JPS6258484B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、目的物の表面にレーザ光を集光投射
して、所望のパターンの除去加工若しくは露光を
行う為のパターン形成方法、及び、この方法を実
施するのに好適なパターン形成装置に関するもの
である。

第１図は従来技術に於けるレーザ光によるパタ
ーン形成装置を示している。レーザ発振器１から
出たレーザビーム２は、矢印ａ，a′方向に往復回
動するガルバノミラー３により偏向走査される。
図において、破線はガルバノミラー３が矢印ａ方
向に回動したときの反射光路、鎖線は矢印a′方向
に回動したときの反射光路を示している。反射光
は２個のリレーレンズ４，７を経て、対物レンズ
８によつて集光される。そして、ガルバノミラー
３が矢印ａ方向に回動したときは集光スポツト９
に集まり、矢印a′方向に回動したときは集光スポ
ツト９′に集まる。ガルバノミラー３が矢印ａ，
a′方向に往復回動するに伴い、集光スポツトは９
と９′との間を往復移動する。レーザ光を照射す
る目的物１０はテーブル１１の上に置かれてい
る。このテーブル１１はモータ１２ａとモータ１
２ｂとを備えていて、紙面の左右方向と紙面に垂
直方向とに駆動される構造のもので、以下XYテ
ーブルと呼ぶ。

この装置において、リレーレンズ４によつて中
間焦点が形成される。６は、ガルバノミラー３が
矢印ａ方向に回動したときの中間焦点、６′は矢
印a′方向に回動したときの中間焦点の位置を示し
ている。この中間焦点６，６′を含む水平面は中
間焦点面でる。ガルバノミラー３の往復回動によ
り、中間焦点は６と６′との間を往復する。上述
の中間焦点面にスリツト板５，５′を設けてレー
ザ光の中間焦点の走査幅をｂに制限することによ
り、集光スポツト９，９′間の移動距離がｃに制
限される。このとき、リレーレンズ４及び同７の
焦点距離を等しくし、対物レンズ８の焦点距離の
ｎ倍とすると、前記の集光スポツト移動距離ｃは
中間スリツト幅ｂの１／ｎとなり、中間焦点面におけ るレーザのパワー密度は焦点スポツト面における
レーザのパワー密度の１／ｎ^２となる。たとえばｎ＝５ とすると、中間スリツト５が受けるパワー密度
は、目的物１０の集光スポツト個所が受けるパワ
ー密度の1/25となるから、スリツト板５をアルミ
ナ等の耐熱材で作つておくと充分の耐久性が得ら
れる。

上述のように、集光スポツト点を、９と９′と
の間に走査しながら、制御系１３によつてXYテ
ーブル１１を紙面に垂直な方向に動かすと、照射
目的物１０の表面には、第２図の上半部に鎖線で
示したような直線状のパターンが形成される。２
本の直線に挾まれた部分がレーザ照射を受けた個
所である。そして、制御系１３によつてXYテー
ブル１１を紙面に垂直な方向に動かしつつ、同時
に図の左右方向に動かすと、たとえば第２図下半
部に実線で示したような２次元パターンが形成さ
れる。その幅Ｄは第１図における集光スポツト
９，９′の走査距離ｃであり、中間スリツトの幅
ｂを制御することによつて調節される。

第１図から明らかなように、中間焦点６，６′
と集光スポツト９，９′とは共役関係にある。従
つて、目的物１０の表面にスリツト板５，５′の
像が縮小投影されることになる。このため、第２
図の上半部のように、パターン形状が中間スリツ
ト板５，５′のエツジと平行な直線ある場合、そ
の輪郭はボケの無い鮮明なものとなる。しかし、
第２図の下半部のように、スリツト板５，５′と
平行でないパターンの場合、次記の理由によつ
て、その輪郭が不鮮明となる。

