JPH11340162A - レ―ザ補助される金属ライン堆積 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属ライン堆積のための装置、及びその装置
を使用した金属ラインの堆積方法を提供する。 【解決手段】 集光されたコヒーレント光ビームを使用
した金属ラインの堆積方法が、（ａ）該集光されたコヒ
ーレント光ビームを通すドナー基板を有するドナープレ
ート、該ドナープレートのドナー表面中のチャネル、及
び該チャネル内の金属材料を形成する工程と、（ｂ）堆
積基板が該ドナープレートの該ドナー表面に隣接するよ
うに、該ドナープレートを該堆積基板から間隔をあけて
配置する工程と、（ｃ）該金属材料のイオンを該ドナー
プレートから該堆積基板上に向かって放出させることに
より、該集光されたコヒーレント光ビームを該ドナープ
レートの該ドナー基板を通過させ、該チャネルの該金属
材料上に向けて、該金属材料を該ドナープレートの該チ
ャネルから除去し、これにより、該金属ラインを形成す
る工程と、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広義には金属ライ
ン堆積に関する。本発明は特に、金属ライン堆積のため
のレーザアブレーションに関する。

【０００２】

【従来の技術】金属ラインは、プリント回路板やマルチ
チップモジュール内の回路を接続するために一般的に使
用される。既存の金属ライン堆積技術はレーザ化学気相
堆積及び金属前駆体からのレーザ堆積を含む。しかし、
これらの技術はそれぞれに関してある不利な点を有す
る。化学気相堆積プロセスは有毒ガス及び真空チェンバ
を必要とする。金属前駆体からの堆積は周囲の回路に損
傷を与えたり欠陥を生じさせ得るウェットプロセスを必
要とする。

【０００３】より安価で、より環境にやさしい金属堆積
技術がレーザアブレーションである。広義の金属膜レー
ザアブレーションは、レーザビームが金属膜上に集光さ
れる公知の技術である。レーザビームによって発生され
る熱及び衝撃波が膜の粒子を除去または放出する。銅、
金、銀及びアルミニウムのなどの金属の薄膜は、Ｑスイ
ッチ２倍化Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ（Ｑ−ｓｗｉｔ
ｃｈｅｄ ｄｏｕｂｌｅｄ Ｎｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬ
Ｆ）などの緑色光レーザまたは銅気相レーザを使用して
簡単に除去または切除され得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのようなレーザアブ
レーション技術の一つは、基板上に複合薄膜を積層する
ためにパルスレーザ堆積の使用を含む。この技術を使用
して、集光されたレーザビームはある角度を持ってター
ゲット膜に向けられる。膜から切除された羽毛状に広が
る粒子はターゲットに平行に位置づけられた基板上に着
地する。そのようにして、粒子は基板上に堆積されて、
薄いエピタキシャル被膜を形成する。この技術におい
て、基板及びターゲットの双方は真空環境に収容され
る。この技術は広い表面を被覆するには有益だが、局所
化された導電性金属ラインには有益ではない。この技術
を金属ラインの堆積にために使用する場合、粒子が基板
上に堆積される際に粒子は金属ラインの面積に制限され
ない。結果として、金属ライン用に規定される面積外で
の金属の液滴や霧の堆積が生じる。

【０００５】本発明の目的は金属ライン堆積のための装
置、及びその装置を使用した金属ラインの堆積方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のある局面におい
て、集光されたコヒーレント光ビームを使用した金属ラ
インの堆積方法は、（ａ）該集光されたコヒーレント光
ビームを通すドナー基板を有するドナープレート、該ド
ナープレートのドナー表面中のチャネル、及び該チャネ
ル内の金属材料を形成する工程と、（ｂ）堆積基板が該
ドナープレートの該ドナー表面に隣接するように、該ド
ナープレートを該堆積基板から間隔をあけて配置する工
程と、（ｃ）該金属材料のイオンを該ドナープレートか
ら該堆積基板上に向かって放出させることにより、該集
光されたコヒーレント光ビームに該ドナープレートの該
ドナー基板を通過させ、該チャネルの該金属材料上に向
けて、該金属材料を該ドナープレートの該チャネルから
切除し、これにより、該金属ラインを形成する工程と、
を含み、これにより上記課題が解決される。

【０００７】上記金属ラインの堆積方法が、上記金属材
料の上記イオンを上記堆積基板に誘導し、該イオンの該
堆積基板への結合を静電的に補助するため、上記ドナー
プレートと該堆積基板との間に電界を印加する工程を更
に含んでも良い。

【０００８】基板のそれぞれが複数のラインを含み、前
期工程（ｂ）が、上記ドナープレート上に見られるモア
レ状パターンを除くことによって、該ドナープレート及
び上記堆積基板を視覚的に整列させる工程を含んでも良
い。

【０００９】前期工程（ｃ）が、上記集光されたコヒー
レント光ビームを固定した位置に維持する工程と、上記
ドナープレートを上記堆積基板に機械的に接合する工程
と、該接合されたドナープレート及び該堆積基板を移動
させる工程と、を更に含んでも良い。

【００１０】本発明の別の局面において、堆積基板上に
金属ラインを堆積する装置が、コヒーレント光ビームの
ソースと、該コヒーレント光ビームを通すドナー基板を
有するドナープレート、ドナー表面、該ドナー表面中の
チャネル、及び該チャネル内の金属材料と、該金属材料
を該ドナープレートから切除するために該ドナープレー
ト上の該金属材料に該コヒーレント光ビームを集光する
レンズとを含み、該堆積基板を該ドナープレートの該ド
ナー表面に隣接して配置した場合、該ドナー表面の該チ
ャネルによって制限された面積内に該ドナープレートか
ら切除された該金属材料が該堆積基板上に堆積され、こ
のことにより上記課題が解決される。

