使用多個dc電壓輸出的基板鑽孔裝置以及使用該裝置的基板鑽孔方法
2023-04-27 06:43:21
使用多個dc電壓輸出的基板鑽孔裝置以及使用該裝置的基板鑽孔方法
【專利摘要】本發明涉及一種基板(5)鑽孔裝置，特別涉及一種用於在電絕緣或半導體的基板(5)中生成孔或凹部或阱的裝置，更具體地，一種用於在電絕緣或半導體的基板(5)中生成多個孔或凹部或阱的裝置。本發明還涉及一種基板(5)鑽孔方法。此外，本發明涉及基板(5)鑽孔裝置的用途。
【專利說明】使用多個DC電壓輸出的基板鑽孔裝置以及使用該裝置的 基板鑽孔方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基板鑽孔裝置，特別涉及一種用於在電絕緣或半導體基板中生成 孔或凹部或阱的裝置，更具體地，一種用於在電絕緣或半導體基板中生成多個孔或凹部或 阱的裝置。本發明還涉及一種基板鑽孔方法，特別涉及一種用於在電絕緣或半導體基板中 生成孔或凹部或阱的方法，更具體地，一種用於在電絕緣或半導體基板中生成多個孔或凹 部或阱的方法。此外，本發明涉及基板鑽孔裝置的使用。
【背景技術】
[0002] W0 2005/097439和W0 2009/059786公開了通常使用切換器將電壓間歇施加 至基板來在基板中生成結構的方法。這些在先申請的孔在以陣列形式呈現時，通常要求 相鄰孔之間距離大（通常>lmm)，以在沒有絕緣層的情況下生成陣列期間避免閃絡。TO 2011/038788和W0 2010/063462公開了將電壓施加至基板來在基板中生成結構的方法，其 允許製造小節距（通常〈1mm)的孔陣列。由於必需將高電壓電容器再充電至打開孔所需的 能量以及由於切換器的最大（固有）切換速率，對於生成多個孔的情況，這些方法在速度上 受到限制。因此，在現有技術中，存在例如在生成結構或孔陣列時增加能夠將電能供給至基 板的速率的需求。
【發明內容】
[0003] 因此，本發明的目的是提供一種基板鑽孔裝置及方法，特別是用於在基板中生成 多個孔或凹部或阱的裝置及方法，其中，該裝置及方法能夠以例如大於10個孔每秒的高速 度（即重複速率為lor 1，即以少於100ms生成一個孔），優選地甚至比大於100個孔每秒的 速度（即重複速率為100s'即以少於10ms生成一個孔）更快地生成多個孔或凹部或阱。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0004] 圖1示出根據本發明的裝置的一般設置；
[0005] 圖2A和2B示出圖1的替代表示形式；以及
[0006] 圖3A和3B示出圖2A和2B的實施例的其它表示形式。
【具體實施方式】
[0007] 本發明的目的可以由用於對電絕緣或半導體基板進行鑽孔、特別是用於在基板中 生成多個孔或凹部或阱的裝置來解決，所述裝置包括：
[0008] AC電壓源；
[0009] DC電壓源；
[0010] 第一電極和第二電極；
[0011] 用戶可編程的定時控制單元；
[0012] 雷射器，
[0013] 其中，所述第一電極是接地電極，所述第二電極是用於將電壓施加至所述基板的 電壓電極，
[0014] 所述AC電壓源連接至所述第二電極，
[0015] 所述DC電壓源具有也連接至所述第二電極的DC電壓輸出，所述DC電壓源包括多 個DC電壓供應器和多個切換器，各個所述DC電壓供應器包括用於存儲離散量的電能的電 容器，各個所述DC電壓供應器具有從所述多個切換器中選擇分配的切換器，各個所述DC電 壓供應器經由其自身所分配到的切換器而連接至所述DC電壓輸出，使得由通過並聯的所 述多個切換器而與所述DC電壓源的所述DC電壓輸出相連接的所述多個DC電壓供應器來 饋送所述DC電壓源的所述DC電壓輸出，
[0016] 所述雷射器、所述AC電壓源、所述DC電壓源以及所述多個切換器連接至所述定時 控制單元並且被所述定時控制單元控制。
