールを使用して、初期孔の中心線を見つけることができる。その後、位置合わせモジュールと回転工具とを含む取付プレートは、位置合わせモジュールと回転工具との間の分離距離３０７８に等しい距離を移動できる。回転工具を次に初期孔に位置合わせしてから、初期孔の平滑化を行うために下降させることができる。

図３１Ａ～３１Ｂは、いくつかの実施形態による、位置合わせモジュールの別の構成を示す。図３１Ａにおいて、回転工具３１２０と位置合わせモジュール３１７４^＊は、取付プレート３１７７^＊に取り付けることができ、位置合わせモジュールは回転工具と反対方向に取り付けられ、例えば、基板は位置合わせモジュールと回転工具との間に配置されるように構成される。位置合わせモジュールは、回転工具と位置合わせでき、例えば、位置合わせモジュールは、回転工具の中心線と位置合わせできる。

図３１Ｂは、基板３１００の初期孔３１０１に回転工具を位置合わせするプロセスを示す。位置合わせモジュールを使用して、初期孔の中心線を見つけることができる。回転工具はすでに初期孔の中心線に位置合わせされているため、次に回転工具を初期孔の平滑化のために下降させることができる。

図３２Ａ～３２Ｂは、いくつかの実施形態による、機械式回転工具を位置合わせするためのフローチャートを示す。図３２Ａにおいて、操作３２００では、位置合わせモジュールを機械式回転工具に結合し、位置合わせモジュールは、上面または底面から基板内の孔の位置を特定するように構成される。位置合わせモジュールと機械式回転工具との間の距離によって、機械式回転工具を孔に対して位置合わせする。距離は、位置合わせモジュールが回転工具とは反対方向に配置されている場合は、ゼロとすることができる。

図３２Ｂにおいて、操作３２２０では、機械式回転工具に結合された位置合わせモジュールを使用して、基板における孔の位置を決定する。操作３２３０では、任意選択で、位置合わせモジュールと機械式回転工具との間の所定の距離によって、機械式回転工具を孔の位置と位置合わせするように移動させる。位置合わせモジュールが回転ツールの反対方向に結合されている場合は、この操作は任意選択であり、例えば、位置合わせモジュールは、基板の底面から孔の位置を特定するように構成される。操作３２４０では、機械式回転工具を使用して孔を平滑化する。操作３２５０では、基板の他の孔の位置合わせと平滑化のために、上記のステップを繰り返す。

いくつかの実施形態では、カメラ等の検査モジュールを使用して、機械式回転工具によって仕上げられた孔の品質を検査できる。検査モジュールを次の初期孔の平滑化プロセスを継続または終了させるために使用できる。例えば、側壁の表面粗さが適切であり、孔の入口および出口の縁に劣化損傷がない場合等、検査した孔が品質検査に合格した場合は、回転工具は次の初期孔に移動して処理を継続できる。あるいは、例えば、側壁の表面粗さが適切でなく、孔の入口または出口の縁が劣化損傷を示す場合等、検査した孔が品質試験に合格しない場合は、プロセスを終了させることができる。

いくつかの実施形態では、基板内の仕上げ孔の寸法と品質を測定できる。半導体処理機器のガス分配プレートや均一プレート等の精密部品では、典型的には、厚いセラミック基板に数百または数千もの小さな精密孔を機械加工する必要がある。安定した再現性のあるガス分配を確実に行うために、各孔の入口も出口も、円周に損傷のない鋭い縁を有していなければならない。このような孔を開けるための機械は、インクジェットガイドレーザーまたは放電機械加工プロセスを用いたコア孔穿孔ステップを有し得る。コア孔は、機械式工具で所望の最終孔径と品質に仕上げることができる。コア孔穿プロセスまたは孔仕上げプロセスの間に、例えば孔の入口または出口が削り取られる等、孔が損傷する場合がある。これは、基板材料中の不純物または、例えば、コア孔を所望の孔径に仕上げるために使用される機械式工具の摩耗等が原因で起こり得る。１つまたは複数の欠陥孔を有する基板をさらに処理することを回避するために、機械式工具による処理ステップの後に各孔の検査を適用できる。