【００１１】上記ドナープレートの上記ドナー表面中の
上記チャネルが、上記堆積基板上に堆積される金属ライ
ンに対応するパターンを形成しても良い。

【００１２】上記堆積基板上に金属ラインを堆積する装
置が、上記金属材料イオンを上記堆積基板に誘導し、上
記金属材料イオンの該堆積基板への結合を静電的に補助
するため、上記ドナープレートと該堆積基板との間に電
界を印加する手段を更に含んでも良い。

【００１３】本発明の別の局面において、金属材料によ
って被覆されたドナー表面を有するドナープレートから
堆積基板上に金属を切除することによって金属ラインを
堆積する方法が、（ａ）堆積表面が該ドナー表面に対し
て実質的に平行になるように、該堆積基板の該堆積表面
を該ドナープレートの該ドナー表面に隣接して配置する
工程と、（ｂ）複数のコヒーレント光ビームを発生させ
る工程と、（ｃ）該金属材料のイオンを該ドナープレー
トから該堆積基板上に向かって放出させることで、該金
属材料を該ドナープレートの該ドナー表面から切除する
ために、該複数のコヒーレント光ビームを該金属材料の
第１のラインにそって集光させて、ビームのラインを形
成する工程とを含み、これにより上記課題が解決され
る。

【００１４】上記工程（ｂ）が、単一のコヒーレント光
ビームを発生する工程と、上記複数のコヒーレント光ビ
ームのうちのどの２つのコヒーレント光ビームも重なら
ないように、第１のラインにそって該複数のコヒーレン
ト光ビームを形成するため該単一のコヒーレント光ビー
ムを回折する工程と、を含んでも良い。

【００１５】上記金属ラインの堆積方法が、（ｄ）上記
堆積基板に対して上記ドナープレートを固定し、堆積さ
れる上記金属ラインに平行な方向に向かって上記金属材
料が切除されるように、上記ビームのラインの１つ及び
該ドナープレートを他方に対して動かす工程と、（ｅ）
形成される該金属ラインに対して垂直な方向に、該ビー
ムのラインを該金属材料にそって所定の距離だけ移動さ
せる工程と、（ｆ）切除されていない、または薄膜に裂
かれていない金属材料上に該ビームのラインが入射する
ように、該堆積基板に対して該ドナープレートを動かす
工程と、（ｇ）該堆積基板に対して該ドナープレートを
固定し、切除されていない、または薄膜に裂かれていな
い該金属材料を堆積される該金属ラインに平行な方向に
切除するため、該ビームのラインの１つ及び該ドナープ
レートを他方に対して動かす工程と、を更に含んでも良
い。

【００１６】上記金属ラインの堆積方法が、上記金属材
料の上記イオンを上記堆積基板に誘導し、該堆積基板に
該金属材料の該イオンの結合を静電的に補助するために
上記ドナープレートと該堆積基板との間に電界を印加す
る工程を更に含んでも良い。

【００１７】上記複数のコヒーレント光ビームのそれぞ
れがビーム幅を有し、金属トレースと隣接する金属トレ
ースとが重なりあう距離が該ビーム幅の０．４倍である
ことが好ましい。

【００１８】本発明の別の局面において、堆積表面を有
する堆積基板上に金属ラインを堆積する装置が、金属材
料によって被覆され、該堆積表面に隣接し、該堆積表面
に対して実質的に平行なドナー表面を有するドナープレ
ートと、コヒーレント光ビームを提供するレーザと、ビ
ームのラインを形成するために、該コヒーレント光ビー
ムを該金属材料の第１のラインにそって配置される複数
のコヒーレント光ビームに変換する回折素子と、該金属
材料が、該ドナープレートから堆積される該金属ライン
に平行な方向に向かって切除されるように、該ビームの
ラインまたは該ドナープレート及び該堆積基板を他方に
対して動かす手段と、を含み、これにより上記課題が解
決される。

【００１９】上記金属ラインを堆積する装置が、上記第
１のライン及び上記金属ラインが所定の角度で配向され
るように、堆積される上記金属ラインに対して上記回折
素子が回転され、上記ビームラインの１つ及び上記ドナ
ープレートが他に対して動かされた場合に、重なり合わ
ないトレースを上記堆積基板上に形成するため上記金属
材料が該ドナープレートから切除され、上記装置は、該
ドナープレート上のまだ切除されていない金属材料を使
用して、予め形成された金属トレースの間に金属トレー
スを形成するために、該ドナープレートの１つ及び該堆
積基板を他に対して動かす手段を更に含んでも良い。

【００２０】本発明の別の局面において、金属材料によ
って被覆されたドナー表面を有するドナープレートから
金属を切除することにより堆積基板上に金属ラインを堆
積する方法が、（ａ）堆積表面が該ドナー表面に対して
実質的に平行となるように、該堆積基板の該堆積表面を
該ドナープレートの該ドナー表面に隣接して配置する工
程と、（ｂ）コヒーレント光ビームを発生させる工程
と、（ｃ）該コヒーレント光ビームを該金属材料上に集
光する工程と、（ｄ）該堆積基板上に第１の金属トレー
スを形成するために、該金属材料にそって該集光された
コヒーレント光ビームを向ける工程と、（ｅ）該ドナー
プレートの１つ及び該堆積基板を他に対して動かす工程
と、（ｆ）該第１の金属トレースと部分的に重なり合う
第２の金属トレースを形成するため、予め該ドナー表面
から切除されてもいず、薄膜に裂かれてもいない金属材
料に該集光されたコヒーレント光ビームが衝突するよう
に該ドナープレートにそって該集光されたコヒーレント
光ビームを向ける工程と、を含み、これにより上記課題
が解決される。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明によれば、金属ラインを堆
積するための装置及びその装置を使用して金属ラインを
堆積する方法において、ドナープレートは、集光された
コヒーレントビームを通すドナー基板を有する。ドナー
プレートは、金属材料で被覆されたドナー表面を有す
る。被覆されたドナー表面が堆積基板に隣接するよう
に、ドナープレートが配置される。複数のコヒーレント
光ビームを形成するため、集光されたコヒーレント光ビ
ームが回折される。複数のビームはドナー基板を通過す
るように誘導され、ドナー表面を被覆する金属材料上で
ラインにそろうように配置される。複数のビームは、金
属材料のイオンをドナープレートから堆積基板上に向か
って放出させることによって、金属ラインを形成するた
めに金属材料がドナー表面から切除されるようにする。
金属材料がドナープレートから金属ラインに平行な方向
に向かって切除されるように、複数のビームまたはドナ
ープレート及び堆積基板のいずれかが動かされる。ドナ
ープレートは、チャネルを中に有し、且つ金属材料によ
って被覆されたドナー表面を有し得る。金属材料のイオ
ンをチャネルから堆積基板上に向かって放出させること
によって、金属ラインを形成するために金属材料がチャ
ネルから切除されるようにするため、集光されたコヒー
レント光ビームはドナープレートのドナー基板を通過
し、チャネル中の金属被膜上に誘導される。