[0017] 在一個實施例中，所述多個切換器使得能夠將DC電壓以高於單個切換器的切換 速率的速率從任一所述DC電壓供應器施加至所述基板。
[0018] 在一種實施例中，所述多個切換器是相同類型的切換器。
[0019] 在一個實施例中，所述多個切換器是觸髮式火花隙、舌簧繼電器、閘流管、放電管 或者晶閘管。
[0020] 在一個實施例中，經由所述第二電極所施加的電壓是AC電壓、DC電壓或者這兩者 的組合。
[0021] 在一個實施例中，所述第一電極和所述第二電極的位置被配置為使得用於保持所 述基板的部件所保持的基板位於所述第一電極和所述第二電極之間。
[0022] 在一個實施例中，所述第一電極是尖端電極（pointed electrode)。
[0023] 在另一實施例中，所述第一電極不是尖端電極，並且具有平坦的平面表面。
[0024] 在一個實施例中，所述第一電極是所述用於保持所述基板的部件的一部分。
[0025] 在一個實施例中，將DC電壓施加至所述基板的所述速率比與所述多個切換器相 同類型的單個切換器的最大切換速率快至少1. 2倍，優選為至少1. 5倍，優選為至少2倍， 更優選為至少4倍，更優選為至少5倍，甚至更優選為至少6倍、7倍、8倍、9倍或10倍。
[0026] 在一個實施例中，將DC電壓施加至基板的所述速率Mms'優選Wms' Mms' >4ms \ >5ms \ >6ms \ >7ms \ >8ms \ >9ms 1 或 >10ms、
[0027] 本發明的目的也通過使用根據本發明的用於對基板特別是電絕緣或半導體基板 進行鑽孔的裝置來解決。
[0028] 本發明的目的也可以通過用於對基板進行鑽孔、特別是用於使用根據本發明的裝 置在基板中生成多個孔或凹部或阱的方法來解決，所述方法包括以下步驟：
[0029] a)提供根據權利要求1?10中任一項所述的裝置以及在室溫下是電絕緣或半導 體的基板，將所述基板放置在所述第一電極和所述第二電極之間；
[0030] b)通過使用所述雷射器和/或施加至所述基板的AC電壓來加熱所述基板的一定 量的材料以熔化所述一定量的材料，所述一定量的材料從所述基板的第一表面完全或部分 延伸至所述基板的第二表面，所述第二表面在所述第一表面的相反側；
[0031] C)通過使用所述第二電極施加跨所述基板的DC電壓來去除由步驟b)所產生的所 熔化的一定量的材料，從而將所規定的量的電能施加至所述基板並且從所述基板耗散所述 電能，其中，所述第二電極與所述DC電壓輸出相連接並且放置於所述基板的相反側的與所 述基板相距一定距離處；
[0032] d)將所述基板移動所規定的距離；以及
[0033] e)重複步驟 b)?步驟 d)n 次，其中 η>1，優選地，n>100、1000、10000、100000、 1000000、5000000或10000000,其中步驟e)中的重複的速率由步驟C)中將所述DC電壓施 加至所述基板的速率來定義。
[0034] 本發明人已發現，與現有技術的方法和裝置相比，還能夠增加和改善供應開孔DC 電壓的速率，以使得在例如生成孔陣列時能夠實現較高的速度。這是根據本發明通過並聯 多個DC電壓供應器來實現的。根據本發明的實施例，DC電壓源包括多個DC電壓供應器，其 中，該多個DC電壓供應器經由並聯的多個切換器而全部並聯連接至DC電壓源的輸出。各 DC電壓供應器具有分配給其自身的切換器，並且各所述DC電壓供應器通過其所分配到的 切換器而連接至DC電壓源的輸出。通過適當地控制並聯的切換器，能夠實現極高速率的DC 電壓放電，從而經由多個切換器中的一個切換器以給定時間施加 DC電壓。通過以使並聯的 切換器以偏移的方式處於導通狀態的方式控制多個切換器，從而能夠實現實質上比僅使用 單個切換器和單個DC電壓供應器的情況下的速率高的DC電壓施加速率。這是因為單個切 換器由於其固有的切換速率/恢復速率而在其切換能力方面具有內在限制。通過選擇適當 數量的切換器和通過適當並聯這些切換器，各切換器將其各自的DC電壓供應器連接至DC 電壓源的輸出，能夠實現實質上比單個切換器各自的最大切換速率高的DC電壓供應速率。
