(57)【要約】レーザにより加工物をレーザマイクロマシニングする方法であって、加工物のＸ軸に平行な経路（Ｐ）と、経路を横断して位置するＹ軸と、経路を横断して位置するＺ軸に沿って、移送システムの一部を形成するキャリアを変位させることができるようにキャリア上に加工物を位置付けするステップと、経路と相対的に定められた加工基準位置（Ａ）において、経路が第１の基準位置を横断するように移送システムによって確立されたレーザからの出力ビームによって生成された像を合焦するステップと、出力ビームに実質的に垂直に位置するＸ及びＹ軸によって定められる平面と、レーザによって加工物がマイクロマシニングプロセスを受けることができるように、移送システムによって加工物を経路に沿って変位させるステップを含み、マイクロマシニングが、基準位置と該基準位置の周辺の加工物の現在の第１の表面位置との間の距離を保持するステップ、加工基準位置が加工物表面に対して固定距離で保持されるように加工物の厚さの局所的変動量と一致するように加工基準位置を変化させるステップと、によって特徴付けられた方法。
2006521930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物のＸ軸に平行な経路と、該経路を横切って位置するＹ軸と、前記経路を横切って位置するＺ軸とに沿って、移送システムの一部を形成するキャリアを変位させることができる前記キャリア上に前記加工物を位置付けするステップと、最初の基準位置を横切るように、前記移送システムによって確立された前記経路に相対的に定められた加工基準位置に、前記レーザからの出力ビームにより生成された像を合焦させるステップと、前記出力ビームに実質的に垂直な位置にある前記Ｘ軸及びＹ軸により定められる平面と、前記レーザによって前記加工物がマイクロマシニングを受けることができるように前記移送システムによって前記加工物を前記経路に沿って変位させるステップと、によって特徴付けられる、レーザを用いて加工物をレーザマイクロマシニングする方法において、
前記基準位置と該基準位置の周辺の前記加工物の現在の第１の表面位置との間の距離を保持するステップと、
前記加工基準位置が前記加工物表面に対して固定距離で維持されるように前記加工物の厚さの局所的変動量と一致して前記加工基準位置を変化させるステップと、
によって特徴付けられる方法。
【請求項２】
前記加工基準位置を変化させるステップが、合焦又は結像レンズを前記加工物に対して変位させるステップによって達成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加工基準位置を変化させるステップが、前記加工物を合焦又は結像レンズに対して変位させるステップによって達成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記加工物の第１の表面上で流体クッション上に浮かぶ本体部材を含む距離感知装置を用いて感知するステップを行い、前記流体クッションは、前記本体部材を前記第１の表面から所定距離で保持するように前記本体部材から供給される流体流によって達成され、前記加工物の厚さの変化に起因して前記本体部材が該本体部材の現在の位置から変位する場合には、前記第１の表面と垂直な前記本体部材の位置の任意の変化を用いて、現在の基準位置の対応する変化が前記加工基準位置を前記加工物の第１の表面に対する固定距離まで復元するように前記レンズの位置を修正することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記本体部材が前記加工物の第１の側面と相対的に位置付けされ、更なる本体部材が前記第１の側面に対して前記加工物の反対側にある前記加工物の第２の側面に相対的に位置付けられて設けられ、前記更なる本体部材は、前記加工物の局所的厚さが減少すると前記加工物を前記本体部材に向けて付勢する役割を果たすことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記加工物を前記キャリア上に位置付けするステップが、Ｘ軸及びＹ軸によって決められた前記加工物平面が水平方向に対して垂直又は他のある角度をなすようにすることを特徴とする先出のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項７】
