JPH09506565A - 近接石版印刷を利用した削摩による結像 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高エネルギ源(12)を使用して、ワークピース(10)に結像(13)を形成する方法を含む。本発明の方法においては、層(16)をワークピース(10)の近傍に配置することによりワークピース(10)から屑が散乱することが防止され、そして、高エネルギ源(12)からの輻射が層を通してワークピース(10)へと向けられる。層は、高エネルギ源(12)からの輻射に対して実質的に透明であって、これにより高エネルギ源(12)が結像を形成することを許容する。

Description

【発明の詳細な説明】 近接石版印刷を利用した削摩による結像 発明の背景 本発明は、概略的には、ワークピースに結像を形成する方法に関する。さらに 詳しくは、本発明は、高エネルギ源とワークピース近傍に配置された層とを使用 して、ワークピースに結像を形成する方法に関する。ワークピース近傍に配置さ れた層は、ワークピースから屑が散乱することを防止するものである。 ワークピースに結像を形成する技術は多くある。そのような技術は、多様な電 子デバイスの製造に広く使用される。そのような電子デバイスとしては、光学的 なサーボトラックを備えた磁気データ記憶ディスク、メモリーカード回路、およ びフレキシブル回路等がある。これらに関連する技術が、多様な装置にバーコー ド等の情報を付するため、刷板等の印刷要素を作るため、および装飾物にデザイ ンを施すために採用されている。 スタンピングもワークピースに結像を形成するための１つの技術である。例え ば、スタンプダイを使用してプレスすることによって、磁気データ記憶ディスク に光学的に読取り可能なサーボステッチを形成することができる。スタンピング 技術における１つの問題は、スタンプダイの寿命が比較的短いということである 。さらに、ディスクが可撓性を有しているため、スタンプ形成されたステッチが 時間とともに幾何学的に変化してしまう。 ワークピースに結像を形成する技術の他の例として、化学的なエッチングが挙 げられる。この技術においては、知られている方法によって、基板にフォトレジ ストが塗布されてパターニングが施される。フォトレジストの現像された部分が 、後に化学的なエッチングによって除去されて、結像が残る。このようなエッチ ングを行う化学薬品は、完全に有利ではない。例えば、化学薬品は、現像されて いない部分の下側においてワークピースを除去してしまう傾向がある。この結果 、ワークピースに形成されるべき結像のサイズおよび位置が制限されてしまう。 ワークピースに結像を形成するための他の良く知られた方法としては、電子ビ ーム、イオンビーム、コロナ、およびプラズマ処理等がある。これらの方法は、 連続的またはパルス長の長いエッチング方法であって、エネルギー束が小さいた め熱伝達速度が低い。熱伝達速度が低いことは、例えば高分子ベースの表面コー ティングをエッチングする際には有害である。特に、低い熱伝達速度は、コーテ ィング上のエッチングされた領域以外の部分に対して、予定していない熱処理効 果を及ぼす。 レーザーを基本とする技術は、ワークピースに結像を形成するのに有益である 。１つの技術においては、アルゴン／イオンレーザーを使用して、磁気データ記 憶ディスクに光学的に読取り可能なステッチが直接１個づつ焼き付けられる。デ ィスクが回転し、最終対物レンズが移動している間に、レーザービームのオン・ オフが光学的に切り替えられる。米国特許第4323755号明細書（ニーレンバーグ ）に開示された方法は、機械で読取り可能なコードが付されたマークを受像管の ガラスフェースプレートパネル等のワークピース表面に形成するものである。こ の方法においては、二酸化炭素レーザーを使用して、パネル表面における同一幅 の平行領域を気化させることによってマークが形成される。米国特許第4515867 号明細書(ブレチャー等)に開示された技術は、受像管のガラスファンネルに直接 マークを付するものである。この技術においては、ファンネル上に施された顔料 を含んだ無機コーティングに削摩によって結像が形成される。ユー．ソワド、エ イチ．ジェイ．カーレルト、およびデー．バスティンは、801 High Power Laser s 163〜167ページ(1987年)の“Excimer Laser Processing of Thin Metallic Fi lms On Dielectric Substrates”において、削摩を利用して高分子基板の金属コ ーティングにパターニングを施すことについて述べている。 米国特許第5204517号明細書(ケイト等)には、エキシマーレーザーを使用して 金属基板および高分子基板からペイントコーティングを除去する方法が開示され ている。このレーザーは、パルス幅が0.2ミリ秒オーダーと比較的長く、その間 におけるエネルギ密度は１〜５Ｊ／cm²である。この方法においては、ペイント コーティングのスペクトル放出をモニタリングすることによってペイント除去工 程が制御される。 米国特許第5061604号明細書(オーダーカーク等)には、半晶質高分子の表面層 をエキシマーレーザーで照射して、該表面層に準アモルファス高分子の結像のよ うな分布を形成することが開示されている。表面層を照射した後で、反応性イオ ンエッチング工程によって半晶質高分子が選択的に除去される。 米国特許第4822451号明細書(オーダーカーク等)、同第4868006号明細書(ヨー クギティス等)、および同第4879176号明細書(オーダーカーク等)にも、半晶質高 分子の表面層をエキシマーレーザーで照射して、表面層を部分的に準アモルファ スとすることが開示されている。準アモルファス層が存在することにより、一般 的に、接着剤等の他の材料への半晶質高分子の接着性が高まる傾向があることが 知られている。また、準アモルファス層が存在することにより、半晶質高分子の 光学的な反射率が減じられて光学的な伝達が高まること、半晶質高分子へのコー ティングの接着性が高まること、および半晶質高分子表面の摩擦係数が減じられ ることが知られている。 個々の結像をレーザーで直接形成することは、あるワークピースに対して少数 の結像を形成する場合や、比較的少数のワークピースにある照射を行う場合には 有効である。しかし、個々の結像をレーザーで直接形成することに関して、まっ たく問題がないわけではない。例えば、一般的に削摩においては、屑の高エネル ギ破砕が起こるが、これらの屑がレーザーに係る光学装置に付着する。光学装置 から屑をクリーニングすることは、光学装置の破損につながり、産業上実際的で はない。 屑の問題の潜在的な解決方法は、最終光学表面をワークピースから所定距離だ け遠ざけることである。しかし、この解決方法は種々の理由で望ましくない。例 えば、光学表面をワークピースからさらに遠ざける場合には、レーザービームの 制御およびワークピースに対する相対的な方向づけが技術的に困難であり、経済 的にも不利である。さらに、スペース的な理由により光学表面をワークピースか ら遠ざけることができない場合もある。 米国特許第4032743号明細書(エルバック等)には、回転する円筒状ドラムと複 数の固定レーザーとが開示されている。固定レーザーは、ドラムに取り付けられ た金属箔ストリップを通して多数の孔を僅かに間隔をおいて形成する。孔の形成 においては、各孔に対してレーザーの１パルスが使用される。フィルムストリッ プが定速の供給リールおよび巻取りリールに固定されるとともに、金属箔とレー ザーのレンズとの間に位置しており、気化した材料からレンズを保護している。 フィルムはレーザーからの輻射波長に対して透明である。 個々の結像を直接形成することはワークピースに少数の結像を形成する場合や 小バッチのワークピースに結像を形成する場合には有利なこともあるが、常に最 良の方法とはいえない。例えば、一の結像をレーザーで直接形成する場合には、 ワークピースに複数の結像を形成する場合よりも多くの時間を要する。 レーザーを使用して一時に一よりも多くの結像を形成するための技術的が発達 してきた。例えば、米国特許第4877480号明細書(ダス)には、例えばアルミナが コーティングされたセラミック基板等のワークピースに結像を形成するための接 触石版印刷技術が開示されている。ダスによれば、選択されたレーザーの波長に 対する反射率の高い材料で作られたマスクがアルミナコーティングに接触した状 態で配置されている。ＣＯ₂レーザーからの輻射がマスクに向けられて、マスク が施されていないアルミナコーティングの部分が除去される。