JPH11170072A - レーザー加工方法及び装置、並びに非導電性透明基板の回路形成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次元的又は３次元的なレーザ加工におい
て、加工精度及び加工速度を向上させ、特に非導電性透
明基板の表裏両面に導電性薄膜をエッチングして異なる
パターンの回路を形成する。 【解決手段】 レーザ発振器２１から出力されたレーザ
光Ｂを２軸制御可能なガルバノミラー２３により反射
し、集光レンズ２２により集光して、その両面に導電性
薄膜２７、２８を付着させた水晶基板などの被加工物２
７表面に照射して加工する。被加工物を載せた加工テー
ブル２４をＸ方向に送りながら、ガルバノミラーを駆動
してその反射方向を変化させることにより、Ｘ方向と直
交するＹ方向にレーザ光を走査する。更に加工テーブル
を、ＸＹ方向と直交するＺ方向に移動させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光の照射に
より被加工物を材料除去して加工するレーザ加工方法及
びそのための装置に関し、例えば非導電性透明基板の全
ての面について導電性薄膜からなる回路を形成するため
に使用することができ、特に微細加工に適したレーザ加
工方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、特に半導体製造技術において、フ
ォトリソグラフィ技術とエッチング加工とを組み合わせ
た高精度な微細加工が広く採用されている。例えば、特
開昭６０−７３４１４号公報には、水晶基板の両面に導
電膜をスパッタリングし、その上に塗布したフォトレジ
ストを露光・現像してパターニングし、これをマスクと
してエッチングすることにより、前記基板を任意の形状
に高精度に加工し、また前記導電膜をエッチングして、
所望の回路を高精度に形成する方法が記載されている。

【０００３】最近では、レーザ光を微小スポットに集束
させ、それにより得られる高エネルギ密度を利用して被
加工物を除去加工したり、エッチング等の表面加工や表
面改質等を行うレーザ加工が幅広く実用化されている。
レーザ光を被加工物表面上で２次元的に走査する方式の
１つとして、図８に示すように、被加工物１をＸＹ軸テ
ーブル２に載せてＸＹ方向に送りながら、その表面にレ
ーザ光３を照射するＸＹテーブル型走査方式がある。こ
の場合、レーザ光の照射は、レーザ発振器４及びＸＹ軸
テーブル２に接続したコントローラ５により、前記テー
ブルの駆動に同期させて行う。更に、被加工物を４軸テ
ーブルに載せてレーザ光を照射し、３次元加工する方法
が知られている。

【０００４】また、レーザ光を２次元的に走査する別の
方式として、ＸＹ方向にそれぞれ別個のガルバノメータ
型オプティカルスキャナを用いるガルバノメータ型走査
方式がある。図９は、このようなガルバノメータ型走査
方式の光学系を備えたレーザ加工装置の典型的な構成を
示しており、レーザ発振器６と、それぞれ走査ミラー
７、８を有するＸ軸及びＹ軸駆動ガルバノメータ９、１
０と、所謂ｆ−θレンズからなる集光レンズ１１とを備
える。レーザ発振器６からのレーザ光１２は、両走査ミ
ラー７、８間で反射され、集光レンズ１１で集光して被
加工物１３表面に照射される。レーザ光は、両ガルバノ
メータ９、１０を別個に駆動して、被加工物表面上でＸ
方向及び／又はＹ方向に走査する。その他に、Ｘ軸をポ
リゴンミラーで高速走査し、Ｙ軸もこれに同期させて少
しずつ送るポリゴンミラー型走査方式がレーザプリンタ
に採用されている。

【０００５】レーザ加工を用いて水晶基板などの非導電
性透明基板の表裏両面に回路を形成する方法が、例えば
特開平７−１１５３３８号公報に開示されている。同公
報によれば、水晶基板の表裏面に導電性薄膜を蒸着し、
それらの面の中間位置に焦点を合わせてレーザ光又は他
の電磁波を照射し、表裏両面の導電性薄膜を同時に溶融
・蒸発させることにより、振動ジャイロの表裏両面に同
一の回路を同時に形成することができる。更に同公報に
は、レーザ光の焦点位置を表裏面いずれかの側にずらす
ことにより、表面と裏面とで電極間間隔の異なる回路を
形成し得ることが記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のフォトリソグラフィを利用したエッチング加工
では、基板の両面又は全ての面に回路を形成するために
は、各面に対してそれぞれ別個にフォトレジストの塗布
及びエッチングを行う必要があり、そのために処理工程
が複雑で工数が多くなり、時間を要するという問題があ
った。

【０００７】特に、水晶振動片のように薄い基板の側面
や狭い空隙を介して対向する内側の面は、フォトレジス
トを塗布したりパターニングすることが困難で、実際上
回路を高精度にエッチング加工することは容易でない。
更に、数十μｍ程度の微細なパターンを形成する場合
や、狭い空隙の内側をエッチングする場合には、現像液
などの粘性のためにエッチング不良が起こり易いという
問題がある。