【００２２】本発明の一局面によると、ドナープレート
はその中にチャネルが形成されるドナー表面を有する。
チャネルは金属材料によって被覆される。表面に金属ラ
インが堆積される堆積基板はドナープレートのドナー表
面に隣接して配置される。集光されたコヒーレント光ビ
ームはドナープレートのドナー基板を通過し、チャネル
の金属被膜上に向けられる。集光されたコヒーレント光
ビームは、金属材料のイオンをチャネルから堆積基板上
に向かって放出させることによって、金属ラインを形成
するために、金属材料がチャネルから切除されるように
する。チャネルは金属材料を堆積基板上の所定の面積内
に制限するように作用する。

【００２３】本発明の他の局面によると、ドナープレー
トは金属材料で被覆されたドナー表面を有する。ドナー
プレートは被覆されたドナー表面が堆積基板に隣接する
ように配置される。集光されたコヒーレント光ビームは
複数のコヒーレント光ビームを形成するように回折され
る。複数のビームはドナー基板を通過するよう向けら
れ、ドナー表面の金属材料被膜上でラインにそろうよう
に配置される。複数のビームは、金属材料のイオンをチ
ャネルから堆積基板上に向かって放出させることによっ
て、金属ラインを形成するために金属材料がチャネルか
ら切除されるようにする。複数のビームまたはドナープ
レート及び堆積板のいずれかは、堆積されるべき金属ラ
インに平行な方向に向かってドナープレートから金属材
料が切除されるように動かされる。

【００２４】本発明において、ドナープレートからの金
属膜の切除によって金属ラインを基板上に堆積するた
め、真空を必要としないドライプロセスでのレーザアブ
レーションが使用される。一つの例示的な実施形態にお
いて、金属膜はドナープレートのチャネルに含まれる。
チャネルは基板上の金属堆積の面積を限定し得る。他の
例示的な実施形態において、ドナープレートから金属膜
を切除するため複数のコヒーレント光ビームが使用され
る。加えて、切除された金属イオンを堆積位置に誘導
し、金属イオンを基板表面に静電的に結合するため、切
除されるドナープレートと金属ラインが堆積される基板
との間に電界が印加される。

【００２５】以下に本発明の実施形態を図面を参照しな
がらより詳細に説明する。

【００２６】なお、図面の様々な特徴は正確な縮尺で描
かれたものではないことが強調される。反対に、様々な
特徴の寸法は明瞭さのため随意に拡大または縮小され
る。

【００２７】図１は、本発明による例示的なレーザ金属
堆積装置を表す。レーザ１はカリフォルニア州サンタク
ララのＣｏｎｔｉｎｕｕｍ Ｉｎｃ．から入手できる調
波２倍化固体ＱスイッチＮｄ：ＹＬＦまたはＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザである。レーザ１からのレーザビーム１３はテ
レスコープ２によって拡張ビーム１４に拡張される。拡
張ビーム１４は拡張ビーム１４を対物レンズ４に向ける
ダイクロイックミラー３上に照らされる。対物レンズ４
によって提供されるビーム１７の焦点を調節するために
集光機構７が使用される。対物レンズ４は拡張ビーム１
４をサンプル５上の回折限界点に集光させる。サンプル
５を横切って電界を形成するためにオプションの電源１
２が使用され得る。

【００２８】図１に示される例示的な実施形態におい
て、イルミネータ１１は、ミラー９により偏向される光
をダイクロイックミラー３上に提供する。イルミネータ
１１は、プロセス及び焦点位置がモニターできるように
サンプル５を照らすための白色光源として使用される。
適切なイルミネータはニュージャージー州バリントンの
Ｅｄｍｕｎｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ
から入手できる。

【００２９】また、例示的な実施形態において、プロセ
ス位置の画像を写し、モニターするためＣＣＤカメラ１
０が使用される。画像は、引き続くプロセスの位置をプ
ログラムされた路に基づいて算出するコンピュータ８に
与えられる。この目的のためには任意の最先端ビデオカ
メラが適する。金属ラインを補修する場合、ＣＣＤカメ
ラ１０からの画像は、補修のために金属ラインの欠陥の
位置を識別するためにも使用され得る。

【００３０】サンプル５はステージ６上に保持される。
ステージ６はコンピュータ８によって制御されるＸ−Ｙ
動作制御１５を備える。適切な動作制御及びコンピュー
タはマサチューセッツ州ローレンスのＮｅｗ Ｅｎｇｌ
ａｎｄ Ａｆｆｉｌｉｔａｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｉｅｓから入手でき、例えばＸＹ−８０８０精密ステー
ジ、ＰＣＸ２コントローラ及び２０２Ｍマイクロステッ
ピングドライブを含む。ここでコントローラは４８６Ｉ
ＢＭ ＰＣまたはコンパチブルとインターフェースをと
る。