マスクの反射表面 が、レーザーからの輻射を該マスクに覆われたワークピースの領域から反射させ る。 エム．ガウゼア、アール．ビュレット、イー．アドラー、およびチェン-クェ イ・ジェンは、129 Materials Research Society Symposium Proceedings 339〜 404ページ(1989年)の“Excimer Laser Thin Metallic film Patterning On Poly vinyledene Difluoride”において、高分子フィルムの前後の面に配置された金 属コーティングに対して、エキシマーレーザーおよびマスクを使用して削摩を行 い、各金属コーティングにパターンを形成する技術について述べている。最初に 、レーザーが前面側のコーティングに対して一のパルスでパターンを削摩する。 次に、レーザーは裏側のコーティングに対して一のパルスでパターンを削摩する 。このとき、レーザーからの輻射は高分子フィルムの前面を通過して裏側のコー ティン グに達する。 ダスの特許明細書によれば、ワークピースに対して所定関係で配置されたマス クは、支持されたものであっても支持されていないものであってもよい。支持さ れていないマスクは、その透明な窓部分のための機械的な支持部を備えていない 。この窓部分は、ワークピースの除去されるべき領域の形状を定める。支持され ていないマスクを使用することは、多くの理由で、不利である。例えば、支持さ れていないマスクは熱を吸収する傾向があり、その結果、マスクがゆがんでしま う。さらに、支持されていないマスクはそのマスク材の隔離された領域を支持で きないため、該マスクを使用した場合には、ある種の結像は形成することができ ない。例えば、Ｘ−ＹパターンやＯの文字の中央部等である。また、製造誤差が 大きくなった場合には、支持されていないマスクを結像が形成されるべきワーク ピースに対して密に接触した状態に維持するのは困難である。この場合、解像度 が低下し、結像位置に問題が生じる。 支持された接触マスクは、マスク全域を支持する機械的な支持部を備えており 、マスクが支持されていない場合に生じる多くの問題を回避している。しかし、 支持されたマスクをレーザーと組み合わせて使用した場合であっても、ワークピ ースに結像パターンを形成するに際して、完全に満足できるものではないという ことが分かっている。大きな問題の１つとしては、削摩等の結像工程において破 砕屑が生成されるということである。具体的には、生成した屑がマスクに付着し てしまう。使用毎にマスクをクリーニングするのは、産業上、実際的ではない。 さらに、結像工程中に透明な窓部分に屑による斑転が生じる。このような斑転に より、レーザービームの回折が生じ、正確な結像を得ることができなくなる。 屑の問題に対する潜在的な解決方法の１つは、マスクをワークピースから遠ざ かるように移動させることである。ワークピースから遠ざけて配置されたマスク を使用する映写石版印刷(projection lithography)も行なわれている。ジェイ． アール．ランカードおよびジー．ウォルボルトは、54 Applied Physics A - Sol ids and Surfaces 355〜359ページ(1987年)の“Excimer Laser Ablationof Poly imide in a Manufacturing Facility”において、高分子材料のコーティングが 施された基板をレーザーで削摩するのに映写石版印刷を適用することについて述 べている。 しかし、映写石版印刷には、装置コストが高いことやレーザービームによる処 理量が小さいことなど、多くの制限がある。さらに、映写石版印刷は、一時に照 射できるワークピース上の領域が狭い。このように照射領域が狭いと、繰り返し ではない結像を広い領域に形成する場合に結像工程が複雑となる。それは、結像 領域に対してマスクを繰り返し正確に移動させなければならないからである。マ スクをワークピースから遠ざかるように移動させると、ワークピースに形成され る結像の解像度が低下し、マスクパターンとワークピースとの間において結像の ぼけが生じる。 発明の概要 本発明は、高エネルギ源を使用してワークピースに結像を形成する方法に関す る。本発明の方法は、層をワークピースの近傍に配置してワークピースから屑が 散乱するのを防止し、高エネルギ源からの輻射を層を通してワークピースへと向 ける。層は、高エネルギ源からの輻射に対して実質的に透明であって、これによ り高エネルギ源が結像を形成することを許容する。さらに、本発明は、屑がワー クピースから散乱することを防止する方法およびシステムに関する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明のシステムの斜視図である。 図２は、本発明に係るワークピースおよび緩衝層の一具体例を示す側面図であ る。 図３は、本発明に係るワークピースおよび緩衝層の他の具体例を示す側面図で ある。 図４は、本発明のシステムの他の具体例の斜視図である。 図５は、本発明のシステムの他の具体例の斜視図である。 図６は、厚さ25μmのキャパシタグレードの二軸延伸ポリプロピレンフィルム の場合の、輻射の透過率(％)と輻射波長との関係を示すグラフである。 図７は、本発明のシステムの他の具体例の側面図である。 好ましい具体例の詳細な説明 本発明は、高エネルギ源を用いてワークピースに結像を形成する方法、および ワークピースから屑(debris)が散乱するのを防止する方法を含む。さらに本発明 は、ワークピースから屑が散乱するのを防止するシステム、および高エネルギ源 を用いてワークピースに結像を形成するキットを含んでいる。 本発明の方法およびシステムによれば、図１に示された回分操作(batch stagi ng)システム23において、ワークピース10に向けて高エネルギ源12からエネルギ 出力11が発せられて、ワークピース10に例えば３次元パターン13等の結像が形成 される。高エネルギ源12のエネルギ出力11を調整するために、レンズやミラー等 の種々の光学要素14が配置される。 エネルギ出力11によって、ワークピースから屑が散乱することもある。緩衝層 16がワークピース10の近傍に配置されており、屑がワークピースから散乱するこ と、およびワークピース10からの屑がワークピース近傍に配置された最終光学要 素(図示せず)に接触することを防止している。緩衝層16は、さらに、屑がワーク ピース10上のパターン13近傍の領域に再度堆積することを防止する(図１におい て、緩衝層16はワークピース10から間隔をおいて配置して示しているが、これは 単に図示の明瞭化を意図したものである)。本質的には、緩衝層16は、屑がパタ ーン13およびワークピース10から遠ざかるように移動することを防止する物理的 なバリヤとして作用する屑ブロック層である。さらに緩衝層16は、“クリーンル ーム”内が不純になることをワークピース10近傍に屑を保持することによって防 止する。 ワークピース10の最も重要な点は、図２に示したように、基板19を含んでいる ということである。基板19の１または２以上の側面には、コーティング20が施さ れている。基板19にコーティング20が施されない場合には、基板19にはコーティ ング20に代えて境界部(図示せず)が設けられる。基板19にコーティング20が施さ れている場合には、パターン13はコーティング20に形成されることが好ましい。 基板19にコーティング20が施されていない場合には、パターン13は境界部に形成 されることが好ましい。 基板19は、有機材料または無機材料の多くの材料から作ることができる。例え ば、シリコン、金属、または高分子材料等である。高分子材料としては、ポリエ ステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタ ラート、またはポリイミド等がある。境界部は、基板と同じ材料から作られる。 コーティング20は、表面コーティング層(図示せず)を含んでおり、さらに他のコ ーティング層(図示せず)を含んでいてもよい。各コーティング層は、所望の順番 でコーティングすることができる。パターン13は所望のどのコーティング層に対 しても形成することができるが、パターン13を形成するのに十分な量のエネルギ 出力11が該所望のコーティング層に到達しうることが必要である。 有機材料および無機材料を各コーティング層に含ませて、所望の機能的、構造 的、識別的、および審美的な特徴を付与することができる。