【０００８】上記特開平７−１１５３３８号公報のレー
ザ加工による回路形成方法は、従来のフォトリソグラフ
ィを利用したエッチング加工に比して、工数を低減でき
かつ品質の向上を図れる利点がある。しかしながら、水
晶基板の表裏面で全く異なる回路パターンを形成するこ
とはできない。片面だけを加工しようとしてレーザ光の
焦点を加工面に合わせても、基板の厚さがレーザ光の焦
点深度より薄い場合には、反対側の面も同様に加工され
ることになる。更に、狭い空隙を介して対向する内側の
面を加工するために振動片を傾けてレーザ光を照射する
場合にも、同公報記載の方法では、同様にレーザ光がそ
の延長線上にある他の導電性薄膜まで溶融又は除去する
虞がある。

【０００９】一般にレーザ加工において、上述したＸＹ
テーブル型走査方式を用いた場合、ＸＹ軸テーブルは高
速駆動が困難で応答性が低く、しかも装置全体が大型化
するという問題がある。図１０（ａ）に例示するよう
に、被加工物１表面の一定の領域Ａを加工するために
は、テーブルをＸ方向に送りつつ１回の照射によるレー
ザ加工痕１４を部分的に重ねて連続させ、次に該テーブ
ルをＹ方向にシフトさせかつＸ方向逆向きに送りながら
同様にレーザ光を照射する。しかしながら、テーブルを
Ｘ方向に一往復駆動して加工できる範囲は、レーザ痕の
重なり具合を考慮してせいぜいレーザ痕の幅程度で、レ
ーザ光のスポット径を１０〜２０μｍ程度と考えれば、
加工時間は長くなる。他方、スポット径を大きくすれ
ば、１回のレーザ照射による加工面積は大きくなるが、
レーザのエネルギ密度が低下して却って加工時間が非常
にかかる。いずれにせよ、従来のＸＹ軸テーブルの駆動
による走査は分解能が低いため、加工精度が低下する。

【００１０】特に、被加工物が水晶基板などの非導電性
透明基板の場合には、不必要に裏面まで加工してしまう
という問題が生じる。図１０（ａ）、（ｂ）において、
加工領域Ａには、テーブルの位置をより高精度に制御す
るために、送り方向に沿ってその始点及び終点付近にテ
ーブルの送り速度を徐々に上げる加速域１５と徐々に下
げる減速域１６とが設けられる。レーザ光の出力は通常
一定であるから、これらの間の定速域１７に合わせてレ
ーザ出力を設定すると、加速領域１５及び減速領域１６
では、レーザ光の過度なオーバラップにより照射エネル
ギが過大となって、上面の導電膜１８だけでなく下面の
導電膜１９まで加工したり損傷する虞がある。また、レ
ーザ出力を加工作業中に微調整することは実際上困難で
あり、レーザ発振器の出力を一定に維持したままレーザ
光のパワーを調整するためには、別個に減衰光学系を設
ける必要が生じる。

【００１１】ガルバノメータ型走査方式のレーザ加工で
は、構成が簡単かつ小型で、処理速度や精度、操作性、
簡便さ等の点で有利であるが、２枚の走査ミラーを使用
するために光学系の調整が難しく、特に微細加工には不
向きであり、しかも高精度の走査が困難で応答性が低い
ため、加工精度が低くかつ加工時間が長くなるという問
題がある。

【００１２】そこで、本発明は、上述した従来の問題点
を解消するためのものであり、その目的とするところ
は、２次元的又は３次元的なレーザ加工において、加工
精度及び加工速度を向上させることができ、特に微細加
工に適した方法及び装置を提供することにある。

【００１３】また、本発明の別の目的は、非導電性透明
基板の表裏両面に形成した導電性薄膜を別個に加工し
て、それぞれ異なるパターンの回路を形成できるレーザ
加工方法及び装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、被加工
物を所定の方向に送る過程と、レーザ発振器から出力さ
れたレーザ光を反射するガルバノミラーを駆動して、そ
の反射方向を変化させることにより、前記被加工物の送
り方向と異なる向きに前記レーザ光を走査する過程とか
らなり、前記レーザ光の照射により被加工物を加工する
レーザ加工方法が提供される。

【００１５】このように、被加工物の送り速度に左右さ
れることなく、１個のガルバノミラーによりレーザ光を
被加工物表面で走査できるので、従来のＸＹ軸テーブル
や２個のガルバノメータをＸＹ方向に別個に駆動する従
来の走査光学系に比して、応答性・操作性が著しく向上
し、高速かつ高精度の走査・位置決めが可能になる。こ
こで、前記レーザ光を前記被加工物の送り方向と直交す
る向きに走査すると、被加工物をＸＹ方向に走査・加工
することができる。

【００１６】ガルバノミラーは、特に圧電効果を利用し
てその反射方向を変化させるピエゾ式のものが、モータ
駆動式のものに比して分解能が高くかつ応答性に優れ、
より高精度な操作が可能になるので、有利である。本発
明のガルバノミラーには、１軸制御式のもの及び２軸制
御可能なもの双方を用いることができるが、より複雑か
つ高精度な加工を行うためには、２軸制御式のものが有
利である。

