パターンをエッチングする装置及び方法
【課題】ペン操作での基板のエッチングにおいて、パターン再生の正確性は操作者の技量に大きく依存する。
【解決手段】基板材料上に配置されたエッチング領域内にパターンをエッチングする装置であって、基板４に対するエッチングヘッド１２の位置及び向きを計測するユニットと、計測されたエッチングヘッド１２の位置及び向きの関数としてエッチング地点の座標を計算し、エッチング地点について計算された座標が予め記憶されたパターンの図面内に符号化されたエッチングされるべき地点の座標と一致する場合、エッチングを開始し、一致しない場合、エッチングを自動的に停止する制御ユニット１４とを備えている。
【解決手段】基板材料上に配置されたエッチング領域内にパターンをエッチングする装置であって、基板４に対するエッチングヘッド１２の位置及び向きを計測するユニットと、計測されたエッチングヘッド１２の位置及び向きの関数としてエッチング地点の座標を計算し、エッチング地点について計算された座標が予め記憶されたパターンの図面内に符号化されたエッチングされるべき地点の座標と一致する場合、エッチングを開始し、一致しない場合、エッチングを自動的に停止する制御ユニット１４とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板材料上に配置されたエッチング領域内にパターンをエッチングするための装置及び方法に関する。また、本発明は、このエッチング方法を行うためのデータ記憶媒体、ペン及びターミナルにも関する。
【０００２】
「エッチング」という用語は、基板に孔を掘る行為を意味する。孔は、通し孔であっても、なくてもよい。互いに隣接する通し孔を設けることにより、基板を切断することができる。めくら孔の形成により、パターンを基板内で浮き彫り状にエッチングすることができる。
【０００３】
本発明は、「非接触」エッチング装置、すなわち、エッチングヘッドがエッチングされる基板と直接的な機械的接触をすることのない装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
エッチング装置は、エッチング領域に対して、手で自由に動かすことができる少なくとも１本のペンを備えている。ペンは、エッチングが開始されたとき、エッチング地点において基板をエッチングすることができるエッチングヘッドを備えている。
【０００５】
このような装置は、例えば、特許文献１（米国特許４,５６４.７３６号明細書）その他に開示されている。この公知の装置において、エッチングヘッドは、操作者によって自由に動かされる。従って、この装置では、エッチングされるべき基板上での動きが制約されることは、ほとんどない。基板は、如何なるサイズのものであってもよいし、如何なる角度で傾いていてもよい。したがって、この装置は、構造物の壁、天井又は床、プレートから、その他に至るまで、板上に様々なパターンをエッチングするために用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４５６４７３６号
【特許文献２】独国特許出願第１０２００４０５４９４０号
【特許文献３】独国特許出願第３９０６３３６号
【特許文献４】米国特許第５４３６０２７号
【特許文献５】仏国特許出願第２８３１２５８号
【特許文献６】独国特許出願第４４２９７５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの公知の装置において、基板内のパターン再生の正確性は、操作者の技量に大きく依存している。これは、ペンを管理してエッチングを開始するのは、操作者のみであるからである。
【０００８】
更に、破片が飛び散るのを防止するため、操作者は、ペンを基板から遠ざける傾向がある。しかしながら、ペンが基板から遠くなればなるほど、正確にエッチングすることは難しくなる。したがって、ペンと基板の距離をできるだけ遠くすることが要求される安全性と、ペンを基板にできるだけ近づけることが要求される正確性との間で、妥協が存在することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記問題点の少なくとも１つを解決することを目的としている。本発明の１つの主題は、エッチング装置において、
−基板に対するエッチングヘッドの位置及び向きを計測するユニットと、
−制御ユニットであって、
・エッチングヘッドの計測された位置及び向きの関数として、エッチング地点の座標を計算し、
エッチング地点について計算された座標が、予め記憶されたパターンの図面において符号化されているエッチングされるべき地点の座標と一致した場合、エッチング地点におけるエッチングを開始し、一致しない場合には、エッチングを自動的に停止する制御ユニットを備えている。
【００１０】
上記の装置では、エッチングされる地点の座標に一致するエッチング地点のみが、エッチングされる。そのため、基板上にエッチングされるべきパターンの再生の正確性は、操作者の技量に依存することはなくなる。
【００１１】
さらに、不正確な地点へのエッチングは、ペンを基板から隔てる距離とは無関係に防止される。よって、操作者は、パターンのエッチングにおける正確性に影響を与えることなく、ペンを基板から安全な距離に保持することができる。
【００１２】
さらに、ペンは基板に対して手動で自由に動かせるままであるので、非常に幅広い種類の基板にエッチングを行うことができる。
【００１３】
上記のエッチング装置の実施形態においては、以下の特徴の少なくとも１つを備えることができる。
■装置は、少なくとも１つの取り外し可能な基準ターミナルを備え、基準ターミナルは、手動で基板上に配置することができ、基板上における基準ターミナルの位置に依存しない所定の関係により、エッチングされるべきパターンの対応する地点に関連付けられており、計測ユニットは、基準ターミナルに対するエッチングヘッドの位置及び向きを計測可能であり、制御ユニットは、計算されたエッチング地点の座標と、パターンの地点と基準ターミナルを関連付ける所定の関係の関数としてのエッチングされるべき地点の座標との一致又は不一致を選択的に確定するようになっている。
■装置は、
−少なくとも２個の基準ターミナルを備え；
−計測ユニットは、これら２個の基準ターミナル間の距離を計測可能であり、
−制御ユニットは、計算されたエッチング地点の座標と、計測された２個の基準ターミナル間の距離の関数としてのエッチングされるべき地点の座標との一致又は不一致を選択的に確定し、この距離に比例して、パターンを拡大又は縮小する。
■装置は、基準ターミナルとは独立に手動で配置され得る少なくとも１つの中継ターミナルを備え、この中継ターミナルは、基板に対するその位置に依存しない所定の関係により、パターンの地点と関連付けられてはおらず、計測ユニットは、更に、
−中継ターミナルの座標系におけるエッチングヘッドの位置及び向きを検出するセンサと、
−基準ターミナルに対する中継ターミナルの位置及び向きを検出するセンサと、
−中継ターミナルの座標系において計測されたエッチングヘッドの位置及び向きを、基準ターミナルに対する位置及び向きに変換する変換器とを備えている。
■エッチングヘッドは、エッチング地点をエッチングするレーザー光線を放射可能である。
■装置は、テーブルを備え、テーブルは、エッチングにより飛散する破片に対する保護のための窓と、基板への載置のための脚とを備え、少なくとも１つの基準ターミナルが、このテーブルに対して自由度無しで固定されている。
■エッチングヘッドは、エッチング地点をエッチングする研磨材料からなる粒子を噴射可能である。
【００１４】
本装置のこれらの実施形態は、更に、以下のような利点を有する：
−予め記憶された図面のエッチングされるべき個処に関連付けられた基準ターミナルを用いることにより、パターンを基板上に簡単に配置することができる。
−中継ターミナルを用いることにより、ペンの位置を計測するために用いられる信号の出力を増大させることなく、エッチング領域の大きさを増大させることができる。
−上記のテーブルを用いることにより、単一の操作で、基準ターミナルと保護窓を配置することができる。
【００１５】
本発明の他の主題は、基板材料上に配置されたエッチング領域内にパターンをエッチングする方法において、
−エッチングが開始されたときに、エッチング地点において基板のエッチングを行い得るエッチングヘッドを備えるペンを、手動でエッチング領域上に自由に動かす工程と、
−基板に対するエッチングヘッドの位置及び向きを計測する工程と、
−計測されたエッチングヘッドの位置及び向きの関数として、エッチング地点の座標を計算する工程と、
−エッチング地点について計算された座標が、予め記憶されたパターンの図面において符号化されているエッチングされるべき地点の座標と一致する場合、エッチング地点におけるエッチングを開始させ、一致しない場合、エッチングを自動的に中止させる工程と
を備えている。
【００１６】
本発明のエッチング方法の実施形態は、以下の特徴の少なくとも１つを備えていてもよい。
ａ）エッチングの開始により既にエッチングがなされたパターンの各地点をメモリに記憶する工程と、
ｂ）既にエッチングがなされた地点のエッチングを禁止する工程と、
ｃ）１つの地点のエッチングを、エッチングの開始後、所定時間後に自動的に停止する工程。
■工程ａ）〜ｃ）は、予め記憶された図面の各層について繰り返され、予め記憶された図面は、少なくとも２つの層を備え、各層は、対応する基板の層におけるエッチングされるべき地点の座標で符号化されている。
■方法は、
−所与のエッチング地点をエッチングするために費やされた累積時間をカウントする工程と、
−カウントされたエッチング時間が所定の閾値を超えた場合、そのエッチング地点における更なるエッチングを禁止し、超えていない場合、その地点における更なるエッチングを許容する工程と
を備えている。
■本発明の方法は、計測されたエッチングヘッドの位置及び向きを用いて、ペンを基板から隔てる距離を決定する工程と、この距離が所定の閾値よりも小さい場合、基板へのパターンのエッチングを禁止するか、又は警報を発する工程とを備えている。
【００１７】
本方法のこれらの実施形態は、更に、以下のような利点を有している。
−所定時間後にエッチングを自動的に停止することにより、エッチング深さを制御することができる。
−予め記憶された図面の各層の地点のエッチングを自動的に停止することにより、浮彫りで彫刻模様を作成することができる。
−距離ｈを計測することにより、操作者がエッチングヘッドを基板から安全な距離に保つことが容易となり、本方法における安全性は向上する。
【００１８】
本発明の他の主題は、電子処理装置で実行される、上記のエッチング方法を行うための命令を備えるデータ記憶媒体である。
【００１９】
本発明の他の主題は、上記のエッチング方法で用いられるペンであり、このペンは、エッチング領域の上方で、手により動かし得るエッチングヘッドと、基板に対するエッチングヘッドの位置を計測可能な計測ユニットの少なくとも幾つかの構成要素とを備えている。
【００２０】
本発明は、添付図面を参考にして、限定を与えるものではない例として示す以下の説明を読むことで、より理解しうると思う。
図面において、同一の構成要素には、同一の符号を付してある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】エッチング装置の第１の実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１の装置で用いられるエッチング方法を示すフローチャートである。
【図３】エッチング装置の第２の実施形態を示す概略斜視図である。
【図４】持ち運び可能なエッチング装置の第３の実施形態を示す概略平面図である。
【図５】エッチング装置の第３の実施形態を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の記述では、本技術分野の当業者に公知の特徴及び機能については、詳細に説明することはしない。
【００２３】
図１は、水平な物理基板にパターンをエッチングするための装置２を示す。
【００２４】
ここで、「パターン」という用語は、基板４上でエッチングされ得る任意の種類のパターンを意味する。このパターンは、写真、テキスト、幾何学パターン、又は型模様等である。
【００２５】
基板４は、平坦で水平な上面を有している。基板４は、エッチングされ得る材料から作られている。この材料は、例えば、金属、プラスチック、ガラス、木、紙、革等である。
【００２６】
実施形態において、装置２は、持ち運び可能、すなわち、持ち上げ用手段を必要とせずに、人により直接搬送され得るものである。具体的には、装置２の構成要素の重量は、典型的には１０ｋｇよりも軽く、望ましくは５ｋｇ又は１ｋｇよりも軽い。本装置を容易に搬送するため、装置２の全ての構成要素の体積は、典型的には０．１５ｍ3よりも小さく、望ましくは、１０-3ｍ3又は１０-4ｍ3よりも小さい。
【００２７】
装置２は、エッチング領域１０の全域にわたって、操作者により手で動かし得るペン８を備えている。エッチング領域１０は、基板の上面に設けられ、パターンは、エッチング領域１０の内部にエッチングされる。ペン８は、ゼロでない閾値Ｓ1よりも大きな高さｈだけ、基板４から離間しており、そのため、ペンが基板に直接接触しないようになっている。
【００２８】
この実施形態において、エッチング領域１０は、幅Ｌと長さＬｇを有する矩形である。
【００２９】
ペン８は、ほぼ長手方向軸Ａ１に沿って延びている。ペン８の寸法は、操作者の手によって容易に操作できるように選択される。例えば、ペンの長さは、２０ｃｍよりも短く、幅は、５ｃｍよりも小さい。ペン８の重量は、典型的には１ｋｇよりも軽く、望ましくは２００ｇよりも軽い。
【００３０】