前記加工物のＸ軸に平行な経路と、該経路を横切って位置するＹ軸と、前記経路を横切って位置するＺ軸とに沿って変位させることができる、移送システムの一部を形成するキャリアと、最初の基準位置を横断するように、前記移送システムによって確立された前記経路に相対的に定められた所定加工基準位置に、前記レーザからの出力ビームを合焦又は結像させることができる手段と、前記出力ビームに実質的に垂直に位置する前記Ｘ軸及びＹ軸により定められる平面と、前記レーザを使用して前記基準位置において前記加工物がマイクロマシニングを受けることができるように、前記移送システムによって前記加工物を前記経路に沿って変位させる駆動手段と、
によって特徴付けられるレーザを用いて加工物をレーザマイクロマシニングするための装置であって、
現在の加工基準位置と前記基準位置の周辺の前記加工物の現在の第１の表面位置との間の距離を調整する保持手段、及び
前記加工基準位置が前記加工物表面に対して固定距離で維持されるように前記加工基準位置を前記加工物の厚さの局所的変動量と一致させ、及び／又は、
キャリア及び移送システムで、水平方向に対して垂直又は他のある角度のいずれかをなすＸ軸及びＹ軸によって決められる加工物平面で前記経路に沿って前記加工物を変位させることを可能にする焦点調節手段、
とからなるステップによって特徴付けられる装置。
【請求項８】
前記焦点調節手段が、合焦又は結像レンズを前記加工物に対して変位させる役目を果たすことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記保持手段が、前記加工物を前記合焦されたビーム又は像に対して変位させる役目を果たすことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記加工物の第１の表面上で流体クッション上に浮かぶ本体部材を含む距離感知装置によって特徴付けられ、前記流体クッションが、前記本体部材を前記第１の表面から所定距離で保持するように前記本体部材から供給される流体流によって達成され、前記本体部材が前記加工物の厚さの変化に起因して前記本体部材の現在の位置から変位する場合には、前記第１の表面と垂直な前記本体部材の任意の位置変化を用いて、現在の基準位置の対応する変化が前記加工基準位置を前記加工物の第１の表面に対する固定距離まで復元するように前記合焦又は結像ステップを修正する請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記本体部材が前記加工物の第１の側面と相対的に位置付けされ、更なる流体放出本体部材が、前記加工物の反対側にある前記加工物の第２の側面と前記第１の側面への前記経路に相対的に位置付けされ、前記更なる本体部材からの流体出力は、前記加工物の局所的厚さが減少すると前記加工物を前記本体部材に向けて付勢する役割を果たすことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
請求項１から６までの１つ又はそれ以上の方法によってマイクロマシニングされることを特徴とする基板形態の製品。
【請求項１３】
請求項７から１１までの１つ又はそれ以上の装置によってマイクロマシニングされることを特徴とする基板形態の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め方法及び装置、並びに該方法又は装置の製品に関する。具体的には、本発明は、精密レーザマイクロマシニング用途のためのかなりの寸法のプレート又はシート形状の加工物又は基板の位置決めに関する。
【背景技術】
【０００２】
マスク投影法を使用するパルスレーザマイクロマシニング法は、現在では大規模基板や薄い基板の両方の細密構造の作製に広く使用されている。マイクロ電子機械システム（又は「ＭＥＭＳ」）は、複雑な２．５次元又は３次元構造体を生成するために、基板及び／又はマスクの移動を使用するポリマー基板の「エキシマ」レーザアブレーションによって試作される場合が多い。例えば、太陽電池パネル、センサ、さらにはディスプレイ装置内に組み込まれた、通常サブミクロン厚さの無機、金属、有機フィルムは、固体及びガスレーザ源の両方によるマスク投影法を使用してパターン形成される場合が多い。こうしたプロセスは、長年にわたり製造技術として十分に確立されてきた。改良は、基本マスク投影、ビーム操作、動作制御技術に対する変更ではなく、主としてレーザ駆動技術の強化に向けられてきた。
【０００３】
国際光学技術学会誌  第４，７６０巻の研究論文「レーザマイクロマシニングＭＥＭＳデバイスのための新技術」では、「同期像スキャニング」（「ＳＩＳ」）、及び「ボウタイスキャニング」（「ＢＴＳ」）と名づけられる２つのパルスレーザマイクロマシニング法が説明されている。これらの技術は、最新のステージとガルバノメータミラースキャナシステムの速度及び精度面でなされた改良を活用する。ＳＩＳとＢＴＳの両方は、精度、速度、効率面で大きな改良を行うことが可能であり、これらを使用して、細密な２次元及び３次元パターンの大規模面積の複雑な繰り返しアレイをレーザアブレーションによって作成することができる。この技術は、スーパーロングインクジェットプリンターノズル（例えば、ページ幅アレイ）、マイクロレンズアレイ、ディスプレイ強化フィルム、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）のような装置のレーザ製造ですでに使用されている。