第３図はレーザ照射目的物の表面に照射された
レーザ光束の軌跡を示している。多数の小円形１
４，１４…１４のそれぞれは、繰返しパルスレー
ザの集光スポツトの照射域を表わしており、前述
のごとくにして矢印ｆ方向に偏向走査されたため
左右方向に整列しており、かつ、前述のXYテー
ブルによつて矢印ｇ方向に、即ち偏向走査方向と
垂直な方向に照射目的物が動かされたため、矢印
g′方向に順次に多段形に整列している。左右の直
線１６ａ，１６ｂはレーザ照射区域の境界線、即
ちパターンのエツジである。このエツジの上にあ
る一つの集光スポツト１５について見ると、その
左半部１５ａは中間スリツト板に覆われて、レー
ザ光が目的物の表面には達せず、右半部１５ｂで
はレーザ光が目的物の表面に達している。そし
て、両者の境界線１５ｃは前述の如く中間スリツ
ト板のエツジの縮小投影であるから鮮明である。
そして、この集光スポツト１５に対応する次の走
査段の集光スポツト１５′の境界線１５′ｃがこれ
と同一直線に揃う。このようにして中間スリツト
板のエツジの像がエツジ１６ａと一致して並ん
で、レーザ照射パターンのエツジを形成するの
で、エツジが鮮明となる。第４図は、形成パター
ンの左右のエツジが、例えば第２図の下半部のよ
うに、ガルバノミラーによる偏向走査方向と斜交
している場合を示している。１段目左端の焦光ス
ポツト１５と２段目左端の集光スポツト１５′と
の接合状態を見ると、スポツト１５に対してスポ
ツト１５′は寸法ｉだけ右方に位置している。従
つて、スポツト１５の中央の境界線１５ｃと、ス
ポツト１５′の中央の境界線１５′ｃとは、同一直
線状に並ばず、階段状に食い違つている。２段目
と３段目、３段目と４段目も同様に階段状をなし
ている。形成パターンの右側のエツジも同様に階
段状をなしている。

第５図は形成パターンのエツジと、偏向走査方
向とのなす角度が第４図よりも小さい場合を示し
ている。このように、形成パターンのエツジが、
ガルバノメータによる走査方向となす角度が鋭角
になるに従い、そのエツジは不鮮明な階段状とな
り、精度が悪くなる。

本発明は以上の事情に鑑みて為され、中間スリ
ツトを用いた光走査によるレーザの照射パターン
のエツジが、偏向走査方向と斜交していても、鮮
明かつ正確なエツジを形成することのできるレー
ザによるパターンの形成方法、及び、この方法の
実施に好適な装置を提供しようとするものであ
る。

上記の目的を達成する為、本発明の方法は、中
間スリツトのエツジの、対物レンズによる縮小投
影像が、形成すべきパターンのエツジに接するよ
うに、中間スリツトを回動せしめることを特徴と
する。そして、本発明の装置は、中間スリツト
を、そのエツジとレーザ走査線の交点付近を中心
として自在に回動せしめ得るようにしたことを特
徴とする。

次に、本発明装置の一実施例を第６図について
説明する。同図は中間スリツト板の平面図で、こ
の中間スリツト板は、先に第１図に示したような
レーザ発振器と、これから出たレーザ光を偏向さ
せる手段たとえばガルバノメータと、このレーザ
光を集光させるためのリレーレンズと対物レンズ
とを備えたレーザによるパターン形成装置の、リ
レーレンズによる中間焦点面に取りつけて使用さ
れるものである。

２０ａと２０ｂとは１対のスリツト板で、この
スリツト板のエツジを自在に回動させるため、本
実施例においては、スリツト板２０ａ，２０ｂ
を、直線状のエツジを弦とする半円形に形成さ
れ、その円周部をそれぞれ、一部を切欠いた環状
のガイド２３ａ，２３ｂによつて回動自在に支承
されている。その回動の中心点は各スリツト板２
０ａ，２０ｂの直線状エツジの中央の点２１ａ，
２１ｂである。この中間スリツト板は、エツジの
中央の点２１ａ，２１ｂを結ぶ線ｊがレーザ中間
集点の走査線と一致するよう、パターン形成装置
に取りつけて用いる。第１図の例について示す
と、従来の中間スリツト板５，５′に代えて取り
つけて用いる。