いくつかの実施形態では、孔検査プロセスは、液体ジェットガイドレーザーまたは放電機械加工プロセスによってコア孔を作成した後にも適用できる。機械式工具を有する工具スピンドルは、基板を処理する機械の内部の取付プレートに取り付けることができる。検査カメラを同じ取付プレートに取り付けることができる。検査カメラは、基板表面を照明するための照明モジュールを含むことができる。検査カメラは、孔径と等しいかそれよりも広い領域を、ＣＣＤカメラ等の感知デバイスに映すのに適した少なくとも１つの光学素子を含むことができる。照明モジュールは、孔径と等しいかそれよりも広い領域を照明できる。孔の円周の欠陥は、所望の孔輪郭と比較した形状および明るさの差異により検出可能である。

いくつかの実施形態では、上部検査モジュールと底部検査モジュールは、基板の両側で同時に基板の仕上げ孔の寸法と品質を測定するように構成可能である。上部および底部の各検査モジュールの光軸は同じであってもよく、例えば、上部および底部の各検査モジュールは１つの同じ光軸を有する。上部検査カメラは、基板の上面を照明するとともに底部検査カメラに向けて孔を通して証明を行う、上部照明モジュールを含むことができる。底部検査カメラは、基板の下側の、反対側の面を照明するとともに、孔を通して上部検査カメラに向けて照明を行うための、底部照明モジュールを含むことができる。

いくつかの実施形態において、上部照明モジュールは、孔の入口を照明できる。上部検査カメラは、所望の孔輪郭と比較した形状および明るさの差異を解析することで、孔の円周の欠陥を検出できる。このような解析は、上部検査カメラを、例えばコンピューティングデバイスに接続することで行うことができる。上部照明モジュールをオンにすることに加え、下部照明モジュールオンにすることにより、上部検査カメラで、孔の側壁の非真円度、高い粗さ、または粒子等の、孔それ自体の内部の欠陥を検出できる。上部照明モジュールと底部照明モジュールは、同時にまたは順次オンにされ得る。

いくつかの実施形態において、底部照明モジュールは、孔の出口を照明できる。底部検査カメラは、所望の孔輪郭と比較した形状および明るさの差異を解析することで、孔の円周の欠陥を検出できる。このような解析は、上部検査カメラを、例えばコンピューティングデバイスに接続することで行うことができる。底部照明モジュールをオンにすることに加え、上部照明モジュールオンにすることにより、底部検査カメラで、孔の側壁の非真円度、高い粗さ、または粒子等の、孔それ自体の内部の欠陥を検出できる。

図３３Ａ～３３Ｂは、いくつかの実施形態による検査モジュールの構成を示す。図３３Ａでは、回転工具３３２０と検査モジュール３３７５を取付プレートに取り付けることができる。検査モジュールと回転工具との間の距離を求めて、回転工具が処理を完了した後で検査モジュールの位置合わせに使用できる。検査モジュールは、例えばＬＥＤライト等の光源３３７５Ａを含むことができる。検査モジュールは、加工された孔を撮像するための検査カメラ３３７５Ｂを含むことができる。検査モジュールは、カメラ３３７５Ｂによって撮像された画像を分析するための処理モジュール３３７５Ｃを含むことができる。

動作中、回転工具３３２０は、側壁を平滑化し、最終的な所望径を有する初期孔を開ける等して、初期孔を仕上げることができる。検査モジュールと回転工具が取り付けられた取付モジュールは、検査モジュールと回転工具との分離に等しい距離を移動できる。検査モジュールは次に、回転工具で加工されたばかりの孔の品質を検査できる。

図３３Ｂでは、上部検査モジュール３３７５および下部検査モジュール３３７５^＊を、回転工具３３２０に結合できる。上部および底部の各検査モジュールを、例えば、孔の上部および底部を検査するために１つの同じ光軸を有するように位置合わせすることができる。

図３４Ａ～３４Ｂは、いくつかの実施形態による、基板の最終孔を検査するためのフローチャートを示す。図３４Ａにおいて、操作３４００では、検査モジュールを機械式回転工具に結合し、検査モジュールは、上面または底面から基板の孔の特性を検査するように構成されている。検査モジュールと機械式回転工具との間の距離は、回転工具で平滑化された後の孔に対して検査モジュールを位置合わせするために用いられる。

図３４Ｂにおいて、操作３４２０では、機械式回転工具を使用し、回転工具が検査モジュールに結合されている状態で基板の孔を平滑化する。操作３４３０では、検査モジュールと機械式回転工具との間の所定の距離によって、検査モジュールを孔に位置合わせするために機械式回転工具を移動させる。操作３４４０では、検査モジュールを使用して孔を検査する。操作３４５０では、基板の他の孔を平滑化し、検査するために、前のステップを繰り返す。

