JPH0857663A - レーザビームによるパターン成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】レーザビームを適用することにより非接触のド
ライプロセスでパターン成形を行い、且つ、広面積なパ
ターン成形を短時間で高精度に行えるようにする。 【構成】レーザビームＢをマスク１１のパターンに応じ
てミラー走査光学系１３ａ，１３ｂで走査させて、マス
ク１１のパターンをレーザビームＢでラスタースキャン
し、または、一定光軸のレーザビームＢに対してマス
ク，ワークＷを各搭載用テーブルで移動させて、レーザ
ビームＢをマスクのパターンから通過させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、任意なパターンの電極
等をセラミックス等の基体上に形成するのに適用される
レーザビームによるパターン成形方法及び装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述した電極等を形成するにはス
クリーン印刷や化学エッチング等が適用されている。然
し、これらの手段は加工対象が平板状ではなく直方体等
の立体形状のものであると、その各面毎に印刷，乾燥等
のプロセスを繰り返す必要があるから工程が多くなる欠
点がある。

【０００３】これに対し、ドライ加工が可能なレーザビ
ームによるパターン成形も採用されている。そのレーザ
ビームによるパターン成形は、図５で示すようにレーザ
発振器１からレーザビームＢをマスク２に向けて拡散照
射し、マスク２のパターン全域を通過するレーザビーム
Ｂをレンズ３で結像し、ワークＷとなるセラミックス等
の基体上に設けた導電性の金属膜に照射し、当該レーザ
ビームＢを照射した膜部分を除去するように行なわれて
いる。

【０００４】然し、レーザビームをＣｕやＡｇ等の金属
膜に照射するとレーザ波長の反射率が高いところから、
上述したレーザビームによるパターン成形ではマスク２
のパターン全域を通過するレーザビームＢをレンズ３で
縮小させてエネルギー密度を高めることにより投影し、
また、この縮小率も上げなければ高精度なパターン成形
を行うことができない。従って、１つのワークに対する
一回のプロセスで広面積な電極パターンを形成すること
ができず、そのパターン成形を行うにはプロセスを繰返
し行なわなければならないから時間を要する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ドライ加工
が可能なレーザビームを用い、広面積な電極パターンで
も高精度に短時間で形成できるレーザビームによるパタ
ーン成形方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００６】本発明の請求項１に係るレーザビームによ
るパターン成形方法においては、レーザ発振器からマス
クに向うレーザビームでマスクのパターンをラスタース
キャンし、そのマスクのパターンを通過するレーザビー
ムをワークの加工面に照射するようにされている。

【０００７】本発明の請求項２に係るレーザビームによ
るパターン成形方法においては、レーザ発振器からマス
クに向う一定光軸のレーザビームに対してマスクとワー
クとをマスクのパターンに応じて移動し、そのマスクの
パターンを通過するレーザビームをワークの加工面に照
射するようにされている。

【０００８】本発明の請求項３に係るレーザビームによ
るパターン成形方法においては、厚み３μｍ以下の金属
膜を設けたワークにレーザビームを照射するようにされ
ている。

【０００９】本発明の請求項４に係るレーザビームによ
るパターン成形装置においては、レーザビームを発する
レーザ発振器と、レーザビームを通過させるパターンを
設けたマスクとを備え、更に、レーザ発振器からマスク
に向うレーザビームを移動させてマスクのパターンをラ
スタースキャンするミラー走査光学系を装備することに
より構成されている。

【００１０】本発明の請求項５に係るレーザビームによ
るパターン成形装置においては、レーザビームを発する
レーザ発振器と、そのレーザ発振器からマスクに向う一
定光軸のレーザビームを通過させるパターンを設けたマ
スクとを備え、更に、マスクとワークとをマスクのパタ
ーンに応じて移動するマスク，ワークの各搭載用テーブ
ルを装備することにより構成されている。

【００１１】

【作用】本発明の請求項１に係るレーザビームによるパ
ターン成形方法では、マスクのパターンをレーザビーム
でラスタースキャンすることから、一つのワークに対す
る広面積なパターン成形でも一回のプロセスで短時間に
行うことができ、しかも光束密度の高いレーザビームを
ワークの加工面に照射できることにより数μｍ以下の微
細なパターン部分でも高精度に形成することができる。
また、レーザ発振器からマスクに向けてエキシマレーザ
やＹＡＧ・Ｑスイッチレーザ等の断面積の小さなレーザ
ビームを照射することでも高精度なパターン成形を行え
る。

【００１２】本発明の請求項２に係るレーザビームによ
るパターン成形方法では、レーザ発振器からマスクに向
う一定光軸のレーザビームに対してマスクとワークとを
マスクのパターンに応じて移動し、そのマスクのパター
ンを通過するレーザビームをワークの加工面に照射する
ため、上述したマスクのパターンをレーザビームでラス
タースキャンするのと同様に広面積なパターン成形を短
時間で高精度に行うことができる。

【００１３】本発明の請求項３に係るレーザビームによ
るパターン成形方法では、厚み３μｍ以下の金属膜を設
けたワークにレーザビームを照射することから、その金
属膜が薄いことにより汎用出力のレーザビームを用いて
も、このマスクのパターンを通過するレーザビームを
１：１でワークに照射しても高精度なパターン成形が行
える。