ペン８は、基板４をエッチングするために必要な全ての要素を備えたエッチングヘッド１２を備えている。例えば、本実施形態において、ヘッド１２は、レーザー光線源を備えている。例えば、光線源は、波長８０８ｎｍで出力２Ｗの放射をするレーザーダイオードである。したがって、ヘッド１２は、エッチング地点において、基板４をエッチングすることのできるレーザー光線を放射する。地点Ｐは、照準線と基板の交点上に位置している。ここで、照準は、軸Ａ１と一致している。
【００３１】
ペン８は、更に、
−エッチングヘッド１２を制御するユニット１４と、
−基板４上にエッチングされるべきパターンの図面を記憶したメモリ１６と、
−インターフェース１８と、
−ペンを動作させるのに必要な、電池等のエネルギー源（図示せず）とを備えている。
【００３２】
ユニット１４は、メモリ１６に接続されている。メモリ１６に記憶された図面は、パターンを形成するために、エッチングされるべき各地点の座標を符号化している。より正確には、本実施形態において、図面は、所定の順序で積み重ねられた複数の層に分割されている。各層は、エッチングされるべきパターンの断面、及びエッチング深さに対応している。基板に垂直な方向に積み重ねられた層は、エッチングされるべき３次元パターンを形作っている。一例として、各層は、ビットマップ（ｂｍｐ）形式で記憶されている。よって、各層は、地点の行列から形成され、各地点において、列は、その座標に加えて、この地点がエッチングされるか否かを示している。ビットマップ列の地点がイメージを符号化するのに例えて、以下の説明では、列の地点をピクセルと言う。本実施形態では、図面は矩形をしている。
【００３３】
制御ユニット１４は、データ記憶媒体に記憶されている命令を実行できるプログラム可能な電子処理装置である。具体的には、メモリ１６は、図２の方法を実行するために必要な命令を含んでいる。これらの命令は、ユニット１４により実行される。
【００３４】
インターフェース１８により、ペン８は、エッチングされるべきパターンの図面をメモリ１６内に記憶するために、コンピュータに接続される。
【００３５】
装置２は、更に、基板４上に手動で配置され得る移動可能な基準ターミナルを備えている。一例として、本実施形態においては、本装置は、４個の基準ターミナル２０〜２３を備えている。
【００３６】
ターミナル２０〜２３は、既存の基板４に加えられる。したがって、これらは、基板４と機械的に独立なものである。これらは、操作者により、自由に、基板４上に配置され得る。本実施形態において、ターミナルは、基板４上に載置され、基板上の所定の位置に重力によってのみ保持されている。
【００３７】
各基準ターミナルは、基板上でのターミナルの位置に依存しない所定の関係により、エッチングされるべきパターンの地点と関連付けられている。この所定の関係は、例えば、メモリ１６内に記憶されている。本実施形態において、この所定の関係は、ターミナル２０〜２３の各々が、矩形図面の頂点に対応することを示している。したがって、これらのターミナルは、エッチング領域１０の境界を画定している。
【００３８】
装置２は、基準ターミナル２０〜２３に対するエッチングヘッドの位置及び向きを計測するための装置を備えている。この装置は、エッチングヘッドの６個の自由度を計測する。具体的に、エッチングヘッドの位置及び向きは、それぞれ、ターミナルに対して自由度無しで固定された直交座標系ＸＹＺ内で表現された３つの座標の２つの組ｘ、ｙ、ｚ及びθx、θy、θzにより与えられる。ここで、座標系ＸＹＺのＸ及びＹ方向は、基板４の上面に対して平行であり、Ｚ方向は垂直である。角度θx、θy、θzは、それぞれ、軸Ａ１がＸ、Ｙ及びＺ方向となす角度である。
【００３９】
エッチングヘッド１２の位置を決定するため、本実施形態では、ペン８及びターミナル２０〜２３は、それぞれ、電磁波送信機／受信機３０及び３２を備えている。例えば、送信機／受信機３０及び３２は、超広帯域幅（ＵＷＢ）送信機／受信機である。これらの送信機／受信機の各々は、送信機／受信機間の電磁波の伝播時間の計測を可能とするために、電磁波の送信及び受信の瞬間を計測することができるクロックを備えている。
【００４０】
更に、ユニット１４は、プロセッサー３３及びクロック３１を備えている。プロセッサー３３は、計測された伝播時間に基づいて、ペン８と各ターミナル２０〜２３との距離を決定する。
【００４１】
エッチングヘッドの向きは、ここでは、エッチングヘッドに沿った軸Ａ１の向きにより表される。したがって、エッチングヘッド１２の向きは、角度θx、θy及びθzを計測することにより計測される。このため計測装置は、更に、
−ペン８に対して自由度無しで固定された加速度計３４及び磁力計３６と、
−ターミナル２０〜２３の各々に対して自由度無しで固定された加速度計３８及び磁力計４０とを備えている。
【００４２】
例えば、加速度計３４と磁力計３６は、ペン８に内蔵されている。加速度計３８と磁力計４０は、ターミナル２０〜２３の各々に内蔵されている。
【００４３】
加速度計３４は、軸Ａ１が地球の重力場の局所的方向により表される鉛直方向となす角度を計測する。磁力計３６は、軸Ａ１が地球の磁場のＮ極となす角度を計測する。
【００４４】
望ましくは、加速度計３４及び磁力計３６は、軸Ａ１の向きの計測における正確性を増すために、ペン８のエッチングヘッド１２から最も遠い部分に配置されている。
【００４５】
加速度計３８は、基準ターミナルと整列した軸Ａ２が鉛直方向となす角度を計測する。磁力計４０は、軸Ａ２が磁北となす角度を計測する。このため、磁力計４０及び磁力計３６は、三軸磁力計である。
【００４６】
軸Ａ２の向きは、基板４の上面の向きを表さなければならない。このため、ここでは、各基準ターミナルは、基板４上に配置されたときに、軸Ａ２が基板４の上面に対して必ず垂直となるように設計されている。例えば、各基準ターミナルは、軸Ａ２に垂直な少なくとも１つの平坦面を備えており、基板４の上面に直接支持されるようになっている。望ましくは、各基準ターミナルは、最大で２つの平坦面を備えており、ターミナルの他の面は凹状となっている。この実施形態において、各ターミナルは、円柱形をしており、軸Ａ２は、円柱の回転中心軸となっている。
【００４７】
次に、図２の方法と関連して、装置２の作用について、より詳細に説明する。
【００４８】
最初に、ステップ５０において、エッチングされるべきパターンの図面が、メモリ１６内に記憶される。このために、例えば、ペン８が、インターフェース８を介してコンピュータと接続される。
【００４９】
次に、ステップ５２において、ターミナル２０〜２３が、手動で基板４上に配置される。本実施形態において、これらは、エッチング領域の頂点を画定するように配置される。
【００５０】
ステップ５４において、ペン８に電圧が印加され、その結果、ペン８がエッチング領域１０に近づくように移動する。その後、記憶された図面のワーキングコピーがまだ存在していない場合、ワーキングコピーがメモリ１６内で自動的に作成される。
【００５１】
このようにして、ステップ５６においては、ターミナル２０〜２３に対するエッチングヘッド１２の位置が計測される。このため、プロセッサー３３は、送信機／受信機２０によって送信された電磁波が、ターミナル２０〜２３まで伝播するために要する時間を計測する。これらの伝播時間は、その後、エッチングヘッド１２をターミナル２０〜２３の各々から隔てる距離を決定するために、装置１４によって用いられる。同様に、ステップ５６においては、ターミナル２０〜２３をお互いから隔てる距離が計測される。これらの異なる伝播時間を用いて、ユニット１４は、座標系ＸＹＺにおけるエッチングヘッド１２の座標ｘ、ｙ及びｚを、三角測量を用いて決定する。
【００５２】
並行して、ステップ５８においては、また、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に対する軸Ａ１の向きが計測される。このために、加速度計３４及び磁力計３６は、それぞれ、鉛直方向及び磁北に対する軸Ａ１の向きを計測する。同時に、ターミナル２０〜２３の各々の加速度計３８及び磁力計４０は、それぞれ、鉛直方向及び磁北に対する軸Ａ２の向きを計測する。これらの計測値は、その後、ユニット１４に送られ、ユニット１４は、これらを組み合わせて、座標系ＸＹＺにおける軸Ａ１の角座標θx、θy及びθzを得る。
【００５３】
計測されたペン８の位置及び向きを用いることにより、ステップ６０において、ユニット１４は、エッチングヘッド１２を基板４から隔てる垂直距離ｈ（図１参照）と、軸Ａ1と鉛直方向Ｚ間の角度θzを決定する。
【００５４】
ステップ６２において、ユニット１４は、その内部でエッチングが可能である錐体の中に、ペン８が位置しているかを確認する。この錐体は、基板４の平面に対して略垂直に置かれている。このために、距離ｈ及び角度θzの絶対値が、それぞれ、所定の閾値Ｓ1及びＳ2と比較される。距離ｈが閾値Ｓ1よりも小さいか、又は角度θｚの絶対値が閾値Ｓ2よりも小さければ、ステップ６４において、基板のエッチングは自動的に禁止される。このように、閾値Ｓ1及びＳ2は、その内部でエッチングが可能である錐体を定める。ペンがこの錐体の内部にない場合、すなわち、ペンが基板に近すぎるか、又は基板に対して傾きすぎている場合、エッチングは、正確に又は最適な安全条件のもとで実行し得ないので、禁止される。例えば、閾値Ｓ1は、操作者が飛散した破片により傷つけられることを防止するために考慮されなければならない安全距離に対応している。
【００５５】
これが当てはまらない場合には、ステップ６６に進み、基板４上におけるエッチング地点Ｐ（図１）の座標を計算する。地点Ｐの座標は、計測されたエッチングヘッドの座標ｘ、ｙ、ｚ及びθz、θy、θzから得られる。例えば、地点Ｐの座標は、軸Ａ１とエッチング領域１０との交点の座標を計算することにより得られる。
【００５６】
次に、ステップ６８において、ユニット１４は、地点Ｐの座標が、予めメモリ１６内に記憶された図面のワーキングコピー内で符号化されている地点の座標に一致するか否かを判定する。このため、各基準ターミナルのパターンの地点に対する所定の関係が用いられる。
【００５７】
例えば、これがまだ行われていない場合、工程７０において、ユニット１４は、ペン８に対する異なるターミナル２０〜２３の位置、及び計測されたターミナル２０〜２３間の距離に基づいて、エッチング領域１０の寸法を計算する。次に、この工程７０において、ユニット１４は、座標系ＸＹＺ内で表された地点Ｐの座標を、エッチングされるべきパターンの図面のピクセルに対応する座標に変換するためのストレッチファクターを計算する。例えば、それぞれＸ及びＹ方向の２つのストレッチファクターＣx及びＣyが以下の計算式を用いて計算される：
Ｃx＝（Ｌimg／Ｌ）
Ｃy＝（Ｌgimg／Ｌｇ）
ここで、Ｌimg及びＬgimgは、それぞれ、エッチングされるべきパターンの図面の幅及び長さである。
【００５８】
したがって、ターミナル間の距離は、エッチングされるべきパターンの寸法を定める。換言すると、基準ターミナルが互いに離れるほど、エッチングされるべきパターンは大きくなる。反対に、基準ターミナルが互いに近づくほど、エッチングされるべきパターンは縮小される。この実施形態では、いずれの場合でも、エッチングされるべきパターンは、エッチング領域の全体を占めている。
【００５９】
この本実施形態の場合、エッチング領域およびエッチングされるべきパターンは矩形であるので、ストレッチファクターＣx及びＣyは、地点Ｐのｘ、ｙ座標によらずに、一定である。
【００６０】
しかしながら、エッチング領域およびエッチングされるべきパターンが同一形状を有していなければ（例えば、仕切られたエッチング領域が台形であり、エッチングされる領域が矩形であれば）、パターンがエッチング領域全体を満たすものとなるように、ストレッチファクターＣx及びＣyは、地点Ｐの座標ｘ、ｙの関数として変化する。
【００６１】
ストレッチファクターＣx、Ｃyが確定されたら、工程７２において、これらは、地点Ｐの座標ｘ及びｙに対応する図面のピクセルの座標を見出すために用いられる。例えば、座標ｘ及びｙは、対応するピクセルの座標ｘp及びｙpを得るために、それぞれ、単純にストレッチファクターＣｘ及びＣｙと掛け合わされる。対応するピクセルが見出されたら、図面のワーキングコピーを含むファイルが、そのピクセルがエッチングされるべきピクセルであるか否かを示している。このため、ユニット１４は、図面の層の各々の座標ｘp及びｙpのピクセルと関連するデータ項目全体の探索を行う。これらのデータ項目の１つが、そのピクセルがエッチングされるべきものであることを示していれば、そのピクセルは、エッチングされるべきピクセルに相当する。
【００６２】
見出されたピクセルがエッチングされるべきピクセルであれば、ステップ７４において、ユニット１４は、エッチングヘッドが自動的にそのピクセルのエッチングを開始するための信号を送信する。エッチングが開始された後、所定時間Δ後に、エッチングは自動的に終了する。よって、パルス幅Δのレーザーパルスが生成される。時間Δは、短いもので、典型的には、０．１ｓ又は１０μｓよりも小さい。本実施形態では、エッチングが開始された後、時間Δは、クロック３１によりカウントされる。既知のパルス幅のレーザーパルスが生成されるという事実は、この地点Ｐにおいてペンの各通過により掘られる穴の深さの制御を可能とする。このステップでは、望ましくは、基板上に投射されるレーザー光線の強度は、計測されたペン１２の向きの関数として変化する。例えば、強度は、レーザー光線の出力を調整することにより変更される。
【００６３】
対応するピクセルが、エッチングされるべきピクセルでない場合、地点Ｐにおけるエッチングは自動的に禁止される。そのため、ステップ７４は実行されず、処理は、ステップ８０に直ちに移行する。
【００６４】
