(57)【特許請求の範囲】
【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しかつその反射方向を直交する２軸方向に制御可能な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、
前記レーザ光の出力を前記ガルバノミラーの駆動に連関させて、前記被加工物の加工領域を走査するときは加工閾値より高く、前記加工領域以外を走査するときは前記加工閾値より低くするように調整することを特徴とするレーザ加工方法。
【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。
【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。
【請求項４】
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３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
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４のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
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しかつその反射方向を直交する２軸方向に制御可能なガルバノミラー、及び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、
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、前記被加工物の加工領域を走査するときは加工閾値より高く、前記加工領域以外を走査するときは前記加工閾値より低くするように調整する制御装置とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
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６に記載のレ―ザ加工装置。
【請求項８】
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６又は７に記載のレ―ザ加工装置。
【請求項９】
前記加工テーブルが被加工物の送り方向及びレ―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６乃至８のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
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しかつその反射方向を直交する２軸方向に制御可能な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、前記導電性薄膜の加工領域を走査するときは加工閾値より高く、前記加工領域以外を走査するときは前記加工閾値より低くするように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。
【請求項１１】
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１０に記載の回路形成方法。
【請求項１２】
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１０又は１１に記載の回路形成方法。
【請求項１３】
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１０乃至１２のいずれかに記載の回路形成方法。
【請求項１４】
前記光がレーザ光であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の回路形成方法。
【請求項１５】
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１４に記載の回路形成方法。
【請求項１６】
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１５に記載の回路形成方法。
【請求項１７】
最初のパルスにより発振するレ―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１６に記載の回路形成方法。
【請求項１８】
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しかつその反射方向を直交する２軸方向に制御可能なガルバノミラーと、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、前記導電性薄膜の加工領域を走査するときは加工閾値より高く、前記加工領域以外を走査するときは前記加工閾値より低くするように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。
【請求項１９】
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１８に記載のレーザ加工装置。
【請求項２０】
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１８又は１９に記載の回路形成装置。
【請求項２１】
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１８乃至２０のいずれかに記載の回路形成装置。
【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、１０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、レーザ光の照射により被加工物を加工するために、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しかつその反射方向を直交する２軸方向に制御可能な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、前記レーザ光の出力を前記ガルバノミラーの駆動に連関させて、前記被加工物の加工領域を走査するときは加工閾値より高く、前記加工領域以外を走査するときは前記加工閾値より低くするように調整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直交する２軸方向に走査できるので、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。更に、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ことにより、照射エネルギを制御しながら加工領域に対応させてレーザ光を走査できるので、複雑な形状の領域を加工しかつ加工精度及び加工速度をより向上させることができる。
【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。
【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しかつその反射方向を直交する２軸方向に制御可能なガルバノミラー及び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、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、前記被加工物の加工領域を走査するときは加工閾値より高く、前記加工領域以外を走査するときは前記加工閾値より低くするように調整する制御装置とを備え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加え、レーザ光の走査と照射エネルギの制御とを同期させることにより、上述した本発明のより高速かつ高精度のレーザ加工が容易に実現されると共に、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。
【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しかつその反射方向を直交する２軸方向に制御可能な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、前記導電性薄膜の加工領域を走査するときは加工閾値より高く、前記加工領域以外を走査するときは前記加工閾値より低くするように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しかつその反射方向を直交する２軸方向に制御可能なガルバノミラーと、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、前記導電性薄膜の加工領域を走査するときは加工閾値より高く、前記加工領域以外を走査するときは前記加工閾値より低くするように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 Physik 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２７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２２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ｐ11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、３５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２７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４１から両側に突出した各１対の振動片４２、４３、４４、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４８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４７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２４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
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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