【００１４】本発明の請求項４に係るレーザビームによ
るパターン成形装置では、パターンの成形精度をマスク
のパターン精度とミラー走査光学系の作動精度で決定で
きるため、これらの精度管理を機械的に行うことにより
数μｍ以下の微細なパターンでも高精度に形成すること
ができる。

【００１５】本発明の請求項５に係るレーザビームによ
るパターン成形装置では、パターン成形精度をマスクの
パターン精度とマスク，ワーク搭載用テーブルの作動精
度で決定できるから、これらの精度管理を機械的に行う
ことにより上述したと同様に高精度なパターン成形を行
うことができる。

【００１６】以下、図１〜４を参照して説明すれば、図
１並びに図２はレーザビームをミラー光学系で移動させ
てマスクのパターンをレーザビームでラスタースキャン
することによるパターン成形装置を示す。図３は、一定
光軸のレーザビームをワークと共に同期移動するマスク
のパターンに通過させることによるパターン成形装置を
示す。また、図４は電極パターンを形成するＣｕ，Ａｇ
等の導電性金属膜をセラミックスの基体面に設けたワー
クを示す。

【００１７】図１のパターン成形装置は、レーザビーム
Ｂを発するレーザ発振器１０と、所望のパターンを切欠
形成したマスク１１と、そのレーザ発振器１０とマスク
１１との間に位置するガルバノメータを用いたガルバノ
ミラー１２ａ，１２ｂとを備え、レーザ発振器１０から
マスク１１に向うレーザビームＢの光軸をガルバノミラ
ー１２ａ，１２ｂでＸＹ方向に走査することにより、マ
スク１１のパターンをレーザビームＢでラスタースキャ
ンするよう構成されている。ガルバノミラー１２ａ，１
２ｂはＸ軸スキャナ用１２ａとＹ軸スキャナ用１２ｂと
を備え、このガルバノミラー１２ａ，１２ｂで走査する
レーザビームＢの光軸上の収差を補正するようコリメタ
リーレンズ１３を介し、レーザビームＢをマスク１１に
照射するよう装備されている。

【００１８】この他、マスク１１とワークＷとの間には
光軸調整用のガルバノミラー１４ａ，１４ｂと結像レン
ズ１５が装備されている。なお、レーザ発振器１０とマ
スク１１との間のミラー走査光学系には特に図示しない
が、光軸調整用ミラーやリレーレンズを含むエキスパン
ダ等を必要に応じて装備することができる。また、ガル
バノミラー１２ａ，１２ｂを含むミラー走査光学系は電
子制御装置と連動することにより工程の自動化を図るこ
とができる。

【００１９】このレーザビームによるパターン成形装置
を用いては、レーザ発振器１０からマスク１１に向うレ
ーザビームＢをガルバノミラー１２ａ，１２ｂでマスク
１１のパターンに応じてＸＹ方向に継続的に走査する。
これにより、マスク１１のパターンを該レーザビームＢ
でラスタースキャンし、マスク１１のパターンを通過す
るレーザビームＢをワークＷの加工面に照射する。その
レーザビームＢではマスク１１のパターンをラスタース
キャンすることから、一つのワークＷに対する一つの広
面積なパターン成形でも、或いは、複数個取りのワーク
Ｗに対する複数個のパターン成形でも一回のプロセスで
短時間に形成することができる。また、マスク１１のサ
イズ，結像レンズ１５の倍率，配置位置を選択すること
によりマスク１１のパターン投影率で任意の倍率にパタ
ーン成形することができる。

【００２０】これに加えて、マスク１１のパターンをラ
スタースキャンしたレーザビームＢをワークＷに照射す
ることから、光束密度の高いレーザビームＢとしてマス
ク１１のパターンを通過することにより、数μｍ以下の
パターン部分でも高精度に形成することができる。その
レーザビームＢとしてはピーク値の高いＱ_swレーザを用
いるのがよく、また、断面積の小さいレーザビームでも
適用できるからエキシマレーザやＹＡＧ・Ｑスイッチレ
ーザ等も使用できる。

【００２１】図２で示すレーザビームによるパターン成
形装置はレーザ発振器２０とマスク２１との光路間に、
一軸駆動球面鏡等のスキャンミラー２２と、回転多面
鏡，所謂、ポリゴンミラー２３とをミラー走査光学系と
して備えることにより構成されている。このミラー走査
光学系ではレーザビームＢをポリゴンミラー２３でＸＹ
方向に走査させて、マスク２１のパターンをレーザビー
ム２１でラスタースキャンし、それを結像レンズ２４を
介してワークＷの加工面に照射する。このポリゴンミラ
ー２３によるミラー走査光学系でも、上述したガルバノ
ミラー１２ａ，１２ｂによる場合と同様に機能させるこ
とができる。但し、このポリゴンミラー２３で反射する
レーザビームＢの入射角度は時間に比例して変化するた
め、結像レンズ２４或いは別途に備えるレンズをＸＹ方
向に移動させて入射角度を補正する必要がある。