ステップ７４の後、ステップ７７において、エッチングされたピクセルの座標は、メモリに記憶される。ここで記載されている実施形態において、ユニット１４は、図面のワーキングコピーにおいて、座標ｘp及びｙpがエッチングされるべきことを示すデータ項目と関連付けられていたワーキングコピーの層を修正する。より具体的には、この修正は、そのデータ項目を、その層のそのピクセルがエッチングされるべきでものでないことを示すデータ項目と置き換えることを含む。よって、ペンがもう一度、同一地点上を動いた場合、図面のワーキングコピーにおいて、座標ｘp及びｘyのピクセルがエッチングされるべきことを示すデータ項目と関連付けられている層がまだ存在する場合にのみ、その地点が再びエッチングされることになる。そうでない場合には、このピクセルは再びエッチングされることはない。したがって、各地点Ｐにおけるエッチング深さを制御することが可能となる。
【００６５】
ステップ７７において、ユニット１４は、更に、図面のエッチングされるべき全てのピクセルが、既にエッチングされたか否かを確認する。例えば、この確認は、エッチングされるべきピクセルがまだ存在するかを決定するために、画像のワーキングコピーのピクセルをスキャンすることにより行われる。
【００６６】
全てのピクセルが既にエッチングされていたら、処理はステップ７８に進み、エッチング方法は自動的に停止する。その後、ペンは、動作停止し、基準ターミナル２０〜２３は、基板４から取り除かれる。基板４内へのパターンのエッチングは終了する。
【００６７】
そうでない場合には、ステップ８０において、操作者は、まだエッチングされていないエッチング領域１０の部分に向けて、ペンを手動で動かす。このステップ８０の後、エッチングされるべきパターンの全てのピクセルが、基板４内にエッチングされてしまわない限り、ステップ５６〜８０が繰り返される。
【００６８】
図３は、エッチング装置９０を示す。エッチング装置９０は、エッチングヘッド１２の位置及び向きを計測するための異なるユニットを有している点を除いて、装置２と同様のものである。より正確には、本実施形態における計測ユニットは、少なくとも１つの三軸磁界源と、少なくとも１つの三軸磁界センサを用いて作られている。
【００６９】
「三軸磁界源」という語は、少なくとも３つの異なる非同一直線方向にある磁場を生成し得る磁界源を意味する。典型的には、これらの磁場の方向は、互いに直角である。例えば、このような磁界源は、互いに直角な３つの巻軸の周りで各々が巻回された３つのコイルを用いて作られる。例えば、各コイルの巻数は、２つの巻軸の交点Ｏの両側にほぼ等しく分配されている。このような三軸磁界源は、遠方において、点Ｏを中心とする３つの異なる磁気双極子としてモデル化し得る。点Ｏから磁界源の最大寸法の３倍〜４倍だけ離れた地点は、遠方にあると考えられる。磁界源の最大寸法は、例えば、コイルの最大長さに等しい。磁界源は、時間内に同時に又は連続して、放射軸の各々に沿った磁界を生成する。
【００７０】
「三軸磁界センサ」という語は、互いに同一直線上にない少なくとも３つの計測軸上に投射される磁界を計測可能なセンサを意味する。典型的には、３つの計測軸は、互いに直角である。このような三軸センサは、例えば、コイルが磁界の保護を計測するために用いられ、磁界を生成するために用いられるのではない点を除いて、三軸センサと同様の方法で製造される。
【００７１】
図３の実施形態において、ペン８は、それと同様のペン９２に置き換えられている。しかしながら、加速度計３４及び磁力計３６は、三軸磁界センサ９４に置き換えられている。このセンサ９４は、ペン９２に固定されたもので、例えば、ペンに内蔵されている。
【００７２】
ターミナル２０〜２３は、ターミナル９６〜９９に置き換えられている。ターミナル９６〜９９は、加速度計３８及び磁力計４０がターミナル９６においては、三軸磁界源１０２に置き換えられ、ターミナル９７〜９９においては、三軸磁界源１０２に置き換えられている点を除いて、ターミナル２０〜２３と同一のものである。
【００７３】
送信機／受信機３０及び３２は、ペンと基準ターミナル９６〜９９間の情報交換を可能とするように、そのままとされている。この情報交換は、例えば、磁界源１０２とセンサ９４〜１０４を同期させるために用いられる。
【００７４】
プロセッサー３３は、連立方程式を解くことにより、ターミナル９６に対する座標系ＸＹＺ領域におけるエッチングヘッド１２の位置及び向きを、ゼロ自由度で確定する。この連立方程式は、三軸磁界源１０２と三軸センサ９４間の磁気相互作用のモデルを作ることにより得られる。この連立方程式において、エッチングヘッドの座標ｘ、ｙ、ｚ及びθx、θy、θzは、未知数である。このような連立方程式についての更なる情報は、例えば、ヨーロッパ特許出願第１５０２５４４号に見出すことができる。読者は、また、フランス特許出願第０９５３４３２号を参照することができる。
【００７５】
さらに、この実施形態では、予め記憶された図面は、各ピクセルが所定のエッチング時間Δiと関連付けられた単一の層を備えている。ここで、添え字ｉは、その層のピクセルと関連付けられたものである。
【００７６】
装置９０の動作は、図２と関連して記載されたものと、以下の点を除いて同様である。
−エッチングヘッドの位置及び向きの計測方法が異なっており、
−ピクセルがエッチングされるべきか否かの判定方法が異なっている。
【００７７】
より明確には、工程７２において、ユニットは、座標ｘp及びｙpのピクセルが、ワーキングコピーにおいて０ではない正の値のエッチング時間Δiと関連付けられている場合に、エッチングされるべきであると判定する。
【００７８】
次に、ステップ７４において、地点Ｐにおけるエッチングが、ペンが動かされず、かつクロック３１によりカウントされた時間が時間Δiよりも小さい限り、継続される。反対に、地点Ｐにおけるエッチングは、
ａ）クロック３１によりカウントされた時間が時間Δiに達したら直ちに自動的に、又は
ｂ）操作者が、ペン９２を他の地点Ｐ上に動かした場合に停止される。
【００７９】
これらエッチングが停止される２つの場合において、ユニット１４は、時間Δiとクロック３１によりカウントされた時間との差を計算する。次に、ステップ７４の最後において、ユニットは、この差を、パターンの図面のワーキングコピーにおける座標ｘp及びｙpのピクセルと関連付けられた新たな時間Δiとして記録する。したがって、ワーキングコピーにおいて記憶された時間Δiは、地点Ｐにおける累積エッチング時間に依存している。よって、本方法もまた、各地点Ｐにおけるエッチング深さを制御することを可能とするものである。
【００８０】
図４は、エッチング装置１１０を示す。エッチング装置１１０は、例えば、少なくとも１つの中継ターミナルを備えている点を除いて装置９０と同一のものである。図４は、簡明のために、中継ターミナルが１つだけ示されている。
【００８１】
中継ターミナル１１２は、エッチングヘッドの位置及び向きを計測するために用いられる信号の出力を少しも増大させることなく、エッチング領域１０の大きさを増大させることを可能にする。より正確には、本実施形態において、中継ターミナル９６に組み込まれた磁界源１０２から放出される磁場の有効範囲は、カバレッジ領域１１２により表される。ここでは、カバレッジ領域１１２は、ターミナル９７及び９８を含むほど遠くまでは及んでいないと仮定される。
【００８２】
ターミナル１１２は、他のターミナル及びペン９２と情報を交換するために、送信機／受信機３２を備えている。ターミナル１１２は、また、例えば磁界源１０２と同様の三軸磁界源１１６を備えている。磁界源１１６の有効範囲は、カバレッジ領域１１８で表される。ターミナル１１２は、それ自身のカバレッジ領域１１８がターミナル９７及び９８を含むほど遠くまで及ぶように、カバレッジ領域１１４内に配置されている。更に、ここでは、ペン９２も、カバレッジ領域１１８内に位置するが、カバレッジ領域１１４内には位置しないようになっている。
【００８３】
最後に、中継ターミナル１１２は、例えば、センサ１０４と同様のものである三軸センサ１２０を備えている。
【００８４】
座標変換器１２２が、ペン９２内に設けられている。
【００８５】
ターミナル９７及び９８とペン９２は、カバレッジ領域１１８内にのみ載置されているので、これらのターミナル９７及び９８とペン９２の位置及び向きは、ターミナル１１２にゼロ自由度で固定された座標系Ｘ´Ｙ´Ｚ´（図３には、Ｘ´及びＹ´方向のみを示す）内で表現される。しかしながら、ターミナル１１２はセンサ１２０を備えているので、ターミナル９６に対するターミナル１１２の位置及び向きが計測される。これらの計測を用いて、変換器１２２は、座標系Ｘ´Ｙ´Ｚ´内で表現されたペン９２のｘ´、ｙ´、ｚ´座標を、座標系ＸＹＺ内で表現されたｘ、ｙ、ｚ座標に変換する。中継ターミナル１１２の位置及び向きは、座標系ＸＹＺ内で既知である。この時点以降、装置１０の動作は、装置９０の動作と同様である。
【００８６】
図５は、エッチング装置１４０を示す。エッチング装置１４０は、飛散した破片からの保護のためのテーブル１４２を更に備えている点を除いて、装置９０と同様のものである。テーブル１４２は、このために、ペン９２により放射されるレーザー光線を透過する窓１４４を備えている。窓１４４は、例えば、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）から形成されている。本実施例における窓１４４は、エッチング領域１０全域をカバーしている。窓１４４は、例えば、矩形である。窓１４４は、ペン９２と基板４との間に置かれる。よって、地点Ｐのエッチングが破片の飛散を引き起こした場合、この破片は、操作者の手に達する前に、窓１４４により遮断される。
【００８７】
テーブル１４０は、基板４の上方に窓１４４を保持するための複数の脚を備えている。テーブル１４０は、各々が窓１４４の頂点に配置された４本の脚１４６〜１４９を備えている。これらの脚は、基板４上に直接載置されている。
【００８８】
基準ターミナル９６〜９９は、それぞれ、脚１４６〜１４９にゼロ自由度で固定されている。例えば、ターミナルは、脚１４６〜１４９に内蔵されている。よって、４つの基準ターミナル及び窓１４４は、操作者により、単一の操作で配置される。
【００８９】
望ましくは、基準ターミナルは、脚１４６〜１４９の自由端に位置し、図３の実施形態におけるように、基板４上に直接載置される。しかしながら、そうでない場合には、基準ターミナルは、既知の高さｈbで基板の上方に配置される。この高さｈbは、エッチング地点Ｐの座標を決定するときに考慮される。この違いを除けば、装置１４０は、装置４０と同様に動作する。
【００９０】
他にも、多くの実施形態が可能である。特に、レーザーエッチング以外の種類のエッチングも可能である。例えば、エッチングヘッド１２は、研磨材料の粒子を噴射することにより、エッチングを行うことができるエッチングヘッドに置き換えられ得る。「研磨材料の粒子」という表現は、基板上に噴射されることを意図され、研磨により基板から材料を削り取ることができる材料で形成された粒子を意味するものである。研磨材料の粒子は、粒子寸法が１００μｍより小さなコランダム砂、２５０μｍより小さな直径を有するセラミック球、破砕ガラス、金属削り屑等である。エッチングが発射物を噴射することにより実行される場合、ユニットは、望ましくは、それより上方では、エッチングが停止される最大閾値Ｓ3に対して計測された高さｈを有している。この閾値Ｓ3を超えると、エッチングは自動的に禁止される。
【００９１】
エッチング装置は、必ずしも持ち運び可能ではない。例えば、レーザー放射源は、ペンの外側に位置し得る。この場合、ペンは、光ファイバーによりレーザー放射源に接続される。この実施形態では、特に、より大出力の放射源を用いることができる。例えば、ビームの出力は、１０Ｗ又は５０Ｗよりも大きい。
【００９２】
脆弱な材料をエッチングするため、より小さい出力の放射源も、また、用いられ得る。例えば、ビームの出力は、０．２Ｗ以上である。
【００９３】
基準ターミナルを利用するユニット以外の計測ユニットも用いられ得る。例えば、ペンは、基板上の既知の開始地点から、その加速度を計測することにより、場所が特定され得る。
【００９４】
基板は、任意の形状及び寸法を有し得る。基板は、鉛直方向に対して如何なる角度で傾いていてもよく、如何なる特性の材料から形成されていてもよい。例えば、基板は、紙から作られてもよく、ガラス板、壁、天井、塗装等であり得る。エッチングヘッドのみが、基板の材料の特性に適合するように変更される可能性がある。
【００９５】
基板が鉛直方向に対して傾いている場合、基準ターミナルは、望ましくは、基板に固定されるための手段を備えている。例えば、基板と接触することを意図されたターミナルの平坦面は、ターミナルを手動で基板に接合し、その後に基板から切り離すことを可能とする接着剤により被覆されている。
【００９６】
エッチング領域が、エッチングヘッドの位置及び向きを計測するために必要な信号の範囲よりも広い場合、中継ターミナルを用いるよりはむしろ、基準ターミナルが、より大きな出力及び範囲を有する信号を放射できる基準ターミナルに置き換えられ得る。
【００９７】
基準ターミナルの数は、４個よりも多くてもよい。例えば、４個以上の基準ターミナルを用いることは、例えば五角形のエッチング領域のような、４つよりも多い頂点を有するエッチング領域を簡単に画定することを可能とする。
【００９８】
また、基準ターミナルの数は、４個より少なくてもよい。例えば、簡略化された形態では、１つだけの基準ターミナルが必要である。例えば、図３に示す実施形態では、装置９０のターミナル９７〜９９は取り除かれる。しかしながら、この場合、ストレッチ係数は、２個の基準ターミナル間の距離の関数ではなくなる。したがって、エッチング領域の差渦は、一定であるか、一貫してパターンのサイズと等しくされるか、パターンのサイズを用いて推定し得るものである。
【００９９】