例えば、１または２ 以上のコーティング層を導電性金属から作って、所望の導電性を付与することが できる。主要な導電性金属の例としては、銅、銀、ニッケル、クロム、およびこ れらの合金、例えば、インディウムチンオキシド(indium tin oxide)等がある。 また、１または２以上のコーティング層を磁性化合物から作って、所望の磁性を 付与することもできる。開示目的としての磁性化合物は、磁性を有する単体金属 (elemental metal)や金属化合物である。特定のコーティング層を単一の磁性化 合物から構成してもよいし、特定のコーティング層を構成する複数の構成要素の うちの一要素を磁性化合物としてもよい。例えば、特定のコーティング層に磁性 粒子を分散させたもの等である。磁性金属の例としては、鉄、酸化鉄、亜鉄酸バ リウム、コバルトニッケル、亜リン酸コバルト(cobalt phosphorous)、コバルト クロム、およびコバルトの酸化物等がある。 使用可能なワークピースの例としては、磁性金属または磁性材料でコーティン グされた基板、例えば、磁気データ記憶ディスク(フロッピーディスクと呼ばれ ることもある。)等がある。一具体例においては、パターン13は磁気記憶ディス クのサーボトラックである(例えば、螺旋状のトラック)。他の具体例においては 、パターン13(つまり、サーボトラック)は、磁気記憶ディスクに同心円状に形成 された複数の光学サーボトラックである。使用可能なワークピースの他の例とし ては、導電性金属でコーティングされた基板、例えば、メモリカード回路やタッ チスクリーン回路等がある。使用可能なワークピースのさらに他の例としては、 高分子材料がコーティングされた基板、例えば、バーコード情報が付された物体 等がある。 図１に示したように、エネルギ出力11は、高エネルギ密度、単位面積当たりの 高いエネルギ、高い流束量、およびパルス毎の高いエネルギ密度を有しており、 満足な結像を確実に得ることができる。高エネルギ源の選択に影響を与える他の 変動要素としては、基板特性、コーティング特性、パターン特性等がある。パタ ーン特性としては、パターンラインの幅、間隔、パターン全体のサイズ、および パターンの深さ等がある。使用可能な高エネルギ源としては、レーザやパルス長 が短く帯域の広い光源等の単色光装置がある。パルス長が短く帯域の広い光源と しては、表面照射機構やフラッシュランプ等がある。 一具体例(図示せず)においては、緩衝層16はワークピース10の基板19で構成さ れる。基板19のコーティングが施された側面(図示せず)は、コーティング20を備 えている。基板はさらに、コーティングの施されていない面も有している。コー ティングが施された面と施されていない面とは、互いに対向している。この具体 例においては、高エネルギ源12は、基板19のコーティングが施されていない面側 に配置される。高エネルギ源12のエネルギ出力11は、基板19のコーティングが施 されていない面から侵入して基板19を貫通する。エネルギ出力11は、コーティン グ20の基板19と接触する側の面(図示せず)と接触し、ワークピース10のコーティ ング20にパターン13を形成する。 より好ましい具体例においては、緩衝層16は、フィルムのウェブ(図示せず)か 、または図１に示したようにワークピース10を隔離するために配置されたフィル ムシート18である。特に示さない限り、緩衝層16に対するすべてのコメントは、 シートフィルム18、フィルムのウェブ、および基板(当該基板が緩衝層である場 合) についてのコメントである。緩衝層16は、適切な取扱い特性を呈するに十分な耐 久性を備えており、ワークピース10から離脱した屑の通過を阻止するのに十分な 強度を備えている。 高エネルギ源12および緩衝層16は、ワークピース10のコーティングまたは境界 部(図示せず)に最適な結像が形成され、エネルギ出力11を効率的に使用できるよ うに選択されることが好ましい。コーティングまたは境界部において要求される エネルギ出力11は、エネルギ出力11の波長分布およびワークピース特性(基板特 性、コーティング特性、および形成されるべきパターンの特性も含む。)によっ て異なる。波長分布およびワークピース特性が実質的にコーティングまたは境界 部の吸収特性を決定し、これに削摩(ablation)の結果が左右される。 コーティングまたは境界部まで実際に到達するエネルギ出力11は、緩衝層16を 通過するエネルギ出力11の透過率によって異なる。緩衝層16を通過する透過率が 高いと、要求される高エネルギ源12への入力エネルギは小さくなり、緩衝層16の 吸収加熱も小さくなる。緩衝層16の透過率は、緩衝層16が作られる材料および緩 衝層16の厚さに大きく依存する。 緩衝層16は、高エネルギ源12のエネルギ出力11に対して十分に透明である。し たがって、エネルギ出力11は、緩衝層16を通過した後でもワークピース10のコー ティングまたは境界部にパターン13を形成するのに十分なエネルギを有している 。緩衝層16は、エネルギ出力11に対して十分に透明であり、高エネルギ源12はコ ーティングまたは境界部にパターン13を十分に結像させる。緩衝層16は、エネル ギ出力11に対して十分に透明であり、好ましくは少なくとも約50％、さらに好ま しくは少なくとも約80％のエネルギ出力11が緩衝層16を通過することができる。 高エネルギ源12および緩衝層16は、コーティングまたは境界部に最適な結像が 形成されるように選択されることが好ましい。結像は、エネルギ出力11の幾何学 的な変化、例えば、出力11の拡散や回折に依存する。これらの拡散や回折は、出 力11が緩衝層16を通過することによるものである。エネルギ出力11の幾何学的な 変化は、緩衝層16の製造時の欠陥、例えば、押出し線、表面の不均一性、厚さの 不均一性等によって引き起こされる。緩衝層16の製造時の欠陥は最小限とされて おり、コーティングまたは境界部に所望の解像度の結像を形成するのに十分な品 質を有している。 緩衝層16の透過率およびエネルギ出力11の幾何学的変化は、緩衝層16が作られ る材料、緩衝層16の厚さ、および緩衝層16の製造時に発生する欠陥に依存する。 特定のグレードのポリプロピレンフィルム等、有機高分子フィルムのなかには、 特に導電性に優れていて、ある状態において最適な結像を形成し高エネルギ源12 からのエネルギ出力11を有効に使用できるものがあることが発見された。 映写石版印刷(projection lithography)に使用される映写レンズ等の最終光学 要素(図示せず)をワークピース10に近接して配置することができるように、一般 的には、緩衝層16はコーティングまたは境界部の近傍に配置することが好ましい 。最終光学要素(図示せず)とコーティングまたは境界部との間隔を狭くすること によって、結像コストを下げ、パターン13の特性を改善することができる。さら に前記間隔を狭くすることによって、パターン13の造形部外側の非結像部21が汚 れることを制限することができる。図２に示したように緩衝層16とコーティング 20とが接触している場合、屑22はパターン13の非結像部21までには拡がらない。 図３に示したように緩衝層16がコーティング20から僅かに離れている場合、屑22 はパターン造形部よりも外側まで拡がり、パターン13の非結像部21を汚す。 しかし、緩衝層16とコーティング20または境界部との間の密な接触の望ましい 程度は、ワークピース10のコーティング20または境界部の粗さ等、ワークピース の変動要素に依存する。例えば、コーティング20のなかには、他のコーティング 20よりも粗いものがある。緩衝層16が粗い表面に対してその表面粗さを吸収する ように密に接触して配置された場合には、エネルギ源によって形成されたパター ン13は幾分解像度が低くなると信じられている。解像度が低くなるのは、エネル ギ出力が緩衝層16を実質的に垂直ではない方向に通過するときに生じる分散およ び回折の影響によるものであると信じられている。 図１を参照すると、緩衝層16とコーティングまたは境界部との間の狭い間隔は 、緩衝層16とワークピース10とが互いに接触して固定されることとなるように緩 衝層16をコーティングまたは境界部に対して配置することにより得られる(図１ に おいて、緩衝層16はワークピース10から間隔をおいて配置して示しているが、こ れは単に図示の明瞭化を意図したものである)。さらに、緩衝層16とコーティン グとの間の狭い間隔は、基板が緩衝層16とされる場合に固有のものである。 