【０００４】
精密レーザマイクロマシニングにおいては、合焦レンズ又は結像レンズから機械加工される面までの距離を正確に制御することが必須である。典型的には、この距離は、レンズ系の焦点深度内に保持される必要がある。
【０００５】
投影レンズとマイクロマシニングによってアブレーションされることになる基板との間の距離の精密な制御を行う試みでは、２つの方法が既に知られている。いずれも問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第１に、機械加工されることになる基板を移送システム上へ搭載してレーザ反射追跡を使用することによって、基板位置に関する情報を与える方法。レーザ反射追跡は、基板材料の伝送特性の変化に起因する問題を生じる可能性がある。基板の移送システムは、フィードバック遅延によって引き起こされる遅れ又は先行位置誤差を生じさせる可能性がある。多重表面反射又は反射率の変化は、位置決め誤差を招く場合がある。
【０００７】
第２に、超平面チャックを使用して基板を搬送する方法。超平面チャックは、基板厚さの変動を考慮できない。また、基板の幾つかの種類は、チャックを損傷しないにしても加熱を生じさせる可能性のあるレーザビームを通過させる。そのようなチャックは、十分厳密な許容誤差で製造するためには本質的に高価なものとなる。
【０００８】
本明細書におけるレーザマイクロマシニングのための代表的加工物を考慮する際に、Ｘ軸に沿って計測された長さ、Ｙ軸に沿って計測された幅、Ｚ軸に沿って計測された厚さを備える３次元の直線項の形態で加工物を考慮するのが好都合である。Ｚ軸に沿って計測された厚さは通常、Ｘ軸に沿って計測された長さ又はＹ軸に沿って計測された幅よりも数桁小さい。このような加工物は、以下では「記載された形式の」と呼ばれる。しかしながら、本発明は、これらの割合の加工物に限定されず、他の形状の加工物を取り扱うように適合させることができる。
【０００９】
マイクロマシニングプロセス及び加工物に対するレーザビームの必要となる位置を考慮する際に、用語「基準位置」を使用することが都合がよい。合焦ビームの場合においては、焦点が基準位置を表す。レーザビームがマスクを通過するときに形成される像の場合では、レーザビームを用いて形成される像の位置が基準位置と解釈される。いずれの場合においても、基板の正確なアブレーション及び加熱を行うためには、基準位置は、基板表面に対して固定した関係で保持される必要がある。以下において用語「基準位置」は、考察中のレーザ光学系に対して適切に解釈されるべきである。
【００１０】
用語「マイクロマシニング」は、アブレーション又は像形成プロセスだけでなく、加工物の外面間のある位置における加工物の加熱も含むように解釈すべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の様態によれば、レーザを用いて加工物をレーザマイクロマシニングする方法において、加工物のＸ軸に平行な経路と、経路を横切って位置するＹ軸と、経路を横切って位置するＺ軸とに沿って、移送システムの一部を形成するキャリアを変位させることができるようにキャリア上に加工物を位置付けるステップと、レーザからの出力ビームが加工物のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対して基準位置を確立させるステップと、レーザによって加工物がマイクロマシニングプロセスを受けることができるように移送システムによって加工物を経路に沿って変位させるステップと、を含み、
基準位置と該基準位置の周辺の加工物表面上の位置との間の距離を保持するステップと、
基準位置が加工物表面に対して固定距離で維持されるように加工物の厚さの局所的変化に対応するステップからなるステップによって特徴付けられる方法が提供される。
【００１２】
本発明の第１の様態の第１の好ましい形態によれば、加工物の厚さの局所的変化に対応させるステップは、基準位置を加工物表面に追従するように変位させるステップによって達成される。
【００１３】
本発明の第２の好ましい形態によれば、加工物の厚さの局所的変化に対応させるステップは、加工物表面を基準位置と一致するように相対的に変位させるステップによって達成される。