【００１７】前記レーザ加工方法が、ガルバノミラーの
駆動、例えばミラーの変位、駆動電圧、ビームスポット
の位置などに連関させてレーザ光の出力を調整する過程
を更に含むと、レーザ光を走査しながら加工領域に対応
させて照射エネルギを制御できるので、加工精度及び加
工速度をより向上させることができる。

【００１８】照射されるレーザ光は、照射されるエネル
ギの制御、出力、熱影響などの観点から、高ピーク出力
の割に平均出力が低いパルス発振のレーザ光を使用する
ことが好ましく、より具体的には、レーザ光のピーク出
力、パワー密度、パルス幅、又は照射回数を調整するこ
とにより、レーザ光のエネルギを加工領域に対応して良
好に制御することができる。

【００１９】また、被加工物の送り方向及びレーザ光の
走査方向に関して垂直方向に被加工物を変位させる過程
を更に含むことにより、３次元的な加工が可能となり、
特に基板の狭い空隙を介して対向する内側の面を、該基
板を傾斜させて加工する場合等に有利である。

【００２０】本発明の別の側面によれば、被加工物を載
せて所定の方向に送るための加工テーブルと、レーザ発
振器と、前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を集
光して前記被加工物表面に照射するための集光レンズ
と、前記レーザ発振器からのレーザ光を反射するための
ガルバノミラーと、前記ガルバノミラーを駆動してその
反射方向を変化させるための駆動装置とからなり、前記
被加工物表面に照射されるレーザ光を前記被加工物の送
り方向と異なる向きに走査する走査光学系とからなるレ
ーザ加工装置が提供される。

【００２１】このような加工テーブルと１個のガルバノ
ミラーとの組み合わせにより、上述した本発明の高速か
つ高精度のレーザ加工が実現されると共に、装置全体の
構成が簡単化されて、小型化を図ることができる。

【００２２】レーザ光の出力をガルバノミラーの駆動、
即ちミラーの変位、駆動電圧、ビームスポットの位置な
どに連関させて調整する制御装置を更に備えると、レー
ザ光の走査と照射エネルギの制御を同期させて、より高
速かつ高精度な加工が容易に実現される。

【００２３】更に、前記加工テーブルが被加工物の送り
方向及びレーザ光の走査方向に関して垂直方向に変位可
能であると、３次元的なレーザ加工が容易になる。

【００２４】また、本発明によれば、所定波長の光に対
して透過性を有する非導電性基板の表面に形成した導電
性薄膜に、前記非導電性基板を透過しかつ集光させると
前記導電性薄膜を溶融又は蒸発させ得る特定波長の光を
照射することにより、前記導電性薄膜を部分的に除去し
て回路を形成する方法において、前記非導電性基板を所
定の方向に送る過程と、光源からの前記光を反射するガ
ルバノミラーを駆動して、その反射方向を変化させるこ
とにより、前記光を前記非導電性基板の送り方向と異な
る向きに走査する過程と、前記光の強度を前記ガルバノ
ミラーの駆動に対応して調整する過程とからなることを
特徴とする非導電性透明基板の回路形成方法が提供され
る。

【００２５】このように非導電性基板の送り操作と１個
のガルバノミラーの駆動によるレーザ光の走査とを組み
合わせることにより、従来のレーザ加工に比して高速か
つ高精度の走査・位置決めが可能となり、更に照射する
光の強度調整とガルバノミラーの駆動制御とを組み合わ
せることにより、導電性薄膜の加工領域と被加工領域と
をより高精度に区別して加工でき、かつ加工速度を上げ
ることができる。

【００２６】このとき、照射する光の焦点を非導電性基
板の表面の導電性薄膜に合わせかつその照射エネルギを
適当に設定することにより、該表面の導電性薄膜のみを
選択的に、かつ裏面の導電性薄膜に影響を与えることな
く加工できるので、表裏各面にそれぞれ別個の回路パタ
ーンを形成することができる。

【００２７】或る実施例では、非導電性基板が或る空隙
を挟んで互いに対向する内側の面を有する場合に、該基
板を傾斜させて、この空隙を介して前記光が一方の内側
の面に入射するようにし、かつ該一方の内側の面の導電
性薄膜に集光させることにより、入射光の延長線上にあ
る他の導電性薄膜に何ら影響を与えることなく、所望の
内側の面だけを加工できるので、このような基板のすべ
ての面に回路を形成することができる。

【００２８】前記光が、指向性・集光性に優れたレーザ
光であると好都合であり、照射エネルギの制御、高出
力、熱影響などの点からパルス発振のレーザ光を使用す
ると、より好都合である。

【００２９】また、パルス発振レーザの場合には、照射
されるレーザエネルギの大小がそのパルスの待機時間の
大小に依存するため、最初のパルスによるレーザエネル
ギは所定の値より大きくなるので、非導電性基板の外側
の位置を始点としてレーザ光の走査を開始すると、最初
に発振される過大なレーザエネルギが非導電性基板に照
射されず、従って基板を損傷したり、不必要な部分を加
工する虞が無くなる。別の実施例では、従来から公知の
適当な機械的又は光学的シャッタ手段を用いて最初のパ
ルスにより発振するレーザ光を選択的に遮断した後、レ
ーザ光の走査を開始することにより、同様にその過大な
レーザエネルギの弊害を防止することができる。