【００３１】コンピュータ８はまたレーザ１の出力を制
御する。ステージ６の位置及びレーザ１の出力を調節す
ることによって、コンピュータ８はサンプル５上におけ
る特定のパターンの堆積を可能にする。

【００３２】図２は本発明によるサンプル５を表す。サ
ンプル５はドナープレート２１及び堆積基板２３を含
む。ドナープレート２１はドナー基板３２、ドナー表面
２２、チャネル２４、及びチャネル２４を被覆する金属
材料２６を含む。

【００３３】図３（ａ）〜３（ｃ）はドナープレート２
１を形成する方法を表す。図３（ａ）に示されるよう
に、ドナー表面２２を有するドナー基板３２内に少なく
とも１つのチャネル２４が形成される。ドナー基板３２
はガラスであることが望ましい。チャネル２４は、ドナ
ー基板３２内にチャネル２４をエッチングすることで形
成され得る。図３（ｂ）に示されるように、金属材料２
６はドナー基板３２のドナー表面２２上及びチャネル２
４内に堆積される。金属材料２６は例えばスパッタリン
グ、ｅビーム堆積または化学気相堆積（ＣＶＤ）の使用
によって堆積され得る。金属材料２６は銅、金、または
銀であることが望ましい。図３（ｃ）に示されるよう
に、金属材料２６は、次に、チャネル２４内に維持され
ながらドナー基板３２のドナー表面２２から除去され
る。金属材料２６は例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）に
よってドナー表面２２から除去され得る。

【００３４】図２に示されるように、堆積基板２３は金
属ラインが堆積される堆積表面２７を有する。堆積基板
２３は、堆積表面２７がドナープレート２１のドナー表
面２２に隣接するように配置される。例示的な実施形態
において、堆積基板２３はガラスである。

【００３５】集光ビーム１７はドナープレート２１のド
ナー基板３２を通過し、チャネル２４の金属被膜２６上
に衝突する。集光ビーム１７と金属被膜２６との接触は
金属被膜２６の切除を生じさせる。切除の間、金属イオ
ン２５が金属被膜２６から離れて加速する。金属イオン
２５がドナープレート２１から離れて加速すると、金属
イオン２５は堆積基板２３に接触する。金属イオン２５
はレーザアブレーションにより発生するアコースティッ
ク衝撃波に起因してドナープレート２１から離れて加速
する。図２に示される実施形態において、金属ライン２
８の間隙２９を補修するためにレーザアブレーションが
使用される。本発明の教示は、堆積基板２３上に金属ラ
インがない場合に堆積基板２３上に金属ラインを形成す
るためにも適用され得る。

【００３６】金属被膜２６の切除の後、堆積された金属
ラインの厚さのばらつきが調節され得る。例えば、図４
（ａ）に示すように、金属ライン２８を補修するために
金属被膜２６が切除された場合、最終的な金属ラインの
厚さは均一にはならない。堆積された金属４４が、切除
前の元の金属ライン２８が比較的厚い部分においては最
終的な金属ラインはより厚くなる。次に、最終的な金属
ラインの非均一性が低減されて、図４（ｂ）に示される
ような金属ラインを提供し得る。厚さの非均一性はレー
ザの使用や化学的機械研磨（ＣＭＰ）などの当業者に公
知な方法によって除去され得る。

【００３７】ドナープレート２１と堆積基板２３との間
の間隔１８（図２を参照）は堆積基板２３上の最終的な
金属ラインの特徴的なサイズ（幅）を変更するために調
節され得る。間隔１８の増加に伴い、堆積される金属ラ
インの特徴的なサイズも増加する。

【００３８】図５に示される例示的な実施形態の１つに
おいて、間隔は最小であり、ドナー表面２２が堆積表面
２７と接するようにドナープレート２１が堆積基板２３
上に配置される。従って、堆積基板２３上への金属イオ
ン２５の堆積を空洞２４が機械的に制限する。図６は、
チャネル２４からの金属材料２６のレーザアブレーショ
ン中の本発明によるドナープレート２１を示す。図６に
おいて、チャネル２４が、金属の液滴及び霧４２の堆積
をチャネル２４によって規定された面積内に制限する。

【００３９】図７（ａ）〜７（ｃ）を参照して、ドナー
基板２１及び堆積基板２３の整列方法が説明される。図
７（ａ）に示されるように、ライン状パターンはドナー
プレート２１及び堆積基板２３のそれぞれの上に形成さ
れ得る。ライン状パターンはＣＣＤカメラ１０からの画
像によって表示され得る。ドナー基板２１上のライン状
パターン及び堆積基板２３上のライン状パターンが整列
した場合には、図７（ａ）のようなライン状パターンが
見える。ドナー基板２１及び堆積基板２３が整列してい
ない場合には、図７（ｂ）及び７（ｃ）に示されるよう
なモアレ状パターンが見える。モアレ状パターンの線６
２は、誤整列（misalignment）の度合いを示す。従っ
て、図７（ｃ）のパターンは線６２を１本有し、図７
（ｂ）の線６２を３本有するパターンより整列状態によ
り近い。

【００４０】図２に示されるように、例示的な実施形態
において、オプションの電源１２を使用することでドナ
ープレート２１と堆積基板２３との間に電界を印加し得
る。電源１２は金属材料２６に結合される正極３０を有
する。負極３１は堆積基板２３に接続される。電極３０
及び３１の間に印加される電圧は少なくとも３００ボル
トであることが望ましい。電界を使用する場合、レーザ
アブレーションによって発生されるアコースティック衝
撃波に加えて電界に起因する静電力によっても金属イオ
ン２５は堆積基板２３の方向に誘導される。