【００２２】図３で示すレーザビームによるパターン成
形装置は、レーザ発振器３０からマスク３１に向う一定
光軸のレーザビームＢに対し、マスク３１，ワークＷを
マスク３１のパターンに応じて移動する各搭載用テーブ
ル３２，３３を備えることにより構成されている。その
パターン成形装置ではマスク３１とワークＷとを移動す
ることにより一定光軸のレーザビームＢをマスク３１の
パターンに応じて走査し、マスク３１のパターンを通過
するレーザビームＢを結像レンズ３４でワークＷに照射
することから、上述したマスク１１，２１のパターンを
レーザビームＢでラスタースキャンするのと同様に機能
させることができる。

【００２３】このパターン成形装置では、各搭載用テー
ブル３２，３３を個別に移動させて所定のパターンを形
成することができる。また、マスク３１はワークＷの上
部側に配置し、レーザ発振器３０から発するレーザビー
ムＢを反射鏡３５で屈折照射すれば、各搭載用テーブル
３２，３３を同期移動させるようにもできる。マスク，
ワークの各搭載用テーブル３２，３３は、マスク３１の
パターンに基づいて定められた電子制御装置のプログラ
ムに応じてＸ，Ｙ，θ方向に移動制御できる。また、マ
スク１１，２１のパターンをレーザビームＢでラスター
スキャンするのも含めて、ワークＷに対するパターンの
成形精度はマスクのパターン精度とミラー走査光学系ま
たはマスク，ワーク搭載用テーブル３２，３３の移動精
度で決定できるため、当該精度管理を機械的に行うこと
により高精度なパターン成形を行うことができる。

【００２４】図４のワークＷは導電性の金属膜４０をＣ
ｕ，Ａｇ等でセラミックス４１の基体上に設けたもので
あり、この金属膜４０としてはスパッタリングを適用す
ることにより厚み３μｍ〜０．３５μｍ，好ましくは１
μｍ以下に形成するとよい。その金属膜４０は薄膜なも
のであるから、上述したプロセス中で汎用出力のレーザ
ビームを用いても十分に高精度な電極パターンとして形
成することができる。なお、この実施例では電極パター
ンをセラミックス４１の基体上に設ける場合で説明した
が、配線パターンを回路基板に形成する場合等を含めて
各種のパターン成形に広く適用することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上の如く、本発明に係るレーザビーム
によるパターン成形方法及び装置に依れば、レーザビー
ムを用いることから非接触のドライプロセスでパターン
成形できることは勿論、広面積のパターン成形を短時間
に高精度で行なえ、装置としても精度管理を行い得て高
精度なパターン成形を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例に係るミラー走査光学系を備えた
レーザビームによるパターン成形装置を示す説明図であ
る。

【図２】本発明の別例に係るミラー走査光学系を備えた
レーザビームによるパターン成形装置を示す説明図であ
る。

【図３】本発明の更に別例に係るマスク，ワークの各搭
載移動用テーブルを備えたレーザビームによるパターン
成形装置を示す説明図である。

【図４】本発明に係るレーザビームによるパターン成形
方法を適用するワークの一例を示す説明図である。

【図５】従来例に係るレーザビームによるパターン成形
装置を示す説明図である。

【符号の説明】

Ｗ ワーク Ｂ レーザビーム １０，２０，３０ レーザ発振器 １１，２１，３１ マスク １３ａ，１３ｂ、２３ ミラー走査光学系 ３２，３３ マスク，ワークの各搭載用
テーブル ４０ 金属膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器からマスクに向うレーザビ
   ームでマスクのパターンをラスタースキャンし、そのマ
   スクのパターンを通過するレーザビームをワークの加工
   面に照射するようにしたことを特徴とするレーザビーム
   によるパターン成形方法。
2. 【請求項２】 レーザ発振器からマスクに向う一定光軸
   のレーザビームに対してマスクとワークとをマスクのパ
   ターンに応じて移動し、そのマスクのパターンを通過す
   るレーザビームをワークの加工面に照射するようにした
   ことを特徴とするレーザビームによるパターン成形方
   法。
3. 【請求項３】 厚み３μｍ以下の金属膜を設けたワーク
   にレーザビームを照射するようにしたことを特徴とする
   請求項１または２記載のレーザビームによるパターン成
   形方法。
4. 【請求項４】 レーザビームを発するレーザ発振器と、
   レーザビームを通過させるパターンを設けたマスクとを
   備え、更に、レーザ発振器からマスクに向うレーザビー
   ムを移動させてマスクのパターンをラスタースキャンす
   るミラー走査光学系を装備したことを特徴とするレーザ
   ビームによるパターン成形装置。
5. 【請求項５】 レーザビームを発するレーザ発振器と、
   そのレーザ発振器からマスクに向う一定光軸のレーザビ
   ームを通過させるパターンを設けたマスクとを備え、更
   に、マスクとワークとをマスクのパターンに応じて移動
   するマスク，ワークの各搭載用テーブルを装備したこと
   を特徴とするレーザビームによるパターン成形装置。