【００３０】更に本発明の別の側面によれば、所定波長
の光に対して透過性を有する非導電性基板の表面に形成
された導電性薄膜を部分的に除去して回路を形成する装
置において、非導電性基板を所定の方向に送るための加
工テーブルと、該非導電性基板を透過し、かつ集光させ
ると前記導電性薄膜を溶融又は蒸発させ得る特定波長の
光を発生させる光源と、該光源からの光を反射するガル
バノミラーと、該ガルバノミラーを駆動してその反射方
向を変化させる駆動装置とからなり、前記光を導電性薄
膜上に集光させ、かつ非導電性基板の送り方向と異なる
向きに走査する光学系と、前記光源からの光の強度をそ
の光の走査に連関させて調整するための制御装置とを備
えることを特徴とする非導電性透明基板の回路形成装置
が提供される。

【００３１】或る実施例では、前記光源にレーザ光を出
力するレーザ発振器を用いることができる。

【００３２】別の実施例では、非導電性透明基板の送り
方向及びレーザ光の走査方向に関して垂直方向に変位可
能な加工テーブルを使用し、３次元的加工を可能にする
ことができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照しつつ実
施例を用いて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明
によるレーザ加工装置の好適な実施例の構成を概略的に
示している。本実施例のレーザ加工装置は、レーザ光を
出力するレーザ発振器２１と、レーザ光を被加工物に向
けて照射する集光レンズ２２と、レーザ発振器２１から
のレーザ光を集光レンズ２２に向けて反射するガルバノ
ミラー２３と、被加工物を載せて３軸方向Ｘ、Ｙ、Ｚに
移動可能な加工テーブル２４とを備える。

【００３４】ガルバノミラー２３は、２軸方向に高精度
に制御して傾動可能なプラットホームを有するピエゾ式
ガルバノメータ２５と、該プラットホームに取り付けら
れた走査ミラー２６とからなる。このようなガルバノメ
ータとしては、複数の圧電変換子を用いてプラットホー
ムを駆動するタイプのものが、例えばドイツ国の Physi
k Instrumente (PI) GmbH & Co. から市販されている。

【００３５】本実施例では、被加工物として水晶基板２
７を加工テーブル２４に載せ、その表裏各面に成膜した
クロム、金などの導電性薄膜２８、２９を別個に又は同
時に除去する。水晶基板２７は、必要に応じて適当な治
具を用いて加工テーブル２４に設置することができる。

【００３６】図２は、前記レーザ加工装置全体の制御シ
ステムの構成を示している。ガルバノミラー２３は、ガ
ルバノメータ２５の傾動を制御するための制御装置３０
に接続されている。また、制御装置３０はレーザ発振器
２１及び集光レンズ２２に接続されている。加工テーブ
ル２４の移動はテーブルドライバ３１により制御され
る。制御装置３０及びテーブルドライバ３１は、共通の
コンピュータ３２の指令に従って動作する。

【００３７】コンピュータ３２は、制御装置３０を介し
て前記レーザ発振器からレーザ光Ｂを出力させる。レー
ザ光Ｂは走査ミラー２６で反射され、集光レンズ２２に
より集光して水晶基板２７表面に照射される。コンピュ
ータ３２は、同様に制御装置３０を介して集光レンズ２
２を調整し、レーザ光の焦点位置を水晶基板表面に合わ
せる。

【００３８】走査ミラー２６の反射方向は、コンピュー
タ３２により指示された制御装置３０からの入力信号で
前記プラットホームの傾斜角度を変化させることによ
り、連続的に変化させることができる。レーザ光の発振
を走査ミラーの駆動と同期させて、その照射エネルギを
調整することにより、水晶基板表面の加工領域を被加工
領域と区別して、高精度にかつ高速で加工することがで
きる。また、コンピュータ３２は、レーザ光の走査に同
期させてテーブルドライバ３１に信号を送り、加工テー
ブル２４を移動させる。

【００３９】また、加工テーブル２４を更にＺ軸方向に
移動させることにより、３次元的加工が可能となる。こ
のとき、後述する適当な治具を用いて前記水晶基板を加
工テーブル２４上に斜めに設置することにより、該基板
の内側の面にレーザ光を直接照射して加工することがで
きる。

【００４０】次に図３を用いて、図１及び図２のレーザ
加工装置により水晶基板２７の導電性薄膜を除去する過
程を説明する。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、前記
基板上面の導電性薄膜２８は、加工テーブル２４の送り
方向即ちＸ方向に直交するＹ方向に沿って中央のレーザ
加工する加工領域３３と、左右両端のレーザ加工しない
非加工領域３４、３５とに区分される。

【００４１】本実施例では、パルス幅が短く、熱影響が
少ないＱスイッチパルス発振のＹＡＧレーザを使用す
る。レーザ光は、水晶基板２７の左右外側に設けた加工
開始位置Ｐ１・加工終了位置Ｐ２間を直線的に往復させ
て走査する。Ｙ方向のレーザ光の走査と同時に、加工テ
ーブル２４をＸ（＋）方向に移動させる。レーザ光の照
射は、導電性薄膜２８表面における各レーザ照射のビー
ムスポットが部分的に重なりながら連続するように、レ
ーザ光の走査即ち反射方向を変化させる走査ミラー２６
の動作にタイミングを合わせて行う。