【００１４】
本発明の第３の好ましい形態によれば、距離を保持するステップは、加工物の第１の表面上で流体クッションの上に浮かぶ本体部材を含む距離感知装置を用いて行われ、該流体クッションは、本体部材を第１の表面から所定距離において保持するように、本体部材から供給される流体流によって達成され、加工物の厚さの変化に起因して本体部材が該本体部材の現在の位置から変位する場合には、第１の表面と垂直な本体部材の位置の任意の変化を用いて、現在の基準位置の対応する変化が加工基準位置を加工物の第１の表面に対する所定距離まで復元させるように合焦又は結像レンズを移動させる。本体部材は、加工物の第１の側面と相対的に位置付けされ、更なる本体部材が第１の側面に対して加工物の反対側の第２の側面に相対的に位置付けられて設けられるのが好ましく、更なる本体部材は、加工物の局所的厚さが減少すると加工物を本体部材に向けて付勢する役割を果たす。
【００１５】
本発明又は、先出のいずれかの好ましい形態の第４の好ましい形態によれば、加工物は、Ｘ軸及びＹ軸によって定義された加工物平面が水平方向に対して垂直又は他のある角度をなすようにキャリア上に位置付けされる。
【００１６】
加工物をレーザマイクロマシニングするための装置を有する本発明の第２の様態によれば、加工物のＸ軸に平行な経路と、経路を横切って位置するＹ軸と、経路を横切って位置するＺ軸とに沿って変位させることができるように移送システムの一部を形成するキャリアと、経路と相対的に定められた所定加工基準位置において、該経路が第１の基準位置を横断するように移送システムによって確立され、レーザからの出力ビームを合焦又は結像させる手段と、出力ビームに実質的に垂直に位置するＸ軸及びＹ軸により定められる平面と、レーザを使用して基準位置において加工物がマイクロマシニングを受けることが可能となるように、移送システムによって加工物を経路に沿って変位させる駆動手段と、を備え、
現在の加工基準位置と基準位置の周辺の加工物の現在の第１の表面位置との間の距離に対する位置保持手段、及び
加工基準位置を加工物の表面に対して固定した距離に保持させ、及び／又は、
キャリア及び移送システムで、水平方向に対して垂直か又は他のある角度のいずれかをなすＸ軸及びＹ軸によって決められる加工物平面で経路に沿って加工物を変位させて、加工基準位置を加工物の局所的厚さの変動量と一致させる基準位置決め手段、
によって特徴付けられる。
【００１７】
本発明の第２の様態の第１の好ましい形態によれば、基準位置位置決め手段が、基準位置を加工物に対して変位させる役割を果たす。
【００１８】
本発明の第２の様態の第２の好ましい形態によれば、焦点調節する手段が、加工物の経路を基準位置に対して変位せる役割を果たす。
【００１９】
本発明の第２の様態の第３の好ましい形態によれば、本装置は、加工物の第１の表面上で流体クッション上に浮かぶ本体部材を含む距離感知装置を含み、流体クッションは、本体部材を第１の表面から所定距離で保持するように本体部材から供給される流体流によって達成され、本体部材が加工物の厚さの変化に起因して本体部材の現在位置から変位する場合には、第１の表面と垂直な本体部材の任意の位置変化を用いて、現在の基準位置の対応する変化が加工基準位置を加工物の第１の表面に対する所定距離まで復元するように合焦又は結像ステップを修正する。
【００２０】
本発明の第２の様態の第４の好ましい形態によれば、本体部材は、加工物の第１の側面と相対的に位置付けされ、更なる流体放出本体部材が、加工物の反対側にある加工物の第２の側面と第１の加工物への経路に相対的に位置付けされ、更なる本体部材からの流体出力は、加工物の局所的厚さが変化すると加工物を本体部材に向けて付勢する役割を果たす。
【００２１】
本発明の第３の様態によれば、本発明の第１の様態又はその好ましいいずれかの形態による方法によってマイクロマシニングされた基板形式の製品が提供される。
【００２２】
本発明の第４の様態によれば、本発明の第２の様態又はその好ましい任意の形態による対象物すなわち装置によって、マイクロマシニングされた基板形式の製品が提供される。
【００２３】
本発明は概して、加工物に対するレーザビームの基準位置の正確な位置決めの提供に関する。固体状態及びガスレーザを含む全ての種類のレーザによって発射されるビーム（連続出力であれ又は、パルス出力であれ）を使用することができる。正確な合焦又は結像が可能となることによって、到着するレーザビームに最も近い基板表面を機械加工するだけでなく、直近面の対向面上で機械加工し、更に本来の特性を変化させるために通常外面との中間領域上に合焦することもできる。