前記の２枚の半円形スリツト板２０ａ，２０ｂ
を回動操作するため、半円形スリツト板２０ａに
切欠き歯車３２が固着され、モータ３５により、
歯車３３を介して駆動されるようになつている。
そして、２枚の半円形スリツト板２０ａ，２０ｂ
は２本のリンク２４，２５を介して連動するよう
になつていて、スリツト板２０ａがモータ３５に
よつて回動せしめられると、スリツト板２０ｂは
これと同角度だけ従動回転し、両者のエツジ部は
常に平行を保つようになつている。２６ａ，２６
ｂ，２７ａ，２７ｂは取付ピン、２８，２９はガ
タを無くすためのばねである。

以上のようにして本実施例の装置は、１対の半
円形スリツト板２０ａ，２０ｂが、そのエツジの
中央の点２１ａ，２１ｂを中心として回動せしめ
られるようになついる。そして、上記の点２１
ａ，２１ｂはレーザ光の走査線ｊとスリツト板と
が交わる点である。このように、スリツト板２０
ａ，２０ｂを、そのエツジとレーザ光との交点２
１ａ，２１ｂを中心として回動せしめるようにな
つているので、スリツト板２０ａ，２０ｂを回動
せしめても、スリツト板２０ａ，２０ｂが走査幅
を制限している幅寸法b′が変化しない。すなわ
ち、レーザ光の偏向走査幅に影響を与えないでス
リツト板のエツジの方向を自在に操作できる。

次に、上述のように、中間スリツトを、そのエ
ツジとレーザ走査線との交点付近を中心として自
在に回動せしめ得る装置を用いて、本発明に係る
パターン形成方法を実施する一例を第７図につい
て説明する。図において、１８ａは形成すべきパ
ターンの左側のエツジを示し、１８ｂは形成すべ
きパターンの右側のエツジを示している。焦点ス
ポツトの、１段目の走査線上の左端の位置を小円
形１９で示す。レーザ光が中間スリツト板によつ
て遮られる部分１９ａと遮られない部分１９ｂと
の境界線１９ｃは中間スリツト板２０ｂのエツジ
の縮小投影である。従つて中間スリツト板２０
ａ，２０ｂを回動させると、上記境界線１９ｃも
回動する。

境界線１９ｃを回動せしめて、形成すべきパタ
ーンの左側のエツジ１８ａと一致させるように操
作する。このようにすると、集光スポツト１９が
走査されて矢印ｆ方向に移動するにつれて、中間
スリツト板のエツジの縮小投影は１９ｄ，１９ｅ
のごとく、形成すべきパターンのエツジ１８ａに
一致しつつ移動する。そして、２段目の左端の位
置１９′に走査されると、中間スリツト板のエツ
ジの縮小投影は１９′ｃのごとく形成すべきパタ
ーンのエツジ１８ａと一致する。その後、以上の
作用を繰り返して、パターンの左側のエツジ１８
ａが鮮明に一直線状に形成される。第６図の実施
例の装置においては、２枚の半円形スリツト板の
弦の部分によつて形成されているスリツトエツジ
は、常に平行を保つているので、第７図における
パターンの左側のエツジ１８ａが直線状に形成さ
れると、右側のエツジ１８ｂも、前述と同様の作
用により、左側のエツジと平行な直線状に、鮮明
に形成される。