いくつかの実施形態では、本発明は、ガス分配プレートおよび均一プレートに使用可能な、基板に孔を形成するための方法およびシステムを開示する。この方法は、液体ジェットガイドレーザーシステム、または放電機械加工システム、または液体ジェットガイドレーザーシステムと放電機械加工システムとの組み合わせを使用して基板に初期孔を形成することを含むことができる。この方法は、最終孔の側壁が滑らかであり、入口および出口の縁が損傷しないようにしながら、所望の最終直径に初期孔を拡大する等、形成された初期孔を仕上げることをさらに含むことができる。仕上げプロセスは、ドリルビット、リーマ、フライスビット、ボーリングバー、またはホーニングビット等の機械式回転工具によって実施可能である。

いくつかの実施形態では、孔形成プロセスと孔仕上げプロセスは、初期孔を形成するための液体ジェットガイドレーザーシステムの第１の機器と、初期孔を仕上げるための機械式回転工具の第２の機器等、異なる装置で実施できる。

図３５は、いくつかの実施形態による、基板に孔を完全に形成するためのフローチャートを示す。完全な孔形成は、基板に初期孔を形成することと、初期孔を機械式工具で仕上げ、所望の特性を有する所望の孔径にすることを含むことができる。

操作３５００では、基板に少なくとも１つの孔を機械加工し、この場合、基板はセラミック基板であり、セラミック材料は、ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）、金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）、炭化ホウ素、または窒化チタンのうちの１つである。操作３５１０では、所望の孔径を決定し、この場合、所望の孔径は、２ｍｍ未満である。操作３５２０では、コア孔を穿孔し、この場合、液体ジェットガイドレーザーまたは放電機械加工プロセスを適用して、所望の最終孔径と等しいかそれより小さいコア孔径にする。操作３５３０では、コア孔の精密位置を決定し、この場合、カメラを適用して、スピンドルに対するオフセット距離として前記孔の位置を測定する。操作３５４０では、機械式工具をスピンドルに提供し、この場合、機械式工具は、ドリルビット、リーマ、またはフライス工具のうちの１つであり、工具の切削面の少なくとも端部が、炭化物または合成ダイヤモンド材料の一方から作られる。操作３５５０では、コア孔を所望の孔径に仕上げ、この場合、機械式工具を適用して、コア孔径と所望の孔径との間で残った材料を除去する。基板には、孔を有する金属基板および他のワークも含まれ得る。

いくつかの実施形態では、本発明は、基板に孔を形成するための液体ジェットと機械式回転切削工具との統合を開示する。統合システムは、液体ジェットを生成するように構成された液体源と、液体源によって生成された液体ジェット内に内部反射レーザービームを形成するように構成されたレーザー電源とを有する液体ジェットガイドレーザーヘッドを含むことができる。液体ジェットガイドレーザーヘッドは、液体ジェットを取り囲む同軸ガス流を含むことができ、液体ジェットに対する妨害を最小限にできる。統合システムは、初期孔を拡大し、孔の入口および出口の縁を損傷することなく、拡大された孔の表面を平滑化するように構成された機械式回転工具を含むことができる。

機械式工具は、工具上部と工具の先端を流体的に接続する同軸の中心孔を有する。作業長さが長いため、機械式工具の中心孔を通して液体ジェットガイドレーザーをガイドできる。

図３６は、いくつかの実施形態による、液体ジェットと機械式回転工具との統合システムの構成を示す。統合システム３６２６、例えば、液体ジェットガイドレーザーヘッド３６１０と機械式中空回転工具ヘッド３６２０との組み合わせは、初期孔の仕上げと共に初期孔を形成するように構成できる。液体ジェットガイドレーザーヘッド３６１０は、窓３６１２を保持するハウジングを含むことができる。窓３６１２の下方には、液体ジェットノズル３６１５が存在する。水源３６１４等の液体源を、窓３６１２とノズル３６１５との間の空間に押し付け、層流液体ジェット３６１６Ａを形成できる。材料を加工するために、レーザー電源３６１１からのレーザービームが集束されて、窓３６１２から液体ジェットノズル３６１５のオリフィスを通って層流液体ジェット３６１６Ａにガイドされる。集束レーザービーム３６１３を、液体ジェット３６１６Ａ内に閉じ込めることができ、液体ジェット内部の全内部反射によってレーザービーム３６１６Ｂのエネルギーをワーク基板３６００に向けてガイドできる。