[0035] 對切換器和DC電壓供應器的控制以及由此對DC電壓源和AC電壓源的控制是通 過通常由用戶可定義或用戶可編程的定時控制單元而實現的。因此，用戶能夠決定和判斷 是否經由第二電極將純AC電壓、純DC電壓或這兩者的疊加施加至基板。此外，用戶能夠通 過以下方式定義和確定施加 DC電壓的速率：以偏移方式適當地對切換器進行定時，使得對 它們各自的導通狀態進行定時，從而以比僅使用單個DC電壓供應器的情況下的速率明顯 高的速率來（從不同DC電壓供應器）施加 DC電壓。
[0036] 這裡所使用的術語"多個"意指至少2個、優選至少10個、優選至少20個、更優選 至少50個例如切換器、DC電壓供應器等的單元。
[0037] 術語"AC電壓源"意指能夠優選以高頻率來生成AC電壓的電壓源。這裡所使用 的術語"AC電壓源"可以與如"高頻率發生器"、"HF發生器"和"HFHV源"（HF =高頻率；HV =高電壓）的表達同義地和互換地的使用。術語"DC電壓源"意指能夠生成DC電壓的電壓 源。在本發明的實施例中，DC電壓源包括多個DC電壓供應器。根據本發明實施例的DC電 壓源具有DC電壓輸出，並且在根據本發明的實施例的DC電壓源內，存在多個DC電壓供應 器，其中各DC電壓供應器連接至DC電壓輸出，並且DC電壓供應器經由其各自所分配到的 切換器而並聯連接至所述DC電壓輸出。不同DC電壓供應器之間的切換能夠經由各切換器 來實現，其中向各DC電壓供應器各自分配一個切換器。因此，多個DC電壓供應器的數量與 多個切換器的數量相等，其中，切換器各自被分配至各DC電壓供應器。通常地，根據本發明 的實施例，多個切換器僅包括相同類型的切換器。在優選的實施例中，多個切換器是觸髮式 火花隙（triggered spark gap) 〇
[0038] 以並聯方式使用多個切換器和多個DC電壓供應器，實質上能夠增加能夠將DC電 壓施加至基板的速率。
[0039] 在下文中，現在參考附圖，其中圖1示出根據本發明的裝置的一般設置，其示出激 光器15、DC電壓源14以及高頻率高電壓源（"HF"）12,它們各自連接至控制單元11，並且 通過切換器13來實現切換。E1和E2分別表不第一和第二電極。S表不基板。利用從雷射 器15發射出的雷射來照射基板S。
[0040] 圖2A和圖2B示出圖1的替代表示形式，其中，圖2A僅示出單個DC電壓源14,而 在圖2B中，根據本發明的實施例，示出兩個或更多個DC電壓源14-1?14-N(N>1)的並聯 版本，其包括兩個或更多個並聯的切換器13-1?13-N。HF源12可以包括耦合電容器。各 DC電壓源14可以包括存儲電容器以及電感、耗散和/或電容性的電路組件，如L、R及C。
[0041] 圖3A和圖3B示出圖2A及圖2B的實施例的其它表示形式，更詳細地，所提供的 "TSG"是"觸髮式火花隙"的縮寫。％表示DC電壓供應器的實際電壓源，C D。是被電壓源充 電至打開孔所需要的能量的高電壓電容器，氏表示電壓供應器的內部阻抗，E1和E2分別表 示第一電極和第二電極，S表示基板，HF指高頻率高電壓源。C。表示耦合HF電容器。
[0042] 在說明書、權利要求書和/或附圖中所公開的本發明的特徵既可以單獨地也可以 以其任何組合來作為用於以其各種形式來實現本發明的材料。
[0043] 本申請基於並要求2012年2月10日所提交的歐洲專利申請12154934. 9的優先 權的權益，其全部內容通過引用併入本申請中。
[0044] 工業應用件
[0045] 本發明可適用於通過雷射鑽孔在電絕緣或半導體基板中形成孔或凹部或阱。
【權利要求】