代わりの構成として、図４に示したように、連続操作(continuous staging)シ ステム24を使用して、緩衝層16とワークピース10のコーティングまたは境界部と が互いに接触はするが固定はされないように、ワークピース10と緩衝層16とを動 的な関係で配置してもよい(図４においては、単に明瞭化のためにパターン13は 図示していない)。ここでは、ワークピース10はワークピースウェブ25であり、 緩衝層16は緩衝ウェブ26である。 ワークピースウェブ25は供給ローラ28から、位置決めローラ30、32を介して、 巻取ローラ34へと進行する。緩衝ウェブ26は供給ローラ36から巻取ローラ38へと 進行する。このとき、位置決めローラ30と32との間において、緩衝ウェブ26はワ ークピースウェブ25と接触する。ワークピースウェブ25と緩衝ウェブ26とが相対 的には実質的に静止していることとなるように、ワークピースウェブ25と緩衝ウ ェブ26とは同じ方向に同一直線速度で送られることが好ましい。 図１を参照すると、ガイドシェイプ(図示せず)を備えた支持されたマスク40等 のテンプレートがワークピース10の近傍に配置されている。マスク40のガイドシ ェイプの主な構成要素は、１または２以上の窓である。この窓は、高エネルギ源 12のエネルギ出力11とワークピース10とが相対的に移動する際に、エネルギ出力 11をパターン13の形状でワークピース10へと向ける。ワークピース10は、マスク 40の片面側に配置されており、高エネルギ源12はマスク40の他方の面側に配置さ れている。緩衝層16は、マスク40とワークピース10のコーティングまたは境界部 との間に配置されており、ワークピース10から屑が散乱すること、および屑がマ スク40に接触することを防いでいる。さらに緩衝層16は、屑がワークピース10上 のパターン13近傍の領域に再度堆積することを防止している。 緩衝層16は物理的な不透過性のバリヤとして作用する。このバリヤは、屑がワ ークピース10から遠ざかるように移動することを防止し、したがって、屑がマス ク40に接触して該マスク40を汚すことを防止する。緩衝層16がなければ、屑は前 記窓内においてマスク40に接触して付着するだろう。エネルギ出力11の分散およ び回折を防止して、望ましくない結像効果を抑えるために、マスク40から屑を除 去すること、またはマクス40を交換することが必要となるだろう。屑の除去はマ スクの破損につながり、マスクの交換はコスト高の原因となる。 高エネルギ源12の波長特性およびマスク40の反射率は、マスク40を選択する際 に考慮される２つの要因である。マスク40のガイドシェイプの外側においては、 エネルギ出力11がブロックされることが望まれるので、高エネルギ源12の出力波 長に対して反射率が高いことが望ましい。高い反射率によって、マスク40が前記 窓の外側においてエッチングされることを最小限に抑えることができる。 他の具体例においては、緩衝層16とマスク40とは一体的に接続されている。一 具体例においては、マスク40は緩衝層16のいずれかの側面に一体的に形成されて おり、マスク40は高エネルギ源12のエネルギ出力11を案内してワークピース10に パターン13を形成することができる。他の具体例においては、マスクは緩衝層16 内に形成される。一体的に接続された緩衝層16とマスク40とは、ワークピース10 のコーティングまたは境界部の近傍に配置され、屑がワークピース10から散乱す るのを防止する。一体的に接続された緩衝層16とマスク40とは、さらに、屑がワ ークピース10上のパターン13近傍の領域に再度堆積することを防止する。 他の具体例においては、テンプレートは、ワークピース10のコーティングまた は境界部近傍に配置されたインク層(図示せず)である。このインク層はマスク40 の代わりに使用される。インク層は、高エネルギ源12のエネルギ出力11とワーク ピース10とが相対的に移動する際に、エネルギ出力11のガイドとして作用する。 インク層がワークピース10上に直接形成される場合には、該インク層は緩衝層16 とワークピース10との間に配置される。他の場合には、緩衝層16がインク層とワ ークピース10との間に配置される。一具体例においては、インク層は、知られて いる印刷技術によって緩衝層16上に形成される。インク層は、高エネルギ源12の エネルギ出力11を案内してワークピース10にパターン13を形成することができる ならば、緩衝層16のどちらの面に形成してもよい。 インク層を採用した場合、緩衝層16は物理的な不透過性のバリヤとして作用す る。このバリヤは、屑がワークピース10から遠ざかるように移動することを防止 し、したがって、屑が最終光学要素(図示せず)に接触することを防止する。緩衝 層16がなければ、屑は最終光学要素に接触し付着するだろう。エネルギ出力11の 分散および回折を防止して、望ましくない結像効果を抑えるために、最終光学要 素から屑を除去すること、または最終光学要素を交換することが必要となるだろ う。屑の除去は最終光学要素の破損につながり、最終光学要素の交換はコスト高 の原因となる。 本発明の方法の好ましい一具体例においては、高エネルギ源12は、良く知られ ている方法でコーティングまたは境界部を選択的に除去してパターン13を形成す る。その方法は、削摩分解(ablative decomposition)と呼ばれるものであるが、 以下においては削摩(ablation)と呼ぶ。削摩においては、屑の高エネルギ破砕が 発生することが知られている。屑の破片は、ワークピース10から１または２cmの オーダーで移動すると信じられている。コーティングまたは境界部の削摩は、マ スク40またはインク層を使用して、または使用せずに行なわれる。 削摩において使用される高エネルギ源12は、一具体例においては、図１に示し たようにレーザー42であることが好ましい。レーザー42からのエネルギ出力11は レーザービーム44である。レーザ42は、エキシマーレーザーであることが好まし い。エキシマーレーザーは、エネルギ密度が十分(ほぼ、0.5J/cm²)で短いパルス 長(例えば、20ナノ秒)のビームを作り出し、ワークピース10に対して有効に削摩 を施す。比較的エネルギ密度が高い短パルスを使用すると、非常に短い時間間隔 の間にワークピース10のコーティングまたは境界部に相当量の熱が確実に発生す る。この結果、発生した熱が、削摩が進行する非常に短時間の間に、コーティン グまたは境界部に維持される。 エキシマーレーザーから発せられるエネルギ密度の高い短パルスは、コーティ ングまたは境界部のパターン内に集中するのであって、パターンから遠ざかるよ うに、または、コーティングまたは境界部の外部へと放出(bleeding)されるので はないと信じられている。さらに、エキシマーレーザーの高密度エネルギは、他 のレーザーの場合よりも比較的広範囲にわたって得ることができる。広領域のビ ーム44はマスク40のガイドシェイプと相まって、一時に一よりも多くのパターン またはパターン造形部をエキシマーレーザーが削摩することを許容する。 エキシマーレーザーから得られる波長が248nmのビームによれば、選択された ある種の表面コーティング層に対して、解像度の高いパターンおよび比較的高い エネルギ吸収度を与えることが分かった。また、ある種の表面コーティング層に 対しては、エキシマーレーザーから得られる波長308nmのビームが、波長248nmの 紫外線の場合に比べて、解像度の高いパターン、十分に高い吸収度、および操作 やメンテナンスにおける潜在的な高い経済性を与えることが分かった。所定比の クリプトン、フッ素、ネオン、およびヘリウムの混合体を使用して、エキシマー レーザーから波長248nmのビームを得た。波長308nmの紫外線をエキシマーレーザ ーから得るには、キセノン、塩化水素、ネオン、およびヘリウムの混合体が必要 である。削摩工程においてエキシマーレーザーおよびマスク40を使用する場合に は、ビームの適性な幾何学的形状は重要なパラメータである。エキシマーレーザ ーによって異なる特に重要なビームの幾何学的変動要素には、ビームの形状、直 線性(alignment)、焦点距離、幅および高さ等がある。エキシマーレーザーから 発せられるビームは、アスペクト比が約３：１であってほぼ長方形である。一例 においては、光学要素14は、エキシマーレーザーのビームの照準合わせを行うよ うに向きが決められたコリメータ(図示せず)を備えている。このコリメータは、 その前表面に、選択されたエネルギ密度のビームに適したコーティングが施され たアルミニウムまたは誘電ミラーを備えている。 