JP5839994B2 - 基板中にホール又は凹部又はくぼみを発生させる方法、該方法を実行するためのデバイス及び該デバイスで用いる高周波高電圧源 - Google Patents

Description

本発明は、電気的絶縁している又は半導体である基板中に、ホール又は凹部又はくぼみを発生させる方法、及びこの方法により発生した、基板中のホール又は凹部又はくぼみに関する。本発明はまた、前記方法により発生した、基板中のホール又は凹部又はくぼみの配列に関する。本発明はまた、本発明による方法を実行するためのデバイスに関する。

機械的方法又はエッチング方法のような、従来の掘削法を使用した、誘電体基板中に、ホールの製造、特に数ミリメータまでの直径を有するホールの製造、は、費用がかかり、寧ろ遅い。例えば、太陽電池パネル及び電子検査機器での接触領域のために必要とされるであろうため、結果として、そのプロセスは、そのようなホールの大量生産に適切でない。

ＷＯ２００５／０９７４３９及びＰＣＴ／ＥＰ２００８／００９４１９は、基板への電圧の印加を使用する、基板中に構造体を発生させる方法を開示する。その中で開示された方法では、工業生産で必要である、高品質ホールの、速く、信頼できる製造はできない。また、これらの方法は、時々、材料の不完全放出（ｅｊｅｃｔｉｏｎ）による、基板表面上のコンタミに邪魔される。また、これらの先願のホールは、配列して存在するとき、通常、絶縁層無しで配列を製造する間、フラッシュオーバーを避けるために、隣接ホール間に大きい距離（通常＞１ｍｍ）を必要とする。

したがって、例えば、高密度ホール配列に関して必要であるので、基板中のホールの発生及びピッチ、即ちホール間の距離、の有意な減少を可能にする改良された方法を供する、技術的な要求がある。

それゆえ、誘電体基板中にホールを作るデバイス及び方法を供することが、本発明の目的であった。ホールは、数十マイクロメータから数百マイクロメータまでの直径を有する。ホール及び配列（それに関して、幾十から幾百マイクロメータの領域中の隣接ホール間の近接間隔を供する）を作るデバイス及び方法を供することが、さらなる目的であった。そのような穴のあいた基板の大量生産を容易に実行でき、かつ、適合できる、そのような方法を供することもまた、本発明の目的であった。

本発明の目的は、
（ａ）室温で、電気的絶縁性である又は半導体である基板を供する基板供与工程、
（ｂ）熱源を使用して前記基板の材料のボリューム（ｖｏｌｕｍｅ）を熱することにより、前記基板の材料の前記ボリュームを溶融する工程であって、前記ボリュームは、前記基板の第１の表面から前記基板の第２の表面へと伸び、前記第２の表面は、前記第１の表面の反対側にある、溶融工程、及び
（ｃ）電圧源に接続され、前記基板の両側で、前記基板から隔てて配置された２つの電極を使用して、前記基板に亘って電圧を印加することにより、前記工程（ｂ）の結果である材料の溶融した前記ボリュームを除去する、除去工程、
を含む、電気的絶縁性である又は半導体である基板中にホール又は凹部又はくぼみを発生させる方法により解決される。

図１は、基礎実験のセットアップの例を示す。 図２は、溶融のためのＨＦ ＨＶ源及び溶融材料の抽出のためのＤＣ ＨＶを使用する実験のセットアップを概略的に示す。 図３は、図２で示されるような高電圧ＤＣ−ＨＦスイッチの実行できる具体化（ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ）を概略的に示す。 図４は、ＨＦ ＨＶ源として適切な、簡易ＨＦ ＨＶ発生器を概略的に示す。 図５は、５００μｍの厚さのＡＦ３２ガラスにおける、ホール形成プロセスのタイミングチャート及び振幅図を示す。 図６は、１００μｍの厚さのＤ２６３Ｔガラスにおける、１１０μｍの領域内のホールの配列を示す。 図７は、０．５ｍｍの石英ガラス中に形成された、４００μｍのピッチを有する直径１００μｍのホールの配列を示す。 図８は、５００μｍの厚さのＡＦ３２ガラス中に形成された、２５０μｍのピッチを有する直径５０μｍのホールの配列を示す。 図９は、０．４ｍｍの厚さのムライト中に形成された、１．２ｍｍの距離での、直径２５０μｍのホールの配列を示す。 図１０は、図６で示されたＤ２６３Ｔガラス基板サンプルから得られた、プロセスの間排出された、フィラメント状構造のＳＥＭ画像を示す。 図１１Ａは、０．２６ｍｍ直径のホールを有するＤ２６３Ｔガラス基板（厚さ０．３ｍｍ）を示す。 図１１Ｂは、各々ブラインドホール又は凹部のＳＥＭ画像を示す。

一実施形態において、工程（ｂ）の前記ボリュームは、管状形又は柱形又は円錐形を有し、前記ボリュームは、前記第１の表面から前記基板を通って前記第２の表面へと伸び、かつ、前記基板の厚みの長さを有する。他の実施形態において、工程（ｂ）の前記ボリュームは、管状形又は柱形又は円錐形を有し、前記第１の表面から前記第２の表面へと完全には伸びず、工程（ｃ）は、ブラインドホール（ｂｌｉｎｄ ｈｏｌｅ）、凹部又はへこみをもたらす。“管状”形の専門用語は、また、そのような円柱の断面が、完全な円ではないが、楕円又は他の丸み付けられた形状である、そのような形状を含んで意味される。

一実施形態において、工程（ｃ）は、材料の前記ボリュームが溶融するとすぐに、開始される。厚さ１５０μｍ以上有する基板に関して、工程（ｃ）は、工程（ｂ）の間又は工程（ｂ）が終わった後にだけ、好ましくは、材料のかなりの部分（ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐａｒｔｓ）又はまさに全ボリュームが溶融される後に、開始される。一実施形態において、工程（ｃ）は、工程（ｂ）の開始から時間間隔ｔで開始され、時間間隔は、０ｍｓから１０ｓまでの範囲内にあり、好ましくは１ｍｓから５０００ｍｓまでであり、より好ましくは、１０ｍｓから３０００ｍｓまでである。

一実施形態において、工程（ｃ）で印加される前記電圧は、定電圧又は単極電圧である。

一実施形態において、前記電圧は、１ｋＶから２５０ｋＶまでの範囲でＤＣ電圧を印加することにより印加される。そのような電圧は、例えば、電極が接続されるＤＣ源を使用して印加されても良い。

一実施形態において、前記電圧は、０．１ｍｓから１０ｓまでの、好ましくは１ｍｓから８０００ｍｓまでの、より好ましくは１ｍｓから１０００ｍｓまでの、範囲内の時間周期で印加される。

一実施形態において、前記電圧は、工程（ｃ）の全て又は一部で、１０ｋＨｚより、好ましくは１００ｋＨｚより大きく、さらに好ましくは１ＭＨｚ以上の周波数を有する、交流（ＡＣ）電圧で重ねられる。

一実施形態において、前記熱源は、レーザー又は複数のレーザーから選択され、デバイスは、高周波高電圧（ＡＣ）源、テスラ変圧器、加熱フィラメント、加熱電極、ガスの炎又はそのような熱源の組み合わせといった、加熱素子といった、高周波数でＡＣ電圧を供することができる。高周波数でＡＣ電圧を供することができるデバイスは、もし、そのような高周波数でのＡＣ電圧が、前記基板に印加される場合に、基板中で誘電損失を引き起こし得る又は基板に、及び、基板を通じてアーク形成（ａｒｃ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を引き起こし得るデバイスである。“高周波高電圧源”は、高周波数で、高いＡＣ電圧を供している電圧源である。ここで使用されるような、“高電圧”なる専門用語は、１００Ｖから１００ｋＶまでの範囲内の振幅電圧を参照して意味される。ここで使用されるような“高周波数”なる専門用語は、１０ｋＨｚから１ＧＨｚまでの範囲内の周波数を参照して意味される。

一実施形態において、前記熱源はレーザーである。

熱源がレーザーであるとき、該レーザーは１−１００００Ｗの出力を有することが好ましく、かつ、工程（ｂ）の間、レーザー出力を例えば６０％以上まで減少を余儀なくさせ得る、融点及び厚みといった材料特性に適合された出力で操作される。ＷＯ２００５／０９７４３９の方法と対比して、材料のかなりの量又はまさに全ボリュームが、工程（ｃ）の開始に先立って溶融されるよう、前記レーザーが操作されることが好ましい。