【００４１】ドナープレート２１と堆積基板２３との間
に印加された電界は、堆積基板２３への金属イオン２５
の結合をも補助する。負極が堆積基板２３と接すること
により、堆積基板２３内のナトリウムイオンなどの陽イ
オンは堆積表面２７から離れて負極３１に向かって移動
する。これにより、酸素などの陰イオンが堆積基板２３
内に残される。これらの陰イオンは堆積表面２７に接触
する金属陽イオンと静電的に結合する。電界が取り除か
れた後、薄い金属酸化物層による永久的な化学シールが
形成される。よって、堆積基板２３の堆積表面２７上
に、金属イオン２５から導電性の金属ラインが形成され
る。

【００４２】図２に示されるように、堆積基板２３内の
陽イオンによる負極３１への移動を増大し、よって堆積
基板２３の堆積表面２７への金属イオン２５の結合を強
化するためにホットプレート２０が使用され得る。熱が
拡散作用を増加し、堆積基板２３内でのイオンの移動度
を高める。

【００４３】ステージ制御１５及びレーザ１の出力を調
節することにより、コンピュータ８はビーム１７下での
ステージ６の（従ってサンプル５の）動きを可能にす
る。これで、金属ライン状パターンがサンプル５上に書
かれることを可能にする。または、サンプル５がビーム
１７下に固定された状態で、ビーム１７をスキャナ及び
走査レンズと共に動かし得る。本発明は、上記のような
サンプル５をビーム１７に対して位置づける方法に限定
されるものではない。米国特許第５，１６８，４５４号
でＬａＰｌａｎｔｅらが記載したものなどの他の位置づ
け方法及び装置が当業者には公知である。ＬａＰｌａｎ
ｔｅらは単一ビームを第１の軸に沿って走査するために
多角形の回転鏡を使用し、平行移動テーブルを使用して
作業物を第２の軸に沿って平行移動することにより、作
業物上にレーザを位置付け、走査する方法を教示する。

【００４４】チャネル２４内の金属材料２６の厚さは、
堆積基板２３上に堆積される金属ラインの厚さを変更す
るために変化され得る。チャネル２４内の金属材料２６
の比較的厚い被膜は、より多くの金属イオン２５を切除
することを可能にする。これがより厚い金属ラインを形
成する。

【００４５】図８は、ドナープレートの例示的な改変例
を表す。空洞２４の深さ７２、空洞の幅７４、空洞間の
距離７６、及び空洞２４内の金属材料２６の厚さ７８は
変化し得る。加えて、空洞２４の側壁７９は堆積表面２
７に対して必ずしも垂直ではない。上記改変例は、堆積
される金属ラインの所望の幅、厚さ、及び均一性を達成
するために調節され得る。

【００４６】図９〜１６を参照して、本発明の他の例示
的な実施形態が説明される。図９は、本発明による例示
的なレーザ金属堆積装置を表す。図１のように、図９の
拡張ビーム１４がダイクロイックミラー３上に照らされ
る。図９のダイクロイックミラー３は拡張ビーム１４を
回折素子１６内に向ける。回折素子１６は拡張ビーム１
４を複数の平行ビーム１９に変換する。複数の平行ビー
ム１９は対物レンズ３７に向けられる。対物レンズ３７
は複数の平行ビーム１９を集光して複数の集光平行ビー
ム３５を提供する。集光機構７は、対物レンズ３７によ
って提供された複数の集光平行ビーム３５の焦点を調節
するために使用される。対物レンズ３７は、複数の集光
平行ビーム３５をサンプル５上の回折限界点に向けて集
光する。回折素子１６の位置は図９の例示的な実施形態
に表される位置に限定されるものではない。例えば、回
折素子１６はテレスコープ２及びダイクロイックミラー
３の間にも配置され得る。

【００４７】図１０は、本発明によるサンプル５のレー
ザアブレーションを表す。ドナー基板３２は複数の集光
平行ビーム３５を通す。複数の集光平行ビーム３５はド
ナープレート２１のドナー基板３２を通過し、ドナー表
面２２の金属被膜２６上に衝突する。複数の集光平行ビ
ーム３５と金属被膜２６との接触が金属被膜２６の切除
を生じさせる。切除の間、金属イオン２５は金属被膜２
６から離れて加速する。金属イオン２５がドナープレー
ト２１から離れて加速すると、金属イオン２５は金属ラ
インを形成するように堆積基板２３に接触する。金属イ
オン２５は、レーザアブレーションによって発生するア
コースティック衝撃波によりドナープレート２１から加
速する。

【００４８】図１１は、本発明の教示を使用した、金属
ラインの補修の例を表す。金属ライン３６の間隙３４が
補修される。金属ライン３６を補修するために堆積基板
２３上に金属トレース３８を堆積するため、集光された
複数の平行ビーム３５は間隙３４にわたって走査され
る。

【００４９】図１２は、本発明に従って堆積される金属
ライン３９に対して配置された複数のビームの上面図で
ある。集光された複数の平行ビーム３５のそれぞれは、
ドナープレート２１のドナー表面２２の金属材料２６上
にビーム領域４０を発生させる。図１２において、堆積
される金属ライン３９上に重ね合わされて、ビーム領域
４０が表される。ビーム領域４０のそれぞれはビーム幅
４５を有する。ビーム４０のライン４３は堆積される金
属ライン３９に対して角度４８で配向される。ビーム領
域４０は、隣接するビーム領域４０のそれぞれから距離
４７だけ離れて位置する。

【００５０】堆積される金属ライン３９にそって、金属
ライン３９にそった走査の方向４９に対して角度４８
で、集光された複数の平行ビーム３５が走査される場
合、金属トレース３８はそれぞれのビーム領域４０に対
応して形成される。距離４１は、ビーム領域４０が金属
ライン３９にそって方向４９に走査された場合に金属ラ
イン３９の幅にそった断面の隣接するビーム領域４０の
中心間の距離である。例示的な実施形態において、距離
４７及び角度４８は、隣接する金属トレース３８どうし
が距離４６で重なり合うように選択される。ビーム領域
４０のサイズ及び配置は、堆積される金属ラインの以下
に説明されるような所望の特徴が達成されるように選択
され得る。