液体ジェットガイドレーザーヘッド３６１０は、液体ジェットの周りに同軸の気体流を提供するためのエアジェットモジュールを含むことができる。液体ジェットノズル３６１５の下方で、液体ジェットガイドレーザーは、エアジェットモジュール３６２７の内部導管を通る。圧縮ガス源３６１７の高容量の流れは、エアジェットモジュール３６２７の外側かつ機械的に離間した導管を通って提供されるが、導管は、液体ジェットガイドレーザー３６１６に平行に、かつ基板３６００の表面に向かって通っている。圧縮ガスの流れ３６１８は、液体ジェットガイドレーザー３６１６の逆噴射により誘発される妨害を回避する同軸の離間したシールドとして機能する。

機械式中空回転工具ヘッド３６２０は、機械式中空回転工具を含むことができ、この回転工具は、回転工具を通る導管を有し得る。機械式中空回転工具ヘッド３６２０は、例えば、機械式中空回転工具を冷却するために、液体ジェットガイドレーザーヘッドからの液体ジェットが導管に入るように配置可能である。

動作機構を統合システムに結合して、液体ジェットガイドレーザーヘッドと機械式回転工具を、例えば、液体ジェットに垂直な平面内で、または液体ジェットに平行かつ垂直な３次元移動で動かすことができる。

液体ジェットガイドレーザービーム３６１６は、例えば、直線切削プロセスによって、円形輪郭に沿って複数のパスを走行して円筒形の材料を切り取ることによって、または、閉ループ輪郭の内部に複数のパスをラスタリングして閉ループ輪郭の内部に孔を形成することによって、基板に初期直径３６０６を有する孔を開けるように構成できる。