一実施形態において、前記レーザーは、前記基板材料を貫通することができる、前記基板上に照射される、光を放ち、前記基板上に照射される、光は、前記基板の表面で完全に吸収される又は反射されることはなく、前記表面下部の基板領域においても貫通する。

一実施形態において、２つのレーザービームが、加熱及び溶融のために使用される。２つのビームは、基板の反対側と、溶融され及び除去されるボリュームに向けられる。

一実施形態において、前記レーザーは、基板表面で完全に又はおおよそ完全に（９０％以上）吸収される、前記基板上に照射される光を放ち、材料の前記ボリュームは、内部熱伝導により加熱される。

他の実施形態において、前記レーザーは、基板内部も加熱するように、前記基板の表面で完全に吸収されない、前記基板上に照射される、光を放つ。

さらに他の実施形態において、前記レーザーは、前記基板の表面でわずかにだけ、好ましくは１０％より小さく、吸収される、前記基板上に照射される光を放ち、このわずかな吸収により、基板をその厚みに亘って均一に加熱できる。

一実施形態において、前記レーザーは、表面上に光を放っているとき、１μｍ−１５０００μｍまでの、好ましくは１０μｍ−１００００μｍまでの、より好ましくは２０μｍ−５０００μｍ（１μｍ＝１マイクロメータ＝１×１０^−６ｍ）の範囲内の径を有するフォーカルスポットを有する。

一実施形態において、前記レーザーは、工程（ｂ）の間、１ｍｓから１０ｓまでの、好ましくは１ｍｓから５０００ｍｓまでの、より好ましくは２ｍｓから３０００ｍｓまでの、さらに好ましくは３ｍｓから１０００ｍｓまでの、よりさらに好ましくは３ｍｓから３００ｍｓまでの時間周期で、前記基板の材料の前記ボリュームを照射する。

一実施形態において、前記熱源は、高周波数で高いＡＣ電圧を供することができるデバイス、例えば、高周波高電圧源（ＨＦ−ＨＶ源）であり、工程（ｂ）は、基板にわたって高周波数高電圧（ＡＣ）を印加することにより実行され、前記高周波数高電圧は好ましくは、工程（ｃ）で使用される電極を使用して印加される。一実施形態において、前記高周波数高電圧は、１００Ｖから１００ｋＶまでの、好ましくは５００Ｖから５０ｋＶまでの、より好ましくは１ｋＶから２５ｋＶまでの、範囲内の振幅を有し、前記高周波数高電圧は、１０ｋＨｚから１ＧＨｚまでの、好ましくは５０ｋＨｚから１００ＭＨｚまでの、より好ましくは１００ｋＨｚから５０ＭＨｚまでの、範囲内の周波数を有し、前記高周波数高電圧は、０．１ｍｓから５ｓまでの、好ましくは０．１ｍｓから１ｓまでの、より好ましくは０．５ｍｓから５００ｍｓまでの、さらに好ましくは１ｍｓから１００ｍｓまでの、範囲内の時間周期で印加される。基板の溶融は、そのような一実施形態において、基板内での電気アーク形成及び／又は誘電損失により起こり得る。一実施形態において、工程（ｂ）は、第１のサブ工程（ｂ１）及び第２サブ工程（ｂ２）を含み、サブ工程（ｂ２）において、前記高周波数高電圧は、上で定義されたように、前記基板のある領域で基板に亘って印加され、サブ工程（ｂ１）において、該領域は、例えば、該領域へのレーザーパルスを印加することにより、前記領域を予熱することにより、定義される。レーザーパルスは、該領域を定義する焦点を有する。一実施形態において、前記予熱は、０．１ｍｓから１００ｍｓまでの、好ましくは０，２ｍｓから１０ｍｓまでの、範囲内の時間周期で起こる。一実施形態において、サブ工程（ｂ１）及び（ｂ２）は、０．００１ｍｓから１００ｍｓまで、好ましくは０．０１ｍｓから５０ｍｓまで、より好ましくは０．１ｍｓから１０ｍｓまで重複する。一実施形態において、工程（ｃ）は、第１のサブ工程（ｃ１）及び第２のサブ工程（ｃ２）を含み、サブ工程（ｃ２）において、ＤＣ電圧が、上で定義されたように、基板に、該基板のある領域に印加され、サブ工程（ｃ１）において、前記領域は、該領域にレーザーパルスを印加することにより定義される。一実施形態において、サブ工程（ｃ１）で印加される前記レーザーパルスは、サブ工程（ｂ１）において、例えば同様に、レーザーパルスの印加により、前もって定義されている、同じ領域に印加される。一実施形態において、サブ工程（ｃ１）は、サブ工程（ｂ１）後即座に、又は、サブ工程（ｂ１）の終わりから、０．１ｍｓから５０００ｍｓまでの、好ましくは０．１ｍｓから１０００ｍｓまでの、より好ましくは０．１ｍｓから３００ｍｓまでの、範囲内の時間間隔で実行される。一実施形態において、サブ工程（ｃ２）は、基板に亘る電流の増加、基板に亘る電圧振幅の減少、高周波高電圧源の出力電流の増加、高周波高電圧源への入力電流の増加又は高周波高電圧源の出力電圧の減少の検出で開始される。そのような検出は、例えば、高周波高電圧源での適切なパラメータを測定することにより達成することができる。種々の工程及びサブ工程のタイミング（ｔｉｍｉｎｇ）は、タイミングユニット及び制御ユニットを使用することにより達成しても良い。

一実施形態において、前記ホール又は凹部又はくぼみは、５０μｍ以上、好ましくは１００μｍより大きい、より好ましくは１５０μｍより大きい直径を有する。

一実施形態において、前記ホール又は凹部又はくぼみは、１５ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下の直径を有する。一実施形態において、前記ホール又は凹部又はくぼみは、５０μｍから１０ｍｍまでの、好ましくは１００μｍから５ｍｍまでの、より好ましくは１０１μｍから５μｍまでの、さらに好ましくは２００μｍから３ｍｍまでの、範囲内の直径を有する。一実施形態において、前記ホール又は凹部又はくぼみは、４０μｍから４００μｍまでの、好ましくは４０μｍから３００μｍまでの、より好ましくは５０μｍから３００μｍまでの、範囲内の直径を有する。

一実施形態において、工程（ｃ）は、工程（ｂ）の開始後、時間間隔ｔで開始され、時間間隔は、０ｍｓから１０ｓまでの、好ましくは１ｍｓから５０００ｍｓまでの、より好ましくは３ｍｓから３０００ｍｓまでの、範囲内である。

しかしながら、厚さ１５０μｍ以上を有する基板に関して、ｔ≠０であることが好ましく、工程（ｃ）は、工程（ｂ）が、総使用時間の１０％以上といった、かなりの時間行われる後のみ、又は工程（ｂ）がまさに終える後、好ましくは、材料のかなりの量又は全ボリュームが溶融した後、開始されるということがより好ましい。

一実施形態において、前述の工程（ｃ）における材料の溶融ボリュームを除去することは、前記電圧を通じて印加される、静電力により起こる。

一実施形態において、前述の溶融材料を除去することは、磁場誘起ジュール加熱により、基板内の内部圧力上昇によって、起こる又は支持される。

一実施形態において、加熱及び溶融は、基板に亘って高周波数（ＨＦ）高電圧（ＨＶ）を印加することで、好ましくは、材料を除去するＤＣ電圧の印加に関して同様に使用される電極を使用して、達成される。これらの条件での電気アーク形成により、各ボリュームを溶融することができる。

関連する実施形態において、このＨＦ電圧の周波数、電圧及び持続時間は、溶融領域の直径を決定する。適切な周波数は１０ｋＨｚ−１ＧＨｚの間、好ましくは５０ｋＨｚ−１００ＭＨｚの間、より好ましくは１００ｋＨｚ−５０ＭＨｚの間である。電圧は、好ましくは、１００Ｖ−１００ｋＶの間、より好ましくは５００Ｖ−５０ｋＶの間、さらに好ましくは１ｋＶ−２５ｋＶの間である。印加時間は、好ましくは０．１ｍｓｅｃ−１０００ｍｓｅｃの間、より好ましくは０．５ｍｓｅｃ−５００ｍｓｅｃの間、さらに好ましくは１ｍｓｅｃ−１００ｍｓｅｃの間である。例として、０から３ｍｓｅｃまでＨＦ−ＨＶ時間を増加し、一方で全ての他のパラメータが一定に保たれることにより（ＨＦ−ＨＶ源 ４ＭＨｚ、略２５００Ｖ、レーザー ３ｍｓｅｃ、ＤＣ−ＨＶ ８ｋＶ、Ｒ＝３３Ω、Ｃ＝５．６ｎＦ、基板厚 １００μｍ）、５０μｍから１００μｍまでホール径が増加する。