【００５１】図１２に示されるように、ビームの間の距
離４７はビーム幅４５より大きいため、ビーム領域４０
をライン４３に沿って角度４８で配置することによっ
て、隣接するビームの間の光学的な干渉を最小限にする
とともに、多数の重なり合う金属トレース３８が同時に
堆積され得る。金属トレース３８の同時の堆積は、ま
た、金属ライン３９の幅の全体が堆積されるまで単一の
ビームを前後に走査するよりも速度的な利点を提供す
る。

【００５２】図１３は、本発明によって形成される金属
ラインの厚さを表す。図１３において、ビーム領域４０
それぞれに起因して堆積される金属の厚さは、堆積され
る金属ラインの幅にそった断面のビーム領域中心５５を
中心とするガウス分布５２及び５３によって近似され
る。分布５２及び５３のそれぞれは、隣接する分布５２
及び５３から距離４１だけ離れる。曲線５４は分布５２
及び５３の和を表し、分布５２及び５３の和は、本発明
による、堆積基板２３上に堆積される金属ラインの厚さ
を表す。

【００５３】図１４は、本発明の例示的な実施形態によ
って形成される金属ラインの厚さを表す。距離「０」を
中心とする曲線６６は、単一ビーム領域４０に対応する
堆積された金属の分布を表す。曲線６４は、曲線６６の
分布、及び距離「−２」及び「２」をそれぞれ中心とす
る２つの類似の分布（図示せず）に起因して堆積された
金属ラインの厚さを表す。この例示的な実施形態におい
て、堆積される金属ラインの幅にそったビーム中心の間
の距離４１は、ビーム幅４５の０．６倍に等しい。ガウ
ス分布を示すビームエネルギーを有するビームについ
て、この例示的な実施形態におけるビーム幅４５は［−
σ、＋σ］からの距離に等しい。ここでσはビームエネ
ルギー分布の標準偏差である。したがって、角度４８に
起因して、堆積プロセスの間にビームによって金属上に
トレースづけられた通路はビーム幅の０．４倍だけ重な
り合う。

【００５４】図１５は金属ライン７４０の間隙７２０に
対する補修を表す。図１５に示されるように、集光され
た複数の平行ビームはビーム領域７１０、７５０及び７
６０のラインを形成する。ビーム領域７１０、７５０及
び７６０のそれぞれは、隣接するビーム領域７１０、７
５０及び７６０から距離７８０だけ離れる。ビーム領域
７１０、７５０及び７６０のそれぞれは、堆積基板２３
上に金属トレース７３０をそれぞれ形成する。ライン７
７０にそって、走査方向７００に対して角度７９０でビ
ーム領域を調整することにより、金属トレース７３０の
間に間隙を生じずに、且つビーム領域７１０、７５０及
び７６０は距離７８０だけ離れているため、ビーム領域
７１０、７５０及び７６０が重なり合う部分に起因する
光学的な干渉なしに、金属ライン７４０を補修し得る。

【００５５】図１５に示されるように、ビーム領域７１
０、７５０及び７６０の配向は、間隙７２０外の、補修
を必要としていない部分の金属ラインに金属が堆積され
てしまうという結果を生じ得る。これは、金属ラインの
その部分が補修を必要としている部分よりも厚くなって
しまうという非均一性を生じさせ得る。この非均一性
は、レーザの使用や化学的機械研磨（ＣＭＰ）などの、
当業者には公知の方法によって低減され得る。

【００５６】ビームが金属ライン７４０の間隙７２０に
そって走査されると、第２のビーム領域７１０が、隣接
する第１のビーム領域７５０によってビームを衝突され
た領域に隣接する金属材料２６の領域に衝突する。第１
のビーム領域７５０によってビームを衝突された領域の
金属材料２６の切除に加えて、金属材料２６の隣接する
領域がドナープレート２１から薄層に裂かれる（ｄｅｌ
ａｍｉｎａｔｅｄ）。第２のビーム領域７１０は次にド
ナープレート２１から薄層に裂かれた金属材料２６に衝
突し得る。これが、堆積される金属ラインの非均一性を
生じさせる。

【００５７】図１６は、上記のような、金属材料２６が
ドナープレート２１から薄層に裂かれることに起因する
非均一な金属堆積を低減するために使用され得る本発明
の例示的な実施形態を示す。図１６に示されるように、
金属ライン８０２はその中に間隙８０４を有する。金属
トレース８０６を形成するために、第１の集光された複
数のビームが走査される。金属トレース８０６は距離８
０８だけ互いに分離される。この分離は、金属材料２６
がドナープレート２１から薄層に裂かれることに起因す
る非均一性を低減するが、補修された金属ラインに間隙
８１０を生じさせる。

【００５８】図１６に示されるように、第２の集光され
た複数のビームがビーム領域８１６を形成する。第１の
複数のビームによって形成された間隙８１０を埋めるた
めに、間隙８０４にそって第２の集光された複数のビー
ムが走査され得る。例示的な実施形態において、間隙８
０４にそって第２の集光された複数のビームが走査され
る前に、ドナープレート２１から切除または薄層に裂か
れていない金属材料２６上にビーム領域８１６が衝突す
るようにドナープレート２１が移動される。

【００５９】第２の集光された複数のビームは、第１の
集光された複数のビームと同一のまたは異なった方向に
走査され得る。第２の集光された複数のビームによって
堆積された金属トレース８１２は、図１６に示されるよ
うに第１の集光された複数のビームによって堆積された
金属トレース８０６に重なり得る。金属トレース８０６
はまた、金属トレース８１２に隣接し得、または金属ト
レース８０６と金属トレース８１２との間の間隙を残す
ように堆積され得る。