【００２４】
正確に合焦できる能力は望ましいことは明らかであるが、しかしながらこれまでは、この望ましい目標の実現には問題があった。上記で説明した３つの直線軸Ｘ、Ｙ、Ｚで基板を考察する。機械加工中は、Ｘ及びＹ軸は、基板へ向って配向されるレーザビーム経路に垂直な平面内にある。すなわちビーム経路はほぼＺ軸に沿った方向である。従来の機械加工プロセスは、Ｘ軸に沿って、及び必要な場合Ｙ軸にも沿った基板の移動を行う。従来では、基板は一定の厚さであり、その結果レーザビームを合焦することにより、基板のｘ−ｙ平面に対して固定点で使用されることになると考えられる。しかしながら実際には、基板の製造工程で、必ずしも厳密な許容誤差を厳守する平面と厚さを備えた基板を得るとは限らない。
【００２５】
この製造に続き且つ機械加工に先行して、基板の検査プロセスを使用し、これらの製造された基板の寸法許容誤差を識別することができる。機械加工プロセス中は調節が不可能又は容易ではない従来のレーザ合焦システムを使用するばあいにおいて、基板は、正確に機械加工可能であることを確定するためにチェックすべきであり（それらが加工される前では、基板の多大な除去率をもたらしそうである）、又はその代わりに、全て又は大多数の基板は、機械加工された品目がこれらの上に形成された不均一な像を有することが分かったときに幾つかが不合格とされることになるとして、これらの製造許容誤差に関係なく機械加工されるか、のいずれかである。いずれの場合においても、不合格は、コストを上昇させ、廃棄又は回収ステップのいずれかを伴う可能性がある。
【００２６】
本発明は、焦点又は結像基準位置に対してＺ軸に沿う基板の相対移動を可能にすることによって、この許容誤差問題の克服を図るものである。このような相対移動を実現する２つの方法は、例示的実施形態に関連して以下で説明する。概して相対移動は、２つの方法で実現することができる。
【００２７】
第１の方法は、レーザビームの基準位置を直近の基板表面から一定距離を自動的に保持するように移動するＺ軸追従装置に連結することによりもたらされる。この移動は、レーザ合焦システムへ伝達されて、たとえ基板の局所的厚さが変化しても、基準位置を局所的な基板表面に対して効果的に一定に保持するようにされる。
【００２８】
第２の方法では、Ｚ軸上のレーザビームの基準位置は、固定して保持されて、レーザビームが配向される方向に対して基板の反対側に代替の追従装置を設けることによって、基板が、基準位置に向って偏移させられる。実際上の又は見かけの基板の局所的厚さの変化（基板材料での実際の寸法変化に起因するか、基板の移送が水準の変化を生じることに起因するか）がある場合に、更なる追従装置は、基準位置が基板表面から一定の高さに保持されるのを保証するため、基板表面をＺ軸に沿って基準位置の方へ又は基準位置から遠ざかるように駆動する役割を果たす。
【００２９】
いずれの場合でも、追従装置及び更なる追従装置は夫々、基板表面へ向って配向された加工面を備える流体ユニットの形態とすることができることが想定される。流体流は、加工面から出て局所基板表面に沿って通り、ユニットと基板との間の間隙を通過する。ユニットを通る一定の流体流を維持することにより、加工間隙が一定に維持される。基板の厚さが変化する場合において、加工面は、移動して、加工高さを一定に保持する。
【００３０】
流体ユニットは通常、空気又は他のあるガス又は蒸気又はそれらの混合物の流体流を使用する。流体流はまた、局所表面の冷却又は加熱の程度を与えることもできる。
【００３１】
流体ユニットは、窒素、ヘリウム、酸素のような不活性又は非不活性流体化ガスを使用してコスト上有利なプロセスを提供するよう配置する。閉回路流体システムの構築によって、結果として得られた機械加工プロセスは、関連するマイクロマシニングプロセス向けの密に制御された環境を提供可能である。
【００３２】
各流体ユニットの全体寸法が小さく維持される場合には、各ユニットは、基板表面水準の相対的に小さな変化に応答可能である。各流体装置は、記録可能なリアルタイムモニタリングを実行することが可能なカメラ又はパラメータ計測手段などの検査又は許容物品を組み込むことができる。
【００３３】
１つの受動的な実施形態では、１つ又は複数の流体ユニットを用いて、機械未加工基板、或いは機械加工済基板又は部分的に機械加工された基板において寸法変化が、もしあれば、起こっていることを確証するために基板を検査することができる。
【００３４】
例示的実施形態では、流体装置の使用について言及したが、１つ又は複数の追従装置が、流体流ではなく１つ又は複数の磁場によって基準位置及び基板の位置を確定及び保持することができることも想定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