ある典型的な実施形態において、ＨＦ−ＨＶ放電、即ち電気アーク、は、基板上の対象の領域に向かって、この領域を予熱することにより、方向付けられる（図２参照）。通常、０．１−１００ｍｓｅｃ、好ましくは０．２−１０ｍｓｅｃ、領域（ｓｐｏｔ）を加熱する（例えば１０−２５０Ｗ ＣＯ_２）レーザーのような、レーザーは、予熱のために使用される。

一実施形態において、予熱レーザーパルス及びＨＦ−ＨＶの印加は、０．００１−１００ｍｓｅｃ、好ましくは０．０１−５０ｍｓｅｃ、より好ましくは０．１−１０ｍｓｅｃ、重複する。この重複により、５００μｍの厚さのＡＦ３２ガラス内の、５０μｍのホールに関して０．２ｍｍといった、隣接ホール間の小ピッチが供される。

一実施形態において、レーザーは、（１）ＨＦ−ＨＶ放電／アーク及び（２）ＤＣ ＨＶ放電を導くよう、使用される；これは、２つの独立したレーザーパルスを有するような方法で調節されても（ｂｅ ｔｉｍｅｄ）良く、ＨＦ−ＨＶ放電及びＤＣ ＨＶ放電の開始を重ね合わせる、単一のレーザーパルスで組み合わされても良い（図５参照）。

一実施形態において、本発明に係る方法は：
（ａ）室温で、電気的絶縁性である又は半導体である基板を供する基板供与工程、
（ｂ１）レーザーのような、熱源を使用して、ホールが形成されるであろう前記基板の領域を予熱する、予熱工程、
（ｂ２）前記領域に高周波数高電圧を印加し、それにより、前記領域の材料のボリュームを溶融する、溶融工程、
（ｃ１）前記領域にレーザーパルスを印加する、印加工程及び
（ｃ２）前記領域にＤＣ電圧を印加し、それにより、前記基板から、前記材料の溶融した前記ボリュームを除去する、除去工程、
を含む。

一実施形態において、工程（ｂ１）、（ｂ２）（ｃ１）及び（ｃ２）は、（ｂ１）が最初に開始され、（ｃ２）が最後に開始される条件付きで、それらの間で重複して実行される。

一実施形態において、基板全体に亘る溶融の開始は、電流消費（例えば、電流の突然の増加）、出力電流並びに／若しくは電圧、周波数又は位相関係といった、ＨＦ発生器特性の解析により検出される。この信号は、ＣＤ ＨＶの印加を始動させるよう使用される。始動は、基板の全厚に亘って伸びる溶融領域の検出後すぐに起こっても良く、０−１０００ｍｓｅｃ、好ましくは０−１００ｍｓｅｃの間にセットされ得る、プリセットの遅れを有して起こっても良い。

単一ペアの電極を通じて、ＤＣ高電圧及びＨＦ ＨＶを印加する手段を供する典型的な実施形態では、アース端子又は他の如何なる適切な電圧基準点に接続された１つの電極と、ＤＣ ＨＶ（ＤＣ高電圧）又はＨＦ ＨＶ（高周波数高電圧）又はＨＦ ＨＶにより電極に重ねられたＤＣ ＨＶのいずれかを送るスイッチに接続された別の電極と、から構成される。高周波数及び高電圧での作動は、そのようなスイッチを、設計するのが困難にする。１つの可能な実施形態は、ＨＦ−ＨＶ源に直接接続された電圧電極又はその電極に小さい（０．１−１００００ｐＦ）キャパシタを通じて接続された電圧電極と、同様にその電極に直接に接続された、リレー（例えば１０ｋＶより大きいリードリレー）及びスパークギャップ（ｓｐａｒｋ ｇａｐ）（通常、５００−２５０００Ｖ、好ましくは１０００−１００００Ｖの範囲内の）を通じて接続されたＤＣ高電圧とから構成される。スパークギャップは主に、その電極を隔絶し、かつ、取り付け（ｍｏｕｎｔ）、ＨＦ−ＨＶ源の周辺部への及びリレーを通じたＤＣ ＨＶ源への寄生性の放電を避ける目的を果たす（図３参照）。

基板表面上の、基板から除去される材料の過剰堆積を避けるために使用される典型的な実施形態において、ガス流が、ホール形成の間、放出された材料を吹き飛ばすために使用される。基板の過剰冷却及びそれ故のクラック形成を防ぐために、ガス流は、１００−８００℃に加熱された大気のような、数百度に加熱され得る。

ホール形成の間、過剰な機械的張力を避けるために考案された一実施形態において、特にホールの高密度配列を形成の間、参照／接地電極は、室温より実質的に上の温度、好ましくはガラスに関して５０−７００℃、より好ましくは１００−５００℃に、基板を加熱する加熱フィラメントといった、他の熱源により形成される又は囲まれる。

一実施形態において、前記基板は、ガラス、石英、ダイヤモンド、アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、ジルコニア及びスピネルから選択される、電気的絶縁性である材料で作られる、又は、ドープシリコン及び結晶シリコンを含む元素シリコン（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ）、ゲルマニウム及び、ガリウム砒素及びリン化インジウムのような化合物半導体から選択される、電気的に半導体である材料で作られる。

一実施形態において、工程（ｂ）での前述の加熱及び工程（ｃ）での前述の電圧の印加の期間は、１つのタイマーリレー又は２つの独立したタイマーリレーにより決定され、かつ、ユーザー制御され、前記期間の各々は、各々独立して制御される又は特定の基板電流又は温度若しくは到達される閾値基板電流又は温度といった、あるプロセス条件で始動させる、即ち熱源及び電圧を停止する又は調整する、始動装置（ｔｒｉｇｇｅｒ ｄｅｖｉｃｅ）により両方制御される。一実施形態において、熱源は、工程（ｃ）でのホール又は凹部又はくぼみ形成後、完全には停止されず、熱源は、基板の冷却挙動を調節し、それにより基板内の熱ストレスの形成を制御／妨げるために、その加熱作動を減じる。

一実施形態において、工程（ｃ）の前、間、及び／又は後、１００℃から８００℃までの範囲内の温度に加熱されるガスのフローは、工程（ｃ）が実行される領域の、基板に、方向付けられる。一方、そのような温度制御されたガスのフローは、ホール形成の間放出される、放出された材料を基板表面から除去する役割を果たし、他方では、基板内の熱ストレスを避けるのに役立つ。一実施形態において、接地電極又は参照電極といった、電極の一方は、熱フィラメントといった、２次的な熱源により形成される又は囲まれ、２次的な熱源は、５０℃から９００℃までの、好ましくは５０℃から７００℃までの、より好ましくは１００℃から５００℃までの、範囲内の温度で基板を加熱し、維持する。好ましい実施形態において、そのような２次的な熱源は、上述された範囲内の定温に、基板を加熱及び維持する。

比較的薄い基板（即ち、好ましくは１５０μｍより小さい）、つまり、レーザーによる基板のスルー加熱（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｈｅａｔｉｎｇ）の時間スケールが、ジュール加熱効果の時間スケールに同程度である、基板に関して、電圧はレーザーの印加前に印加される。しかしながら、レーザーによる基板の十分に素早い加熱が保証されるよう、レーザーエネルギーが選択される。例えば：０．１５ｍｍより小さい厚さのガラス基板、電圧１０ｋＶ、５ｍｍより小さい電極距離、ＣＯ_２ レーザー２５Ｗ ａｔ＞６５％、スポット１００−３００μｍである。