【００６０】例示的な実施形態において、図８に示され
るように、金属材料２６が堆積されるドナー表面２２内
のチャネル２４を有するドナープレート２１が形成され
る。複数の集光平行ビーム３５は、多数のビームによっ
て切除される金属をチャネル２４が制限するように、チ
ャネル２４内の金属材料２６上に衝突するように配置さ
れ得る。

【００６１】例示的な実施形態は、堆積基板２３上の金
属ラインの補修に関連して本発明の教示を説明したが、
本発明の教示は堆積基板２３上の金属ラインの補修及び
形成の双方に適用可能である。

【００６２】複数のビームに関連して以上に本発明が説
明されたが、本発明の教示は単一のビームを使用する金
属ライン堆積にも適用可能である。例えば、第１の金属
トレースを形成するために金属材料にそって単一のビー
ムを走査し得る。次に、予め切除されても、予め薄層に
裂かれてもいない金属上に単一ビームの第２の走査が衝
突するようにドナープレートを移動し得る。第２の走査
は、第１の金属トレースと重なり合い、隣接し、または
第１の金属トレースから離れて位置する第２の金属トレ
ースを形成し得る。

【００６３】本発明が特定の実施形態について説明され
たが、本発明はそれに限定されるように意図するもので
はない。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、金属ライン堆積のため
の装置、及びその装置を使用した金属ラインの堆積方法
が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の例示的な実施形態を含むレーザ金属堆
積装置の側面図である。

【図２】本発明による例示的なドナープレートの側面図
である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明によるドナープレー
トを製作するプロセスを表す。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、堆積される金属ラインの
厚さの非均一性の低減を表す。

【図５】レーザアブレーション前の本発明によるドナー
プレート及び堆積基板の側面図である。

【図６】レーザアブレーション中の本発明によるドナー
プレートの側面図である。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は、ドナープレートの堆積を堆
積基板に対して視覚的に整列させるために使用されるラ
イン状パターンを表す。

【図８】ドナープレートの例示的な改変例を表す。

【図９】本発明の別の例示的な実施形態によるレーザ金
属堆積装置の側面図である。

【図１０】本発明によるレーザアブレーションを表す側
面図である。

【図１１】本発明による装置の斜視図である。

【図１２】本発明に従って堆積されるべき金属ラインに
対して配置された複数のビームの上面図である。

【図１３】本発明による複数のビームを使用した、均一
厚さの金属ラインの形成を表す。

【図１４】複数のビームを使用した金属ラインの形成を
表す。

【図１５】本発明の例示的な実施形態による金属ライン
の補修方法を表す。

【図１６】本発明の例示的な実施形態による金属ライン
の補修方法を表す。

【符号の説明】 １ レーザ ２ テレスコープ ３ ダイクロイックミラー ４ 対物レンズ ５ サンプル ６ ステージ ７ 集光機構 ８ コンピュータ ９ 鏡 １０ ＣＣＤカメラ １１ イルミネータ １２ オプションの電源 １３ レーザビーム １４ 拡張ビーム １５ Ｘ−Ｙ動作制御 １６ 回折素子 １７ 集光されたビーム