変形例において、基準ターミナルをパターンの図面のピクセルに関連付ける所定の関係は、少なくとも１つの第１の基準ターミナルについてのみ予め記憶され、少なくとも１つの第２の基準ターミナルについては予め記憶されない。例えば、１個のみの基準ターミナルが存在する。次に、第１の基準ターミナルに対する第２の基準ターミナルの計測された位置と、第１の基準ターミナルをパターンの図面のピクセルに関連付ける所定の関係とに基づいて、第２の基準ターミナルについての所定の関係が確定される。
【０１００】
基準ターミナルは、必ずしもパターンの頂点に対応しない。例えば、変形例として、基準ターミナルの各々は、パターンの頂点ではない所定の地点に関連付けられる。特に、基準ターミナルの１つは、パターンの中央に関連付けられている一方、他の点は、パターンの上端辺の中間点に関連付けられている。
【０１０１】
基準ターミナルは、基板の一方の側に配置することができ、ペンは、他の側に配置することができ得る。
【０１０２】
上記の図面に関連して記載した様々な構成要素は、ペンとターミナルの間で、変更し得る。例えば、変形例において、制御ユニットとメモリを、ターミナルに内蔵しうる。一般に、ここで記載されたペンの構成要素により成し遂げられる全ての機能は、ペンとターミナルの間で、異なった分配とすることができる。
【０１０３】
エッチングされるべきパターンの図面が記憶されたメモリは、また、必ずしもペン又はターミナルの１つの内に配置されるものではない。例えば、メモリは、インターフェース１８を介してペン８と通信し得るコンピュータ内に配置し得る。この場合、ペンは、エッチングされるべきパターンの図面に関する情報を、その情報を必要とするときにのみ、要求することができる。
【０１０４】
また、磁界源は、ターミナル内ではなく、ペン内に配置されるようにすることも可能である。又は、同時に使用される複数の磁界源が、少なくとも１つがターミナル内に配置され、少なくとも１つがペン内に配置されるようにすることも可能である。
【０１０５】
変形例において、磁界源１１６及びセンサ１２０は、巻軸が同一直線上にない３個のコイルからなる単一かつ同一の三軸組み合わせ体を用いて作られる。この場合、三軸組み合わせ体は、磁界源モードとセンサモードで切り換えられる。三軸組み合わせ体のコイルは、磁界源モードに切り換えられたたとき、磁場を生成するように電力供給される。磁界源モードにおいては、三軸組み合わせ体は、上述の三軸磁界源の１つと同様のものである。センサモードにおいては、コイルには電力供給されない。その結果、コイルを通る周辺の磁束が電流を誘起し、この電流が周辺の磁界の計測を可能とする。センサモードにおいては、三軸組み合わせ体は、上述の三軸センサの１つと同様のものである。
【０１０６】
超広帯域幅波以外の種類の波も用いることができる。例えば、音波も用いることができる。
【０１０７】
ストレッチファクターは、例えば２つの基準ターミナルを互いに隔てる距離のみを用いて決定される。典型的には、この場合、ターミナルは、エッチングされるべきパターンの対角線を画定するために用いられ、望ましくは、この対角線の両端に配置される。
【０１０８】
他の変形例では、ストレッチファクターの計算は、省略される。この場合、エッチング領域の大きさは、一定であるか、メモリ１６に記憶されているパターンの図面のサイズを用いて確定される。
【０１０９】
ペンの向きは、また、四元数により表わすことができる。
【０１１０】
各磁界源が、特有の周波数シグネチャを持つ周期的磁場を継続的に生成する場合、送信機／受信機３０、３２を用いて、磁界源１０２とセンサ９４及び１０４を同期させる必要はない。その代りに、同期検波が用いる。
【０１１１】
また、エッチング方法は、変更することができる。例えば、エッチング方法は、自動的に停止されないようにすることもできる。この場合、基板４のエッチングは、自動的にではなく、操作者によって停止される。
【０１１２】
上記の工程７２及びステップ７４の様々な実施形態は、エッチング装置の如何なる実施形態とも組み合わせることができる。
【０１１３】
ステップ７７は、エッチング領域内の所与の地点が、その地点上のペンの連続的通過でエッチングされることを可能とするように修正することができる。例えば、ステップ７７において、エッチングされるピクセルに伴う情報が変更される。
【０１１４】
ステップ６２は、エッチングが自動的に停止されるかを決定するために、他の規準が用いられるように修正することができる。例えば、簡略化された変形例では、閾値Ｓ1とＳ2との比較は省略される。
【０１１５】
他の変形例では、高さｈが閾値Ｓ1を下回ったら、ペン８が基板４に近づき過ぎていることを操作者に知らせるように、例えば音声信号による警報が自動的に発動される。
【０１１６】
ステップ６８においては、エッチングヘッドは、軸Ａ１の向き及び／又はヘッドと基板間の距離ｈの関数として制御される。反対に、計測された向き又は距離ｈの関数としてのエッチングヘッドの制御は省略し得る。
【０１１７】
テーブル１４０は、エッチング装置の他の全ての実施形態に組み込むことができる。例えば、装置２に組み込まれる場合、ターミナル２０〜２３は、ターミナル９６〜９９に置き換えられる。
【０１１８】
テーブル１４０は、４本ではない複数の脚を備えている。しかしながら、少なくとも３本の脚を備えていることが望ましい。各脚の端部は、例えば吸盤等の基板への固定のための機構を備えていることができる。これにより、テーブル１４０は、基板が傾いていても、鉛直であっても、基板に載置することができる。
【０１１９】
他の変形例において、装置２は、同一のエッチング領域内の同一のパターンを同時にエッチングするために、複数のペンを備えることができる。これにより、複数の操作者が、同一のエッチング領域内の同一のパターンを、同時にエッチング作業することが可能となる。各ペンによりエッチングされる同一のパターンの様々な部分が、完全に並列するために要求されることは、これらのペンの各々の位置が、基準ターミナルに結合された同一の座標系内で計測されることが全てである。
【０１２０】
独立請求項における特徴は、パターンのエッチングを自動的に停止することを可能とする特徴とは独立して実施することができる。特に、中継ターミナルは、特定の地点Ｐにおけるパターンのエッチングを停止するという特徴を実施することなしに、用いることができる。
【符号の説明】
【０１２１】
２ パターンをエッチングするための装置
４ 基板
８ ペン
１０ エッチング領域
１２ エッチングヘッド
１４ 制御ユニット
１６ メモリ
１８ インターフェース
２０〜２３ 基準ターミナル
３４ 加速度計
３６ 磁力計
４０ 磁力計
９０ エッチング装置
９２ ペン
９４ 三軸磁界センサ
９６〜９９ 基準ターミナル
１０２ 三軸磁界源
１１０ エッチング装置
１１２ 中継ターミナル
１２２ 変換器
１４０ エッチング装置
１４２ テーブル
１４４ 窓
１４６〜１４９ 脚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板材料上に配置されたエッチング領域内にパターンをエッチングするための装置及び方法に関する。また、本発明は、このエッチング方法を行うためのデータ記憶媒体、ペン及びターミナルにも関する。
【０００２】
「エッチング」という用語は、基板に孔を掘る行為を意味する。孔は、通し孔であっても、なくてもよい。互いに隣接する通し孔を設けることにより、基板を切断することができる。めくら孔の形成により、パターンを基板内で浮き彫り状にエッチングすることができる。
【０００３】
本発明は、「非接触」エッチング装置、すなわち、エッチングヘッドがエッチングされる基板と直接的な機械的接触をすることのない装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
エッチング装置は、エッチング領域に対して、手で自由に動かすことができる少なくとも１本のペンを備えている。ペンは、エッチングが開始されたとき、エッチング地点において基板をエッチングすることができるエッチングヘッドを備えている。
【０００５】
このような装置は、例えば、特許文献１（米国特許４,５６４.７３６号明細書）その他に開示されている。この公知の装置において、エッチングヘッドは、操作者によって自由に動かされる。従って、この装置では、エッチングされるべき基板上での動きが制約されることは、ほとんどない。基板は、如何なるサイズのものであってもよいし、如何なる角度で傾いていてもよい。したがって、この装置は、構造物の壁、天井又は床、プレートから、その他に至るまで、板上に様々なパターンをエッチングするために用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４５６４７３６号
【特許文献２】独国特許出願第１０２００４０５４９４０号
【特許文献３】独国特許出願第３９０６３３６号
【特許文献４】米国特許第５４３６０２７号
【特許文献５】仏国特許出願第２８３１２５８号
【特許文献６】独国特許出願第４４２９７５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの公知の装置において、基板内のパターン再生の正確性は、操作者の技量に大きく依存している。これは、ペンを管理してエッチングを開始するのは、操作者のみであるからである。
【０００８】
更に、破片が飛び散るのを防止するため、操作者は、ペンを基板から遠ざける傾向がある。しかしながら、ペンが基板から遠くなればなるほど、正確にエッチングすることは難しくなる。したがって、ペンと基板の距離をできるだけ遠くすることが要求される安全性と、ペンを基板にできるだけ近づけることが要求される正確性との間で、妥協が存在することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記問題点の少なくとも１つを解決することを目的としている。本発明の１つの主題は、エッチング装置において、
−基板に対するエッチングヘッドの位置及び向きを計測するユニットと、
−制御ユニットであって、
・エッチングヘッドの計測された位置及び向きの関数として、エッチング地点の座標を計算し、
エッチング地点について計算された座標が、予め記憶されたパターンの図面において符号化されているエッチングされるべき地点の座標と一致した場合、エッチング地点におけるエッチングを開始し、一致しない場合には、エッチングを自動的に停止する制御ユニットを備えている。
【００１０】
上記の装置では、エッチングされる地点の座標に一致するエッチング地点のみが、エッチングされる。そのため、基板上にエッチングされるべきパターンの再生の正確性は、操作者の技量に依存することはなくなる。
【００１１】
さらに、不正確な地点へのエッチングは、ペンを基板から隔てる距離とは無関係に防止される。よって、操作者は、パターンのエッチングにおける正確性に影響を与えることなく、ペンを基板から安全な距離に保持することができる。
【００１２】
さらに、ペンは基板に対して手動で自由に動かせるままであるので、非常に幅広い種類の基板にエッチングを行うことができる。
【００１３】
上記のエッチング装置の実施形態においては、以下の特徴の少なくとも１つを備えることができる。
■装置は、少なくとも１つの取り外し可能な基準ターミナルを備え、基準ターミナルは、手動で基板上に配置することができ、基板上における基準ターミナルの位置に依存しない所定の関係により、エッチングされるべきパターンの対応する地点に関連付けられており、計測ユニットは、基準ターミナルに対するエッチングヘッドの位置及び向きを計測可能であり、制御ユニットは、計算されたエッチング地点の座標と、パターンの地点と基準ターミナルを関連付ける所定の関係の関数としてのエッチングされるべき地点の座標との一致又は不一致を選択的に確定するようになっている。
■装置は、
−少なくとも２個の基準ターミナルを備え；
−計測ユニットは、これら２個の基準ターミナル間の距離を計測可能であり、
−制御ユニットは、計算されたエッチング地点の座標と、計測された２個の基準ターミナル間の距離の関数としてのエッチングされるべき地点の座標との一致又は不一致を選択的に確定し、この距離に比例して、パターンを拡大又は縮小する。
■装置は、基準ターミナルとは独立に手動で配置され得る少なくとも１つの中継ターミナルを備え、この中継ターミナルは、基板に対するその位置に依存しない所定の関係により、パターンの地点と関連付けられてはおらず、計測ユニットは、更に、
−中継ターミナルの座標系におけるエッチングヘッドの位置及び向きを検出するセンサと、
−基準ターミナルに対する中継ターミナルの位置及び向きを検出するセンサと、
−中継ターミナルの座標系において計測されたエッチングヘッドの位置及び向きを、基準ターミナルに対する位置及び向きに変換する変換器とを備えている。
■エッチングヘッドは、エッチング地点をエッチングするレーザー光線を放射可能である。
■装置は、テーブルを備え、テーブルは、エッチングにより飛散する破片に対する保護のための窓と、基板への載置のための脚とを備え、少なくとも１つの基準ターミナルが、このテーブルに対して自由度無しで固定されている。
■エッチングヘッドは、エッチング地点をエッチングする研磨材料からなる粒子を噴射可能である。
【００１４】
本装置のこれらの実施形態は、更に、以下のような利点を有する：
−予め記憶された図面のエッチングされるべき個処に関連付けられた基準ターミナルを用いることにより、パターンを基板上に簡単に配置することができる。
−中継ターミナルを用いることにより、ペンの位置を計測するために用いられる信号の出力を増大させることなく、エッチング領域の大きさを増大させることができる。
−上記のテーブルを用いることにより、単一の操作で、基準ターミナルと保護窓を配置することができる。
【００１５】
本発明の他の主題は、基板材料上に配置されたエッチング領域内にパターンをエッチングする方法において、
−エッチングが開始されたときに、エッチング地点において基板のエッチングを行い得るエッチングヘッドを備えるペンを、手動でエッチング領域上に自由に動かす工程と、