ここで、公知のマイクロマシニングシステムの実施例及び本発明の例示的な実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。
図１
本発明を加工関連において設定するために、加工物１１のマイクロマシニングを行うレーザシステム１０を概略的に説明する。システム１０は、２つの光学セクション：
ビーム整形及び均質化光学セクション１０Ａ；及び
マスク投影光学系１０Ｂ
を内蔵する。レーザ１２は、部分１３Ｃ及びエネルギ分布１３Ｅを有する出力ビーム１３を与えるマルチモード高出力固体レーザである。出力ビーム１３は、ビームエキスパンダ１４へ入り、その結果拡大された円部分の出力ビーム１５を得てビーム整形及び均質化ユニット１６に入り、そこから均一な部分エネルギのビーム１７がマスク面において形成され、マスク投影セクション１０Ｂ内を通過する。
【００３６】
ビーム２０は、加工物１１の表面上に位置付けされる基準位置２４において均一な部分エネルギの像ビーム２３を生成するためにｆ−θレンズ２２を通過する前にスキャナ２１に入る。
【００３７】
便宜上、システム１０は、レーザビームの種々のタイプの共通軸が水平線で示されている。しかしながら、実際の加工配置では、共通軸は、構成の下端部において水平方向に延びる加工物１１と垂直に配置される。この場合、加工物１１は、公知の方法で加工基準位置２４を通過して駆動されるように適合された超平面チャック（図示せず）内に位置付けされる。
【００３８】
図２
本図は、紫外線エキシマレーザ８１を使用する第２のマシニングプロセスを表す。レーザ８１は、ビーム整形及び均質化ステージ８３に供する出力ビーム８２を供給し、該ステージ上でビーム８２は、拡大される場合には、レンズ８４を通過してビーム８５を形成し、ビーム８５が２重アレイホモジナイザ８６へ入り複数のビーム８７を生じさせる。ビーム８７はフィールドレンズ８８に入った後にマスク８９を通過してビーム９０となり、ビーム９０が、投影レンズ９１を通過して加工物９２上に必要な像を形成する。
【００３９】
発明を実施するためのモード
正確且つ再現可能な位置決めに関する本発明による２つの新しいシステムの概要を次に説明する。
【００４０】
図３
本図は、キャリア３２（加工物移送システムの一部を形成する）上に位置付けされた加工物３１を備えるマイクロマシニングユニットの出力端３０の概略図を示す。加工物３１は、Ｘ軸の方向（図面の平面に垂直な方向）でレール３３に沿って移動することができる。この場合、図１のビーム２３に対応するレーザビーム３４は、基準位置Ａに合焦され、加工物３１の所定領域を除去することによって加工物３１の第１の表面３１Ｓにマイクロマシニングを行う。空気パック３７は、以下で説明するように、必要な時に基準位置Ａの位置を自動的に制御するために設けられている。
【００４１】
加工物３１の厚さＴが均一である理想的な条件では、キャリア３２は、紙面の内へ経路Ｐに沿って一様な伝播を行うことができ、加工物３１の第１の表面３１Ｓの相対的な横方向移動はＺ軸方向では生じない。基準位置Ａが固定位置であることにより、加工物３１の必要とされるマイクロマシニングを容易に行うことが可能となる。
【００４２】
図３Ａ（図３の部分拡大）
実際には、機械加工されることになる多くの加工物は、その全長（Ｘ軸に沿って存在するものと考える）にわたって均一な（Ｚ軸方向で）厚さではないことが判っている。図３Ａは、図３の部分拡大図である。この場合、加工物３１の厚さは、最小厚さＴから最大厚さ（Ｔ＋ｔ）まで厚さｔだけ変動し得る。厚さの変動は、加工物の実際のＺ軸寸法の変化に起因するか、又はチャック水準の変化などの支持異常に起因する可能性もある。
【００４３】
パック３７は、内部開口３７Ａを備える環状部分を有する。パックの適切な形状を図５に示し、これに対応して以下で説明する。パック３７は、加工物３１のＺ軸方向に容易に移動可能であると同時に、水平軸Ｘ及び垂直軸Ｙ方向での移動に抗して保持されるように取り付けられる。パック３７の内部は、空気がパック３７の成形底面３９から出て内側周辺４０及び外側周辺４１の周りを均一に流れるように定圧空気流がダクト３８を通過して供給される。その結果、パック３７は、高さｈで第１の表面の上に空中静止状態で維持される。パック３７は、図１でのｆ−θレンズ２２に相当するレンズ（図示せず）にリンクＬによって連結され、該レンズは、レーザビーム又は、又はレーザビームによって形成されるマスク像の位置を合焦することによって確立される基準位置の確定をもたらす。このようにして、パック３７のＺ軸方向の任意の移動は、基準位置を移動させるためにレンズに直接的に伝達される。