削摩工程においてエキシマーレーザーおよびマスク40を使用する場合に重要な 他のパラメータは、連続するレーザーパルス間におけるビームのオバーラップ量 および間隔である。連続するレーザーパルス間において、ビーム間に間隔があく ことを避けるとともにビーム間のオーバーラップ量を最小限に抑えることが望ま しい。ビーム間にオーバーラップが生じると不満足な削摩結果につながる。例え ば、パターン13に意図していない変動が生じたり、ワークピース10内に熱による 望ましくない影響が及んだり、屑の形成に有害な変化が起こったりする。ビーム 間に間隔があくとパターン13の形成が不完全になる。ビーム間のオーバーラップ および間隔は、ビームをワークピース10に送る速度を変化させることによって制 御することができる。ビーム間のオーバーラップおよび間隔は、さらに、エキシ マーレーザーのパルス繰り返し速度を変化させることによっても制御することが できる。ビーム間のオーバーラップおよび間隔の制御は種々のビーム要因に依存 する。例えば、ビームの焦点距離や、ビームのエネルギ密度の分布情況等である 。ビーム間のオーバーラップおよび間隔の制御は、さらに、ワークピースの変動 要因、例えば、吸収特性や削摩特性等にも依存する。 光学要素14は、円筒状の集光レンズ(図示せず)および円筒状の発散レンズ(図 示せず)を備えていることが好ましい。円筒状の集光レンズはビームの焦点距離 をセットする。本発明の方法の一例においては、集光レンズは、106.68cmの焦点 距離を有している。円筒状の発散レンズは、集光レンズからのビームの水平方向 における拡がりをセットする。本発明の方法の一例においては、発散レンズは15 .24cmの焦点距離を有する。集光レンズおよび発散レンズは、紫外線透過率の高 い材料から作られる。例えば、合成水晶として良く知られている石英ガラス等で ある。 集光レンズや発散レンズとワークピース10との間の相対距離を調節することに よって、ビーム44の幅および高さを選択的に調節して、特定のテンプレートサイ ズおよびワークピースに適した所望のビームエネルギ密度および所望のビーム拡 がりを与えることができる。エキシマーレーザーからの幅ほぼ200mm、高さ0.5〜 4.0mmのビーム44は、マスク40を使用してワークピース10のコーティングまたは 境界部にパターンを形成する場合に特に適していることが分かった。 他の具体例においては、図５に示したように、高エネルギ源12はフラッシュラ ンプ46である。フラッシュランプ46は、パルス長の短い直線状フラッシュランプ であって、壁厚が約１mmオーダーの透明な石英水銀燈管(図示せず)を備えている 。石英水銀燈管は、直径がほぼ３〜20mmの内部貫通口(図示せず)を有している。 フラッシュランプ46の長さは、例えば30cm程度であることが好ましい。電極は、 タングステンで作られていることが好ましく、石英水銀燈管の両端内へとシール されている。石英水銀燈管内には希ガスが充填されている。希ガスとしては、効 率 上の理由でキセノンが好ましい。 フラッシュランプ46は、コンデンサーバンクを使用して電極に５〜40KVの高電 圧を作用させることによって、１〜20Hzの範囲で点滅される。このようなチャー ジによって、キセノンの原子がイオン化されてプラズマが形成される。このプラ ズマは、約200〜800nmの帯域の広いビームを放射する。フラッシュランプ46は反 射材48を備えている。反射材48は、フラッシュランプ46を覆うように配置されて おり、放射されるビームの形成および案内を行う。反射材48は、放射されるビー ムを所望の密度および流束量でテンプレートおよびワークピース10のコーティン グまたは境界部へと向けるような形状とされている。 直線状のフラッシュランプは、強度および流束量の高い短波長のエネルギ出力 を５μ秒オーダーの比較的短いパルスで作り出すことができる。比較的エネルギ 密度が高い短パルスを使用すると、非常に短い時間間隔の間にコーティングまた は境界部に相当量の熱が確実に発生する。この結果、発生した熱が、削摩等の結 像工程が進行する非常に短時間の間に、コーティングまたは境界部に維持される 。例えば、キセノンで充填された直線状フラッシュランプは、スペクトル出力の 帯域が広く、約２〜６μ秒のパルスの間にテンプレートにおいて約1.0〜1.5J／c m²のエネルギ密度を与え、あるテンプレートを使用してあるワークピースに適切 なパターン13を形成できるということが分かった。さらに、直線状フラッシュラ ンプのエネルギは、他の高エネルギ源の場合に比べて、比較的広い領域にわたっ て得ることができる。広範囲にわたる放射領域はマスク40のガイドシェイプと相 まって、直線状フラッシュランプが所望の複数のパターン13またはパターン造形 部を一時に作り出すことを許容する。 図１を参照するおと、マスク40は高エネルギ源12とワークピース10との間に配 置されており、したがって、エネルギ出力11がワークピース10のコーティングま たは境界部にパターン13を削摩する。マスク40は、例えばエキシマーレーザーか ら発せられる紫外線波長等の高エネルギ源12のエネルギ出力11に対する透明性の 高い基材(図示せず)から作ることが好ましい。マスク40の基材は、特定の波長に 対する反射率の高い保護層(図示せず)でコーティングされている。一具体例にお いては、マスク40の基材は合成の石英ガラスから作られ、保護層はアルミニウム である。このアルミニウムは、石英ガラスの基材上に、ほぼ600nmの深さに真空 蒸着されたものが好ましい。マスク40のガイドシェイプは、標準的な半導体産業 における写真平板技術や湿式エッチング処理技術を利用して、保護層つまりアル ミニウム上に形成される。 緩衝層16は、マスク40がワークピース10と密に作用を及ぼし合うこととなるよ うに、マスク40とワークピース10との間に配置されている(図１において、マス ク40、緩衝層16およびワークピース10は互いに間隔をおいて配置して示している が、これは単に図示の明瞭化を意図したものである)。このような順番で配置さ れているので、緩衝層16は、ワークピース10から屑が散乱することおよびマスク 40に接触することを防止できる。緩衝層16は、さらに、屑がワークピース10上の パターン13近傍の領域に再度堆積することを防止する。一般に、緩衝層16をマス ク40およびワークピース10の両方と密に接した状態で配置して、マスク40通過後 におけるビーム44の拡がりを最小限に抑えることが望ましい。しかし、緩衝層16 とワークピース10との間の密な接触の望ましい程度は、先に述べたように、ワー クピース10の変動要素、例えば、コーティングまたは境界部の粗さ等に応じて異 なる。 緩衝層16(好ましくはフィルムシート)は、商用グレード(commercial grade)の 高分子フィルム、例えば、商用グレードのポリプロピレンや商用グレードのポリ エチレン等から作ることができる。しかし、商用グレードの高分子フィルムは、 一般的に製造欠陥、例えば、押し出し線、表面の不均一性、厚さの不均一性等を 有するので望ましくない。このような欠陥があると、レーザービーム44等のエネ ルギ出力11が該フィルムシートを通過する際に不均一となる。さらに、このよう な欠陥を有する商用グレードの高分子フィルムは、エネルギ出力11からエネルギ を吸収してしまう傾向がある。この結果、高分子フィルムが加熱され、耐久性お よび使用可能期間が減じられる。 それにもかかわらず商用グレードの高分子フィルムが選択される場合には、あ る特定の波長に対しては、商用グレードのポリプロピレンよりも商用グレードの ポリエチレンの方がはるかに透明性が小さいことが分かった。したがって、同一 のワークピースに対して同一のパターンを作り出すために高エネルギ源12に供給 すべき電力は、商用グレードのポリエチレンを通過する特定波長のエネルギを発 するエネルギ源を使用する方が、商用グレードのポリプロピレンを通過する特定 波長のエネルギを発する同様のエネルギ源を使用する場合よりも大きくなる。 緩衝層16は、キャパシタグレード(capacitor grade)の二軸延伸ポリプロピレ ン(ＢＯＰＰ)から作られることが好ましい。キャパシタグレードのポリプロピレ ンは、図６にグラフで示したように、248nmの紫外線に対して高い透過性を示す ことが分かった。さらに、キャパシタグレードのポリプロピレンは、表面仕上げ が平滑で、厚さが均一で、キャスティングマーク等の欠陥が殆ど無い。