一実施形態において、前記電圧源は、０から１００ＭΩまでの、好ましくは１０ＭΩより小さい、より好ましくは１０００ＫΩより小さい、ソースインピーダンスを有する。

一実施形態において、前記電極は、前記電圧源に接続される、５０−２０００００ｐＦまでのキャパシタンスを有するキャパシタに接続される。

一実施形態において、前記基板は、０．１ｍｍから１０ｍｍまでの厚さ、好ましくは０．１ｍｍから７ｍｍまでの均一な厚さを有する。

ここで使用されるような“厚い基板”は、好ましくは均一な、１５０μｍ以上の厚さを有する基板である。

一実施形態において、前記電極の各々は、前記基板から０．２ｍｍから２５ｍｍまでの距離で配置される。

一実施形態において、工程（ｂ）及び／又は（ｃ）の間若しくは工程（ｃ）の後、前記基板は、前記電極及び前記熱源、例えばレーザー、に相対的に、好ましくは定義された距離で、移動される。これにより、例えば基板内に線を作るなどのように、ホール／凹部／くぼみ構造を広げることができ、かつ、基板を弱める（ｗｅａｋｅｎ）又は切断することさえもできる。また、配列の形成も可能とする。そのような相対移動は、基板内に連続的な線状（ｌｉｎｅ−ｌｉｋｅ）構造を作り得る。ここで使用されるような、“連続的な線状構造”なる専門用語は、基板の表面に沿った溝（ｃｈａｎｎｅｌ）といった、線状くぼみ構造を参照し得る。又は、そのような専門用語は、前記基板内の切断も参照し得る。これは、工程（ｂ）の加熱／溶融の深さに大きく依存する。

一実施形態において、前記基板は、好ましくは定義された距離で、前記電極及び前記熱源、例えばレーザー、に相対的に、工程（ｃ）ホールが形成される後、工程（ｃ）の後に、移動される。これはホール又は凹部若しくはブラインドホールの配列の製造に特に有意である。

電極及び熱源に相対的な、基板の移動は、したがって、ホールの配列を作るためにも使用することができる。この例では、工程（ｂ）及び（ｃ）は、ホールが形成されるよう、何度も繰り返される。この実施形態において、工程（ｃ）の後、基板は、定義された距離移動され、工程（ｂ）及び（ｃ）は、再び繰り返され、次のホール又は凹部又はくぼみ又はブラインドホールを作る。もし工程（ｂ）及び（ｃ）がｎ度繰り返されるなら、基板もまた、定義された距離、ｎ度移動され、これにより、ｎ＋１のホールの配列が作られるであろう。移動の方向に依存して、１次元配列又は２次元配列が形成され得る。

本発明の目的はまた、本発明に係る方法により生成した、基板中のホール又は凹部又はくぼみ又は線状構造により解決される。

本発明の目的はまた、本発明に係る方法により生成した、基板中のホール又は凹部又はくぼみ又は連続的な線状構造の配列により解決され、前記ホール又は凹部又はくぼみは、３ｍｍより小さい、好ましくは１．２ｍｍより小さい、より好ましくは５００μｍより小さい、さらに好ましくは３００μｍより小さい、よりさらに好ましくは２６０μｍより小さい、それらの間の距離を有する。本発明に係る方法を使用することにより、そのような配列を、単一のホールの形成のための平均期間は、数ｍｓからおよそ１００ｍｓまでの範囲内である、極めて速い速度で生成することが、実現可能かつ実行可能になる。ピッチ、即ち、そのような配列でのホール間の距離、は、すでに形成されたホールを通じて発生する、電気アーク形成を有するリスクが無く、驚くほど小さくすることができる。本発明に係る方法を使用し、それ故に、数千から数十万までのホールの配列の製造が可能となる。

本発明の目的はまた、本発明に係る方法を実行するためのデバイスにより解決され、前記デバイスは、第１の電極及び第２の電極、スイッチ、高周波高電圧源、ＤＣ源、タイミング及び制御ユニット、並びに基板を保持する手段を含み、前記第１の電極は、接地又は参照電極であり、前記第２の電極は前記基板に電圧を印加するための電圧電極であり、前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記基板を保持する手段の両側で設置され、前記第２の電極は、前記スイッチに接続され、前記スイッチは前記高周波高電圧源及び前記ＤＣ源に並列に接続され、前記高周波高電圧源、前記ＤＣ源、前記スイッチ及び前記第１の電極は、前記タイミング及び制御ユニットに接続される。

一実施形態において、前記スイッチは、ＤＣ電圧及び高周波数ＡＣ電圧を前記第１の電極及び前記第２の電極に送り、前記第２の電極に関する前記高周波高電圧源への、直接の又はキャパシタを通じてのいずれかの接続を含み、前記第２の電極に関する前記ＤＣ源への、リレー及びスパークギャップを通じた接続を含み、前記リレー及び前記スパークギャップは、連続して接続される。

一実施形態において、前記リレーは、１０ｋＶより大きいスイッチング電圧を有するリードリレーであり、前記スパークギャップは、５００Ｖから２５０００Ｖまでの、好ましくは１０００Ｖから１００００Ｖまでの範囲内の点火電圧を有し、前記キャパシタは、もし存在するなら、０．１ｐＦから１００００ｐＦまでの範囲内のキャパシタンスを有する。

一実施形態において、本発明に係るデバイスは、前記タイミング及び制御ユニットに接続された熱源、好ましくはレーザー又は加熱フィラメント又は加熱板、を追加的に含み、もし基板が前記基板を保持する手段により保持されるなら、定義された位置で、基板を加熱することができる。

一実施形態において、本発明に係るデバイスは、もし存在するなら、基板に加熱されたガスのフローを方向付ける手段を、追加的に含む。

一実施形態において、前記参照電極は、もし存在するなら、定義された温度又は定義された温度範囲に、基板全体又は基板の一部を加熱する、加熱フィラメントといった、更なる熱源に囲まれる又は該熱源を形成し、そのような更なる熱源は、好ましくは、加熱パワーサプライを有し、好ましくは前記加熱パワーサプライを通じて、前記タイミング及び制御ユニットに接続される。一実施形態において、そのような更なる熱源は、それが１ｍｍ^２から１０００ｍｍ^２までの範囲内の基板領域を加熱するような大きさにされる。他の実施形態において、更なる熱源が基板全体を加熱するような大きさにされる。そのような更なる熱源の全体目的は、基板中の熱ストレスの増大（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）を妨げることである。当業者は、基板の定義された領域を加熱するための、例えば加熱フィラメント又は加熱板をどのように設計し、必要な大きさにするかを（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）知っている。

本発明の目的はまた、本発明に係るデバイスで用いる、高周波高電圧源により解決され、前記高周波高電圧源は：
１次ＬＣ回路及び２次ＬＣ回路を含むテスラ変圧器で、前記１次ＬＣ回路と２次ＬＣ回路は結合され、前記１次ＬＣ回路は、１−２０巻き、好ましくは１−１０巻きのワイヤ又は伝導ループを含む１次コイルを有し、前記２次ＬＣ回路は、１０μＨから１０００μＨまでの範囲内のインダクタンスを有する２次コイルを有し、前記２次コイルは、レジスタを介してアース端子（ｇｒｏｕｎｄ）に接続される、テスラ変圧器、
コンパレータ、
ＭＯＳＦＥＴドライバ、
ＭＯＳＦＥＴ、
を含み、
前記コンパレータは、前記２次コイル及び前記ＭＯＳＦＥＴドライバに接続され、前記ＭＯＳＦＥＴドライバは、前記１次ＬＣ回路に接続される前記ＭＯＳＦＥＴに接続され、操作の間、前記２次コイルのアイゲンシュヴィングングに比例した電圧が、レジスタに亘って得られ、かつ、前記ＭＯＳＦＥＴドライバを駆動する前記コンパレータを使用してデジタル化（ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ）され、さらに、前記ＭＯＳＦＥＴドライバは、前記ＭＯＳＦＥＴを駆動し、したがって、前記２次ＬＣ回路と前記１次ＬＣ回路との間のフィードバックを供し、前記１次ＬＣ回路を、前記２次ＬＣ回路のアイゲンシュヴィングングで振動させる。

ここで使用されるような、“前記基板の材料のボリューム”なる専門用語は、前記基板の材料のバルク塊（ｂｕｌｋ ｍａｓｓ）を参照する。本発明のコンテクストにおいて、そのようなボリュームは、基板の厚さに対応する長さを有するということが言及されるべきである。好ましい実施形態において、そのようなボリュームは、管状形又は柱形又は円錐形を有し、この基板の一方の主表面から、反対側に位置する該基板の他方の主表面へと、伸びる。

他の実施形態において、前記ボリュームは、基板全体に亘って伸びず、そのようなボリュームはまた、管状形又は柱形又は円錐形を有しても良い。材料を除去した後に結果得られる構造は、くぼみ又は凹部又はブラインドホールであろう。