機械式回転工具は、初期孔を最終直径３６０２に拡大する等の仕上げを行い、最終孔の側壁を平滑化するように構成できる。

機械式回転工具は、初期孔を最終直径３６０２に拡大する等の仕上げを行い、最終孔の側壁を平滑化するように構成できる。また本開示は、以下の形態として実現できる。
［形態１］
方法であって、
液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に孔を形成することと、
最終寸法を得るために機械式回転工具を使用して前記孔を平滑化することと、を有し、
前記液体ジェットガイドレーザービームが、液体の液柱内で内部反射したレーザービームを含み、
前記液柱が、前記液体をノズルを通して流すことにより形成され、
前記内部反射したレーザービームが、前記液柱内にレーザービームを集束させることにより形成され、
前記機械式回転工具が、機械式回転システムによって操作され、
前記機械式回転工具が、前記孔の最終寸法に適した直径を含む、
方法。
［形態２］
形態１に記載の方法であって、
前記孔が、前記基板の上面と底面との間を流体接続するように構成されている、方法。
［形態３］
形態１に記載の方法であって、
前記液体ジェットガイドレーザービームを使用した前記孔の形成が、円形動作または螺旋動作のうちの少なくとも一方を用いて前記孔を形成することを含み、
前記円形動作または前記螺旋動作が、前記最終寸法の７５～９９％の間の直径を有する孔を形成するように構成されている、方法。
［形態４］
形態１に記載の方法であって、
前記液体ジェットガイドレーザービームを使用した前記孔の形成が、前記最終寸法よりも０．０５ｍｍ小さい直径を有する前記孔を形成することを含む、方法。
［形態５］
形態１に記載の方法であって、
前記液体ジェットガイドレーザーシステムによって形成される前記孔の直径が、前記液体ジェットガイドレーザービームと前記機械式回転工具との合計処理時間を最小限にするように構成されている、方法。
［形態６］
形態１に記載の方法であって、
前記機械式回転工具が、前記孔を平滑化して０．３マイクロメートル未満の粗さ平均（Ｒａ）を有する表面仕上げを達成するように構成されている、方法。
［形態７］
形態１に記載の方法であって、
前記液体ジェットガイドレーザービームと前記機械式回転工具が、円周に損傷のない鋭い縁を有する前記孔を形成し平滑化するように構成されている、方法。
［形態８］
形態１に記載の方法であって、
前記基板が、ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化ホウ素、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）、または金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）のうちの少なくとも１つを含む、方法。
［形態９］
形態１に記載の方法であって、
前記液柱を囲む同軸の気体流を形成することをさらに含み、
前記同軸の気体流が、前記基板に衝突する際の前記液柱の逆噴射による前記液柱に対する妨害を最小限にするように構成されている、方法。
［形態１０］
形態１に記載の方法であって、
前記液体ジェットガイドレーザービームを使用した前記孔の形成と、前記機械式回転工具を使用した前記孔の仕上げが、同一の機械で行われる、方法。
［形態１１］
形態１に記載の方法であって、
前記液体ジェットガイドレーザービームを使用した前記孔の形成と、前記機械式回転工具を使用した前記孔の仕上げが、別々の機械で行われる、方法。
［形態１２］
形態１に記載の方法であって、
前記機械式回転工具が、機械式ドリルビット、機械式リーマ、機械式ボーリングバー、機械式フライス工具、または機械式ホーニング工具を含む、方法。
［形態１３］
形態１に記載の方法であって、
前記機械式回転工具が、多結晶ダイヤモンドまたは単結晶ダイヤモンド材料で作られた端部を含む、方法。
［形態１４］
形態１に記載の方法であって、
前記孔が、前記基板を完全に貫通するように構成され、
前記方法が、光学センサまたは音響センサのうちの少なくとも一方によって前記孔の切り開きを検出することをさらに含む、方法。
［形態１５］
形態１に記載の方法であって、
前記液体ジェットガイドレーザービームを使用した前記孔の形成中に前記基板を加熱することをさらに含み、
前記基板を加熱することが、前記基板の表面に周囲温度よりも高い温度の液体を流すこと、前記基板の表面に周囲温度よりも高い温度の気体を流すこと、前記基板の表面に赤外線または誘導エネルギーを加えること、または前記基板を周囲温度よりも高い温度の液体に沈めることのうちの少なくとも１つを含み、
前記周囲温度よりも高い温度の液体または気体の温度が、摂氏５０～１００度の間である、方法。
［形態１６］
形態１に記載の方法であって、
前記機械式回転工具で前記孔を平滑化した後で前記孔を検査することをさらに含み、
前記検査がカメラを含む、方法。
［形態１７］
液体ジェットガイドレーザーヘッドに面する第１の面を有する基板を配置することと、
前記液体ジェットガイドレーザーヘッドから生成された液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に複数のブラインド孔を形成することと、
前記基板を、前記基板の第２の面が前記液体ジェットガイドレーザーヘッドに面するように反転させることと、
前記複数のブラインド孔のそれぞれを、前記液体ジェットガイドレーザービームと位置合わせすることと、
前記ブラインド孔のそれぞれを貫通する貫通孔を、液体ジェットガイドレーザービームにより形成することと、
機械式回転工具を使用して前記貫通孔を平滑化することと
を含む方法であって、
前記液体ジェットガイドレーザービームが、液体の液柱内で内部反射したレーザービームを含み
前記液柱が、ノズルを通して前記液体を流すことにより形成され、
前記第２の面が、前記第１の面の反対側にある、
方法。
［形態１８］
形態１７に記載の方法であって、
前記貫通孔を形成する前記液体ジェットガイドレーザービームを光学センサまたは音響センサのうちの少なくとも一方によって検出することを含む、方法。
［形態１９］
形態１７に記載の方法であって、
前記機械式回転工具で前記孔を平滑化した後で前記孔を検査することをさらに含み、
前記検査がカメラを含む、方法。
［形態２０］
方法であって、
液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に孔を形成することと、
機械式回転工具を使用して前記孔を平滑化することと、を有し、
前記液体ジェットガイドレーザービームが、液体の液柱内で内部反射したレーザービームを含み、
前記液柱が、ノズルを通して前記液体を流すことにより形成され、
前記機械式回転工具が、合成ダイヤモンド材料を含む端部を含む、
方法。

Claims (20)