第７図にいては直線状のパターン形成について
説明したが、同様の装置（第６図）を用い、本発
明方法を適用して曲線状のパターンを形成するこ
ともできる。第８図において５１ａと５１ｂと
は、それぞれ前述の半円形スリツト板２０ａ，２
０ｂの姿勢を表わしている。j′はこの２枚の半円
形スリツト板の間を往復走査されるレーザ光の中
間焦点の軌跡である。而してこの図形は前述した
ごとく対物レンズによつて照射目的物の表面に縮
小投影される。従つてこの図を１／ｎに縮小した図を 想定すると、j′は目的物表面の集光スポツトの往
復軌跡を意味することとなる。照射目的物を載置
したXYテーブルの操作によつて照射目的物を図
の上方に移動させつつ左方に移動させると、照射
目的物表面のレーザ光の走査軌跡j′は目的物に対
して下降しつつ右方に移動する。図の５０ａは形
成すべきパターンの左方のエツジ、５０ｂは右方
のエツジを示す。例えばレーザ光の集光スポツト
の走査軸線がj″位置にあるときは、半円形スリツ
ト板の姿勢を５１′ａ，５１′ｂのごとく、エツジ
５０ａ，５０ｂにそれぞれ接するように操作す
る。パターンのエツジ５０ａ，５０ｂに沿つて半
円形スリツト板のエツジの投影がこれに接するよ
うに操作を継続すると、鮮明な曲線状のパターン
エツジが形成される。

第９図は前述の第６図と異なる実施例を示す。
前述と同じ図面参照番号を附した半円形スリツト
板２０ａ，２０ｂおよびガイド２３ａ，２３ｂは
前例と同様の部材である。そして、ガイド２３
ａ，２３ｂはそれぞれ、左右方向に摺動自在に設
けられたテーブル３６ａ，３６ｂに固設され、こ
のテーブル３６ａ，３６ｂはそれぞれ１対のマイ
クロメータ３７ａ，３７ｂによつて微動作できる
ようになつている。１対の半円形スライド板２０
ａ，２０ｂにそれぞれ切欠歯車３２ａ，３２ｂが
固着されていて、電動機３５ａ，３５ｂにより歯
車３３ａ，３３ｂを介して回転駆動されるように
なつている。各電動機３５ａ，３５ｂはそれぞれ
電動機制御系３９を介してスリツト傾角指令系４
１によつて制御されるようになつている。本実施
例に於いては、１対の半円形スリツト板２０ａ，
２０ｂ間の距離を自在に操作することができ、而
も各半円形スリツト板のエツジの傾角をそれぞれ
独立して操作できるので、たとえば第１０図のパ
ターンのように、左右のエツジ５０ｃ，５０ｄの
形状が異なり、従つて両エツジの間隔寸法Ｄが一
定でない場合にも鮮明なエツジを形成することが
できる。

第１１図は第９図の中間スリツトを適用した具
体的な実施例で、円筒形のサンプル４６の表面に
レーザ加工によつてパターンを描く装置である。
第１図と同様の図面参照番号を附した部材は第１
図の先行技術装置と同様の部材であり、第９図と
同様の図面参照番号を附した半円形スリツト２０
ａ，２０ｂ電動機３５ａ，３５ｂ、テーブル３６
ａ，３６ｂ、およびマイクメータ３７ａ，３７ｂ
は第９図の実施例と同様の部材である。円筒形サ
ンプル４６は保持機構４７ａ，４７ｂを介してテ
ーブル４８上に支承され、電動機４４によつて矢
印ｋ，k′方向に回転駆動され、電動機４５によつ
て矢印ｌ，l′方向に駆動されるようになつてい
る。電動機４４，４５の回転は、記憶装置４３を
備えた制御装置１３′によつて制御されるように
なつている。

この実施例の円筒形サンプル４６はガラスで作
られ、その内面に導電性材料の薄膜が蒸着されて
いる。そして、レーザ発振器１から出たレーザ光
束２はガルバノミラー３によつて走査され、その
中間焦点６の走査幅ｂが１対の半円形スリツト板
２０ａ，２０ｂの間隔によつて制限され、集光ス
ポツト９，９′の走査幅ｃはこれに比例して制限
される。マイクロメータ３７ａ，３７ｂの操作に
よつて上記のｂ寸法を調節し、半円形スリツト板
２０ａ，２０ｂの回動操作によつてそのエツジが
パターンの接線方向に一致するよう、制御装置１
３によつて自動的に制御することにより、集光ス
ポツト９，９′の走査軌跡は鮮明なエツジのパタ
ーンを形成する。そして、レーザ光の集光照射を
受けた個所の導電性薄膜は除去加工される。この
実施例の装置は、例えば静電偏向型の陰極線管の
導電偏向電極パターンの加工等に好適である。