−基板に対するエッチングヘッドの位置及び向きを計測する工程と、
−計測されたエッチングヘッドの位置及び向きの関数として、エッチング地点の座標を計算する工程と、
−エッチング地点について計算された座標が、予め記憶されたパターンの図面において符号化されているエッチングされるべき地点の座標と一致する場合、エッチング地点におけるエッチングを開始させ、一致しない場合、エッチングを自動的に中止させる工程と
を備えている。
【００１６】
本発明のエッチング方法の実施形態は、以下の特徴の少なくとも１つを備えていてもよい。
ａ）エッチングの開始により既にエッチングがなされたパターンの各地点をメモリに記憶する工程と、
ｂ）既にエッチングがなされた地点のエッチングを禁止する工程と、
ｃ）１つの地点のエッチングを、エッチングの開始後、所定時間後に自動的に停止する工程。
■工程ａ）〜ｃ）は、予め記憶された図面の各層について繰り返され、予め記憶された図面は、少なくとも２つの層を備え、各層は、対応する基板の層におけるエッチングされるべき地点の座標で符号化されている。
■方法は、
−所与のエッチング地点をエッチングするために費やされた累積時間をカウントする工程と、
−カウントされたエッチング時間が所定の閾値を超えた場合、そのエッチング地点における更なるエッチングを禁止し、超えていない場合、その地点における更なるエッチングを許容する工程と
を備えている。
■本発明の方法は、計測されたエッチングヘッドの位置及び向きを用いて、ペンを基板から隔てる距離を決定する工程と、この距離が所定の閾値よりも小さい場合、基板へのパターンのエッチングを禁止するか、又は警報を発する工程とを備えている。
【００１７】
本方法のこれらの実施形態は、更に、以下のような利点を有している。
−所定時間後にエッチングを自動的に停止することにより、エッチング深さを制御することができる。
−予め記憶された図面の各層の地点のエッチングを自動的に停止することにより、浮彫りで彫刻模様を作成することができる。
−距離ｈを計測することにより、操作者がエッチングヘッドを基板から安全な距離に保つことが容易となり、本方法における安全性は向上する。
【００１８】
本発明の他の主題は、電子処理装置で実行される、上記のエッチング方法を行うための命令を備えるデータ記憶媒体である。
【００１９】
本発明の他の主題は、上記のエッチング方法で用いられるペンであり、このペンは、エッチング領域の上方で、手により動かし得るエッチングヘッドと、基板に対するエッチングヘッドの位置を計測可能な計測ユニットの少なくとも幾つかの構成要素とを備えている。
【００２０】
本発明は、添付図面を参考にして、限定を与えるものではない例として示す以下の説明を読むことで、より理解しうると思う。
図面において、同一の構成要素には、同一の符号を付してある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】エッチング装置の第１の実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１の装置で用いられるエッチング方法を示すフローチャートである。
【図３】エッチング装置の第２の実施形態を示す概略斜視図である。
【図４】持ち運び可能なエッチング装置の第３の実施形態を示す概略平面図である。
【図５】エッチング装置の第３の実施形態を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の記述では、本技術分野の当業者に公知の特徴及び機能については、詳細に説明することはしない。
【００２３】
図１は、水平な物理基板にパターンをエッチングするための装置２を示す。
【００２４】
ここで、「パターン」という用語は、基板４上でエッチングされ得る任意の種類のパターンを意味する。このパターンは、写真、テキスト、幾何学パターン、又は型模様等である。
【００２５】
基板４は、平坦で水平な上面を有している。基板４は、エッチングされ得る材料から作られている。この材料は、例えば、金属、プラスチック、ガラス、木、紙、革等である。
【００２６】
実施形態において、装置２は、持ち運び可能、すなわち、持ち上げ用手段を必要とせずに、人により直接搬送され得るものである。具体的には、装置２の構成要素の重量は、典型的には１０ｋｇよりも軽く、望ましくは５ｋｇ又は１ｋｇよりも軽い。本装置を容易に搬送するため、装置２の全ての構成要素の体積は、典型的には０．１５ｍ3よりも小さく、望ましくは、１０-3ｍ3又は１０-4ｍ3よりも小さい。
【００２７】
装置２は、エッチング領域１０の全域にわたって、操作者により手で動かし得るペン８を備えている。エッチング領域１０は、基板の上面に設けられ、パターンは、エッチング領域１０の内部にエッチングされる。ペン８は、ゼロでない閾値Ｓ1よりも大きな高さｈだけ、基板４から離間しており、そのため、ペンが基板に直接接触しないようになっている。
【００２８】
この実施形態において、エッチング領域１０は、幅Ｌと長さＬｇを有する矩形である。
【００２９】
ペン８は、ほぼ長手方向軸Ａ１に沿って延びている。ペン８の寸法は、操作者の手によって容易に操作できるように選択される。例えば、ペンの長さは、２０ｃｍよりも短く、幅は、５ｃｍよりも小さい。ペン８の重量は、典型的には１ｋｇよりも軽く、望ましくは２００ｇよりも軽い。
【００３０】
ペン８は、基板４をエッチングするために必要な全ての要素を備えたエッチングヘッド１２を備えている。例えば、本実施形態において、ヘッド１２は、レーザー光線源を備えている。例えば、光線源は、波長８０８ｎｍで出力２Ｗの放射をするレーザーダイオードである。したがって、ヘッド１２は、エッチング地点において、基板４をエッチングすることのできるレーザー光線を放射する。地点Ｐは、照準線と基板の交点上に位置している。ここで、照準は、軸Ａ１と一致している。
【００３１】
ペン８は、更に、
−エッチングヘッド１２を制御するユニット１４と、
−基板４上にエッチングされるべきパターンの図面を記憶したメモリ１６と、
−インターフェース１８と、
−ペンを動作させるのに必要な、電池等のエネルギー源（図示せず）とを備えている。
【００３２】
ユニット１４は、メモリ１６に接続されている。メモリ１６に記憶された図面は、パターンを形成するために、エッチングされるべき各地点の座標を符号化している。より正確には、本実施形態において、図面は、所定の順序で積み重ねられた複数の層に分割されている。各層は、エッチングされるべきパターンの断面、及びエッチング深さに対応している。基板に垂直な方向に積み重ねられた層は、エッチングされるべき３次元パターンを形作っている。一例として、各層は、ビットマップ（ｂｍｐ）形式で記憶されている。よって、各層は、地点の行列から形成され、各地点において、列は、その座標に加えて、この地点がエッチングされるか否かを示している。ビットマップ列の地点がイメージを符号化するのに例えて、以下の説明では、列の地点をピクセルと言う。本実施形態では、図面は矩形をしている。
【００３３】
制御ユニット１４は、データ記憶媒体に記憶されている命令を実行できるプログラム可能な電子処理装置である。具体的には、メモリ１６は、図２の方法を実行するために必要な命令を含んでいる。これらの命令は、ユニット１４により実行される。
【００３４】
インターフェース１８により、ペン８は、エッチングされるべきパターンの図面をメモリ１６内に記憶するために、コンピュータに接続される。
【００３５】
装置２は、更に、基板４上に手動で配置され得る移動可能な基準ターミナルを備えている。一例として、本実施形態においては、本装置は、４個の基準ターミナル２０〜２３を備えている。
【００３６】
ターミナル２０〜２３は、既存の基板４に加えられる。したがって、これらは、基板４と機械的に独立なものである。これらは、操作者により、自由に、基板４上に配置され得る。本実施形態において、ターミナルは、基板４上に載置され、基板上の所定の位置に重力によってのみ保持されている。
【００３７】
各基準ターミナルは、基板上でのターミナルの位置に依存しない所定の関係により、エッチングされるべきパターンの地点と関連付けられている。この所定の関係は、例えば、メモリ１６内に記憶されている。本実施形態において、この所定の関係は、ターミナル２０〜２３の各々が、矩形図面の頂点に対応することを示している。したがって、これらのターミナルは、エッチング領域１０の境界を画定している。
【００３８】
装置２は、基準ターミナル２０〜２３に対するエッチングヘッドの位置及び向きを計測するための装置を備えている。この装置は、エッチングヘッドの６個の自由度を計測する。具体的に、エッチングヘッドの位置及び向きは、それぞれ、ターミナルに対して自由度無しで固定された直交座標系ＸＹＺ内で表現された３つの座標の２つの組ｘ、ｙ、ｚ及びθx、θy、θzにより与えられる。ここで、座標系ＸＹＺのＸ及びＹ方向は、基板４の上面に対して平行であり、Ｚ方向は垂直である。角度θx、θy、θzは、それぞれ、軸Ａ１がＸ、Ｙ及びＺ方向となす角度である。
【００３９】
エッチングヘッド１２の位置を決定するため、本実施形態では、ペン８及びターミナル２０〜２３は、それぞれ、電磁波送信機／受信機３０及び３２を備えている。例えば、送信機／受信機３０及び３２は、超広帯域幅（ＵＷＢ）送信機／受信機である。これらの送信機／受信機の各々は、送信機／受信機間の電磁波の伝播時間の計測を可能とするために、電磁波の送信及び受信の瞬間を計測することができるクロックを備えている。
【００４０】
更に、ユニット１４は、プロセッサー３３及びクロック３１を備えている。プロセッサー３３は、計測された伝播時間に基づいて、ペン８と各ターミナル２０〜２３との距離を決定する。
【００４１】
エッチングヘッドの向きは、ここでは、エッチングヘッドに沿った軸Ａ１の向きにより表される。したがって、エッチングヘッド１２の向きは、角度θx、θy及びθzを計測することにより計測される。このため計測装置は、更に、
−ペン８に対して自由度無しで固定された加速度計３４及び磁力計３６と、
−ターミナル２０〜２３の各々に対して自由度無しで固定された加速度計３８及び磁力計４０とを備えている。
【００４２】
例えば、加速度計３４と磁力計３６は、ペン８に内蔵されている。加速度計３８と磁力計４０は、ターミナル２０〜２３の各々に内蔵されている。
【００４３】
加速度計３４は、軸Ａ１が地球の重力場の局所的方向により表される鉛直方向となす角度を計測する。磁力計３６は、軸Ａ１が地球の磁場のＮ極となす角度を計測する。
【００４４】
望ましくは、加速度計３４及び磁力計３６は、軸Ａ１の向きの計測における正確性を増すために、ペン８のエッチングヘッド１２から最も遠い部分に配置されている。
【００４５】
加速度計３８は、基準ターミナルと整列した軸Ａ２が鉛直方向となす角度を計測する。磁力計４０は、軸Ａ２が磁北となす角度を計測する。このため、磁力計４０及び磁力計３６は、三軸磁力計である。
【００４６】
軸Ａ２の向きは、基板４の上面の向きを表さなければならない。このため、ここでは、各基準ターミナルは、基板４上に配置されたときに、軸Ａ２が基板４の上面に対して必ず垂直となるように設計されている。例えば、各基準ターミナルは、軸Ａ２に垂直な少なくとも１つの平坦面を備えており、基板４の上面に直接支持されるようになっている。望ましくは、各基準ターミナルは、最大で２つの平坦面を備えており、ターミナルの他の面は凹状となっている。この実施形態において、各ターミナルは、円柱形をしており、軸Ａ２は、円柱の回転中心軸となっている。
【００４７】
次に、図２の方法と関連して、装置２の作用について、より詳細に説明する。
【００４８】
最初に、ステップ５０において、エッチングされるべきパターンの図面が、メモリ１６内に記憶される。このために、例えば、ペン８が、インターフェース８を介してコンピュータと接続される。
【００４９】
次に、ステップ５２において、ターミナル２０〜２３が、手動で基板４上に配置される。本実施形態において、これらは、エッチング領域の頂点を画定するように配置される。
【００５０】
ステップ５４において、ペン８に電圧が印加され、その結果、ペン８がエッチング領域１０に近づくように移動する。その後、記憶された図面のワーキングコピーがまだ存在していない場合、ワーキングコピーがメモリ１６内で自動的に作成される。
【００５１】
このようにして、ステップ５６においては、ターミナル２０〜２３に対するエッチングヘッド１２の位置が計測される。このため、プロセッサー３３は、送信機／受信機２０によって送信された電磁波が、ターミナル２０〜２３まで伝播するために要する時間を計測する。これらの伝播時間は、その後、エッチングヘッド１２をターミナル２０〜２３の各々から隔てる距離を決定するために、装置１４によって用いられる。同様に、ステップ５６においては、ターミナル２０〜２３をお互いから隔てる距離が計測される。これらの異なる伝播時間を用いて、ユニット１４は、座標系ＸＹＺにおけるエッチングヘッド１２の座標ｘ、ｙ及びｚを、三角測量を用いて決定する。
【００５２】
並行して、ステップ５８においては、また、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に対する軸Ａ１の向きが計測される。このために、加速度計３４及び磁力計３６は、それぞれ、鉛直方向及び磁北に対する軸Ａ１の向きを計測する。同時に、ターミナル２０〜２３の各々の加速度計３８及び磁力計４０は、それぞれ、鉛直方向及び磁北に対する軸Ａ２の向きを計測する。これらの計測値は、その後、ユニット１４に送られ、ユニット１４は、これらを組み合わせて、座標系ＸＹＺにおける軸Ａ１の角座標θx、θy及びθzを得る。
【００５３】
計測されたペン８の位置及び向きを用いることにより、ステップ６０において、ユニット１４は、エッチングヘッド１２を基板４から隔てる垂直距離ｈ（図１参照）と、軸Ａ1と鉛直方向Ｚ間の角度θzを決定する。