発明者らは、ガラス、石英又はシリコンといった、誘電性基板内の比較的大きいホール又は凹部又はくぼみ（数十μｍからｍｍスケールまで）を発生させることが可能であるということに、驚くことに気付いた。もし基板の表面、しかし表面下のバルク材料も、を含む、基板領域を溶融するなら、この溶融材料は、電圧の印加により完全に除去することができる。加熱は、基板の全厚に亘って広げることができ、基板の内部も含み、それ故、基板に亘る所定の位置で基板を溶融することができる。加熱は、基板内で一部だけに広げても良く、どの場合でも、前記材料の除去後、くぼみ又は凹部又はブラインドホールが形成される。

発明者らは、数１０μｍから数ミリメータまでのスケールのホール／凹部の発生及びそのようなホール／凹部の配列の発生は、熱源、例えばレーザー及び／又は電流フロー及びそれに続く電圧の印加が誘導される、ＨＦ ＨＶを使用することにより達成することができるということに、驚くことに気付いた。当業者は、どのレーザーを、特定の基板材料を考慮して、その出力及び型式に関して、選択するべきかを知っている。例えば、基板としてガラスを使用して、２５Ｗの出力を有し、およそ１００−５００μｍのスポットに焦点が合わせられたＣＯ_２レーザーは、他の出力も実行できて（１Ｗ−１００００Ｗ）、有意であると分かる。他の加熱手段も、勿論、実行できる。熱源から直接加熱することによる又は、例えば、ＣＯ_２レーザーを使用してガラスの場合と同様に、加熱出力が、基板表面上で大部分が吸収されるなら、基板内部への熱伝導によるの、いずれかにより、加熱が基板に入り込むことができるという条件付きで。

具体的に、除去すべき全ボリュームの直接加熱が可能でない、厚い基板に関して、溶融を経るためのレーザーの使用は、不利が現れ、他の手段を選択しなければならない。発明者らは、小さいボリュームの高効率加熱及び溶融が、高周波数（例えば１００ｋＨｚ−５０ＭＨｚ）高電圧（例えば１０００−２００００Ｖ）の印加で、好ましくは、ＤＣ ＨＶの印加のために使用される他の電極間で、達成されるということに気付いた。この高周波数ＡＣ電圧の印加は、中間にある基板が、キャパシタの誘電体として機能する、電気アークの形成に繋がる。電気アークの高温は、基板の局所的な溶融に繋がる。溶融材料は、たった小さな電気抵抗を示すので、溶融基板材料とまだより冷たい基板材料との間の界面について、この界面には、かなりのワット損が起こり、電気アーク／溶融材料の、サンプル中への素早い侵入（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）に繋がる。４ｍｍガラスと同じ厚さの基板でさえ、２秒未満を経て、容易に溶融され得る。熱伝導の必要なく、多くのシステムに関して、加熱を経ることが必要とされるサンプル材料、へのレーザーにより、この高効率が可能となる。

溶融材料はその後、ＤＣ ＨＶの印加により放出される。一実施形態において、加熱はそれ故、ＨＦ電圧の印加により達成され、ＤＣ電圧による重複の有又は無で続く。これは、例えば、ＤＣ高電圧源及び高周波数テスラ変圧器を、適切な回路又はスイッチを使用した電極に接続することにより、達成することができる。他の可能性のある加熱手段は、加熱フィラメント、加熱電極、ガスの炎といった、加熱要素を含む。

本発明に従って、上でさらに定義されたように、材料のボリュームは、適切な加熱手段を使用して溶融され、その後、ＤＣ高電圧の印加により基板から除去される。基板の材料の適切なボリュームが溶融されるという条件において、電圧の印加を発生させることが重要である。“適切な”とは、ボリュームが、ある表面から反対側の表面へと、基板の間中伸びること意味する。もしくは、ボリュームが、ある表面から基板内に伸びるが、反対側の表面には届かないということ、だけであっても良い。したがって、基板の厚さに依存して、加熱は、０ｍｓから１０ｓまでの範囲内の時間周期を取ることができる。如何なる理論に縛られることを望まず、その後の、材料の溶融ボリュームの除去は、電圧が大きく貢献するようである、場合によりジュール熱により引き起こされる、基板内の静電力及び圧力上昇により起こるということが、現在信じられている。

レーザーが使用される、一実施形態において、レーザーのスポットサイズ及びレーザー印加時間は、断面のサイズ、基板上の面積（ａｒｅａ）、溶融される材料のボリュームの深さを決定する。厚い材料（１５０μｍ以上）内のホールを経ることに関して有意には、基板材料を十分に貫通する、即ち、シリコン基板に関してＣＯ_２レーザーのように、基板の表面で完全には吸収されない、レーザーが、使用される。当業者は、選択される基板材料のタイプに依存して、そのようなレーザーを、完璧に決定することができる。その上、レーザーの波長は、特定の材料、並びにそれについての光学的、熱的、電気的及び物質的特性に、適合され得る。

本発明に係る方法を使用して最終的に発生したホールのサイズ（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）に関して、通常レーザー及び／又はＨＦ ＨＶ源である熱源及び印加される電圧の両方によって決定される。レーザーに関して、ホールサイズを決定するのは、より具体的には、レーザーのスポットサイズ及び印加時間である。印加される電圧に関して、ホールのサイズを決定するのは、より具体的には、そのような電圧の電圧振幅及び印加時間である。さらに、電圧源の電源インピーダンスは、同様にホールサイズに影響を及ぼす。もし電圧の印加時間を増やすなら、所定の材料及び所定の電圧に関して、ある印加時間を超えて、ホールサイズがこれ以上増加しないという意味で、飽和に達する。これは、ある電圧印加時間の後、全ての溶融材料がすでに除去されたという事実による可能性が最も高い。およそ１００μｍから３ｍｍまでの厚さの範囲内のガラス基板で、そのような飽和挙動は通常、数十ｍｓから数百ｍｓまでの電圧の印加の後に起こる。

しかしながら、ＤＣ ＨＶ源（＝ＤＣ源）がいつも、プロセス領域から全ての溶融材料を放出するのに十分なエネルギーを供する、通常の条件下で、ホール直径における最も有意な効果が、局所的な熱源及びこの熱源により溶融される領域に由来する。それ故、レーザー及び／又はＨＦ ＨＶの適用の時間及び大きさは、ホール直径をほとんど決定する。

いくつかの実施形態において、基板は、さらにまた、最初に加熱される、追加的に取り付けられる、絶縁層を有し、基板の加熱は、前記絶縁層を介して間接的に起こるということが言及されるべきである。

電圧の印加は、基板の反対側に設置された２つの電極により起こり、その電極は、一実施形態において、電圧源により同じく充電されるキャパシタに接続される。電源インピーダンスは、オーム抵抗（ｏｈｍｉｃ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）Ｒを使用して定義することができる。上述で説明されたように、電源インピーダンスも、ホール直径が、特定の印加時間間隔を仮定して電源インピーダンスに間接的に比例するという意味で、ホールサイズに影響を及ぼし得る。一貫した結果に関して、全ての溶融材料を放出するに十分な電気エネルギー（ＣＵ^２及び∫（Ｕ＊Ｉ）ｄｔ）を供し、先行する加熱工程によりホール直径を定義することが、有意であると示されている。

工程（ｂ）即ち加熱／溶融工程、の期間は、タイミングリレー／スイッチ又はタイミング及び制御ユニットを使用して、決定及び制御することができる。同様に、電圧の印加の期間もまた、タイミングリレー／スイッチ又はタイミング及び制御ユニットを使用してユーザー制御することができる。また、両方とも、遅れの有／無で、例えば、ある基板通過（ｔｒａｎｓ−ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）電流又は基板温度に達するとすぐに、発生するあるトリガー事象（ｔｒｉｇｇｅｒ ｅｖｅｎｔ）で、停止するといったように、調整することができる。ホール形成後の時間は、例えば基板内に熱的に誘導される張力を避けるための、冷却肯定を調整するために、より低い（低くしている）レーザー／加熱出力を使用することにより特徴付けることができる。

通常、一貫性があり、再現可能である、ホール形成プロセスのために、ホール開穴のために選択される、実施形態に全て又は一部の構成要素を制御するための、正確なタイミング及び同期化回路（例えば、マイクロコントローラーに基づいて、１ｍｓｅｃより良い識別能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ））を使用することが、有意であることが観察されている（図４参照）。