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集光されたコヒーレント光ビームを使用
   した金属ラインの堆積方法であって、 （ａ）該集光されたコヒーレント光ビームを通すドナー
   基板を有するドナープレート、該ドナープレートのドナ
   ー表面中のチャネル、及び該チャネル内の金属材料を形
   成する工程と、 （ｂ）堆積基板が該ドナープレートの該ドナー表面に隣
   接するように、該ドナープレートを該堆積基板から間隔
   をあけて配置する工程と、 （ｃ）該金属材料のイオンを該ドナープレートから該堆
   積基板上に向かって放出させることにより、該集光され
   たコヒーレント光ビームに該ドナープレートの該ドナー
   基板を通過させ、該チャネルの該金属材料上に向けて、
   該金属材料を該ドナープレートの該チャネルから切除
   し、これにより、該金属ラインを形成する工程と、 を含む、金属ラインの堆積方法。
2. 【請求項２】 前記金属材料の前記イオンを前記堆積基
   板に誘導し、該イオンの該堆積基板への結合を静電的に
   補助するため、前記ドナープレートと該堆積基板との間
   に電界を印加する工程を更に含む、請求項１に記載の金
   属ラインの堆積方法。
3. 【請求項３】 基板のそれぞれが複数のラインを含み、
   前期工程（ｂ）が、前記ドナープレート上に見られるモ
   アレ状パターンを除くことによって、該ドナープレート
   及び前記堆積基板を視覚的に整列させる工程を含む、請
   求項１に記載の金属ラインの堆積方法。
4. 【請求項４】 前期工程（ｃ）が、 前記集光されたコヒーレント光ビームを固定した位置に
   維持する工程と、 前記ドナープレートを前記堆積基板に機械的に接合する
   工程と、 該接合されたドナープレート及び該堆積基板を移動させ
   る工程と、 を更に含む、請求項１から３のいずれかに記載の金属ラ
   インの堆積方法。
5. 【請求項５】 コヒーレント光ビームのソースと、 該コヒーレント光ビームを通すドナー基板を有するドナ
   ープレート、ドナー表面、該ドナー表面中のチャネル、
   及び該チャネル内の金属材料と、 該金属材料を該ドナープレートから切除するために該ド
   ナープレート上の該金属材料に該コヒーレント光ビーム
   を集光するレンズとを含み、 該堆積基板を該ドナープレートの該ドナー表面に隣接し
   て配置した場合、該ドナー表面の該チャネルによって制
   限された面積内に該ドナープレートから切除された該金
   属材料が該堆積基板上に堆積される、 堆積基板上に金属ラインを堆積する装置。
6. 【請求項６】 前記ドナープレートの前記ドナー表面中
   の前記チャネルが、前記堆積基板上に堆積される金属ラ
   インに対応するパターンを形成する、請求項５に記載の
   装置。
7. 【請求項７】 前記金属材料イオンを前記堆積基板に誘
   導し、前記金属材料イオンの該堆積基板への結合を静電
   的に補助するため、前記ドナープレートと該堆積基板と
   の間に電界を印加する手段を更に含む、請求項５に記載
   の装置。
8. 【請求項８】 金属材料によって被覆されたドナー表面
   を有するドナープレートから堆積基板上に金属を切除す
   ることによって金属ラインを堆積する方法であって、 （ａ）堆積表面が該ドナー表面に対して実質的に平行に
   なるように、該堆積基板の該堆積表面を該ドナープレー
   トの該ドナー表面に隣接して配置する工程と、 （ｂ）複数のコヒーレント光ビームを発生させる工程
   と、 （ｃ）該金属材料のイオンを該ドナープレートから該堆
   積基板上に向かって放出させることで、該金属材料を該
   ドナープレートの該ドナー表面から切除するために、該
   複数のコヒーレント光ビームを該金属材料の第１のライ
   ンにそって集光させて、ビームのラインを形成する工程
   と、 を含む、金属ラインの堆積方法。
9. 【請求項９】 前記工程（ｂ）が、 単一のコヒーレント光ビームを発生する工程と、 前記複数のコヒーレント光ビームのうちのどの２つのコ
   ヒーレント光ビームも重ならないように、第１のライン
   にそって該複数のコヒーレント光ビームを形成するため
   該単一のコヒーレント光ビームを回折する工程と、 を含む、請求項８に記載の金属ラインの堆積方法。
10. 【請求項１０】 （ｄ）前記堆積基板に対して前記ドナ
    ープレートを固定し、堆積される前記金属ラインに平行
    な方向に向かって前記金属材料が切除されるように、前
    記ビームのラインの１つ及び該ドナープレートを他方に
    対して動かす工程と、 （ｅ）形成される該金属ラインに対して垂直な方向に、
    該ビームのラインを該金属材料にそって所定の距離だけ
    移動させる工程と、 （ｆ）切除されていない、または薄膜に裂かれていない
    金属材料上に該ビームのラインが入射するように、該堆
    積基板に対して該ドナープレートを動かす工程と、 （ｇ）該堆積基板に対して該ドナープレートを固定し、
    切除されていない、または薄膜に裂かれていない該金属
    材料を堆積される該金属ラインに平行な方向に切除する
    ため、該ビームのラインの１つ及び該ドナープレートを
    他方に対して動かす工程と、 を更に含む、請求項９に記載の金属ラインの堆積方法。
11. 【請求項１１】 前記金属材料の前記イオンを前記堆積
    基板に誘導し、該堆積基板に該金属材料の該イオンの結
    合を静電的に補助するために前記ドナープレートと該堆
    積基板との間に電界を印加する工程を更に含む、請求項
    １０に記載の金属ラインの堆積方法。
12. 【請求項１２】 前記複数のコヒーレント光ビームのそ
    れぞれがビーム幅を有し、金属トレースと隣接する金属
    トレースとが重なりあう距離が該ビーム幅の０．４倍で
    ある、請求項９に記載の金属ラインの堆積方法。
13. 【請求項１３】 堆積表面を有する堆積基板上に金属ラ
    インを堆積する装置であって、 金属材料によって被覆され、該堆積表面に隣接し、該堆
    積表面に対して実質的に平行なドナー表面を有するドナ
    ープレートと、 コヒーレント光ビームを提供するレーザと、 ビームのラインを形成するために、該コヒーレント光ビ
    ームを該金属材料の第１のラインにそって配置される複
    数のコヒーレント光ビームに変換する回折素子と、 該金属材料が、該ドナープレートから堆積される該金属
    ラインに平行な方向に向かって切除されるように、該ビ
    ームのラインまたは該ドナープレート及び該堆積基板を
    他方に対して動かす手段と、 を含む、金属ラインを堆積する装置。
14. 【請求項１４】 前記第１のライン及び前記金属ライン
    が所定の角度で配向されるように、堆積される前記金属
    ラインに対して前記回折素子が回転され、前記ビームラ
    インの１つ及び前記ドナープレートが他に対して動かさ
    れた場合に、重なり合わないトレースを前記堆積基板上
    に形成するため前記金属材料が該ドナープレートから切
    除され、前記装置は、該ドナープレート上のまだ切除さ
    れていない金属材料を使用して、予め形成された金属ト
    レースの間に金属トレースを形成するために、該ドナー
    プレートの１つ及び該堆積基板を他に対して動かす手段
    を更に含む、請求項１３に記載の装置。
15. 【請求項１５】 金属材料によって被覆されたドナー表
    面を有するドナープレートから金属を切除することによ
    り堆積基板上に金属ラインを堆積する方法であって、 （ａ）堆積表面が該ドナー表面に対して実質的に平行と
    なるように、該堆積基板の該堆積表面を該ドナープレー
    トの該ドナー表面に隣接して配置する工程と、 （ｂ）コヒーレント光ビームを発生させる工程と、 （ｃ）該コヒーレント光ビームを該金属材料上に集光す
    る工程と、 （ｄ）該堆積基板上に第１の金属トレースを形成するた
    めに、該金属材料にそって該集光されたコヒーレント光
    ビームを向ける工程と、 （ｅ）該ドナープレートの１つ及び該堆積基板を他に対
    して動かす工程と、 （ｆ）該第１の金属トレースと部分的に重なり合う第２
    の金属トレースを形成するため、予め該ドナー表面から
    切除されてもいず、薄膜に裂かれてもいない金属材料に
    該集光されたコヒーレント光ビームが衝突するように該
    ドナープレートにそって該集光されたコヒーレント光ビ
    ームを向ける工程と、 を含む、金属ラインの堆積方法。