【００５４】
ステップ６２において、ユニット１４は、その内部でエッチングが可能である錐体の中に、ペン８が位置しているかを確認する。この錐体は、基板４の平面に対して略垂直に置かれている。このために、距離ｈ及び角度θzの絶対値が、それぞれ、所定の閾値Ｓ1及びＳ2と比較される。距離ｈが閾値Ｓ1よりも小さいか、又は角度θｚの絶対値が閾値Ｓ2よりも小さければ、ステップ６４において、基板のエッチングは自動的に禁止される。このように、閾値Ｓ1及びＳ2は、その内部でエッチングが可能である錐体を定める。ペンがこの錐体の内部にない場合、すなわち、ペンが基板に近すぎるか、又は基板に対して傾きすぎている場合、エッチングは、正確に又は最適な安全条件のもとで実行し得ないので、禁止される。例えば、閾値Ｓ1は、操作者が飛散した破片により傷つけられることを防止するために考慮されなければならない安全距離に対応している。
【００５５】
これが当てはまらない場合には、ステップ６６に進み、基板４上におけるエッチング地点Ｐ（図１）の座標を計算する。地点Ｐの座標は、計測されたエッチングヘッドの座標ｘ、ｙ、ｚ及びθz、θy、θzから得られる。例えば、地点Ｐの座標は、軸Ａ１とエッチング領域１０との交点の座標を計算することにより得られる。
【００５６】
次に、ステップ６８において、ユニット１４は、地点Ｐの座標が、予めメモリ１６内に記憶された図面のワーキングコピー内で符号化されている地点の座標に一致するか否かを判定する。このため、各基準ターミナルのパターンの地点に対する所定の関係が用いられる。
【００５７】
例えば、これがまだ行われていない場合、工程７０において、ユニット１４は、ペン８に対する異なるターミナル２０〜２３の位置、及び計測されたターミナル２０〜２３間の距離に基づいて、エッチング領域１０の寸法を計算する。次に、この工程７０において、ユニット１４は、座標系ＸＹＺ内で表された地点Ｐの座標を、エッチングされるべきパターンの図面のピクセルに対応する座標に変換するためのストレッチファクターを計算する。例えば、それぞれＸ及びＹ方向の２つのストレッチファクターＣx及びＣyが以下の計算式を用いて計算される：
Ｃx＝（Ｌimg／Ｌ）
Ｃy＝（Ｌgimg／Ｌｇ）
ここで、Ｌimg及びＬgimgは、それぞれ、エッチングされるべきパターンの図面の幅及び長さである。
【００５８】
したがって、ターミナル間の距離は、エッチングされるべきパターンの寸法を定める。換言すると、基準ターミナルが互いに離れるほど、エッチングされるべきパターンは大きくなる。反対に、基準ターミナルが互いに近づくほど、エッチングされるべきパターンは縮小される。この実施形態では、いずれの場合でも、エッチングされるべきパターンは、エッチング領域の全体を占めている。
【００５９】
この本実施形態の場合、エッチング領域およびエッチングされるべきパターンは矩形であるので、ストレッチファクターＣx及びＣyは、地点Ｐのｘ、ｙ座標によらずに、一定である。
【００６０】
しかしながら、エッチング領域およびエッチングされるべきパターンが同一形状を有していなければ（例えば、仕切られたエッチング領域が台形であり、エッチングされる領域が矩形であれば）、パターンがエッチング領域全体を満たすものとなるように、ストレッチファクターＣx及びＣyは、地点Ｐの座標ｘ、ｙの関数として変化する。
【００６１】
ストレッチファクターＣx、Ｃyが確定されたら、工程７２において、これらは、地点Ｐの座標ｘ及びｙに対応する図面のピクセルの座標を見出すために用いられる。例えば、座標ｘ及びｙは、対応するピクセルの座標ｘp及びｙpを得るために、それぞれ、単純にストレッチファクターＣｘ及びＣｙと掛け合わされる。対応するピクセルが見出されたら、図面のワーキングコピーを含むファイルが、そのピクセルがエッチングされるべきピクセルであるか否かを示している。このため、ユニット１４は、図面の層の各々の座標ｘp及びｙpのピクセルと関連するデータ項目全体の探索を行う。これらのデータ項目の１つが、そのピクセルがエッチングされるべきものであることを示していれば、そのピクセルは、エッチングされるべきピクセルに相当する。
【００６２】
見出されたピクセルがエッチングされるべきピクセルであれば、ステップ７４において、ユニット１４は、エッチングヘッドが自動的にそのピクセルのエッチングを開始するための信号を送信する。エッチングが開始された後、所定時間Δ後に、エッチングは自動的に終了する。よって、パルス幅Δのレーザーパルスが生成される。時間Δは、短いもので、典型的には、０．１ｓ又は１０μｓよりも小さい。本実施形態では、エッチングが開始された後、時間Δは、クロック３１によりカウントされる。既知のパルス幅のレーザーパルスが生成されるという事実は、この地点Ｐにおいてペンの各通過により掘られる穴の深さの制御を可能とする。このステップでは、望ましくは、基板上に投射されるレーザー光線の強度は、計測されたペン１２の向きの関数として変化する。例えば、強度は、レーザー光線の出力を調整することにより変更される。
【００６３】
対応するピクセルが、エッチングされるべきピクセルでない場合、地点Ｐにおけるエッチングは自動的に禁止される。そのため、ステップ７４は実行されず、処理は、ステップ８０に直ちに移行する。
【００６４】
ステップ７４の後、ステップ７７において、エッチングされたピクセルの座標は、メモリに記憶される。ここで記載されている実施形態において、ユニット１４は、図面のワーキングコピーにおいて、座標ｘp及びｙpがエッチングされるべきことを示すデータ項目と関連付けられていたワーキングコピーの層を修正する。より具体的には、この修正は、そのデータ項目を、その層のそのピクセルがエッチングされるべきでものでないことを示すデータ項目と置き換えることを含む。よって、ペンがもう一度、同一地点上を動いた場合、図面のワーキングコピーにおいて、座標ｘp及びｘyのピクセルがエッチングされるべきことを示すデータ項目と関連付けられている層がまだ存在する場合にのみ、その地点が再びエッチングされることになる。そうでない場合には、このピクセルは再びエッチングされることはない。したがって、各地点Ｐにおけるエッチング深さを制御することが可能となる。
【００６５】
ステップ７７において、ユニット１４は、更に、図面のエッチングされるべき全てのピクセルが、既にエッチングされたか否かを確認する。例えば、この確認は、エッチングされるべきピクセルがまだ存在するかを決定するために、画像のワーキングコピーのピクセルをスキャンすることにより行われる。
【００６６】
全てのピクセルが既にエッチングされていたら、処理はステップ７８に進み、エッチング方法は自動的に停止する。その後、ペンは、動作停止し、基準ターミナル２０〜２３は、基板４から取り除かれる。基板４内へのパターンのエッチングは終了する。
【００６７】
そうでない場合には、ステップ８０において、操作者は、まだエッチングされていないエッチング領域１０の部分に向けて、ペンを手動で動かす。このステップ８０の後、エッチングされるべきパターンの全てのピクセルが、基板４内にエッチングされてしまわない限り、ステップ５６〜８０が繰り返される。
【００６８】
図３は、エッチング装置９０を示す。エッチング装置９０は、エッチングヘッド１２の位置及び向きを計測するための異なるユニットを有している点を除いて、装置２と同様のものである。より正確には、本実施形態における計測ユニットは、少なくとも１つの三軸磁界源と、少なくとも１つの三軸磁界センサを用いて作られている。
【００６９】
「三軸磁界源」という語は、少なくとも３つの異なる非同一直線方向にある磁場を生成し得る磁界源を意味する。典型的には、これらの磁場の方向は、互いに直角である。例えば、このような磁界源は、互いに直角な３つの巻軸の周りで各々が巻回された３つのコイルを用いて作られる。例えば、各コイルの巻数は、２つの巻軸の交点Ｏの両側にほぼ等しく分配されている。このような三軸磁界源は、遠方において、点Ｏを中心とする３つの異なる磁気双極子としてモデル化し得る。点Ｏから磁界源の最大寸法の３倍〜４倍だけ離れた地点は、遠方にあると考えられる。磁界源の最大寸法は、例えば、コイルの最大長さに等しい。磁界源は、時間内に同時に又は連続して、放射軸の各々に沿った磁界を生成する。
【００７０】
「三軸磁界センサ」という語は、互いに同一直線上にない少なくとも３つの計測軸上に投射される磁界を計測可能なセンサを意味する。典型的には、３つの計測軸は、互いに直角である。このような三軸センサは、例えば、コイルが磁界の保護を計測するために用いられ、磁界を生成するために用いられるのではない点を除いて、三軸センサと同様の方法で製造される。
【００７１】
図３の実施形態において、ペン８は、それと同様のペン９２に置き換えられている。しかしながら、加速度計３４及び磁力計３６は、三軸磁界センサ９４に置き換えられている。このセンサ９４は、ペン９２に固定されたもので、例えば、ペンに内蔵されている。
【００７２】
ターミナル２０〜２３は、ターミナル９６〜９９に置き換えられている。ターミナル９６〜９９は、加速度計３８及び磁力計４０がターミナル９６においては、三軸磁界源１０２に置き換えられ、ターミナル９７〜９９においては、三軸磁界源１０２に置き換えられている点を除いて、ターミナル２０〜２３と同一のものである。
【００７３】
送信機／受信機３０及び３２は、ペンと基準ターミナル９６〜９９間の情報交換を可能とするように、そのままとされている。この情報交換は、例えば、磁界源１０２とセンサ９４〜１０４を同期させるために用いられる。
【００７４】
プロセッサー３３は、連立方程式を解くことにより、ターミナル９６に対する座標系ＸＹＺ領域におけるエッチングヘッド１２の位置及び向きを、ゼロ自由度で確定する。この連立方程式は、三軸磁界源１０２と三軸センサ９４間の磁気相互作用のモデルを作ることにより得られる。この連立方程式において、エッチングヘッドの座標ｘ、ｙ、ｚ及びθx、θy、θzは、未知数である。このような連立方程式についての更なる情報は、例えば、ヨーロッパ特許出願第１５０２５４４号に見出すことができる。読者は、また、フランス特許出願第０９５３４３２号を参照することができる。
【００７５】
さらに、この実施形態では、予め記憶された図面は、各ピクセルが所定のエッチング時間Δiと関連付けられた単一の層を備えている。ここで、添え字ｉは、その層のピクセルと関連付けられたものである。
【００７６】
装置９０の動作は、図２と関連して記載されたものと、以下の点を除いて同様である。
−エッチングヘッドの位置及び向きの計測方法が異なっており、
−ピクセルがエッチングされるべきか否かの判定方法が異なっている。
【００７７】
より明確には、工程７２において、ユニットは、座標ｘp及びｙpのピクセルが、ワーキングコピーにおいて０ではない正の値のエッチング時間Δiと関連付けられている場合に、エッチングされるべきであると判定する。
【００７８】
次に、ステップ７４において、地点Ｐにおけるエッチングが、ペンが動かされず、かつクロック３１によりカウントされた時間が時間Δiよりも小さい限り、継続される。反対に、地点Ｐにおけるエッチングは、
ａ）クロック３１によりカウントされた時間が時間Δiに達したら直ちに自動的に、又は
ｂ）操作者が、ペン９２を他の地点Ｐ上に動かした場合に停止される。
【００７９】
これらエッチングが停止される２つの場合において、ユニット１４は、時間Δiとクロック３１によりカウントされた時間との差を計算する。次に、ステップ７４の最後において、ユニットは、この差を、パターンの図面のワーキングコピーにおける座標ｘp及びｙpのピクセルと関連付けられた新たな時間Δiとして記録する。したがって、ワーキングコピーにおいて記憶された時間Δiは、地点Ｐにおける累積エッチング時間に依存している。よって、本方法もまた、各地点Ｐにおけるエッチング深さを制御することを可能とするものである。
【００８０】
図４は、エッチング装置１１０を示す。エッチング装置１１０は、例えば、少なくとも１つの中継ターミナルを備えている点を除いて装置９０と同一のものである。図４は、簡明のために、中継ターミナルが１つだけ示されている。
【００８１】
中継ターミナル１１２は、エッチングヘッドの位置及び向きを計測するために用いられる信号の出力を少しも増大させることなく、エッチング領域１０の大きさを増大させることを可能にする。より正確には、本実施形態において、中継ターミナル９６に組み込まれた磁界源１０２から放出される磁場の有効範囲は、カバレッジ領域１１２により表される。ここでは、カバレッジ領域１１２は、ターミナル９７及び９８を含むほど遠くまでは及んでいないと仮定される。
【００８２】
ターミナル１１２は、他のターミナル及びペン９２と情報を交換するために、送信機／受信機３２を備えている。ターミナル１１２は、また、例えば磁界源１０２と同様の三軸磁界源１１６を備えている。磁界源１１６の有効範囲は、カバレッジ領域１１８で表される。ターミナル１１２は、それ自身のカバレッジ領域１１８がターミナル９７及び９８を含むほど遠くまで及ぶように、カバレッジ領域１１４内に配置されている。更に、ここでは、ペン９２も、カバレッジ領域１１８内に位置するが、カバレッジ領域１１４内には位置しないようになっている。
【００８３】
最後に、中継ターミナル１１２は、例えば、センサ１０４と同様のものである三軸センサ１２０を備えている。
【００８４】
座標変換器１２２が、ペン９２内に設けられている。
【００８５】
ターミナル９７及び９８とペン９２は、カバレッジ領域１１８内にのみ載置されているので、これらのターミナル９７及び９８とペン９２の位置及び向きは、ターミナル１１２にゼロ自由度で固定された座標系Ｘ´Ｙ´Ｚ´（図３には、Ｘ´及びＹ´方向のみを示す）内で表現される。しかしながら、ターミナル１１２はセンサ１２０を備えているので、ターミナル９６に対するターミナル１１２の位置及び向きが計測される。これらの計測を用いて、変換器１２２は、座標系Ｘ´Ｙ´Ｚ´内で表現されたペン９２のｘ´、ｙ´、ｚ´座標を、座標系ＸＹＺ内で表現されたｘ、ｙ、ｚ座標に変換する。中継ターミナル１１２の位置及び向きは、座標系ＸＹＺ内で既知である。この時点以降、装置１０の動作は、装置９０の動作と同様である。