【００４２】レーザ走査速度は、加工領域３３で一定の
速度を維持し、隣接する各ビームスポットが丸い加工痕
３６として連続して一定の割合で重なり、照射されない
部分が残らないように制御する。非加工領域３４、３５
には、加工開始位置Ｐ１からの加速域及び加工終了位置
Ｐ２への減速域が含まれ、これら加減速域では、レーザ
走査速度が加工領域３３より低いので、隣接する各ビー
ムスポット３７、３８がより大きな割合で重なり合う。

【００４３】コンピュータ３２が水晶基板のエッチング
に必要なデータを作成し、制御装置３０に供給する。図
３（ｃ）、（ｄ）に示すように、このデータに基づいて
制御装置３０は、操作位置により異なるパルス幅のレー
ザ発振信号Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3 をレーザ発振器２１に出力す
る。レーザ発振器２１は、入力した前記レーザ発振信号
（例えば、パルス間隔）に対応して大きさの異なるピー
ク出力のレーザ光をパルス発振する。

【００４４】加工領域３３では、パルスｐ2 のピーク値
が基板上面の加工閾値Ｑ0 より高くかつ基板下面の加工
閾値Ｑ1 より低く、下面の導電性薄膜２９に影響を与え
ずに上面の導電性薄膜２８だけを溶融・除去できるよう
に、例えば発振周波数を１０kHz に設定する。非加工領
域３４、３５での発振周波数は、パルスｐ1、ｐ3のピー
ク値を加工閾値Ｑ0 より十分に低くして、ビームスポッ
トの重なりが大きくなっても影響を受けないように、例
えば４０kHz に設定する。

【００４５】先ず、ガルバノミラー２３を駆動してレー
ザ光の照射位置を加工開始位置Ｐ１に合わせ、レーザ発
振信号Ｓ1 により周波数４０kHz で＋Ｙ方向にレーザ発
振及び走査を開始する。このとき、最初の発振パルスｐ
11は、その待機時間が長いためにピーク値が著しく大き
くなる。しかしながら、この過大な出力のレーザ光は水
晶基板２７の外側位置で照射されるため、該基板に何ら
影響を及ぼさない。別の実施例では、従来から公知の機
械的又は光学的なシャッタなどを用いて、前記最初の発
振パルスによるレーザ光を遮断することにより、同様に
過大な出力のレーザ光が基板に与え得る影響を防止する
ことができる。

【００４６】レーザ光が非加工領域３４と加工領域３３
との境界位置Ｐ３に到達すると、周波数１０kHz のレー
ザ発振信号Ｓ2 に切り換えて、レーザ出力を加工可能な
レベルに変更し、レーザ光の走査を続行する。次にレー
ザ光が加工領域３３と非加工領域３５との境界位置Ｐ４
に到達すると、周波数４０kHz のレーザ発振信号Ｓ3に
切り換えて、レーザ出力を加工不能なレベルに戻す。

【００４７】レーザ光が加工終了位置Ｐ２に到達する
と、これを始点としかつ位置Ｐ１を終点として逆向き即
ち−Ｙ方向にレーザ光を走査する。非加工領域３４、３
５と加工領域３３との境界位置Ｐ４、Ｐ３における発振
周波数及びレーザ出力の切換えは、上述した＋Ｙ方向の
走査と同様に行う。そして、加工テーブル２４をＸ方向
に送りながら、これら一連の動作を加工領域３３のＸ方
向後端に達するまで繰り返して、下面の導電性薄膜２９
を損傷することなく、上面の加工領域３３全域をエッチ
ングする。

【００４８】加工テーブル２４の送り速度は、レーザに
よる加工痕３６がＸ方向にも十分に基板下面を損傷しな
い程度に重なるように設定する。ガルバノミラー２３の
走査速度は、加工テーブル２４の送り速度と比較して非
常に高速に設定することができる。従って、水晶基板２
７の加工速度は、除去しようとする導電性薄膜自体の材
質や膜厚などによる加工閾値は別として、加工テーブル
２４の送り速度に依存することになる。

【００４９】例えばレーザ光のスポット径を９０μｍと
し、ビームスポットの重なる割合を５０％と仮定した場
合、僅か１mm幅の領域を加工テーブルの移動だけで加工
するためには、加工テーブルを約３０往復させる必要が
ある。これに対し、本発明では、加工テーブルをＸ方向
に片道１回送るだけで加工が終了する。即ち、本発明に
よれば、加工テーブル２４の送り速度だけを考慮して
も、加工時間が従来技術の１／６０に短縮される。更に
ガルバノミラー２３の走査速度を考慮すれば、実際には
更に加工時間を短縮することができる。