1. 方法であって、
   液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に孔を形成することと、
   最終寸法を得るために機械式回転工具を使用して前記孔を平滑化することと、を有し、
   前記液体ジェットガイドレーザービームが、液体の液柱内で内部反射したレーザービームを含み、
   前記液柱が、前記液体をノズルを通して流すことにより形成され、
   前記内部反射したレーザービームが、前記液柱内にレーザービームを集束させることにより形成され、
   前記機械式回転工具が、機械式回転システムによって操作され、
   前記機械式回転工具が、前記孔の最終寸法に適した直径を含む、
   方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記孔が、前記基板の上面と底面との間を流体接続するように構成されている、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記液体ジェットガイドレーザービームを使用した前記孔の形成が、円形動作または螺旋動作のうちの少なくとも一方を用いて前記孔を形成することを含み、
   前記円形動作または前記螺旋動作が、前記最終寸法の７５～９９％の間の直径を有する孔を形成するように構成されている、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   前記液体ジェットガイドレーザービームを使用した前記孔の形成が、前記最終寸法よりも０．０５ｍｍ小さい直径を有する前記孔を形成することを含む、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記液体ジェットガイドレーザーシステムによって形成される前記孔の直径が、前記液体ジェットガイドレーザービームと前記機械式回転工具との合計処理時間を最小限にするように構成されている、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記機械式回転工具が、前記孔を平滑化して０．３マイクロメートル未満の粗さ平均（Ｒａ）を有する表面仕上げを達成するように構成されている、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   前記液体ジェットガイドレーザービームと前記機械式回転工具が、円周に損傷のない鋭い縁を有する前記孔を形成し平滑化するように構成されている、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、
   前記基板が、ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化ホウ素、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）、または金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）のうちの少なくとも１つを含む、方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、
   前記液柱を囲む同軸の気体流を形成することをさらに含み、
   前記同軸の気体流が、前記基板に衝突する際の前記液柱の逆噴射による前記液柱に対する妨害を最小限にするように構成されている、方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、
    前記液体ジェットガイドレーザービームを使用した前記孔の形成と、前記機械式回転工具を使用した前記孔の仕上げが、同一の機械で行われる、方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、
    前記液体ジェットガイドレーザービームを使用した前記孔の形成と、前記機械式回転工具を使用した前記孔の仕上げが、別々の機械で行われる、方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、
    前記機械式回転工具が、機械式ドリルビット、機械式リーマ、機械式ボーリングバー、機械式フライス工具、または機械式ホーニング工具を含む、方法。
13. 請求項１に記載の方法であって、
    前記機械式回転工具が、多結晶ダイヤモンドまたは単結晶ダイヤモンド材料で作られた端部を含む、方法。
14. 請求項１に記載の方法であって、
    前記孔が、前記基板を完全に貫通するように構成され、
    前記方法が、光学センサまたは音響センサのうちの少なくとも一方によって前記孔の切り開きを検出することをさらに含む、方法。
15. 請求項１に記載の方法であって、
    前記液体ジェットガイドレーザービームを使用した前記孔の形成中に前記基板を加熱することをさらに含み、
    前記基板を加熱することが、前記基板の表面に周囲温度よりも高い温度の液体を流すこと、前記基板の表面に周囲温度よりも高い温度の気体を流すこと、前記基板の表面に赤外線または誘導エネルギーを加えること、または前記基板を周囲温度よりも高い温度の液体に沈めることのうちの少なくとも１つを含み、
    前記周囲温度よりも高い温度の液体または気体の温度が、摂氏５０～１００度の間である、方法。
16. 請求項１に記載の方法であって、
    前記機械式回転工具で前記孔を平滑化した後で前記孔を検査することをさらに含み、
    前記検査がカメラを含む、方法。
17. 液体ジェットガイドレーザーヘッドに面する第１の面を有する基板を配置することと、
    前記液体ジェットガイドレーザーヘッドから生成された液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に複数のブラインド孔を形成することと、
    前記基板を、前記基板の第２の面が前記液体ジェットガイドレーザーヘッドに面するように反転させることと、
    前記複数のブラインド孔のそれぞれを、前記液体ジェットガイドレーザービームと位置合わせすることと、
    前記ブラインド孔のそれぞれを貫通する貫通孔を、液体ジェットガイドレーザービームにより形成することと、
    機械式回転工具を使用して前記貫通孔を平滑化することと
    を含む方法であって、
    前記液体ジェットガイドレーザービームが、液体の液柱内で内部反射したレーザービームを含み
    前記液柱が、ノズルを通して前記液体を流すことにより形成され、
    前記第２の面が、前記第１の面の反対側にある、
    方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、
    前記貫通孔を形成する前記液体ジェットガイドレーザービームを光学センサまたは音響センサのうちの少なくとも一方によって検出することを含む、方法。
19. 請求項１７に記載の方法であって、
    前記機械式回転工具で前記孔を平滑化した後で前記孔を検査することをさらに含み、
    前記検査がカメラを含む、方法。
20. 方法であって、
    液体ジェットガイドレーザービームを使用して基板に孔を形成することと、
    機械式回転工具を使用して前記孔を平滑化することと、を有し、
    前記液体ジェットガイドレーザービームが、液体の液柱内で内部反射したレーザービームを含み、
    前記液柱が、ノズルを通して前記液体を流すことにより形成され、
    前記機械式回転工具が、合成ダイヤモンド材料を含む端部を含む、
    方法。

Images