【００４４】
パック３７を通過する空気流を一定に保持された状態で使用し、且つパック３７の周辺で加工物３１の厚さＴが変化しないままである限りは、パック３７及びこれが取り付けられたレンズは、Ｚ軸方向での静止が保持される。基準位置Ａは、変化しないままである。しかしながら、加工物３１の厚さＴがある量ｔだけ増大する場合には、パック３７は、高さｈを一定に保持するために面３１Ｓから左に変位される。ｆ−θレンに結合されていることによって、パック３７の移動がレンズに伝達され、その結果として、光学系が図示のように基準位置Ａを左方向へ移動させることになる。このようにして、基準位置３５の瞬間的位置と加工物３１の第１の表面３１Ｓとの間のスペースは、加工物の厚さの変化に関わりなく相対的に一定に保持され、その結果、達成されるアブレーションの深さは、以前の一連のアブレーションに比べて均一に保持される。加工物３１の厚さの減少が厚さＴより小さい場合、これに相当する結果が得られる。このような場合においては、結合は、結果として起こるレンズの移動及び基準位置３５の移動とを伴って右側へ移動する。
【００４５】
図４
本図は、図３Ａに関連して説明した幾つかの点で類似したシステムを示す。しかしながら、本実施形態は、図３に示すような加工物に対する基準位置の移動ではなく、基準位置に対する加工物の移動を提供する。本実施形態は、レンズ調節を行う必要性がないので、パックを合焦レンズ又は像形成レンズに対して固定位置に保持することができる。本実施形態では、第２の環状空気ユニット４３が、加工物４４の第１の表面４４Ｓに向かって配向されるパック４５の働きを補完するように、加工物４４の第２の表面４４Ｔに配向されて設けられている。
【００４６】
この場合、パック４５は、Ｚ軸に対して所定位置に静止しており、その結果、レンズの移動を引き起こす運動を伝達する必要がない。従って、基準位置４６は、Ｚ軸方向で第１の表面４４Ｓに対して固定される。
【００４７】
図３のパック３７に関連と同様に、パック４５の内部は、空気がパック４５の成形底面４９から出て、パック４５の内側周辺５０及び外側周辺５１の周りを均一に流れるように定圧空気流がダクト４８を通過して供給されている。所与の空気流量に対して、パック４５は、加工物４４が経路Ｐ（加工物４４のＸ軸に対応する）沿って移動するときに、該加工物４４の第１の表面４４Ｓから高さｈに保持される。加工物４４の第１の表面４４Ｓがパック４５に対して固定高さｈで保持されるのを保証するために、第２の空気ユニット４３の内部は、空気がユニット４３の成形底面５３から出てユニット４３の内側周辺５４及び外側周辺５５の周りを均一に流れるように定圧空気流がダクト５２を通過して供給される。この空気流は、圧力が第２の表面４４Ｔに対して維持され、第１の表面４４ＳをＺ軸上で一定位置に保持して、基準位置４６を一定の高さに保持することを可能にするよう保証する。このことは、加工物４４の均一な深さのアブレーションが加工物４４の局所的な厚さの変化に関係なく経路Ｐに沿って通過するようにされるのを保証する役割を果たす。この構成は、比較的可撓性の基板に対して有効となるであろう。
【００４８】
図５
本体部材１０２を備える流体装置１０１（又はパック）は、加工面１０３を有する。本体部材１０２は、レーザビームがマイクロマシニングプロセスのために配向されて通過する中央スロット１０４を備えた形態の円形である。加工面は、流体出口１０５、１０６がスロット１０４の周りでほぼ対称的であり、該流体出口へ向けて、基板表面上で加工面１０３に均一な支持を与えるように流体流を確立させることができる。本体部材１０２はこの場合、ポート１０９に沿って加工面１０３の下方領域の視野を得ることができるカメラを含むハウジング１０７に取り付けられる。このようにして通常、スロット１０４を用いて実施されたレーザマシニングプロセスの結果を観察することができるので、基板の局所領域を機械加工の結果を観察できる。
【００４９】
本実施形態は、加工物のある範囲に対して異なる種類のスキャンを含むことができる。通常これらは、図１に関連して概説したアブレーションの１つ又はそれ以上のショットのシーケンスとすることができる。複数のシーケンススキャンを適用して、アブレーション領域の平行なラインを生じることができ、これは、加工物をＹ軸方向並びにＸ軸に沿って変位させることによって達成することができる。
【００５０】
図６及び図６Ａ