【００５０】別の実施例では、上記実施例と同様にＹ方
向にレーザ光を走査しながら、その発振周波数を切り換
えるタイミングを変えることにより、Ｙ方向に位置又は
長さの異なる領域、若しくは複数の領域をレーザ加工す
ることができる。更にＸ方向に沿って発振周波数を切り
換えるタイミングを変化させることにより、上記実施例
のような一定幅の矩形領域だけでなく、複雑な形状の領
域を加工することもできる。

【００５１】更に別の実施例では、加工テーブルを送る
Ｘ方向に関して斜めにレーザ光を走査することができ
る。この場合にもレーザ光の走査を、必要に応じて加工
テーブルの送りと同時に又は別個に行うことができる。
特に上述した２軸制御可能なガルバノミラーを用いて斜
めにかつＹ方向に切り換えて走査することにより、より
複雑な加工を高精度に行うことができる。

【００５２】次に、加速度を電気信号に変換して取り出
す振動ジャイロの表裏両面及び他の面に、本発明のレー
ザ加工を用いて回路を形成する場合を説明する。図４は
一般的な振動ジャイロ４０の構成を示しており、基部４
１から両側に突出した各１対の振動片４２、４３、４
４、４５を備える。振動ジャイロには、外力が加わると
その歪みエネルギーを電気エネルギーに変換するための
回路が、その全面に形成されている。

【００５３】振動ジャイロは、先ず圧電効果を有する水
晶基板からエッチングにより図４の形状に、例えば全体
の寸法を３．５mm×１６mm×０．５mm（Ｘ×Ｙ×Ｚ）
に、振動片４２、４３の寸法を０．２５mm×６mm×０．
５mm（Ｘ×Ｙ×Ｚ）に形成し、かつその全面に導電性薄
膜を蒸着などにより付着させる。次に、この導電性薄膜
４６を部分的に除去することにより、前記各振動片のす
べての面にそれぞれ様々なパターンの回路を形成する。

【００５４】その一例として、図５（ａ）、（ｂ）に振
動片４２の表面４７及び裏面４８を示す。振動片４２の
表裏各面は、それぞれ回路に対応してパターンの異なる
領域４９、５０（斜線部分）の導電性薄膜が除去されて
いる。表面４７は、図１及び図２に示すレーザ加工装置
を用いて、図６に示すように領域４９をエッチングす
る。

【００５５】例えば、表面の領域４９に対応する裏面の
部分がエッチングすべき領域５０と一致しない範囲は、
図６（ａ）に示すように、レーザ光Ｂの焦点位置を表面
４７の導電性薄膜に合わせる。このとき、レーザ光の出
力は、当然ながら裏面４８の導電性薄膜が加工されない
レベルに設定する。他方、表面４７と裏面４８とでエッ
チングすべき範囲が一致する部分は、図６（ｂ）に示す
ように、表面４７からレーザ光を同じ経路に沿って再度
走査し、導電性薄膜を除去した領域４９の隙間を通して
レーザ光Ｂを照射することにより、裏面４８の導電性薄
膜を除去する。このとき、レーザ光Ｂの焦点位置は、上
下に変位可能な集光レンズ２２の位置を調整して裏面４
８に合わせ、かつその出力は、表面４７の加工していな
い導電性薄膜が加工されないレベルに設定する。

【００５６】表面と同時に加工されなかった裏面４８の
領域５０の部分は、次のようにしてレーザ光を直接照射
して加工する。図７に示すように、加工テーブル２４上
に固定した適当な治具５１を使用し、振動片４２、４３
間の狭い空隙５２を通過してレーザ光Ｂが振動片４２の
裏面４８を直接照射できるな角度で、ジャイロ４０を斜
めに設置する。レーザ光は、ガルバノミラー２３を駆動
して図中Ｘ方向に走査する。レーザ光の出力は、表面４
７の導電性薄膜に何ら影響を与えないレベルに調整す
る。

【００５７】振動片４２の幅方向に図中矢印Ｃの向きに
加工する必要がある場合には、加工テーブル２４をＹ方
向に移動させながら、ガルバノミラー２３によりレーザ
光ＢをＸ方向に走査する。レーザ光の焦点は、加工部位
の高さの変化に合わせて集光レンズ２２の高さを変化さ
せ、常に裏面４８の導電性薄膜上にあるように設定す
る。この制御は、コンピュータ３２が、制御装置３０及
びテーブルドライバ３１を介して加工テーブル２４の移
動に連関させて行う。別の実施例では、加工テーブル２
４を固定して、レーザ光ＢをＸ方向及びＹ方向に走査し
て加工することもできる。

【００５８】このようにして振動片４２の裏面４８の導
電性薄膜のみを、その反対側の表面４７の導電性薄膜に
何ら影響を与えることなくエッチングできる。他の振動
片４３〜４５を同様に加工することにより、前記ジャイ
ロ全面に所望のパターンの回路を形成することができ
る。

【００５９】以上、本発明について好適な実施例を用い
て詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものでなく、その技術的範囲内において様々な変形・変
更を加えて実施することができる。例えば上記実施例で
は、２軸制御可能なガルバノミラー２３を使用したが、
レーザ光を直線状に走査する場合又はあまり高い加工精
度を要求されない場合は、１軸制御式のガルバノミラー
を用いて同様の作用効果を得ることができる。