以上説明したように、本発明に係る方法は、レ
ーザ発信器から出たレーザ光を偏向走査し、この
レーザ光をリレーレンズで集光し、その中間焦点
面に設けた中間スリツトによつてレーザ光の走査
幅を限定し、このレーザ光を対物レンズによつて
目的物の表面に集光するパターン形成方法に於
て、対物レンズによる中間スリツトエツジの結像
が、形成すべきパターンのエツジに接するよう
に、中間スリツトを回動せしめることにより、前
記の形成すべきパターンのエツジがレーザ光の偏
向走査方向と斜交していても、鮮明かつ正確なエ
ツジを形成することができる。

また、本発明に係る装置は、中間スリツトを、
そのエツジとレーザ走査線との交点付近を中心と
して自在に回動せしめ得るようにすることによ
り、レーザ光の走査幅に影響を与えることなく、
中間スリツトエツジの方向を自在に操作すること
ができるので、前述のパターン形成方法を容易
に、かつ高能率で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来用いられている中間スリツトを用
いたレーザ加工によるパターン形成装置の構造機
能の説明図、第２図はレーザ照明目的物の表面に
形成されるパターンの平面図、第３図、第４図、
及び第５図は従来技術におけるパターン形成に関
するパターンの形状、精度を解析した説明図、第
６図は本発明装置の一実施例における中間スリツ
ト板の平面図、第７図および第８図は上記の実施
例におけるパターンの形状、精度を解析した説明
図、第９図は前記と異なる実施例における中間ス
リツト板の平面図に制御系統を付記した図、第１
０図はレーザ照射目的物の表面に形成されるパタ
ーンの平面図、第１１図は第９図の中間スリツト
を適用した具体的実施例を示す斜視図に制御系統
を付記した図である。 １……レーザ発振器、３……ガルバノミラー、
４，７……リレーレンズ、５……中間スリツト
板、６，６′……中間焦点、８……対物レンズ、
９，９′……集光スポツト、１０……レーザ照射
目的物、１３，１３′……制御装置、２０ａ，２
０ｂ……半円形スリツト板、２１ａ，２１ｂ……
上記スリツト板のエツジの中央、２３ａ，２３ｂ
……ガイド、３６ａ，３６ｂ……テーブル、３７
ａ，３７ｂ……マイクロメータ、３９……電動機
制御系、４１……スリツト傾角指令系、４３……
記憶装置、４６……円筒形のサンプル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ発振器から出たレーザ光を偏向走査
   し、偏向走査されたレーザ光をリレーレンズによ
   つて集光し、上記リレーレンズの中間焦点面に設
   けた中間スリツトによつてレーザ光の走査幅を限
   定し、このレーザ光を対物レンズによつて目的物
   の表面に集光するパターン形成方法において、対
   物レンズによる中間スリツトエツジの結像が、形
   成すべきパターンのエツジに接するように、中間
   スリツトを回動せしめることを特徴とするレーザ
   によるパターン形成方法。 ２ レーザ発振器と、これから出たレーザ光を偏
   向走査する手段と、このレーザ光を集光させるた
   めのリレーレンズと、上記リレーレンズの中間焦
   点面における走査幅を限定するための中間スリツ
   トと、レーザ光を目的物の表面に焦光するための
   対物レンズとを備えたレーザによるパターン形成
   装置において、中間スリツトを、そのエツジとレ
   ーザ走査線との交点付近を中心として、自在に回
   動せしめ得るようにしたことを特徴とするレーザ
   によるパターン形成装置。 ３ 上記の中間スリツトは、対向する一対のエツ
   ジの間隔、及び一対のエツジそれぞれの方向を自
   在に制御し得るようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第２項に記載のレーザによるパターン
   形成装置。