【００８６】
図５は、エッチング装置１４０を示す。エッチング装置１４０は、飛散した破片からの保護のためのテーブル１４２を更に備えている点を除いて、装置９０と同様のものである。テーブル１４２は、このために、ペン９２により放射されるレーザー光線を透過する窓１４４を備えている。窓１４４は、例えば、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）から形成されている。本実施例における窓１４４は、エッチング領域１０全域をカバーしている。窓１４４は、例えば、矩形である。窓１４４は、ペン９２と基板４との間に置かれる。よって、地点Ｐのエッチングが破片の飛散を引き起こした場合、この破片は、操作者の手に達する前に、窓１４４により遮断される。
【００８７】
テーブル１４０は、基板４の上方に窓１４４を保持するための複数の脚を備えている。テーブル１４０は、各々が窓１４４の頂点に配置された４本の脚１４６〜１４９を備えている。これらの脚は、基板４上に直接載置されている。
【００８８】
基準ターミナル９６〜９９は、それぞれ、脚１４６〜１４９にゼロ自由度で固定されている。例えば、ターミナルは、脚１４６〜１４９に内蔵されている。よって、４つの基準ターミナル及び窓１４４は、操作者により、単一の操作で配置される。
【００８９】
望ましくは、基準ターミナルは、脚１４６〜１４９の自由端に位置し、図３の実施形態におけるように、基板４上に直接載置される。しかしながら、そうでない場合には、基準ターミナルは、既知の高さｈbで基板の上方に配置される。この高さｈbは、エッチング地点Ｐの座標を決定するときに考慮される。この違いを除けば、装置１４０は、装置４０と同様に動作する。
【００９０】
他にも、多くの実施形態が可能である。特に、レーザーエッチング以外の種類のエッチングも可能である。例えば、エッチングヘッド１２は、研磨材料の粒子を噴射することにより、エッチングを行うことができるエッチングヘッドに置き換えられ得る。「研磨材料の粒子」という表現は、基板上に噴射されることを意図され、研磨により基板から材料を削り取ることができる材料で形成された粒子を意味するものである。研磨材料の粒子は、粒子寸法が１００μｍより小さなコランダム砂、２５０μｍより小さな直径を有するセラミック球、破砕ガラス、金属削り屑等である。エッチングが発射物を噴射することにより実行される場合、ユニットは、望ましくは、それより上方では、エッチングが停止される最大閾値Ｓ3に対して計測された高さｈを有している。この閾値Ｓ3を超えると、エッチングは自動的に禁止される。
【００９１】
エッチング装置は、必ずしも持ち運び可能ではない。例えば、レーザー放射源は、ペンの外側に位置し得る。この場合、ペンは、光ファイバーによりレーザー放射源に接続される。この実施形態では、特に、より大出力の放射源を用いることができる。例えば、ビームの出力は、１０Ｗ又は５０Ｗよりも大きい。
【００９２】
脆弱な材料をエッチングするため、より小さい出力の放射源も、また、用いられ得る。例えば、ビームの出力は、０．２Ｗ以上である。
【００９３】
基準ターミナルを利用するユニット以外の計測ユニットも用いられ得る。例えば、ペンは、基板上の既知の開始地点から、その加速度を計測することにより、場所が特定され得る。
【００９４】
基板は、任意の形状及び寸法を有し得る。基板は、鉛直方向に対して如何なる角度で傾いていてもよく、如何なる特性の材料から形成されていてもよい。例えば、基板は、紙から作られてもよく、ガラス板、壁、天井、塗装等であり得る。エッチングヘッドのみが、基板の材料の特性に適合するように変更される可能性がある。
【００９５】
基板が鉛直方向に対して傾いている場合、基準ターミナルは、望ましくは、基板に固定されるための手段を備えている。例えば、基板と接触することを意図されたターミナルの平坦面は、ターミナルを手動で基板に接合し、その後に基板から切り離すことを可能とする接着剤により被覆されている。
【００９６】
エッチング領域が、エッチングヘッドの位置及び向きを計測するために必要な信号の範囲よりも広い場合、中継ターミナルを用いるよりはむしろ、基準ターミナルが、より大きな出力及び範囲を有する信号を放射できる基準ターミナルに置き換えられ得る。
【００９７】
基準ターミナルの数は、４個よりも多くてもよい。例えば、４個以上の基準ターミナルを用いることは、例えば五角形のエッチング領域のような、４つよりも多い頂点を有するエッチング領域を簡単に画定することを可能とする。
【００９８】
また、基準ターミナルの数は、４個より少なくてもよい。例えば、簡略化された形態では、１つだけの基準ターミナルが必要である。例えば、図３に示す実施形態では、装置９０のターミナル９７〜９９は取り除かれる。しかしながら、この場合、ストレッチ係数は、２個の基準ターミナル間の距離の関数ではなくなる。したがって、エッチング領域の差渦は、一定であるか、一貫してパターンのサイズと等しくされるか、パターンのサイズを用いて推定し得るものである。
【００９９】
変形例において、基準ターミナルをパターンの図面のピクセルに関連付ける所定の関係は、少なくとも１つの第１の基準ターミナルについてのみ予め記憶され、少なくとも１つの第２の基準ターミナルについては予め記憶されない。例えば、１個のみの基準ターミナルが存在する。次に、第１の基準ターミナルに対する第２の基準ターミナルの計測された位置と、第１の基準ターミナルをパターンの図面のピクセルに関連付ける所定の関係とに基づいて、第２の基準ターミナルについての所定の関係が確定される。
【０１００】
基準ターミナルは、必ずしもパターンの頂点に対応しない。例えば、変形例として、基準ターミナルの各々は、パターンの頂点ではない所定の地点に関連付けられる。特に、基準ターミナルの１つは、パターンの中央に関連付けられている一方、他の点は、パターンの上端辺の中間点に関連付けられている。
【０１０１】
基準ターミナルは、基板の一方の側に配置することができ、ペンは、他の側に配置することができ得る。
【０１０２】
上記の図面に関連して記載した様々な構成要素は、ペンとターミナルの間で、変更し得る。例えば、変形例において、制御ユニットとメモリを、ターミナルに内蔵しうる。一般に、ここで記載されたペンの構成要素により成し遂げられる全ての機能は、ペンとターミナルの間で、異なった分配とすることができる。
【０１０３】
エッチングされるべきパターンの図面が記憶されたメモリは、また、必ずしもペン又はターミナルの１つの内に配置されるものではない。例えば、メモリは、インターフェース１８を介してペン８と通信し得るコンピュータ内に配置し得る。この場合、ペンは、エッチングされるべきパターンの図面に関する情報を、その情報を必要とするときにのみ、要求することができる。
【０１０４】
また、磁界源は、ターミナル内ではなく、ペン内に配置されるようにすることも可能である。又は、同時に使用される複数の磁界源が、少なくとも１つがターミナル内に配置され、少なくとも１つがペン内に配置されるようにすることも可能である。
【０１０５】
変形例において、磁界源１１６及びセンサ１２０は、巻軸が同一直線上にない３個のコイルからなる単一かつ同一の三軸組み合わせ体を用いて作られる。この場合、三軸組み合わせ体は、磁界源モードとセンサモードで切り換えられる。三軸組み合わせ体のコイルは、磁界源モードに切り換えられたたとき、磁場を生成するように電力供給される。磁界源モードにおいては、三軸組み合わせ体は、上述の三軸磁界源の１つと同様のものである。センサモードにおいては、コイルには電力供給されない。その結果、コイルを通る周辺の磁束が電流を誘起し、この電流が周辺の磁界の計測を可能とする。センサモードにおいては、三軸組み合わせ体は、上述の三軸センサの１つと同様のものである。
【０１０６】
超広帯域幅波以外の種類の波も用いることができる。例えば、音波も用いることができる。
【０１０７】
ストレッチファクターは、例えば２つの基準ターミナルを互いに隔てる距離のみを用いて決定される。典型的には、この場合、ターミナルは、エッチングされるべきパターンの対角線を画定するために用いられ、望ましくは、この対角線の両端に配置される。
【０１０８】
他の変形例では、ストレッチファクターの計算は、省略される。この場合、エッチング領域の大きさは、一定であるか、メモリ１６に記憶されているパターンの図面のサイズを用いて確定される。
【０１０９】
ペンの向きは、また、四元数により表わすことができる。
【０１１０】
各磁界源が、特有の周波数シグネチャを持つ周期的磁場を継続的に生成する場合、送信機／受信機３０、３２を用いて、磁界源１０２とセンサ９４及び１０４を同期させる必要はない。その代りに、同期検波が用いる。
【０１１１】
また、エッチング方法は、変更することができる。例えば、エッチング方法は、自動的に停止されないようにすることもできる。この場合、基板４のエッチングは、自動的にではなく、操作者によって停止される。
【０１１２】
上記の工程７２及びステップ７４の様々な実施形態は、エッチング装置の如何なる実施形態とも組み合わせることができる。
【０１１３】
ステップ７７は、エッチング領域内の所与の地点が、その地点上のペンの連続的通過でエッチングされることを可能とするように修正することができる。例えば、ステップ７７において、エッチングされるピクセルに伴う情報が変更される。
【０１１４】
ステップ６２は、エッチングが自動的に停止されるかを決定するために、他の規準が用いられるように修正することができる。例えば、簡略化された変形例では、閾値Ｓ1とＳ2との比較は省略される。
【０１１５】
他の変形例では、高さｈが閾値Ｓ1を下回ったら、ペン８が基板４に近づき過ぎていることを操作者に知らせるように、例えば音声信号による警報が自動的に発動される。
【０１１６】
ステップ６８においては、エッチングヘッドは、軸Ａ１の向き及び／又はヘッドと基板間の距離ｈの関数として制御される。反対に、計測された向き又は距離ｈの関数としてのエッチングヘッドの制御は省略し得る。
【０１１７】
テーブル１４０は、エッチング装置の他の全ての実施形態に組み込むことができる。例えば、装置２に組み込まれる場合、ターミナル２０〜２３は、ターミナル９６〜９９に置き換えられる。
【０１１８】
テーブル１４０は、４本ではない複数の脚を備えている。しかしながら、少なくとも３本の脚を備えていることが望ましい。各脚の端部は、例えば吸盤等の基板への固定のための機構を備えていることができる。これにより、テーブル１４０は、基板が傾いていても、鉛直であっても、基板に載置することができる。
【０１１９】
他の変形例において、装置２は、同一のエッチング領域内の同一のパターンを同時にエッチングするために、複数のペンを備えることができる。これにより、複数の操作者が、同一のエッチング領域内の同一のパターンを、同時にエッチング作業することが可能となる。各ペンによりエッチングされる同一のパターンの様々な部分が、完全に並列するために要求されることは、これらのペンの各々の位置が、基準ターミナルに結合された同一の座標系内で計測されることが全てである。
【０１２０】
独立請求項における特徴は、パターンのエッチングを自動的に停止することを可能とする特徴とは独立して実施することができる。特に、中継ターミナルは、特定の地点Ｐにおけるパターンのエッチングを停止するという特徴を実施することなしに、用いることができる。
【符号の説明】
【０１２１】
２ パターンをエッチングするための装置
４ 基板
８ ペン
１０ エッチング領域
１２ エッチングヘッド
１４ 制御ユニット
１６ メモリ
１８ インターフェース
２０〜２３ 基準ターミナル
３４ 加速度計
３６ 磁力計
４０ 磁力計
９０ エッチング装置
９２ ペン
９４ 三軸磁界センサ
９６〜９９ 基準ターミナル
１０２ 三軸磁界源
１１０ エッチング装置
１１２ 中継ターミナル
１２２ 変換器
１４０ エッチング装置
１４２ テーブル
１４４ 窓
１４６〜１４９ 脚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理基板上に配置されたエッチング領域内にパターンをエッチングする装置において、
前記エッチング領域に対して、手で自由に動かし得る少なくとも１つのペン（８、９２）であって、エッチングが開始されたとき、エッチング地点において前記基板をエッチングすることができるエッチングヘッド（１２）を備えるペン（８、９２）と、
前記基板に対する前記エッチングヘッドの位置及び向きを計測する計測ユニットと、
制御ユニット（１４）とを備え、
前記制御ユニット（１４）は、
前記エッチングヘッドの計測された位置及び向きの関数として、前記エッチング地点の座標を計算し、
前記エッチング地点の計算された座標が、予め記憶されたパターンの図面に符号化されたエッチングされるべき地点の座標と一致したときには、前記エッチング地点におけるエッチングを開始し、一致しないときには、エッチングを自動的に禁止することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記装置は、少なくとも１つの取り外し可能な基準ターミナル（２０〜２３；９６〜９９）を備え、前記基準ターミナル（２０〜２３：９６〜９９）は、前記基板上に手動で配置されることができ、基板上における前記基準ターミナルの位置に依存しない所定の関係により、エッチングされるべきパターンの対応する地点に関連付けられており、
前記計測ユニットは、前記基準ターミナルに対する前記エッチングヘッドの位置と向きを計測することができ、