【００６０】また、図１のレーザ加工装置は、集光レン
ズ２２とガルバノミラー２３間に偏光ビームスプリッタ
及びλ／４板を配置した走査光学系を使用し、その光路
の外側に配置されたレーザ発振器からのレーザ光が、偏
光ビームスプリッタ及びλ／４板を経てガルバノミラー
で反射され、再びλ／４板、偏光ビームスプリッタを通
過して集光レンズ１４により集光され、非加工物２７に
照射されるように構成することができる。この場合、よ
り線形的なレーザ光の走査が可能となって精度が向上す
る。

【００６１】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、以下に記載されるような効果を奏する。本発明の
レーザ加工方法によれば、１個のガルバノミラーによ
り、被加工物の送り速度に左右されずにレーザ光を走査
できるので、加工精度・及び加工速度が飛躍的に向上
し、微細加工が可能で、水晶基板を含む様々な材料につ
いて２次元的又は３次元的なレーザ加工を実現すること
ができる。

【００６２】また、本発明の非導電性透明基板の回路形
成方法によれば、１個のガルバノミラーの駆動によるレ
ーザ光の走査と、これに連関させて照射する光の強度を
調整することにより、水晶基板などの薄い非導電性透明
基板であってもその表裏両面に、また該基板を相対的に
傾斜させることによりすべての面に、それぞれ異なる回
路パターンを、他の面に影響や損傷を与えることなく高
精度にかつ高速で形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ加工装置の実施例を示す概
略構成図である。

【図２】図１の装置全体の制御システムの構成を示すブ
ロック図である。

【図３】（ａ）図は図１の装置を用いて非導電性透明基
板表面に回路を形成する過程を説明するための平面図、
（ｂ）図はその横断面図、（ｃ）図及び（ｄ）図は該基
板の横断方向に沿ってレーザ光を発振させるレーザ発振
信号、発振パルスをそれぞれ示す線図である。

【図４】本発明を適用して回路を形成する振動ジャイロ
を示す斜視図である。

【図５】（ａ）図及び（ｂ）図は、それぞれジャイロ腕
の異なる回路を示す側面図である。

【図６】（ａ）図及び（ｂ）図は、振動ジャイロの表面
及び裏面をそれぞれレーザ加工する過程を示す説明図で
ある。

【図７】ジャイロ腕の内側の面をレーザ加工する過程を
示す説明図である。

【図８】従来の加工テーブルを備えたレーザ加工装置の
構成を示す概略図である。

【図９】従来のガルバノメータ型走査光学系を備えたレ
ーザ加工装置の構成を示す概略図である。

【図１０】（ａ）図は図８の従来方法により加工される
非導電性透明基板表面の平面図、（ｂ）図はその縦断面
図である。

【符号の説明】

１ 被加工物 ２ ＸＹ軸テーブル ３ レーザ光 ４ レーザ発振器 ５ コントローラ ６ レーザ発振器 ７、８ 走査ミラー ９、１０ ガルバノメータ １１ 集光レンズ １２ レーザ光 １３ 被加工物 １４ レーザ加工痕 １５ 加速域 １６ 減速域 １７ 定速域 １８、１９ 導電膜 ２１ レーザ発振器 ２２ 集光レンズ ２３ ガルバノミラー ２４ 加工テーブル ２５ ガルバノメータ ２６ 走査ミラー ２７ 水晶基板 ２８、２９ 導電性薄膜 ３０ 制御装置 ３１ テーブルドライバ ３２ コンピュータ ３３ 加工領域 ３４、３５ 非加工領域 ３６ 加工痕 ３７、３８ ビームスポット ４０ 振動ジャイロ ４１ 基部 ４２〜４５ 振動片 ４６ 導電性薄膜 ４７ 表面 ４８ 裏面 ４９、５０ 領域 ５１ 治具 ５２ 空隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０３Ｈ 3/02 Ｈ０５Ｋ 3/08 Ｄ Ｈ０５Ｋ 3/08 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｚ

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光の照射により被加工物を加工す
   るレーザ加工方法において、 前記被加工物を所定の方向に送る過程と、 レーザ発振器から出力されたレーザ光を反射するガルバ
   ノミラーを駆動して、その反射方向を変化させることに
   より、前記被加工物の送り方向と異なる向きに前記レー
   ザ光を走査する過程とからなることを特徴とするレーザ
   加工方法。
2. 【請求項２】 前記ガルバノミラーが、圧電効果を利用
   してその反射方向を変化させるピエゾ式ガルバノミラー
   であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方
   法。
3. 【請求項３】 前記レーザ光を前記被加工物の送り方向
   と直交する向きに走査することを特徴とする請求項１又
   は２に記載のレーザ加工方法。
4. 【請求項４】 前記レーザ光の出力を前記ガルバノミラ
   ーの駆動に連関させて調整する過程を更に含むことを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ加工
   方法。
5. 【請求項５】 前記被加工物の送り方向及び前記レーザ
   光の走査方向に関して垂直方向に前記被加工物を変位さ
   せる過程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれかに記載のレーザ加工方法。
6. 【請求項６】 パルス発振のレーザ光を使用することを
   特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザ加
   工方法。
7. 【請求項７】 被加工物を載せて所定の方向に送るため
   の加工テーブルと、 レーザ発振器と、 前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を集光して前
   記被加工物表面に照射するための集光レンズと、 前記レーザ発振器からのレーザ光を反射するためのガル
   バノミラーと、前記ガルバノミラーを駆動してその反射
   方向を変化させるための駆動装置とからなり、前記被加
   工物表面に照射されるレーザ光を前記被加工物の送り方
   向と異なる向きに走査する走査光学系とを備えることを
   特徴とするレーザ加工装置。
8. 【請求項８】 前記ガルバノミラーが、圧電効果を利用
   してその反射方向を変化可能なピエゾ式ガルバノミラー
   であることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装
   置。
9. 【請求項９】 前記走査光学系が、前記レーザ光を前記
   被加工物の送り方向と直交する向きに走査可能であるこ
   とを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザ加工装
   置。
10. 【請求項１０】 前記レーザ光の出力を前記ガルバノミ
    ラーの駆動に連関させて調整する制御装置を更に備える
    ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のレ
    ーザ加工装置。
11. 【請求項１１】 前記加工テーブルが被加工物の送り方
    向及びレーザ光の走査方向に関して垂直方向に変位可能
    であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに
    記載のレーザ加工装置。
12. 【請求項１２】 所定波長の光に対して透過性を有する
    非導電性基板の表面に形成した導電性薄膜に、前記非導
    電性基板を透過しかつ集光させると前記導電性薄膜を溶
    融又は蒸発させ得る特定波長の光を照射することによ
    り、前記導電性薄膜を部分的に除去して回路を形成する
    方法において、 前記非導電性基板を所定の方向に送る過程と、 光源からの前記光を反射するガルバノミラーを駆動し
    て、その反射方向を変化させることにより、前記光を前
    記非導電性基板の送り方向と異なる向きに走査する過程
    と、 前記光の強度を前記ガルバノミラーの駆動に連関させて
    調整する過程とからなることを特徴とする非導電性透明
    基板の回路形成方法。
13. 【請求項１３】 前記光を前記非導電性基板の送り方向
    と直交する向きに走査することを特徴とする請求項１２
    に記載の回路形成方法。
14. 【請求項１４】 前記光の焦点を前記非導電性基板の表
    面の導電性薄膜に合わせ、かつその照射エネルギを、前
    記非導電性基板の裏面の導電性薄膜に影響を与えないよ
    うに適当に設定することを特徴とする請求項１２又は１
    ３に記載の回路形成方法。
15. 【請求項１５】 前記非導電性基板が或る空隙を挟んで
    互いに対向する内側の面を有し、前記空隙を介して前記
    光が一方の前記内側の面に入射するように前記非導電性
    基板を傾斜させつつ、前記光を前記一方の内側の面の前
    記導電性薄膜に集光させることを特徴とする請求項１２
    乃至１４のいずれかに記載の回路形成方法。
16. 【請求項１６】 前記光がレーザ光であることを特徴と
    する請求項１２乃至１５のいずれかに記載の回路形成方
    法。
17. 【請求項１７】 パルス発振のレーザ光を使用すること
    を特徴とする請求項１６に記載の回路形成方法。
18. 【請求項１８】 前記非導電性基板の外側の位置を始点
    として前記レーザ光の走査を開始することを特徴とする
    請求項１７に記載の回路形成方法。
19. 【請求項１９】 最初のパルスにより発振するレーザ光
    を選択的に遮断した後、前記レーザ光の走査を開始する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の回路形成方法。
20. 【請求項２０】 所定波長の光に対して透過性を有する
    非導電性基板の表面に形成された導電性薄膜を部分的に
    除去して回路を形成する装置において、 前記非導電性基板を所定の方向に送るための加工テーブ
    ルと、 前記非導電性基板を透過し、かつ集光させると前記導電
    性薄膜を溶融又は蒸発させ得る特定波長の光を発生させ
    る光源と、 前記光源からの光を反射するガルバノミラーと、前記ガ
    ルバノミラーを駆動してその反射方向を変化させる駆動
    装置とからなり、前記光を前記導電性薄膜上に集光さ
    せ、かつ前記非導電性基板の送り方向と異なる向きに走
    査する光学系と、 前記光源からの前記光の強度を前記ガルバノミラーの駆
    動に連関させて調整する制御装置とを備えることを特徴
    とする非導電性透明基板の回路形成装置。
21. 【請求項２１】 前記光学系が、前記光を前記非導電性
    基板の送り方向と直交する向きに走査可能であることを
    特徴とする請求項２０に記載のレーザ加工装置。
22. 【請求項２２】 前記光源がレーザ光を出力するレーザ
    発振器であることを特徴とする請求項２０又は２１に記
    載の回路形成装置。
23. 【請求項２３】 前記加工テーブルが前記非導電性透明
    基板の送り方向及びレーザ光の走査方向に関して垂直方
    向に変位可能であることを特徴とする請求項２０乃至２
    ２のいずれかに記載の回路形成装置。