このよう な品質故に、フィルムシートを通過する際のエネルギ出力11の吸収および拡散が 最小限に抑えられ、したがって、パターン解像度が低下することが防止され、フ ィルムの耐用期間が長くなる。 緩衝層16(好ましくはフィルムシート)は、ワークピース10に対して様々な位置 関係で配置することができる。例えば、フィルムシートは、ワークピース10のコ ーティングまたは境界部の表面上に接触した状態で、または間隔をおいた状態で 配置することができる。そして、マスク40がワークピース10と協働できることと なるように配置され、フィルムシートがマスク40とワークピース10との間に位置 する。他の例においては、通常の押出しまたは積層のための装置および技術を用 いて、フィルムシートがワークピース10のコーティング上に押し出され、または 積層される。 代わりの構成として、図１の回分操作システム23に示したように、緩衝層16が ワークピース10とマスク40との間に位置した状態でワークピース10、緩衝層16お よびマスク40が固定接触することとなるようにマスク40をワークピース10に取り 付けてもよい(図１においては、マスク、緩衝層16およびワークピース10は間隔 をおいて示しているが、これは単に図示の明瞭化のためである)。回分操作シス テム23は、Ｘ−Ｙ搬送ステージ52を含む。ワークピース10は、搬送ステージ52に 対して固定されており、マスク40は搬送ステージ52とは反対の方向を向くように 固定されている。搬送ステージ52は、レーザービーム44を通過して搬送されて、 マスク40のガイドシェイプ上にエネルギ出力11を走査し、ワークピース10にパタ ーン13を削摩する。 緩衝層16の位置決めを行うための他の任意要素としては、図４に示したような 連続操作システム24等がある。このシステム24においては、緩衝ウェブ26は、ワ ークピースウェブ25およびマスク40に対して、近接して配置されるとともに相対 的には移動しないが共に移動する関係とされる。マスク40はマスク搬送フレーム (図示せず)に取り付けられている。通常のプログラム可能制御装置(図示せず)が 開始位置54と終了位置56との間でマスク搬送フレームおよびマスク40を搬送する 。 マスク40は、ワークピースウェブ25および緩衝ウェブ26と同一方向に同一速度 で搬送されて、レーザービーム44が開始位置54と終了位置56との間でマスク40を 走査する。こうして、ワークピースウェブ25にパターン13が削摩される。各パタ ーンが完全に形成された後、マスク40は開始位置54にリセットされ、ワークピー ス10および緩衝層16が交換され、そして、マスク40は繰返しサイクルで再度レー ザービーム44を通過するように搬送される。連続操作システムにおいては、ワー クピースウェブ25、緩衝ウェブ26およびマスク40は、互いに固定されてはいない が、ワークピースにパターンが結像される間においては、相対的に接触固定され た状態に維持される。 代わりの構成として、結像工程の前にフィルムシートをワークピース10のコー ティングまたは境界部上に押出し、または積層して、結像キット(図示せず)を構 成してもよい。結像キットを採用した場合においては、ワークピース10の保管お よび搬送の時にはフィルムシートがコーティングまたは境界部を保護する。また 、キットは中央位置に構成されて、フィルム配置における経済性を実現する。 ワークピース10にパターン13が形成された後で、緩衝層16はワークピース10か ら外される。緩衝層16を２軸延伸ポリプロピレンで作った場合には、一般的に相 当量の屑がフィルムシートとともに除去される。二酸化炭素の粉体を吹き付ける 通常の方法を使用して、コーティングまたは境界部を有する基板から残りの屑が 除去される。この吹付け工程においては、ほぼ59.76Kg／cm²の二酸化炭素が大気 と混合されて、結晶化した二酸化炭素の粉体が作られる。結晶化された粉体は、 通常に入手できる吹付けガンを使用して、ワークピース10のコーティングまたは 境界部に“サンドブラスト”の要領で吹き付けられる。 本発明について多くの具体例が考えられるが、以下の実施例に基づいて本発明 を論証する。以下の実施例は、本発明を限定するものではない。 実施例 実施例１ 実施例１では、図１の回分操作システム23を例にとって説明する。レーザー42 は、マサチューセッツ州アクトンのLambda Physik社のモデルLPX315の150ワット のエキシマーレーザーであった。モデルLPX315のレーザーは、150Hzまでのパル ス繰返数において、400〜800mJの範囲のビームエネルギ出力を選択的に発するこ とができた。このエキシマーレーザーは、ふっ素を使用することが最適であって 、波長248nmの紫外線を発した。 ワークピース10は金属のコーティングが施された基板であった。基板は厚さ25 μmのポリエチレンで作られており、コーティングは銅であった。銅のコーティ ングは、真空チャンバ内でＥビームを使用する標準的な蒸着技術を使用して、ポ リエチレンの基板上に100nmの厚さで蒸着された。 マスク40の基材は厚さ2.3mmの合成石英ガラス板から作られ、この基材にアル ミニウムのコーティングが施された。アルミニウムは、石英ガラス板上にほぼ60 0nmの厚さで真空蒸着された。標準的な半導体産業における写真平板技術や湿式 エッチング処理技術を使用して、マスク40にガイドシェイプが形成された。 緩衝層16は、厚さ50μmの商用グレードのポリプロピレンシートであった。緩 衝層16は、マスク40とワークピース10の銅コーティングとの間で両者に接触する ように配置された。このことは、マスク40、緩衝層16およびワークピース10をＸ −Ｙ搬送ステージ52に固定することによって達成された。 光学要素14は、焦点距離が106.68cmの円筒状の集光レンズと、焦点距離が15.2 4cmの円筒状の発散レンズとを備えていた。集光レンズとワークピース10との間 の距離、および集光レンズと発散レンズとの間の距離を調整して、ビームの幅、 高さ、およびエネルギ密度を、ワークピース10の銅コーティングを削摩するため に要求される組み合わせとした。 レーザービーム44を通過するようにＸ−Ｙ搬送ステージ52を搬送して、マスク 40のガイドシェイプを走査し、銅コーティングにパターン13を成形した。Ｘ−Ｙ 搬送ステージ52は、250cm／分の直線速度でＹ方向に搬送された。レーザー42は 、ワークピース10上に125mJ／cm²のエネルギ密度を作り出した。このエネルギ密 度は、開口部を有するジュールメーター(カナダ、ケベック、ステーフォグのGen tech社のモデルED-500)を使用して測定された。このジュールメーターは、レー ザー42とワークピース10との間の距離と同じ距離だけレーザー42から間隔をおい て配置された。 ワークピース10の銅コーティングにパターン13が削摩された後で、緩衝層16が 外されて捨てられた。緩衝層16が外された後においてはマスク40には屑が付着し ていなかったので、緩衝層16は屑がマスク40と接触することを防止した。銅コー ティングに形成されたパターン13は、解像度が良好であり、パターン造形部間に ショート(short)はなかった。実施例２ 実施例２では、図５の構成を例にとって説明する。高エネルギ源12はフラッシ ュランプ46であった。フラッシュランプ46は、カリフォルニア州サニーベールの ILC Technology社のパーツ番号ILCT-18のフラッシュランプであった。このフラ ッシュランプ46は8.9cmのアーク長を有しており、内径６mmの石英水銀燈を備え ており、さらに石英水銀燈の両端内にシールされたタングステン電極を備えてい た。石英水銀燈はキセノンガスで充填されており、そのゲージ圧は０℃において 400水銀柱ミリメートルであった。フラッシュランプ46は、６μ秒のパルス幅(半 値全幅)を有しており、１パルス毎の入力エネルギは100ジュールであった。フラ ッシュランプ46は、ほぼ１Hzのパルス繰返数で作動した。フラッシュランプ46か らのパルス輻射が、楕円形の反射材48の５cmの反射開口部を通してワークピース 10 へと向けられた。 ワークピース10は金属のコーティングが施された基板であった。この基板は、 厚さ50μmのポリエチレンテレフタラートで作られていた。コーティングは、ポ リエチレンテレフタラートの基板上に真空蒸着された厚さ75nmの銅からなる層で あった。緩衝層16は、コネチカット州デイビルのBollmet Industries社から入手 可能な厚さ25μmのキャパシターグレードのポリプロピレンであった。マスク40 は、実施例１で説明したマスク40と実質的に同一のものであった。