続いて、好ましい実施形態及び例として与えられ、かつ、説明のために与えられ、本発明を制限するためではない、図への参照がなされる。

図１は、基礎実験のセットアップの例を示す。基板Ｓは、高電圧源により充電されたキャパシタＣ（５０−２０００００ｐＦ）に接続された２つの電極（電極−基板ギャップ距離 ０．２−５ｍｍ）の間に設置された。薄型基板に関して、追加的な寄生容量Ｃｓが基板に亘って形成することができた。プロセス関連の（ｐｒｏｃｅｓｓ ｒｅｌｅｖａｎｔ）電源インピーダンスが、Ｒ（Ｒｉは実際の電圧源のＤＣインピーダンスである）により定義された。基板は、集束レーザー照射（１−１００Ｗ ＣＯ_２レーザー、〜１００−２５００μｍ フォーカルスポット）により、基板を直接加熱する又は絶縁層ＩＬを介して間接的に、のいずれかにより、局所的に加熱された。基板材料の溶融を誘導したレーザーについて、電圧は、電極間に印加され、基板から溶融材料をもたらした。電圧は、通常１０００−２５００００Ｖの範囲内であった。電極に完全な作動電圧を即座に供するために、キャパシタＣは充電され、電圧印加時間に達する途端に、高速リードリレーのような、スイッチを介して電極に接続された。電圧／磁場印加に関する正確な瞬間は、高インピーダンス（例えば１０ＧΩ）抵抗を使用して、電極に接続された（例えば同じ）高電圧供給を使用するレーザー加熱での、基板抵抗及びその変化を測定すること、及び、基板コンダクタンスの関数である派生電流を測定することによっても、決定することができる。基板コンダクタンスは、さらに、基板温度の関数である。

図２は、溶融のためのＨＦ ＨＶ（高周波数高で夏ＡＣ）源及び溶融材料の抽出のためのＤＣ ＨＶ（ＤＣ高電圧）源を使用する実験のセットアップを概略的に示す。プロセスは通常、ＨＦ ＨＶで駆動された電気アークを導くために、レーザーＬ（１−１００Ｗ ＣＯ_２レーザー、〜１００−２５００μｍ フォーカルスポット）で短い時間照射することにより、サンプルＳ上のプロセス領域を定義することによって開始される。レーザー及びＨＦ ＨＶ印加は、溶融時間の一部に関して、通常重複する。溶融は通常、電力消費量のような、ＨＦ ＨＶ源ＨＦＧ（高周波数発生器）の特性を観察することにより、ずっと（ｔｈｒｏｕｇｈ）検出される。このトリガー信号について、溶融は、結果として商事ホールをさらに拡大するために、数ミリ秒の間、続けても良い。溶融が終わった後、又は少し前に、ＤＣ ＨＶ源ＤＣＳ（ＤＣ源）は、スイッチを使用して、電極Ｅ上に接触される。ＤＣ放電を導き、それによりフラッシュオーバーを避けるために、短レーザーパルスを、ＤＣ印加の開始に集中して、基板に印加しても良い。マイクロコントローラーのような、適切なタイミング回路が、構成要素のタイミング（オン／オフ）を制御する。マイクロコントローラーは、レーザー出力、電圧振幅のような、個々の構成要素の出力パラメータを設定し、管理するように使用しても良い。

通常１００μｍ^２−４００ｍｍ^２の領域を対象にする、加熱フィラメントＨは、プロセスの間、上昇したサンプル温度を維持するために熱を供することができ、したがって、ホール形成の後、冷却プロセスの間、形成する機械的張力による、サンプルの亀裂を防ぐ。Ｈの温度は、パワーサプライＨＰＳ（加熱パワーサプライ）により設定される。ガスチューブＧＴは、プロセスの間、サンプルの体積を避ける及び／又は除去するための、加熱されても良い、ガスの流れを供することができる。

図３は、図２（上部パネル）で示されるような高電圧ＤＣ−ＨＦスイッチの実行できる具体化（ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ）（下部パネル）を概略的に示す。ＨＦ ＨＶ源は、電極Ｅに直接接続される。随意に、ＨＦ電流に実質的な抵抗を供さない小さいキャパシタＣが、電極上に加えられたＤＣ電圧からＨＦ ＨＶ源を切り離すよう、導入されても良い。スパークギャップＳＧは、リレー及びＤＣ ＨＶ源から電極を隔て、機能しているときに、ＨＦ電圧が、リレーを通じてＤＣ源に入るのを妨げる。スパークギャップの点火電圧は、それ故、ＨＦ ＨＶ源の出力電圧よりも高くなければならない。しかしながら、ＤＣ ＨＶ電圧よりも小さいＳＧ点火電圧を選択することにより、ＨＶリレーを閉じるときに、ＤＣ ＨＶ構成要素は、スパークギャップを乗り越え（ｏｖｅｒｃｏｍｅ）、電極に達することができる。通常、ＨＦ ＨＶのオンの時間と、ＤＣ ＨＶのオンの時間との間の重複は小さく、およそ０−１０ｍｓｅｃである。ＨＶリレー、例えばリードリレー、は、制御回路に接続される。スパークギャップは、ＨＦ部の反対側の端部を、幾分適切な絶縁している機械的基部（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂａｓｅ）に取り付けることにより、電極に関する取り付けデバイス（ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）として役目を果たしても良い。

図４は、ＨＦ ＨＶ源として適切な、簡易ＨＦ ＨＶ発生器を概略的に示す。発生器は、テスラ変圧器として組み立てられ：２つのＬＣ回路が互いに結合される。回路Ｌ１Ｃ１は、Ｃ２が、通常、Ｌ２で形成する固有キャパシタンス（ｉｎｈｅｒｅｎｔ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）である、第２の回路Ｌ２Ｃ２を駆動する。Ｌ１は通常、１０−６０ｍｍの間の直径、１０−１０００μＨのインダクタンス、好ましくは２５−５００μＨのインダクタンスを有する、第２のコイルの周り（内側又は外側で実行できる）の、プリント基板（ＰＣＢ）上の、１又は数巻きのワイヤ又は伝導性ループで構成される。２次コイルのアイゲンシュヴィングングに比例した電圧が、抵抗Ｒに亘って駆動され、ＭＯＳＦＥＴドライバ（例えばＤＥＩＣ４２０）を駆動する高速コンパレータ（例えば、ＡＤ８５６１）を使用してデジタル化される。ＭＯＳＦＥＴドライバは、さらに、適切に高速で高出力ＭＯＳＦＥＴ ＭＦ（例えば、ＩＸＺ２１０Ｎ５０Ｌ）を駆動する。それにより、１次回路を、２次ＬＣ回路のアイゲンシュヴィングングで振動させる。１次及び２次ＬＣ回路は、Ｃ１を使用して調整することができる。出力電圧は、１次電圧Ｖを調節することにより制御することができる。主に使用された通常の周波数は、１００ｋＨｚ−３０ＭＨｚの間であった。

図５は、５００μｍの厚さのＡＦ３２ガラスにおける、ホール形成プロセスのタイミングチャート及び振幅図を示す。プロセスは、２５Ｗ ＣＯ_２レーザー（濃い灰色の棒、レーザーオン）の起動より始まる。その後まもなく、かつ、わずかに重複して、ＨＦ ＨＶ源（４ＭＨｚ、略４０００Ｖ）が起動される（中間の灰色の棒、ＨＦオン）。左側の鉛直線（ＨＦ電流始動）は、基板の貫通溶融（ｔｈｒｏｕｇｈ ｍｅｌｔｉｎｇ）の開始を示し、１次ＨＦ ＨＶ電流（図不示）の実質的な増加により検出される。同時に、ＤＣ電圧（明るい灰色の棒、ＤＣオン）が、リレー（図２、３）でスイッチすることにより、電極に送られる。これは、リレーのイナーシャ（ｉｎｅｒｔｉａ）により、略２−３ｍｓｅｃの遅れで起こる。リレーがいよいよ電極上にＤＣ ＨＶを加えるとき、レーザーは、ＤＣ放電位置を保証する第２の時間、作動される。ＤＣ放電の間、ＤＣ電圧は減少し（左側の灰色の曲線、左側の目盛り）、ＤＣ電流は増加する（濃い灰色の曲線、右側の目盛り）。右側の鉛直線（ＤＣ電流始動）は、ＤＣ電流の実質的な増加により検出された、ＤＣ放電の発生を示す。この時、ＤＣパワーサプライは、キャパシタＣ（図１）が放電するよう、停止される。さらに、ＤＣパワーサプライは、キャパシタを再充電し、ＤＣ放電時間を延ばすように、ＤＣ電流始動時間に関して、遅れて停止することができる。ＨＦ ＨＶオン時間は、ホール直径を制御するよう使用された。