前記制御ユニット（１４）は、前記エッチング地点の計算された座標と、パターンの地点を前記基準ターミナルに関連付ける所定の関係の関数としてのエッチングされるべき地点の座標との一致又は不一致を確定することができる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置は、少なくとも２個の基準ターミナル（２０〜２３：９６〜９９）を備え、
前記計測ユニットは、前記２個の基準ターミナル間の距離を計測可能であり、
前記制御ユニット（１４）は、前記エッチング地点の計算された座標と、前記２個の基準ターミナル間の計測された距離の関数としてのエッチングされるべき地点の座標との一致又は不一致を確定することができ、前記距離に比例して前記パターンを拡大又は縮小する請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、前記基準ターミナルとは独立して手で配置し得る少なくとも１つの中継ターミナル（１１２）を備え、前記中継ターミナルは、前記基板に対するその位置に依存しない所定の関係により前記パターンの地点と関連付けられてはおらず、
前記計測ユニットは、更に、
前記中継ターミナルの座標系における前記エッチングヘッドの位置及び向きを検出するセンサ（９４）と、
前記基準ターミナルに対する前記中継ターミナルの位置及び向きを検出するセンサ（１２０）と、
前記中継ターミナルの座標系において計測されたエッチングヘッドの位置及び向きを、前記基準ターミナルに対する位置及び向きに変換する変換器（１２２）とを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記エッチングヘッド（１２）は、前記エッチング地点をエッチングするレーザー光線を放射可能である請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、窓（１４４）を有するテーブル（１４２）を備え、前記窓（１４４）は、エッチングの破片の飛散を防止するものであり、また前記基板上に載置されるための脚を有しており、
前記少なくとも１つの基準ターミナルは、前記テーブルに対して自由度を持たないように固定されている請求項２〜４のいずれか１項または請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記エッチングヘッド（１２）は、前記エッチング地点をエッチングする研磨材料からなる粒子を噴射することができる請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
基板材料上に配置されたエッチング領域内にパターンをエッチングする方法であって、
エッチングが開始されたときエッチング地点において、前記基板をエッチングすることができるエッチングヘッドを備えたペンを、前記エッチング領域上に手動で自由に動かす工程を有する方法において、
前記基板に対する前記エッチングヘッドの位置及び向きを計測する工程（５６、５８）と、
前記エッチングヘッドの計測された位置及び向きの関数として、前記エッチング地点の座標を計算する工程（６６）と、
前記エッチング地点について計算された座標が、予め記憶されているパターンの図面において符号化されたエッチングされるべき地点の座標と一致する場合、エッチングを開始し、一致しない場合、エッチングを自動的に禁止する工程（７７）とを有する方法。
【請求項９】
ａ）開始されたエッチングにより、既にエッチングがなされたパターンの各地点をメモリ内に記憶する工程と、
ｂ）既にエッチングがなされたいずれの地点のエッチングも禁止する工程と、
ｃ）１つの地点のエッチングを、開始後、所定時間後に自動的に停止する工程（７４）とを備える請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記工程ａ）〜ｃ）は、予め記憶された図面の各層について繰り返され、前記予め記憶された図面は、少なくとも１つの層を備え、前記少なくとも１つの層の各々は、対応する前記基板の層において、エッチングされるべき地点の座標で符号化されている請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
所与のエッチング地点のエッチングにおいて費やされた累積時間をカウントする工程（７７）と、
カウントされたエッチング時間が所定の閾値を超えた場合、そのエッチング地点における更なるエッチングを禁止し、超えていない場合、そのエッチング地点における更なるエッチングを許容する工程とを備える請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ペンを前記基板から隔てる距離を、前記エッチングヘッドの計測された位置及び向きを用いて決定し（６０）、前記距離が所定の閾値よりも小さければ、前記基板における前記パターンのエッチングを禁止し（６４）、または警報を発する請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
データ記憶媒体（１６）において、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の方法を行うための命令を有し、前記命令は、電子処理装置により実行されることを特徴とするデータ記憶媒体（１６）。
【請求項１４】
前記エッチング領域上に手動で動かし得るエッチングヘッド（１２）を備えたペン（８、９１）において、前記ペンは、前記基板に対する前記エッチングヘッドの位置を計測可能な計測ユニットの少なくとも幾つかの構成要素（３０、９４）を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置において用いられるペン（８、９２）。
【請求項１】
物理基板上に配置されたエッチング領域内にパターンをエッチングする装置において、
前記エッチング領域に対して、手で自由に動かし得る少なくとも１つのペン（８、９２）であって、エッチングが開始されたとき、エッチング地点において前記基板をエッチングすることができるエッチングヘッド（１２）を備えるペン（８、９２）と、
前記基板に対する前記エッチングヘッドの位置及び向きを計測する計測ユニットと、
制御ユニット（１４）とを備え、
前記制御ユニット（１４）は、
前記エッチングヘッドの計測された位置及び向きの関数として、前記エッチング地点の座標を計算し、
前記エッチング地点の計算された座標が、予め記憶されたパターンの図面に符号化されたエッチングされるべき地点の座標と一致したときには、前記エッチング地点におけるエッチングを開始し、一致しないときには、エッチングを自動的に禁止することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記装置は、少なくとも１つの取り外し可能な基準ターミナル（２０〜２３；９６〜９９）を備え、前記基準ターミナル（２０〜２３：９６〜９９）は、前記基板上に手動で配置されることができ、基板上における前記基準ターミナルの位置に依存しない所定の関係により、エッチングされるべきパターンの対応する地点に関連付けられており、
前記計測ユニットは、前記基準ターミナルに対する前記エッチングヘッドの位置と向きを計測することができ、
前記制御ユニット（１４）は、前記エッチング地点の計算された座標と、パターンの地点を前記基準ターミナルに関連付ける所定の関係の関数としてのエッチングされるべき地点の座標との一致又は不一致を確定することができる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置は、少なくとも２個の基準ターミナル（２０〜２３：９６〜９９）を備え、
前記計測ユニットは、前記２個の基準ターミナル間の距離を計測可能であり、
前記制御ユニット（１４）は、前記エッチング地点の計算された座標と、前記２個の基準ターミナル間の計測された距離の関数としてのエッチングされるべき地点の座標との一致又は不一致を確定することができ、前記距離に比例して前記パターンを拡大又は縮小する請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、前記基準ターミナルとは独立して手で配置し得る少なくとも１つの中継ターミナル（１１２）を備え、前記中継ターミナルは、前記基板に対するその位置に依存しない所定の関係により前記パターンの地点と関連付けられてはおらず、
前記計測ユニットは、更に、
前記中継ターミナルの座標系における前記エッチングヘッドの位置及び向きを検出するセンサ（９４）と、
前記基準ターミナルに対する前記中継ターミナルの位置及び向きを検出するセンサ（１２０）と、
前記中継ターミナルの座標系において計測されたエッチングヘッドの位置及び向きを、前記基準ターミナルに対する位置及び向きに変換する変換器（１２２）とを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記エッチングヘッド（１２）は、前記エッチング地点をエッチングするレーザー光線を放射可能である請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、窓（１４４）を有するテーブル（１４２）を備え、前記窓（１４４）は、エッチングの破片の飛散を防止するものであり、また前記基板上に載置されるための脚を有しており、
前記少なくとも１つの基準ターミナルは、前記テーブルに対して自由度を持たないように固定されている請求項２〜４のいずれか１項または請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記エッチングヘッド（１２）は、前記エッチング地点をエッチングする研磨材料からなる粒子を噴射することができる請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
基板材料上に配置されたエッチング領域内にパターンをエッチングする方法であって、
エッチングが開始されたときエッチング地点において、前記基板をエッチングすることができるエッチングヘッドを備えたペンを、前記エッチング領域上に手動で自由に動かす工程を有する方法において、
前記基板に対する前記エッチングヘッドの位置及び向きを計測する工程（５６、５８）と、
前記エッチングヘッドの計測された位置及び向きの関数として、前記エッチング地点の座標を計算する工程（６６）と、
前記エッチング地点について計算された座標が、予め記憶されているパターンの図面において符号化されたエッチングされるべき地点の座標と一致する場合、エッチングを開始し、一致しない場合、エッチングを自動的に禁止する工程（７７）とを有する方法。
【請求項９】
ａ）開始されたエッチングにより、既にエッチングがなされたパターンの各地点をメモリ内に記憶する工程と、
ｂ）既にエッチングがなされたいずれの地点のエッチングも禁止する工程と、
ｃ）１つの地点のエッチングを、開始後、所定時間後に自動的に停止する工程（７４）とを備える請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記工程ａ）〜ｃ）は、予め記憶された図面の各層について繰り返され、前記予め記憶された図面は、少なくとも１つの層を備え、前記少なくとも１つの層の各々は、対応する前記基板の層において、エッチングされるべき地点の座標で符号化されている請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
所与のエッチング地点のエッチングにおいて費やされた累積時間をカウントする工程（７７）と、
カウントされたエッチング時間が所定の閾値を超えた場合、そのエッチング地点における更なるエッチングを禁止し、超えていない場合、そのエッチング地点における更なるエッチングを許容する工程とを備える請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ペンを前記基板から隔てる距離を、前記エッチングヘッドの計測された位置及び向きを用いて決定し（６０）、前記距離が所定の閾値よりも小さければ、前記基板における前記パターンのエッチングを禁止し（６４）、または警報を発する請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
データ記憶媒体（１６）において、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の方法を行うための命令を有し、前記命令は、電子処理装置により実行されることを特徴とするデータ記憶媒体（１６）。
【請求項１４】
前記エッチング領域上に手動で動かし得るエッチングヘッド（１２）を備えたペン（８、９１）において、前記ペンは、前記基板に対する前記エッチングヘッドの位置を計測可能な計測ユニットの少なくとも幾つかの構成要素（３０、９４）を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置において用いられるペン（８、９２）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２３２３４５（Ｐ２０１２−２３２３４５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１０５１０７（Ｐ２０１２−１０５１０７）
【出願日】平成２４年５月２日（２０１２．５．２）
【出願人】（５１０１３２３４７）コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０５１０７（Ｐ２０１２−１０５１０７）
【出願日】平成２４年５月２日（２０１２．５．２）
【出願人】（５１０１３２３４７）コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ (51)
【Ｆターム（参考）】
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