フラッシュラ ンプ46からの輻射は、マスク40および緩衝層16を通過してワークピース10のコー ティングにパターン13を削摩した。フラッシュランプ46からの輻射は、ポリエチ レンテレフタラートの基板からほぼ14cm²の面積の銅を削摩した。ワークピース1 0にパターン13が形成された後で、緩衝層16は外されて捨てられた。パターン13 の解像度は良好で、パターン造形部間にショートは存在しなかった。パターン造 形部は、幅100μm程度の細い線を含んでおり、その線と線との間隔は50μmであ った。実施例３ この実施例においては、図７に示した搬送ミラー装置58を利用した。搬送ミラ ー装置58は、ワークピース10、緩衝層16、マスク40、およびレーザー42を備えて いた。さらに、搬送ミラー装置58は、平面ミラー62を備えた直線搬送ステージ／ サーボ60を備えていた。平坦ミラー62は、レーザー42のレーザービーム44がマス ク40および緩衝層16を通過してワークピース10にパターン13を形成することとな るようにステージ／サーボ60に取り付けられていた。 レーザ42は、実施例１で説明したLambda Physik社のモデルLPX 315の エキシ マーレーザーであった。光学要素14は、実施例１で説明した円筒状の集光レンズ および円筒状の発散レンズを備えており、実施例１の場合と同じように配置され ていた。 この実施例におけるワークピース10は、僅か8.89cmの磁気データ記憶ディスク で、一般的にフロッピーディスク64と呼ばれるものであった。フロッピーディス ク64は、ポリエチレンテレフタラートの基板に磁気コーティングを施したもので あった。磁気コーティングは、0.7μmの高分子バインダー内に分散された磁気粒 子からなるものであった。緩衝層16は、コネチカット州デイビルのBollmet Indu stries社のキャパシターグレードの二軸延伸ポリプロピレンフィルムであった。 緩衝層16は厚さが25μmであり、図６を参照すると、248nmの輻射に対して約82％ の透過率を有していた。透過率は、ミネソタ州エデンプレーリーのPerkin Elmer 社のUV／Vis分光光度計(モデルLanbda-９)を使用して測定された。マスク40は、 実施例１のマスク40と実質的に同一のものであった。さらに、マスク40のガイド シェイプは、フロッピーディスク64の磁気コーティングにパターン13を形成する のに使用できるものであった。パターン13は、同心状に配置された多数の光学的 なサーボトラックを含んでいた。各サーボトラックは、複数のステッチを有して いた。ステッチはその端部と端部とが向かい合わされて１つの線(file)のように なっていた。各ステッチは、幅ほぼ５μmで長さが約40〜80μmであった。パター ン13は全体としてほぼ150万個のステッチを含んでいた。 フロッピーディスク64は、中央位置決め機構68を備えた標準的な中央ハブ部66 を有していた。マスクを中央に位置決めするためのピン72を備えたハブ70がマス ク40の中央部に取り付けられた。 その後、マスク40のガイドシェイプを完全に覆うこととなるように緩衝層16が 該マスク40上に置かれた。その後、緩衝層16がマスク40とフロッピーディスク64 との間に位置することとなるようにフロッピーディスク64がマスク40上に置かれ た。フロッピーディスク64は、中央位置決め機構68とハブ70とを使用して、マス ク40のガイドシェイプに対して正確に位置合わせされた。重りとしてのマット74 がフロッピーディスク64上に置かれ、これによって、フロッピーディスク64のゆ がみが最小限に抑えられ、フロッピーディスク64と緩衝層16との間および緩衝層 16とマスク40との間における密な接触が確保された(マスク40、緩衝層16、フロ ッピーディスク64およびマット74は、図７において間隔をおいて示しているが、 これは単に図示の明瞭化を意図したものにすぎない)。 マスク40、緩衝層16およびフロッピーディスク64は、直線搬送ステージ／サー ボ66に対して固定されており、この結果、光学要素14の発散レンズからのレーザ ービーム44が平面ミラー62で反射してマスク40のガイドシェイプを走査し、ステ ージ／サーボ60が移動するときにワークピース10の磁気コーティングに光学的な サーボトラックのパターン13を形成した。ＤＣサーボモータ78に接続された標準 的なプログラム可能制御装置によって、ステージ／サーボ60が直線的に移動され 、これに伴って、平面ミラー62がマスク40に対してほぼ100インチ／分(254cm／ 分)の速度で移動した。 レーザー42は、ほぼ140Hzの繰返し速度において、ほぼ125mJ／cm²のエネルギ 密度を作り出した。削摩が完了した後、緩衝層16が外された。その後、ほぼ59.7 6kg／cm²の圧力で二酸化炭素を吹き付けることによって、磁気コーティングがク リーニングされた。原子間力顕微鏡(ＡＴＦ)による観察の結果、緩衝層16やマス ク4Cに起因する光学的サーボトラックのパターン13における回折の影響が最小限 に抑えられていることが分かった。数百枚のフロッピーディスク64に対して、マ スク40のガイドシェイプの劣化を招くことなく、良好な結像が得られた。各フロ ッピーディスク64からそれぞれ緩衝層16を外すと、その緩衝層16には相当量の屑 が残っていた。実施例４ 実施例４においては、図１の回分操作システム23が使用された。レーザー42お よび光学要素14についての詳細は、実施例１で説明したものと実質的に同様であ る。この実施例においては、コーティングに異なるパターン13が形成された複数 のワークピース10が作成された。各ワークピース10は、以下の表に概括するよう に、異なるレーザーパルス繰返し速度および異なるＸ−Ｙ搬送ステージの搬送速 度において、異なる緩衝層16を使用して作成されたものである。 レーザー42は、各ワークピース10に対して、そのコーティングにほぼ125mJ／c m²のエネルギ密度を供給し、これによって、各コーティングまたは境界部に各パ ターン13が形成された。各パターン13が形成された後、緩衝層16が外され、各ワ ークピース10に形成されたパターン13が検査された。パターン13の質は、各ワー クピース10によって異なったが、レーザー42はワークピース10の各コーティング または境界部に満足なパターン13を形成した。実施例５ 実施例５においては、図１に示した回分操作システム23が使用された。レーザ ー42、光学要素14、ワークピース10、緩衝層16およびマスク40は、実施例１で説 明したものと同様のものであった。ワークピース10のコーティングに形成された パターン13は、250μmの中心上に幅12μmの線で描かれた格子状のパターンであ った。パターン13は、実施例１で説明したようにして、150のワークピース10の サンプルに対して同一のマスク40を使用して形成された。マスク40に対しては、 Texwipes(登録商標)およびイソプロピルアルコールを使用した定期的なクリーニ ング以外には特別な取り扱いは必要なかった。150のワークピース10のサンプル のそれぞれに対して、解像度の良好なパターン13が形成された。 緩衝層16を使用しなければ、マスク40は、ほぼ10のサンプルに対して使用すれ ばその寿命が尽きると予想される。しかし、緩衝層16を使用すれば、ガイドシェ イプに顕著な劣化が現れることなく、マスク40をこれまでに150のサンプルの対 して使用することができた。この後、さらに多くのワークピース10のサンプルに 対してマスク40を続けて使用できると予想される。 好ましい具体例を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の精 神および範囲から逸脱することなく、形状や詳細に関して変更を加え得ることが 理解できるだろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年５月２日 【補正内容】 請求の範囲 １．一のワークピース(10)に結像(13)を削摩するのに使用される高エネルギ源(1 2)により生成される屑がワークピース(10)から散乱することを防止する方法であ って、 マスク(40)をワークピース(10)の近傍に配置し、 高エネルギ源(12)からの輻射に対して実質的に透明であって、これにより高エ ネルギ源(12)が結像を削摩することを許容する屑ブロック層(16)を、マスク(40) とワークピース(10)との間に配置し、 高エネルギ源(12)からの輻射をマスク(40)および屑ブロック層を通してワーク ピース(10)へと向け、 輻射によりワークピース(10)を削摩して結像を形成し、そして 屑ブロック層をワークピース(10)から分離して、屑ブロック層がマスクの劣化 を最小限に抑え、その結果、マスクをクリーニングする必要性を最小限としてマ スクの耐用期間を長くする、方法。 ２．複数のワークピース(10)に結像(13)を削摩するのに使用される高エネルギ源 (12)により生成される屑がワークピース(10)から散乱することを防止する方法で あって、 (１) 第１のワークピースの近傍にマスク(40)を配置し、 (２) 高エネルギ源(12)からの輻射に対して実質的に透明であって、これにより 高エネルギ源(12)が結像を削摩することを許容する屑ブロック層(16)の第１の部 分を、マスク(40)と第１のワークピース(10)との間に配置し、 (３) 高エネルギ源(12)からの輻射をマスク(40)および屑ブロック層を通してワ ークピース(10)へと向け、 (４) 輻射によりワークピース(10)を削摩して結像を形成し、 (５) 屑ブロック層の第１の部分を第１のワークピースから分離し、 (６) 第２のワークピースの近傍に前記マスクを再度配置し、 (７) 屑ブロック層の第２の部分を、マスクと第２のワークピースとの間に配置 し、 (８) 前記(３)および(４)の工程を繰り返し、そして (９) 屑ブロック層の第２の部分を第２のワークピース(10)から分離して、マス クの劣化を最小限に抑えつつ複数のワークピースに結像を形成し、その結果、マ スクをクリーニングする必要性を最小限としてマスクの耐用期間を長くする、方 法。 ３．前記ワークピースはコーテイングが施された基板であり、該コーティングに 結像が形成される、請求項１または２記載の方法。 ４．前記屑ブロック層(16)はキャパシタグレードの二軸延伸ポリプロピレンから 構成されている、請求項１または２記載の方法。 ５．前記(６)〜(９)の工程が、第３、第４、第５、・・・のワークピースおよび 屑ブロック層の第３、第４、第５、・・・の部分を使用して100回以上繰り返さ れる工程(10)をさらに含んでおり、マスクがそのクリーニングまたは交換が必要 となる前に100回以上使用される、請求項２記載の方法。 ６．レーザー(42)からの輻射を使用してデータ記憶ディスク(64)を製造する方法 であって、 磁気コーティングの施された基板を用意し、 紫外線に対して実質的に透明な屑ブロック層(16)を磁気コーティングと接触し た状態で配置し、 屑ブロック層がマスク(40)とコーティングが施された基板(64)との間に配置さ れることとなるように、マスク(40)を屑ブロック層と接触した状態で配置し、 レーザー(42)からの紫外線をマスクおよび屑ブロック層に通し、 輻射により磁気コーティングを削摩して該磁気コーティングにパターン(13)を 形成し、そして 屑ブロック層をコーティングの施された基板から分離して、屑ブロック層がマ スクの劣化を最小限に抑え、その結果、マスクをクリーニングする必要性を最小 限としてマスクの耐用期間を長くする、方法。 ７．前記パターンは、螺旋状または同心円状に配置された複数の光学的なサーボ トラックである、請求項６記載の方法。 ８．前記サーボトラックは、端部と端部とを向かい合わせた状態で間隔をおいて １本の線のように配置された複数のステッチから構成されており、各ステッチの 幅は約10μmよりも小さい、請求項７記載の方法。 ９．前記コーティングの施された基板とマスクとを互いに圧接して、磁気コーテ ィングを屑ブロック層に、マスクを屑ブロック層に、圧接する工程をさらに含む 請求項７記載の方法。 10．前記屑ブロック層は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、 またはポリメタクリル酸メチルから構成されている、請求項６記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オウダーカーク、アンドリュー・ジェイ アメリカ合衆国 55133−3427ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427番（番地の表示なし) (72)発明者 スタブズ、ダニエル・ピー アメリカ合衆国 55133−3427ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427番（番地の表示なし) (72)発明者 ジャクソン、ロバート・エス アメリカ合衆国 55133−3427ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427番（番地の表示なし) (72)発明者 ダン、ダグラス・エス アメリカ合衆国 55133−3427ミネソタ州、 セント・ポール、ポスト・オフィス・ボッ クス33427番（番地の表示なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高エネルギ源(12)を使用してワークピース(10)に結像(13)を削摩する方法で あって、 高エネルギ源(12)からの輻射に対して実質的に透明であって、これにより高エ ネルギ源(12)が結像を削摩することを許容する屑ブロック層(16)を、ワークピー ス(10)の近傍に配置してワークピース(10)から屑が散乱するのを防止し、 高エネルギ源(12)からの輻射を屑ブロック層を通してワークピース(10)へと向 け、そして 輻射によりワークピース(10)を削摩して結像を形成する、方法。 ２．ワークピース(10)に結像(13)を削摩するのに使用される紫外線レーザー(42) により生成される屑がワークピース(10)から散乱することを防止する方法であっ て、 テンプレート(40)をワークピース(10)の近傍に配置し、 紫外線レーザー(42)からの紫外線(44)に対して実質的に透明であって、これに より紫外線レーザー(42)が結像を削摩することを許容する屑ブロック層(16)を、 テンプレート(40)とワークピース(10)との間に配置し、 紫外線レーザー(42)からの紫外線(44)をテンプレートおよび屑ブロック層を通 してワークピース(10)へと向け、そして、 紫外線によりワークピース(10)を削摩して結像を形成する、方法。 ３．レーザー(42)からの輻射(44)を使用してデータ記憶ディスク(64)を製造する 方法であって、 磁気コーティングの施された基板を用意し、 紫外線に対して実質的に透明な屑ブロック層(16)を磁気コーティングと接触し た状態で配置し、 屑ブロック層がマスク(40)とコーティングが施された基板(64)との間に配置さ れることとなるように、マスク(40)を屑ブロック層と接触した状態で配置し、 レーザー(42)からの紫外線をマスクおよび屑ブロック層に通し、そして 輻射により磁気コーティングを削摩して該磁気コーティングにパターン(13)を 形成する、方法。 ４．前記高エネルギ源(12)は紫外線を輻射し、前記屑ブロック層(16)は紫外線に 対して実質的に透明である、請求項１記載の方法。 ５．前記屑ブロック層(16)はキャパシタグレードの二軸延伸ポリプロピレンから 構成されている、請求項１、２または３記載の方法。 ６．前記高エネルギ源(12)はフラッシュランプ(46)である、請求項１記載の方法 。 ７．削摩が終了した後、屑ブロック層を除去し、廃棄する行程をさらに含んでい る、請求項１、２または３記載の方法。 ８．前記パターン(13)は螺旋状または同心円状に形成された複数の光学的なサー ボトラックであり、該サーボトラックは、端部と端部とを向かい合わせた状態で 間隔をおいて１本の線のように配置された複数のステッチから構成されており、 各ステッチの幅は約10μmよりも小さい、請求項３記載の方法。 ９．前記屑ブロック層は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、 またはポリメタクリル酸メチルから構成されている、請求項１、２または３記載 の方法。 10．ワークピース(10)に結像(13)を形成するのに使用される高エネルギ源(12)に より生成される屑がワークピース(10)から散乱するのを防止するシステムであっ て、 ワークピース(10)、および該ワークピース(10)の近傍に配置された層(16)を備 えており、 該層(16)は、高エネルギ源(12)からの輻射に対して実質的に透明であって、こ れによって高エネルギ源(12)が結像を形成することを許容するとともに、屑がワ ークピース(10)から散乱することを防止する、システム。