図６は、１００μｍの厚さのＤ２６３Ｔガラスにおける、１１０μｍの領域内のホールの配列を示す。２４７μｍのピッチは、ＤＣ電圧１．８ｋＶ、Ｃ＝５．６ｎＦ、Ｒ＝１００Ω、２０Ｗ、 ＤＣ電圧が電極に切り替えられる（ｓｗｉｔｃｈｅｄ）前、４ｍｓｅｃ間、２０ＷでのＣＯ_２レーザー加熱の、図５で述べられたプロセスで達成された。

図７は、５ｋＶのＤＣ電圧、Ｃ＝５．６ｎＦ、Ｒ＝１００Ω、４００ｍｓｅｃ間、１２ＷでのＣＯ_２レーザー加熱、電圧は、加熱の２００ｍｓｅｃ後に電極に切り替えられ、２００ｍｓｅｃ間継続された、を使用して、０．５ｍｍの石英ガラス中に形成された、４００μｍのピッチを有する直径１００μｍのホールの配列を示す。

図８は、５００μｍの厚さのＡＦ３２ガラス中に形成された、２５０μｍのピッチを有する直径５０μｍのホールの配列を示す。位置調整のための第１のレーザーパルスは２２Ｗ、２２ｍｓｅｃであり、０．５ｍｓｅｃのＨＦ加熱の重複が印加され、貫通溶融の検出（ＨＦ電流増加による）の後、２２Ｗを有する第２のレーザーパルスが１ｍｓｅｃ間印加され、この第２のパルスの範囲内で、ＤＣ電圧（１０ｋＶ、Ｃ＝５．６ｎＦ、Ｒ＝１００Ω）が電極に切り替えられた。

図９は、０．４ｍｍの厚さのムライト（特有のガラスセラミック）中に形成された、１．２ｍｍの距離での、直径２５０μｍのホールの配列を示す。使用されたパラメータは、５ｋＶのＤＣ電圧、Ｃ＝１１．２ｎＦ、Ｒ＝０Ω、４０ｍｓｅｃ間、２４ＷでのＣＯ_２レーザー加熱で、ＤＣ電圧は、レーザーのスイッチオフの事象中に電極に切り替えられた。

図１０は、図６で示されたＤ２６３Ｔガラス基板サンプルから得られた、プロセスの間排出された、フィラメント状構造のＳＥＭ画像を示す。

図１１は、（Ａ）０．２６ｍｍ直径のホールを有するＤ２６３Ｔガラス基板（厚さ０．３ｍｍ）を示す。パラメータ：Ｒ＝０Ω、Ｃ＝１ｎＦ、レーザースポットサイズ 略２５０μｍで、１００００ＶのＤＣ電圧が、ＣＯ_２レーザー２５Ｗ／７５％での加熱の２００ｍｓｅｃ後に電極に切り替えられ、４００ｍｓ間継続された。（Ｂ）各々、ブラインドホール又は凹部のＳＥＭ画像。ＳｃｈｏｔｔＤ２６３Ｔ。厚さ３００μｍ、レーザー２５Ｗ、ＣＯ_２、７５％で、３００μｍのスポットサイズ。ＤＣ電圧＝３ｋＶ。

明細書、特許請求の範囲及び／又は添付の図面で開示された本発明の特徴は、個別に及びそれらの如何なる組み合わせでの両方で、それらの種々の形態で本発明を実現するための、資料となり得る。

Claims (46)