これらの図は、これまでボウタイ方式(Bow Tie Scheme)と呼ばれたものの主要な特徴を概略的に示している。この場合、加工物７３を一定の速度でＸ軸方向に移動させながらガルバノメータ駆動偏向を用いて、レーザビーム７０によって照射された開口の縮小像をユニット７１によって基板加工物７３の部分７２にわたり直線的に高速にスキャンする。各横軸スキャンの後に、ガルバノメータミラーを減速させ、方向を反転させて、反対方向にスキャンを行う。図６に示すように、加工物７３上に描かれたラインＬは、平行であり、所要ピッチｐによって分離される。加工物７３の移動を追跡するために、スキャナユニット７１は、ステージの移動と平行な方向でビーム７０Ａを偏向させる第２のミラーユニットを有する。両方のガルバノメータ軸の合成移動は、図６Ａに示すようなボウタイに類似する交差したビーム軌跡を生じる。その結果、ダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用い、且つステージ及びスキャナ制御システムによる加工物上のビーム位置決めと共にパルスを発射する正確に同期されたＱ−スイッチを内蔵した最大１０ＫＨｚの繰り返し率を備える高出力レーザ（３００ワット程度）を使用して、プラズマディスプレイパネル（「ＰＤＰ」）のパターン形成用ＢＴＳ構成を提供することが実施可能であることが判明した。ビーム均質化及び整形技術を使用することによって、マスク平面及び加工物上で準一様なトップハット矩形エネルギ強度分布を生成することができる。堅牢な自立マスクを備えるスキャナ及び光学系を組み込んだマスク投影技術を用いて、Ｔ字形又は他の複雑な電極幾何形状を備える個々のＰＤＰパネルを製作することができる。
【００５１】
産業上の応用
本発明は、所望の結果を得るために多様な方法で具現化することができる。説明した例示的な実施形態では、加工物の移動は、Ｘ軸だけに関係している。しかしながら、移送システムは、Ｘ軸に沿った移動の代わり、或いはこれに加えてＹ軸に対する移動を容易に提供することができる。実施形態において、加工物は、水平取り付けに比べて実際の加工面の利点をもたらすことができる垂直取り付けが示されている。代替的に、取り付けは、水平方向に対してある角度をなしていても良い。
【００５２】
本発明は、図１又は図２に関連して概説したレーザ構成での使用に限定されない。これらは各々、マイクロマシニング用途に適した合焦又は撮像レーザビームを提供する一つの可能な方法を例示する役割を果たした。レーザビーム源及び光学ステージによる後続の処理は、幾つかの方法で達成することができる。
【００５３】
例示的な実施形態では、１つの基板上に作用する単一の機械加工レーザに言及したが、本発明は、所与の基板が主レーザユニットに対して基板の反対側上にある第２のレーザユニットを用いて反対側から同時に機械加工するのを容易にすることも想定される。
【００５４】
既存の多様な移送システムは、レーザマシニング全体を通じて基板の移動させるように容易に適合させることができる。基板は、これまでパックと呼ばれている流体装置と連動して使用するように制約されているので、システムは、基板の厚さの変化により直接生じるパックの変化に応答してレーザの焦点又は結像のいずれかを自動的に移動させるか、又は、基板の加工面がレーザの焦点基準から固定距離で保持されるのを保証するために基板を自動的に移動させることを可能にする。上述のように、提案のシステムによって、実際的（加工物に固有に生じる）又は仮想的（加工物が支持又は変位される方法により生じる）であれ、マシニングプロセス中に厚さの変化に対応することが可能となる。この「自動的フィードバック」制御はまた、基板内の一部の寸法的変化ではなく移送システムにより生じるＺ軸方向での基板の変位に対して、少なくともある程度まで改善するのに役立つであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１の種類のレーザを使用するマイクロマシニングレーザユニットの全体図である。
【図２】第２の種類のレーザを使用するマイクロマシニングレーザユニットの全体図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の図である。
【図３Ａ】図３の部分拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の概略図である。
【図５】図３及び図４に関連して参照される流体装置の図である。
【図６】本発明を使用するマイクロマシニングの１つの形態の概略図である。
【図６Ａ】本発明を使用するマイクロマシニングの１つの形態の概
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【国際調査報告】
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