1. 一種用於對電絕緣或半導體的基板進行鑽孔以在所述基板中生成多個孔或凹部或 阱的裝置，所述裝置包括： AC電壓源； DC電壓源； 第一電極和第二電極； 用戶可編程的定時控制單元； 雷射器， 其中，所述第一電極是接地電極，所述第二電極是用於將電壓施加至所述基板的電壓 電極， 所述AC電壓源連接至所述第二電極， 所述DC電壓源具有也連接至所述第二電極的DC電壓輸出，所述DC電壓源包括多個DC 電壓供應器和多個切換器，各個所述DC電壓供應器包括用於存儲離散量的電能的電容器， 各個所述DC電壓供應器具有從所述多個切換器中選擇分配的切換器，各個所述DC電壓供 應器經由其自身所分配到的切換器而連接至所述DC電壓輸出，使得由通過並聯的所述多 個切換器而與所述DC電壓源的所述DC電壓輸出相連接的所述多個DC電壓供應器來饋送 所述DC電壓源的所述DC電壓輸出， 所述雷射器、所述AC電壓源、所述DC電壓源以及所述多個切換器連接至所述定時控制 單元並且被所述定時控制單元控制。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述多個切換器使得能夠將DC電壓以高於單個 切換器的切換速率的速率從任一所述DC電壓供應器施加至所述基板。
3. 根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述多個切換器是相同類型的切換器。
4. 根據權利要求1?3中任一項所述的裝置，其中，所述多個切換器是觸髮式火花隙、 舌簧繼電器、閘流管、放電管或者晶閘管。
5. 根據權利要求1?4中任一項所述的裝置，其中，經由所述第二電極所施加的電壓是 AC電壓、DC電壓或者這兩者的組合。
6. 根據權利要求1?5中任一項所述的裝置，其中，所述第一電極和所述第二電極的位 置被配置為使得用於保持所述基板的部件所保持的基板位於所述第一電極和所述第二電 極之間。
7. 根據權利要求1?6中任一項所述的裝置，其中，所述第一電極是尖端電極。
8. 根據權利要求1?6中任一項所述的裝置，其中，所述第一電極不是尖端電極，並且 具有平坦的平面表面。
9. 根據權利要求6所述的裝置，其中，所述第一電極是所述用於保持所述基板的部件 的一部分。
10. 根據權利要求2?9中任一項所述的裝置，其中，將DC電壓施加至所述基板的所 述速率比與所述多個切換器相同類型的單個切換器的最大切換速率快至少1. 2倍，優選為 至少1. 5倍，優選為至少2倍，更優選為至少4倍，更優選為至少5倍，甚至更優選為至少6 倍、7倍、8倍、9倍或10倍。
11. 一種根據權利要求1?10中任一項所述的裝置的用途，用於對基板、特別是電絕緣 或半導體的基板進行鑽孔。
12. -種使用根據權利要求1?10中任一項所述的裝置對基板進行鑽孔以在所述基板 中生成多個孔或凹部或阱的方法，所述方法包括以下步驟： a) 提供根據權利要求1?10中任一項所述的裝置以及在室溫下是電絕緣或半導體的 基板，將所述基板放置在所述第一電極和所述第二電極之間； b) 通過使用所述雷射器和/或施加至所述基板的AC電壓來加熱所述基板的一定量的 材料以熔化所述一定量的材料，所述一定量的材料從所述基板的第一表面完全或部分延伸 至所述基板的第二表面，所述第二表面在所述第一表面的相反側； c) 通過使用所述第二電極施加跨所述基板的DC電壓來去除由步驟b)所產生的所熔 化的一定量的材料，從而將所規定的量的電能施加至所述基板並且從所述基板耗散所述電 能，其中，所述第二電極與所述DC電壓輸出相連接並且放置於所述基板的相反側的與所述 基板相距一定距離處； d) 將所述基板移動所規定的距離；以及 e) 重複步驟 b)?步驟 d) η 次，其中 η>1，優選地，n>100、1000、10000、100000、1000000、 5000000或10000000,其中步驟e)中的重複的速率由步驟c)中將所述DC電壓施加至所述 基板的速率來定義。
【文檔編號】B23K26/382GK104105570SQ201380008848
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年1月21日 優先權日:2012年2月10日
【發明者】萊安德·迪特曼 申請人:旭硝子株式會社