1. （ａ）室温で電気的絶縁性である又は半導体である基板を供する、基板供与工程、
   （ｂ）第１の熱源を使用して前記基板の材料のボリュームを加熱することにより、前記基板の材料の前記ボリュームを溶融する工程であって、前記ボリュームは前記基板の第１の表面から前記基板の第２の表面へと、完全に又は部分的に伸び、前記第２の表面は前記第１の表面と反対側にある、溶融工程、及び
   （ｃ）電圧源に接続され、前記基板の両側で、前記基板から隔てて配置された２つの電極を使用して、前記基板に亘って電圧を印加することにより、前記工程（ｂ）の結果である材料の溶融した前記ボリュームを除去する、除去工程、
   を含む、
   電気的絶縁性である又は半導体である基板中に、ホール若しくは凹部若しくはくぼみ又はそれらの配列を作り出す方法。
2. 前記工程（ｂ）の前記ボリュームは、管状形又は柱形又は円錐形を有し、
   前記ボリュームは、前記第１の表面から前記基板を通って前記第２の表面へと伸び、かつ、前記基板の厚みの長さを有する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記工程（ｂ）の前記ボリュームは、管状形又は柱形又は円錐形を有し、前記第１の表面から前記第２の表面へと完全には伸びず、
   前記工程（ｃ）は、ブラインドホール、凹部又はくぼみをもたらす、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記工程（ｃ）は、材料の前記ボリュームが溶融された時点で開始される、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）の開始からある時間間隔ｔで開始され、
   前記時間間隔は、０ｍｓから１０ｓまでの範囲内である、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記工程（ｃ）で印加される前記電圧は、定電圧又は単極電圧である、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記電圧は、１ｋＶから２５０ｋＶまでの範囲内にあるＤＣ電圧を印加することにより印加される、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記電圧は、０．１ｍｓから１０ｓまでの範囲内にある時間周期で印加される、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記電圧は、１０ｋＨｚより大きい周波数を有する交流（ＡＣ）電圧で、前記工程（ｃ）の全て又は一部で、重ねあわされる、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記第１の熱源は、１つのレーザー又は複数のレーザー、高周波高電圧源又はテスラ変圧器である高周波数でＡＣ電圧を供することができるデバイス、加熱要素、加熱フィラメント、加熱電極、ガスの炎、又はそのような熱源の組み合わせから選択される、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第１の熱源は１つのレーザーである、請求項１０に記載の方法。
12. 前記レーザーは、１−１００００Ｗの出力を有する、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記レーザーは、前記基板上への照射時に、前記基板の材料を貫通することができる光を放ち、前記光は、前記基板上への照射時に、前記基板の表面に完全には吸収されない又は反射されず、前記表面下部の基板領域においても貫通する、
    請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記レーザーは、前記基板上への照射時に、前記基板の表面で完全に吸収され、
    材料の前記ボリュームは、内部熱伝導により加熱される、
    請求項１１又は１２に記載の方法。
15. 前記レーザーは、表面上に光を放つとき、１μｍから１５０００μｍまでの範囲内の径を有するフォーカルスポットを有する、
    請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記レーザーは、前記工程（ｂ）の間、前記基板の材料の前記ボリュームを、１ｍｓから１０ｓまでの時間周期で、照射する、
    請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記第１の熱源は、高周波数でＡＣ電圧を供することがデバイス、又は高周波高電圧源（ＨＦ−ＨＶ源）であり、
    前記工程（ｂ）は、前記基板に亘って高周波数高電圧の印加により実行され、
    前記高周波数高電圧は、工程（ｃ）で使用される前記電極を使用して印加される、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記高周波数高電圧は、１００Ｖから１００ｋＶまでの範囲内の振幅を有し、
    前記高周波数高電圧は、５０ｋＨｚから１ＧＨｚまでの範囲内の周波数を有し、
    前記高周波数高電圧は、０．１ｍｓから５ｓまでの範囲内の時間周期で印加される、
    請求項１７に記載の方法。
19. 前記工程（ｂ）は、第１のサブ工程（ｂ１）及び第２のサブ工程（ｂ２）を含み、
    前記サブ工程（ｂ２）において、前記高周波数高電圧は、前記基板のある領域に前記基板に亘って、請求項１７又は請求項１８で定義されたような方法により印加され、
    前記サブ工程（ｂ１）において、前記領域は、当該領域にレーザーパルスを印加することにより、当該領域を予熱することで定義される、
    請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 前記予熱することは、０．１ｍｓから１００ｍｓまでの範囲内の時間周期で起こる、
    請求項１９に記載の方法。
21. 前記サブ工程（ｂ１）及び前記サブ工程（ｂ２）は、０．００１ｍｓから１００ｍｓまで、重複する、
    請求項１９又は２０に記載の方法。
22. 前記工程（ｃ）は、第１のサブ工程（ｃ１）及び第２のサブ工程（ｃ２）を含み、前記サブ工程（ｃ２）において、前記ＤＣ電圧は、前記基板のある領域に前記基板に亘って、
    請求項７又は８で定義されたような方法により印加され、
    前記サブ工程（ｃ１）において、前記領域は、当該領域にレーザーパルスを印加することによって定義される、
    請求項１７乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記サブ工程（ｃ１）で印加されるレーザーパルスは、予め前記サブ工程（ｂ１）で定義されている同じ領域に印加される、
    請求項２２に記載の方法。
24. 前記サブ工程（ｃ１）は、前記サブ工程（ｂ１）後すぐに、又は、サブ工程（ｂ１）の終わりから、０．１ｍｓから５０００ｍｓまでの範囲内の時間間隔で、実行される、
    請求項２２又は２３に記載の方法。
25. 前記サブ工程（ｃ２）は、前記基板に亘る電流の増加、前記基板に亘る電圧振幅の減少、
    前記高周波高電圧源の出力電流の増加、前記高周波高電圧源の入力電流の増加又は前記高周波高電圧源の出力電圧の減少、の検出で開始される、
    請求項２２乃至２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記ホール又は凹部又はくぼみは、５０μｍより大きい、直径を有する、
    請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記ホール又は凹部又はくぼみは、５ｍｍより小さい直径を有する、
    請求項２６に記載の方法。
28. 前記ホール又は凹部又はくぼみは、５０μｍから３ｍｍまでの、範囲内の直径を有する、
    請求項２６又は２７に記載の方法。
29. 前記基板は、ガラス、石英、ダイヤモンド、アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、ジルコニア及びスピネルから選択される、電気的絶縁性である材料で作られる、又は、ドープシリコン及び結晶シリコンを含む元素シリコン、ゲルマニウム、化合物半導体、ガリウム砒素、並びにリン化インジウムから選択される、電気的に半導体である材料で作られる、
    請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 前記工程（ｂ）での前記加熱すること及び前記工程（ｃ）での前記電圧を印加することの期間は、１つのタイマーリレー／スイッチ又は２つの独立したタイマーリレー／スイッチにより決定かつユーザー制御され、
    前記期間の各々は、各々独立して制御され、又は、特定の基板電流、前記基板の温度、前記基板に亘る電圧振幅、前記電圧源の出力電流、又は前記電圧源の出力電圧から選択される、到達するあるプロセス条件で始動するトリガーデバイスにより両方制御される、
    請求項１乃至２９のいずれか一項に記載の方法。
31. 前記第１の熱源は、前記工程（ｃ）における前記ホール又は凹部又はくぼみ形成の後、完全には停止されず、
    前記第１の熱源は、前記基板の冷却挙動を調整し、それにより前記基板内の熱ストレスの形成を制御／妨げるように、当該第１の熱源の加熱作動を減らされる、
    請求項１乃至３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 前記工程（ｃ）の実行の前、間及び／又は後、１００℃から８００℃までの範囲内の温度に加熱されるガスのフローが、前記基板で、前記工程（ｃ）が実行される領域に方向付けられる、
    請求項１乃至３１のいずれか一項に記載の方法。
33. 前記電極の一方は、第２の熱源又は加熱フィラメント、により形成され又は囲まれ、
    前記第２の熱源又は前記加熱フィラメントは、５０℃から９００℃までの範囲内の温度で、前記基板を加熱及び維持する、
    請求項１乃至３２のいずれか一項に記載の方法。
34. 前記電極は、前記電圧源に接続された、５０から２０００００ｐＦまでのキャパシタンスを有するキャパシタに接続される、
    請求項１乃至３３のいずれか一項に記載の方法。
35. 前記基板は、０．１ｍｍから１０ｍｍまでの厚さを有する、
    請求項１乃至３４のいずれか一項に記載の方法。
36. 前記電極の各々は、前記基板から０．２ｍｍから２５ｍｍまでの距離で配置される、
    請求項１乃至３５のいずれか一項に記載の方法。
37. 前記工程（ｂ）及び／又は前記工程（ｃ）の間若しくは前記工程（ｃ）の後、前記基板は、前記電極及び前記第１の熱源に対して、所定の距離だけ動かされる、
    請求項１乃至３６のいずれか一項に記載の方法。
38. 前記基板の前記移動の後、前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）が繰り返される、
    請求項３７に記載の方法。
39. 前記基板の前記移動及び前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）は、ｎ回繰り返され、
    ｎ＋１は、形成される配列中の、ホール又は凹部又はくぼみ又はブラインドホールの数を意味する、
    請求項３７又は３８に記載の方法。
40. 第１の電極及び第２の電極、
    スイッチ、
    高周波高電圧源、
    ＤＣ源
    タイミング及び制御ユニット、及び
    基板を保持するための手段、
    を含み、
    前記第１の電極は接地又は参照電極であり、
    前記第２の電極は、前記基板に電圧を印加するための電圧電極であり、
    前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記基板を保持するための手段の両側で設置され、
    前記第２の電極は、前記スイッチに接続され、
    前記スイッチは、前記高周波高電圧源及び前記ＤＣ源に並列に接続され、
    前記高周波高電圧源、前記ＤＣ源、前記スイッチ及び前記第１の電極は、前記タイミング及び制御ユニットに接続される、
    請求項１乃至３９のいずれか一項に記載の方法を実行するためのデバイス。
41. 前記スイッチは、ＤＣ電圧及び高周波数ＡＣ電圧を、前記第１の電極及び前記第２の電極に送り、
    前記第２の電極に関する前記高周波高電圧源への、直接の又はキャパシタを通じてのいずれかの接続を含み、
    前記第２の電極に関する前記ＤＣ源への、リレー及びスパークギャップを通じた接続を含み、
    前記リレー及び前記スパークギャップは、連続して接続される、
    請求項４０に記載のデバイス。
42. 前記リレーは、１０ｋＶより大きいスイッチング電圧を有するリードリレーであり、
    前記スパークギャップは、５００Ｖから２５０００Ｖまでの範囲内の点火電圧を有し、
    前記スイッチは、前記第２の電極に関する前記高周波高電圧源への、０．１ｐＦから１００００ｐＦまでの範囲内のキャパシタンスを有するキャパシタを通じた接続を有する、
    請求項４１に記載のデバイス。
43. 前記タイミング及び制御ユニットに接続され、所定の位置で前記基板を保持するための手段により保持される前記基板を加熱することができる、レーザー又は加熱フィラメント又は加熱板である、第１の熱源をさらに含む、
    請求項４０乃至４２のいずれか一項に記載のデバイス。
44. 前記基板に加熱ガスのフローを方向付ける、手段をさらに含む、
    請求項４０乃至４３のいずれか一項に記載のデバイス。
45. 前記第１の電極は、参照電極であり、前記参照電極は、所定の温度又は所定の温度範囲に、前記基板全体又は前記基板の一部を加熱する、第２の熱源若しくは加熱フィラメントにより囲まれる又は第２の熱源若しくは加熱フィラメントを形成し、
    前記第２の熱源は、加熱パワーサプライを有し、該加熱パワーサプライを通じて、前記タイミング及び制御ユニットに接続される、
    請求項４０乃至４４のいずれか一項に記載のデバイス。
46. １次ＬＣ回路及び２次ＬＣ回路を含み、前記１次ＬＣ回路と２次ＬＣ回路は結合され、前記１次ＬＣ回路は、１−２０巻きのワイヤ又は伝導ループを含む１次コイルを有し、前記２次ＬＣ回路は、１０μＨから１０００μＨまでの範囲内のインダクタンスを有する２次コイルを有し、前記２次コイルは、レジスタを介してアース端子に接続される、テスラ変圧器、
    コンパレータ、
    ＭＯＳＦＥＴドライバ、
    ＭＯＳＦＥＴ、
    を含み、
    前記コンパレータは、前記２次コイル及び前記ＭＯＳＦＥＴドライバに接続され、前記ＭＯＳＦＥＴドライバは、前記１次ＬＣ回路に接続される前記ＭＯＳＦＥＴに接続され、操作の間、前記２次コイルのアイゲンシュヴィングングに比例した電圧が、レジスタに亘って得られ、かつ、前記ＭＯＳＦＥＴドライバを駆動する前記コンパレータを使用してデジタル化され、さらに、前記ＭＯＳＦＥＴドライバは、前記ＭＯＳＦＥＴを駆動し、したがって、前記２次ＬＣ回路と前記１次ＬＣ回路との間のフィードバックを供し、前記１次ＬＣ回路を、前記２次ＬＣ回路のアイゲンシュヴィングングで振動させる、
    請求項４０乃至４５のいずれか一項に記載のデバイスで使用するための、高周波高電圧源。

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